(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量% で、Ｃ：0.05〜0.20% 、Si：0.001 〜0.80% 、Mn：0.30〜1.8%、Ｓ：0.01% 以下、Ｐ：0.02% 以下、Al：0.01〜0.10% 、Ｏ：0.005%以下、Ｎ：0.01% 以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなり、引張強度が370 〜610 MPa 、ｒL が0.85以上、｜Δｒ｜が0.10以下であることを特徴とするハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材。
【請求項２】
さらに、質量% で、Cu：0.01〜0.3%、Ni：0.01〜0.3%、Mo：0.01〜0.2%、Ｖ：0.01〜0.05% 、Ca：0.0015〜0.0040% のうち１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１記載のハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材。
【請求項３】
ｎ値が0.18以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材。
【請求項４】
質量% で、Ｃ：0.05〜0.20% 、Si：0.001 〜0.80% 、Mn：0.30〜1.8%、Ｓ：0.01% 以下、Ｐ：0.02% 以下、Al：0.01〜0.10% 、Ｏ：0.005%以下、Ｎ：0.01% 以下を含有し、あるいはさらに、Cu：0.01〜0.3%、Ni：0.01〜0.3%、Mo：0.01〜0.2%、Ｖ：0.01〜0.05% 、Ca：0.0015〜0.0040% のうち１種または２種以上を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなるスラブを、1000℃以上に加熱し、次いで熱間圧延する際、仕上圧延後段の合計圧下率を75% 以上、仕上圧延終了温度を下記Ａ3 （℃）＋50℃以上とし、仕上圧延終了から１秒以上放冷後、冷却速度35℃/s以下で強制冷却し巻き取ることを特徴とするハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材の製造方法。
記
Ａ3 ＝910-310*C-80*Mn+40*Si-20*Cu-50*Ni-80*Mo+100*V
右辺の元素記号＝同号元素の鋼中成分含有量（質量% ）、＊＝積演算子
【請求項５】
巻き取り温度を700 ℃以下とすることを特徴とする請求項４記載のハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材およびその製造方法に関する。ここで、熱延素材とは、熱延ままの鋼板、これを焼鈍した鋼板、前二者のいずれかを酸洗した鋼板、この酸洗した鋼板に耐錆性を付与する表面処理を施した鋼板のうちのいずれかを指す。また、表面処理とは、溶融亜鉛メッキまたは電気亜鉛メッキを指す。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の衝突安全性が強く要求されるようになり、補強強度部材の採用により車体重量が増加する傾向があった。そこで、鋼材の高強度化および部品構造の改良により車体重量の軽量化が図られるようになった。最近では、さらに部品点数の削減などの要求からハイドロフォーム成形などの新しい加工方法が取り入れられつつある。このハイドロフォーム成形は、コスト削減や設計の自由度が広がるなどの利点が期待されている。
【０００３】
このハイドロフォーム成形に適した材料が必要となり、強軸押しモードのハイドロフォーム成形が実施される場合は、鋼管の長手方向のｒ値が高いことが要求される。また、管端固定モードではｎ値が高いことが要求される。しかしながら、自動車の足回り部品などに用いられる厚肉の熱延鋼板では、圧延方向のｒ値（ｒL ）は、圧延方向から45度方向のｒ値（ｒD ）および圧延方向から90度方向のｒ値（ｒC ）に比較し低く、Ｌ方向、Ｄ方向、Ｃ方向（圧延方向から０度、45度、90度）の順に並べると、逆Ｖ字型の異方性を示す。
【０００４】
なお、特許文献１では、特定化学組成を有し引張強度＝320 〜600MPa、ｒL ≧1.3 になる高強度冷延鋼板およびこれを素材とした鋼管が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開2001−279330号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ハイドロフォーム成形用鋼管の素材として、要求される板厚は1.4 mm以上の厚物材が多く、熱延鋼板を適用できれば冷延鋼板の場合よりもさらにコストを削減することができる。既存の熱延鋼板はｒL が低く、かつΔｒ（＝（ｒL ＋ｒC ）／２−ｒD ）も大きいので、とくにｒL を向上させることが必要である。ｒ値異方性を低減させることにより鋼管長手方向のｒ値を高めることができる。また、実際のハイドロフォーム加工では、強軸押しモードだけではなく、管端固定モードの成形加工要素も実施されるため、ｎ値も要求される。
【０００７】
本発明は、これらの点に鑑み、ｒL が高く、かつΔｒの絶対値が小さくすなわち異方性が小さく、加えてｎ値も優れた、ハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、成形性に優れたハイドロフォーム用鋼管を得るため、熱延素材のｒL を高め、Δｒの絶対値を小さくし、ｎ値を高くする手段を鋭意検討した結果完成されたものであり、その要旨は以下のとおりである。
（１）質量% で、Ｃ：0.05〜0.20% 、Si：0.001 〜0.80% 、Mn：0.30〜1.8%、Ｓ：0.01% 以下、Ｐ：0.02% 以下、Al：0.01〜0.10% 、Ｏ：0.005%以下、Ｎ：0.01% 以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなり、引張強度が370 〜610 MPa 、ｒL が0.85以上、｜Δｒ｜が0.10以下であることを特徴とするハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材。
【０００９】
（２）さらに、質量% で、Cu：0.01〜0.3%、Ni：0.01〜0.3%、Mo：0.01〜0.2%、Ｖ：0.01〜0.05% 、Ca：0.0015〜0.0040% のうち１種または２種以上を含有することを特徴とする（１）記載のハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材。
（３）ｎ値が0.18以上であることを特徴とする（１）または（２）に記載のハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材。
【００１０】
（４）質量% で、Ｃ：0.05〜0.20% 、Si：0.001 〜0.80% 、Mn：0.30〜1.8%、Ｓ：0.01% 以下、Ｐ：0.02% 以下、Al：0.01〜0.10% 、Ｏ：0.005%以下、Ｎ：0.01% 以下を含有し、あるいはさらに、Cu：0.01〜0.3%、Ni：0.01〜0.3%、Mo：0.01〜0.2%、Ｖ：0.01〜0.05% 、Ca：0.0015〜0.0040% のうち１種または２種以上を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなるスラブを、1000℃以上に加熱し、次いで熱間圧延する際、仕上圧延後段の合計圧下率を75% 以上、仕上圧延終了温度を下記Ａ3 （℃）＋50℃以上とし、仕上圧延終了から１秒以上放冷後、冷却速度35℃/s以下で強制冷却し巻き取ることを特徴とするハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材の製造方法。
【００１１】
記
Ａ3 ＝910-310*C-80*Mn+40*Si-20*Cu-50*Ni-80*Mo+100*V
右辺の元素記号＝同号元素の鋼中成分含有量（質量% ）、＊＝積演算子
（５）巻き取り温度を700 ℃以下とすることを特徴とする（４）記載のハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材の製造方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
まず、化学組成の限定理由を述べる。
Ｃ：0.05〜0.20%
370MPa以上の引張強度を得るためにはＣ量を0.05% 以上とする必要がある。これ未満では強度を確保するのが難しい。一方、Ｃ量が0.20% を超えると溶接性およびｒ値の低下が顕著になるので0.20% 以下とした。
【００１３】
Si：0.001 〜0.80%
Siは固溶強化により鋼強度を高める働きがあり、所望の引張強度に応じて添加する。Si量が0.001%未満となるように添加するのは製鋼技術上困難であるため0.001%以上とした。一方、Si量が0.80% を超えると融点が低いスケール（ファイヤライトなど）が形成しやすく、表面外観を損なう虞があるので0.80% 以下とした。なお、好ましくは0.50% 以下である。
【００１４】
Mn：0.30〜1.8%
Mnは強度を増加させるのに有効な固溶強化元素であり、所望の引張強度に応じて添加量を変更する。MnS 析出によりＳの粒界偏析を防止するためにMn量は0.30% 以上が必要である。一方、Mn量が1.8%を超えると、熱延後に強い変態集合組織が形成し、ｒL の低下および｜Δｒ｜の増大を招くので、1.8%以下とした。好ましくは0.50〜1.0%である。
【００１５】
Ｓ：0.01% 以下
Ｓ量が0.01% を超えると熱間圧延時に粒界割れを引き起こす懸念があるので、0.01% 以下とした。好ましくは0.006%以下である。
Ｐ：0.02% 以下
Ｐは電縫溶接性に悪影響を及ぼし、特に溶接部の疲労強度を低下させる。電縫溶接部の不具合を防止する観点からＰは0.02% 以下とする。
【００１６】
Al：0.01〜0.10%
Alは、溶製時に脱酸剤として添加するが、脱酸を確実にする観点から、脱酸に消費されてアルミナ系酸化物となって浮上した残りのAlの含有量が0.01% 以上となるよう添加するものとした。一方、Al量が0.10% を超えるような添加では表面性状の不具合を生じる懸念があるので、0.10% 以下とした。
【００１７】
Ｏ：0.005%以下
鋼中酸化物の増加はハイドロフォーム成形時のバースト発生の原因になる懸念があるため、Ｏ量は0.005%以下とした。
Ｎ：0.01% 以下
過剰なＮは成形性を低下させるため、Ｎ量は0.01% 以下とした。なお、ｒ値をさらに良くする観点から、固溶Ｎ量が30ppm （質量ppm の意、以下同じ）以下であることが好ましい。
【００１８】
本発明の熱延素材は、さらに、必要に応じて、Cu：0.01〜0.3%、Ni：0.01〜0.3%、Mo：0.01〜0.2%、Ｖ：0.01〜0.05% 、Ca：0.0015〜0.0040% を含むものであってもよい。Cu、Ni、Mo、Ｖは高強度化に有効な元素であり、上記の範囲内であればｒL を低下させることなく用いることができる。
また、CaはCa硫化物を形成することにより、粗大伸展性向をもつ酸化物系介在物の形成を防止し、溶接部の靭性および強度を改善する効果がある上記範囲で添加することができる。かかるCaの効果は0.0015% 未満では不充分であり、一方、0.0040% 超では前記効果が飽和するばかりでなく加工性を低下させる懸念がある。
【００１９】
次に、機械的性質の限定理由を述べる。
本発明の熱延素材では、ハイドロフォーム用鋼管の加工モードが強軸押しモードの場合、特に管軸方向（圧延方向に一致）のｒ値（熱延素材のｒL に対応）が高いことが要求されるため、ｒL を0.85以上に規制し、かつ異方性をなくすため｜Δｒ｜を0.10以下に規制する。これにより、ハイドロフォーム成形性が良くなる。
【００２０】
また、実部品では単純な強軸押しモードによる加工以外に管端固定モードでも成形される場合が多いのであるが、本発明では、ｎ値を0.18以上と規制すると、管端固定モードのハイドロフォーム成形性も向上するので好ましい。
なお、本発明の熱延素材では、フェライトの平均結晶粒径が８μm 超のものとすると、ｒ値およびｎ値がさらに高くなるので、より一層好ましい。
【００２１】
本発明でｒL 、Δｒ、あるいはさらにｎ値を上記のように定めた拠所にした実験とその結果について以下に述べる。
上記本発明範囲の化学組成を有する熱延まま鋼板のうちｒL 、Δｒおよびｎ値の異なるものを素材として、肉厚1.6mm ×外径63.5mmの鋼管を電縫溶接法により管軸方向を鋼板圧延方向に一致させて作製し、自由バルジ試験を行なった。自由バルジ試験とは、両端部を金型で拘束し中央部は無拘束とした管にその一端または両端から内圧を加え、強軸押しモードまたは管端固定モードで中央部を拡径させる試験をいう。
【００２２】
図１は、自由バルジ試験における限界拡管率LBR (Limiting Buldging Ratio) に及ぼすｒL 、Δｒの影響を示したものである。ここで、LBR はｄ/d0-1 （×100%）（ただしｄ：バーストなしに拡管する最大拡管径、d0：素管径）で定義される。図１より、LBR を高めるためには、単にｒL を高めるだけでは不充分で、ｒL 、Δｒを特定範囲すなわちｒL ≧0.85かつ｜Δｒ｜≦0.10にすることが重要であることが判る。
【００２３】
図２は、管端移動を伴わない時の限界拡管率LBR(0)に及ぼすｎ値、ｒL の影響を示すもので、これは管端固定モードの成形性を表している。明らかに、ｎ値とｒL の双方を高めることによりLBR(0)が増大し、成形性が良くなることが判る。特に、ｒL ≧0.85、ｎ値≧0.18の範囲では良好である。このように、管端固定モードおよび強軸押しモードという双方の成形モードに対応した鋼管が得られる。
【００２４】
引張強度（ＴＳ）については、これが370MPa未満では十分な軽量化効果が得られず、一方、610MPa超では延性が低下してハイドロフォーム成形が困難となるので、370 〜610MPaとする。
次に、製造方法について述べる。
スラブの加熱温度は、低すぎると熱延時の変形抵抗が増大したり、初期組織が熱延に継承されるようになるため1000℃以上とする。なお、加熱温度は、高すぎると表面スケール生成量が増加するため1350℃以下とするのが好ましい。
【００２５】
本発明において、仕上圧延後段の合計圧下率、仕上圧延終了温度、冷却開始タイミングおよび冷却速度は重要であり、これらの条件を組合わせ制御して初めてｒL ≧0.85、｜Δｒ｜≦0.10、ｎ≧0.18の熱延鋼板を安定的に製造できる。
仕上圧延後段の合計圧下率：仕上圧延に用いるタンデム圧延機の後段の合計圧下率（＝累積圧下率）を75% 以上とする。ここで、後段とは、仕上圧延の全パス数をＮとすると、Ｎが奇数のとき第（Ｎ＋１）／２パスから最終の第Ｎパスまでを指し、Ｎが偶数のとき第Ｎ／２パスから最終の第Ｎパスまでを指す。後段の合計圧下率が75% 未満では、オーステナイト組織の均一化が不充分であり、ｒL が低下し、｜Δｒ｜の増加を招く。
【００２６】
仕上圧延終了温度（FDT)と冷却開始タイミング（Cst)：FDT を下記Ａ3 （℃）＋50℃以上とし、Cst を仕上最終パス終了から１秒以上経過（この間は放冷）後とする必要がある。
記
Ａ3 ＝910-310*C-80*Mn+40*Si-20*Cu-50*Ni-80*Mo+100*V
右辺の元素記号＝同号元素の鋼中成分含有量（質量% ）、＊＝積演算子
これは、FDT をフェライト変態開始温度よりも高め、かつ冷却開始を遅延させることにより、十分に再結晶が進行したオーステナイト組織からフェライト変態させ、変態集合組織の形成を抑える手段であって、これにより、｜Δｒ｜の低減化およびｒL の増大が具現する。さらに、十分に再結晶が進行したオーステナイト組織からフェライト変態させるので、該変態後のフェライト粒は、平均結晶粒径が８μm 超の比較的粗大な整粒となることから、ｎ値が増大する。
【００２７】
冷却速度：熱延後強制冷却（ホットランクーリング）の冷却速度の増加に伴い、平均ｒ値は増加するもののｒL は低下し、その結果、例えば図３に示すようにΔｒが-0.10 を大きく下回るようになるので、冷却速度を35℃/s以下に制御するものとした。冷却速度が35℃/sを超えると組成的過冷により、フェライト変態核の生成に選択性が生じるため好ましくないと考える。なお、冷却速度が小さすぎるとフェライト粒の異常粒成長による不均一な粗大化が起こり、材質のバラツキが生じる懸念があるので、冷却速度は10℃/s以上とするのが好ましい。
【００２８】
巻き取り温度：巻き取り温度が700 ℃を超えると、フェライト粒の異常粒成長による不均一な粗大化が起こり、材質のバラツキが生じる懸念があるので、巻き取り温度は700 ℃以下とするのが好ましい。
【００２９】
【実施例】
表１に示す化学組成になる鋼を溶製し、表２に示す熱延条件で圧延した。得られた熱延鋼板（熱延ままの鋼板）の機械的特性を、固溶Ｎ量、平均フェライト結晶粒径と併せて表３に示す。熱延鋼板の機械的特性の評価はJIS ５号引張試験片を作製して実施し、ｒ値の測定は10% または15% 引張にて実施した（均一伸びが15% 未満の場合、10% 引張とした）。
【００３０】
表３より明らかなとおり、本発明範囲内にある発明例は良好なｒL 、Δｒ、ｎ値を示し、本発明範囲外にある比較例は特性を満足しない。
また、これら熱延鋼板を素材として肉厚1.6mm ×外径63.5mmφ形状の電縫鋼管（素材鋼板の圧延方向が管軸方向に一致）を作製し、自由バルジ試験を行なった。自由バルジ試験における強軸押しモードでの限界拡管率LBR と管端固定モードでのLBR(0)を求め、表３に併記した。発明例は両モードで良好なハイドロフォーム成形性を示した。
【００３１】
【表１】
0003821073.tif 000002
【００３２】
【表２】
0003821073.tif 000003
【００３３】
【表３】
0003821073.tif 000004
【００３４】
なお、この実施例では、熱延素材が熱延ままの鋼板である場合を示したが、本発明は、これに限るものではなく、熱延素材が、熱延ままの鋼板を焼鈍した鋼板、この焼鈍した鋼板もしくは熱延ままの鋼板を酸洗した鋼板、この酸洗した鋼板に耐錆性を付与する表面処理を施した鋼板のうちのいずれである場合でも、同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、ｒL が高く、異方性が小さい、加えてｎ値も優れたハイドロフォーム用鋼管の熱延素材を提供できるようになるという効果を奏する。また、実際のハイドロフォーム加工では強軸押しモードだけではなく管端固定モードの成形加工要素も必要とされるが、本発明の熱延素材は、このような複合成形に適用できる鋼管の安定製造供給を可能にするので、例えば、自動車車体の製造コスト低減および衝突安全性向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  LBR に及ぼすｒL 、Δｒの影響を示す図である。
【図２】  LBR(0)に及ぼすｎ値、ｒL の影響を示す図である。
【図３】Δｒに及ぼす冷却速度の影響を示す図である。
【図１】
0003821073.tif 000005
【図２】
0003821073.tif 000006
【図３】
0003821073.tif 000007