(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．１６以上、０．５０％以下、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、Ａｌ：０．０１〜０．１５％、Ｐ≦０．０５０％、Ｓ≦０．０１５％、Ｎ≦０．０１５％、Ｏ≦０．００３０％、Ｓｉ：０．００１〜２．０％、更に、Ｃｒ：０．０１〜０．５％、Ｍｏ：０．０１〜０．３％、Ｎｂ：０．００２〜０．０２０％の一種又は二種以上を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物よりなり、ＰＩ111≧１．１を特徴とするハイドロフォーム用鋼管。
但し、ＰＩ111：鋼管表面法線方向の{１１１}面回折線強度のランダム試料{１１１}面回折強度に対する比とする。また、ＰＩ111は鋼管を偏平後、外面より板厚１／４、１／２，３／４で測定して得られた値の平均値である。
【請求項２】
質量％で、Ｃ：０．１６以上、０．５０％以下、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、Ａｌ：０．０１〜０．１５％、Ｐ≦０．０５０％、Ｓ≦０．０１５％、Ｎ≦０．０１５％、Ｏ≦０．００３０％、Ｓｉ：０．００１〜２．０％、更に、Ｃｒ：０．０１〜０．５％、Ｍｏ：０．０１〜０．３％、Ｎｂ：０．００２〜０．０２０％の一種又は二種以上を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物よりなる鋼スラブを、熱間圧延、酸洗後、冷圧率５〜９２％で冷間圧延し、造管後、Ａｃ１点以上、１０５０℃以下に加熱することを特徴とするＰＩ111≧１．１のハイドロフォーム用鋼管の製造方法。
但し、ＰＩ111：鋼管表面法線方向の{１１１}面回折線強度のランダム試料{１１１}面回折強度に対する比とする。また、ＰＩ111は鋼管を偏平後、外面より板厚１／４、１／２，３／４で測定して得られた値の平均値である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金型内で管内に内圧をかけて所定の自動車部品形状にハイドロフォームされる、例えばサスペンションアームなどの足廻り部品、シャシー部品、ボディー部品、フレーム構造部品などの閉断面自動車構造部品用途に用いられる鋼管およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼管をハイドロフォームにより閉断面自動車部品形状に加工すると、鋼板プレス品を加工する場合に比べて溶接代が不要なため軽量・高剛性な部品が得られる。鋼管をハイドロフォームにより自動車部品形状に加工する技術として、例えば特公平５−５５２０９号公報には箱形状の横断面を有したフレーム部材を形成する技術が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、鋼管をハイドロフォームにより閉断面自動車部品形状に加工する技術は、断面周長さが素管の周長さと素管のハイドフォローム変形能に制約されるため、これまで長手方向で周長さの大きく異なる部分をもつ部品に適用することができず、特公平５−５５２０９号公報による方法でも周長さが素管の５％を超える設計を行った場合、割れなどの不具合が生じる問題があった。
【０００４】
この発明は上記のような周長さ方向張出し時の問題点を解決するために、ハイドロフォーム素材の材質面からなされたもので、ハイドロフォーム性に優れた鋼管およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋼管のハイドロフォーム加工性に及ぼす成分組成、集合組織の影響について、化学成分、製造条件の種々異なる鋼管を製造し、鋭意検討を行った。鋼帯の肉厚は０．８〜１２ｍｍで、この鋼帯を素材として外径２２〜２５４ｍｍの鋼管を製造し、ハイドロフォーム加工性をバルジ試験により評価した。
【０００６】
図１に、液圧バルジ試験に用いた装置を模式的に示す。試験装置は成形型移動機構、軸圧縮力負荷機構、液圧発生機構およびそれらを制御するコンピューター９よりなり、自由バルジ試験の場合は素管１に内圧を油圧ポンプ８、圧力増幅器７、圧力計６よりなる液圧発生機構により、軸圧縮機3ａ、３ｂを経て負荷する。
【０００７】
型バルジ試験の場合は、成形型２ａ、２ｂに素管１を挿入後、内圧を負荷し成形する。軸圧縮機３ａ、３ｂの変位量は変位計４ａ、４ｂ、成形型２ａの変位量は変位計５により、また内圧は圧力計６によりコンピューター９に取り込まれ制御に用いられる。
【０００８】
尚、液圧バルジ試験の詳細は社団法人自動車技術会学術講演会前刷集９８１５３「自動車用電縫鋼管のハイドフォローミング変形特性」１９９８−５ ｐ１４９、平成１１年度塑性加工春季講演会予稿集ｐ２３７「予成形連続型成形による異形断面材の試作検討」等に記載されている。
【０００９】
その結果、鋼材の成分組成と集合組織が相乗してハイドロフォーム性に影響を与え、特に、鋼管表面法線方向{１１１}面回折線強度のランダム試料{１１１}面回折強度に対する比、ＰＩ111：が高い場合、鋼管のハイドロフォーム性が優れていることを見出したもので、本発明はこれらの知見を基になされたものである。
【００１０】
すなわち、本発明は、１．質量％で、Ｃ：０．１６以上、０．５０％以下、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、Ａｌ：０．０１〜０．１５％、Ｐ≦０．０５０％、Ｓ≦０．０１５％、Ｎ≦０．０１５％、Ｏ≦０．００３０％、Ｓｉ：０．００１〜２．０％、更に、Ｃｒ：０．０１〜０．５％、Ｍｏ：０．０１〜０．３％、Ｎｂ：０．００２〜０．０２０％の一種又は二種以上を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物よりなり、ＰＩ111≧１．１を特徴とするハイドロフォーム用鋼管。
但し、ＰＩ111：鋼管表面法線方向の{１１１}面回折線強度のランダム試料{１１１}面回折強度に対する比とする。また、ＰＩ111は鋼管を偏平後、外面より板厚１／４、１／２，３／４で測定して得られた値の平均値である。
【００１２】
２．質量％で、Ｃ：０．１６以上、０．５０％以下、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、Ａｌ：０．０１〜０．１５％、Ｐ≦０．０５０％、Ｓ≦０．０１５％、Ｎ≦０．０１５％、Ｏ≦０．００３０％、Ｓｉ：０．００１〜２．０％、更に、Ｃｒ：０．０１〜０．５％、Ｍｏ：０．０１〜０．３％、Ｎｂ：０．００２〜０．０２０％の一種又は二種以上を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物よりなる鋼スラブを、熱間圧延、酸洗後、冷圧率５〜９２％で冷間圧延し、造管後、Ａｃ１点以上、１０５０℃以下に加熱することを特徴とするＰＩ111≧１．１のハイドロフォーム用鋼管の製造方法。
但し、ＰＩ111：鋼管表面法線方向の{１１１}面回折線強度のランダム試料{１１１}面回折強度に対する比とする。また、ＰＩ111は鋼管を偏平後、外面より板厚１／４、１／２，３／４で測定して得られた値の平均値である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明での成分組成、ミクロ組織の限定理由について説明する。
【００２１】
１．成分組成
Ｃ
Ｃは強度を確保するため添加する。０．００１％未満では、所望の強度（ＴＳ≧２７０ＭＰａ）が得られず、０．５０％を超えると、ハイドロフォーム加工性が劣化するため、０．００１〜０．５０％（０．００１％以上、０．５０％以下）とする。
【００２２】
Ｍｎ
Ｍｎは、強度を確保するため添加する。０．１０％未満では、所望の強度（ＴＳ≧２７０ＭＰａ）が得られず、２．０％を超えると、ハイドロフォーム加工性が劣化するため、０．１０〜２．０％（０．１０％以上、２．０％以下）とする。
【００２３】
Ａｌ
Ａｌは、ＮをＡｌＮとして固定し、ハイドロフォーム加工性を向上させるため添加する。０．０１％未満ではその効果が得られず、０．１５％を超えるとその効果が飽和するため、０．０１〜０．１５％とする。
【００２４】
Ｐ
Ｐは、ハイドロフォーム加工性を劣化させるため、０．０５０％以下とする。
【００２５】
Ｓ
Ｓは、ハイドロフォーム加工性を劣化させるため、０．０１５％以下とする。
【００２６】
Ｎ
Ｎは、ハイドロフォーム加工性を劣化させるため、０．０１５％以下とする。
【００２７】
Ｏ
Ｏは、介在物としてハイドロフォーム加工性を劣化させるため、０．００３０％以下とする。
【００２８】
本発明鋼管の基本成分組成は以上のとおりであるが、更にその特性を向上させるため、Ｓｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｂ，Ｃａなどの元素を一種または二種以上添加することが可能である。
【００２９】
Ｓｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｂ，
これらの元素は、固溶強化、析出強化、変態強化、分散強化により鋼管の強度を向上させ、添加する場合は、Ｓｉ：０．００１〜２．０％、Ｃｒ：０．０１〜０．５％、Ｍｏ：０．０１〜０．３％、Ｎｉ：０．０１〜１．０％、Ｃｕ：０．０１〜０．３％、Ｎｂ：０．００２〜０．０２０％、Ｔｉ：０．００２〜０．１５％、Ｖ：０．００２〜０．１０％、Ｂ：０．０００２〜０．００５％の一種又は二種以上を添加する。
【００３０】
Ｃａ
Ｃａは、硫化物の形態制御によりハイドロフォーム性を向上させるため、Ｃａ：０．０００５〜０．００４％を添加する。
【００３１】
２．ミクロ組織
本発明では、鋼管のミクロ組織を集合組織により規定する。
【００３２】
ＰＩ111
ＰＩ111は、鋼管表面法線方向{１１１}面回折線強度のランダム試料{１１１}面回折強度に対する比（ＰＩ111＝鋼管表面法線方向{１１１}面回折線強度／ランダム試料{１１１}面回折強度）を表すもので、ＰＩ111≧１．１とする。
【００３３】
図２に、液圧自由バルジ試験を用いてハイドロフォーム加工性に及ぼすＰＩ111の影響を調査した結果を示す。ＰＩ111≧１．１の場合、軸圧縮無しで２６％以上、軸圧縮ありで４７％以上の優れた周長増加率が得られている。尚、ＰＩ111は鋼管を偏平後、外面より板厚１／４、１／２，３／４で測定し，その平均値を求めた。
【００３４】
液圧自由バルジ試験は、素管が型に接触していない変形状態でのハイドロフォーム加工性を示すもので、破断限界周長増加率により、変形部長さ２Ｄ（Ｄ：管外径）、軸圧縮なし及びありの２条件で評価した。
【００３５】
軸圧縮力は管体の応力比（軸方向応力／円周方向応力）＝Ｗ／（２πｒ2ｐ）＝−０．５となる条件とした。但し、Ｗ：軸圧縮力、ｒ：肉厚中心半径、ｐ：内圧とする。
【００３６】
図３に、型バルジ試験を用いてハイドロフォーム加工性に及ぼすＰＩ111の影響を調査した結果を示す。ＰＩ111≧１．１の場合、軸圧縮無しで１４％以上、軸圧縮ありで２０％以上の優れた周長増加率が得られている。尚、ＰＩ111は鋼管を偏平後、外面より板厚１／４、１／２，３／４で測定し，その平均値を求めた。
【００３７】
型バルジ試験は、型拘束時でのハイドロフォーム加工性を示すもので、縦横比２：１の矩形断面形状の型を用い、軸圧縮なし及びありの２条件で破断限界周長増加率により評価した。軸圧縮力は座屈しない最大値とした。
【００３８】
尚、いずれの試験においても供試鋼管は、表１中の鋼Ａのスラブを、仕上温度８４０℃で熱間圧延後、５７５℃で巻き取りし、酸洗、冷圧、造管後で外径７０φとしたもので、ＰＩ111は、冷圧率、熱処理温度により種々変化させた。
【００３９】
本発明鋼管の製造においては、集合組織の形成に影響を与える熱延酸洗板の冷圧率と冷圧後の熱処理温度を以下のように規定することが望ましい。
【００４０】
熱延酸洗板の冷圧率
熱延酸洗板の冷圧率は、焼鈍後の集合組織を変化させるが、好ましいハイドロフォーム加工性とするため、５〜９２％とすることが望ましい。
【００４１】
図４は、冷圧率が液圧自由バルジ試験におけるハイドロフォーム加工性に及ぼす影響を示すもので、５〜９２％の場合、軸圧縮なしの条件で２６％以上、軸圧縮有りの条件で、４７％以上の優れた周長増加率が得られる。
【００４２】
図５は、冷圧率が型バルジ試験におけるハイドロフォーム加工性に及ぼす影響を示すもので、５〜９２％の場合、軸圧縮なしの条件で１４％以上、軸圧縮有りの条件で、２０％以上の優れた周長増加率が得られる。
【００４３】
尚、本発明においては、造管後、縮径率５〜９２％の外径圧延をすることにより、ハイドロフォーム加工性を付与することができる。外径圧延の定義は引き抜き、押し出し、ロール成形などにより外径を縮小させることとし、縮径率は（元外径−縮径後外径）／元外径×１００（％）とする。
【００４４】
冷圧後の熱処理
優れたハイドロフォーム加工性とするため、造管前の冷圧板、或いは冷圧板を造管した鋼管に対し、最高温度をＡｃ１点〜１０５０℃とする加熱処理（以降、熱処理）を行い、組織を回復し、集合組織を好ましいものとする。尚、造管後、縮径率５〜９２％の外径圧延を行った場合も、その後同様に熱処理を行う。
【００４５】
本発明では所望する機械的特性に応じて、熱処理後の冷却速度を、炉冷、徐冷や急冷とすることが可能である。
【００４６】
また、造管前に、冷圧板を焼鈍したものは、造管後、更に焼鈍することが、ハイドロフォーム加工性の向上に有効である。
【００４７】
図６は、熱処理温度が液圧自由バルジ試験におけるハイドロフォーム加工性に及ぼす影響を示すもので、Ａｃ１点〜１０５０℃の場合、軸圧縮なしの条件で２６％以上、軸圧縮有りの条件で、４７％以上の優れた周長増加率が得られる。
【００４８】
図７は、熱処理温度が型バルジ試験におけるハイドロフォーム加工性に及ぼす影響を示すもので、Ａｃ１点〜１０５０℃の場合、軸圧縮なしの条件で１４％以上、軸圧縮有りの条件で、２０％以上の優れた周長増加率が得られる。
【００４９】
尚、図４〜図６の試験では、供試鋼管として表１中の鋼Ａのスラブを、仕上温度８４０℃で熱間圧延後、５７５℃で巻取りし、酸洗、冷圧、造管後外径７０φとし、焼鈍、或いは仕上温度８４０℃で、熱間圧延後、５７５℃で巻取りし、酸洗、冷圧し熱処理後、造管し外径７０φとしたものを用いた。
【００５０】
但し、図４、５の試験では、焼鈍は８５０℃×５ｍｉｎ，図６，７の試験では、冷圧率７０％とした。
【００５１】
【実施例】
表１に示す１８種類の鋼スラブ（Ｎｏ．１〜１８）を仕上温度８４０℃で熱間圧延後、５７５℃で巻取りし、酸洗後、板厚６．０ｍｍの熱延鋼帯とした。次に、該鋼帯を２．０ｍｍまで冷圧し、ロール成形後溶接し、８５０℃×５ｍｉｎの熱処理を加え、外径７０ｍｍの溶接鋼管とした。
【００５２】
次に、得られた鋼管のハイドロフォーム特性を液圧自由バルジ試験、液圧型バルジ試験により評価した。表２に結果を示す。
【００５３】
尚、表１，２のＮｏ．は共通とする。Ｎｏ．２は、請求項２記載の発明、Ｎｏ．１，３，４，５，６，８は、参考例、Ｎｏ．７，９〜１１は、請求項１記載の発明の成分組成を満足している。一方、Ｎｏ．１２〜１８は＊印の成分量が本発明範囲外となっている。
【００５４】
表２において、Ｎｏ．2〜１１（Ｎｏ．１，３，４，５，６，８を除く）は、請求項1又は２記載の本発明の実施例であり、ＴＳ＜５００ＭＰａのものは、液圧自由バルジ試験で周長増加率が軸圧縮なしで２６％以上、軸圧縮有りで４７％以上、液圧型バルジ試験では軸圧縮なしで１４％以上、軸圧縮有りで２０％以上の優れたハイドロフォーム加工性が得られている。
【００５５】
ＴＳ≧５００ＭＰａでは、液圧自由バルジ試験で周長増加率が軸圧縮なしで２４％以上、軸圧縮有りで４４％以上、液圧型バルジ試験では軸圧縮なしで１３％以上、軸圧縮有りで１７％以上の優れたハイドロフォーム加工性が得られている。
【００５６】
実施例Ｎｏ．１２〜１８は、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，Ｎ，Ｏの何れかが本発明範囲外であり、ハイドロフォーム加工性に劣っている。
【００５７】
表３に、冷圧率、熱処理条件の影響を示す。実施例Ｎｏ．１９〜２１は、鋼Ａを用い、造管後熱処理したもので、Ｎｏ．１９，２０は、冷圧率、熱処理温度が本発明範囲内で優れたハイドロフォーム加工性が得られている。
【００５８】
Ｎｏ．２１は、冷圧率が本発明範囲外で、ハイドロフォーム加工性が劣っている。
【００５９】
実施例Ｎｏ．２２〜２５は、鋼Ａを用い、造管前熱処理したもので、Ｎｏ．２２，２３は、冷圧率、熱処理温度が本発明範囲内で優れたハイドロフォーム加工性が得られている。
【００６０】
Ｎｏ．２４，２５は、熱処理温度が本発明範囲外で、ハイドロフォーム加工性が劣っている。
【００６１】
Ｎｏ．２６〜２８は、鋼Ａの熱延コイルを用い、造管前熱処理し、造管後更に熱処理を行ったもので、冷圧率、熱処理温度は本発明範囲内で、優れたハイドロフォーム加工性が得られている。
【００６２】
Ｎｏ．２９，３０は、鋼Ａの熱延コイルを用い、酸洗、造管、縮径後、熱処理を行ったもので、冷圧率、熱処理温度は本発明範囲内で、優れたハイドロフォーム加工性が得られている。尚、表中、Ｎｏ．２９，３０に関しては、冷圧率は縮径率を、造管後熱処理温度は縮径後熱処理温度をそれぞれ意味するものとする。
【００６３】
本発明による鋼管は、鋼帯から、管を成形する際のシーム接合方法として電縫溶接、レーザ溶接、ＴＩＧ溶接または鍛接などが可能で特に限定しない。
【００６４】
また、ハイドロフォームは、曲げ、プレス、ハイドロフォーム、またはスウエージなどによる予備成形後、実施することができる。
【００６５】
張出し量を更に向上させるため、管表面に潤滑油を塗布し、あるいは潤滑皮膜を形成させてもよい。
【００６６】
【表１】
0004045761.tif 000002
【００６７】
【表２】
0004045761.tif 000003
【００６８】
【表３】
0004045761.tif 000004
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、サスペンションアームなどの閉断面自動車構造部品をハイドロフォームにより、割れ、部分的な肉厚減少などの欠陥を生ずることなく加工することが可能で、産業上、極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】液圧バルジ試験に用いた装置の模式図。
【図２】破断限界周長増加率（液圧自由バルジ試験）に及ぼすＰ111の影響を示す図。
【図３】破断限界周長増加率（液圧型バルジ試験）に及ぼすＰ111の影響を示す図。
【図４】破断限界周長増加率（液圧自由バルジ試験）に及ぼす冷圧率の影響を示す図。
【図５】破断限界周長増加率（液圧型バルジ試験）に及ぼす冷圧率の影響を示す図。
【図６】破断限界周長増加率（液圧自由バルジ試験）に及ぼす熱処理温度の影響を示す図。
【図７】破断限界周長増加率（液圧型バルジ試験）に及ぼす熱処理温度の影響を示す図。
【符号の説明】
１…素材、
２ａ，２ｂ…成形型、
３ａ，３ｂ…軸圧縮装置、
４ａ，４ｂ…軸圧縮装置用変位計。
５・・・成形用変位計
６・・・圧力計
７・・・圧力増幅器
８・・・油圧ポンプ
９・・・制御用コンピュータ
【図１】
0004045761.tif 000005
【図２】
0004045761.tif 000006
【図３】
0004045761.tif 000007
【図４】
0004045761.tif 000008
【図５】
0004045761.tif 000009
【図６】
0004045761.tif 000010
【図７】
0004045761.tif 000011