(57)【要約】【課題】複数の鋼管を溶接した構造を持つにもかかわらず溶接部のハイドロフォーム加工性の低下を極力抑えることのできる高強度のハイドロフォーム加工性に優れたテーラード鋼管を提供する。【解決手段】重量比で、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｓｉ：０．００５〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜３．０％、Ｐ：０．００１〜０．０６％、Ｓ：０．００１〜０．０１％、Ａｌ：０．００１〜０．１％およびＦｅを主成分とし、｛Ｃ＋（Ｓｉ／３０）＋（Ｍｎ／２０）＋Ｐ＋（２Ｓ）＋（ＴＳ（ＭＰａ）／５０００）｝≦０．３３×Ｌｎ（ＴＳ（ＭＰａ））−１．７８　の式（Ａ）を満足させたテーラード鋼管。溶接部の拡管率の低下代を、溶接前の素材管の拡管率に対して２０％以下に抑制できる。【選択図】　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量比で、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｓｉ：０．００５〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜３．０％、Ｐ：０．００１〜０．０６％、Ｓ：０．００１〜０．０１％、Ａｌ：０．００１〜０．１％およびＦｅを主成分とし、下記の数１の式（Ａ）を満足することを特徴とするハイドロフォーム加工性に優れたテーラード鋼管。
【数１】
2004010922.tif 000006
【請求項２】
重量比で、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｓｉ：０．００５〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜３．０％、Ｐ：０．００１〜０．０６％、Ｓ：０．００１〜０．０１％、Ａｌ：０．００１〜０．１％およびＦｅを主成分とし、さらにＭｏ：０．０５〜０．５％、Ｖ：０．０１〜０．２％、Ｃｒ：０，０１〜１．０％、Ｔｉ：０．００１〜０．２％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｃｕ：０．２〜２．０％、Ｎｉ：０．０５〜２．０％、Ｂ：０．０００５〜０．０２０％のうちの１種または２種以上を含有し、下記の数２の式（Ｂ）を満足することを特徴とするハイドロフォーム加工性に優れたテーラード鋼管。
【数２】
2004010922.tif 000007
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイドロフォーム加工の素材管として用いられるハイドロフォーム加工性に優れたテーラード鋼管に関するものであり、特に自動車用部品をハイドロフォーム加工する場合に適したハイドロフォーム加工性に優れたテーラード鋼管に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
ハイドロフォーム加工法は、金型内部に素材管を装入して端面に軸押し工具を当て、素材管の内部に高い液圧を加えて素材管を金型内面形状に添わせて塑性変形させる加工法である。この加工法によれば複雑な形状の中空体を単一工程で製造することができる。このようにハイドロフォーム加工法は部品統合性及び部品連結性に優れるため、特に自動車部品に適用することにより自動車の軽量化に資することができる。
【０００３】
しかしながら、普通に用いられている鋼管を素材管とした場合には、この軽量化メリットを十分に享受できない場合がある。例えば必要強度の異なる２部分からなる自動車部品を一体に製造しようとする場合などである。このような場合には、肉厚や鋼種を変えたテーラード鋼管を素材管としてハイドロフォーム加工部品とすることが有効であり、これにより強度上の要請を満足しつつ軽量化メリットを享受できるようになると考えられる。
【０００４】
テーラード鋼管の製造方法にはさまざまな方法が考えられるが、実用的な方法としては、図１に示すように肉厚や鋼種の異なる鋼管どうしを溶接する方法である。図１の例では左側の鋼管１は肉厚が１ｍｍであり、右側の鋼管２は肉厚が２ｍｍである。これらの鋼管１，２を溶接する場合、溶接長さを可能な限り短くするために、溶接部３は管軸に直交する同一平面上に位置させるのが普通である。
【０００５】
ところが、図１に示したようなテーラード鋼管をハイドロフォーム加工すると、溶接部３の部分の拡管率をその他の部分と同様に大きく取れないという問題が発生することが判明した。そして、テーラード鋼管の溶接部３の限界の拡管率は、素材管の強度（引張り強度）が大きくなるほど低下した。これは、テーラード鋼管製造時の溶接熱履歴により溶接部３の加工性が劣化しているためである。
【０００６】
ハイドロフォーム加工性に優れた鋼管に関しては、特開２００１−３０３１９５号公報の提案がある。この公報記載の発明は、素材管の成分を規定し、かつハイドロフォーミングによる拡管率（％）×素材管の引張り強度（ＭＰａ）を所定の値以上にすることにより、ハイドロフォーム加工性を改善したものである。
【０００７】
しかし、上記発明は素材管単体のハイドロフォーム加工性を改善したものであり、溶接によりテーラード鋼管にした後、ハイドロフォーム加工を実施することはないため、テーラード鋼管の溶接部の加工性劣化を防止する技術とは明らかに異なった技術である。また、上記発明は比較的引張り強度の低い素材管に関するものであり、自動車車体のさらなる軽量化を達成するため必要とされる高強度の素材管としたときの溶接性については不明である。このように、特開２００１−３０３１９５号の発明では、差厚、異強度の鋼管を溶接した高強度のテーラード鋼管の溶接部のハイドロフォーム加工性の問題は解決されていない。上記のような問題が未解決であるため、差厚、異強度等の鋼管を溶接した高強度のテーラード鋼管を素材管としたハイドロフォーム加工は、未だ実用化されていない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記のような問題を解決して、差厚、異強度等の複数の鋼管を溶接した構造を持ち、素材管を高強度とした場合にも溶接部のハイドロフォーム加工性の低下を極力抑えることのできるハイドロフォーム加工性に優れたテーラード鋼管を提供するためになされたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた請求項１の発明は、重量比で、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｓｉ：０．００５〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜３．０％、Ｐ：０．００１〜０．０６％、Ｓ：０．００１〜０．０１％、Ａｌ：０．００１〜０．１％およびＦｅを主成分とし、前記の数１の式（Ａ）を満足することを特徴とするものである。また、同一の課題を解決するためになされた請求項２の発明は、重量比で、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｓｉ：０．００５〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜３．０％、Ｐ：０．００１〜０．０６％、Ｓ：０．００１〜０．０１％、Ａｌ：０．００１〜０．１％およびＦｅを主成分とし、さらにＭｏ：０．０５〜０．５％、Ｖ：０．０１〜０．２％、Ｃｒ：０，０１〜１．０％、Ｔｉ：０．００１〜０．２％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｃｕ：０．２〜２．０％、Ｎｉ：０．０５〜２．０％、Ｂ：０．０００５〜０．０２０％のうちの１種または２種以上を含有し、前記の数２の式（Ｂ）を満足することを特徴とするものである。
【００１０】
上記のように、本発明は素材の成分を限定することによってテーラード鋼管製造時の溶接熱履歴による溶接部の加工性劣化を改善し、均質な素材管と同様の大きな拡管率で拡管させることを可能としたものである。以下に各成分の限定理由を説明する。
【００１１】
（請求項１及び請求項２の必須成分の限定理由）
Ｃは、母材の強度を保持するために不可欠な元素であり０．０１％以上を必要とする。しかし、含有量が多くなると母材の加工性が劣ると同時に溶接部が著しく硬化し延性が低下するため、０．２％を上限とする。
Ｓｉは、母材の強度を得るための補助元素として用いる。０．００５％未満にするには製造コストがかかり経済的に不利であるため、０．００５％を下限とし、２．０％を越えると熱延段階でのスケールの除去にコストがかかり経済的に不利であるため、２．０％を上限とする。
Ｍｎは、母材の強度を確保するための元素であり、０．１％未満では溶製するのにコストがかかり経済的に不利であるため、０．１％を下限とする。３．０％を越えると母材の加工性が劣化するとともに、溶接部を硬化させ、成形性が劣化してしまうため３．０％を上限とする。
【００１２】
Ｐは、０．００１％未満では工業的にコスト高を招くので０．００１％を下限とする。また、０．０６％を越えると母材の加工性を低下させると同時に溶接部を脆化させ結果として加工性を低下させるので、上限を０．０６％とする。
Ｓは、０．００１％未満では、製造コストの上昇を招くため、０．００１％を下限とする。また、０．０１％を越えると熱間脆性を起こすため、０．０１％を上限とする。
Ａｌは、鋼の脱酸に必要な元素で、０．００１％未満では脱酸不足となり、ピンホールなどの欠陥を生じるので、０．００１％を下限とし、０．１％を越えるとアルミナなどの介在物が増加し、母材の延性を損ねるので０．１％を上限とする。
【００１３】
（請求項２の付加成分の限定理由）
Ｍｏは、固溶強化作用により母材の強度向上をもたらす元素であり、０．０５％未満では、強度向上効果がなくなるので、０．０５％を下限とし、０．５％を越えると、効果が飽和するとともに母材の靭性を低下させる。さらに溶接部を硬化させるうえ、成形性が劣化してしまうため、０．５％を上限とする。
Ｖは、析出物の生成により母材強度の向上をもたらすための元素であり、０．０１％未満では、その効果が得られないため、０．０１％を下限とする。また、０．２％を越えて含有すると母材の靭性の劣化を招くため、０．２％を上限とする。
Ｃｒは、母材の強度向上をもたらす元素であり、０．０１％未満では、強度向上効果がなくなるので、０．０１％を下限とし、１．０％を越えると、効果が飽和して母材の靭性を低下させるとともに、溶接部を硬化させ、成形性が劣化してしまうため０．５％を上限とする。
【００１４】
Ｔｉは、Ｃ、Ｎ、Ｓを固定することにより、溶接後の成形性を向上させる。この効果を発揮させるには、０．００１％以上の添加が必要となる。しかし、過剰に添加すると、多量に析出した炭窒化物により母材の加工性を劣化させるので、０．２％を上限とする。
Ｎｂは、析出物の生成により母材の強度の向上をもたらすと同時に組織の微細化作用により母材の靭性を向上させるための元素であり、０．００５％未満では、その効果が得られないため、０．００５％を下限とする。また、０．０５％を越えて含有すると母材の加工性が劣化するので、０．０５％を上限とする。
Ｃｕは、母材の強度向上、疲労強度を改善するのに有効な元素であり、０．２％未満であると前記の特性改善に有効な効果が得られないので、０．２％を下限とする。また、２．０％を越えると鋼管製造時の熱延段階での加工性を劣化させてしまうため、上限を２．０％とした。
【００１５】
Ｎｉは、Ｃｕ添加した鋼の熱間圧延中に生じる表面欠陥（Ｃｕヘゲ）を抑制するために必要で、鋼板の表面品質を高品位に保ち、熱間脆性を防止する。このため、Ｎｉは０．０５％以上添加する。添加量が２．０％を越えて添加しても表面品位向上の効果は飽和するとともにコストアップを招くため２．０％を上限とする。なお、Ｎｉ添加の効果は、Ｃｕの添加量に応じて発揮されるためＮｉ添加量はＮｉ／Ｃｕに応じてこの比を０．２５〜０．６０とすることが望ましい。
Ｂは、母材の強度向上をもたらすための元素であり、０．０００５％未満ではその効果が得られないため、０．０００５％を下限とする。また、０．０２０％を超えて含有すると母材の靭性低下が顕著になることから０．０２０％を上限とする。
【００１６】
さらに請求項１の発明においては、上記成分のうちＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓの量に加えて、素管の引張り強度（ＴＳ（ＭＰａ））が前記数１の式（Ａ）を満足することが重要となる。また請求項２の発明においては、上記成分のうちＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｐ、Ｓの量に加えて、素管の引張り強度（ＴＳ（ＭＰａ））が前記数２の式（Ｂ）を満足することが重要となる。その理由は下記に示す通りである。
【００１７】
（式（Ａ）（Ｂ）の理由）
本発明者らは、種々の化学成分、引張り強度を有する高強度鋼管について、同一素材どうしをレーザ突合せ溶接し、その後、鋼管内部に液圧を付与した自由バルジ試験を実施した。そして、鋼管が破断した時の鋼管の周長（拡管率）を調査した。鋼管に生じた破断部はいずれもレーザ突合せ溶接部であり、レーザ溶接により加工性が低下していた。そして、その周長の変化は、前記式が成り立つ場合、すなわち本発明に従っている場合には、レーザ突合せ溶接を行っていない高強度鋼管単体の自由バルジ試験での周長（素材管の限界）に比して、その低下代が約２０％以内になることが確認された。式（Ａ）もしくは（Ｂ）が成り立たない場合には、その低下代が２０％を超え、成形性が劣化しており、本発明により加工性が改善されたことが明確となった。
【００１８】
これは、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｃｒは、溶接時の溶接部および熱影響部の強度を高めるため、過剰の添加は溶接部および溶接熱影響部の延性を低下させること、Ｐ、Ｓは、過剰に添加されると溶接部および溶接熱影響部の脆化を招くこと、さらに、素管の引張り強度が大きいものほど、レーザ溶接後の結晶粒径、析出物や第２相等の組織変化が大きくなることが、結果として溶接後の成形性を劣化させるのである。これらの式に関しては、実施例により更に説明する。
【００１９】
【実施例】
（実施例１）
表１に示す化学成分の鋼を溶製してスラブとした。このスラブを１２００℃に加熱後、熱間圧延して板厚１．６ｍｍの熱延鋼板とした。また、同一のスラブを熱間圧延に引き続き、酸洗−冷間圧延−連続焼鈍を施して板厚１．６ｍｍの冷延鋼板とした。これらの熱延鋼板または冷延鋼板を用いて、円筒状にロール成形後電気抵抗溶接して、直径６３．５ｍｍの電縫鋼管とした。
【００２０】
この電縫鋼管より引張り試験片（ＪＩＳ１１号）を採取し、引張り強度を求めた。さらにこの鋼管を５００ｍｍの長さに切断し、鋼管内部に液圧を付与した鋼管単体の自由バルジ試験を実施し、鋼管が破断したときの周長を測定し、鋼管単体の限界拡管率（α）を求めた。また、得られた電縫鋼管を２５０ｍｍの長さに切断し、同一の鋼管をレーザ溶接（レーザ出力：２ｋＷ、溶接速度：２ｍ／ｍｉｎ、シールドガス：Ａｒ（２０Ｌ／ｍｉｎ））にて突合せ溶接しテーラード鋼管を得た。
【００２１】
このテーラード鋼管の鋼管内部に液圧を付与した自由バルジ試験を実施し、テーラード鋼管の限界拡管率（β）を測定した。そして、テーラード鋼管の加工性の指標として、テーラード鋼管の限界拡管率を鋼管単体の限界拡管率で除した値、すなわち（β／α）を算出し、表２にまとめて示した。表２に示すように、本発明の鋼では、テーラード鋼管の拡管率の低下代が２０％以内（β／αが０．８以上）であり、従来鋼に比較して溶接部の加工性が改善されたことがわかる。
【００２２】
【表１】
2004010922.tif 000003
【００２３】
【表２】
2004010922.tif 000004
【００２４】
なお、図２にこれらの式を示す曲線と拡管率の低下代との関係を示すグラフを示した。このグラフ中、白丸は溶接後の拡管率の低下代が溶接前の素材管の拡管率に対して２０％以下の良好な成績を示したデータを示し、黒三角は溶接後の拡管率の低下代が溶接前の素材管の拡管率に対して２０％以上となり、成形性が劣化したデータを示す。このように、上記の式は溶接部の成形性の良否を分ける境界を示している。
【００２５】
（実施例２）
表１に示した鋼スラブの一部を用いて最終板厚の異なる電縫鋼管を製造した。板厚の変更は、熱間圧延の圧下を変更して行った。これらの電縫鋼管を２５０ｍｍの長さに切断後、組合せ、レーザ溶接で突き合わせ溶接を行い自由バルジ試験に供し、その拡管率を測定した。レーザ溶接条件は、溶接速度：２ｍ／ｍｉｎ、シールドガス：Ａｒ（２０Ｌ／ｍｉｎ））とし、各溶接方法での入熱は、各鋼板の組合せの条件で、溶接部の溶け落ちが生じない最大の入熱として、適宜変更した。試験結果を表３に示す。
【００２６】
【表３】
2004010922.tif 000005
【００２７】
表３の結果から、本発明鋼同士の板組合せの条件では、同一強度レベルの比較鋼同士の板組合せの条件に比して、溶接部の成形性が優れていることがわかる。また、本発明鋼と比較鋼とを組み合わせた場合では、本発明鋼同士の場合よりも成形性は低下しているが、比較鋼同士を組み合わせた場合よりも、溶接後の成形性が優れていることがわかる。
【００２８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のテーラード鋼管は複数の鋼管どうしを溶接した高強度のものでありながら、その組成と強度とに関する式を満足させることにより、溶接部の成形性を向上させたものであり、溶接部のない均質な素材管と同様の優れたハイドロフォーム加工性を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】テーラード鋼管を示す斜視図である。
【図２】式の左辺の値と素材管の引張強度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１　鋼管
２　鋼管
３　溶接部
【図１】
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【図２】
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