(57)【要約】【課題】閉断面として剛性が高く、しかも鋼管の長手方向で径の異なる自動車用構造部材に適した薄肉鋼管およびその製造技術を提供する。【解決手段】板厚tが０．４〜５．０mmであり、片側または両側が幅変更されたハイテン鋼板をスパイラル造管し、外径Dが３００mm以下でＶ＝t／Dとして定義される薄肉比Ｖが０．３％〜２％である異径断面を有するスパイラル鋼管とする。このスパイラル鋼管に、拡管と縮管の一方または双方の成形を施して自動車構造用部材とすることもできる。電縫鋼管では成形できなかった薄肉比Ｖの薄肉小径の鋼管を製造することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外径Dが３００mm以下、板厚tが０．４〜５．０mmであり、Ｖ＝t／Dとして定義される薄肉比Ｖが０．３％〜２％であり、かつ鋼管の長手方向で異径断面を構成することを特徴とする長手方向異径断面スパイラル鋼管。
【請求項２】
請求項１に記載の長手方向異径断面スパイラル鋼管に、拡管と縮管の一方または双方の成形を施したことを特徴とする自動車構造用部材。
【請求項３】
板厚tが０．４〜５．０mmであり、片側または両側が幅変更された鋼板をスパイラル造管し、外径Dが３００mm以下でＶ＝t／Dとして定義される薄肉比Ｖが０．３％〜２％である異径断面を構成することを特徴とする長手方向異径断面スパイラル鋼管の製造方法。
【請求項４】
幅変更を、サイドトリマーにて片側または両側のトリム幅を走間変更することにより行うことを特徴とする請求項３に記載の長手方向異径断面スパイラル鋼管の製造方法。
【請求項５】
スパイラル造管の際の溶接をシーム溶接またはレーザー溶接としたことを特徴とする請求項３または４に記載の長手方向異径断面スパイラル鋼管の製造方法。
【請求項６】
入側鋼板供給部と、溶接装置と、出側鋼管送り出し部とを備えるスパイラル鋼管製造装置において、入側鋼板供給部は片側または両側が幅変更された鋼板を供給するものであり、その鋼板を溶接する際に、鋼板の幅変更に同調して、入側鋼板供給部と出側鋼管送り出し部の一方または双方が、溶接装置を中心として回転移動することを特徴とする長手方向異径断面スパイラル鋼管の製造装置。
【請求項７】
入側鋼板供給部と、溶接装置と、出側鋼管送り出し部とを備えるスパイラル鋼管製造装置において、入側鋼板供給部は片側または両側が幅変更された鋼板を供給するものであり、その鋼板を溶接する際に、鋼板の幅変更に同調して、入側鋼板供給部の鋼板と出側鋼管送り出し部のスパイラル鋼管の一方または双方が、溶接装置を中心として回転移動することを特徴とする長手方向異径断面スパイラル鋼管の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車構造用部材等に好適な外径Dが２００mm以下の長手方向異径断面スパイラル鋼管、その製造方法及びその製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車のフレーム構造を形成するセンターピラーやサイドレール等の自動車構造用部材は、特許文献１，２に示されるように、従来は電縫鋼管による成形品または板材による構造部材で製造されていた。特に閉断面の自動車構造用部材は、電縫鋼管による成形品が主流であった。近年、薄肉ハイテン化の要求が高まり、ハイテン鋼への材料変換が進行しているところであるが、成形性に劣るハイテン鋼により電縫鋼管を製造する場合には、Ｖ＝t／D（ｔ：板厚、Ｄ：直径）として定義される薄肉比で１．２％が成形上の限界となっていた。このため閉断面として剛性の高いハイテン薄肉鋼管のニーズに十分には応えられていなかった。
【０００３】
また、上記したセンターピラーやサイドレール等の自動車構造用部材は、鋼管の長手方向で径を変化させることが望まれる。そこで従来は電縫鋼管を素材としてハイドロフォーミング等の二次加工を施してこの要求に応えてきたが、拡管率には限界がある。このため径の変化をより大きくしたいような場合には、顧客のニーズに十分には応えられていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２１９１５４号公報
【特許文献２】特開２００９−１５４５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記した従来の問題点を解決し、閉断面として剛性が高く、しかも鋼管の長手方向で径の異なる薄肉鋼管とその製造方法および製造装置を提供することを目的とするものである。本発明者はこの課題を解決するために検討を重ねた結果、従来は直径が４００〜２６００ｍｍの大径鋼管に用いられてきたスパイラル造管技術を小径鋼管の製造に適用することにより、電縫鋼管よりも薄肉比Ｖが小さく、しかも鋼管の長手方向で径の異なる薄肉鋼管を製造できることを究明した。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明はこの知見に基づいてなされたものであって、請求項１の発明は、外径Dが３００mm以下、板厚tが０．４〜５．０mmであり、Ｖ＝t／Dとして定義される薄肉比Ｖが０．３％〜２％であり、かつ鋼管の長手方向で異径断面を構成することを特徴とする長手方向異径断面スパイラル鋼管を要旨とするものである。
【０００７】
また請求項２の発明は、請求項１の長手方向異径断面スパイラル鋼管に、拡管と縮管の一方または双方の成形を施した自動車構造用部材を要旨とするものである。
【０００８】
また請求項３の発明である長手方向異径断面スパイラル鋼管の製造方法は、板厚tが０．４〜５．０mmであり、片側または両側が幅変更された鋼板をスパイラル造管し、外径Dが３００mm以下でＶ＝t／Dとして定義される薄肉比Ｖが０．３％〜２％である異径断面を構成することを特徴とするものである。この発明においては、幅変更を、サイドトリマーにて片側または両側のトリム幅を走間変更することにより行うことが好ましい。また、スパイラル造管の際の溶接をシーム溶接またはレーザー溶接とすることが好ましい。
【０００９】
さらに請求項６の発明である長手方向異径断面スパイラル鋼管の製造装置は、入側鋼板供給部と、溶接装置と、出側鋼管送り出し部とを備えるスパイラル鋼管製造装置において、入側鋼板供給部は片側または両側が幅変更された鋼板を供給するものであり、その鋼板を溶接する際に、鋼板の幅変更に同調して、入側鋼板供給部と出側鋼管送り出し部の一方または双方が、溶接装置を中心として回転移動することを特徴とするものである。
【００１０】
さらに請求項７の発明である長手方向異径断面スパイラル鋼管の製造装置は、入側鋼板供給部と、溶接装置と、出側鋼管送り出し部とを備えるスパイラル鋼管製造装置において、入側鋼板供給部は片側または両側が幅変更された鋼板を供給するものであり、その鋼板を溶接する際に、鋼板の幅変更に同調して、入側鋼板供給部の鋼板と出側鋼管送り出し部のスパイラル鋼管の一方または双方が、溶接装置を中心として回転移動することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、スパイラル造管技術を用いることにより、ハイテン鋼による電縫鋼管の成形限界であった１．２％の薄肉比を下回る鋼管を製造することができるとともに、予め片側または両側が幅変更された鋼板をスパイラル造管することにより、鋼管の長手方向で径が大きく異なる薄肉鋼管をも製造することができる。また請求項２のように本発明の長手方向異径断面スパイラル鋼管に、拡管と縮管の一方または双方の成形を施せば、さらに大きな径変化を与えることができるとともに、断面形状を非円形とすることもできる。
【００１２】
さらに本発明の長手方向異径断面スパイラル鋼管の製造装置によれば、溶接装置を中心として入側鋼板と出側鋼管とがなす角度を鋼板の幅変更に同調して調整することができるので、スパイラル造管の直径が変化しても溶接位置を一定に保ったままで、安定した溶接が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一般的なスパイラル造管方法を示す説明図である。
【図２】本発明のスパイラル造管方法を示す説明図である。
【図３】入側鋼板の幅変更の例を示す平面図である。
【図４】入側鋼板の幅変更の例を示す平面図である。
【図５】本発明のスパイラル鋼管の製造装置の平面図である。
【図６】本発明のスパイラル鋼管を二次加工した自動車構造用部材の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本発明の実施形態を説明する。
従来のスパイラル鋼管は、直径が４００〜２６００ｍｍで板厚が４．５〜２５ｍｍの大径鋼管であり、図１に示すように一定幅の鋼板（入側鋼板）１を成形ロール２を通して連続的に送り込んでスパイラル状に成形し、鋼板の端面どうしを内面溶接装置３と外面溶接装置４とによって溶接する造管方法によって製造されている。この造管方法では、入側鋼板１の進行方向と、スパイラル造管された出側鋼管５の進行方向とは、水平面内において入側鋼板１の板幅に応じた角度θをなす。なお、溶接はシーム溶接またはレーザー溶接とすることが好ましい。
【００１５】
本発明ではこのスパイラル造管法を、外径Dが３００mm以下、板厚tが０．４〜５．０mmの薄肉小径の分野に適用する。このスパイラル造管法によれば入側鋼板１を電縫鋼管を製造する場合よりも無理なく管状に成形することができるため、成形性の悪いハイテン鋼を用いた場合にも、Ｖ＝t／Dとして定義される薄肉比Ｖがハイテン鋼による電縫鋼管の成形限界であった１．２％の薄肉比を下回る、０．３％〜２％のスパイラル鋼管を製造することができる。なお、板厚tが０．４mm未満となると構造部材としての強度が不足し、逆に板厚tが５．０mmを超えるとこのような小径に曲げ加工することが困難となる。
【００１６】
また本発明においては、図２に示されるように入側鋼板１を片側または両側が幅変更された鋼板とし、これをスパイラル造管することにより、鋼管の長手方向で異径断面を構成するスパイラル鋼管を製造する。電縫鋼管の場合には入側鋼板１の板幅を連続的に変化させることは困難であるが、スパイラル鋼管の場合には可能である。図３は入側鋼板１の幅変更の例を示す図であり、入側鋼板１の板幅を次第に狭くして行けば管径が鋼管長手方向に小さくなった異径断面のスパイラル鋼管となり、図３の左上図のように入側鋼板１の板幅を次第に広くしたうえで狭くすれば、管径が鋼管長手方向に拡大したうえで縮小した異径断面のスパイラル鋼管となる。
【００１７】
図３は１本のスパイラル鋼管に対応させた図であるが、実際には連続的にスパイラル造管したうえで切断するのが効率的であり、その場合には図４に示すように入側鋼板１の板幅を連続的に変化させる。なおこのような幅変更は、公知のサイドトリマーにて入側鋼板１の片側または両側のトリム幅を走間変更することにより行うことができる。
【００１８】
図５は本発明のスパイラル鋼管製造装置の平面図である。前記したようにこの造管方法では、入側鋼板１の進行方向とスパイラル造管された出側鋼管５の進行方向とは、水平面内において入側鋼板１の板幅に応じた角度θをなす。そして本発明では入側鋼板１の板幅を変化させるため、この角度θを変更しながら造管する必要がある。本発明では、内面溶接装置３と外面溶接装置４を一定位置としたまま、入側鋼板供給部６と出側鋼管送り出し部７との一方または双方を，入側鋼板１の幅変更に同調して、溶接装置を中心として水平面内で回転移動させる。これによって長手方向に板幅を変化させた入側鋼板１をスパイラル造管することができる。
【００１９】
なお、図５に示すように入側鋼板供給部６と出側鋼管送り出し部７の一方または双方を回転移動するほか、入側鋼板供給部６と出側鋼管送り出し部７は一定位置としたままで、鋼板の幅変更に同調して、入側鋼板供給部６の入側鋼板１と出側鋼管送り出し部７のスパイラル鋼管（出側鋼管５）の一方または双方を回転移動させるようにしてもよい。
【００２０】
このようにして造管された小径のスパイラル鋼管は鋼管の長手方向で異径断面を構成するものであり、そのままで自動車構造用部材等に用いることができるが、図６に示すようにハイドロフォーム等の手法により一部拡管を施したり、プレスによって断面形状を変化させたりする二次加工を施し、自動車構造用部材とすることもできる。スパイラル鋼管を用いた自動車構造用部材は、電縫鋼管のようにシームラインが同一位置にならないため、どの方向からの加重に対しても均等な強度を持つ利点がある。
【００２１】
本発明に適したハイテン鋼の組成（質量％）は次のとおりである。
Ｃ  ：０．００１〜０．３５０％、
Ｓｉ：０．０２〜１．５０％、
Ｍｎ：０．１０〜２．７０％、
Ｐ  ：０．１％以下、
Ｓ  ：０．０２％以下、
Ａｌ：０．０１〜５．００％、
Ｎ  ：０．０３％以下、
を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる。
【００２２】
さらに圧延材の成分が、質量％で、
Ｔｉ：０．０１〜１．００％、
Ｎｂ：０．０１〜１．００％、
Ｖ  ：０．０１〜１．００％、
Ｈｆ：０．０１〜１．００％、
Ｚｒ：０．０１〜１．００％、
Ｔａ：０．０１〜１．００％、
Ｗ  ：０．０１〜３．００％、
Ｃｏ：０．０１〜３．００％、
Ｍｏ：０．０１〜３．００％、
Ｃｒ：０．０１〜２０．００％、
Ｎｉ：０．０１〜１０．００％、
Ｃｕ：０．０１〜２．００％、
Ｂ  ：０．０００３〜０．０３０％、
Ｃａ：０．０００３〜０．０３０％、
Ｍｇ：０．０００３〜０．０３０％、
ＲＥＭ：０．０００３〜０．０３０％、
の１種または２種以上を含有するものであってもよい。
【００２３】
上記した各成分の数値範囲の理由は次のとおりである。
Ｃは、０．００１〜０．３５０％とする。Ｃ含有量０．００１％未満では強度が確保できないので、これを下限とし、Ｃ含有量０．３５０％以上では溶接性が著しく劣化するため、機械構造部品としては不適となることからこれを上限とする。
【００２４】
Ｓｉは、強度確保の観点および加工性、低温靭性に影響を及ぼす元素である。Ｓｉ含有量０．０２％未満では、強度が確保できないのでこれを下限とし、Ｓｉ含有量１．５０％以上では、鋼板製造時のめっきの濡れ性劣化や、鋼板製造後の化成処理性劣化、低温靭性劣化が生じるため、これを上限とする。
【００２５】
Ｍｎは、強度確保の観点および耐高温酸化性改善に有効な元素である。Ｍｎ含有量０．１０％未満では、強度が確保できないのでこれを下限とし、Ｍｎ含有量２．７０％以上では、Ｍｎの偏析が大きくなり、製品の加工性を著しく劣化させるため、これを上限とした。
【００２６】
Ｐは、固溶強化元素として作用し、鋼板の強度を上昇させるが、その含有量が高くなると、鋼板の加工性や溶接性が低下するので、好ましくない。特に、Ｐ含有量が０．１％を超えると、鋼板の加工性や溶接性の低下が顕著となるので、Ｐ含有量は０．１％以下に制限するのが好ましい。
【００２７】
Ｓは、含有量が多すぎるとＭｎＳなどの介在物を形成し伸びフランジ性を劣化させ、さらに、熱間圧延時に割れを引き起こすので、極力、低減するのが好ましい。特に、熱間圧延時に割れを防止し、加工性を良好にするためには、Ｓ含有量を０．０２％以下に制限するのが好ましい。
【００２８】
Ａｌは、０．０１〜５．００％とする。Ａｌ含有量を０．０１％以上としたのは、脱酸元素としてＡｌ添加を行うことで、効率的に溶鋼中の溶存酸素を減らすことが出来るからであったり、Ｃｒと並存した場合に耐酸化性を補うのに有効な元素であるため、必要に応じて添加すればよい。一方、Ａｌ含有量を５．００％以下としたのは、多量のＡｌは亜鉛めっき性や化成処理性を劣化させたり、加工性を低下させる要因となるためである。Ａｌは、脱酸に使用することや、不可避的に混入するため、０．０１％を下限とした。
【００２９】
Ｎは、鋼板の加工性を低下させるので、可能な限り少ないほうが好ましい。鋼板の加工性が劣化するので、Ｎ含有量は０．０３％以下に制限するのが好ましい。
【００３０】
上記以外に、たとえばＴｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔａは強度を向上させる元素として有効であり、効果を発生させるために０．０１％以上添加する。また逆に加工性を低下させないために、その上限を１．００％とする。Ｗ，Ｃｏ，Ｍｏは強度を向上させる元素として、ステンレスの場合には高温強度を向上させる元素として有効であり、効果を発生させるために０．０１％以上添加する。また逆に加工性を低下させないために、その上限を１．００％とする。Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，は、強度を向上させる元素として、ステンレスの場合には耐食性を向上させるために、０．０１％以上添加する。また靭性の低下、高温耐酸化性の劣化を回避するために上限をそれぞれＣｒ：２０．００％，Ｎｉ：１０．００％、Ｃｕ：２．００％とする。また、Ｂは硬度向上や二次加工脆性改善のために、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭはの介在物を制御するために、それぞれ０．０００３〜０．００３０％の範囲で添加する。
【００３１】
以上に説明したように、本発明によれば、閉断面として剛性が高く、しかも鋼管の長手方向で径の異なる自動車用構造部材に適した薄肉鋼管およびその製造技術を提供することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  入側鋼板
２  成形ロール
３  内面溶接装置
４  外面溶接装置
５  出側鋼管
６  入側鋼板供給部
７  出側鋼管送り出し部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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