JP2003096518A

JP2003096518A - 高強度電縫鋼管の製造方法

Info

Publication number: JP2003096518A
Application number: JP2001291696A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Kami; 力上; Tatsuya Nakagaito; 達也中垣内; Masatoshi Araya; 昌利荒谷
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2003-04-03
Anticipated expiration: 2021-09-25
Also published as: JP4815729B2

Abstract

(57)【要約】【課題】降伏応力が980MPa以上、引張強さが1180MPa
以上の高強度電縫鋼管の優位な製造方法を提案する。【解決手段】Ｃ：0.10〜0.30mass％、Si：0.01〜2.0m
ass％、Mn：2.0〜4.0mass％、Ｐ：0.025mass％以下、
Ｓ：0.02mass％以下、Al：0.010〜0.10mass％、Ｎ：0.0
10mass％以下を含み、残部がFeおよび不可避的不純物か
らなる鋼を熱間圧延して鋼帯とし、この鋼帯を連続的に
ロール成形したのち電縫溶接して素管とし、その後、該
素管をＡc₃点超えの温度領域に加熱し、絞り圧延する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ドアインパクトビ
ームなどの自動車用部材のほか機械構造用部材や土木建
築用部材として用いられる超高張力電縫鋼管およびその
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車への安全性の要求が高ま
り、衝突時における乗員の安全性を確保するため、高強
度鋼板を用いた補強部材の採用が進められている。この
対応の１つとして、乗用車の側面衝突の衝撃を吸収し、
車内の居住空間の変形を極力抑えるため、ドア内部にイ
ンパクトビームと呼ばれる補強部材を装着するようにな
った。

【０００３】一般に、鋼は強度を高めると延性が損なわ
れ、吸収エネルギーが低下すると云われている。しか
し、上記ドア補強部材は、衝突時に塑性変形することに
より衝突エネルギーを吸収する必要があることから、高
強度であると同時に高い変形能を具備するものが求めら
れている。その他、耐衝撃破壊特性や耐衝撃曲特性およ
び耐遅れ破壊特性などが求められることもある。

【０００４】ところでこのようなドア補強部材には、一
般に、高強度電縫鋼管が用いられている。これら高強度
電縫鋼管の製造方法としては、例えば、特開昭56-46538
号公報や特開平3-122219号公報等に開示されたように、
電縫鋼管を製造後、焼入れまたは焼入れ・焼戻し処理な
どにより引張強さを向上させる方法と、特開平4-346624
号公報や特開平5-59493号公報、特開平7-124758号公報
等に開示されたように、高強度薄鋼板を製造後、これを
電縫溶接して造管する方法とが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の方法で
は、焼入れ時に反りが発生しやすいという問題があると
ともに、造管後に焼入れるため、品質のバラツキが大き
いばかりでなく、生産性が低く、製造コストが高くなる
という問題点があった。一方、後者の方法では、高強度
の薄綱板を用いるために成形が難しく、また造管の際の
溶接部や熱影響部が軟化し、衝撃吸収能に悪影響を及ぼ
すという問題点があった。そして、これらの方法で製造
された高強度鋼管は、いずれも、高い引張強度、高い降
伏応力が得られる反面、延性の低下が著しいという問題
点もあった。

【０００６】本発明の目的は、降伏応力が980MPa以上、
引張強さが1180MPa以上で、かつ降伏比80％以上の高強
度電縫鋼管の有利な製造方法を提案することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明者らは、従来技術が
抱えている上述した問題点を解決するために、電縫鋼管
を製造する工程そのものの見直しを行った。その結果、
成分組成を規定した熱延鋼板から素管を製造し、この素
管をＡc₃点超の温度領域に加熱した後、Ａr₃点以上にお
ける合計縮径率20％以上の絞り圧延を行うことにより、
ベイナイト組織あるいはベイナイトとマルテンサイトを
含む組織とすることにより、焼入れ・焼戻しなどの特別
の熱処理を施すことなく、降伏応力が980MPa以上、引張
強さが1180MPa以上の高強度でかつ降伏比80％以上の電
縫鋼管を製造することができることを見出した。本発明
は、これらの知見に基づいて開発されたものである。

【０００８】すなわち、本発明は、Ｃ：0.10〜0.30mass
％、Si：0.01〜2.0mass％、Mn：2.0〜4.0mass％、Ｐ：
0.025mass％以下、Ｓ：0.02mass％以下、Al：0.010〜0.
10mass％、Ｎ：0.010mass％以下を含み、残部がFeおよ
び不可避的不純物からなる鋼を熱間圧延して鋼帯とし、
この鋼帯を連続的にロール成形したのち電縫溶接して素
管とし、その後、該素管をＡc₃点超えの温度領域に加熱
し、絞り圧延することを特徴とする高強度電縫鋼管の製
造方法である。

【０００９】本発明はまた、上記鋼中には必要に応じて
さらに、下記の群から選ばれる１種または２種以上の成
分を添加することが好ましい。 Nb：0.1mass％以下、Ｖ：0.5mass％以下、Ti：0.2m
ass％以下、Ｂ：0.005mass％以下のうちのいずれか１種
または２種以上 Cr：2mass％以下、Mo：1mass％以下、Cu：1.5mass
％以下、Ni：1mass％以下のうちのいずれか１種または
２種以上ＲＥＭ、ミッシュメタルおよびCaのうちのいずれか
１種または２種以上をそれぞれ0.1mass％以下

【００１０】さらに、本発明においては、Ａr₃点以上に
おける絞り圧延の合計縮径率を20％以上とすることが好
ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明に係る電縫鋼管は、熱間圧
延→素管成形(ロール成形→電縫溶接)→絞り圧延(縮径
加工)の工程を経て製造され、従来技術のような焼入れ
・焼戻し処理といった特別な熱処理によることなく、降
伏応力が980MPa以上で、引張強さが1180MPa以上の高強
度鋼管を得ることを特徴とする。

【００１２】以下、本発明を開発する契機となった実験
について説明する。鋼成分が、Ｃ：0.17mass％、Mn：3.
1mass％、Si：0.2mass％、Al：0.045mass％、Ｎ：0.005
2mass％、Ｐ：0.009mass％、Ｓ：0.006mass％、Ｂ：0.0
002mass％、Ti：0.015mass％を含み、残部がFeと不可避
的不純物からなる鋼スラブを、再加熱により1260℃まで
加熱し、仕上圧延終了温度を860℃とした熱間圧延を
し、520℃で巻取り、板厚1.8mmの熱延鋼帯を得た。これ
をロール成形してオープン管とし、電縫溶接して素管と
した。この素管を650〜850℃の温度範囲に加熱した後、
全縮径率で55％の絞り圧延を実施した。この時の絞り圧
延終了温度は、加熱温度−50℃に制御した。その後、平
均冷却速度2.0℃／sで、500℃まで冷却した。

【００１３】得られた製品管について、引張試験を行っ
た。引張試験は、管長手方向にJIS11号試験片（管状試
験片、標点間距離50mm）を採取して、JIS Z 2241の規定
に準拠して実施し、降伏強度ＹＳ、引張強度ＴＳを求め
た。結果について、加熱温度と降伏応力ＹＳとの関係を
図１に、加熱温度と引張強度ＴＳとの関係を図２に、そ
して加熱温度と降伏比ＹＲとの関係を図３に示した。図
１〜３から明らかなように、絞り圧延の加熱温度が、概
ね800℃超えの範囲で、ＹＳ：980MPa以上、ＴＳ：1180M
Pa以上で、かつ、ＹＲ：80％以上の高強度電縫鋼管が得
られることがわかる。

【００１４】なお、この実験に用いた鋼板のＡc₃点は概
ね800℃であり、また、圧延冷却時の過冷温度は、概ね
−50℃である。従って、加熱温度を800℃超えとし、圧
延終了温度を加熱温度−50℃に制御することは、加熱温
度をＡc₃点超えとし、圧延の終了温度をＡr₃点超えとし
たことと同じとなる。すなわち、上記の実験結果は、加
熱温度をＡc₃点超えとし、圧延終了温度をＡr₃点超えと
する、さらに簡単に言えば、加熱温度と圧延温度をγ単
相域の温度とすることにより、高強度電縫鋼管が得られ
ることを意味している。

【００１５】次に、本発明における各合金成分の含有量
の限定理由について説明する。Ｃ：0.10〜0.30mass％Ｃは、電縫鋼管に所定の強度を付与する重要な元素であ
る。引張強さ(ＴＳ)1180MPa以上を得るためには、0.10m
ass％以上の含有量が必要である。一方、0.30mass％を
超えると、溶接性が悪化するため、上限を0.30mass％と
した。

【００１６】Si：0.01〜2.0mass％ Siは、脱酸剤として添加されるとともに、マトリックス
に固溶し、鋼の強度を増加させる元素である。これらの
効果は、0.01mass％以上、好ましくは0.1mass％以上の
含有で認められるが、2.0mass％を超える含有は、延性
を低下させる。このため、Siは0.01〜2.0mass％の範囲
とした。

【００１７】Mn：2.0〜4.0mass％ Mnは、焼入れ性を向上させるのに有効な元素で、絞り圧
延後の冷却過程で、ベイナイト変態を促進させる効果が
ある。電縫鋼管の強度として、引張強さ1180MPa以上を
得るために2.0mass％超の含有量が必要である。好まし
くは2.5mass％超である。一方、Mn含有量が4.0mass％を
超えると延性が低下するため、4.0mass％を上限とし
た。

【００１８】Ｐ：0.025mass％以下Ｐは、焼入れ後の靭性を悪化させる元素である。その含
有量が0.025mass％を超えると靭性が低下するため、0.0
25mass％以下とした。

【００１９】Ｓ：0.02mass％以下Ｓは、非金属介在物MnＳなどを生成し、靭性および溶接
部の健全性を悪化させる元素である。その含有量が0.02
mass％を起えるとこの傾向が著しくなるため、0.02mass
％以下とした。

【００２０】Al：0.010〜0.10mass％ Alは、溶鋼の脱酸剤として添加される元素であり、0.01
0mass％以上が必要である。しかし、0.10mass％を超え
る場合は、逆に鋼の清浄度が損なわれると共に、表面欠
陥が発生しやすい。このため、0.010〜0.10mass％の範
囲に限定する。

【００２１】Ｎ：0.010mass％以下Ｎは、窒化物形成元素と結合して窒化物または炭窒化物
を形成し、高強度化に寄与する元素であり、結晶粒を微
細化する作用を有する。このような効果は0.002mass％
以上で顕著になる。しかしながら、0.010mass％超える
含有は、溶接性を低下させ、また、Ｂを含有している場
合には、過剰なＮがＢと結合し、Ｂの焼入れ性向上作用
を低減する。このため、Ｎは0.010mass％以下とする。

【００２２】Nb：0.1mass％以下、Ｖ：0.5mass％以下、
Ti：0.2mass％以下、Ｂ：0.005mass％以下 Nb，Ｖ，TiおよびＢは、窒化物および炭化物あるいは炭
窒化物を形成して析出することから、高強度化に寄与す
る元素である。特に、高温に加熱されて接合される鋼管
では、加熱過程での粒成長の抑制の効果もある。このた
め、必要に応じて、ｌ種または２種以上添加する。しか
し、多量の添加は、却って溶接性および靭性を低下させ
ることになるので、Nb：0.1mass％以下、Ｖ：0.5mass％
以下、Ti：0.2mass％以下、Ｂ：0.005mass％以下に限定
する。より好ましくは、Nb：0.005〜0.05mass％以下、
Ｖ：0.05〜0.3mass％以下、Ti：0.005〜0.1mass％以
下、Ｂ：0.0005〜0.0030mass％である。

【００２３】Cr：2mass％以下、Mo：1mass％以下、Cu：
1.5mass％以下、Ni：1mass％以下 Cr，Mo，CuおよびNiは、電縫鋼管の強度を増加させる元
素であり、必要に応じて、１種または２種以上を含有で
きる。これらの元素は、オーステナイト／フェライト変
態点を低温化させ、組織を微細化する効果を有してい
る。しかし、Crは、2mass％超え、Moは1mass％超えて多
量に含有させると、溶接性および延性が低下するうえ
に、合金コストが増加する。また、Cuは、1.5mass％を
超えて多量に含有すると、熱間加工性が低下する。ま
た、Niは、強度上昇ともに靭性を向上させる効果がある
が、必要以上の添加は、合金コストの増加を招く。この
ような観点から、Cr：2mass％以下、Mo：1mass％以下、
Cu：1.5mass％以下、Ni：1mass％以下が好ましい。

【００２４】ＲＥＭ：0.1mass％以下、ミッシュメタル
(ＭＭ)：0.1mass％以下、Ca：0.1mass％以下ＲＥＭ、ミッシュメタル(ＭＭ)およびCaは、硫化物、酸
化物または酸硫化物として析出し、介在物の形状を球状
化して、加工性を向上する作用を有するとともに、接合
部を有する鋼管では、接合部の硬化を防止する作用も有
する。従って、本発明では、必要に応じて１種または２
種以上を添加することができ、また、この添加を行って
も本発明の効果は何ら損なわれない。しかし、過剰な添
加は、鋼の清浄度を低下させるので、0.1mass％を上限
とする。好ましい添加量は、ＲＥＭ、ミッシュメタルを
0.001〜0.10mass％、Caを0.00１〜0.01mass％である。

【００２５】次に、本発明の電縫鋼管の製造条件につい
て説明する。熱間圧延上記した成分組成を有する鋼スラブを、常法に従って、
熱間圧延する。この時のスラブ加熱温度は、熱延時の圧
延荷重を低減させるために、1100℃以上にすることが好
ましい。しかし、加熱温度が1300℃を超えると、初期オ
ーステナイト粒径の粗大化を招き、また、熱エネルギー
の無駄にもなる。従って、スラブ加熱温度は1100〜1300
℃とするのが好ましい。なお、スラブ加熱の方法は、連
続鋳造スラブをそのまま圧延する直送圧延(直接圧延)方
法、鋳造後そのまま加熱炉に装入し昇熱処理する方法、
スラブを一旦冷却した後に加熱炉で再加熱する方法のい
ずれでも良く、特に限定されない。

【００２６】なお、仕上圧延温度は800℃以上であれば
よい。巻取温度は、表面のスケールの除去性を考慮し
て、700℃以下であればよい。しかし、巻取り後の熱延
鋼板のＹＳを600MPa以下に低減し、オープン管に成形す
る時のスプリングバック量を低減させる観点からは、巻
取温度は600℃以下が好ましい。また、過度の巻取温度
の低下は、熱延鋼板の加工性の低下を招くので、巻取温
度の下限は300℃とする。

【００２７】素管の製造続いて、上記熱延鋼板を用いて素管を製造する。この素
管の製造方法については、ロール成形されたオープン管
を、冷間または熱間で高周波電流を用いて電気抵抗溶接
する方法（電縫鋼管）が好適である。

【００２８】絞り圧延上記素管を、加熱あるいは加熱・均熱した後、絞り圧延
を行う。絞り圧延の方法は、特に限定されないが、レデ
ューサーと呼ばれる複数の孔型圧延機が望ましい。絞り
圧延の際の加熱・均熱温度は、上述した実験結果から明
らかなように、Ａc₃点超え(γ単相域)の温度域が好まし
い。また、その後の絞り圧延は、組織微細化し高強度を
えるために、γ単相域で行うのが好ましい。γ単相域で
の圧延は、縮径圧延終了温度を(加熱温度−50℃)以上と
すれば可能である。ただし、(γ＋α)の２相域での圧延
が一部含まれても、その縮径率が全縮径率の5％以内で
あれば、本発明の効果には影響ない。

【００２９】また、絞り圧延のγ域での合計縮径率も重
要な管理項目であり、組織微細化の観点から、γ域での
絞り圧延を、合計縮径率で20％以上が必要である。γ域
での合計縮径率が20％未満では、オーステナイトの加工
量が不十分となり、その後に生成する低温変態相である
ベイナイト相の強度が不足所望の強度が得られない。さ
らに、γ域および(γ＋α)域全体の絞り圧延の全縮径率
は40％以上行うことが好ましい。これにより、更なる組
織微細化が進行し、高強度化に有利となるからである。

【００３０】絞り圧延後の冷却は、常法によって冷却す
ればよく、焼入れ処理を実施せずともベイナイト組織あ
るいはベイトナイトとマルテンサイトを含む組織が得ら
れる。なお、ミスト冷却、フォグ冷却、スプレー冷却な
どの強制冷却を行ってもよい。

【００３１】また、絞り圧延は、潤滑下での圧延が望ま
しい。絞り圧延を潤滑下で行うことにより、板厚方向の
歪分布を均一化させることができ、材質の安定化が達成
される。無潤滑圧延では、材料表層部が特に歪むため、
板厚方向に不均一な組織が形成されやすい。

【００３２】なお、上記した本発明の絞り圧延の技術
は、電縫鋼管に限定する必要はなく、固相圧接鋼管、鍛
接鋼管および継目無鋼管等のいずれの素管にも適用可能
であることは言うまでもない。

【００３３】

【実施例】表１に示す組成の熱延鋼板を、電縫溶接して
素管とし、その後、タンデム式のレデューサーを用い
て、表２に記載の条件で絞り圧延を行った。得られた製
品管について、組織と引張特性を調査した。 (1)組織各製品管から試験片を切り出し、管長手方向の断面組織
を、走査型電子顕微鏡を用いて観察した。 (2)引張特性各製品管から、管長手方向にJIS 11号試験片(管状試験
片、標点間距離50mm)を採取し、JIS Z 2241の規定に準
拠して引張試験を実施し、降伏応力ＹＳ，引張強度ＴＳ
および伸びＥｌを求めた。 (3)結果得られた結果を、表２に併せて示した。本発明の製造方
法によれば、降伏応力ＹＳ：980MPa以上、引張強さＴ
Ｓ：1180MPa以上、降伏比ＹＲ：80％以上および伸びＥ
ｌ：12％以上の高強度化鋼管が、焼入れまたは焼入れ焼
戻しなどの特別の熱処理なしに製造することができる。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、圧延後
の焼入れまたは焼入れ焼戻しなどの特別な熱処理を必要
とせず、降伏応力が980MPa以上かつ引張強度が1180MPa
以上の高強度の鋼管が製造できる。また、本発明によれ
ば、鋼管の生産効率の向上、製造コスト低減が可能であ
り、産業上資するところが大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】加熱温度と降伏応力ＹＳとの関係を示した図で
ある。

【図２】加熱温度と引張強度ＴＳとの関係を示した図で
ある。

【図３】加熱温度と降伏比ＹＲとの関係を示した図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者荒谷昌利岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内Ｆターム(参考） 4K032 AA01 AA02 AA05 AA08 AA11 AA12 AA14 AA15 AA17 AA19 AA21 AA22 AA23 AA27 AA29 AA31 AA32 AA35 AA36 AA40 BA03 CB01 CB02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：0.10〜0.30mass％、Si：0.01〜2.0mas
s％、Mn：2.0〜4.0mass％、Ｐ：0.025mass％以下、Ｓ：
0.02mass％以下、Al：0.010〜0.10mass％、Ｎ：0.010ma
ss％以下を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からな
る鋼を熱間圧延して鋼帯とし、この鋼帯をロール成形し
たのち電縫溶接して素管とし、その後、該素管をＡc₃ 点
超えの温度領域に加熱し、絞り圧延することを特徴とす
る高強度電縫鋼管の製造方法。
【請求項２】上記鋼はさらに、Nb：0.1mass％以下、
Ｖ：0.5mass％以下、Ti：0.2mass％以下およびＢ：0.00
5mass％以下のうちのいずれか１種または２種以上を含
有することを特徴とする請求項１に記載の高強度電縫鋼
管の製造方法。
【請求項３】上記鋼はさらに、Cr：2mass％以下、Mo：1
mass％以下、Cu：1.5mass％以下およびNi：1mass％以下
のうちのいずれか１種または２種以上を含有することを
特徴とする、請求項１または２に記載の高強度電縫鋼管
の製造方法。
【請求項４】上記鋼はさらに、ＲＥＭ、ミッシュメタル
およびCaのうちのいずれか１種または２種以上をそれぞ
れ0.1mass％以下含有することを特徴とする、請求項１
〜３のいずれか１項に記載の高強度電縫鋼管の製造方
法。
【請求項５】Ａr₃点以上における絞り圧延の合計縮径率
を20％以上としたことを特徴とする請求項１〜４のいず
れか１項に記載の高強度電縫鋼管の製造方法。