JP2002105597A - 良加工性高強度鋼管およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハイドロフォーム等の成形性に優れた高強度
鋼管を提供する。 【解決手段】 質量％で、Ｃ：０．０００５〜０．３０
％、Ｓｉ：０．００１〜２．０％、Ｍｎ：０．０１〜
３．０％、Ｓ：０．０００１〜０．００５０％、Ｏ：
０．０００１〜０．００４０％、Ｎ：０．０００1 〜
０．０３０％、および、必要に応じて他の元素を含有
し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、アスペク
ト比（圧延方向に平行な長さ／圧延方向に垂直（板厚方
向に平行）な長さ）が２以上の非金属介在物が面積率で
（以下同じ）０．０５％以下かつアスペクト比が２未満
の非金属介在物が０．０３％以下であることを特徴とす
る良加工性高強度鋼管。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、自動車の
足廻り、メンバーなどに用いられる鋼材で、特に、ハイ
ドロフォーム等の成形性に優れた高強度鋼管およびその
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車の軽量化ニーズに伴い、鋼板の高
強度化が望まれている。高強度化することで、板厚減少
による軽量化や、衝突時の安全性向上が可能となる。ま
た、最近では、複雑な形状の部位について、高強度鋼の
素鋼板または鋼管から、ハイドロフォーム法を用いて成
形加工する試みが行われている。これは、自動車の軽量
化や低コスト化のニーズに伴い、部品数の減少や溶接フ
ランジ箇所の削減などを狙ったものである。このよう
に、ハイドロフォーム（特開平１０−１７５０２６号公
報参照）などの新しい成形加工方法が実際に採用されれ
ば、コストの削減や設計の自由度が拡大されるなどの大
きなメリットが期待される。

【０００３】このようなハイドロフォーム成形のメリッ
トを充分に生かすためには、これらの新しい成形法に適
した材料が必要となる。例えば、第５０回塑性加工連合
講演大会（１９９９，４４７頁）にあるように、ハイド
ロフォーム成形に及ぼすｒ値の影響が示されている。し
かし、ここでは、シミュレーションによる解析により、
長手方向のｒ値が、ハイドロフォームでの１基本成形モ
ードであるＴ字成形では効果的であることが示されてい
るのみである。

【０００４】また、FISITA World Automotive Congress
2000A420(於Seoul, June 12-15 2000) にあるように、
結晶粒微細化を活用して高強度高延性化を図った高加工
性鋼管の開発も進められつつあり、このなかでも、管長
手方向のｒ値の向上が述べられている。しかし、細粒化
は厚手系の材料の靱性確保効力が大きいが、比較的低温
での温間加工により細粒化を実現させる点や、加工度
（ここでは縮径率や減面率）を高くすることからする
と、ハイドロフォーム等の成形に重要なｎ値が低くなっ
てしまうことや、成形性の指標である平均ｒ値を向上さ
せる結果には至らないことが懸念される。

【０００５】このように、ハイドロフォーム成形に及ぼ
す材料特性値（ｎ値やｒ値など）の影響については、よ
うやく研究開発が開始された状況にある。一方では、こ
れらの新しい成形方法にどのような金属組織が適してい
るのかについては、不明確な部分が多く、特に、析出物
や介在物の影響については、いっさい明らかになってい
ない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
研究開発では、ハイドロフォーム等の１基本成形モード
だけでなく、種々の成形に適した材料開発は実用レベル
ではほとんど行われておらず、既存の高ｒ値鋼板や高延
性鋼板がハイドロフォーム成形に使用されつつある。

【０００７】本発明では、材料の介在物に着目して、ハ
イドロフォーム等の成形性に及ぼす影響を調査し、これ
らの新しい成形方法に適した良加工性高強度鋼管および
その製造方法を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、ハイドロ
フォーム等の成形性に優れた材料の介在物形態およびそ
の制御方法を見出し、これを限定することで、ハイドロ
フォーム等の成形性に優れた良加工性高強度鋼管および
その製造方法を提供するものである。即ち、本発明の要
旨とするところは、次のとおりである。 （１）面積率で、５０％以上のフェライトを主相とし、
質量％で、Ｃ：０．０００５〜０．３０％、Ｓｉ：０．
００１〜２．０％、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｓ：
０．０００１〜０．００５０％、Ｏ：０．０００１〜
０．００４０％、Ｎ：０．０００1 〜０．０３０％を含
有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、さら
に、アスペクト比が２以上の非金属介在物が、面積率で
（以下同じ）０．０５％以下であり、かつ、アスペクト
比が２未満の非金属介在物が、０．０３％以下であるこ
とを特徴とする良加工性高強度鋼管。 （２）さらに、アスペクト比が２以上の非金属介在物の
最大長さが、主相であるフェライトの平均粒径の０．５
倍以下であることを特徴とする前記（１）に記載の良加
工性高強度鋼管。 （３）さらに、アスペクト比が２未満の非金属介在物の
平均径が、フェライトの平均粒径の０．２倍以下である
ことを特徴とする前記（１）または（２）に記載の良加
工性高強度鋼管。 （４）フェライト粒の結晶粒径が０．１〜２００μｍの
範囲にあり、フェライトの平均粒径（μｍ）：ｄα、ア
スペクト比が２以上の非金属介在物の面積率（％）：Ｒ
₁ および最大長さ（μｍ）：ｌ_max 、および、アスペク
ト比が２未満の非金属介在物の面積率（％）：Ｒ₂ およ
び平均径（μｍ）：ｄ_I の関係が、以下の（１）式を満
たすことを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか１
項に記載の良加工性高強度鋼管。 １０／ｄα≧Ｒ₁ ×ｌ_max ＋ Ｒ₂ ×ｄ_I …（１）

【０００９】（５）鋼中に、さらに、質量％で、Ａｌ、
ＺｒおよびＭｇの１種または２種以上を合計で０．００
０１〜０．５％含むことを特徴とする前記（１）〜
（４）のいずれか１項に記載の良加工性高強度鋼管。 （６）鋼中に、さらに、質量％で、Ｔｉ、ＶおよびＮｂ
の１種または２種以上を合計で０．００１〜０．５％以
下含むことを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれか
１項に記載の良加工性高強度鋼管。 （７）鋼中に、さらに、質量％で、Ｐを０．００１〜
０．２０％含むことを特徴とする前記（１）〜（６）の
いずれか１項に記載の良加工性高強度鋼管。 （８）鋼中に、さらに、質量％で、Ｂを０．０００１〜
０．０１％含むことを特徴とする前記（１）〜（７）の
いずれか１項に記載の良加工性高強度鋼管。 （９）鋼中に、さらに、質量％で、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、
Ｃｏ、ＷおよびＭｏの１種または２種以上を合計で０．
００１〜１．５％含むことを特徴とする前記（１）〜
（８）のいずれか１項に記載の良加工性高強度鋼管。 （１０）鋼中に、さらに、質量％で、Ｃａおよび希土類
元素の１種または２種を合計で０．０００１〜０．５％
含むことを特徴とする前記（１）〜（９）のいずれか１
項に記載の良加工性高強度鋼管。 （１１）鋼管の集合組織として、 少なくとも、鋼板１／２板厚での板面の｛１１１｝＜
１１０＞のＸ線ランダム強度比、鋼板１／２板厚での板
面の｛１１０｝＜１１０＞〜｛３３２｝＜１１０＞の方
位群のＸ線ランダム強度比の平均、および、鋼板１／２
板厚での板面の｛１１０｝＜１１０＞のＸ線ランダム強
度比のいずれか１つまたは２つ以上が３．０以上である
こと、 少なくとも、鋼板１／２板厚での板面の｛１００｝＜
１１０＞〜｛２２３｝＜１１０＞の方位群のＸ線ランダ
ム強度比の平均、および、鋼板１／２板厚での板面の
｛１００｝＜１１０＞のＸ線ランダム強度比のいずれか
一方または両方が３．０以下であること、 少なくとも、鋼板１／２板厚での板面の｛１１１｝＜
１１０＞〜｛１１１｝＜１１２＞および｛５５４｝＜２
２５＞の方位群のＸ線ランダム強度比の平均が２．０以
上、および、鋼板１／２板厚での板面の｛１１１｝＜１
１０＞のＸ線ランダム強度比が３．０以上であることの
いずれか一方または両方であること、の上記〜のう
ちの１項目または２項目以上を満たすことを特徴とする
前記（１）〜（１０）のいずれか１項に記載の良加工性
高強度鋼管。 （１２）前記（１）〜（１１）のいずれか１項に記載の
良加工性高強度鋼管を製造するに当たり、母管を造管
後、Ａｃ₃ 変態点−５０℃以上Ａｃ₃ 変態点＋２００℃
以下に加熱し、６５０〜９００℃で縮径率が１０〜７０
％となる縮径加工を行うことを特徴とする良加工性高強
度鋼管の製造方法。 （１３）前記（１）〜（１１）のいずれか１項に記載の
良加工性高強度鋼管を製造するに当たり、母管を造管
後、１０００℃以下５０0 ℃以上で焼鈍を行うことを特
徴とする良加工性高強度鋼管の製造方法。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明を詳細に説明す
る。 主相フェライトの面積率：５０％未満になると成形性が
劣化するため、５０％を下限とした。さらに、フェライ
ト以外の金属組織として、パーライト、ベイナイト、マ
ルテンサイト、オーステナイトおよび炭窒化物等の組織
をいずれか１種または２種以上含んでもよい。

【００１１】Ｃ：Ｃは高強度化に有効で、０．０００５
％以上の添加とするが、集合組織を制御する上では、多
量添加は好ましいものではなく、上限を０．３０％とし
た。 Ｓｉ：Ｓｉは強化元素であり、脱酸元素でもあることか
ら、下限を０．００１％とし、一方、過剰添加は、メッ
キのぬれ性や加工性の劣化を招くので、上限を２．０％
とした。

【００１２】Ｍｎ：Ｍｎは高強度化に有効な元素である
ため、下限を０．０１％とした。また、過剰添加は延性
の低下を招くので、上限を３．０％とした。 Ｓ：Ｓの低減は介在物の量および大きさを減少させる点
で重要であり、上限を０．００５０％とし、一方で、極
低Ｓ化はコスト的に不利になるため、介在物の無害化に
問題のないレベルとして、０．０００１％を下限とし
た。

【００１３】Ｏ：Ｏの低減は、Ｓと同様に、介在物の量
および大きさを減少させる点で重要であり、上限を０．
００４０％とし、一方、極低Ｏ化はコスト的に不利にな
るため、介在物の無害化に問題のないレベルとして、
０．０００１％を下限とした。 Ｎ：Ｎは高強度化に有効で、０．０００１％以上の添加
とするが、溶接欠陥制御の点で多量添加は好ましいもの
ではなく、上限を０．０３０％とした。

【００１４】アスペクト比が２以上の非金属介在物：介
在物の存在はハイドロフォーム等の成形性に悪影響を及
ぼす。特に、アスペクト比が２以上になると、管周方向
に大きな歪みおよび／または内圧がかかる加工モードで
は、極端に成形加工性が劣化する。これを防止するた
め、面積率で０．０５％以下とした。さらに、介在物の
最大長さが主相フェライトの平均粒径の０．５倍以下と
なると、良好な成形性が得られるので好ましい。

【００１５】アスペクト比が２未満の非金属介在物：ア
スペクト比が２未満で、形状が比較的等方的な場合に
は、管周方向および長手方向に、大きな引張り歪みおよ
び／または内圧がかかる加工モードになると、極端に成
形加工性が劣化する。これを防止するため、面積率で
０．０３％以下とした。さらに、介在物の平均径が主相
フェライトの平均粒径の０．２倍以下となると、良好な
成形性が得られるので好ましい。

【００１６】フェライトの結晶粒径：集合組織や延性を
確保する場合には重要で、０．１〜２００μｍに制御す
ることが必要である。０．１μｍ未満の再結晶粒を工業
的に作製することは困難であるので、０．１μｍを下限
とし、一方、２００μｍ超の粒が混在すると、ハイドロ
フォーム成形に重要な集合組織形成を阻害するので、２
００μｍを上限とした。

【００１７】ここで、介在物のアスペクト比、最大長さ
および平均径を測定するにあたり、管長手方向に平行な
断面を観察面とし、数μm の研磨用ダイヤモンドまたは
バフ研磨で仕上げ、光学顕微鏡にて２００〜６００倍で
６０視野観察した。アスペクト比は、圧延方向と平行な
方向の長さ／板厚方向の厚さとして１個１個の非金属介
在物について全視野測定し、それらの値の単純平均とし
て求めた。所定のアスペクト比を有する非金属介在物の
面積率は、ＪＩＳＧ０５５にある点算法で求めた。平均
径は円相当径として画像解析により求めた。

【００１８】また、非金属介在物の最大長さは、上記６
０視野の中でアスペクト比が２以上である１個１個の非
金属介在物の中で、最大の値を有する介在物の長さとし
て求めた。なお、本発明において、非金属介在物とは、
酸化物、例えば、アルミナ；Ａｌ ₂ Ｏ₃ やシリケート、
硫化物、例えばＭｎＳ、ＴｉＳ、Ｔｉ₄ Ｃ₂ Ｓ₂ 、Ｍｇ
ＳやＣａＳ、炭化物・窒化物、例えば、Ｔｉ添加鋼では
ＴｉＣ、ＴｉＮ、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）などの合金添加による
析出・晶出した化合物、および、それらの複合化したも
のをさす。

【００１９】また、フェライト粒径を測定するにあたり
粒界を明確化する必要がある。観察断面を数μm の研磨
用ダイヤモンドまたはバフ研磨で仕上げて、炭素量の比
較的高い鋼種については、２〜５％ナイタール液を用い
て、極低炭素鋼（例えばＩＦ鋼）については、特殊エッ
チング液：ＳＵＬＣ−Ｇを用いて、それぞれ、フェライ
ト粒界を明確に出現させることとする。

【００２０】特殊エッチング液は、以下の方法で作製す
る。水１００ｍｌに、ドデシルベンゼンスルホン酸：２
〜１０ｇ、蓚酸：０．１〜１ｇ、ピクリン酸：１〜５ｇ
を溶かした後、６Ｎの塩酸：２〜３ｍｌを加えることで
作製できる。これらの手法を用いて得られる組織には、
フェライト粒界や、そのサブグレインの一部が出現する
ことがある。ここで言うフェライト粒界とは、これらの
一部出現したサブグレインのような界面も含めて、上記
の試料調整により、光学顕微鏡により可視化された界面
をさし、この界面において粒径を測定するものとする。
ここで、フェライト粒径は、１００〜５００倍の２０視
野以上の画像解析により測定を行い、平均粒径は円相当
径として画像解析により求めた。

【００２１】フェライト粒の結晶粒径と介在物形態との
関係：部品の形状から、局部的に大きな加工度が加わる
ような厳しい成形加工においては、成形性を十分に確保
するため、フェライトの平均粒径（μｍ）：ｄα、アス
ペクト比が２以上の非金属介在物の面積率（％）：Ｒ₁
および最大長さ（μｍ）：ｌ_max 、および、アスペクト
比が２未満以上の非金属介在物の面積率（％）：Ｒ₂ お
よび平均径（μｍ）：ｄ_I の関係が、以下の（１）式を
満たすこととした。 １０／ｄα≧Ｒ₁ ×ｌ_max ＋ Ｒ₂ ×ｄ_I …（１）

【００２２】Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇ：脱酸元素で介在物制御
にも適量添加は効果的である。また、Ａｌは、特に、箱
焼鈍を行う場合に、成形性の向上に寄与する。一方、過
剰添加は、酸化物、硫化物や窒化物の多量晶出・析出を
招き、清浄度を劣化させ、延性を低下させてしまう上、
メッキ性をも著しく損なう。したがって、必要に応じ
て、これらの１種または２種以上を合計で０．０００１
〜０．５％含むこととした。

【００２３】Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ：必要に応じて添加するＮ
ｂ、ＴｉおよびＶは、これらの１種または２種以上を合
計で０．００１％以上添加して、炭化物、窒化物または
炭窒化物を形成せしめ、鋼材を高強度化することができ
るが、その合計の含有量が０．５％を超えた場合には、
母相であるフェライト粒内または粒界に、多量の炭化
物、窒化物または炭窒化物が析出して、延性を低下させ
ることになるので、添加量の範囲を、１種または２種以
上の合計で０．００１〜０．５％とした。

【００２４】Ｐ：Ｐは高強度化に有効な元素であるが、
溶接性や鋳片の耐置き割れ性の劣化や、疲労特性、靱性
の劣化を招くことから、必要に応じて添加することとし
て、その範囲を０．００１〜０．２０％とした。 Ｂ：必要に応じて、０．０００１％以上添加するＢは、
粒界の強化や鋼材の高強度化に有効ではあるが、その添
加量が０．０１％を超えると、その効果が飽和するばか
りでなく、必要以上に鋼板強度を上昇させ、加工性を低
下させることから、０．０００１〜０．０１％とした。

【００２５】Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ：Ｎ
ｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗは強化元素であり、必
要に応じて、１種または２種以上の合計で０．００１％
以上の添加とした。また、過剰の添加は、延性の低下を
招くことから、１種または２種以上の合計で１．５％以
下とした。 Ｃａ、希土類元素（Ｒｅｍ）：介在物制御に有効な元素
で、適量添加は成形加工性を向上させるが、過剰の添加
は、逆に、熱間脆化を助長させるので、必要に応じて、
合計で０．０００１〜０．５％添加することとした。こ
こで、希土類元素（Ｒｅｍ）とは、Ｙ、Ｓｒおよびラン
タノイド系の元素を指し、工業的には、これらの混合物
であるミッシュメタルとして添加することがコスト的に
有利である。

【００２６】また、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ａｓ、Ｓｂな
ど、それぞれ、０．０１％以下の混入では、本発明の効
果を失することはない。 集合組織：ハイドロフォーム成形を行う上で重要な特性
値の１つである。板厚中心位置での板面のＸ線回折を行
い、ランダム結晶に対する各方位の強度比を求めたと
き、下記条件を満たすことが好ましい。 （１）少なくとも、鋼板１／２板厚での板面の｛１１
１｝＜１１０＞のＸ線ランダム強度比、鋼板１／２板厚
での板面の｛１１０｝＜１１０＞〜｛３３２｝＜１１０
＞の方位群のＸ線ランダム強度比の平均、および、鋼板
１／２板厚での板面の｛１１０｝＜１１０＞のＸ線ラン
ダム強度比のいずれか１つまたは２つ以上が３．０以上
であること、（２）少なくとも、鋼板１／２板厚での板
面の｛１００｝＜１１０＞〜｛２２３｝＜１１０＞の方
位群のＸ線ランダム強度比の平均、および、鋼板１／２
板厚での板面の｛１００｝＜１１０＞のＸ線ランダム強
度比のいずれか一方または両方が３．０以下であるこ
と、（３）少なくとも、鋼板１／２板厚での板面の｛１
１１｝＜１１０＞〜｛１１１｝＜１１２＞および｛５５
４｝＜２２５＞の方位群のＸ線ランダム強度比の平均が
２．０以上、および、鋼板１／２板厚での板面の｛１１
１｝＜１１０＞のＸ線ランダム強度比が３．０以上であ
ることのいずれか一方または両方であること、の上記
（１）〜（３）のうちの１項目または２項目以上。

【００２７】上記方位群のうち、（１）の方位限定につ
いては、少なくとも、｛１１１｝＜１１０＞のＸ線ラン
ダム強度比、｛１１０｝＜１１０＞〜｛３３２｝＜１１
０＞からなる方位群の平均強度比、および、｛１１０｝
＜１１０＞のＸ線ランダム強度比のいずれか１つまたは
２つ以上が３．０以上であれば、本発明の意味する高成
形性（各ハイドロフォームの条件での拡管率で概ね１．
２５以上）を達成することが可能である。このように、
鋼板１／２板厚での板面の｛１１０｝＜１１０＞〜｛３
３２｝＜１１０＞の方位群および｛１１１｝＜１１０＞
のＸ線ランダム強度比が、ハイドロフォーム成形を行う
上で重要な特性値の１つである。

【００２８】また、（２）の方位限定については、少な
くとも、鋼板１／２板厚での板面の｛１００｝＜１１０
＞〜｛２２３｝＜１１０＞の方位群のＸ線ランダム強度
比の平均が３．０を超え、または、鋼板１／２板厚での
板面の｛１００｝＜１１０＞のＸ線ランダム強度比が
３．０を超えると、本発明の目的とする、特に、各ハイ
ドロフォーム成形における拡管率等が１．２以下程度に
まで低くなるため、それぞれ３．０以下とした。

【００２９】また、（３）の方位限定については、少な
くとも、鋼板１／２板厚での板面の｛１１１｝＜１１０
＞〜｛１１１｝＜１１２＞および｛５５４｝＜２２５＞
の方位群のＸ線ランダム強度比の平均が２．０未満、ま
たは、鋼板１／２板厚での板面の｛１１１｝＜１１０＞
のＸ線ランダム強度比が３．０未満であると、やはり、
ハイドロフォームにおける拡管率が低くなる傾向にある
ため、それぞれ、２．０以上および３．０以上の集積度
を確保することとし、前記の（１）および（２）と併せ
て、少なくとも、１項目以上を満たすこととし、ハイド
ロフォーム成形時の加工性を確保するものとした。

【００３０】上記方位群に含まれる主な方位について説
明する。｛１１０｝＜１１０＞〜｛３３２｝＜１１０＞
の方位群に含まれる主な方位は、｛１１０｝＜１１０
＞、｛６６１｝＜１１０＞、｛４４１｝＜１１０＞、
｛３３１｝＜１１０＞、｛２２１｝＜１１０＞、｛３３
２｝＜１１０＞、｛４４３｝＜１１０＞、｛５５４｝＜
１１０＞、である。

【００３１】また、｛１００｝＜１１０＞〜｛２２３｝
＜１１０＞の方位群に含まれる主な方位は、｛１００｝
＜１１０＞、｛１１６｝＜１１０＞、｛１１４｝＜１１
０＞、｛１１３｝＜１１０＞、｛１１２｝＜１１０＞、
｛３３５｝＜１１０＞および｛２２３｝＜１１０＞、で
ある。また、｛１１１｝＜１１０＞〜｛１１１｝＜１１
２＞の方位群に含まれる主な方位は、｛１１１｝＜１１
０＞および｛１１１｝＜１１２＞、である。

【００３２】これらの各方位のＸ線ランダム強度比は、
｛１１０｝極点図よりベクトル法により計算した３次元
集合組織や、｛１１０｝、｛１００｝、｛２１１｝、
｛３１０｝の各極点図のうちの複数の極点図を基に、級
数展開法で計算した３次元集合組織から求めればよい。
例えば、｛１１０｝＜１１０＞〜｛３３２｝＜１１０＞
については、後者の方法で各結晶方位のＸ線ランダム強
度比を求めるには、３次元集合組織のφ₂=４５度断面に
おける（１１０）［１１０］、（６６１）［１１０］、
（４４１）［１１０］、（３３１）［１１０］、（２２
１）［１１０］、（３３２）［１１０］、（４４３）
［１１０］、（５５４）［１１０］で、｛１００｝＜１
１０＞〜｛２２３｝＜１１０＞の方位群では、（００
１）［１１０］、（１１６｝［１−１０］、（１１４）
［１−１０］、（１１３）［１−１０］、（１１２）
［１−１０］、（３３５）［１−１０］および（２２
３）［１−１０］で、｛１１１｝＜１１０＞〜｛１１
１｝＜１１２＞方位群では、（１１１）［１−１０］お
よび（１１１）［−１−１２］で、それぞれ代表でき
る。

【００３３】また、特に重要な｛１１０｝＜１１０＞〜
｛３３２｝＜１１０＞の方位群について、上記方位のす
べての強度が得られない場合には、（１１０）［１１
０］、（４４１）［１１０］、（２２１）［１１０］の
方位の相加平均で代替してもよい。なお、本発明の集合
組織は通常の場合、φ２＝４５°断面において上記の方
位群の範囲内に最高強度を有し、この方位群から離れる
にしたがって、徐々に強度レベルが低下するが、Ｘ線の
測定精度の問題や、鋼管製造時の軸周りのねじれの問
題、Ｘ線試料作製の精度の問題などを考慮すると、最高
強度を示す方位が、これらの方位群から±５°〜１０°
程度ずれる場合も有りうる。

【００３４】鋼管のＸ線回折を行う場合には、鋼管より
弧状試験片を切り出し、これをプレスして平板とし、Ｘ
線解析を行う。また、弧状試験片から平板とするとき
は、試験片加工による結晶回転の影響を避けるため、極
力、低歪みで行うものとし、加えられる歪み量の上限を
１０％とした。このようにして得られた板状の試料につ
いては、機械研磨によって所定の板厚まで減厚した後、
化学研磨などによって歪みを除去すると同時に、板厚中
心層が測定面となるように調整する。

【００３５】なお、鋼板の板厚中心層に偏析帯が認めら
れる場合には、板厚の３／８〜５／８の範囲で偏析帯の
ない場所について測定すればよい。また、偏析帯が認め
られない場合においても、板厚１／２の板面以外の板
面、例えば３／８〜５／８で、本発明で規定する集合組
織が得られてもよい。さらに、Ｘ線測定が困難な場合に
は、ＥＢＳＰ法やＥＣＰ法により測定しても差し支えな
い。本発明の集合組織は、上述の通り、板厚中心または
板厚中心近傍の面におけるＸ線測定結果により規定され
るが、中心付近以外の板厚においても、同様の集合組織
を有することが好ましい。

【００３６】しかしながら、鋼管の外側表面〜板厚１／
４程度までは、後述する縮径加工によるせん断変形に起
因して集合組織が変化し、上記の集合組織の要件を満た
さない場合もあり得る。なお、｛ｈｋｌ｝＜ｕｖｗ＞と
は、上述の方法でＸ線用試料を採取したとき、板面に垂
直な結晶方位が＜ｈｋｌ＞で、鋼管の長手方向が＜ｕｖ
ｗ＞であることを意味する。

【００３７】本発明の集合組織に関する特徴は、通常の
逆極点図や正極点図だけでは表すことができないが、た
とえば、鋼管の半径方向の方位を表す逆極点図を板厚の
中心付近に関して測定した場合、各方位のＸ線ランダム
強度比は以下のようになることが好ましい。 ＜１００＞：２以下、＜４１１＞：２以下、＜２１１
＞：４以下、＜１１１＞：１５以下、＜３３２＞：１５
以下、＜２２１＞：２０．０以下、＜１１０＞：３０．
０以下。

【００３８】また、軸方向を表す逆極点図においては、
＜１１０＞：１０以上、上記の＜１１０＞以外の全ての
方位：３以下。 加熱温度：溶接部の成形性向上のために縮径前の加熱温
度をＡｃ₃ 変態点−５０℃以上とし、粒の粗大化や表面
性状劣化を防止するため、加熱温度をＡｃ₃ 変態点＋２
００℃以下と規定する。

【００３９】縮径加工：縮径後の歪み硬化を回復させる
ために、縮径時の加工温度を６５０℃以上とし、粒の粗
大化防止のため、９００℃以下と限定する。また、縮径
率は、母管外径で製品外径を除した値を１から差し引い
た値を百分率で示すものとして、集合組織形成の点から
１０％以上とした。また、縮径率の上限は、縮径加工時
の破断を防止する点から、上限を７０％とした。

【００４０】造管後の熱処理：管の延性を十分なものと
するため、また、非金属介在物を本発明に規定する形状
に制御するため、造管後、熱処理を施す。歪み硬化を回
復させるために、下限の熱処理温度を５００℃とし、粒
の粗大化防止や表面の過剰酸化防止、および、析出・介
在物の粗大化防止のため、上限の熱処理温度を１０００
℃とする。

【００４１】これらの溶接鋼管製造においては、溶接熱
影響部に対し、必要とする特性に応じて、局部的な固溶
化熱処理を、単独あるいは複合して、場合によっては、
複数回重ねて行ってもよく、本発明の効果をさらに高め
ることになる。この熱処理は、溶接部と溶接熱影響部の
みに付加することが目的であって、製造時にオンライン
で、あるいは、オフラインで施行できる。また、縮径
後、または、縮径前に均質化熱処理を施しても、なんら
本発明の効果を阻害しない。また、縮径時に潤滑を施す
ことは、成形性向上の点で望ましく、特に、表層の集合
組織を本発明で規定するようなものとして、板厚全面へ
の｛１１１｝＜１１０＞および/ または｛１１０｝＜１
１０＞〜｛３３２｝＜１１０＞の集積度が高い成形加工
性の優れた鋼管を製造でき、本発明の効果を助長するも
のである。

【００４２】さらに、本発明の鋼管を製造するにあたっ
ては、高炉、転炉、電炉等による溶製に続き各種の２次
製錬を行い、インゴット鋳造や連続鋳造を行い、連続鋳
造の場合にはそのまま熱間圧延するなどの製造方法を組
み合わせて製造しても、なんら本発明の効果を阻害する
ものではない。また、１０５０〜１３００℃に鋼塊を加
熱して、熱間圧延をＡｒ₃ 変態点−１０℃以上Ａｒ₃ 変
態点＋１２０℃未満で行うことや、熱延時に潤滑圧延を
施すこと、熱延板の巻き取り処理を７５０℃以下で行う
こと、さらには、冷間圧延を施すこと、その後に箱焼鈍
または連続焼鈍にて焼鈍を行うことなどの造管前の鋼板
の製造方法を組み合わせて製造しても、なんら本発明の
効果を阻害するものではない。すなわち、造管用の鋼板
として、熱延板、冷延板または冷延焼鈍板を用いること
ができる。

【００４３】さらに、鋼管製造にあたっては、電縫溶
接、ＴＩＧ、ＭＩＧ、レーザー溶接、ＵＯや鍛接等の溶
接・造管手法等を用いることができる。

【００４４】

【実施例】（実施例１）表１および表２に示す成分の各
鋼（表１：発明鋼、表２：比較鋼）を、実験室規模で溶
製して１２００℃に加熱後、熱間圧延して、各鋼の成分
と冷却速度で決まるＡｒ₃ 変態点−１０℃以上Ａｒ₃ 変
態点＋１２０℃未満（概ね９００℃）で、２．２ｍｍお
よび７ｍｍ厚さで熱間圧延を終了し、造管用の元板およ
び冷間圧延用の鋼板にそれぞれ用いた。また、一部につ
いては、更に、冷延後焼鈍して２．２ｍｍ厚さの冷延焼
鈍板を作製した。その後、外径２０５〜８９．１ｍｍに
冷間でレーザーまたは電縫溶接を用いて造管した後、Ａ
ｃ₃ 変態点−５０℃〜Ａｃ ₃ 変態点＋２００℃に加熱し
て、外径６３．５〜２０ｍｍに、９００〜６５０℃で縮
径して高強度鋼管を作製した。

【００４５】ハイドロフォーム成形は、軸押し量１ｍ
ｍ、７５ｂａｒ／ｍｍの条件で行い、バーストに至るま
で行った。前もって鋼管に１０ｍｍφのスクライブドサ
ークルを転写し、内圧と軸押し量を制御して、成形を行
った。種々の押し込み量および内圧にて、ハイドロフォ
ーム成形を挫屈またはバーストするまで行い、バースト
直前での最大拡管率（拡管率＝成形後の最大周長／母管
の周長）を示す部位および破断部近傍もしくは最大板厚
減少部分の管の長手方向歪み：εφと周方向歪み：εθ
を測定した。

【００４６】この２つの歪の比ρ＝εφ／εθと最大拡
管率をプロットし、εφ/ εθが−０．１〜−０．３
（板厚は減少するためマイナスとなる）になる拡管率を
求めて、これもハイドロフォーム成形性の１指標として
評価した。Ｘ線解析は、鋼管から弧状試験片を切り出
し、プレスして平板として行った。また、Ｘ線の相対強
度はランダム結晶と対比することで求めた。

【００４７】測定結果を表３および表４に示す。表３お
よび表４において、炭窒化物は、セメンタイトを始め合
金炭窒化物（例えばＴｉ添加鋼では、ＴｉＣ、ＴｉＮ）
をすべて含み、また、介在物は、製錬・凝固〜熱延段階
等で析出・晶出する酸化物・硫化物をすべて含む。ただ
し、光学顕微鏡レベルでこれらの析出・晶出物の正確な
面積率を測定するのは困難である。

【００４８】したがって、これらの第２相の面積率が小
さく正確な測定が困難な場合である場合、その９０％超
はフェライトとなり、フェライトの面積率は９０％超と
標記した。また、フェライトが１０％未満の場合には、
その方位および方位群の強度比を正確には測定できない
ため測定不可とした。発明鋼のＡ〜Ｊは、面積率でアス
ペクト比（圧延方向に平行な長さ／圧延方向に垂直（板
厚方向に平行）な長さ）が２以上の非金属介在物が０．
０５％以下、かつ、アスペクト比が２未満の非金属介在
物が０．０３％以下で、さらに、アスペクト比が２以上
の非金属介在物の最大長さが、主相であるフェライトの
平均粒径の０．５倍以下であること、および／または、
アスペクト比が２未満の非金属介在物の平均径がフェラ
イトの平均粒径の０．２倍以下であることを満たす。

【００４９】また、フェライト粒の結晶粒径が０．１〜
２００μｍの範囲にあることも平均粒径測定時に確認し
ている。フェライトの平均粒径（μｍ）：ｄα、アスペ
クト比が２以上の非金属介在物の面積率（％）：Ｒ₁ お
よび最大長さ（μｍ）：ｌ_{ma x} 、アスペクト比が２未満
の非金属介在物の面積率（％）：Ｒ₂ および平均径（μ
ｍ）：ｄ_I の関係が１０／ｄα≧Ｒ₁ ×ｌ_max ＋Ｒ₂ ×
ｄ_I を満たしており、各集合組織の方位または方位群の
Ｘ線ランダム強度比についても規定の値を満たしている
ことから、概ね１．４程度以上の高い拡管率を示し、Ｈ
Ｆにおいて優れた成形性を示すことが判る。

【００５０】一方、ＣおよびＳの高いＣＡ、ＯおよびＡ
ｌ＋Ｍｇ＋Ｚｒの高いＣＢ、Ｎｂの高いＣＣ、Ｂの高い
ＣＥ、Ｏの高いＣＨは介在物の面積率やその大きさが規
定範囲を超え、また、一部鋼種については集合組織の方
位群および／または方位のＸ線ランダム強度比について
も規定の値を満たしていない。結果、拡管率は１．１以
下と低い値となる。また、Ｐの高いＣＤ、Ｒｅｍの高い
ＣＧについては、造管時に割れが発生してしまい、工業
的に鋼管製造ができない。また、ＣｒおよびＭｏの高い
ＣＦについては、マルテンサイトおよびベイナイトが主
で、これらの硬質相が主相であるため、加工性が低く拡
管率も低い。

【００５１】

【表１】

【００５２】

【表２】

【００５３】

【表３】

【００５４】

【表４】 （実施例２）表５に、表１および表２に示したＡ、Ｄ、
ＨおよびＣＡ鋼における熱間縮径加工条件と拡管率の関
係を示す。縮径率が高いものや縮径加工の終了温度が低
いものは、縮径加工途中に破断してしまう。

【００５５】

【表５】 なお、表５において、炭窒化物はセメンタイトを始め合
金炭窒化物（例えばＴｉ添加鋼では、ＴｉＣ、ＴｉＮ）
をすべて含み、また、介在物は製錬・凝固〜熱延段階等
で析出・晶出する酸化物・硫化物をすべて含む。ただし
光学顕微鏡レベルでこれらの析出・晶出物の正確な面積
率を測定するのは困難である。

【００５６】したがって、これらの第２相の面積率が小
さく正確な測定が困難な場合である場合、その９０％超
はフェライトとなり、フェライトの面積率は９０％超と
標記した。また、フェライトが１０％未満の場合には、
その方位および方位群の強度比を正確には測定できない
ため測定不可とした。

【００５７】（実施例３）表６に表１および表２に示し
たＡ、Ｂ、Ｃ、ＩおよびＣＢ鋼の造管後の熱処理と拡管
率の関係を示す。ハイドロフォーム成形は、実施例１と
同じ条件で行った。介在物量およびサイズが規定範囲内
かつ熱処理温度が１０００℃〜５００℃の範囲内の鋼管
では良好な拡管率が得られる。

【００５８】

【表６】 なお、表６において、炭窒化物はセメンタイトを始め合
金炭窒化物（例えばＴｉ添加鋼では、ＴｉＣ、ＴｉＮ）
をすべて含み、また、介在物は製錬・凝固〜熱延段階等
で析出・晶出する酸化物・硫化物をすべて含む。ただし
光学顕微鏡レベルでこれらの析出・晶出物の正確な面積
率を測定するのは困難である。

【００５９】したがって、これらの第２相の面積率が小
さく正確な測定が困難な場合である場合、その９０％超
はフェライトとなり、フェライトの面積率は９０％超と
標記した。また、フェライトが１０％未満の場合には、
その方位および方位群の強度比を正確には測定できない
ため測定不可とした。

【００６０】

【発明の効果】本発明では、ハイドロフォーム等の成形
性に優れた材料の介在物および集合組織、および、その
制御方法を見い出だし、これを限定することで、ハイド
ロフォーム等の成形性に優れた高強度鋼管を提供するこ
とができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉永 直樹 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 篠原 康浩 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 高橋 学 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 Ｆターム(参考） 4K032 AA01 AA02 AA04 AA05 AA08 AA09 AA10 AA11 AA12 AA14 AA15 AA16 AA17 AA21 AA22 AA23 AA24 AA26 AA27 AA29 AA31 AA32 AA35 AA36 AA37 AA39 AA40 BA03 CA02 CA03 CC02 CC03 CC04 CE01 CE02 CF02 CF03 CH04 CH05

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 面積率で、５０％以上のフェライトを主
   相とし、質量％で、 Ｃ ：０．０００５〜０．３０％、 Ｓｉ：０．００１〜２．０％、 Ｍｎ：０．０１〜３．０％、 Ｓ ：０．０００１〜０．００５０％、 Ｏ ：０．０００１〜０．００４０％、 Ｎ ：０．０００1 〜０．０３０％、 を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、さ
   らに、アスペクト比（圧延方向に平行な長さ／圧延方向
   に垂直（板厚方向に平行）な長さ）が２以上の非金属介
   在物が、面積率で（以下同じ）０．０５％以下であり、
   かつ、アスペクト比が２未満の非金属介在物が、０．０
   ３％以下であることを特徴とする良加工性高強度鋼管。
2. 【請求項２】 さらに、アスペクト比が２以上の非金属
   介在物の最大長さが、主相であるフェライトの平均粒径
   の０．５倍以下であることを特徴とする請求項１に記載
   の良加工性高強度鋼管。
3. 【請求項３】 さらに、アスペクト比が２未満の非金属
   介在物の平均径が、フェライトの平均粒径の０．２倍以
   下であることを特徴とする請求項１または２に記載の良
   加工性高強度鋼管。
4. 【請求項４】 フェライト粒の結晶粒径が０．１〜２０
   ０μｍの範囲にあり、フェライトの平均粒径（μｍ）：
   ｄα、アスペクト比が２以上の非金属介在物の面積率
   （％）：Ｒ₁ および最大長さ（μｍ）：ｌ_max 、およ
   び、アスペクト比が２未満の非金属介在物の面積率
   （％）：Ｒ₂ および平均径（μｍ）：ｄ_I の関係が、以
   下の（１）式を満たすことを特徴とする請求項１〜３の
   いずれか１項に記載の良加工性高強度鋼管。 １０／ｄα≧Ｒ₁ ×ｌ_max ＋ Ｒ₂ ×ｄ_I …（１）
5. 【請求項５】 鋼中に、さらに、質量％で、Ａｌ、Ｚｒ
   およびＭｇの１種または２種以上を合計で０．０００１
   〜０．５％含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれ
   か１項に記載の良加工性高強度鋼管。
6. 【請求項６】 鋼中に、さらに、質量％で、Ｔｉ、Ｖお
   よびＮｂの１種または２種以上を合計で０．００１〜
   ０．５％以下含むことを特徴とする請求項１〜５のいず
   れか１項に記載の良加工性高強度鋼管。
7. 【請求項７】 鋼中に、さらに、質量％で、Ｐを０．０
   ０１〜０．２０％含むことを特徴とする請求項１〜６の
   いずれか１項に記載の良加工性高強度鋼管。
8. 【請求項８】 鋼中に、さらに、質量％で、Ｂを０．０
   ００１〜０．０１％含むことを特徴とする請求項１〜７
   のいずれか１項に記載の良加工性高強度鋼管。
9. 【請求項９】 鋼中に、さらに、質量％で、Ｃｒ、Ｃ
   ｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、ＷおよびＭｏの１種または２種以上を
   合計で０．００１〜１．５％含むことを特徴とする請求
   項１〜８のいずれか１項に記載の良加工性高強度鋼管。
10. 【請求項１０】 鋼中に、さらに、質量％で、Ｃａおよ
    び希土類元素の１種または２種を合計で０．０００１〜
    ０．５％含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか
    １項に記載の良加工性高強度鋼管。
11. 【請求項１１】 鋼管の集合組織として、（１）少なく
    とも、鋼板１／２板厚での板面の｛１１１｝＜１１０＞
    のＸ線ランダム強度比、鋼板１／２板厚での板面の｛１
    １０｝＜１１０＞〜｛３３２｝＜１１０＞の方位群のＸ
    線ランダム強度比の平均、および、鋼板１／２板厚での
    板面の｛１１０｝＜１１０＞のＸ線ランダム強度比のい
    ずれか１つまたは２つ以上が３．０以上であること、
    （２）少なくとも、鋼板１／２板厚での板面の｛１０
    ０｝＜１１０＞〜｛２２３｝＜１１０＞の方位群のＸ線
    ランダム強度比の平均、および、鋼板１／２板厚での板
    面の｛１００｝＜１１０＞のＸ線ランダム強度比のいず
    れか一方または両方が３．０以下であること、（３）少
    なくとも、鋼板１／２板厚での板面の｛１１１｝＜１１
    ０＞〜｛１１１｝＜１１２＞および｛５５４｝＜２２５
    ＞の方位群のＸ線ランダム強度比の平均が２．０以上、
    および、鋼板１／２板厚での板面の｛１１１｝＜１１０
    ＞のＸ線ランダム強度比が３．０以上であることのいず
    れか一方または両方であること、の上記（１）〜（３）
    のうちの１項目または２項目以上を満たすことを特徴と
    する請求項１〜１０のいずれか１項に記載の良加工性高
    強度鋼管。
12. 【請求項１２】 請求項１〜１１のいずれか１項に記載
    の良加工性高強度鋼管を製造するに当たり、母管を造管
    後、Ａｃ₃ 変態点−５０℃以上Ａｃ₃ 変態点＋２００℃
    以下に加熱し、６５０〜９００℃で縮径率が１０〜７０
    ％となる縮径加工を行うことを特徴とする良加工性高強
    度鋼管の製造方法。
13. 【請求項１３】 請求項１〜１１のいずれか１項に記載
    の良加工性高強度鋼管を製造するに当たり、母管を造管
    後、１０００℃以下５０0 ℃以上で焼鈍を行うことを特
    徴とする良加工性高強度鋼管の製造方法。