JP2000178688A - 疲労耐久性に優れた中空スタビライザー用電縫溶接鋼管 - Google Patents
疲労耐久性に優れた中空スタビライザー用電縫溶接鋼管Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 疲労耐久性に優れ高強度の中空スタビライザ
用電縫鋼管を提供する。 【構成】 この電縫溶接鋼管は、Ｃ：０．０３〜０．１
０％，Ｓｉ：０．２０〜１．０％，Ｍｎ：１．０〜２．
５％，Ｐ：０．０３％以下，Ｓ：０．００５％以下，Ｎ
＋Ｏ：１５０ｐｐｍ以下，Ｔｉ：０．０２〜０．２０
％，Ｎｂ：０．０２〜０．１０％，全Ａｌ：０．０１〜
０．１％，Ｂ：０〜０．００５０％，Ｃａ：０〜０．０
０５０％，Ｃｒ：０〜０．３０％を含み、フェライト結
晶粒径が１０μｍ以下の微細フェライト及びパーライト
が混在する混合組織をもち、熱影響部を含む電縫溶接部
の硬さが４００ＨＶ以下で最高硬さと最低硬さとの硬度
差ΔＨＶが５０ＨＶ以下に調整されている。外側表面の
引張残留応力を３００Ｎ／ｍｍ 2 以下，表面粗さを最大
高さでＲy １０μｍ以下に調整することが好ましい。
用電縫鋼管を提供する。 【構成】 この電縫溶接鋼管は、Ｃ：０．０３〜０．１
０％，Ｓｉ：０．２０〜１．０％，Ｍｎ：１．０〜２．
５％，Ｐ：０．０３％以下，Ｓ：０．００５％以下，Ｎ
＋Ｏ：１５０ｐｐｍ以下，Ｔｉ：０．０２〜０．２０
％，Ｎｂ：０．０２〜０．１０％，全Ａｌ：０．０１〜
０．１％，Ｂ：０〜０．００５０％，Ｃａ：０〜０．０
０５０％，Ｃｒ：０〜０．３０％を含み、フェライト結
晶粒径が１０μｍ以下の微細フェライト及びパーライト
が混在する混合組織をもち、熱影響部を含む電縫溶接部
の硬さが４００ＨＶ以下で最高硬さと最低硬さとの硬度
差ΔＨＶが５０ＨＶ以下に調整されている。外側表面の
引張残留応力を３００Ｎ／ｍｍ 2 以下，表面粗さを最大
高さでＲy １０μｍ以下に調整することが好ましい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車の走行安定性を
保持する中空スタビライザに適し、溶接熱影響部が硬化
又は軟化し難く、疲労耐久性に優れた高強度電縫溶接鋼
管に関する。
保持する中空スタビライザに適し、溶接熱影響部が硬化
又は軟化し難く、疲労耐久性に優れた高強度電縫溶接鋼
管に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車の燃費向上に関する改善はめざま
しく、その対策の一つとして車体の軽量化が種々検討さ
れている。たとえば、コーナリング時に車体のローリン
グを緩和し、高速走行時に車体の走行安定性を確保する
ため、スタビライザが使用されている。スタビライザと
しては、ＳＵＰ６，Ｓ４５Ｃ等の棒鋼を製品形状に加工
して焼入れ焼戻し処理した中実スタビライザ，軽量化を
図るためＳ２０Ｃ等の継ぎ目無し鋼管や電縫溶接鋼管を
焼入れ焼戻し処理した中空スタビライザ等が従来から使
用されている。コスト低減，軽量化が強く要求されてい
る昨今では、焼入れ焼戻し等の熱処理工程を省略したア
ズロール型中空スタビライザの検討も進められている。
アズロール型中空スタビライザでは、調質熱処理を前提
にする中空スタビライザのように強度が比較的低い鋼管
を用いて複雑な曲げ加工を施すことなく、高強度鋼管を
比較的単純な形状に成形加工し、アーク溶接等により他
の部品を接合して製造する方法も採用され始めている。
このような製造方法から、中空スタビライザ用鋼管とし
て、電縫溶接に加え、アーク溶接等による他部品と接合
したときの熱影響部についても硬化や軟化が生じ難い電
縫溶接鋼管が望まれている。
しく、その対策の一つとして車体の軽量化が種々検討さ
れている。たとえば、コーナリング時に車体のローリン
グを緩和し、高速走行時に車体の走行安定性を確保する
ため、スタビライザが使用されている。スタビライザと
しては、ＳＵＰ６，Ｓ４５Ｃ等の棒鋼を製品形状に加工
して焼入れ焼戻し処理した中実スタビライザ，軽量化を
図るためＳ２０Ｃ等の継ぎ目無し鋼管や電縫溶接鋼管を
焼入れ焼戻し処理した中空スタビライザ等が従来から使
用されている。コスト低減，軽量化が強く要求されてい
る昨今では、焼入れ焼戻し等の熱処理工程を省略したア
ズロール型中空スタビライザの検討も進められている。
アズロール型中空スタビライザでは、調質熱処理を前提
にする中空スタビライザのように強度が比較的低い鋼管
を用いて複雑な曲げ加工を施すことなく、高強度鋼管を
比較的単純な形状に成形加工し、アーク溶接等により他
の部品を接合して製造する方法も採用され始めている。
このような製造方法から、中空スタビライザ用鋼管とし
て、電縫溶接に加え、アーク溶接等による他部品と接合
したときの熱影響部についても硬化や軟化が生じ難い電
縫溶接鋼管が望まれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】アズロール型中空スタ
ビライザに使用される電縫溶接鋼管の特性を改善するた
め従来から種々の改良が提案されているが、電縫溶接部
及び他部品との接合部の双方で硬化又は軟化を抑制する
有効な方法は提案されていない。たとえば、特開平２−
１９７５２５号公報では、Ｃ：０．０８〜０．２３重量
％でＭｎ，Ｓｉ，Ｎｂを特定量以下に規制し、Ｃｒ，Ｍ
ｏの１種以上を添加した鋼を熱間圧延後に電縫溶接し、
造管ままで又は歪取り焼鈍して引張強さ６０〜１００ｋ
ｇｆ／ｍｍ 2 以上の鋼管を製造している。また、特開平
６−１００４６号公報では、溶接時に熱影響部が軟化し
難い合金設計を採用し、高強度鋼管の疲労強度を改善し
ている。しかし、何れも０．３〜１．０重量％のＣｒ又
は０．３〜１．０重量％のＭｏを添加した中炭素鋼を使
用することから、鋼材コストが高くなるばかりか、溶接
熱影響部にベイナイト，マルテンサイト等の低温変態相
が生じ易くなる。低温変態相は、熱影響部を硬化又は軟
化させる原因となる。
ビライザに使用される電縫溶接鋼管の特性を改善するた
め従来から種々の改良が提案されているが、電縫溶接部
及び他部品との接合部の双方で硬化又は軟化を抑制する
有効な方法は提案されていない。たとえば、特開平２−
１９７５２５号公報では、Ｃ：０．０８〜０．２３重量
％でＭｎ，Ｓｉ，Ｎｂを特定量以下に規制し、Ｃｒ，Ｍ
ｏの１種以上を添加した鋼を熱間圧延後に電縫溶接し、
造管ままで又は歪取り焼鈍して引張強さ６０〜１００ｋ
ｇｆ／ｍｍ 2 以上の鋼管を製造している。また、特開平
６−１００４６号公報では、溶接時に熱影響部が軟化し
難い合金設計を採用し、高強度鋼管の疲労強度を改善し
ている。しかし、何れも０．３〜１．０重量％のＣｒ又
は０．３〜１．０重量％のＭｏを添加した中炭素鋼を使
用することから、鋼材コストが高くなるばかりか、溶接
熱影響部にベイナイト，マルテンサイト等の低温変態相
が生じ易くなる。低温変態相は、熱影響部を硬化又は軟
化させる原因となる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような問
題を解消すべく案出されたものであり、Ｃ含有量を下げ
た鋼種においてＳｉ，Ｍｎによる固溶強化，Ｔｉ，Ｎｂ
の析出硬化，フェライト粒の微細化による高強度化等を
図ることにより、電縫溶接部及び他部品との溶接接合部
が硬化又は軟化し難く、スタビライザとして重要な特性
である疲労特性にも優れ、６９０〜１１００Ｎ／ｍｍ2
の引張強さをもつ高強度電縫溶接鋼管を提供することを
目的とする。
題を解消すべく案出されたものであり、Ｃ含有量を下げ
た鋼種においてＳｉ，Ｍｎによる固溶強化，Ｔｉ，Ｎｂ
の析出硬化，フェライト粒の微細化による高強度化等を
図ることにより、電縫溶接部及び他部品との溶接接合部
が硬化又は軟化し難く、スタビライザとして重要な特性
である疲労特性にも優れ、６９０〜１１００Ｎ／ｍｍ2
の引張強さをもつ高強度電縫溶接鋼管を提供することを
目的とする。
【０００５】本発明の中空スタビライザ用電縫溶接鋼管
は、その目的を達成するため、Ｃ：０．０３〜０．１０
重量％，Ｓｉ：０．２０〜１．０重量％，Ｍｎ：１．０
〜２．５重量％，Ｐ：０．０３重量％以下，Ｓ：０．０
０５重量％以下，Ｎ＋Ｏ：１５０ｐｐｍ以下，Ｔｉ：
０．０２〜０．２０重量％，Ｎｂ：０．０２〜０．１０
重量％，全Ａｌ：０．０１〜０．１重量％を含み、残部
が実質的にＦｅの組成をもち、フェライト結晶粒径が１
０μｍ以下の微細フェライト及びパーライトが混在する
混合組織をもち、熱影響部を含む電縫溶接部の硬さが４
００ＨＶ以下で最高硬さと最低硬さとの硬度差ΔＨＶが
５０ＨＶ以下であることを特徴とする。使用する鋼材
は、更に０．００５０重量％以下のＢ，０．００５０重
量％以下のＣａ及び０．３０重量％以下のＣｒの１種又
は２種以上を含むことができる。電縫溶接鋼管は、外側
表面の引張残留応力が３００Ｎ／ｍｍ2 以下，最大高さ
Ｒ y １０μｍ以下の表面粗さに外側表面を調整すること
が好ましい。
は、その目的を達成するため、Ｃ：０．０３〜０．１０
重量％，Ｓｉ：０．２０〜１．０重量％，Ｍｎ：１．０
〜２．５重量％，Ｐ：０．０３重量％以下，Ｓ：０．０
０５重量％以下，Ｎ＋Ｏ：１５０ｐｐｍ以下，Ｔｉ：
０．０２〜０．２０重量％，Ｎｂ：０．０２〜０．１０
重量％，全Ａｌ：０．０１〜０．１重量％を含み、残部
が実質的にＦｅの組成をもち、フェライト結晶粒径が１
０μｍ以下の微細フェライト及びパーライトが混在する
混合組織をもち、熱影響部を含む電縫溶接部の硬さが４
００ＨＶ以下で最高硬さと最低硬さとの硬度差ΔＨＶが
５０ＨＶ以下であることを特徴とする。使用する鋼材
は、更に０．００５０重量％以下のＢ，０．００５０重
量％以下のＣａ及び０．３０重量％以下のＣｒの１種又
は２種以上を含むことができる。電縫溶接鋼管は、外側
表面の引張残留応力が３００Ｎ／ｍｍ2 以下，最大高さ
Ｒ y １０μｍ以下の表面粗さに外側表面を調整すること
が好ましい。
【０００６】
【作用】本発明が対象とする鋼材は、加工性を確保し、
溶接部の硬化を防止するためにＣ含有量を低下させてい
る。Ｃ含有量の低下に起因する強度不足は、Ｓｉ，Ｍｎ
による固溶強化，Ｔｉ，Ｎｂの析出強化及びフェライト
粒の微細化により解消している。また、Ｔｉ，Ｎｂ添加
により、溶接熱影響部の軟化を防止している。このよう
な合金設計に基づき、種々の調査実験から各合金成分を
定量化することにより、電縫溶接部及び他部品との溶接
接合部の双方において熱影響部が硬化又は軟化せず、優
れた疲労強度及び引張強さを示す電縫溶接鋼管が得られ
る。
溶接部の硬化を防止するためにＣ含有量を低下させてい
る。Ｃ含有量の低下に起因する強度不足は、Ｓｉ，Ｍｎ
による固溶強化，Ｔｉ，Ｎｂの析出強化及びフェライト
粒の微細化により解消している。また、Ｔｉ，Ｎｂ添加
により、溶接熱影響部の軟化を防止している。このよう
な合金設計に基づき、種々の調査実験から各合金成分を
定量化することにより、電縫溶接部及び他部品との溶接
接合部の双方において熱影響部が硬化又は軟化せず、優
れた疲労強度及び引張強さを示す電縫溶接鋼管が得られ
る。
【０００７】以下、本発明電縫溶接鋼管に含まれる合金
成分，含有量等を説明する。Ｃ：０．０３〜０．１０重量％ 強度向上のために０．０３重量％以上のＣが必要である
が、本発明では、加工性、溶接部の延性を確保するため
Ｃ含有量を低く設定した。Ｃ含有量が０．１０重量％を
超えて多量に含まれると、溶接部の延性や鋼管の強度が
劣化し、ベイナイト又はマルテンサイト組織になり、溶
接熱影響部が軟化しやすく、加工性及び疲労耐久性も劣
化する。Ｓｉ：０．２０〜１．０重量％ 固溶強化型の合金成分であり、Ｃ含有量を下げた本発明
の鋼種にあっては、強度を確保するために０．２０重量
％のＳｉが必要である。しかし、１．０重量％を超える
Ｓｉが含まれると、スラブの加熱時にファイアライトが
生成し、熱間圧延時のデスケール性が劣化する。その結
果、疲労の起点となる表面疵が発生しやすく、疲労耐久
性を劣化させる傾向がみられる。また、多量のＳｉ含有
量は、電縫溶接鋼管の溶接性及び靭性にも悪影響を及ぼ
す。
成分，含有量等を説明する。Ｃ：０．０３〜０．１０重量％ 強度向上のために０．０３重量％以上のＣが必要である
が、本発明では、加工性、溶接部の延性を確保するため
Ｃ含有量を低く設定した。Ｃ含有量が０．１０重量％を
超えて多量に含まれると、溶接部の延性や鋼管の強度が
劣化し、ベイナイト又はマルテンサイト組織になり、溶
接熱影響部が軟化しやすく、加工性及び疲労耐久性も劣
化する。Ｓｉ：０．２０〜１．０重量％ 固溶強化型の合金成分であり、Ｃ含有量を下げた本発明
の鋼種にあっては、強度を確保するために０．２０重量
％のＳｉが必要である。しかし、１．０重量％を超える
Ｓｉが含まれると、スラブの加熱時にファイアライトが
生成し、熱間圧延時のデスケール性が劣化する。その結
果、疲労の起点となる表面疵が発生しやすく、疲労耐久
性を劣化させる傾向がみられる。また、多量のＳｉ含有
量は、電縫溶接鋼管の溶接性及び靭性にも悪影響を及ぼ
す。
【０００８】Ｍｎ：１．０〜２．５重量％ 強度及び靭性を確保するために必要な合金成分であり、
１．０重量％以上でＭｎの添加効果が顕著になる。しか
し、２．５重量％を超える過剰量のＭｎは、靭性に悪影
響を及ぼすばかりでなく、焼入れ性を増大させて溶接部
の靭性劣化，溶接熱影響部の軟化の原因になる。Ｐ：０．０３重量％以下 耐溶接割れ性及び靭性に悪影響を及ぼす成分であるた
め、Ｐ含有量を０．０３重量％（好ましくは０．０２０
重量％以下）に規制した。Ｓ：０．００５重量％以下 展延性のある非金属介在物ＭｎＳを生成し、加工性及び
靭性を劣化させる有害性分である。また、Ｍｎによる固
溶強化を狙った鋼種であることから、Ｍｎの添加効果を
損わないためにＳ含有量の上限を０．００５重量％（好
ましくは、０．００２重量％）に設定した。
１．０重量％以上でＭｎの添加効果が顕著になる。しか
し、２．５重量％を超える過剰量のＭｎは、靭性に悪影
響を及ぼすばかりでなく、焼入れ性を増大させて溶接部
の靭性劣化，溶接熱影響部の軟化の原因になる。Ｐ：０．０３重量％以下 耐溶接割れ性及び靭性に悪影響を及ぼす成分であるた
め、Ｐ含有量を０．０３重量％（好ましくは０．０２０
重量％以下）に規制した。Ｓ：０．００５重量％以下 展延性のある非金属介在物ＭｎＳを生成し、加工性及び
靭性を劣化させる有害性分である。また、Ｍｎによる固
溶強化を狙った鋼種であることから、Ｍｎの添加効果を
損わないためにＳ含有量の上限を０．００５重量％（好
ましくは、０．００２重量％）に設定した。
【０００９】Ｎ＋Ｏ：１５０ｐｐｍ以下 Ｎは、ＴｉＮを形成し、溶接時に結晶粒の粗大化を抑制
する合金成分である。しかし、多量のＮが存在すると、
固溶Ｎによる時効硬化が現われ、靭性が劣化する傾向が
みられる。他方、酸素は、疲労破壊の起点となる酸化物
を生成し、疲労耐久性を劣化させる。そこで、本発明に
おいては、Ｎ及びＯの合計含有量を１５０ｐｐｍ以下に
規制した。Ｔｉ：０．０２〜０．２０重量％ 溶接熱影響部の結晶粒を微細化する作用を呈する炭窒化
物となり、強度向上に有効な合金成分である。結晶粒の
微細化により、溶接熱影響部の靭性も向上する。このよ
うな効果は、０．０２重量％以上のＴｉ含有量で顕著に
なる。しかし、０．２０重量％を超える多量のＴｉが含
まれると、却って靭性が劣化する。
する合金成分である。しかし、多量のＮが存在すると、
固溶Ｎによる時効硬化が現われ、靭性が劣化する傾向が
みられる。他方、酸素は、疲労破壊の起点となる酸化物
を生成し、疲労耐久性を劣化させる。そこで、本発明に
おいては、Ｎ及びＯの合計含有量を１５０ｐｐｍ以下に
規制した。Ｔｉ：０．０２〜０．２０重量％ 溶接熱影響部の結晶粒を微細化する作用を呈する炭窒化
物となり、強度向上に有効な合金成分である。結晶粒の
微細化により、溶接熱影響部の靭性も向上する。このよ
うな効果は、０．０２重量％以上のＴｉ含有量で顕著に
なる。しかし、０．２０重量％を超える多量のＴｉが含
まれると、却って靭性が劣化する。
【００１０】Ｎｂ：０．０２〜０．１０重量％ 結晶粒の微細化を促進させる炭窒化物となり、溶接熱影
響部の軟化防止に有効な合金成分である。軟化抑制作用
及び母材の高強度化は、０．０２重量％以上のＮｂ添加
で顕著になる。しかし、０．１０重量％を超える多量の
Ｎｂを添加すると、鋼材コストが上昇するばかりでな
く、溶接性及び靭性が劣化する虞れがある。全Ａｌ：０．０１〜０．１重量％ 溶製段階で脱酸剤として添加される合金成分であり、Ｎ
を固定する作用も呈する。このような作用は、０．０１
重量％以上のＡｌ含有量で顕著となる。しかし、鋼中の
Ａｌ量が０．１重量％を超えると、非金属介在物が多量
になって鋼材の清浄度が損われ、鋼板表面に疵が発生し
やすくなる。
響部の軟化防止に有効な合金成分である。軟化抑制作用
及び母材の高強度化は、０．０２重量％以上のＮｂ添加
で顕著になる。しかし、０．１０重量％を超える多量の
Ｎｂを添加すると、鋼材コストが上昇するばかりでな
く、溶接性及び靭性が劣化する虞れがある。全Ａｌ：０．０１〜０．１重量％ 溶製段階で脱酸剤として添加される合金成分であり、Ｎ
を固定する作用も呈する。このような作用は、０．０１
重量％以上のＡｌ含有量で顕著となる。しかし、鋼中の
Ａｌ量が０．１重量％を超えると、非金属介在物が多量
になって鋼材の清浄度が損われ、鋼板表面に疵が発生し
やすくなる。
【００１１】Ｂ：０．００５０重量％以下 必要に応じて添加される合金成分であり、極微量の添加
で結晶粒界の歪エネルギを低下させて靭性を改善する。
しかし、０．００５０重量％を超える過剰量のＢを添加
すると、溶接時にベイナイト組織が生じ易くなり、溶接
熱影響部を硬化させ、靭性を劣化させる傾向が現れる。
で結晶粒界の歪エネルギを低下させて靭性を改善する。
しかし、０．００５０重量％を超える過剰量のＢを添加
すると、溶接時にベイナイト組織が生じ易くなり、溶接
熱影響部を硬化させ、靭性を劣化させる傾向が現れる。
【００１２】Ｃａ：０．００５０重量％以下 必要に応じて添加される合金成分であり、ＭｎＳ等の硫
化物系介在物の形態を制御し、局部伸び及び靭性を向上
させる作用を呈する合金成分である。そのため、優れた
加工性が要求される場合に添加される。しかし、０．０
０５０重量％を超えるＣａの過剰添加は、非金属介在物
の多量生成により鋼材の清浄度を低下させ、溶接性を劣
化させる原因となる。Ｃｒ：０．３０重量％以下 必要に応じて添加される合金成分であり、溶接熱影響部
の焼戻し軟化抵抗を向上させると共に、炭化物を微細化
する作用を呈する。しかし、０．３重量％を超える過剰
量のＣｒを添加すると、バンド状組織が生じ易くなると
共に、焼入れ性が増加して溶接熱影響部の靭性が劣化す
る。
化物系介在物の形態を制御し、局部伸び及び靭性を向上
させる作用を呈する合金成分である。そのため、優れた
加工性が要求される場合に添加される。しかし、０．０
０５０重量％を超えるＣａの過剰添加は、非金属介在物
の多量生成により鋼材の清浄度を低下させ、溶接性を劣
化させる原因となる。Ｃｒ：０．３０重量％以下 必要に応じて添加される合金成分であり、溶接熱影響部
の焼戻し軟化抵抗を向上させると共に、炭化物を微細化
する作用を呈する。しかし、０．３重量％を超える過剰
量のＣｒを添加すると、バンド状組織が生じ易くなると
共に、焼入れ性が増加して溶接熱影響部の靭性が劣化す
る。
【００１３】結晶粒径１０μｍ以下のフェライトとパー
ライトとの混合組織：金属組織は、本発明で重要な役割
をもつ。強度レベルが同じ鋼材にあっては、素材組織を
フェライト＋パーライトの混合組織にすることにより、
フェライト＋ベイナイト組織，ベイナイト単相組織，フ
ェライト＋マルテンサイト組織等に比較して、延性は若
干低下するものの疲労強度が向上する。疲労強度の向上
にフェライト＋パーライトの混合組織が有効なことは、
本発明者等によって始めて見出されたものであり、詳細
な理由は不明であるが次のように推察される。軟質のフ
ェライトと硬質のベイナイト又はマルテンサイトが混在
する組織では、フェライト相とベイナイト又はマルテン
サイト相との間で塑性変形能の差が大きく、相界面にミ
クロクラックが発生しやすい。これに対し、フェライト
＋パーライト組織は、フェライト＋ベイナイト組織，ベ
イナイト単相組織，フェライト＋マルテンサイト組織等
のようにラス状に変態したものに比較して、破壊亀裂の
成長伝播を緩和する作用が強い。なかでも、フェライト
結晶粒径を１０μｍ以下にすると、緩和作用が一層顕著
になる。
ライトとの混合組織：金属組織は、本発明で重要な役割
をもつ。強度レベルが同じ鋼材にあっては、素材組織を
フェライト＋パーライトの混合組織にすることにより、
フェライト＋ベイナイト組織，ベイナイト単相組織，フ
ェライト＋マルテンサイト組織等に比較して、延性は若
干低下するものの疲労強度が向上する。疲労強度の向上
にフェライト＋パーライトの混合組織が有効なことは、
本発明者等によって始めて見出されたものであり、詳細
な理由は不明であるが次のように推察される。軟質のフ
ェライトと硬質のベイナイト又はマルテンサイトが混在
する組織では、フェライト相とベイナイト又はマルテン
サイト相との間で塑性変形能の差が大きく、相界面にミ
クロクラックが発生しやすい。これに対し、フェライト
＋パーライト組織は、フェライト＋ベイナイト組織，ベ
イナイト単相組織，フェライト＋マルテンサイト組織等
のようにラス状に変態したものに比較して、破壊亀裂の
成長伝播を緩和する作用が強い。なかでも、フェライト
結晶粒径を１０μｍ以下にすると、緩和作用が一層顕著
になる。
【００１４】しかも、電縫溶接部の熱影響部がマルテン
サイトやベイナイトの混在する組織になった電縫溶接鋼
管では、焼戻しによって組織が急激に軟化する。軟化部
分は、応力が集中しやすく、疲労耐久性を劣化させる。
これに対し、本発明では、微細なＴｉ及びＮｂの炭窒化
物によりフェライトが結晶粒径１０μｍ以下に微細化さ
れ、パーライトと混在しているので、溶接熱影響部の軟
化が抑制される。しかも、溶接熱影響部の硬化及び軟化
に対する抑制効果は、他部品を電縫溶接鋼管に溶接する
場合にも有効に発現され、スタビライザに要求される耐
久性の劣化が抑制される。更には、溶融部においても、
Ｔｉ，Ｎｂの炭窒化物によって結晶粒の粗大化が防止さ
れる。
サイトやベイナイトの混在する組織になった電縫溶接鋼
管では、焼戻しによって組織が急激に軟化する。軟化部
分は、応力が集中しやすく、疲労耐久性を劣化させる。
これに対し、本発明では、微細なＴｉ及びＮｂの炭窒化
物によりフェライトが結晶粒径１０μｍ以下に微細化さ
れ、パーライトと混在しているので、溶接熱影響部の軟
化が抑制される。しかも、溶接熱影響部の硬化及び軟化
に対する抑制効果は、他部品を電縫溶接鋼管に溶接する
場合にも有効に発現され、スタビライザに要求される耐
久性の劣化が抑制される。更には、溶融部においても、
Ｔｉ，Ｎｂの炭窒化物によって結晶粒の粗大化が防止さ
れる。
【００１５】電縫溶接部：硬さ４００ＨＶ以下，硬度差
ΔＨＶ５０ＨＶ以下 疲労破壊の原因である応力集中は、溶接で生じた軟化部
や溶接熱影響部の硬化部に生じ易い。また、最高硬さが
４００ＨＶを超えると切欠き感受性が鋭くなり、疲労耐
久性が劣化する。疲労耐久性の向上には硬さを均一化す
ることも有効であり、溶接熱影響部を含む電縫溶接部の
最高硬さと最低硬さ（軟化部の硬さ）との硬度差ΔＨＶ
を５０ＨＶ以下にすると、応力集中が緩和され疲労耐久
性が向上する。
ΔＨＶ５０ＨＶ以下 疲労破壊の原因である応力集中は、溶接で生じた軟化部
や溶接熱影響部の硬化部に生じ易い。また、最高硬さが
４００ＨＶを超えると切欠き感受性が鋭くなり、疲労耐
久性が劣化する。疲労耐久性の向上には硬さを均一化す
ることも有効であり、溶接熱影響部を含む電縫溶接部の
最高硬さと最低硬さ（軟化部の硬さ）との硬度差ΔＨＶ
を５０ＨＶ以下にすると、応力集中が緩和され疲労耐久
性が向上する。
【００１６】電縫溶接鋼管の外側表面：電縫溶接鋼管の
疲労耐久性は、表面の引張残留応力によって低下する。
そこで、一般にはショットピーニングによって圧縮残留
応力を負荷し、引張残留応力を抑えている。このことか
ら、スタビライザ用素管として使用される電縫溶接鋼管
の引張残留応力は可能な限り低くすることが好ましい。
電縫溶接鋼管の引張残留応力が３００Ｎ／ｍｍ2 を超え
ると、ショットピーニングによる効果が小さくなり、疲
労耐久性が劣化する傾向が現れる。また、電縫溶接鋼管
の外側表面にある疵等は、疲労破壊の起点として働き、
疲労耐久性を劣化させる。そこで、電縫溶接鋼管の外側
表面を最大高さＲy で１０μｍ以下の表面粗さに調整し
て疲労破壊の起点をなくすとき、疲労耐久性が更に向上
する。
疲労耐久性は、表面の引張残留応力によって低下する。
そこで、一般にはショットピーニングによって圧縮残留
応力を負荷し、引張残留応力を抑えている。このことか
ら、スタビライザ用素管として使用される電縫溶接鋼管
の引張残留応力は可能な限り低くすることが好ましい。
電縫溶接鋼管の引張残留応力が３００Ｎ／ｍｍ2 を超え
ると、ショットピーニングによる効果が小さくなり、疲
労耐久性が劣化する傾向が現れる。また、電縫溶接鋼管
の外側表面にある疵等は、疲労破壊の起点として働き、
疲労耐久性を劣化させる。そこで、電縫溶接鋼管の外側
表面を最大高さＲy で１０μｍ以下の表面粗さに調整し
て疲労破壊の起点をなくすとき、疲労耐久性が更に向上
する。
【００１７】
【実施例】表１の組成をもつ各種鋼を溶製し、スラブに
鋳造した。スラブを１２５０℃に加熱し、仕上げ圧延温
度８８０℃，巻取り温度５００℃で板厚２．６ｍｍの熱
延板に熱間圧延した。熱延板を酸洗し、スリットした
後、直径２１．０ｍｍの高周波電縫溶接鋼管に造管し、
直ちに高周波加熱により電縫溶接部を６８０℃に焼き戻
した。
鋳造した。スラブを１２５０℃に加熱し、仕上げ圧延温
度８８０℃，巻取り温度５００℃で板厚２．６ｍｍの熱
延板に熱間圧延した。熱延板を酸洗し、スリットした
後、直径２１．０ｍｍの高周波電縫溶接鋼管に造管し、
直ちに高周波加熱により電縫溶接部を６８０℃に焼き戻
した。
【００１８】
【００１９】得られた電縫溶接鋼管について、９０度２
Ｄ曲げ試験で加工性を調査し、センタートルク振幅２１
０Ｎ・ｍのねじり疲労試験で疲労特性を調査した。曲げ
試験では、９０度２Ｄ曲げで電縫溶接部に割れが発生し
ないことを加工性良否の判定基準とした。ねじり疲労試
験では、亀裂が発生したサイクル数を疲労寿命とした。
また、電縫溶接部の熱影響部について硬さ分布を測定
し、熱影響部を含む電縫溶接部の最高硬さ−最低硬さを
硬度差ΔＨＶとして求めた。最高硬さが４００ＨＶ以下
で、硬度差ΔＨＶが５０以下を合格と判定した。電縫溶
接鋼管の引張残留応力は，Ｘ線式残留応力測定装置を用
いて電縫溶接部の外側表面を測定した。一部のサンプル
については、電縫溶接鋼管をアーク溶接した後で熱影響
部の硬さ分布を測定した。このときのアーク溶接条件
は、直径１．２ｍｍのワイヤＭＧＳ８０−１．２ｍｍを
用い、電流を１４０Ａ，電圧を１８Ｖ，溶接速度を４０
ｃｍ／分に設定した。
Ｄ曲げ試験で加工性を調査し、センタートルク振幅２１
０Ｎ・ｍのねじり疲労試験で疲労特性を調査した。曲げ
試験では、９０度２Ｄ曲げで電縫溶接部に割れが発生し
ないことを加工性良否の判定基準とした。ねじり疲労試
験では、亀裂が発生したサイクル数を疲労寿命とした。
また、電縫溶接部の熱影響部について硬さ分布を測定
し、熱影響部を含む電縫溶接部の最高硬さ−最低硬さを
硬度差ΔＨＶとして求めた。最高硬さが４００ＨＶ以下
で、硬度差ΔＨＶが５０以下を合格と判定した。電縫溶
接鋼管の引張残留応力は，Ｘ線式残留応力測定装置を用
いて電縫溶接部の外側表面を測定した。一部のサンプル
については、電縫溶接鋼管をアーク溶接した後で熱影響
部の硬さ分布を測定した。このときのアーク溶接条件
は、直径１．２ｍｍのワイヤＭＧＳ８０−１．２ｍｍを
用い、電流を１４０Ａ，電圧を１８Ｖ，溶接速度を４０
ｃｍ／分に設定した。
【００２０】表２の調査結果にみられるように、Ｃ含有
量が高い試験番号１の電縫溶接鋼管では、電縫溶接部が
マルテンサイト組織となって熱影響部の硬さが上昇する
ため、大きな硬度差ΔＨＶを示した。その結果、曲げ試
験で割れが発生し、疲労試験においても電縫溶接部から
亀裂が発生するため、短い疲労寿命であった。Ｃ含有量
及びＭｎ含有量の低い試験番号２の電縫溶接鋼管では、
引張強さが低く、疲労寿命も短かった。Ｎｂ，Ｔｉを過
剰に添加した試験番号３の電縫溶接鋼管では、析出物が
粗大化したことに加え、電縫溶接部がフェライト＋ベイ
ナイト組織になったため、大きな硬度差ΔＨＶを示し
た。その結果、曲げ試験で割れが発生し、疲労試験で電
縫溶接部から亀裂が発生し、短い疲労寿命であった。多
量のＳｉ，Ｍｎを含む試験番号４の電縫溶接鋼管では、
最高硬さが高くなり、曲げ試験で加工割れが発生した。
また、素材がベイナイト＋マルテンサイトの組織になっ
ているため、熱影響部が軟化し、大きな硬度差ΔＨＶを
示した。その結果、疲労試験で電縫溶接部から亀裂が発
生し、短い疲労寿命であった。Ｓ，Ｃａを過剰に含む試
験番号５の電縫溶接鋼管は、疲労破壊の起点となる介在
物が粗大に成長しているため、短い疲労寿命を示した。
Ｎｂ，Ｔｉを添加していない試験番号６の電縫溶接鋼管
では、熱影響部の軟化に起因して硬度差ΔＨＶが大きく
なり、軟化部に応力が集中することから疲労寿命も短く
なっていた。
量が高い試験番号１の電縫溶接鋼管では、電縫溶接部が
マルテンサイト組織となって熱影響部の硬さが上昇する
ため、大きな硬度差ΔＨＶを示した。その結果、曲げ試
験で割れが発生し、疲労試験においても電縫溶接部から
亀裂が発生するため、短い疲労寿命であった。Ｃ含有量
及びＭｎ含有量の低い試験番号２の電縫溶接鋼管では、
引張強さが低く、疲労寿命も短かった。Ｎｂ，Ｔｉを過
剰に添加した試験番号３の電縫溶接鋼管では、析出物が
粗大化したことに加え、電縫溶接部がフェライト＋ベイ
ナイト組織になったため、大きな硬度差ΔＨＶを示し
た。その結果、曲げ試験で割れが発生し、疲労試験で電
縫溶接部から亀裂が発生し、短い疲労寿命であった。多
量のＳｉ，Ｍｎを含む試験番号４の電縫溶接鋼管では、
最高硬さが高くなり、曲げ試験で加工割れが発生した。
また、素材がベイナイト＋マルテンサイトの組織になっ
ているため、熱影響部が軟化し、大きな硬度差ΔＨＶを
示した。その結果、疲労試験で電縫溶接部から亀裂が発
生し、短い疲労寿命であった。Ｓ，Ｃａを過剰に含む試
験番号５の電縫溶接鋼管は、疲労破壊の起点となる介在
物が粗大に成長しているため、短い疲労寿命を示した。
Ｎｂ，Ｔｉを添加していない試験番号６の電縫溶接鋼管
では、熱影響部の軟化に起因して硬度差ΔＨＶが大きく
なり、軟化部に応力が集中することから疲労寿命も短く
なっていた。
【００２１】これに対し、本発明で規定した条件を満足
する試験番号７〜１４の電縫溶接鋼管は、何れも電縫溶
接部の最高硬さが４００ＨＶ以下，硬度差ΔＨＶが５０
ＨＶ以下になっており、試験番号１〜６に比較して疲労
寿命が長く、曲げ加工によるわれも発生しなかった。ア
ーク溶接した後でも、熱影響部の硬化が抑制されてお
り、硬度差ΔＨＶも小さな値を示した。なかでも、試験
番号７，８，１３の電縫溶接鋼管では、外側表面の引張
残留応力が３００Ｎ／ｍｍ2 以下と低く、疲労耐久性に
優れていた。次いで、試験番号１０の鋼材を熱間圧延す
る際にデスケーリング条件を変化させることにより、表
面粗さが異なる電縫溶接鋼管を製造した。電縫溶接鋼管
の外側表面の表面粗さを最大高さＲy で測定し、疲労試
験における繰り返し回数と最大高さＲy との関係を調査
した。図１の調査結果から明らかなように、最大高さＲ
y が１０μｍ以下になったとき疲労耐久性が更に向上し
ていた。
する試験番号７〜１４の電縫溶接鋼管は、何れも電縫溶
接部の最高硬さが４００ＨＶ以下，硬度差ΔＨＶが５０
ＨＶ以下になっており、試験番号１〜６に比較して疲労
寿命が長く、曲げ加工によるわれも発生しなかった。ア
ーク溶接した後でも、熱影響部の硬化が抑制されてお
り、硬度差ΔＨＶも小さな値を示した。なかでも、試験
番号７，８，１３の電縫溶接鋼管では、外側表面の引張
残留応力が３００Ｎ／ｍｍ2 以下と低く、疲労耐久性に
優れていた。次いで、試験番号１０の鋼材を熱間圧延す
る際にデスケーリング条件を変化させることにより、表
面粗さが異なる電縫溶接鋼管を製造した。電縫溶接鋼管
の外側表面の表面粗さを最大高さＲy で測定し、疲労試
験における繰り返し回数と最大高さＲy との関係を調査
した。図１の調査結果から明らかなように、最大高さＲ
y が１０μｍ以下になったとき疲労耐久性が更に向上し
ていた。
【００２２】
【００２３】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の電縫溶
接鋼管は、Ｃ含有量を下げて加工性を確保する共に、Ｔ
ｉ，Ｎｂの炭窒化物生成及び細粒化作用を利用して溶接
熱影響部の軟化抑制と硬化抑制とを両立させることによ
り、疲労耐久性を改善している。しかも、高価なＭｏ，
Ｖ等の合金元素を必要とせず、従来のＳ４５Ｃ，ＳＵＰ
６等に比較して熱処理も必要としないことから、低コス
トで引張強さ６９０〜１１００Ｎ／ｍｍ2 の高強度中空
スタビライザが提供される。更には、電縫溶接部が最高
硬さ４００ＨＶ以下で硬度差も小さく、電縫溶接部や他
部品との溶接部が均一化され、応力集中が緩和されるた
めに疲労破壊寿命も長くなる。
接鋼管は、Ｃ含有量を下げて加工性を確保する共に、Ｔ
ｉ，Ｎｂの炭窒化物生成及び細粒化作用を利用して溶接
熱影響部の軟化抑制と硬化抑制とを両立させることによ
り、疲労耐久性を改善している。しかも、高価なＭｏ，
Ｖ等の合金元素を必要とせず、従来のＳ４５Ｃ，ＳＵＰ
６等に比較して熱処理も必要としないことから、低コス
トで引張強さ６９０〜１１００Ｎ／ｍｍ2 の高強度中空
スタビライザが提供される。更には、電縫溶接部が最高
硬さ４００ＨＶ以下で硬度差も小さく、電縫溶接部や他
部品との溶接部が均一化され、応力集中が緩和されるた
めに疲労破壊寿命も長くなる。
【図１】 電縫鋼管の外側表面の表面粗さが疲労特性に
及ぼす影響を示したグラフ
及ぼす影響を示したグラフ
Claims (6)
- 【請求項１】 Ｃ：０．０３〜０．１０重量％，Ｓｉ：
０．２０〜１．０重量％，Ｍｎ：１．０〜２．５重量
％，Ｐ：０．０３重量％以下，Ｓ：０．００５重量％以
下，Ｎ＋Ｏ：１５０ｐｐｍ以下，Ｔｉ：０．０２〜０．
２０重量％，Ｎｂ：０．０２〜０．１０重量％，全Ａ
ｌ：０．０１〜０．１重量％を含み、残部が実質的にＦ
ｅの組成をもち、フェライト結晶粒径が１０μｍ以下の
微細フェライト及びパーライトが混在する混合組織をも
ち、熱影響部を含む電縫溶接部の硬さが４００ＨＶ以下
で最高硬さと最低硬さとの硬度差ΔＨＶが５０ＨＶ以下
である疲労耐久性に優れた中空スタビライザ用電縫溶接
鋼管。 - 【請求項２】 更に０．００５０重量％以下のＢを含む
請求項１記載の疲労耐久性に優れた中空スタビライザ用
電縫溶接鋼管。 - 【請求項３】 更に０．００５０重量％以下のＣａを含
む疲労耐久性に優れた請求項１又は２記載の中空スタビ
ライザ用電縫溶接鋼管。 - 【請求項４】 更に０．３０重量％以下のＣｒを含む請
求項１〜３の何れかに記載の疲労耐久性に優れた中空ス
タビライザ用電縫溶接鋼管。 - 【請求項５】 外側表面の引張残留応力が３００Ｎ／ｍ
ｍ2 以下である請求項１〜４の何れかに記載の疲労耐久
性に優れた中空スタビライザ用電縫溶接鋼管。 - 【請求項６】 最大高さＲy が１０μｍ以下の表面粗さ
に調整された外側表面をもつ請求項１〜５の何れかに記
載の疲労耐久性に優れた中空スタビライザ用電縫溶接鋼
管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35340198A JP4272284B2 (ja) | 1998-12-11 | 1998-12-11 | 疲労耐久性に優れた中空スタビライザー用電縫溶接鋼管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35340198A JP4272284B2 (ja) | 1998-12-11 | 1998-12-11 | 疲労耐久性に優れた中空スタビライザー用電縫溶接鋼管 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000178688A true JP2000178688A (ja) | 2000-06-27 |
| JP4272284B2 JP4272284B2 (ja) | 2009-06-03 |
Family
ID=18430596
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35340198A Expired - Lifetime JP4272284B2 (ja) | 1998-12-11 | 1998-12-11 | 疲労耐久性に優れた中空スタビライザー用電縫溶接鋼管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4272284B2 (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002070767A1 (fr) * | 2001-03-07 | 2002-09-12 | Nippon Steel Corporation | Tube d'acier soude electriquement pour stabilisateur creux |
| KR100380751B1 (ko) * | 2000-12-01 | 2003-05-09 | 주식회사 포스코 | ＴｉＮ＋ＭｎＳ의 복합석출물을 갖는 용접구조용 강재, 그제조방법, 이를 이용한 용접구조물 |
| KR100470058B1 (ko) * | 2000-12-14 | 2005-02-04 | 주식회사 포스코 | ＴｉＮ과 ＺｒＮ의 석출물을 갖는 용접구조용 강재와 그제조방법 |
| KR100482216B1 (ko) * | 2000-12-04 | 2005-04-21 | 주식회사 포스코 | 침질처리에 의해 ＴｉＮ＋ＭｎＳ의 복합석출물을 갖는용접구조용 강재의 제조방법 |
| KR100568363B1 (ko) * | 2001-12-26 | 2006-04-05 | 주식회사 포스코 | 용접열영향부 인성이 우수한 페라이트 세립형 용접구조용강 및 그 제조방법 |
| KR100568359B1 (ko) * | 2001-12-24 | 2006-04-05 | 주식회사 포스코 | 용접열영향부 인성이 우수한 용접구조용 강재 및 그제조방법 |
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| CN112501511A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-03-16 | 武汉钢铁有限公司 | 一种低内应力桥梁结构用钢及其生产方法 |
| CN115362273A (zh) * | 2020-04-02 | 2022-11-18 | 杰富意钢铁株式会社 | 电阻焊钢管及其制造方法 |
-
1998
- 1998-12-11 JP JP35340198A patent/JP4272284B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| KR100568359B1 (ko) * | 2001-12-24 | 2006-04-05 | 주식회사 포스코 | 용접열영향부 인성이 우수한 용접구조용 강재 및 그제조방법 |
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|---|---|
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