JP3779811B2 - 加工性に優れた電縫鋼管とその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、優れた加工性が要求される自動車用、機械構造用電縫鋼管に関し、特定の成分からなる鋼と、特定の熱延条件および高周波電縫溶接条件により得られる加工性に優れた電縫鋼管とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
欧米において、自動車の軽量化と部品点数削減によるコストダウンを目的としてハイドロフォ−ム技術の実用化が行われている。日本においても次世代自動車生産技術の中核の一つとして積極的な取り組みが行われている。このような背景のもと電縫鋼管を素材とし、ハイドロフォ−ムにより成形した足廻り部品およびボディ−部品の適用が増加しつつある。ハイドロフォ−ム用の電縫鋼管は複雑な加工に耐え得る良好な延性を有することが重要である。
【０００３】
これまで同程度の強度でありながら延性を向上させる、すなわち強度−延性バランスの向上を目的とした研究開発が数多く行われてきた。過去において、飛躍的に強度−延性バランスを向上させたのは、フェライトとマルテンサイトの混合組織からなる、いわゆる二相鋼である。例えば、特開昭５１−１２３１７号公報に熱延後急冷することにより得られる二相鋼の技術、特公昭５７−４５４５４号公報には連続焼鈍により得られる技術がある。現在、二相鋼はその優れた特性を生かし、自動車用等の材料の軽量化用途として注目されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ハイドロフォ−ム用の電縫鋼管は複雑な加工に耐え得る良好な延性を有することが重要である。本発明は加工性に優れた電縫鋼管とその製造方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：１．０〜２．０％、Ｓ：０．０２％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ａｌ：０．０１〜０．１０％、Ｃｒ：１．５％以下、Ｔｉ：０．０２％以下、Ｎ：０．００５０％以下、または、上記成分に加えて、Ｃａ：０．０００２〜０．００２０％を含有し、残部が鉄および不可避不純物からなり加工性を有するフェライトと残部マルテンサイトおよびベイナイトからなる複合組織を有することを特徴とする加工性の優れた鋼から電縫鋼管であり、これらの電縫鋼管を製造する方法としては特定の熱延条件をとることにより解決しようとするものである。また、上記の鋼を高周波により電縫溶接し造管するに際し、溶接雰囲気を酸素濃度１００ｐｐｍ以下の不活性ガス雰囲気にして溶接する加工性に優れた電縫鋼管の製造方法でもある。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の加工性に優れた電縫鋼管とその製造方法について詳細に説明する。はじめに化学成分の限定理由について説明する。
Ｃは、Ｃを含むマルテンサイト相を生成することが本発明の基本となっており０．０２％以上必要である。しかし、Ｃが０．１５％を越えると電縫溶接部の最高硬さが母材と比較して高くなりすぎハイドロフォ−ムのような厳しい加工には好ましくない。したがって、Ｃの上限を０．１５％とした。
【０００７】
Ｓｉは脱酸剤として用いる場合には０．１％以下でよいがフェライトの延性をそれほど損なわずにフェライトを強化することからＳｉの下限を０．１％とした。しかし、Ｓｉが１．５％を越えると延性の劣化が大きくなる。したがって、Ｓｉの上限を１．５％とした。
【０００８】
Ｍｎはオ−ステナイトの安定性を高めかつオ−ステナイトの焼き入れ性を高めるが、その必要量は冷却速度により変化する。本発明における冷却速度でオ−ステナイトの安定を高め安定してマルテンサイトを得るためのＭｎは１．０％以上必要である。しかし、Ｍｎが２．０％を越えると電縫溶接部での焼き入れ性が高くなり硬さが母材と比較して高くなりすぎハイドロフォ−ムのような厳しい加工には好ましくない。したがって、Ｍｎの上限を２．０％とした。
【０００９】
ＳはＭｎＳを形成し、靱性およびプレス加工性を低下する元素である。特に高強度とした場合、靱性およびプレス加工性の劣化の影響が強く現れやすい。そのため可能なかぎり低くする必要がある。そのためＳは０．０２％以下にする。
Ｐは鋼の強化のために有効であるが、０．０３％を越えて過多に添加すれば電縫溶接性を阻害する。
【００１０】
Ａｌは脱酸剤として用いる場合には０．０１％以下ではその効果がないことからＡｌの下限を０．０１％とした。しかし、Ａｌが０．１％を越えるとアルミナ系介在物が増し加工性が劣化する。したがって、Ａｌの上限を０．１％とした。
Ｃｒは焼き入れ性を高めマルテンサイトの生成を容易にする元素であり、経済性の観点からその上限を１．５％とした。
【００１１】
Ｔｉは鋼中の固溶Ｎを固定し時効による伸びの劣化を防ぐためには有効な元素であることからその上限を０．０２％とした。
Ｃａを介在物の形態を調整し、冷間加工性を向上するのに有効であるが、多すぎると鋼中の介在物が増し逆に冷間加工性を劣化させることからＣａは０．０００２〜０．００２０％とした。
【００１２】
次に、鋼板の熱延条件の限定理由について説明する。
最初に冷延材の鋼板の熱延条件および冷延後の連続焼鈍条件の限定理由について説明する。
熱延材の熱延条件において、仕上温度をＡｒ3 変態点温度−５０℃〜Ａｒ3 変態点温度＋５０℃の温度範囲にした理由は、このような低温の圧延によりフェライトの析出核を増加し、続く６５０℃までの前段冷却により５０％以上のポリゴナル・フェライトとＣやその他の焼き入れ性を増す元素が濃化したオ−ステナイトを生成させるためである。仕上温度がＡｒ3 変態点温度＋５０℃を越えるとフェライト析出核の発生が減少し良好なポリゴナル・フェライトが得られない。逆に、α＋γ二相域の低温域で圧延を行うとフェライトの加工歪みが十分除去されず延性が劣化する。その限界がＡｒ3 変態点温度−５０℃である。Ｃ等が濃化した安定なオ−ステナイトを前段冷却中に得るにはフェライトの析出の進行中にも圧延を加えた方が好ましく、この意味から仕上温度はＡｒ3 変態点温度以下の方が好ましい。
【００１３】
次に仕上温度から６５０℃の温度範囲の前段での平均冷却速度１〜５０℃／ｓの意味するところであるが、その終了温度６５０℃はフェライトの析出終了温度でかつ熱延の冷却過程ではまだパ−ライトが生成しない温度である。前段冷却は低温圧延との組み合わせでポリゴナル・フェライトの析出を促進し、残ったオ−ステナイト中のＣやＭｎ等の濃化を計り安定化する機能を有する。そのためには冷却速度は遅い方が良く少なくとも平均冷却速度５０℃／ｓ以下でないといけない。しかし、あまり遅すぎると生産性が問題となり既存の設備では実質上実現不可能のため平均冷却速度を１℃／ｓ以上とした。
【００１４】
次に６５０℃から捲取温度の温度範囲の後段での平均冷却速度１０〜１００℃／ｓの意味するところであるが、成分濃化したオ−ステナイトからパ−ライトの生成を抑え２５０℃以下という低い捲取温度との組み合わせでマルテンサイト変態を起こす機能を有する。そのため、後段の平均冷却速度は１０℃／ｓ以上とする必要がる。ところが冷却速度があまり早すぎるとフェライト中に固溶Ｃが残存しフェライトの延性を劣化させる。従って、平均冷却速度の上限を１００℃／ｓとしなければならない。
【００１５】
捲取温度は２５０℃以下でないとパ−ライト変態等をおこし所定の特性が得られない。さらに前段での平均冷却速度は後段での平均冷却速度よりも小さくする必要がある。この理由は、連続冷却変態図でフェライトおよびパ−ライトの析出ノ−ズが圧延温度、前段後段冷却速度により複雑に変化し、条件を満たさない場合パ−ライトが生じるためと推察される。
【００１６】
次に電縫鋼管の造管工程について説明する。
上記に説明した鋼帯を高周波にて電縫溶接し素管を形成する。しかし、上記に説明した鋼板をＳｉおよびＭｎの添加量が高く、電縫溶接面の加熱溶融時に生成されたＦｅＯ系の酸化物が鋼中のＳｉ、Ｍｎなどにより還元されＳｉＯ2 、ＭｎＯなどの反応生成物が生成される。これらの反応生成物が電縫溶接部に微少な粒状酸化物として残存する。このような溶接欠陥を防ぐためには高周波電縫溶接での溶接雰囲気を不活性ガスによりシ−ルし、酸素濃度１００ｐｐｍ以下にすることが必須となる。このように上記に説明した鋼を電縫鋼管として造管する場合はシ−ル溶接することで電縫溶接部の優れた電縫鋼管の製造が可能となる。本発明のように特定の成分系と熱延、連続焼鈍条件およびシ−ル溶接のような特殊な電縫鋼管の製造法により高度で複雑な成形にも十分耐える加工性に優れた電縫鋼管が得られる。
【００１７】
【実施例】
表１に本発明鋼および比較鋼での化学成分を示す。表２に熱延材の熱延条件を示す。表３に本発明により製造された熱延材の電縫鋼管および比較で製造された電縫鋼管の管状での機械的特性を示す。表３から明らかのように、本発明により製造された電縫鋼管は、ＥＬ、均一伸びが非常に高く、電縫溶接部での溶接欠陥もない。一方、従来法で製造された電縫鋼管は、本発明により製造された電縫鋼管と比較してＥＬ、均一伸びが低く、電縫溶接部での溶接欠陥が認められる
【００１８】
【表１】
【表２】
【表３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明法により製造された熱延材の電縫鋼管は加工性を有するフェライトと残部マルテンサイトおよびベイナイトからなる複合組織を有することを特徴とする加工性に優れた電縫鋼管である。今後、ハイドロフォ−ムのような複雑な加工に耐え得る高い延性を有する電縫鋼管の要求がますます増える。従って、本発明により製造された電縫鋼管の効果は極めて大きいものである。
Claims (4)
- 質量％で、
Ｃ：０．０２〜０．１５％、
Ｓｉ：０．１〜１．５％、
Ｍｎ：１．０〜２．０％、
Ｓ：０．０２％以下、
Ｐ：０．０３％以下、
Ａｌ：０．０１〜０．１０％、
Ｃｒ：１．５％以下、
Ｔｉ：０．０１％以下、
Ｎ：０．００５０％以下、
を含有し、残部が鉄および不可避不純物からなり加工性を有するフェライトと残部マルテンサイトおよびベイナイトからなる複合組織を有することを特徴とする加工性に優れた電縫鋼管。 - 質量％で、
Ｃ：０．０２〜０．１５％、
Ｓｉ：０．１〜１．５％、
Ｍｎ：１．０〜２．０％、
Ｓ：０．０２％以下、
Ｐ：０．０３％以下、
Ａｌ：０．０１〜０．１０％、
Ｃｒ：１．５％以下、
Ｔｉ：０．０１％以下、
Ｎ：０．００５０％以下、
Ｃａ：０．０００２〜０．００２０％、
を含有し、残部が鉄および不可避不純物からなり加工性を有するフェライトと残部マルテンサイトおよびベイナイトからなる複合組織を有することを特徴とする加工性に優れた電縫鋼管。 - 質量％で、
Ｃ：０．０２〜０．１５％、
Ｓｉ：０．１〜１．５％、
Ｍｎ：１．０〜２．０％、
Ｓ：０．０２％以下、
Ｐ：０．０３％以下、
Ａｌ：０．０１〜０．１０％、
Ｃｒ：１．５％以下、
Ｔｉ：０．０１％以下、
Ｎ：０．００５０％以下、
を含有し、残部が鉄および不可避不純物からなり加工性を有するフェライトと残部マルテンサイトおよびベイナイトからなる複合組織を有する鋼を熱延するに際して、仕上温度をＡｒ 3 変態点温度−５０℃〜Ａｒ 3 変態点温度＋５０℃とし、２５０℃以下の温度域で捲取り、その際仕上温度から６５０℃の温度範囲の前段と６５０℃から捲取温度の温度範囲の後段に分け前段での平均冷却速度を１〜５０℃／ｓ、後段での平均冷却速度を１０〜１００℃／ｓで、かつ前段の平均冷却速度が後段の平均冷却速度よりも小さくした鋼板を高周波により電縫溶接し造管するに際し、溶接雰囲気を酸素濃度１００ｐｐｍ以下の不活性ガス雰囲気にし溶接することを特徴とする加工性に優れた電縫鋼管の製造方法。 - 質量％で、
Ｃ：０．０２〜０．１５％、
Ｓｉ：０．１〜１．５％、
Ｍｎ：１．０〜２．０％、
Ｓ：０．０２％以下、
Ｐ：０．０３％以下、
Ａｌ：０．０１〜０．１０％、
Ｃｒ：１．５％以下、
Ｔｉ：０．０１％以下、
Ｎ：０．００５０％以下、
Ｃａ：０．０００２〜０．００２０％、
を含有し、残部が鉄および不可避不純物からなり加工性を有するフェライトと残部マルテンサイトおよびベイナイトからなる複合組織を有する鋼を熱延するに際して、仕上温度をＡｒ 3 変態点温度−５０℃〜Ａｒ 3 変態点温度＋５０℃とし、２５０℃以下の温度域で捲取り、その際仕上温度から６５０℃の温度範囲の前段と６５０℃から捲取温度の温度範囲の後段に分け前段での平均冷却速度を１〜５０℃／ｓ、後段での平均冷却速度を１０〜１００℃／ｓで、かつ前段の平均冷却速度が後段の平均冷却速度よりも小さくした鋼板を高周波により電縫溶接し造管するに際し、溶接雰囲気を酸素濃度１００ｐｐｍ以下の不活性ガス雰囲気にし溶接することを特徴とする加工性に優れた電縫鋼管の製造方法。
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