(57)【要約】      （修正有）【課題】自動車用部品、機械構造用部品等として使用される優れた加工性を有する鋼管とその製造方法を提供する。【解決手段】重量％で、Ｃ：０．０５〜０．２５％、Ｓｉ：０．６０％以下、Ｍｎ：０．２０〜２．５０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．００５〜０．０５０％、Ｎ：０．００５０％以下を基本成分として含む鋼管であって、鋼管の管軸方向に垂直な断面の全域においてフェライトの分率が５０％以上で残部がマルテンサイト、ベイナイトのうち一種以上含む複合組織からなり、かつ鋼管の円周方向全域で降伏強度と引張強度の比（ＹＲ）が０．５０以下である加工性に優れた鋼管およびその製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、
Ｃ：０．０５〜０．２５％、Ｓｉ：０．６０％以下、Ｍｎ：０．２０〜２．５０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．００５〜０．０５０％、Ｎ：０．００５０％以下を含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物からなる鋼成分の鋼管であって、鋼管の管軸方向に垂直な断面の全域においてフェライトの分率が５０％以上で残部がマルテンサイト、ベイナイトのうち一種以上含む複合組織からなり、かつ鋼管の円周方向全域で降伏強度と引張強度の比（ＹＲ）が０．５０以下であることを特徴とする加工性に優れた鋼管。
【請求項２】
更に、重量％でＣｒ：０．０５〜１．００％、Ｍｏ：０．０５〜１．００％、Ｎｉ：０．０５〜１．００％、Ｃｕ：０．０５〜１．００％、Ｔｉ：０．０１０〜０．２００％、Ｎｂ：０．０１０〜０．２００％、Ｖ：０．０１０〜０．２００％、Ｂ：０．０００５〜０．０１００％、Ｃａ：０．００１０〜０．０１００％のうち一種または二種以上を鋼成分として含む請求項１記載の加工性に優れた鋼管。
【請求項３】
請求項１または２記載の鋼成分の鋼管をＡＣ３変態点温度以上に加熱し室温まで連続冷却した後、ＡＣ１変態点温度以上ＡＣ３変態点温度以下に再加熱し、その温度範囲で３分以上３０分以下保持した後、０．１℃／ｓ以上５℃／ｓ未満の冷却速度で室温まで連続冷却することを特徴とする請求項１または２記載の鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用部品、機械構造用部品等として使用される優れた加工性を有する鋼管とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用部品や機械構造用部品等の素材として用いられる鋼管は、目的とする部品形状へ冷間で加工されることが多いが、鋼管の加工性を向上させるためには加工に耐え得る良好な延性を有することが重要となってくる。そして、熱処理により鋼管の加工性を改善しようとする技術としては、例えば、特開平１１−１２４６３１号公報にも示されるように、電縫鋼管を二相域に加熱後、５〜３０℃／ｓの冷却速度で連続冷却し、電縫鋼管に複合組織を形成することによって延性の向上を図る技術が知られている。
しかし、前記従来の技術においては、電縫鋼管を二相域に加熱した後の冷却速度が速いため、鋼管円周方向の冷却速度が不均一となり、その結果、鋼管円周方向の材質の均質化が図れないといった問題が生じている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１２４６３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、自動車用部品、機械構造用部品等の素材として鋼管がますます多用されており、そして、これらの鋼管は冷間で所定の部品形状に加工されることが多く、また、その部品形状がより一層複雑なものとなってきていることから、冷間加工に供される鋼管の特性としては、高延性であることに加え、材質が均質であり、優れた加工性を備えることが強く望まれている。
しかし、従来の鋼管の熱処理では、高延性を有すると同時に均質性を備え、複雑な部品形状の加工に耐え得る十分な加工性を得ることができなかった。
そこで、本発明は、自動車用部品あるいは機械構造用部品等として使用される鋼管に適した、優れた加工性を有する鋼管およびその製造方法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】
本発明者らは、鋼管の延性及び均質性を改善し、加工性に優れた鋼管を得るための製造条件を、特に熱処理の観点から鋭意研究した結果、
（ａ）鋼管を二相域に加熱後、できるだけ緩冷却速度で冷却することで、鋼管の円周方向の冷却速度の均一化により鋼管の円周方向の材質の均質化を達成できること、
（ｂ）鋼管を二相域に加熱した後、緩冷却速度で冷却しても、二相域の加熱温度と加熱保持時間を特定の条件にすることで、強度延性バランスに優れた複合組織を得ることができること、
を知見し、この知見に基づき本発明をなしたのである。
即ち、本発明者らは、鋼管を二相域に加熱した後の冷却速度が５℃／ｓ未満であれば、鋼管の円周方向の冷却速度は均一になり、その結果として、鋼管の円周方向の材質の均質化を達成できること、また、鋼管を二相域に加熱後、０．１℃／ｓ以上５℃／ｓ未満の緩冷却で複合組織を得るためには、二相域の加熱温度と加熱保持時間が重要であり、二相域の加熱保持でフェライト中のＣがオ−ステナイト中へ拡散し、オ−ステナイトをより安定化させることで、０．１℃／ｓ以上５℃／ｓ未満の緩冷却速度でも硬質なマルテンサイトやベイナイトの低温変態相が得られることを知見し、本発明をなしたものである。
【０００６】
本発明は以下の構成を要旨とするものである。
（１）重量％で、Ｃ：０．０５〜０．２５％、Ｓｉ：０．６０％以下、Ｍｎ：０．２０〜２．５０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．００５〜０．０５０％、Ｎ：０．００５０％以下を含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物からなる鋼成分の鋼管であって、鋼管の管軸方向に垂直な断面の全域においてフェライトの分率が５０％以上で残部がマルテンサイト、ベイナイトのうち一種以上含む複合組織からなり、かつ鋼管の円周方向全域で降伏強度と引張強度の比（ＹＲ）が０．５０以下であることを特徴とする加工性に優れた鋼管。
（２）更に、重量％でＣｒ：０．０５〜１．００％、Ｍｏ：０．０５〜１．００％、Ｎｉ：０．０５〜１．００％、Ｃｕ：０．０５〜１．００％、Ｔｉ：０．０１０〜０．２００％、Ｎｂ：０．０１０〜０．２００％、Ｖ：０．０１０〜０．２００％、Ｂ：０．０００５〜０．０１００％、Ｃａ：０．００１０〜０．０１００％のうち一種または二種以上を鋼成分として含む（１）記載の加工性に優れた鋼管。
（３）  （１）または（２）記載の鋼成分の鋼管をＡＣ３変態点温度以上に加熱し室温まで連続冷却した後、ＡＣ１変態点温度以上ＡＣ３変態点温度以下に再加熱し、その温度範囲で３分以上３０分以下保持した後、０．１℃／ｓ以上５℃／ｓ未満の冷却速度で室温まで連続冷却することを特徴とする（１）または（２）記載の鋼管の製造方法。
【０００７】
以下、本発明を詳細に説明する。
（１）まず、本発明に係る鋼管の鋼成分を前記のように限定した理由は次の通りである。
【０００８】
基本成分元素Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ａｌ、Ｎについて；
Ｃは強度増加に有効な元素であり、マルテンサイト、ベイナイトなどの第二相の組織を生成させ強度を確保するために０．０５重量％（以下、単に％で表す）以上の含有が必要である。一方、Ｃ含有量が多いと強度が高くなり過ぎ延性が低下し良好な加工性が得られない。従って、Ｃ含有量は０．０５〜０．２５％とした。
Ｓｉは脱酸および強度増加に有効な元素であり、Ｓｉ含有量が多くなると鋼の脆化をまねき強度−延性バランスの劣化を招く。従って、Ｓｉ含有量は０．６％以下とした。
Ｍｎは鋼の強度、靱性を確保する上で不可欠な元素であり、Ｍｎ含有量が少ないと強度が不足するために０．２０％以上とした。Ｍｎ含有量が多いと強度が高くなり過ぎ、靱性および延性の劣化を招く。従って、Ｍｎ含有量は０．２０〜２．５０％とした。
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、その含有量は０．０２０％以下とする。
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る。このため、Ｓ含有量はできるだけ少ないことが望ましい。従って、Ｓ含有量は０．０１０％以下とする。
Ａｌは脱酸のために必要であるが、過剰に添加するとＡｌ２Ｏ３などの脱酸生成物が鋼中に残存する量が増える。特に、電縫鋼管に用いられる場合、電縫部での巨大な介在物は致命的欠陥となる。従って、Ａｌ含有量は０．００５〜０．０５０％とした。
Ｎは鋼の耐時効性を最も劣化させる元素であり、含有量が少ないほど好ましい。従って、Ｎ含有量は０．００５０％以下とした。
【０００９】
成分元素Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂ、Ｃａについて；
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｕは、いずれも強化元素であり、必要に応じて、これらの一種または二種以上を、それぞれ０．０５％以上添加するが、過剰の添加はコストアップや延性の劣化を招くことから、それぞれの元素の添加量の上限値は１．００％とした。
Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖは、いずれも炭化物、窒化物もしくは炭窒化物を形成することによって鋼中の固溶窒素を固定し、時効による延性の劣化を防ぐため有効な元素である。また、鋼を高強度化するには有効な元素である。一方、過剰の添加は結晶粒内もしくは粒界に多量の炭化物、窒化物もしくは炭窒化物として析出して、延性を劣化させてしまう。 従って、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖそれぞれの元素の添加量は０．０１０〜０．２００％とした。
Ｂは炭化物、窒化物を形成することによって鋼中の固溶窒素を固定し、時効による延性の劣化を防ぐため有効な元素であり、さらに焼き入れ性を高め連続冷却においてマルテンサイト、ベイナイトの生成を容易にする。Ｂ添加量が０．０００５％未満ではその効果がなく、過剰の添加は結晶粒内もしくは粒界に多量の炭化物、窒化物として析出して、延性を劣化させてしまう。従って、Ｂ添加量は０．０００５〜０．０１００％とした。
Ｃａは介在物制御のほか脱酸に有効な元素であり、冷間での加工性を向上させるのに有効であるが０．０１００％を越える過剰な添加は鋼中の介在物が増加し、逆に冷間での加工性を劣化させることになる。従って、Ｃａ添加量は０．００１０〜０．０１００％とした。
【００１０】
（２）次に、金属組織と降伏強度と引張強度の比（ＹＲ）の限定理由について説明する。
軟質相であるフェライトは延性を確保するために重要な組織であり、好ましくはフェライトの分率は７０％〜９０％である。一方、硬質相であるマルテンサイト、ベイナイトは強度を確保するために重要な組織であり、特にマルテンサイトはその効果が大きい。フェライト主体で残部がマルテンサイト、ベイナイトのうち一種以上含む複合組織鋼は強度延性バランスが良好となり、加工性が向上する。なお、パ−ライトは延性の劣化の原因となるので、パ−ライトの生成を抑制することが必要である。
また、鋼管の高強度化により加工後のスプリンバックによる加工後の形状精度の劣化を防ぐためには、降伏強度と引張強度の比（ＹＲ）を低下させることも必要である。ＹＲを低下させることで加工硬化量が大きくなり、加工後の部品強度の向上も期待できる。例えば、電縫鋼管は電縫部と母材部の材質が不均質であることから加工性の劣化を招きやすいことが知られているが、電縫鋼管においても、鋼管の管軸方向に垂直な断面の全域においてフェライトの分率が５０％以上で残部がマルテンサイト、ベイナイトのうち一種以上含む複合組織からなり、かつ、鋼管の円周方向全域で降伏強度と引張強度の比（ＹＲ）が０．５０以下となるようにすることによって、鋼管の均質性を確保することができる。
【００１１】
（３） 次に鋼管の製造条件について説明する。
まず、鋼管の管軸方向に垂直な断面の全域において材質の均質化を図るために、鋼管をＡＣ３変態点温度以上に加熱し室温まで連続冷却する。
その後、鋼管の加工性を向上させることを目的とした熱処理を行う。
鋼管をＡＣ１変態点温度以上ＡＣ３変態点温度以下に再加熱し、その温度範囲で３分以上３０分以下保持した後、０．１℃／ｓ以上５℃／ｓ未満の冷却速度で室温まで連続冷却する。再加熱温度はフェライトとオ−ステナイトの二相域加熱温度にすることで、オ−ステナイト中へのＣの濃化を促進させる。再加熱温度がＡＣ１変態点温度未満であるとオーステナイトが生成されず、フェライト中に固溶Ｃが残存してしまうことから、強度延性バランスの優れた鋼管は得られない。一方、再加熱温度がＡＣ３変態点温度を超えてしまうと、完全にオ−ステナイト化されてしまうため、オ−ステナイト中のＣ濃度が小さくなり、その後の連続冷却において、強度確保に重要な硬質なマルテンサイトやベイナイトが生成されない。次に、ＡＣ１変態点温度以上ＡＣ３変態点温度以下に再加熱し、その温度範囲で３分以上３０分以下保持する。フェライトとオ−ステナイトの二相域加熱温度域において、再加熱保持時間が３分未満ではフェライト中のＣがオ−ステナイト中へ拡散するためには不十分であることから、再加熱  保持時間を３分以上とした。再加熱保持時間が３０分を超えるとオ−ステナイト中のＣ濃度は飽和してしまうのと熱処理時間の短縮による生産性向上を考慮して、再加熱保持時間を３０分以下とした。さらに、再加熱保持後の連続冷却速度は０．１℃／ｓ以上５℃／ｓ未満にすることが必要である。二相域加熱温度域で再加熱保持時間が３分以上であればフェライト中のＣは十分オ−ステナイト中へ拡散することから再加熱保持後の連続冷却速度が５℃／ｓ未満でも強度確保に重要な硬質なマルテンサイトやベイナイトの低温変態相が得られる。一方、冷却速度が０．１℃／ｓ未満では強度確保に重要な硬質なマルテンサイトやベイナイトなどの低温変態相が得られない。
【発明の効果】
【００１２】
以上に説明した如く、この発明によれば、二相域加熱後の連続冷却速度が緩冷却であることから、鋼管の円周方向の冷却速度が均一化され、その結果として、鋼管の円周方向の材質の均質化を達成できるばかりか、さらに、二相域の加熱温度と加熱保持時間を特定の条件にすることで、その後の冷却が緩冷却であったとしても、フェライト主体で残部が硬質なマルテンサイトやベイナイトの複合組織が形成され  強度延性バランスに優れた高加工性の鋼管を得ることができるので、自動車部品および機械構造部品等に使用され、冷間加工を受けるに必要とされる優れた加工性を備えた鋼管を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
つぎに、この発明の加工性に優れた鋼管およびその製造方法について、実施例により具体的に説明する。
【実施例】
【００１４】
この実施例で使用した電縫鋼管のサイズは外径６３.５ｍｍ、肉厚２.０ｍｍであり、表1に鋼管の化学成分を示す。表１の記号Ａ〜Ｈは本発明範囲の本発明例であり、記号Ｉ〜Ｎは本発明から外れる比較例である。
なお、この実施例では、鋼管として電縫鋼管を使用したが、鋼管は電縫鋼管に限られるわけではなく、シ−ムレス鋼管等他の製管法により得られた鋼管も使用できることは当然である。
表２に鋼管の熱処理条件を示し、また、図１には、熱処理条件と対応させた熱処理サイクルの概略図を示す。
表３には、本発明により製造された鋼管および比較例として製造された鋼管の金属組織と機械的性質を示す。表３の記号１〜８は本発明範囲内の本発明例であり、表３の記号９〜１８は本発明範囲から外れる比較例である。
なお、記号１〜４は、請求項１、３に係る本発明例、記号５〜８は、請求項２、３に係る本発明例に相当する。
金属組織は、母材部および電縫溶接部のそれぞれについて、ＳＥＭにより２０００倍で観察した。
また、機械的性質は外径６３.５ｍｍ、肉厚２.０ｍｍの電縫鋼管の母材部の管軸方向からＪＩＳ１２Ｂ弧状の引張試験片を採取し、引張試験を実施した。
【００１５】
【表１】
2007297645.tif 000003
【００１６】
【表２】
2007297645.tif 000004
【００１７】
【表３】
2007297645.tif 000005
【００１８】
第３表からわかるように、記号１〜８の本発明例は、母材部と電縫部の金属組織が均一となっており、鋼管の管軸方向に垂直な断面の全域においてフェライトの分率が５０％以上で残部がマルテンサイト、ベイナイトのうち一種以上含む複合組織からなり、かつＹＲが０.５０以下であり、そして、比較例に比較して強度延性バランスに優れたものとなっている。
【００１９】
次に、表３の記号９〜１８で示される比較例（以下、比較例９〜１８という）のそれぞれについて、本発明と対比してみる。  
比較例９は、Ｃ含有量が０．０３％と低いため本発明（請求項１、３）範囲から外れており、ＹＲが０．５８と高く、強度延性バランスが劣っている。
比較例１０は、Ｍｎ含有量が０．１８％と低いため本発明（請求項１、３）範囲から外れており、フェライト主体の組織で残部がパ−ライト組織であることから、ＹＲが０．７０と高く、強度延性バランスが劣っている。
比較例１１は、Ｃ含有量が０．２８％と高いため本発明（請求項１、３）範囲から外れており、フェライト主体の組織で残部がパ−ライト組織であることから、ＹＲが０．７４と高く、強度延性バランスが劣っている。
比較例１２は、Ｃｒ含有量が１．５０％と高いため本発明（請求項２、３）範囲から外れており、フェライト主体の組織に残部がベイナイト組織とパ−ライト組織であることから、ＹＲが０．７５と高く、強度延性バランスが劣っている。
比較例１３
は、Ｔｉ含有量が０．２５０％と高いため本発明（請求項２、３）範囲から外れており、ＹＲが０．６１と高く、強度延性バランスが劣っている。
比較例１４は、Ｂ含有量が０．０１５０％と高いため本発明（請求項２、３）範囲から外れており、ＹＲが０．６８と高く、強度延性バランスが劣っている。
比較例１５は、再加熱温度がＡＣ１変態点温度以下であるため本発明（請求項３）範囲から外れており、フェライト主体の組織に残部がパ−ライト組織であることから、ＹＲが０．６４と高く、強度延性バランスが劣っている。
比較例１６は、再加熱後の連続冷却速度が０．０８℃／ｓと低いため本発明（請求項３）範囲から外れており、フェライト主体の組織に残部がベイナイト組織とパ−ライト組織であることから、ＹＲが０．６７と高く、強度延性バランスが劣っている。
比較例１７は、二相域加熱温度域での再加熱保持時間が２分と短く本発明（請求項３）範囲から外れており、フェライト主体の組織に残部がベイナイト組織とパ−ライト組織であることから、ＹＲが０．７１と高く、強度延性バランスが劣っている。
比較例１８は、鋼管の管軸方向に垂直な断面の全域において材質の均質化を図るために、ＡＣ３変態点温度以上に加熱することが本発明（請求項３）で必要とされているが、加熱温度がＡＣ３変態点温度以下であり、母材部と電縫溶接部の金属組織の均一化がなされていないため、鋼管の円周方向全域での材質も均質化されていない。
【００２０】
表３に示された結果からも明らかなように、この発明によれば、二相域加熱後の連続冷却が緩冷却であることから、鋼管の円周方向の冷却速度が均一化され、その結果として、鋼管の円周方向の材質の均質化を達成できるばかりか、さらに、フェライト主体で残部が硬質なマルテンサイトやベイナイトの複合組織が形成されることから強度延性バランスに優れた高加工性の鋼管を得ることができ、自動車および機械構造部品用等の鋼管に必要とされる優れた加工性を備えた鋼管を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の熱処理サイクルを示す概略説明図である。
【図１】
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