JP2001172722A - 成形性に優れた溶接鋼管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 成形性に優れた鋼管の製造方法を提供するこ
と。 【解決手段】 低炭素溶接鋼管を短時間で室温からフェ
ライト＋オーステナイト二相域温度まで加熱保持し、７
００℃以下まで下記式（Ａ）を満足する臨界冷却速度以
上で冷却した後、２００℃以下まで３０秒以下で冷却す
ることを特徴とする、成形性に優れた溶接鋼管の製造方
法。 【数１】 ｌｏｇ[ 臨界冷却速度（℃／秒)]＝ 2.5−（３×Ｃ＋Mn＋0.4 ×Si) ・・・(A) 【効果】 本発明により、成形性の優れた溶接鋼管が短
時間の熱処理で、高い生産性で製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車の構造部材
として例えばサブフレームなどに使用される、成形性に
優れた鋼管の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、自動車の軽量化を目的として、構
造部材について従来の板プレスから鋼管への置き換えが
進みつつある。ところが、鋼管をこのような部材に適用
する場合、その成形性が高いレベルで要求されることに
なる。鋼管の成形性を向上させる技術は、従来から多く
の研究がなされてきた。特に強度延性バランスを向上さ
せる技術としていわゆる二相鋼が注目されており、例え
ば特開平１１−１７２３７６には特定の化学成分を有す
る鋼を特定の熱間圧延条件によって二相組織とした後造
管することにより、成形性の高い鋼管が得られることが
示されている。また特開平１１−１７２３７６あるいは
特開平１１−１２４６３１には所定の化学成分を有する
鋼管に特定の熱処理を施すことで造管後の成形性に優れ
たものが得られることが開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、熱間圧延によ
り二相組織とすることは、熱間圧延の生産性低下を招く
ばかりでなく、特開平１１−１７２３７６にも記載され
ているように、造管歪みによる成形性の低下は避けられ
ず、素鋼材の特定が十分に生かせないことは明らかであ
る。造管後の熱処理は、特開平１１−１７２３７６によ
ると特定の温度域から急速冷却することが開示されてい
るが、この場合、フェライト中に過飽和の炭素が残存
し、二相組織としては比較的低い加工性しか得られず、
自動車用途には不十分である。また、特開平１１−１２
４６３１に開示された熱処理方法は生産性が低く、必然
的に高コストとなることが避けられないため、自動車足
まわり部材のコスト上昇を招き、適用が困難であった。

【０００４】さらに、従来の鋼管では、加工後に溶接さ
れた場合、溶接熱影響部が軟化するため、設計強度が上
げられず、強度の高い鋼管を用いる利点が小さくなって
いた。本発明では低炭素鋼管をフェライト＋オーステナ
イト二相域温度から段階的に冷却することにより、高い
生産性で、成形性の優れた鋼管が得られるという知見に
よるものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、こうした課題
を解決するためになされたものであり、（１）低炭素溶
接鋼管を１０秒以下で室温からフェライト＋オーステナ
イト二相域温度まで加熱し、その温度域で２秒以下滞在
せしめ、７００℃以下まで下記式（Ａ）を満足する臨界
冷却速度以上で冷却した後、２００℃以下まで３０秒以
下で冷却することを特徴とする、成形性に優れた溶接鋼
管の製造方法、

【数２】 ｌｏｇ[ 臨界冷却速度（℃／秒)]＝ 2.5−（３×Ｃ＋Mn＋0.4 ×Si) ・・・(A) （２）（１）で製造される低炭素鋼管が、質量％で、Ｎ
ｂ：０．００５〜０．０５％、Ｍｏ：０．０５〜０．５
％を含むことを特徴とする、成形性に優れた溶接鋼管の
製造方法、（３）（１）または（２）に記載の低炭素溶
接鋼管を加熱冷却する際、造管に引き続き、連続して同
一ラインで加熱冷却を行うことを特徴とする、成形性に
優れた溶接鋼管の製造方法、とよりなるものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の成形性に優れた
溶接鋼管の製造法を説明する。まず、熱処理を施される
溶接鋼管は必要に応じて適切な強度の得られる低炭素溶
接鋼管を選択すればよい。特に、Ｃはマルテンサイトを
生成するために０．０１％以上含有し、溶接性から０．
２５％以下が好ましい。また、Ｓｉはフェライト中の固
溶Ｃを減らし、成形性を向上させるのに有効であるが、
溶接性を低下させるため、２％以下が好ましい。

【０００７】さらに、低炭素鋼管が、質量％で、Ｎｂ：
０．００５〜０．０５％とＭｏ：０．０５〜０．５％を
同時に含有することで溶接熱影響部の強度低下を抑制す
ることができる。これはＮｂ、Ｍｏが鋼管中に同時に存
在することにより、溶接の温度上昇による転位の消滅が
抑制されるとともに、短時間で（Ｎｂ、Ｍｏ）Ｃが析出
して熱影響部の軟化を抑えるためであると考えられる。
溶接熱影響部の疲労強度低下を抑制するために、Ｍｏは
０．２％を超えて含有することが好ましい。

【０００８】造管は一般的な溶接であればいずれも使用
可能であり、レーザー溶接鋼管、電縫溶接鋼管、ＴＩＧ
溶接鋼管、プラズマ溶接鋼管などから、外径サイズ、寸
法精度などに応じて適宜選択すればよい。

【０００９】次に、熱処理方法について説明する。室温
からフェライト＋オーステナイト二相域温度までの加熱
時間は１０秒以内とし、その温度域で２秒以下滞在させ
ることで、フェライト＋オーステナイト二相の均一かつ
微細な組織を得ることができる。加熱時間が１０秒を超
えるか、または滞在時間が２秒を超えると組織の異常粒
成長が生じ、加工に際して不安定な挙動を示し、好まし
くない。また、鋼管熱処理の生産性も低下する。加熱は
高周波誘導加熱、赤外線輻射加熱など、急速加熱に適し
たものが望ましいが、例えば一般的な炉を用いて、炉内
雰囲気温度を高めに設定し、短時間で管体温度を上げて
もよい。

【００１０】加熱温度はフェライト＋オーステナイト二
相域温度とすることで、Ｃの濃化したオーステナイト相
とＣの低いフェライト相の二相組織として、その後の冷
却でフェライト相＋マルテンサイト相のいわゆる二相組
織として、強度が高く、成形性に優れた鋼管が得られ
る。加熱温度がフェライト＋オーステナイト二相域温度
より低いと、オーステナイト相が得られず、歪み取り軟
化焼鈍の効果しかない。また、加熱温度がフェライト＋
オーステナイト二相域温度より高いと、冷却後にマルテ
ンサイト組織が多くなり、強度が高く成形性の低い鋼管
しか得られない。

【００１１】本発明に於いてはフェライト＋オーステナ
イト二相域温度からの冷却は段階的に冷却速度を変える
ことが必要である。はじめに、フェライト＋オーステナ
イト二相域温度から７００℃以下までの冷却速度は下記
式（Ａ）で得られる臨界冷却速度以上として、炭化物の
析出を抑制し、フェライト相を成長させながら、Ｃをオ
ーステナイト相に排出させて、清浄なフェライト相とＣ
の濃縮したオーステナイト相を得る。次に２００℃以下
まで３０秒以下で冷却することにより、オーステナイト
相をマルテンサイト相に変態させて、強度の高いマルテ
ンサイト相と清浄なフェライト相からなる二相組織の鋼
管を得る。

【数３】 ｌｏｇ[ 臨界冷却速度（℃／秒)]＝ 2.5−（３×Ｃ＋Mn＋0.4 ×Si) ・・・(A)

【００１２】フェライト＋オーステナイト二相域温度か
らの冷却は、好ましくは冷却速度３０℃／秒未満とする
ことで、より清浄なフェライト相と、Ｃが濃縮したオー
ステナイト相が得られる。冷却速度が臨界冷却速度より
遅いと炭化物を析出して成形性が低下する。また、冷却
が７００℃より高いとフェライト相の成長とＣの排出が
不十分で成形性が低下する。

【００１３】７００℃以下まで冷却した後、２００℃以
下までは３０秒以下で冷却することにより、オーステナ
イト相をマルテンサイト変態させて、いわゆる二相組織
を得ることができる。２００℃以下までの冷却時間が長
いとベイナイト変態を生じて成形性が低下するだけでな
く、熱処理の生産性も低下する。

【００１４】さらに、熱処理は、造管に引き続き、連続
して同一ラインで加熱冷却を行うことにより、生産性が
高く、しかも管長手方向に強度と成形性のばらつきが小
さい溶接鋼管を得ることができる。鋼管を切断してから
熱処理を行う場合は、管端の過加熱や、管端と管中央部
の冷却のばらつきの結果、成形性のばらつきが大きい鋼
管となるため、自動車足まわりとして成形される際に、
煩雑な調整を要するが、熱処理を造管に引き続いて行う
ことで、管長手方向のばらつきを最小限度に抑制でき
る。従って、熱処理の生産性を上げるのみでなく、足ま
わり部材として加工される際の生産性をも高めることが
でき、加工まで含めた生産性は極めて高いものとなる。

【００１５】

【実施例】本発明の詳細を実施例により説明する。表１
に示す成分の鋼を通常の圧延により板厚２ｍｍの鋼管と
した。得られた熱延板から６０．５φ×２ｍｍｔの電縫
鋼管を製造し、表２に示す条件で管体熱処理を施した。
加熱は誘導加熱および赤外線加熱を用い、冷却は強制空
冷、水噴霧および流水を組み合わせて行った。得られた
鋼管からＪＩＳ１１号引張試験片を採取し、引張試験に
供し、引張強さ（ＴＳ）と全伸び（Ｅｌ）を測定し、得
られた結果を表２に示す。表２には、強度と成形性のバ
ランスを示すため、ＴＳとＥｌを掛け合わせた値（ＴＳ
×Ｅｌ）も示す。この値が高いほど、強度との成形性の
バランスがよい。

【００１６】

【表１】 ｌｏｇ[ 臨界冷却速度（℃／秒)]＝ 2.5−（３×Ｃ＋Mn＋0.4 ×Si) ・・・(A)

【００１７】

【表２】 下線は本発明範囲外であることを示す

【００１８】実施例１〜７は本発明例であり、ＴＳ×Ｅ
ｌは高い値を示す。実施例８は昇温時間および保持時間
が長く、組織が一部粗大になっており、同じ素管の実施
例１に比べて、強度、成形性が低い。実施例９は６００
℃までの冷却速度が遅く、炭化物が析出して、同じ素管
の実施例２に比べて、強度、伸びが低い。実施例１０は
６００℃から２００℃までの冷却時間が長く、同じ素管
の実施例５に比べて強度の低下が大きい。

【００１９】

【発明の効果】本発明により、成形性の優れた溶接鋼管
が短時間の熱処理で、高い生産性で製造できる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 低炭素溶接鋼管を１０秒以下で室温から
   フェライト＋オーステナイト二相域温度まで加熱し、そ
   の温度域で２秒以下滞在せしめ、フェライト＋オーステ
   ナイト二相域温度から７００℃以下まで下記式（Ａ）を
   満足する臨界冷却速度以上で冷却した後、２００℃以下
   まで３０秒以下で冷却することを特徴とする、成形性に
   優れた溶接鋼管の製造方法。 【数１】 ｌｏｇ[ 臨界冷却速度（℃／秒)]＝ 2.5−（３×Ｃ＋Mn＋0.4 ×Si) ・・・(A)
2. 【請求項２】 請求項１で製造される低炭素鋼管が、質
   量％で、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｍｏ：０．０
   ５〜０．５％を含むことを特徴とする、成形性に優れた
   溶接鋼管の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の低炭素溶接鋼
   管を加熱冷却する際、造管に引き続き、連続して同一ラ
   インで加熱冷却を行うことを特徴とする、成形性に優れ
   た溶接鋼管の製造方法。