CN107250407A - 弹簧用空心无缝钢管 - Google Patents

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Abstract

一种弹簧用空心无缝钢管，是以质量％计，含有C：0.2～0.7％、Si：0.5～3％、Mn：0.1～2％、Cr：高于0％并在3％以下、Al：高于0％并在0.1％以下、P：高于0％并在0.02％以下、S：高于0％并在0.02％以下及N：高于0％并在0.02％以下，余量是铁和不可避免的杂质的空心无缝钢管，其中，由下述(1)式计算的壁厚偏离率为7.0％以下。壁厚偏离率＝(最大壁厚－最小壁厚)/(平均壁厚)/2×100 (1)。

Description

弹簧用空心无缝钢管
技术领域
本发明涉及弹簧用空心无缝钢管，特别是涉及适于汽车等所使用的空心形状的钢制悬架弹簧等的制造的高强度弹簧用空心无缝钢管。
背景技术
近年来，随着以减少废气和改善燃油效率为目的的汽车的轻量化和高输出功率化的要求高涨，在悬挂系统、发动机、离合器等所使用的悬架弹簧、阀弹簧、离合器弹簧等之中，也致力于高应力设计。因此，这些弹簧朝着高强度化、细直径化的方向，有载荷应力进一步增大的倾向。为了应对这种倾向，强烈希望在抗疲劳性和抗弹减性上也具有更高性能的弹簧钢。
另外，为了一边维持抗疲劳性和抗弹减性一边实现轻量化，能够使用空心的管状钢材、无焊接接头的钢管(以下，称空心无缝钢管)作为弹簧的原材，以之取代作为弹簧的原材至今都在使用的棒状的线材，即代替实心线材的使用。用于制造这样的空心无缝钢管的技术，至今为止提出有种种。
例如，在专利文献1中提出有一种技术，其是对于由弹簧钢钢材构成的原材，进行作为穿孔轧机代表的曼内斯曼穿孔，其后用芯棒式无缝管轧机进行延伸轧制，再以820～940℃再加热10～30分钟，之后终轧的技术。另外在专利文献2中公开有一种技术，其是对于圆筒状的坯段进行热静液挤压加工而制造无缝钢管中间体，加热所述无缝钢管中间体之后，对于加热后的所述无缝钢管中间体进行周期式轧管机轧制和拉拔加工之中至少一个，例如进行拉伸等使之伸展，加热伸展的所述无缝钢管中间体的技术。在专利文献3中，与专利文献2同样，也是在加热挤压用空心坯段后，进行热挤压，并进行冷加工等而制造无缝钢管。此外，专利文献4公开有一种技术，其是通过热轧制造棒材后，以枪孔钻穿孔，并进行冷态的轧制和拉伸(冷加工)而制造无缝管，由此避免穿孔和挤压时的加热，以减轻脱碳的技术。
这些现有技术想通过降低脱碳和减少疵点而使疲劳特性提高，但目前要求的是比现有的要求水平更高的疲劳强度。因此，在至今为止提出的这些技术中，并不能满足所要求的疲劳强度，耐久性这一点不充分。特别是在更高的应力区域下，至今所提出的技术在耐久性提高方向存在局限，对于其他的要因也需要进行研究。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开平1－247532号公报
【专利文献2】日本专利第4705456号公报
【专利文献3】日本特开2012－111979号公报
【专利文献4】日本专利第5324311号公报
发明内容
本发明在这种状况之下形成，其目的在于，提供一种高强度弹簧用空心无缝钢管，其所成形的弹簧能够确保充分的疲劳强度。
达成上述课题的本发明，在降低钢管的壁厚的偏差这一点上具有特征。即，本发明的弹簧用空心无缝钢管，在以下方面具有要旨：
所述空心无缝钢管以质量％计含有
C：0.2～0.7％、
Si：0.5～3％、
Mn：0.1～2％、
Cr：高于0％并在3％以下、
Al：高于0％并在0.1％以下、
P：高于0％并在0.02％以下、
S：高于0％并在0.02％以下和
N：高于0％并在0.02％以下，余量是铁和不可避免的杂质，其中，
由下述(1)式计算的壁厚偏离率为7.0％以下。
壁厚偏离率＝(最大壁厚－最小壁厚)/(平均壁厚)/2×100 (1)
本发明的弹簧用空心无缝钢管，优选跨越其总长，由下述(2)式计算的壁厚偏离率的最大值在7.0％以下，内表面疵点深度为50μm以下，且内表面总脱碳层深度为100μm以下。
壁厚偏离率＝(最大壁厚－最小壁厚)/{(最大壁厚+最小壁厚)/2}/2×100 (2)
本发明的弹簧用空心无缝钢管，根据需要，优选以质量％计，还含有以下的(a)～(f)中的至少任意一种。
(a)B：高于0％并在0.015％以下
(b)从V：高于0％并在1％以下、Ti：高于0％并在0.3％以下及Nb：高于0％并在0.3％以下所构成的群中选择的一种以上
(c)从Ni：高于0％并在3％以下和Cu：高于0％并在3％以下所构成的群中选择的一种以上
(d)Mo：高于0％并在2％以下
(e)从Ca：高于0％并在0.005％以下、Mg：高于0％并在0.005％以下和REM：高于0％并在0.02％以下所构成的群中选择的一种以上
(f)Zr：高于0％并在0.1％以下，Ta：高于0％并在0.1％以下和Hf：高于0％并在0.1％以下所构成的群中选择的一种以上
根据本发明，因为作为钢管的壁厚偏差指标的壁厚偏离率被高度降低为7.0％以下，所以能够提供疲劳强度高，耐久性优异的高强度空心弹簧用的无缝钢管。本发明的效果特别是在高应力区域能够显著地发挥其效果。
附图说明
图1是表示钢管的壁厚t对于外径D的比t/D，与壁厚不均造成的内表面应力的变动率的关系的曲线图。
图2是表示钢管的壁厚t对于外径D的比t/D与轻量化率的关系的曲线图。
图3是针对每种壁厚绘制出壁厚公差0.1mm之时的壁厚偏离率的曲线图。
图4是表示后述的实施例中，用于扭转疲劳试验的试验片的形状的图。
图5是表示后述的实施例1中，壁厚偏离率与扭转疲劳试验的耐久次数的关系的曲线图。
图6是表示后述的实施例2中，跨越钢管的总长的壁厚偏离率的最大值，与扭转疲劳试验的耐久次数的关系的曲线图。
具体实施方式
在高强度空心弹簧中，存在的课题是不能实施喷丸硬化的内表面其疲劳强度的提高，至今为止，内表面的脱碳抑制和疵点减少等都受到研究。相对于此，本发明者们作为其他影响因素而对于钢管的壁厚的影响进行了锐意研究。其结果判明，空心的钢管的壁厚偏离率会对疲劳强度造成影响。
在上述专利文献1～4这样的现有技术中，疵点和脱碳的改善是重要的课题，而对于壁厚偏离率则未予以任何考虑。但是，本发明者们着眼于壁厚偏离率而进行研究的结果表明，壁厚偏离率对疲劳特性的影响巨大，特别是通过使壁厚偏离率为7.0％以下，则能够提高无缝钢管的疲劳强度。壁厚偏离率优选为5.0％以下，更优选为3.0％以下。壁厚偏离率越小越好，但其下限通常为0.5％左右。
此外，因为跨越钢管的总长，壁厚不均匀，壁厚偏离率也不同，所以为了得到稳定的疲劳强度，认为优选的是跨越总长而抑制壁厚的偏差。即，本发明的优选的一个实施方式中表明，通过跨越钢管的总长而使壁厚偏离率的最大值为7.0％以下，能够提高无缝钢管的疲劳强度。跨越钢管的总长的壁厚偏离率的最大值更优选为5.0％以下，进一步优选为3.0％以下。跨越钢管的总长的壁厚偏离率越小越好，但其下限通常为0.5％左右。
在本发明中，壁厚偏离率由下述(1)式给出。
壁厚偏离率＝(最大壁厚－最小壁厚)/(平均壁厚)/2×100 (1)
在此，最大壁厚和最小壁厚，意思分别是在同一断面内，例如每隔90°测量的4处这样在多处测量到的壁厚的最大值和最小值，平均壁厚意思是在所述多处测量的壁厚的平均值。
另外，跨越钢管的总长的壁厚偏离率由下述(2)式给出。
壁厚偏离率＝(最大壁厚－最小壁厚)/{(最大壁厚+最小壁厚)/2}/2×100 (2)
在此，最大壁厚和最小壁厚意思分别是，在一个部分例如通过超声波探针等在钢管的全周测量到的壁厚的最大值和最小值。跨越钢管的总长实施使用该(2)式的壁厚偏离率的测量，将得到的壁厚偏离率的最大值作为“跨越钢管的总长的壁厚偏离率”。
还有，在本发明的弹簧用空心无缝钢管中，所谓“由(1)式计算的壁厚偏离率在7.0％以下”，可期待实质上跨越钢管的总长，壁厚偏离率大致为7.0％以下。因此，在例如从管端部等的任意的部分提取的断面中，多是由(1)式计算出的壁厚偏离率在7.0％以下的情况。因此，根据一个断面的结果，就可以求得由(1)式计算出的壁厚偏离率。
实际上，在上述专利文献1～4中，壁厚偏离率说不上良好。例如，专利文献1中为了制造空心钢管而使用曼内斯曼穿孔，虽然曼内斯曼穿孔生产率高，但是与其他的空心化方法相比，空心加工时，即穿孔时的材料和工具的拘束弱，所以容易发生移动，难以取得良好的壁厚偏离率。特别是高强度弹簧用的钢材其变形阻力大，高精度的加工困难。另外在专利文献2、3中，对于机械加工的空心坯段进行热静液挤压加工。因为进行机械加工，所以坯段的加工精度高，因为通过静水压均等地加工，所以如果与专利文献1相比，则壁厚偏离率更容易改善。但是，如后述的实施例所示，在专利文献2、3所公开的方法中，从耐久性的观点出发，得不到充分的壁厚偏离率。另外在专利文献4中，作为空心化方法，采用的是枪孔钻加工。该方法其加工精度应该也比较良好，但如后述的实施例所示，得不到充分的壁厚偏离率。
另外在本发明的优选的一个实施方式中，除了控制上述的壁厚偏离率以外，还跨越管总长对于内表面疵点和总脱碳进行调整，因此能够得到更稳定的疲劳特性。跨越管总长的内表面疵点深度优选为50μm以下，总脱碳层深度优选为100μm以下。
本发明中作为对象的空心无缝钢管中，外径D为8～22mm左右，壁厚t为0.8～7.7mm左右，壁厚t对于外径D的比t/D约0.10～0.35。
图1是在3％、7％、10％的各壁厚偏离率下，绘制壁厚t对于外径D的比t/D，与壁厚不均造成的内表面应力的变动率的关系的曲线图。所述所谓内表面应力的变动率，设不存在壁厚不均时的内表面应力为σ1，存在壁厚不均时的内表面应力为σ2时，为由σ2/σ1给出的值。由图1可知，壁厚不均发生时的内表面应力变动率随着t/D越高而越变大。另外内表面应力的变动率，在t/D低时，即使壁厚偏离率变化，其差异也很小，但在t/D高时，壁厚偏离率对内表面应力的变动率造成的影响变得显著。如现技术这样，在壁厚偏离率高于7.0％时，特别是t/D为0.15以上时，壁厚偏离率带给内表面应力的变动率的影响大，即t/D为0.15以上时，本发明特别有效。
另外，图2是表示t/D与轻量化率的关系的曲线图。由图2可知，t/D越大，轻量化率越降低，在高强度空心弹簧中，要求25％以上的轻量化。因此，t/D优选为0.25以下。
图3是针对每种壁厚，绘制出壁厚公差，即最大壁厚与最小壁厚的差为0.1mm之时的壁厚偏离率的曲线图。由图3可知，例如壁厚为0.5mm时，即使仅有0.1mm的公差，若换算成壁厚偏离率，也相当于10％，另外实际上在现有技术中，由于壁厚偏离率高于7.0％，所以薄的壁厚下的壁厚偏离率的改善也非常困难。
本发明者们，作为用于使空心无缝钢管的壁厚偏离率为7.0％以下的制造方法，特别对如下方式进行了研究，即，通过下述(1)或(2)的方法，制造空心的毛坯管，对该毛坯管再进行冷轧、拉伸加工、退火等，由此得到空心无缝钢管的方法。
(1)由毛坯段通过机械加工得到空心坯段，使用该空心坯段进行热挤压的方法
(2)由毛坯段通过热轧而制造棒钢后，经由枪孔钻加工使之空心化的方法
所述(1)的热挤压的方法中，使空心坯段的尺寸变化，从而壁厚偏离率变化，使空心坯段内径为38mm，能够实现最终得到的无缝钢管的壁厚偏离率为7.0％以下这样的毛坯管。另一方面，在上述专利文献2、3中，空心坯段内径为40mm或52mm，不能达到7.0％以下的壁厚偏离率。另外，在使用所述(2)的枪孔钻的方法中，壁厚偏离率根据棒钢的尺寸和枪孔钻加工尺寸发生变化，通过对直径40mm的棒钢实施直径20mm的枪孔钻加工，能够实现最终得到的无缝钢管的壁厚偏离率为7.0％以下这样的毛坯管。另一方面，在上述专利文献4中，对于直径25mm的棒钢实施直径12mm的枪孔钻加工，不能实现7.0％以下的壁厚偏离率。
还有，在上述(1)的方法中，热挤压前的加热温度例如为1000～1100℃即可。另外在上述(2)的方法中，热轧时的加热温度例如为950～1100℃左右，最低轧制温度为800～900℃即可，另外从热轧后到650～750℃的平均冷却速度为1.5～5℃/秒左右，使其后至500℃以下的平均冷却速度为0.3～1.0℃/秒而进行冷却即可。在上述(1)、(2)的任意一种方法中，均以例如900～1000℃对于所得到的毛坯管进行5～30分钟退火，进行冷轧和拉伸后，再以600～1000℃左右进行退火即可。
为了跨越总长而更确实地将壁厚偏离率降低至7％以下，发现在上述(1)的方法中，重要的是减小挤压前的加热中的空心坯段纵长方向的温度差，即降低热偏差。热挤压前的加热时间是比较短的时间，热偏差容易发生。因此，通过在加热前进行均热加热，则热偏差减少，能够降低跨越总长的壁厚偏离率。但是，若均热加热温度过低或均热加热时间过短，则壁厚偏离率降低的效果丧失，或壁厚偏离率增大。另外，若均热加热温度过高或均热加热时间过长，则脱碳发生，不能跨越总长而使内表面总脱碳达到100μm以下。因此优选均热加热温度为900～950℃，均热加热时间为300～2400秒。均热加热温度优选为920℃以上，优选940℃以下。另外，均热加热时间优选为600秒以上，更优选为1000秒以上，优选为2000秒以下，更优选为1500秒以下。
此外挤压前的加热温度优选为1100℃以上。若该加热温度低于1100℃，则内表面疵点的发生频度上升，跨越总长而使内表面疵点处于50μm以下困难。这被认为是由于，温度高的一方挤压时的延展性高，疵点难以发生。该加热温度的上限没有特别限定，例如为1200℃左右即可。
还有，得到的毛坯管例如以900～1000℃退火5～30分钟，进行冷轧和拉伸后，可再以900～1000℃左右退火。
在本发明中，由上述的方法能够实现7.0％以下的壁厚偏离率，但本发明的空心无缝钢管的制造方法不限定为上述的方法。
接着，对于本发明的高强度弹簧用空心无缝钢管的化学成分进行说明。还有，在本申请说明书中显示的化学成分组成，全部是质量％的意思。
C：0.2～0.7％
C是用于确保强度所需要的元素，C量需要为0.2％以上。C量优选为0.30％以上，更优选为0.35％以上。但是，若C量过剩，则延展性的确保困难。因此将C量定为0.7％以下。C量优选为0.65％以下，更优选为0.60％以下。
Si：0.5～3％
Si对于提高弹簧所需要的抗弹减性是有效的元素，为了得到本发明中作为对象的强度水平的弹簧所需要的抗弹减性，需要使Si量为0.5％以上。Si量优选为1.0％以上，更优选为1.5％以上。但是，Si也是促进脱碳的元素，因此若使Si过剩地含有，则促进钢材表面的脱碳层形成。其结果是，需要用于削除脱碳层的剥皮工序，因此在制造成本方面不适宜。由此，Si量定为3％以下。Si量优选为2.5％以下，更优选为2.2％以下。
Mn：0.1～2％
Mn作为脱氧元素被利用，并且与钢材中作为有害元素的S形成MnS，是能够使S无害化的有益的元素。为了有效地发挥这样的效果，Mn量需要为0.1％以上。Mn量优选为0.15％以上，更优选为0.20％以上。但是，若Mn量过剩，则偏析带形成，材质的偏差发生。因此，Mn量定为2％以下。Mn量优选为1.5％以下，更优选为1.0％以下。
Cr：高于0％并在3％以下
Cr对于回火后的强度确保和耐腐蚀性提高是有效的元素，特别是对于要求有高水平的耐腐蚀性的悬架弹簧来说是重要的元素。这样的效果随着Cr量增大而变大，为了使这样的效果有效地发挥，优选使Cr含有0.2％以上，更优选为0.5％以上。但是，若Cr量过剩，则过冷组织容易发生，并且在渗碳体中稠化而使塑性变形能力降低，招致冷加工性的劣化。另外，若Cr量过剩，则与渗碳体不同的Cr碳化物容易形成，强度与延展性的平衡恶化。由此，将Cr量定为3％以下。Cr量优选为2.0％以下，更优选为1.7％以下。
Al：高于0％并在0.1％以下
Al主要作为脱氧元素被添加。另外，与N形成AlN而使固溶N无害化，并且也有助于组织的微细化。特别是为了将固溶N作为AlN而使之固定，优选以高于N含量的2倍的方式含有Al。Al量优选为0.001％以上，更优选为0.01％以上，进一步优选为0.025％以上。但是，Al与Si同样，也是使脱碳促进的元素，在大量含有Si的钢中，需要抑制Al的添加量。因此，Al量定为0.1％以下。Al量优选为0.07％以下，更优选为0.05％以下。
P：高于0％并在0.02％以下
P是使钢材的韧性和延展性劣化的有害元素，因此重要的是极力减少。因此，将P量定为0.02％以下。P量优选为0.010％以下，更优选为0.008％以下。还有，P是钢材中不可避免被包含的杂质，因此使其量达到0％在工业生产上有困难，通常含有0.001％左右。
S：高于0％并在0.02％以下
S与P同样，是使钢材的韧性和延展性劣化的有害元素，因此重要的是极力减少。因此，S量定为0.02％以下。S量优选为0.010％以下，更优选为0.008％以下。还有，S在钢材中是不可避免被包含的杂质，因此使其量达到0％在工业生产上困难，通常含有0.001％左右。
N：高于0％并在0.02％以下
若Al、Ti等存在，则N与其形成氮化物而具有使组织微细化的效果，但若N以固溶状态存在，则使钢材的韧延展性和抗氢脆性能劣化。因此，N量定为0.02％以下。N量优选为0.010％以下，更优选为0.005％以下。还有，N在钢材中是不可避免被包含的元素，因此使其量达到0％在在工业生产上困难，通常含有0.001％左右。
本发明的无缝钢管的基本成分如上述，余量实质上是铁。但是，当然允许因原材料、物资、制造设备等的状况而混入的不可避免的杂质包含在钢中。还有，在本说明书中，余量的不可避免的杂质，意思是上述各个元素除去规定了含量的不可避免包含的杂质以外的不可避免的杂质。
此外在本发明中，也可以根据需要含有以下的任意元素。
B：高于0％并在0.015％以下
B具有的效果是，在钢材的淬火、回火后，抑制自旧奥氏体晶界的破坏。为了显示这样的效果，B量优选为0.001％以上，更优选为0.0015％以上。但是，若B量过剩，则形成粗大的碳硼化物，损害钢材的特性，也成为轧制材的疵点的发生原因。由此，B量优选为0.015％以下。B量更优选为0.010％以下，进一步优选为0.005％以下。
从V：高于0％并在1％以下、Ti：高于0％并在0.3％以下及Nb：高于0％并在0.3％以下所构成的群中选择的一种以上
V、Ti和Nb与C、N、S形成碳化物、氮化物和碳氮化物(以下，表述为碳·氮化物)或硫化物，具有使这些C、N、S无害化的作用。另外，上述碳·氮化物也发挥着使组织微细化的效果。此外，V、Ti和Nb也具有改善耐延迟断裂特性这样的效果。V量优选为0.05％以上，更优选为0.1％以上，进一步优选为0.13％以上。Ti量和Nb量均优选为0.03％以上，更优选为0.04％以上，进一步优选为0.05％以上。
但是，若此V、Ti和Nb量过剩，则粗大的碳·氮化物形成，有使韧性和延展性劣化的情况。因此，优选V量为1％以下，Ti量为0.3％以下，Nb量为0.3％以下。更优选V量为0.5％以下，Ti量为0.1％以下，Nb量为0.1％以下。此外，从削减成本的观点出发，优选V量为0.3％以下，Ti量为0.05％以下，Nb量为0.05％以下。
从Ni：高于0％并在3％以下和Cu：高于0％并在3％以下所构成的群中选择的一种以上
Ni在考虑削减成本时，为了控制添加而不特别设定其下限，但进行表层脱碳的抑制和耐腐蚀性的提高时，优选使之含有0.1％以上。但是，若Ni量过剩，则在轧制材中，由于过冷组织的发生和淬火后的残留奥氏体的存在，而存在钢材的特性劣化的情况。由此，使Ni含有时，优选使其上限为3％以下。从削减成本的观点出发，Ni量优选为2.0％以下，更优选为1.0％以下。
Cu与Ni同样，是对于抑制表层脱碳或提高耐腐蚀性有效的元素。为了有效地发挥这样的效果，优选使Cu含有0.1％以上，更优选为0.15％以上，进一步优选为0.20％以上。但是，若Cu量过剩，则有过冷组织和热加工时的裂纹发生的情况。由此，使Cu含有时，优选使Cu量为3％以下。从降低成本的观点出发，Cu量优选为2.0％以下，更优选为1.0％以下。
Mo：高于0％并在2％以下
Mo对于回火后的强度确保、韧性提高是有效的元素。为了使这样的效果发挥，Mo量优选为0.1％以上，更优选为0.2％以上，进一步优选为0.3％以上。但是，若Mo量过剩，则韧性劣化。由此，Mo量优选为2％以下。Mo量更优选为1％以下，进一步优选为0.5％以下。
从Ca：高于0％并在0.005％以下、Mg：高于0％并在0.005％以下和REM：高于0％并在0.02％以下所构成的群中选择的一种以上
Ca、Mg和REM(Rare Earth Metal，稀土类元素)均形成硫化物，防止MnS的伸长，从而具有改善韧性的效果，能够根据要求特性添加。为了有效地发挥这样的效果，Ca量、Mg量均优选0.0005％以上，更优选为0.0010％以上，进一步优选为0.0015％以上。REM量优选为0.0005％以上，更优选为0.0010％以上，进一步优选为0.0012％以上。但是，若Ca、Mg和REM量过剩，则反而使韧性劣化。因此Ca量和Mg量均优选为0.005％以下，更优选为0.004％以下，进一步优选为0.003％以下。REM量优选为0.02％以下，更优选为0.01％以下，进一步优选为0.005％以下。还有，在本发明中，所谓REM，意思是从La到Ln的15种镧系元素、和Sc及Y。
从Zr：高于0％并在0.1％以下、Ta：高于0％并在0.1％以下和Hf：高于0％并在0.1％以下所构成的群中选择的一种以上
Zr、Ta和Hf与N结合而形成氮化物，由此抑制加热时的奥氏体粒径的生长，使最终的组织微细化，具有改善韧性的效果。为了有效地发挥这样的效果，Zr量优选为0.01％以上，更优选为0.03％以上，进一步优选为0.05％以上。Ta量和Hf量均优选为0.01％以上，更优选为0.02％以上，进一步优选为0.03％以上。但是，若Zr、Ta和Hf量过剩，则氮化物粗大化，使疲劳特性劣化，因此不为优选。由此，Zr量优选为0.1％以下，更优选为0.09％以下，进一步优选为0.05％以下，特别是优选为0.025％以下。Ta量和Hf量均优选为0.1％以下，更优选为0.08％以下，进一步优选为0.05％以下，特别优选为0.025％以下。
【实施例】
以下，列举实施例更具体地说明本发明。本发明不受以下的实施例限制，在能够符合前述、后述的宗旨的范围，当然也可以适当加以变更实施，这些均包含在本发明的技术范围内。
通过通常的熔炼法，熔炼表1所示的化学成分组成的钢液，铸造该钢液进行开坯轧制，成为断面形状为155mm×155mm的毛坯段。还有，表1中的REM，以含有La为50％左右和Ce为25％左右的混合稀土的形态添加。
(表1)
在使用空心坯段进行热挤压的方法中，由上述毛坯段通过机械加工而制成圆筒状的空心坯段，进行热挤压而得到毛坯管。其后，实施冷轧、拉伸加工，制成外径16mm、内径8mm、长度3000mm的空心无缝钢管。详细的制造方法如表2的A～D所示。
在通过热轧制造棒钢后，由枪孔钻加工使之空心化的方法中，由上述毛坯段以表2的E、F所述的条件进行热轧，得到棒钢，利用枪孔钻加工使之空心化而得到毛坯管。其后，实施冷轧、拉伸加工，制成外径16mm，内径8mm，长3000mm的空心无缝钢管。
还有，表2的C是上述专利文献3所公开的制造方法，D是上述专利文献2所公开的方法，E是上述专利文献4所公开的方法。
(表2)
由以下的方法对于如此得到的空心无缝钢管进行测量和评价。
(1)壁厚偏离率的测量
用千分尺每隔90°测量所述空心无缝钢管的管端部的壁厚4处，由下述(1)式计算壁厚偏离率。
壁厚偏离率＝(最大壁厚－最小壁厚)/(平均壁厚)/2×100 (1)
(2)疲劳特性的评价
对于所述空心无缝钢管，以下述的条件进行淬火·回火处理。
淬火条件：以925℃保持10分钟后，油冷
回火条件：以390℃保持40分钟后，水冷
将所述淬火·回火后的空心无缝钢管，加工成图4所示的圆筒形试验片1。图4(a)是主视图，(b)是表示试验片的端面的侧视图。使用该圆筒试验片1进行扭转疲劳试验。试验片的内径约8.0mm，拘束部1a的外径为16mm，中央部1b的外径为12mm，由中央部的外表面应力表示的载荷应力为550±375MPa。测量截至断裂的次数作为耐久次数，经过106次仍未断裂的停止试验。
结果显示在表3、图5中。图5是在本发明的发明例和比较例中，表示壁厚偏离率与扭转疲劳试验的耐久次数的关系的曲线图。(表3)
壁厚偏离率为7.0％以下的表3的No.1、6～9、14～20，相当于图5的圆形标记，扭转疲劳试验的耐久次数在105次以上，显示出良好的耐久性。特别是壁厚偏离率在5.0％以下的No.1、6～9、15～20，其耐久次数为5×105次以上，壁厚偏离率进一步在3.0％以下的No.1、7～9、15～17、19，其耐久次数为106回以上。另一方面，壁厚偏离率高于7.0％的No.2～5、10～13，如图5的×标记所示，耐久次数低于105次。其中No.3～5、11～13，是以相当于上述专利文献2～4的制造条件C～E制造的例子，成为壁厚偏离率高于7.0％的结果。
2.实施例2
由通常的熔炼法，对于实施例1的表1所示的化学成分组成的钢液进行熔炼，铸造该钢液并开坯轧制，成为断面形状为155mm×155mm的毛坯段。还有，表1中的REM，以含有La为50％左右和Ce25％左右的混合稀土的形态添加。
在表4所述的A～G的条件下，由毛坯段得到空心毛坯管，其后实施冷轧和拉伸加工，由此制成外径16mm、内径8mm、长3000mm的空心无缝钢管。条件A～F是由毛坯段通过机械加工得到空心坯段，对其进行热挤压而得到空心毛坯管的方法，条件G是由毛坯段通过热轧而得到棒钢，对其进行枪孔钻加工，从而得到空心毛坯管的方法。条件E是相当于上述专利文献3所公开的制造方法，F是上述专利文献2所公开的方法，G是上述专利文献4所公开的方法。
(表4)
由以下的方法，对于如此得到的空心无缝钢管进行测量和评价。
(1)壁厚偏离率的测量
对于所述空心无缝钢管，按以下的要领测量壁厚。
(1－a)管端部的壁厚测量
对于最终得到的空心无缝钢管，以千分尺每隔90°测量管端部的壁厚4处，由下述(1)式计算壁厚偏离率。
壁厚偏离率＝(最大壁厚－最小壁厚)/(平均壁厚)/2×100 (1)
(1－b)总长的壁厚测量
对于所述空心无缝钢管，一边使钢管旋转，一边使得与钢管的外表面接触的超声波探针沿钢管的纵长方向扫描，由此遍及管全周和总长测量壁厚。根据所得到的壁厚测量结果，由探针扫描钢管一周时的最大壁厚与最小壁厚，通过下述(2)式计算壁厚偏离率。跨越总长，同样测量壁厚偏离率，求得最大的壁厚偏离率。
这时，以能够毫无遗漏检查总长、全周的方式，调整超声波传感器的扫描速度、管的旋转速度、测量间距。另外，为了保证定量性，在检查前进行超声波测量的校正。具体来说，就是以千分尺测量钢管端部，根据其结果进行超声波测量的校正。
壁厚偏离率＝(最大壁厚－最小壁厚)/{(最大壁厚+最小壁厚)/2}/2×100(2)
(2)内表面疵点的测量
与上述(1－b)的总长的壁厚测量同样，利用超声波探针测量管全周和总长的内表面疵点深度。另外为了保证定量性，使用内表面具有尺寸已知的人造疵点的标准管离线检查，进行校正。
(3)内表面总脱碳的测量
脱碳以断面观察进行评价。为了评价纵长方向的脱碳的偏差，对钢管进行10等分，提取10个试样。将试样的切断面埋入树脂进行镜面研磨后，进行硝酸乙醇腐蚀液腐蚀，使用光学显微镜以倍率200倍进行观察，测量10个试样的内表面总脱碳层深度的最大深度。
(4)疲劳特性的评价
对于所述空心无缝钢管，以下述的条件进行淬火·回火处理。
淬火条件：以925℃保持10分钟保持后，油冷
回火条件：以390℃保持40分钟后，水冷
将所述淬火·回火后的空心无缝钢管，加工成图4所示的圆筒形试验片1。图4(a)为主视图，(b)是表示试验片的端面的侧视图。对于该圆筒试验片1，各试验No.中各使用10个进行扭转疲劳试验。试验片的内径约8.0mm，拘束部1a的外径为16mm，中央部1b的外径为12mm，由中央部1b的外表面应力表示的载荷应力为550±375MPa。测量至断裂的次数作为耐久次数，106次仍未断裂的则停止试验。10个之中，最短的耐久次数作为各试验No.的耐久次数并显示在表3中。
(1)～(4)的测量结果显示在表5和图6中。图6是表示本发明的发明例和比较例中，跨越空心无缝钢管的总长的壁厚偏离率的最大值，与扭转疲劳试验的耐久次数的关系的曲线图。
(表5)
跨越钢管的总长，壁厚偏离率在7.0％以下，内表面疵点深度为50μm以下，内表面总脱碳层深度为100μm以下的表3的No.1、10、12、14、23、25～27、29、30，相当于图6的圆形标记，扭转疲劳试验的耐久次数为105次以上，显示出良好的耐久性。特别是壁厚偏离率越低，耐久次数越有显著增加的倾向，壁厚偏离率为3.0％以下的No.10、12、14、23、25中，耐久次数均达到106次以上。
另一方面，壁厚偏离率高于7.0％的No.2、4～8、15、17～21，相当于图6的×标记，耐久次数急剧降低。但是，即使壁厚偏离率为7.0％以下，但内表面总脱碳层深度或内表面疵点深度的至少任意一个不满足本发明的要件的No.3、9、11、13、16、22、24、28，如图5的三角标记所示，耐久次数也低。还有，以作为现有技术的制造条件E～G制造的No.6～8、19～21中，均为壁厚偏离率高于7.0％的结果。
本申请伴随以申请日为2015年1月7日的日本国专利申请，专利申请第2015－001710号和申请日为2015年1月7日的日本国专利申请，专利申请第2015－001711号为基础的优先权主张。专利申请第2015－001710号和专利申请第2015－001711号通过参照编入本说明书。
本发明包括以下方式。
方式1：
一种弹簧用空心无缝钢管，是以质量％计含有
C：0.2～0.7％、
Si：0.5～3％、
Mn：0.1～2％、
Cr：高于0％并在3％以下、
Al：高于0％并在0.1％以下、
P：高于0％并在0.02％以下、
S：高于0％并在0.02％以下和
N：高于0％并在0.02％以下，余量是铁和不可避免的杂质的空心无缝钢管，其中，
由下述(1)式计算出的壁厚偏离率为7.0％以下。
壁厚偏离率＝(最大壁厚－最小壁厚)/(平均壁厚)/2×100 (1)方式2：
根据方式1所述的弹簧用空心无缝钢管，其中，跨越钢管的总长，由所述(2)式计算出的壁厚偏离率的最大值为7.0％以下，内表面疵点深度为50μm以下，且内表面总脱碳层深度为100μm以下。
壁厚偏离率＝(最大壁厚－最小壁厚)/{(最大壁厚+最小壁厚)/2}/2×100 (2)
方式3：
根据方式1或2所述的空心无缝钢管，以质量％计还含有B：高于0％并在0.015％以下。
方式4：
根据方式1～3中任一项所述的空心无缝钢管，其以质量％计还含有从V：高于0％并在1％以下、Ti：高于0％并在0.3％以下及Nb：高于0％并在0.3％以下所构成的群中选择的一种以上。
方式5：
根据方式1～4中任一项所述的空心无缝钢管，其以质量％计还含有从Ni：高于0％并在3％以下和Cu：高于0％并在3％以下所构成的群中选择的一种以上。
方式6：
根据方式1～5中任一项所述的空心无缝钢管，其以质量％计还含有Mo：高于0％并在2％以下。
方式7：
根据方式1～6中任一项所述的空心无缝钢管，其以质量％计还含有从Ca：高于0％并在0.005％以下、Mg：高于0％并在0.005％以下和REM：高于0％并在0.02％以下所构成的群中选择的一种以上。
方式8：
根据方式1～7中任一项所述的空心无缝钢管，其以质量％计还含有从Zr：高于0％并在0.1％以下、Ta：高于0％并在0.1％以下和Hf：高于0％并在0.1％以下所构成的群中选择的一种以上。
【产业上的可利用性】
如果使用本发明的空心无缝钢管，则能够制造疲劳强度高、耐久性优异的高强度空心弹簧，本发明能够适用于例如强度在1100MPa以上，优选为1200MPa以上，进一步优选为1300MPa以上的弹簧。因此，根据本发明，能够推进悬架弹簧、阀弹簧、离合器弹簧等的零件的空心化，能够实现汽车等的车辆的进一步轻量化，因此工业上有用。
【符号的说明】
1 圆筒形试验片
1a 拘束部
1b 中央部
1c 空洞

Claims (8)

1.一种弹簧用空心无缝钢管，是以质量％计含有
C：0.2～0.7％、
Si：0.5～3％、
Mn：0.1～2％、
Cr：高于0％并在3％以下、
Al：高于0％并在0.1％以下、
P：高于0％并在0.02％以下、
S：高于0％并在0.02％以下和
N：高于0％并在0.02％以下，余量是铁和不可避免的杂质的空心无缝钢管，其中，
由下述(1)式计算的壁厚偏离率为7.0％以下，
壁厚偏离率＝(最大壁厚－最小壁厚)/(平均壁厚)/2×100 (1)。
2.根据权利要求1所述的弹簧用空心无缝钢管，其中，跨越钢管的总长，由下述(2)式计算的壁厚偏离率的最大值为7.0％以下，内表面疵点深度为50μm以下，且内表面总脱碳层深度为100μm以下，
壁厚偏离率＝(最大壁厚－最小壁厚)/{(最大壁厚+最小壁厚)/2}/2×100 (2)。
3.根据权利要求1或2所述的空心无缝钢管，其中，以质量％计还含有B：高于0％并在0.015％以下。
4.根据权利要求1或2所述的空心无缝钢管，其中，以质量％计还含有从V：高于0％并在1％以下、Ti：高于0％并在0.3％以下及Nb：高于0％并在0.3％以下所构成的群中选择的一种以上。
5.根据权利要求1或2所述的空心无缝钢管，其中，以质量％计还含有从Ni：高于0％并在3％以下和Cu：高于0％并在3％以下所构成的群中选择的一种以上。
6.根据权利要求1或2所述的空心无缝钢管，其中，以质量％计还还含有Mo：高于0％并在2％以下。
7.根据权利要求1或2所述的空心无缝钢管，其中，以质量％计还含有从Ca：高于0％并在0.005％以下、Mg：高于0％并在0.005％以下和REM：高于0％并在0.02％以下所构成的群中选择的一种以上。
8.根据权利要求1或2所述的空心无缝钢管，其中，以质量％计还含有从Zr：高于0％并在0.1％以下、Ta：高于0％并在0.1％以下和Hf：高于0％并在0.1％以下所构成的群中选择的一种以上。
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