JP2002059220A - ハイドロフォーム加工性に優れた電縫鋼管 - Google Patents

ハイドロフォーム加工性に優れた電縫鋼管

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JP2002059220A
JP2002059220A JP2000240742A JP2000240742A JP2002059220A JP 2002059220 A JP2002059220 A JP 2002059220A JP 2000240742 A JP2000240742 A JP 2000240742A JP 2000240742 A JP2000240742 A JP 2000240742A JP 2002059220 A JP2002059220 A JP 2002059220A
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electric resistance
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hydroforming
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JP2000240742A
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Shinya Sakamoto
真也 坂本
Yoshio Terada
好男 寺田
Takashi Osawa
隆 大沢
Daigo Sumimoto
大吾 住本
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハイドロフォーム加工時の局所的な薄肉化や
破断の生じないハイドロフォーム加工性に優れた電縫鋼
管を提供する。 【解決手段】 電縫溶接部2を除く母材部の各円周方向
位置において、肉厚最大厚みと最小厚みとの差が平均肉
厚の2%以下であることを特徴とするハイドロフォーム
加工性に優れた電縫鋼管1。電縫溶接部2の肉厚は、電
縫溶接部2を除く母材部の平均肉厚に等しいか又は平均
肉厚に対して13%以下の範囲で厚肉であることを特徴
とするハイドロフォーム加工性に優れた電縫鋼管。その
ため、電縫鋼管1の溶接対面部3の薄肉化部6の形成を
防止し、溶接部2のビード切削においては薄肉化部7の
形成を防止し逆に厚肉化部8を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ハイドロフォーム
加工性に優れた電縫鋼管に関するものである。
【0002】
【従来の技術】自動車部品等において、金属管をハイド
ロフォーム法により成形した製品が採用され始めてい
る。ハイドロフォーム成形法は、内部形状が最終製品形
状である割型の内部に素管を入れ、素管の端部から素管
内に液を導入して内圧をかけ、両側から押し込み用のシ
リンダーで管軸方向に圧縮荷重を付加して押し込み、素
管を最終形状に成形する方法である。
【0003】ハイドロフォーム法による成形では、軽量
かつ従来法では得られないような高加工度の複雑な形状
のものまで成形可能であり、さらに成形時の軸圧と内圧
を高精度に制御することにより、複雑形状部品の一体成
形と高精度化が可能なことから、自動車の軽量化および
コストダウンが可能な車体構造実現の技術として期待さ
れている。
【0004】ハイドロフォーム成形用の素管としては、
電縫鋼管が多く採用されている。電縫鋼管は、熱延及び
冷延で製造された帯鋼を用い、まずブレイクダウンロー
ル等で帯鋼を半円形状とし、次いでサイドロール(クラ
スターロール)及びフィンパスロールによって円筒形状
とし、最後にスクイズロールにおいて突合せ部を電縫溶
接して鋼管とする。溶接時に生じたビード(余盛)は溶
接直後にバイト等によって切削除去する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ハイドロフォーム成形
用素管には優れた成形性が要求される。電縫鋼管を素管
としてハイドロフォーム成形を行った場合、加工度を高
めると、局所的に管の薄肉化や伸びの限界を超え破断が
生じることがある。そのため、限界を超えた加工はでき
ず、複雑な形状の製品をハイドロフォーム成形すること
ができなかった。
【0006】本発明は、ハイドロフォーム加工時の局所
的な薄肉化や破断の生じないハイドロフォーム加工性に
優れた電縫鋼管を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】ハイドロフォーム加工後
の加工不良部を詳細に調査したところ、図1において加
工不良は主に電縫鋼管1の溶接部2の近傍、及び鋼管の
円周方向で溶接部と反対側の近傍に多く発生しているこ
とが判明した。更に詳細に調査した結果、加工不良の原
因及びその対策は以下の2点であることを明らかにし
た。
【0008】第1は溶接部と円周方向反対側の近傍(以
下「溶接対面部3」という。)に発生する加工不良につ
いてである。電縫鋼管1の成形において、溶接対面部3
は製管素材である帯鋼の幅中心部であり、製管工程中の
ブレイクダウンロールによって最初に加工を受ける部分
である。ブレイクダウンロールによる加工時に、加工条
件によっては上下ロールによる強圧下に起因して帯鋼の
肉厚が薄くなることがあり(図1(b)の薄肉化部
6)、肉厚が薄くなった場合に同時に当該部分の加工硬
化も進展し、薄肉化と加工硬化との相乗作用によって当
該部分の加工性が劣化し、ハイドロフォーム成形時の加
工不良の原因となることが判明した。更に、電縫鋼管製
管条件の適正化によって図1(a)に示すように溶接対
面部3の薄肉化を防止し、肉厚の最大最小差を小さくす
ることにより、同時に加工硬化の発生をも防止すること
ができ、溶接対面部のハイドロフォーム成形時の加工不
良が防止できることが明らかになった。
【0009】第2は溶接部2の近傍に発生する加工不良
についてである。電縫鋼管1の溶接部2は、溶接突合せ
部4及びその近傍は高温加熱後に急冷されるため硬度が
高くなる一方、溶接部周辺の母材部との境界には溶接時
に温度がAc3直上温度に過熱されて結晶粒径が粗大化
し、硬度が母材部より軟化する溶接熱影響軟化部5が存
在する。また、電縫鋼管の溶接ビードは溶接後に外面内
面ともにバイト切削されるが、その結果溶接部の肉厚が
鋼管の平均肉厚より薄くなる場合がある(図1(b)の
薄肉化部7)。ハイドロフォーム成形時に発生する溶接
部近傍の加工不良は、上記溶接熱影響部の軟化が要因で
ある。更にバイト切削で溶接部の肉厚が薄くなることが
加工不良を助長することが明らかになった。逆に、溶接
部の肉厚が母材部の肉厚に等しいか又は母材部より若干
厚くなるようにビード切削を行うことにより(図1
(a)の厚肉化部8)、たとえ溶接熱影響部に軟化部分
があってもハイドロフォーム成形時の加工不良が防止で
きる。
【0010】本発明は、上記知見に基づいてなされたも
のであり、その要旨とするところは以下のとおりであ
る。 (1)電縫溶接部2を除く母材部の各円周方向位置にお
いて、肉厚最大厚みと最小厚みとの差が平均肉厚の2%
以下であることを特徴とするハイドロフォーム加工性に
優れた電縫鋼管。 (2)電縫溶接部2の肉厚は、電縫溶接部2を除く母材
部の平均肉厚に等しいか又は平均肉厚に対して13%以
下の範囲で厚肉であることを特徴とするハイドロフォー
ム加工性に優れた電縫鋼管。 (3)電縫溶接部2の肉厚は、電縫溶接部2を除く母材
部の平均肉厚に等しいか又は平均肉厚に対して13%以
下の範囲で厚肉であることを特徴とする請求項1に記載
のハイドロフォーム加工性に優れた電縫鋼管。
【0011】
【発明の実施の形態】第1にハイドロフォーム成形時に
電縫鋼管の溶接対面部3近傍に発生する加工不良を低減
する発明について説明する。電縫鋼管の造管工程におい
ては、最初に5段前後のブレイクダウンロールによって
帯鋼の加工を行う。ブレイクダウンロールは、凸形状の
水平ロールと凹形状の水平ロールを組み合わせたもので
あり、各組の凸形状と凹形状の曲率半径は1段目が一番
大きく、下流にいくほど該曲率半径が小さくなる。この
ようなブレイクダウンロールで帯鋼を加工する結果、帯
鋼断面の曲率半径が順次小さくなり、ブレイクダウンロ
ール出側で帯鋼の断面形状は略半円形状となる。
【0012】ブレイクダウンロールの運転条件を設定す
るに際しては、通常造管後の寸法形状、特に真円度を極力
向上するように条件を選択する。ところが、寸法形状を
最適化するための運転条件では、帯鋼への負荷が大きく、
その結果造管後において溶接対面部3の肉厚薄肉化と加
工硬化の原因となり、図1(b)に示すように薄肉化部
6が生成する。そして、例えばブレイクダウンロールの
圧下反力を若干低下させることにより、図1(a)に示
すように溶接対面部3の薄肉化と加工硬化が防止でき、
肉厚正常部9が形成される。その結果、造管後の寸法形
状の最適化条件からは若干外れるものの、ハイドロフォ
ーム加工用としては十分な寸法形状精度が確保できる。
【0013】上記溶接対面部3の薄肉化を防止した結果
として、電縫溶接部を除く母材部の各円周方向位置にお
いて、肉厚最大厚みと最小厚みとの差が平均肉厚の2%
以下であれば、薄肉化とそれに伴う加工硬化に起因した
ハイドロフォーム成形時における加工不良の発生が大幅
に減少する。そのため、肉厚最大厚みと最小厚みとの差
を平均肉厚の2%以下と規定した。肉厚最大厚みと最小
厚みとの差が平均肉厚の1%以下であればより好まし
い。
【0014】「電縫溶接部を除く母材部」とは、鋼管の
突合せ部4のビードの部分を除く母材部の意味である。
肉厚の最大厚みと最小厚みの測定においては、鋼管断面
の肉厚を等間隔で100点以上測定し、その最大値と最
小値とを用いる。
【0015】第2に、ハイドロフォーム成形時に電縫鋼
管の溶接部2の近傍に発生する加工不良を低減する発明
について説明する。電縫鋼管溶接時において、溶接突合
せ部4の最高温度は鋼板の融点以上にまで到達する。突
合せ部4から母材部に向かって距離が離れるに従って、
各部位の最高到達温度は低下する。最高到達温度がAc
3の直上温度となるのは、鋼管の成分系と溶接条件によ
っても異なるが、だいたい突合せ部から0.5〜5mm
程度離れた個所である。最高到達温度がAc3の直上温
度となった個所においては、結晶粒径が粗大化し、熱影
響を受けない母材部よりも更に軟化した部分となる。溶
接突合せ部4、溶接熱影響軟化部5の硬度と母材部の硬
度との差をビッカース硬さで比較すると、溶接突合せ部
4は母材部に比較して100Hv程度硬度が上昇するの
に対し、溶接熱影響軟化部5は20Hv程度硬度が低下
する。
【0016】電縫溶接部2の延性を向上させるために
は、製造した電縫管を熱処理したり、あるいは溶接後に
ポストアニーリングによって局部熱処理を行うことも可
能である。しかし、電縫鋼管を用いたハイドロフォーム
成形の用途は主に自動車部品であり、素材を低コストで
供給することが要請されるので、これら熱処理を実施す
ることは得策とはいえない。
【0017】冷間加工用に用いられる電縫鋼管において
は、溶接部のビードは内外面ともバイト等によって切削
除去した上で使用される。特に、冷間引き抜き用に用い
られる電縫鋼管においては、実際上ビード残りが許され
ない。そのため、ビード切削においては、溶接部の肉厚
が母材部と同等狙いではあるが実際には若干薄めにビー
ド切削が行われており、図1(b)に示すように溶接部
2に薄肉化部7が形成されていた。
【0018】本発明者らの検討の結果、ハイドロフォー
ム成形時に電縫管溶接部2近傍に発生する加工不良は、
その第1の原因は上記溶接熱影響部の軟化であり、溶接
部2の肉厚が母材肉厚よりも薄くなると加工不良の発生
を助長することが明らかになった。さらに、たとえ溶接
熱影響部が軟化していても、溶接部の肉厚が母材肉厚よ
りも厚くなるようにビード切削を行うと、ハイドロフォ
ーム成形時の加工不良が減少する。図1(a)の溶接部
2における厚肉化部8がそれである。
【0019】電縫溶接部2の肉厚は、電縫溶接部2を除
く母材部の平均肉厚に対して同等以上の厚肉であればハ
イドロフォーム成形時の加工不良を大幅に減少すること
ができるので、本発明においては同等又はそれ以上とし
た。更に、電縫溶接部2の肉厚が電縫溶接部2を除く母
材部の平均肉厚に対して2%以上厚肉であるとより好ま
しい。
【0020】一方、電縫溶接部2の肉厚は、電縫溶接部
2を除く母材部の平均肉厚に対して13%を超えて厚肉
であると、ハイドロフォーム加工時に素管の内管端部に
シリンダーが挿入できなくなり加工ができないという問
題が生じるので、上限を13%とした。
【0021】溶接部2の肉厚を母材部より厚くする手段
としては、ビード切削において、内面側を管の内径に対
して盛り上がらせる方法、外面側を管の外径に対して盛
り上がらせる方法、その両方の併用のいずれをも採用す
ることができる。ハイドロフォーム成形後の製品形状を
高精度に保つためには、図1(a)に示すように、内面
側のビードを多少残す方法が最も好ましい。
【0022】本発明に用いる電縫鋼管用の素材として
は、必要な強度を保持しつつ、ハイドロフォーム成形加
工性の優れた素材を用いることが好ましい。良好な加工
性を得るためには、ランクフォード値(r値)及びn値
が高く摩擦係数を低くすることが有効である。
【0023】
【実施例】熱延鋼板を素材とし、直径63.5mm、肉
厚2.3mmの電縫鋼管1としてハイドロフォーム成形
の素管とした。
【0024】電縫溶接部を除く母材部の各円周方向位置
において、肉厚最大厚みと最小厚みとの差を平均肉厚で
割った値をΔt1(%)とおき、電縫溶接部の肉厚と電
縫溶接部を除く母材部の平均肉厚との差を母材部の平均
肉厚で割った値をΔt2(%)とおいた。
【0025】「電縫溶接部を除く母材部」とは、鋼管の
突合せ部4のビードの部分を除く母材部の意味である。
肉厚の最大厚みと最小厚みの測定においては、鋼管断面
の肉厚を等間隔で100点測定し、その最大値と最小値
とを用いた。電縫溶接部2の肉厚は、鋼管の突合せ部4
のビード部分の範囲において肉厚を測定し、その平均値
を用いた。ハイドロフォーム成形時の加工性の評価は内
圧を付与し、拡管試験を行った。
【0026】本発明例としてΔt1が2%以下、かつΔ
2が+2%以上で13%以下であるものを用いた。比
較例としてΔt1が2%超、かつΔt2がマイナスのもの
を用いた。拡管率=D/D0(D0:素管の外径、D:拡
管試験後の鋼管の外径)とすると、本発明例の鋼管の拡
管率は1.8程度であり、比較例の鋼管の拡管率1.3
に比較して高く、実形状でのハイドロフォーム加工性も
きわめて良好であった。
【0027】
【発明の効果】ハイドロフォーム成形用の電縫鋼管にお
いて、電縫鋼管製管条件の適正化によって溶接対面部の
薄肉化を防止し、肉厚の最大最小差を小さくすることに
より、同時に加工硬化の発生をも防止することができ、
溶接対面部のハイドロフォーム成形時の加工不良が防止
できる。
【0028】ハイドロフォーム成形用の電縫鋼管におい
て、電縫溶接部の肉厚が若干母材部より厚くなるように
ビード切削を行うことにより、たとえ溶接熱影響部に軟
化部分があっても溶接部のハイドロフォーム成形時の加
工不良が防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ハイドロフォーム加工用電縫鋼管の断面を示す
図であり、(a)は本発明例、(b)は比較例を示す。
【符号の説明】
1 電縫鋼管 2 電縫溶接部 3 溶接対面部 4 突合せ部 5 溶接熱影響軟化部 6 薄肉化部 7 薄肉化部 8 厚肉化部 9 肉厚正常部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大沢 隆 君津市君津1番地 新日本製鐵株式会社君 津製鐵所内 (72)発明者 住本 大吾 君津市君津1番地 新日本製鐵株式会社君 津製鐵所内 Fターム(参考) 4E028 CA02 CA13

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電縫溶接部を除く母材部の各円周方向位
    置において、肉厚最大厚みと最小厚みとの差が平均肉厚
    の2%以下であることを特徴とするハイドロフォーム加
    工性に優れた電縫鋼管。
  2. 【請求項2】 電縫溶接部の肉厚は、電縫溶接部を除く
    母材部の平均肉厚に等しいか又は平均肉厚に対して13
    %以下の範囲で厚肉であることを特徴とするハイドロフ
    ォーム加工性に優れた電縫鋼管。
  3. 【請求項3】 電縫溶接部の肉厚は、電縫溶接部を除く
    母材部の平均肉厚に等しいか又は平均肉厚に対して13
    %以下の範囲で厚肉であることを特徴とする請求項1に
    記載のハイドロフォーム加工性に優れた電縫鋼管。
JP2000240742A 2000-08-09 2000-08-09 ハイドロフォーム加工性に優れた電縫鋼管 Pending JP2002059220A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008307594A (ja) * 2007-06-18 2008-12-25 Nippon Steel Corp 変形能に優れたラインパイプ用uoe鋼管
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