JP2018094599A - Tube material and manufacturing method of the tube material - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、強度が高い鋼管を製造する技術に関する。 The present invention relates to a technique for manufacturing a steel pipe having high strength.
自動車の衝突安全性を高めるエアバッグシステムにおいては、自動車の衝突時に急速にエアバッグを展開する必要がある。そのため、エアバッグシステムでは、短時間で十分な量のガスを供給可能な専用のガス供給装置(インフレータ)が用いられる。インフレータとしては、高圧の充填ガスを収容したガス収容容器に、火薬を収容した火薬収容容器を取り付けたものが使用されている。このようなインフレータにおいては、エアバッグを展開させる際、火薬に点火し、点火された火薬が爆発することにより発生した衝撃波で封止材を破壊する。そして、エアバッグには、破壊された封止材を通して、火薬の燃焼ガスおよび充填ガスが供給される。このとき、ガス収容容器(インフレータ用ガス収容容器)には、充填ガスの高い圧力とともに、火薬が爆発した際の衝撃波が内周面に加わるため、高い強度が要求される。そのため、インフレータ用ガス収容容器の製造にあたっては、組成が適宜調整され、予め所望の形状に形成された鋼管に焼入れや焼戻し等の熱処理を施して、強度を高くすることが行われている(例えば、特許文献1参照)。 In an air bag system that improves the collision safety of an automobile, it is necessary to rapidly deploy the airbag when the automobile collides. Therefore, in the airbag system, a dedicated gas supply device (inflator) that can supply a sufficient amount of gas in a short time is used. As the inflator, a gas storage container that stores a high-pressure filling gas and a gunpowder storage container that stores explosives are used. In such an inflator, when the airbag is deployed, the gunpowder is ignited, and the sealing material is destroyed by a shock wave generated by the ignited gunpowder exploding. And the combustion gas of a gunpowder and filling gas are supplied to an airbag through the destroyed sealing material. At this time, the gas storage container (inflator gas storage container) is required to have high strength because a high pressure of the filling gas and a shock wave when the explosive explodes are applied to the inner peripheral surface. Therefore, in the production of the gas container for an inflator, the composition is appropriately adjusted, and heat treatment such as quenching and tempering is performed on the steel pipe formed in a desired shape in advance to increase the strength (for example, , See Patent Document 1).
しかしながら、焼入れや焼戻し等の熱処理を行う場合、鋼管を加熱することは必須であるので、インフレータ用ガス収容容器を製造する際のエネルギーの消費量が多くなる。この問題は、インフレータ用ガス収容容器を製造する際に限らず、高い強度が要求される種々の鋼管を製造する際に共通する。 However, when heat treatment such as quenching and tempering is performed, it is essential to heat the steel pipe, so that the amount of energy consumed when manufacturing the inflator gas storage container is increased. This problem is not limited when manufacturing a gas container for an inflator, but is common when manufacturing various steel pipes that require high strength.
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、強度が高い鋼管を製造する際のエネルギー消費量を低減する技術を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in order to solve the conventional subject mentioned above, and it aims at providing the technique which reduces the energy consumption at the time of manufacturing a steel pipe with high intensity | strength.
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 In order to achieve at least a part of the above object, the present invention can be realized as the following forms or application examples.
[適用例]
0.15重量%以下のC、0.15〜0.35重量%のSi、0.3〜1.5重量%のMnおよび0.030重量%以下のSを含有するとともに、0.005〜0.05重量%のNb、0.040〜0.10重量%のVおよび0.01〜0.08重量%のTiのうちの少なくとも1種を含み、残部がFeおよび不可避的不純物である鋼材からなり、長さ方向に垂直な断面におけるフェライト組織の平均結晶粒径が5μm以下である、管材。
[Application example]
Containing 0.15 wt% or less of C, 0.15 to 0.35 wt% of Si, 0.3 to 1.5 wt% of Mn and 0.030 wt% or less of S; A steel material containing at least one of 0.05% by weight of Nb, 0.040 to 0.10% by weight of V and 0.01 to 0.08% by weight of Ti, with the balance being Fe and inevitable impurities And a tube material having an average crystal grain size of a ferrite structure in a cross section perpendicular to the length direction of 5 μm or less.
本適用例において使用される鋼材において、長さ方向に垂直な断面におけるフェライト組織の平均結晶粒径を5μmとすることにより、管材の引張強さを十分に高くすることができる。このようなフェライト組織の微細化は、上記鋼材からなる原料材(原管材)に冷間加工を施すことにより進行する。従って、本適用例の管材の製造にあたっては、熱処理を省略することができるので、強度が高い鋼管である管材を製造する際のエネルギー消費量を低減することができる。 In the steel material used in this application example, the tensile strength of the pipe material can be sufficiently increased by setting the average grain size of the ferrite structure in the cross section perpendicular to the length direction to 5 μm. Such refinement of the ferrite structure proceeds by cold working the raw material (original pipe material) made of the steel material. Therefore, since heat treatment can be omitted in the manufacture of the pipe material of this application example, it is possible to reduce energy consumption when manufacturing a pipe material that is a steel pipe having high strength.
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、管材、管材の製造方法およびその製造方法で製造された管材、それらの管材および製造方法を利用した各種部材等の態様で実現することができる。 Note that the present invention can be realized in various modes. For example, it is realizable in aspects, such as a pipe material, the manufacturing method of a pipe material, the pipe material manufactured with the manufacturing method, various members using those pipe materials, and a manufacturing method.
以下、本発明を実施するための形態を以下の順序で説明する。
A.実施形態:
A1.インフレータ用ガス収容容器の製造工程:
A2.ピルガー圧延:
A3.鋼材の組成:
B.実施例:
B1.評価した鋼材の組成:
B2.小径化後の強度:
B3.小径化後の組織:
C.変形例:
Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described in the following order.
A. Embodiment:
A1. Manufacturing process of inflator gas container:
A2. Pilger rolling:
A3. Steel composition:
B. Example:
B1. Steel composition evaluated:
B2. Strength after diameter reduction:
B3. Tissue after diameter reduction:
C. Variations:
A.実施形態:
A1.インフレータ用ガス収容容器の製造工程:
図1は、インフレータ用ガス収容容器の製造工程の一部を示す工程図である。インフレータとは、エアバッグシステムにおいて、エアバッグの展開に使用されるガスを供給する装置である。インフレータ用ガス収容容器は、エアバッグに供給されるガスの一部である高圧の充填ガスを収容する容器であり、鋼管を用いて製造される。インフレータは、インフレータ用ガス収容容器に高圧の充填ガスを収容するとともに、インフレータ用ガス収容容器に火薬を収容した火薬収容容器を取り付けることにより形成される。エアバッグシステムを作動させる時には、火薬に点火し、点火された火薬が爆発することにより発生した衝撃波で封止材を破壊する。この破壊された封止材を通して、火薬の燃焼ガス、および、充填ガスがエアバッグに供給されることにより、エアバッグが展開される。このように、インフレータ用ガス収容容器には、充填ガスの高い圧力とともに、火薬が爆発した際の衝撃波が内周面に加わるため、高い強度が要求される。
A. Embodiment:
A1. Manufacturing process of inflator gas container:
FIG. 1 is a process diagram showing a part of a manufacturing process of a gas storage container for an inflator. An inflator is a device that supplies gas used to deploy an airbag in an airbag system. The inflator gas storage container is a container for storing a high-pressure filling gas that is part of the gas supplied to the airbag, and is manufactured using a steel pipe. The inflator is formed by storing a high-pressure filling gas in an inflator gas storage container and attaching an explosive storage container containing explosives to the inflator gas storage container. When the airbag system is operated, the gunpowder is ignited, and the sealing material is destroyed by a shock wave generated by the explosion of the ignited gunpowder. The airbag is developed by supplying the combustion gas of the explosive and the filling gas to the airbag through the broken sealing material. As described above, the inflator gas storage container is required to have high strength because a high pressure of the filling gas and a shock wave when the explosive explodes are applied to the inner peripheral surface.
インフレータ用ガス収容容器の製造では、まず、図1(a)に示すように、インフレータ用ガス収容容器の原料材である鋼管(原管材)10を準備する。原管材10としては、例えば、マンネスマン法等により製造されたシームレス鋼管等が使用される。なお、原管材10の準備にあたっては、長尺の鋼管が適宜の長さに切断される。 In the manufacture of an inflator gas storage container, first, as shown in FIG. 1A, a steel pipe (original pipe material) 10 that is a raw material of the inflator gas storage container is prepared. As the raw pipe material 10, for example, a seamless steel pipe manufactured by the Mannesmann method or the like is used. In preparing the raw pipe material 10, a long steel pipe is cut into an appropriate length.
次いで、準備された原管材10をピルガー圧延(後述する)することにより、図1(b)に示すように、原管材10よりも内径および外径(以下、「管径」と総称する)が小さく、肉厚が薄い管材(小径管)20を製造する。この小径管20を製造する工程では、減面率が70%から85%となるように、ピルガー圧延が行われる。ここで、減面率とは、長さ方向に垂直な面における原管材10の断面積に対する、断面積の減少率をいう。 Next, by performing pilger rolling (described later) on the prepared raw pipe material 10, as shown in FIG. 1 (b), the inner diameter and the outer diameter (hereinafter referred to as “pipe diameter”) than the original pipe material 10 are obtained. A small pipe material (small diameter pipe) 20 having a small wall thickness is manufactured. In the process of manufacturing the small-diameter pipe 20, pilger rolling is performed so that the area reduction rate is 70% to 85%. Here, the area reduction rate refers to a reduction rate of the cross-sectional area with respect to the cross-sectional area of the raw pipe material 10 in a plane perpendicular to the length direction.
なお、図1に示すように、原管材10から小径管20を製造する際、長さ方向に垂直な面における断面積が減少するため、小径管20は、原管材10よりも長くなる。そのため、原管材10の長さは、インフレータ用ガス収容容器とほぼ同じ長さの小径管20よりも短くされる。 As shown in FIG. 1, when the small-diameter pipe 20 is manufactured from the raw pipe material 10, the small-diameter pipe 20 is longer than the original pipe material 10 because the cross-sectional area in a plane perpendicular to the length direction decreases. Therefore, the length of the raw pipe material 10 is shorter than the small-diameter pipe 20 having substantially the same length as the inflator gas storage container.
原管材10から小径管20を製造する際にピルガー圧延を行うことにより、加工硬化が生じる。この加工硬化により、小径管20の引張強さは、熱処理や表面処理を行うことなく、高くすることができる。そこで、本実施形態では、加工硬化により引張強さを十分に高くするため、後述するように、原管材10として使用される鋼材の組成を調整している。また、一般的に、加工硬化が発生すると、延性が低下する。そこで、鋼材の組成は、加工硬化による過度な延性の低下を抑制するように調整される。 Work hardening occurs by performing pilger rolling when manufacturing the small-diameter pipe 20 from the raw pipe material 10. By this work hardening, the tensile strength of the small-diameter pipe 20 can be increased without performing heat treatment or surface treatment. Therefore, in this embodiment, in order to sufficiently increase the tensile strength by work hardening, the composition of the steel material used as the raw pipe material 10 is adjusted as described later. In general, when work hardening occurs, ductility decreases. Therefore, the composition of the steel material is adjusted so as to suppress an excessive decrease in ductility due to work hardening.
このように製造された小径管20には、図1(c)に示すように、冷間加工の一種である絞り加工が施される。これにより、インフレータ用ガス収容容器に最終加工される前の管材(容器素管)30が製造される。そして、必要に応じて、容器素管30に穿孔や切削等の加工を施し、また、適宜加工された容器素管30に他の部品を溶接することにより、インフレータ用ガス収容容器が製造される。なお、このように、小径管20に絞り加工を施すことによっても、小径管20において得られていた引張強さは維持される。また、穿孔、切削、溶接あるいは更なる冷間加工、を行っても引張強さは低下しないので、最終的に得られるインフレータ用ガス収容容器の強度を十分に高くすることができる。 The small-diameter pipe 20 manufactured in this way is subjected to drawing, which is a kind of cold working, as shown in FIG. Thereby, the tube material (container tube) 30 before being finally processed into the inflator gas storage container is manufactured. Then, if necessary, the container base tube 30 is subjected to processing such as drilling and cutting, and other parts are welded to the appropriately processed container base tube 30 to manufacture an inflator gas storage container. . Note that the tensile strength obtained in the small-diameter pipe 20 is also maintained by drawing the small-diameter pipe 20 in this way. Further, since the tensile strength does not decrease even when drilling, cutting, welding or further cold working is performed, the strength of the finally obtained gas container for inflator can be sufficiently increased.
このように、インフレータ用ガス収容容器の製造工程においては、小径管20の製造の後、冷間加工や、穿孔や、切削等が行われる。これらの加工においては、小径管20の硬度(ビッカース硬度)が高くなると、加工を行うための工具の寿命が短くなる。また、小径管20の製造の後に、溶接も行われる。これらのことも考慮して、鋼材の組成は、加工硬化による硬度の過度な上昇を抑制するとともに、溶接性を十分高くするように調整される。なお、本明細書および本発明においては、製造された小径管20に施され、インフレータ用ガス収容容器の製造のために行われる各種加工(絞り、穿孔、切削および溶接等)を総称して、後加工ともいう。 Thus, in the manufacturing process of the inflator gas storage container, after manufacturing the small-diameter pipe 20, cold processing, drilling, cutting, and the like are performed. In these processes, when the hardness (Vickers hardness) of the small-diameter pipe 20 is increased, the life of a tool for performing the process is shortened. Moreover, welding is also performed after manufacture of the small diameter pipe 20. Considering these points, the composition of the steel material is adjusted so as to suppress an excessive increase in hardness due to work hardening and sufficiently increase the weldability. In the present specification and the present invention, various processes (drawing, drilling, cutting, welding, etc.) that are performed on the manufactured small-diameter pipe 20 and performed for the manufacture of the gas container for an inflator are collectively named, Also called post-processing.
A2.ピルガー圧延:
図2は、原管材10から小径管20を製造する際に行われるピルガー圧延の様子を示す説明図である。図2は、ピルガー圧延機100と、原管材10、小径管20および圧延途中の管材(中間管材)90とを、軸線cを含みロール軸114(後述する)に垂直な面で切断した様子を示している。
A2. Pilger rolling:
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a state of pilger rolling performed when the small-diameter pipe 20 is manufactured from the raw pipe material 10. FIG. 2 shows a state in which the Pilger rolling mill 100, the original pipe material 10, the small-diameter pipe 20, and the pipe material (intermediate pipe material) 90 being rolled are cut along a plane that includes the axis c and is perpendicular to the roll shaft 114 (described later). Show.
図2に示すピルガー圧延機100は、一対のロールダイス110と、マンドレル120と、ロッド130とを備えている。ロールダイス110は、ロール本体112と、ロール軸114とを有しており、ロール本体112はロール軸114の周りで回転可能となっている。ロール本体112には、外周側からロール軸114方向に向かって設けられ、ほぼ半円形の溝(カリバー)119が設けられている。カリバー119は、その内径がロール本体112の周方向に徐々に変化するように形成されている。 The pilger rolling mill 100 shown in FIG. 2 includes a pair of roll dies 110, a mandrel 120, and a rod 130. The roll die 110 has a roll body 112 and a roll shaft 114, and the roll body 112 is rotatable around the roll shaft 114. The roll body 112 is provided with a substantially semicircular groove (caliber) 119 provided from the outer peripheral side toward the roll shaft 114. The caliber 119 is formed so that its inner diameter gradually changes in the circumferential direction of the roll body 112.
マンドレル120は、原管材10側(上流側)から小径管20側(下流側)に向かって外径が小さくなるように形成された円錐台状の部材である。マンドレル120は、その上流側のロッド130に取り付けられており、軸線cを中心にロッド130を回転させることにより、マンドレル120も回転する。 The mandrel 120 is a truncated cone-shaped member formed such that the outer diameter decreases from the raw pipe material 10 side (upstream side) toward the small diameter pipe 20 side (downstream side). The mandrel 120 is attached to the rod 130 on the upstream side thereof, and the mandrel 120 is also rotated by rotating the rod 130 about the axis c.
図2に示すように、ロール本体112は、中間管材90の外周側に配置され、マンドレル120は、中間管材90の内周側に配置される。そして、カリバー119の内面を中間管材90の外周面に押し当てた状態で、一対のロールダイス110を、上流側と下流側との双方向に、同時に往復移動させる。これにより、中間管材90は、その内面がマンドレル120に接触するまで変形する。このようにロールダイス110を往復移動させるとともに、マンドレル120を回転させて、原管材10、中間管材90および小径管20(被加工材)を回転させる。このロールダイス100の往復移動と、被加工材の回転とを繰り返すことにより、小径管20が得られる。 As shown in FIG. 2, the roll main body 112 is disposed on the outer peripheral side of the intermediate tube member 90, and the mandrel 120 is disposed on the inner peripheral side of the intermediate tube member 90. Then, with the inner surface of the caliber 119 pressed against the outer peripheral surface of the intermediate tube member 90, the pair of roll dies 110 are simultaneously reciprocated in both directions, upstream and downstream. Thereby, the intermediate tube material 90 is deformed until the inner surface thereof contacts the mandrel 120. In this way, the roll die 110 is reciprocated, and the mandrel 120 is rotated to rotate the original tube material 10, the intermediate tube material 90, and the small diameter tube 20 (material to be processed). By repeating the reciprocating movement of the roll die 100 and the rotation of the workpiece, the small diameter tube 20 is obtained.
図3は、ピルガー圧延時に中間管材90に加わる応力(白抜き矢印で表す)を示す説明図である。図3(a)は、図2に示す断面をカリバー119の内面と中間管材90の外周面が接触している位置(接触位置)の近傍を拡大して示し、図3(b)は、接触位置を通り軸線cに垂直な面で切断した断面を拡大して示している。 FIG. 3 is an explanatory diagram showing stress applied to the intermediate tube 90 during pilger rolling (represented by white arrows). FIG. 3A shows the cross section shown in FIG. 2 in an enlarged manner near the position (contact position) where the inner surface of the caliber 119 and the outer peripheral surface of the intermediate tube 90 are in contact with each other, and FIG. The cross section cut by a plane passing through the position and perpendicular to the axis c is shown enlarged.
図3に示すように、ピルガー圧延を行うことにより、中間管材90には、その内周面および外周面において、紙面における上下方向の圧縮応力が加わる。また、カリバー119は、その内径がロール本体112の周方向に変化しているため、黒塗り矢印に示すようにロール本体112(ロールダイス110)を下流側に向かって移動させると、下流側において中間管材90に接触する。これにより、中間管材90には、その内周面および外周面において、紙面において斜め方向の応力が加わる。このように圧縮応力が加わることにより、中間管材90および小径管20のフェライト組織(結晶粒)は、軸線c方向(長さ方向)に垂直な断面において微細化される。 As shown in FIG. 3, by performing the pilger rolling, the intermediate pipe member 90 is subjected to compressive stress in the vertical direction on the paper surface on the inner peripheral surface and the outer peripheral surface thereof. Further, since the inner diameter of the caliber 119 changes in the circumferential direction of the roll main body 112, when the roll main body 112 (roll die 110) is moved toward the downstream side as indicated by the black arrow, The intermediate tube material 90 is contacted. As a result, the intermediate pipe member 90 is subjected to stress in an oblique direction on the paper surface on the inner and outer peripheral surfaces thereof. By applying the compressive stress in this way, the ferrite structure (crystal grains) of the intermediate tube member 90 and the small diameter tube 20 is refined in a cross section perpendicular to the axis c direction (length direction).
A3.鋼材の組成:
上述のように、ピルガー圧延により、小径管20のフェライト組織は、長さ方向に垂直な断面において微細化される。このように、長さ方向に垂直な断面におけるフェライト組織の平均結晶粒径(以下、単に「平均結晶粒径」ともいう)を小さくすることにより、熱処理や表面処理を行うことなく、引張強さを十分に高くすることができる。また、平均結晶粒径を小さくして引張強さを高くすることで、延性の低下を抑制することができる。これらの効果は、平均結晶粒径を5μm以下とすることにより顕著に表れる。そのため、鋼材の組成は、小径管20において、平均結晶粒径が5μm以下となるように決定される。
A3. Steel composition:
As described above, the ferrite structure of the small-diameter tube 20 is refined in a cross section perpendicular to the length direction by pilger rolling. Thus, by reducing the average crystal grain size of the ferrite structure in the cross section perpendicular to the length direction (hereinafter, also simply referred to as “average crystal grain size”), the tensile strength can be obtained without performing heat treatment or surface treatment. Can be made high enough. In addition, a decrease in ductility can be suppressed by reducing the average crystal grain size and increasing the tensile strength. These effects are remarkably exhibited when the average crystal grain size is 5 μm or less. Therefore, the composition of the steel material is determined so that the average crystal grain size is 5 μm or less in the small diameter tube 20.
ピルガー圧延において、減面率を90%以上とすることは困難である。一般に、減面率が低くなると、フェライト組織の微細化が困難になる。このような特性を考慮して、本実施形態においては、減面率が70〜85%の範囲においても、平均結晶粒径が5μm以下となるように、鋼材の組成を決定した。 In pilger rolling, it is difficult to reduce the area reduction rate to 90% or more. Generally, when the area reduction rate is low, it is difficult to refine the ferrite structure. In consideration of such characteristics, in the present embodiment, the composition of the steel material was determined so that the average grain size was 5 μm or less even in the area reduction ratio of 70 to 85%.
また、上述のように、インフレータ用ガス収容容器の製造の際には、ピルガー圧延の後、冷間加工、穿孔、切削あるいは溶接が行われる。そのため、鋼材の組成は、ピルガー圧延により硬度の過度な上昇が抑制されるとともに、溶接性が十分に高くなるように決定した。具体的には、鋼材は、以下に示すように含有元素を含み、残部が鉄(Fe)および不可避的不純物であるものとした。なお、以下では、各含有元素の含有量を、重量%で表している。 Further, as described above, when manufacturing the gas storage container for an inflator, cold working, drilling, cutting, or welding is performed after pilger rolling. Therefore, the composition of the steel material was determined so that the excessive increase in hardness was suppressed by pilger rolling and the weldability was sufficiently high. Specifically, the steel material contains the contained elements as shown below, with the balance being iron (Fe) and inevitable impurities. In addition, below, content of each containing element is represented by weight%.
炭素(C)は、引張強さを高くする元素である。しかしながら、含有量が多くなると、溶接性が低下し、また、加工硬化により硬度が急速に高くなるとともに延性が低下する。そのため、Cの含有量は、0.15%以下とする。なお、小径管20の目標とする引張強さが800MPa程度である場合には、含有量を0.10%以下にするのが好ましい。 Carbon (C) is an element that increases the tensile strength. However, when the content is increased, the weldability is lowered, and the hardness is rapidly increased by work hardening and the ductility is lowered. Therefore, the C content is 0.15% or less. In addition, when the target tensile strength of the small diameter pipe 20 is about 800 MPa, the content is preferably set to 0.10% or less.
マンガン(Mn)は、Cと同様に引張強さを高くする元素であり、Cの効果を補完する。そこで、引張強さを十分に高くするため、Mnの含有量を0.3〜1.5%とする。Mnの含有量は、後述するように選択的に添加されるクロム(Cr)およびモリブデン(Mo)の有無によって調整するのが好ましい。CrおよびMoを添加する場合には、Mnの含有量は、0.30〜0.85%とするのが好ましい。一方、CrおよびMoを添加しない場合には、Mnの含有量は、0.60〜1.5%とするのが好ましい。 Manganese (Mn) is an element that increases the tensile strength like C, and complements the effect of C. Therefore, to make the tensile strength sufficiently high, the Mn content is set to 0.3 to 1.5%. The content of Mn is preferably adjusted depending on the presence or absence of chromium (Cr) and molybdenum (Mo) that are selectively added as will be described later. When adding Cr and Mo, the Mn content is preferably 0.30 to 0.85%. On the other hand, when Cr and Mo are not added, the Mn content is preferably 0.60 to 1.5%.
Crは、加工硬化による引張強さの向上を促進する元素であり、選択的に添加される。Crの含有量は、0.85〜1.25%とする。Moは、Crと同様に、加工硬化による引張強さの向上を促進する元素であり、Crの添加と同時に添加される。Moの含有量は、0.15〜0.35%とする。 Cr is an element that promotes improvement in tensile strength by work hardening, and is selectively added. The Cr content is 0.85 to 1.25%. Mo, like Cr, is an element that promotes improvement of tensile strength by work hardening, and is added simultaneously with the addition of Cr. The Mo content is 0.15 to 0.35%.
硫黄(S)は、被削性を改善させるために有効な元素である。しかしながら、Sは、延性を低下させるため、ピルガー圧延時およびその後の冷間加工時に割れを発生させる虞がある。そこで、Sの含有量の上限を実験的に決定した。 Sulfur (S) is an effective element for improving machinability. However, since S reduces ductility, there is a possibility that cracks may occur during pilger rolling and during subsequent cold working. Therefore, the upper limit of the S content was determined experimentally.
図4は、Sの含有量(S含有量)と、冷間加工時において割れが発生する限界の加工率(割れ発生限界)との関係を示すグラフである。図4のグラフは、リング状の被試験材を据え込み鍛造したリング圧縮試験による割れ発生限界の評価結果を示しており、横軸は、Sの含有量を表し、縦軸は、割れ発生限界を表している。この割れ発生限界は、リング圧縮試験において、外周面に割れ発生した際の据え込み率である。 FIG. 4 is a graph showing the relationship between the S content (S content) and the limit processing rate (cracking limit) at which cracking occurs during cold working. The graph of FIG. 4 shows the evaluation result of the crack generation limit by the ring compression test in which the ring-shaped test material is upset and forged. The horizontal axis represents the S content, and the vertical axis represents the crack generation limit. Represents. The crack generation limit is an upsetting rate when a crack occurs on the outer peripheral surface in the ring compression test.
評価に当たっては、SCM415をベースとしてSの含有量が異なる被試験材を準備した。準備した被試験材の一方の組には、通常の焼きなましを施し、他方の組には球状化焼鈍を施した。そして、各試験材についてリング圧縮試験を行い、割れ発生限界を評価した。その結果、割れ発生限界が低い球状化焼鈍を施した試験材においても、Sの含有量を0.015%以下とすることにより、割れ発生限界が約70%以上となった。この割れ発生限界の評価結果に基づいて、Sの含有量は、0.015%以下とした。なお、Sの含有量を0.010%以下とすると、鋼材の価格が急激に高くなる。そのため、S含有量の実質的な下限は、0.010%となる。 In the evaluation, materials to be tested having different S contents based on SCM415 were prepared. One set of prepared materials to be tested was subjected to normal annealing, and the other set was subjected to spheroidizing annealing. And the ring compression test was done about each test material, and the crack generation limit was evaluated. As a result, even in the test material subjected to spheroidizing annealing with a low crack generation limit, the crack generation limit became about 70% or more by setting the S content to 0.015% or less. Based on the evaluation result of the crack generation limit, the S content was set to 0.015% or less. Note that when the S content is 0.010% or less, the price of the steel material increases rapidly. Therefore, the practical lower limit of the S content is 0.010%.
シリコン(Si)は、フェライト変態を促進する元素であり、冷間加工を容易とするため、含有量の下限を0.15%とする。一方、Siの含有量が多くなると、延性が低下する。そのため、Siの含有量の上限は、0.35%とする。 Silicon (Si) is an element that promotes ferrite transformation, and in order to facilitate cold working, the lower limit of the content is set to 0.15%. On the other hand, when the Si content increases, ductility decreases. Therefore, the upper limit of the Si content is 0.35%.
チタン(Ti)およびニオブ(Nb)は、窒化物がフェライト組織の結晶の成長を抑制する。そのため、TiおよびNbの少なくとも一方を添加することにより、フェライト組織を微細化するとともに、フェライト組織の結晶粒径のばらつきを小さく(均質化)することができる。これにより、冷間加工時において、破断や割れを抑制し、加工限界を上げることができる。なお、TiとNbとのうちいずれか一方を添加する場合、入手の容易性および鋼材価格の低廉化の観点から、Tiを添加するのが好ましい。 Titanium (Ti) and niobium (Nb) suppress the growth of crystals having a ferrite structure of nitride. Therefore, by adding at least one of Ti and Nb, the ferrite structure can be refined and the variation in the crystal grain size of the ferrite structure can be reduced (homogenized). Thereby, at the time of cold processing, a fracture | rupture and a crack can be suppressed and a processing limit can be raised. In addition, when adding any one of Ti and Nb, it is preferable to add Ti from a viewpoint of availability and reduction of the price of steel materials.
フェライト組織を微細化および均質化する効果を発現させるため、Tiを添加する場合には、その含有量を0.01〜0.08%とし、Nbを添加する場合には、その含有量を0.005〜0.05%とする。さらに、フェライト組織を微細化および均質化する効果をより確実に発現させるため、Tiの含有量は、0.03〜0.06%とするのがより好ましく、Nbの含有量は、0.02〜0.03%とするのが好ましい。 In order to express the effect of refining and homogenizing the ferrite structure, when Ti is added, the content is 0.01 to 0.08%, and when Nb is added, the content is 0. 0.005 to 0.05%. Furthermore, in order to more reliably express the effect of refining and homogenizing the ferrite structure, the Ti content is more preferably 0.03 to 0.06%, and the Nb content is 0.02. It is preferable to set it to -0.03%.
バナジウム(V)は、降伏応力(耐力)を向上させる元素であり、選択的に添加される。Vは、また、炭化物がフェライト組織の結晶の成長を抑制する。そのため、Vを添加することにより、フェライト組織を微細化することができる。Vを添加する場合には、これらの効果を発現させるため、Vの含有量は、0.040〜0.10%とする。 Vanadium (V) is an element that improves yield stress (yield strength) and is selectively added. V also suppresses the growth of crystals in which the carbide is a ferrite structure. Therefore, the ferrite structure can be refined by adding V. When adding V, in order to express these effects, the V content is set to 0.040 to 0.10%.
本発明において、選択的に添加される上記の各元素Cr,Mo,Ti,Nb,Vのうち、フェライト組織を微細化する効果を有する元素Ti,Nb,Vのいずれかは、必須の添加元素である。また、上述のように、CrおよびMoは、同時に添加される。 In the present invention, among the elements Cr, Mo, Ti, Nb, and V that are selectively added, any one of the elements Ti, Nb, and V having an effect of refining the ferrite structure is an essential additive element. It is. Moreover, as mentioned above, Cr and Mo are added simultaneously.
このように、本実施形態では、管径が大きく肉厚な原管材10にピルガー圧延を施すことで加工硬化を発生させ、得られた小径管20の引張強さを高くしている。これにより、焼入れや焼戻し等の熱処理を行うことなく、インフレータ用ガス収容容器として十分な引張強さを有する小径管20を製造することができる。そのため、本実施形態によれば、熱処理のためにエネルギーを必要としないため、インフレータ用ガス収容容器を製造する際のエネルギーの消費を抑制することができる。また、熱処理を省略することにより、小径管20を長くした場合においても、曲がりの発生が抑制される。そのため、発生した曲がりを矯正する工程を省略することができる。 Thus, in the present embodiment, work hardening is generated by performing pilger rolling on the thick tube material 10 having a large tube diameter, and the tensile strength of the obtained small-diameter tube 20 is increased. Thereby, the small diameter pipe | tube 20 which has sufficient tensile strength as a gas storage container for inflators can be manufactured, without performing heat processing, such as hardening and tempering. Therefore, according to this embodiment, since energy is not required for heat processing, consumption of energy at the time of manufacturing the gas storage container for inflators can be suppressed. Further, by omitting the heat treatment, the occurrence of bending is suppressed even when the small diameter tube 20 is lengthened. Therefore, the process of correcting the generated bending can be omitted.
さらに、上述のように素材となる鋼材の組成を決定することにより、減面率を70〜85%としたピルガー圧延を行い、平均結晶粒径を5μm以下としている。そのため、得られた小径管20の延性の低下を抑制しつつ、引張強さを十分に高くすることができる。なお、本実施形態において達成される引張強さは、強度区分にして、8.8(引張強さ:800MPa,耐力640MPa)〜10.9(引張強さ:1000MPa,耐力900MPa)以上に相当する。 Furthermore, by determining the composition of the steel material as the material as described above, pilger rolling with a reduction in area of 70 to 85% is performed, and the average crystal grain size is set to 5 μm or less. Therefore, the tensile strength can be sufficiently increased while suppressing a decrease in ductility of the obtained small-diameter pipe 20. In addition, the tensile strength achieved in the present embodiment corresponds to 8.8 (tensile strength: 800 MPa, yield strength 640 MPa) to 10.9 (tensile strength: 1000 MPa, yield strength 900 MPa) or more in the strength category. .
本実施形態では、小径管20からインフレータ用ガス収容容器を製造する際の後加工(絞り、穿孔、切削および溶接等)を考慮して、鋼材の組成を決定している。そのため、小径管20からインフレータ用ガス収容容器をより容易に製造することが可能である。特に、本実施形態では、ピルガー圧延による硬度の過度な上昇を抑制しているので、加工を行うための工具の寿命が短くなることを抑制することができる。 In the present embodiment, the composition of the steel material is determined in consideration of post-processing (drawing, drilling, cutting, welding, etc.) when manufacturing the inflator gas storage container from the small-diameter pipe 20. Therefore, it is possible to more easily manufacture the inflator gas storage container from the small diameter tube 20. In particular, in this embodiment, since the excessive rise in the hardness by pilger rolling is suppressed, it can suppress that the lifetime of the tool for processing shortens.
B.実施例:
B1.評価の概要:
本発明の効果を確認するため、2種類の鋼材(鋼材Aおよび鋼材B)からなる被試験材を準備した。そして、準備した被試験材を加工硬化させた後、機械的特性、および、フェライト組織の微細化状況を評価した。準備した被試験材に使用した鋼材の組成は、次の表1の通りである。
B1. Summary of evaluation:
In order to confirm the effect of the present invention, a test material comprising two types of steel materials (steel material A and steel material B) was prepared. And after work hardening the prepared to-be-tested material, the mechanical characteristic and the refinement | miniaturization condition of a ferrite structure were evaluated. The composition of the steel used for the prepared material to be tested is shown in Table 1 below.
評価の対象とした機械的特性は、引張強さ、硬度(ビッカース硬度)および延性(絞り)である。機械的特性の評価においては、加工による減面率を10%から90%まで変化させ、減面率による各機械的特性の変化を調査した。 The mechanical properties to be evaluated are tensile strength, hardness (Vickers hardness) and ductility (drawing). In the evaluation of mechanical characteristics, the reduction in area due to processing was changed from 10% to 90%, and the change in each mechanical characteristic due to the reduction in area was investigated.
フェライト組織の微細化状況は、長さ方向に垂直な面で被試験材を切断し、その断面の組織写真を撮影して評価した。フェライト組織の微細化状況の評価は、加工による減面率を70%とした被試験材により行った。 The fineness of the ferrite structure was evaluated by cutting the material to be tested on a surface perpendicular to the length direction and taking a structure photograph of the cross section. Evaluation of the refinement state of the ferrite structure was performed using a material to be tested in which the area reduction rate by processing was 70%.
B2.機械的特性の評価:
図5ないし図7に、機械的特性の評価結果を示す。図5は、減面率と引張強さの関係を示すグラフである。図5に示すように、加工を行っていない状態(減面率が0%)、および、減面率が10%から90%までの全領域において、Cの含有量が少ない被試験材(鋼材A)は、Cの含有量が多い被試験材(鋼材B)よりも、引張強さが低かった。しかしながら、鋼材Aを使用した場合においても、減面率を70%以上とすることで、引張強さを800MPa以上とすることができた。一方、鋼材Bを使用した場合においては、減面率を70%以上とすることで、引張強さを1000MPa以上とすることができた。このことから、鋼材Aおよび鋼材Bのいずれを使用しても、減面率を70%以上とすることにより、引張強さを十分に高くすることが可能であることが確認できた。
B2. Evaluation of mechanical properties:
5 to 7 show the evaluation results of the mechanical characteristics. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the area reduction rate and the tensile strength. As shown in FIG. 5, the material under test (steel material) with a low C content in the unprocessed state (the area reduction rate is 0%) and in all areas where the area reduction rate is 10% to 90% A) had a lower tensile strength than the material to be tested (steel material B) having a high C content. However, even when the steel material A was used, the tensile strength could be 800 MPa or more by setting the area reduction rate to 70% or more. On the other hand, when the steel material B was used, the tensile strength could be 1000 MPa or more by making the area reduction rate 70% or more. From this, it has been confirmed that even if any of the steel material A and the steel material B is used, the tensile strength can be sufficiently increased by setting the area reduction rate to 70% or more.
図6は、減面率と硬度(ビッカース硬度)との関係を示すグラフである。図6において、マークの近傍に示された数値は、加工による硬度の上昇量を表している。図6に示すように、加工を行っていない状態(減面率が0%)、および、減面率が10%から90%までの全領域において、Cの含有量が多い被試験材(鋼材B)は、Cの含有量が少ない被試験材(鋼材A)よりも、硬度が高かった。また、硬度の上昇量は、鋼材Bが、鋼材Aよりも高かった。しかしながら、硬度の上昇量が高い鋼材Bにおいても、減面率が85%における硬度の上昇量は212HVであった。このことから、鋼材Aおよび鋼材Bのいずれを使用しても、減面率を85%以下とすることにより、加工硬化による硬度の過度な上昇が十分に抑制できることが確認できた。 FIG. 6 is a graph showing the relationship between the area reduction rate and the hardness (Vickers hardness). In FIG. 6, the numerical value shown in the vicinity of the mark represents the amount of increase in hardness due to processing. As shown in FIG. 6, the material under test (steel material) having a high C content in the unprocessed state (the area reduction rate is 0%) and in the entire area where the area reduction rate is 10% to 90%. B) had higher hardness than the material to be tested (steel material A) having a low C content. Further, the amount of increase in hardness was higher for steel B than for steel A. However, even in the steel material B having a high hardness increase amount, the hardness increase amount was 212 HV when the area reduction rate was 85%. From this, it was confirmed that even if any of the steel materials A and B was used, an excessive increase in hardness due to work hardening could be sufficiently suppressed by setting the area reduction rate to 85% or less.
図7は、減面率と延性(絞り)との関係を示すグラフである。図7に示すように、加工を行っていない状態(減面率が0%)、および、減面率が10%から90%までの全領域において、Cの含有量が多い被試験材(鋼材B)は、Cの含有量が少ない被試験材(鋼材A)よりも、延性が低かった。しかしながら、延性が低い鋼材Bにおいても、減面率が85%における絞りは、約65%であった。このことから、鋼材Aおよび鋼材Bのいずれを使用しても、減面率を85%以下とすることにより、加工硬化による延性の低下が十分に抑制できることが確認できた。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the area reduction rate and ductility (drawing). As shown in FIG. 7, the material to be tested (steel material) having a high C content in the unprocessed state (the area reduction rate is 0%) and in all areas where the area reduction rate is 10% to 90% B) had lower ductility than the material to be tested (steel material A) having a low C content. However, even in the steel material B having low ductility, the drawing at the area reduction rate of 85% was about 65%. From this, it was confirmed that even if any of the steel material A and the steel material B is used, the reduction in ductility due to work hardening can be sufficiently suppressed by setting the area reduction rate to 85% or less.
B3.フェライト組織の微細化状況の評価:
図8は、フェライト組織の微細化状況の評価結果を示す説明図である。図8(a)は、Cの含有量が少ない被試験材(鋼材A)の組織写真であり、図8(b)は、Cの含有量が多い被試験材(鋼材B)の組織写真である。図8(a)および図8(b)に示すように、鋼材Aおよび鋼材Bのいずれにおいても、フェライト組織の平均結晶粒径は、5μm以下であった。なお、一般に、フェライト組織の微細化は、減面率を高くするほど進行する。そのため、図8に示す評価結果から、鋼材Aおよび鋼材Bのいずれを使用しても、減面率を70%以上とすることにより、平均結晶粒径を5μm以下とすることができることが確認できた。
B3. Evaluation of refinement of ferrite structure:
FIG. 8 is an explanatory view showing the evaluation results of the state of refinement of the ferrite structure. FIG. 8A is a structural photograph of the material to be tested (steel material A) with a low C content, and FIG. 8B is a structural photograph of the material to be tested (steel material B) with a high C content. is there. As shown in FIG. 8A and FIG. 8B, the average crystal grain size of the ferrite structure was 5 μm or less in both the steel materials A and B. In general, the refinement of the ferrite structure proceeds as the area reduction rate increases. Therefore, from the evaluation results shown in FIG. 8, it can be confirmed that the average crystal grain size can be reduced to 5 μm or less by setting the area reduction rate to 70% or more regardless of whether the steel material A or the steel material B is used. It was.
C.変形例:
本発明は上記実施形態および実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
C. Variations:
The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
C1.変形例1:
上記実施形態では、小径管20の製造をするため、原管材10をピルガー圧延しているが、一般的には、小径管20は、小径管20よりも管径が大きく、肉厚が厚い原管材10に冷間加工(冷間縮径加工)を施すことにより、製造することができる。例えば、原管材10に引抜加工を施し、小径管20を製造することも可能である。なお、この場合においても、減面率は、70〜85%とするのが好ましい。このようにしても、フェライト組織の平均結晶粒径を5μm以下とすることができるので、引張強さを十分に高くすることができる。但し、上述のように、ピルガー圧延を行うことにより、加工中の中間管材90には、外周側と内周側との双方において、圧縮応力が加わる。この圧縮応力により、フェライト組織の微細化が促進される。そのため、ピルガー圧延を行うことにより、より確実に、小径管20のフェライト組織の平均結晶粒径を5μm以下とし、小径管20の引張強さを十分に高くすることができる。
C1. Modification 1:
In the above embodiment, the raw pipe material 10 is pilger-rolled in order to manufacture the small-diameter pipe 20, but in general, the small-diameter pipe 20 has a larger pipe diameter and a thicker wall than the small-diameter pipe 20. It can manufacture by giving the pipe material 10 cold processing (cold diameter reduction processing). For example, it is possible to produce the small-diameter pipe 20 by drawing the raw pipe material 10. Even in this case, the area reduction rate is preferably 70 to 85%. Even if it does in this way, since the average crystal grain diameter of a ferrite structure can be 5 micrometers or less, tensile strength can be made high enough. However, as described above, by performing pilger rolling, compressive stress is applied to the intermediate tube member 90 being processed on both the outer peripheral side and the inner peripheral side. This compressive stress promotes refinement of the ferrite structure. Therefore, by performing pilger rolling, the average crystal grain size of the ferrite structure of the small-diameter tube 20 can be more reliably set to 5 μm or less, and the tensile strength of the small-diameter tube 20 can be sufficiently increased.
C2.変形例2:
上記実施形態では、1回のピルガー圧延により、原管材10から小径管20を製造しているが、ピルガー圧延を複数回行うことにより、原管材10から小径管20を製造することも可能である。また、ピルガー圧延を含む種々の冷間縮径加工を複数回行うことにより、原管材10から小径管20を製造するものとしてもよい。但し、この場合、より確実に、小径管20のフェライト組織の平均結晶粒径を5μm以下とし、小径管20の引張強さを十分に高くするため、最後の冷間縮径加工をピルガー圧延とするのが好ましい。また、引抜加工等では、1回の加工における減面率を高くすることが困難であり、ピルガー圧延よりも多数回の加工をすることが必要となる場合がある。この点においても、冷間縮径加工としては、ピルガー圧延を行うことが好ましい。
C2. Modification 2:
In the above embodiment, the small-diameter pipe 20 is manufactured from the original pipe material 10 by one pilger rolling, but it is also possible to manufacture the small-diameter pipe 20 from the original pipe material 10 by performing pilger rolling a plurality of times. . Moreover, it is good also as what manufactures the small diameter pipe | tube 20 from the raw pipe material 10 by performing various cold diameter reduction processes including a pilger rolling in multiple times. However, in this case, in order to ensure that the average crystal grain size of the ferrite structure of the small diameter tube 20 is 5 μm or less and the tensile strength of the small diameter tube 20 is sufficiently high, the final cold diameter reduction processing is called pilger rolling. It is preferable to do this. Further, in drawing or the like, it is difficult to increase the area reduction rate in one process, and it may be necessary to perform a number of processes more than pilger rolling. Also in this respect, it is preferable to perform pilger rolling as the cold diameter reduction processing.
C3.変形例3:
上記実施形態では、インフレータ用ガス収容容器に本発明を適用しているが、本発明は、高い強度が要求される種々の鋼管に適用することができる。本発明は、例えば、自動車のサイドドアに格納され、側面衝突から乗員を保護するためのサイドドアビーム、自動車において、ハンドルの回転を伝達するためのステアリングシャフト等の各種部材に適用することができる。また、本発明は、自動車用の各種部材に限らず、鉄道車両や航空機等の移動体用の部材、各種機械装置に使用される部材等に適用することができる。
C3. Modification 3:
In the said embodiment, although this invention is applied to the gas storage container for inflators, this invention can be applied to the various steel pipe by which high intensity | strength is requested | required. The present invention can be applied to various members such as a side door beam that is stored in a side door of an automobile and protects an occupant from a side collision, and a steering shaft that transmits rotation of a handle in an automobile. Further, the present invention is not limited to various members for automobiles, but can be applied to members for moving bodies such as railway vehicles and airplanes, members used for various mechanical devices, and the like.
10…原管材
20…小径管
30…容器素管
90…中間管材
100…ピルガー圧延機
110…ロールダイス
112…ロール本体
114…ロール軸
119…カリバー
120…マンドレル
130…ロッド
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Original pipe material 20 ... Small diameter pipe 30 ... Container base pipe 90 ... Intermediate pipe material 100 ... Pilger rolling mill 110 ... Roll die 112 ... Roll main body 114 ... Roll shaft 119 ... Caliber 120 ... Mandrel 130 ... Rod
Claims (7)
長さ方向に垂直な断面におけるフェライト組織の平均結晶粒径が5μm以下である、
管材。 Containing 0.15 wt% or less of C, 0.15 to 0.35 wt% of Si, 0.3 to 1.5 wt% of Mn and 0.030 wt% or less of S; A steel material containing at least one of 0.05% by weight of Nb, 0.040 to 0.10% by weight of V and 0.01 to 0.08% by weight of Ti, with the balance being Fe and inevitable impurities Consists of
The average grain size of the ferrite structure in the cross section perpendicular to the length direction is 5 μm or less,
Tube material.
前記鋼材は、さらに、0.85〜1.25重量%のCrと、0.15〜0.35重量%のMoとを含有しており、
前記鋼材におけるMnの含有量が0.30〜0.85重量%である、
管材。 The pipe according to claim 1,
The steel material further contains 0.85 to 1.25% by weight of Cr and 0.15 to 0.35% by weight of Mo,
The Mn content in the steel is 0.30 to 0.85% by weight,
Tube material.
0.15重量%以下のC、0.15〜0.35重量%のSi、0.3〜1.5重量%のMnおよび0.030重量%以下のSを含有するとともに、0.005〜0.05重量%のNb、0.040〜0.10重量%のVおよび0.01〜0.08重量%のTiのうちの少なくとも1種を含み、残部がFeおよび不可避的不純物である鋼材からなり、前記管材よりも内径および外径が大きく、かつ、前記管材よりも肉厚の原管材を準備する工程と、
準備された原管材に、減面率が70〜85%となるように冷間縮径加工を施す工程と、
を備える、
管材の製造方法。 A method of manufacturing a pipe material,
Containing 0.15 wt% or less of C, 0.15 to 0.35 wt% of Si, 0.3 to 1.5 wt% of Mn and 0.030 wt% or less of S; A steel material containing at least one of 0.05% by weight of Nb, 0.040 to 0.10% by weight of V and 0.01 to 0.08% by weight of Ti, with the balance being Fe and inevitable impurities The inner diameter and the outer diameter larger than the pipe material, and preparing a thick original pipe material than the pipe material, and
A step of cold-reducing the prepared raw pipe material so that the area reduction ratio is 70 to 85%;
Comprising
Manufacturing method of pipe material.
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JP2003201541A (en) * | 2001-12-28 | 2003-07-18 | Jfe Steel Kk | High strength, high workability seamless steel pipe for air bag and production method therefor |
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