(57)【要約】【課題】拡管率を大きくしても難なく成形しうる加工性に優れたメカニカル拡管加工用金属管を提供する。【解決手段】管１内に配したセグメント拡管工具２により所定の外径に拡管加工されるメカニカル拡管加工用金属管であって、管円周方向のｒ値が２．０  以上の材料からなり、少なくとも被拡管部分の管内面に管円周方向長さ１００  μｍ  あたり５〜１００  本のすじからなる表面凹凸形態を有し、かつ、同内面の表面粗さがＲａで０．１０〜１．０  μｍ  であるもの。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管内に配したセグメント拡管工具により所定の外径に拡管加工されるメカニカル拡管加工用金属管であって、管円周方向のｒ値が２．０  以上の材料からなり、少なくとも被拡管部分の管内面に管円周方向長さ１００  μｍ  あたり５〜１００  本のすじからなる表面凹凸形態を有し、かつ、同内面の表面粗さがＲａで０．１０〜１．０μｍ  であることを特徴とするメカニカル拡管加工用金属管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メカニカル拡管加工用金属管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車部品等の製品に関連する分野では、鋼管等の金属管を拡管加工により成形した製品がマフラーシェルや触媒ケースなどに使用されている。その加工法として、ハイドロフォーミング法あるいはメカニカル拡管法が用いられている（例えば非特許文献１参照）。ハイドロフォーミング法は、金型内に金属管を装着し、管内に液を導入して内圧をかけ拡管する方式であるが、設備が大掛かりとなりコストが高い。メカニカル拡管法は、図１に示すように、複数枚の断面円弧状セグメント２ａを円環状に配列して放射状に進退させるように構成したセグメント拡管工具２により、金属管１の円周方向の数箇所を半径方向に押し広げる方式であり、設備は比較的簡素なもので足りる。しかし、メカニカル拡管法では、工具と金属管材料（以下、単に“材料”ともいう。）間の摩擦により工具接触部の管円周方向の変形が拘束されるため、材料が管円周方向に均一変形し難く、セパレート部２ｂに変形が集中して割れが発生し易いことから、大きな拡管率を得ることが難しかった。
【０００３】
【非特許文献１】
日本塑性加工学会編「チューブフォーミング」ｐ．６５−９０，コロナ社，１９９２．１０
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、メカニカル拡管法では、大きな拡管率を得ることが難しいという課題が残されていた。本発明は、この課題を解決し、拡管率を大きくしても難なく成形しうる加工性に優れたメカニカル拡管加工用金属管を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成した本発明は、管内に配したセグメント拡管工具により所定の外径に拡管加工されるメカニカル拡管加工用金属管であって、管円周方向のｒ値が２．０  以上の材料からなり、少なくとも被拡管部分の管内面に管円周方向長さ１００  μｍ  あたり５〜１００  本のすじからなる表面凹凸形態を有し、かつ、同内面（＝前記少なくとも被拡管部分の管内面）の表面粗さがＲａ（＝平均粗さ）で０．１０〜１．０  μｍ  であることを特徴とするメカニカル拡管加工用金属管である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明のメカニカル拡管加工用金属管すなわち本発明管は、図１に示したようなメカニカル拡管法に則り、管１内に配したセグメント拡管工具２により所定の外径に拡管加工される金属管であって、管材料のｒ値、管の表面凹凸形態および表面粗さが上記本発明範囲内にあるものである。金属管としては、鋼管、アルミニウム管、銅管などが挙げられる。鋼管としては、鋼板を管状に成形し突合せ部を溶接してなる電縫鋼管や、ビレットを穿孔・延伸圧延してなるシームレス鋼管などのいずれであってもよい。鋼管の鋼種は、炭素鋼、ステンレス鋼等々のいずれであってもよい。
【０００７】
本発明にいう“すじ”とは、管軸方向に伸びた深さ０．５  μｍ  以上の凹部を指す。また、ｒ値は、板の引張試験において、歪比＝（試験片板幅方向の歪）／（試験片板厚方向の歪）で定義される量である。電縫鋼管等のような、帯板から造管される金属管の場合は、造管前の帯板についての管円周方向に対応する方向（通常は帯板の板幅方向がこれに該当する。）の引張試験データからｒ値を評価しうる。一方、シームレス鋼管等のような、帯板でないものから造管される金属管の場合は、フラットニング後、Ｃ方向引張試験片を採取して測定することによりｒ値を評価しうる。
【０００８】
本発明範囲を上記のように限定した理由を以下に説明する。
本発明者らは、前記目的を達成するために、管材料の管円周方向のｒ値、管内面に形成したすじの本数密度（管円周方向長さ１００  μｍ  あたりのすじ本数）および管内面の表面粗さＲａを種々違えた鋼管を材料に用いて、図１に示したメカニカル拡管法により図２に示す形状に成形する拡管加工実験を行なって限界拡管率を測定した。これらの鋼管は、いずれも電縫鋼管であって、鋼種：ＳＵＳ４３６Ｊ１Ｌ  、管サイズ：外径１１４．３ｍｍ  ×肉厚１．５  ｍｍ×長さ５００ｍｍ  のものである。この実験では、被加工部分の管内面に潤滑剤として鉱物油を０．２  ｇ／ｍ２  塗油した。
【０００９】
限界拡管率は、図２に示すように、加工途中で材料に割れが生じたときの外径すなわち拡管限界外径ｄと加工前外径ｄ０  （この実験では１１４．３ｍｍ  ）との差の拡管限界外径ｄに対する比を百分率で表すものとした。
この実験のデータから、図３〜図５に特性図を示すような知見が得られた。すなわち、図３より、限界拡管率はｒ値＜２．０  の範囲ではｒ値の増大に伴い増大し、ｒ値≧２．０  の範囲ではその増大傾向が頭打ちとなる。すなわち、ｒ値を２．０  以上とすることによりｒ値変域内での最大拡管率近くまで拡管しうるが、ｒ値が２．０  未満ではそれが叶わず大きな拡管率を得るのは困難である。よってｒ値は２．０  以上とした。
【００１０】
また、図４、図５より、すじの本数密度が５〜１００  本の範囲および表面粗さＲａが０．１０〜１．０  μｍ  の範囲で限界拡管率が大きい。この理由は、おそらく、これらの範囲においてセグメント拡管工具と材料間の摩擦係数が小さくなり、材料が比較的均一に管円周方向に変形するようになるためである。よって、すじの本数密度は５〜１００  本とし、表面粗さＲａは０．１０〜１．０  μｍ  とした。
【００１１】
材料の管円周方向のｒ値を２．０  以上にする方法としては、帯板から造管される金属管の場合、例えば、素材成分、冷間圧延時の圧下率、焼鈍温度を調整するなどの方法が挙げられる。一方、帯板でないものから造管される金属管の場合、例えば、温間域で縮径圧延としごき圧延を行うなどの方法が挙げられる。
金属管の表面にすじを導入する方法としては、帯板から造管される金属管の場合、例えば、造管用の帯板の製造工程に含まれる圧延工程のなかで、ロール面にすじを設けた圧延ロールで最終段またはスキンパス調質圧延などを実施することにより帯板にすじを転写する。一方、帯板でないものから造管される金属管の場合、例えば、すじを付けたマンドレルでしごき圧延するなどの方法が挙げられる。
【００１２】
金属管の表面粗さを調整する方法としては、帯板から造管される金属管の場合、例えば、造管用の帯板の製造工程に含まれる圧延工程のなかで、ロール面の表面粗さを調整した圧延ロールで仕上圧延することにより帯板に表面粗さを転写する。一方、帯板でないものから造管される金属管の場合、例えば、表面粗さを調整したマンドレルでしごき圧延することにより管内面に表面粗さを転写するなどの方法が挙げられる。
【００１３】
【実施例】
板厚１．５  ｍｍのＪＩＳ  ＳＵＳ４３６Ｊ１Ｌ  相当鋼板を管状に幅曲げ成形しその曲げ端（突合せ端）を高周波抵抗溶接して外径１１４．３ｍｍ  の鋼管を製造した。このとき、造管前の鋼板について、管円周方向のｒ値、すじの本数および表面粗さＲａを表１に示す種々の値に設定した。ｒ値は、鋼板の製造工程のなかで特に冷間圧延時の圧下率と焼鈍温度を制御することにより表１の値に調整した。すじは、すじを設けたスキンパスロールで調質圧延することにより導入した。表面粗さＲａは、ロールの表面粗さを調整した圧延ロールで転写させることにより調整した。
【００１４】
上記製造した鋼管を、図１に示したメカニカル拡管法により、拡管率が３０％になるように拡管加工し、割れの有無を調べた。セグメント２ａの材質はＳＫＤ１１  とし、拡管加工に際し、潤滑剤として鉱物油を鋼管内面に０．２  ｇ／ｍ２  塗布した。
その結果、表１に示すように、本発明の範囲外の鋼管（比較例）では割れが発生したのに対し、本発明の範囲内の鋼管（発明例）では、割れが生じることなく拡管加工が可能であり、所定形状の成形品が得られた。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
【発明の効果】
かくして本発明によれば、メカニカル拡管法による成形可能範囲を従来よりも拡管率の大きい側に拡大することができ、厳しい拡管率を要する成形品でも難なく製造できるようになるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】メカニカル拡管法の概要を示す模式図である。
【図２】拡管加工実験における最終成形形状および限界拡管率の定義を示す模式図である。
【図３】限界拡管率と管材料の管円周方向のｒ値との関係を示す特性図である。
【図４】限界拡管率と管内面に形成したすじの本数との関係を示す特性図である。
【図５】限界拡管率と管内面の表面粗さＲａとの関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１  管（金属管）
２  セグメント拡管工具
２ａ  セグメント
２ｂ  セパレート部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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