JP2005256018A

JP2005256018A - 造管時のビードカット性に優れた溶融アルミニウムめっき電縫鋼管用素材

Info

Publication number: JP2005256018A
Application number: JP2004065106A
Authority: JP
Inventors: Takashi Matsumoto; 孝松元; Yuichi Higo; 裕一肥後; Toshiro Yamada; 利郎山田
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd; Nisshin Kokan Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd; Nippon Steel Nisshin Pipe Co Ltd
Priority date: 2004-03-09
Filing date: 2004-03-09
Publication date: 2005-09-22

Abstract

【課題】
Ｔｉ添加の極低炭素鋼板に溶融アルミニウムめっきを施した鋼板において、十分な成形性を確保しつつ、造管時のビードカット性に優れた電縫鋼管用素材を提供する。
【解決手段】
Ｃ：０.００１〜０.０１５質量％，Ｓｉ：１.０質量％以下，Ｍｎ：０.１〜２.０質量％，Ｐ：０.１質量％以下，Ｓ：０.０１質量％以下，酸可溶Ａｌ：０.０１〜０.１０質量％，Ｎ：０.０１質量％以下，Ｔｉ：（48／12×Ｃ＋48／32×Ｓ＋48／14×Ｎ）＋０.０１〜０.１０質量％及びＢ：０.０００３〜０.００５質量％を含有し、さらに必要に応じてＮｂ：０.０１〜０.１質量％，Ｖ：０.０１〜０.１０質量％及びＺｒ：０.０１〜０.１０質量％の１種又は２種以上を含み、残部が実質的にＦｅの組成をもつ下地鋼板に溶融アルミニウムめっきを施す。
【効果】
所定量のＢ添加により、溶接ビードが適度に硬質化するとともにミクロ組織の粗大化を防止することによって切削されやすくなる。
【選択図】なし

Description

本発明は、縮管や拡管成形が施される自動車部品等の機械構造体などに使用される溶融アルミニウムめっき電縫鋼管用の素材鋼板であって、成形性と造管時のビードカット性に優れた溶融アルミニウムめっき電縫鋼管用素材に関する。

自動車用部品やその他の機械構造用鋼板として、特に深絞り性や張出し性が求められる場合には、一般に、Ｔｉ添加の極低炭素鋼鋼板が用いられている。そして軟鋼クラスから高張力鋼クラスまで種々のＴｉ添加極低炭素鋼鋼板が開発されている。
また、一方で自動車用部品等は、腐食性の強い環境で使用されることが多いために、低炭素鋼鋼板等を下地鋼板として溶融アルミニウムめっきが施された鋼板が素材として使用されている（例えば、特許文献１参照）。しかも、溶融アルミニウムめっき鋼板を高周波溶接により、いわゆる電縫鋼管を製造して使用している（例えば、特許文献２参照）。
低炭素鋼板を電縫鋼管の素材とした場合には、素材自身が加工性に乏しいために縮管や拡管成形して使用する鋼管の素材としては不十分である。このため、前記したようなＴｉを添加して成形性を向上させた鋼板が電縫鋼管用の素材として用いられている。

ところで、電縫鋼管製造時には、溶接ビードが形成される。鋼管の外径，内径が変わるので、少なくとも外径を保証するために外面の溶接ビードを切削除去している。内径を保証する際には内面の溶接ビードも除去している。
電縫造管時の溶接ビード除去（以下、「ビードカット」と称す。）は、材料が電縫鋼管製造ミルのサイジングロールから高周波コイル、ウェルドロールを経て溶接された後に、溶接機の後方に固定された切削バイト等の刃物を溶接ビード部に強く押し当てることにより、いわば固定された刃物に対して材料が接触しながら走行することによって行われている。

特開昭６０−１６５３６６号公報特開２００１−３０３２３２号公報

Ｔｉを含有させた極低炭素鋼板に溶融アルミニウムめっきを施した鋼板を高周波溶接して電縫鋼管を製造するとき、二つの問題点がある。
すなわち、第一点目は、造管後にビードカットする際に、めっき層を構成しているアルミニウム部も同時に切除されるため、このビードカット部においては耐食性や耐高温酸化性の劣化を防止することが不可能になる。
第二点目は、Ｔｉ添加極低炭素鋼鋼板は溶接時に生成するビードのカット性が極めて悪いことである。
第一点目のアルミニウムめっき層が除去される点は、例えば上記特許文献１で提案されたような、アルミニウム系金属を溶射被覆することによって、補うことが可能である。
しかしながら、第二点目の低いビードカット性は、電縫鋼管製造時の製造歩留まりの低下を招く等、経済的不利益を生じる原因となっている。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、Ｔｉ添加の極低炭素鋼板に溶融アルミニウムめっきを施した鋼板において、十分な成形性を有するとともに、造管時のビードカット性に優れた電縫鋼管用素材を提供することを目的とする。

本発明の溶融アルミニウムめっき電縫鋼管用素材は、その目的を達成するため、Ｃ：０.００１〜０.０１５質量％，Ｓｉ：１.０質量％以下，Ｍｎ：０.１〜２.０質量％，Ｐ：０.１質量％以下，Ｓ：０.０１質量％以下，酸可溶Ａｌ：０.０１〜０.１０質量％，Ｎ：０.０１質量％以下，Ｔｉ：（48／12×Ｃ＋48／32×Ｓ＋48／14×Ｎ）＋０.０１〜０.１０質量％及びＢ：０.０００３〜０.００５質量％を含有し、残部が実質的にＦｅの組成をもつ下地鋼板に溶融アルミニウムめっきが施されていることを特徴とする。
溶融アルミニウムめっきが施される下地鋼板は、さらにＮｂ：０.０１〜０.１質量％，Ｖ：０.０１〜０.１０質量％及びＺｒ：０.０１〜０.１０質量％の１種又は２種以上を含むものであってもよい。

本発明は、加工性を損なわずに、造管時のビードカット性に優れる鋼組成を種々検討した結果、見出されたものである。
溶融アルミニウムめっきを施す極低炭素鋼板において、特にＴｉ含有量を調整することにより十分な成形性を確保するとともに、所定量のＢを含有させることにより造管時に形成された溶接ビードの硬さを適度に硬いものにし、ミクロ粗大化を防止してビードカット性を向上することができている。

Ｔｉを添加した極低炭素鋼板を用いたときにビードカット性が劣る理由は明らかでないが、Ｔｉ添加極低炭素鋼のＡｒ₃変態点が約９００と高いためにミクロ組織が粗くなることと、ビードカット時の温度での強度が低いことが大きな要因として作用していると推察される。そこで、本発明者等は、ビードカット時の温度での素材強度を高め、かつミクロ組織の粗大化を防止することで、ビードカット性を向上させる手法について検討した。その結果、上記のような成分組成を調整することに到達したものである。

以下、本発明における溶融アルミニウムめっき電縫鋼管用素材の化学成分の作用および含有量を限定した理由について、個別に説明する。
Ｃ：０.００１〜０.０１５質量％
基本的には、完全非時効をねらってＴｉ等の炭窒化物形成元素で鋼中微細析出物として固定する。０.０１５質量％を超えると鋼中微細析出物が増大し、加工性が低下する。０.００１質量％に満たないように低下させることは、現状の製鋼脱炭能力を勘案すると、製造コストのアップにつながる。

Ｓｉ：１.０質量％以下
固溶強化によって、室温および高温での強度向上に有効な元素である。しかし、１.０質量％を超える過剰の添加は、加工性や表面性状を劣化させることになる。
Ｍｎ：０.１〜２.０質量％
固溶強化によって、室温および高温での強度向上に有効な元素である。しかし、２.０質量％を超える過剰の添加は、加工性や表面性状を劣化させることになる。０.１質量％に満たないと、連続鋳造時に割れが発生しやすくなる。

Ｐ：０.１質量％以下
高強度化に有効な合金元素である。しかし、０.１質量％を超える過剰の添加は、加工性を劣化させることになる。さらに縮管成形後の二次加工割れが発生しやすくなる。
Ｓ：０.０１質量％以下
Ｓは熱間加工性，冷間加工性に有害な成分であることから、可能な限りその含有量を低減することが好ましい。０.０１質量％を超えると成形性が極端に低下する。また連続鋳造時にＭｎＳに起因する熱間脆化割れが起こりやすくなる。

酸可溶Ａｌ：０.０１０〜０.１０質量％
Ａｌは、製鋼段階で脱酸剤として添加される合金成分である。十分な脱酸効果を得るためには、酸可溶Ａｌとして０.０１０質量％以上の添加が必要である。しかし、０.１０質量％を超える過剰の添加は、鋼中のＡｌ系酸化物を増加させることになり、縮管および拡管成形時に割れを生じやすくすることになる。
Ｎ：０.０１質量％以下
基本的には、完全非時効をねらってＴｉ等の炭窒化物形成元素で鋼中微細析出物として固定する。０.０１質量％を超えると鋼中微細析出物が増大し、加工性が著しく低下する。製造コストが許す限り、極力少なくすることが好ましい。

Ｔｉ：（48／12×Ｃ＋48／32×Ｓ＋48／14×Ｎ）＋０.０１〜０.１０質量％
基本的には、Ｃ，Ｎを固定して完全非時効とする。固溶Ｃ，Ｎの激減により、加工性を改善することができる。Ｓも硫化物として固定し、上述のＴｉ系炭窒化物と共存することで加工性を向上させることができる。０.１０質量％を超える量のＴｉを添加しても、Ｔｉの添加効果が飽和し、却って製造コストの上昇を招く。

Ｂ：０.０００３〜０.００５質量％
本発明の最も特徴的な成分である。造管時、高周波溶接された鋼管は速やかに冷却されている。Ｂを含有させることにより、Ｂの焼入れ硬化作用により溶接ビードを適度に硬質化し、かつミクロ組織の粗大化を防止することによって、かえってビードカット性が向上しているものと推察される。Ｂの添加量が０.０００３質量％に満たないと、硬質化作用は発現しない。しかし、０.００５質量％を超える過剰の添加は、素材としての成形性を低下させることになって、成形時に座屈が生じやすくなる。

Ｎｂ：０.０１〜０.１質量％，Ｖ：０.０１〜０.１０質量％及びＺｒ：０.０１〜０.１０質量％の１種又は２種以上
Ｎｂ，Ｚｒ，Ｖは、固溶Ｃを微細な炭化物として固定して縮管および拡管成形に対して加工性を改善する作用を有している。また組織の微細化を通して、縮管および拡管成形後の二次加工割れを抑制する作用も有している。それらの効果はそれぞれ０.０１質量％に満たないと認められない。しかし、それぞれ０.１０質量％を超える過剰の添加は、作用が飽和し、製造コストの上昇につながる。

成分調整された鋼材は、常法にしたがって板材にされる。
その後、常法にしたがって溶融アルミニウムめっきが施される。溶融アルミニウムめっきには、純アルミニウムめっきを適用することもできるが、耐熱用途を考慮してＳｉ：５〜１１質量％を含有するＡｌ−Ｓｉ合金めっきとすることが好ましい。

表１に示す成分組成の鋼スラブを熱間圧延にて板厚３.２ｍｍの熱延鋼板とし、酸洗・冷延後、板厚１.２ｍｍの冷延鋼板を得た。引き続き、この冷延板をインライン還元焼鈍型（８００℃）の溶融アルミニウムラインを通板し、造管ラインにて電縫鋼管を製造した。
電縫鋼管用の素材について、先ずＪＩＳＺ２２０１の５号試験片を用い、室温での引張り特性を調査した。さらに溶融アルミニウムめっき電縫鋼管は、手作業にて外面ビード，内面ビードを切削し、３工程のプレス加工にて縮管および拡管成形を行った（縮管率６０％および拡管率１７０％）。
外面ビード，内面ビードの切削性については、標準的なバイトを有する実験室レベルの切削機を用いて切削し、平滑度合いを目視検査にて評価した。
その結果を表２に示す。
なお、電縫鋼管の縮管および拡管の成形性の調査は、電縫鋼管の外面ビード，内面ビードを手作業によりカットした後、実施したものである。さらに、評価結果中、○印は全く問題がなかったもの、△印は辛うじて成形できたもの、×印は目視で欠陥が認められたものである。

表２に示す結果からもわかるように、所定量のＢを含有させた溶融アルミニウムめっき鋼板を使用したものにあっては、成形性に問題はなく、ビードカット性も良かった。これに対して、Ｂを添加していない鋼Ｎｏ．４の溶融アルミニウムめっき鋼板を使用したものにあっては、ビードカット性が悪かった。また、Ｂを過剰に添加した鋼Ｎｏ．９の溶融アルミニウムめっき鋼板を使用したものにあっては、ビードカット性は良かったが、成形性の点で劣化していた。

以上に説明したように、本発明によれば、素材鋼板に所定量のＢを含有させることにより、溶接ビードが適度に硬質化するとともにミクロ組織の粗大化を防止することができ、ビードカット性を向上することができている。
このため、製鋼工程，熱間圧延工程，溶融アルミニウムめっき工程ならびに造管工程において特別な手段を採用することなく、単にＴｉやＢの含有量を調整することのみの普通鋼に近い鋼成分で、経済性に優れ、かつ造管時のビードカット性に優れた溶融アルミニウムめっき電縫鋼管用素材を製造することができる。したがって、本発明は、例えば自動車の排気系部品を対象とするような、縮管や拡管成形して使用される溶融アルミニウムめっき電縫鋼管を低コストで提供することを可能とするため、溶融アルミニウムめっき電縫鋼管の使用量の大幅な増加につながると期待される。

Claims

Ｃ：０.００１〜０.０１５質量％，Ｓｉ：１.０質量％以下，Ｍｎ：０.１〜２.０質量％，Ｐ：０.１質量％以下，Ｓ：０.０１質量％以下，酸可溶Ａｌ：０.０１〜０.１０質量％，Ｎ：０.０１質量％以下，Ｔｉ：（48／12×Ｃ＋48／32×Ｓ＋48／14×Ｎ）＋０.０１〜０.１０質量％及びＢ：０.０００３〜０.００５質量％を含有し、残部が実質的にＦｅの組成をもつ下地鋼板に溶融アルミニウムめっきが施されていることを特徴とする、造管時のビードカット性に優れた溶融アルミニウムめっき電縫鋼管用素材。
下地鋼板が、さらにＮｂ：０.０１〜０.１質量％，Ｖ：０.０１〜０.１０質量％及びＺｒ：０.０１〜０.１０質量％の１種又は２種以上を含むものである請求項１記載の造管時のビードカット性に優れた溶融アルミニウムめっき電縫鋼管用素材。