(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．００１〜０．３０％、Ｓｉ：０．００１〜２．０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｐ≦０．０５０％、Ｓ≦０．０１５％、Ｏ≦０．００３０％、Ａｌ：０．０５２〜０．１５％を含み、Ｎ≦０．００８％、且つ、Ｓｏｌ．Ｎ≦０．００１０％を満足し、残部が鉄および不可避的不純物よりなることを特徴とする熱延鋼帯を素材としたＴＳ≧４００ＭＰａのハイドロフォーム特性に優れた鋼材。
【請求項２】
更に、鋼組成として質量％で、Ｃｒ：０．０１〜０．３％、Ｍｏ：０．０１〜０．３％、Ｎｉ：０．０１〜０．３％、Ｃｕ：０．０１〜０．３％、Ｎｂ：０．００２〜０．０３％、Ｔｉ：０．００２〜０．０３％、Ｖ：０．００２〜０．０３％、Ｂ：０．０００２〜０．００３％、の一種又は二種以上を添加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特性に優れた鋼材。
【請求項３】
更に、鋼組成として質量％で、Ｃａ：０．０００５〜０．００４％を添加することを特徴とする請求項１又は２記載のハイドロフォーム特性に優れた鋼材。
【請求項４】
質量％で、Ｃ：０．００１〜０．３０％、Ｓｉ：０．００１〜２．０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｐ≦０．０５０％、Ｓ≦０．０１５％、Ｏ≦０．００３０％、Ａｌ：０．０５２〜０．１５％、Ｎ≦０．００８％を満足し、残部が鉄および不可避的不純物よりなることを特徴とする鋼スラブを熱間圧延後、６００〜６８０℃で巻取り、Ｓｏｌ．Ｎを０．００１０％以下とすることを特徴とするハイドロフォーム特性に優れた熱延鋼帯の製造方法。
【請求項５】
更に、鋼組成として質量％で、Ｃｒ：０．０１〜０．３％、Ｍｏ：０．０１〜０．３％、Ｎｉ：０．０１〜０．３％、Ｃｕ：０．０１〜０．３％、Ｎｂ：０．００２〜０．０３％、Ｔｉ：０．００２〜０．０３％、Ｖ：０．００２〜０．０３％、Ｂ：０．０００２〜０．００３％、の一種又は二種以上を添加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特性に優れた熱延鋼帯の製造方法。
【請求項６】
更に、鋼組成として質量％で、Ｃａ：０．０００５〜０．００４％を添加することを特徴とする請求項４又は５記載のハイドロフォーム特性に優れた熱延鋼帯の製造方法。
【請求項７】
請求項４乃至６の何れかに記載の製造方法により得られた熱延鋼帯をロール成形後溶接し、幅絞りを加えて溶接鋼管に造管することを特徴とするハイドロフォーム特性に優れた鋼管の製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至３の何れかに記載の鋼材を用いることを特徴とする、閉断面自動車構造部品のハイドロフォーム成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金型内で管内に内圧をかけて所定の形状にハイドロフォームされて用いられる鋼管やその素材となる鋼帯などの鋼材およびそれらの製造方法に関し、特に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ものに関する。
【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技術は、金属板プレス品を加工する技術によ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特徴がある。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やその素材となる鋼帯などの鋼材およびそれらの製造方法ならびにこれらの鋼材を用いたハイドロフォーム成形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、鋼材（鋼管及びその素材となる鋼帯）のハイドロフォーム加工性に及ぼす成分組成の影響について化学成分、製造条件の種々異なる鋼帯及びこの鋼帯を素材に鋼管を製造し、鋭意検討を行った。
【０００６】
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。
【０００７】
図１に、液圧バルジ試験に用いる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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
その結果、鋼材の成分組成におけるＮの存在状態がハイドロフォーム性に影響を与え、特に、鋼中の全Ｎ量から析出物中のＮ量を引いて求められるＳｏｌ．Ｎ量がある特定の範囲にある場合、鋼材のハイドロフォーム性が優れていることを見出した。
【００１１】
本発明はこれらの知見を基になされたもので、すなわち、本発明は、
１．  質量％で、Ｃ：０．００１〜０．３０％、Ｓｉ：０．００１〜２．０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｐ≦０．０５０％、Ｓ≦０．０１５％、Ｏ≦０．００３０％、Ａｌ：  ０．０５２〜０．１５％を含み、Ｎ≦０．００８％、且つ、Ｓｏｌ．Ｎ≦０．００１０％を満足し、残部が鉄および不可避的不純物よりなることを特徴とする熱延鋼帯を素材としたＴＳ≧４００ＭＰａのハイドロフォーム特性に優れた鋼材。
【００１２】
２．  更に、鋼組成として質量％で、Ｃｒ：０．０１〜０．３％、Ｍｏ：０．０１〜０．３％、Ｎｉ：０．０１〜０．３％、Ｃｕ：０．０１〜０．３％、Ｎｂ：０．００２〜０．０３％、Ｔｉ：０．００２〜０．０３％、Ｖ：０．００２〜０．０３％、、Ｂ：０．０００２〜０．００３％、の一種又は二種以上を添加することを特徴とする１記載のハイドロフォーム特性に優れた鋼材。
【００１３】
３．  更に、鋼組成として質量％で、Ｃａ：０．０００５〜０．００４％を添加することを特徴とする１又は２記載のハイドロフォーム特性に優れた鋼材。
【００１４】
４．  質量％で、Ｃ：０．００１〜０．３０％、Ｓｉ：０．００１〜２．０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｐ≦０．０５０％、Ｓ≦０．０１５％、Ｏ≦０．００３０％、Ａｌ：  ０．０５２〜０．１５％、Ｎ≦０．００８％を満足し、残部が鉄および不可避的不純物よりなることを特徴とする鋼スラブを熱間圧延後、６００〜６８０℃で巻取り、Ｓｏｌ．Ｎを０．００１０％以下とすることを特徴とするハイドロフォーム特性に優れた熱延鋼帯の製造方法。
【００１５】
５．  更に、鋼組成として質量％で、Ｃｒ：０．０１〜０．３％、Ｍｏ：０．０１〜０．３％、Ｎｉ：０．０１〜０．３％、Ｃｕ：０．０１〜０．３％、Ｎｂ：０．００２〜０．０３％、Ｔｉ：０．００２〜０．０３％、Ｖ：０．００２〜０．０３％、Ｂ：０．０００２〜０．００３％、の１種又は二種以上を添加することを特徴とする４記載のハイドロフォーム特性に優れた熱延鋼帯の製造方法。
【００１６】
６．  更に、鋼組成として質量％で、Ｃａ：０．０００５〜０．００４％を添加することを特徴とする４又は５記載のハイドロフォーム特性に優れた熱延鋼帯の製造方法。
【００１７】
７．  ４乃至６の何れかに記載の製造方法により得られた熱延鋼帯をロール成形後溶接し、幅絞りを加えて溶接鋼管に造管することを特徴とするハイドロフォーム特性に優れた鋼管の製造方法。
【００１８】
８．  １乃至３の何れかに記載の鋼材を用いることを特徴とする、閉断面自動車構造部品のハイドロフォーム成形方法。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の成分組成、製造条件の限定理由について説明する。
【００２０】
１．成分組成
Ｃ
強度を得るため添加する。０．００１質量％未満では、所望の強度（ＴＳ≧４００ＭＰａ）が得られず、０．３０質量％を超えると、ハイドロフォーム加工性が劣化するため、０．００１〜０．３０質量％（０．００１質量％以上、０．３０質量％以下）とする。
【００２１】
Ｓｉ
強度を得るため添加する。０．００１％未満では、所望の強度（ＴＳ≧２７０ＭＰａ）が得られず、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、０．００１〜２．０％（０．００１％以上、２．０％以下）とする。
【００２２】
Ｍｎ
強度を得るため添加する。０．５０質量％未満では、所望の強度（ＴＳ≧４００ＭＰａ）が得られず、２．０質量％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質量％（０．１０質量％以上、２．０質量％以下）とする。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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認められず、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。
【００２７】
Ｎ
Ｎはハイドロフォーム加工性を劣化させるため、０．００８％以下とする。
【００２８】
Ｓｏｌ．Ｎ≦０．００１０％
優れたハイドロフォーム加工性を得るため、Ｓｏｌ．Ｎの規定は本発明では重要であり、Ｎを０．００８％以下とし、且つ、Ｓｏｌ．Ｎを０．００１０％以下とする。
【００２９】
図２は、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Ｓｏｌ．Ｎの影響を示すもので、Ｓｏｌ．Ｎが０．００１０％以下の場合、軸圧縮なしの条件で、２５％以上、軸圧縮ありの条件で４５％以上の優れた周長増加率が得られる。
【００３０】
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。
【００３１】
ここで、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。ここで、Ｗ：軸圧縮力、ｒ：肉厚中心半径、ｐ：内圧とする。
【００３２】
図３は、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Ｓｏｌ．Ｎの影響を示すもので、Ｓｏｌ．Ｎが０．００１０％以下の場合、軸圧縮なしの条件で、１４％以上、軸圧縮ありの条件で１８％以上の優れた周長増加率が得られる。
【００３３】
型バルジ試験は、型拘束時のハイドロフォーム加工性を示すもので、縦横比２：１の矩形断面形状をもつ型内部での型バルジ試験を行い、軸圧縮なし及びありの２条件における破断限界周長増加率により評価した。ここで軸圧縮力は座屈しない最大値とした。
尚、いずれの試験においても供試鋼管は表１中の鋼Ａのスラブを熱間圧延で板厚２．０ｍｍの熱延鋼板とし、酸洗後外径７０φの鋼管としたもので、巻取温度の調整により、鋼中Ｓｏｌ．Ｎ量を種々変化させたものを用いた。
【００３４】
Ｓｏｌ．Ｎ量は鋼中全Ｎ量から析出物中のＮ量を差し引いたもので、析出物中のＮ量は、１０％ＡＡ系電解抽出残渣に、ＪＩＳ  Ｇ  １２２８−１９９４記載のアンモニア蒸留分離ビス（１−フェニル−３−メチル−５−ピラゾロン）吸光光度法を適用し求めた。Ｎを含有する析出物として、ＡｌＮ，ＢＮ，ＴｉＮ等がある。これらの析出物により、Ｓｏｌ．Ｎ量が０となる場合もある。
【００３５】
本発明では更に、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｂ，Ｃａなどの元素を添加することは差し支えなく、ハイドロフォーム加工性を損なうものではない。これらの元素を添加する場合は質量％で、Ｃｒ：０．０１〜０．３％、Ｍｏ：０．０１〜０．３％、Ｎｉ：０．０１〜０．３％、Ｃｕ：０．０１〜０．３％、Ｎｂ：０．００２〜０．０３％、Ｔｉ：０．００２〜０．０３％、Ｖ：０．００２〜０．０３％、Ｃａ：０．０００５〜０．００４％、Ｂ：０．０００２〜０．００３％の一種又は二種以上を添加する。
【００３６】
これらの元素で、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｖ、及びＢは、固溶強化、析出強化、変態強化、分散強化により鋼材の強度を向上させ、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。このような効果を得る場合、上述した範囲を好適範囲とする。
【００３７】
２．製造条件
熱間圧延後の巻取温度
熱間圧延後の巻取温度は、窒化物の析出挙動を変化させ、ハイドロフォーム加工性に影響を与えるため、６００〜６８０℃とする。尚、巻取り後の熱延コイルは、ｓｏｌ．Ｎ量低減のために保熱カバー等を用いて徐冷することが望ましい。
【００３８】
図４は、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巻取温度の影響を示すもので、供試鋼管の鋼帯の巻取温度が本発明範囲内にある場合、軸圧縮なしの条件で、２５％以上、軸圧縮ありの条件で４５％以上の優れた周長増加率が得られる。
【００３９】
図５は、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巻取温度の影響を示すもので、巻取温度が本発明範囲内の場合、軸圧縮なしの条件で、１４％以上、軸圧縮ありの条件で１８％以上の優れた周長増加率が得られる。
【００４０】
供試鋼管は、いずれも熱間圧延後、２．０ｍｍの板厚とし、巻取温度を種々変化させ、酸洗後外径７０φとしたものを用いた。
【００４１】
巻取温度が６００〜６８０℃の場合、Ｓｏｌ．Ｎ等の侵入型固溶元素が析出物となるため、優れたハイドロフォーム加工性が得られるものと考えられる。
【００４２】
【実施例】
表１に示す１９種類の化学成分を有する鋼スラブを、仕上温度８４０℃で熱間圧延後、６５０℃で巻取し、酸洗後、板厚２．０ｍｍの熱延鋼帯とした。
【００４３】
Ｎｏ．１〜１１の鋼Ａ〜Ｋは本発明を満足し、Ｎｏ．１２〜１９の鋼Ｌ〜Ｓは、何れかの元素が発明の範囲外で比較例となっている。
【００４４】
この鋼帯を一部管状にロール成形後溶接し、幅絞り率４％で外径７０ｍｍの溶接鋼管とした。
【００４５】
幅絞り率は下記の式による。
【００４６】
幅絞り率＝｛［スリット幅｝−π(［外径］−［板厚］)｝／π（［外径］−［板厚］）×（１００％）
【００４７】
【表１】
0003804438.tif 000002
【００４８】
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、表２に結果を示す。
【００４９】
【表２】
0003804438.tif 000003
【００５０】
実施例Ｎｏ．１〜１１（供試鋼は表１と共通）は本発明の実施例であり、これらのうち、ＴＳ＜５００ＭＰａとなるものでは、液圧自由バルジ試験における周長増加率が軸圧縮なしで２５％以上、軸圧縮有りで４５％以上となり、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１８％以上の優れたハイドロフォーム加工性が得られている。
【００５１】
また、ＴＳ≧５００ＭＰａとなるものでも、液圧自由バルジ試験における周長増加率が軸圧縮なしで２３％以上、軸圧縮有りで４２％以上となり、液圧型バルジ試験では軸圧縮なしで１２％以上、軸圧縮有りで１５％以上の優れたハイドロフォーム加工性が得られている。
【００５２】
実施例Ｎｏ．１２〜１５は、Ｓｏｌ．Ｎ値が本発明範囲外で、実施例Ｎｏ．１６はＳｏｌ．Ｎ、Ｏが本発明範囲外で、実施例Ｎｏ．１７〜１９はＣ，Ｓｉ，Ｍｎの何れかが本発明範囲外であり、いずれも比較例で、本発明例と比べるとハイドロフォーム加工性に劣っている。
【００５３】
表３に、鋼Ａのスラブを用いて、熱延巻取り温度、熱延コイル以降の工程を変化させた鋼管（７０φ×２．０ｔ）のハイドロフォーム特性を示す。
【００５４】
【表３】
0003804438.tif 000004
【００５５】
実施例Ｎｏ．２０〜２２は、熱延コイルを酸洗後、造管したもので、Ｎｏ．２０，２１は熱延巻取温度、Ｓｏｌ．Ｎ量が本発明の規定を満足し、優れたハイドロフォーム加工性が得られている。
【００５６】
一方、実施例Ｎｏ．２２は、熱延巻取温度、Ｓｏｌ．Ｎ量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。
【００５８】
いずれも、巻取り後の状態からＳｏｌ．Ｎ量は変化するが、表より明らかなように優れたハイドロフォーム加工性が得られている。
【００５９】
このように、ハイドロフォーム直前でＳｏｌ．Ｎ量が０．００１０％以下であれば、鋼帯の巻取り後の履歴において、Ｓｏｌ．Ｎ量が変化しても優れたハイドロフォーム加工性が得られる。
【００６０】
本発明によるハイドロフォーム加工性に優れた鋼材は、曲げ、プレス、ハイドロフォーム、スウェージ等による予備成形後にハイドロフォームされてもよく、さらに高い張り出し量を得るために管表面に潤滑油を塗布、あるいは潤滑皮膜を形成させても良い。鋼帯から管を成形する際のシーム接合方法は電縫溶接、レーザ溶接、ＴＩＧ溶接、鍛接などが可能で、特に限定しない。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、サスペンションアーム等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、部分的な肉厚減少等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Ｓｏｌ．Ｎ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Ｓｏｌ．Ｎ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）に及ぼす巻取温度の影響を示す図。
【図５】破断限界周長増加率（液圧型バルジ試験）に及ぼす巻取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】
0003804438.tif 000005
【図２】
0003804438.tif 000006
【図３】
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【図４】
0003804438.tif 000008
【図５】
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