JP2007508452A - 低温において超高強度と優秀な靭性を有する低炭素合金鋼管及びその製造法 - Google Patents
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Abstract
Description
Ceq=%C+%Mn/6+(%Cr+%Mo+%V)/5+(%Ni+%Cu)/15で定義されるような炭素当量は、必要とされる溶接性を得るために約0.63%未満でなければならない。本発明の好適な具体例において、上に定義した炭素当量は、より良好な溶接性を保証するために、約0.60%未満であるべきである。
器を製造するために、容器のいずれかの端に、適当な技術、例えば摩擦溶接、ガスタングステンア−ク溶接、またはレーザー溶接によって端蓋及び拡散器を溶接する。これらの溶接は非常に厳密であり、かなりの労力を必要とする。即ちある場合には圧力容器全体に溶接の無欠を保証し且つエアバッグの膨張を保証するために試験が必要である。これらの溶接は、亀裂や欠陥を生じ、蓄圧器の無欠性及びおそらくエアバッグ作動に危険を招くと見られてきた。
1.鋼の製造
2.鋼の鋳造
3.ツ−ホット(tue hot)ロ−リング処理
4.加熱ロ−ルくぼみ処理
5.冷延伸
6.熱処理
7.冷延伸された管の仕上げ操作
Cは鋼の強度を安価に増強させる元素であるが、その含量が0.06%未満である場合には所望の強度を得ることが困難である。一方鋼が0.18%超のC含量の時には、冷加工性、溶接性、及び靭性が低下する。それゆえにC量の範囲は0.06%−0.18%である。C含量に対する好適な範囲は0.07%−0.12%であり、更に好適な範囲は0.08%−0.11%である。
Mnは鋼の焼入れ性を増加させるのに有効で、それゆえにその強度及び靭性を向上させる。含量が0.5%未満の場合には所望の強度を得るのが困難であり、一方1.5%を越えるとバンド(banding)構造が顕著となり、靭性が低下する。従って、Mn含量は、0.5%−1.5%である。しかしながら、好適なMn範囲は1.00−1.40%であり、更に好適な範囲は1.03%−0.18%である。
Siは鋼製造工程中の脱酸素化効果を有し且つ鋼の強度を向上させる元素である。Si含量が0.10%未満である場合、鋼は酸化に敏感である。一方それが0.50%を越える場合、靭性と加工性の両方が低下する。それゆえにSi含量は、0.1%−0.5%である。好適なSi範囲は0.15−0.35%である。
Sは鋼の靭性を低下させる元素である。従って、S含量は最大0.015%に限定される。好適な最大値は0.010%であり、より好適な最大値は0.003%である。
Pは鋼の靭性を低下させる元素である。従って、P含量は最大0.025%に制限される。好適な最大値は0.015%、より好適な最大値は0.012%である。
Niは鋼の強度及び靭性を向上させる元素であるが、非常に費用がかかるので最大0.50%に制限される。好適な最大値は0.20%、より好適な最大値は0.10%である。
Crは鋼の強度、靭性、及び耐腐食性の向上に有効である。その含量が0.10%未満の場合所望の強度を得るのが困難であり、一方1.0%を越える場合溶接領域における靭性は著しく低下する。従ってCr含量は0.1%−1.0%である。しかしながら好適なCr範囲は0.55−0.80%、より好適な範囲は0.63−0.73%である。
Moは鋼の強度を向上させるのに有効であり且つ焼き戻し(tempering)中の軟化の遅延に寄与する元素である。その含量が0.10%未満の場合には所望の強度を得るのが難しく、一方1.0%を越えると溶接領域での靭性は著しく低下する。従って、Mo含量は0.1%−1.0%である。しかしながら、このフェロアロイは高価であり、最大含量を低下させることが必要である。それゆえに好適なMo範囲は0.30−0.50%、より好適な範囲は0.40−0.45%である。
Vは例え少量で添加されても鋼の強度を向上させるのに有効であり、焼き戻し中の軟化を遅延させる。V含量は0.01%−0.10%で最適であることが分かった。しかしながら、このフェロアロイは高価であり、最大含量を低下させることが必要である。それゆ
えに、好適なV範囲は0.01−0.07%、より好適な範囲は0.03−0.05%である。
Tiは例え少量で添加されても鋼の強度を向上させるのに有効である。Ti含量は0.01%−0.10%で最適であることが分かった。しかしながら、このフェロアロイは高価であり、最大含量を低下させることが必要である。それゆえに、好適なTi範囲は0.01−0.05%、より好適な範囲は0.025−0.035%である。
この元素は、管の耐腐食性を改善する。かくしてその含量は0.05−0.35%の範囲であり、好適な範囲は0.15%−0.30%である。
この元素は鋼製造中に鋼に添加されて、包有物含量を低下させ且つ鋼粒子を純化する。好適なアルミニウム含量は0.010%−0.050%である。
ニオビウム 最大0.05%
Sn 最大0.05%
Sb 最大0.05%
Pb 最大0.05%
As 最大0.05%
S+P≦0.025
次の工程は、穴を開け且つロール処理してシ−ムレス鋼管を形成しうる鋼棒を製造するための鋼の鋳造である。鋼は、鋼ショップ(shop)で、鋼軸に沿って均一な直径を有する丸い固体のビレット(billet)に鋳造される。
っ直ぐにする装置で真っ直ぐにし、1つまたはそれ以上の異なる公知の技術で非破壊試験をする。好ましくはこの種の用途に対しては、管は公知の超音波及び電磁気技術で試験すべきである。
降伏強度 約125ksi(862MPa)最小
より好ましくは約135ksi(930MPa)最小
引張り強度 約145ksi(1000MPa)最小
伸長 約9%最小
高度 約40HRC最小
より好ましくは約37HRC最小
(ASTM E23による)の代わりに、室温及び低温の両方で行われる破裂試験であることを見出した。これは、製品の比較的薄い壁厚と小さい外径が用いられ、それゆえにシャルピ−衝撃試験に対する標準的ASTM試料を管から横方向で機械で作ることができないという事実のためである。更にこの不完全な寸法のシャルピ−衝撃調査を達成するためには、平らにした変形物を湾曲した管検知器に適用しなければならない。これは鋼の機械的性質、特に衝撃強度に実用的な影響を及ぼす。それゆえに代表的な衝撃試験はこの方法を用いて得られなかった。
Claims (39)
- 重量%で、炭素約0.06%−約0.18%、マンガン約0.5%−約1.5%、ケイ素約0.1%−約0.5%、硫黄約0.015%まで、燐約0.025%まで、ニッケル約0.50%まで、クロム約0.1%−約1.0%、モリブデン約0.1%−約1.0%、バナジウム約0.01%−約0.10%、チタン約0.01%−約0.10%、銅約0.05%−約0.35%、アルミニウム約0.010%−約0.050%、ニオビウム約0.05%まで、残りの元素約0.15%まで、そして残部が鉄及び付随的な不純物、から本質的になる、但し少なくとも約145ksiの引張り強度を有し且つ−60℃未満の可鍛性−脆性転移温度を有する、低炭素合金鋼管。
- 鋼管が、重量%で、炭素約0.07%−約0.12%、マンガン約1.00%−約1.40%、ケイ素約0.15%−約0.35%、硫黄約0.010%まで、燐約0.015%まで、ニッケル約0.20%まで、クロム約0.55%−約0.80%、モリブデン約0.30%−約0.50%、バナジウム約0.01%−約0.07%、チタン約0.01%−約0.05%、銅約0.15%−約0.30%、アルミニウム約0.010%−約0.050%、ニオビウム約0.05%まで、残りの元素約0.15%まで、そして残部が鉄及び付随的な不純物、から本質的になる、請求項1の低炭素合金鋼管。
- 鋼管が、重量%で、炭素約0.08%−約0.11%、マンガン約1.03%−約1.18%、ケイ素約0.15%−約0.35%、硫黄約0.003%まで、燐約0.012%まで、ニッケル約0.10%まで、クロム約0.63%−約0.73%、モリブデン約0.40%−約0.45%、バナジウム約0.03%−約0.05%、チタン約0.025%−約0.035%、銅約0.15%−約0.30%、アルミニウム約0.010%−約0.050%、ニオビウム約0.05%まで、残りの元素約0.15%まで、そして残部が鉄及び付随的な不純物、から本質的になる、請求項1の低炭素合金鋼管。
- 鋼管が少なくとも約125ksiの降伏強度を有する、請求項1の低炭素合金鋼管。
- 鋼管が少なくとも約135ksiの降伏強度を有する、請求項1の低炭素合金鋼管。
- 鋼管が少なくとも約9%の破断伸長を有する、請求項1の低炭素合金鋼管。
- 鋼管が高々約40HRCの硬度を有する、請求項1の低炭素合金鋼管。
- 鋼管が高々約37HRCの硬度を有する、請求項1の低炭素合金鋼管。
- 鋼管が約0.63%未満の炭素当量を有する、但しこの炭素当量が式
Ceq=%C+%Mn/6+(%Cr+%Mo+%V)/5+(%Ni+%Cu)/15により決定される、請求項1の低炭素合金鋼管。 - 鋼管が約0.60%未満の炭素当量を有する、請求項9の低炭素合金鋼管。
- 鋼管が約0.56%未満の炭素当量を有する、請求項9の低炭素合金鋼管。
- 鋼管がASTM E45スタンダ−ド−ワ−スト・フィ−ルド(Worst Field)法で測定して、レベル2以下(シン(thin)シリーズ)及びレベル1以下(ヘビ−(heavy)シリーズ)の最大マイクロ包有物(inclision)量を有する、請求項1の低炭素合金鋼管。
- 寸法30μm以下の過大寸法の包有物量を有する、請求項13の低炭素合金鋼管。
- 全酸素量が20ppmまでに限定される、請求項14の低炭素合金鋼管。
- 鋼管がシ−ムレス型である、請求項1の低炭素合金鋼管。
- 請求項1の低炭素合金鋼管を含んでなる、貯気体膨張圧力容器。
- 請求項1の低炭素合金鋼管を含んでなる、自動車エアバッグ膨張容器。
- 重量%で、炭素約0.08%−約0.11%、マンガン約1.03%−約1.18%、ケイ素約0.15%−約0.35%、硫黄約0.003%まで、燐約0.012%まで、ニッケル約0.10%まで、クロム約0.63%−約0.73%、モリブデン約0.40%−約0.45%、バナジウム約0.03%−約0.05%、チタン約0.025%−約0.035%、銅約0.15%−約0.30%、アルミニウム約0.010%−約0.050%、ニオビウム約0.05%まで、残りの元素約0.15%まで、そして残部が鉄及び付随的な不純物から本質的になる、但し少なくとも約135ksiの降伏強度、少なくとも約145ksiの引張り強度、少なくとも約9%の破断伸長、高々約37HRCの硬度、及び−60℃未満の可鍛性−脆性転移温度を有する、低炭素合金鋼管。
- 鋼管がシ−ムレス型である、請求項19の低炭素合金鋼管。
- 請求項19の低炭素合金鋼管を含んでなる、貯気体膨張圧力容器。
- 請求項19の低炭素合金鋼管を含んでなる、自動車エアバッグ膨張容器。
- 重量%で、炭素約0.06%−約0.18%、マンガン約0.5%−約1.5%、ケイ素約0.1%−約0.5%、硫黄約0.015%まで、燐約0.025%まで、ニッケル約0.50%まで、クロム約0.1%−約1.0%、モリブデン約0.1%−約1.0%、バナジウム約0.01%−約0.10%、チタン約0.01%−約0.10%、銅約0
.05%−約0.35%、アルミニウム約0.010%−約0.050%、ニオビウム約0.05%まで、残りの元素約0.15%まで、そして残部が鉄及び付随的な不純物、から本質的になる鋼材からある長さの管を製造し、
この鋼管を冷延伸工程に供して所望の寸法を得、
冷延伸した鋼管を、誘導型オ−ステナイト化炉内で、毎秒少なくとも約100℃の加熱速度で、少なくともAc3の温度まで加熱してオ−ステナイト化し、
この加熱工程後、管が毎秒少なくとも約100℃の冷却速度下に、約室温に達するまで、鋼管を急冷流体内で急冷し、
急冷工程後、鋼管をAc1未満の温度で約2−30分間焼き戻す、
工程を含んでなる、貯気体膨張圧力容器用のある長さの鋼管を製造する方法。 - 製造される鋼管が、重量%で、炭素約0.07%−約0.12%、マンガン約1.00%−約1.40%、ケイ素約0.15%−約0.35%、硫黄約0.010%まで、燐約0.015%まで、ニッケル約0.20%まで、クロム約0.55%−約0.80%、モリブデン約0.30%−約0.50%、バナジウム約0.01%−約0.07%、チタン約0.01%−約0.05%、銅約0.15%−約0.30%、アルミニウム約0.010%−約0.050%、ニオビウム約0.05%まで、残りの元素約0.15%まで、そして残部が鉄及び付随的な不純物、から本質的になる、請求項23の方法。
- 製造される鋼管が、重量%で、炭素約0.08%−約0.11%、マンガン約1.03%−約1.18%、ケイ素約0.15%−約0.35%、硫黄約0.003%まで、燐約0.012%まで、ニッケル約0.10%まで、クロム約0.63%−約0.73%、モリブデン約0.40%−約0.45%、バナジウム約0.03%−約0.05%、チタン約0.025%−約0.035%、銅約0.15%−約0.30%、アルミニウム約0.010%−約0.050%、ニオビウム約0.05%まで、残りの元素約0.15%まで、そして残部が鉄及び付随的な不純物、から本質的になる、請求項23の方法。
- 最終鋼管が少なくとも約125ksiの降伏強度を有する、請求項23の方法。
- 最終鋼管が少なくとも約135ksiの降伏強度を有する、請求項23の方法。
- 最終鋼管が少なくとも約145ksiの引張り強度を有する、請求項23の方法。
- 最終鋼管が少なくとも約9%の破断伸長を有する、請求項23の方法。
- 最終鋼管が高々約40HRCの硬度を有する、請求項23の方法。
- 最終鋼管が高々約37HRCの硬度を有する、請求項23の方法。
- 最終鋼管が−60℃未満の可鍛性−脆性転移温度を有する、請求項23の方法。
- オ−ステナイト化加熱工程において、鋼管を約920−1050℃の温度まで加熱する、請求項23の方法。
- オ−ステナイト化加熱工程において、鋼管を毎秒少なくとも200℃の速度で加熱する、請求項23の方法。
- 急冷工程において、鋼管を毎秒少なくとも200℃の速度で冷却する、請求項23の方法。
- 焼き戻し工程において、鋼管を約400−600℃の温度で焼き戻す、請求項23の方法。
- 焼き戻し工程において、鋼管を約4−20分間焼き戻す、請求項36の方法。
- 焼き戻し鋼管を酸洗いし、ホスフェ−ト化し、そして油で処理する仕上げ工程を更に含んでなる、請求項23の方法。
- 重量%で、炭素約0.08%−約0.11%、マンガン約1.03%−約1.18%、ケイ素約0.15%−約0.35%、硫黄約0.003%まで、燐約0.012%まで、ニッケル約0.10%まで、クロム約0.63%−約0.73%、モリブデン約0.40%−約0.45%、バナジウム約0.03%−約0.05%、チタン約0.025%−約0.035%、銅約0.15%−約0.30%、アルミニウム約0.010%−約0.050%、ニオビウム約0.05%まで、残りの元素約0.15%まで、そして残部が鉄及び付随的な不純物から本質的になる鋼材からある長さの管を製造し、
この鋼管を冷延伸工程に供して所望の寸法を得、
冷延伸した鋼管を、誘導型オ−ステナイト化炉内で、毎秒少なくとも約200℃の加熱速度で、少なくとも約920−1050℃の温度まで加熱してオ−ステナイト化し、
この加熱工程後、管が毎秒少なくとも約200℃の冷却速度で、約室温に達するまで、鋼管を水に基づく急冷溶液内で急冷し、
急冷工程後、鋼管を約450−550℃の温度で約4−20分間焼き戻し、
この焼き戻した鋼管を酸洗いし、ホスフェ−ト化し、そして油で処理する仕上げ工程に供する、
ことを含んでなる、但し
最終鋼管が少なくとも約135ksiの降伏強度、少なくとも約145ksiの引張り強度、少なくとも約9%の破断伸長、高々約37HRCの硬度、及び−60℃未満の可鍛性−脆性転移温度を有する、
貯気体膨張圧力容器用のある長さの鋼管を製造する方法。
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