DE60205179T2

DE60205179T2 - Geschweisstes Stahlrohr zum Hydroformen und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE60205179T2
Application number: DE60205179T
Authority: DE
Inventors: Takaaki 1-chome Toyooka; Masatoshi 1-chome Aratani; Yoshikazu 1-chome Kawabata; Yuji Chuo-ku Hashimoto; Akira 1-chome Yorifuji; Takatoshi 1-chome Okabe; Takuya 1-chome Nagahama; Mitsuo 1-chome Kimura
Original assignee: JFE STEEL CORP TOKIO/TOKYO; JFE Steel Corp
Current assignee: JFE STEEL CORP TOKIO/TOKYO; JFE Steel Corp
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2022-06-01
Also published as: CN1201027C; EP1264902A3; CN1427087A; CA2388398C; BR0202012B1; BR0202012A; US20020192495A1; DE60205179D1; MXPA02005390A; EP1264902A2; KR20020092238A; US6723453B2; EP1264902B1; ES2247224T3; CA2388398A1; KR100884515B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft geschweißte Stahlrohre, welche zum Formen von Konstruktionsteilen und Unterbodenteilen von Fahrzeugen geeignet sind. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Verbesserung der Innenhochdruck-Umformbarkeit bzw. der Hydroformbarkeit von geschweißten Stahlrohren.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Bei Fahrzeugen werden Hohlbauteile mit unterschiedlichen Querschnittsformen verwendet. Solche Hohlbauteile werden normalerweise durch Punktschweißen von Bauteilen hergestellt, die durch Pressformen eines Stahlblechs geformt werden. Da die Hohlbauteile der aktuellen Fahrzeuge bei einer Kollision eine hohe Stoßabsorption haben müssen, müssen die als Rohmaterialien verwendeten Stähle eine höhere mechanische Festigkeit aufweisen. Leider weisen derartige hochfeste Stähle eine schlechte Pressformbarkeit auf. Es ist somit schwierig mittels der hochfesten Stähle Konstruktionsbauteile mit sehr präzisen Formen und Dimensionen ohne Defekte durch Pressformen herzustellen.
Ein Verfahren, welches versucht das obige Problem zu lösen, ist Innenhochdruck-Umformen, bei welchem das Innere eines Stahlrohres mit einer Hochdruck-Flüssigkeit gefüllt wird, um das Stahlrohr in ein Bauteil mit einer gewünschten Form zu verformen. Bei diesem Verfahren wird die Querschnittsgröße des Stahlrohres mittels eines Wölbungsprozesses (bulging process) geändert. Ein Bauteil mit einer komplizierten Form kann integral geformt werden, und das geformte Bauteil weist hohe mechanische Festigkeit und Steifigkeit auf. Somit wird Innenhochdruck-Umformen als ein fortgeschrittener Formungsprozess angesehen.
Bei dem Innenhochdruck-Umformverfahren werden wegen der hohen mechanischen Festigkeit und der geringen Kosten häufig elektrogeschweißte Rohre aus Stahlblech mit niedrigem oder mittlerem Kohlenstoffgehalt, enthaltend 0,10 bis 0,20 Masse-Prozent an Kohlenstoff, benutzt. EP-A-0 940 476 offenbart ein Verfahren zum Herstellen von Stahlrohren mit hoher Duktilität und Festigkeit. Leider haben elektrogeschweißte Rohre, zusammengesetzt aus Stahl mit niedrigem oder mittlerem Kohlenstoffgehalt, eine schlechte Innenhochdruck-Umformbarkeit, und somit können die Rohre nicht ausreichend aufgeweitet bzw. aufgewölbt werden.
Eine Gegenmaßnahme zum Erhöhen der Innenhochdruck-Umformbarkeit von elektrogeschweißten Rohren ist die Verwendung von Stahlblech mit UL-Kohlenstoffgehalt enthaltend eine extrem niedrige Menge an Kohlenstoff. Aus UL-Kohlenstoff enthaltendem Stahlblech zusammengesetzte elektrogeschweißte Rohre weisen eine hervorragende Innenhochdruck-Umformbarkeit auf. Jedoch wachsen die Kristallkörner derart, dass sie das Rohr an der Anschweißstelle während des Rohrformungsprozesses enthärten, so dass die Anschweißstelle in dem Wölbungsprozess erheblich verformt wird, wodurch die hohe Duktilität des Rohmaterials beeinträchtigt wird. Somit müssen geschweißte Rohre hervorragende mechanische Eigenschaften aufweisen, welche strapazierfähig gegen Innenhochdruck-Umformbarkeit an der Anschweißstelle sind.
AUFGABEN DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein geschweißtes Stahlrohr mit hervorragender Hydroformbarkeit, welches widerstandsfähig gegenüber dem Hydroformungsprozess ist, bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen des geschweißten Stahlrohres bereitzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der Erfindung hat das geschweißte Stahlrohr eine Zugfestigkeit TS von zumindest 400 MPa, vorzugsweise in dem Bereich von ungefähr 400 MPa bis weniger als ungefähr 590 MPa, und ein n × r-Produkt eines n-Wertes und eines r-Wertes von zumin dest 0,22, und vorzugsweise einen n-Wert von zumindest ungefähr 0,15 und einen r-Wert von zumindest ungefähr 1,5.
Wir haben intensiv Zusammensetzungen von geschweißten Stahlrohren und Verfahren zum Herstellen der geschweißten Stahlrohre untersucht, um die obigen Probleme zu lösen, und haben herausgefunden, dass ein geschweißtes Stahlrohr, welches 0,05 bis 0,2 Masse-Prozent Kohlenstoff enthält, und welches unter einem kumulativen Reduktionsverhältnis von zumindest 35% und einer Endwalztemperatur von 500°C bis 900°C reduktionsgewalzt wird, ein hohes n × r-Produkt (Produkt eines n-Wertes und eines r-Wertes) aufweist und hervorragende Hydroformbarkeit aufweist.
Gemäß eines ersten Aspekts der Erfindung, hat ein geschweißtes Stahlrohr mit hervorragender Hydroformbarkeit eine Zusammensetzung, umfassend in Masse-Prozent, 0,05% bis 0,2% an C; 0,01% bis 0,2% an Si; 0,2% bis 1,5% an Mn; 0,01% bis 0,1% an P; 0,01% oder weniger an S; 0,01% bis 0,1% an Al; 0,001% bis 0,01% an N; 0,02% bis 0,1% an Cr; und der Rest ist Fe und zufällige Verunreinigungen, wobei die Zugfestigkeit des geschweißten Stahlrohres zumindest 400 MPa ist, vorzugsweise in dem Bereich von 400 MPa bis weniger als 590 MPa, und das n × r-Produkt des n-Wertes und des r-Wertes ist zumindest 0,22. Vorzugsweise ist der n-Wert zumindest ungefähr 0,15 oder der r-Wert ist zumindest 1,5. Die Zusammensetzung umfasst ferner optional zumindest eine Gruppe von Gruppe A und Gruppe B, wobei Gruppe A zumindest eine Komponente von 0,05% oder weniger an Nb, 0,05% oder weniger an Ti, 1,0% oder weniger an Cu; 1,0% oder weniger an Ni, 1,0% oder weniger an Mo, und 0,01% oder weniger an B enthält; und Gruppe B zumindest eine Komponente von 0,02% oder weniger an Ca und 0,02% oder weniger eines Seltenerdelementes enthält.
Gemäß eines zweiten Aspekts der Erfindung, umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines geschweißten Stahlrohres mit hervorragender Hydroformbarkeit: Erwärmen oder Durchwärmen in einem Bereich von 900°C bis 1100°C eines unbehandelten geschweißten Stahlrohres mit einer Stahlzusammensetzung enthaltend in Masse-Prozent: 0,05% bis 0,2% an C; 0,2% oder weniger an Si; 1,5% oder weniger an Mn; 0,1% oder weniger an P; 0,01% oder weniger an S; 0,1% oder weniger an Al, 0,01% oder weniger an N; und 0,02% bis 0,1% an Cr; und der Rest ist Fe und zufällige Verunreinigungen; und Reduktionswalzen des behandelten Stahlrohres unter einem kumulativen Reduktions verhältnis von zumindest 35% und einer Endwalztemperatur von 500°C bis 900°C, das geschweißte Stahlrohres erhält somit eine Zugfestigkeit von zumindest 400 MPa und ein n × r-Produkt eines n-Wertes und eines r-Wertes von zumindest 0,22. Das behandelte Stahlrohr wird vorzugsweise unter einem kumulativen Reduktionsverhältnis von zumindest ungefähr 20% bei einer Temperatur unterhalb des Ar₃-Umwandlungspunktes reduktionsgewalzt.
Die Zusammensetzung umfasst optional ferner zumindest eine Gruppe von Gruppe A und Gruppe B, wobei Gruppe A zumindest eine Komponente von 0,05% oder weniger an Nb, 0,05% oder weniger an Ti, 1,0% oder weniger an Cu; 1,0% oder weniger an Ni, 1,0% oder weniger an Mo, und 0,01% oder weniger an B enthält; und Gruppe B zumindest eine Komponente von 0,02% oder weniger an Ca und 0,02% oder weniger eines Seltenerdelementes enthält.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht einer Form, welche bei einem freien Aufweitversuch verwendet wird; und
2 ist eine Querschnittsansicht einer Innenhochdruck-Umformvorrichtung, welche bei dem freien Aufweitversuch verwendet wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die Gründe für die Einschränkungen der Zusammensetzung des geschweißten Stahlrohres, gemäß der vorliegenden Erfindung, werden nun beschrieben. Nachfolgend wird Masse-Prozent lediglich als "%" in der Zusammensetzung angegeben.
C: 0,05% bis 0,2%
Kohlenstoff (C) trägt zu einer Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Stahls bei. Bei einem Gehalt, der ungefähr 0,2% überschreitet, weist das Rohr jedoch eine schlechte Formbarkeit auf. Bei einem Gehalt von weniger als 0,05% hat das Rohr nicht die gewünschte Zugfestigkeit und die Kristallkörner werden während des Schweißprozesses größer, was zu einer verringerten Festigkeit führt, und irreguläre Verformung verursacht. Demzufolge ist der C-Gehalt in dem Bereich von 0,05% bis 0,2%.
Si: 0,01% bis 0,2%
Silizium (Si) erhöht die Festigkeit des Stahlrohres bei einer Menge von mehr als 0,01%. Ein Si-Gehalt, welcher 0,2% überschreitet, verursacht jedoch eine erhebliche Verschlechterung der Oberflächeneigenschaften, der Duktilität und der Innenhochdruck-Umformbarkeit des Rohres. Somit ist der Gehalt an Si gemäß der Erfindung 0,2% oder weniger.
Mn: 0,2% bis 1,5%
Mangan (Mn) erhöht die Festigkeit, ohne die Oberflächeneigenschaften und die Schweißbarkeit zu verschlechtern, und wird in einer Menge von mehr als 0,2% zum Sicherstellen der erwünschten Festigkeit hinzugefügt. Andererseits verursacht ein Mn-Gehalt, welcher 1,5% überschreitet, eine Verringerung des eingeschränkten Wölbungsverhältnisses (limiting bulging ratio LBR) während der Innenhochdruck-Umformung, d.h. eine Verschlechterung der Innenhochdruck-Umformbarkeit, Demzufolge ist der Mn-Gehalt gemäß der Erfindung 1,5% oder weniger, und vorzugsweise ungefähr 0,2% bis ungefähr 1,3%.
P: 0,01% bis 0,1%
Phosphor (P) trägt bei einer Menge von 0,01% oder mehr, zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit bei. Jedoch führt ein P-Gehalt, welcher 0,1% überschreitet, zu einer erheblichen Verschlechterung der Schweißbarkeit. Der P-Gehalt gemäß der Erfindung ist somit 0,1% oder weniger. Wenn eine Verstärkung durch P nicht notwendig ist, oder wenn eine hohe Schweißbarkeit erforderlich ist, ist der P-Gehalt vorzugsweise ungefähr 0,05% oder weniger.
S: 0,01% oder weniger
Schwefel (S) ist als nichtmetallische Einschlüsse in dem Stahl vorhanden. Die nichtmetallischen Einschlüsse funktionieren als Kerne, welche in manchen Fällen das Stahlrohr während der Innenhochdruck-Umformung zerplatzen lassen; wodurch die Innenhochdruck-Umformbarkeit verschlechtert wird. Somit wird bevorzugt, dass der S-Gehalt soweit wie möglich reduziert wird. Bei einem S-Gehalt von 0,01% oder weniger, weist das Stahlrohr die erwünschte Innenhochdruck-Umformbarkeit auf. Somit ist die obere Grenze des S-Gehalts, gemäß der vorliegenden Erfindung, 0,01%. Der S-Gehalt ist vorzugsweise ungefähr 0,005% oder weniger, und insbesondere wird, um die Innenhochdruck-Umformbarkeit zu verbessern, ungefähr 0,001% oder weniger bevorzugt.
Al: 0,01% bis 0,1%
Aluminium (Al) funktioniert als ein Desoxidationsmittel und hemmt die Vergröberung von Kristallkörnern, wenn der Al-Gehalt 0,01% oder mehr ist. Bei einem Al-Gehalt von mehr als 0,1% sind jedoch große Mengen von Oxideinschlüssen vorhanden, wodurch die Sauberkeit der Stahlzusammensetzung verringert wird. Demzufolge ist der Al-Gehalt, gemäß der Erfindung, 0,1% oder weniger. Der Al-Gehalt ist vorzugsweise ungefähr 0,05% oder weniger, um die Kerne, welche während des Hydroformens zerplatzen, zu verringern.
N: 0,001% bis 0,01%
Stickstoff (N) reagiert mit Al und trägt zur Erzeugung von feinen Kristallkörnern bei, wenn der N-Gehalt 0,001% oder mehr ist. Ein N-Gehalt von mehr als 0,01% verursacht jedoch eine Verschlechterung der Duktilität. Somit ist der N-Gehalt, gemäß der vorliegenden Erfindung, 0,01% oder weniger.
Das Stahl umfasst ferner 0,02% bis 0,1% an Cr.
Gemäß der Erfindung umfasst die Zusammensetzung optional ferner zumindest eine Gruppe von Gruppe A und Gruppe B, wobei Gruppe A zumindest eine Komponente von 0,05% oder weniger an Nb, 0,05% oder weniger an Ti, 1,0% oder weniger an Cu; 1,0% oder weniger an Ni, 1,0% oder weniger an Mo, und 0,01% oder weniger an B enthält; und Gruppe B zumindest eine Komponente von 0,02% oder weniger an Ca, und 0,02% oder weniger eines Seltenerdelementes enthält.
Gründe für die Einschränkung des Gehalts der Komponente von Gruppe A
Titan (Ti), Niobium (Nb), Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Molybdän (Mo) und Bor (B) erhöhen die mechanische Festigkeit, während die Duktilität beibehalten wird. Diese Elemente können, wenn erwünscht, hinzugefügt werden. Um die mechanische Festigkeit zu erhöhen, sollte Ti, Nb, Cu, Ni oder Mo in einer Menge von 0,1% oder mehr hinzugefügt werden, oder B sollte in einer Menge von 0,001% oder mehr hinzugefügt werden. Andererseits sind die Wirkungen dieser Komponente bei einem Ti-, Nb-, Cu-, Ni- oder Mo-Gehalt von mehr als 1,0%, oder einem B-Gehalt von mehr als 0,01% gesättigt. Außerdem weist ein Stahlrohr, welches übermäßige Mengen von diesen Komponenten enthält, eine schlechte Warm- und Kaltverarbeitbarkeit auf. Somit sind die Maximumgehalte dieser Komponenten vorzugsweise ungefähr 0,05% für Nb, 0,05% für Ti, 1,0% für Cu, 1,0% für Ni, 1,0% für Mo und 0,01% für B.
Gründe für die Einschränkung des Gehalts der Komponente von Gruppe B
Calcium (Ca) und Seltenerdmetalle fördern die Formation von sphärischen nichtmetallischen Einschlüssen, welche zu einer hervorragenden Innenhochdruck-Umformbarkeit bzw. Hydroformbarkeit beitragen. Diese Komponenten können, wenn erwünscht, hinzugefügt werden. Eine hervorragender Innenhochdruck-Umformbarkeit ist bemerkbar, wenn 0,002% oder mehr an Ca, oder eines Seltenerdmetalls hinzugefügt wird. Bei einem Gehalt, der 0,02% überschreitet werden jedoch übermäßige Mengen an Einschlüssen geformt, was zu einer verringerten Sauberkeit der Stahlzusammensetzung führt. Somit ist der Maximumgehalt an Ca und Seltenerdmetallen vorzugsweise ungefähr 0,02%. Wenn Ca und ein Seltenerdmetall in Kombination verwendet werden, ist die Gesamtmenge vorzugsweise ungefähr 0,03% oder weniger.
Der Rest, andere als die oben genannten Komponenten, sind Eisen (Fe) und zufällige Verunreinigungen.
Das geschweißte Stahlrohr mit der oben genannten Zusammensetzung gemäß der Erfindung hat eine Zugfestigkeit TS von zumindest 400 MPa, vorzugsweise in dem Bereich von ungefähr 400 MPa bis weniger als ungefähr 590 MPa, und ein n × r-Produkt von zumindest 0,22. Diese Werte zeigen, dass das geschweißte Stahlrohr für Wölbungspro zesse geeignet ist. Bei einem n × r-Produkt von weniger als 0,22 hat das geschweißte Stahlrohr eine schlechte Wölbungsformbarkeit. Zum Erreichen einer einheitlichen Verformung ist der n-Wert vorzugsweise zumindest ungefähr 0,15. Außerdem ist der r-Wert zum Unterdrücken von lokalen Wandverdünnungen mindestens ungefähr 1,5.
Zusätzlich weist das geschweißte Stahlrohr gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise ein eingeschränktes Wölbungsverhältnis (LBR) von zumindest ungefähr 40% auf. Das LBR wird durch die folgende Gleichung definiert: LBR (%) = (dmax – d0)/d0 × 100wobei d_max der maximale äußere Durchmesser (mm) des Rohres beim Zerplatzen (Zerbrechen) ist, und d₀ der äußere Durchmesser des Rohres vor dem Test ist. Der maximale äußere Durchmesser d_max beim Zerplatzen wird durch die Mittelwertbildung aus den Werten bestimmt, welche sich durch Division des Umfangs der zerplatzten Abschnitte mit der Kreiskonstante n berechnen. In der Erfindung wird das LBR mittels eines freien Aufweitversuchs mit axialer Kompression gemessen.
Der freie Aufweitversuch kann durch Aufweiten des Rohres durchgeführt werden, z.B. in einer Innenhochdruck-Umformvorrichtung, wie in 2 gezeigt, welche eine zweiteilige Form, wie in 1 gezeigt, verwendet.
1 ist eine Querschnittsansicht einer zweiteiligen Form. Ein oberes Formteil 2a und ein unteres Formteil 2b haben jeweils einen Rohrhalter 3 entlang der Längsrichtung des Rohres. Jeder der Rohrhalter 3 hat eine hemisphärische Wand mit einem Durchmesser, welcher im Wesentlichen dem äußeren Durchmesser d₀ des Rohres entspricht. Außerdem hat jedes Formteil einen zentralen Wölbungsabschnitt 4 und verjüngte Abschnitte 5 an beiden Enden des Wölbungsabschnitts 4. Der Wölbungsabschnitt 4 hat eine hemisphärische Wand mit einem Durchmesser d_c, und jeder verjüngte Abschnitt hat einen Verjüngungswinkel θ von 45°. Der Wölbungsabschnitt 4 und die Verjüngungsabschnitte 5 bilden einen Verformungsabschnitt 6. Die Länge l_c des Verformungsabschnitts 6 ist zweimal die des äußeren Durchmessers d₀ des Stahlrohrs. Der Durchmesser d_c des hemisphärischen Wölbungsabschnitts 4 kann ungefähr zweimal so groß, wie der äußere Durchmesser d₀ des Stahlrohres sein.
Bezugnehmend auf 2 wird ein Probestahlrohr 1 mittels des oberen Formteils 2a und des unteren Formteils 2b fixiert, so dass das Stahlrohr 1 von den Rohrhaltern 3 umgeben ist. Eine Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, wird zu dem Inneren des Stahlrohres 1 von einem Ende des Stahlrohres 1 durch einen axialen Druckzylinder 7a zugeführt, um Flüssigkeitsdruck P an die Rohrwand zu übertragen, bis das Rohr durch freies Ausbuchten in einem Kreisquerschnitt zerplatzt. Der maximale äußere Durchmesser d_max beim Zerplatzen wird gemessen.
Die oberen und unteren Formteile haben jeweilige Formhalter 8 und sind mit äußeren Ringen 9 fixiert, um das Stahlrohr in der Form zu fixieren.
Bei dem Innenhochdruck-Umformverfahren kann das Rohr an beiden Enden fixiert werden oder eine Druckkraft (axiale Kompression) kann von beiden Enden des Rohres geladen werden. Bei der Erfindung wird eine geeignete Druckkraft von beiden Enden des Rohres geladen, um ein hohes LBR bei dem freien Aufweitungsversuch zu erhalten. Bezug nehmend auf die 2 wird die Druckkraft F in der Axialrichtung auf die axialen Druckzylinder 7a und 7b angelegt.
Ein Verfahren zum Herstellen des geschweißten Stahlrohrs gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben.
Gemäß der Erfindung wird das oben genannte geschweißte Stahlrohr als ein unbehandeltes Stahlrohr verwendet. Das Verfahren zum Herstellen des unbehandelten Stahlrohrs ist nicht beschränkt. Beispielsweise wird Bandstahl (strap steel) kalt- oder warmgewalzt (cold-, warm-, or hot-rolled) oder wird verbogen, um offene Rohre zu formen. Beide Kanten von jedem offenen Rohr werden mittels Induktionserwärmung auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes erwärmt. Die Enden der zwei offenen Rohre werden vorzugsweise mit Quetschwalzen stumpfgestoßen oder feuerverschweißt (forgewelded). Das Stahlband kann vorzugsweise ein warmgewalztes Stahlblech, welches durch Heißwalzen einer Bramme geformt wurde, die durch einen Stranggussprozess oder ein Barrenerzeugungs-/Blockwalzverfahren unter Verwendung eines Flüssigstahls mit der oben beschriebenen Zusammensetzung hergestellt wird, und ein kaltgewalztes/glühbehandeltes Stahlblech und ein kaltgewalztes Stahlblech sein.
Bei dem Verfahren zum Herstellen des geschweißten Stahlrohrs gemäß der vorliegenden Erfindung wird das unbehandelte Stahlrohr in dem Bereich von 900°C bis 1100°C erwärmt oder durchwärmt, um die Reduktionswalzbedingungen zu optimieren, wie nachfolgend beschrieben. Wenn die Temperatur des unbehandelten Stahlrohres, hergestellt mittels Warmwalzen (warm- or hot-rolling), noch ausreichend hoch während des Prozesses des Verringerungswalzens ist, ist nur ein Durchwärmungsprozess erforderlich, um die Temperaturverteilung in dem Rohr zu vereinheitlichen. Erwärmung ist notwendig, wenn die Temperatur des unbehandelten Stahlrohres niedrig ist.
Das erwärmte oder durchwärmte Stahlrohr wird unter Verwendung einer Serie von Tandemkaliberwalzgerüsten bei einem kumulativen Reduktionsverhältnis von mindestens 35% reduktionsgewalzt. Das kumulative Reduktionsverhältnis ist die Summe von Reduktionsverhältnissen von individuellen Kaliberwalzgerüsten. Bei einem kumulativen Reduktionsverhältnis von weniger als 35% werden der n-Wert und der r-Wert, welche zu der hervorragenden Verarbeitbarkeit und Innenhochdruck-Umformbarkeit beitragen, nicht erhöht. Somit muss das kumulative Reduktionsverhältnis bei der vorliegenden Erfindung mindestens 35% sein. Die obere Grenze des kumulativen Reduktionsverhältnisses ist vorzugsweise ungefähr 95%, um lokale Wandverdünnungen zu verhindern und eine hohe Produktivität zu gewährleisten. Besonders bevorzugt liegt das kumulative Reduktionsverhältnis in dem Bereich von ungefähr 35% bis ungefähr 90%. Wenn ein höherer r-Wert verlangt wird, wird das Reduktionswalzen unter einem hohen Reduktionsverhältnis in der Ferritzone durchgeführt, um eine Walztextur zu erzeugen. Somit ist da kumulative Reduktionsverhältnis bei einem Temperaturbereich unterhalb des Ar₃-Umwandlungspunktes mindestens vorzugsweise ungefähr 20%.
Während des Reduktionswalzens ist die Endwalztemperatur in dem Bereich von 500 bis 900°C. Wenn die Endwalztemperatur weniger als 500°C oder mehr als 900°C beträgt, werden der n-Wert und der r-Wert, welche zu der Verarbeitbarkeit beitragen, nicht erhöht, oder das eingeschränkte Wölbungsverhältnis LBR während des freien Aufweitversuches wird nicht erhöht, was zu einer schlechten Innenhochdruck-Umformbarkeit führt.
Während des Reduktionswalzens werden vorzugsweise eine Serie von Tandemkaliberwalzgerüsten, genannt "Reducer" verwendet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das unbehandelte Stahlrohr mit der oben genannten Zusammensetzung dem vorerwähnten Reduktionswalzverfahren unterworfen. Als ein Ergebnis dessen, hat das gewalzte Stahlrohr als ein Endprodukt eine Zugfestigkeit TS von zumindest 400 MPa, und ein hohes n × r-Produkt, welches eine signifikante hervorragende Innenhochdruck-Umformbarkeit andeutet.
BEISPIELE
Jedes der Stahlbleche (warmgewalzte (hot-rolled) Stahlbleche und kaltgewalzte glühbehandelte Stahlbleche) mit Zusammensetzungen wie in Tabelle 1 angegeben, wurden gewalzt, um offene Rohre zu bilden. Kanten von zwei offenen Rohren wurden durch Induktionserwärmung stumpfgestoßen (but-jointed), um ein geschweißtes Stahlrohr mit einem äußeren Durchmesser von 146 mm und einer Wanddicke von 2,6 mm zu formen. Jedes geschweißte Stahlrohr, als ein unbehandeltes Stahlrohr, wurde unter den in Tabelle 2 gezeigten Bedingungen reduktionsgewalzt, um ein gewalztes Stahlrohr zu formen (Endprodukt).
Zugversuchstücke wurden (JIS Nr. 12A Probestücke) in der Längsrichtung aus dem gewalzten Stahlrohr angefertigt, um die Festigkeitseigenschaften (Fließfestigkeit, Zugfestigkeit und Dehnung), den n-Wert und den r-Wert des gewalzten Stahlrohres zu messen. Der n-Wert wurde durch das Verhältnis der Differenz der tatsächlichen Spannung (σ) zu der Differenz der tatsächlichen Dehnung (e) zwischen 5%iger Dehnung und 10%iger Dehnung gemäß der folgenden Gleichung bestimmt: n = (lnσ10% – lnσ5%)/(lne10% – lne5%)
Der r-Wert wurde als das Verhältnis zwischen der tatsächlichen Dehnung in Richtung der Breite zu der tatsächlichen Dehnung in Richtung der Dicke des Rohres bei der Festigkeitsuntersuchung definiert: r = ln(Wi/Wf)/ln(Ti/Tf),wobei W_i die Ausgangsbreite, W_f die Endbreite, T_i die Ausgangsdicke und T_f die Enddicke ist.
Da die Dickenmessungen erhebliche Fehler enthielt, wurde der r-Wert unter einer Annahme bestimmt, dass das Volumen des Probestücks durch Verwendung der folgenden Gleichung konstant war: r = ln(Wi/Wf)/ln(LfWf/LiWi),wobei L_i die Ausgangslänge und L_f die Endlänge ist.
Gemäß der Erfindung wurden Dehnungsmessgeräte an den Festigkeitsprobestücken angeheftet und die tatsächliche Dehnung wurde entlang der Längsrichtung und in Richtung der Breite innerhalb einer Nenndehnung in der Längsrichtung von 6% bis 7% gemessen, um den r-Wert und den n-Wert zu bestimmen.
Jedes gewalzte Stahlrohr wurde als Endprodukt in eine Länge von 500 mm geschnitten, um dieses als ein Innenhochdruck-Umformprobestück zu verwenden. Wie in 2 gezeigt, wurde das geschnittene Rohr in ein Innenhochdruck-Umformvorrichtung eingeführt und Wasser wurde von einem Ende des Rohres zugeführt, um das Rohr durch kreisförmige freie Aufweitungsverformung zu zerplatzen. Der durchschnittliche d_max des maximalen äußeren Durchmessers beim Zerplatzen wurde gemessen, um das eingeschränkte Wölbungsverhältnis LBR, gemäß der folgenden Gleichung, zu berechnen: LBR (%) = (dmax – d0)/d0 × 100wobei d_max der maximale äußere Durchmesser (mm) des Rohres beim Zerplatzen (Zerbrechen) und d₀ der äußere Durchmesser des Rohres vor dem Test (unbehandeltes Rohr) ist. Hinsichtlich der in 1 gezeigten Formdimensionen; l_c ist 127 mm, d_c ist 127 mm, r_d ist 5 mm, l₀ ist 550 mm und θ ist 45°C.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 angegeben.
Jedes der geschweißten Stahlrohre, gemäß der Erfindung, hat jeweils eine Zugfestigkeit von zumindest 400 MPa, einen hohen n-Wert, einen hohen r-Wert und ein n × r-Produkt von zumindest 0,22, was eine hervorragende Verarbeitbarkeit und Innenhochdruck-Umformbarkeit andeutet. Im Gegensatz dazu, haben geschweißte Stahlrohre, gemäß den Vergleichsbeispielen, jeweils ein niedriges n × r-Produkt und ein niedriges LBR, was zeigt, dass diese eine niedrige Innenhochdruck-Umformbarkeit haben. Somit sind die geschweißten Stahlrohre, gemäß den Vergleichsbeispielen, nicht geeignet für Bauteile, welche Innenhochdruck-Umformung benötigen.

Claims

Ein geschweißtes Stahlrohr mit ausgezeichneter Hydroformbarkeit mit einer Zusammensetzung, umfassend, in Massenprozent: 0,05% bis 0,2% an C; 0,01% bis 0,2% an Si; 0,2% bis 1,5% an Mn; 0,01% bis 0,1% an P; 0,01% oder weniger an S; 0,01% bis 0,1% an Al; 0,001% bis 0,01% an N; 0,02% bis 0,1% an Cr; und optional ferner umfassend zumindest eine Komponente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gruppe A und Gruppe B; wobei Gruppe A zumindest eine Komponente von 0,05% oder weniger an Nb, 0,05% oder weniger an Ti, 1,0% oder weniger an Cu, 1,0% oder weniger an Ni, 1,0% oder weniger an Mo, und 0,01% oder weniger an B enthält; und wobei Gruppe B zumindest eine Komponente von 0,02% oder weniger an Ca, und 0,02% oder weniger eines Seltenerdelementes enthält; der Rest ist Fe und zufällige Verunreinigungen; wobei das geschweißte Stahlrohr eine Zugfestigkeit von zumindest 400 MPa und ein n × r-Produkt eines n-Wertes und eines r-Wertes von zumindest 0,22 aufweist.
Das geschweißte Stahlrohr nach Anspruch 1, wobei der n-Wert zumindest 0,15 oder der r-Wert zumindest 1,5 ist.
Das geschweißte Stahlrohr nach Anspruch 1, wobei die Zugfestigkeit zwischen 400 MPa und 590 MPa ist.
Ein Verfahren zum Herstellen eines geschweißten Stahlrohrs mit hervorragender Innenhochdruck-Umformbarkeit, umfassend: Erwärmen in einem Bereich von 900°C bis 1100°C oder Durchwärmen eines unbehandelten Stahlrohrs mit einer Stahlzusammensetzung wie in Anspruch 1 angegeben, Reduktionswalzen des behandelten Stahlrohres unter einem kumulativen Reduktionsverhältnis von zumindest 35% und einer Endwalztemperatur von 500°C bis 900°C, so dass das geschweißte Stahlrohr eine Zugfestigkeit von zumindest 400 MPa und ein n × r-Produkt eines n-Wertes und eines r-Wertes von zumindest 0,22 aufweist.
Das Verfahren zum Herstellen eines geschweißten Stahlrohrs nach Anspruch 4, wobei das behandelte Stahlrohr unter einem kumulativen Reduktionsverhältnis von zumindest 20% bei einer Temperatur unterhalb des Ar₃-Umwandlungspunktes reduktionsgewalzt wird.
Das Verfahren zum Herstellen eines geschweißten Stahlrohrs nach Anspruch 4, wobei das kumulative Reduktionsverhältnis bis zu 90% beträgt.