(57)【要約】【課題】成形されるばねが十分な疲労強度を確保できるような高強度ばね用中空シームレス鋼管を提供する。【解決手段】本発明は、質量％で、Ｃ：０．２〜０．７％、Ｓｉ：０．５〜３％、Ｍｎ：０．１〜２％、Ｃｒ：０％超、３％以下、Ａｌ：０％超、０．１％以下、Ｐ：０％超、０．０２％以下、Ｓ：０％超、０．０２％以下及びＮ：０％超、０．０２％以下を含有し、残部が鉄及び不可避不純物である中空シームレス鋼管であって、  下記（１）式で算出される偏肉率が７．０％以下であるばね用中空シームレス鋼管である。  偏肉率＝（最大肉厚−最小肉厚）／（平均肉厚）／２×１００・・・（１）【選択図】図５
2016125118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ  ：０．２〜０．７％、
Ｓｉ：０．５〜３％、
Ｍｎ：０．１〜２％、
Ｃｒ：０％超、３％以下、
Ａｌ：０％超、０．１％以下、
Ｐ  ：０％超、０．０２％以下、
Ｓ  ：０％超、０．０２％以下及び
Ｎ  ：０％超、０．０２％以下を含有し、残部が鉄及び不可避不純物である中空シームレス鋼管であって、
下記（１）式で算出される偏肉率が７．０％以下であるばね用中空シームレス鋼管。
偏肉率＝（最大肉厚−最小肉厚）／（平均肉厚）／２×１００・・・（１）
【請求項２】
更に質量％で、Ｂ：０％超、０．０１５％以下を含有する請求項１に記載の中空シームレス鋼管。
【請求項３】
更に質量％で、Ｖ：０％超、１％以下、Ｔｉ：０％超、０．３％以下及びＮｂ：０％超、０．３％以下よりなる群から選択される１種以上を含有する請求項１または２に記載の中空シームレス鋼管。
【請求項４】
更に質量％で、Ｎｉ：０％超、３％以下及びＣｕ：０％超、３％以下よりなる群から選択される１種以上を含有する請求項１〜３のいずれかに記載の中空シームレス鋼管。
【請求項５】
更に質量％で、Ｍｏ：０％超、２％以下を含有する請求項１〜４のいずれかに記載の中空シームレス鋼管。
【請求項６】
更に質量％で、Ｃａ：０％超、０．００５％以下、Ｍｇ：０％超、０．００５％以下及びＲＥＭ：０％超、０．０２％以下よりなる群から選択される１種以上を含有する請求項１〜５のいずれかに記載の中空シームレス鋼管。
【請求項７】
更に質量％で、Ｚｒ：０％超、０．１％以下、Ｔａ：０％超、０．１％以下及びＨｆ：０％超、０．１％以下よりなる群から選択される１種以上を含有する請求項１〜６のいずれかに記載の中空シームレス鋼管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ばね用中空シームレス鋼管に関し、特に自動車などに使用される中空形状の鋼製懸架ばねなどの製造に適した高強度ばね用中空シームレス鋼管に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、排ガス低減や燃費改善を目的とする自動車の軽量化や高出力化の要請が高まるにつれて、サスペンション、エンジン、クラッチ等に使用される懸架ばね、弁ばね、クラッチばね等においても高応力設計が志向されている。そのため、これらのばねは高強度化、細径化していく方向にあり、負荷応力がさらに増大する傾向にある。こうした傾向に対応するため、耐疲労性や耐へたり性においても一段と高性能なばね鋼が強く望まれている。
【０００３】
また、耐疲労性や耐へたり性を維持しつつ軽量化を実現するために、ばねの素材としてこれまで用いられている棒状の線材、すなわち中実の線材を使用する代わりに、中空にしたパイプ状の鋼材であって溶接継ぎ目のない鋼管（以下、中空シームレス鋼管）がばねの素材として用いられるようになっている。このような中空シームレス鋼管を製造するための技術はこれまでに様々提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、ばね鋼鋼材からなる素材を、穿孔圧延機の代表であるマンネスマン穿孔し、その後マンドレルミルによる延伸圧延を行い、さらに８２０〜９４０℃で１０〜３０分再加熱し、その後仕上げ圧延する技術が提案されている。また特許文献２では、円筒状のビレットを熱間静水圧押出し加工してシームレス鋼管中間体を製造し、前記シームレス鋼管中間体を加熱した後、加熱後の前記シームレス鋼管中間体をピルガーミル圧延および引き抜き加工のうち少なくとも一つ行って、例えば抽伸などを行って伸展させ、伸展させた前記シームレス鋼管中間体を加熱する技術が開示されている。特許文献３でも、特許文献２と同様に、押出用中空ビレットを加熱した後、熱間押出を行って、冷間加工などを行ってシームレス鋼管を製造している。更に、特許文献４は、熱間圧延によって棒材を製造した後、ガンドリルで穿孔し、冷間での圧延や抽伸（冷間加工）してシームレスパイプを製造することによって、穿孔や押出し時における加熱を回避し、脱炭を軽減する技術が開示されている。
【０００５】
これらの従来技術は、脱炭や疵低減により疲労特性を向上しようとしているが、現在では従来の要求レベルよりもより高度な疲労強度が求められている。従って、これまで提案されているような技術では、要求される疲労強度を満足できず、耐久性の点で不十分である。特に、より高い応力域下では、これまで提案されてきた技術では耐久性向上に限界があり、他の要因についても検討する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１−２４７５３２号公報
【特許文献２】特許第４７０５４５６号公報
【特許文献３】特開２０１２−１１１９７９号公報
【特許文献４】特許第５３２４３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、こうした状況の下になされたものであって、その目的は成形されるばねが十分な疲労強度を確保できるような高強度ばね用中空シームレス鋼管を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成した本発明は、鋼管の肉厚のばらつきを低減した点に特徴を有する。すなわち、本発明のばね用中空シームレス鋼管は、
質量％で、
Ｃ  ：０．２〜０．７％、
Ｓｉ：０．５〜３％、
Ｍｎ：０．１〜２％、
Ｃｒ：０％超、３％以下、
Ａｌ：０％超、０．１％以下、
Ｐ  ：０％超、０．０２％以下、
Ｓ  ：０％超、０．０２％以下及び
Ｎ  ：０％超、０．０２％以下を含有し、残部が鉄及び不可避不純物である中空シームレス鋼管であって、
下記（１）式で算出される偏肉率が７．０％以下である点に要旨を有する。
偏肉率＝（最大肉厚−最小肉厚）／（平均肉厚）／２×１００・・・（１）
【０００９】
本発明のばね用中空シームレス鋼管は、必要に応じて、更に質量％で、以下の（ａ）〜（ｆ）の少なくともいずれかを含有することが好ましい。
（ａ）Ｂ：０％超、０．０１５％以下
（ｂ）Ｖ：０％超、１％以下、Ｔｉ：０％超、０．３％以下及びＮｂ：０％超、０．３％以下よりなる群から選択される１種以上
（ｃ）Ｎｉ：０％超、３％以下及びＣｕ：０％超、３％以下よりなる群から選択される１種以上
（ｄ）Ｍｏ：０％超、２％以下
（ｅ）Ｃａ：０％超、０．００５％以下、Ｍｇ：０％超、０．００５％以下及びＲＥＭ：０％超、０．０２％以下よりなる群から選択される１種以上
（ｆ）Ｚｒ：０％超、０．１％以下、Ｔａ：０％超、０．１％以下及びＨｆ：０％超、０．１％以下よりなる群から選択される１種以上
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、鋼管の肉厚のばらつきの指標である偏肉率が７．０％以下と高度に低減されているため、疲労強度が高く耐久性に優れた高強度中空ばね用のシームレス鋼管を提供できる。本発明の効果は、特に高応力域でその効果を顕著に発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】鋼管の肉厚ｔの外径Ｄに対する比ｔ／Ｄと、偏肉による内面応力の変動比の関係を示すグラフである。
【図２】鋼管の肉厚ｔの外径Ｄに対する比ｔ／Ｄと軽量化率の関係を示すグラフである。
【図３】肉厚公差０．１ｍｍの時の偏肉率を、肉厚ごとにプロットしたグラフである。
【図４】後記する実施例において、ねじり疲労試験に用いた試験片の形状を表す図である。
【図５】後記する実施例において、偏肉率とねじり疲労試験の耐久回数との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
高強度中空ばねにおいては、ショットピーニングを施すことのできない内面の疲労強度の向上が課題であり、これまでは内面の脱炭抑制や疵低減などが検討されてきた。これに対し、本発明者らは別の影響因子として鋼管の肉厚の影響について鋭意研究を行った。その結果、中空の鋼管の偏肉率が疲労強度に影響を与えることが判明した。
【００１３】
上記した特許文献１〜４のような従来技術においては疵や脱炭の改善が重要な課題であり、偏肉率については何ら考慮されていなかった。しかし、本発明者らが偏肉率に着目して検討した結果、偏肉率の疲労特性への影響は大きく、特に偏肉率を７．０％以下とすることで、シームレス鋼管の疲労強度を向上できることが明らかになった。偏肉率は５．０％以下が好ましく、より好ましくは３．０％以下である。偏肉率は小さければ小さいほど良いが、その下限は通常０．５％程度である。
【００１４】
本発明において、偏肉率は下記（１）式で与えられる。
偏肉率＝（最大肉厚−最小肉厚）／（平均肉厚）／２×１００・・・（１）
【００１５】
実際、上記特許文献１〜４では偏肉率は良好とは言えない。例えば、特許文献１では中空鋼管を製造するためにマンネスマン穿孔を用いており、マンネスマン穿孔は高生産性ではあるものの、他の中空化手法に比べて、中空加工時すなわち穿孔時の材料および工具の拘束が弱いためズレが生じやすく、良好な偏肉率を得ることは難しい。特に、高強度ばね用の鋼材は変形抵抗が高く、高精度な加工は困難である。また特許文献２、３では、機械加工した中空ビレットを熱間静水圧押出し加工している。機械加工しているため、ビレットの加工精度は高く、静水圧によって均等に加工されるため、特許文献１に比べれば偏肉率は改善されやすい。しかしながら、後述の実施例に示す通り、特許文献２、３に開示されている方法では、耐久性の観点から十分な偏肉率が得られない。また特許文献４では、中空化手法として、ガンドリル加工を採用している。この方法も加工精度は比較的良好であるはずだが、後述の実施例に示す通り、十分な偏肉率が得られない。
【００１６】
本発明で対象とする中空シームレス鋼管は、外径Ｄが８〜２２ｍｍ程度で、肉厚ｔが０．８〜７．７ｍｍ程度であり、肉厚ｔの外径Ｄに対する比ｔ／Ｄが約０．１０〜０．３５である。
【００１７】
図１は肉厚ｔの外径Ｄに対する比ｔ／Ｄと、偏肉による内面応力の変動比の関係を、３％、７％、１０％の各偏肉率ごとにプロットしたグラフである。前記内面応力の変動比とは、偏肉がない時の内面応力をσ1、偏肉がある時の内面応力をσ2とした時、σ2／σ1で与えられる値である。図１からも分かる通り、偏肉が生じた際の内面応力変動比は、ｔ／Ｄが高いほど大きくなる。また内面応力の変動比は、ｔ／Ｄが低い場合には偏肉率が変化してもその差が小さいが、ｔ／Ｄが高い場合には偏肉率が内面応力の変動比に与える影響が顕著になる。従来技術のように、偏肉率が７．０％を超える場合には、特にｔ／Ｄが０．１５以上となる場合に、偏肉率が内面応力の変動比に与える影響が大きく、すなわちｔ／Ｄが０．１５以上である場合に、特に本発明が有効である。
【００１８】
また、図２はｔ／Ｄと軽量化率の関係を表すグラフである。図２からも分かる通り、ｔ／Ｄが大きくなるほど軽量化率が低下し、高強度中空ばねでは、２５％以上の軽量化が求められることがある。よって、ｔ／Ｄは０．２５以下とするのが好ましい。
【００１９】
図３は、肉厚公差、すなわち最大肉厚と最小肉厚の差が０．１ｍｍの時の偏肉率を、肉厚ごとにプロットしたグラフである。図３からも分かる通り、例えば肉厚が０．５ｍｍである場合には、たった０．１ｍｍの公差であっても、偏肉率に換算すると１０％にも相当し、また実際に従来技術では偏肉率が７．０％を超えていたことからも、薄い肉厚での偏肉率の改善は非常に困難である。
【００２０】
本発明者らは、中空シームレス鋼管の偏肉率を７．０％以下とするための製造方法として、特に、下記（１）又は（２）の方法により、中空の素管を製造し、この素管に更に冷間圧延、抽伸加工、焼鈍等を行うことによって、中空シームレス鋼管を得る方法について検討した。
（１）素ビレットから機械加工によって中空ビレットを得て、該中空ビレットを用いて熱間押出しする方法
（２）素ビレットから熱間圧延により棒鋼を製造した後、ガンドリル加工により中空化する方法
【００２１】
前記（１）の熱間押出しの方法では、中空ビレットの寸法を変化させることで偏肉率が変化し、中空ビレット内径を３８ｍｍとすることで、最終的に得られるシームレス鋼管の偏肉率が７．０％以下となるような素管が実現できた。一方、上記した特許文献２、３では、中空ビレット内径は４０ｍｍまたは５２ｍｍであり、７．０％以下の偏肉率は達成できない。また、前記（２）のガンドリルを用いる方法では、棒鋼の寸法及びガンドリル加工寸法によって偏肉率が変化し、直径４０ｍｍの棒鋼に直径２０ｍｍのガンドリル加工を施すことで、最終的に得られるシームレス鋼管の偏肉率が７．０％以下となるような素管が実現できた。一方、上記した特許文献４では、直径２５ｍｍの棒鋼に直径１２ｍｍのガンドリル加工を施しており、７．０％以下の偏肉率は実現できない。
【００２２】
なお、上記（１）の方法では、熱間押出前の加熱温度は例えば１０００〜１１００℃とすればよい。また上記（２）の方法では、熱間圧延時の加熱温度は例えば９５０〜１１００℃程度、最低圧延温度は８００〜９００℃とすれば良く、また熱間圧延後から６５０〜７５０℃までの平均冷却速度は１．５〜５℃／秒程度とし、その後５００℃以下までの平均冷却速度を０．３〜１．０℃／秒として冷却すれば良い。上記（１）、（２）のいずれの方法においても、得られた素管を例えば９００〜１０００℃で５〜３０分焼鈍し、冷間圧延及び抽伸を行った後、更に６００〜１０００℃程度で焼鈍すれば良い。
【００２３】
本発明では、上述の方法で７．０％以下の偏肉率を実現できたが、本発明の中空シームレス鋼管の製造方法は上述の方法に限定されない。
【００２４】
次に、本発明の高強度ばね用中空シームレス鋼管の化学成分について説明する。なお、本願明細書において示す化学成分組成は、全て質量％を意味する。
【００２５】
Ｃ：０．２〜０．７％
Ｃは、強度を確保するのに必要な元素であり、Ｃ量は０．２％以上とする必要がある。Ｃ量は、好ましくは０．３０％以上であり、より好ましくは０．３５％以上である。しかしながら、Ｃ量が過剰になると、延性の確保が困難となる。そこでＣ量を０．７％以下と定めた。Ｃ量は０．６５％以下が好ましく、より好ましくは０．６０％以下である。
【００２６】
Ｓｉ：０．５〜３％
Ｓｉは、ばねに必要な耐へたり性の向上に有効な元素であり、本発明で対象とする強度レベルのばねに必要な耐へたり性を得るには、Ｓｉ量を０．５％以上とする必要がある。Ｓｉ量は、好ましくは１．０％以上であり、より好ましくは１．５％以上である。しかしながら、Ｓｉは脱炭を促進させる元素でもあるため、Ｓｉを過剰に含有させると鋼材表面の脱炭層形成を促進させる。その結果、脱炭層削除のためのピーリング工程が必要となるので、製造コストの面で不都合である。こうしたことから、Ｓｉ量は３％以下と定めた。Ｓｉ量は、好ましくは２．５％以下であり、より好ましくは２．２％以下である。
【００２７】
Ｍｎ：０．１〜２％
Ｍｎは、脱酸元素として利用されると共に、鋼材中の有害元素であるＳとＭｎＳを形成してＳを無害化できる有益な元素である。このような効果を有効に発揮させるため、Ｍｎ量は０．１％以上とする必要がある。Ｍｎ量は、好ましくは０．１５％以上であり、より好ましくは０．２０％以上である。しかしながら、Ｍｎ量が過剰になると、偏析帯が形成されて材質のばらつきが生じる。従って、Ｍｎ量は２％以下と定めた。Ｍｎ量は好ましくは１．５％以下であり、より好ましくは１．０％以下である。
【００２８】
Ｃｒ：０％超、３％以下
Ｃｒは、焼戻し後の強度確保や耐食性向上に有効な元素であり、特に高レベルの耐食性が要求される懸架ばねに重要な元素である。こうした効果は、Ｃｒ量が増大するにつれて大きくなり、こうした効果を有効に発揮させるためには、Ｃｒは０．２％以上含有させることが好ましく、より好ましくは０．５％以上である。しかしながら、Ｃｒ量が過剰になると過冷組織が発生しやすくなると共に、セメンタイトに濃化して塑性変形能を低下させ、冷間加工性の劣化を招く。また、Ｃｒ量が過剰になると、セメンタイトとは異なるＣｒ炭化物が形成されやすくなり、強度と延性のバランスが悪くなる。こうしたことから、Ｃｒ量を３％以下と定めた。Ｃｒ量は、２．０％以下が好ましく、より好ましくは１．７％以下である。
【００２９】
Ａｌ：０％超、０．１％以下
Ａｌは、主に脱酸元素として添加される。また、ＮとＡｌＮを形成して固溶Ｎを無害化すると共に、組織の微細化にも寄与する。特に固溶ＮをＡｌＮとして固定させるには、Ｎ含有量の２倍を超えるようＡｌを含有させることが好ましい。Ａｌ量は、好ましくは０．００１％以上であり、より好ましくは０．０１％以上、更に好ましくは０．０２５％以上である。しかしながら、ＡｌはＳｉと同様に脱炭を促進させる元素でもあるため、Ｓｉを多く含有する鋼ではＡｌの添加量を抑える必要がある。そこで、Ａｌ量は０．１％以下と定めた。Ａｌ量は、好ましくは０．０７％以下であり、より好ましくは０．０５％以下である。
【００３０】
Ｐ：０％超、０．０２％以下
Ｐは、鋼材の靭性や延性を劣化させる有害な元素であるため、極力低減することが重要である。そこで、Ｐ量を０．０２％以下と定めた。Ｐ量は、好ましくは０．０１０％以下、より好ましくは０．００８％以下である。なお、Ｐは鋼材に不可避的に含まれる不純物であるため、その量を０％とすることは工業生産上困難であり、通常０．００１％程度含まれる。
【００３１】
Ｓ：０％超、０．０２％以下
Ｓは、Ｐと同様に鋼材の靭性や延性を劣化させる有害元素であるため、極力低減することが重要である。そこで、Ｓ量は０．０２％以下と定めた。Ｓ量は、好ましくは０．０１０％以下であり、より好ましくは０．００８％以下である。なお、Ｓは鋼材に不可避的に含まれる不純物であるため、その量を０％とすることは工業生産上困難であり、通常０．００１％程度含まれる。
【００３２】
Ｎ：０％超、０．０２％以下
Ｎは、Ａｌ、Ｔｉ等が存在すると窒化物を形成して組織を微細化させる効果があるが、固溶状態で存在すると、鋼材の靭延性及び耐水素脆化特性を劣化させる。そこで、Ｎ量は０．０２％以下と定めた。Ｎ量は、好ましくは０．０１０％以下であり、より好ましくは０．００５％以下である。なお、Ｎは鋼材に不可避的に含まれる元素であるため、その量を０％とすることは工業生産上困難であり、通常０．００１％程度含まれる。
【００３３】
本発明のシームレス鋼管の基本成分は上記の通りであり、残部は実質的に鉄である。但し、原材料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる不可避不純物が鋼中に含まれることは当然に許容される。さらに本発明では、必要に応じて以下の任意元素を含有していても良い。
【００３４】
Ｂ：０％超、０．０１５％以下
Ｂは、鋼材の焼入れ、焼戻し後において、旧オーステナイト粒界からの破壊を抑制する効果がある。このような効果を発現させるには、Ｂ量は０．００１％以上が好ましく、より好ましくは０．００１５％以上である。しかしながら、Ｂ量が過剰になると粗大な炭硼化物を形成して鋼材の特性を害し、圧延材の疵の発生原因にもなる。こうしたことから、Ｂ量は０．０１５％以下が好ましい。Ｂ量は、より好ましくは０．０１０％以下、更に好ましくは０．００５％以下である。
【００３５】
Ｖ：０％超、１％以下、Ｔｉ：０％超、０．３％以下及びＮｂ：０％超、０．３％以下よりなる群から選択される１種以上
Ｖ、Ｔｉ及びＮｂは、Ｃ、Ｎ、Ｓと炭化物、窒化物及び炭窒化物（以下、炭・窒化物）、あるいは硫化物を形成して、これらＣ、Ｎ、Ｓを無害化する作用を有する。また、上記炭・窒化物は組織を微細化する効果も発揮する。更に、Ｖ、Ｔｉ及びＮｂは耐遅れ破壊特性を改善するという効果も有する。Ｖ量は、好ましくは０．０５％以上であり、より好ましくは０．１％以上であり、更に好ましくは０．１３％以上である。Ｔｉ量及びＮｂ量はいずれも、０．０３％以上が好ましく、より好ましくは０．０４％以上であり、更に好ましくは０．０５％以上である。
【００３６】
しかしながら、これらＶ、Ｔｉ及びＮｂ量が過剰になると、粗大な炭・窒化物が形成されて靭性や延性が劣化する場合がある。そこで、Ｖ量は１％以下、Ｔｉ量は０．３％以下、Ｎｂ量は０．３％以下とすることが好ましい。より好ましくは、Ｖ量は０．５％以下、Ｔｉ量は０．１％以下、Ｎｂ量は０．１％以下である。更に、コスト低減の観点から、Ｖ量は０．３％以下、Ｔｉ量は０．０５％以下、Ｎｂ量は０．０５％以下が好ましい。
【００３７】
Ｎｉ：０％超、３％以下及びＣｕ：０％超、３％以下よりなる群から選択される１種以上
Ｎｉは、コスト低減を考慮した場合には、添加を控えるためその下限を特に設けないが、表層脱炭の抑制や耐食性の向上を行う場合には、０．１％以上含有させることが好ましい。しかしながら、Ｎｉ量が過剰になると圧延材において、過冷組織の発生や、焼入れ後の残留オーステナイトの存在により、鋼材の特性が劣化する場合がある。こうしたことから、Ｎｉを含有させる場合には、その上限を３％以下とすることが好ましい。コスト低減の観点からは、Ｎｉ量は２．０％以下が好ましく、より好ましくは１．０％以下である。
【００３８】
Ｃｕは、Ｎｉと同様に表層脱炭を抑制したり耐食性を向上するのに有効な元素である。このような効果を有効に発揮させるため、Ｃｕを０．１％以上含有させることが好ましく、より好ましくは０．１５％以上、更に好ましくは０．２０％以上である。しかしながら、Ｃｕ量が過剰になると過冷組織や熱間加工時の割れが生じる場合がある。こうしたことから、Ｃｕを含有させる場合には、Ｃｕ量を３％以下とすることが好ましい。コスト低減の観点からは、Ｃｕ量は２．０％以下が好ましく、より好ましくは１．０％以下である。
【００３９】
Ｍｏ：０％超、２％以下
Ｍｏは、焼戻し後の強度確保、靭性向上に有効な元素である。このような効果を発揮させるためには、Ｍｏ量は０．１％以上が好ましく、より好ましくは０．２％以上であり、更に好ましくは０．３％以上である。しかしながら、Ｍｏ量が過剰になると靭性が劣化する。こうしたことから、Ｍｏ量は２％以下とすることが好ましい。Ｍｏ量は、より好ましくは１％以下であり、更に好ましくは０．５％以下である。
【００４０】
Ｃａ：０％超、０．００５％以下、Ｍｇ：０％超、０．００５％以下及びＲＥＭ：０％超、０．０２％以下よりなる群から選択される１種以上
Ｃａ、Ｍｇ及びＲＥＭ（Ｒａｒｅ  Ｅａｒｔｈ  Ｍｅｔａｌ、希土類元素）は、いずれも硫化物を形成し、ＭｎＳの伸長を防ぐことで靭性を改善する効果を有し、要求特性に応じて添加することができる。このような効果を有効に発揮させるため、Ｃａ量、Ｍｇ量はいずれも０．０００５％以上が好ましく、より好ましくは０．００１０％以上であり、更に好ましくは０．００１５％以上である。ＲＥＭ量は、０．０００５％以上が好ましく、より好ましくは０．００１０％以上であり、更に好ましくは０．００１２％以上である。しかしながら、Ｃａ、Ｍｇ及びＲＥＭ量が過剰になると、かえって靭性を劣化させる。そこでＣａ量及びＭｇ量はいずれも０．００５％以下が好ましく、より好ましくは０．００４％以下であり、更に好ましくは０．００３％以下である。ＲＥＭ量は０．０２％以下が好ましく、より好ましくは０．０１％以下であり、更に好ましくは０．００５％以下である。なお、本発明においてＲＥＭとは、ＬａからＬｎまでの１５のランタノイド元素と、Ｓｃ及びＹを含む意味である。
【００４１】
Ｚｒ：０％超、０．１％以下、Ｔａ：０％超、０．１％以下及びＨｆ：０％超、０．１％以下よりなる群から選択される１種以上
Ｚｒ、Ｔａ及びＨｆは、Ｎと結びついて窒化物を形成し、それにより加熱時のオーステナイト粒径の成長を抑制し、最終的な組織を微細化し、靭性を改善する効果がある。このような効果を有効に発揮させるためには、Ｚｒ量は０．０１％以上が好ましく、より好ましくは０．０３％以上であり、更に好ましくは０．０５％以上である。Ｔａ量及びＨｆ量はいずれも０．０１％以上が好ましく、より好ましくは０．０２％以上であり、更に好ましくは０．０３％以上である。しかしながら、Ｚｒ、Ｔａ及びＨｆ量が過剰になると、窒化物が粗大化し、疲労特性を劣化させるため好ましくない。こうしたことから、Ｚｒ量は０．１％以下が好ましく、より好ましくは０．０９％以下であり、更に好ましくは０．０５％以下であり、特に０．０２５％以下が好ましい。Ｔａ量及びＨｆ量はいずれも０．１％以下が好ましく、より好ましくは０．０８％以下であり、更に好ましくは０．０５％以下であり、特に０．０２５％以下が好ましい。
【実施例】
【００４２】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前記、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００４３】
表１に示す化学成分組成の溶鋼を、通常の溶製法によって溶製し、この溶鋼を鋳造して分塊圧延し、断面形状が１５５ｍｍ×１５５ｍｍの素ビレットとした。なお、表１におけるＲＥＭは、Ｌａを５０％程度とＣｅを２５％程度含有するミッシュメタルの形態で添加した。
【００４４】
【表１】
2016125118.tif 000003
【００４５】
中空ビレットを用いて熱間押出する方法では、上記素ビレットから円筒状の中空ビレットを機械加工により作成し、熱間押出しを行って素管を得た。その後、冷間圧延、抽伸加工を施し、外径１６ｍｍ、内径８ｍｍ、長さ３０００ｍｍの中空シームレス鋼管を作成した。詳細な製造方法は表２のＡ〜Ｄに示す通りである。
【００４６】
熱間圧延により棒鋼を製造した後、ガンドリル加工により中空化する方法では、上記素ビレットから表２のＥ、Ｆに記載の条件にて熱間圧延を行い、棒鋼を得て、ガンドリル加工により中空化して素管を得た。その後、冷間圧延、抽伸加工を施し、外径１６ｍｍ、内径８ｍｍ、長さ３０００ｍｍの中空シームレス鋼管を作成した。
【００４７】
なお、表２のＣは上記特許文献３に開示される製造方法であり、Ｄは上記特許文献２、Ｅは上記特許文献４に開示されている方法である。
【００４８】
【表２】
2016125118.tif 000004
【００４９】
このようにして得られた中空シームレス鋼管を以下の方法で測定及び評価した。
【００５０】
（１）偏肉率の測定
前記中空シームレス鋼管の管端部の肉厚を、マイクロメータで９０°毎に４箇所測定し、下記（１）式により偏肉率を算出した。
偏肉率＝（最大肉厚−最小肉厚）／（平均肉厚）／２×１００・・・（１）
【００５１】
（２）疲労特性の評価
前記中空シームレス鋼管を、下記の条件で焼入れ・焼戻し処理した。
焼入れ条件：９２５℃で１０分間保持した後、油冷
焼戻し条件：３９０℃で４０分間保持した後、水冷
【００５２】
前記焼入れ・焼戻し後の中空シームレス鋼管を、図４に示す円筒形試験片１に加工した。図４（ａ）は正面図であり、（ｂ）は試験片の端面を表す側面図である。該円筒試験片１を用いてねじり疲労試験を行った。試験片の内径は約８．０ｍｍ、拘束部１ａの外径は１６ｍｍ、中央部１ｂの外径は１２ｍｍ、中央部の外表面応力で表される負荷応力は５５０±３７５ＭＰａであった。破断するまでの回数を耐久回数として測定し、１０6回でも破断しなかったものは試験を停止した。
【００５３】
結果を表３、図５に示す。図５は、本発明の発明例及び比較例について、偏肉率とねじり疲労試験の耐久回数との関係を示したグラフである。
【００５４】
【表３】
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【００５５】
偏肉率が７．０％以下であった表３のＮｏ．１、６〜９、１４〜２０は、図５の丸印に相当し、ねじり疲労試験の耐久回数が１０5回以上であり、良好な耐久性を示した。特に、偏肉率が５．０％以下であったＮｏ．１、６〜９、１５〜２０では、耐久回数が５×１０5回以上であり、更に偏肉率が３．０％以下であったＮｏ．１、７〜９、１５〜１７、１９では耐久回数が１０6回以上であった。一方、偏肉率が７．０％を超えたＮｏ．２〜５、１０〜１３は、図５の×印で示される通り、耐久回数が１０5回未満であった。この中でＮｏ．３〜５、１１〜１３は、上記特許文献２〜４に相当する製造条件Ｃ〜Ｅで製造した例であり、偏肉率が７．０％を超える結果となっている。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の中空シームレス鋼管を用いれば、疲労強度が高く耐久性に優れた高強度中空ばねを製造でき、本発明は例えば強度が１１００ＭＰａ以上、好ましくは１２００ＭＰａ以上、更に好ましくは１３００ＭＰａ以上のばねに好適に用いることができる。よって、本発明によれば、懸架ばね、弁ばね、クラッチばねなどの部品の中空化を推進することができ、自動車などの車両の一層の軽量化を図ることができるため、産業上有用である。
【符号の説明】
【００５７】
１    円筒形試験片
１ａ  拘束部
１ｂ  中央部
１ｃ  空洞
【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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