(57)【要約】【課題】自動車用の構造部材に使用される丸管、角管および異形管等に好適な、ＴＳが５９０ＭＰａ以上の高強度鋼管を安価に製造できる、高強度鋼管の製造方法を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．００５％〜０．５０％、Ｓｉ：０．６％以下、Ｍｎ：０．３〜３．０％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．００６％以下、Ａｌ：０．００１〜０．０８％、Ｎ：０．００１〜０．００６％、Ｏ：０．００６％以下をそれぞれ含有し、さらに、Ｃｕ：０．５〜１．２％、Ｎｂ：０．００５〜０．１０％、Ｖ：０．０１〜０．１０％の内の少なくとも１種または２種以上を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼管を素管とし、該素管を減面率１０％以上６０％以下となるように冷間で伸管加工した後、５００℃から６５０℃の温度範囲で３０秒以上の熱処理を行ない、次いで空冷する方法としている。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．００５％〜０．５０％、
Ｓｉ：０．６％以下、
Ｍｎ：０．３〜３．０％、
Ｐ：０．０２％以下、
Ｓ：０．００６％以下、
Ａｌ：０．００１〜０．０８％、
Ｎ：０．００１〜０．００６％、
Ｏ：０．００６％以下
をそれぞれ含有し、さらに、
Ｃｕ：０．５〜１．２％、
Ｎｂ：０．００５〜０．１０％、
Ｖ：０．０１〜０．１０％
の内の少なくとも１種または２種以上を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼管を素管とし、
該素管を減面率１０％以上６０％以下となるように冷間で伸管加工した後、５００℃から６５０℃の温度範囲で３０秒以上の熱処理を行い、次いで空冷することを特徴とする高強度鋼管の製造方法。
【請求項２】
前記素菅とされる鋼管が、さらに、質量％で、
Ｎｉ：０．１〜２．０％、
Ｃｒ：０．１〜２．０％、
Ｍｏ：０．１〜２．５％、
Ｔｉ：０．００５〜０．０３０％
の内の少なくとも１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の高強度鋼管の製造方法。
【請求項３】
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、冷却する工程が備えられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の高強度鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の構造部材に使用される、５９０ＭＰａ以上の引張強度（ＴＳ）を有した丸管、角管及び異形管等の製造に好適な高強度鋼管の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車から排出される炭酸ガスの抑制によって地球温暖化を防止する観点から、燃費向上を目的とした車体の軽量化が検討されている。さらに、衝突安全性に関する基準も厳しくなっていることから、その安全性向上のための検討が盛んに行なわれている。このような、自動車の軽量化と安全性を両立させる方法として、高強度鋼を自動車の構造部材に適用する検討が活発化してきている。
また、上述のような自動車用の構造部材の形状は複雑化しており、丸管だけでなく、角管や異形管も要求されるようになっている。
【０００３】
鋼管の強度を増加させる方法としては、例えば、特許文献１に記載されているような、素材となる熱延鋼板の強度を増加させる方法や、非特許文献１に記載されているような、電縫鋼管を造管した後、焼き入れ及び焼き戻しを行う方法がある。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の熱延鋼板の強度を増加させる方法では、鋼板の合金元素の添加量を多くしなければならず、また、造管時のスプリングバックが大きく成形形状が安定化しないため、電縫溶接部の品質が劣化するという問題がある。
一方、非特許文献１に記載の造管後に焼き入れ及び焼き戻しを行う方法では、焼き入れ性を確保するために合金元素の添加量を多くする必要があり、電縫溶接部の品質が劣化するとともに、焼き入れ時に鋼管の曲がりが発生するために矯正を行なう必要があり、製造コストが高くなるという問題がある。
【０００５】
これらの問題に対して、特許文献２では、ＣｕあるいはＭｏを含有した熱延鋼板を用いて造管し、鋼管を５００℃〜６５０℃で熱処理する、高強度電縫鋼管の製造方法が開示されている。特許文献２に記載の製造方法は、熱間圧延鋼板から成形、溶接、定型を経て造管した後、熱処理することによって高強度化する方法であり、その後、冷間での伸管工程と焼鈍工程が付与される。
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載の製造方法では、熱処理によって鋼管の強度が高くなるため、冷間での伸管加工において大きな減面率がとれず、所定の鋼管サイズに製造する際、生産性が低下して製造コストが高くなるという問題がある。また、特許文献２に記載の方法では、鋼管の強度を高めるためにＣｕ添加量を１．５％程度まで添加する例が開示されているが、このような添加量とした場合には、鋳片のひび割れが発生しやすくなるという問題がある。さらに、特許文献２に記載の方法では、ひび割れを防止するために多量のＮｉ添加が必要となるので、製造コストが高くなるという問題があった。
【特許文献１】特開昭５２−１１４５１９号公報
【特許文献２】特開平４−１０３７１８号公報
【非特許文献１】「日新製鋼技法」、日新製鋼株式会社、第４８号、ｐ．８８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、特に、自動車用の構造部材に使用される丸管、角管および異形管等に好適な、ＴＳが５９０ＭＰａ以上の高強度鋼管を安価に製造できる、高強度鋼管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】
本発明の要旨とするところは以下の通りである。
【０００９】
（１）  質量％で、Ｃ：０．００５％〜０．５０％、Ｓｉ：０．６％以下、Ｍｎ：０．３〜３．０％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．００６％以下、Ａｌ：０．００１〜０．０８％、Ｎ：０．００１〜０．００６％、Ｏ：０．００６％以下をそれぞれ含有し、さらに、Ｃｕ：０．５〜１．２％、Ｎｂ：０．００５〜０．１０％、Ｖ：０．０１〜０．１０％の内の少なくとも１種または２種以上を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼管を素管とし、該素管を減面率１０％以上６０％以下となるように冷間で伸管加工した後、５００℃から６５０℃の温度範囲で３０秒以上の熱処理を行い、次いで空冷することを特徴とする高強度鋼管の製造方法。
【００１０】
（２）  前記素菅とされる鋼管が、さらに、質量％で、Ｎｉ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ｍｏ：０．１〜２．５％、Ｔｉ：０．００５〜０．０３０％の内の少なくとも１種または２種以上を含有することを特徴とする上記（１）に記載の高強度鋼管の製造方法。
【００１１】
（３）  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、冷却する工程が備えられていることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の高強度鋼管の製造方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の高強度鋼管の製造方法によれば、上記構成により、丸管、角管および異形管等に好適な、ＴＳが５９０ＭＰａ以上の高強度鋼管を、安価に製造することができる。このような、本発明の高強度鋼管の製造方法で得られる高強度鋼管を自動車等の構造部材に採用することにより、自動車等の軽量化が可能となるとともに、衝突安全性を著しく向上させることができ、さらに、自動車等の燃費が向上するので、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】
【００１３】
以下、本発明に係る高強度鋼管の製造方法の実施の形態について詳細に説明する。
なお、この実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために詳細に説明するものであるから、特に指定の無い限り、本発明を限定するものではない。
【００１４】
本発明の高強度鋼管の製造方法は、質量％で、Ｃ：０．００５％〜０．５０％、Ｓｉ：０．６％以下、Ｍｎ：０．３〜３．０％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．００６％以下、Ａｌ：０．００１〜０．０８％、Ｎ：０．００１〜０．００６％、Ｏ：０．００６％以下をそれぞれ含有し、さらに、Ｃｕ：０．５〜１．２％、Ｎｂ：０．００５〜０．１０％以下、Ｖ：０．０１〜０．１０％以下の内の少なくとも１種または２種以上を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼管を素管とし、該素管を減面率１０％以上６０％以下となるように冷間で伸管加工した後、５００℃から６５０℃の温度範囲で３０秒以上の熱処理を行い、次いで空冷する方法である。
【００１５】
本発明の高強度鋼管の製造方法は、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｖの内の少なくとも１種または２種以上を含有する鋼管を素管として、この鋼管を冷間で伸管加工した後、熱処理することにより、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｖの析出強化を最大限に発揮させて鋼管の高強度を達成することが可能な方法である。
【００１６】
「素菅の成分組成」
以下に、本発明で規定する素菅（鋼管母材）の成分組成の限定理由について詳述する。
【００１７】
（Ｃ：０．００５％〜０．５０％）
Ｃ（炭素）は、母材の強度を確保するために、０．００５％以上の添加量とすることが必要である。しかしながら、Ｃの添加量が０．５０％を超えると、素菅の加工性や靭性が低下することから、０．５０％を上限値とした。
【００１８】
（Ｓｉ：０．６％以下）
Ｓｉ（ケイ素）は、脱酸や強度向上のために添加する元素であるが、添加量が多すぎるとスケール生成による表面性状の劣化が著しくなるので、上限を０．６％とした。
【００１９】
（Ｍｎ：０．３％〜３．０％）
Ｍｎ（マンガン）は、強度を確保する上で不可欠な元素であり、その添加量の下限は０．３％である。しかしながら、Ｍｎの添加量が多すぎると連続鋳造鋼片の中心偏析を助長し、成形時に亀裂を発生させるので、上限を３．０％とした。
【００２０】
（Ｐ：０．０２％以下）
本発明では、不可避的不純物であるＰ（リン）の含有量を０．０２％以下とする。この主たる理由としては、溶接部の割れ発生を防止することが挙げられる。また、Ｐの含有量の低減は、連続鋳造スラブの中心偏析を低減させ、粒界破壊を防止し低温靭性を向上させるという効果がある。
【００２１】
（Ｓ：０．００６％以下）
Ｓ（硫黄）も、Ｐと同様に不可避的に混入する元素であり、その含有量が０．００６％を超えると溶接部に割れが発生するので、上限の値を０．００６％とした。
【００２２】
（Ａｌ：０．００１〜０．０８％）
Ａｌ（アルミニウム）は、キルド鋼の場合、その含有量を０．００１％未満におさえることは製鋼技術上難しく、また、０．０８％を超えると鋳片の割れや酸化物系巨大介在物の形成による内質欠陥を巻き起こすので、上限の値を０．０８％とした。
【００２３】
（Ｎ：０．００１〜０．００６％）
Ｎ（窒素）は、ＴｉとともにＴｉＮを形成し、スラブ再加熱時のγ粒の粗大化を抑制して低温靭性を向上させる効果があり、このために必要な最小添加量は０．００１％である。しかしながら、Ｎの添加量が多すぎるとスラブ表面疵の原因となるので、その上限の値は０．００６％に抑える必要がある。
【００２４】
（Ｏ：０．００６％以下）
Ｏ（酸素）は、鋼管の靱性を劣化させる不可避的不純物であるので、その含有量が少ないほど好ましい。特に０．００６％を超えると、鋼中に粗大な酸化物が多量に生成するため、靱性が劣化するので、その上限の値を０．００６％とした。
【００２５】
（Ｃｕ：０．５〜１．２％）
Ｃｕ（銅）は、冷間加工後の熱処理時に析出硬化をもたらす重要な元素であり、このような効果を充分に発揮させるためには０．５％以上の添加が必要である。しかしながら、Ｃｕを過剰に添加すると熱間圧延時にＣｕ−クラックが発生するため、その上限の値を１．２％とした。
【００２６】
（Ｎｂ：０．００５〜０．１０％）
Ｎｂ（ニオブ）も、Ｃｕと同様、冷間加工後の熱処理時に析出硬化をもたらす重要な元素であり、このような効果を得るためには最低０．００５％のＮｂが必要である。しかしながら、Ｎｂの添加量が多すぎると延性が劣化するので、その上限の値を０．１０％に限定した。
【００２７】
（Ｖ：０．０１〜０．１０％）
Ｖ（バナジウム）は、Ｎｂとほぼ同様の効果を有し、その効果を発揮させるためには０．０１％以上の添加が必要である。また、上限は延性の点から０．１０％まで許容できる。
【００２８】
次に、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉを添加する理由について説明する。本発明において、上記基本成分に、さらにこれらの元素を添加する主たる目的は、本発明鋼の特徴を損なうことなく強度の向上を図るためである。従って、その添加量は自ずから制限されるべき性質のものである。
【００２９】
（Ｎｉ：０．１〜２．０％）
Ｎｉ（ニッケル）は、溶接性に悪影響を及ぼすことなく母材の強度を向上させる効果があるが、０．１％以下ではその効果が充分に得られず、また、２．０％を超える添加は溶接性に好ましくないため、その上限の値を２．０％とした。
【００３０】
（Ｃｒ：０．１〜２．０％）
Ｃｒ（クロム）は、母材の強度を増加させる効果があり、０．１％以上の添加が必要である。しかしながら、Ｃｒの添加量が多すぎると溶接性を著しく劣化させるため、上限の値を２．０％とした。
【００３１】
（Ｍｏ：０．１〜２．５％）
Ｍｏ（モリブデン）は、母材の強度を上昇させる元素であるが、２．５％を超えて添加するとＣｒと同様に溶接性を劣化させ、また、０．１％以下の添加では、その効果が充分に得られない。
【００３２】
（Ｔｉ：０．００５〜０．０３０％）
Ｔｉ（チタン）は、Ｎとともに微細なＴｉＮを形成し、スラブ再加熱時のγ粒の粗大化を抑制してミクロ組織を微細化し、母材の強度及び靭性の改善に寄与する元素であり、このような効果を発揮させるためには、０．００５％以上の添加が必要である。また、Ｔｉの添加量が多すぎると、ＴｉＮの粗大化やＴｉＣによる析出硬化が生じ、低温靭性を劣化させるので、その上限の値を０．０３０％に限定した。  
【００３３】
「製造方法」
以下に、本発明の高強度交換の製造方法で規定する各製造条件について説明する。
【００３４】
本発明の製造方法は、上記成分範囲の鋼管を素管とし、該素管を減面率１０％以上６０％以下となるように冷間で伸管加工した後、５００℃から６５０℃の温度範囲で３０秒以上の熱処理を行い、次いで空冷する方法である。
本発明では、素管を冷間で伸管加工することによってひずみを鋼中に導入し、その後、上記温度範囲の熱処理を行ない、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｖ等の炭窒化物を転位上に微細析出させることにより、高強度化された鋼管が得られる。
【００３５】
冷間での伸管加工時の減面率が１０％未満だと、鋼中に充分なひずみが導入されないので、析出強化による強度上昇の効果が充分に得られない。また、減面率が６０％を超えると、鋼が冷間加工時に破断するため、減面率は６０％以下に制限した。
熱処理の温度が５００℃未満だと、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｖの析出が不充分となり、また、６５０℃を超えると過時効となり、充分な強度が得られない。また、熱処理の時間が３０秒未満だと、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｖの析出が不十分となる。
【００３６】
なお、本発明の製造方法では、上記各製造条件に加え、さらに、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、冷却する工程が備えられていることが、より優れた強度特性及び延性（伸び）を有する高強度鋼管が得られる点で好ましい。
【００３７】
以上説明したように、本発明の高強度鋼管の製造方法によれば、上記構成により、丸管、角管および異形管等に好適な、ＴＳが５９０ＭＰａ以上の高強度鋼管を、安価に製造することができる。このような、本発明の高強度鋼管の製造方法で得られる高強度鋼管を自動車等の構造部材に採用することにより、自動車等の軽量化が可能となるとともに、衝突安全性を著しく向上させることができ、さらに、自動車等の燃費が向上するので、資源の有効利用が可能となる。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明に係る高強度鋼管の製造方法の実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、もとより下記実施例に限定されるものではなく、前、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらは何れも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００３９】
［サンプル作製］
下記表１に示す化学成分組成を有する符号１から２３までの鋼を用いて、鋼管サイズが６３．５ｍｍ（φ）×２．２ｍｍ（ｔ）の素菅（母材鋼管）を準備し、下記表２に示す条件で伸菅加工及び熱処理を行い、本発明鋼（鋼１〜１２）からなる高強度鋼管、及び比較鋼（鋼１３〜２３）からなる鋼管を得た。
【００４０】
［評価試験］
上記方法によって製造された各鋼管のサンプルについて、引張試験を行うことにより、機械的性質を調査した。
引張試験は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２０１に準拠し、鋼管長手方向から５号試験片を採取し、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に準拠して行った。なお、表２に示すＹＳ（ＭＰａ）は降伏強度、ＴＳ（ＭＰａ）は引張強度、ＥＬ（％）は全伸びである。
【００４１】
本実施例の各鋼の化学成分組成の一覧を表１に示し、また、鋼管の製造条件及び機械的性質の一覧を表２に示す。
【００４２】
【表１】
2008150669.tif 000002
【００４３】
【表２】
2008150669.tif 000003
【００４４】
［評価結果］
表１及び表２に示す結果から明らかなように、本発明で規定する範囲内の化学成分組成の鋼（鋼１〜１２）を用い、本発明で規定する範囲内の製造条件によって鋼管を製造した場合には、高い強度特性を有するとともに良好な延性（伸び）を有する高強度鋼管が得られることが分かる。
【００４５】
これに対して、化学成分組成又は各製造条件の何れかが、本発明の規定範囲外とされた比較鋼（鋼１３〜２３）からなる鋼管は、機械的特性の何れかが劣る結果となっている。
鋼１３は、Ｃｕの添加量が質量％で０．３５％と少ないため、引張強度ＴＳが５００（ＭＰａ）と低い結果となっている。また、鋼１４は、Ｃｕの添加量が１．３％と多過ぎるため、Ｃｕ−クラックが発生する結果となった。
鋼１５は、Ｎｂの添加量が０．００２％と少ないため、引張強度ＴＳが４８０（ＭＰａ）と低い結果となっている。また、鋼１６は、Ｎｂの添加量が０．１１０％と多過ぎるため、全伸びＥＬが４％と劣る結果となっている。
鋼１７は、Ｖの添加量が少ないため、引張強度ＴＳが４７０（ＭＰａ）と低い結果となっている。また、鋼１８は、Ｖの添加量が０．１１％と多過ぎるため、全伸びＥＬが４％と劣る結果となっている。
【００４６】
鋼１９は、伸菅加工の際の減面率が５％と小さいため、引張強度ＴＳが５６０（ＭＰａ）と低い結果となっている。また、鋼２０は、伸菅加工の際の減面率が６５％と大き過ぎるため、伸管加工中に破断する結果となった。
鋼２１は、熱処理温度が４５０℃と低いため、引張強度ＴＳが５６５（ＭＰａ）と低い結果となっている。また、鋼２２は、熱処理温度が７００℃と高過ぎるため、引張強度ＴＳが５６０（ＭＰａ）と低い結果となっている。
鋼２３は、熱処理の時間が２０秒と短いため、引張強度ＴＳが５５５（ＭＰａ）と低い結果となっている。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の製造方法で得られる高強度鋼管は、強度特性及び延性に優れており、自動車分野の他、各種分野の構造部材に適用することができる。