JP2004099935A - ハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ｒＬ が高く、かつΔｒの絶対値が小さくすなわち異方性が小さく、加えてｎ値も優れた、ハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材およびその製造方法を提供する。
【解決手段】上記熱延素材は、Ｃ：０．０５〜０．２０％ 、Ｓｉ：０．００１ 〜０．８０％ 、Ｍｎ：０．３０〜１．８％、Ｓ：０．０１％ 以下、Ｐ：０．０２％ 以下、Ａｌ：０．０１〜０．１０％ 、Ｏ：０．００５％以下、Ｎ：０．０１％ 以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、引張強度が３７０ 〜６１０ ＭＰａ 、ｒＬ が０．８５以上、｜Δｒ｜が０．１０以下である。このものは、前記組成になるスラブを、１０００℃以上に加熱し、次いで熱間圧延する際、仕上圧延後段の合計圧下率を７５％ 以上、仕上圧延終了温度をＡ３ （℃）（＝９１０−３１０＊Ｃ−８０＊Ｍｎ＋４０＊Ｓｉ−２０＊Ｃｕ−５０＊Ｎｉ−８０＊Ｍｏ＋１００＊Ｖ ）＋５０℃以上とし、仕上圧延終了から１秒以上放冷後、冷却速度３５℃／ｓ以下で強制冷却し巻き取ることにより製造される。
【選択図】 図１
【解決手段】上記熱延素材は、Ｃ：０．０５〜０．２０％ 、Ｓｉ：０．００１ 〜０．８０％ 、Ｍｎ：０．３０〜１．８％、Ｓ：０．０１％ 以下、Ｐ：０．０２％ 以下、Ａｌ：０．０１〜０．１０％ 、Ｏ：０．００５％以下、Ｎ：０．０１％ 以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、引張強度が３７０ 〜６１０ ＭＰａ 、ｒＬ が０．８５以上、｜Δｒ｜が０．１０以下である。このものは、前記組成になるスラブを、１０００℃以上に加熱し、次いで熱間圧延する際、仕上圧延後段の合計圧下率を７５％ 以上、仕上圧延終了温度をＡ３ （℃）（＝９１０−３１０＊Ｃ−８０＊Ｍｎ＋４０＊Ｓｉ−２０＊Ｃｕ−５０＊Ｎｉ−８０＊Ｍｏ＋１００＊Ｖ ）＋５０℃以上とし、仕上圧延終了から１秒以上放冷後、冷却速度３５℃／ｓ以下で強制冷却し巻き取ることにより製造される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材およびその製造方法に関する。ここで、熱延素材とは、熱延ままの鋼板、これを焼鈍した鋼板、前二者のいずれかを酸洗した鋼板、この酸洗した鋼板に耐錆性を付与する表面処理を施した鋼板のうちのいずれかを指す。また、表面処理とは、溶融亜鉛メッキまたは電気亜鉛メッキを指す。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の衝突安全性が強く要求されるようになり、補強強度部材の採用により車体重量が増加する傾向があった。そこで、鋼材の高強度化および部品構造の改良により車体重量の軽量化が図られるようになった。最近では、さらに部品点数の削減などの要求からハイドロフォーム成形などの新しい加工方法が取り入れられつつある。このハイドロフォーム成形は、コスト削減や設計の自由度が広がるなどの利点が期待されている。
【０００３】
このハイドロフォーム成形に適した材料が必要となり、強軸押しモードのハイドロフォーム成形が実施される場合は、鋼管の長手方向のｒ値が高いことが要求される。また、管端固定モードではｎ値が高いことが要求される。しかしながら、自動車の足回り部品などに用いられる厚肉の熱延鋼板では、圧延方向のｒ値（ｒＬ ）は、圧延方向から４５度方向のｒ値（ｒＤ ）および圧延方向から９０度方向のｒ値（ｒＣ ）に比較し低く、Ｌ方向、Ｄ方向、Ｃ方向（圧延方向から０度、４５度、９０度）の順に並べると、逆Ｖ字型の異方性を示す。
【０００４】
なお、特許文献１では、特定化学組成を有し引張強度＝３２０ 〜６００ＭＰａ、ｒＬ ≧１．３ になる高強度冷延鋼板およびこれを素材とした鋼管が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２７９３３０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ハイドロフォーム成形用鋼管の素材として、要求される板厚は１．４ ｍｍ以上の厚物材が多く、熱延鋼板を適用できれば冷延鋼板の場合よりもさらにコストを削減することができる。既存の熱延鋼板はｒＬ が低く、かつΔｒ（＝（ｒＬ ＋ｒＣ ）／２−ｒＤ ）も大きいので、とくにｒＬ を向上させることが必要である。ｒ値異方性を低減させることにより鋼管長手方向のｒ値を高めることができる。また、実際のハイドロフォーム加工では、強軸押しモードだけではなく、管端固定モードの成形加工要素も実施されるため、ｎ値も要求される。
【０００７】
本発明は、これらの点に鑑み、ｒＬ が高く、かつΔｒの絶対値が小さくすなわち異方性が小さく、加えてｎ値も優れた、ハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、成形性に優れたハイドロフォーム用鋼管を得るため、熱延素材のｒＬ を高め、Δｒの絶対値を小さくし、ｎ値を高くする手段を鋭意検討した結果完成されたものであり、その要旨は以下のとおりである。
（１）質量％ で、Ｃ：０．０５〜０．２０％ 、Ｓｉ：０．００１ 〜０．８０％ 、Ｍｎ：０．３０〜１．８％、Ｓ：０．０１％ 以下、Ｐ：０．０２％ 以下、Ａｌ：０．０１〜０．１０％ 、Ｏ：０．００５％以下、Ｎ：０．０１％ 以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、引張強度が３７０ 〜６１０ ＭＰａ 、ｒＬ が０．８５以上、｜Δｒ｜が０．１０以下であることを特徴とするハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材。
【０００９】
（２）さらに、質量％ で、Ｃｕ：０．０１〜０．３％、Ｎｉ：０．０１〜０．３％、Ｍｏ：０．０１〜０．２％、Ｖ：０．０１〜０．０５％ 、Ｃａ：０．００１５〜０．００４０％ のうち１種または２種以上を含有することを特徴とする（１）記載のハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材。
（３）ｎ値が０．１８以上であることを特徴とする（１）または（２）に記載のハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材。
【００１０】
（４）質量％ で、Ｃ：０．０５〜０．２０％ 、Ｓｉ：０．００１ 〜０．８０％ 、Ｍｎ：０．３０〜１．８％、Ｓ：０．０１％ 以下、Ｐ：０．０２％ 以下、Ａｌ：０．０１〜０．１０％ 、Ｏ：０．００５％以下、Ｎ：０．０１％ 以下を含有し、あるいはさらに、Ｃｕ：０．０１〜０．３％、Ｎｉ：０．０１〜０．３％、Ｍｏ：０．０１〜０．２％、Ｖ：０．０１〜０．０５％ 、Ｃａ：０．００１５〜０．００４０％ のうち１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるスラブを、１０００℃以上に加熱し、次いで熱間圧延する際、仕上圧延後段の合計圧下率を７５％ 以上、仕上圧延終了温度を下記Ａ３ （℃）＋５０℃以上とし、仕上圧延終了から１秒以上放冷後、冷却速度３５℃／ｓ以下で強制冷却し巻き取ることを特徴とするハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材の製造方法。
【００１１】
記
Ａ３ ＝９１０−３１０＊Ｃ−８０＊Ｍｎ＋４０＊Ｓｉ−２０＊Ｃｕ−５０＊Ｎｉ−８０＊Ｍｏ＋１００＊Ｖ
右辺の元素記号＝同号元素の鋼中成分含有量（質量％ ）、＊＝積演算子
（５）巻き取り温度を７００ ℃以下とすることを特徴とする（４）記載のハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材の製造方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
まず、化学組成の限定理由を述べる。
Ｃ：０．０５〜０．２０％
３７０ＭＰａ以上の引張強度を得るためにはＣ量を０．０５％ 以上とする必要がある。これ未満では強度を確保するのが難しい。一方、Ｃ量が０．２０％ を超えると溶接性およびｒ値の低下が顕著になるので０．２０％ 以下とした。
【００１３】
Ｓｉ：０．００１ 〜０．８０％
Ｓｉは固溶強化により鋼強度を高める働きがあり、所望の引張強度に応じて添加する。Ｓｉ量が０．００１％未満となるように添加するのは製鋼技術上困難であるため０．００１％以上とした。一方、Ｓｉ量が０．８０％ を超えると融点が低いスケール（ファイヤライトなど）が形成しやすく、表面外観を損なう虞があるので０．８０％ 以下とした。なお、好ましくは０．５０％ 以下である。
【００１４】
Ｍｎ：０．３０〜１．８％
Ｍｎは強度を増加させるのに有効な固溶強化元素であり、所望の引張強度に応じて添加量を変更する。ＭｎＳ 析出によりＳの粒界偏析を防止するためにＭｎ量は０．３０％ 以上が必要である。一方、Ｍｎ量が１．８％を超えると、熱延後に強い変態集合組織が形成し、ｒＬ の低下および｜Δｒ｜の増大を招くので、１．８％以下とした。好ましくは０．５０〜１．０％である。
【００１５】
Ｓ：０．０１％ 以下
Ｓ量が０．０１％ を超えると熱間圧延時に粒界割れを引き起こす懸念があるので、０．０１％ 以下とした。好ましくは０．００６％以下である。
Ｐ：０．０２％ 以下
Ｐは電縫溶接性に悪影響を及ぼし、特に溶接部の疲労強度を低下させる。電縫溶接部の不具合を防止する観点からＰは０．０２％ 以下とする。
【００１６】
Ａｌ：０．０１〜０．１０％
Ａｌは、溶製時に脱酸剤として添加するが、脱酸を確実にする観点から、脱酸に消費されてアルミナ系酸化物となって浮上した残りのＡｌの含有量が０．０１％ 以上となるよう添加するものとした。一方、Ａｌ量が０．１０％ を超えるような添加では表面性状の不具合を生じる懸念があるので、０．１０％ 以下とした。
【００１７】
Ｏ：０．００５％以下
鋼中酸化物の増加はハイドロフォーム成形時のバースト発生の原因になる懸念があるため、Ｏ量は０．００５％以下とした。
Ｎ：０．０１％ 以下
過剰なＮは成形性を低下させるため、Ｎ量は０．０１％ 以下とした。なお、ｒ値をさらに良くする観点から、固溶Ｎ量が３０ｐｐｍ （質量ｐｐｍ の意、以下同じ）以下であることが好ましい。
【００１８】
本発明の熱延素材は、さらに、必要に応じて、Ｃｕ：０．０１〜０．３％、Ｎｉ：０．０１〜０．３％、Ｍｏ：０．０１〜０．２％、Ｖ：０．０１〜０．０５％ 、Ｃａ：０．００１５〜０．００４０％ を含むものであってもよい。Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｖは高強度化に有効な元素であり、上記の範囲内であればｒＬ を低下させることなく用いることができる。
また、ＣａはＣａ硫化物を形成することにより、粗大伸展性向をもつ酸化物系介在物の形成を防止し、溶接部の靭性および強度を改善する効果がある上記範囲で添加することができる。かかるＣａの効果は０．００１５％ 未満では不充分であり、一方、０．００４０％ 超では前記効果が飽和するばかりでなく加工性を低下させる懸念がある。
【００１９】
次に、機械的性質の限定理由を述べる。
本発明の熱延素材では、ハイドロフォーム用鋼管の加工モードが強軸押しモードの場合、特に管軸方向（圧延方向に一致）のｒ値（熱延素材のｒＬ に対応）が高いことが要求されるため、ｒＬ を０．８５以上に規制し、かつ異方性をなくすため｜Δｒ｜を０．１０以下に規制する。これにより、ハイドロフォーム成形性が良くなる。
【００２０】
また、実部品では単純な強軸押しモードによる加工以外に管端固定モードでも成形される場合が多いのであるが、本発明では、ｎ値を０．１８以上と規制すると、管端固定モードのハイドロフォーム成形性も向上するので好ましい。
なお、本発明の熱延素材では、フェライトの平均結晶粒径が８μｍ 超のものとすると、ｒ値およびｎ値がさらに高くなるので、より一層好ましい。
【００２１】
本発明でｒＬ 、Δｒ、あるいはさらにｎ値を上記のように定めた拠所にした実験とその結果について以下に述べる。
上記本発明範囲の化学組成を有する熱延まま鋼板のうちｒＬ 、Δｒおよびｎ値の異なるものを素材として、肉厚１．６ｍｍ ×外径６３．５ｍｍの鋼管を電縫溶接法により管軸方向を鋼板圧延方向に一致させて作製し、自由バルジ試験を行なった。自由バルジ試験とは、両端部を金型で拘束し中央部は無拘束とした管にその一端または両端から内圧を加え、強軸押しモードまたは管端固定モードで中央部を拡径させる試験をいう。
【００２２】
図１は、自由バルジ試験における限界拡管率ＬＢＲ （Ｌｉｍｉｔｉｎｇ Ｂｕｌｄｇｉｎｇ Ｒａｔｉｏ） に及ぼすｒＬ 、Δｒの影響を示したものである。ここで、ＬＢＲ はｄ／ｄ０−１ （×１００％）（ただしｄ：バーストなしに拡管する最大拡管径、ｄ０：素管径）で定義される。図１より、ＬＢＲ を高めるためには、単にｒＬ を高めるだけでは不充分で、ｒＬ 、Δｒを特定範囲すなわちｒＬ ≧０．８５かつ｜Δｒ｜≦０．１０にすることが重要であることが判る。
【００２３】
図２は、管端移動を伴わない時の限界拡管率ＬＢＲ（０）に及ぼすｎ値、ｒＬ の影響を示すもので、これは管端固定モードの成形性を表している。明らかに、ｎ値とｒＬ の双方を高めることによりＬＢＲ（０）が増大し、成形性が良くなることが判る。特に、ｒＬ ≧０．８５、ｎ値≧０．１８の範囲では良好である。このように、管端固定モードおよび強軸押しモードという双方の成形モードに対応した鋼管が得られる。
【００２４】
引張強度（ＴＳ）については、これが３７０ＭＰａ未満では十分な軽量化効果が得られず、一方、６１０ＭＰａ超では延性が低下してハイドロフォーム成形が困難となるので、３７０ 〜６１０ＭＰａとする。
次に、製造方法について述べる。
スラブの加熱温度は、低すぎると熱延時の変形抵抗が増大したり、初期組織が熱延に継承されるようになるため１０００℃以上とする。なお、加熱温度は、高すぎると表面スケール生成量が増加するため１３５０℃以下とするのが好ましい。
【００２５】
本発明において、仕上圧延後段の合計圧下率、仕上圧延終了温度、冷却開始タイミングおよび冷却速度は重要であり、これらの条件を組合わせ制御して初めてｒＬ ≧０．８５、｜Δｒ｜≦０．１０、ｎ≧０．１８の熱延鋼板を安定的に製造できる。
仕上圧延後段の合計圧下率：仕上圧延に用いるタンデム圧延機の後段の合計圧下率（＝累積圧下率）を７５％ 以上とする。ここで、後段とは、仕上圧延の全パス数をＮとすると、Ｎが奇数のとき第（Ｎ＋１）／２パスから最終の第Ｎパスまでを指し、Ｎが偶数のとき第Ｎ／２パスから最終の第Ｎパスまでを指す。後段の合計圧下率が７５％ 未満では、オーステナイト組織の均一化が不充分であり、ｒＬ が低下し、｜Δｒ｜の増加を招く。
【００２６】
仕上圧延終了温度（ＦＤＴ）と冷却開始タイミング（Ｃｓｔ）：ＦＤＴ を下記Ａ３ （℃）＋５０℃以上とし、Ｃｓｔ を仕上最終パス終了から１秒以上経過（この間は放冷）後とする必要がある。
記
Ａ３ ＝９１０−３１０＊Ｃ−８０＊Ｍｎ＋４０＊Ｓｉ−２０＊Ｃｕ−５０＊Ｎｉ−８０＊Ｍｏ＋１００＊Ｖ
右辺の元素記号＝同号元素の鋼中成分含有量（質量％ ）、＊＝積演算子
これは、ＦＤＴ をフェライト変態開始温度よりも高め、かつ冷却開始を遅延させることにより、十分に再結晶が進行したオーステナイト組織からフェライト変態させ、変態集合組織の形成を抑える手段であって、これにより、｜Δｒ｜の低減化およびｒＬ の増大が具現する。さらに、十分に再結晶が進行したオーステナイト組織からフェライト変態させるので、該変態後のフェライト粒は、平均結晶粒径が８μｍ 超の比較的粗大な整粒となることから、ｎ値が増大する。
【００２７】
冷却速度：熱延後強制冷却（ホットランクーリング）の冷却速度の増加に伴い、平均ｒ値は増加するもののｒＬ は低下し、その結果、例えば図３に示すようにΔｒが−０．１０ を大きく下回るようになるので、冷却速度を３５℃／ｓ以下に制御するものとした。冷却速度が３５℃／ｓを超えると組成的過冷により、フェライト変態核の生成に選択性が生じるため好ましくないと考える。なお、冷却速度が小さすぎるとフェライト粒の異常粒成長による不均一な粗大化が起こり、材質のバラツキが生じる懸念があるので、冷却速度は１０℃／ｓ以上とするのが好ましい。
【００２８】
巻き取り温度：巻き取り温度が７００ ℃を超えると、フェライト粒の異常粒成長による不均一な粗大化が起こり、材質のバラツキが生じる懸念があるので、巻き取り温度は７００ ℃以下とするのが好ましい。
【００２９】
【実施例】
表１に示す化学組成になる鋼を溶製し、表２に示す熱延条件で圧延した。得られた熱延鋼板（熱延ままの鋼板）の機械的特性を、固溶Ｎ量、平均フェライト結晶粒径と併せて表３に示す。熱延鋼板の機械的特性の評価はＪＩＳ ５号引張試験片を作製して実施し、ｒ値の測定は１０％ または１５％ 引張にて実施した（均一伸びが１５％ 未満の場合、１０％ 引張とした）。
【００３０】
表３より明らかなとおり、本発明範囲内にある発明例は良好なｒＬ 、Δｒ、ｎ値を示し、本発明範囲外にある比較例は特性を満足しない。
また、これら熱延鋼板を素材として肉厚１．６ｍｍ ×外径６３．５ｍｍφ形状の電縫鋼管（素材鋼板の圧延方向が管軸方向に一致）を作製し、自由バルジ試験を行なった。自由バルジ試験における強軸押しモードでの限界拡管率ＬＢＲ と管端固定モードでのＬＢＲ（０）を求め、表３に併記した。発明例は両モードで良好なハイドロフォーム成形性を示した。
【００３１】
【表１】
【００３２】
【表２】
【００３３】
【表３】
【００３４】
なお、この実施例では、熱延素材が熱延ままの鋼板である場合を示したが、本発明は、これに限るものではなく、熱延素材が、熱延ままの鋼板を焼鈍した鋼板、この焼鈍した鋼板もしくは熱延ままの鋼板を酸洗した鋼板、この酸洗した鋼板に耐錆性を付与する表面処理を施した鋼板のうちのいずれである場合でも、同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、ｒＬ が高く、異方性が小さい、加えてｎ値も優れたハイドロフォーム用鋼管の熱延素材を提供できるようになるという効果を奏する。また、実際のハイドロフォーム加工では強軸押しモードだけではなく管端固定モードの成形加工要素も必要とされるが、本発明の熱延素材は、このような複合成形に適用できる鋼管の安定製造供給を可能にするので、例えば、自動車車体の製造コスト低減および衝突安全性向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＬＢＲ に及ぼすｒＬ 、Δｒの影響を示す図である。
【図２】ＬＢＲ（０）に及ぼすｎ値、ｒＬ の影響を示す図である。
【図３】Δｒに及ぼす冷却速度の影響を示す図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材およびその製造方法に関する。ここで、熱延素材とは、熱延ままの鋼板、これを焼鈍した鋼板、前二者のいずれかを酸洗した鋼板、この酸洗した鋼板に耐錆性を付与する表面処理を施した鋼板のうちのいずれかを指す。また、表面処理とは、溶融亜鉛メッキまたは電気亜鉛メッキを指す。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の衝突安全性が強く要求されるようになり、補強強度部材の採用により車体重量が増加する傾向があった。そこで、鋼材の高強度化および部品構造の改良により車体重量の軽量化が図られるようになった。最近では、さらに部品点数の削減などの要求からハイドロフォーム成形などの新しい加工方法が取り入れられつつある。このハイドロフォーム成形は、コスト削減や設計の自由度が広がるなどの利点が期待されている。
【０００３】
このハイドロフォーム成形に適した材料が必要となり、強軸押しモードのハイドロフォーム成形が実施される場合は、鋼管の長手方向のｒ値が高いことが要求される。また、管端固定モードではｎ値が高いことが要求される。しかしながら、自動車の足回り部品などに用いられる厚肉の熱延鋼板では、圧延方向のｒ値（ｒＬ ）は、圧延方向から４５度方向のｒ値（ｒＤ ）および圧延方向から９０度方向のｒ値（ｒＣ ）に比較し低く、Ｌ方向、Ｄ方向、Ｃ方向（圧延方向から０度、４５度、９０度）の順に並べると、逆Ｖ字型の異方性を示す。
【０００４】
なお、特許文献１では、特定化学組成を有し引張強度＝３２０ 〜６００ＭＰａ、ｒＬ ≧１．３ になる高強度冷延鋼板およびこれを素材とした鋼管が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２７９３３０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ハイドロフォーム成形用鋼管の素材として、要求される板厚は１．４ ｍｍ以上の厚物材が多く、熱延鋼板を適用できれば冷延鋼板の場合よりもさらにコストを削減することができる。既存の熱延鋼板はｒＬ が低く、かつΔｒ（＝（ｒＬ ＋ｒＣ ）／２−ｒＤ ）も大きいので、とくにｒＬ を向上させることが必要である。ｒ値異方性を低減させることにより鋼管長手方向のｒ値を高めることができる。また、実際のハイドロフォーム加工では、強軸押しモードだけではなく、管端固定モードの成形加工要素も実施されるため、ｎ値も要求される。
【０００７】
本発明は、これらの点に鑑み、ｒＬ が高く、かつΔｒの絶対値が小さくすなわち異方性が小さく、加えてｎ値も優れた、ハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、成形性に優れたハイドロフォーム用鋼管を得るため、熱延素材のｒＬ を高め、Δｒの絶対値を小さくし、ｎ値を高くする手段を鋭意検討した結果完成されたものであり、その要旨は以下のとおりである。
（１）質量％ で、Ｃ：０．０５〜０．２０％ 、Ｓｉ：０．００１ 〜０．８０％ 、Ｍｎ：０．３０〜１．８％、Ｓ：０．０１％ 以下、Ｐ：０．０２％ 以下、Ａｌ：０．０１〜０．１０％ 、Ｏ：０．００５％以下、Ｎ：０．０１％ 以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、引張強度が３７０ 〜６１０ ＭＰａ 、ｒＬ が０．８５以上、｜Δｒ｜が０．１０以下であることを特徴とするハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材。
【０００９】
（２）さらに、質量％ で、Ｃｕ：０．０１〜０．３％、Ｎｉ：０．０１〜０．３％、Ｍｏ：０．０１〜０．２％、Ｖ：０．０１〜０．０５％ 、Ｃａ：０．００１５〜０．００４０％ のうち１種または２種以上を含有することを特徴とする（１）記載のハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材。
（３）ｎ値が０．１８以上であることを特徴とする（１）または（２）に記載のハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材。
【００１０】
（４）質量％ で、Ｃ：０．０５〜０．２０％ 、Ｓｉ：０．００１ 〜０．８０％ 、Ｍｎ：０．３０〜１．８％、Ｓ：０．０１％ 以下、Ｐ：０．０２％ 以下、Ａｌ：０．０１〜０．１０％ 、Ｏ：０．００５％以下、Ｎ：０．０１％ 以下を含有し、あるいはさらに、Ｃｕ：０．０１〜０．３％、Ｎｉ：０．０１〜０．３％、Ｍｏ：０．０１〜０．２％、Ｖ：０．０１〜０．０５％ 、Ｃａ：０．００１５〜０．００４０％ のうち１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるスラブを、１０００℃以上に加熱し、次いで熱間圧延する際、仕上圧延後段の合計圧下率を７５％ 以上、仕上圧延終了温度を下記Ａ３ （℃）＋５０℃以上とし、仕上圧延終了から１秒以上放冷後、冷却速度３５℃／ｓ以下で強制冷却し巻き取ることを特徴とするハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材の製造方法。
【００１１】
記
Ａ３ ＝９１０−３１０＊Ｃ−８０＊Ｍｎ＋４０＊Ｓｉ−２０＊Ｃｕ−５０＊Ｎｉ−８０＊Ｍｏ＋１００＊Ｖ
右辺の元素記号＝同号元素の鋼中成分含有量（質量％ ）、＊＝積演算子
（５）巻き取り温度を７００ ℃以下とすることを特徴とする（４）記載のハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材の製造方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
まず、化学組成の限定理由を述べる。
Ｃ：０．０５〜０．２０％
３７０ＭＰａ以上の引張強度を得るためにはＣ量を０．０５％ 以上とする必要がある。これ未満では強度を確保するのが難しい。一方、Ｃ量が０．２０％ を超えると溶接性およびｒ値の低下が顕著になるので０．２０％ 以下とした。
【００１３】
Ｓｉ：０．００１ 〜０．８０％
Ｓｉは固溶強化により鋼強度を高める働きがあり、所望の引張強度に応じて添加する。Ｓｉ量が０．００１％未満となるように添加するのは製鋼技術上困難であるため０．００１％以上とした。一方、Ｓｉ量が０．８０％ を超えると融点が低いスケール（ファイヤライトなど）が形成しやすく、表面外観を損なう虞があるので０．８０％ 以下とした。なお、好ましくは０．５０％ 以下である。
【００１４】
Ｍｎ：０．３０〜１．８％
Ｍｎは強度を増加させるのに有効な固溶強化元素であり、所望の引張強度に応じて添加量を変更する。ＭｎＳ 析出によりＳの粒界偏析を防止するためにＭｎ量は０．３０％ 以上が必要である。一方、Ｍｎ量が１．８％を超えると、熱延後に強い変態集合組織が形成し、ｒＬ の低下および｜Δｒ｜の増大を招くので、１．８％以下とした。好ましくは０．５０〜１．０％である。
【００１５】
Ｓ：０．０１％ 以下
Ｓ量が０．０１％ を超えると熱間圧延時に粒界割れを引き起こす懸念があるので、０．０１％ 以下とした。好ましくは０．００６％以下である。
Ｐ：０．０２％ 以下
Ｐは電縫溶接性に悪影響を及ぼし、特に溶接部の疲労強度を低下させる。電縫溶接部の不具合を防止する観点からＰは０．０２％ 以下とする。
【００１６】
Ａｌ：０．０１〜０．１０％
Ａｌは、溶製時に脱酸剤として添加するが、脱酸を確実にする観点から、脱酸に消費されてアルミナ系酸化物となって浮上した残りのＡｌの含有量が０．０１％ 以上となるよう添加するものとした。一方、Ａｌ量が０．１０％ を超えるような添加では表面性状の不具合を生じる懸念があるので、０．１０％ 以下とした。
【００１７】
Ｏ：０．００５％以下
鋼中酸化物の増加はハイドロフォーム成形時のバースト発生の原因になる懸念があるため、Ｏ量は０．００５％以下とした。
Ｎ：０．０１％ 以下
過剰なＮは成形性を低下させるため、Ｎ量は０．０１％ 以下とした。なお、ｒ値をさらに良くする観点から、固溶Ｎ量が３０ｐｐｍ （質量ｐｐｍ の意、以下同じ）以下であることが好ましい。
【００１８】
本発明の熱延素材は、さらに、必要に応じて、Ｃｕ：０．０１〜０．３％、Ｎｉ：０．０１〜０．３％、Ｍｏ：０．０１〜０．２％、Ｖ：０．０１〜０．０５％ 、Ｃａ：０．００１５〜０．００４０％ を含むものであってもよい。Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｖは高強度化に有効な元素であり、上記の範囲内であればｒＬ を低下させることなく用いることができる。
また、ＣａはＣａ硫化物を形成することにより、粗大伸展性向をもつ酸化物系介在物の形成を防止し、溶接部の靭性および強度を改善する効果がある上記範囲で添加することができる。かかるＣａの効果は０．００１５％ 未満では不充分であり、一方、０．００４０％ 超では前記効果が飽和するばかりでなく加工性を低下させる懸念がある。
【００１９】
次に、機械的性質の限定理由を述べる。
本発明の熱延素材では、ハイドロフォーム用鋼管の加工モードが強軸押しモードの場合、特に管軸方向（圧延方向に一致）のｒ値（熱延素材のｒＬ に対応）が高いことが要求されるため、ｒＬ を０．８５以上に規制し、かつ異方性をなくすため｜Δｒ｜を０．１０以下に規制する。これにより、ハイドロフォーム成形性が良くなる。
【００２０】
また、実部品では単純な強軸押しモードによる加工以外に管端固定モードでも成形される場合が多いのであるが、本発明では、ｎ値を０．１８以上と規制すると、管端固定モードのハイドロフォーム成形性も向上するので好ましい。
なお、本発明の熱延素材では、フェライトの平均結晶粒径が８μｍ 超のものとすると、ｒ値およびｎ値がさらに高くなるので、より一層好ましい。
【００２１】
本発明でｒＬ 、Δｒ、あるいはさらにｎ値を上記のように定めた拠所にした実験とその結果について以下に述べる。
上記本発明範囲の化学組成を有する熱延まま鋼板のうちｒＬ 、Δｒおよびｎ値の異なるものを素材として、肉厚１．６ｍｍ ×外径６３．５ｍｍの鋼管を電縫溶接法により管軸方向を鋼板圧延方向に一致させて作製し、自由バルジ試験を行なった。自由バルジ試験とは、両端部を金型で拘束し中央部は無拘束とした管にその一端または両端から内圧を加え、強軸押しモードまたは管端固定モードで中央部を拡径させる試験をいう。
【００２２】
図１は、自由バルジ試験における限界拡管率ＬＢＲ （Ｌｉｍｉｔｉｎｇ Ｂｕｌｄｇｉｎｇ Ｒａｔｉｏ） に及ぼすｒＬ 、Δｒの影響を示したものである。ここで、ＬＢＲ はｄ／ｄ０−１ （×１００％）（ただしｄ：バーストなしに拡管する最大拡管径、ｄ０：素管径）で定義される。図１より、ＬＢＲ を高めるためには、単にｒＬ を高めるだけでは不充分で、ｒＬ 、Δｒを特定範囲すなわちｒＬ ≧０．８５かつ｜Δｒ｜≦０．１０にすることが重要であることが判る。
【００２３】
図２は、管端移動を伴わない時の限界拡管率ＬＢＲ（０）に及ぼすｎ値、ｒＬ の影響を示すもので、これは管端固定モードの成形性を表している。明らかに、ｎ値とｒＬ の双方を高めることによりＬＢＲ（０）が増大し、成形性が良くなることが判る。特に、ｒＬ ≧０．８５、ｎ値≧０．１８の範囲では良好である。このように、管端固定モードおよび強軸押しモードという双方の成形モードに対応した鋼管が得られる。
【００２４】
引張強度（ＴＳ）については、これが３７０ＭＰａ未満では十分な軽量化効果が得られず、一方、６１０ＭＰａ超では延性が低下してハイドロフォーム成形が困難となるので、３７０ 〜６１０ＭＰａとする。
次に、製造方法について述べる。
スラブの加熱温度は、低すぎると熱延時の変形抵抗が増大したり、初期組織が熱延に継承されるようになるため１０００℃以上とする。なお、加熱温度は、高すぎると表面スケール生成量が増加するため１３５０℃以下とするのが好ましい。
【００２５】
本発明において、仕上圧延後段の合計圧下率、仕上圧延終了温度、冷却開始タイミングおよび冷却速度は重要であり、これらの条件を組合わせ制御して初めてｒＬ ≧０．８５、｜Δｒ｜≦０．１０、ｎ≧０．１８の熱延鋼板を安定的に製造できる。
仕上圧延後段の合計圧下率：仕上圧延に用いるタンデム圧延機の後段の合計圧下率（＝累積圧下率）を７５％ 以上とする。ここで、後段とは、仕上圧延の全パス数をＮとすると、Ｎが奇数のとき第（Ｎ＋１）／２パスから最終の第Ｎパスまでを指し、Ｎが偶数のとき第Ｎ／２パスから最終の第Ｎパスまでを指す。後段の合計圧下率が７５％ 未満では、オーステナイト組織の均一化が不充分であり、ｒＬ が低下し、｜Δｒ｜の増加を招く。
【００２６】
仕上圧延終了温度（ＦＤＴ）と冷却開始タイミング（Ｃｓｔ）：ＦＤＴ を下記Ａ３ （℃）＋５０℃以上とし、Ｃｓｔ を仕上最終パス終了から１秒以上経過（この間は放冷）後とする必要がある。
記
Ａ３ ＝９１０−３１０＊Ｃ−８０＊Ｍｎ＋４０＊Ｓｉ−２０＊Ｃｕ−５０＊Ｎｉ−８０＊Ｍｏ＋１００＊Ｖ
右辺の元素記号＝同号元素の鋼中成分含有量（質量％ ）、＊＝積演算子
これは、ＦＤＴ をフェライト変態開始温度よりも高め、かつ冷却開始を遅延させることにより、十分に再結晶が進行したオーステナイト組織からフェライト変態させ、変態集合組織の形成を抑える手段であって、これにより、｜Δｒ｜の低減化およびｒＬ の増大が具現する。さらに、十分に再結晶が進行したオーステナイト組織からフェライト変態させるので、該変態後のフェライト粒は、平均結晶粒径が８μｍ 超の比較的粗大な整粒となることから、ｎ値が増大する。
【００２７】
冷却速度：熱延後強制冷却（ホットランクーリング）の冷却速度の増加に伴い、平均ｒ値は増加するもののｒＬ は低下し、その結果、例えば図３に示すようにΔｒが−０．１０ を大きく下回るようになるので、冷却速度を３５℃／ｓ以下に制御するものとした。冷却速度が３５℃／ｓを超えると組成的過冷により、フェライト変態核の生成に選択性が生じるため好ましくないと考える。なお、冷却速度が小さすぎるとフェライト粒の異常粒成長による不均一な粗大化が起こり、材質のバラツキが生じる懸念があるので、冷却速度は１０℃／ｓ以上とするのが好ましい。
【００２８】
巻き取り温度：巻き取り温度が７００ ℃を超えると、フェライト粒の異常粒成長による不均一な粗大化が起こり、材質のバラツキが生じる懸念があるので、巻き取り温度は７００ ℃以下とするのが好ましい。
【００２９】
【実施例】
表１に示す化学組成になる鋼を溶製し、表２に示す熱延条件で圧延した。得られた熱延鋼板（熱延ままの鋼板）の機械的特性を、固溶Ｎ量、平均フェライト結晶粒径と併せて表３に示す。熱延鋼板の機械的特性の評価はＪＩＳ ５号引張試験片を作製して実施し、ｒ値の測定は１０％ または１５％ 引張にて実施した（均一伸びが１５％ 未満の場合、１０％ 引張とした）。
【００３０】
表３より明らかなとおり、本発明範囲内にある発明例は良好なｒＬ 、Δｒ、ｎ値を示し、本発明範囲外にある比較例は特性を満足しない。
また、これら熱延鋼板を素材として肉厚１．６ｍｍ ×外径６３．５ｍｍφ形状の電縫鋼管（素材鋼板の圧延方向が管軸方向に一致）を作製し、自由バルジ試験を行なった。自由バルジ試験における強軸押しモードでの限界拡管率ＬＢＲ と管端固定モードでのＬＢＲ（０）を求め、表３に併記した。発明例は両モードで良好なハイドロフォーム成形性を示した。
【００３１】
【表１】
【表２】
【表３】
なお、この実施例では、熱延素材が熱延ままの鋼板である場合を示したが、本発明は、これに限るものではなく、熱延素材が、熱延ままの鋼板を焼鈍した鋼板、この焼鈍した鋼板もしくは熱延ままの鋼板を酸洗した鋼板、この酸洗した鋼板に耐錆性を付与する表面処理を施した鋼板のうちのいずれである場合でも、同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、ｒＬ が高く、異方性が小さい、加えてｎ値も優れたハイドロフォーム用鋼管の熱延素材を提供できるようになるという効果を奏する。また、実際のハイドロフォーム加工では強軸押しモードだけではなく管端固定モードの成形加工要素も必要とされるが、本発明の熱延素材は、このような複合成形に適用できる鋼管の安定製造供給を可能にするので、例えば、自動車車体の製造コスト低減および衝突安全性向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＬＢＲ に及ぼすｒＬ 、Δｒの影響を示す図である。
【図２】ＬＢＲ（０）に及ぼすｎ値、ｒＬ の影響を示す図である。
【図３】Δｒに及ぼす冷却速度の影響を示す図である。
Claims (5)
- 質量％ で、Ｃ：０．０５〜０．２０％ 、Ｓｉ：０．００１ 〜０．８０％ 、Ｍｎ：０．３０〜１．８％、Ｓ：０．０１％ 以下、Ｐ：０．０２％ 以下、Ａｌ：０．０１〜０．１０％ 、Ｏ：０．００５％以下、Ｎ：０．０１％ 以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、引張強度が３７０ 〜６１０ ＭＰａ 、ｒＬ が０．８５以上、｜Δｒ｜が０．１０以下であることを特徴とするハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材。
- さらに、質量％ で、Ｃｕ：０．０１〜０．３％、Ｎｉ：０．０１〜０．３％、Ｍｏ：０．０１〜０．２％、Ｖ：０．０１〜０．０５％ 、Ｃａ：０．００１５〜０．００４０％ のうち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記載のハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材。
- ｎ値が０．１８以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材。
- 質量％ で、Ｃ：０．０５〜０．２０％ 、Ｓｉ：０．００１ 〜０．８０％ 、Ｍｎ：０．３０〜１．８％、Ｓ：０．０１％ 以下、Ｐ：０．０２％ 以下、Ａｌ：０．０１〜０．１０％ 、Ｏ：０．００５％以下、Ｎ：０．０１％ 以下を含有し、あるいはさらに、Ｃｕ：０．０１〜０．３％、Ｎｉ：０．０１〜０．３％、Ｍｏ：０．０１〜０．２％、Ｖ：０．０１〜０．０５％ 、Ｃａ：０．００１５〜０．００４０％ のうち１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるスラブを、１０００℃以上に加熱し、次いで熱間圧延する際、仕上圧延後段の合計圧下率を７５％ 以上、仕上圧延終了温度を下記Ａ３ （℃）＋５０℃以上とし、仕上圧延終了から１秒以上放冷後、冷却速度３５℃／ｓ以下で強制冷却し巻き取ることを特徴とするハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材の製造方法。
記
Ａ３ ＝９１０−３１０＊Ｃ−８０＊Ｍｎ＋４０＊Ｓｉ−２０＊Ｃｕ−５０＊Ｎｉ−８０＊Ｍｏ＋１００＊Ｖ
右辺の元素記号＝同号元素の鋼中成分含有量（質量％ ）、＊＝積演算子 - 巻き取り温度を７００ ℃以下とすることを特徴とする請求項４記載のハイドロフォーム成形用鋼管の熱延素材の製造方法。
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