CN113631735B - 中空稳定器用电焊钢管和中空稳定器、以及其制造方法 - Google Patents

Abstract

该中空稳定器用电焊钢管是包含母材部和焊接部的中空稳定器用电焊钢管，所述母材部具有预定的化学成分，所述母材部的壁厚为2.0～6.0mm，所述电焊钢管的外径为10～40mm，在所述电焊钢管的C方向截面上，在所述电焊钢管的内表面侧且包含所述焊接部的区域，存在凹形状的焊道切割部，在从所述焊道切割部的一个开口边缘以最短距离向另一个开口边缘划虚拟线时，从所述虚拟线到所述焊道切割部的底部的最大深度为300μm以下，所述母材部所含的最大夹杂物直径为300μm以下，所述电焊钢管的所述母材部中的所述内表面侧的表面粗糙度以最大谷深度Rv计为300μm以下，包含所述焊接部的所述电焊钢管的最高硬度为300Hv以下。

Description

中空稳定器用电焊钢管和中空稳定器、以及其制造方法

技术领域

本发明涉及中空稳定器用电焊钢管(电阻焊接钢管)和中空稳定器、以及其制造方法。

本申请基于2019年03月29日在日本提出申请的特愿2019-069150号和2020年02月06日在日本提出申请的特愿2020-019189号主张优先权，将其内容援引于此。

背景技术

近年来，从保护地球环境的观点出发，正在加强汽车的排气限制，为了提高燃油效率，正在推进汽车车身的轻量化。作为车身轻量化的方法之一，研究了将使用棒钢的实心部件变更为使用钢管的中空部件。

例如，在转弯时抑制车身摇摆、提高高速行驶时的行驶稳定性的稳定器(stabilizer)中，也在研究从使用棒钢的实心部件向使用钢管的中空部件(中空稳定器)的变更所带来的车身轻量化。

电阻焊接钢管(电焊钢管)的价格比较便宜且尺寸精度优良，所以作为中空稳定器用材料被广泛利用。

例如，专利文献1公开了一种中空状稳定器用电焊钢管用钢，其含有C：0.35％以下、Si：0.25％以下、Mn：0.30～1.20％、Cr：小于0.50％、N+O：0.0200％以下、Ti：钢中的(N+O)的4～12倍、B：0.0005～0.009％，或者还含有Ca：200ppm以下和/或Nb：C×4/10以下，并调整C、Si、Mn、Cr含量以使得DI值达到1.0in.以上，进而调整C、Si、Mn、Cr含量以使得Ceq为0.60％以下。

另外，专利文献2公开了一种中空状稳定器用电焊钢管用钢的制造方法，所述钢含有C：0.35％以下、Si：0.25％以下、Mn：0.30～1.20％、Cr：小于0.50％、N+O：0.0200％以下、Ti：钢中的(N+O)的4～12倍、B：0.0005～0.009％，或者还含有Ca：200ppm以下，调整C、Si、Mn、Cr含量以使得DI值达到1.0in.以上，进而调整C、Si、Mn、Cr含量以使得Ceq为0.60％以下，对所述钢的板坯实施热轧，将卷绕温度控制为570～690℃进行卷绕。

另外，专利文献3提出了一种可用于稳定器等的高强度高延展性电焊钢管的制造方法。专利文献3公开了在850～950℃对一种电焊钢管实施正火处理后进行淬火，该电焊钢管的原材料是含有C：0.18～0.28％、Si：0.10～0.50％、Mn：0.60～1.80％、Ti：0.020～0.050％、B：0.0005～0.0050％，还含有Cr：0.20～0.50％、Mo：0.5％以下、Nb：0.015～0.050％中的1种以上，或者还含有Ca：0.0050％以下的钢。

中空稳定器是通过以下步骤制造的，将电阻焊接钢管进一步拉管，或者保持原样地将形成所需壁厚/外径比的厚壁电阻焊接钢管，1)通过弯曲加工等冷成形加工而成形为所需形状，对其加热、水冷淬火后，实施回火，或者，2)对厚壁电阻焊接钢管加热，通过冲压等热成形加工而成形为所需形状，接着进行水冷淬火，然后实施回火。特别是后者的采用热成形加工的方法，与前者的采用冷成形加工的方法相比，加工成形容易，在能够应对复杂形状这一点上优良，所以作为制造工艺是有利的。

但是，在进行这样的热成形加工的情况下，专利文献1～3所述的电焊钢管中，由于焊接部的淬火性不足，有时钢管的疲劳强度降低。

针对这样的课题，专利文献4公开了一种电阻焊接钢管，其特征在于，具有以下组成：以质量％计，含有C：0.15～0.40％、Si：0.05～0.50％、Mn：0.30～2.00％、Al：0.01～0.10％、Ti：0.001～0.04％、B：0.0005～0.0050％、N：0.0010～0.0100％，并且Ti和N满足(N/14)<(Ti/47.9)，余量由Fe和不可避免的杂质构成，电阻焊接部的接合宽度为25μm以下。

专利文献4中，记载了能够通过使焊接时形成的减碳层的宽度为25μm以下，来抑制电阻焊接部的淬火硬度降低，提高对疲劳的耐久性。

但是，本发明人进行研究的结果表明，专利文献4的电阻焊接钢管中，虽然可得到一定的疲劳强度提高效果，但由于焊接部的形状、钢管内表面的粗糙度和钢管所含的夹杂物等的影响，有时得不到足够的耐久性(疲劳强度)。

现有技术文献

专利文献1：日本特公平1-58264号公报

专利文献2：日本特公昭61-45688号公报

专利文献3：日本特开平6-93339号公报

专利文献4：日本专利第5516780号公报

发明内容

本发明是鉴于上述课题而完成的。本发明的课题是提供具有足够的加工性且淬火回火后的疲劳强度优异的中空稳定器用电焊钢管、疲劳强度优异的中空稳定器、以及它们的制造方法。

本发明人着眼于疲劳强度与电焊钢管的内表面的焊道切割部及内表面粗糙度的关系，进行了专心调查。其结果，明白了如下事项。

(i)焊道切割部的深度和内表面粗糙度(深度)中的任一者的最大值大时疲劳强度劣化。

(ii)由焊道切割部或内表面粗糙度引起的疲劳断裂是从内表面开始的裂纹。

另一方面，本发明人的研究结果表明，即使在抑制了焊道切割部的深度和/或内表面粗糙度的情况下，也会发生如下的疲劳断裂。

(I)由于MnS等拉伸化了的夹杂物而助长疲劳断裂。

(II)这种以夹杂物为起点的断裂是来自内部而不是钢表面的断裂。

由此，本发明人发现，在适合用作中空稳定器的电焊钢管中，除了用于电阻焊接的钢板的成分之外，钢管的内表面粗糙度、焊接部的形状(焊道切割部)、夹杂物的大小等也会对疲劳强度产生重大影响。

另外，本发明人发现，上述电焊钢管的特征对将电焊钢管进行加工和/或热处理而得到的中空稳定器的疲劳强度也有影响。

本发明是基于上述见解而完成的，其主旨如下所述。

[1]本发明一方案的中空稳定器用电焊钢管，其包含母材部和焊接部，作为所述母材部的化学成分，以质量％计，含有：C：0.30～0.38％、Si：0.15～0.30％、Mn：1.20～1.50％、Al：0.020～0.060％、Ti：0.020～0.050％、B：0.0010～0.0050％、Cr：0.10～0.25％、Mo：0～0.20％、Ca：0.0005～0.0050％、Cu：0～0.25％、Ni：0～0.25％、V：0～0.05％、N：0.0060％以下、P：0.020％以下、S：0.0100％以下、O：0.0050％以下，余量由Fe和杂质构成，所述母材部的壁厚为2.0～6.0mm，所述电焊钢管的外径为10～40mm，在所述电焊钢管的C方向截面上，在所述电焊钢管的内表面侧且包含所述焊接部的区域，存在凹形状的焊道切割部，并且，在从所述焊道切割部的一个开口边缘以最短距离向另一个开口边缘划虚拟线时，从所述虚拟线到所述焊道切割部的底部的最大深度为300μm以下，所述母材部所含的最大夹杂物直径为300μm以下，所述电焊钢管的所述母材部中的所述内表面侧的表面粗糙度以最大谷深度Rv计为300μm以下，包含所述焊接部的所述电焊钢管的最高硬度为300Hv以下。

[2]根据[1]记载的中空稳定器用电焊钢管，所述母材部的所述化学成分可以满足下式(1)：

Ca×(1-124×O)/(1.25×S)≥0.20   (1)。

[3]根据[1]或[2]记载的中空稳定器用电焊钢管，所述母材部的所述化学成分可以含有选自以下之中的1种以上：Cu：0.05～0.25％、Ni：0.05～0.25％、V：0.01～0.05％。

[4]根据[1]～[3]中任一项记载的中空稳定器用电焊钢管，所述母材部的金属组织可以由以面积率计为40％～60％的铁素体和60％～40％的珠光体构成。

[5]本发明另一方案的中空稳定器用电焊钢管的制造方法，是制造[1]～[4]中任一项记载的中空稳定器用电焊钢管的方法，该制造方法进行将采用电阻焊接成形出的电焊钢管加热到800℃以上且1000℃以下之后放冷的热处理。

[6]本发明另一方案的中空稳定器，包含母材部和焊接部，作为所述母材部的化学成分，以质量％计，含有：C：0.30～0.38％、Si：0.15～0.30％、Mn：1.20～1.50％、Al：0.020～0.060％、Ti：0.020～0.050％、B：0.0010～0.0050％、Cr：0.10～0.25％、Mo：0～0.20％、Ca：0.0005～0.0050％、Cu：0～0.25％、Ni：0～0.25％、V：0～0.05％、N：0.0060％以下、P：0.020％以下、S：0.0100％以下、O：0.0050％以下，余量由Fe和杂质构成，所述母材部的壁厚为2.0～6.0mm，所述母材部的外径为10～40mm，在C方向截面上，在所述中空稳定器的中空部的内表面侧且包含所述焊接部的区域存在凹部，并且，在从所述焊接部的内表面侧的一个端部以最短距离向另一个端部划虚拟线时，从所述虚拟线到所述凹部的底部的最大深度为300μm以下，所述母材部所含的最大夹杂物直径为300μm以下，所述母材部中的所述内表面侧的表面粗糙度以最大谷深度Rv计为300μm以下，表面硬度为455Hv以上。

[7]根据[6]记载的中空稳定器，所述母材部的所述化学成分可以满足下式(2)：

Ca×(1-124×O)/(1.25×S)≥0.20   (2)。

[8]根据[6]或[7]记载的中空稳定器，所述母材部的所述化学成分可以含有选自以下之中的1种以上：Cu：0.05～0.25％、Ni：0.05～0.25％、V：0.01～0.05％。

[9]本发明另一方案的中空稳定器的制造方法，是制造[6]～[8]中任一项记载的中空稳定器的制造方法，包括拉管工序、热处理工序、加工工序、淬火工序和回火工序，所述拉管工序对[1]～[4]中任一项记载的中空稳定器用电焊钢管进行拉管，所述热处理工序将所述拉管工序后的所述电焊钢管加热到800℃～1000℃，所述加工工序将所述热处理工序后的所述电焊钢管加工成中空稳定器形状，所述淬火工序将所述加工工序后的所述电焊钢管加热到900℃～1200℃，然后以30℃/秒以上的冷却速度冷却，所述回火工序将所述淬火工序后的所述电焊钢管加热到200～400℃。

[10]本发明另一方案的中空稳定器的制造方法，是制造[6]～[8]中任一项记载的中空稳定器的方法，包括加工工序、淬火工序和回火工序，所述加工工序将[1]～[4]中任一项记载的中空稳定器用电焊钢管加工成中空稳定器形状，所述淬火工序将所述加工工序后的所述电焊钢管加热到900℃～1200℃，然后以30℃/秒以上的冷却速度冷却，所述回火工序将所述淬火工序后的所述电焊钢管加热到200～400℃。

根据本发明的上述方案，能够提供加工性及淬火回火后的疲劳强度优异的电焊钢管、疲劳强度优异的中空稳定器及其制造方法。

本发明的电焊钢管在进行加工、淬火回火等热处理后的疲劳强度也优异。另外，本发明的电焊钢管也确保了与以往钢管同等以上的冷加工性。因此，本发明的电焊钢管适合作为中空稳定器用的电焊钢管。另外，本发明的中空稳定器的疲劳强度优异，如果作为汽车部件使用，则能够有助于汽车车身的轻量化。

附图说明

图1是表示本实施方式的电焊钢管一例的图。

图2A是图1所示本实施方式的电焊钢管的A-A的截面图。

图2B是图2A中的B范围的放大图。

图3是示意性地表示拉管前后的焊道切割部深度的图。

图4是表示缺陷深度(内表面粗糙度、焊道切割部深度或最大夹杂物直径之中的最大值)与疲劳寿命的关系的图。

图5是表示本实施方式的中空稳定器一例的示意图。

图6是表示进行疲劳试验时的稳定器形状的示意图。

具体实施方式

以下，对本发明一实施方式的中空稳定器用电焊钢管(本实施方式的电焊钢管)和本发明一实施方式的中空稳定器(本实施方式的中空稳定器)进行说明。

首先，参照附图对本实施方式的电焊钢管进行说明。

参照图1，本实施方式的电焊钢管1包含具有预定化学组成的母材部2和焊接部3。

另外，本实施方式的电焊钢管1假定被适用于中空稳定器，电焊钢管的母材部2(钢板)的壁厚为2.0～6.0mm，外径为10～40mm。

本实施方式的电焊钢管1通过将作为钢管坯料的热轧钢板或冷轧钢板等钢板用成形辊等成形为管状，采用电阻焊接将对接部焊接而得到。通过电阻焊接，钢管端部熔融，在液相排出的同时，固液共存相变形而接合。该接合部和焊接热影响区是焊接部3，不受电阻焊接的热影响的部分是母材部2。

另外，本实施方式的电焊钢管1在电焊钢管的C方向截面(与管轴方向垂直的截面)上，将电焊钢管1的至少内表面侧且包含焊接部3的区域(有时包含焊接部3及其周围的区域)机械地切削，所以如图2B所示，在包含焊接部3的区域存在凹形状的焊道切割部4。

<化学成分>

作为钢管的母材部的化学成分，包含以下成分。在本实施方式中，化学成分的％，只要没有特别说明就是质量％。

C：0.30～0.38％

C是固溶于钢中，或在钢中以碳化物形式析出，使钢的强度增加的元素。在用作中空稳定器的情况下，为了确保一般要求的强度，将C含量设为0.30％以上。另一方面，如果C含量超过0.38％，则加工性和焊接性劣化。因此，将C含量设为0.38％以下。优选为0.33％～0.37％。

Si：0.15～0.30％

Si是有助于固溶强化的元素。为了获得该效果，将Si含量设为0.15％以上。另一方面，如果Si含量超过0.30％，则容易生成成为电阻焊接时的焊接缺陷的Si-Mn系夹杂物。因此，将Si含量设为0.30％以下。优选为0.20％～0.30％。

Mn：1.20～1.50％

Mn是提高钢的淬火性，有助于提高强度的元素。为了获得该效果，将Mn含量设为1.20％以上。另一方面，如果Mn含量超过1.50％，则焊接性降低、和/或在焊接部生成MnS等粗大夹杂物，疲劳强度降低。因此，Mn含量为1.50％以下。优选为1.20％～1.40％。

Al：0.020～0.060％

Al是作为脱氧剂发挥作用的元素，并且是具有固定N从而确保对提高淬火性有效的固溶B量的效果的元素。为了获得这样的效果，将Al含量设为0.020％以上。另一方面，如果Al含量超过0.060％，则夹杂物的生成增多，有时疲劳强度降低。因此，Al含量为0.060％以下。优选0.020％～0.050％。

Ti：0.020～0.050％

Ti是用于固定N从而确保对提高淬火性有效的固溶B量的有效元素。另外，Ti以微细碳化物形式析出，是抑制焊接时和热处理时的晶粒粗大化，有助于韧性提高的元素。为了获得这样的效果，将Ti含量设为0.020％以上。另一方面，如果Ti含量超过0.050％，则形成粗大夹杂物，韧性和疲劳强度降低。因此，将Ti含量设为0.050％以下。优选为0.020～0.040％。

B：0.0010～0.0050％

B是含有微量而使钢材的淬火性大幅提高的元素。另外，B也是具有晶界强化效果的元素。为了获得这些效果，将B含量设为0.0010％以上。另一方面，如果B含量超过0.0050％，则有时会产生粗大的含B析出物，韧性降低。因此，将B含量设为0.0050％以下。优选为0.0020～0.0035％。

Cr：0.10～0.25％

Cr是提高钢的淬火性的元素。为了获得该效果，将Cr含量设为0.10％以上。另一方面，如果Cr含量超过0.25％，则在焊接部产生夹杂物，焊接部的健全性降低。因此，将Cr含量设为0.25％以下。优选为0.10～0.20％。

Ca：0.0005～0.0050％

Ca是使钢管中的夹杂物微细，有助于提高疲劳强度的元素。Ca含量低于0.0005％时，不能充分获得该效果。因此，将Ca含量设为0.0005％以上。另一方面，如果Ca含量超过0.0050％，则形成粗大夹杂物，韧性和疲劳强度降低。因此，将Ca含量设为0.0050％以下。优选0.0010～0.0030％。

Mo：0～0.20％、

由于不一定需要含有Mo，所以其下限为0％。但是，Mo是在提高钢的淬火性的同时，通过固溶强化来提高钢强度的元素。在获得上述效果的情况下，优选将Mo含量设为0.05％以上。另一方面，如果Mo含量超过0.20％，则形成粗大碳化物，韧性劣化。因此，Mo含量为0.20％以下。优选为0.05～0.10％。

Cu：0～0.25％

由于不一定需要含有Cu，所以其下限为0％。但是，Cu是在提高淬火性之外还具有使耐延迟断裂特性上升的效果的元素，也可以使其含有。在获得上述效果的情况下，优选将Cu含量设为0.05％以上。另一方面，如果Cu含量超过0.25％，则担心加工性降低。因此，即使在含有的情况下，也将Cu含量设为0.25％以下。优选为0.05～0.10％。

Ni：0～0.25％

由于不一定需要含有Ni，所以其下限为0％。但是，Ni是在提高淬火性之外还具有使耐延迟断裂特性上升的效果的元素，也可以使其含有。在获得上述效果的情况下，优选将Ni含量设为0.05％以上。另一方面，Ni是有效的元素，并且即使Ni含量超过0.25％其效果也饱和。因此，即使在含有的情况下，也将Ni含量设为0.25％以下。优选为0.05～0.10％。

V：0～0.05％

由于不一定需要含有V，所以其下限为0％。但是，V是对提高钢的强度有效的元素，也可以使其含有。在获得上述效果的情况下，优选将V含量设为0.01％以上。另一方面，如果V含量超过0.05％，则担心加工性降低。因此，即使在含有的情况下，也将V含量设为0.05％以下。

N：0.0060％以下

N作为杂质含有。如果N含量超过0.0060％，则以BN形式析出，由此使固溶N带来的淬火性提高效果降低，和/或因氮化物的粗大化和时效硬化而使韧性劣化。因此，将N含量设为0.0060％以下。另一方面，N是有助于氮化物和碳氮化物的强度提高的元素。因此，可以将N含量设为0.0010％以上。

P：0.020％以下

P是对耐焊接开裂性和韧性造成不良影响的杂质元素。优选P含量少，但若为0.020％以下则被允许。因此，将P含量设为0.020％以下。优选为0.015％以下。

S：0.0100％以下

S是影响钢材中MnS等非金属夹杂物的形成，使疲劳强度、加工性降低的杂质元素。另外，S是对韧性、各向异性和再加热裂纹敏感性也造成不良影响的元素。优选S含量少，但若为0.0100％以下则被允许。因此，将S含量设为0.0100％以下。优选为0.0050％以下。

O：0.0050％以下

O在钢中主要以氧化物系夹杂物形式存在，是使钢管的加工性、韧性、疲劳强度降低的元素。优选O含量少，但若为0.0050％以下则被允许。因此，将O含量设为0.0050％以下。优选为0.0040％以下。

余量：由Fe和杂质构成，

本实施方式的电焊钢管的基础是含有上述元素，余量由Fe和杂质构成。杂质有矿石或废料等原材料所含的物质、以及在制造工序中混入的物质。作为杂质，在上述P、S、N、O以外还可举出例如H。

Ca×(1-124×O)/(1.25×S)≥0.20

本实施方式的电焊钢管1中，在将各个元素的含量限定在上述范围的基础上，优选由下式(1)表示的ESSP值为0.20以上。

ESSP值＝Ca×(1-124×O)/(1.25×S)   (1)

ESSP值是减去与氧结合了的Ca后的剩余Ca(有效Ca)的指标。具体而言，是以Ca按原子量比计与S结合为前提，表示是否存在根据S含量所需要的有效Ca量的指标。

如果ESSP小于0.20，则Ca含量相对于O含量和S含量不足，容易生成MnS。由于因轧制而延伸了的MnS成为疲劳强度降低和/或氢裂纹的起点，所以ESSP优选为0.20以上。

<焊道切割部的最大深度：300μm以下，优选为100μm以下>

通常，电焊钢管通过一组成形辊一边使钢板行进一边将其成形为筒状而形成开口管，通过感应加热等进行加热使形成为开口管的钢板的彼此对接的板宽方向两端部熔融，通过在该状态下由一对挤压辊对钢板的板宽度方向两端部进行按压，由此将其两端部彼此焊接形成电阻焊接部而得到。此时，在钢板的板宽方向两端部之间形成的熔融金属的一部分被挤出到外部，由此在焊接部形成从电焊钢管的表面突出的焊道。该焊道不仅成为后续工序中加工不良的原因，而且成为作为最终产品使用的电焊钢管的外观劣化的原因。因此，该焊道由切削夹具等切削(焊道切割)。

因此，如图2A、图2B所示，本实施方式的电焊钢管1中，从与管轴方向垂直的方向的截面(C截面)观察电焊钢管1时，在电焊钢管1的内表面侧且包含焊接部3的区域，存在凹形状的焊道切割部4。

由本发明人的研究结果最新得知，如图3所示，焊道切割部被切削后的焊接部的形状、特别是电焊钢管的内表面侧的焊道切割部深度，不仅对加工性，还对疲劳强度有重大影响。例如，如果在焊道切割部过度地切削焊接部，则会在拉管后使焊道切割部内折，从该内折部产生裂纹而发生早期断裂。

另外，由本发明人进一步研究后的结果得知，在从焊道切割部4的一个开口边缘5以最短距离向另一个开口边缘5划出虚拟线10时，从虚拟线10到焊道切割部4的底部的最大深度(换言之，是垂直于虚拟线10的方向的、从虚拟线10到凹形状的焊道切割部4的底部的距离中的最大值)即焊道切割部深度d超过300μm时，在拉管后发生基准深度以上的内折，疲劳裂纹在早期从内折部产生并生长，由此疲劳强度降低，淬火回火后本实施方式的疲劳强度的基准值、即疲劳试验中直到断裂为止的负荷应力的重复次数没有稳定地达到8万次。因此，本实施方式的电焊钢管1中，在从焊道切割部4的一个开口边缘5以最短距离向另一个开口边缘5划虚拟线10时，将从虚拟线10到焊道切割部4的底部的最大深度(焊道切割部深度d)设为300μm以下。优选为100μm以下。

由于拉管中焊道切割部深度得到改善，所以将拉管后的焊道切割内折的基准即300μm作为拉管前的钢管的焊道切割部深度d的上限。如果拉管前的焊道切割部深度为300μm以下，则拉管后的焊道切割部深度为300μm以下。

本实施方式的电焊钢管1中，无需确定焊道切割部深度d的下限，其越小越好。

如上所述的焊道切割部深度d可以通过适当地设定切削由电阻焊接形成的焊道时的切削刀刃的位置来控制。

另外，由于疲劳断裂主要从内表面侧产生，所以对电焊钢管1的外面侧的焊接部3的形状没有特别限定，但为了提高外观，也可以与以往的电焊钢管同样地切削。

上述焊道切割部深度d可以采用以下方法测定。即，用测微计测定焊接部横向的最大壁厚和焊接部(对接部)的壁厚，从最大壁厚减去焊接部的最薄部分的壁厚来测定。

<钢管的母材部中的内表面侧的表面粗糙度：以最大谷深度Rv计为300μm以下，优选为100μm以下>

通过控制上述焊接部的形状，能够抑制以钢管内面的焊接部3为起点的疲劳断裂。但是，由于疲劳断裂也从焊接部以外发生，所以仅靠控制焊接部的形状，疲劳强度没有充分提高。

本发明人研究的结果表明，如图4所示，电焊钢管1的内表面侧的母材部2的表面粗糙度变大时，疲劳强度降低。

因此，本实施方式的电焊钢管1中，将母材部2的内表面侧的表面粗糙度以JISB0601：2013所规定的最大谷深度Rv计设为300μm以下。如果内表面侧的表面(内表面)的最大谷深度Rv超过300μm，则疲劳强度因疲劳裂纹在早期产生并生长而降低，淬火回火后无法稳定地满足本实施方式的疲劳强度的基准值即重复次数8万次。表面的最大谷深度Rv优选为100μm以下。

如上所述的最大谷深度Rv，是为了控制氧化皮等而通过适当实施轧制、酸洗等，并且适当实施钢材的制造时和运输时等的输送来抑制腐蚀孔和裂纹而得到的。

上述钢管的母材部2的内表面侧的表面粗糙度可以采用以下方法测定。即，使用接触式或非接触式的形状测定装置测定高度分布，依据JIS B0601：2013计算表面粗糙度。

<母材部(钢板)所含的最大夹杂物直径：300μm以下>

根据本发明人的研究结果表明，即使将上述的焊道切割部深度、内表面侧的表面粗糙度控制在预定范围内，如图4所示，母材部2所含的最大夹杂物直径变大时，疲劳强度也会降低。因此，为了提高电焊钢管的疲劳强度，不仅需要抑制以表面为起点的疲劳断裂，还需要抑制以钢管中使用的钢板内部存在的夹杂物为起点的疲劳断裂。

本实施方式的电焊钢管1中，将母材部2所含的最大夹杂物直径设为300μm以下。最大夹杂物直径超过300μm时，疲劳裂纹在早期产生并生长，疲劳强度降低，淬火回火后没有稳定地达到本实施方式的疲劳强度的基准值即重复次数8万次。优选最大夹杂物直径为100μm以下。

母材部2所含的最大夹杂物直径可以采用以下方法测定。

即，以45°间距用光学显微镜和SEM观察钢管截面，测定所发现的最大夹杂物的面积，将面积与所测定的最大夹杂物面积相等的圆的直径作为最大夹杂物直径。

<包含焊接部的电焊钢管的最高硬度：300Hv以下>

电焊钢管例如作为中空稳定器使用的情况下，可供于冷加工和/或热处理。因此，冷加工性也是重要的。

如果在焊接部3等的硬度过高，则加工时有时会产生裂纹。因此，本实施方式的电焊钢管1中，将焊接部3和母材部2的最高硬度设为300Hv以下。

另一方面，如果焊接部3的硬度过低，则有时会引起疲劳强度的降低和/或拉管不良。因此，焊接部3的最高硬度优选为母材部2的硬度以上。

焊接部3的最高硬度可以通过焊接后进行正火等热处理来控制。

焊接部3和母材部2的最高硬度可以采用以下方法测定。即，焊接部3的硬度以对接部为中心向左右以0.5mm间距测定到±2.5mm。另外，母材部2的硬度在从焊接部(电阻焊接部)3开始顺时针旋转90°、180°、270°的位置，在壁厚方向上对1/4壁厚、1/2壁厚、3/4壁厚逐点测定。硬度(维氏硬度)的测定依据JIS Z 2244：2009进行，测定载荷为1kgf以下。

本实施方式的电焊钢管1中，对母材部2的金属组织没有限定，但为了满足一般作为中空稳定器使用时所要求的特性和不引起拉管不良的适当硬度，优选金属组织由以面积率计为40％～60％的铁素体和60％～40％的珠光体构成。

母材部2的金属组织的面积率可以采用以下方法测定。即，用Nital硝酸乙醇腐蚀液将钢管截面识别为铁素体和珠光体，将电阻焊接部设为0°，利用光学显微镜以100倍的倍率拍摄沿顺时针方向90°、180°、270°位置的内表面和外表面的金属组织，求出金属组织中的铁素体和珠光体的分率。可以将在各位置处测定的面积率平均后作为母材部2的金属组织的面积率。

接着，对本实施方式的中空稳定器进行说明。

本实施方式的中空稳定器可以通过对上述本实施方式的中空稳定器用电焊钢管根据需要进行拉管和热处理，加工成中空稳定器的形状，然后进行淬火和回火而得到。

因此，本实施方式的中空稳定器包含母材部和焊接部。

本实施方式的中空稳定器假定所使用的稳定器的形状，母材部的壁厚为2.0～6.0mm，母材部的外径为10～40mm。

中空稳定器是例如图5所示的形状。图5中，中空稳定器10配置在车辆11的悬架机构部。该中空稳定器10包括在车身12的宽度方向上延伸的扭转部20、连接到扭转部20的两端的一对弯曲部21、以及连接到各个弯曲部21的一对臂部22。所述扭转部20经由具有橡胶衬套等的一对支持部30支持在例如车身12的一部分上。一对臂部22分别通过稳定器连杆等连接构件31与例如悬架机构部的悬架臂(未图示)连接。

<化学成分>

如上所述，本实施方式的中空稳定器可以通过对本实施方式的中空稳定器用电焊钢管根据需要进行拉管和热处理，加工成中空稳定器的形状，然后进行淬火和回火而得到。这些工序中，由于化学成分实质上没有变化，所以本实施方式的中空稳定器的母材部的化学组成的范围和限定理由与本实施方式的电焊钢管的母材部的化学组成的范围和限定理由相同。

<直到凹部底部为止的最大深度为300μm以下，优选为100μm以下>

如上所述，在电焊钢管中，通常在内表面侧且包含焊接部的区域存在焊道切割部，该焊道切割部是凹形状的焊道被切削夹具等切削而形成的。因此，在对电焊钢管进行拉管或不拉管而加工成稳定器形状的中空稳定器的内表面侧，存在由焊道切割引起的凹部，或者存在由拉管而使焊道切割部内折而形成的凹部。这些凹部使中空稳定器的疲劳强度降低。

本实施方式的中空稳定器中，由于使用焊道切割部的最大深度小的电焊钢管来制造，所以由焊道切割引起的凹部深度小，并且，焊道切割部的内折得到抑制。因此，凹部的最大深度小。

具体而言，本实施方式的中空稳定器中，当从与中空部的中心轴方向垂直的方向的截面(C方向截面)观察时，在中空稳定器的中空部的内表面侧且包含焊接部的区域，从焊接部的内表面侧的一个端部以最短距离向另一个端部划虚拟线时，从虚拟线到所述凹部的底部的最大深度为300μm以下。优选最大深度为100μm以下。

本实施方式的中空稳定器中，上述的最大深度为300μm以下，所以疲劳强度优异。

上述凹部的深度通过测定凹部横向的最大壁厚与凹部的壁厚，从最大壁厚减去凹部的最薄部分的壁厚来测定。壁厚例如可以用测微计测定。

<母材部的内表面侧的表面粗糙度：以最大谷深度Rv计为300μm以下，优选为100μm以下>

通过控制上述焊接部的凹部的形状，能够抑制以中空稳定器的中空部内表面的焊接部为起点的疲劳断裂那样的施加反复载荷时的断裂，所以疲劳强度提高。但是，由于疲劳断裂也从焊接部以外发生，所以仅靠焊接部的形状的控制，疲劳强度不充分提高。

因此，本实施方式的中空稳定器中，将中空稳定器的中空部的内表面侧的表面粗糙度设为依据JIS B 0601：2013中规定的最大谷深度Rv为300μm以下。如果内表面侧的表面(内表面)的最大谷深度Rv超过300μm，则疲劳裂纹在早期产生并生长，由此疲劳强度降低。表面的最大谷深度Rv优选为100μm以下。

如上所述的最大谷深度Rv，在使用内表面侧的最大谷深度为300μm以下的电焊钢管进行拉管的情况下，通过适当地实施拉管而得到。

上述中空部的内表面侧的表面粗糙度，使用接触式或非接触式的形状测定装置测定高度分布，依据JIS B 0601：2013计算表面粗糙度。

<母材部所含的最大夹杂物直径：300μm以下>

即使将上述焊接部的凹部深度、中空部的内表面侧的表面粗糙度控制在预定范围内，母材部所含的最大夹杂物直径变大时，疲劳强度也会降低。因此，本实施方式的中空稳定器中，将母材部所含的最大夹杂物直径设为300μm以下。最大夹杂物直径超过300μm时，疲劳裂纹在早期产生并生长，疲劳强度降低。优选最大夹杂物直径为100μm以下。

为了使中空稳定器的最大夹杂物直径在上述范围，作为原材料，可以使用母材部(钢板)所含的最大夹杂物直径为300μm以下的电焊钢管。

母材部所含的最大夹杂物直径可以采用以下方法测定。

即，以45°间距用光学显微镜和SEM观察钢管截面，测定所发现的最大夹杂物的面积，将面积与所测定的最大夹杂物面积相等的圆的直径作为最大夹杂物直径。

<表面硬度：455Hv以上>

本实施方式的中空稳定器中，表面硬度为455Hv以上。表面硬度小于455Hv时，疲劳强度降低。表面硬度的上限没有特别限定。

关于表面硬度(维氏硬度)，例如，测定在图6中的中空稳定器的弯曲部(肩部)21的周向上各错开45°的8点的表面硬度，算出其平均硬度。此时的测定条件依据JIS-Z 2244：2009进行，其测定载荷为1kgf以下。

接着，对本实施方式的电焊钢管1的优选制造方法进行说明。

如果本实施方式的电焊钢管1具有上述结构，则与制造方法无关地可得到其效果。但是，根据以下方法能够稳定地制造，因此优选。

本实施方式的电焊钢管的制造方法中，首先，对具有预定化学组成的钢片进行加热和热轧并卷绕。此时，优选将加热温度设为1000℃以上，将卷绕温度控制在800℃以下。加热温度低于1000℃时，轧制本身变得难以加工。或者，如果卷绕温度超过800℃，则残存的氧化皮多，所以在接下来进行的制管工序中容易产生裂纹。另外，关于该氧化皮的酸洗处理，需要使薄氧化皮以上的处理条件严格化。

热轧后可以进行酸洗，也可以不进行酸洗而保持热轧状态。不过，在对保持热轧状态的钢板进行后述的制管的情况下，优选适当地选定一组成形辊的形状等。另外，根据轧制条件下的氧化皮的状态，如果不适当地进行酸洗处理(抑制剂等的选定等)，则电焊钢管1的母材部2的内表面侧的表面粗糙度可能以Rv计超过300μm。

接着，通过一组成形辊一边使由热轧得到的钢板行进一边将其成形为筒状而形成开口管，通过感应加热等进行加热使形成为开口管的钢板的彼此对接的板宽方向两端部熔融，通过在该状态下由一对挤压辊对钢板的板宽度方向两端部进行按压，由此将其两端部彼此焊接形成电阻焊接部。对于该情况下的条件没有限定，只要是通常进行的条件即可。

对进行电阻焊接而得到的电焊钢管进行焊道切割。焊道切割是重要的。焊道切割是在焊接后至少对在内表面上凸起的焊道进行切削，然后选择刀刃形状和切削位置，平滑地切削内表面焊道，以使得焊道切割部深度为预定值以下。

在进行焊道切割之后，对电焊钢管实施加热到800℃以上且1000℃以下的热处理(所谓的正火处理)。通过该热处理，能够降低包含焊接部在内的最高硬度。希望加热温度为800℃以上的奥氏体相变温度以上，但若能够进行硬度和组织控制，则不一定需要超过相变温度。焊接等中生成的硬化组织成为冷加工时的裂纹产生的原因，所以能够通过上述热处理来抑制冷加工引起的裂纹产生。

加热温度低于800℃时，残存硬化组织，冷加工性劣化。因此，优选将加热温度设为800℃以上。另一方面，加热温度超过1000℃时，组织变成粗大的奥氏体(γ)晶粒，生成硬化组织或碳化物等。该情况下，加工性劣化。因此，优选将加热温度设为1000℃以下。更优选为950℃以下。

关于加热后的冷却速度，为了生成铁素体、珠光体组织而放冷。在放冷的情况下，优选以800～500℃的平均冷却速度计为3℃/s以下。

通过上述制造方法，可得到本实施方式的电焊钢管1。本实施方式的电焊钢管1还可以保持原状态或拉管或者缩径轧制，利用弯曲和/或冲压等冷加工而成形，进行热处理(淬火回火等)，制成中空稳定器。

本实施方式的中空稳定器可以将本实施方式的电焊钢管作为原材料，通过包括以下工序的制造方法而得到。

(I)将所述电焊钢管加工成中空稳定器形状的加工工序，

(II)将所述加工工序后的所述电焊钢管加热到900℃～1200℃，然后以30℃/秒以上的冷却速度冷却的淬火工序，

(III)将所述淬火工序后的所述电焊钢管加热到200～350℃的回火工序。

其中，根据需要，可以在加工工序之前进一步进行以下工序。

(IV)对电焊钢管进行拉管的拉管工序，

(V)将所述拉管工序后的所述电焊钢管加热到800℃～1000℃的热处理工序。

(拉管工序)

基于目标稳定器的形状，根据需要对电焊钢管进行拉管。例如，拉管是10～40％的减面率(将拉管前的截面积和拉管后的截面积之差除以拉管前的截面积所得的值×100)的范围。

(热处理工序)

进行了拉管的电焊钢管的加工性降低。因此，为了确保接下来进行的加工工序中的加工性，可以进行热处理。

在进行热处理的情况下，优选将拉管工序后的所述电焊钢管加热到800℃～1000℃，并进行空冷。

(加工工序)

加工工序中，将电焊钢管加工成中空稳定器形状。加工只要可得到目标形状就不限定，例如可以是热加工、温加工、冷加工中的任意种。

(淬火工序)

(回火工序)

淬火工序和回火工序中，将加工工序后的具有中空稳定器形状的电焊钢管加热到900℃～1200℃，然后以30℃/秒以上的冷却速度冷却(淬火)，加热到200℃～400℃，通过水冷或空冷冷却(回火)。可以通过控制淬火温度、冷却速度和回火温度来控制组织和表面硬度。

实施例

(实施例1)

将具有表1所示化学组成(质量％、余量为Fe和杂质)的板坯加热到1000℃以上，进行热轧，在800℃以下的温度下卷绕并酸洗，制成热轧钢板。将该热轧钢板成形为钢管形状，通过电阻焊接得到钢管1～19、X、Y。

对该钢管的内表面侧进行焊道切割。除了钢管18和Y之外，C方向截面上的焊道切割部深度被控制为300μm以下，并进行了焊道切割。另外，无论哪个钢管的表面粗糙度Rv都在300μm以下，但对于钢管19，通过喷丸处理使表面粗糙度Rv超过300μm。

在表2所示热处理温度和冷却条件下对焊道切割后的电焊钢管进行热处理。

采用上述方法，对热处理后的电焊钢管进行了最高硬度的测定和金属组织观察。将结果示于表4。除了钢管11～14之外，最大夹杂物直径为300μm以下。

为了确认电焊钢管是否适合于稳定器，在以下条件下评价了疲劳强度。

将外径34mm×壁厚5.5mm的电焊钢管1～19进行拉管，实施淬火、回火处理，制成外径24mm×壁厚4.9mm的电焊钢管。拉管以40％的减面率实施。然后，根据表面的裂纹等进行判断，评价了冷加工性。其中，对于钢管X、钢管Y，没有进行拉管。另外，淬火回火(QT)在1000℃下保持1小时进行淬火，在150℃～250℃的温度范围进行10分钟的回火。疲劳强度受到硬度的影响，所以控制回火温度，选定回火温度以使得硬度落入530～570Hv之间。

由该淬火回火材料制取疲劳试验片，实施扭转疲劳试验。试验方法以JIS Z 2273：1978为依据。负荷应力为350MPa，应力比R(最小应力/最大应力)＝-1的对称循环。

试验片断裂后，调查疲劳裂纹的起点，用焊道切割内折、内表面凹部、夹杂物对断裂起点进行分类，如果焊道切割内折为起点，则测定其深度，如果内表面凹部为起点，则测定其深度，如果夹杂物为起点，则测定夹杂物直径。对于疲劳强度的评价，作为本研究的基准值，如果重复次数(断裂次数)为8万次(8.0×10⁴次)以上，则判断为疲劳强度优异。重复次数在10万次以上，判断为不断裂，完成了试验。

将试验结果示于表2。

由表2可知，钢管1～10和X是本发明钢管，在其后的淬火回火后的疲劳试验中，能够确保优异的疲劳强度。另外，钢管1～10能够进行其后的拉管，冷加工性充分。

另一方面，钢管11～19和Y没能得到足够的疲劳强度。

钢管11不含有Ca，无法控制夹杂物的形态，由此疲劳强度降低。

钢管12的S含量高，钢管14的Mn含量高，所以都生成粗大的MnS，疲劳强度降低。

钢管13作为各化学成分的范围是合适的，但ESSP低，无法控制夹杂物的形态，疲劳强度降低。

钢管15的B含量低，在淬火时生成晶界铁素体，局部软化，因此助长疲劳断裂，疲劳强度降低。

钢管16未进行正火而进行了回火(600℃)，所以碳化物球状化，电阻焊接部的最高硬度高。其结果，拉管时从焊接部产生了裂纹。

钢管17在热处理后的冷却中进行了水冷，所以形成了硬化组织。因此，钢管17放弃了拉管。

钢管18和钢管Y在电阻焊结束后深度进行了焊道切割。因此，产生了深的焊道切割内折，成为疲劳断裂的起点，疲劳强度降低。

钢管19对内表面施加了过度的喷丸，使内表面粗糙。结果，从内表面的凹部发生疲劳断裂，疲劳强度降低。

(实施例2)

使用实施例1的拉管前的钢管2、钢管4、钢管X和钢管Y，在表3所示条件下进行拉管和热处理，加工成图6所示形状，在表3所示条件下进行淬火、回火，制成中空稳定器。

用维氏硬度计测定了得到的稳定器1～7的表面硬度。测定条件如下。

测定在图6中的中空稳定器的弯曲部(肩部)21的周向各错开45°的8点的表面硬度，算出其平均硬度。此时的测定条件依据JIS-Z2244(2009年)进行，其测定载荷为1kgf以下。

将结果示于表4。

另外，对得到的稳定器1～7进行疲劳试验，评价了重复次数(断裂次数)。疲劳试验在以下条件下进行。

图6是将电焊钢管以中心曲率半径r(50mm)弯曲了的图。扭转部的长度L1为448mm，臂部的长度L2为200mm，一对支持部(橡胶衬套)之间的跨度L3为293mm。疲劳试验试验(对称循环试验)是在一个臂部在固定点A被固定的状态下，对另一个臂部的载荷点B负荷+2420N和-2420N的载荷的条件。

将结果示于表4。

表4

从表3、表4可知，稳定器1～3、5、6具有足够的耐久次数。另一方面，稳定器4、7在早期就发生了弹减，没有满足必要的疲劳强度。

附图标记说明

1 电焊钢管

2 母材部

3 焊接部

4 焊道切割部

5 开口边缘

10 虚拟线

d 焊道切割部深度

10 中空稳定器

11 车辆

12 车身

10A 钢管

20 扭转部

21 弯曲部

22 臂部

30 支持部

31 连接构件

Claims (11)

1.一种中空稳定器用电焊钢管，其包含母材部和焊接部，

作为所述母材部的化学成分，以质量％计，含有：

C：0.30～0.38％、

Si：0.15～0.30％、

Mn：1.20～1.50％、

Al：0.020～0.060％、

Ti：0.020～0.050％、

B：0.0010～0.0050％、

Cr：0.10～0.25％、

Mo：0～0.20％、

Ca：0.0005～0.0050％、

Cu：0～0.25％、

Ni：0～0.25％、

V：0～0.05％、

N：0.0060％以下、

P：0.020％以下、

S：0.0100％以下、

O：0.0050％以下，

余量由Fe和杂质构成，

所述母材部的壁厚为2.0～6.0mm，所述电焊钢管的外径为10～40mm，

在所述电焊钢管的与管轴方向垂直的截面上，

在所述电焊钢管的内表面侧且包含所述焊接部的区域，存在凹形状的焊道切割部，并且，

在从所述焊道切割部的一个开口边缘以最短距离向另一个开口边缘划虚拟线时，从所述虚拟线到所述焊道切割部的底部的最大深度为300μm以下，

所述母材部所含的最大夹杂物直径为300μm以下，

所述电焊钢管的所述母材部中的所述内表面侧的表面粗糙度以最大谷深度Rv计为300μm以下，

包含所述焊接部的所述电焊钢管的最高硬度为300Hv以下。

2.根据权利要求1所述的中空稳定器用电焊钢管，

所述母材部的所述化学成分满足下式(1)：

Ca×(1-124×O)/(1.25×S)≥0.20   (1)。

3.根据权利要求1或2所述的中空稳定器用电焊钢管，

所述母材部的所述化学成分以质量％计含有选自以下之中的1种以上：

Cu：0.05～0.25％、

Ni：0.05～0.25％、

V：0.01～0.05％。

4.根据权利要求1或2所述的中空稳定器用电焊钢管，

所述母材部的金属组织由以面积率计为40％～60％的铁素体和60％～40％的珠光体构成。

5.根据权利要求3所述的中空稳定器用电焊钢管，

所述母材部的金属组织由以面积率计为40％～60％的铁素体和60％～40％的珠光体构成。

6.一种中空稳定器用电焊钢管的制造方法，是制造权利要求1～5中任一项所述的中空稳定器用电焊钢管的方法，

该制造方法进行将采用电阻焊接成形出的电焊钢管加热到800℃以上且1000℃以下之后放冷的热处理。

7.一种中空稳定器，包含母材部和焊接部，

作为所述母材部的化学成分，以质量％计，含有：

C：0.30～0.38％、

Si：0.15～0.30％、

Mn：1.20～1.50％、

Al：0.020～0.060％、

Ti：0.020～0.050％、

B：0.0010～0.0050％、

Cr：0.10～0.25％、

Mo：0～0.20％、

Ca：0.0005～0.0050％、

Cu：0～0.25％、

Ni：0～0.25％、

V：0～0.05％、

N：0.0060％以下、

P：0.020％以下、

S：0.0100％以下、

O：0.0050％以下，

余量由Fe和杂质构成，

所述母材部的壁厚为2.0～6.0mm，所述母材部的外径为10～40mm，

在与所述中空稳定器的中空部的中心轴方向垂直的截面上，

在所述中空部的内表面侧且包含所述焊接部的区域，存在凹部，并且，在从所述焊接部的内表面侧的一个端部以最短距离向另一个端部划虚拟线时，从所述虚拟线到所述凹部的底部的最大深度为300μm以下，

所述母材部所含的最大夹杂物直径为300μm以下，

所述母材部中的所述内表面侧的表面粗糙度以最大谷深度Rv计为300μm以下，

表面硬度为455Hv以上。

8.根据权利要求7所述的中空稳定器，

所述母材部的所述化学成分满足下式(2)：

Ca×(1-124×O)/(1.25×S)≥0.20   (2)。

9.根据权利要求7或8所述的中空稳定器，

所述母材部的所述化学成分以质量％计含有选自以下之中的1种以上：

Cu：0.05～0.25％、

Ni：0.05～0.25％、

V：0.01～0.05％。

10.一种中空稳定器的制造方法，是制造权利要求7～9中任一项所述的中空稳定器的方法，包括拉管工序、热处理工序、加工工序、淬火工序和回火工序，

所述拉管工序对权利要求1～5中任一项所述的中空稳定器用电焊钢管进行拉管，

所述热处理工序将所述拉管工序后的所述电焊钢管加热到800℃～1000℃，

所述加工工序将所述热处理工序后的所述电焊钢管加工成中空稳定器形状，

所述淬火工序将所述加工工序后的所述电焊钢管加热到900℃～1200℃，然后以30℃/秒以上的冷却速度冷却，

所述回火工序将所述淬火工序后的所述电焊钢管加热到200～400℃。

11.一种中空稳定器的制造方法，是制造权利要求7～9中任一项所述的中空稳定器的方法，包括加工工序、淬火工序和回火工序，

所述加工工序将权利要求1～5中任一项所述的中空稳定器用电焊钢管加工成中空稳定器形状，

所述淬火工序将所述加工工序后的所述电焊钢管加热到900℃～1200℃，然后以30℃/秒以上的冷却速度冷却，

所述回火工序将所述淬火工序后的所述电焊钢管加热到200～400℃。

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