(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．１０〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．０１〜２．０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：２．０〜４．０ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０２５ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．０２ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：０．０１０〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｎ：０．０１０ｍａｓｓ％以下を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼を熱間圧延して鋼帯とし、この鋼帯をロール成形したのち電縫溶接して素管とし、その後、該素管をＡｃ３点超えの温度領域に加熱し、圧延開始温度を７８０〜８３５℃、Ａｒ３点以上における合計縮径率を２０％以上とする絞り圧延し、ベイナイト組織あるいはベイナイトとマルテンサイトからなる組織とすることを特徴とする高強度電縫鋼管の製造方法。
【請求項２】
上記鋼はさらに、Ｎｂ：０．１ｍａｓｓ％以下、Ｖ：０．５ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ：０．２ｍａｓｓ％以下およびＢ：０．００５ｍａｓｓ％以下のうちのいずれか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に記載の高強度電縫鋼管の製造方法。
【請求項３】
上記鋼はさらに、Ｃｒ：２ｍａｓｓ％以下、Ｍｏ：１ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ：１．５ｍａｓｓ％以下およびＮｉ：１ｍａｓｓ％以下のうちのいずれか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または２に記載の高強度電縫鋼管の製造方法。
【請求項４】
上記鋼はさらに、ＲＥＭおよびＣａのうちのいずれか１種または２種以上をそれぞれ０．１ｍａｓｓ％以下含有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の高強度電縫鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドアインパクトビームなどの自動車用部材のほか機械構造用部材や土木建築用部材として用いられる超高張力電縫鋼管およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車への安全性の要求が高まり、衝突時における乗員の安全性を確保するため、高強度鋼板を用いた補強部材の採用が進められている。この対応の１つとして、乗用車の側面衝突の衝撃を吸収し、車内の居住空間の変形を極力抑えるため、ドア内部にインパクトビームと呼ばれる補強部材を装着するようになった。
【０００３】
一般に、鋼は強度を高めると延性が損なわれ、吸収エネルギーが低下すると云われている。しかし、上記ドア補強部材は、衝突時に塑性変形することにより衝突エネルギーを吸収する必要があることから、高強度であると同時に高い変形能を具備するものが求められている。その他、耐衝撃破壊特性や耐衝撃曲特性および耐遅れ破壊特性などが求められることもある。
【０００４】
ところでこのようなドア補強部材には、一般に、高強度電縫鋼管が用いられている。これら高強度電縫鋼管の製造方法としては、例えば、特開昭56-46538号公報や特開平3-122219号公報等に開示されたように、電縫鋼管を製造後、焼入れまたは焼入れ・焼戻し処理などにより引張強さを向上させる方法と、特開平4-346624号公報や特開平5-59493号公報、特開平7-124758号公報等に開示されたように、高強度薄鋼板を製造後、これを電縫溶接して造管する方法とが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者の方法では、焼入れ時に反りが発生しやすいという問題があるとともに、造管後に焼入れるため、品質のバラツキが大きいばかりでなく、生産性が低く、製造コストが高くなるという問題点があった。一方、後者の方法では、高強度の薄綱板を用いるために成形が難しく、また造管の際の溶接部や熱影響部が軟化し、衝撃吸収能に悪影響を及ぼすという問題点があった。そして、これらの方法で製造された高強度鋼管は、いずれも、高い引張強度、高い降伏応力が得られる反面、延性の低下が著しいという問題点もあった。
【０００６】
本発明の目的は、降伏応力が980MPa以上、引張強さが1180MPa以上で、かつ降伏比80％以上の高強度電縫鋼管の有利な製造方法を提案することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、従来技術が抱えている上述した問題点を解決するために、電縫鋼管を製造する工程そのものの見直しを行った。その結果、成分組成を規定した熱延鋼板から素管を製造し、この素管をＡc3点超の温度領域に加熱した後、Ａr3点以上における合計縮径率20％以上の絞り圧延を行うことにより、ベイナイト組織あるいはベイナイトとマルテンサイトを含む組織とすることにより、焼入れ・焼戻しなどの特別の熱処理を施すことなく、降伏応力が980MPa以上、引張強さが1180MPa以上の高強度でかつ降伏比80％以上の電縫鋼管を製造することができることを見出した。本発明は、これらの知見に基づいて開発されたものである。
【０００８】
すなわち、本発明は、Ｃ：０．１０〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．０１〜２．０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：２．０〜４．０ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０２５ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．０２ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：０．０１０〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｎ：０．０１０ｍａｓｓ％以下を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼を熱間圧延して鋼帯とし、この鋼帯をロール成形したのち電縫溶接して素管とし、その後、該素管をＡｃ３点超えの温度領域に加熱し、圧延開始温度を７８０〜８３５℃、Ａｒ３点以上における合計縮径率を２０％以上とする絞り圧延し、ベイナイト組織あるいはベイナイトとマルテンサイトからなる組織とすることを特徴とする高強度電縫鋼管の製造方法である。
【０００９】
本発明はまた、上記鋼中には必要に応じてさらに、下記Ａ〜Ｃ群から選ばれる１種または２種以上の成分を添加することが好ましい。
Ａ群；Ｎｂ：０．１ｍａｓｓ％以下、Ｖ：０．５ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ：０．２ｍａｓｓ％以下、Ｂ：０．００５ｍａｓｓ％以下のうちのいずれか１種または２種以上
Ｂ群；Ｃｒ：２ｍａｓｓ％以下、Ｍｏ：１ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ：１．５ｍａｓｓ％以下、Ｎｉ：１ｍａｓｓ％以下のうちのいずれか１種または２種以上
Ｃ群；ＲＥＭおよびＣａのうちのいずれか１種または２種以上をそれぞれ０．１ｍａｓｓ％以下
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る電縫鋼管は、熱間圧延→素管成形(ロール成形→電縫溶接)→絞り圧延(縮径加工)の工程を経て製造され、従来技術のような焼入れ・焼戻し処理といった特別な熱処理によることなく、降伏応力が980MPa以上で、引張強さが1180MPa以上の高強度鋼管を得ることを特徴とする。
【００１２】
以下、本発明を開発する契機となった実験について説明する。
鋼成分が、Ｃ：0.17mass％、Mn：3.1mass％、Si：0.2mass％、Al：0.045mass％、Ｎ：0.0052mass％、Ｐ：0.009mass％、Ｓ：0.006mass％、Ｂ：0.0002mass％、Ti：0.015mass％を含み、残部がFeと不可避的不純物からなる鋼スラブを、再加熱により1260℃まで加熱し、仕上圧延終了温度を860℃とした熱間圧延をし、520℃で巻取り、板厚1.8mmの熱延鋼帯を得た。これをロール成形してオープン管とし、電縫溶接して素管とした。この素管を650〜850℃の温度範囲に加熱した後、全縮径率で55％の絞り圧延を実施した。この時の絞り圧延終了温度は、加熱温度−50℃に制御した。その後、平均冷却速度2.0℃／sで、500℃まで冷却した。
【００１３】
得られた製品管について、引張試験を行った。引張試験は、管長手方向にJIS 11号試験片（管状試験片、標点間距離50mm）を採取して、JIS Z 2241の規定に準拠して実施し、降伏強度ＹＳ、引張強度ＴＳを求めた。
結果について、加熱温度と降伏応力ＹＳとの関係を図１に、加熱温度と引張強度ＴＳとの関係を図２に、そして加熱温度と降伏比ＹＲとの関係を図３に示した。
図１〜３から明らかなように、絞り圧延の加熱温度が、概ね800℃超えの範囲で、ＹＳ：980MPa以上、ＴＳ：1180MPa以上で、かつ、ＹＲ：80％以上の高強度電縫鋼管が得られることがわかる。
【００１４】
なお、この実験に用いた鋼板のＡc3点は概ね800℃であり、また、圧延冷却時の過冷温度は、概ね−50℃である。従って、加熱温度を800℃超えとし、圧延終了温度を加熱温度−50℃に制御することは、加熱温度をＡc3点超えとし、圧延の終了温度をＡr3点超えとしたことと同じとなる。
すなわち、上記の実験結果は、加熱温度をＡc3点超えとし、圧延終了温度をＡr3点超えとする、さらに簡単に言えば、加熱温度と圧延温度をγ単相域の温度とすることにより、高強度電縫鋼管が得られることを意味している。
【００１５】
次に、本発明における各合金成分の含有量の限定理由について説明する。
Ｃ：0.10〜0.30mass％
Ｃは、電縫鋼管に所定の強度を付与する重要な元素である。引張強さ(ＴＳ)1180MPa以上を得るためには、0.10mass％以上の含有量が必要である。一方、0.30mass％を超えると、溶接性が悪化するため、上限を0.30mass％とした。
【００１６】
Si：0.01〜2.0mass％
Siは、脱酸剤として添加されるとともに、マトリックスに固溶し、鋼の強度を増加させる元素である。これらの効果は、0.01mass％以上、好ましくは0.1mass％以上の含有で認められるが、2.0mass％を超える含有は、延性を低下させる。このため、Siは0.01〜2.0mass％の範囲とした。
【００１７】
Mn：2.0〜4.0mass％
Mnは、焼入れ性を向上させるのに有効な元素で、絞り圧延後の冷却過程で、ベイナイト変態を促進させる効果がある。電縫鋼管の強度として、引張強さ1180MPa以上を得るために2.0mass％超の含有量が必要である。好ましくは2.5mass％超である。一方、Mn含有量が4.0mass％を超えると延性が低下するため、4.0mass％を上限とした。
【００１８】
Ｐ：0.025mass％以下
Ｐは、焼入れ後の靭性を悪化させる元素である。その含有量が0.025mass％を超えると靭性が低下するため、0.025mass％以下とした。
【００１９】
Ｓ：0.02mass％以下
Ｓは、非金属介在物MnＳなどを生成し、靭性および溶接部の健全性を悪化させる元素である。その含有量が0.02mass％を起えるとこの傾向が著しくなるため、0.02mass％以下とした。
【００２０】
Al：0.010〜0.10mass％
Alは、溶鋼の脱酸剤として添加される元素であり、0.010mass％以上が必要である。しかし、0.10mass％を超える場合は、逆に鋼の清浄度が損なわれると共に、表面欠陥が発生しやすい。このため、0.010〜0.10mass％の範囲に限定する。
【００２１】
Ｎ：0.010mass％以下
Ｎは、窒化物形成元素と結合して窒化物または炭窒化物を形成し、高強度化に寄与する元素であり、結晶粒を微細化する作用を有する。このような効果は0.002mass％以上で顕著になる。しかしながら、0.010mass％超える含有は、溶接性を低下させ、また、Ｂを含有している場合には、過剰なＮがＢと結合し、Ｂの焼入れ性向上作用を低減する。このため、Ｎは0.010mass％以下とする。
【００２２】
Nb：0.1mass％以下、Ｖ：0.5mass％以下、Ti：0.2mass％以下、Ｂ：0.005mass％以下
Nb，Ｖ，TiおよびＢは、窒化物および炭化物あるいは炭窒化物を形成して析出することから、高強度化に寄与する元素である。特に、高温に加熱されて接合される鋼管では、加熱過程での粒成長の抑制の効果もある。このため、必要に応じて、ｌ種または２種以上添加する。しかし、多量の添加は、却って溶接性および靭性を低下させることになるので、Nb：0.1mass％以下、Ｖ：0.5mass％以下、Ti：0.2mass％以下、Ｂ：0.005mass％以下に限定する。より好ましくは、Nb：0.005〜0.05mass％以下、Ｖ：0.05〜0.3mass％以下、Ti：0.005〜0.1mass％以下、Ｂ：0.0005〜0.0030mass％である。
【００２３】
Cr：2mass％以下、Mo：1mass％以下、Cu：1.5mass％以下、Ni：1mass％以下
Cr，Mo，CuおよびNiは、電縫鋼管の強度を増加させる元素であり、必要に応じて、１種または２種以上を含有できる。これらの元素は、オーステナイト／フェライト変態点を低温化させ、組織を微細化する効果を有している。しかし、Crは、2mass％超え、Moは1mass％超えて多量に含有させると、溶接性および延性が低下するうえに、合金コストが増加する。また、Cuは、1.5mass％を超えて多量に含有すると、熱間加工性が低下する。また、Niは、強度上昇ともに靭性を向上させる効果があるが、必要以上の添加は、合金コストの増加を招く。このような観点から、Cr：2mass％以下、Mo：1mass％以下、Cu：1.5mass％以下、Ni：1mass％以下が好ましい。
【００２４】
ＲＥＭ：0.1mass％以下、ミッシュメタル(ＭＭ)：0.1mass％以下、Ca：0.1mass％以下
ＲＥＭ、ミッシュメタル(ＭＭ)およびCaは、硫化物、酸化物または酸硫化物として析出し、介在物の形状を球状化して、加工性を向上する作用を有するとともに、接合部を有する鋼管では、接合部の硬化を防止する作用も有する。従って、本発明では、必要に応じて１種または２種以上を添加することができ、また、この添加を行っても本発明の効果は何ら損なわれない。しかし、過剰な添加は、鋼の清浄度を低下させるので、0.1mass％を上限とする。好ましい添加量は、ＲＥＭ、ミッシュメタルを0.001〜0.10mass％、Caを0.00１〜0.01mass％である。
【００２５】
次に、本発明の電縫鋼管の製造条件について説明する。
熱間圧延
上記した成分組成を有する鋼スラブを、常法に従って、熱間圧延する。この時のスラブ加熱温度は、熱延時の圧延荷重を低減させるために、1100℃以上にすることが好ましい。しかし、加熱温度が1300℃を超えると、初期オーステナイト粒径の粗大化を招き、また、熱エネルギーの無駄にもなる。従って、スラブ加熱温度は1100〜1300℃とするのが好ましい。なお、スラブ加熱の方法は、連続鋳造スラブをそのまま圧延する直送圧延(直接圧延)方法、鋳造後そのまま加熱炉に装入し昇熱処理する方法、スラブを一旦冷却した後に加熱炉で再加熱する方法のいずれでも良く、特に限定されない。
【００２６】
なお、仕上圧延温度は800℃以上であればよい。
巻取温度は、表面のスケールの除去性を考慮して、700℃以下であればよい。しかし、巻取り後の熱延鋼板のＹＳを600MPa以下に低減し、オープン管に成形する時のスプリングバック量を低減させる観点からは、巻取温度は600℃以下が好ましい。また、過度の巻取温度の低下は、熱延鋼板の加工性の低下を招くので、巻取温度の下限は300℃とする。
【００２７】
素管の製造
続いて、上記熱延鋼板を用いて素管を製造する。この素管の製造方法については、ロール成形されたオープン管を、冷間または熱間で高周波電流を用いて電気抵抗溶接する方法（電縫鋼管）が好適である。
【００２８】
絞り圧延
上記素管を、加熱あるいは加熱・均熱した後、絞り圧延を行う。絞り圧延の方法は、特に限定されないが、レデューサーと呼ばれる複数の孔型圧延機が望ましい。
絞り圧延の際の加熱・均熱温度は、上述した実験結果から明らかなように、Ａc3点超え(γ単相域)の温度域が好ましい。また、その後の絞り圧延は、組織微細化し高強度をえるために、γ単相域で行うのが好ましい。γ単相域での圧延は、縮径圧延終了温度を(加熱温度−50℃)以上とすれば可能である。ただし、(γ＋α)の２相域での圧延が一部含まれても、その縮径率が全縮径率の5％以内であれば、本発明の効果には影響ない。
【００２９】
また、絞り圧延のγ域での合計縮径率も重要な管理項目であり、組織微細化の観点から、γ域での絞り圧延を、合計縮径率で20％以上が必要である。γ域での合計縮径率が20％未満では、オーステナイトの加工量が不十分となり、その後に生成する低温変態相であるベイナイト相の強度が不足所望の強度が得られない。さらに、γ域および(γ＋α)域全体の絞り圧延の全縮径率は40％以上行うことが好ましい。これにより、更なる組織微細化が進行し、高強度化に有利となるからである。
【００３０】
絞り圧延後の冷却は、常法によって冷却すればよく、焼入れ処理を実施せずともベイナイト組織あるいはベイトナイトとマルテンサイトを含む組織が得られる。なお、ミスト冷却、フォグ冷却、スプレー冷却などの強制冷却を行ってもよい。
【００３１】
また、絞り圧延は、潤滑下での圧延が望ましい。絞り圧延を潤滑下で行うことにより、板厚方向の歪分布を均一化させることができ、材質の安定化が達成される。無潤滑圧延では、材料表層部が特に歪むため、板厚方向に不均一な組織が形成されやすい。
【００３２】
なお、上記した本発明の絞り圧延の技術は、電縫鋼管に限定する必要はなく、固相圧接鋼管、鍛接鋼管および継目無鋼管等のいずれの素管にも適用可能であることは言うまでもない。
【００３３】
【実施例】
表１に示す組成の熱延鋼板を、電縫溶接して素管とし、その後、タンデム式のレデューサーを用いて、表２に記載の条件で絞り圧延を行った。得られた製品管について、組織と引張特性を調査した。
(1)組織
各製品管から試験片を切り出し、管長手方向の断面組織を、走査型電子顕微鏡を用いて観察した。
(2)引張特性
各製品管から、管長手方向にJIS 11号試験片(管状試験片、標点間距離50mm)を採取し、JIS Z 2241の規定に準拠して引張試験を実施し、降伏応力ＹＳ，引張強度ＴＳおよび伸びＥｌを求めた。
(3)結果
得られた結果を、表２に併せて示した。本発明の製造方法によれば、降伏応力ＹＳ：980MPa以上、引張強さＴＳ：1180MPa以上、降伏比ＹＲ：80％以上および伸びＥｌ：12％以上の高強度化鋼管が、焼入れまたは焼入れ焼戻しなどの特別の熱処理なしに製造することができる。
【００３４】
【表１】
0004815729.tif 000002
【００３５】
【表２】
0004815729.tif 000003
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、圧延後の焼入れまたは焼入れ焼戻しなどの特別な熱処理を必要とせず、降伏応力が980MPa以上かつ引張強度が1180MPa以上の高強度の鋼管が製造できる。また、本発明によれば、鋼管の生産効率の向上、製造コスト低減が可能であり、産業上資するところが大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】加熱温度と降伏応力ＹＳとの関係を示した図である。
【図２】加熱温度と引張強度ＴＳとの関係を示した図である。
【図３】加熱温度と降伏比ＹＲとの関係を示した図である。
【図１】
0004815729.tif 000004
【図２】
0004815729.tif 000005
【図３】
0004815729.tif 000006