JP2009108361A - 加工性と強度に優れた電縫鋼管の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【要 約】
【課 題】 加工性と強度に優れ、ハイドロフォーミングに好適な電縫鋼管の製造方法を提供する。
【解決手段】 Ｃ：0.05〜0.20質量％，Si：0.5〜2.0質量％，Mn：1.0〜3.0質量％，Ｐ：0.1質量％以下，Ｓ：0.01質量％以下を含有し残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有し、フェライト相とマルテンサイト相との２相組織を主体とし残部が残留オーステナイト相からなる組織を有し、マルテンサイト相の体積分率が30〜80％であり、フェライト相の平均粒径が３μｍ以下，マルテンサイト相の平均粒径が５μｍ以下である鋼帯を用いて電縫鋼管を製造し、その電縫鋼管に450〜600℃で過時効熱処理を施す。
【選択図】 無
【課 題】 加工性と強度に優れ、ハイドロフォーミングに好適な電縫鋼管の製造方法を提供する。
【解決手段】 Ｃ：0.05〜0.20質量％，Si：0.5〜2.0質量％，Mn：1.0〜3.0質量％，Ｐ：0.1質量％以下，Ｓ：0.01質量％以下を含有し残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有し、フェライト相とマルテンサイト相との２相組織を主体とし残部が残留オーステナイト相からなる組織を有し、マルテンサイト相の体積分率が30〜80％であり、フェライト相の平均粒径が３μｍ以下，マルテンサイト相の平均粒径が５μｍ以下である鋼帯を用いて電縫鋼管を製造し、その電縫鋼管に450〜600℃で過時効熱処理を施す。
【選択図】 無
Description
本発明は、優れた加工性と強度を有する電縫鋼管の製造方法に関するものであり、特に電縫鋼管を割り型に挿入して管内に内圧をかけながら管軸方向に押込むことによって所定の形状に成形する加工技術（いわゆるハイドロフォーミング）に適した加工性と強度を兼ね備えた電縫鋼管の製造方法に関するものである。
近年、地球の温暖化が社会問題となっており、様々な分野でＣＯ2の排出量を削減する取組みがなされている。たとえば自動車では、燃料消費量を削減するために、車体の軽量化が進められている。自動車のドア補強材として使用される電縫鋼管は、車体の軽量化を達成するために、強度を高めて薄肉化を図る必要がある。一方で、ドア補強材はハイドロフォーミングによって所定の形状に成形されるので、ドア補強材として使用される電縫鋼管には優れた加工性が求められる。
そこで、加工性と強度を兼ね備えた電縫鋼管を製造する技術が種々検討されている（たとえば特許文献１，２参照）。ところが自動車のドア補強材の形状は複雑化する傾向にあり、ハイドロフォーミングによって過酷な加工が電縫鋼管に加えられている。その結果、従来の電縫鋼管では、ハイドロフォーミング中に破壊する（いわゆるバースト）という問題が生じる。
しかも、ドア補強材の形状はさらに複雑になることが予想され、ハイドロフォーミングに好適な、加工性と強度を高いレベルで両立させた電縫鋼管が求められている。
特開2006-89804号公報
特開平7-278730号公報
本発明は、加工性と強度に優れ、ハイドロフォーミングに好適な電縫鋼管の製造方法を提供することを目的とする。
発明者は、ハイドロフォーミングにおけるバーストが電縫溶接熱影響部で発生することに着目し、電縫鋼管の母材と電縫溶接熱影響部を均質化してバーストを抑制する技術を検討した。その結果、
(a)所定の組成と組織を有する鋼帯を用いて電縫鋼管を製造し、その電縫鋼管に過時効熱処理を施すことによって、母材と電縫溶接熱影響部の特性の差を減少できる、
(b)電縫鋼管を製造する際に、電縫溶接によって電縫溶接熱影響部が高温に曝される時間を短縮することによって、母材と電縫溶接熱影響部の特性の差を減少できる、
(c)得られた電縫鋼管では、母材と電縫溶接熱影響部の硬度の差が減少し、均質化が達成できる
という知見を得た。本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。
(a)所定の組成と組織を有する鋼帯を用いて電縫鋼管を製造し、その電縫鋼管に過時効熱処理を施すことによって、母材と電縫溶接熱影響部の特性の差を減少できる、
(b)電縫鋼管を製造する際に、電縫溶接によって電縫溶接熱影響部が高温に曝される時間を短縮することによって、母材と電縫溶接熱影響部の特性の差を減少できる、
(c)得られた電縫鋼管では、母材と電縫溶接熱影響部の硬度の差が減少し、均質化が達成できる
という知見を得た。本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。
すなわち本発明は、Ｃ：0.05〜0.20質量％，Si：0.5〜2.0質量％，Mn：1.0〜3.0質量％，Ｐ：0.1質量％以下，Ｓ：0.01質量％以下を含有し残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有し、フェライト相とマルテンサイト相との２相組織を主体とし残部が残留オーステナイト相からなる組織を有し、マルテンサイト相の体積分率が30〜80％であり、フェライト相の平均粒径が３μｍ以下，マルテンサイト相の平均粒径が５μｍ以下である鋼帯を用いて電縫鋼管を製造し、その電縫鋼管に450〜600℃で過時効熱処理を施す加工性と強度に優れた電縫鋼管の製造方法である。
また本発明は、Ｃ：0.05〜0.20質量％，Si：0.5〜2.0質量％，Mn：1.0〜3.0質量％，Ｐ：0.1質量％以下，Ｓ：0.01質量％以下を含有し残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有し、フェライト相とマルテンサイト相からなる組織を有し、マルテンサイト相の体積分率が30〜80％であり、フェライト相の平均粒径が３μｍ以下，マルテンサイト相の平均粒径が５μｍ以下である鋼帯を用いて電縫鋼管を製造し、その電縫鋼管に450〜600℃で過時効熱処理を施す加工性と強度に優れた電縫鋼管の製造方法である。
本発明の電縫鋼管の製造方法においては、鋼帯を用いて電縫鋼管を製造するにあたって、電縫溶接によって昇温される部位が450〜750℃の温度範囲に保持される時間を１秒以下とすることが好ましい。
本発明によれば、加工性と強度に優れ、ハイドロフォーミングに好適な電縫鋼管を製造できる。
まず、本発明の電縫鋼管の素材となる鋼帯について説明する。
鋼帯の組成は以下の通りである。
Ｃ：0.05〜0.20質量％
Ｃは、電縫鋼管の強度を向上させるとともに、優れた加工性を得るために必要な残留オーステナイト相を生成させる作用を有する。Ｃ含有量が0.05質量％未満では、これらの効果が得られない。一方、0.20質量％を超えると、電縫鋼管の強度が過剰に上昇し、加工性が劣化する。したがって、Ｃは0.05〜0.20質量％の範囲内を満足する必要がある。
鋼帯の組成は以下の通りである。
Ｃ：0.05〜0.20質量％
Ｃは、電縫鋼管の強度を向上させるとともに、優れた加工性を得るために必要な残留オーステナイト相を生成させる作用を有する。Ｃ含有量が0.05質量％未満では、これらの効果が得られない。一方、0.20質量％を超えると、電縫鋼管の強度が過剰に上昇し、加工性が劣化する。したがって、Ｃは0.05〜0.20質量％の範囲内を満足する必要がある。
Si：0.5〜2.0質量％
Siは、固溶強化によって電縫鋼管の引張強度と伸びのバランスを改善するとともに、フェライト変態を促進してフェライト相を生成させ、かつ残留オーステナイト相にＣを濃化する作用を有する。残留オーステナイト相はＣの濃化によって安定する。Si含有量が0.5質量％未満では、これらの効果が得られない。一方、2.0質量％を超えると、鋼帯の製造過程の熱間圧延にてスケールが発生しやすくなり、電縫鋼管の表面性状が劣化する。したがって、Siは0.5〜2.0質量％の範囲内を満足する必要がある。
Siは、固溶強化によって電縫鋼管の引張強度と伸びのバランスを改善するとともに、フェライト変態を促進してフェライト相を生成させ、かつ残留オーステナイト相にＣを濃化する作用を有する。残留オーステナイト相はＣの濃化によって安定する。Si含有量が0.5質量％未満では、これらの効果が得られない。一方、2.0質量％を超えると、鋼帯の製造過程の熱間圧延にてスケールが発生しやすくなり、電縫鋼管の表面性状が劣化する。したがって、Siは0.5〜2.0質量％の範囲内を満足する必要がある。
Mn：1.0〜3.0質量％
Mnは、電縫鋼管の焼入れ性を改善し、残留オーステナイト相を安定化する作用を有する。Mn含有量が1.0質量％未満では、これらの効果が得られない。一方、3.0質量％を超えると、電縫鋼管の強度が過剰に上昇し、加工性が劣化する。したがって、Mnは1.0〜3.0質量％の範囲内を満足する必要がある。
Mnは、電縫鋼管の焼入れ性を改善し、残留オーステナイト相を安定化する作用を有する。Mn含有量が1.0質量％未満では、これらの効果が得られない。一方、3.0質量％を超えると、電縫鋼管の強度が過剰に上昇し、加工性が劣化する。したがって、Mnは1.0〜3.0質量％の範囲内を満足する必要がある。
Ｐ：0.1質量％以下
Ｐは、フェライト変態を促進してフェライト相を生成させる作用を有する。しかし、Ｐ含有量が0.1質量％を超えると、電縫鋼管の延性が低下し、加工性が劣化する。したがって、Ｐは0.1質量％以下とする。
Ｓ：0.01質量％以下
Ｓは、他の元素と結合して硫化物を生成する。Ｓ含有量が0.01質量％を超えると、その硫化物は電縫鋼管の組織中で凝集し、介在物となって電縫鋼管の強度を低下させる原因になる。したがって、Ｓは0.01質量％以下とする。
Ｐは、フェライト変態を促進してフェライト相を生成させる作用を有する。しかし、Ｐ含有量が0.1質量％を超えると、電縫鋼管の延性が低下し、加工性が劣化する。したがって、Ｐは0.1質量％以下とする。
Ｓ：0.01質量％以下
Ｓは、他の元素と結合して硫化物を生成する。Ｓ含有量が0.01質量％を超えると、その硫化物は電縫鋼管の組織中で凝集し、介在物となって電縫鋼管の強度を低下させる原因になる。したがって、Ｓは0.01質量％以下とする。
上記で説明した以外の成分は、Feおよび不可避的不純物である。
鋼帯の組織は以下の通りである。
鋼帯は、フェライト相とマルテンサイト相との２相組織を主体とし、残部は残留オーステナイト相である。つまり鋼帯は３相からなる組織（すなわちフェライト相，マルテンサイト相，残留オーステナイト相）を有する。あるいは、残留オーステナイトが存在せず、フェライト相とマルテンサイト相との２相組織であっても良い。
鋼帯の組織は以下の通りである。
鋼帯は、フェライト相とマルテンサイト相との２相組織を主体とし、残部は残留オーステナイト相である。つまり鋼帯は３相からなる組織（すなわちフェライト相，マルテンサイト相，残留オーステナイト相）を有する。あるいは、残留オーステナイトが存在せず、フェライト相とマルテンサイト相との２相組織であっても良い。
マルテンサイト相の体積分率が30％未満では、伸び特性が優れ、ハイドロフォーミング性が優れるものの、高強度の確保が難しくなる。一方、80％を超えると、伸び特性が劣り、ハイドロフォーミング性が低下する。したがって、フェライト相の体積分率は30〜80％の範囲内を満足する必要がある。
本発明では、フェライト相とマルテンサイト相の結晶粒径を微細化することが重要であり、フェライト相の平均粒径が３μｍ以下，マルテンサイト相の平均粒径が５μｍ以下でハイドロフォーミング性が向上する。
本発明では、フェライト相とマルテンサイト相の結晶粒径を微細化することが重要であり、フェライト相の平均粒径が３μｍ以下，マルテンサイト相の平均粒径が５μｍ以下でハイドロフォーミング性が向上する。
以上に説明した組成と組織を有する鋼帯を用いて電縫鋼管を製造する。
次に、本発明の電縫鋼管の製造方法について説明する。
上記した鋼帯を電縫鋼管の製造ラインに供給して、電縫鋼管を製造する。電縫鋼管の製造ラインの操業条件は特に限定しない。ただし電縫溶接によって電縫溶接部の近傍が加熱され、450〜750℃に保持される時間（以下、溶接熱影響時間という）が１秒を超えると、電縫溶接熱影響部の強度が著しく低下する。したがって、溶接熱影響時間は１秒以下が好ましい。この溶接熱影響時間の調整は、電縫溶接の出側で冷却水あるいは冷却ガスを吹き付けて行なうことが好ましい。
次に、本発明の電縫鋼管の製造方法について説明する。
上記した鋼帯を電縫鋼管の製造ラインに供給して、電縫鋼管を製造する。電縫鋼管の製造ラインの操業条件は特に限定しない。ただし電縫溶接によって電縫溶接部の近傍が加熱され、450〜750℃に保持される時間（以下、溶接熱影響時間という）が１秒を超えると、電縫溶接熱影響部の強度が著しく低下する。したがって、溶接熱影響時間は１秒以下が好ましい。この溶接熱影響時間の調整は、電縫溶接の出側で冷却水あるいは冷却ガスを吹き付けて行なうことが好ましい。
このようして製造した電縫鋼管に過時効熱処理を施す。つまり電縫鋼管を製造した後で電縫溶接熱影響部と母材とに同時に過時効熱処理を施すことによって、母材と電縫溶接熱影響部とを均質化するとともに、電縫鋼管の強度と伸びのバランスを改善する。
過時効熱処理の温度（以下、時効温度という）が450℃未満では、均質化の効果が得られない。一方、600℃を超えると、電縫鋼管の強度が低下する。したがって、時効温度は450〜600℃の範囲内を満足する必要がある。
過時効熱処理の温度（以下、時効温度という）が450℃未満では、均質化の効果が得られない。一方、600℃を超えると、電縫鋼管の強度が低下する。したがって、時効温度は450〜600℃の範囲内を満足する必要がある。
また過時効熱処理にて、電縫鋼管が時効温度に保持される時間（以下、時効時間という）が５秒未満では、均質化の効果が得られない。一方、240秒を超えると、電縫鋼管の強度が低下する。したがって、時効時間は５〜240秒の範囲内が好ましい。
以上に説明した方法で、優れた加工性と強度を有する電縫鋼管を製造できる。
このようにして得られる電縫鋼管の母材の成分は、上記した鋼帯の成分と同じであるから説明を省略する。
以上に説明した方法で、優れた加工性と強度を有する電縫鋼管を製造できる。
このようにして得られる電縫鋼管の母材の成分は、上記した鋼帯の成分と同じであるから説明を省略する。
電縫鋼管の母材の組織は、上記した鋼帯と同様に、フェライト相，マルテンサイト相，残留オーステナイト相からなる３相組織である。ただし、マルテンサイト相の体積分率，フェライト相の平均粒径，マルテンサイト相の平均粒径は、過時効熱処理によって変化するので、素材として用いた鋼帯とは異なる。
その過時効熱処理によって、母材の硬度と電縫溶接熱影響部の硬度の差は30Hv以下となる。つまり母材と電縫溶接熱影響部を均質化し、バーストを抑制できる。また、母材の引張強度は690MPa以上となる。母材の引張強度（MPa）と伸び（％）の積は15000以上となり、加工性と強度を高いレベルで両立できる。
その過時効熱処理によって、母材の硬度と電縫溶接熱影響部の硬度の差は30Hv以下となる。つまり母材と電縫溶接熱影響部を均質化し、バーストを抑制できる。また、母材の引張強度は690MPa以上となる。母材の引張強度（MPa）と伸び（％）の積は15000以上となり、加工性と強度を高いレベルで両立できる。
Ｃ：0.12質量％，Si：1.40質量％，Mn：1.90質量％，Ｐ：0.01質量％，Ｓ：0.001質量％を含有し残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼帯を用いて電縫鋼管を製造した。鋼帯の組織はフェライト相，マルテンサイト相，残留オーステナイト相からなる３相組織、あるいはフェライト相，マルテンサイト相からなる２相組織であり、マルテンサイト相の体積分率は45％，フェライト相の平均粒径は２μｍ，マルテンサイト相の平均粒径は４μｍであった。また、電縫鋼管製造時のミルスピードは80ｍ／分とし、電縫溶接の出側で冷却水を吹き付けて強制冷却し、溶接熱影響時間を0.5秒とした。得られた電縫鋼管に過時効熱処理を施した後、電縫鋼管から引張試験片（ＪＩＳ規格Z2201に準拠したＡ１号試験片）を採取し、引張試験を行なった。これを発明例とする。
発明例１，２は３相組織の鋼帯を使用した例であり、発明例３は２相組織の鋼帯を使用した例である。発明例１〜３の引張強度（MPa）と伸び（％）は表１に示す通りである。また引張強度と伸びの積をTS×ELとして表１に併せて示す。なお、過時効熱処理の時効温度と時効時間は表１に示す通りである。
一方、比較例として、発明例１と同様に製造した電縫鋼管に過時効熱処理を施さず、引張試験片を採取し、引張試験を行なった。比較例の引張強度（MPa）と伸び（％）は表１に示す通りである。また引張強度と伸びの積をTS×ELとして表１に併せて示す。
なお発明例１〜３と比較例の引張試験片は、いずれも電縫溶接部が引張試験片の長手方向の中心線に一致するように採取した。
なお発明例１〜３と比較例の引張試験片は、いずれも電縫溶接部が引張試験片の長手方向の中心線に一致するように採取した。
表１から明らかなように、発明例１〜３は、引張強度は690MPa以上であり、TS×EL値は15000以上であった。これに対して比較例は、引張強度が発明例より高いにも関わらず伸びが大幅に低いので、TS×EL値が最も小さかった。この表１に示した電縫鋼管の特性は、比較例の加工性が発明例１〜３より劣ることを意味している。
次に、発明例１〜３および比較例の電縫鋼管のビッカース硬度（Hv）を測定した。硬度の測定は、それぞれ母材と電縫溶接熱影響部にて10点ずつ荷重4.9Ｎ（＝500gf）で行ない、各々の平均値を母材の硬度ＨM ，電縫溶接熱影響部の硬度ＨHとした。そして、母材と電縫溶接熱影響部の硬度差ΔＨ（＝ＨM−ＨH）を算出した。
次に、発明例１〜３および比較例の電縫鋼管のビッカース硬度（Hv）を測定した。硬度の測定は、それぞれ母材と電縫溶接熱影響部にて10点ずつ荷重4.9Ｎ（＝500gf）で行ない、各々の平均値を母材の硬度ＨM ，電縫溶接熱影響部の硬度ＨHとした。そして、母材と電縫溶接熱影響部の硬度差ΔＨ（＝ＨM−ＨH）を算出した。
その結果、発明例１のΔＨは24Hv，発明例２のΔＨは26Hv，発明例３のΔＨは27Hvであった。これに対して比較例のΔＨは70Hvであった。つまり発明例１〜３の電縫鋼管ではΔＨが30Hv以下であり、母材と電縫溶接熱影響部の均質化が達成されたことが分かる。
つまり本発明を適用して製造した電縫鋼管は、引張強度と伸びのバランスが改善されて優れた加工性と強度を兼ね備えており、ハイドロフォーミングに好適であることが確かめられた。しかも母材と電縫溶接熱影響部が均質化されているので、ハイドロフォーミングによるバーストを抑制できる。
つまり本発明を適用して製造した電縫鋼管は、引張強度と伸びのバランスが改善されて優れた加工性と強度を兼ね備えており、ハイドロフォーミングに好適であることが確かめられた。しかも母材と電縫溶接熱影響部が均質化されているので、ハイドロフォーミングによるバーストを抑制できる。
Claims (3)
- Ｃ：0.05〜0.20質量％、Si：0.5〜2.0質量％、Mn：1.0〜3.0質量％、Ｐ：0.1質量％以下、Ｓ：0.01質量％以下を含有し残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有し、フェライト相とマルテンサイト相との２相組織を主体とし残部が残留オーステナイト相からなる組織を有し、前記マルテンサイト相の体積分率が30〜80％であり、前記フェライト相の平均粒径が３μｍ以下、前記マルテンサイト相の平均粒径が５μｍ以下である鋼帯を用いて電縫鋼管を製造し、前記電縫鋼管に450〜600℃で過時効熱処理を施すことを特徴とする加工性と強度に優れた電縫鋼管の製造方法。
- Ｃ：0.05〜0.20質量％、Si：0.5〜2.0質量％、Mn：1.0〜3.0質量％、Ｐ：0.1質量％以下、Ｓ：0.01質量％以下を含有し残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有し、フェライト相とマルテンサイト相からなる組織を有し、前記マルテンサイト相の体積分率が30〜80％であり、前記フェライト相の平均粒径が３μｍ以下、前記マルテンサイト相の平均粒径が５μｍ以下である鋼帯を用いて電縫鋼管を製造し、前記電縫鋼管に450〜600℃で過時効熱処理を施すことを特徴とする加工性と強度に優れた電縫鋼管の製造方法。
- 前記鋼帯を用いて前記電縫鋼管を製造するにあたって、電縫溶接によって昇温される部位が450〜750℃の温度範囲に保持される時間を１秒以下とすることを特徴とする請求項１または２に記載の加工性と強度に優れた電縫鋼管の製造方法。
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| JP (1) | JP5211641B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011194469A (ja) * | 2010-02-23 | 2011-10-06 | Jfe Steel Corp | 高強度電縫鋼管の口絞り縮径加工方法および加工部品 |
| JP2013060652A (ja) * | 2011-08-25 | 2013-04-04 | Jfe Steel Corp | 車両補強用中空部材 |
-
2007
- 2007-10-29 JP JP2007280581A patent/JP5211641B2/ja active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011194469A (ja) * | 2010-02-23 | 2011-10-06 | Jfe Steel Corp | 高強度電縫鋼管の口絞り縮径加工方法および加工部品 |
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| Publication number | Publication date |
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| JP5211641B2 (ja) | 2013-06-12 |
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