KR102232097B1

KR102232097B1 - 고강도 박육 중공 스태빌라이저용 전봉 강관 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR102232097B1
Application number: KR1020197004861A
Authority: KR
Inventors: 마사토시 아라타니; 신사쿠 고쿠보; 히로미치 호리; 요시카즈 가와바타; 료지 마츠이
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2016-10-24
Filing date: 2017-10-19
Publication date: 2021-03-24
Also published as: US20210277507A1; WO2018079398A1; US11332812B2; CN109642264A; EP3476953A1; EP3476953A4; KR20190031294A; JPWO2018079398A1; EP3476953B1; MX2019002073A; JP6465249B2

Abstract

고강도 박육 중공 스태빌라이저용 전봉 강관의 제조 방법을 제공한다. 질량％ 로, C : 0.20 ∼ 0.40 ％, Si : 0.1 ∼ 1.0 ％, Mn : 0.1 ∼ 2.0 ％, Al : 0.01 ∼ 0.10 ％, Cr : 0.01 ∼ 1.0 ％, Ti : 0.01 ∼ 0.05 ％, B : 0.0005 ∼ 0.0050 ％, Ca : 0.0001 ∼ 0.0050 ％, N : 0.010 ％ 이하를 포함하는 조성의 강 소재를, 1000 ∼ 1300 ℃ 의 온도로 가열한 후, 750 ∼ 950 ℃ 에서 열간 압연을 종료하고, 냉각시켜, 500 ∼ 650 ℃ 에서 코일상으로 권취하고, 이어서 압하율 : 0.3 ％ 이상의 스킨 패스 압연을 실시한 열연판을 전봉 조관하여 전봉 강관으로 하고, 이어서 800 ∼ 1100 ℃ 의 온도로 재가열한 후, 압연 종료 온도 : 850 ℃ 이하, 누적 축경률 : 75 ％ 이하의 열간 축경 압연을 실시한다. 이로써, 관 내면측의 탈탄층이 표면으로부터 두께 방향으로 120 ㎛ 이하이고, 관 내면의 표면 조도 Ra 가 0.01 ∼ 5.0 ㎛ 이며, YR 65 ％ 이상의 박육 전봉 강관이 되고, ??칭 템퍼링 처리를 실시한 후의 경도가 비커스 경도로 450 HV 이상이며, 내피로 특성이 우수한 박육의 제품관이 된다.

Description

고강도 박육 중공 스태빌라이저용 전봉 강관 및 그 제조 방법

본 발명은, 자동차의 스태빌라이저용으로서 바람직한 전봉 강관에 관한 것으로, 특히 고강도 박육 중공 스태빌라이저용 전봉 강관의 내피로 특성이 향상되는 고강도 박육 중공 스태빌라이저용 전봉 강관 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 여기서 말하는 「박육」이란, 두께 t : 6 ㎜ 이하이고, 또한 두께 t (㎜) 와 외경 D (㎜) 의 비, t/D 가 0.2 이하인 경우를 말하는 것으로 한다.

종래부터, 자동차의 대부분에, 코너링시의 차체의 롤링을 완화하거나, 고속 주행시의 주행 안정성을 유지하기 위해서, 스태빌라이저가 장착되어 있다. 게다가, 최근에는, 지구 환경 보전이라는 관점에서, 자동차의 연비 향상이 요망되어, 자동차 차체의 경량화가 진행되고 있다. 자동차 차체의 경량화를 위해서, 자동차 부재의 하나인 스태빌라이저에 있어서도, 강관을 사용한 중공 스태빌라이저가 일반적이 되고 있다.

이와 같은 중공 스태빌라이저는, 통상, 이음매 없는 강관이나 전봉 용접 강관 (이하, 전봉 강관이라고도 한다) 을 소재로 하여, 냉간으로 원하는 형상으로 성형한 후, ??칭 또는 ??칭 템퍼링 등의 조질 (調質) 처리가 실시되어 제품이 된다. 그 중에서도, 전봉 강관은, 비교적 저가이고 게다가 치수 정밀도가 우수하기 때문에, 중공 스태빌라이저용 소재로서 널리 이용되고 있다.

예를 들어, 특허문헌 1 에는, 내피로 특성이 우수한 중공 스태빌라이저의 제조 방법이 기재되어 있다. 특허문헌 1 에 기재된 기술에서는, 질량％ 로, C : 0.2 ∼ 0.38 ％, Si : 0.35 ％ 이하, Mn : 0.3 ∼ 1.5 ％, Al : 0.1 ％ 이하, Ti : 0.005 ∼ 0.1 ％, B : 0.0005 ∼ 0.005 ％ 를 포함하는 조성의 용접 강관에, 바람직하게는 800 ∼ 1000 ℃ 의 범위의 온도로 가열하는 가열 처리를 실시한 후 압연 온도 : 600 ∼ 850 ℃ 에서 누적 축경률 (縮徑率) : 40 ％ 이상의 드로잉 압연을 실시하고, 추가로 냉간 굽힘 가공에 의해 스태빌라이저 형상으로 성형하는 성형 공정과, ??칭 처리 및 템퍼링 처리를 실시하는 열처리 공정을 순차적으로 실시하여, 중공 스태빌라이저로 한다고 되어 있다. 특허문헌 1 에 기재된 기술에 의하면, 저가의 방법으로 내피로 특성을 향상시킬 수 있다고 되어 있다.

또, 특허문헌 2 에는, 고강도 중공 스태빌라이저용 강관이 기재되어 있다. 특허문헌 2 에 기재된 강관은, 질량％ 로, C : 0.20 ∼ 0.38 ％, Si : 0.10 ∼ 0.50 ％, Mn : 0.30 ∼ 2.00 ％, Al : 0.01 ∼ 0.10 ％, W : 0.01 ∼ 1.50 ％, B : 0.0005 ∼ 0.0050 ％ 를 포함하고 추가로 Ti, N 을, Ti : 0.001 ∼ 0.04 ％, N : 0.0010 ∼ 0.0100 ％ 의 범위로, 또한 N/14 ＜ Ti/47.9 를 만족하도록 함유하는 조성을 가지며, ??칭 처리 후, 혹은 ??칭 템퍼링 처리 후의 강도-인성 밸런스가 우수한, 고강도 중공 스태빌라이저용 전봉 강관이다. 특허문헌 2 에 기재된 기술에 의하면, 종래 얻어지지 않았던 400 HV 를 초과하는 고경도이고, 강도-인성 밸런스가 우수한, 중공 스태빌라이저를 용이하게 제조할 수 있다고 되어 있다.

또, 특허문헌 3 에는, 질량％ 로, 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 ％ 를 포함하고, 또한 Ti, N 이, (N/14) ＜ (Ti/47.9) 를 만족하도록 함유하는 조성을 가지며, 전봉 용접부의 본드폭이 25 ㎛ 이하인 편평성이 우수한 열처리용 전봉 용접 강관이 기재되어 있다. 그리고, 그 제조 방법으로서, 상기한 조성을 갖는 강관 소재를 성형하여 대략 원통상의 오픈관으로 한 후, 그 오픈관의 단부 (端部) 끼리를 맞대어 고주파 저항 용접에 의해 본드폭이 30 ∼ 65 ㎛ 가 되도록 입열 (入熱) 을 조정하고 전봉 용접하여 전봉 용접 강관으로 하고, 이어서, 그 전봉 용접 강관에, Ac3 변태점 이상의 온도로 가열하고, 외경비로 압하율 : (1 － 25/축경 압연 전 본드폭 (㎛)) × 100 ％ 이상의 축경 압연을 실시하여, 본드폭을 25 ㎛ 이하로 하는, 편평성이 우수한 열처리용 전봉 용접 강관의 제조 방법이 기재되어 있다. 특허문헌 3 에 기재된 제조 방법에 의해 얻어진 전봉 용접 강관은, 중공 스태빌라이저 등의 ??칭 처리가 실시되는 용도에 바람직하다고 되어 있다. 특허문헌 3 에 기재된 전봉 용접 강관은, 전봉 용접부의 감탄층 (減炭層) 폭이 좁기 때문에, 급속 단시간 가열에 의한 ??칭 처리를 실시해도, 전봉 용접부의 ??칭 경도의 저하를 억제할 수 있고, 내구성이 우수한 중공 스태빌라이저로 할 수 있다고 되어 있다.

또, 특허문헌 4 에는, 바람직하게는 질량％ 로, C : 0.15 ∼ 0.5 ％, Si : 0.1 ∼ 0.4 ％, Mn : 0.3 ∼ 2.0 ％, Ti : 0.005 ∼ 0.05 ％, Al : 0.005 ∼ 0.05 ％, B : 0.0005 ∼ 0.0050 ％, N : 0.001 ∼ 0.006 ％ 를 함유하는 조성의, 강관의 관 내에, 1 ∼ 20 질량％ 의 알칼리 금속 탄산염을 함유하고, 잔부가 목탄, 흑연, 석탄, 코크스의 1 종 또는 2 종 이상과 불가피적 불순물로 이루어지는 고체 침탄 처리제를, 관 내면의 표면적 1 ㎟ 당 0.05 ㎍ 이상 삽입하고, 양단에 마개를 장착하고, 유도 가열하여 열간으로 축경 압연하는, 피로 강도가 우수한 강관의 제조 방법이 기재되어 있다. 특허문헌 4 에 기재된 기술에서는, 관 내면에 고체 침탄 처리제를 부착시키고, 열간으로 축경 압연을 실시함으로써, 내면의 탈탄층의 형성을 방지할 수 있고, 피로 강도가 증가하여, 중공 스태빌라이저 등의 소재로서 바람직한, 피로 강도가 우수한 강관이 된다고 되어 있다.

일본 공개특허공보 2005-076047호 일본 공개특허공보 2006-206999호 일본 공개특허공보 2008-208417호 일본 공개특허공보 2010-189758호

최근의 자동차 차체의 추가적인 경량화의 요망에 수반하여, 자동차 차체 부재의 하나인 중공 스태빌라이저에 있어서도, 고강도화, 나아가서는 박육화가 급속히 진행되고 있다. 그 때문에, 중공 스태빌라이저용으로서, 스태빌라이저 형상으로 성형되어 열처리가 실시된 후에 우수한 내피로 특성을 유지할 수 있는 박육의 전봉 강관이 요구되고 있다. 여기서 말하는 「박육」전봉 강관이란, 두께 t : 6 ㎜ 이하이고, 또한 두께 t (㎜) 와 외경 D (㎜) 의 비, t/D 가 0.2 이하인 전봉 강관을 말한다.

그러나, 특허문헌 1 ∼ 4 의 어느 것에도, 본 발명에서 말하는 「박육」의 강관에 대해, 나아가서는 「박육」강관의 내피로 특성에 대한 언급은 없으며, 특허문헌 1 ∼ 4 에 기재된 각 기술에 의해서는, 우수한 내피로 특성 (내비틀림 피로 특성) 을 갖는 박육 강관을 얻는 것은 어렵다는 문제가 있었다.

본 발명은, 이와 같은 종래 기술의 문제를 해결하고, 고강도 박육 중공 스태빌라이저용으로서, 강관의 외경을 D 로 했을 때, 두께 t : 6 ㎜ 이하이고, 또한 t/D 가 0.2 이하인 박육이며, 스태빌라이저 형상으로 성형되어 열처리가 실시된 후에 내피로 특성이 우수한 전봉 강관 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 여기서 말하는 「고강도」란, 스태빌라이저 형상으로 성형하여 ??칭 템퍼링 처리를 실시한 후의 두께 방향의 평균 경도이며, 비커스 경도로 450 HV 이상인 경우를 말하는 것으로 한다. 또한, 「??칭 템퍼링 처리」는, ??칭 가열 온도 : 850 ∼ 1000 ℃ 에서, 물, ??칭유 등의 냉매에 침지하여 급랭시키는 ??칭 처리를 실시한 후, 상기한 고강도 (비커스 경도 HV) 가 얻어지는 템퍼링 온도, 유지 시간의 범위 내에서 템퍼링, 공랭시키는 처리로 한다.

또, 여기서 말하는 「내피로 특성이 우수하다」란, JIS Z 2273 의 규정에 준거하여 양진 (兩振) 의 비틀림 피로 시험을 실시하여 10⁶ 회의 피로 강도가 450 ㎫ 이상인 경우를 말하는 것으로 한다.

본 발명자들은, 상기한 목적을 달성하기 위해서, 박육 강관의 내피로 특성에 미치는 각종 요인에 대해 예의 검토하였다. 그 결과, 관 내면의 품질을 향상시키는 것이 가장 중요한 것에 생각이 이르렀다.

그렇다는 것은, 박육의 중공 스태빌라이저 (박육 강관) 에서는, 사용시에는, 관 내면에 발생하는 응력과 관 외면에 발생하는 응력이 가까운 응력을 나타내게 된다. 그러한 상황에서는, 외면에 숏 블라스트가 실시되어, 외면측이 경화되고 또한 압축의 잔류 응력이 존재하도록 관 외면만이 강화되면, 사용시에 관 내면으로부터의 균열 발생이 우려된다. 이와 같은 관 내면으로부터의 균열 발생을 방지하고, 내피로 특성을 향상시키기 위해서는, 관 내면의 품질을 향상시키는 것이 중요해진다.

관 내면의 품질을 향상시키는 수단으로는, 냉간 인발 가공이 유효하다고 생각되지만, 공정이 복잡해지고, 제조 비용이 고등 (高騰) 한다는 문제가 있다.

그래서, 본 발명자들은, 추가적인 검토를 실시한 결과, 관 내면의 탈탄층, 관 내면의 표면 조도 및 굽힘 가공부의 편평률 등 관 내면의 품질이, 박육 중공 스태빌라이저 (박육 강관) 의 내피로 특성에 크게 영향을 미치는 것에 생각이 이르렀다. 관 내면에 탈탄층이 존재하면, ??칭 처리를 실시해도 내면 근방이 충분히 고경도화되지 않고, 소성 변형이 발생하기 쉬워져, 피로 균열 발생의 기점이 되기 쉽다. 이 때문에, 내피로 특성의 향상을 위해서는, 관 내면의 탈탄층을 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하다. 본 발명자들은, 탈탄층이 관내 표면으로부터 120 ㎛ 이하이면, 피로 균열 발생을 억제할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명에서는, 탈탄층은, 관내 표면으로부터 두께 방향으로 120 ㎛ 이하로 한정하는 것으로 하였다. 또한, 탈탄층은, 바람직하게는 관내 표면으로부터 50 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 관내 표면으로부터 30 ㎛ 이하인 것이 좋다.

또, 관 내면의 표면 조도가 거칠어지고 관 내면에 주름이 존재하게 되면, 응력 집중의 원인이 되는 오목부가 증가하여, 피로 균열 발생의 기점이 되는 경우가 있다. 이 때문에, 내피로 특성의 향상을 위해서는, 표면 조도를 저감시키는 것이 바람직하다. 관 내면의 표면 조도 Ra 가 0.01 ∼ 5.0 ㎛ 이면, 관 내면으로부터의 피로 균열 발생을 억제할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명에서는, 관 내면의 표면 조도 Ra 를 0.01 ∼ 5.0 ㎛ 로 한정하는 것으로 하였다. 또한, 관 내면의 표면 조도 Ra 는, 바람직하게는 2.0 ㎛ 이하인 것이 좋다. 또, 바람직하게는 0.07 ㎛ 이상인 것이 좋다.

또, 중공 스태빌라이저 형상의 굽힘 가공부의 편평률이 커지면, 중공 스태빌라이저 사용시에 발생하는 반복 하중의 부하에 의해, 곡률 반경이 작은 부위에 응력이 집중되어, 내구성이 저하될 우려가 있다. 그 때문에, 굽힘 가공부의 편평률이 커지지 않도록, 항복비를 높일 필요가 있는 것을 지견하였다. 본 발명자들은, 거듭된 검토에 의해, 전봉 강관의 항복비가 65 ％ 이상이면, 내구성이 저하될 것이 우려될 정도로, 굽힘 가공부의 편평률이 커지는 일은 없는 것을 알아냈다.

본 발명은, 이러한 지견에 기초하여, 추가로 검토를 가하여 완성된 것이다. 즉, 본 발명의 요지는 다음과 같다.

(1) 강 소재에, 가열 공정과, 열간 압연 공정과, 스킨 패스 압연 공정을 순차 실시하여 열연판으로 하고, 추가로, 그 열연판을 강관 소재로 하여, 그 강관 소재에, 전봉 조관 (造管) 공정을 실시하여 전봉 강관으로 하고, 그 전봉 강관에, 재가열하고 열간 축경 압연을 실시하는 열간 축경 압연 공정을 실시하여 제품관으로 하는 박육 중공 스태빌라이저용 전봉 강관의 제조 방법으로서, 상기 강 소재가, 질량％ 로, C : 0.20 ∼ 0.40 ％, Si : 0.1 ∼ 1.0 ％, Mn : 0.1 ∼ 2.0 ％, P : 0.1 ％ 이하, S : 0.01 ％ 이하, Al : 0.01 ∼ 0.10 ％, Cr : 0.01 ∼ 1.0 ％, Ti : 0.01 ∼ 0.05 ％, B : 0.0005 ∼ 0.0050 ％, Ca : 0.0001 ∼ 0.0050 ％, N : 0.010 ％ 이하를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고, 상기 강 소재의 상기 가열 공정이, 상기 강 소재를 가열 온도 : 1000 ∼ 1300 ℃ 의 범위의 온도로 가열하는 공정이고, 상기 열간 압연 공정을, 압연 종료 온도 : 750 ∼ 950 ℃ 에서 열간 압연을 종료하고, 냉각시켜, 권취 온도 : 500 ∼ 650 ℃ 에서 코일상으로 권취하는 공정으로 하고, 상기 스킨 패스 압연 공정을, 압하율 : 0.3 ％ 이상으로 스킨 패스 압연을 실시하는 공정으로 하고, 상기 열간 축경 압연 공정이, 상기 전봉 강관을 가열 온도 : 800 ∼ 1100 ℃ 의 온도로 재가열한 후, 상기 열간 축경 압연을 압연 종료 온도 : 850 ℃ 이하, 누적 축경률 : 75 ％ 이하인 압연으로 하는 공정이고, 상기 제품관이, 관 내면측의 탈탄층이 표면으로부터 두께 방향으로 120 ㎛ 이하이고, 관 내면의 표면 조도 Ra 가 0.01 ∼ 5.0 ㎛ 이고, 항복비 : 65 ％ 이상을 가지며, 스태빌라이저 형상으로 성형하여 ??칭 템퍼링 처리를 실시한 후의 경도가 비커스 경도로 450 HV 이상이고, 스태빌라이저 형상으로 성형하여 ??칭 템퍼링 처리를 실시한 후의 내피로 특성이 우수한 두께 t : 6 ㎜ 이하이고, 또한 두께 t (㎜) 와 외경 D (㎜) 의 비, t/D 가 0.2 이하인 고강도 박육 중공 스태빌라이저용 전봉 강관의 제조 방법.

(2) (1) 에 있어서, 상기 스태빌라이저 형상으로 성형하여 ??칭 템퍼링 처리를 실시한 후의 경도가 비커스 경도로 550 HV 미만인 고강도 박육 중공 스태빌라이저용 전봉 강관의 제조 방법.

(3) (1) 또는 (2) 에 있어서, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, Cu : 1 ％ 이하, Ni : 1 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종을 함유하는 조성으로 하는 고강도 박육 중공 스태빌라이저용 전봉 강관의 제조 방법.

(4) (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, Nb : 0.05 ％ 이하, W : 0.05 ％ 이하, V : 0.5 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 조성으로 하는 고강도 박육 중공 스태빌라이저용 전봉 강관의 제조 방법.

(5) (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, REM : 0.02 ％ 이하를 함유하는 고강도 박육 중공 스태빌라이저용 전봉 강관의 제조 방법.

(6) 열연 강판제 전봉 강관에 추가로, 열간 축경 압연을 실시하여 이루어지는 전봉 강관으로서, 질량％ 로, C : 0.20 ∼ 0.40 ％, Si : 0.1 ∼ 1.0 ％, Mn : 0.1 ∼ 2.0 ％, P : 0.1 ％ 이하, S : 0.01 ％ 이하, Al : 0.01 ∼ 0.10 ％, Cr : 0.01 ∼ 1.0 ％, Ti : 0.01 ∼ 0.05 ％, B : 0.0005 ∼ 0.0050 ％, Ca : 0.0001 ∼ 0.0050 ％, N : 0.010 ％ 이하를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고, 관 내면측의 탈탄층이 표면으로부터 두께 방향으로 120 ㎛ 이하이고, 관 내면의 표면 조도 Ra 가 0.01 ∼ 5.0 ㎛ 이고, 항복비 : 65 ％ 이상을 가지며, 스태빌라이저 형상으로 성형하여 ??칭 템퍼링 처리를 실시한 후의 경도가 비커스 경도로 450 HV 이상이고, 스태빌라이저 형상으로 성형하여 ??칭 템퍼링 처리를 실시한 후의 내피로 특성이 우수한 두께 t : 6 ㎜ 이하이고, 또한 두께 t (㎜) 와 외경 D (㎜) 의 비, t/D 가 0.2 이하인 고강도 박육 중공 스태빌라이저용 전봉 강관.

(7) (6) 에 있어서, 상기 스태빌라이저 형상으로 성형하여 ??칭 템퍼링 처리를 실시한 후의 경도가 비커스 경도로 550 HV 미만인 고강도 박육 중공 스태빌라이저용 전봉 강관.

(8) (6) 또는 (7) 에 있어서, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, Cu : 1 ％ 이하, Ni : 1 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종을 함유하는 조성으로 하는 고강도 박육 중공 스태빌라이저용 전봉 강관.

(9) (6) 내지 (8) 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, Nb : 0.05 ％ 이하, W : 0.05 ％ 이하, V : 0.5 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 조성으로 하는 고강도 박육 중공 스태빌라이저용 전봉 강관.

(10) (6) 내지 (9) 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, REM : 0.02 ％ 이하를 함유하는 고강도 박육 중공 스태빌라이저용 전봉 강관.

본 발명에 의하면, 스태빌라이저 형상으로 성형하여 ??칭 템퍼링 처리를 실시한 후의 경도가 비커스 경도로 450 HV 이상 550 HV 미만이고, 스태빌라이저 형상으로 성형하여 ??칭 템퍼링 처리를 실시한 후의 내피로 특성이 우수한, 두께 t : 6 ㎜ 이하이고, 또한 두께 t (㎜) 와 외경 D (㎜) 의 비, t/D 가 0.2 이하인 고강도 박육 중공 스태빌라이저용 전봉 강관을 용이하게 제조할 수 있어, 산업상 각별한 효과를 나타낸다. 또한, 본 발명에 의하면, 자동차 차체의 경량화를 더욱 촉진할 수 있다는 효과도 있다.

본 발명 고강도 박육 중공 스태빌라이저용 전봉 강관은, 열연 강판을 전봉 조관하여 얻어진 전봉 강관, 즉 열연 강판제 전봉 강관에 추가로, 열간 축경 압연을 실시하여 이루어지는 전봉 강관이다. 또한, 여기서 말하는 「열간 축경 압연을 실시하여 이루어지는 전봉 강관」이란, 열간 축경 압연이 실시된 상태의 전봉 강관을 의미한다. 여기서는, 열간 축경 압연 후의 전봉 강관을 특성·구조로 표현하기 위해서는 다대한 노력을 필요로 하고, 실제적이지 않기 때문에, 열간 축경 압연이 실시된 상태의 전봉 강관으로서 나타낸다.

먼저, 본 발명에서 사용하는 열연 강판의 제조 방법에 대해 설명한다.

강 소재에, 가열 공정과, 열간 압연 공정과, 스킨 패스 압연 공정을 순차 실시하여 열연판 (열연 강판) 으로 한다.

사용하는 강 소재는, 질량％ 로, C : 0.20 ∼ 0.40 ％, Si : 0.1 ∼ 1.0 ％, Mn : 0.1 ∼ 2.0 ％, P : 0.1 ％ 이하, S : 0.01 ％ 이하, Al : 0.01 ∼ 0.10 ％, Cr : 0.01 ∼ 1.0 ％, Ti : 0.01 ∼ 0.05 ％, B : 0.0005 ∼ 0.0050 ％, Ca : 0.0001 ∼ 0.0050 ％, N : 0.010 ％ 이하를 포함하거나, 혹은 추가로, Cu : 1 ％ 이하, Ni : 1 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종, 및/또는, Nb : 0.05 ％ 이하, W : 0.05 ％ 이하, V : 0.5 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상, 및/또는, REM : 0.02 ％ 이하를 함유하며, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 강 소재로 한다.

다음으로, 강 소재의 조성의 한정 이유에 대해 설명한다. 이하, 조성에 있어서의 질량％ 는, 특별히 언급하지 않는 한 간단히 ％ 로 기재한다.

C : 0.20 ∼ 0.40 ％

C 는, ??칭성의 향상을 통해, 마텐자이트의 생성을 촉진함과 함께, 고용되어 강의 강도 (경도) 를 증가시키는 작용을 가지며, 중공 스태빌라이저의 고강도화를 위해서 중요한 원소이다. 본 발명에서는, 고강도 (고경도) 를 확보하기 위해서는, C 는 0.20 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, C 는 0.40 ％ 를 초과하여 다량으로 함유하면, ??칭 처리 후의 인성이 저하된다. 이 때문에, C 는 0.20 ∼ 0.40 ％ 의 범위로 한정하였다. 또한, 바람직하게는, C 는 0.22 ％ 이상이고 0.38 ％ 이하이다. 보다 바람직하게는, C 는 0.24 ％ 이상이고 0.37 ％ 이하이다.

Si : 0.1 ∼ 1.0 ％

Si 는, 탈산제로서 작용함과 함께, 고용 강화 원소로도 작용한다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Si 는 0.1 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, Si 는 1.0 ％ 를 초과하여 함유하면, ??칭성이 저하된다. 이 때문에, Si 는 0.1 ∼ 1.0 ％ 의 범위로 한정하였다. 또한, 바람직하게는, Si 는 0.12 ％ 이상이고 0.5 ％ 이하이다. 보다 바람직하게는, Si 는 0.15 ％ 이상이고 0.3 ％ 이하이다.

Mn : 0.1 ∼ 2.0 ％

Mn 은, 고용되어 강의 강도 증가에 기여함과 함께, 강의 ??칭성을 향상시키는 원소이다. 본 발명에서는, 원하는 고강도 (고경도) 를 확보하기 위해서, Mn 은 0.1 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, Mn 은 2.0 ％ 를 초과하여 함유하면, 잔류 오스테나이트량이 지나치게 증가하여, 템퍼링 처리 후의 인성이 저하된다. 이 때문에, Mn 은 0.1 ∼ 2.0 ％ 의 범위로 한정하였다. 또한, 바람직하게는, Mn 은 0.3 ％ 이상이고 1.7 ％ 이하이다. 보다 바람직하게는, Mn 은 0.4 ％ 이상이다.

P : 0.1 ％ 이하

P 는, 불순물로서 존재하고, 입계 등에 편석되어, 용접 균열성, 인성에 악영향을 미치는 원소이다. 중공 스태빌라이저용으로는, P 는 0.1 ％ 이하로 저감시키는 것이 필요해진다. 또한, 바람직하게는, P 는 0.05 ％ 이하이다. 한편, P 를 필요 이상으로 저감시키는 것은, 강도의 저하 및 제조 비용의 상승을 초래할 우려가 있다. 따라서, 바람직하게는, P 는 0.001 ％ 이상이다.

S : 0.01 ％ 이하

S 는, 강 중에서는 황화물계 개재물로서 존재하며, 열간 가공성, 인성, 내피로 특성을 저하시키는 원소이다. 중공 스태빌라이저용으로는, S 는 0.01 ％ 이하로 저감시키는 것이 필요해진다. 또한, 바람직하게는, S 는 0.005 ％ 이하이다. 한편, S 를 필요 이상으로 저감시키는 것은, 제조 비용의 상승을 초래할 우려가 있다. 따라서, 바람직하게는, S 는 0.0001 ％ 이상이다.

Al : 0.01 ∼ 0.10 ％

Al 은, 탈산제로서 작용함과 함께, N 과 결합하여, ??칭성 향상에 유효한 고용 B 량을 확보하는 효과를 갖는다. 또, Al 은, AlN 으로서 석출되어, ??칭 가열시의 오스테나이트립의 조대화를 방지하는 작용을 갖는다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Al 은 0.01 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, Al 은 0.10 ％ 를 초과하여 다량으로 함유하면, 산화물계 개재물량이 증가하여, 피로 수명을 저하시키는 경우가 있다. 이 때문에, Al 은 0.01 ∼ 0.10 ％ 의 범위로 한정하였다. 또한, 바람직하게는, Al 은 0.015 ％ 이상이고 0.05 ％ 이하이다. 보다 바람직하게는, Al 은 0.02 ％ 이상이고 0.045 ％ 이하이다.

Cr : 0.01 ∼ 1.0 ％

Cr 은, 강의 ??칭성을 향상시킴과 함께, 내식성의 향상에 기여하는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Cr 은 0.01 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, Cr 은 1.0 ％ 를 초과하여 함유해도, 효과가 포화되어 함유량에 걸맞은 효과를 기대할 수 없으며, 경제적으로 불리해지는 데다가, 전봉 용접성이 저하된다. 이 때문에, Cr 은 0.01 ∼ 1.0 ％ 의 범위로 한정하였다. 또한, 바람직하게는, Cr 은 0.10 ％ 이상이고 0.8 ％ 이하이다. 보다 바람직하게는, Cr 은 0.12 ％ 이상이고 0.5 ％ 이하이다.

Ti : 0.01 ∼ 0.05 ％

Ti 는, N 과 결합하여, ??칭성 향상에 유효한 고용 B 량을 확보하는 효과를 갖는다. 또, Ti 는, 미세한 탄화물로서 석출되어, ??칭 등의 열처리시에, 오스테나이트립의 미세화에 기여하여, 내피로 특성의 향상에 기여한다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Ti 는 0.01 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, Ti 가 0.05 ％ 를 초과하는 함유는, 개재물이 증가하여 인성이 저하된다. 이 때문에, Ti 는 0.01 ∼ 0.05 ％ 의 범위로 한정하였다. 또한, 바람직하게는, Ti 는 0.011 ％ 이상이고 0.04 ％ 이하이다. 보다 바람직하게는, Ti 는 0.012 ％ 이상이고 0.038 ％ 이하이다.

B : 0.0005 ∼ 0.0050 ％

B 는, 미량으로 강의 ??칭성을 향상시키는 유효한 원소이다. 또, B 는, 입계를 강화하는 작용을 가지며, P 편석에 의한 입계 취화를 억제한다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서, B 는 0.0005 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, B 는 0.0050 ％ 를 초과하여 함유해도, 효과가 포화되어 경제적으로 불리해진다. 이 때문에, B 는 0.0005 ∼ 0.0050 ％ 의 범위로 한정하였다. 또한, 바람직하게는, B 는 0.0008 ％ 이상이고 0.0030 ％ 이하이다. 보다 바람직하게는, B 는 0.0010 ％ 이상이고 0.0025 ％ 이하이다.

Ca : 0.0001 ∼ 0.0050 ％

Ca 는, 황화물계 개재물의 형태를 미세한, 대략 구형의 미세한 개재물로 제어하는 작용을 갖는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Ca 는 0.0001 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, Ca 는 0.0050 ％ 를 초과하여 다량으로 함유하면, 개재물량이 지나치게 많아져, 오히려 내피로 특성이 저하된다. 이 때문에, Ca 는 0.0001 ∼ 0.0050 ％ 의 범위로 한정하였다. 또한, 바람직하게는, Ca 는 0.0005 ％ 이상이고 0.0030 ％ 이하이다.

N : 0.010 ％ 이하

N 은, 강 중에 불가피적으로 함유되는 원소인데, 강 중의 질화물 형성 원소와 결합하여, 결정립의 조대화의 억제, 나아가서는 템퍼링 후의 강도 증가에 기여한다. 그러나, N 이 0.010 ％ 를 초과하는 함유는, 전봉 용접부의 인성을 저하시킨다. 이 때문에, N 은 0.010 ％ 이하로 한정하였다. 또한, 바람직하게는, N 은 0.0050 ％ 이하이다. 보다 바람직하게는, N 은 0.0005 ％ 이상이고 0.0040 ％ 이하이다.

상기한 성분이 기본 성분이며, 본 발명에서는, 이 기본 조성에 더하여 추가로, 선택 원소로서, 필요에 따라 Cu : 1 ％ 이하, Ni : 1 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종, 및/또는, Nb : 0.05 ％ 이하, W : 0.05 ％ 이하, V : 0.5 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상, 및/또는, REM : 0.02 ％ 이하를 함유할 수 있다.

Cu : 1 ％ 이하, Ni : 1 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종

Cu, Ni 는 모두, ??칭성을 향상시킴과 함께, 내식성을 향상시키는 원소이며, 필요에 따라 선택하여 함유할 수 있다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 각각 Cu : 0.01 ％ 이상, Ni : 0.01 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, Cu, Ni 는 모두 고가의 원소이며, Cu : 1 ％, Ni : 1 ％ 를 각각 초과하여 함유하면, 재료 비용의 고등을 초래한다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, 각각 Cu : 1 ％ 이하, Ni : 1 ％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는, 각각 Cu : 0.1 ∼ 0.5 ％, Ni : 0.1 ∼ 0.5 ％ 이다.

Nb : 0.05 ％ 이하, W : 0.05 ％ 이하, V : 0.5 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상

Nb, W, V 는 모두, 미세한 탄화물을 형성하여 강도 (경도) 의 증가에 기여하는 원소이며, 필요에 따라 선택하여 함유할 수 있다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Nb : 0.001 ％ 이상, W : 0.01 ％ 이상, V : 0.01 ％ 이상, 각각 함유하는 것이 바람직하다. 한편, Nb : 0.05 ％, W : 0.05 ％, V : 0.5 ％ 를 초과하여 함유해도, 효과가 포화되어, 함유량에 걸맞은 효과를 기대할 수 없어, 경제적으로 불리해지는 데다가, 탄화물이 조대화하기 쉬워져, 인성에 악영향을 미친다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, Nb : 0.05 ％ 이하, W : 0.05 ％ 이하, V : 0.5 ％ 이하로 각각 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는, 각각 Nb : 0.001 ∼ 0.03 ％, W : 0.01 ∼ 0.03 ％, V : 0.01 ∼ 0.3 ％ 이다.

REM : 0.02 ％ 이하

REM 은, Ca 와 동일하게, 황화물계 개재물의 형태를 미세한 대략 구형의 개재물로 제어하는 작용을 갖는 원소이다. 본 발명에서는, Ca 의 작용을 보완하는 관점에서, REM 은 0.0005 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편, REM 은 0.02 ％ 를 초과하여 함유하면, 개재물량이 지나치게 많아져, 연성, 인성이 저하된다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, REM 은 0.02 ％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는, REM 은 0.001 ∼ 0.01 ％ 이다.

상기한 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 또한, 불가피적 불순물로서, O (산소) : 0.005 ％ 이하로 조정하는 것이 바람직하다. O (산소) 는, 강 중에서는 산화물계 개재물로서 존재하며, 가공성, 인성, 내피로성 등을 저하시키기 때문에, 0.005 ％ 이하로 조정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.002 ％ 이하이다.

본 발명에서는, 강 소재의 제조 방법은 특별히 한정할 필요는 없으며, 상용의 방법을 모두 적용할 수 있다. 또한, 상기한 조성의 용강을, 전로, 전기로 등의 상용의 용제로에서 용제하고, 연속 주조법 등의 상용의 주조 방법으로 슬래브 등의 주편 (강 소재) 으로 하는 것이 생산성의 관점에서 바람직하다. 또한, 조괴 (造塊)-분괴 (分塊) 압연에 의해 강편 (강 소재) 으로 해도 조금도 문제는 없다.

얻어진 강 소재에, 먼저, 가열 공정을 실시한다.

가열 공정에서는, 강 소재를 가열 온도 : 1000 ∼ 1300 ℃ 의 범위의 온도로 가열한다.

가열 온도가 1000 ℃ 미만에서는, 주조 단계에서 석출된 탄화물 등의 석출물을 완전히 고용시킬 수 없고, 원하는 고강도 (고경도) 를 확보할 수 없다. 한편, 가열 온도가 1300 ℃ 를 초과하여 고온이 되면, 결정립의 조대화가 현저해지고, 원하는 내피로 특성을 확보할 수 없게 된다. 이 때문에, 가열 공정에 있어서의 가열 온도는 1000 ∼ 1300 ℃ 의 범위의 온도로 한정하였다. 또한, 바람직하게는, 가열 온도는 1100 ∼ 1250 ℃ 이다.

가열된 강 소재에는, 이어서, 열간 압연 공정을 실시한다.

열간 압연 공정에서는, 압연 종료 온도를 750 ∼ 950 ℃ 의 범위의 온도로 하는 열간 압연을 실시하여, 소정 치수의 열연판으로 한다.

압연 종료 온도 : 750 ℃ ∼ 950 ℃

압연 종료 온도가 750 ℃ 미만에서는, 열연판이 경질화되어 가공성이 저하된다. 한편, 압연 종료 온도가 950 ℃ 를 초과하는 고온에서는, 표면 스킨이 거칠어지고, 동시에 표면 탈탄이 현저하다. 이 때문에, 열간 압연 공정의 압연 종료 온도는 750 ∼ 950 ℃ 의 범위로 한정하였다. 또한, 바람직하게는, 압연 종료 온도는 800 ∼ 880 ℃ 이다. 압연 종료 온도를 상기한 온도 범위 내로 조정함으로써, 본 발명이 대상으로 하는 박육 강판에서는, 압연 후의 냉각 중에 펄라이트 변태가 완료되고, 권취 후에 펄라이트 변태가 발생하는 일은 없다. 권취 후에 펄라이트 변태가 발생하면, 펄라이트 변태가 발열 반응이기 때문에, 열연판은 고온역에서 장시간 유지되게 되어, 판 표면에서의 탈탄이 진행된다. 이 때문에, 펄라이트 변태를 최대한, 권취 전의, 런아웃 테이블 상에서 진행시켜 두는 것이, 전봉 강관 내면의 탈탄층 두께를 작게 하는 것으로 이어진다.

열간 압연 공정에서는, 압연 종료 후, 열연판을 냉각시키고, 권취 온도 : 500 ∼ 650 ℃ 에서 코일상으로 권취한다. 또한, 권취 온도가, 상기한 온도 범위를 저온측으로 벗어나면, 열연판이 경질화되어 가공성이 저하된다. 한편, 상기한 온도 범위를 고온측으로 벗어나면, 표면 탈탄이 현저해지고, 내피로 특성이 저하된다. 이 때문에, 권취 온도는 500 ∼ 650 ℃ 의 범위의 온도로 하였다. 또한, 바람직하게는, 권취 온도는 500 ∼ 620 ℃ 이다.

얻어진 열연판에, 스킨 패스 압연 공정을 실시한다.

또한, 본 발명에서는, 얻어진 열연판에, 판 산세 공정을 실시하여, 표면에 생성된 산화 스케일을 제거하고, 그 후에 스킨 패스 압연 공정을 실시해도 된다. 판 표면에 산화 스케일이 잔존하고 있으면, 그 후의 가열·압연 공정에서 탈탄층이 형성될 우려가 있다. 또한, 산세액은, 상용의 산세액인 염산, 황산, 혹은 그것들이 혼합된 것으로 하는 것이 바람직하다.

스킨 패스 압연 공정에서는, 바람직하게는 판 산세 공정 후의 열연판에, 압하율 : 0.3 ％ 이상으로 스킨 패스 압연을 실시한다. 스킨 패스 압연에 의해, 열연판 표면에 생성된 탈탄층을 찌부러뜨려 박육화함과 함께, 판 표면의 표면 조도를 저감시킨다. 압하율 : 0.3 ％ 미만에서는, 탈탄층의 박육화가 불충분해지는 데다가, 표면 조도 Ra 를 5.0 ㎛ 이하로 할 수 없다. 이 때문에, 스킨 패스 압연의 압하율은 0.3 ％ 이상으로 하였다. 한편, 스킨 패스 압연의 압하율은 1.5 ％ 를 초과하면, 압연의 부하가 커진다. 이 때문에, 스킨 패스 압연의 압하율은 1.5 ％ 이하가 바람직하다. 또한, 바람직하게는, 스킨 패스 압연의 압하율은 0.3 ∼ 1.0 ％ 이다.

상기한 공정에 의해 얻어진 열연 강판 (열연판) 을 강관 소재로 하여, 그 강관 소재에 전봉 조관 공정을 실시하여 전봉 강관으로 한다. 전봉 조관 공정은 특별히 한정할 필요는 없지만, 열연 강판 (강관 소재) 을 복수의 롤을 사용하여 냉간으로 연속적으로 대략 원통상의 오픈관으로 성형하고, 그 오픈관의 원주 방향 단부끼리를 압접하여, 전봉 용접하는 공정으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 얻어진 전봉 강관에 추가로, 열간 축경 압연 공정을 실시한다.

열간 축경 압연 공정은, 전봉 강관을 가열 온도 : 800 ∼ 1100 ℃ 의 온도로 재가열한 후, 압연 종료 온도 : 850 ℃ 이하, 누적 축경률 : 75 ％ 이하인 축경 압연을 실시하는 공정으로 한다.

본 발명에 있어서의 열간 축경 압연 공정은, 원하는 제품 사이즈의 강관으로 함과 함께, 높은 가공성과 균일한 ??칭성을 확보하기 위해서 실시한다. 열간 축경 압연을 실시함으로써 모관 (母管) 과 비교하여 탄소량이 낮은 용접부의 폭을 좁게 할 수 있고, 균일한 ??칭성을 갖는 강관이 된다. 그 때문에, 재가열 온도를 800 ∼ 1100 ℃ 의 범위의 온도로 하고, 축경 압연의 압연 종료 온도를 850 ℃ 이하의 온도로 한다.

재가열 온도가, 상기한 재가열 온도 범위로부터 벗어나, 800 ℃ 미만에서는, 용접부의 복탄 (復炭) 이 불충분해져, ??칭성이 저하된다. 한편, 재가열 온도가 1100 ℃ 를 초과하여 고온에서는, 표면 탈탄이 현저해져, ??칭 처리 후의 표면 경도가 저하된다. 또한, 바람직하게는, 재가열 온도는 900 ℃ 이상이고 1050 ℃ 이하이다.

또, 축경 압연의 압연 종료 온도가 850 ℃ 를 초과하여 고온이 되면, α 와 γ 의 2 상 온도역의 통과 시간이 장시간측이 되어, 페라이트 탈탄이 진행됨과 함께, 항복비 : 65 ％ 이상을 확보할 수 없고, 굽힘 가공부의 단면 (斷面) 편평률이 높아져, 내피로 특성이 저하된다. 또, 축경 압연의 압연 종료 온도를 850 ℃ 이하의 온도로 함으로써, 압연 롤과의 접촉에 의한 발열 (拔熱) 을 이용할 수 있어, 2 상 온도역의 통과 시간을 짧게 할 수 있어, 페라이트 탈탄의 진행을 억제할 수 있다. 이와 같은 관점에서, 축경 압연의 압연 종료 온도는, 850 ℃ 이하로 한정하였다. 또한, 바람직하게는, 축경 압연의 압연 종료 온도는 845 ℃ 이하이다. 한편, 축경 압연의 압연 종료 온도가 600 ℃ 미만에서는 재료가 딱딱해져, 가공성이 저하된다. 이 때문에, 축경 압연의 압연 종료 온도는 600 ℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 축경 압연의 압연 종료 온도는 700 ℃ 이상이다.

또, 누적 축경률이 75 ％ 를 초과하여 축경률이 커지면, 관 내면의 주름 발생이 현저해져, 내피로 특성의 저하를 초래한다. 이 때문에, 누적 축경률은 75 ％ 이하로 한정하였다. 한편, 누적 축경률은 35 ％ 미만에서는 본 발명에서 목적으로 하는 강도가 얻어지지 않는다. 이 때문에, 누적 축경률은 35 ％ 이상이 바람직하다. 또한, 바람직하게는, 누적 축경률은 35 ∼ 72 ％ 이다. 보다 바람직하게는, 누적 축경률은 45 ％ 이상이고 71 ％ 이하이다.

열간 축경 압연 공정 후에, 본 발명에서는 추가로 관 산세 공정을 실시해도 된다. 관 산세 공정에 의해, 관 표면, 특히 관 내면에 형성된 스케일을 제거한다. 또한, 산세액은, 상용의 산세액인 염산, 황산, 혹은 그것들을 혼합한 것으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기한 공정을 거쳐 얻어진 전봉 강관은, 상기한 조성을 가지며, 관 내면측의 탈탄층이 표면으로부터 두께 방향으로 120 ㎛ 이하이고, 관 내면의 원주 방향의 표면 조도 Ra 가 0.01 ∼ 5.0 ㎛ 이고, 내면의 주름이 감소하고, 항복비 : 65 ％ 이상을 갖는 전봉 강관이 된다.

항복비가 65 ％ 미만에서는, 전봉 강관을 냉간으로 스태빌라이저 형상으로 굽힘 가공했을 때에, 굽힘 가공부의 단면 편평률이 커져, 중공 스태빌라이저로서 사용했을 때의 내구성이 저하된다. 항복비 : 65 ％ 이상을 갖는 본 발명 전봉 강관이면, 굽힘 가공부의 단면 편평률이 작고, 중공 스태빌라이저로서 사용했을 때의 내구성의 저하도 확인되지 않는다. 또한, 바람직하게는, 항복비는 66 ％ 이상이다. 한편, 항복비가 90 ％ 이상에서는, 가공성이 열등하기 때문에 스태빌라이저에 대한 가공에 지장이 생기는 경우가 있다. 이 때문에, 바람직하게는, 항복비는 90 ％ 이하이다. 항복비는, 보다 바람직하게는 85 ％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 80 ％ 이하이다.

또, 본 발명 전봉 강관은, 관 내면측의 탈탄층이 표면으로부터 두께 방향으로 120 ㎛ 이하이고, 관 내면의 원주 방향의 표면 조도 Ra 가 0.01 ∼ 5.0 ㎛ 이고, 관 내면의 주름이 감소된 강관이며, 스태빌라이저 형상으로 성형하여 ??칭 템퍼링 처리를 실시한 후에 있어서, 관 내면으로부터의 균열 발생을 억제할 수 있어, 내피로 특성이 향상된 박육 전봉 강관이다. 또한, 본 발명 전봉 강관에 있어서도, 관 외면측에는, 숏 블라스트 처리를 실시하여, 외면의 경질화 및 압축 잔류 응력의 부여를 도모해 두는 것은 말할 필요도 없다.

또, 상기한 조성을 갖는 본 발명 전봉 강관은, 스태빌라이저 형상으로 성형하여 ??칭 템퍼링 처리를 실시한 후의 경도가 비커스 경도로 450 HV 이상 550 HV 미만이고 또한 내피로 특성이 우수한 고강도 박육 전봉 강관이다.

또한, 본 발명에 있어서, ??칭 템퍼링 처리란, ??칭 가열 온도 : 850 ∼ 1000 ℃ 에서, 물, ??칭유 등의 냉매에 침지하여 급랭시키는 ??칭 처리를 실시한 후, 상기한 고강도 (비커스 경도 HV) 가 얻어지는 템퍼링 온도, 유지 시간의 범위 내에서 템퍼링, 공랭시키는 처리로 한다.

??칭 가열 온도가 850 ℃ 미만에서는, 두께가 두꺼운 스태빌라이저의 경우, 전체적으로 균일한 ??칭이 실시되지 않는 경우가 있다. 한편, ??칭 가열 온도가 1000 ℃ 초과에서는, 표면 탈탄이 발생하기 쉬워져, 본 발명에서 목적으로 하는 ??칭 경도가 얻어지지 않는 경우가 있다. 바람직하게는, ??칭 가열 온도는 860 ℃ 이상이고 980 ℃ 이하이다.

또, 템퍼링 온도는 상기한 고강도 (비커스 경도 HV) 가 얻어지는 온도로 하지만, 템퍼링 온도가 200 ℃ 미만에서는 재료가 취화되는 경우가 있다. 한편, 420 ℃ 초과에서는, 본 발명에서 목적으로 하는 경도가 얻어지지 않는 경우가 있다. 보다 바람직하게는, 템퍼링 온도는 200 ∼ 420 ℃ 이다. 템퍼링 온도에서의 유지 시간은, 상기한 고강도 (비커스 경도 HV) 가 얻어지는 유지 시간으로 하지만, 템퍼링 온도에서의 유지 시간이 5 min 미만에서는 균일한 경도가 얻어지지 않는 경우가 있다. 한편, 60 min 초과에서는 생산성의 저하를 초래하는 경우가 있다. 보다 바람직하게는, 템퍼링 온도에서의 유지 시간은 10 min 이상이고 30 min 이하이다.

또한, 본 발명에서는, 상기한 비커스 경도의 상한은 550 HV 미만으로 하는 것이 바람직하다. 비커스 경도가 550 HV 를 초과하면, 지연 파괴를 발생시키기 쉬워질 우려가 있다. 또, 재료가 취화되기 쉬워질 우려가 있다.

이하, 실시예에 기초하여, 더욱 본 발명에 대해 설명한다.

실시예

표 1 에 나타내는 조성의 용강을, 전로에서 용제 (溶製) 하고, 연속 주조법으로 주편으로 하여, 강 소재로 하였다. 얻어진 강 소재에, 표 2 에 나타내는 가열 온도로 가열하는 가열 공정과, 표 2 에 나타내는 압연 종료 온도의 열간 압연과 표 2 에 나타내는 권취 온도에서 권취하는 열간 압연 공정과, 표 2 에 나타내는 판 산세 공정과, 추가로, 표 2 에 나타내는 압하율의 스킨 패스 압연 공정을 실시하여, 표 2 에 나타내는 판두께의 열연 강판으로 하였다. 또한, 일부에서는 판 산세 공정은 실시하지 않았다. 산세액은 염산으로 하였다.

이어서, 얻어진 열연 강판을 강관 소재로 하여, 냉간으로, 복수의 롤로 연속적으로 성형하여, 대략 원통상의 오픈관으로 하였다. 이어서, 그 오픈관의 원주 방향 단부끼리를 압접하고, 고주파 전기 저항 용접법을 사용하여 전봉 용접하여, 표 3 에 나타내는 치수 형상의 전봉 강관으로 하였다.

그리고 추가로, 얻어진 전봉 강관에, 표 3 에 나타내는 가열 온도로 재가열한 후, 열간 축경 압연기에 의해 표 3 에 나타내는 축경률로 축경 압연하는 열간 축경 압연 공정과 표 3 에 나타내는 관 산세 공정을 실시하여, 표 3 에 나타내는 치수의 제품관 (전봉 강관) 으로 하였다. 또한, 일부에서는 관 산세 공정을 실시하였다. 산세액은 황산으로 하였다.

얻어진 제품관 (전봉 강관) 으로부터, 조직 관찰용 시험편 (관찰면이 관축 방향에 직교하는 단면) 을 채취하고, 연마하고, 관 내면 근방의 탄소량을 EPMA 를 사용하여 측정하였다. 탄소량은, 관 내면 표면 기점 (基点) 으로 하여, 두께 방향으로 1 ㎜ 의 위치까지 측정하였다. 그리고, 제품관의 평균 C 량을 기준으로 하여, 평균 C 량의 90 ％ 이하가 된 영역을 탈탄층으로 하고, 탈탄층의 두께 방향의 깊이를 탈탄층 깊이 (㎛) 로 하였다.

또, 제품관으로부터, 관 내면의 표면 조도 측정용 시험편을 채취하고, 표면 조도계를 사용하여, 관 내면 원주 방향의 표면 조도를 측정하였다. 또한, 표면 조도 측정은, JIS B 0601-2001 의 규정에 준거하여, 관 내면 원주 방향의 표면 조도 Ra (㎛) 를 측정하였다.

또, 제품관으로부터, 관축 방향이 인장 방향이 되도록, JIS 11 호 시험편을 채취하고, JIS Z 2241 의 규정에 준거하여 인장 시험을 실시하여, 인장 특성 (항복비 (YR : YR ＝ YS/TS × 100 (％), YS : 항복 강도, TS : 인장 강도)) 을 구하였다.

또, 제품관으로부터 시험재 (관재) 를 채취하고, 스태빌라이저 형상에 대한 가공을 모의한 성형을 가한 후, 표 3 에 나타내는 조건으로 열처리 (??칭 템퍼링 처리) 를 실시하였다.

또한, ??칭 처리는, 강관 외표면이 표 3 에 나타내는 ??칭 가열 온도가 되도록, 통전 가열한 후, 수조에 침지하는 처리로 하였다. ??칭 처리 후, 표 3 에 나타내는 온도에서 20 min 간 유지하는 템퍼링 처리를 실시하였다.

열처리 후의 시험편 (관재) 으로부터 경도 측정용 시험편을 채취하고, 관축 방향에 수직인 면 (C 단면) 을 연마하여, 경도 측정을 실시하였다. 관 내면을 기점으로 하여 두께 방향으로 0.1 ㎜ 피치로, JIS Z 2244 에 준거하여 비커스 경도 측정을 실시하였다. 경도 측정은, 비커스 경도계 (하중 : 500 gf (4.9 N)) 를 사용하여 비커스 경도 HV 0.5 를 측정하였다. 얻어진 경도를 산술 평균하여 당해 강관의 열처리 후 경도 (평균 경도) 로 하였다.

또, 열처리 후의 시험편 (관재) 으로부터 피로 시험편을 채취하고, JIS Z 2273 의 규정에 준거하여 양진의 비틀림 피로 시험을 실시하고, 10⁶ 회의 피로 강도 (㎫) 를 구하였다.

얻어진 결과를 표 4 에 나타낸다.

본 발명예는 모두, ??칭 템퍼링 처리 후의 경도가 450 HV 이상이고 고강도 (고경도) 이며 게다가, 양진 비틀림 피로 시험의 피로 강도가 450 ㎫ 이상으로 내피로 특성이 우수하며, 박육의 중공 스태빌라이저용으로서 바람직한 전봉 강관이 되었다.

한편, 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예는, ??칭 템퍼링 처리 후의 경도가 450 HV 미만이고 원하는 고강도 (고경도) 를 확보할 수 없었거나, 내피로 특성이 450 ㎫ 미만으로 저하되었다.

Claims

강 소재에, 가열 공정과, 열간 압연 공정과, 스킨 패스 압연 공정을 순차 실시하여 열연판으로 하고, 추가로, 그 열연판을 강관 소재로 하여, 그 강관 소재에, 전봉 조관 공정을 실시하여 전봉 강관으로 하고, 그 전봉 강관에, 재가열하고 열간 축경 압연을 실시하는 열간 축경 압연 공정을 실시하여 제품관으로 하는 박육 중공 스태빌라이저용 전봉 강관의 제조 방법으로서,
상기 강 소재가, 질량％ 로,
C : 0.20 ∼ 0.40 ％, Si : 0.1 ∼ 1.0 ％,
Mn : 0.1 ∼ 2.0 ％, P : 0.1 ％ 이하,
S : 0.01 ％ 이하, Al : 0.01 ∼ 0.10 ％,
Cr : 0.01 ∼ 0.15 ％, Ti : 0.01 ∼ 0.05 ％,
B : 0.0005 ∼ 0.0050 ％, Ca : 0.0001 ∼ 0.0050 ％,
N : 0.010 ％ 이하를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고,
상기 강 소재의 상기 가열 공정이, 상기 강 소재를 가열 온도 : 1000 ∼ 1300 ℃ 의 범위의 온도로 가열하는 공정이고,
상기 열간 압연 공정을, 압연 종료 온도 : 750 ∼ 950 ℃ 에서 열간 압연을 종료하고, 냉각시켜, 권취 온도 : 500 ∼ 650 ℃ 에서 코일상으로 권취하는 공정으로 하고,
상기 스킨 패스 압연 공정을, 압하율 : 0.3 ％ 이상으로 스킨 패스 압연을 실시하는 공정으로 하고,
상기 열간 축경 압연 공정이, 상기 전봉 강관을 가열 온도 : 800 ∼ 1100 ℃ 의 온도로 재가열한 후, 상기 열간 축경 압연을 압연 종료 온도 : 800 ~ 850 ℃, 누적 축경률 : 75 ％ 이하인 압연으로 하는 공정이고,
상기 제품관이, 관 내면측의 탈탄층이 표면으로부터 두께 방향으로 120 ㎛ 이하이고, 관 내면의 표면 조도 Ra 가 0.01 ∼ 5.0 ㎛ 이고,
항복비 : 65 ％ 이상을 가지며,
스태빌라이저 형상으로 성형하여 ??칭 템퍼링 처리를 실시한 후의 경도가 비커스 경도로 450 HV 이상이고,
스태빌라이저 형상으로 성형하여 ??칭 템퍼링 처리를 실시한 후의 내피로 특성이 우수한 두께 t : 6 ㎜ 이하이고, 또한 두께 t (㎜) 와 외경 D (㎜) 의 비, t/D 가 0.2 이하인 고강도 박육 중공 스태빌라이저용 전봉 강관의 제조 방법.
여기에서 상기 ??칭 템퍼링 처리는 이하의 조건으로 실시한다.
??칭 가열온도 850 ~ 1000 ℃ 까지 가열한 후 물 또는 ??칭유에 침지하여 급랭시키고, 200 ~ 420℃의 온도에서 템퍼링을 실시한다.
템퍼링 온도에서의 유지시간은 5 min 이상 60 min 이하로 한다.
제 1 항에 있어서,
상기 스태빌라이저 형상으로 성형하여 ??칭 템퍼링 처리를 실시한 후의 경도가 비커스 경도로 550 HV 미만인 고강도 박육 중공 스태빌라이저용 전봉 강관의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, (a) 내지 (c) 의 적어도 1 종을 함유하는 조성으로 하는, 고강도 박육 중공 스태빌라이저용 전봉 강관의 제조 방법.
(a)
Cu : 1 ％ 이하, Ni : 1 ％ 이하
중에서 선택된 1 종 또는 2 종.
(b)
Nb : 0.05 ％ 이하, W : 0.05 ％ 이하,
V : 0.5 ％ 이하
중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상.
(c)
REM : 0.02 ％ 이하.
열연 강판제 전봉 강관에 추가로, 열간 축경 압연을 실시하여 이루어지는 전봉 강관으로서, 질량％ 로,
C : 0.20 ∼ 0.40 ％, Si : 0.1 ∼ 1.0 ％,
Mn : 0.1 ∼ 2.0 ％, P : 0.1 ％ 이하,
S : 0.01 ％ 이하, Al : 0.01 ∼ 0.10 ％,
Cr : 0.01 ∼ 0.15 ％, Ti : 0.01 ∼ 0.05 ％,
B : 0.0005 ∼ 0.0050 ％, Ca : 0.0001 ∼ 0.0050 ％,
N : 0.010 ％ 이하를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고,
관 내면측의 탈탄층이 표면으로부터 두께 방향으로 120 ㎛ 이하이고, 관 내면의 표면 조도 Ra 가 0.01 ∼ 5.0 ㎛ 이고,
항복비 : 65 ％ 이상을 가지며,
스태빌라이저 형상으로 성형하여 ??칭 템퍼링 처리를 실시한 후의 경도가 비커스 경도로 450 HV 이상이고, 스태빌라이저 형상으로 성형하여 ??칭 템퍼링 처리를 실시한 후의 내피로 특성이 우수한 두께 t : 6 ㎜ 이하이고, 또한 두께 t (㎜) 와 외경 D (㎜) 의 비, t/D 가 0.2 이하인 고강도 박육 중공 스태빌라이저용 전봉 강관.
여기에서 상기 ??칭 템퍼링 처리는 이하의 조건으로 실시한다.
??칭 가열온도 850 ~ 1000 ℃ 까지 가열한 후 물 또는 ??칭유에 침지하여 급랭시키고, 200 ~ 420℃의 온도에서 템퍼링을 실시한다.
템퍼링 온도에서의 유지시간은 5 min 이상 60 min 이하로 한다.
제 4 항에 있어서,
상기 스태빌라이저 형상으로 성형하여 ??칭 템퍼링 처리를 실시한 후의 경도가 비커스 경도로 550 HV 미만인 고강도 박육 중공 스태빌라이저용 전봉 강관.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, (a) 내지 (c) 의 적어도 1 종을 함유하는 조성으로 하는, 고강도 박육 중공 스태빌라이저용 전봉 강관.
(a)
Cu : 1 ％ 이하, Ni : 1 ％ 이하
중에서 선택된 1 종 또는 2 종.
(b)
Nb : 0.05 ％ 이하, W : 0.05 ％ 이하,
V : 0.5 ％ 이하
중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상.
(c)
REM : 0.02 ％ 이하.
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