JP4466619B2 - 自動車構造部材用高張力溶接鋼管およびその製造方法 - Google Patents
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Description
一方、特許文献2に記載された技術で製造された電縫鋼管は、伸びElが高々18%であり、曲げ加工により成形されるスタビライザー用としては好適であるが、プレス成形あるいはハイドロフォーム成形を伴う部材用としては、延性が不足し、プレス成形あるいはハイドロフォーム成形を伴うトーションビーム、アクスルビーム等の自動車構造部材用としては不適であるという問題があった。また、特許文献2に記載された技術では、ノルマ処理および焼入れ処理を必要とし、工程が複雑であり、寸法精度、経済性という観点からも問題を残していた。
また、本発明でいう「優れた成形性」とは、JIS Z 2201の規定に準拠したJIS 12号試験片を用い、JIS Z 2241の規定に準拠して行った引張試験での伸びElが15%以上(JIS 11号試験片では22%以上)を示す場合をいうものとする。
(1)質量%で、C:0.03〜0.24%、Si:0.002〜0.95%、Mn:1.01〜1.99%、Al:0.01〜0.08%を含み、さらに、Ti:0.041〜0.150%、Nb:0.017〜0.150%を、Ti+Nb:0.08%以上を満足するように含有し、不純物であるP、S、N、Oを、P:0.019%以下、S:0.020%以下、N:0.010%以下、O:0.005%以下に調整して含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、さらに、円周方向断面の平均結晶粒径が2〜8μmであるフェライト相と、該フェライト相以外の第二相とからなり、該フェライト相の組織分率が60体積%以上で、該フェライト相中に平均粒径2〜40nmの(Nb、Ti)複合炭化物が析出してなる組織と、を有し、降伏強さが660MPa超であることを特徴とする、低温靭性、成形性と、断面成形加工−応力除去焼鈍後の耐ねじり疲労特性に優れた自動車構造部材用高張力溶接鋼管。
(4)鋼管素材に、電縫造管工程を施して溶接鋼管とするに当り、前記鋼管素材が、質量%で、C:0.03〜0.24%、Si:0.002〜0.95%、Mn:1.01〜1.99%、Al:0.01〜0.08%を含み、さらに、Ti:0.041〜0.150%、Nb:0.017〜0.150%を、Ti+Nb:0.08%以上を満足するように含有し、不純物であるP、S、N、Oを、P:0.019%以下、S:0.020%以下、N:0.010%以下、O:0.005%以下に調整して含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材に、1160〜1320℃に加熱し、980〜760℃の範囲の温度で仕上圧延を終了する熱間圧延と、該熱間圧延終了後、750〜650℃の温度範囲で2s以上の徐冷を行なう徐冷処理とを施し、660〜510℃の巻取温度で巻取る熱延工程を施して得られた熱延鋼帯であり、
前記電縫造管工程が、次(1)式
幅絞り=[(鋼管素材の幅)−π{(製品外径)−(製品肉厚)}]/π{(製品外径)−(製品肉厚)}×(100%)………(1)
で定義される幅絞り率を10%以下として、前記鋼管素材を連続的にロール成形し電縫溶接して溶接鋼管とする造管工程であることを特徴とする、660MPa超の降伏強さを有し、低温靭性、成形性と断面成形加工−応力除去焼鈍処理後の耐ねじり疲労特性に優れた自動車構造部材用高張力溶接鋼管の製造方法。
C:0.03〜0.24%
Cは、鋼の強度を増加させる元素であり、鋼管強度を確保するうえで必須の元素である。また、Cは、応力除去焼鈍時に拡散し、電縫造管工程及び断面成形加工時等に導入された転位との相互作用により転位の移動を妨げ、初期疲労亀裂の発生を抑制し、耐ねじり疲労特性を向上させる元素である。このような効果は、0.03%以上の含有で顕著となる。一方、0.24%を超えて含有すると、鋼管組織をフェライト相が60体積%以上のフェライト相主体の組織とすることができず、所望の伸び値を確保することができなくなり、鋼管の成形性が低下するとともに、低温靭性も低下する。このため、Cは0.03〜0.24%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.05〜0.14%である。
Siは、熱延工程における、フェライト変態を促進する元素であり、本発明では、所望の組織と優れた成形性を確保するために、0.002%以上の含有を必要とする。一方、0.95%を超える含有は、断面成形加工後の応力除去焼鈍時の残留応力低下率が低下し、耐ねじり疲労特性が低下するとともに、さらに表面性状や、電縫溶接性が低下する。このため、Siは0.002〜0.95%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.21〜0.50%である。
Mnは、鋼の強度増加に寄与するとともに、Cと転位の相互作用に影響を及ぼし、転位の移動を妨げるとともに、断面成形加工後の応力除去焼鈍時の強度低下を抑制し、初期疲労亀裂の発生を抑制して耐ねじり疲労特性を向上させる効果を増大させる働きを有する元素である。このような効果を得るためには1.01%以上の含有を必要とする。一方、1.99%を超える含有は、フェライト変態が抑制され、所望の組織と優れた成形性が確保できなくなる。このため、Mnは1.01〜1.99%の範囲に限定した。なお、好ましくは1.40〜1.85%である。
Alは、製鋼時の脱酸剤として作用するとともに、Nと結合し熱間圧延工程でのオーステナイト粒の成長を抑制し、結晶粒を微細する作用を有する元素であり、所望の粒径(2〜8μm)を有するフェライト相を得るためには、0.01%以上の含有を必要する。0.01%未満の含有ではフェライト相が粗大化する。一方、0.08%を超えて含有しても、効果が飽和するとともに、酸化物系介在物の増加することにより、耐疲労特性が低下する。このため、Alは0.01〜0.08%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.02〜0.06%である。
Tiは、鋼中ではNと結合してTiNを形成し、固溶Nを低減させ、鋼管の成形性確保に寄与するとともに、Nと結合した以外の余剰TiがNbとともに(Nb,Ti)複合炭化物として析出し、熱間圧延工程での回復・再結晶の粒成長を抑制し、フェライト相を所望の粒径(2〜8μm)とする作用を有する元素である。さらに、TiはNbと複合して断面成形加工後の応力除去焼鈍時の強度低下を抑制し、耐ねじり疲労特性を向上させる作用も有する。このような効果を得るためには、0.041%以上の含有を必要とする。一方、0.150%を超える含有は、析出炭化物による強度上昇、延性低下、低温靭性低下が顕著となる。このためTiは0.041〜0.150%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.050〜0.070%である。
Nbは、鋼中ではCと結合し、Tiとともに(Nb,Ti)複合炭化物として析出し、熱間圧延工程での回復・再結晶の粒成長を抑制し、フェライト相を所望の粒径(2〜8μm)とする作用がある。さらに、NbはTiと複合して断面成形加工後の応力除去焼鈍時の強度低下を抑制し、耐ねじり疲労特性を向上させる。このような効果を得るためには、0.017%以上の含有を必要とする。一方、0.150%を超える含有は、析出炭化物による強度上昇、延性低下が顕著となる。このため、Nbは0.017〜0.150%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.031〜0.049%である。
本発明では、上記した範囲内のTiおよびNbを、Ti+Nbが0.08%以上を満足するように含有する。Ti、Nbの合計量が0.08%未満では、降伏強さを660MPa超とし、所望の応力除去焼鈍後の耐ねじり疲労特性を確保することができなくなる。なお、優れた延性を確保するという観点からTi+Nbは0.12%以下とすることが好ましい。
P:0.019%以下
Pは、Mnとの凝固共偏析を介し、断面成形加工−応力除去焼鈍後の低温靭性を低下させるとともに、電縫溶接性を低下させる悪影響を有する元素であり、できるだけ低減することが好ましい。0.019%を超えて含有すると、上記した悪影響が顕著となるため、Pは0.019%以下に限定した。
Sは、鋼中ではMnS等の介在物として存在し、鋼の電縫溶接性、耐ねじり疲労特性、成形性、低温靭性を低下させる悪影響を有する元素であり、できるだけ低減することが好ましい。0.020%を超えて含有すると、上記した悪影響が顕著となるため、Sは0.020%を上限とした。なお、好ましくは0.002%以下である。
Nは、鋼中に固溶Nとして残存すると、鋼管の成形性、低温靭性を低下させる悪影響を有する元素であり、本発明ではできるだけ低減することが好ましい。0.010%を超えて含有すると、この悪影響が顕著となるため、Nは0.010%を上限とする。なお、好ましくは0.0049%以下である。
Oは、鋼中では酸化物系介在物として存在し、鋼の耐疲労特性、低温靭性を低下させる悪影響を有する元素であり、本発明ではできるだけ低減することが好ましい。0.005%を超えて含有すると、この悪影響が顕著となるため、Oは0.005%を上限とした。なお、好ましくは0.003%以下である。
V、W、Cr、B、Cu、Niはいずれも、Mnの、断面成形加工後の応力除去焼鈍後の強度低下を抑制し、初期疲労亀裂の発生を抑制し、耐ねじり疲労特性を向上させる効果を補完する働きがある元素であり、必要に応じて選択して1種または2種以上含有できる。
Vは、上記した作用に加えてさらに、Cと結合して炭化物として析出し、Nbの、熱間圧延工程での回復・再結晶の粒成長を抑制し、フェライト相を所望の粒径とする作用や断面成形加工−応力除去焼鈍時の強度低下を抑制し耐ねじり疲労特性を向上させる作用を、補完する働きを有する。このような効果を得るためには、0.001%以上含有することが望ましいが、0.150%を超える含有は、成形性を低下させる。このため、Vは含有する場合には、0.001〜0.150%の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.04%以下である。
Wは、Vと同様に、上記した作用に加えてさらに、Cと結合して炭化物として析出し、Nbの、熱間圧延工程での回復・再結晶の粒成長を抑制し、フェライト相を所望の粒径とする作用や断面成形加工−応力除去焼鈍時の強度低下を抑制し耐ねじり疲労特性を向上させる作用を、補完する働きを有する。このような効果を得るためには、0.001%以上含有することが望ましいが、0.150%を超える含有は、成形性、低温靭性を低下させる。このため、Wは0.001〜0.150%の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.04%以下である。
Crは、上記したように、Mnの、断面成形加工後の応力除去焼鈍後の強度低下を抑制し、初期疲労亀裂の発生を抑制し、耐ねじり疲労特性を向上させる効果を補完する働きを有する。このような効果を得るためには、0.001%以上含有することが望ましいが、0.45%を超える含有は、成形性を低下させる。このため、Crは含有する場合には、0.001〜0.45%の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.29%以下である。
Bは、Crと同様に、Mnの、断面成形加工後の応力除去焼鈍後の強度低下を抑制し、初期疲労亀裂の発生を抑制し、耐ねじり疲労特性を向上させる効果を補完する働きを有する。このような効果を得るためには、0.0001%以上含有することが望ましいが、0.0009%を超える含有は、成形性を低下させる。このため、Bは含有する場合には、0.0001〜0.0009%の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.0005%以下である。
Cuは、Mnの、断面成形加工後の応力除去焼鈍後の強度低下を抑制し、初期疲労亀裂の発生を抑制し、耐ねじり疲労特性を向上させる効果を補完する働きを有するとともに、さらに耐食性を向上させる働きを有する。このような効果を得るためには、0.001%以上含有することが望ましいが、0.45%を超える含有は、成形性を低下させる。このため、Cuは含有する場合には、0.001〜0.45%の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.20%以下である。
Niは、Cuと同様に、Mnの断面成形加工後の応力除去焼鈍後の強度低下を抑制し、初期疲労亀裂の発生を抑制し、耐ねじり疲労特性を向上させる効果を補完する働きを有するとともに、さらに耐食性を向上させる働きを有する。このような効果を得るためには、0.001%以上含有することが望ましいが、0.45%を超える含有は、成形性を低下させる。このため、Niは含有する場合には、0.001〜0.45%の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.2%以下である。
Caは、展伸した介在物(MnS)を粒状の介在物(Ca(Al)S(O))とする、いわゆる介在物の形態制御作用を有し、この介在物の形態制御を介して成形性、耐ねじり疲労特性を向上させる効果があり、必要に応じて含有できる。このような効果は、0.0001%以上の含有で顕著となるが、0.005%を超える含有は、非金属介在物が増加しかえって耐ねじり疲労特性が低下する。このため、Caは含有する場合には、0.0001〜0.005%の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.0005〜0.0025%である。
つぎに、本発明高張力溶接鋼管の組織限定理由について説明する。
本発明高張力溶接鋼管(以下、本発明鋼管ともいう)においては、ミクロ組織は、優れた成形性、断面成形加工−応力除去焼鈍後の優れた耐ねじり疲労特性を碓保する上で重要な素材要因である。
フェライト相の組織分率:60体積%以上
フェライト相の組織分率が60体積%未満では、所望の成形性が確保できないうえ、成形時に発生する局所的な減肉、表面肌荒れ等が応力集中部となり、断面成形加工−応力除去焼鈍後の耐ねじり疲労特性が大きく低下する。このため、本発明鋼管では、フェライト相の組織分率を60体積%以上に限定した。なお、好ましくは75体積%以上である。
フェライト相の平均粒径が2μm未満では、所望の成形性が確保できないうえ、成形時に発生する局所的な減肉、表面肌荒れ等が応力集中部となり、断面成形加工−応力除去焼鈍後の耐ねじり疲労特性が大きく低下する。一方、フェライト相の平均粒径が8μmを超えて粗大化すると、断面成形加工−応力除去焼鈍後の低温靭性及び耐ねじり疲労特性が低下する。このため、本発明鋼管では、フェライト相の平均粒径を2μm以上8μm以下に限定した。なお、好ましくは6.5μm以下である。
フェライト相中の(Nb,Ti)複合炭化物は、断面成形加工−応力除去焼鈍後の断面硬度変化率と残留応力低下率をバランスさせ、高いねじり疲労強度を確保し、かつ所望の成形性を確保するために、重要な組織要因である。(Nb,Ti)複合炭化物の平均粒径が2nm未満では、鋼管の伸びElが15%未満となり成形性が低下するとともに、断面成形加工後の応力除去焼鈍による断面硬度変化率が所定値(−15%)を下回り、また、残留応力低下率が所定値(50%)を下回り、断面成形加工−応力除去焼鈍後の耐ねじり疲労特性が低下する。一方、(Nb,Ti)複合炭化物の平均粒径が40nmを超えて粗大化すると、断面成形加工後の応力除去焼鈍による断面硬度変化率が所定値(−15%)を下回り、断面成形加工−応力除去焼鈍後の耐ねじり疲労特性が低下する。このため、フェライト相中の(Nb,Ti)複合炭化物の平均粒径を2nm〜40nmの範囲に限定した。なお、好ましくは、3nm〜30nmである。
なお、断面成形加工後の応力除去焼鈍(SR)による断面硬度変化率(%)は、次式
断面硬度変化率={(SR後の断面硬さ)−(SR前の断面硬さ)}/(SR前の断面硬さ)×(100%)
で定義される値を用いるものとする。また、断面成形加工後の応力除去焼鈍による残留応力低下率(%)は次式
残留応力低下率={(SR前の残留応力)−(SR後の残留応力)}/(SR前の残留応力)×(100%)
で定義される値を用いるものとする。
まず、上記した組成の溶鋼を、転炉等の公知の溶製方法で溶製し、連続鋳造法等の公知の鋳造方法で鋼素材とすることが好ましい。
ついで、これら鋼素材に、熱延工程を施し、熱延鋼帯等の鋼管素材とすることが好ましい。
鋼素材の加熱温度:1160〜1320℃
鋼素材の加熱温度は、鋼中のNb、Tiの再固溶、析出状況を通じて、応力除去焼鈍後の断面硬度変化率に影響を及ぼし、軟化を抑制するために重要な要因である。加熱温度が1160℃未満であると、連続鋳造時に析出した粗大なNb炭窒化物、Ti炭窒化物が未固溶の炭窒化物として残存するため、その後の熱延鋼板で得られるフェライト相中の(Nb,Ti)複合炭化物が粗大化し、断面成形加工−応力除去焼鈍(530℃×10min)後の断面硬度変化率が−15%を下回り、所望の耐ねじり疲労特性が確保できなくなる。一方、加熱温度が1320℃を超えて高温となると、結晶粒が粗大化するため、その後の熱延工程で得られるフェライト相が粗大化し、成形性と断面成形加工−応力除去焼鈍後の低温靭性及び耐ねじり疲労特性が低下する。このため、鋼素材の加熱温度は1160〜1320℃の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは1200〜1300℃である。また、Nb、Tiの固溶状態の均一性と十分な固溶時間の確保という観点から,鋼素材の加熱時の均熱時間は30min以上とすることが好ましい。
熱間圧延における仕上圧延終了温度は、鋼管素材におけるフェライト相の組織分率、フェライト相の平均粒径を所定範囲に調整し、良好な鋼管成形性を確保するために重要な要因である。仕上圧延終了温度が980℃を超えると、得られる鋼管素材のフェライト相の平均粒径が8μmを超え、またフェライト相の組織分率が60体積%未満となり、鋼管の成形性が低下するとともに、鋼管内外面の算術平均粗さRaが2μmを超え、最大高さ粗さRzが30μmを超え、十点平均粗さRz JISが20μmを超えて、表面性状が低下して、鋼管の耐ねじり疲労特性が低下する。一方、仕上圧延終了温度が760℃未満では、得られる鋼管素材のフェライト相の平均粒径が2μm未満となり、成形性が低下するとともに、歪誘起析出により、(Nb,Ti)複合炭化物の平均粒径が40nmを超え、断面成形加工−応力除去焼鈍(530℃×10min)後の断面硬度変化率が−15%を下回り、所望の耐ねじり疲労特性が確保できなくなる。このため、仕上圧延終了温度は980〜760℃の範囲とすることが好ましい。なお、より好ましくは880〜820℃である。また、良好な鋼管表面性状を確保するという観点から、仕上圧延前に9.8MPa(100kg/cm2)以上の高圧水によるデスケーリングを行なうことが好ましい。
本発明では、熱間圧延の仕上圧延終了後、直ちに巻き取るのではなく、巻取りまでの間の750〜650℃の温度範囲で徐冷を行なう徐冷処理を施す。ここで、徐冷とは、冷却速度20℃/s以下の冷却をいうものとする。上記した温度範囲における徐冷の時間は、2s以上とすることが好ましい。なお、より好ましくは4s以上である。この徐冷処理により、フェライト相の組織分率を60体積%以上とすることができ、鋼管の伸びElがJIS 12号試験片で15%以上となり、所望の成形性が確保できる。
徐冷処理を施された熱延鋼帯は、ついで、コイル状に、巻き取られる。巻取温度は660〜510℃の温度範囲とすることが好ましい。巻取温度は、熱延鋼帯のフェライト相の組織分率や、(Nb,Ti)複合炭化物の析出状態を決定する重要な要因の一つである。巻取温度が510℃未満では、所望のフェライト相の組織分率が得られず、所望の成形性が確保できない。また、(Nb,Ti)複合炭化物の平均粒径が2nm未満となり、応力除去焼鈍時の強度低下が大きくなり、所望の耐ねじり疲労特性が確保できなくなる。
鋼管素材は、熱延ままとしてもよいが、鋼管素材に、表面の黒皮除去のために酸洗処理、ショットブラスト等を施すことが好ましい。また、さらに、耐食性、塗膜密着性の観点から、鋼管素材に亜鉛メッキ、アルミメッキ、ニッケルメッキ、有機皮膜処理などの表面処理を施すこともできる。
幅絞り率(%)=[(鋼管素材の幅)−π{(製品鋼管外径)−(製品鋼管肉厚)}]/π{(製品鋼管外径)−(製品鋼管肉厚)}×(100%)………(1)
で定義される値とする。
表1に示す組成の溶鋼を溶製し、連続鋳造法で鋼素材(スラブ)とした。これら鋼素材を、約1250℃に加熱し、仕上圧延終了温度:約860℃とする熱間圧延を施し、熱間圧延終了後、750〜650℃の温度範囲で5s間徐冷する徐冷処理を施したのち、巻取温度:590℃で巻取る熱延工程を施し、熱延鋼帯(板厚:約3mm)とした。
これら溶接鋼管から、試験片を採取し、組織観察試験、析出物観察試験、引張試験、表面粗さ試験、ねじり疲労試験、低温靭性試験、応力除去焼鈍後の断面硬度測定試験、応力除去焼鈍後の残留応力測定試験を実施した。試験方法は次の通りとした。
得られた溶接鋼管から、円周方向断面が観察面となるように、組織観察用試験片を採取して、研磨し、ナイタール腐食して、走査型電子顕微鏡(3000倍)で組織を観察し、撮像して、画像解析装置を用いて、フェライト相の体積率、フェライト相の平均結晶粒径(円相当径)を測定した。
得られた溶接鋼管から、円周方向断面が観察面となるように、析出物観察試験片を採取して、抽出レプリカ法を用いて組織観察用試料を作製し、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて、10万倍で5視野観察し、EDS分析によりNb、Tiを含まないセメンタイト、TiNなどを同定・除外し、Nb、Tiを含有する炭化物((Nb,Ti)複合炭化物)について、画像解析により、各(Nb,Ti)複合炭化物の面積を測定しその面積から円相当直径を算出し、それらの算術平均値を(Nb、Ti)複合炭化物の平均粒径とした。
得られた溶接鋼管から、L方向が引張方向となるように、JIS Z 2201の規定に準拠してJIS 12号試験片を切出し、JIS Z 2241の規定に準拠して引張試験を実施し、引張特性(引張強さTS、降伏強さYS、伸びEl)を求め、強度、成形性を評価した。
(4)表面粗さ試験
得られた溶接鋼管の内外表面の表面粗さを、触針式粗度計を用いて、JIS B 0601−2001の規定に準拠して、粗さ曲線を測定し、粗さパラメータとして、算術平均粗さRa、最大高さ粗さRz、十点平均粗さRz JISを求めた。なお、粗さ曲線の測定方向は、管の円周方向(C方向)とし、低域カットオフ値0.8mm、評価長さ4mmとした。代表値としては、内表面又は外表面のうち、値の大きい方を採用した。
得られた溶接鋼管から、試験材(長さ:1500mm)を採取し、該試験材の中央部約1000mmLに、図3(特開2001−321846号公報の図11)に示すように、鋼管の長手中央部分をV字形状に断面を成形加工し、さらに530℃×10minの応力除去焼鈍を施したのち、両端部をチャッキングにより固定して、ねじり疲労試験を実施した。
得られた溶接鋼管から、試験材(長さ:1500mm)を採取し、ねじり疲労試験材と同一条件で断面成形加工、応力除去焼鈍を行ない、断面成形加工ままおよび断面成形加工、応力除去焼鈍後の試験材平坦部分を、管円周方向(C方向)が試験片長さとなるように展開し、該平坦部分からJIS Z 2242の規定に準拠してVノッチ試験片(1/4サイズ)を切出し、シャルピー衝撃試験を実施し、破面遷移温度vTrsを求め、低温靭性を評価した。
ねじり疲労試験用試験材と同一条件で断面成形加工を行ない、試験材の疲労亀裂相当位置より、応力除去焼鈍(530℃×10min)前後で、断面硬度測定用試験片を採取し、ビッカース硬度計(荷重10kg)でビッカース硬さを測定した。硬さの測定位置は、肉厚の1/4、1/2、3/4の3点とし、その平均値をその試験片の応力除去焼鈍(SR)前後の断面硬さとした。この硬さ測定結果より、次式
断面硬度変化率={(SR後の断面硬さ)−(SR前の断面硬さ)}/(SR前の断面硬さ)×(100%)
により、断面成形加工−応力除去焼鈍(SR)後の断面硬度変化率(%)を求め、断面成形加工−応力除去焼鈍時の軟化抵抗のパラメータとした。
ねじり疲労試験用試験材と同一条件で断面成形加工を行ない、試験材の疲労亀裂相当位置で残留応力を、応力除去焼鈍(SR)(530℃×10min)前後でそれぞれ、3軸ゲージを用いた歪ゲージ切出し法により測定した。この測定結果より、次式
残留応力低下率={(SR前の残留応力)−(SR後の残留応力)}/(SR前の残留応力)×(100%)
により断面成形加工−応力除去焼鈍時の残留応力低下率(%)を求めた。
C、Mn、Ti、Nb、N、V、Crが本発明の範囲を高く外れる比較例(鋼管No.12、No.16、No.20、No.22、No.25、No.27、No.28)はいずれも、伸びElが15%未満と延性が不足し、また(σB/TS)が0.40未満と耐ねじり疲労特性が低下し、また破面遷移温度vTrsが−40℃を上回り、低温靭性も低下している。また、C、Si、Mn、Al、Ti、Nbが本発明の範囲を低く外れる比較例(鋼管No.11、No.13、No.15、No.17、No.19、No.21)はいずれも、断面成形加工−応力除去焼鈍後の断面硬度変化率が−15%を下回り、(σB/TS)が0.40未満と耐ねじり疲労特性が低下している。
また、Si、Al、S、Oが本発明の範囲を高く外れる比較例(鋼管No.14、No.18、No.24、No.26)はいずれも、断面成形加工−応力除去焼鈍後の(σB/TS)が0.40未満と耐ねじり疲労特性が低下している。
表1の鋼No.Bの組成を有する鋼素材(スラブ)に、表3に示す条件の熱間圧延を施し熱延鋼帯とした。ついで、これら熱間圧延鋼帯を鋼管素材として、酸洗を施し、所定の幅寸法にスリット加工したのち、連続的にロール成形してオープン管とし、該オープン管を高周波抵抗溶接により電縫溶接する電縫造管工程により溶接鋼管(外径70〜114.3mmφ×肉厚t 2.0〜6.0mm)とした。なお、電縫造管工程では、(1)式で定義される幅絞り率を、表3に示す値とした。
得られた結果を表4に示す。
Claims (5)
- 質量%で、
C:0.03〜0.24%、 Si:0.002〜0.95%、
Mn:1.01〜1.99%、 Al:0.01〜0.08%
を含み、さらに、Ti:0.041〜0.150%、Nb:0.017〜0.150%を、Ti+Nb:0.08%以上を満足するように含有し、不純物であるP、S、N、Oを、P:0.019%以下、S:0.020%以下、N:0.010%以下、O:0.005%以下に調整して含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、さらに、円周方向断面の平均結晶粒径が2〜8μmであるフェライト相と、該フェライト相以外の第二相とからなり、該フェライト相の組織分率が60体積%以上で、該フェライト相中に平均粒径2〜40nmの(Nb、Ti)複合炭化物が析出してなる組織と、を有し、降伏強さが660MPa超であることを特徴とする、低温靭性、成形性と、断面成形加工−応力除去焼鈍後の耐ねじり疲労特性に優れた自動車構造部材用高張力溶接鋼管。 - 前記組成に加えてさらに、質量%で、V:0.001〜0.150%、W:0.001〜0.150%、Cr:0.001〜0.45%、B:0.0001〜0.0009%、Cu:0.001〜0.45%、Ni:0.001〜0.45%のうちから選ばれた1種または2種以上、および/または、Ca:0.0001〜0.005%、を含有することを特徴とする請求項1に記載の自動車構造部材用高張力溶接鋼管。
- さらに、鋼管内外面の算術平均粗さRaが2μm以下、最大高さ粗さRzが30μm以下、十点平均粗さRz JISが20μm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の自動車構造部材用高張力溶接鋼管。
- 鋼管素材に、電縫造管工程を施して溶接鋼管とするに当り、前記鋼管素材が、質量%で、
C:0.03〜0.24%、 Si:0.002〜0.95%、
Mn:1.01〜1.99%、 Al:0.01〜0.08%
を含み、さらに、Ti:0.041〜0.150%、Nb:0.017〜0.150%を、Ti+Nb:0.08%以上を満足するように含有し、不純物であるP、S、N、Oを、P:0.019%以下、S:0.020%以下、N:0.010%以下、O:0.005%以下に調整して含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材に、1160〜1320℃に加熱し、980〜760℃の範囲の温度で仕上圧延を終了する熱間圧延と、該熱間圧延終了後、750〜650℃の温度範囲で2s以上の徐冷を行なう徐冷処理とを施し、660〜510℃の巻取り温度で巻取る熱延工程を施して得られた熱延鋼帯であり、
前記電縫造管工程が、下記(1)式で定義される幅絞り率を10%以下として、前記鋼管素材を連続的にロール成形し電縫溶接して溶接鋼管とする造管工程であることを特徴とする、660MPa超の降伏強さを有し、低温靭性、成形性と断面成形加工−応力除去焼鈍処理後の耐ねじり疲労特性に優れた自動車構造部材用高張力溶接鋼管の製造方法。
記
幅絞り=[(鋼管素材の幅)−π{(製品外径)−(製品肉厚)}]/π{(製品外径)−(製品肉厚)}×(100%)………(1) - 前記組成に加えてさらに、質量%で、V:0.001〜0.150%、W:0.001〜0.150%、Cr:0.001〜0.45%、B:0.0001〜0.0009%、Cu:0.001〜0.45%、Ni:0.001〜0.45%のうちから選ばれた1種または2種以上、および/または、Ca:0.0001〜0.005%、を含有することを特徴とする請求項4に記載の自動車構造部材用高張力溶接鋼管の製造方法。
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