(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｃ1点以上に加熱された溶接熱影響部を含む溶接部の最小板厚が母材の平均板厚より０．８以上、１．２以下になるよう溶接部を研削した溶接鋼管を素管とし、管全体をＡｃ1点−２００℃以上、Ａｃ1点＋５０℃以下の温度に再加熱し、前記温度範囲に少くとも１０秒以上保持する再加熱処理を施すことを特徴とする成形性の優れた溶接鋼管の製造方法。
【請求項２】
前記再加熱処理前に前記素管のＡｃ1点以上に加熱された熱影響部を含む溶接部をＡｃ3点−５０℃以上、Ａｃ3点＋１５０℃以下の温度でシーム部を熱処理することを特徴とする請求項１記載の成形性に優れた溶接鋼管の製造方法。
【請求項３】
平均ｒ値が１．２以上の高ｒ値鋼板を前記素管の素材として管軸方向に溶接して製造した溶接鋼管を用いることを特徴とする請求項１または２記載の成形性の優れた溶接鋼管の製造方法。
【請求項４】
溶接鋼管用母材鋼板の幅方向の板厚形状で端部から板厚の１０倍の長さまでの領域の板厚と鋼板中央部の板厚の比が、１．０以上、１．３以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の成形性の優れた溶接鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形あるいは引き抜きなどの加工性の優れた機械構造用鋼管およびその製造方法に関する。本発明は特に自動車部品などに用いられる材料に適する。
【０００２】
【従来の技術】
機械構造用鋼管は、その形状に起因する軽量化が可能な構造部材として、自動車分野などに多く使用されており、各種部品になるうるまでの工程で冷間あるいは熱間で加工される。そのため、これら鋼管には加工性が良好であることは言うまでもなく、局所的な塑性変形することなく均一的変形が高いことが要求される。従来の構造用鋼管はその製造方法が溶接鋼管であるため、造管時に既に多くの塑性変形が加わっており、製品時の降伏比は極めて高くまた均一変形能は殆どなく、極めて加工性が悪い鋼管が多かった。特に高強度鋼管ではその傾向が強い。
【０００３】
近年、例えば自動車分野では各種部品軽量化し、同時に製造コストを抑制する動きが活発化しており、特開平１０−１７５０２６号公報に開示されている静水圧塑性変形による新たな鋼管の成型工程として、ハイドロフォームが注目されている。これら複雑かつ局部的な大変形が伴う加工あるいは複数回の加工必要な鋼管成型に対して、上記理由より十分な塑性変形能を有する鋼管は、現在、ほとんど供給できない状況である。
【０００４】
上述した事情より溶接鋼管の加工性向上には、鋼管そのものの塑性変形能を高めることが重要である。特に、最近注目されているハイドロフォームなどの厳しい成型加工に応える技術の開発が望まれている。ここで鋼管の塑性変形能とは、具体的に冷間加工性に対する指標であり、さらに詳しくは例えば鋼管肉厚の局部減少のしにくさの指標であるｎ値あるいは鋼管長手方向の材料伸縮性を表すｒ値、特に管軸方向のｒ値を意味する。これらｎ値（以降加工硬化指数を意味する）と管軸方向ｒ値（通常冷延鋼板などで定義される平均ｒ値のうち、圧延方向のｒ値と同義）を同時に高めることが重要であることが、詳細な研究結果より本発明者らによって明らかになった。さらに、ｎ値は造管成型時の歪みにより大きく低下することから、ハイドロフォーム成形のような厳しい加工に耐えうるｎ値を確保するためには、造管後にｎ値を回復するための再加熱処理が必要であることが分かった。
【０００５】
ところで、従来、溶接鋼管で造管ままでは溶接部組織は変態点以上に加熱されその後ただちに急冷されるため焼き入れ組織となっており、一般に母材と比べて溶接部の強度は高い。また、溶接部の肉厚は、一般に溶接後のビードカットにより母材のそれと比較し減肉しており、従来の溶接鋼管では溶接部の肉厚制御はされていない。従って、溶接ままである従来の溶接鋼管では、溶接部の肉厚分布が多少あっても、溶接部の強度が母材と比べて高いため拡管などの成形で溶接部が破断することはなかった。
【０００６】
しかしながら、ハイドロフォームのような厳しい成形に耐えうるためには、溶接ままの鋼管ではｎ値が不十分であり、造管後のｎ値回復を目的とした再加熱処理が必要である。この熱処理によって溶接部の組織は回復し、母材と溶接部の強度差はほぼなくなる。従って、従来の溶接鋼管では溶接部の肉厚分布の制御をしていないため、局所的に薄くなっている場合はハイドローフォームといった厳しい成形では溶接部で破断し良好な成形加工が出来ない問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、良好な成形性を有する機械構造用溶接鋼管を供給する目的で、上述した従来技術が有する課題である溶接部における材質不均質あるいは肉厚変化を制御した鋼管の提供とその製造方法である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、溶接部における加工性の見地から材質あるいは形状の不均質を制御することで、加工性に優れた鋼管を提供する。すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
（１）Ａｃ1点以上に加熱された溶接熱影響部を含む溶接部の最小板厚が母材の平均板厚より０．８以上、１．２以下になるよう溶接部を研削した溶接鋼管を素管とし、管全体をＡｃ1点−２００℃以上、Ａｃ1点＋５０℃以下の温度に再加熱し、前記温度範囲に少なくとも１０秒以上保持する再加熱処理を施すことを特徴とする成形性の優れた溶接鋼管の製造方法。
（２）前記再加熱処理前に前記素管のＡｃ1点以上に加熱された熱影響部を含む溶接部をＡｃ3点−５０℃以上、Ａｃ3点＋１５０℃以下の温度でシーム部を熱処理することを特徴とする（１）記載の成形性に優れた溶接鋼管の製造方法。
（３）平均ｒ値が１．２以上の高ｒ値鋼板を前記素管の素材として管軸方向に溶接して製造した溶接鋼管を用いることを特徴とする（１）または（２）記載の加工性の優れた溶接鋼管の製造方法。
（４）溶接鋼管用母材鋼板の幅方向の板厚形状で端部から板厚の１０倍の長さまでの領域の板厚と鋼板中央部の板厚の比が、１．０以上、１．３以下であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかの項に記載の加工性の優れた溶接鋼管の製造方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を詳細に説明する。
まず、加工性に優れた溶接鋼管について説明する。
ハイドロフォーム成形のような厳しいかつ複雑な加工に耐えうる鋼管の性能として、ｎ値あるいはｒ値が重要である。ｎ値は、等方的に加工が加わる場合に特に重要であり、下限を０．１５とした。ｎ値は高いほど成形性は向上するので、上限は特に定めない。ｎ値は、ＪＩＳの引張試験法における歪量が５〜１０％あるいは３〜８％で求められる値とする。
【００１０】
一方、ｒ値は軸押しすることで材料を流入する加工で重要であり、そのような部位の加工性を確保するため、管軸方向ｒ値を１．５以上とした。管軸方向ｒ値は高いほど成形性は向上するので、上限は特に定めない。管軸方向ｒ値は、鋼管の管軸方向からＪＩＳ１２号引張試験片を採取し、ＪＩＳにある引張試験で歪み量１０または５％で求められる値とする。
【００１１】
このように、鋼管性能としてｎ値およびｒ値が高いと加工性は向上するが、溶接鋼管では熱影響部を含んだ溶接部において形状あるいは材質の不均質が存在し、厳しい加工では溶接部で破断し十分な加工性が得られない場合がある。ただし、溶接熱影響部とは、Ａｃ1点以上に加熱された領域である。本発明は、溶接鋼管の溶接部における形状あるいは材質を制御することで、ハイドロフォーム成型のような厳しい加工で溶接部が破断することなく成形性に優れた溶接鋼管が得られることである。溶接鋼管とは、電縫溶接、ＴＩＧ，ＭＩＧなどのアーク溶接、鍛接、あるいはレーザー、電子ビーム溶接によって、あるいはこれらを複合して造管した鋼管である。従来の溶接鋼管では、溶接部ビードはアーク溶接、レーザーあるいは電子ビーム溶接では余盛まま、電縫溶接あるいは鍛接では造管後余盛りを内外面母材の板厚より薄くなるよう研削しているが、特に溶接部の形状制御はしていない。また、溶接部組織は焼き入れ組織となっていることから溶接部強度は母材と比較して高いから、拡管等の成形では溶接部で破断する問題は生じなかった。しかしながら、ハイドロフォーム成型のような厳しい加工では、造管時に低下するｎ値を再加熱処理によって回復することが必要である。このような溶接部の形状制御していない従来の溶接鋼管では、再加熱処理により溶接部と母材との強度差がほぼなくなり、従来の溶接鋼管では溶接部の形状不均質により局所的に肉厚が薄い部では応力集中が生じ、成型初期で溶接部が破断し良好な成形が出来ないことが分かった。そこで、本発明者らは、溶接部の肉厚と母材の肉厚の比の値が及ぼす成形性の影響について実験的に検討した結果、Ａｃ1点以上に加熱された溶接熱影響部を含む溶接部の最小肉厚と母材の平均肉厚の比が、０．８〜１．２の範囲である場合、溶接部で破断することなく良好な加工性を示した。加工性の評価は、軸押し量１mmで、内圧を１００bar昇圧する単純拡管試験のバースト時の最大拡管率である。従って、Ａｃ1点以上に加熱された溶接熱影響部を含む溶接部の最小肉厚と母材の平均肉厚比を０．８以上、１．２以下にした。
【００１２】
さらに、溶接部が破断することなく溶接部と母材が均一に加工されるためには、溶接部の肉厚制御に加えて溶接部の強度分布、すなわち硬さ分布制御が必要である。溶接部の硬さ分布は溶接条件によって変化する。本発明者らは、電縫溶接において、溶接条件と造管後のビード研削を変化させて造管した鋼管の加工性を調査し、加工性に及ぼす溶接部の肉厚と溶接部硬さの関係の影響を実験的に検討した。図１にその結果を示すが、Ａｃ1点以上に加熱された溶接熱影響部を含む溶接部と母材の肉厚比Δｔ、およびＡｃ1点以上に加熱された溶接熱影響部を含む溶接部と母材の硬さ比ΔＨの関係をΔＨ／１００＋２０Δｔで整理し、成形性の影響をみると、２５≧ΔＨ／１００＋２０Δｔ≧１８である場合、溶接部で応力集中が発生せず溶接破断することなく優れた成形性を示した。従って、Ａｃ1点以上に加熱された溶接熱影響部を含む溶接部最小肉厚と母材の平均肉厚の比ΔｔおよびＡｃ1点以上に加熱された溶接熱影響部を含む溶接部と母材の平均硬さ比ΔＨの関係を２５≧ΔＨ／１００＋２０Δｔ≧１８に定めた。
【００１３】
次に、本発明で規定した鋼管製造法について説明する。ハイドロフォーム成型ような厳しく加工に耐えうる鋼管を得るためには、ｎ値およびｒ値の確保とともに、溶接部の板厚制御が重要となる。ｎ値は、造管歪みにより大きく低下する。厳しい加工に耐えうるために必要なｎ値を確保するためには、造管後の後熱処理は必須である。造管歪みを除去しｎ値を確保するためには、Ａｃ1点−２００℃以上の加熱が必要である。Ａｃ1点＋５０℃以上の加熱では、α→γ変態によりｒ値が低下するため、再加熱温度はＡｃ1点−２００℃以上、Ａｃ1点＋５０℃以下に定めた。また、この温度域で管全体が均一に加熱保持されるためには、保持時間を１０秒以上必要とする。上限は特に定めない。
【００１４】
また、溶接部の内外表面では特に高い造管歪み導入されているため、再加熱処理によって異常粒成長による局所的な軟化部が生じる。これを回避するため、造管後、予め溶接熱影響部を含む溶接部だけをシーム熱処理することで溶接部の歪みを開放できる。従って、溶接部の表層における高歪領域の解消および組織の均質化を図るため、シーム熱処理は熱影響部を含む溶接部をＡｃ3点−５０℃以上に加熱する必要がある。Ａｃ3点＋１５０℃以上では、結晶粒粗大化により強度が低下するため、シーム熱処理の加熱温度は、Ａｃ3点−５０℃以上、Ａｃ3点＋１５０℃以下に定めた。
【００１５】
また、厳しい加工に耐えるために必要な管軸方向のｒ値を確保するためには、造管前の鋼板のｒ値が高い必要であるが、平均的にｒ値が高いと複雑な加工に耐えうることができる。従って、ハイドロフォーム鋼板の平均ｒ値を１．２以上に定めた。ｒ値は、ＪＩＳにある引張試験で求めた値であり、平均ｒ値とは圧延方向、圧延方向から４５°方向、板幅方向のｒ値の平均である。
【００１６】
さらに、鋼管の溶接部の板厚制御するためには、鋼管の素材となる鋼板の端部の板厚制御が重要ある。鋼管の溶接部の板厚制御を可能とするためには、鋼板の端部から板厚の１０倍の長さまでの領域の板厚と鋼板中央部の板厚の比が、１．０以上、１．３以下に定めた。
【００１７】
【実施例】
熱間あるいは冷間圧延にて製造した、引張強度３００〜８００MPaの鋼板を、複数の圧延スタンドを有する成型圧延機あるいはベンディングロール成型機によって塑性加工して溶接鋼管用母管とし、これを電縫溶接、ＴＩＧ，ＭＩＧ，レーザー溶接、電子ビーム溶接、固相圧接などを用いて溶接し溶接鋼管と成した。溶接後、ただち、鋼管内外面をビードカッターにより溶接部を所定の肉厚になるよう研削した。一部は、溶接部のシーム熱処理を施した。これら鋼管は、鋼管性能を向上させるため再加熱処理を施した。再加熱処理は、ガス炉あるいは電気抵抗炉を用い所定の温度まで管全体を再加熱し、その温度に保持した。加工性は、軸押し量１mm，１００bar／mmの条件の単純拡管試験を実施し、バースト時の最大拡管率で評価した。表１に、使用した鋼板の圧延方向ｒ値および平均ｒ値、端部の板厚と中央部の板厚比、および本発明で規定した造管、再加熱処理条件を示す。
【００１８】
表２に、本発明で得られた鋼管の溶接部の形状および硬さ、およびｎ値、ｒ値、さらに最大拡管率を示す。溶接部の形状および硬さを制御かつｎ値およびｒ値の高い鋼管は、最大拡管率１．２５を越える極めて加工性に優れた鋼管である。
表３に比較に本発明以外の鋼管の特性を示す。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
【表２】
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【００２１】
【表３】
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【００２２】
【発明の効果】
本発明は、ハイドロフォームをはじめとした極めて厳しい成型加工に耐えうる加工性の優れた溶接鋼管を提供するものであり、例えば自動車用部品あるいは他の塑性加工を必要とする機械部品の供給が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶接部と母材の平均肉厚比と平均硬さ比と最大拡管率との関係を示す図。
【図１】
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