(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管の化学成分が、質量％で、
C : 0.0005〜0.4%、
Si : 0.001〜2%、
Mn : 0.01〜3%、
P  : 0.2%以下、
N  : 0.03%以下、
を含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、熱間圧延後高温に保持された前記鋼管、またはAc3温度以上に加熱された前記鋼管をフェライト・オーステナイト２相域に冷却し、その後該２相域に昇温してフェライト・オーステナイト２相域で縮径率にして20%以上縮径圧延することを特徴とする成形性に優れた鋼管の製造方法。
ここで、縮径率は［（素管の断面積）−（縮径後の断面積）］／（素管の断面積）である。
【請求項２】
鋼管の化学成分が、質量％で、
C : 0.0005〜0.4%、
Si : 0.001〜2%、
Mn : 0.01〜3%、
P  : 0.2%以下、
N  : 0.03%以下
を含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、熱間圧延後高温に保持された前記鋼管、またはAc3温度以上に加熱された前記鋼管をフェライト・オーステナイト２相域以下（ただし、室温を除く）に冷却し、その後該２相域に昇温してフェライト・オーステナイト２相域で縮径率にして20%以上縮径圧延することを特徴とする成形性に優れた鋼管の製造方法。
ここで、縮径率は［（素管の断面積）−（縮径後の断面積）］／（素管の断面積）である。
【請求項３】
請求項1または2において、さらに、質量％で、
Cr : 3%以下、
Mo : 1.5%以下、
Ni : 3%以下、
Cu : 3%以下、
W : 3%以下、
V : 1%以下、
Ti : 0.5%以下、
Nb : 0.5%以下、
B : 0.01%以下
の1種または2種以上を含有し、残部鉄および不可避的不純物からなることを特徴とする成形性に優れた鋼管の製造方法。
【請求項４】
請求項1〜3のいずれかの項において、さらに、質量％で、
Al : 0.5%以下、
Mg : 0.5%以下、
Zr : 0.5%以下、
REM: 0.5%以下、
Ca : 0.5%以下
の1種または2種以上を含有し、残部鉄および不可避的不純物からなることを特徴とする成形性に優れた鋼管の製造方法。
【請求項５】
請求項1〜4のいずれかの項において、フェライト・オーステナイト２相域で縮径圧延する温度が740℃以上で、フェライト分率を40%以上とすることを特徴とする成形性に優れた鋼管の製造方法。
【請求項６】
請求項1〜5のいずれかの項において、昇温を外部熱源で行うことを特徴とする成形性に優れた鋼管の製造方法。
【請求項７】
請求項1〜5のいずれかの項において、昇温を縮径加工における加工発熱で行うことを特徴とする成形性に優れた鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車の足回り、メンバー、その他鋼材組み立て品などに用いられるハイドロフォーム等の成形性に優れた鋼管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の軽量化、組み立てコスト低減のニーズに伴い、複雑な形状の部材について鋼管からハイドロフォーム法（特開平10-175026号公報参照）を用いて一体成形加工する試みが行われている。このように、ハイドロフォーム法などの新しい成形加工方法が実際に採用されれば、コストの削減や設計の自由度が拡大されるなどの大きなメリットが期待される。
【０００３】
このようなハイドロフォーム成形のメリットを十分生かすためには、これらの新しい成形法に適した材料が必要になる。例えば、第50回塑性加工連合講演大会（1999, 447ページ）に開示されているようにr値（ランクフォード値）が大きい程ハイドロフォーム成形性が向上することが記載されている。また、n値（加工硬化係数）が大きくなると当然ハイドロフォーム成形性が向上することは容易に推測される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ハイドロフォーム成形に適した材料開発は実用レベルでは殆んど行われておらず、通常の電縫管を成形可能な範囲で使用したり、高延性鋼板を円筒状に成形して使用するなどの手段で製造されている。
本発明は、鋼管の熱間縮径圧延法を規定して、ハイドロフォーム等の成形性に優れた鋼管が製造できる方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、熱間縮径加工方法および鋼の化学成分を限定して、ハイドロフォーム等の成形性に優れた鋼管を提供するものである。
即ち、本発明の要旨とするところは、次のとおりである。
（１）鋼管の化学成分が、質量％で、
C : 0.0005〜0.4%、
Si : 0.001〜2%、
Mn : 0.01〜3%、
P  : 0.2%以下、
N  : 0.03%以下、
を含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、熱間圧延後高温に保持された前記鋼管、またはAc3温度以上に加熱された前記鋼管をフェライト・オーステナイト２相域に冷却し、その後該２相域に昇温してフェライト・オーステナイト２相域で縮径率にして20%以上縮径圧延することを特徴とする成形性に優れた鋼管の製造方法。
ここで、縮径率は［（素管の断面積）−（縮径後の断面積）］／（素管の断面積）である。
【０００６】
（２）鋼管の化学成分が、質量％で、
C  : 0.0005〜0.4%、
Si : 0.001〜2%、
Mn : 0.01〜3%、
P  : 0.2%以下、
N  : 0.03%以下
を含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、熱間圧延後高温に保持された前記鋼管、またはAc3温度以上に加熱された前記鋼管をフェライト・オーステナイト２相域以下（ただし、室温を除く）に冷却し、その後該２相域に昇温してフェライト・オーステナイト２相域で縮径率にして20%以上縮径圧延することを特徴とする成形性に優れた鋼管の製造方法。
ここで、縮径率は［（素管の断面積）−（縮径後の断面積）］／（素管の断面積）である。
【０００８】
（３）上記(1)または(2)において、さらに、質量％で、
Cr : 3%以下、
Mo : 1.5%以下、
Ni : 3%以下、
Cu : 3%以下、
W  : 3%以下、
V  : 1%以下、
Ti : 0.5%以下、
Nb : 0.5%以下、
B  : 0.01%以下
の1種または2種以上を含有し、残部鉄および不可避的不純物からなることを特徴とする成形性に優れた鋼管の製造方法。
【０００９】
（４）上記(1)〜(3)のいずれかの項において、さらに、質量％で、
Al : 0.5%以下、
Mg : 0.5%以下、
Zr : 0.5%以下、
REM: 0.5%以下、
Ca : 0.5%以下
の1種または2種以上を含有し、残部鉄および不可避的不純物からなることを特徴とする成形性に優れた鋼管の製造方法。
（５）上記(1)〜(4)のいずれかの項において、フェライト・オーステナイト２相域で縮径圧延する温度が740℃以上で、フェライト分率を40%以上とすることを特徴とする成形性に優れた鋼管の製造方法。
（６）上記(1)〜(5)のいずれかの項において、昇温を外部熱源で行うことを特徴とする成形性に優れた鋼管の製造方法。
（７）上記(1)〜(5)のいずれかの項において、昇温を縮径加工における加工発熱で行うことを特徴とする成形性に優れた鋼管の製造方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を詳細に説明する。
成形性を向上させるためにはr値、n値の向上が有効である。特に、鋼管の場合には管軸方向のr値（rL値）が重要である。r値の向上には集合組織制御が必要であり、様々な集合組織の利用があるが、鋼管肉厚の中心部で鋼管表面に平行な面での、｛110｝＜110＞〜｛111｝＜110＞の方位群のＸ線ランダム強度比の平均が2.0以上、もしくは｛110｝＜110＞のＸ線ランダム強度比の平均が3.0以上のいずれかまたは両方を満足させることにより鋼管の加工性は向上する。ここで｛hkl｝＜uvw＞は、鋼管表面に垂直な結晶方位が＜hkl＞で鋼管長手方向が＜uvw＞であることを意味する。このような集合組織は、縮径圧延の歪みモードでフェライト粒が回転することにより、また、その後再結晶することにより得られる。n値は再結晶粒の割合を増すことにより高くなる。本発明は、このような基本的な知見を基に実際に実施できる製造条件に構成したものである。
【００１１】
素管は熱間圧延まま高温に保持された状態か、冷間鋼管の場合にはまず前組織の影響を消して均質化するために、Ac3温度以上に加熱してオーステナイト単相組織にする。オーステナイト組織を有する高温の鋼管はフェライト・オーステナイト２相域に冷却するか、またはフェライト・オーステナイト２相域以下の温度に冷却後、フェライト・オーステナイト２相域に昇温し、その領域で縮径圧延される。前記したように、フェライト相が存在している必要があるので、加工温度はAr3〜Ar1の間のフェライト・オーステナイト２相域でなければならない。ここでのAr3、Ar1は鋼管が温度降下する時の冷却速度での変態温度であって、膨張率測定などにより簡単に測定することが可能である。図１に示すように加工温度が低くなりフェライト相割合が増すと共にrL値は向上している。一方、加工温度が低下すると図２に示すように再結晶粒の割合が低下しn値が低下する。ところで、冷却途上のフェライト分率は平衡状態での割合よりも低いが、その状態から昇温すると平衡相に近づきフェライト分率が高まる。昇温後の温度は平衡温度に近いAc1〜Ac3の間でなければならない。このように、冷却途上オーステナイト＋フェライト二相の状態で昇温（等温保持も含む）することにより、高いフェライト分率で、かつ高温度で加工できるために、高いrL値と高いn値が両立できるようになる。図3および図4に720℃に冷却後昇温した後に縮径圧延した場合の試験結果を示す。冷却途上に同一温度で縮径圧延した鋼管と比べて、高いrL値が得られることがわかる。 縮径圧延での加工度は高い方が集合組織形成上好ましく、縮径率で20%未満ではrL値を向上させる程度に集合組織が形成されないので、縮径率は20%以上とした。ここで縮径率は［（素管の断面積）−（縮径後の断面積）］／（素管の断面積）である。
【００１２】
このような縮径加工において、特にフェライト分率が40%以上になるとrL値が2以上となり、また加工温度が740℃以上であるとn値が0.2以上となり特に優れた成形性が得られる。
ここで、昇温は縮径加工の前であっても、加工の途中であっても良く、縮径圧延機の前面または多段圧延機の途中に設置する。この昇温の加熱手段は外部熱源として誘導加熱装置が一般的に使用される。縮径圧延中に加工発熱するが、これにより昇温することも可能である。この場合には、ロール冷却を弱める等の方法て鋼管が冷却されることを防ぐ必要がある。
【００１３】
これらの方法は通常の炭素鋼、低合金鋼で全て適用可能であるが、特に以下に示す鋼においてより確実に効果が発揮される。
C : 高強度化に有効で0.0005%以上の添加とするが、集合組織制御する上で過度の添加は好ましいものではなく、上限を0.4%とする。また、過度の添加はAr3変態点を低下させるために利用可能な温度域を狭める影響もある。
【００１４】
Si : 脱酸元素として残留し、また場合により安価な強化元素として強度要求水準に応じて添加したりする。しかし、過剰の添加は加工性を劣化させるので2%以下とした。
Mn :高強度化に有効な元素として0.01%以上添加する。一方、3%以上添加すると加工性が低下するので上限を3%とした。
【００１５】
P : 鋼の不可避的不純物として残留し、また場合により高強度化のために添加する。しかし、過剰添加は成形性を劣化させるので上限を0.2%とした。
S : 鋼の不可避的不純物として残留し低い程好ましく、熱間割れを防止するために0.05%以下とする。望ましくは0.015%以下である。
N : 鋼の不可避的不純物として存在し、また場合により窒化物形成元素を有効活用するために添加される。しかし、加工性を劣化させるために上限を0.03%とした。望ましくは0.01%以下である。
【００１６】
これらに加えて以下に説明する元素を1種または2種以上添加することができる。付加的に特性を改善する目的で添加されるので特に下限は設けない。
Cr, Mo, Ni, Cu, W, V, Nb, Ti, Bはいずれも高強度化の目的で添加される。しかし、過剰添加は加工性を劣化させるので、各々上限を3%, 1.5%, 3%, 3%, 3%, 1%, 0.5%, 0.5%, 0.01%とした。
【００１７】
Al, Mg, Zrは脱酸元素として添加される。しかし、過剰の添加は粗大な酸化物介在物を生成して延性低下を招くので、各々上限を0.5% とした。
Ca, REMは硫化物の介在物制御に有効な元素であり、鋼の延性を向上させる。一方、過剰添加は却って介在物を増やす結果になるので、上限を0.5%とした。
【００１８】
【実施例】
表1に示す主要化学成分を有する鋼板から、通常の電縫管工程または一部レーザー溶接鋼管工程で外径102mm、肉厚2.6mmまたは外径83.5mm、肉厚2.2mmの鋼管を製造した。但し、鋼Cは熱間圧延で鋼管を製造したまま、冷却することなく縮径圧延した。これらの鋼管を、表2に示す条件で縮径加工して、素管のサイズにかかわらず外径63.5mm、肉厚2.2mmの鋼管を製造した。ハイドロフォーム成形は、軸押し1mm当たり25気圧の昇圧する条件で行い、拡管率（バーストに至った時の、バースト時の最大円周／元の円周の比）で示した。表2に示すように、本発明範囲の鋼管は拡管率が1.35を超える良好な値を示す。
【００１９】
【表１】
0004571754.tif 000002
【００２０】
【表２】
0004571754.tif 000003
【００２１】
【発明の効果】
本発明によると、形状と材料特性を規定することでハイドロフォーム等の成形性に優れた鋼管ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来法による加工温度とrL値の関係を示す図。
【図２】従来法による加工温度とn値の関係を示す図。
【図３】本発明による加工温度とrL値の関係を示す図。
【図４】本発明による加工温度とn値の関係を示す図。
【図１】
0004571754.tif 000004
【図２】
0004571754.tif 000005
【図３】
0004571754.tif 000006
【図４】
0004571754.tif 000007