KR20220136428A - 전봉 강관, 그 제조 방법 및 자동차용 구조 부재 - Google Patents

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히로유키 시로사와
신스케 이데
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제이에프이 스틸 가부시키가이샤
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Abstract

가공성과 내비틀림 피로 특성이 우수한 전봉 강관 및 제조 방법을 제공하는 것. 관 길이 방향에 형성된 전봉 용접 이음매부 (2) 로부터 관 둘레 방향으로 ±10 도까지의 영역인 심 영역 (3) 과, 그 심 영역 (3) 이외의 모재 영역 (6) 으로 이루어지는 전봉 강관으로서, 관 길이 방향의 r 값이 1.0 이상이고, 심 영역 (3) 의 두께 최소값 Ts(MIN) (㎜) 및 모재 영역 (6) 의 두께 평균값 Tb(Ave) (㎜) 의 차 (Tb(Ave) － Ts(MIN)) 인 H (㎜) 와, 심 영역 (3) 의 관 내면의 호 길이 W (㎜) 가, 이하의 식 (1) 을 만족하고, 심 영역 (3) 의 두께 최대값 Ts(MAX) (㎜) 와, Tb(Ave) (㎜) 가, 이하의 식 (2) 를 만족하는 전봉 강관 (1).
H/W ≤ 0.10 ··· 식 (1)
Ts(MAX)/Tb(Ave) ≤ 1.05 ··· 식 (2)

Description

전봉 강관, 그 제조 방법 및 자동차용 구조 부재
본 발명은, 자동차의 스태빌라이저에 적합한, 내비틀림 피로 특성이 우수한 전봉 강관의 기술에 관한 것이다.
최근, 자동차의 연비 향상을 목적으로 하여, 차체의 경량화가 권장되고 있다. 그 차체를 구성하는 부재 중에서, 종래, 봉 강재가 사용되어 온 스태빌라이저는, 생산성이 우수한 전봉 강관의 적용에 의해, 중공화의 움직임이 확대되고 있다.
이들 스태빌라이저 등의 자동차용 부품은, 굽힘 가공을 실시하기 때문에, 높은 가공성이 요구되고, 또, 제품으로서의 사용 중에 굽힘, 비틀림 응력이 계속 작용하기 때문에, 우수한 피로 특성 (이하, 내비틀림 피로 특성이라고도 기재한다) 도 요구되고 있다.
예를 들어, 특허문헌 1 에서는, 요구되는 내비틀림 피로 특성을 만족시키기 위해, 전봉 용접부에서 탄소량이 저하되고, ??칭 후의 경도가 주위보다 저하되는 백색층이라고 불리는 영역을 특정한 전봉 강관이 제안되어 있다. 또, 특허문헌 2 에서는, 용접 결함 면적을 정의하고, 이것을 한정함으로써 내비틀림 피로 특성을 향상시킨 전봉 강관이 제안되어 있다.
일본 특허공보 제5942572호 일본 특허공보 제5845623호
그러나, 특허문헌 1, 2 에서 제안되어 있는 강관에 있어서, 내비틀림 피로 특성은 아직 충분하다고는 할 수 없었다.
본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해, 가공성과 내비틀림 피로 특성이 우수한 전봉 강관의 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 강관의 비틀림 피로에 관한 연구를 실시하여, 축경 압연 후, 강관의 전봉 용접 이음매부 부근의 내경 형상이 변화하고, 이 형상 변화가 비틀림 피로 특성에 영향을 주고 있는 것을 지견하였다.
그리고, 본 발명자들은 상기한 목적을 달성하기 위해, 강관을 열간으로 축경 압연하는 방법에 있어서, 전봉 용접 이음매부 부근의 내경 형상을 향상시키기 위한 각종 방책에 대해 예의 연구하였다. 그 결과, 축경 압연 공정의 압연 롤과 축경 압연 중의 강관의 전봉 용접 이음매부의 위치에 따라 전봉 용접 이음매부 부근의 내경 형상이 변화하는 것을 지견하였다. 그리고, 축경 압연 공정시, 압연 롤에 대한 강관의 장입 위치의 적절화에 의해, 내경 형상이 양호해져, 높은 가공성과 피로 특성 향상의 쌍방을 실현할 수 있는 것을 알아내었다.
본 발명은, 이러한 지견에 기초하여, 더욱 검토를 더하여 완성된 것이다. 즉, 본 발명의 요지는 이하와 같다.
[1] 관 길이 방향에 형성된 전봉 용접 이음매부로부터 관 둘레 방향으로 ±10°까지의 영역인 심 영역과, 그 심 영역 이외의 모재 영역으로 이루어지는 전봉 강관으로서,
관 길이 방향의 r 값이 1.0 이상이고,
상기 심 영역의 두께 최소값 Ts(MIN) (㎜) 및 상기 모재 영역의 두께 평균값 Tb(Ave) (㎜) 의 차 (Tb(Ave) － Ts(MIN)) 인 H (㎜) 와, 상기 심 영역의 관 내면의 호 길이 W (㎜) 가, 이하의 식 (1) 을 만족하고,
상기 심 영역의 두께 최대값 Ts(MAX) (㎜) 와, 상기 Tb(Ave) (㎜) 가, 이하의 식 (2) 를 만족하는 전봉 강관.
H/W ≤ 0.10 ··· 식 (1)
Ts(MAX)/Tb(Ave) ≤ 1.05 ··· 식 (2)
[2] 상기 Tb(Ave) (㎜) 와, 상기 모재 영역의 관 외경 평균값 Db(Ave) (㎜) 가, 이하의 식 (3) 을 만족하는 상기 [1] 에 기재된 전봉 강관.
(Tb(Ave)/Db(Ave)) × 100 ≥ 15 ％ ··· 식 (3)
[3] 상기 r 값은, 상기 모재 영역에 있어서의 관 길이 방향의 r 값인 상기 [1] 또는 [2] 에 기재된 전봉 강관.
[4] 상기 [1] ∼ [3] 중 어느 하나에 기재된 전봉 강관을 제조하는 방법으로서,
강대에 성형을 실시하여 오픈관으로 하고,
그 오픈관에 대해 전봉 용접을 실시하여 소관 (素管) 으로 하고,
그 소관에 대해, 650 ℃ 이상의 가열 온도에서 가열하고, 누적 축경률이 30 ％ 이상인 축경 압연을 실시하고,
상기 축경 압연으로, 축경률이 5.0 ％ 이상이 되는 롤 스탠드에서는, 롤의 칼리버 중심으로부터 ±5.0°의 범위 및 칼리버 중심으로부터 좌우로 각각 360°/(n × 2) 의 위치로부터 ±5.0°(n 은 1 스탠드당의 롤 수) 의 범위에 전봉 용접 이음매부를 통과시키지 않는 전봉 강관의 제조 방법.
[5] 상기 [1] ∼ [3] 중 어느 하나에 기재된 전봉 강관을 사용하여 이루어지는 자동차용 구조 부재.
본 발명에 의하면, 가공성과 내비틀림 피로 특성이 우수한 전봉 강관의 기술이 제공된다.
구체적으로, 본 발명에 의하면, r 값이 1.0 이상이고, 또한 플러그에 골링을 발생시키지 않고 높은 가공성을 가지며, 종래보다, 내비틀림 피로 특성이 우수한 강관을 제조할 수 있어, 산업상 각별한 효과를 발휘한다. 본 발명에 관련된 전봉 강관은, 굽힘 가공을 실시하여, 단면 (斷面) 성형 가공 후에 내비틀림 피로 특성을 필요로 하는 스태빌라이저와 같은 자동차용 구조 부재로서 바람직하다.
도 1 은, 전봉 강관의 단면을 나타내는 평면도이다.
도 2 는, 심 영역의 평면도이다.
도 3 은, 심 영역의 두께 최대값 Ts(MAX) 가 모재 영역의 두께 평균값 Tb(Ave) 보다 커졌을 때의 심 영역의 평면도이다.
도 4 는, 본 발명의 전봉 강관의 제조 설비의 외관도이다.
도 5 는, 전봉 강관을 압연 롤 내에 장입할 때의 전봉 용접 이음매부의 위치를 설명하기 위한 외관도이다.
도 6 은, 본 발명에서, 압연 롤에 있어서 전봉 용접 이음매부가 접촉을 회피해야 하는 부위를 설명하기 위한 외관도이다.
도 7 은, 압연 롤의 위상각을 설명하기 위한 압연 롤의 평면도이다.
도 8 은, 실시예에서의 압연 롤에 대한 전봉 용접 이음매부의 장입 위치와 접촉을 회피해야 하는 영역의 관계를 나타내는 도면이다.
＜전봉 강관＞
본 발명의 강관은, 관 길이 방향에 형성된 전봉 용접 이음매부로부터 관 둘레 방향으로 ±10°까지의 영역인 심 영역과, 그 심 영역 이외의 모재 영역으로 이루어지는 전봉 강관으로서, 관 길이 방향의 r 값이 1.0 이상이고, 심 영역의 두께 최소값 Ts(MIN) (㎜) 및 모재 영역의 두께 평균값 Tb(Ave) (㎜) 의 차 (Tb(Ave) － Ts(MIN)) 인 H (㎜) 와, 심 영역의 관 내면의 호 길이 W (㎜) 가, 이하의 식 (1) 을 만족하고, 심 영역의 두께 최대값 Ts(MAX) (㎜) 와, Tb(Ave) (㎜) 가, 이하의 식 (2) 를 만족하는 것을 특징으로 하는, 내비틀림 피로 특성이 우수한 전봉 강관이다.
H/W ≤ 0.10 ··· 식 (1)
Ts(MAX)/Tb(Ave) ≤ 1.05 ··· 식 (2)
먼저, 각 치수의 측정 방법에 대해 설명한다. 도 1 에 전봉 강관 (1) 의 단면 형상을 나타내고, 도 2 에 심 영역 (3) 의 확대도를 나타낸다.
심 영역 (3) 은, 관축 방향 (길이 방향) 의 수직 단면의 중심을 원 중심 (О) 으로 했을 경우, 전봉 용접 이음매부 (2) 로부터 관 둘레 방향으로 ±10°까지의 영역을 가리킨다.
모재 영역 (6) 의 두께 평균값 Tb(Ave) 에 대해서는, 편구 (片球) 마이크로 미터를 사용하여, 전봉 용접 이음매부를 0° 로 했을 때에, 40°, 80°, 120°, 160°, 200°, 240°, 280°, 및 320°의 위치에 있어서의 모재 영역 (6) 의 두께를 계측하고, 그 값의 평균값을 Tb(Ave) (㎜) 로 한다.
다음으로, 모재 영역 (6) 의 관 외경 평균값 Db(Ave) (㎜) 에 대해서는, 외측 마이크로 미터를 사용하여, 전봉 용접 이음매부 (2) 를 0° 로 했을 때에, 40°, 80°, 120°및 160°의 위치에 있어서의 모재 영역 (6) 의 관 외경을 계측하고, 그 값의 평균값을 Db(Ave) (㎜) 로 한다.
심 영역 (3) 의 관 내면의 호 길이 W (㎜) 는, 다음 식 (4) 로 정의한다.
W (㎜) ＝ (축경 후의 Db(Ave) － 2 × Tb(Ave)) × 20 × π/360 ··· 식 (4)
Ts(MIN) (㎜), Ts(MAX) (㎜) 는 각각, 심 영역 (3) 의 두께 최소값 (도 2 중, 부호 5 로 나타내는 위치에서 두께 최소값이 된다), 심 영역 (3) 의 두께의 최대값 (도 2 중, 부호 4 로 나타내는 위치에서 두께 최대값이 된다) 로 정의된다.
또한, Ts(MIN) (㎜), Ts(MAX) (㎜) 는, 각각, 심 영역 (3) 의 구간의 두께를 1° 마다 포인트 마이크로 미터로 계측하고, 그 최소값, 최대값으로 한다.
또, 본 발명의 전봉 강관은, 특별히 한정되지 않지만, 모재 영역 (6) 의 두께 평균값 Tb(Ave) 는 4.0 ∼ 8.0 ㎜ 인 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 전봉 강관은, 특별히 한정되지 않지만, 관 외경 평균값 Db(Ave) 는 20.0 ∼ 45.0 ㎜ 인 것이 바람직하다.
r 값 : 1.0 이상
다음으로, r 값 (랭크포드값) 의 범위에 대해 설명한다. 본 발명에서는, r 값은, 모재 영역 (6) 에 있어서의 관 길이 방향의 r 값으로 할 수 있다. 강관 (1) 의 관 길이 방향의 r 값을 1.0 이상으로 함으로써, 스태빌라이저를 제조할 때에 필요한 가공성을 만족한다. 한편, 강관 (1) 의 상기 r 값이 1.0 미만이면, 강관 (1) 에 굽힘 가공을 실시하면 좌굴이 발생하여, 소정의 형상까지 굽힘 가공을 실시할 수 없다. 따라서, 강관 (1) 의 관 길이 방향의 r 값은, 1.0 이상으로 한다. 바람직하게는, 상기 r 값은 1.3 이상이다. 또, r 값의 상한은 특별히 한정되지 않지만, r 값이 지나치게 높음으로써 관의 둘레 방향에 변형이 집중하여, 강관 (1) 에 굽힘 가공을 실시하였을 때에 강관 단면이 축경되고, 잘록한 부분이 발생하여 원하는 형상이 얻어지지 않을 가능성이 있기 때문에, 바람직하게는 2.0 이하이다.
r 값은 공칭 변형으로 5 ∼ 10 ％ 의 인장 시험을 실시했을 때의 길이 방향의 진 (眞) 변형 : eL 에 대한 폭 방향의 진 변형 eW 를 측정하고, 그 기울기 ρ 로부터 r 값 ＝ ρ/(-1-ρ) 를 계산하여 구한다. 이 때, 인장 시험은, 강관의 모재 영역으로부터 JIS12호 A 의 인장 시험편을 채취하고, 게이지 길이가 2 ㎜ 인 변형 게이지를 붙여 시험을 실시한다.
r 값은, 축경 압연시의 가열 온도와 누적 축경률을 제어함으로써 조정할 수 있다.
H/W ≤ 0.10 ··· 식 (1)
다음으로, H (㎜) 와 심 영역 (3) 의 관 내면의 호 길이 W (㎜) 의 비 H/W 의 한정 이유에 대해 설명한다.
H (㎜) 는, 심 영역 (3) 의 두께 최소값 Ts(MIN) (㎜) 및 모재 영역 (6) 의 두께 평균값 Tb(Ave) (㎜) 의 차 (Tb(Ave) － Ts(MIN)) 이며, 즉, H ＝ Tb(Ave) － Ts(MIN) 이다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 전봉 강관 (1) 의 내경 형상에 급준한 패임부 (도 2 중, 부호 5 참조) 가 존재하면, 이 패임부에 응력이 집중하여, 내비틀림 피로 특성이 현저하게 저하된다. 조사의 결과, 심 영역 (3) 의 급준함의 지표가 되는 H/W 가, 0.10 이하일 때, 요구되는 내비틀림 피로 특성을 만족하는 것을 알 수 있었다.
또, H 가 부 (負) 가 되는 경우, 즉 Ts(MIN) 이 Tb(Ave) 보다 큰 경우에는, 모재 영역 (6) 보다 두께가 작은 패임부가 심 영역 (3) 에 존재하지 않기 때문에, 내비틀림 피로 특성은 저하되지 않는다.
따라서, 본 발명에서는, 심 영역 (3) 의 두께 최소값 Ts(min) (㎜) 과 모재 영역 (6) 의 두께 평균값 Tb(Ave) (㎜) 의 차 (Tb(Ave) － Ts(MIN)) 로 정의되는 H (㎜) 와 심 영역 (3) 의 호 길이 W (㎜) 의 비 (H/W) 를 0.10 이하로 한다.
또, 바람직하게는, H/W 는, 0.07 이하이고, 보다 바람직하게는, 0.05 이하이다.
또, 바람직하게는, H/W 는, －0.10 이상이고, 보다 바람직하게는, －0.07 이상이다.
H/W 는, 1 스탠드당의 축경률을 특정값 이상으로 하는 축경을 실시하는 롤 스탠드에 있어서, 롤의 칼리버 끝 및 칼리버 중심으로부터 특정 범위 내의 영역을 전봉 용접 이음매부 (2) 가 회피하도록 소관 (12) 을 장입함으로써 상기한 범위로 조정할 수 있다.
Ts(MAX)/Tb(Ave) ≤ 1.05 ··· 식 (2)
다음으로, 심 영역 (3) 의 두께 최대값 Ts(MAX) (㎜) 와 Tb(Ave) (㎜) 의 비 (Ts(MAX)/Tb(Ave)) 의 한정 이유에 대해 설명한다. 내비틀림 피로 특성의 관점에서는, 심 영역이 모재 영역 (6) 보다 두께가 커질수록, 심 영역 (3) 을 기점으로 한 파단은 발생하기 어려워진다.
여기서, 도 3 을 참조한다. 도 3 은, 심 영역 (3) 의 두께 최대값 Ts(MAX) 가 모재 영역 (6) 의 두께 평균값 Tb(Ave) 보다 커졌을 때의 심 영역 (3) 의 평면도이다.
도 3 에 나타내는 바와 같이, Ts(MAX) (도 3 중, 부호 4 참조) 가 Tb(Ave) 보다 커짐으로써, 축경 압연 후에 실시되는 냉간 인발 가공시에 문제가 발생하는 경우가 있다. 냉간 인발 공정은, 강관 내에 플러그를 삽입하고, 다이스를 통해 냉간으로 강관을 인발하는 공정으로, 심 영역 (3) 의 내경부에 있어서 돌기부가 형성됨으로써, 장입하는 플러그를 손상시키는 문제나, 내경부에 플러그가 닿지 않는 부위가 발생한다는 문제가 일어난다.
이 점, 심 영역 (3) 의 두께 증가의 지표가 되는 Ts(MAX)/Tb(Ave) 를 1.05 이하로 함으로써, 이들 문제의 발생을 억제할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는, 심 영역의 두께 최대값 Ts(MAX) (㎜) 와 Tb(ave) (㎜) 의 비 (Ts(MAX)/Tb(Ave)) 를 1.05 이하로 한다.
또, 바람직하게는, Ts(MAX)/Tb(Ave) 는, 1.04 이하이고, 보다 바람직하게는, 1.03 이하이다.
또, 바람직하게는, Ts(MAX)/Tb(Ave) 는, 0.90 이상이고, 보다 바람직하게는, 0.95 이상이다.
Ts(MAX)/Tb(Ave) 에 대해서는, 1 스탠드당의 축경률을 특정값 이상으로 하는 축경을 실시하는 롤 스탠드에 있어서, 롤의 칼리버 끝 및 칼리버 중심으로부터 특정 범위 내의 영역을 회피하는 위치에 전봉 용접 이음매부 (2) 를 장입함으로써 상기한 범위로 조정할 수 있다.
(Tb(Ave)/Db(Ave)) × 100 ≥ 15 ％ ··· 식 (3)
본 발명의 강관에서는, 또한, Tb(Ave) (㎜) 와, 모재 영역의 관 외경 평균값 Db(ave) (㎜) 의 비 : (Tb(Ave)/Db(Ave)) × 100 이 15 ％ 이상인 것이 바람직하다.
Tb(Ave)/Db(Ave) 의 한정 이유는, 다음과 같다.
Tb(Ave)/Db(Ave) 를 작게 함으로써, 중량을 저감시킬 수 있지만, (Tb(Ave)/Db(Ave)) × 100 이 15 ％ 미만이면, 부품으로서 요구되는 강성 및 강도를 만족할 수 없는 경우가 있다. 그 때문에, 봉 강재의 대체로는 강관의 치수로서 (Tb(Ave)/Db(Ave)) × 100 ≥ 15 ％ 인 것이 바람직하다.
또, 바람직하게는, (Tb(Ave)/Db(Ave)) × 100 은, 15.5 ％ 이상이고, 보다 바람직하게는, 16.0 ％ 이상이다.
또, 바람직하게는, (Tb(Ave)/Db(Ave)) × 100 은, 45 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는, 40 ％ 이하이다.
다음으로, 본 발명에서 사용한 강관의 바람직한 성분 조성에 대해 서술한다. 이하, 성분 조성의 설명은, 특별히 언급하지 않는 한, 질량％ 는 간단히 ％ 로 기재한다.
C : 0.55 ％ 이하
C 는, 강도 증가에 기여하는 원소이고, 첨가함으로써 내피로 특성이 향상되지만, C 함유량이 0.55 ％ 를 초과하면 용접성이 나빠지기 때문에, 안정적인 전봉 용접 품질이 얻어지지 않게 되는 경우가 있다. 따라서, C 함유량은, 0.55 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, C 함유량은 0.45 ％ 이하이다. 또, 바람직하게는, C 함유량은 0.2 ％ 이상이다.
Si : 0.01 ∼ 1.0 ％
Si 는, 탈산 및 고용하여 강의 강도를 증가시킨다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Si 함유량은 0.01 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또, Si 함유량이 1.0 ％ 를 초과하면, 강관의 ??칭성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, Si 함유량은, 0.01 ∼ 1.0 ％ 로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, Si 함유량은 0.1 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는, Si 함유량은 0.4 ％ 이하이다.
Mn : 0.2 ∼ 3.0 ％
Mn 은, ??칭성을 향상시키는 효과가 있고, 0.2 ％ 이상 함유함으로써 그 효과를 얻는다. 그러나, Mn 함유량이 3.0 ％ 를 초과하면 전봉 용접 품질이 악화되는 경우가 있다. 따라서, Mn 함유량은, 0.2 ∼ 3.0 ％ 로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, Mn 함유량은 0.5 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는, Mn 함유량은 2.0 ％ 이하이다.
P : 0.01 ％ 이하
P 는, 입계 등에 편석되어, 인성을 저하시키기 때문에, 본 발명에서는 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하지만, P 함유량은 0.01 ％ 까지는 허용할 수 있다. 따라서, P 함유량은, 0.01 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, P 함유량은 0.005 ％ 이하이다.
S : 0.01 ％ 이하
S 는, 강 중에서 황화물 개재물로서 존재하고, 가공성, 내피로 특성을 저하시키는 원소이기 때문에, 본 발명에서는 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하지만, S 함유량은 0.01 ％ 이하까지는 허용할 수 있다. 따라서, S 함유량은, 0.01 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, S 함유량은 0.005 ％ 이하이다.
Cr : 2.0 ％ 이하
Cr 은, ??칭성을 향상시키는 원소이고, 강의 강도를 높여, 피로 특성의 향상에 유효하다. 그러나, 2.0 ％ 를 초과하여 Cr 을 함유하면, 전봉 용접 이음매부에 Cr 산화물이 잔존되어, 전봉 용접 품질이 저하되는 경우가 있다. 따라서, Cr 함유량은, 2.0 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, Cr 함유량은 0.5 ％ 이하이다. 또, 바람직하게는, Cr 함유량은 0.001 ％ 이상이다.
Ti : 0.1 ％ 이하
Ti 는, 강 중의 N 을 TiN 으로서 고정시키는 작용을 갖는다. 그러나, Ti 함유량이 0.1 ％ 를 초과하면, 강의 가공성, 인성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, Ti 함유량은, 0.1 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, Ti 함유량은 0.04 ％ 이하이다. 또, 바람직하게는, Ti 함유량은 0.01 ％ 이상이다.
Al : 0.1 ％ 이하
Al 은, 탈산에 유효한 원소이고, 또, ??칭시의 오스테나이트립의 성장을 억제함으로써 ??칭 후의 강도를 확보하기 위해 필요한 원소이다. 그러나, Al 함유량이 0.1 ％ 를 초과하면, 효과가 포화되어, Al 계의 개재물이 증가함으로써 피로 강도를 저하시키는 경우가 있다. 따라서, Al 함유량은, 0.1 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, Al 함유량은 0.08 ％ 이하이다. 또, 바람직하게는, Al 함유량은 0.01 ％ 이상이다.
V : 0.5 ％ 이하
V 는, 미세한 탄화물을 형성하여 강의 강도의 증가에 기여하는 원소이다. 그러나, V 함유량이 0.5 ％ 를 초과하면 효과가 포화되어, 함유량에 걸맞은 효과를 기대할 수 없으며, 경제적으로 불리해진다. 따라서, V 함유량은, 0.5 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, V 함유량은 0.3 ％ 이하이다. 또, 바람직하게는, V 함유량은 0.01 ％ 이상이다.
Nb : 0.1 ％ 이하
Nb 는, 미세한 탄화물을 형성하여 강의 강도의 증가에 기여하는 원소이다. 그러나, Nb 함유량이 0.1 ％ 를 초과하면 효과가 포화되어, 함유량에 걸맞은 효과를 기대할 수 없으며, 경제적으로 불리해진다. 따라서, Nb 함유량은, 0.1 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, Nb 함유량은 0.03 ％ 이하이다. 또, 바람직하게는, Nb 함유량은 0.001 ％ 이상이다.
Mo : 1.0 ％ 이하
Mo 는, ??칭성을 향상시켜, 강의 강도의 증가에 기여하는 원소이다. 그러나, Mo 함유량이 1.0 ％ 를 초과하면 효과가 포화되어, 함유량에 걸맞은 효과를 기대할 수 없으며, 경제적으로 불리해진다. 따라서, Mo 함유량은, 1.0 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, Mo 함유량은 0.3 ％ 이하이다. 또, 바람직하게는, Mo 함유량은 0.01 ％ 이상이다.
Cu : 2.0 ％ 이하
Cu 는 ??칭성을 높이는 원소이고, 강의 강도를 높여, 피로 강도의 향상에 유효하다. 그러나, 2.0 ％ 를 초과하여 Cu 를 함유하면 가공성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, Cu 함유량은, 2.0 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, Cu 함유량은 0.5 ％ 이하이다. 또, 바람직하게는, Cu 함유량은 0.001 ％ 이상이다.
Ni : 2.0 ％ 이하
Ni 는 ??칭성을 높이는 원소이고, 강의 강도를 높여, 피로 강도의 향상에 유효하다. 그러나, 2.0 ％ 를 초과하여 Ni 를 함유하면 가공성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, Ni 함유량은, 2.0 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, Ni 함유량은 0.5 ％ 이하이다. 또, 바람직하게는, Ni 함유량은 0.001 ％ 이상이다.
B : 0.005 ％ 이하
B 는, 미량으로 강의 ??칭성을 높이는 원소이다. 그러나, B 함유량이 0.005 ％ 를 초과하면 그 효과가 포화됨과 함께, 입계에 편석되어 입계 파괴를 촉진시켜 피로 특성을 저하시킨다. 따라서, B 함유량은, 0.005 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, B 함유량은 0.0050 ％ 이하이다. 또, 바람직하게는, B 함유량은 0.0003 ％ 이상이다.
N : 0.01 ％ 이하
N 은, 강 중에 불가피적으로 함유되는 원소이지만, 강 중의 질화물 형성 원소와 결합하여, 결정립의 조대화 억제, 나아가서는 템퍼링 후의 강도 증가에 기여한다. 그러나, N 함유량이 0.01 ％ 를 초과하면 전봉 용접 이음매부의 인성을 저하시켜, 가공성이 악화된다. 따라서, N 함유량은, 0.01 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, N 함유량은 0.005 ％ 이하이다.
상기한 성분 조성 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다.
＜전봉 강관의 제조 방법＞
다음으로, 상기한 강관의 제조 방법에 대해, 도 4 를 참조하면서 설명한다.
도 4 는 본 발명의 전봉 강관을 제조하기 위한 설비의 개략도를 나타낸다.
본 발명에서는, 먼저, 도 4(a) 에 나타내는 바와 같이, 강대 (7) 에 대해 연속 성형기 (8) 등에 의해 연속 성형을 실시하여 오픈관 (9) 으로 하고, 그 오픈관에 대해 용접 수단 (10) 에 의해 전봉 용접을 실시하여 소관 (12) 으로 한다. 또한, 본 발명에서는, 스퀴즈 롤 (11) 로 압접하면서 강대 (7) 의 둘레 방향 맞댐부를 용접 수단 (10) 으로 전기 저항 용접하여, 소관 (12) 을 얻어도 된다.
또, 소관 (12) 을, 절단기 (13) 에 의해 소정의 치수로 절단해도 된다.
소관 (12) 을 얻은 후, 도 4(b) 에 나타내는 바와 같이, 소관 (관체) (12) 에 대해, 가열 수단 (14) 에 의해 650 ℃ 이상의 가열 온도에서 가열하고, 압연 롤 (이하, 간단히 롤이라고도 기재한다) (15) 을 사용하여 누적 축경률 30 ％ 이상으로 축경 압연을 실시한다. 압연 롤 (15) 에 의한 축경 압연에 대해서는, 복수의 롤 스탠드 (16-1, 16-2···, 16-N (N 은 자연수)) 를 사용하여 점차 축경을 실시하도록 할 수 있다.
또한, 축경률의 정의는, 이하의 식 (5) 로 정의된다.
축경률 (％) ＝ 100 × (축경 전의 Db(Ave) － 축경 후의 Db(Ave))/축경 전의 Db(Ave)··· 식 (5)
보다 구체적으로, 누적 축경률은, 이하의 식 (6) 에서 얻어진다.
누적 축경률 (％) ＝ 100 × (제 1 스탠드에서의 축경 전의 Db(Ave) － 최종 스탠드에서의 축경 후의 Db(Ave))/제 1 스탠드에서의 축경 전의 Db(Ave)··· 식 (6)
강관 축경 압연시의 가열 온도를 650 ℃ 이상으로 하고, 또한 축경 압연에서의 누적 축경률을 30 ％ 이상으로 함으로써, 가공 후의 강관의 r 값을 1.0 이상으로 하는 것이 가능해져, 굽힘 가공시에 원하는 형상으로 가공할 수 있다.
상기 가열 온도는, 바람직하게는 700 ℃ 이상이고, 보다 바람직하게는 800 ℃ 이상이다.
또, 상기 가열 온도는, 바람직하게는 1050 ℃ 이하이고, 보다 바람직하게는 1000 ℃ 이하이다.
상기 누적 축경률은, 바람직하게는 35 ％ 이상이고, 보다 바람직하게는 40 ％ 이상이다.
또, 상기 누적 축경률은, 바람직하게는 90 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는 85 ％ 이하이다.
본 발명에서는, 축경 압연에서, 축경률이 5.0 ％ 이상이 되는 롤 스탠드에서는, 롤의 칼리버 중심으로부터 ±5.0°의 범위 및 칼리버 중심으로부터 좌우로 각각 360°/(n × 2) 의 위치로부터 ±5.0°(n 은 1 스탠드당의 롤 수) 의 범위에 전봉 용접 이음매부 (2) 를 통과시키지 않는다.
여기서 말하는, 제 N 스탠드의 롤 스탠드에서의 축경률은, 이하의 식 (7) 에서 얻어진다.
축경률 (％) ＝ 100 × (제 N 스탠드에서의 축경 전의 Db(Ave) － 제 N 스탠드에서의 축경 후의 Db(Ave))/제 N 스탠드에서의 축경 전의 Db(Ave)··· 식 (7)
다음으로, 이 전봉 용접 이음매부 (2) 의 롤 스탠드에 대한 장입 위치의 한정 이유에 대해 서술한다. 여기서의 전봉 용접 이음매부 (2) 의 장입 위치란, 축경 압연용의 롤에 장입할 때, 강관이 진행되는 방향을 향하여, 천정 방향에서 강관의 중심을 축으로 반시계 방향으로 전봉 용접 이음매부를 회전시켰을 때의 둘레 방향 위치이다. 이 때, 천정 방향을 0° 로 한다. 또, 상기한 칼리버 중심으로부터 좌우로 각각 360°/(n × 2) 의 위치란, 칼리버 중심으로부터 ±360°/(n × 2) 의 위치라고도 할 수 있다.
도 5 는, 전봉 강관의 장입 위치를 설명하기 위한 도면이다. 또, 도 6 은, 본 발명에서, 압연 롤 (15) 에 있어서 전봉 용접 이음매부 (2) 가 접촉을 회피해야 하는 위치를 설명하기 위한 외관도이다. 본 발명자들은, 롤 (15) 을 사용하여 강관의 축경 압연을 실시할 때, 강관의 단면에서는 압연한 롤 (15) 의 칼리버 끝 부근의 두께가 증가하고, 칼리버 중심 (17) 에서는 두께가 감소하는 것에 주목하였다.
강관의 축경 압연을 실시하기 위한 롤 (15) 은, 롤 둘레 방향에 형성된 칼리버를 갖고 있고, 복수의 롤 (15) 이 회전하면서 칼리버로 강관 (소관 (12)) 을 협지한다. 강관의 축 방향 (길이 방향) 의 수직 단면 (관축 방향 수직 단면) 에서 보았을 때, 칼리버는 관축 방향 수직 단면의 강관 외경을 따르도록 만곡한 형상을 갖는다. 이 때, 롤의 회전축을 중심으로 하는 칼리버 직경 (18) 이 최소가 되는 원호의 위치에 있는 칼리버 중심 (17) 이 칼리버 바닥이 된다.
본 발명자들은, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 전봉 용접 이음매부 (2) 를 둘레 방향으로 다양한 위치에 설정하고, 소관 (12) 을 축경 압연용의 롤 (15 (16-1)) 에 장입하였다.
그로 인하여, 1 스탠드당 축경률이 5.0 ％ 이상이 되는 축경 압연용의 롤 스탠드에 있어서, 도 6 에 나타내는 바와 같이 롤 (15) 의 칼리버 중심 (17) 으로부터 ±5.0°의 범위 및 칼리버 중심 (17) 으로부터 좌우로 각각 360°/(n × 2) 의 위치로부터 ±5.0°(n 은 1 스탠드당의 롤 수) 의 범위를 전봉 용접 이음매부 (2) 가 회피하도록 소관 (12) 을 장입한 결과, 변형이 적고, 내경 형상이 양호하게 유지되는 것을 지견하였다.
여기서, 칼리버 중심 (17) 으로부터 ±5.0°란, 롤 (15) 의 관축 방향 수직 단면에 있어서의 칼리버 외연부를, 강관의 단면 원을 따른 부채꼴 형상으로 했을 때, 즉 이 강관의 단면 원 중심을 원 중심으로 한 부채꼴 형상으로 했을 때, 칼리버 중심 (17) 을 0° 로 하고, 이 부채꼴 형상에 있어서의 ±5.0°의 범위인 것을 가리킨다. 또, 칼리버 중심 (17) 으로부터 360°/(n × 2) 의 위치로부터 ±5.0°(n 은 1 스탠드당의 롤 수) 란, 예를 들어 4 롤로 압연을 실시할 때에는, 칼리버 중심 (17) 으로부터 좌우로 각각 45°(＝ 360°/(4 × 2)) 의 위치로부터 원주 방향으로 ±5.0°의 범위인 것을 가리키고, 3 롤로 압연을 실시할 때에는, 칼리버 중심 (17) 으로부터 좌우로 각각 60°(＝ 360°/(3 × 2)) 의 위치로부터 원주 방향으로 ±5.0°의 범위인 것을 가리킨다.
본 발명에서는, 가공성의 관점에서, 관 둘레 방향에 인접하는 롤 (15) 에 있어서, 좌측의 롤 (15) 의 우단측이 되는 칼리버 중심 (17) 으로부터 360°/(n × 2) 의 위치로부터 ±5.0°의 영역과, 우측의 롤 (15) 의 좌단측이 되는 칼리버 중심 (17) 으로부터 360°/(n × 2) 의 위치로부터 ±5.0°의 영역은, 중첩되어 있어도 된다.
이와 같이, 가공성 및 내비틀림 피로 특성이 우수한 전봉 강관을 얻기 위해, 축경 압연에서, 축경률이 5.0 ％ 이상이 되는 롤 스탠드에서는, 롤의 칼리버 중심으로부터 ±5.0°및 칼리버 중심으로부터 좌우로 각각 360°/(n × 2) 의 위치로부터 ±5.0°(n 은 1 스탠드당의 롤 수) 의 범위에 전봉 용접 이음매부를 통과시키지 않도록 한다.
또, 축경 압연 중, 관의 전봉 용접 이음매부 (2) 의 둘레 방향 변위를 구속하고, 보다 확실하게 목적하는 장입 위치에 장입하기 위한 방법으로는, 롤형의 가이드를 서로 인접하는 롤 스탠드 (16) 사이에 설치하고, 이 가이드로 스탠드 (16) 사이를 통과하는 관의 둘레 방향 변위를 구속하는 방법, 축경 압연시에 후방으로부터 인장 응력을 가하는 방법, 전봉 용접과 축경 압연을 연속하여 실시하는 방법 등을 들 수 있지만, 특별히 한정은 되지 않는다.
얻어진 강관 (1) 에 대해서는, 고주파 ??칭 처리, 템퍼링 처리를 실시해도 된다. 고주파 ??칭 처리는 가열 온도 850 ∼ 1050 ℃, 유지 시간 : 1 ∼ 1800 s 의 조건으로 가열하고, 그 후 수랭하는 처리로 할 수 있다. 템퍼링 처리는 150 ∼ 450 ℃ 에서 5 ∼ 60 분 유지하고, 그 후 공랭하는 처리로 할 수 있다.
이상 설명한 본 발명의 전봉 강관 (1) 은, 자동차의 스태빌라이저 등의 자동차용 구조 부재에 사용할 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 기초하여, 본 발명에 대해 추가로 설명한다.
표 1 에 나타내는, 2 종류의 강종 A, B 의 강대에 연속 성형을 실시하여 오픈관으로 하고, 그 오픈관에 대해 전봉 용접을 실시하여 소관으로 하고, 누적 축경률, 가열 온도 및 축경 압연용의 롤 스탠드에 대한 장입 위치를 변화시켜 축경 압연을 실시하여, 강관 No. A-1 ∼ A-19, B-1 ∼ B-19 를 얻었다. 강관 No. A-1 ∼ A-19 는 강종 A 에 기초하여 제조하고, 강관 No. B-1 ∼ B-19 는 강종 B 에 기초하여 제조하였다.
표 2 에 축경 스케줄을 나타낸다. 또, 도 7 은, 표 2 에 나타내는 압연 롤의 위상각을 설명하기 위한 압연 롤의 평면도이다.
표 2 에 나타내는 위상각이란, 4 롤의 패턴 A ∼ D 에 대해서는, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 각 스탠드 (16) 에 있어서의 천정으로부터, 강관의 중심을 축으로 하여 반시계 방향으로 0 ∼ 90°내에 있는 압연 롤 (15) 의 칼리버 중심 (칼리버 바닥) 의 천정으로부터의 둘레 방향의 각도 (°) 를 가리킨다.
또, 3 롤의 패턴 E 에 대해서는, 표 2 에 나타내는 위상각은, 각 스탠드 (16) 에 있어서의 천정으로부터 반시계 방향으로 0 ∼ 120°내에 있는 압연 롤 (15) 의 칼리버 바닥의 천정으로부터의 둘레 방향의 각도 (°) 를 가리킨다.
표 3, 표 4 에는, 강관 No. A-1 ∼ A-19, B-1 ∼ B-19 를 제조했을 때의 축경 패턴을 포함한 축경 조건을 나타낸다.
표 3, 표 4 에 나타내는 각 강관의 압연 롤에 대한 장입 위치에 대해서는, 축경 패턴마다 도 8 에도 나타낸다. 각각의 각도는 천정으로부터 압연 방향을 향하여 반시계 방향으로 결정하였다 (도 7 도 참조).
구체적으로, 축경 패턴 A, B (모두, n ＝ 4) 에 대해서는, 축경률이 5.0 ％ 이상이 되는 제 5 스탠드 ∼ 제 10 스탠드의 각각의 위상각 11.25°, 56.25°, 78.75°, 33.75°, 0°, 및 45°의 ±5.0°의 범위 내에 심 (전봉 용접 이음매부) 의 장입 위치가 포함되지 않는 경우, 또한 각각의 위상각에 ±45°(＝ 360°/(4 × 2)) 를 더한 각도인 －33.75°(－33.75°에 90°를 더한 56.25°로 하여 평가한다), 56.25°, 11.25°, 101.25°(101.25°에서 90°를 뺀 11.25°로 하여 평가한다), 33.75°, 123.75°(123.75°에서 90°를 뺀 33.75°로 하여 평가한다), －11.25°(－11.25°에 90°를 더한 78.75°로 하여 평가한다), 78.75°, －45°(－45°에 90°를 더한 45°로 하여 평가한다), 45°, 0°, 및 90°(90°에서 90°를 뺀 0° 로 하여 평가한다) 의 ±5.0°의 범위 내에 심 (전봉 용접 이음매부) 의 장입 위치가 포함되지 않는 경우에, 본 발명의 제조 조건에 있어서의, 롤의 칼리버 중심으로부터 ±5.0°의 범위 및 칼리버 중심으로부터 좌우로 각각 360°/(n × 2) 의 위치로부터 ±5.0°(n 은 1 스탠드당의 롤 수) 의 범위에 전봉 용접 이음매부를 통과시키지 않는다는 조건 (이하, 조건 P 라고 기재한다) 을 만족한다.
축경 패턴 A 또는 B 를 채용한 강관으로서, 강관 No. A-1, B-1 은, 장입 위치 18°가 상기 범위에 포함되지 않기 때문에, 조건 P 를 만족한다.
강관 No. A-2, B-2 는, 장입 위치 113°에서 90°를 뺀 23°가 상기 범위에 포함되지 않기 때문에, 조건 P 를 만족한다.
강관 No. A-3, B-3 은, 장입 위치 205°에서 90°× 2 를 뺀 25°가 상기 범위에 포함되지 않기 때문에, 조건 P 를 만족한다.
강관 No. A-4, B-4 는, 장입 위치 337°에서 90°× 3 을 뺀 67°가 상기 범위에 포함되지 않기 때문에, 조건 P 를 만족한다.
강관 No. A-5, B-5 는, 장입 위치 70°가 상기 범위에 포함되지 않기 때문에, 조건 P 를 만족한다.
강관 No. A-6, B-6 은, 장입 위치 108°에서 90°를 뺀 18°가 상기 범위에 포함되지 않기 때문에, 조건 P 를 만족한다.
강관 No. A-10, B-10 은, 장입 위치 113°에서 90°를 뺀 23°가 상기 범위에 포함되지 않기 때문에, 조건 P 를 만족한다.
한편, 강관 No. A-9, B-9 는, 장입 위치 35°가 상기 범위에 포함되기 때문에, 조건 P 를 만족하지 않는다 (도 8 중, 회피 영역 참조).
강관 No. A-11, B-11 은, 장입 위치 12°가 상기 범위에 포함되기 때문에, 조건 P 를 만족하지 않는다.
강관 No. A-13, B-13 은, 장입 위치 255°에서 90°× 2 를 뺀 75°가 상기 범위에 포함되기 때문에, 조건 P 를 만족하지 않는다.
강관 No. A-14, B-14 는, 장입 위치 35°가 상기 범위에 포함되기 때문에, 조건 P 를 만족하지 않는다.
강관 No. A-15, B-15 는, 장입 위치 46°가 상기 범위에 포함되기 때문에, 조건 P 를 만족하지 않는다.
축경 패턴 C, D (모두, n ＝ 4) 에 대해서는, 축경률이 5.0 ％ 이상이 되는 제 5 스탠드 ∼ 제 8 스탠드의 각각의 위상각 11.25°, 56.25°, 78.75°, 및 33.75°의 ±5°의 범위 내에 심 (전봉 용접 이음매부) 의 장입 위치가 포함되지 않는 경우, 또한 각각의 위상각에 ±45°(＝ 360°/(4 × 2)) 를 더한 각도인 －33.75°(－33.75°에 90°를 더한 56.25°로 하여 평가한다), 56.25°, 11.25°, 101.25°(101.25°에서 90°를 뺀 11.25°로 하여 평가한다), 33.75°, 123.75°(123.75°에서 90°를 뺀 33.75°로 하여 평가한다), －11.25°(－11.25°에 90°를 더한 78.75°로 하여 평가한다), 및 78.75°의 ±5.0°의 범위 내에 심 (전봉 용접 이음매부) 의 장입 위치가 포함되지 않는 경우에, 본 발명의 제조 조건에 있어서의 상기한 조건 P 를 만족한다.
축경 패턴 C 또는 D 를 채용한 강관으로서, 강관 No. A-7, B-7 은, 장입 위치 180°에서 90°× 2 를 뺀 0°가 상기 범위에 포함되지 않기 때문에, 조건 P 를 만족한다.
강관 No. A-8, B-8 은, 장입 위치 226°에서 90°× 2 를 뺀 46°가 상기 범위에 포함되지 않기 때문에, 조건 P 를 만족한다.
강관 No. A-12, B-12 는, 장입 위치 226°에서 90°× 2 를 뺀 46°가 상기 범위에 포함되지 않기 때문에, 조건 P 를 만족한다.
한편, 강관 No. A-16, B-16 은, 장입 위치 79°가 상기 범위에 포함되기 때문에, 조건 P 를 만족하지 않는다.
축경 패턴 E (n ＝ 3) 에 대해서는, 축경률이 5.0 ％ 이상이 되는 제 5 스탠드 ∼ 제 10 스탠드의 각각의 위상각 15°, 75°, 105°, 45°, 0°및 60°의 ±5°의 범위 내에 심 (전봉 용접 이음매부) 의 장입 위치가 포함되지 않는 경우, 또한 각각의 위상각에 ±60°(＝ 360°/(3 × 2)) 를 더한 각도인 －45°(－45°에 120°를 더한 75°로 하여 평가한다), 75°, 45°, 165°(165°에서 120°를 뺀 45°로 하여 평가한다), 0°, 및 120°(120°에서 120°를 뺀 0° 로 하여 평가한다) 의 범위 내에 심 (전봉 용접 이음매부) 의 장입 위치가 포함되지 않는 경우에, 본 발명의 제조 조건에 있어서의 상기한 조건 P 를 만족한다.
강관 No. A-17, B-17 은, 장입 위치 23°가 상기 범위에 포함되지 않기 때문에, 조건 P 를 만족한다.
한편, 강관 No. A-18, B-18 은, 장입 위치 165°에서 120°를 뺀 45°가 상기 범위에 포함되기 때문에, 조건 P 를 만족하지 않는다.
강관 No. A-19, B-19 는, 장입 위치 342°에서 120°× 2 를 뺀 102°가 상기 범위에 포함되기 때문에, 조건 P 를 만족하지 않는다.
또, 표 3, 표 4 에는, 제품으로서의 목표 외경, 목표 판 두께, 실제의 축경 후의 외경을 나타낸다. 또한 각 강관의 단면으로부터, Ts(MAX), Ts(MIN), Tb(ave), Db(ave) 를 계측하여, W, H 를 계산하였다.
이어서, 이들 전봉 강관에, 고주파 ??칭 처리, 템퍼링 처리를 실시하였다. 또한, 고주파 ??칭 처리는 가열 온도 950 ℃, 유지 시간 : 1 s 의 조건으로 가열하고, 수랭하는 처리로 하였다. 템퍼링 처리는 190 ℃ 에서 1 시간 유지하고, 공랭하였다.
축경 압연 및 열 처리를 실시한 후, 인장 시험을 실시하여, 인장 강도 TS 와 r 값을 구하였다. 인장 시험은, 강관의 모재 영역으로부터 JIS12호 A 의 인장 시험편을 채취하고, 게이지 길이가 2 ㎜ 인 변형 게이지를 붙여 시험을 실시하였다. 이 인장 시험의 결과로부터, 인장 강도 TS 를 구하였다. 또 r 값은 공칭 변형으로 5 ∼ 10 ％ 의 인장을 실시했을 때의 길이 방향의 진 변형 : eL 에 대한 폭 방향의 진 변형 eW 를 측정하고, 그 기울기 ρ 로부터 r 값 ＝ ρ/(-1-ρ) 를 계산하여 구하였다.
또, 얻어진 축경 압연 강관으로부터, 관상의 비틀림 피로 시험편 (길이 450 ㎜) 을 채취하고, 비틀림 피로 시험을 실시하였다. 비틀림 피로 시험은, 부하 응력 (외면) : 600 ㎫, 응력비 : －1 (양진), 주파수 2 Hz, 파형 : 정현파의 조건으로 실시하고, 파단시까지의 반복 횟수를 측정하여, 내피로 특성을 평가하였다. 본 발명에서는, 동일한 축경 스케줄에서, 동일 제품 치수 (목표 두께와 목표 외경의 조합이 동일한 것), 동일 강종의 비교예에 비해, 파단시까지의 횟수가 2.0 배 이상이 된 것을 비틀림 피로 특성이 향상되었다고 판단하였다.
플러그의 골링의 평가로는, 먼저, 전봉 강관을 소관으로 하여, 냉간으로 인발 가공을 실시하였다. 구체적으로는 강관 내부에 플러그를 삽입하고, 다이스를 사용하여 인발 가공을 실시하였다. 이 때, 전봉 강관의 내경이 돌출되고, 플러그의 골링이라고 불리는 긁힘을 플러그에 형성시키면 다른 강관을 가공했을 때에 흠집의 원인이 된다.
평가 방법으로는, 냉간으로의 인발 가공을 실시했을 때에, 플러그 표면에 흠집이 생겨 있는지의 여부를 육안으로 확인하여, 흠집의 유무를 판단하였다. 흠집이 없는 것을 가공성이 우수하다고 판단하였다.
얻어진 결과를 표 3, 표 4 에 나타낸다. 전술한 바와 같이, 표 3 은 강 No. A 에서의 결과, 표 4 는 강 No. B 의 결과이다.
표 3, 표 4 로부터, 본 발명예에서는 모두, H/W 가 0.10 이하 또한 Ts(MAX)/Tb(Ave) ≤ 1.05 이고, r 값이 1.0 이상이다. 또, 본 발명예의 강관에서는, 플러그 표면에 흠집이 없어, 가공성이 우수하고, 종래의 전봉 강관보다 고부하의 시험에 있어서, 비틀림 피로 특성이 향상되었다.
한편, 비교예가 되는 강관 No. A-9, B-9 는, 심 (전봉 용접 이음매부) 의 장입 위치가 상기 조건 P 를 만족하지 않고, H/W 가 본 발명의 범위 외가 되어, 원하는 내비틀림 피로 특성을 얻을 수 없었다.
또, 강관 No. A-10, B-10 은, 축경 압연에 있어서의 가열 온도가 650 ℃ 미만이고, r 값이 1.0 미만이 되어, 원하는 가공성을 얻을 수 없었다.
또, 강관 No. A-11, B-11 은, 심 (전봉 용접 이음매부) 의 장입 위치가 상기 조건 P 를 만족하지 않고, Ts(MAX)/Tb(Ave) 가 본 발명의 범위 외가 되어, 냉간 인발 가공시에 플러그에 흠집이 발생하였다.
또, 강관 No. A-12, B-12 는, 누적 축경률이 30 ％ 미만이고, r 값이 1.0 미만이 되어, 원하는 가공성을 얻을 수 없었다.
또, 강관 No. A-13, B-13 은, 심 (전봉 용접 이음매부) 의 장입 위치가 상기 조건 P 를 만족하지 않고, H/W 가 본 발명의 범위 외가 되어, 원하는 내비틀림 피로 특성을 얻을 수 없었다.
또, 강관 No. A-14, B-14 는, 심 (전봉 용접 이음매부) 의 장입 위치가 상기 조건 P 를 만족하지 않고, H/W 및 Ts(MAX)/Tb(Ave) 가 본 발명의 범위 외가 되어, 원하는 내비틀림 피로 특성을 얻을 수 없고, 냉간 인발 가공시에 플러그에 흠집이 발생하였다.
또, 강관 No. A-15, B-15 는, 심 (전봉 용접 이음매부) 의 장입 위치가 상기 조건 P 를 만족하지 않고, H/W 가 본 발명의 범위 외가 되어, 원하는 내비틀림 피로 특성을 얻을 수 없었다.
또, 강관 No. A-16, B-16 은, 심 (전봉 용접 이음매부) 의 장입 위치가 상기 조건 P 를 만족하지 않고, H/W 가 본 발명의 범위 외가 되어, 원하는 내비틀림 피로 특성을 얻을 수 없었다.
또, 강관 No. A-18, B-18 은, 심 (전봉 용접 이음매부) 의 장입 위치가 상기 조건 P 를 만족하지 않고, H/W 가 본 발명의 범위 외가 되어, 원하는 내비틀림 피로 특성을 얻을 수 없었다.
또, 강관 No. A-19, B-19 는, 심 (전봉 용접 이음매부) 의 장입 위치가 상기 조건 P 를 만족하지 않고, Ts(MAX)/Tb(Ave) 가 본 발명의 범위 외가 되어, 냉간 인발 가공시에 플러그에 흠집이 발생하였다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
1 : 전봉 강관
2 : 전봉 용접 이음매부
3 : 심 영역
4 : 심 영역의 두께가 최대가 되는 위치
5 : 심 영역의 두께가 최소가 되는 위치
6 : 모재 영역
7 : 강대
8 : 연속 성형기
9 : 오픈관
10 : 용접 수단
11 : 스퀴즈 롤
12 : 소관
13 : 절단기
14 : 가열 수단
15 : 압연 롤
16 : 롤 스탠드 (단 말미의 숫자는 스탠드 번호를 나타낸다)
17 : 칼리버 중심
18 : 칼리버 직경

Claims (5)

  1. 관 길이 방향에 형성된 전봉 용접 이음매부로부터 관 둘레 방향으로 ±10°까지의 영역인 심 영역과, 그 심 영역 이외의 모재 영역으로 이루어지는 전봉 강관으로서,
    관 길이 방향의 r 값이 1.0 이상이고,
    상기 심 영역의 두께 최소값 Ts(MIN) (㎜) 및 상기 모재 영역의 두께 평균값 Tb(Ave) (㎜) 의 차 (Tb(Ave) － Ts(MIN)) 인 H (㎜) 와, 상기 심 영역의 관 내면의 호 길이 W (㎜) 가, 이하의 식 (1) 을 만족하고,
    상기 심 영역의 두께 최대값 Ts(MAX) (㎜) 와, 상기 Tb(Ave) (㎜) 가, 이하의 식 (2) 를 만족하는 전봉 강관.
    H/W ≤ 0.10 ··· 식 (1)
    Ts(MAX)/Tb(Ave) ≤ 1.05 ··· 식 (2)
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 Tb(Ave) (㎜) 와, 상기 모재 영역의 관 외경 평균값 Db(Ave) (㎜) 가, 이하의 식 (3) 을 만족하는 전봉 강관.
    (Tb(Ave)/Db(Ave)) × 100 ≥ 15 ％ ··· 식 (3)
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 r 값은, 상기 모재 영역에 있어서의 관 길이 방향의 r 값인 전봉 강관.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 전봉 강관을 제조하는 방법으로서,
    강대에 성형을 실시하여 오픈관으로 하고,
    그 오픈관에 대해 전봉 용접을 실시하여 소관 (素管) 으로 하고,
    그 소관에 대해, 650 ℃ 이상의 가열 온도에서 가열하고, 누적 축경률이 30 ％ 이상인 축경 압연을 실시하고,
    상기 축경 압연에서, 축경률이 5.0 ％ 이상이 되는 롤 스탠드에서는, 롤의 칼리버 중심으로부터 ±5.0°의 범위 및 칼리버 중심으로부터 좌우로 각각 360°/(n × 2) 의 위치로부터 ±5.0°(n 은 1 스탠드당의 롤 수) 의 범위에 전봉 용접 이음매부를 통과시키지 않는 전봉 강관의 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 전봉 강관을 사용하여 이루어지는 자동차용 구조 부재.
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