(57)【要約】【課題】  素管の２倍以上の偏芯拡管加工での母材部で発生する拡管加工割れ、括れの無い、拡管加工性に優れるフェライト系ステンレス鋼溶接管を提供するものである。【解決手段】  （１）フェライト系ステンレス鋼溶接管に於いて、溶接管母材部の円周方向伸びが１５％以上であることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼溶接管。（２）質量％にて、Ｃ：０．００１〜０．０１５％、Ｎ：０．００１〜０．０２０％，Ｃｒ：１１〜２５％，Ｍｏ：０．０１〜２．０％，ＴｉまたはＮｂの１種または２種を０．０５〜０．６％，Ｂ：０．０００３〜０．００３０％を含有し、溶接管素材の円周方向となるべき方向の伸びが３０％以上で、平均ランクフォード値が１．５以上であることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼溶接管。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェライト系ステンレス鋼溶接管に於いて、成形、溶接、矯正後の溶接管母材部の円周方向伸びが１５％以上であることを特徴とする拡管加工性に優れるフェライト系ステンレス鋼溶接管。
【請求項２】
質量％にて、Ｃ：０．００１〜０．０１５％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％，Ｍｎ：０．０１〜１．０％，Ｐ：０．０１〜０．０３％，Ｓ：０．０００５〜０．０１０％，Ｎ：０．００１〜０．０２０％，Ｃｒ：１１〜２５％，Ｍｏ：０．０１〜２．０％，ＴｉまたはＮｂの１種または２種を０．０５〜０．６％，Ｂ：０．０００３〜０．００３０％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、溶接管素材板の円周方向となるべき方向の伸びが３０％以上で、平均ランクフォード値（ｒ値）が１．５以上である素材板を用いてなることを特徴とする請求項１記載の拡管加工性に優れるフェライト系ステンレス鋼溶接管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車排気系部品や自動車燃料系部品の燃料給油管等の拡管加工が厳しく、かつ高温酸化や融雪剤等の付着による腐食や高温塩害腐食が厳しい用途に使用されるフェライト系ステンレス鋼溶接管に関するものであり、素管径の２倍以上の偏芯加工を含む拡管加工での母材に発生する拡管加工割れを防止するものである。
【背景技術】
【０００２】
フェライト系ステンレス鋼は、熱膨張係数が小さいことから加熱・冷却が繰り返される自動車排気系部品に使用されてきた。また、最近では寒冷地域での融雪剤付着時の応力腐食割れ感受性が低いことから、自動車燃料系部品の燃料給油管への適用も始められている。これらの部品の多くは、薄肉の溶接管であり、曲げ加工やバルジ加工や拡管加工等が施されている。特に、燃料給油管では、特許文献１のように防錆性能を図るためパイプを一体で、且つ偏芯で拡管することが示され、素管径の２倍以上の加工が施される場合があり、使用されるパイプには優れた拡管性が要求される。
【０００３】
これらの要求に対して、加工性の優れるフェライト系ステンレス鋼管として、特許文献２ように、素材の圧延方向や圧延直角方向のランクフォード値（ｒ値）を規定している例はあるが、素管の２倍以上、かつ偏芯拡管を伴う非常に厳しい拡管加工に耐えることが困難である。
【０００４】
一方、素材に関しても、使用環境が厳しくなったことや、寿命等耐久性の向上要求等から、耐食性、耐高温塩害性、耐酸化性、高温強度や熱疲労の向上が求められ、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｂ等の合金元素含有量が高くなる傾向に有り、使用性能と加工性を両立した溶接管素材が求められている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２４２７７９号公報
【特許文献２】特開平６−４１６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこうした現状を鑑みて、素管の２倍以上の偏芯加工を含む拡管加工での母材に発生する拡管加工割れを防止する、拡管加工性に優れたフェライト系ステンレス鋼溶接管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは上記目的を達成するため、拡管加工における溶接管の変形挙動、拡管性と母材特性の関係を検討し、多段工程による拡管性を向上させ、偏芯拡管工程を含み素管の２倍以上の拡管性を得るためには、素材板の特性と造管後の母材部の特性が非常に重要であるとの知見を得たものであり、その要旨とするところは以下の通りである。
（１）フェライト系ステンレス鋼溶接管に於いて、成形、溶接、矯正後の溶接管母材部の円周方向伸びが１５％以上であることを特徴とする拡管加工性に優れるフェライト系ステンレス鋼溶接管。
（２）質量％にて、Ｃ：０．００１〜０．０１５％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％，Ｍｎ：０．０１〜１．０％，Ｐ：０．０１〜０．０３％，Ｓ：０．０００５〜０．０１０％，Ｎ：０．００１〜０．０２０％，Ｃｒ：１１〜２５％，Ｍｏ：０．０１〜２．０％，ＴｉまたはＮｂの１種または２種を０．１〜０．５％，Ｂ：０．０００３〜０．００３０％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、溶接管素材板の円周方向となるべき方向の伸びが３０％以上で、平均ランクフォード値（ｒ値）が１．５以上であることを特徴とする請求項１記載の拡管加工性に優れるフェライト系ステンレス鋼溶接管。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に本発明を詳細に説明する。通常、パンチによる多段工程での偏芯拡管加工では、図１に示すように溶接管は、各工程でパンチとの摩擦による管軸方向の応力により、管軸方向には圧縮変形し、管円周方向には引張変形を受けながら拡管加工されている。また、偏芯拡管加工を伴う場合は、偏芯部が張り出され、局部的に軸方向および円周方向に引張変形を受け、特に円周方向の歪が引張歪で大ききことから、円周方向の延性確保が偏芯拡管成形するためには重要と考えられる。
【０００９】
このような加工において、溶接管母材部の延性が不足していると、図２に示すように偏芯拡管部の張り出し部に、軸方向に沿った括れや割れが発生する。このような括れや割れは、重要保安部品の自動車燃料系部品の燃料給油管では許されない欠陥である。偏芯拡管部での割れと溶接管母材の延性との関係を検討した結果、偏芯拡管部での割れと溶接管円周方向の伸びには関連があり、図３に示すように括れや割れを抑制するためには溶接管円周方向の伸びが１５％以上必要であり、円周方向伸びが１５％以下１０％以上の溶接管では括れが発生し、１０％以下の溶接管では割れに至ることが明らかになった。なお、円周方向の伸び１５％以上を確保するには、ロール成形やゲージ成形でオープンパイプ状に成形される時、できるだけ低歪で成形する方法や造管後熱処理により造管歪を低減し、延性を確保する等の手段を用いることが必要である。なお、溶接管母材部の円周方向伸びは、円周方向に切断、展開後、ＪＩＳ１３号Ｂに準拠した引張試験片平行部を切り出し、両端に掴み部を溶接後、引張試験を行い、全伸びを測定した。
【００１０】
溶接管素材板に関しても、全体の歪や局部的な歪に対して母材割れの抑制、割れの進展を抑制するため、円周方向となるべき方向の伸びは３０％以上、平均ランクフォード値で１．５以上であるフェライト系ステンレス鋼帯の使用が望ましい。また、それらに使用されるステンレス鋼板素材板はＴｉ，Ｎｂを添加した高純度フェライト系ステンレス鋼を使用することが望ましく、素材の成形性を確保するため本発明で規定した化学組成について以下に詳細に説明する。
【００１１】
Ｃ、Ｎ：Ｃ、Ｎは多量に添加すると成形性や耐食性を劣化させる。また、これらを固定させるため必要Ｔｉ量が増加するため、上限はＣは０．０１５％、Ｎは０．０２０％とした。下限は精錬コストを考え、Ｃ，Ｎいずれも０．００１％とした。
【００１２】
Ｓｉ：Ｓｉは脱酸元素として用いられる元素であるが、１．０％を越えると成形性を著しく低下するため上限を１．０％とした。精錬工程コストを考えた場合、０．０１％は不可避に混入するレベルであることから、これを下限とした。
【００１３】
Ｍｎ：Ｍｎを多量に添加した場合、成形性を低下するため上限を１．０％とした。精錬工程コストを考えた場合、０．０１％は不可避に混入するレベルであることから、これを下限とした。
【００１４】
Ｐ：Ｐは固溶強化により、成形性を低下させることから、上限は０．０３％とした。下限は、原料選択等により製鋼コストを増加させることから、下限は０．０１％とした。
【００１５】
Ｓ：Ｓは多量に添加すると、介在物等により耐食性を劣化させることから、上限を０．０１０％とし、下限は製鋼コストを考慮し０．０００５％とした。
【００１６】
Ｃｒ：Ｃｒはステンレス鋼の基本特性である耐食性を確保するために必要な元素である。自動車燃料系部品で必要とされるＣｒは、下限は塗装をした場合で１１％、上限は成形性を低下させたり、製品コストを高めたり、製造性を劣化させるため２５％とした。
【００１７】
Ｍｏ：Ｍｏもステンレス鋼の耐食性を向上させる元素である。上限はＣｒと同様、成形性やコスト面から２．０％とし、下限は不可避なレベルとして０．０１％とした。
【００１８】
Ｔｉ、Ｎｂ：Ｔｉ、ＮｂはＣ，Ｎと結合し、析出物を形成し、成形性を向上させる元素である。また、耐食性、特に溶接部の耐食性を向上させる元素である。成形性向上に必要なレベルは０．１％以上であり、過剰に添加すると逆に成形性を低下させたり、Ｔｉ系介在物による疵の原因となるので、上限は０．５％とした。
【００１９】
Ｂ：Ｂは二次加工性を向上させる元素であり、拡管加工後の各種加工での二次加工割れを抑制する。その効果を得るためには０．０００３％以上必要なことから下限とした。上限は、素材の伸びやｒ値等成形性を劣化させるため０．００３０％とした。
【実施例】
【００２０】
表１に示す成分の鋼板１．０ｍｍ厚を用いて、２５．４ｍｍφのＴＩＧ溶接管、電縫溶接管を、成形条件、造管後矯正量、熱処理温度を表２のように変化させ製造した。製造した溶接管を、多段パンチの５工程偏芯拡管（２５．４ｍｍφ溶接管を３０φ、３８φ、４５φ、５１φ、偏芯拡管５１φ（１３ｍｍオフセット））で多段拡管加工し、全工程での割れ有無により、拡管性を評価した。なお、このような厳しい拡管加工では溶接部を起点とする割れも発生するため、溶接ビード強度等を適切に制御し製造した。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
【表２】
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【００２３】
表２に示すように各種溶接管の偏芯拡管性を評価した結果、Ｎｏ．１〜１４のように本発明範囲の成分、素材特性を有する高純度フェライト鋼では特開２００２−２３９６２６号公報等の千鳥配置された孔型ロールのロール間隔が孔型ロール外径の１倍を超えて２倍以下であるように配置することにより、成形過程での曲げ、曲げ戻しによる成形歪を低下させることが可能である。具体的には、ロール外径５０ｍｍ、ロール間隔５２ｍｍの孔型ロール１０段を造管方向に千鳥配置し成形した。このような低歪での造管後のサイジング量についても、サイジング率を周長比で１．５％以下にすることにより、円周方向伸びが１５％以上確保でき、偏芯拡管部での括れや割れは見られず、十分な偏芯拡管性が得られている。また、Ｎｏ．１５〜２１のように通常のロール成形による造管材についても、造管、サイジング後に７００〜８５０℃で熱処理することにより延性が回復し、円周方向伸びが１５％以上となり、偏芯拡管部での括れや割れは見られず、十分な拡管性が得られている。一方、Ｎｏ．２２〜２８のように低歪造管やサイジング量、熱処理等がなされない場合や熱処理温度が低い場合は、円周方向伸びが１５〜１０％の溶接管では偏芯拡管部に括れの発生が見られ、円周方向伸び１０％以下の材料では割れに至っており、自動車等の重要保安部品には使用できないことは明らかである。
【００２４】
一方、Ｎｏ．２９〜３１の鋼種Ｈ（ＳＵＳ４３０）を素材とすると、素材伸びとｒ値が低く、溶接部の特性が劣るため、母材偏芯拡管部や溶接部で割れが発生し、厳しい偏芯拡管用材料としては使用できない。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
以上述べたように、本発明は自動車排気系や燃料系部品等の厳しい使用環境に耐え、偏芯拡管加工での母材割れの無い拡管性に優れたフェライト系ステンレス鋼溶接管を提供することが可能となり、産業的価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】偏芯拡管加工による加工歪経路
【図２】偏芯拡管部に見られる割れ、括れの形態
【図３】円周方向伸びと偏芯拡管加工での括れ、割れ発生の関係
【図１】
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【図２】
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【図３】
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