JP2003321713A - 鋼管の製造方法 - Google Patents

鋼管の製造方法

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JP2003321713A
JP2003321713A JP2002128205A JP2002128205A JP2003321713A JP 2003321713 A JP2003321713 A JP 2003321713A JP 2002128205 A JP2002128205 A JP 2002128205A JP 2002128205 A JP2002128205 A JP 2002128205A JP 2003321713 A JP2003321713 A JP 2003321713A
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Masayuki Sakaguchi
雅之 坂口
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、車両等の中空のドライブシャフトに
利用しても、繰り返して作用する疲労に対する抵抗力が
大きい鋼管の製造方法を提供することを目的としてい
る。 【解決手段】C:0.20〜0.48質量%、Si:
0.5質量%以下、Mn:0.5質量%以下、P:0.
02質量%以下、S:0.010〜0.03質量%含有
する鋼鋳片を加熱炉で昇温した後熱間圧延した鋼帯を、
一群の成形ロールで円筒状に成形し、その突き合わされ
た鋼帯幅方向の両端を加熱して接合した後、熱処理する
鋼管の製造方法において、前記加熱炉での鋼鋳片の加熱
温度を、その後の熱間圧延で鋼帯基地に析出、分散する
MnSの平均粒径が1μm以下になるように、1350
〜1420℃とするのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鋼管の製造方法に
係わり、特に電縫鋼管、圧接鋼管、鍛接鋼管等を製管し
た後の焼き入れで、該鋼管の疲労強度特性を従来より向
上させる技術に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、電縫鋼管は、一般に、素材の鋼
帯を走行させた状態で、一群の成形ロールによって円筒
状に連続的に圧延、成形した後、突き合せた鋼帯の幅方
向端部を溶接して製造される。その製造には、種々の方
式があり、装置も多様であるが、一例を図1に示す。
【0003】まず、溶鋼を連続鋳造して得た鋼鋳片を加
熱炉で所定温度に加熱してから、熱間圧延で一定幅の鋼
帯とする。そして、この素材である鋼帯1を、一群の成
形ロール2に鋼帯面を水平にして一定速度で送り込む。
この成形ロール2としては、例えば、入り側から順次、
鋼帯幅方向の両端を上方に曲げていくエッジ・ベンド・
ロール3、中央部分を曲げるセンタ・ベンド・ロール
4、端部成形用のケージ・ロール5、仕上げ成形のため
のフィンパス・ロール6が直列に配置されている。これ
ら成形ロール2で熱間圧延して円筒状にされた鋼帯1
は、引き続き、その突き合わされた幅方向端部(以下、
単に突き合わせ部とかエッジ部という)を誘導コイル等
7で加熱し、スクイズ・ロール8で押さえて圧着、溶接
し、一応の管体9とされる。その管体9は、上記溶接で
内外面に生じたビード(図示していないが、通常の溶着
部に生じたじゅず状物)をビード切削手段10で切削除
去する。さらに、超音波探傷器11での疵検査、シーム
・アニラー12なる焼鈍装置で熱処理として、溶接部
(シーム部ともいう)の焼鈍及び水噴射ノズル13での
冷却が順次施される。その後、ストレッチ・レデューサ
やサイザーのような絞り圧延機14で寸法を整えてか
ら、払い出し用の搬送ライン上でカッタ15により所望
される長さに切断されて、所望特性を有する電縫鋼管と
なる。また、以上述べた工程の後に、必要に応じて、熱
間での減軽減肉圧延もしくは冷間引き抜き等を実施する
場合もある。さらに、上記溶接に代え、圧接あるいは鍛
接を施すと、圧接鋼管や鍛接鋼管になるが、それらも本
発明の対象になり得る。
【0004】ところで、自動車等の車両は、いずれも、
その車輪を回転、駆動させるために、鉄鋼材料からなる
ドライブ・シャフトを備えている。そのため、該ドライ
ブ・シャフトの優劣は、それら車両の性能呼価において
重要なポイントになっている。従来、このドライブ・シ
ャフトの製作に使用される鉄鋼材料は、中実で、既存の
各種材料試験機でその特性を測定し、その測定値が基準
に合格した材料だけが使用されてきた。一般に、自動車
等が急発進すると、ドライブ・シャフトには、大きな衝
撃捩り力が加えられるので、強度等に優れている必要が
あるからである。
【0005】しかしながら、最近は、自動車等の燃費低
減の観点から車体を軽くするため、また騒音対策の必要
性からドライブ・シャフトを中空材で形成することが指
向されている。そして、該中空材としては、現在、上記
した電縫鋼管、圧接鋼管及び鍛接鋼管等の利用が考えら
れている。従って、これらの鋼管をドライブシャフトに
採用するには、前記したような繰り返し行われる急発進
に耐えることが必要である。つまり、中空材でありなが
ら同一断面積で焼き入れを施した棒鋼と同等以上の疲労
強度を上記鋼管に要求する機運が高まっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情
に鑑み、車両等の中空のドライブシャフトに利用して
も、繰り返して作用する疲労に対する抵抗力が大きい鋼
管の製造方法を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】発明者は、上記目的を達
成するため鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化
した。
【0008】すなわち、本発明は、C:0.20〜0.
48質量%、Si:0.5質量%以下、Mn:0.5質
量%以下、P:0.02質量%以下、S:0.010〜
0.03質量%含有する鋼鋳片を加熱炉で昇温した後熱
間圧延した鋼帯を、一群の成形ロールで円筒状に成形
し、その突き合わされた鋼帯幅方向の両端を加熱して接
合した後、熱処理する鋼管の製造方法において、前記加
熱炉での鋼鋳片の加熱温度を、その後の熱間圧延で鋼帯
基地に析出、分散するMnSの平均粒径が1μm以下に
なるように、1350〜1420℃とすることを特徴と
する鋼管の製造方法である。
【0009】この場合、前記熱間圧延での鋼帯の110
0℃から700℃までの冷却速度を20℃/sec以上
にするのが好ましい。
【0010】本発明では、電縫鋼管等を製造する素材で
ある鋼帯の特性を改良し、焼入れ前の鋼管のオーステナ
イト粒径を従来より細かくするので、焼入れ後の製品鋼
管の金属組織においても、粒径が成長しないようにな
る。その結果、製品鋼管の疲労強度が従来より格段と向
上し、車両等のドライブシャフトヘの利用が可能とな
る。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。
【0012】まず、本発明の対象とする鋼管の鋼種は、
以下の組成を有するものに限定する。
【0013】C:0.20〜0.48質量% Cが0.20質量%未満では、焼入れを実施しても十分
な硬度が得られず、0.48質量%超えでは電縫溶接等
が安定して行えない。
【0014】Si:0.5質量%以下 Siが0.5質量%を超えて含有していると、鋼管の焼
入れ性を劣化させる。
【0015】Mn:0.5質量以下 Mnは上記焼入れ性の向上させるためにある程度必要な
元素であるが、過剰に存在すると、加熱時にSの鋼への
固溶量が減少するので、上限を0.5質量%とする。
【0016】P:0.02質量%以下 Pは、結晶粒界に偏析して、該粒界の強度を劣化させる
ので、0.02質量%以下にする必要がある。
【0017】S:0.010〜0,03質量%以下 Sが0.01質量%未満では、鋼帯に十分なMnS量を
確保できず、0.03質量%を超えると、非金属介在物
として残留するMnS量が多くなり過ぎる。
【0018】次に、発明者は、上記した組成の鋼鋳片を
熱間圧延した鋼帯を素材に鋼管を製造し、その疲労強度
を向上させる対策について検討を重ね、以下の結論に達
した。
【0019】1)非金属介在物:粗大な酸化物からなる
C系非金属介在物(J工S規格に規定)が鋼帯に存在す
ると、鋼管の疲労強度は低下するが、これについては、
鋼鋳片の鋳造段階で実施済みである。
【0020】2)残留応力:表面に圧縮応力を加える
と、鋼管の疲労強度に対して有効である。しかし、実施
に際しては設備等が必要となり、製造コストが高くな
る。
【0021】3)鋼帯表面の脱炭層:鋼帯表面に脱炭層
(炭素含有量が低い金属組織)が存在すると、鋼管の疲
労強度が劣化することが知られている。しかし、それを
解消しても、積極的に疲労強度を向上させるものではな
い。
【0022】4)鋼帯の表面疵:鋼帯の表面疵は、疲労
強産を劣化させるが、しかし3)と同様に、それを解消
しても、積極的に疲労強度を向上させるものではない。
【0023】5)粒界不純物の削除:この対策は有効で
あるが、製鋼段階て徹底的に削減することは、大幅な製
品コストの上昇を伴う。
【0024】以上述べたように、考えられる対策は、す
でに処置済みか、製造コストを高めるという問題があっ
た。そこで、引き続き研究を行ったところ、鋼管を焼入
れする前に、そのオーステナイトの粒径を小さくしてお
くのが良いことを見出した。つまり、そのようにする
と、焼入れにおいてマルテンサイト組織を形成させる炭
化物を析出させるための核生成サイトである粒界の比率
が増え、結果的に緻密なマルテンサイト組織が形成さ
れ、鋼管の疲労強度が向上するからである。
【0025】そこで、この知見を具現化する手段につい
て種々検討し、オーステナイトの粒径を細かくするに
は、鋼鋳片に析出するMnS等の析出相を利用するのが
良いと考えた。それら析出物を粒成長の抑止剤(インヒ
ビターとも言う)に利用するのである。そのためには、
該インヒビターを、鋼鋳片、若しくは鋼帯の内部に微小
で、且つ均一に分散させる必要があるわけで、鋼鋳片を
加熱炉で加熱する際に、該鋼鋳片の温度を、その後の熱
間圧延で鋼帯基地に析出、分散するMnSの平均粒径が
1μmになるように、該鋼帯基地にMnSが固溶する温
度とするようにし、且つ引き続いて行われる熱間圧延に
おいて析出したMnSの成長を妨げるために急冷する必
要があり、これを要件に本発明を完成させたのである。
この場合、前記鋼帯基地にMnSが固溶する温度として
は、前記組成の鋼帯については、1350〜1420℃
であった。また、前記熱間圧延での冷却速度は、110
0℃から700℃までを20℃/sec以上である。
【0026】なお、析出、分散するMnSの平均粒径を
1μm以下に限定した理由は、1μm超えでは、粒子が
大き過ぎてインヒビターの役割を果たせないからであ
る。
【0027】
【実施例】C:0.25質量%、Si:0.2質量%、
Mn:0.1質量%、P:0.02質量%、S:0.0
25質量%を含有する鋼鋳片を熱間圧延して幅1500
mm,肉厚4mmの鋼帯を得、それを素材に電縫鋼管を
製造した。該電縫鋼管のサイズは、外径38.mmφ×
肉厚4mmである。その際、焼き入れを伴う本発明に係
る製造方法を採用し、従来の方法で製造したものと製品
の疲労強度を比較した。熱間圧延の条件は、表1の通り
である。なお、電縫鋼管の製造工場としては、図1で説
明したものを利用した。(焼入条件は省略)
【0028】
【表1】
【0029】製品の疲労強度は、ねじり疲労試験機の測
定結果で評価したが、本発明によれば、その値は、従来
より30%も向上した。従って、本発明に係る製造方法
で製造した鋼管を車両のドライブ・シャフトに使用すれ
ば、非常に良好な結果が得られるものと期待できる。
【0030】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明により、
車両等のドライブシャフトに利用しても、繰り返して作
用する疲労に対する抵抗力の大きい鋼管が製造できるよ
うになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施した電縫鋼管の製造工程を示す図
である。
【符号の説明】
1 鋼帯 2 成形ロール(群) 3 エッジ・ベンド・ロール 4 センタ・ベンド・ロール 5 ケージ・ロール 6 フィンパス・ロール 7 誘導コイル 8 スクイズ・ロール 9 管体 10 ビード切削手段 11 超音波探傷器 12 シーム・アニラー 13 水噴射ノズル 14 絞り圧延機 15 カッタ
───────────────────────────────────────────────────── 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 38/00 301 C22C 38/00 301Z 38/04 38/04

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 C:0.20〜0.48質量%、Si:
    0.5質量%以下、Mn:0.5質量%以下、P:0.
    02質量%以下、S:0.010〜0.03質量%含有
    する鋼鋳片を加熱炉で昇温した後熱間圧延した鋼帯を、
    一群の成形ロールで円筒状に成形し、その突き合わされ
    た鋼帯幅方向の両端を加熱して接合した後、熱処理する
    鋼管の製造方法において、 前記加熱炉での鋼鋳片の加熱温度を、その後の熱間圧延
    で鋼帯基地に析出、分散するMnSの平均粒径が1μm
    以下になるように、1350〜1420℃とすることを
    特徴とする鋼管の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記熱間圧延での鋼帯の1100℃から
    700℃までの冷却速度を20℃/sec以上にするこ
    とを特徴とする請求項1記載の鋼管の製造方法。
JP2002128205A 2002-04-30 2002-04-30 鋼管の製造方法 Withdrawn JP2003321713A (ja)

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