JP2003286544A - ハイドロフォーム加工性に優れた薄肉鋼管とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、高強度かつ良加工性を有するハイ
ドロフォ−ム用の薄肉鋼管およびその製造方法を提供す
ることを目的としている。 【解決手段】 質量％で、Ｃ：０.０８〜０.２５％、Ｓ
ｉ：０.００１ 〜１.５％、Ｍｎ：０.０１〜２.０％、
Ｐ：０.００１〜０.０６％、Ｓ：０.０５％以下、Ａ
ｌ：０.００８〜０.２％、Ｎ：０.００１〜０.００７％
を含有し、残部が鉄および不可避不純物からなり、鋼管
のｔ（肉厚）／Ｄ（外径）が２.０％以下であることを
特徴とする薄肉鋼管。鋼管のランクフォード値（ｒ*
値）が１.２以上である。結晶粒の平均結晶粒径が５μ
ｍ以上で、結晶粒のアスペクト比の平均値が１.０以上
３.０未満である。切り出した鋼板１をプレス成形によ
って管状に成形し、突き合わせ部３をレーザー溶接によ
って接合することを特徴とする前記薄肉鋼管２の製造方
法。冷延圧下率２５％〜７０％の冷延を行い、その後箱
焼鈍を行った鋼板を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高強度かつ良加工
性を有するハイドロフォーム用の薄肉鋼管に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】自動車の軽量化による燃費向上、ＣＯ₂
排出削減または衝突安全性向上といったニ−ズから、鋼
管の高強度化が望まれている。また、最近では、自動車
部品等の複雑な形状の部位について鋼管からハイドロフ
ォーム法を用いて加工する試みが行われおり、製品とし
て採用され始めている。ハイドロフォーム法は、素管の
端部から素管内に液を導入して内圧をかけ、両軸から押
し込み用シリンダにて管軸方向に圧縮荷重を負荷して最
終形状に加工する加工方法である。自動車の軽量化や低
コスト化のニ−ズに伴い、部品数の減少や溶接フランジ
箇所の削減、またハイドロフォーム加工を行うことによ
る加工硬化などにより、軽量化、低コスト化などのメリ
ットを狙ったものである。このようにハイドロフォーム
などの新しい加工方法がさらに採用されれば、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加工のメリッ
トを充分に生かすためには、これらの新しい加工法に適
した材料が必要となる。しかしながら、従来このような
鋼管を高温加工によって仕上げた鋼管には固溶Ｃや固溶
Ｎが多量に存在する場合が多く、ハイドロフォーム加工
時の割れの原因となったり、ストレッチャ−ストレイン
等の表面欠陥を誘発する場合がある。さらに鋼板を管状
に巻いたのちに高温で加工熱処理を加えることは生産性
が悪く、地球環境に負荷をかけたり、コストアップにな
るという問題点も有する。

【０００４】ハイドロフォーム加工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、熱延および
冷延で製造された帯鋼を用い、ブレイクダウンロ−ルや
サイドロ−ル、フィンパスロ−ルなどのロ−ルを用いた
ロ−ル成形で円筒形状とした後、スクイズロ−ルにおい
て突き合わせ部を高周波誘導溶接等にて溶接して鋼管と
する。溶接時に生じたビード（溶接余盛部）は溶接直後
にバイト等にて切削あるいは圧延にて除去あるいは平滑
化し、サイザーロールにて所定の外径へ絞り込む。成形
および溶接不良を防止するためには電縫鋼管の肉厚は最
低でも２ｍｍ以上は必要とされている。また、このよう
に、電縫鋼管を造管する際、冷間で複雑に成形されるこ
とから冷間ひずみの導入がさけられず、それによって素
板の特性（硬さ、伸び、引張強度、降伏強度など）が変
化してしまう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような自動車の
軽量化ニ−ズに伴い、ハイドロフォーム加工に対してこ
れまで以上に薄肉と高強度の鋼管への要求が高まること
は必至と考えられる。その際、加工性が従来以上に問題
となってくることは間違いない。また、電縫鋼管での製
造可能範囲を超える薄肉の鋼管が必要となってくる。

【０００６】さらに、ハイドロフォーム加工用素管とし
て電縫鋼管を用いる場合、前述の通り造管時に材質特性
の変化が生じる。そのため、硬さ、伸び、引張強度、降
伏強度などの材質が、造管前の素板に比較して造管後に
低下することとなり、素板が有していた優れた加工性を
維持することができず、十分なハイドロフォーム加工が
できなくなるという問題があった。

【０００７】本発明は、特にハイドロフォーム加工性に
優れた、高強度かつ良加工性を有するハイドロフォーム
用の薄肉鋼管およびその製造方法を提供することを目的
としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは以下のとおりである。 （１）質量％で、Ｃ：０.０８〜０.２５％、Ｓｉ：０.
００１〜１.５％、Ｍｎ：０.０１〜２.０％、Ｐ：０.０
０１〜０.０６％、Ｓ：０.０５％以下、Ａｌ：０.００
８〜０.２％、Ｎ：０.００１〜０.００７％を含有し、
残部が鉄および不可避不純物からなり、鋼管のｔ（肉
厚）／Ｄ（外径）が２.０％以下であることを特徴とす
る薄肉鋼管。 （２）鋼管の鋼成分が質量％で更に、Ｃｒ：０.０５〜
１.０％、Ｎｉ：０.０５〜２.０％、Ｃｕ：０.０５〜
２.０％、Ｍｏ：０.０５〜１.０％、Ｃｏ：０.０５〜
１.０％、Ｗ：０.０５〜１.０％、Ｓｎ：０.０５〜１.
０％、Ｔｉ：０.００１〜０.２％、Ｎｂ：０.００１〜
０.２％、Ｖ：０.００１〜０.２％のうち一種または二
種以上含有したことを特徴とする上記（１）記載の薄肉
鋼管。 （３）鋼管の鋼成分が質量％で更に、Ｚｒ：０.０００
１〜０.５％、Ｍｇ：０.０００１〜０.５％、Ｃａ：０.
０００１〜０.０１％のうち一種または二種以上含有し
たことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の薄肉
鋼管。 （４）鋼管の鋼成分が質量％で更に、Ｂ：０.０００１
〜０.０１％を含有したことを特徴とする上記（１）乃
至（３）のいずれかに記載の薄肉鋼管。 （５）次式に示す鋼管のｒ*値が１.２以上であることを
特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の薄
肉鋼管。 ｒ*＝ｌｎ（Ｃ₀／Ｃ）÷ｌｎ（Ｃ×Ｌ／Ｃ₀×Ｌ₀） Ｃ₀：試験前の鋼管の外周（ｍｍ） Ｃ：試験後の鋼管の外周（ｍｍ） Ｌ₀：試験前の鋼管の各円周位置の長手方向の評点間距
離（ｍｍ） Ｌ：試験後の鋼管の各円周位置の長手方向の評点間距離
（ｍｍ） （６）結晶粒の平均結晶粒径が５μｍ以上で、結晶粒の
アスペクト比の平均値が１.０以上３.０未満であること
を特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の
薄肉鋼管。 （７）溶接部のＨＡＺの幅が２ｍｍ以下となるようにレ
ーザーにより溶接接合してなることを特徴とする上記
（１）乃至（６）のいずれかに記載の薄肉鋼管。 （８）ハイドロフォーム加工用とすることを特徴とする
上記（１）乃至（７）のいずれかに記載の薄肉鋼管。 （９）切り出した鋼板をプレス成形によって管状に成形
し、突き合わせ部をレーザー溶接によって接合すること
を特徴とする上記（１）乃至（８）のいずれかに記載の
薄肉鋼管の製造方法。 （１０）冷延圧下率２５％〜７０％の冷延を行い、その
後箱焼鈍を行った鋼板を用いることを特徴とする上記
（９）に記載の薄肉鋼管の製造方法。

【０００９】本発明の薄肉鋼管は、所定の成分を有しか
つ鋼管のｔ（肉厚）／Ｄ（外径）が２.０％以下である
ため、この薄肉鋼管をハイドロフォーム加工用として用
いると、超軽量高強度かつ高加工度のハイドロフォーム
加工製品を製造することができる。

【００１０】本発明の薄肉鋼管は、鋼管のランクフォー
ド値（ｒ*値）が１．２以上と高いので、特に優れた加
工性を示し、複雑な形状のハイドロフォーム加工製品を
製造することができる。

【００１１】従来の電縫造管においては、ロール成形を
行っていたので、成形時にエッジ部などに発生する歪が
大きく、薄肉鋼板を用いて造管を行った場合、座屈の発
生する可能性が大きかった。それに対し、本発明のプレ
ス成形によると、成形時の歪が小さく、そのため、薄肉
鋼板を用いた造管でも良好な成形が可能となる。

【００１２】本発明は造管に際し、プレス成形とレ−ザ
−溶接を採用するので、電縫鋼管では製造できなかった
薄肉領域の鋼管製造が可能になった。その結果、薄肉鋼
板を用い、更に良加工性鋼板を用いることにより、従来
は製造することのできなかった超軽量かつ高加工度のハ
イドロフォ−ム加工用鋼管を製造することが可能になっ
た。

【００１３】本発明は、鋼管製造手段として従来の電縫
鋼管ではなくプレス成形による円筒形成ならびにレーザ
ー溶接にて造管を実施し、事前の素板幅設計を適正に実
施することで溶接後の絞り工程で所定の外径へ絞り込む
ことなしに所定の外径へ仕上げる製造を行う。そのた
め、従来の電縫造管と異なり、素板の材質特性をほとん
ど劣化させずに造管することが可能となる。

【００１４】具体的には、本発明の製造方法により、レ
ーザー溶接部を除く母材の各円周方向位置において、素
板と成形後の鋼管の硬さの変化を素板平均硬さの１０％
以下とすることができる。同様に、レーザー溶接部を除
く母材の各円周方向位置において、素板と成形後の鋼管
の全伸び、均一伸び、引張強度、降伏強度それぞれの変
化を、素板平均全伸び、平均均一伸び、平均引張強度、
平均降伏強度それぞれの１０％以下とすることができ
る。

【００１５】このよう、成形後の鋼管の硬さ、全伸び、
均一伸び、引張強度、降伏強度が成形前の素板の材質か
らほとんど劣化しないので、結果的に従来の電縫鋼管に
比較して鋼管の加工性を改善することとなり、ハイドロ
フォーム加工時の加工不良を防止できることが明らかに
なった。

【００１６】上記、ハイドロフォーム加工性に優れた鋼
管としては、ｔ（肉厚）／Ｄ（外径）が２.０％以下の
鋼管で実現しているのはもちろん、ｔ／ｄが２％を超え
る鋼管においても得られる効果である。

【００１７】本発明が従来の電縫溶接ではなくレーザー
溶接によって溶接接合してなる点は、溶接部のＨＡＺの
幅が２ｍｍ以下であることから明らかにすることができ
る。電縫溶接は高周波誘導加熱によりエッジ近傍を加熱
溶融させ、アプセットにより溶鋼を排出させ溶接する。
よって、電縫溶接は加熱幅が広く、ＨＡＺの幅も１０ｍ
ｍ程度と広くなってしまう。一方、レーザー溶接は高密
度なエネルギ−密度によりエッジを局所的に加熱溶融さ
せ、溶接させるという理由により溶接部のＨＡＺの幅が
狭い。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の加工性に優れた鋼
管とその製造方法について詳細に説明する。はじめに化
学成分の限定理由について説明する。

【００１９】Ｃ：高強度化に有効で、また、Ｃ量を低減
するためにはコストアップとなるので、０. ０８％以上
の添加とする。一方、良好な鋼板ランクフォード値（以
下ｒ値という。）を得るためには過度の添加は好ましい
ものではなく上限を０.２５％とする。Ｃ量を０.０８％
未満とすればｒ値が向上することは言うまでもないが、
Ｃを低減することは本発明の目的ではないのであえて除
外した。０.１０超〜０.１８％が望ましい範囲である。

【００２０】なお、鋼板ランクフォード値（ｒ値）は、
以下の式によって定義することができる。 ｒ値＝ｌｎ（Ｗ₀／Ｗ）÷ｌｎ（ｔ₀／ｔ） Ｗ₀；試験前の試験片の幅 Ｗ ；試験後の試験片の幅 ｔ₀ ；試験前の試験片の厚み ｔ ；試験後の試験片の厚み

【００２１】Ｓｉ：安価に機械的強度を高めることが可
能であり、要求される強度レベルに応じて添加すれば良
いが、過剰の添加はメッキのぬれ性や加工性の劣化を招
くばかりかｒ値が劣化するので上限を１.５％とした。
下限を０.００１％としたのは、これ未満とするのが製
鋼技術上困難なためである。０.５％以下がより好まし
い上限である。

【００２２】Ｍｎ：高強度化に有効であるので必要に応
じて添加すれば良いが、過度の添加はｒ値を劣化させる
ので、２.０％を上限とする。０.０１％未満にするには
製鋼コストが上昇し、またＳに起因する熱間圧延割れを
誘発するので、これを下限とする。０.０４〜０.８％が
好ましい。また、よりｒ値を高めたい場合には、Ｍｎ量
は低い方が良いので０.０４〜０.１２％の範囲とするの
が好ましい。

【００２３】Ｐ：高強度化に有効な元素であるので０.
００１％以上添加する。０.０６％超を添加すると溶接
性や溶接部の疲労強度、さらには耐２次加工脆性が劣化
するのでこれを上限とする。好ましくは０.０４％未満
である。

【００２４】Ｓ：不純物であり、低いほど好ましく、熱
間割れを防止するために０.０５％以下とする。好まし
くは０.０１５％以下である。

【００２５】Ａｌ：良好なｒ値を得るために必要である
ので０.００８％以上添加する。ただし、過度に添加す
るとその効果はむしろ低減するだけでなく表面欠陥を誘
発するので上限を０.２%とする。好ましくは０.０１５
〜０.０７%とする。

【００２６】Ｎ：良好なｒ値を得るためには０.００１
％以上の添加が必須である。多すぎると時効性を劣化さ
せたり、多量のＡｌ添加が必要となるため上限を０.０
０７％とする。０.００２〜０.００５％がより好ましい
範囲である。

【００２７】Ｃｒ：強化元素であり必要に応じて０.０
５％以上添加する。過剰の添加はコストアップや延性の
低下を招くことから上限を１.０％とする。

【００２８】Ｎｉ：強化元素であり必要に応じて０.０
５％以上添加する。過剰の添加はコストアップや延性の
低下を招くことから上限を２.０％とする。

【００２９】Ｃｕ：強化元素であり必要に応じて０.０
５％以上添加する。過剰の添加はコストアップや延性の
低下を招くことから上限を２.０％とする。

【００３０】Ｍｏ：強化元素であり必要に応じて０.０
５％以上添加する。過剰の添加はコストアップや延性の
低下を招くことから上限を１.０％とする。

【００３１】Ｃｏ：強化元素であり必要に応じて０.０
５％以上添加する。過剰の添加はコストアップや延性の
低下を招くことから上限を１.０％とする。

【００３２】Ｗ：強化元素であり必要に応じて０.０５
％以上添加する。過剰の添加はコストアップや延性の低
下を招くことから上限を１.０％とする。

【００３３】Ｓｎ：強化元素であり必要に応じて０.０
５％以上添加する。過剰の添加はコストアップや延性の
低下を招くことから上限を１.０％とする。

【００３４】Ｚｒ：脱酸元素として有効である。一方、
過剰の添加は酸化物、硫化物や窒化物の多量の晶出や析
出を招き清浄度が劣化して、延性を低下させてしまう
上、メッキ性を損なう。したがって、必要に応じて０.
０００１〜０.５％とする。

【００３５】Ｍｇ：脱酸元素として有効である。一方、
過剰の添加は酸化物、硫化物や窒化物の多量の晶出や析
出を招き清浄度が劣化して、延性を低下させてしまう
上、メッキ性を損なう。したがって、必要に応じて０.
０００１〜０.５％とする。

【００３６】Ｔｉ，Ｎｂ，V：これらは、炭化物、窒化
物もしくは炭窒化物を形成することによって鋼材を高強
度化したり加工性を向上することができる。一方、過剰
の添加は母相であるフェライト粒内もしくは粒界に多量
の炭化物、窒化物もしくは炭窒化物として析出して、延
性を低下させることから、それぞれ必要に応じて０.０
０１〜０.２％とする。

【００３７】Ｂ：ｒ値を向上させたり、耐２次加工性脆
性の改善に有効であるので必要に応じて添加する。０.
０００１質量％未満ではその効果はわずかで、０.０１
％超添加しても格段の効果は得られない。０.０００２
〜０.００３０％が好ましい範囲である。

【００３８】Ｃａ：介在物制御のほか脱酸に有効な元素
で、適量の添加は熱間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ため、必要に応じて０.
０００１〜０.０１％の範囲とする。

【００３９】さらに製造にあたっては、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室温付近ま
で冷却することなく熱間圧延するＣＣ−ＤＲなどの製造
方法を組み合わせて製造してもかまわない。鋳造インゴ
ットや鋳造スラブを再加熱して熱間圧延を行っても良い
のは言うまでもない。熱間圧延の加熱温度は特に限定す
るものではないが、ＡｌＮを固溶状態とするために１１
００℃以上とすることが好ましい。

【００４０】熱延の仕上げ温度は(Ａ_r3−５０)℃以上で
行う。好ましくは(Ａ_r3＋３０)℃以上、さらに好ましく
は(Ａ_r3＋７０)℃以上である。本発明においては熱延板
の集合組織はできるだけランダムにし、かつ熱延板の結
晶粒径をできるだけ成長させておくことが最終製品のｒ
値向上に好ましいためである。

【００４１】熱延後の冷却速度は特に指定するものでは
ないが巻き取り温度までの平均冷却速度を３０℃/s未満
とすることが好ましい。

【００４２】巻き取り温度は７００℃以下とする。Ａｌ
Ｎの粗大化を抑制することで良好なｒ値を確保するため
である。好ましくは６２０℃以下である。熱間圧延の１
パス以上について潤滑を施しても良い。また、粗圧延バ
ーを互いに接合し、連続的に仕上げ熱延を行っても良
い。粗圧延バ−は一度巻き取って再度巻き戻してから仕
上げ熱延に供してもかまわない。巻取温度の下限は特に
定めることなく本発明の効果を得ることができるが、固
溶Ｃを低減する観点から３５０℃以上とすることが好ま
しい。

【００４３】熱間圧延後は酸洗することが望ましい。

【００４４】熱延後の冷間圧延は本発明において重要で
ある。すなわち冷間圧延における冷延圧下率を２５〜７
０％未満とする。従来の技術では冷延圧下率を強圧下冷
延によってｒ値の向上を図るのが基本であるが、本発明
の鋼板では、むしろ冷延圧下率を低くすることが肝要で
あることを新たに見出したものである。冷延圧下率が２
５％未満又は７０％超であるとｒ値が低くなるので，２
５〜７０％に限定する。３０〜５５％がより好ましい範
囲である。

【００４５】焼鈍は箱焼鈍が基本である。本発明の成分
を有する熱延鋼板について上記冷延圧下率で冷延を行
い、さらに箱焼鈍を行うことにより、ｒ値が１．２以上
の良好なｒ値を得ることができる。ただし、下記の要件
を満たせば焼鈍は箱焼鈍に限られない。良好なｒ値を得
るためには、加熱速度を４〜２００℃／ｈｒとする必要
がある。さらには１０〜４０℃／ｈｒが好ましい。最高
到達温度もｒ値確保の観点から６００〜８００℃とする
ことが望ましい。６００℃未満では再結晶が完了せず加
工性が劣化する。一方、８００℃超ではα＋γ域のγ分
率の高い側に入るため、加工性が劣化する場合がある。
なお、最高到達温度での保持時間は特に指定するもので
はないが、（最高到達温度−２０）℃以上での保持時間
が２ｈｒ以上であることがｒ値向上の観点から好まし
い。冷却速度は固溶Ｃを十分に低減する観点から決定さ
れる。すなわち、５〜１００℃／ｈｒの範囲とする。

【００４６】焼鈍後のスキンパスは形状強制や強度調
整、さらには常温非時効性を確保する観点から必要に応
じて行う。０.５〜５.０％が好ましい圧下率である。

【００４７】本発明では、鋼管のランクフォード値（ｒ
*値）を以下のように定義する。本発明によって得られ
る鋼管のｒ*値は１.２以上である。ｒ*値の測定はＪＩ
Ｓ１１号管状試験片を用いた引張試験を行い、１５％引
張り後、次式に示すｒ*値 ｒ*＝ｌｎ（Ｃ₀／Ｃ）÷ｌｎ（Ｃ×Ｌ／Ｃ₀×Ｌ₀） Ｃ₀、Ｃ：試験前後の鋼管の外周（ｍｍ） Ｌ₀、Ｌ：試験前後の鋼管の各円周位置の長手方向の評
点間距離（ｍｍ） によりｒ*値を算出する。なお、均一伸びが１５％に満
たない場合には１０％で評価しても良い。

【００４８】鋼管のｒ*値を１．２以上とするために
は、鋼板のｒ値を１．２以上とすればよい。

【００４９】鋼管を構成する結晶粒の平均結晶粒径は５
μｍ以上である。これにより良好なｒ*値を得ることが
できる。また、これが６０μｍ以上となると成形時に肌
荒れ等の問題になる場合があるため、６０μｍ未満であ
ることが望ましい。結晶粒径は板面と垂直で圧延方向と
平行な切断面（Ｌ断面）の板厚３／８〜５／８の範囲内
について点算法などによって測定すれば良い。なお、測
定誤差を低減するためには結晶粒が１００個以上存在す
る面積について測定しなくてはならない。エッチングは
ナイタ−ルが好ましい。結晶粒とはフェライト粒のこと
であり、平均結晶粒とは上記のように測定した結晶粒径
の全デ−タの算術平均（単純平均）とする。冷延後に箱
焼鈍を行うことにより、上記良好な平均結晶粒径を得る
ことができる。

【００５０】さらに、鋼管を構成する結晶粒のアスペク
ト比の平均は１.０以上３.０未満である。この範囲内で
あると良好なｒ*値を得ることができる。アスペクト比
とはＪＩＳ Ｇ０５５２の方法によって測定される展伸
度と同じである。すなわち、本発明の場合、板面と垂直
で圧延方向と平行な切断面（Ｌ断面）における板厚３／
８〜５／８の範囲内の圧延方向に垂直な一定長さの線分
によって切断される結晶粒の数で圧延方向に平行な上記
と同じ長さの線分によって切断される結晶粒の数を除し
たもので与えられる。アスペクト比の平均値とは上記の
ように測定したアスペクト比の全デ−タの算術平均（単
純平均）と定義する。冷延後に箱焼鈍を行うことによ
り、上記良好な結晶粒のアスペクト比を得ることができ
る。

【００５１】鋼管を構成する結晶粒の平均結晶粒径は５
μｍ以上であり、かつ鋼管を構成する結晶粒のアスペク
ト比の平均は１.０以上３.０未満であると、鋼板のｒ値
を１．２以上とすることができ、その結果鋼管のｒ*値
を１．２以上とすることができる。

【００５２】本発明が従来の電縫溶接ではなくレーザー
溶接によって溶接接合してなる点は、溶接部のＨＡＺの
幅が２ｍｍ以下であることから明らかにすることができ
る。電縫溶接は高周波誘導加熱によりエッジ近傍を加熱
溶融させ、アプセットにより溶鋼を排出させ溶接する。
よって、電縫溶接は加熱幅が広く、ＨＡＺの幅も１０ｍ
ｍ程度と広くなってしまう。一方、レーザー溶接は高密
度なエネルギ−密度によりエッジを局所的に加熱溶融さ
せ、溶接させるという理由により溶接部のＨＡＺの幅が
狭い。溶接に用いるレーザーはＹＡＧ、ＣＯ₂いずれで
も構わない。突き合わせエッジはエッジガイドフィンと
サイドロ−ルにより精度良く位置合わせを行い管状に成
形した鋼管を長手方向へ連続的に移動することで溶接す
る。

【００５３】一方、本発明は鋼管製造手段として従来の
電縫鋼管ではなくプレス成形とレーザー溶接を採用する
ことにより、造管による材質の劣化が極めて小さく、か
つ電縫鋼管では製造できなかった薄肉領域の鋼管製造が
可能になった。

【００５４】従来の電縫鋼管の造管工程において、凸形
状水平ロールと凹形状水平ロールを組み合わせたブレイ
クダウンロ−ルにて帯鋼断面の曲率半径を順次小さく
し、その後の帯鋼両端をガイドさせて座屈曲げを行うフ
ィンパスロ−ルを経て管形状とし、両エッジ部を高周波
誘導加熱にて昇温後スクイズロールにて圧接接合を実施
する。その際、フィンパスロールでの座屈曲げ時の周方
向絞り及びスクイズロールでの圧接接合時に円周方向で
１〜２％の周方向絞りが行われ、さらにこの後外径精度
を目標外径公差に入れるためにサイザーロールにて周方
向絞りを１〜２％連続的に実施する。ところが、寸法形
状を最適化させるためにフィンパスロールでの周方向絞
り、スクイズロールでの溶接周絞り及びその後のサイザ
ーロールでの周絞りにより、加工硬化を生じさせ、その
結果、このようにして製造した鋼管を用いてのハイドロ
フォーム加工時に割れが生じやすくなる。また、成形の
途中段階において鋼板の長手方向で隣接した領域で異な
った曲率を有する加工状態となり、鋼板各部は複雑な引
張や圧縮の塑性加工を受けることとなり、成形後の鋼管
の円周方向各部において材質に偏差が生じる。

【００５５】これに対し、プレス成形で円筒形状に仕上
げる製造では、電縫造管におけるフィンパス成形での周
方向絞りを無くし、またレーザー溶接を用いることで溶
接加圧及び絞りを排除することができる。また、プレス
形状を適正化させることで溶接接合後の形状を適正化さ
せることができ、その結果、サイザーでの周方向絞りな
しに最終外径を適正化させることが可能となる。当該成
形・溶接により冷間成形により導入される冷間ひずみ量
を低減することができ、溶接部を除き母材の円周方向位
置での素板からの材質の劣化が少ない。即ち、塑性加工
状況は単純であり、鋼管の円周方向の曲げ加工のみであ
る。このことから成形後の鋼管の円周方向各部におい
て、材質の偏差が極めて小さく、かつ材質の劣化も極め
て小さい。そして、レーザー溶接部を除く母材の各円周
方向位置において、素板と成形後の鋼管の硬さ、全伸
び、均一伸び、引張強度、降伏強度の変化が素板平均の
硬さ、全伸び、均一伸び、引張強度、降伏強度の１０％
以下であることを特徴としたハイドロフォーム加工性に
優れた鋼管を製造することが可能になる。

【００５６】また、従来の電縫鋼管の成形においてｔ／
Ｄ（鋼管の肉厚／外径）で２.０％以下の薄肉鋼管を製
造しようとすると、成形時のスプリングバックの発生や
エッジの座屈等の理由によって満足な成形が困難である
のに対し、プレス成形を採用すれば、薄肉でも良好な成
形を行うことが可能である。

【００５７】本発明において「溶接部を除く母材部」と
は、鋼管の突き合せ部のビード部を除く母材部の意味で
ある。硬さの測定においては鋼管断面を円周方向に１ｍ
ｍ間隔で測定する。また、全伸び、均一伸び、引張強
度、降伏強度の測定においては、ＪＩＳ１２Ｂ引張試験
片を採取し、引張試験にて測定する。

【００５８】本発明の鋼管をプレス成形によって製造す
る方法を図１に基づいて説明する。圧延帯鋼あるいは切
板から、所定の幅と長さの鋼板１を切り出す。切り出し
た鋼板１の長さは製造後の鋼管２の長さに基づいて定ま
り、鋼板１の幅は鋼管２の円周にほぼ等しい長さとして
定まる。切り出した鋼板１を円筒状のプレス治具と半円
形の受け治具を用いて数段階のプレスによって管状に成
形する。プレス成形により、鋼板１の幅方向両端を突き
合わせ部３として管状の形状に成形される。

【００５９】突き合わせ部の接合はレ−ザ−溶接によっ
て行うと好ましい。突き合わせエッジはエッジガイドフ
ィンとサイザ−ロ−ルにより精度良く位置合わせを行
い、管状に成形した鋼管を長手方向へ連続的に移動する
ことで溶接する。

【００６０】電縫鋼管の電縫溶接においては、肉厚が２
ｍｍ未満となると座屈が発生して造管することが不可能
であったが、本発明のレ−ザ−溶接では２ｍｍ未満の薄
肉鋼管であっても座屈の発生なく溶接することができ
る。

【００６１】電縫溶接では、高周波誘導加熱により溶接
のＨＡＺの幅が広くなるのに対し、レ−ザ−溶接におい
ては溶接のＨＡＺの幅を２ｍｍ以下とすることができ、
鋼管の均一性を高めることができる。

【００６２】電縫溶接ではＨＡＺの幅が１０ｍｍ程度発
生するのに対し、レ−ザ−溶接においては２ｍｍ程度し
か発生しない。特に、薄肉鋼管において、この効果が顕
著である。その結果、メッキ鋼板を用いた鋼管におい
て、溶接部においてメッキが被着していない部分の幅を
狭くすることができ、溶接後に溶接部の補修メッキを施
さなくても耐食性の良好な鋼管とすることができる。

【００６３】

【実施例】（実施例１）表１に示す成分の各鋼を溶製し
て１２３０℃に加熱後、仕上げ温度９２０℃で熱間圧延
して巻き取り温度５００℃で巻き取った。酸洗後６０％
圧下率で冷延されたのち加熱速度２０℃/ｈｒ、最高到
達温度を６９０℃とする焼鈍をおこない、１２時間保持
後、１７℃／ｈｒで冷却した。さらに１.５％のスキン
パスを施した。これらのコイルから所定の形状の鋼板を
切り出し、プレス成形によって管状に成形し、突き合わ
せ部をレーザー溶接によって接合した。得られた鋼管の
特性評価は以下の方法で行った。

【００６４】ｒ*値はＪＩＳ１１号管状試験片を用いた
引張試験を行い、１５％引張り後、次式に示す ｒ*値 ｒ*＝ｌｎ（Ｃ₀／Ｃ）÷ｌｎ（Ｃ×Ｌ／Ｃ₀×Ｌ₀） Ｃ₀、Ｃ：試験前後の鋼管の外周（ｍｍ） Ｌ₀、Ｌ：試験前後の鋼管の各円周位置の長手方向の評
点間距離（ｍｍ） によりｒ*値を算出する。なお、均一伸びが１５％に満
たない場合には１０％で評価しても良い。

【００６５】

【表１】

【００６６】

【表２】

【００６７】表２より明らかなとおり、本発明例ではい
ずれも良好なｒ*値を有した薄肉鋼管が得られるのに対
して、本発明外の例ではｒ*値の高い薄肉鋼管は得られ
ない。

【００６８】（実施例２）熱延鋼板を素板とし、直径６
３．５ｍｍ、肉厚２．３ｍｍの鋼管を製造し、ハイドロ
フォーム加工用鋼管とした。鋼管の製造方法は、本発明
例はプレス成形によって管状に成形し、突き合わせ部を
レーザー溶接によって接合した。比較例は電縫造管を行
い、サイザーにて５％の縮径を行った。

【００６９】造管に用いた素板平均の硬さ（ＨＶ）、全
伸び（ＥＬ）、均一伸び（ｕＥＬ）、引張強度（Ｔ
Ｓ）、降伏強度（ＹＳ）は、表３の「素板」の欄に記載
したとおりである。また、製造した鋼管の溶接部を除く
母材部について鋼管断面を円周方向に１ｍｍ間隔で硬さ
を測定して平均値を求め、ＪＩＳ１２Ｂ引張試験片を用
いて全伸び、均一伸び、引張強度、降伏強度を測定、こ
れを素板平均の硬さ、全伸び、均一伸び、引張強度、降
伏強度で割った値をそれぞれΔＨｖ（％）、ΔＥＬ
（％）、ΔｕＥＬ（％）、ΔＴＳ（％）、ΔＹＳ（％）
とし、表３に示した。本発明例では、鋼管の値はいずれ
も９０〜１１０％の範囲内に入っており、材質の変化は
素板の材質値の１０％以下であることがわかる。それに
対し、比較例では、鋼管の値はいずれも９０％未満ある
いは１１０％超であり、材質の変化は素板の材質値の１
０％を超えていることがわかる。

【００７０】さらに、ハイドロフォーム加工時の加工性
の評価として、内圧を付与して拡管試験を行い、得られ
た拡管率を表３に示した。比較例の拡管率が１．１５で
あるのに対し、本発明例の拡管率は１．２５と良好なハ
イドロフォーム加工性を有していることが明らかであ
る。

【００７１】

【表３】

【００７２】

【発明の効果】本発明は、高強度かつ良加工性を有する
ハイドロフォーム用の薄肉鋼管とその製造方法を提供す
るものであり、ハイドロフォーム加工性に好適であり、
自動車の軽量化による地球環境保全などに貢献するもの
である。また、ハイドロフォーム加工用の溶接鋼管につ
いて、素材の特性の劣化を防止して造管が可能となり、
その結果、ハイドロフォーム加工時の加工不良を防止で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプレス成形の状況を示す概略図であ
る。

【符号の説明】

１ 鋼板 ２ 鋼管 ３ 突き合せ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｃ 38/58 Ｃ２２Ｃ 38/58 // Ｂ２３Ｋ 26/00 ３１０ Ｂ２３Ｋ 26/00 ３１０Ｊ Ｂ２３Ｋ 101:06 101:06 (72)発明者 潮田 浩作 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 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 吉永 直樹 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） 4E028 CA04 CA13 4E068 BE00 BG01 DA15

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 質量％で、Ｃ：０.０８〜０.２５％、Ｓ
   ｉ：０.００１〜１.５％、Ｍｎ：０.０１〜２.０％、
   Ｐ：０.００１〜０.０６％、Ｓ：０.０５％以下、Ａ
   ｌ：０.００８〜０.２％、Ｎ：０.００１〜０.００７％
   を含有し、残部が鉄および不可避不純物からなり、鋼管
   のｔ（肉厚）／Ｄ（外径）が２.０％以下であることを
   特徴とする薄肉鋼管。
2. 【請求項２】 鋼管の鋼成分が質量％で更に、Ｃｒ：
   ０.０５〜１.０％、Ｎｉ：０.０５〜２.０％、Ｃｕ：
   ０.０５〜２.０％、Ｍｏ：０.０５〜１.０％、Ｃｏ：
   ０.０５〜１.０％、Ｗ：０.０５〜１.０％、Ｓｎ：０.
   ０５〜１.０％、Ｔｉ：０.００１〜０.２％、Ｎｂ：０.
   ００１〜０.２％、Ｖ：０.００１〜０.２％のうち一種
   または二種以上含有したことを特徴とする請求項１記載
   の薄肉鋼管。
3. 【請求項３】 鋼管の鋼成分が質量％で更に、Ｚｒ：
   ０.０００１〜０.５％、Ｍｇ：０.０００１〜０.５％、
   Ｃａ：０.０００１〜０.０１％のうち一種または二種以
   上含有したことを特徴とする請求項１又は２に記載の薄
   肉鋼管。
4. 【請求項４】 鋼管の鋼成分が質量％で更に、Ｂ：０.
   ０００１〜０.０１％を含有したことを特徴とする請求
   項１乃至３のいずれかに記載の薄肉鋼管。
5. 【請求項５】 次式に示す鋼管のｒ*値が１.２以上であ
   ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の
   薄肉鋼管。 ｒ*＝ｌｎ（Ｃ₀／Ｃ）÷ｌｎ（Ｃ×Ｌ／Ｃ₀×Ｌ₀） Ｃ₀：試験前の鋼管の外周（ｍｍ） Ｃ：試験後の鋼管の外周（ｍｍ） Ｌ₀：試験前の鋼管の各円周位置の長手方向の評点間距
   離（ｍｍ） Ｌ：試験後の鋼管の各円周位置の長手方向の評点間距離
   （ｍｍ）
6. 【請求項６】 結晶粒の平均結晶粒径が５μｍ以上で、
   結晶粒のアスペクト比の平均値が１.０以上３.０未満で
   あることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載
   の薄肉鋼管。
7. 【請求項７】 溶接部のＨＡＺの幅が２ｍｍ以下となる
   ようにレーザーにより溶接接合してなることを特徴とす
   る請求項１乃至６のいずれかに記載の薄肉鋼管。
8. 【請求項８】 ハイドロフォーム加工用とすることを特
   徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の薄肉鋼管。
9. 【請求項９】 切り出した鋼板をプレス成形によって管
   状に成形し、突き合わせ部をレーザー溶接によって接合
   することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載
   の薄肉鋼管の製造方法。
10. 【請求項１０】 冷延圧下率２５％〜７０％の冷延を行
    い、その後箱焼鈍を行った鋼板を用いることを特徴とす
    る請求項９に記載の薄肉鋼管の製造方法。