(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．３０〜０．６０％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０％、Ｍｎ：０．６０〜１．５０％、Ａｌ：０．００５〜０．１％を含有し、残部Ｆｅおよび不純物からなる化学組成を有する熱間加工により製造した素管を、Ａｃ１〜Ａｃ１＋８０℃の温度範囲に加熱、保持した後で徐冷する徐冷焼鈍を行い、次いで肉厚加工度で２０％以上の冷間加工を行い、６００℃以上、Ａｃ１点以下の温度範囲で焼鈍を行うことを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
【請求項２】
前記化学組成が、質量％で、Ｃ：０．３０〜０．６０％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０％、Ｍｎ：０．６０〜１．５０％、Ａｌ：０．００５〜０．１％を含み、さらにＴｉ：０．１％以下、Ｎｂ：０．１％以下、およびＢ：０．００５％以下のうちの１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる、請求項１記載の継目無鋼管の製造方法。
【請求項３】
前記化学組成が、質量％で、Ｃ：０．３０〜０．６０％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０％、Ｍｎ：０．６０〜１．５０％、Ａｌ：０．００５〜０．１％を含み、さらにＣｒ：１．２０％以下、およびＭｏ：０．３０％以下の１種または２種を含有し、残部Ｆｅおよび不純物からなる、請求項１記載の継目無鋼管の製造方法。
【請求項４】
前記化学組成が、質量％で、Ｃ：０．３０〜０．６０％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０％、Ｍｎ：０．６０〜１．５０％、Ａｌ：０．００５〜０．１％を含み、さらにＴｉ：０．１％以下、Ｎｂ：０．１％以下、およびＢ：０．００５％以下のうちの１種以上、ならびにＣｒ：１．２０％以下、およびＭｏ：０．３０％以下の１種または２種を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる、請求項１記載の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】
この発明は、冷間鍛造等の冷間加工により機械構造部品を製造する際の素管として好適な中炭素鋼管および低合金鋼管である継目無鋼管の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷間鍛造により各種の機械構造用部品を製造するときに用いられる素材は、一般的には中炭素鋼から高炭素鋼の棒鋼や線材がほとんどであり、素材として鋼管が使用されるのは極めて少ない。鋼管の使用が少ない理由は次のとおりである。すなわち、中炭素鋼や中炭素の低合金鋼は硬度を低くしなければ冷間鍛造加工をおこなうことができず、そのため熱間加工と冷間加工により製造した素材としての鋼管に対して、最終焼鈍として700 〜800 ℃で１〜20時間という高温での長時間の徐冷焼鈍を施さなくてはならない。この徐冷焼鈍は、セメンタイトとフェライトからなるパーライト組織のセメンタイトを球状化して加工性を改善するための焼鈍である。
【０００３】
この高温長時間の徐冷焼鈍時には、管の表面に酸化スケールが生成し、表面性状や寸法精度が悪化する。冷間鍛造加工に供する素材には良好な表面性状と共に寸法精度が要求されるから焼鈍時の酸化スケールの生成を防止する必要があり、そのためには、真空焼鈍をする方法がある。しかし、真空焼鈍は設備費が嵩み、さらに炉内に多量の鋼管を充填することができないため多量生産には向いていなく製造コストが高くなるという問題があった。真空焼鈍炉内に鋼管を多量に充填することができないのは、鋼管は中空であるため焼鈍中に自重で変形するためである。
【０００４】
特開平９−279297号公報には、冷間加工性に優れた機械構造用鋼材及びその製造方法の発明が開示されている。この発明は、炭素含有量が0.3 〜0.8 ％の中炭素鋼に５〜50％の冷間加工を施した後、650 〜720 ℃で５〜20時間焼鈍し黒鉛化を図ることにより硬度Hv120 以下にし、加工性を改善することを特徴としている。
【０００５】
しかし、長時間の熱処理をおこなうと鋼表面に厚い酸化スケールが生成し、表面性状が悪化して寸法精度が損なわれる。したがって、この方法では冷間鍛造に適した高寸法精度で高表面グレードの鍛造用の素材を得ることはできない。棒鋼であれば、バッチ式の真空炉を用いればよいが、鋼管の場合は前述したように製造コスト高となる。
【０００６】
特開平４−371521号公報には、高炭素クロム軸受鋼の継目無鋼管から軸受け用鋼管を製造する方法が開示されている。この方法は球状化焼鈍後、加工度２５〜４５％の冷間抽伸をおこなうことを特徴としている。
【０００７】
しかし、この方法はＣ：1.0 ％程度の高炭素クロム軸受鋼を対象にしたもので、切削性には優れるものの、硬度が高いために鍛造加工用には適していない。
特開平10−147816号公報には、成形性に優れた高炭素熱延鋼板および高炭素冷延鋼板の製造方法が開示されている。この方法は、Ｃ：0.25〜0.65％、Si：0.01〜0.1 ％、Mn：0.2 〜0.5 ％とその他Cr、Ti、Al、ＮおよびＢを含有した熱延鋼板に、650 ℃以上、Ac1 点未満の温度で10〜30時間均熱する球状化焼鈍を施し、次いで30〜70％の冷間圧延をおこない、Ac1 〜Ac1 ＋30℃の温度範囲内で１〜20時間均熱した後、徐冷する焼鈍をおこない加工性を改善する方法である。
【０００８】
しかし、この発明は鋼板における加工性を改善する方法であり、冷間加工後に高温での長時間焼鈍が必要であり、前記酸化スケールの問題により鋼管には適用できない。さらに、この発明の方法は炭素を黒鉛化することにより加工性の向上を図っているが、鋼管の場合は鋼板からの加工よりも目的とする製品形状に近い形状から加工を行うため、鋼板のレベルまで硬度を下げる必要はなく、鋼管には適していない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冷間鍛造等の冷間加工により構造用部材を製造するのに用いる表面性状が良好で寸法精度のよい素管としての鋼管の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、冷間鍛造に供することのできる表面性状と寸法精度のよい中炭素鋼管および低合金鋼管を開発するため、硬度を下げる手段として徐冷焼鈍に着目し、そのときの徐冷焼鈍による酸化スケールの生成の影響をなくする方法について種々実験、検討した結果、以下の知見を得るに至った。
【００１１】
すなわち、高温で長時間を要する徐冷焼鈍を冷間加工の前に施してセメンタイトを球状化して軟化し、酸洗により表面に生成した酸化スケールを除去し、球状化しなかった層状のセメンタイトについては次いで冷間加工を行うことで分断し、その後短時間の焼鈍を行い、分断されたセメンタイトを球状化すると共に、冷間加工による加工硬化と残留応力を開放することにより、冷間鍛造に適した硬度が得られ、かつ徐冷焼鈍による酸化スケールの表面性状に及ぼす悪影響を除去することができる。
【００１２】
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、その要旨は下記の通りである。
（１）質量％で、Ｃ：０．３０〜０．６０％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０％、Ｍｎ：０．６０〜１．５０％、Ａｌ：０．００５〜０．１％を含有し、残部Ｆｅおよび不純物からなる化学組成を有する熱間加工により製造した素管を、Ａｃ１〜Ａｃ１＋８０℃の温度範囲に加熱、保持した後で徐冷する徐冷焼鈍を行い、次いで肉厚加工度で２０％以上の冷間加工を行い、６００℃以上、Ａｃ１点以下の温度範囲で焼鈍を行うことを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
【００１３】
（２）質量％で、Ｃ：０．３０〜０．６０％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０％、Ｍｎ0：０．６０〜１．５０％、Ａｌ：０．００５〜０．１％を含み、さらにＴｉ：０．１％以下、Ｎｂ：０．１％以下、およびＢ：０．００５％以下のうちの１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成を有する熱間加工により製造した素管を、Ａｃ１〜Ａｃ１＋８０℃の温度範囲に加熱、保持した後で徐冷する徐冷焼鈍を行い、次いで肉厚加工度で２０％以上の冷間加工を行い、６００℃以上、Ａｃ１点以下の温度範囲で焼鈍を行うことを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
【００１４】
（３）質量％で、Ｃ：０．３０〜０．６０％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０％、Ｍｎ：０．６０〜１．５０％、Ａｌ：０．００５〜０．１％を含み、さらにＣｒ：１．２０％以下、およびＭｏ：０．３０％以下の１種または２種を含有し、残部Ｆｅおよび不純物からなる化学組成を有する熱間加工により製造した素管を、Ａｃ１〜Ａｃ１＋８０℃の温度範囲に加熱、保持した後で徐冷する徐冷焼鈍を行い、次いで肉厚加工度で２０％以上の冷間加工を行い、６００℃以上、Ａｃ１点以下の温度範囲で焼鈍を行うことを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
【００１５】
（４）質量％で、Ｃ：０．３０〜０．６０％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０％、Ｍｎ：０．６０〜１．５０％、Ａｌ：０．００５〜０．１％を含み、さらにＴｉ：０．１％以下、Ｎｂ：０．１％以下、およびＢ：０．００５％以下のうちの１種以上、ならびにＣｒ：１．２０％以下、およびＭｏ：０．３０％以下の１種または２種を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成を有する熱間加工により製造した素管を、Ａｃ１〜Ａｃ１＋８０℃の温度範囲に加熱、保持した後で徐冷する徐冷焼鈍を行い、次いで肉厚加工度で２０％以上の冷間加工を行い、６００℃以上、Ａｃ１点以下の温度範囲で焼鈍を行うことを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
【００１７】
ここで、HvはJIS Z 2244に規定のビッカース硬さである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の鋼管の化学組成について説明する。以下の化学組成の説明における％表示は全て質量％を示すものとする。
【００１９】
Ｃ：
Ｃは、焼入れ性を確保するために必要な元素であり、構造部材として必要な強度を得るためには少なくとも0.30％とする。一方、0.60％を超えると焼鈍をおこなっても低硬度化させることが難しく、冷間加工性を低下させる。
【００２０】
したがって、Ｃ含有量は0.30〜0.60％とした。
Si：
Siは溶製時の脱酸剤として少なくとも0.10％とするが、0.50％を超えると冷間加工性を低下させる。したがって、Si含有量は0.10〜0.50％とした。
【００２１】
Mn：
Mnは、焼入れ性を確保するために少なくとも0.60％とするが、1.50％を超えると冷間加工性がわるくなる。したがって、Mn含有量は、0.60〜1.50％とした。
【００２２】
Al：
Alは、Siと同じく脱酸剤として少なくとも0.005 ％以上である。一方、0.1 ％を超えると逆に清浄度を損なうため上限は0.1 ％とした。
【００２３】
Ti、NbおよびＢ：
Ti、NbおよびＢはそれぞれ焼入れ性を向上させる元素であり、必要により含有させる。含有させる場合、Ti：0.001 〜0.1 ％、Nb：0.001 〜0.1 ％、Ｂ：0.0005〜0.005 ％のうちの１種以上を含有させる。前記効果を発揮させるには、Ti：0.001 ％、Nb：0.001 ％およびＢ：0.0005％以上が必要で、一方、TiおよびNbはそれぞれ0.1 ％を超えるとTiは費用対効果が小さく、むしろ加工性の劣化をもたらすため上限を0.1 ％とした。また、Ｂは0.005 ％を超えると費用対効果が小さく、加工性の劣化をもたらすためとなるため上限を0.005 ％とした。
【００２４】
Cr、Mo：
CrおよびMoは、ともに焼入れ性を向上させる元素であり、必要により１種または２種を含有させる。その効果を発揮させるにはCrは0.01％以上、Moは0.01％以上が必要である。一方、それぞれ1.2 ％、0.3 ％を超えると冷間加工性を損なう。
【００２５】
表面硬度：
鋼管の表面で測定したビッカース高度Ｈｖが 160を超えると冷間鍛造が困難になるため上限を 160とした。下限は特に限定しない。硬度は低ければ低い程加工性がよくなる。
【００２６】
次に、製造方法について説明する。
素管：
本発明の鋼管を製造するための素管は、熱間加工により製造した継目無鋼管が好ましい。製管方法は特に限定されないが、丸ビレットを加熱した後ピアサー、マンドレルミル、レデュサーを用いる通常のマンネスマン・マンドレルミル方式が好ましい。その他、熱間押出しによるユジーン・セジュルネ方式等がある。
【００２７】
徐冷焼鈍：
冷間加工前に行う徐冷焼鈍では、パーライト組織を形成しているセメンタイトを球状化させ軟化させるために施す。そのためには、「Ac1 」以上「Ac1 ＋80℃」以下の温度から、50℃／hr以下の冷却速度で徐冷を行うのが好ましい。セメンタイトの球状化はセメンタイトの一部ををオーステナイト化し、再析出させるものであることから、オーステナイト化させるために「Ac1 」以上の温度が必要であり、温度が高すぎると析出の核となるべきオーステナイトまで固溶してしまうため「Ac1 ＋80℃」より低い温度とするのである。
【００２８】
冷却速度が早いとセメンタイトの再析出時に核に集まって析出せず、パーライトとなってしまうため徐冷するが、50℃／hrよりも低い速度で冷却をおこなうのが好ましい。Ac1 点は、実際の測定のほか、例えば下記計算式により簡易的に求めることができる。
【００２９】
Ac1=750.8-26.6C+17.6Si-11.6Mn-22.9Cu-23Ni+24.1Cr+22.5Mo-39.7V-5.7Ti+232.4Nb-169.4Al-894.7B
冷間加工：
冷間加工は、鋼管を冷間加工により製品を製造する際に素管として適した寸法にするため、および徐冷時に球状化せずに残った層状のセメンタイトを分断し、続く焼鈍で球状化を促進し、焼鈍時間を短時間化するためにおこなう。また、加工度はフェライトの再結晶を促すために肉厚で20％以上の加工を加える。さらに、肉厚加工度20％以上とすることにより徐冷焼鈍時に球状化されずに層状に残った炭化物を分断することができ、後の焼鈍で短時間で球状化を進め、鍛造加工等の冷間加工に適した硬度（Hv≦160 ）にすることが可能となる。
【００３０】
加工度の上限は、特に限定するものでないが、冷間加工時のトラブルを防止するため60％以下とするのが好ましい。徐冷焼鈍後の冷間加工は、冷間抽伸が好ましいが、圧延でもよい。
【００３１】
冷間加工後の最終焼鈍：
冷間加工後の焼鈍は、冷間加工による歪を取り除くためと、徐冷焼鈍で球状化されずに残り、冷間加工で分断されたセメンタイトを球状化して低硬度化を図るためにおこなう。そのためには、600 ℃以上の温度での焼鈍を行い、一方、上限は徐冷焼鈍で形成された球状化組織を再固溶させないよう、徐冷焼鈍温度の下限温度のAc1 点よりも低い温度とする。
【００３２】
冷間加工後の焼鈍は、極力、加工による加工硬化および残留応力の開放を図るため、上記温度範囲で１〜60分の熱処理とするのが好ましい。鋼管の鍛造加工の場合は棒材、板材に比べ、素材形状が最終製品の形状に近く、加工度が相対的に小さいため、冷間鍛造用の棒材や板材に要求される程低硬度にする必要は無いが、実際の製造ラインにおける加工性の評価から、冷間加工性を満たす目安として、硬度をHv160 以下にする。
【００３３】
【実施例】
表１に示す19種の化学組成の中炭素鋼および低合金鋼を溶製し、分塊圧延して直径190mm の丸ビレットとし、1200℃に加熱し、通常のマンネスマン・マンドレルミル方式で外径34mm、肉厚7.4mm の中炭素鋼管および低合金鋼管を製造した。得られた各鋼管を、下記２種の方法により焼鈍、冷間加工を施した。
【００３４】
イ（本発明例）：徐冷焼鈍→冷間加工（引抜き）→焼鈍
ロ（比較例）  ：冷間加工（引抜き）→徐冷焼鈍
図１は、上記イおよびロの徐冷焼鈍パターンを示す図である。徐冷焼鈍にはローラハース型の熱処理炉を用いた。
【００３５】
また、冷間加工は全て引抜き加工とし、肉厚加工度は、22％とした。加工後の鋼管寸法は以下の通りであった。
22％：外径27.2mm、肉厚5.8mm （減面率：36.9％）
各焼鈍条件は表１の通りで、加工後の焼鈍の保持時間は全て30分とした。なお、冷間加工後に焼鈍した各鋼管について、寸法精度を評価するため、下記の方法で楕円量を測定すると共に、脱スケール後の鋼管の断面のビッカース硬度を測定した。
【００３６】
ここに、冷間圧延後に焼鈍した鋼管の最大外径と最小外径を測定し、その差を求めることで楕円量を評価した。
また、焼入れ強度は、分塊圧延したビレットを削り出し、JIS G0561 に定める熱処理を施した後、測定したもので、JIS G0561 に規定のＪ＝10mmにてHRC ≧20で判定した。
【００３７】
これらの測定結果を表１に示す。楕円量は、外径の0.5 ％以上を不合格として×で示し、合格は〇とした。また焼入れ強度は、前述のＪ＝1mm のとき HRC≧20の場合を合格とし〇で示し、それ未満の場合を不合格として×とした。総合評価は硬度、楕円量および焼入れ強度とも目標値に達している場合を〇、一つでも目標値に達していない場合を×とした。
【００３８】
【表１】
0004016721.tif 000002
【００３９】
表１から明らかなように、本発明例は全て総合評価が〇であり、比較例は全て×であった。試験No.11 、12、13および14はそれぞれMn、Cr、MoおよびＣ含有量が規定する量よりも多く含有しているため、硬度がHv 160よりも高くなっており、鍛造等の冷間加工に適していないことが分かる。
【００４０】
また、試験No.15 は、従来の製造方法による方法で製造した鋼管であるため、本発明で規定する化学組成を満足する鋼管であっても、楕円量が大きく、寸法精度がわるいことが分かる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、徐冷焼鈍により表面性状の悪化を防止することができ、鍛造加工に適した、低硬度で寸法精度に優れた鋼管を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明例および比較例の徐冷焼鈍パターンを示す図である。
【図１】
0004016721.tif 000003