JP2004009126A

JP2004009126A - 中空スタビライザー用電縫溶接鋼管

Info

Publication number: JP2004009126A
Application number: JP2002169499A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Ogami; 大神　正浩; Tetsuya Mangaya; 萬ヶ谷　鉄也; Naoki Takasugi; 高杉　直樹; Takahiro Ichiyama; 市山　貴博; Hiroyuki Mimura; 三村　裕幸
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-06-11
Filing date: 2002-06-11
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】肉厚の厚い、肉厚ｔと外径Ｄの％比（ｔ／Ｄ）が大きい中空スタビライザーの素材として、安価で品質の良好な鋼管を提供する。
【解決手段】肉厚ｔと外径Ｄの％比がｔ／Ｄ≧２０％であることを特徴とする中空スタビライザー用電縫溶接鋼管。この電縫溶接鋼管は、引張強度が４００Ｎ／ｍｍ^２以上７７５Ｎ／ｍｍ^２以下である。またこの電縫溶接鋼管は、電縫溶接後に縮径圧延されてなる。さらにこの電縫溶接鋼管は、伸管されてなる。縮径圧延において、鋼管の肉厚を増大させることを特徴とする上記中空スタビライザー用電縫溶接鋼管の製造方法。
【選択図】　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の懸架装置に用いられる中空スタビライザー用電縫溶接鋼管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
乗用車やトラックなどの自動車の懸架装置においては、左右輪の動きに適度な関連性を持たせロール剛性を確保することを目的として、スタビライザーが用いられる。スタビライザーの素材としては、従来から中実棒鋼を曲げ加工して製造されているが、最近は車体の軽量化のために中空厚肉鋼管を素材とする中空スタビライザーが開発されつつある。
【０００３】
中空スタビライザーの素材鋼管として、肉厚が薄いものについては電縫鋼管が用いられている。電縫鋼管の造管については、肉厚が厚いほど、管径が小さいほど、また素材の強度が高いほど造管が困難になり、造管可能範囲に限界が存在する。一般に、鋼管の肉厚ｔと外径Ｄの％比で表されるｔ／Ｄの上限と素材強度との間に一定の関係があり、素材強度が高くなるほど電縫鋼管として造管可能なｔ／Ｄの上限が低くなる。スタビライザー用鋼管には通常強度が５００Ｎ／ｍｍ^２以上の高強度材が用いられるので、電縫鋼管での造管可能なｔ／Ｄには限度があり、また、ｔ／Ｄの大きな電縫鋼管を造管した場合、電縫鋼管の表面に残留する引張応力により強度が上昇し、スタビライザーの加工性を劣化させる。このため、ｔ／Ｄが２０％を超える肉厚の厚いスタビライザーに対しては、熱間鍛造鋼管や継目無し鋼管が素材として用いられている。
【０００４】
しかしながら、熱間鍛造鋼管や継目無し鋼管は、電縫鋼管に比較して表面性状が良好ではなく、また鋼管製造時の酸化スケールや表面脱炭層の生成度合にばらつきがあるため、これらを素材とする中空スタビライザーの耐久性は必ずしも満足できるものではなかった。また、熱間鍛造鋼管や継目無し鋼管は、電縫鋼管に比較して製造コストが高く、安価な中空スタビライザー用鋼管を提供することができなかった。
【０００５】
また、スタビライザーの製造において、複雑形状への加工、あるいは端部圧着等の加工が実施されるため、加工性および溶接部健全性の向上が要求される。更に、高い疲労強度を得るために実施される熱処理おいて、焼入性確保が要求される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、肉厚の厚い、肉厚ｔと外径Ｄの％比（ｔ／Ｄ）が大きい中空スタビライザーの素材として、安価で品質の良好な鋼管を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
（１）肉厚ｔと外径Ｄの％比がｔ／Ｄ≧２０％であることを特徴とする中空スタビライザー用電縫溶接鋼管。
（２）引張強度が４００Ｎ／ｍｍ^２以上７７５Ｎ／ｍｍ^２以下であることを特徴とする上記（１）に記載の中空スタビライザー用電縫溶接鋼管。
（３）電縫溶接後に縮径圧延されてなることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の中空スタビライザー用電縫溶接鋼管。
（４）伸管されてなることを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の中空スタビライザー用電縫溶接鋼管。
（５）縮径圧延において、鋼管の肉厚を増大させることを特徴とする上記（３）又は（４）に記載の中空スタビライザー用電縫溶接鋼管の製造方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、肉厚ｔと外径Ｄの％比がｔ／Ｄ≧２０％である中空スタビライザー用素材の鋼管として電縫溶接鋼管を用いているので、安価で品質の良好な鋼管を提供することができる。特に、引張強度が４００Ｎ／ｍｍ^２以上において上記鋼管を提供することができるので、中空スタビライザー用鋼管の用途に十分適用することができる。
【０００９】
肉厚ｔと外径Ｄの％比がｔ／Ｄ≧２０％である中空スタビライザー用電縫溶接鋼管は、電縫溶接後に縮径圧延されてなる電縫溶接鋼管を採用することによって実現することができる。鋼管をストレッチレデューサによって熱間絞り圧延することにより、鋼管の外径を縮径し、結果として絞り圧延前に比較してｔ／Ｄを増大することができる。縮径圧延時に肉厚が減少するとしても、外径の減少度合いの方が大きいので、ｔ／Ｄが増大する。従って、電縫鋼管造管時においては造管可能なｔ／Ｄの値（２０％未満）を選択して造管し、その後縮径圧延によって中空スタビライザーとして要求されるｔ／Ｄ（２０％以上）まで増大させることにより、ｔ／Ｄ≧２０％である中空スタビライザー用素材の鋼管として電縫溶接鋼管を提供することができる。
【００１０】
例えば、ｔ／Ｄ＝２０％で外径２５．４ｍｍの中空スタビライザー用電縫溶接鋼管を製造するに際し、まず外径８９．１ｍｍ、肉厚５．３ｍｍでｔ／Ｄ＝５．９％の鋼管を電縫溶接によって造管し、次いでストレッチレデューサによって外径２５．４ｍｍ、肉厚５．１ｍｍに縮径圧延を行い、結果としてｔ／Ｄ＝２０％の鋼管を製造することができる。同様に、ｔ／Ｄ＝２５％で外径２５．４ｍｍの中空スタビライザー用電縫溶接鋼管を製造するに際し、まず外径８９．１ｍｍ、肉厚６．５ｍｍでｔ／Ｄ＝７．３％の鋼管を電縫溶接によって造管し、次いでストレッチレデューサによって外径２５．４ｍｍ、肉厚６．３５ｍｍに縮径圧延を行い、結果としてｔ／Ｄ＝２５％の鋼管を製造することができる。図１には、縮径圧延前の電縫鋼管のｔ／Ｄを横軸に取り、電縫鋼管のｔ／Ｄ毎に縮径圧延によって製造可能な鋼管ｔ／Ｄの範囲を示している。図１は鋼管の引張強さ６５０Ｎ／ｍｍ^２の場合であり、さらに縮径圧延が減肉圧延の場合の図である。
【００１１】
造管用素材の強度が６５０Ｎ／ｍｍ^２級であれば、ｔ／Ｄ＝５．９％の鋼管を電縫溶接によって造管することができるので、上記縮径圧延を適用してｔ／Ｄ＝２０％の中空スタビライザー用電縫溶接鋼管を製造することができる。また、造管用素材の強度が５５０Ｎ／ｍｍ^２級であれば、ｔ／Ｄ＝７．３％の鋼管を電縫溶接によって造管することができるので、上記縮径圧延を適用してｔ／Ｄ＝２５％の中空スタビライザー用電縫溶接鋼管を製造することができる。図２には、熱延鋼板の引張強さと電縫鋼管造管可能上限ｔ／Ｄとの関係を示した。
【００１２】
電縫鋼管をストレッチレデューサを用いた熱間絞り圧延によって縮径圧延するに際しては、縮径圧延前の加熱は高周波にて短時間加熱を行うのみで足りる。従って、鋼管表面の脱炭層の形成および表面粗度への影響は、継目無し鋼管の造管に比較すると良好である。そのため、継目無し鋼管で必要であった鋼管表面の研削は不要となる。
【００１３】
所定のｔ／Ｄを有する電縫溶接鋼管を、最終的に伸管することにより、鋼管の寸法精度の向上を図るとともに、表面品質を向上することができる。
【００１４】
縮径圧延された鋼管は、内面角張りが発生しており、偏肉率が大きくなっているが、伸管することにより、偏肉率を低減することが可能となり、電縫溶接鋼管以上の寸法精度を得ることができる。
【００１５】
また、縮径圧延鋼管は、加熱−圧延の工程を通過するため、表面肌が電縫溶接鋼管と比較して劣るが、伸管することにより、表面肌を電縫溶接鋼管以上とすることができる。
【００１６】
電縫溶接鋼管の伸管は、内面寸法を制御する方法により、空引き、心金引き、玉引き等の方法に分類され、用途に応じて行うことができる。縮径圧延を行う場合には、縮径圧延後に伸管を行う。
【００１７】
電縫溶接鋼管を縮径圧延するにおいて、上記のように縮径圧延に際して肉厚が減少する圧延を行う限り、縮径圧延におけるｔ／Ｄの増加代には限界がある。従って、例えばｔ／Ｄ＝２５％の鋼管を縮径圧延を用いて製造しようとした場合、素材の強度が５５０Ｎ／ｍｍ^２を超える強度のものについては製造することが困難であった。
【００１８】
本発明においては、縮径圧延において鋼管の肉厚を増大させる圧延を行うことによって、縮径圧延におけるｔ／Ｄの増加代の飛躍的な拡大を実現した。例えば、ｔ／Ｄ＝２５％で外径２７．２ｍｍの中空スタビライザー用電縫溶接鋼管を製造するに際し、まず外径８９．１ｍｍ、肉厚６．０ｍｍでｔ／Ｄ＝６．７％の鋼管を電縫溶接によって造管し、次いでストレッチレデューサによって外径２７．２ｍｍ、肉厚６．８ｍｍに縮径圧延を行い、結果としてｔ／Ｄ＝２５％の鋼管を製造することができる。造管時のｔ／Ｄが６．７％なので、素材の強度が６００Ｎ／ｍｍ^２であっても十分に電縫造管することが可能であり、結果として強度５５０Ｎ／ｍｍ^２でｔ／Ｄが２５％の中空スタビライザー用電縫鋼管を製造することが可能になる。図３には、縮径圧延において鋼管の肉厚を増大させる圧延を行う場合について、縮径圧延前の電縫鋼管のｔ／Ｄを横軸に取り、電縫鋼管のｔ／Ｄ毎に縮径圧延によって製造可能な鋼管ｔ／Ｄの範囲を示している。図１との比較から明らかなように、増肉圧延を行うことにより、縮径圧延後における製造可能なｔ／Ｄの上限が拡大している。
【００１９】
ストレッチレデューサを用いた縮径圧延においては、２１段程度の絞り圧延機列を用いる。この圧延機列２１段のロール回転数および圧下力の調整により、管軸方向の張力および円周方向の圧縮力を制御し、肉厚を増加する絞り圧延を行うことが可能になった。縮径圧延においては、鋼管外径圧下により肉厚が増加するが、鋼管の管軸方向に働く張力により逆に肉厚が減少し、両者のバランスで最終肉厚が決定される。ＳＲ鋼管（ストレッチレデューサ縮径圧延鋼管）の肉厚は各スタンド間の張力により決定されるため、目標肉厚を得るための適正なスタンド間張力を圧延理論から求め、その張力が働くように各スタンドのロール回転数が決定される。
【００２０】
本発明は、肉厚が減少する縮径圧延を採用する場合において、強度が４００Ｎ／ｍｍ^２以上７５０Ｎ／ｍｍ^２以下でｔ／Ｄ≧２０％の中空スタビライザー用電縫鋼管を提供することができる。また、強度が４００Ｎ／ｍｍ^２以上７００Ｎ／ｍｍ^２以下でｔ／Ｄ≧２４％の中空スタビライザー用電縫鋼管を提供することができる。さらに、強度が４００Ｎ／ｍｍ^２以上６５０Ｎ／ｍｍ^２以下でｔ／Ｄ≧２５％の中空スタビライザー用電縫鋼管を提供することができる。
【００２１】
なお、スタビライザー加工時に引張強度が高いと成形荷重が大きくなり加工が難しくなり、それに伴い生産性も低下するため、引張強度の上限を７７５Ｎ／ｍｍ^２以下とすると好ましい。特に、高ｔ／Ｄかつ肉厚および外径が大きい場合は、前述のデメリットが大きくなる。このため、成形荷重を低減し、加工しやすくするために引張強度の上限を７７５Ｎ／ｍｍ^２以下とすると好ましい。
【００２２】
本発明は、肉厚が増大する縮径圧延を採用する場合において、強度が４００Ｎ／ｍｍ^２以上７７５Ｎ／ｍｍ^２以下でｔ／Ｄ≧２０％の中空スタビライザー用電縫鋼管を提供することができる。また、強度が４００Ｎ／ｍｍ^２以上７２５Ｎ／ｍｍ^２以下でｔ／Ｄ≧２４％の中空スタビライザー用電縫鋼管を提供することができる。さらに、強度が４００Ｎ／ｍｍ^２以上６７５Ｎ／ｍｍ^２以下でｔ／Ｄ≧２５％の中空スタビライザー用電縫鋼管を提供することができる。
【００２３】
ここにおいて、ｔ／Ｄ≧２０％は、６００Ｎ／ｍｍ^２以上でも増肉縮径圧延で製造可能となった。また、ｔ／Ｄ≧２４％は、５５０Ｎ／ｍｍ^２以上でも増肉縮径圧延で製造可能となった。さらに、ｔ／Ｄ≧２５％は、５００Ｎ／ｍｍ^２以上でも増肉縮径圧延で製造可能となった。
【００２４】
中空スタビライザー用電縫鋼管において、縮径圧延されてなる鋼管であることは、管軸方向に垂直な断面（Ｃ断面）の内表面の角張り状態の観察あるいは肉厚測定によって判定することができる。絞り圧延機は３ロールあるいは４ロールのスタンドを必要な台数分だけ直列に配置したものであり、通常はスタンド列のロール配置（Ａ、Ａ＋１番目）の間は、３ロールで６０°、４ロールで４５°だけ位相をずらした配置となっている。絞り圧延機で製造された鋼管の管軸方向に垂直な断面（Ｃ断面）の内面形状は、３ロール圧延機の場合で六角形、４ロール圧延機の場合で八角形となる。また、スタンド列のロール配置（Ａ、Ａ＋１、Ａ＋２、Ａ＋３番目）を３ロールで３０°、６０°、９０°とずらした場合、４ロールで２２．５°、４５°、６７．５°とずらした場合、それぞれ鋼管の内面形状は３ロールで十二角形、４ロールで十六角形となる。従って、電縫鋼管の内面が上記のような多角形を形成してなる場合には、この電縫鋼管が縮径圧延されてなることが判定できる。
【００２５】
縮径圧延された鋼管の金属組織は以下のような特徴を有している。まず、鋼管の管軸方向に垂直な断面（Ｃ断面）において、溶接衝合部左右のメタルフローの立上角度は、電縫溶接鋼管の場合は約６０°であるのに対し、縮径圧延された鋼管の場合、約８０°と大きくなるのが特徴である。また、縮径圧延されている鋼管のＣ断面金属組織は、電縫溶接鋼管と比較して細粒になっている。さらに縮径圧延前にγ領域に加熱されるため、電縫溶接部の熱影響部は存在しなくなる。以上のような特徴に基づき、当該鋼管が縮径圧延されてなる鋼管であるか否かを判定することができる。
【００２６】
中空スタビライザー用電縫鋼管において、伸管されてなる鋼管であることは、外表面肌の状態において伸管材の方が未伸管材よりも表面粗度が良好であること、また外形寸法精度が電縫鋼管および縮径圧延鋼管と比較して良好であること等から判定することができる。
【００２７】
本発明の中空スタビライザー用電縫鋼管を用いて形成したスタビライザーは、中実ではないので軽量化することが可能であり、ｔ／Ｄを大きくとることができるので高い剛性を要求されるスタビライザーとすることができる。また、継目無し鋼管を用いた場合と比較して安価に製造することができるとともに、電縫溶接条件の適正化により溶接部品質が良好となり、また縮径圧延時のγ領域加熱および圧延により、溶接部の金属組織および硬度が母材と同等となり、Ｃ断面において均一な状態となる。このため、縮径圧延された鋼管は継目無鋼管と同等の品質を有するという点で良好である。
【００２８】
電縫溶接時の溶接入熱および造管速度、ならびに溶接現象の３つの項目における最適溶接領域にて製造を行うことにより、溶接部品質に優れた電縫溶接鋼管を製造することができる。
【００２９】
縮径圧延において、溶接部の金属組織および硬度が母材と同等となるような加熱温度を選択し、縮径圧延時に鋼管の座屈および破断が生じない圧延を実施することにより、均一な組織および均一な溶接部硬度分布を有する縮径圧延鋼管を得ることができる。
【００３０】
伸管において、内面寸法を制御する方法により、空引き、心金引き、玉引き等の伸管方法があるため、目的に応じて適切な方法を適用することが望ましい。
【００３１】
【発明の効果】
ｔ／Ｄの大きな中空スタビライザーにおいて、電縫溶接鋼管の使用が可能になったため、従来の鍛接鋼管や継目無し鋼管に比較し、低コストでの提供が可能になるとともに、表面性状等の品質を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】縮径圧延前のｔ／Ｄ毎に、減肉縮径圧延における製造可能ｔ／Ｄ範囲を示す図である。
【図２】熱延鋼板引張強さと電縫鋼管造管可能上限ｔ／Ｄとの関係を示す図である。
【図３】縮径圧延前のｔ／Ｄ毎に、増肉縮径圧延における製造可能ｔ／Ｄ範囲を示す図である。

Claims

肉厚ｔと外径Ｄの％比がｔ／Ｄ≧２０％であることを特徴とする中空スタビライザー用電縫溶接鋼管。
引張強度が４００Ｎ／ｍｍ^２以上７７５Ｎ／ｍｍ^２以下であることを特徴とする請求項１に記載の中空スタビライザー用電縫溶接鋼管。
電縫溶接後に縮径圧延されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の中空スタビライザー用電縫溶接鋼管。
伸管されてなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の中空スタビライザー用電縫溶接鋼管。
縮径圧延において、鋼管の肉厚を増大させることを特徴とする請求項３又は４に記載の中空スタビライザー用電縫溶接鋼管の製造方法。