(57)【要約】【課題】安価で良好な加工性を有する鋼管及びその製造方法を提供する。【解決手段】鋼管を素管として、該素管を冷間で伸管加工した後、Ａｃ１変態点−７０℃からＡｃ１変態点の温度範囲で加熱して製造した鋼管において、シーム溶接部を含む鋼管全域でフェライトの分率を６０％以上、平均結晶粒径を１０μｍ以上、アスペクト比の平均値が１．０以上５．０未満とし、特定の集合組織を形成させることによって、ｒＬ及びｒＣを高くし、加工性を向上させた鋼管を得る。並びにその製造方法として、素管を特定の減面率及び減肉率となるように冷間で伸管加工し、Ａｃ１変態点−７０℃からＡｃ１変態点の温度範囲で３０秒以上加熱した後、冷却する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管を素管として、該素管を冷間で伸管加工した後、Ａｃ１変態点−７０℃からＡｃ１変態点の温度範囲で加熱して製造した鋼管であって、シーム溶接部を含む鋼管全域でフェライトの分率が６０％以上、平均結晶粒径が１０μｍ以上、アスペクト比の平均値が１．０以上５．０未満であり、更に、鋼管の軸方向のｒ値（ｒＬ）が１．２以上、鋼管の円周方向のｒ値（ｒＣ）が１．２以上であることを特徴とする加工性に優れた鋼管。
【請求項２】
鋼管を素管として、鋼管の１／２板厚における板面の{１１１}のＸ線反射面ランダム強度比が２．０以上７．０以下、{１１０}のＸ線反射面ランダム強度比が１．０以上５．０以下、{１００}のＸ線反射面ランダム強度比が３．０以下であり、シーム溶接部を含む鋼管全域でフェライトの分率が６０％以上、平均結晶粒径が１０μｍ以上であり、更に、鋼管の軸方向のｒ値（ｒＬ）が１．２以上、鋼管の円周方向のｒ値（ｒＣ）が１．２以上であることを特徴とする加工性に優れた鋼管。
【請求項３】
前記鋼管のシーム溶接部を含む鋼管全域で硬さの最大値と最小値との差がＨｖ５０以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の加工性に優れた鋼管。
【請求項４】
素管を減面率が１０％以上６０％以下、減肉率が１％以上となるように冷間で伸管加工し、Ａｃ１変態点−７０℃からＡｃ１変態点の温度範囲で３０秒以上加熱した後、冷却することを特徴とする加工性に優れた鋼管の製造方法。
【請求項５】
前記素管を冷間で伸管加工する前に、Ａｃ３変態点以上の温度に加熱し、冷却する工程を付加することを特徴とする請求項４に記載の加工性に優れた鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伸管、曲げ、ハイドロフォーミング等によって成形する構造用鋼管、配管等に適する加工性に優れた鋼管及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工程の省略及び部品点数の削減による自動車の製造コスト低減を目的として、鋼管から複雑な形状の部品を製造するハイドロフォーミング技術が開示されている（特許文献１を参照）。このようなハイドロフォーミング技術のメリットを十分に活用するためには、塑性異方性の指標であるｒ値（ランクフォード値）の高い鋼管が望ましく、ハイドロフォーミング用鋼管及びその製造方法が開示されている（特許文献２〜６を参照）。
【０００３】
しかしながら、これらの鋼管の製造方法は、何れも鋼管を素管として、該素管を加熱した後、比較的高温で縮径加工することによって鋼管の集合組織を制御し、ｒ値を高める方法であることから、製造設備が高価となり、製造コストが上昇するという問題がある。
【０００４】
一方、圧延方向及び圧延方向に直交する方向のｒ値が高い冷延鋼板を用いて造管した後、鋼管を熱処理する方法が開示されている（特許文献７を参照）。しかしながら、この方法では、鋼管を製造する際に、シーム溶接部で溶融した部分と、Ａｃ１変態点以上に再加熱されることでオーステナイトに変態した部分とのｒ値が低下することから、加工性に劣るという問題がある。さらに、この方法は、素材となる冷間圧延鋼板の製造コストが高いので、鋼管の製造コストも上昇するという問題点がある。
【０００５】
一方、引張強度が３５０ＭＰａ以上、鋼管の軸方向及び円周方向のｒ値が共に１．３以上であり、鋼管の軸方向のｎ値「ｎ」と引張強度「ＴＳ[ＭＰａ]」がＴＳ＋３２８５×ｎ＞１０８２の関係を満たす加工性に優れた鋼管、並びにそのような鋼管の製造方法として、冷間圧延鋼板を素材として造管した後、加熱する方法が開示されている（特許文献８を参照）。
【０００６】
しかしながら、この方法では、鋼管を製造する際に、鋼管を単に加熱するだけではシーム溶接部で溶融した部分と、Ａｃ１変態点以上に再加熱されることでオーステナイトに変態した部分とのｒ値の向上は認められず、加工性に劣るという問題点がある。さらに、この方法は、冷間圧延鋼板を素材として鋼管を製造し、該鋼管を加熱することによって鋼管の集合組織を制御してｒ値を高める方法であることから、素材となる冷間圧延鋼板の製造コストが高くなり、その結果、鋼管の製造コストも上昇するという問題点がある。
【特許文献１】特開平１０−１７５０２６号公報
【特許文献２】特開２００１−３４８６４３号公報
【特許文献３】特開２００１−３４８６４７号公報
【特許文献４】特開２００１−３４８６４８号公報
【特許文献５】特開２００２−２０８４１号公報
【特許文献６】特開２００２−１１５０２９号公報
【特許文献７】特開２００２−１１５７８０号公報
【特許文献８】特開２００４−６８０４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、安価で良好な加工性を有する鋼管及びその製造方法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】
【０００８】
上記課題を解決することを目的とした本発明の要旨は、以下のとおりである。
鋼管を素管として、該素管を冷間で伸管加工した後、Ａｃ１変態点−７０℃からＡｃ１変態点の温度範囲で加熱して製造した鋼管であって、シーム溶接部を含む鋼管全域でフェライトの分率が６０％以上、平均結晶粒径が１０μｍ以上、アスペクト比の平均値が１．０以上５．０未満であり、更に、鋼管の軸方向のｒ値（ｒＬ）が１．２以上、鋼管の円周方向のｒ値（ｒＣ）が１．２以上であることを特徴とする加工性に優れた鋼管。鋼管を素管として、鋼管の１／２板厚における板面の{１１１}のＸ線反射面ランダム強度比が２．０以上７．０以下、{１１０}のＸ線反射面ランダム強度比が１．０以上５．０以下、{１００}のＸ線反射面ランダム強度比が３．０以下であり、シーム溶接部を含む鋼管全域でフェライトの分率が６０％以上、平均結晶粒径が１０μｍ以上であり、更に、鋼管の軸方向のｒ値（ｒＬ）が１．２以上、鋼管の円周方向のｒ値（ｒＣ）が１．２以上であることを特徴とする加工性に優れた鋼管。前記鋼管のシーム溶接部を含む鋼管全域で硬さの最大値と最小値との差がＨｖ５０以下であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の加工性に優れた鋼管。素管を減面率が１０％以上６０％以下、減肉率が１％以上となるように冷間で伸管加工し、Ａｃ１変態点−７０℃からＡｃ１変態点の温度範囲で３０秒以上加熱した後、冷却することを特徴とする加工性に優れた鋼管の製造方法。前記素管を冷間で伸管加工する前に、Ａｃ３変態点以上の温度に加熱し、冷却する工程を付加することを特徴とする前記（４）に記載の加工性に優れた鋼管の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明によれば、安価で加工性に優れた鋼管を得ることが可能であり、このような鋼管を、伸管、曲げ、ハイドロフォーミングなどで加工する構造用鋼管、配管等に適用することにより、安全性が著しく向上すると共に、工程の省略及び部品点数の削減による製造コストの低減が可能となり、資源の有効利用が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の加工性に優れた鋼管及びその製造方法について詳細に説明する。
本発明者らは、鋼管を素管として、該素管を加熱した後、直ちに縮径加工するような高価な製造設備を必要とすることなく、また高価な冷間圧延鋼板を素材として造管することなく、安価に製造することができ、シーム溶接部も含めた鋼管全域での加工性に優れた鋼管及びその製造方法について鋭意検討を行った。
【００１１】
その結果、鋼管を素管として、該素管を減面率が１０％以上６０％以下、減肉率が１％以上となるように冷間で伸管加工し、Ａｃ１変態点−７０℃からＡｃ１変態点の温度範囲で３０秒以上加熱した後、冷却することによって、シーム溶接部を含む鋼管全域で鋼管の軸方向のｒ値（ｒＬ）及び鋼管の円周方向のｒ値（ｒＣ）を高くして、曲げ加工やハイドロフォーミングなどの加工性を向上させることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１２】
すなわち、本発明の加工性に優れた鋼管は、鋼管を素管として、該素管を冷間で伸管加工した後、Ａｃ１変態点−７０℃からＡｃ１変態点の温度範囲で加熱して製造した鋼管であって、シーム溶接部を含む鋼管全域でフェライトの分率が６０％以上、平均結晶粒径が１０μｍ以上、アスペクト比の平均値が１．０以上５．０未満であり、更に、鋼管の軸方向のｒ値（ｒＬ）が１．２以上、鋼管の円周方向のｒ値（ｒＣ）が１．２以上であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の加工性に優れた鋼管は、鋼管を素管として、鋼管の１／２板厚における板面の{１１１}のＸ線反射面ランダム強度比が２．０以上７．０以下、{１１０}のＸ線反射面ランダム強度比が１．０以上５．０以下、{１００}のＸ線反射面ランダム強度比が３．０以下であり、シーム溶接部を含む鋼管全域でフェライトの分率が６０％以上、平均結晶粒径が１０μｍ以上であり、更に、鋼管の軸方向のｒ値（ｒＬ）が１．２以上、鋼管の円周方向のｒ値（ｒＣ）が１．２以上であることを特徴とする。
【００１４】
具体的に、鋼管を素管として、該素管を冷間で伸管加工した後、Ａｃ１変態点−７０℃からＡｃ１変態点の温度範囲で加熱して製造する鋼管において、曲げ加工やハイドロフォーミングなどの加工性を向上させるためには、本発明のようにシーム溶接部を含む鋼管全域でｒＬ及びｒＣをそれぞれ１．２以上とすることが好ましい。一般的にｒ値が高くなると加工性が向上することが知られている。シーム溶接部を含めて円周方向全域でｒＬ及びｒＣが高くなる場合、ｒＬ及びｒＣが１．２以上であれば、曲げ加工やハイドロフォーミングなどの加工性を十分に確保することが可能である。なお、４５゜方向のｒ値（ｒＤ）は、加工性に大きな効果を及ぼさないため、特に限定しないものの、このような鋼管の製造条件において、ｒＤは１．２未満となる。
【００１５】
鋼管のｒＬの測定方法については、先ず、鋼管からＪＩＳ Ｚ ２２０１に準拠して、鋼管の軸方向を長手方向として１２号円弧状試験片を採取し、標点をマーキングして標点間の距離を測定する。次に、試験片平行部の中央部にひすみゲージを幅方向に貼付した後、伸び計を取り付けて引張試験機で１０％の引張ひずみを与え、標点距離の変化とひずみゲージにより測定した幅方向のひずみ変化からｒＬを算出した。
【００１６】
鋼管のｒＣの測定方法については、先ず、鋼管を切断してプレス等で平板状とし、円周方向を長手方向としてＪＩＳ Ｚ ２２０１の１３Ｂ号試験片を採取し、試験片平行部に標点をマーキングして標点距離ならびに試験片平行部の板厚及び板幅を測定した。次に、試験片に伸び計を取り付けて、引張試験機にて１０％の引張ひずみを与え、引張ひずみ導入前後の試験片の板幅及び標点間距離からｒＣを算出した。
【００１７】
また、本発明の鋼管組織は、シーム溶接部を含む鋼管全域でフェライトの分率が６０％以上、平均結晶粒径が１０μｍ以上であることが好ましい。フェライトの分率及び平均結晶粒径は、上記の規定範囲から外れると、良好なｒ値を得ることが困難となる。また、フェライトの平均結晶粒径が１００μｍ以上となると、成形時に肌荒れ等の問題になる場合があるため、フェライトの平均結晶粒径は１００μｍ未満であることがより好ましい。
【００１８】
フェライトの分率及び平均結晶粒径は、鋼管の軸方向と平行な切断面（Ｌ断面）の板厚３／８〜５／８の範囲内について測定した。フェライトの分率については、点算法などによって測定すればよく、フェライトの平均結晶粒径については、切片法などによって測定すればよい。なお、測定誤差を低減するためには、結晶粒が１００個以上存在する領域について測定しなくてはならない。また、エッチングはナイタールが好ましい。
【００１９】
さらに、本発明の鋼管組織は、フェライトのアスペクト比の平均値が１．０以上５．０未満であることが好ましい。フェライトのアスペクト比の平均値は、長辺と短辺とが同一となる１．０が最低値である。一方、フェライトのアスペクト比の平均値が５．０以上となると、伸管加工後の熱処理による再結晶が形成されず、伸管加工により形成された加工フェライトが残存するため、良好なｒ値が得られない。また、フェライトのアスペクト比の平均値は１．０以上４．０未満がより好ましく、更に好ましくは１．０以上３．０未満である。
【００２０】
ここで言うアスペクト比とは、ＪＩＳ Ｇ ０５５２の方法によって測定される展伸度と同じである。すなわち、本発明の場合、鋼管の軸方向と平行な切断面（Ｌ断面）における板厚３／８〜５／８の範囲内の軸方向に垂直な一定長さの線分によって切断される結晶粒の数で、圧延方向に平行な上記と同じ長さの線分によって切断される結晶粒の数を除したもので与えられる。
【００２１】
本発明のように鋼管のｒ値を高めるためには、集合組織を制御する必要がある。すなわち、ｒＣ及びｒＬを高くして、鋼管の優れた加工性を得るためには、本発明のように鋼管の１／２板厚における板面の{１１１}のＸ線反射面ランダム強度比を２．０以上７．０以下、{１１０}のＸ線反射面ランダム強度比を１．０以上５．０以下、{１００}のＸ線反射面ランダム強度比を３．０以下とすることが好ましい。これらのランダム強度比が上記の規定範囲から外れると、ｒＣ及びｒＬをそれぞれ１．２以上にすることが困難となる。また、特定の方位のみランダム強度比を高めると、他の方位のランダム強度比が低くなるので、各方位におけるランダム強度比の上限を規定した。
【００２２】
各方位のＸ線ランダム強度比は、Ｘ線回折によって測定される。具体的には、鋼管から弧状試験片を切り出し、これをプレス等で平板状としてから、Ｘ線解析を行う。また、弧状試験片から平板状とするときは、試験片加工による結晶回転の影響を避けるため、極力低ひずみで行うものとし、加工により導入されるひずみ量の上限は１０％以下とすることが好ましい。
このようにして得られた平板状の試料について、機械研磨や化学研磨などによって板厚中心付近まで研磨し、バフ研磨によって鏡面に仕上げた後、電解研磨や化学研磨によってひずみを除去すると同時に、板厚中心層が測定面となるように調整する。
なお、試料の板厚中心層に偏析帯が観察される場合には、板厚の３／８〜５／８の範囲で偏析帯のない場所を測定すればよい。さらに、Ｘ線測定が困難な場合は、ＥＢＳＰ法によって測定しても差し支えない。
【００２３】
鋼管の曲げ加工やハイドロフォーミングなどの加工において、鋼管の局部的な硬度上昇による延性の劣化は、加工性を著しく低下させる。このため、鋼管のシーム溶接部を含む鋼管全域で材質の均一化が必要である。
本発明では、鋼管のシーム溶接部を含む鋼管全域で硬さの最大値と最小値との差がＨｖ５０以下であることが好ましい。特に、加工の厳しいハイドロフォーミングのような加工では、この差がＨｖ５０を超えてしまうと、硬さの高い箇所での延性不足により破断に至ることがある。したがって、鋼管のシーム溶接部を含む鋼管全域で硬さの最大値と最小値との差は、Ｈｖ５０以下であることが好ましく、より好ましくはＨｖ３０以下である。
なお、鋼管の硬さ測定については、鋼管の円周方向の切断面（Ｃ断面）の板厚３／８〜５／８、且つシーム溶接部を含む円周方向全域をビッカース硬度計により測定した。
【００２４】
次に、本発明の加工性に優れた鋼管の製造方法について説明する。
本発明の加工性に優れた鋼管の製造方法は、鋼管を素管として、該素管を減面率が１０％以上６０％以下、減肉率が１％以上となるように冷間で伸管加工し、Ａｃ１変態点−７０℃からＡｃ１変態点の温度範囲で３０秒以上加熱した後、冷却することを特徴とする。
【００２５】
具体的に、素管の減面率が１０％未満になると、十分な結晶回転が起こらず、熱処理後の再結晶集合組織が特定の方位に制御できないため、Ｃ及びＬ方向のｒ値が高くならない。一方、素管の減面率が６０％を超えると、冷間加工時に破断し易くなる。したがって、素管の減面率は、１０％以上６０％以下とすることが好ましい。
なお、減面率とは、｛（伸管加工前の断面積−伸管加工後の断面積）／（伸管加工前の断面積）｝×１００（％）で表される値である。
【００２６】
減肉率が１％未満となると、熱処理後の再結晶集合組織が特定の方位に制御できないため、Ｃ及びＬ方向のｒ値が高くならない。したがって、減肉率は１％以上とすることが好ましく、この減肉率を１％以上とするためには、冷間での伸管加工時に鋼管内部にプラグを差込み、板厚を制御する方法を用いることが望ましい。
なお、減肉率とは、｛（伸管加工前の肉厚−伸管加工後の肉厚）／（伸管加工前の肉厚）｝×１００（％）で表される値である。
【００２７】
冷間で伸管加工した後、加熱温度がＡｃ１変態点−７０℃未満となると、再結晶が十分に進行しないので狙いとする再結晶集合組織及びフェライト組織が得られず、Ｃ及びＬ方向のｒ値が高くならない。一方、加熱温度がＡｃ１変態点を超えると、オーステナイト変態が起こり、狙いとする集合組織及びフェライト組織が得られず、Ｃ及びＬ方向のｒ値が高くならない。したがって、鋼管の加熱温度は、Ａｃ１変態点−７０℃からＡｃ１変態点の温度範囲とすることが好ましい。
【００２８】
また、鋼管をＡｃ１変態点−７０℃からＡｃ１変態点の温度範囲で加熱する際は、その加熱時間が３０秒未満であると、再結晶が十分に進行せず、特定の再結晶集合組織及び狙いとするフェライト組織が得られないので、Ｃ及びＬ方向のｒ値が高くならない。したがって、鋼管の加熱時間は、３０秒以上とすることが好ましい。なお、鋼管を加熱した後の冷却は、空冷又は水冷の何れでも構わない。
【００２９】
本発明では、冷間で伸管加工する前に、Ａｃ３変態点以上の温度に加熱し、冷却する工程を付加してもよい。この場合、冷間で伸管加工する前に、Ａｃ３変態点以上の温度に加熱し、冷却することによって、シーム溶接部を含めた鋼管の集合組織がランダム化され、その後の冷間での伸管加工と熱処理によって、更に高いｒ値が得られる。一方、冷間で伸管加工する前の加熱温度がＡｃ３変態点未満の場合は、集合組織のランダム化が不十分となる。
また、冷間での伸管加工する前にＡｃ３変態点以上の温度に加熱し、冷却することによって、シーム溶接部を含めた鋼管の材質が均質化され、その後の冷間での伸管加工と熱処理によって、シーム溶接部を含めた鋼管全域において材質の均質化が得られる。一方、冷間で伸管加工する前の加熱温度がＡｃ３変態点未満の場合は、シーム溶接部と母材部の材質が不均質となる。
【００３０】
なお、本発明では、鋼管の鋼成分については特に規定しないものの、通常の構造用鋼管、自動車用鋼板に使用されるものであれば、その鋼成分に関わらず、上述した本発明の効果を得ることができる。また、鋼成分によってＡｃ１変態点が異なる場合は、熱処理条件を設定する際、予めＡｃ１変態点を測定しておく必要がある。このＡｃ１変態点は、フォーマスター試験等によって測定することが可能である。
【実施例】
【００３１】
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
【００３２】
本実施例では、鋼管サイズが６３．５φ×２．２ｍｍｔとなるように、表１の各鋼成分を有する冷間加工前の母管を準備して、伸管加工を行い、その後、熱処理した各鋼管の製造条件及び機械的性質を表２に示す。
なお、伸管前の熱処理は、９５０℃加熱のノルマを施した。
鋼管の加工性の評価は、以下の方法で行った。すなわち、鋼管に１０ｍｍφのスクライブドサークルを転写し、内圧と軸押し量を制御して、円周方向への張り出し成形を行った。そして、バースト直前での最大拡管率を示す部位（拡管率＝成形後の最大周長／母管の周長）の軸方向のひずみと円周方向のひずみを測定した。この２つのひずみの比ρと最大拡管率をプロットして、ρ＝−０．５となる拡管率Ｒｅをもってハイドロフォームの成形性指標とした。
【００３３】
【表１】
2008255394.tif 000002
【００３４】
【表２】
2008255394.tif 000003
【００３５】
表２から明らかなように、Ｎｏ．１〜７の鋼管（本発明例）は、何れも良好な集合組織とｒ値を有し、ハイドロフォーム加工時の最大拡管率が高く、良好な加工性を有する。
これに対して、Ｎｏ．８〜１３の鋼管（比較例）は、具備すべき条件が適切でなく、加工性に劣る。
具体的に、Ｎｏ．８の鋼管は、減面率が低いため、ｒ値が低く最大拡管率が低い。
Ｎｏ．９の鋼管は、減面率が高すぎるため、伸管加工時に破断した。
Ｎｏ．１０の鋼管は、減肉率が低いため、ｒＬ値が低いために、最大拡管率が低いことと、伸管加工前のノルマ熱処理がないために、硬さの最大値と最小値の差が大きい。
Ｎｏ．１１の鋼管は、熱処理温度が低いため、フェライトの平均結晶粒径が小さく、且つフェライトのアスペクト比の平均値が大きいために、ｒ値が低く、最大拡管率が低い。
Ｎｏ．１２の鋼管は、熱処理温度が高いため、ｒ値が低く、最大拡管率が低い。
Ｎｏ．１３の鋼管は、熱処理時間が短いため、フェライトの分率が低く、且つｒ値が低いために、最大拡管率が低い。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の鋼管は、安価で加工性に優れているので、伸管、曲げ、ハイドロフォーミングなどで加工する構造用鋼管、配管等に幅広く適用することが可能である。