JP2015062920A - 電縫溶接部の信頼性に優れた高炭素電縫溶接鋼管の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】信頼性に優れた電縫溶接部を有する高炭素電縫溶接鋼管を提供する。
【解決手段】質量％で、C：0.30〜0.60％、Si：0.05〜0.50％、Mn：0.30〜2.0％、Al：0.50％以下、N：0.0100％以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成の高炭素鋼板を素材鋼板とし、素材鋼板を冷間加工により略円筒形状に成形し電縫溶接して電縫溶接鋼管とするに際し、該電縫溶接後に、絞り率：0.8％以下の冷間絞り圧延を施したのち、直ちに再加熱しあるいは冷却して再加熱し、850℃以上の温度域で、縮径率：10％以上の熱間縮径圧延を施す。これにより、電縫溶接部の欠陥発生が抑制されて信頼性に優れた電縫溶接部となり、信頼性が顕著に向上した高炭素電縫溶接鋼管が得られる。また、これらの高炭素電縫鋼管を素材とすることにより自動車部品の信頼性も向上する。
【選択図】図２
【解決手段】質量％で、C：0.30〜0.60％、Si：0.05〜0.50％、Mn：0.30〜2.0％、Al：0.50％以下、N：0.0100％以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成の高炭素鋼板を素材鋼板とし、素材鋼板を冷間加工により略円筒形状に成形し電縫溶接して電縫溶接鋼管とするに際し、該電縫溶接後に、絞り率：0.8％以下の冷間絞り圧延を施したのち、直ちに再加熱しあるいは冷却して再加熱し、850℃以上の温度域で、縮径率：10％以上の熱間縮径圧延を施す。これにより、電縫溶接部の欠陥発生が抑制されて信頼性に優れた電縫溶接部となり、信頼性が顕著に向上した高炭素電縫溶接鋼管が得られる。また、これらの高炭素電縫鋼管を素材とすることにより自動車部品の信頼性も向上する。
【選択図】図２
Description
本発明は、自動車等の中空機械部品用として好適な、高炭素電縫溶接鋼管の製造方法に係り、とくに電縫溶接部の信頼性向上に関する。
近年、地球環境の保全という観点から、自動車の燃費向上が強く要望され、自動車車体の軽量化が強く指向されている。そのため、従来、使用されていた中実素材に代えて、中空素材が使用されるようになってきた。自動車等に用いられる熱処理が必要な部品用の中空素材として、とくに、寸法精度が良好で、しかも表面脱炭が少ないことから、機械構造用高炭素鋼材である高炭素電縫溶接鋼管の利用が検討されている。
しかし、機械構造用高炭素鋼材では、炭素量が多くなるため、強度が増加し、伸びが低下するうえ、偏析が強くなる傾向を示す。このため、C、Mn、P等が強く偏析した偏析部では、高温での熱間加工性の低下が著しくなり、電縫溶接そのものが困難になったり、あるいは偏析部に起因して電縫溶接部に、高温割れ等の欠陥が多発し、鋼管としての加工性に問題を残していた。
このような問題に対して、例えば、特許文献１には、C：0.4〜0.8％、Si：0.15〜0.35％、Mn：0.3〜2.0％、P：0.030％以下、S：0.035％以下、Al：0.035％以下を含み、さらにMo：0.05〜0.15％を添加し、残部Feおよび不可避的不純物からなる機械構造用高炭素鋼電縫鋼管が記載されている。特許文献１に記載された技術では、Moを添加することにより、1000℃以上の熱間での加工性を大幅に改善でき、熱間加工性の優れた機械構造用高炭素鋼電縫鋼管となるとしている。
また、特許文献２には、C：0.3〜0.6％、Si：0.15〜0.35％、Mn：0.3〜1.5％、P：0.012％以下、S：0.035％以下、Al：0.035％以下を含み、連続鋳造した中心偏析部のP濃度がC濃度との関係で特定関係を満足する低いレベルに調整された高炭素スラブを熱間圧延して得た高炭素熱延コイルを素材として電縫鋼管を製造する、高加工性高炭素電縫鋼管の製造方法が記載されている。特許文献２に記載された技術によれば、電縫溶接時における高温割れが抑制され、歩留りが向上するとともに、バルジ成形などの苛酷な加工を受けても、偏析部での脆化割れが生じる可能性が低く、高炭素電縫鋼管の加工性が向上するとしている。
また、特許文献３には、C：0.30〜0.60％、P：0.012％以下を含む高炭素鋼を連続鋳造して中心偏析部のP濃度がC濃度との関係で特定関係を満足する低いレベルに調整された高炭素鋼スラブとし、この高炭素鋼スラブを熱間圧延して得た高炭素熱延コイルを素材として、成形ロール群により円筒状のオープンパイプとしたのち、オープンパイプの両エッジを、好ましくは加熱幅を通常より広い2〜4ｍｍとしかつ800〜1000℃に予熱して電縫溶接し、ついで電縫溶接部を空冷する高加工性機械構造用高炭素鋼電縫鋼管の製造方法が記載されている。特許文献３に記載された技術によれば、電縫溶接時における高温割れが抑制され、歩留りが向上するとともに、電縫溶接部の硬さが低減し、バルジ成形などの苛酷な加工を受けても、溶接部での割れを防止でき、高炭素電縫鋼管の加工性が向上するとしている。
また、特許文献４には、C：0.03〜0.30％、Si：0.50〜3.00％、Mn：0.30〜3.00％を含む組成の電縫鋼管を電縫溶接後、その溶接部を800〜1000℃に加熱した後、Ａr３変態点以上から20〜200℃/sで急冷して、電縫溶接部に残留オーステナイトを残存させ電縫溶接部の加工性を高める、電縫溶接部熱処理方法が記載されている。特許文献４に記載された技術によれば、電縫溶接部の延性が向上し、ハイドロフォームなどの厳しい加工にも耐えることができる電縫鋼管となるとしている。
最近では、とくに自動車等の安全性確保の観点から、自動車等の部品には、高い信頼性を保持することが厳しく要求されるようになっている。とくに、部品用素材として電縫溶接鋼管を用いる場合には、従来に比して高い信頼性を有する電縫溶接部を有することが要求されている。しかしながら、特許文献１〜４に記載された技術では、電縫溶接部の疲労強度で代表される信頼性要求値を十分に満足できない場合が生じるという問題がある。
本発明は、かかる問題を解決して、信頼性に優れた電縫溶接部を有する高炭素電縫溶接鋼管を提供することを目的とする。なお、ここでいう「信頼性に優れた」とは、電縫溶接部に疲労強度に影響する欠陥が存在しない場合をいうものとする。具体的には、深さ0.2mm×長さ12.5mmのノッチを基準とし、6db感度アップで行った超音波探傷試験で欠陥が0個で、かつ外表面のねじり応力τを350MPaとして繰返し数：200万回までのねじり疲労試験で割れが発生しない場合をいうものとする。
本発明者らは、上記した目的を達成するため、従来の高炭素電縫溶接鋼管についてその信頼性が低い原因について鋭意検討した。その結果、従来の高炭素電縫溶接鋼管では、電縫溶接部に割れ等の欠陥が残りやすいためであることを見い出した。従来の高炭素電縫溶接鋼管では、所定の寸法形状に精度高く調整する必要性から、通常、電縫溶接終了後、冷間でサイザー絞り圧延や、曲り矯正を行っており、この絞り圧延や曲り矯正により、電縫溶接で硬化した電縫溶接部に割れが発生し、信頼性が低下したものと考えられる。
そこで、高炭素電縫溶接鋼管の場合には、電縫溶接終了後に、電縫溶接部のみを焼準し、その後、冷間でサイザー絞り圧延や、曲り矯正等の加工を行うことが考えられる。しかし、この方法によってもなお、十分な信頼性の向上は得られなかった。その原因については、現時点では明確にはなっていないが、引け巣状欠陥が関係している可能性が高いと推察される。というのは、低炭素鋼における電縫溶接では、通常、溶接部をスクイズロールで絞ることにより引け巣状欠陥を防止しているが、高炭素鋼の電縫溶接では、融点が低くなるため、スクイズロールを通過した後まで溶融部が残存し、引け巣状欠陥が発生しやすくなる場合があると考えられる。
このようなことから、本発明者らは、高炭素電縫溶接鋼管の更なる信頼性向上のためには、電縫溶接部に単純に熱処理を施して延性を向上させるのみではなく、電縫溶接部に発生した引け巣欠陥を潰すような加工（絞り圧延）を併せて施す必要があることに思い至った。
そして、更なる検討の結果、本発明者らは、高炭素電縫溶接鋼管の更なる信頼性向上のためには、電縫溶接直後の矯正等の冷間での加工を必要最小限に抑えたうえで、再加熱し、850℃以上の温度域で、10％以上の縮径率で熱間縮径圧延を施すことが有効であることを見出した。なお、再加熱に際しては、誘導加熱を利用することが加熱時間の短縮化が可能でかつ脱炭を抑制できることも知見した。
そして、更なる検討の結果、本発明者らは、高炭素電縫溶接鋼管の更なる信頼性向上のためには、電縫溶接直後の矯正等の冷間での加工を必要最小限に抑えたうえで、再加熱し、850℃以上の温度域で、10％以上の縮径率で熱間縮径圧延を施すことが有効であることを見出した。なお、再加熱に際しては、誘導加熱を利用することが加熱時間の短縮化が可能でかつ脱炭を抑制できることも知見した。
本発明の基礎となった実験結果について説明する。
質量％で、0.37％C−0.25％Si−1.50％Mn−0.025％Al−0.004％N−0.02％Ti−0.002％Bを含有する組成の高炭素鋼板（板厚：7.9mm）を素材鋼板とし、複数ロールを用いて略円筒形状に冷間成形し、相対する端面同士を突合せ、電縫溶接して電縫溶接鋼管（外径89.1mmφ）とした。電縫溶接したのち、冷間でサイザー圧延機を用いて、絞り率：0〜1.2％で冷間絞り圧延を施した。得られた電縫溶接鋼管について、とくに電縫溶接部について超音波探傷検査し、欠陥箇所の個数（欠陥個数）を測定した。超音波探傷は、深さ0.2mm×長さ12.5mmのノッチを基準として6db感度アップして行った。得られた結果を図１に示す。図１から、冷間絞り圧延の絞り率が0.8％を超えると、欠陥発生が顕著となることがわかる。
質量％で、0.37％C−0.25％Si−1.50％Mn−0.025％Al−0.004％N−0.02％Ti−0.002％Bを含有する組成の高炭素鋼板（板厚：7.9mm）を素材鋼板とし、複数ロールを用いて略円筒形状に冷間成形し、相対する端面同士を突合せ、電縫溶接して電縫溶接鋼管（外径89.1mmφ）とした。電縫溶接したのち、冷間でサイザー圧延機を用いて、絞り率：0〜1.2％で冷間絞り圧延を施した。得られた電縫溶接鋼管について、とくに電縫溶接部について超音波探傷検査し、欠陥箇所の個数（欠陥個数）を測定した。超音波探傷は、深さ0.2mm×長さ12.5mmのノッチを基準として6db感度アップして行った。得られた結果を図１に示す。図１から、冷間絞り圧延の絞り率が0.8％を超えると、欠陥発生が顕著となることがわかる。
また、電縫溶接後、絞り率：0.1％の冷間絞り圧延を行ったのち、直ちに980℃に再加熱し、850℃以上の温度域での縮径率を0〜30％まで変化して熱間縮径圧延を施した。得られた電縫溶接鋼管について、電縫溶接部を超音波探傷検査し、欠陥箇所の個数（欠陥個数）を測定した。超音波探傷検査の条件は電縫溶接後と同様とした。得られた結果を、図２に示す。図２から、縮径率：10％未満の熱間縮径圧延では、電縫溶接部の欠陥の発生が顕著であり、10％を超えると、顕著に欠陥の発生が減少することがわかる。
本発明は、かかる知見に基づき、更なる検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
（１）素材鋼板を冷間加工により略円筒形状に成形したのち、相対する端面同士を突合せ、電縫溶接して電縫溶接鋼管とする電縫溶接鋼管の製造方法において、前記素材鋼板を、質量％で、C：0.30〜0.60％、Si：0.05〜0.50％、Mn：0.30〜2.0％、Al：0.50％以下、N：0.0100％以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成の高炭素鋼板とし、前記電縫溶接後に、絞り率：0.8％以下の冷間絞り圧延を施したのち、直ちに再加熱しあるいは冷却して再加熱し、850℃以上の温度域で、縮径率：10％以上の熱間縮径圧延を施して、信頼性に優れた電縫溶接部とすることを特徴とする高炭素電縫溶接鋼管の製造方法。
（１）素材鋼板を冷間加工により略円筒形状に成形したのち、相対する端面同士を突合せ、電縫溶接して電縫溶接鋼管とする電縫溶接鋼管の製造方法において、前記素材鋼板を、質量％で、C：0.30〜0.60％、Si：0.05〜0.50％、Mn：0.30〜2.0％、Al：0.50％以下、N：0.0100％以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成の高炭素鋼板とし、前記電縫溶接後に、絞り率：0.8％以下の冷間絞り圧延を施したのち、直ちに再加熱しあるいは冷却して再加熱し、850℃以上の温度域で、縮径率：10％以上の熱間縮径圧延を施して、信頼性に優れた電縫溶接部とすることを特徴とする高炭素電縫溶接鋼管の製造方法。
（２）（１）において、前記組成に加えてさらに、質量％で、Cu：1.0％以下、Ni：1.0％以下、Cr：1.2％以下、Mo：1.0％以下、W：1.5％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有することを特徴とする高炭素電縫溶接鋼管の製造方法。
（３）（１）または（２）において、前記組成に加えてさらに、質量％で、Ti：0.04％以下、Nb：0.2％以下、V：0.2％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有することを特徴とする高炭素電縫溶接鋼管の製造方法。
（３）（１）または（２）において、前記組成に加えてさらに、質量％で、Ti：0.04％以下、Nb：0.2％以下、V：0.2％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有することを特徴とする高炭素電縫溶接鋼管の製造方法。
（４）（１）ないし（３）のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量％で、B：0.0005〜0.0050％を含有することを特徴とする高炭素電縫溶接鋼管の製造方法。
（５）（１）ないし（４）のいずれかにおいて、前記再加熱が、高周波誘導加熱手段による加熱であることを特徴とする高炭素電縫溶接鋼管の製造方法。
（６）（１）ないし（５）のいずれかに記載の高炭素電縫溶接鋼管の製造方法を用いて製造された高炭素電縫鋼管を素材として製造されてなることを特徴とする自動車部品。
（５）（１）ないし（４）のいずれかにおいて、前記再加熱が、高周波誘導加熱手段による加熱であることを特徴とする高炭素電縫溶接鋼管の製造方法。
（６）（１）ないし（５）のいずれかに記載の高炭素電縫溶接鋼管の製造方法を用いて製造された高炭素電縫鋼管を素材として製造されてなることを特徴とする自動車部品。
（７）（６）において、前記自動車部品が、フロントフォーク、ラックバー、ドライブシャフト、タイロッド、ステーターシャフト、カムシャフトのうちのいずれかである自動車部品。
本発明によれば、欠陥発生が抑制されて信頼性に優れた電縫溶接部となり、高炭素電縫溶接鋼管の信頼性が顕著に向上し、産業上格段の効果を奏する。また、本発明によれば、高炭素電縫溶接鋼管を素材とする中空部品、例えば、フロントフォーク、ラックバー、ドライブシャフト、タイロッド、ステーターシャフト、カムシャフト等の各種自動車部品の信頼性も向上するという効果もある。
本発明は、高炭素電縫溶接鋼管の製造方法であり、素材鋼板を高炭素鋼板とし、常用の電縫溶接鋼管の製造方法を適用して、高炭素電縫溶接鋼管とする。なお、ここで言う「鋼板」には、鋼帯をも含むものとする。
まず、素材鋼板である高炭素鋼板の組成限定理由について説明する。以下、とくに断わらない限り、質量％は単に％と記す。
まず、素材鋼板である高炭素鋼板の組成限定理由について説明する。以下、とくに断わらない限り、質量％は単に％と記す。
本発明で素材鋼板とする鋼板は、C：0.30〜0.60％、Si：0.05〜0.50％、Mn：0.30〜2.0％、Al：0.50％以下、N：0.0100％以下を含み、あるいはさらに、Cu：1.0％以下、Ni：1.0％以下、Cr：1.2％以下、Mo：1.0％以下、W：1.5％以下のうちから選ばれた１種または２種以上、および／または、Ti：0.04％以下、Nb：0.2％以下、V：0.2％以下のうちから選ばれた１種または２種以上、および／または、B：0.0005〜0.0050％を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成の高炭素鋼板である。なお、電縫溶接部の信頼性向上のためには、電縫溶接部から酸化物を排出するという観点から、素材鋼板の板厚は8mm以下とすることが好ましい。
C：0.30〜0.60％
Cは、固溶してあるいは炭化物、炭窒化物として析出し、強度増加に寄与する元素である。このような効果を得て、所望の鋼管強度、熱処理後の鋼管強度を確保するために、0.30％以上の含有を必要とする。なお、ここでいう「所望の鋼管強度」とは、引張強さTS：1200MPa以上を言うものとする。一方、0.60％を超えて多量に含有すると、熱処理後の靭性が低下する。このため、Cは0.30〜0.60％の範囲に限定した。
Cは、固溶してあるいは炭化物、炭窒化物として析出し、強度増加に寄与する元素である。このような効果を得て、所望の鋼管強度、熱処理後の鋼管強度を確保するために、0.30％以上の含有を必要とする。なお、ここでいう「所望の鋼管強度」とは、引張強さTS：1200MPa以上を言うものとする。一方、0.60％を超えて多量に含有すると、熱処理後の靭性が低下する。このため、Cは0.30〜0.60％の範囲に限定した。
Si：0.05〜0.50％
Siは、脱酸剤として作用する元素である。このような効果を得るためには、0.05％以上の含有を必要とする。一方、0.50％を超える含有は、効果が飽和し経済的に不利となるうえ、電縫溶接時に介在物の生成を促進し、電縫溶接部の健全性に悪影響を及ぼす。このため、Siは0.05〜0.50％の範囲に限定した。なお、好ましくは0.10〜0.30％である。
Siは、脱酸剤として作用する元素である。このような効果を得るためには、0.05％以上の含有を必要とする。一方、0.50％を超える含有は、効果が飽和し経済的に不利となるうえ、電縫溶接時に介在物の生成を促進し、電縫溶接部の健全性に悪影響を及ぼす。このため、Siは0.05〜0.50％の範囲に限定した。なお、好ましくは0.10〜0.30％である。
Mn：0.30〜2.0％
Mnは、固溶して強度増加、焼入れ性の向上に寄与する元素である。このような効果を得るためには0.30％以上の含有を必要とする。一方、2.0％を超える含有は、残留オーステナイトが形成され焼戻処理後の靭性が低下する。このため、Mnは0.30〜2.0％の範囲に限定した。なお、好ましくは0.8〜1.6％である。
Mnは、固溶して強度増加、焼入れ性の向上に寄与する元素である。このような効果を得るためには0.30％以上の含有を必要とする。一方、2.0％を超える含有は、残留オーステナイトが形成され焼戻処理後の靭性が低下する。このため、Mnは0.30〜2.0％の範囲に限定した。なお、好ましくは0.8〜1.6％である。
Al：0.50％以下
Alは、脱酸剤として作用する元素であり、このような効果を得るためには0.01％以上含有することが望ましい。一方、0.50％を超える含有は、効果が飽和し含有量に見合う効果が期待できず、経済的に不利となるとともに、電縫溶接時に介在物の生成を促進し、電縫溶接部の健全性に悪影響を及ぼす。このため、Alは0.50％以下の範囲に限定した。なお、好ましくは0.02〜0.04％である。
Alは、脱酸剤として作用する元素であり、このような効果を得るためには0.01％以上含有することが望ましい。一方、0.50％を超える含有は、効果が飽和し含有量に見合う効果が期待できず、経済的に不利となるとともに、電縫溶接時に介在物の生成を促進し、電縫溶接部の健全性に悪影響を及ぼす。このため、Alは0.50％以下の範囲に限定した。なお、好ましくは0.02〜0.04％である。
N：0.0100％以下
Nは、窒化物あるいは炭窒化物を形成し、熱処理（焼戻）後の強度を確保するために有用な元素である。このような効果を得るためには、0.0005％以上含有することが望ましいが、0.0100％を超えて多量に含有すると、粗大な窒化物を形成し、靭性や耐疲労寿命が低下する場合がある。このため、Nは0.0100％以下に限定した。なお、NはTiを含有する場合にはTi含有量との関係で、下記式
N/14 ≦ Ti/47.9
（ここで、N、Ti：各元素の含有量（質量％））
を満足するように調整することが望ましい。
Nは、窒化物あるいは炭窒化物を形成し、熱処理（焼戻）後の強度を確保するために有用な元素である。このような効果を得るためには、0.0005％以上含有することが望ましいが、0.0100％を超えて多量に含有すると、粗大な窒化物を形成し、靭性や耐疲労寿命が低下する場合がある。このため、Nは0.0100％以下に限定した。なお、NはTiを含有する場合にはTi含有量との関係で、下記式
N/14 ≦ Ti/47.9
（ここで、N、Ti：各元素の含有量（質量％））
を満足するように調整することが望ましい。
上記した成分が基本の成分であるが、本発明ではこの基本の組成に加えてさらに、必要に応じて、Cu：1.0％以下、Ni：1.0％以下、Cr：1.2％以下、Mo：1.0％以下、W：1.5％以下のうちから選ばれた１種または２種以上、および／または、Ti：0.04％以下、Nb：0.20％以下、V：0.20％以下のうちから選ばれた１種または２種以上、および／または、B：0.0005〜0.0050％、を選択して含有してもよい。
Cu：1.0％以下、Ni：1.0％以下、Cr：1.2％以下、Mo：1.0％以下、W：1.5％以下のうちから選ばれた１種または２種以上
Cu、Ni、Cr、Mo、Wはいずれも、強度増加、焼入れ性の向上に寄与する元素であり、必要に応じて選択して１種または２種以上含有できる。
Cuは、固溶して強度増加、焼入れ性の向上に寄与するうえさらに、靭性、耐遅れ破壊性、耐腐食疲労特性をも向上させる元素である。このような効果を得るためには、0.05％以上含有することが望ましい。一方、1.0％を超えて含有しても、上記した効果が飽和し含有量に見合う効果が期待できず、経済的に不利となるうえ、加工性が低下する。このため、含有する場合には、Cuは1.0％以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.05〜0.25％である。
Cu、Ni、Cr、Mo、Wはいずれも、強度増加、焼入れ性の向上に寄与する元素であり、必要に応じて選択して１種または２種以上含有できる。
Cuは、固溶して強度増加、焼入れ性の向上に寄与するうえさらに、靭性、耐遅れ破壊性、耐腐食疲労特性をも向上させる元素である。このような効果を得るためには、0.05％以上含有することが望ましい。一方、1.0％を超えて含有しても、上記した効果が飽和し含有量に見合う効果が期待できず、経済的に不利となるうえ、加工性が低下する。このため、含有する場合には、Cuは1.0％以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.05〜0.25％である。
Niは、固溶して強度増加、焼入れ性の向上に寄与するうえさらに、靭性、耐遅れ破壊性、耐腐食疲労特性の向上にも寄与する元素である。このような効果を得るためには、0.05％以上含有することが望ましいが、1.0％を超えて含有しても、上記した効果が飽和し含有量に見合う効果が期待できず、経済的に不利となるうえ、加工性が低下する。このため、含有する場合には、Niは1.0％以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.05〜0.25％である。
Crは、固溶して強度増加、焼入れ性の向上に寄与するうえさらに、微細な炭化物を生成して析出強化により強度増加に寄与する。このような効果を得るためには、0.1％以上含有することが望ましい。一方、1.2％を超えて多量に含有しても、効果が飽和し含有量に見合う効果が期待できず、経済的に不利となるうえ、電縫溶接時に介在物を生じやすく、電縫溶接部の健全性に悪影響を及ぼす。このため、含有する場合には、Crは1.2％以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.1〜0.5％である。
Moは、固溶して強度増加、焼入れ性の向上に寄与するうえ、さらに、微細な炭化物を生成して析出強化により強度増加に寄与する。このような効果を得るためには、0.01％以上含有することが望ましい。一方、1.0％を超えて含有しても、効果が飽和し含有量に見合う効果が期待できず、経済的に不利となるうえ、粗大な炭化物を形成し靭性が低下する場合がある。このため、含有する場合には、Moは1.0％以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.10〜0.30％である。
Wは、固溶して強度増加、焼入れ性の向上に寄与することに加えてさらに、熱処理後の硬さと靭性のバランスを良好にする作用を有する。このような効果を確保するためには、0.01％以上含有することが望ましい。一方、1.5％を超えて含有しても効果が飽和し含有量に見合う効果が期待できず、経済的に不利となる。このため、含有する場合は、Wは1.5％以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.10〜0.30％である。
Ti：0.04％以下、Nb：0.20％以下、V：0.20％以下のうちから選ばれた１種または２種以上
Ti、Nb、Vはいずれも、微細な炭化物を形成して強度増加に寄与する元素であり、必要に応じて選択して１種または２種以上含有できる。
Tiは、上記した作用に加えて、Nと結合しNを固定することにより焼入れ性向上に有効な固溶Bを確保する作用を有する元素である。また、Tiは微細な窒化物を形成し、熱処理時や電縫溶接時の結晶粒の粗大化を抑制する作用を有し、靭性向上に寄与する。このような効果を得るためには0.001％以上含有することが望ましい。一方、0.04％を超えて多量に含有すると、介在物量が増加し靭性が低下する場合がある。このため、含有する場合には、Tiは0.04％以下に限定することが好ましい。また、Tiは、含有する場合には、N含有量との関係で下記式
N/14 ≦ Ti/47.9
（ここで、N、Ti：各元素の含有量（質量％））
を満足するように含有することが望ましい。なお、より好ましくは0.01〜0.03％である。
Ti、Nb、Vはいずれも、微細な炭化物を形成して強度増加に寄与する元素であり、必要に応じて選択して１種または２種以上含有できる。
Tiは、上記した作用に加えて、Nと結合しNを固定することにより焼入れ性向上に有効な固溶Bを確保する作用を有する元素である。また、Tiは微細な窒化物を形成し、熱処理時や電縫溶接時の結晶粒の粗大化を抑制する作用を有し、靭性向上に寄与する。このような効果を得るためには0.001％以上含有することが望ましい。一方、0.04％を超えて多量に含有すると、介在物量が増加し靭性が低下する場合がある。このため、含有する場合には、Tiは0.04％以下に限定することが好ましい。また、Tiは、含有する場合には、N含有量との関係で下記式
N/14 ≦ Ti/47.9
（ここで、N、Ti：各元素の含有量（質量％））
を満足するように含有することが望ましい。なお、より好ましくは0.01〜0.03％である。
Nbは、焼戻時に微細な炭化物を形成して強度増加に寄与するとともに、熱処理後の組織を微細化し靭性や耐遅れ破壊性を改善する作用を有する。このような効果を得るためには、0.001％以上含有することが望ましい。一方、0.20％を超えて含有しても、上記した効果は飽和し含有量に見合う効果が期待できず、経済的に不利となる。このため、含有する場合には、Nbは0.20％以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.01〜0.02％である。
Vは、焼戻時に微細な炭化物を形成して強度増加に寄与する。このような効果を確保するためには0.001％以上含有することが望ましい。一方、0.20％を超えて含有しても、上記した効果は飽和し含有量に見合う効果が期待できず、経済的に不利となる。このため、含有する場合には、Vは0.20％以下に限定することが好ましい。なお、なお、より好ましくは0.01〜0.08％である。
B：0.0005〜0.0050％
Bは、微量含有で焼入れ性を向上させ、熱処理後の硬さと靭性のバランスを良好にするともに、結晶粒界を強化して耐焼割れ性を向上できる、有効な元素であり、必要に応じて含有できる。このような効果を得るためには0.0005％以上の含有を必要とする。一方、0.0050％を超えて含有しても、上記した効果は飽和し含有量に見合う効果が期待できず、経済的に不利となるうえ、粗大なB含有析出物を生成し靭性が低下する。このため、含有する場合には、Bは0.0005〜0.0050％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.002〜0.003％である。
Bは、微量含有で焼入れ性を向上させ、熱処理後の硬さと靭性のバランスを良好にするともに、結晶粒界を強化して耐焼割れ性を向上できる、有効な元素であり、必要に応じて含有できる。このような効果を得るためには0.0005％以上の含有を必要とする。一方、0.0050％を超えて含有しても、上記した効果は飽和し含有量に見合う効果が期待できず、経済的に不利となるうえ、粗大なB含有析出物を生成し靭性が低下する。このため、含有する場合には、Bは0.0005〜0.0050％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.002〜0.003％である。
上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物からなる。なお、不可避的不純物としては、P：0.020％以下、S：0.010％以下、O：0.005％以下が許容できる。
P：0.020％以下
Pは、耐溶接割れ性、靭性に悪影響を及ぼす元素であり、0.020％以下の範囲でできるだけ低減することが望ましい。しかし、過度の低減は精錬コストを高騰させるため、0.0005％以上とすることが望ましい。なお、より好ましくは0.010％以下である。
P：0.020％以下
Pは、耐溶接割れ性、靭性に悪影響を及ぼす元素であり、0.020％以下の範囲でできるだけ低減することが望ましい。しかし、過度の低減は精錬コストを高騰させるため、0.0005％以上とすることが望ましい。なお、より好ましくは0.010％以下である。
S：0.010％以下
Sは、鋼中では硫化物系介在物として存在し、加工性、靭性、疲労寿命に悪影響を及ぼすとともに、再熱割れ感受性を増大させる元素であり、0.010％以下の範囲でできるだけ低減することが望ましい。しかし、過度の低減は精錬コストを高騰させるため、0.0005％以上とすることが望ましい。なお、より好ましくは0.001％以下である。
Sは、鋼中では硫化物系介在物として存在し、加工性、靭性、疲労寿命に悪影響を及ぼすとともに、再熱割れ感受性を増大させる元素であり、0.010％以下の範囲でできるだけ低減することが望ましい。しかし、過度の低減は精錬コストを高騰させるため、0.0005％以上とすることが望ましい。なお、より好ましくは0.001％以下である。
O：0.005％以下
O（酸素）は、鋼中では酸化物系介在物として存在し、加工性、靭性、疲労寿命に悪影響を及ぼす。このため、O（酸素）は0.005％以下の範囲で、できるだけ低減することが望ましい。なお、より好ましくは0.002％以下である。
本発明では、上記した組成の高炭素鋼板を素材鋼板とするが、素材鋼板の製造方法はとくに限定する必要はない。通常の熱延鋼板の製造方法がいずれも適用できる。素材鋼板を、所定の幅にスリット加工して、冷間で、好ましくは複数の成形ロールを用いて連続して、略円筒形状に成形したのち、相対する端面同士を突合せ電縫溶接して電縫溶接鋼管とする。
O（酸素）は、鋼中では酸化物系介在物として存在し、加工性、靭性、疲労寿命に悪影響を及ぼす。このため、O（酸素）は0.005％以下の範囲で、できるだけ低減することが望ましい。なお、より好ましくは0.002％以下である。
本発明では、上記した組成の高炭素鋼板を素材鋼板とするが、素材鋼板の製造方法はとくに限定する必要はない。通常の熱延鋼板の製造方法がいずれも適用できる。素材鋼板を、所定の幅にスリット加工して、冷間で、好ましくは複数の成形ロールを用いて連続して、略円筒形状に成形したのち、相対する端面同士を突合せ電縫溶接して電縫溶接鋼管とする。
本発明では、電縫溶接して電縫溶接鋼管としたのち、該電縫溶接鋼管に、形状不良を防止するため、好ましくはサイザー圧延機で、冷間絞り圧延を施す。本発明では、冷間絞り圧延の絞り率を0.8％以下に限定する。絞り率が0.8％を超えて大きくなると、電縫溶接部に割れ等の欠陥が発生し、電縫溶接部の信頼性が低下する。このため、電縫溶接したのちに施す冷間絞り圧延の絞り率を0.8％以下に限定した。なお、好ましくは0.01〜0.1％である。電縫溶接部の欠陥発生に対しては冷間絞り圧延を行わない（絞り率0％）ほうが好ましいが、冷間絞り圧延を行わない場合には、管形状に不良が発生する確率が高くなる。
絞り率：0.8％以下の冷間絞り圧延を施された電縫溶接鋼管は、直ちに再加熱されるか、あるいは室温まで冷却されたのち再加熱される。再加熱の温度はとくに限定されないが、850℃以上の温度域で、10％以上の縮径率を施す熱間縮径圧延を行うことができる温度、すなわち、900〜1050℃とすることが好ましい。
本発明では、熱間縮径圧延は、オーステナイト域まで再加熱し、電縫溶接部の高靭化を図るとともに電縫溶接部に発生した欠陥を押し潰して無害化を図り、電縫溶接部の信頼性向上のために行う。熱間縮径圧延の仕上圧延温度が850℃未満では、引け巣状欠陥の圧着が不十分となり、所望の欠陥の無害化が達成できない。なお、熱間縮径圧延の仕上圧延温度は、好ましくは900℃以上である。なお、熱間縮径圧延の仕上圧延温度の上限は、組織の粗大化が防止できる1000℃である。
本発明では、熱間縮径圧延は、オーステナイト域まで再加熱し、電縫溶接部の高靭化を図るとともに電縫溶接部に発生した欠陥を押し潰して無害化を図り、電縫溶接部の信頼性向上のために行う。熱間縮径圧延の仕上圧延温度が850℃未満では、引け巣状欠陥の圧着が不十分となり、所望の欠陥の無害化が達成できない。なお、熱間縮径圧延の仕上圧延温度は、好ましくは900℃以上である。なお、熱間縮径圧延の仕上圧延温度の上限は、組織の粗大化が防止できる1000℃である。
また、熱間縮径圧延の縮径率が850℃以上の温度域で、10％未満では、縮径率が不足し、所望の欠陥の無害化が達成できない。このため、熱間縮径圧延の縮径率を10％以上に限定した。なお、好ましくは30％以上である。熱間縮径圧延の縮径率の上限は、所望の寸法形状に応じて決定される。
表１に示す組成の高炭素熱延鋼板（板厚：7.8mm）を素材鋼板とした。これら素材鋼板を所定の幅にスリット加工し、冷間で複数のロールで、略円筒形状のオープン管に成形したのち、相対する端面同士を突合せて電縫溶接して、外径89.1mmφ×肉厚7.9mmの電縫溶接鋼管（母管）とした。なお、電縫溶接鋼管には、電縫溶接後、サイザー圧延機を用いて、表２に示す絞り率の冷間絞り圧延を施し、所定の寸法形状になるように調整した。冷間絞り圧延後、直ちに誘導加熱手段で表２に示す温度まで加熱し、熱間縮径圧延機で表２に示す条件で熱間縮径圧延を施し、熱間縮径圧延後空冷して外径42.7mmφ×肉厚8.0mmの電縫溶接鋼管とした。
得られた電縫溶接鋼管の電縫溶接部全長（約10000m）について、超音波探傷を行い、検知される欠陥の有無および欠陥個数（長さ10000m当たりに換算）を調査した。超音波探傷は、深さ0.2mm×長さ12.5mmのノッチを基準とし、６dB感度アップで行った。
また、得られた電縫溶接鋼管から試験材を採取して外径36.7mmφ×肉厚7.2mmまで冷間引抜加工を行ったのち、焼準処理（945℃加熱後空冷）と焼入れ処理（950℃加熱後水冷焼入れ）を施し、ねじり疲労試験片（長：500mm）を採取し、ねじり疲労試験を実施した。ねじり疲労試験は、試験片10本について、外表面のねじり応力τが350MPaとして、繰返し数：200万回までの試験を実施し、電縫溶接部割れの発生比率（％）を測定した。これらの結果（超音波探傷とねじり疲労試験の結果）から、電縫溶接部の信頼性を評価した。超音波探傷における欠陥個数が0個でかつねじり疲労試験での割れ発生なしである場合を○とし、それ以外を×として、信頼性を評価した。
また、得られた電縫溶接鋼管から試験材を採取して外径36.7mmφ×肉厚7.2mmまで冷間引抜加工を行ったのち、焼準処理（945℃加熱後空冷）と焼入れ処理（950℃加熱後水冷焼入れ）を施し、ねじり疲労試験片（長：500mm）を採取し、ねじり疲労試験を実施した。ねじり疲労試験は、試験片10本について、外表面のねじり応力τが350MPaとして、繰返し数：200万回までの試験を実施し、電縫溶接部割れの発生比率（％）を測定した。これらの結果（超音波探傷とねじり疲労試験の結果）から、電縫溶接部の信頼性を評価した。超音波探傷における欠陥個数が0個でかつねじり疲労試験での割れ発生なしである場合を○とし、それ以外を×として、信頼性を評価した。
得られた結果を表３に示す。
本発明例はいずれも、電縫溶接部の欠陥発生が少なく、またねじり疲労試験においても電縫溶接部での割れ発生が少なくなっている。一方、本発明の範囲を外れる比較例は、電縫溶接部の欠陥発生個数が多く、ねじり疲労試験においても、電縫溶接部での割れ発生がおおくなっている。
Claims (7)
- 素材鋼板を冷間加工により略円筒形状に成形したのち、相対する端面同士を突合せ電縫溶接して電縫溶接鋼管とする電縫溶接鋼管の製造方法において、
前記素材鋼板を、質量％で、
C：0.30〜0.60％、Si：0.05〜0.50％、Mn：0.30〜2.0％、Al：0.50％以下、N：0.0100％以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成の高炭素鋼板とし、
前記電縫溶接後に、絞り率：0.8％以下の冷間絞り圧延を施したのち、直ちに再加熱しあるいは冷却して再加熱し、850℃以上の温度域で、縮径率：10％以上の熱間縮径圧延を施して、信頼性に優れた電縫溶接部とすることを特徴とする高炭素電縫溶接鋼管の製造方法。 - 前記組成に加えてさらに、質量％で、Cu：1.0％以下、Ni：1.0％以下、Cr：1.2％以下、Mo：1.0％以下、W：1.5％以下のうちから選ばれた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に記載の高炭素電縫溶接鋼管の製造方法。
- 前記組成に加えてさらに、質量％で、Ti：0.04％以下、Nb：0.2％以下、V：0.2％以下のうちから選ばれた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または２に記載の高炭素電縫溶接鋼管の製造方法。
- 前記組成に加えてさらに、質量％で、B：0.0005〜0.0050％を含有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の高炭素電縫溶接鋼管の製造方法。
- 前記再加熱が、高周波誘導加熱手段による加熱であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の高炭素電縫溶接鋼管の製造方法。
- 請求項１ないし５のいずれかに記載の高炭素電縫溶接鋼管の製造方法を用いて製造された高炭素電縫鋼管を素材として製造されてなることを特徴とする自動車部品。
- 前記自動車部品が、フロントフォーク、ラックバー、ドライブシャフト、タイロッド、ステーターシャフト、カムシャフトのうちのいずれかである請求項６に記載の自動車部品。
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