(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：0.01〜0.08％、              Si：0.5 ％以下、
Mn：0.10〜2.00％、              Cr：1.0 ％超〜 2.0％、
Mo：0.5 ％以下
を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成の鋼管素材を造管し継目無鋼管としたのち、該継目無鋼管に、Ac3 変態点以上、1050℃以下の範囲内の温度に加熱したのち焼入れし、ついで450 ℃以上、Ac1 変態点以下の範囲内の温度で焼戻しする焼入れ焼戻し処理を施し、その後、冷間引抜きして所定寸法の鋼管とすることを特徴とするエアバッグ用高強度高靭性高加工性継目無鋼管の製造方法。
【請求項２】
前記組成に加えてさらに、質量％で、Cu：1.0 ％以下、Ni：1.0 ％以下、Nb：0.10％以下、Ｖ：0.10％以下、Ti：0.10％以下、Ｂ：0.005 ％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する組成とすることを特徴とする請求項１に記載のエアバッグ用高強度高靱性高加工性継目無鋼管の製造方法。
【請求項３】
前記焼入れ焼戻し処理に代えて、前記継目無鋼管に、850 〜1000℃の範囲内の温度に加熱し空冷する焼ならし処理を施すことを特徴とする請求項１または２に記載のエアバッグ用高強度高靱性高加工性継目無鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高強度継目無鋼管に係り、とくにエアバッグ用として好適な、靭性、加工性に優れた高強度継目無鋼管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の衝突安全性の向上が熱望され、とくに衝突時に乗員を保護する安全装置の導入が積極的に進められている。なかでも、衝突時、乗員と、ハンドルやインストルメントパネルとの間に展開し、乗員の運動エネルギーを吸収して乗員の損傷低減を図るエアバッグの搭載が、 一般化しつつある。とくに、ハンドル内に装填される運転席用エアバッグや、インストルメントパネル内に装填される助手席用エアバッグは標準装備化されつつある。さらに、最近では、これらに加え、側面衝突時に乗員を保護するため、座席にサイドエアバッグ、あるいはサイドウインドウを覆うカーテン式エアバッグなどを搭載する自動車が多くなっている。
【０００３】
従来から、エアバッグには、火薬を使用してガスを発生させる方式が多く採用されてきた。しかし、 最近では、リサイクル性や環境への配慮から、火薬の使用に替えて、アルゴンなどの不活性ガスをインフレータに高圧で充填する方式が採用されるようになっている。この方式では、不活性ガスをインフレータ内に常時高圧に保つ必要があることから、インフレータには、十分な強度を有することが望まれている。
【０００４】
一般に、エアバッグ用インフレータは鋼管を加工して製造されている。不活性ガスを充填する方式のエアバッグでは、不活性ガスはインフレータ内に高圧で充填されるため、シームの信頼性の観点から、インフレータ用鋼管としては、もっぱら継目無鋼管が使用される。通常、継目無鋼管に冷間引抜き加工を施し所定寸法とし、所定の長さに切断したのち、両管端をプレス加工などにより加工し封板を溶接して、製品（インフレータ）とされる。
【０００５】
このようなことから、インフレータ用鋼管として、十分な強度と靭性を有し、加工性に優れ、さらに溶接性にも優れた継目無鋼管が要望されている。
このような要望に対し、例えば、特開平10−140283号公報には、Ｃ：0.01〜0.20％、Si：0.50％以下、Mn：0.30〜2.00％、Ｐ：0.020 ％以下、Ｓ：0.020 ％以下、Al：0.10％以下を含み、あるいはさらにMo：0.50％以下、Ｖ：0.10％以下、Ni：0.50％以下、Cr：1.00％以下、Cu：0.50％以下、Ti：0.10％以下、Nb：0.10％以下、Ｂ：0.005 ％以下のうち１種以上を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼を製管後、冷間加工を施したまま、もしくは冷間加工後、 焼なまし、 焼ならし、または焼入れ焼戻し処理する高強度高靭性エアーバッグ用鋼管の製造方法が提案されている。
【０００６】
また、特開平10-140249 号公報には、特開平10−140283号公報に記載された組成と同様の組成の鋼を製管後、850 〜1000℃で焼ならしたのち、所定の寸法に冷間加工を施したまま、もしくは応力除去焼鈍、焼ならし、または焼入れ焼戻し処理を施す高強度高靭性エアーバッグ用鋼管の製造方法が提案されている。
また、特開平10-140250 号公報には、特開平10−140283号公報に記載された組成と同様の組成の鋼を製管後、850 〜1000℃での焼入れ、あるいはさらに450 ℃以上Ａｃ1 変態点未満での焼戻しを行なったのち、所定の寸法に冷間加工を施したまま、もしくは冷間加工後焼なまし処理を施す高強度高靭性エアーバッグ用鋼管の製造方法が提案されている。
【０００７】
特開平10−140283号公報、特開平10-140249 号公報、特開平10-140250 号公報に記載された技術によれば、高寸法精度で加工性と溶接性に優れ、かつ引張強さ：590 Ｎ／mm2 以上の高強度高靭性のエアバッグ用鋼管が製造できるとしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
最近では、エアバッグシステムに対する小型化、軽量化が要求されるようになっており、エアバッグのインフレータ用の継目無鋼管として、更なる高強度化が要求されている。とくに、カーテン式エアバッグでは、エアバッグが前後のサイドウインドウを覆うことができるように、大容量のガスを必要とし、しかも50MPa 以上の充填圧力が要求されている。このような要求を満足するには、冷間引抜きや熱処理等を施したのち、最終的にインフレータとして900MPa以上の引張強さが得られる継目無鋼管が要望されている。
【０００９】
特開平10−140283号公報、特開平10-140249 号公報、特開平10-140250 号公報に記載された技術では590MPa級の高強度継目無鋼管の製造を目的としており、上記したインフレータ用鋼管として望まれている、更なる高強度化要求には対応できないという問題がある。また、特開平10−140283号公報、特開平10-140249 号公報、特開平10-140250 号公報に記載された技術において冷間加工後の熱処理を必要とする場合には、スケール生成による表面粗さの劣化、さらに冷間加工時に導入された残留応力が熱処理により開放され、寸法精度、とくに真円度が低下するという製品特性上大きな問題があり、さらには、曲がりによる製造上の問題もある。
【００１０】
本発明は、上記した従来技術の問題を有利に解決し、高寸法精度を有し、インフレータ製造時の加工性、溶接性に優れ、さらにインフレータとして、900MPa以上の引張強さと、半割りにした鋼管に対する−60℃における落重試験で延性を示す高靭性とが得られる、高強度高靭性高加工性継目無鋼管の製造方法を提案することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記した課題を達成するために、強度、靭性、加工性におよぼす各種要因について鋭意研究した。その結果、Ｃ含有量を低減し、CrおよびMoを適量含有した鋼組成とし、継目無鋼管に造管したのち、焼入れ焼戻し処理、あるいは焼ならし処理を施し、その後、冷間引抜きを行なうことで、高寸法精度化、高強度化が図れ、とくに周方向強度の低下が小さく異方性の少ない継目無鋼管となることを見出した。
【００１２】
本発明は、 上記した知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨はつぎのとおりである。
（１）質量％で、Ｃ：0.01〜0.08％、Si：0.5 ％以下、Mn：0.10〜2.00％、Cr：1.0 ％超〜 2.0％、Mo：0.5 ％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成の鋼管素材を造管し継目無鋼管としたのち、該継目無鋼管に、Ac3 変態点以上、1050℃以下の範囲内の温度に加熱したのち焼入れし、ついで450 ℃以上、Ac1 変態点以下の範囲内の温度で焼戻しする焼入れ焼戻し処理を施し、その後、冷間引抜きして所定寸法の鋼管とすることを特徴とするエアバッグ用高強度高靭性高加工性継目無鋼管の製造方法。
（２）（１）において、前記組成に加えてさらに、質量％で、Cu：1.0 ％以下、Ni：1.0 ％以下、Nb：0.10％以下、Ｖ：0.10％以下、Ti：0.10％以下、Ｂ：0.005 ％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する組成とすることを特徴とするエアバッグ用高強度高靱性高加工性継目無鋼管の製造方法。
（３）（１）または（２）において、前記焼入れ焼戻し処理に代えて、前記継目無鋼管に、850 〜1000℃の範囲内の温度に加熱し空冷する焼ならし処理を施すことを特徴とするエアバッグ用高強度高靱性高加工性継目無鋼管の製造方法。
【００１３】
【発明の実施の形態】
まず、使用する鋼管素材の組成限定理由について、 説明する。以下、組成における質量％は単に％と記す。
Ｃ：0.01〜0.08％
Ｃは、鋼の強度増加に寄与する元素であるが、0.08％を超えて過剰に含有すると加工性、溶接性が低下する。一方、0.01％未満の含有では、所望の引張強さを確保することができにくくなる。このため、本発明では、Ｃは0.01〜0.08％の範囲に限定した。なお、好ましくは0.03〜0.08％である。
【００１４】
Si：0.5 ％以下
Siは、鋼の強度を増加させる元素であり、0.1 ％以上含有することが好ましいが、過剰な含有は延性、加工性を低下させるため、本発明では0.5 ％以下に限定した。なお、好ましくは0.1 〜0.4 ％である。
Mn：0.10〜2.00％
Mnは、強度を向上させる元素であり、所望の強度を確保するために、本発明では0.10％以上の含有を必要とする。一方、2.00％を超えて含有すると、延性が低下し、加工性および溶接性が低下する。このため、Mnは2.00％以下に限定した。なお、好ましくは、1.00〜1.70％である。
【００１５】
Cr：1.0 ％超〜 2.0％
Crは、鋼の強度、 耐食性を向上させる有効な元素であり、本発明では主として高強度を確保するために、1.0 ％超の含有を必要とする。一方、2.0 ％を超えて含有すると、延性が低下し、さらに加工性、溶接性、靭性が低下する。このため、Crは1.0 ％超〜 2.0％の範囲に限定した。なお、好ましくは1.1 〜1.5 ％である。
【００１６】
Mo：0.5 ％以下
Moは、鋼の強度を増加させるとともに、焼入れ性を向上させる元素であり、本発明では0.1 ％以上含有することが好ましい。一方、0.5 ％を超えて含有すると、延性が低下し、耐溶接割れ性が低下する。このため、Moは0.5 ％以下に限定した。なお、好ましくは0.3 ％以下である。
【００１７】
本発明では、上記した基本組成に加えて、さらにCu：1.0 ％以下、Ni：1.0 ％以下、Nb：0.10％以下、Ｖ：0.10％以下、Ti：0.10％以下、Ｂ：0.005 ％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有できる。
Cu、Ni、Nb、Ｖ、Ti、Ｂは、いずれも強度を増加させる作用を有し、必要に応じ１種または２種以上を選択して含有できる。
【００１８】
Cuは、鋼の強度を増加させるとともに、耐食性をも向上させる元素である。しかし、1.0 ％を超えて含有すると、熱間加工性が低下する。このため、Cuは1.0 ％以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.5 ％以下である。
Niは、鋼の強度を増加させるとともに、焼入れ性、 靭性を向上させる元素であるが高価であるため、本発明では1.0 ％以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.5 ％以下である。
【００１９】
Nbは、析出硬化により鋼の強度を増加させるとともに、組織を微細化して靭性を向上させる元素であるが、0.10％を超えて含有すると、逆に靭性が劣化する。このため、Nbは0.10％以下に限定することが好ましい。なお、より好ましく0.01〜0.05％である。
Ｖは、析出硬化により鋼の強度を増加させるとともに、焼入れ性を向上させる元素であるが、0.10％を超えて含有すると、靭性が劣化する。このため、Ｖは0.10％以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.01〜0.05％である。
【００２０】
Tiは、析出硬化により鋼の強度を増加させるとともに、組織を微細化して靭性を向上させる元素であるが、0.10％を超えて含有すると、逆に靭性が劣化する。このため、Tiは0.10％以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.005 〜0.03％である。
Ｂは、焼入れ性の向上を通して強度の増加に寄与する元素であるが、0.005 ％を超えて含有すると、靭性が低下する。このため、Ｂは0.005 ％以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.0005〜0.002 ％である。
【００２１】
上記した成分以外の残部はFeおよび不可避的不純物である。不可避的不純物としては、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.01％以下、Al：0.10％以下が許容できる。
上記した組成の溶鋼を、転炉、電気炉等の公知の溶製方法により溶製し、連続鋳造法、造塊法等の公知の鋳造方法によりビレット等の鋼管素材とすることが好ましい。
【００２２】
ついで、得られた鋼管素材を、好ましくは通常のマンネスマン−プラグミル方式、あるいはマンネスマンーマンドレルミル方式の製造工程を用いて造管し、継目無鋼管とする。なお、継目無鋼管の製造工程としては、上記した以外の方式によっても何ら問題はない。
造管された継目無鋼管は、ついで焼入れ焼戻し処理、あるいは焼ならし処理を施される。
【００２３】
焼入れのための加熱温度は、Ac3 変態点以上、1050℃以下の範囲内の温度とする。加熱温度がAc3 変態点未満では、均一なオーステナイト化ができず、一方、1050℃を超えて高い温度では結晶粒が粗大化し靭性が低下する。このため、本発明では、焼入れ加熱温度はAc3 変態点以上1050℃以下の範囲とした。なお、上記した範囲内の温度に加熱したのち、水冷等により冷却（焼入れ）し、焼入れ組織 (マルテンサイト組織）とする。なお、好ましくは、焼入れ加熱温度はAc3 変態点以上、950 ℃以下である。
【００２４】
焼戻しは、450 ℃以上、Ac1 変態点以下の範囲内の温度で行なう。焼戻し温度は強度、靭性、加工性が同時に最適となる温度を選択することが好ましい。焼戻し温度が450 ℃未満では焼戻しが不十分で所望の靭性が得られない。一方、Ac1 変態点を超えると、焼入れ組織が得られず強度が低下し、所望の強度が確保できなくなる。このため、焼戻し温度は、450 ℃以上、Ac1 変態点以下の範囲内の温度に限定した。なお、好ましくは500 〜700 ℃である。また、焼戻し後の冷却は、空冷以上の速度で冷却することが好ましい。
【００２５】
焼ならし処理は、850 〜1000℃の範囲内の温度に加熱し空冷する。焼ならし温度が850 ℃未満ではオーステナイト粒の十分な均一化ができず、一方、焼ならし温度が1000℃を超えて高くなると、結晶粒が粗大化し所望の靭性が確保できにくくなる。このため、焼ならし温度は850 〜1000℃に限定することが好ましい。なお、好ましくは850 〜950 ℃である。
【００２６】
焼入れ焼戻し処理、あるいは焼ならし処理を施された継目無鋼管は、その後、冷間引抜きを施され、所定寸法の鋼管とされる。
冷間引抜きは、特別な装置を必要とせず、通常公知の冷間引抜き装置を利用して行なうことができる。冷間引抜き条件は、所定寸法の鋼管とすることができればとくに限定する必要はないが、縮径率を５〜15％、減肉率を10〜30％と適正範囲内に調整することにより、周方向の靱性の低下が抑制でき、異方性の少ない鋼管とすることができる。
【００２７】
上記した製造方法により製造された継目無鋼管は、高寸法精度を有し、引張強さ：900 MPa 以上の高強度と、半割りにした鋼管に対する−60℃における落重試験で延性を示す高靭性とを有し、加工性、溶接性に優れた、カーテン式エアバッグ用インフレータ向けとして好適な鋼管となる。
【００２８】
【実施例】
表１に示す組成の鋼管素材（ビレット：140mm φ）を1250℃に加熱し、マンネスマン−マンドレルミル方式による穿孔、延伸圧延、および縮径圧延とにより、継目無鋼管（外径：34.0φ×肉厚：3.2mm 、外径：38.1φ×肉厚：3.3mm ）とした。これら継目無鋼管に、表２に示す条件で焼入れ焼戻しあるいは焼ならし処理を施した。ついで、これら熱処理済み継目無鋼管にそれぞれ、縮径率：11.8％、8.9 ％、減肉率：21.9％、18.2％の冷間引抜き加工を施して、外径30.0φ×肉厚2.5mm 、あるいは外径34.7φ×肉厚2.7mm の鋼管 (製品）とした。
【００２９】
得られた継目無鋼管 (製品）から試験片を採取し、実管引張試験を実施し、長手方向の引張特性を調査した。実管引張試験は、JIS Z 2201に規定される11号試験片（管状試験片：実管）を採取して、JIS Z 2241の規定に準拠して行った。
さらに、水圧バースト試験を実施し、そのバースト圧から周方向の引張強度を換算した。
【００３０】
また、得られた継目無鋼管 (製品）について、−60℃における落重試験を実施し、靱性を調査した。−60℃における落重試験は、長さ70mmの継目無鋼管 (製品）を半円状に半割りにして、その上に100kgf（980 Ｎ）の重鎮を500mm の高さから落下させる落重試験を−60℃にて実施して、破面を観察し脆性破壊の有無を調査した。試験は繰り返し３回とし、３回の試験で全く脆性破壊が生じない場合を○とし、全て脆性破壊が生じた場合を×、それ以外を△とした。
【００３１】
また、得られた継目無鋼管 (製品）について、へら絞り加工により、管端を外径20mm、25mmに縮径し、加工部の割れを観察し、加工性を評価した。割れ発生のない場合を加工性○、割れが発生した場合を加工性×とした。
また、へら絞り加工により、管端を外径20mmに縮径したのち、管端に封板を溶接し、溶接後割れ発生の有無を目視および顕微鏡により調査し、溶接性を評価した。
【００３２】
また、得られた継目無鋼管 (製品）について、製品内外面の表面粗さを表面粗さ計を用いて測定し、JIS B 0601に規定される算術平均粗さRaを求めた。Raが１μｍ未満の場合を○、１μｍ以上の場合を×とした。
得られた結果を表２に示す。
【００３３】
【表１】
0003960145.tif 000002
【００３４】
【表２】
0003960145.tif 000003
【００３５】
本発明例はいずれも、表面性状に優れ、かつ900MPa以上の引張強さと、高靭性とを有し、加工性に優れ、さらに、溶接性に優れた継目無鋼管となっている。一方、本発明の範囲を外れる比較例は、引張強さが850MPa未満であるか、靭性が低下しているか、あるいは加工性が低下しているかして、カーテン式エアバッグ用インフレータ向け鋼管として、十分な特性が得られていない。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、高強度高靭性高加工性継目無鋼管を安定して製造でき、産業上格段の効果を奏する。