(57)【要約】【課題】  自動車および機械構造用の部品には疲労特性が要求されている。本発明では電縫鋼管を冷間加工して所定の形状に成形し、高周波焼き入れ後の中空部品において、疲労特性に優れた中空部品を提供することを目的としている。【解決手段】  質量％でＣ：０．２５〜０．５０％、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｍｎ：０．６０〜１．５０％、Ｓ：０．００２５以下、Ｐ：０．０１０％以下を含む電縫鋼管を冷間加工して所定の形状に成形し、高周波焼き入れ後の中空部品の肉厚方向と周方向の全域において硬さがＨｖで５００以上であることを特徴とする中空部品。電縫鋼管を冷間加工して所定の形状に成形し、高周波焼き入れ後の中空部品の外面側と内面側の硬さの差がＨｖ１５０以下であることを特徴とする。電縫鋼管を冷間加工して所定の形状に成形し、高周波焼き入れ後の中空部品の外表面と内表面の残留応力が共に圧縮で５０ＭＰａ以上であることを特徴とする中空部品。【選択図】  なし 【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼成分が質量％でＣ：０．２５〜０．５０％、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｍｎ：０．６０〜１．５０％、Ｓ：０．００２５以下、Ｐ：０．０１０％以下を含む電縫鋼管を冷間加工して所定の形状に成形し、高周波焼き入れ後の中空部品であり、管軸方向に垂直の断面全域において硬さがＨｖで５００以上であることを特徴とする疲労特性に優れた中空部品。
【請求項２】
鋼成分が更に質量％でＣｒ：０．０５〜１．００％、Ｍｏ：０．０５〜１．００％、Ｎｉ：０．１０〜２．００％、Ｃｕ：０．１０〜２．００％、Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、Ｂ：０．０００５〜０．００３０％以下、Ｍｇ：０．００５０％以下、Ｃａ：０．００１０〜０．０１００％のうち一種または二種以上を含んだことを特徴とする請求項１記載の疲労特性に優れた中空部品。
【請求項３】
前記中空部品断面の外表面側と内表面側の硬さの差がＨｖ１５０以下であることを特徴とする請求項１乃至２記載の疲労特性に優れた中空部品。
【請求項４】
電縫鋼管を冷間加工して所定の形状に成形し、高周波焼き入れ後の中空部品であり、外表面と内表面が共に残留応力が圧縮で５０ＭＰａ以上であることを特徴とする疲労特性に優れた中空部品。
【請求項５】
外表面と内表面が共に残留応力が圧縮で５０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の疲労特性に優れた中空部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は疲労特性が要求される自動車および機械構造用の部品として用いられる疲労特性に優れる中空部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車および機械構造用として使用される部品に要求される特性には疲労がある。近年、自動車等の性能向上に伴い一段と高い疲労特性が要求されるようになってきた。疲労特性向上には一般的に硬さや強度を高めることと、残留応力が圧縮であることが効果的である。部品の疲労特性向上を目的として、部品の表層部のみを焼き入れする浸炭焼き入れがある。これまでに浸炭焼き入れにより表層部の硬さや強度を高めことで疲労特性向上を図る試みがなされている。特許文献１などに見られるように合金元素の組み合わせを工夫することで表層部の硬さを高めることで疲労特性の向上を図るものである。しかし、このように製造した部品においても、近年の自動車等の性能向上に伴う高い疲労特性を安定かつ十分に確保できるものではない。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１１７８０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
自動車および機械構造用の部品には疲労特性が要求されている。本発明では電縫鋼管を冷間加工して所定の形状に成形し、高周波焼き入れ後の中空部品において、疲労特性に優れた中空部品を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は以下の構成を要旨とするものである。
（１）質量％でＣ：０．２５〜０．５０％、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｍｎ：０．６０〜  １．５０％、Ｓ：０．００２５以下、Ｐ：０．０１０％以下を含む電縫鋼管を冷間加工して所定の形状に成形し、高周波焼き入れ後の中空部品の肉厚方向と周方向の全域において硬さがＨｖで５００以上であることを特徴とする中空部品。
（２）質量％でＣｒ：０．０５〜１．００％、Ｍｏ：０．０５〜１．００％、Ｎｉ：０．１０〜２．００％、Ｃｕ：０．１０〜２．００％、Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、Ｂ：０．０００５〜０．００３０％以下、Ｍｇ：０．００５０％以下、Ｃａ：０．００１０〜０．０１００％のうち一種または二種以上を含む（１）記載の中空部品。
（３）電縫鋼管を冷間加工して所定の形状に成形し、高周波焼き入れ後の中空部品の外面側と内面側の硬さの差がＨｖ１５０以下であることを特徴とする（１）乃至（２）記載の中空部品。
（４）電縫鋼管を冷間加工して所定の形状に成形し、高周波焼き入れ後の中空部品の外表面と内表面の残留応力が共に圧縮で５０ＭＰａ以上であることを特徴とする中空部品。
（５）電縫鋼管を冷間加工して所定の形状に成形し、高周波焼き入れ後の中空部品の外表面と内表面の残留応力が共に圧縮で５０ＭＰａ以上であることを特徴とする（１）乃至（３）記載の中空部品。
【発明の効果】
【０００６】
以上に説明した如く、この発明によれば、優れた疲労特性を有する中空部品が得られ、自動車および機械構造用部品として満足できる中空部品が提供可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００８】
本発明では化学成分、硬さおよび残留応力を特定条件下で組み合わせているが、以下各要件ごとに説明する。はじめに、化学成分の限定理由について説明する。
【０００９】
Ｃは自動車および機械構造用部品としての強度確保及び高周波焼き入れ性を確保するために必要な元素であるが、０．２５％未満では最終製品の強度が不足し、高周波焼き入れ性も確保できない。また、０．５０％を超えるとむしろ硬くなって冷間加工性の劣化を招く。従って、Ｃは０．２５〜０．５０％とする。
【００１０】
Ｓｉは固溶体強化により硬さの上昇を招き冷間加工性が劣化する。従って、Ｓｉは０．３５％以下とした。
【００１１】
Ｍｎは高周波焼き入れ性の確保に有効な元素であるが、０．６０％未満ではこの効果が不十分である。一方、１．５０％を超えるとむしろ硬くなって冷間加工性の劣化を招く。従って、Ｍｎは０．６０〜１．５０％とする。
【００１２】
ＳはＭｎと結合してＭｎＳを形成する。ＭｎＳは冷間加工において割れの発生起点となりかねない。このため、Ｓ量はできるだけ少ないことが望ましい。従って、Ｓは０．００２５％以下とする。
【００１３】
Ｐは鋼中に不可避的に含有される成分であるが、Ｐは鋼中で粒界偏析や中心偏析を起こし、延性劣化の原因となるので、０．０１０％以下とする。
【００１４】
Ｃｒは高周波焼き入れ性の確保に有効な元素であるが、０．０５％未満ではこの効果が不十分である。一方、１．００％を超えるとむしろ硬くなって冷間加工性の劣化を招く。従って、Ｃｒは０．０５〜１．００％とする。
【００１５】
Ｍｏは高周波焼き入れ性の確保に有効な元素であるが、０．０５％未満ではこの効果が不十分である。一方、１．００％を超えるとむしろ硬くなって冷間加工性の劣化を招く。従って、Ｍｏは０．０５〜１．００％とする。
【００１６】
Ｎｉは高周波焼き入れ性の確保に有効な元素であるが、０．１０％未満ではこの効果が不十分である。一方、２．００％を超えるとむしろ硬くなって冷間加工性の劣化を招く。従って、Ｎｉは０．１０〜２．００％とする。
【００１７】
Ｃｕは高周波焼き入れ性の確保に有効な元素であるが、０．１０％未満ではこの効果が不十分である。一方、２．００％を超えるとむしろ硬くなって冷間加工性の劣化を招く。従って、Ｃｕは０．１０〜２．００％とする。
【００１８】
ＴｉはＮとの親和力が強いためにＢ添加した場合にＢＮの析出を防止し、固溶Ｂが確保できる。ＴｉはＢ添加する場合に必要に応じて添加するが、０．０１％未満では効果が不十分である。一方、０．２０％を超えるとＴｉＣの析出硬化が顕著となり、冷間加工性の劣化を招く。従って、Ｔｉは０．０１〜０．２０％とする。
【００１９】
Ｂは高周波焼き入れ性の確保に有効な元素であるが、０．０００５％未満ではこの効果が不十分である。一方、０．００３０％を超えると粒界脆化を招く場合がある。従って、Ｂは０．０００５〜０．００３０％とする。
【００２０】
Ｍｇは脱酸元素であり、酸化物を生成する。酸化物はＭｎＳの析出核になりＭｎＳの微細均一分散に効果がある。０．００５０％を超えても歩留まりが極端に悪くなるばかりで効果は飽和する。従って、Ｍｇは０．００５０％以下とする。
【００２１】
Ｃａは、母材および電縫溶接部の介在物の形態を調整し、冷間加工性を向上するのに有効である。Ｃａは多すぎると鋼中の介在物が増し逆に冷間加工性を劣化させる。従って、Ｃａは０．００１０〜０．０１００％とする。
【００２２】
次に、硬さの限定理由について説明する。
【００２３】
鋼管を冷間加工して所定の形状に成形し、高周波焼き入れが施されて、所望の特性を有する自動車および機械構造用の部品に仕上げられる。この高周波焼き入れの方法は特に規定されるものではなく、通常の方法で行えばよい。
【００２４】
冷間加工後に高周波焼き入れした鋼材の中空部品の捩じり疲労強度は部品の硬さと相関があり、捩じり疲労強度向上には硬さを高くする必要がある。本発明の記載の化学成分を有する鋼材は通常の高周波焼き入れ後の中空部品の肉厚方向と周方向の全域において硬さがＨｖで５００以上を達成することができる。高周波焼き入れ後の中空部品の肉厚方向と周方向の全域において硬さがＨｖで５００未満であると、近年の捩じり疲労の高寿命化に対して、安定した捩じり疲労特性が得られない。従って、電縫鋼管を冷間加工して所定の形状に成形し、高周波焼き入れ後の中空部品の肉厚方向と周方向の全域において硬さがＨｖで５００以上とした。また、中空部品の高周波焼き入れにおいて、肉厚方向に対して均一に焼き入れが行われずに、内面側は焼き入れ不足により硬さが低下する場合がある。中空部品の捩じり疲労においては、硬さの低下した内面側が破壊の発生起点となりかねない。高周波焼き入れ後の中空部品の外面側と内面側の硬さの差がＨｖ１５０を超えると、従来よりも高いトルクが負荷された場合、内面側が破壊の発生起点となる可能性が非常に高く、近年の捩じり疲労の高寿命化に対して、安定した捩じり疲労特性が得られない。従って、鋼管を冷間加工して所定の形状に成形し、高周波焼き入れ後の中空部品の外面側と内面側の硬さの差がＨｖ１５０以下とした。
【００２５】
尚、上記断面の硬さを測定するには管軸方向に垂直の断面において内表面あるいは外表面からそれぞれ０．２ｍｍのところを測定した。
【００２６】
次に、残留応力の限定理由について説明する。
【００２７】
一般的に繰り返し応力を受ける部品に圧縮残留応力が存在しているときは、その部品の疲労特性は向上する。特に、中空部品の捩じり疲労においては、表面側の応力が高く表面側の残留応力が圧縮となることが必要である。また、高周波焼き入れ条件によっては、内面側の硬さの低下を招く場合があり、硬さの低下した内面側が破壊の発生起点となりかねない。中空部品の捩じり疲労の高寿命化に対しては中空部品の外表面と内表面の残留応力を圧縮にすると効果的である。中空部品の外表面と内表面の残留応力の絶対値が５０ＭＰａ未満では捩じり疲労における高寿命化の効果が発揮できない。従って、鋼管を冷間加工して所定の形状に成形し、高周波焼き入れ後の中空部品の外表面と内表面の残留応力の絶対値が５０ＭＰａ以上であり、その残留応力が圧縮とする。
【００２８】
尚、内表面及び外表面を残留応力５０ＭＰａ以上とするためには例えば（高周波誘導加熱により加熱後、直ぐに水冷する高周波焼き入れ）により製造すれば良い。
【実施例】
【００２９】
表１に鋼帯を連続的に管状に成形し、この管状鋼帯のエッジ部を高周波溶接によって溶接し、その後Ａc3変態点以上に再加熱した電縫鋼管の化学成分を示す。表２に電縫鋼管を冷間加工し、高周波焼き入れ後の中空部品の硬さを示す。硬さはビッカ−ス硬度計による表面硬さを示す。荷重は９．８Ｎである。表３に電縫鋼管を冷間加工し、高周波焼き入れ後の中空部品の外表面と内表面の残留応力状態と残留応力の絶対値を示す。残留応力はＸ線により測定した。外表面は外表層から０．２ｍｍ下まで電解研磨し、その面を測定した。内表面は内表層から０．２ｍｍ上まで外表層から電解研磨し、その面を測定した。表４に本発明により製造された中空部品および比較で製造された中空部品の特性を示す。製造された中空部品は捩じり疲労試験により回転トルクを変化させて、繰り返し回数で評価した。本発発明による中空部品は優れた疲労特性を有していることがわかる。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
【表２】
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【００３２】
【表３】
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【００３３】
【表４】
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