(57)【要約】【課題】  Ｃ−Ｍｎ系の鋼を用い、固溶体強化，析出強化，加工強化を図り、かつ溶接軟化を低減した電縫鋼管を製造する。【解決手段】  Ｃ：０.０１〜０.２０質量％，Ｓｉ：０.５質量％以下，Ｍｎ：１.５質量％以下，Ｐ：０.０５質量％以下，Ｓ：０.０２質量％以下，酸可溶Ａｌ：０.００５〜０.１０質量％，及び０.０１〜０.１５質量％のＴｉ，０.０１〜０.１５質量％のＮｂの１種又は２種を含有し、さらに必要に応じてＺｒ：０.０１〜０.３０質量％，Ｖ：０.０１〜０.３０質量％，Ｍｏ：０.０１〜０.３０質量％，Ｃｒ：０.０１〜０.３０質量％，Ｎｉ：０.０５〜１.００質量％の１種又は２種以上を含有し、残部が実質的にＦｅの組成をもち、しかも下記（１）式で定義されるＣ当量を０.２５〜０.６質量％に制限した鋼材を連続鋳造し、仕上げ温度：Ａr3変態点以上，巻取り温度：６００℃以下４５０℃以上で熱間圧延し、引き続き、酸洗後に冷延率：１０〜７５％で冷間圧延し、冷間圧延されたままの鋼帯の幅方向両端部を溶接する。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０.０１〜０.２０質量％，Ｓｉ：１.５質量％以下，Ｍｎ：２.５質量％以下，Ｐ：０.０５質量％以下，Ｓ：０.０２質量％以下，酸可溶Ａｌ：０.００５〜０.１０質量％，及び０.０１〜０.１５質量％のＴｉ，０.０１〜０.１５質量％のＮｂの１種又は２種を含有し、残部が実質的にＦｅの組成をもち、しかも下記（１）式で定義されるＣ当量を０.２５〜０.６質量％に制限した鋼材を連続鋳造し、仕上げ温度：Ａr3変態点以上，巻取り温度：６００℃以下４５０℃以上で熱間圧延し、引き続き、酸洗後に冷延率：１０〜７５％で冷間圧延し、冷間圧延されたままの鋼帯の幅方向両端部を溶接することを特徴とする耐溶接軟化性に優れた構造用高強度電縫鋼管の製造方法。
C当量＝C＋1/6Mn＋1/24Si＋1/5Cr＋1/4Mo＋1/14V＋1/40Ni・・・（１）
【請求項２】
鋼材が、さらにＺｒ：０.０１〜０.３０質量％，Ｖ：０.０１〜０.３０質量％，Ｍｏ：０.０１〜０.３０質量％，Ｃｒ：０.０１〜０.３０質量％，Ｎｉ：０.０５〜１.００質量％の１種又は２種以上を含むものである請求項１記載の耐溶接軟化性に優れた構造用高強度電縫鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度で安価な、自動車，自転車等の構造部材や補強材に使用される耐溶接軟化性に優れた構造用高強度電縫鋼管の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車，自転車等に使用される構造用電縫鋼管においては、所定の強度と疲労特性が要求される。また部品の軽量化は必須であり、この点からも機械的強度が高く、薄肉化しても所望強度を十分に満足することが要求される。しかも安価な手法で高強度化が図れることが望ましい。
鋼材の強化機構としては、固溶体強化法や変態組織強化法、あるいは加工強化法などがある。しかしながら、固溶体強化法や変態組織強化法では、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｍｏ，Ｎｉ等の特殊な合金元素を多量に添加するので非常に高価になる。しかも合金元素の多量添加によって強度は向上するが、必然的に鋼材コストが上昇する。
【０００３】
一方、加工強化法は安価に高強度化を達成し得る点で効率的な方法である。低Ｃ鋼であって、酸洗によって熱延スケールが除去された熱延鋼帯を圧下率１０〜５０％で１パス圧延した後、得られた鋼帯の幅方向両端部を溶接することが特許文献１で提案されている。本発明者等も、耐食性を向上させるためにＰ，Ｃｕを複合添加したものではあるが、Ｃ−Ｍｎ系の熱延鋼板を、冷延率：１０〜６０％で冷間圧延し、冷間圧延されたままの鋼帯の幅方向両端部を溶接することにより、高強度化を図ることを提案した（特許文献２参照）。
しかしながら、Ｃ−Ｍｎ系の鋼を素材とした熱延鋼板を高圧下率で冷延し、加工強化した素材をベースに高強度電縫鋼管を製造しようとすると、溶接時の加熱によって溶接の特定箇所が軟化（以下、「溶接軟化域」と称する）する傾向がある。他の強化法でも溶接時の熱影響により強度が低下することはあるが、加工強化した鋼材における溶接軟化性は他の強化法よりも顕著である。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３２７２４５号公報
【特許文献２】特願２００３−０１６９６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
当然ながら、加工強化鋼を素材とする電縫鋼管の最大の問題点は、高強度化を安価に達成できても、溶接時に溶接軟化域が形成されると、強度および耐疲労性が溶接熱影響のない領域（以下、「基材」と称する）に比較して非常に劣化することである。
通常、構造部材には、アーク溶接やＴｉＧ溶接など種々の溶接が施されるが、加工強化法を適用した電縫鋼管において、溶接時の熱影響によって溶接軟化域を従来品並、もしくはそれ以上に抑制することが要求される。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、Ｃ−Ｍｎ系の鋼を用い、固溶体強化，析出強化，加工強化を図り、かつ溶接軟化を低減した電縫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】
【０００６】
本発明の耐溶接軟化性に優れた構造用高強度電縫鋼管の製造方法は、その目的を達成するため、Ｃ：０.０１〜０.２０質量％，Ｓｉ：１.５質量％以下，Ｍｎ：２.５質量％以下，Ｐ：０.０５質量％以下，Ｓ：０.０２質量％以下，酸可溶Ａｌ：０.００５〜０.１０質量％，及び０.０１〜０.１５質量％のＴｉ，０.０１〜０.１５質量％のＮｂの１種又は２種を含有し、残部が実質的にＦｅの組成をもち、しかも下記（１）式で定義されるＣ当量を０.２５〜０.６質量％に制限した鋼材を連続鋳造し、仕上げ温度：Ａr3変態点以上，巻取り温度：６００℃以下４５０℃以上で熱間圧延し、引き続き、酸洗後に冷延率：１０〜７５％で冷間圧延し、冷間圧延されたままの鋼帯の幅方向両端部を溶接することを特徴とする。
C当量＝C＋1/6Mn＋1/24Si＋1/5Cr＋1/4Mo＋1/14V＋1/40Ni・・・（１）
使用する鋼材は、さらにＺｒ：０.０１〜０.３０質量％，Ｖ：０.０１〜０.３０質量％，Ｍｏ：０.０１〜０.３０質量％，Ｃｒ：０.０１〜０.３０質量％，Ｎｉ：０.０５〜１.００質量％の１種又は２種以上を含むものであってもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、溶接熱影響部における軟化を抑制するために、Ｔｉ，Ｎｂなる炭・窒化物形成元素を添加するとともに、Ｃ当量を適正化して溶接熱影響部の組織変態強化を図っている。同時に、鋼板中に形成された炭・窒化物等により、溶接熱影響部の加工歪みの回復・再結晶が抑制されるとともに、溶接加熱時の固溶，再析出も加味されて、溶接熱影響部の軟化が抑制されている。
Ｔｉ，やＮｂの添加の他に、Ｍｏ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｉが基材鋼板に添加されると、さらに高強度化されるとともに、溶接熱影響部の軟化や溶接部の靭性が改善されることになる。
このような成分組成の熱延鋼板を基材として、圧延率１０〜７５％の冷延による冷間加工を付与することにより高強度化を図るとともに、素材鋼板の組成的な特徴である電縫鋼管製造時の溶接熱影響部の軟化や、構造材料として使用する際の溶接熱影響部の軟化を抑制することができる。高価な合金元素を多量に使用するものでもないので、本発明により、耐溶接軟化性に優れた高強度電縫鋼管を安価に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明における基材鋼の化学成分の作用および含有量を限定した理由について、個別に説明する。
Ｃ：０.０１〜０.２０質量％
Ｃは鋼板の高強度化に有効な合金成分である。冷延率１０％でもある程度の強度が得られるようにＣ含有量の下限を０.０１質量％に設定した。しかし、Ｃは焼入れ性に対して最も大きな影響を与え、溶接部の加工性を劣化させ、割れの発生原因にもなる。延性および溶接部の靭性の面から、上限値は０.２０質量％とした。
【０００９】
Ｓｉ：１.５質量％以下
高強度化に有効な合金成分であり、０.０５質量％以上でＳｉの添加効果がみられる。しかし、Ｓｉ含有量が１.５質量％を超えると、強度が上昇するものの、冷間加工性や表面性状が劣化しやすい。
Ｍｎ：２.５質量％以下
強度改善に寄与する合金成分であり、Ｍｎ含有量が多くなるほど鋼材の強度改善効果は大きい。しかし、２.５質量％を超える過剰量のＭｎが含まれると、溶接性が著しく劣化する。さらに、Ｍｎは焼入れ性を向上させる元素であり、Ｃ当量を増大させて溶接部の加工性を劣化させ、割れの原因にもなる。
【００１０】
Ｐ：０.０５質量％以下
高強度化に有効な合金元素である。しかし、０.０５質量％を超えて含有させると低温靭性が低下する。
Ｓ：０.０２質量％以下
Ｓは熱間加工性，冷間加工性に有害な成分であることから、可能な限りその含有量を低減することが好ましい。通常不可避的に含有されるＳ：０.０２質量％以下であれば、Ｓ起因の悪影響は現れず、問題はない。
【００１１】
酸可溶Ａｌ：０.００５〜０.１０質量％
Ａｌは、製鋼段階で脱酸剤として添加される合金成分である。十分な脱酸効果を得るためには、酸可溶Ａｌとして０.００５質量％以上の添加が必要である。Ａｌ添加による脱酸効果は０.１０質量％で飽和し、それ以上にＡｌを添加しても却って鋼材コストの上昇を招く。
【００１２】
Ｔｉ：０.０１〜０.１５質量％
Ｔｉは本発明における特徴的な合金成分である。Ｃ，ＳおよびＮと化合して析出物を形成し、析出強化により鋼板の高強度化に有効な成分である。さらにこれらの析出物により溶接熱影響部の加工歪みの回復を抑制するとともに、溶接加熱時の固溶，再析出により熱影響部の軟化が防止できる。Ｔｉの添加効果は０.０１質量％以上でみられるが、０.１５質量％を超える量のＴｉを添加しても、Ｔｉの添加効果が飽和し、却って製造コストの上昇を招く。
【００１３】
Ｎｂ：０.０１〜０.１５質量％
ＮｂはＴｉと同様にＣと化合して析出物を形成し、析出強化により鋼板の高強度化に有効な成分である。また鋼板の金属組織を微細化して強度を向上させる。さらに溶接部においては、Ｔｉの効果と同様に、析出物により溶接熱影響部の加工歪みの回復を抑制するとともに、溶接加熱時の固溶，再析出により熱影響部の軟化が防止できる。Ｎｂの添加効果は０.０１質量％以上でみられ、Ｎｂ含有量が多くなるほど高強度化する。しかし、０.１５質量％を超えるＮｂの過剰添加は、加工性に悪影響を及ぼす。
【００１４】
Ｚｒ：０.０１〜０.３０質量％，
Ｖ：０.０１〜０.３０質量％  
Ｚｒ，Ｖは、Ｎｂと同様にＣと化合して析出物を形成し、析出強化により鋼板の高強度化に有効な成分である。さらに溶接部においてはＴｉ，Ｎｂの効果と同様に、析出物により溶接熱影響部の加工歪みの回復を抑制するとともに、溶接加熱時の固溶，再析出により熱影響部の軟化が防止できる。それらの効果は０.０１質量％に満たないと認められず、０.３０質量％を超えると強度は高くなるものの加工性が劣化する。
【００１５】
Ｍｏ：０.０１〜０.３０質量％，
Ｃｒ：０.０１〜０.３０質量％，
Ｎｉ：０.０５〜１.００質量％
必要に応じて添加される合金成分であり、高強度化と溶接部の靭性向上に有効な成分である。Ｍｏ，Ｃｒの添加効果は０.０１質量％以上でみられる。またＮｉの添加効果は０.０５質量％以上でみられる。しかしながら、Ｍｏ，Ｃｒについては０.３０質量％の添加で、Ｎｉについては１.００質量％の添加で、それらの効果は飽和する。それ以上の添加は製造コストの低下を招く。特に、Ｍｏ，Ｃｒは焼入れ性向上元素でもあるので、過剰の添加はＣ当量を増大させ、溶接部の加工性を劣化させ、割れの原因にもなる。
【００１６】
Ｃ当量：０.２５〜０.６質量％
下記（１）式で定義されるＣ当量は、溶接熱影響部の軟化抑制に大きな影響を及ぼす。軟化率はＣ当量が増加するほど小さくなる傾向がある。Ｃ当量が０.２５質量％に満たないと、溶接熱影響部の軟化が大きくなる。しかし、０.６質量％を超えるほどに増加すると、溶接熱影響部の硬化が著しく、溶接部の加工性が著しく損なわれるばかりでなく、溶接割れの原因にもなる。Ｃ当量はＣ質量％に依存しているが、そのほかに強度向上のために添加したＭｏ，Ｃｒ，Ｍｎ添加量が多い場合にもＣ当量は大きくなり、その硬化が強調される。
C当量＝C＋1/6Mn＋1/24Si＋1/5Cr＋1/4Mo＋1/14V＋1/40Ni・・・（１）
【００１７】
熱間圧延
熱間強度の安定化を図るためＡr3変態点以上の仕上げ温度で熱間圧延した後、６００℃以下４５０℃以上の温度域で巻き取り、変態により高強度化させる。仕上げ温度がＡr3変態点を下回ると、変態に伴う熱間強度の変動が大きく圧延方向に大きく変動するゲージハンチング，幅絞り等の板厚精度を劣化させる原因になりやすい。巻取り温度が高いほど鋼帯の延性が向上するが、６００℃を超える温度域で巻き取ると鉄系炭化物の生成に起因して強度が著しく低下する。巻取り温度の低下に伴って強度は上昇するが、過度に低い４５０℃未満の温度で巻き取ると変態組織強化による硬質化が進行し、冷間圧延時の板厚設定や冷間圧延後の強度設定が難しくなるほどに加工性が低下する。
【００１８】
冷間圧延
冷間圧延では、加工強化によって鋼帯を高強度化するため冷延率を１０％以上に設定する。１０％に満たないと強度の上昇が小さい。１０％以上の冷延率は、板厚精度を確保する上でも有効である。しかし、冷延率の増加に応じて高強度化も進行するが、過度に大きな冷延率は製造コストの上昇を招くので冷延率の上限を７５％に設定する。
【実施例】
【００１９】
表１に示す成分組成の鋼スラブを１２２５℃に加熱し、粗圧延，仕上げ圧延を経て板厚２.４ｍｍの熱延鋼帯を製造した。各熱延鋼帯を酸洗した後、引き続き、圧延率：１０〜７５％で冷間圧延して得られた鋼板について、室温での引張特性を測定した。なお引張試験には、ＪＩＳ  Ｚ２２０１の５号試験片を用いた。室温での引張試験結果を表２に示す。
【００２０】
2005029882.tif 000002
【００２１】
さらに、得られた冷延鋼板を用いて直径３１．８ｍｍの電縫鋼管を製造した。
溶接部の軟化率は、ＪＩＳ  Ｚ３１０１の「溶接熱影響部の硬さ試験方法」に準じて、冷延鋼板にＭＩＧ溶接機にてビードを溶接し、熱影響部の硬さをビッカース硬度計にて測定し、次式により求めた。その結果も併せて表２に示した。
軟化率（％）＝〔(冷延後の硬さ−溶接部最軟化点)／冷延後の硬さ〕×１００
【００２２】
2005029882.tif 000003
【００２３】
表２の結果からもわかるように、同じＣ当量では、圧延率が大きいものほど溶接軟化率は大きくなる。Ｃ当量は０.２５質量％を下回る程に低い場合（供試材Ｎｏ.４）は、溶接軟化率が４０を超え、溶接軟化性が悪かった。Ｃ当量が０.２５質量％を超えるものにあっては、Ｃ当量が多くなるほど、溶接軟化率に及ぼす圧延率の影響は小さかった。すなわち、Ｃ当量が大きいと、比較的高圧延率で冷延を施した鋼板であっても、溶接軟化し難いことがわかる。この結果の範囲では明確でないが、Ｃ当量が０.６質量％を超えると電縫鋼管の変形加工はほとんどできない状況であった。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
以上に説明したように、ＴｉあるいはＮｂを添加し、Ｃ当量を調整した鋼材に特定条件下の熱間圧延，冷間圧延を施すことにより、成分組成の調整に基づく固溶体強化と析出強化並びに変態組織強化を効率的に組み合わせ、さらに圧延率１０〜７５％に冷延による加工硬化をも組み合わせた冷延鋼板を素材としているので、電縫溶接時の加熱によっても溶接部の軟化が小さく、軟化域での強度および疲労特性を向上させた電縫鋼管が得られている。
この電縫鋼管は、各種構造部材として溶接して使用されても、溶接時の熱影響によって溶接熱影響部の軟化を防ぐことが可能である。したがって、足回り部品を始めとした自動車用，自転車用構造部材やその他の補強材等に幅広く使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】基材鋼のＣ当量が冷延後の溶接軟化率に及ぼす影響を示した図
【図１】
2005029882.tif 000004