JP3265591B2 - 溶接部靱性に優れた自動車用高強度電縫鋼管 - Google Patents

溶接部靱性に優れた自動車用高強度電縫鋼管

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、引張強さ:70〜1
20kgf/mm2 の高強度と高い疲労特性を備えると共に溶
接部靱性にも優れ、プロペラシャフトやインパクトバ−
等に適用して優れた性能を発揮する自動車用高強度電縫
鋼管に関するものである。
【0002】
【従来技術とその課題】近年、軽量化推進のため自動車
用構造部材に対する薄肉・小型化の要求は一段と強くな
っており、そのためプロペラシャフト,インパクトバ−
等といった自動車用管状部材にも更なる高強度化が望ま
れるようになってきている。ただ、自動車用構造部材の
使用状態を考慮した場合、上記要求に応えるには単に静
的な強度を向上させるだけでは不十分であり、荷重の繰
り返し負荷に対する耐久性(疲労特性)をも同時に向上
させることが必要となる。
【0003】ところで、従来、構造用の管状部材に高強
度電縫鋼管を適用する際には a) 自動車用構造部材としての電縫鋼管は実車に装着さ
れる時に他の部材との溶接がなされるが、その際、継手
溶接部において軟化が生じ、高強度電縫鋼管の適用によ
る引張強度の増加に対応した疲労特性の向上が得られな
い, b) また、鋼管製造時の電縫溶接に目を向けると、高強
度鋼ほど電縫溶接部やその熱影響部に靱性低下が生じや
すく、電縫溶接部近傍が疲労亀裂の発生・伝播の経路と
なって疲労寿命の低下を招く傾向がある, 等の問題を取り除く必要があった。
【0004】もっとも、継手溶接部の軟化問題に対して
は、例えば特開平2−197525号公報にも記載され
ているように、鋼材の成分としてNb,Cr,Moを複合添加
すると共に熱延条件を工夫して継手溶接熱影響部の硬度
低下を抑制する技術が知られている。しかし、このよう
な合金元素を含む鋼材では電縫溶接部及びその熱影響部
の靱性低下を抑えることができず、疲労寿命の低下は避
けられなかった。
【0005】そこで、本発明が目的としたのは、電縫溶
接部や継手溶接部においても共に十分な疲労特性が備わ
った信頼性の高い自動車用高強度電縫鋼管を実現するこ
とであった。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成すべく数多くの実験を繰り返しながら研究を重ねた
結果、「電縫鋼管素材鋼の成分として特にNb,Mo,Ti及
びBの複合添加を行うと共にそれらの含有割合を適正に
調整した場合には、 Nb,Moによる継手溶接部の硬度低下
抑制作用とTi,Bによる電縫溶接部靱性の改善作用とが
極めて好ましい状態で相乗され、 従来に見られない非常
に優れた溶接部靱性を備えた信頼性の高い高強度電縫鋼
管が実現される」との知見を得ることができた。
【0007】 本発明は、上記知見事項等を基にして完
成されたものであり、「電縫鋼管の成分組成を C:0.06〜0.30%(以降、 成分割合を表す%は重量%とする), Si: 1.0%以下, Mn: 2.0%以下, Mo:0.05〜 0.8%, Nb: 0.005〜0.10%, Ti: 0.005〜0.04%, sol.Al: 0.005〜0.05%, B:0.0003〜0.0012%, N: 0.008%以下 を含むか、 或いは更に Cr: 1.5%以下, Ni: 3.0%以下, Cu: 1.0%以下, V:0.10%以下 のうちの1種以上をも含有し、残部がFe及び不可避的不
純物なる成分組成に構成することにより、 自動車用とし
て十分に満足できる高い強度と優れた溶接部靱性を確保
した点」に大きな特徴を有している。
【0008】
【作用】即ち、本発明に係わる自動車用高強度電縫鋼管
は、適量のNb,Mo添加によって発揮されるところの「非
常に微細で熱的に安定した組織が実現されて継手溶接部
の硬度低下を効果的に抑制する作用」と、これと共に微
量のTi,Bを添加することによって発揮される「継手溶
接部の疲労特性を更に向上させると同時に、 電縫溶接部
の靱性を著しく改善して該部位の疲労特性を格段に向上
させる作用」とを巧みに相乗させてなるものであるが、
以下、本発明において電縫鋼管の成分組成を前記の如く
に限定した理由を説明する。
【0008】(a) C Cは電縫鋼管に高強度を確保するのに重要な元素である
が、その含有量が0.06%未満では70キロ級以上の引張
強度を得ることができない。一方、C含有量が0.30%を
超えると継手溶接部と電縫溶接部の靱性が低下する。従
って、C含有量は0.06〜0.30%と定めた。
【0009】(b) Si Siは脱酸元素として重要なだけでなく引張強度の確保に
も必要であるが、 1.0%を超えて含有させると母材,継
手溶接部及び電縫溶接部の靱性に悪影響を及ぼすと共
に、電縫溶接部に溶接欠陥が発生しやすくなることか
ら、Si含有量は 1.0%以下と定めた。
【0010】(c) Mn Mnも電縫鋼管に高強度を得るのに必要な元素であり、ま
た組織の微細化に有効で疲労特性を向上させる作用を有
しているが、 2.0%を超えて含有させると電縫溶接部に
欠陥が発生しやすくなり却って電縫溶接部靱性の低下を
招くことから、Mn含有量は 2.0%以下と定めた。
【0011】(d) Mo Moは、固溶強化を通じて電縫鋼管の高強度化と同時に、
継手溶接HAZ部の軟化を抑制して構造部材としての疲
労特性を向上させる作用を有しているが、その含有量が
0.05%未満では前記作用による所望の効果が得られず、
一方、 0.8%を超えて含有させると母材部,溶接部(電
縫部及び継手部)とも靱性が低下するようになることか
ら、Mo含有量は0.05〜 0.8%と定めた。
【0012】(e) Nb Nbは、主として析出物の生成により電縫鋼管の強度上昇
をもたらすと同時に、組織を微細化して母材の靱性を向
上させる作用を有している。また、Nbは継手溶接HAZ
部の軟化を抑制すると共に、電縫溶接部及びそのHAZ
部の靱性を向上させて疲労強度を改善する作用も有して
いる。しかし、Nb含有量が 0.005%未満では前記作用に
よる所望の効果が得られず、一方、0.10%を超えて含有
させると特に電縫溶接部の靱性低下を招くようになるこ
とから、Nb含有量は 0.005〜0.10%と定めた。
【0013】(f) sol.Al Alは鋼の脱酸並びに微細化に有効な元素であるが、その
含有量がsol.Al量として 0.005%未満では所望の効果が
得られず、一方、0.05%を超えて含有させると電縫溶接
部靱性及び疲労特性に悪影響を及ぼすようになることか
ら、sol.Al含有量を 0.005〜0.05%と定めた。
【0014】(g) N 鋼中のN含有量が 0.008%を超えると母材及び溶接部の
靱性が著しく劣化し、また疲労特性も低下することか
ら、N含有量を 0.008%以下と規制した。
【0015】(h) Ti及びB これらの成分は、複合添加によって電縫溶接部及びその
熱影響部の靱性を飛躍的に改善し優れた疲労特性を有す
る自動車用高強度電縫鋼管を実現する作用を有している
が、各成分の含有量範囲は次の理由により限定された。Ti Tiは、母材と電縫溶接部及び継手溶接部の微細化促進,
電縫溶接部の靱性改善を通じて電縫鋼管の疲労強度特性
を向上させる作用を有しているが、その含有量が 0.005
%未満では前記作用による所望の効果が期待できず、一
方、0.04%を超えて含有させると却って疲労強度が低下
するようになることから、Ti含有量は 0.005〜0.04%と
定めた。 Bも、Tiと同時に添加されることによって電縫溶接部及
び継手溶接部の微細化を促進し、電縫溶接部の靱性を改
善させる作用を発揮するが、その添加量が0.0003%未満
であると前記作用による所望の効果が期待できず、また
0.0012%を超えて含有させると却って疲労強度が低下す
ることから、B含有量は0.0003〜0.0012%と定めた。
【0016】i) Cr,Ni,Cu及びV これらの成分は、何れも電縫鋼管の強度,靱性或いは疲
労特性を更に改善する効果を有しているので必要により
1種又は2種以上含有せしめられるが、個々成分の含有
量範囲は次の理由により限定された。Cr Crは鋼管の強度及び耐食性を向上させると共に、継手溶
接部の軟化を抑制する作用を有しているが、 1.5%を超
えて含有させると母材及び電縫溶接部の靱性が低下する
と共に電縫溶接部に溶接欠陥が発生しやすくなることか
ら、Cr含有量は1.5 %以下と定めた。Ni Niは鋼管の強度,靱性及び耐食性を向上させる作用を有
しているが、 3.0%を超えて含有させると電縫溶接部の
靱性劣化を招く上、高価な元素でもあることから、Ni含
有量は 3.0%以下と定めた。Cu Cuには鋼管の強度及び耐食性を向上させる作用がある
が、 1.0%を超えて含有させると熱間加工性が低下し、
電縫溶接部靱性も低下することから、Cu含有量は1.0 %
以下と定めた。 Vは析出物の生成を通じて鋼管の強度を高め、継手溶接
部の軟化抵抗を高める作用を有しているが、0.10%を超
えて含有させると母材及び電縫溶接部の靱性低下を招く
ことから、V含有量は0.10%以下と定めた。
【0017】なお、母材及び溶接部の靱性,疲労特性に
対してはP,S等の不可避的不純物含有量はできるだけ
低い方が好ましい。しかし、これらの元素の低減にはコ
ストアップが伴うので、本発明の目的に対してはP含有
量は0.02%以下(望ましくは0.007 %以下),S含有量
は 0.005%以下(望ましくは 0.001%以下)に抑えるの
が良い。
【0018】また、上記成分組成にて構成される“本発
明に係わる電縫鋼管”は、前記成分組成を有する素材鋼
を熱間圧延して鋼帯とし、これを通常の工程(鋼帯を管
状に成形した後、 高周波電流により相対向するエッジ部
を加熱して溶融し、 スクイズロ−ルにより加圧圧接して
製管する工程)で電縫鋼管とすることにより製造するこ
とができる。
【0019】続いて、本発明を実施例により更に具体的
に説明する。
【実施例】通常の溶製,鋳造,熱間圧延を施された熱延
鋼板を常法通りに製管し(管状への成形→相対向するエ
ッジ部の高周波電流による加熱・溶融→スクイズロ−ル
による加圧圧接)、表1に示す成分組成の電縫鋼管(外
形:65mm,肉厚:1.6mm)を得た。
【0020】次に、得られた各電縫鋼管から試験片を採
取し、“母材の引張強度”及び“電縫溶接部の靱性”を
調べた。なお、“電縫溶接部の靱性”については、「溶
接のまま」と「500℃に30分保持の熱処理を施した
後」の2通りにつき“−10℃におけるシャルピ−吸収
エネルギ−”を調査し、これによって特性評価を行っ
た。これらの結果を表2に示す。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】表2に示される結果からも明らかなよう
に、本発明鋼管は何れも自動車用電縫鋼管として十分に
高い強度を有すると共に、従来鋼管に比べて著しく改善
された電縫溶接部靱性を有していることが分かる。
【0024】
【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、自動車用として十分優れた溶接部靱性(継手溶接部
及び電縫溶接部の靱性)を備える高強度電縫鋼管を比較
的低コストで安定提供できるようになるなど、産業上極
めて有用な効果がもたらされる。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量割合にて C:0.06〜0.30%, Si: 1.0%以下, Mn: 2.0%
    以下,Mo:0.05〜 0.8%, Nb: 0.005〜0.10%, T
    i: 0.005〜0.04%,sol.Al: 0.005〜0.05%, B:
    0.0003〜0.0012%, N: 0.008%以下を含有し、残部
    がFe及び不可避的不純物である成分組成を有して成るこ
    とを特徴とする、溶接部靱性に優れた自動車用高強度電
    縫鋼管。
  2. 【請求項2】 重量割合にて C:0.06〜0.30%, Si: 1.0%以下, Mn: 2.0%以下, Mo:0.05〜 0.8%, Nb: 0.005〜0.10%, Ti: 0.005〜0.04%, sol.Al: 0.005〜0.05%, B:0.0003〜0.0012%, N: 0.008%以下 を含むと共に、更に Cr: 1.5%以下, Ni: 3.0%以下, Cu: 1.0%以下, V:0.10%以下 のうちの1種以上をも含有し、残部がFe及び不可避的不
    純物である成分組成を有して成ることを特徴とする、溶
    接部靱性に優れた自動車用高強度電縫鋼管。
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WO1995004838A1 (fr) * 1993-08-04 1995-02-16 Nippon Steel Corporation Acier a resistance a la traction elevee, a resistance a la fatigue et a aptitude au soudage superieures et procede de fabrication
JP4475424B2 (ja) * 2003-05-28 2010-06-09 住友金属工業株式会社 埋設拡管用油井鋼管
JP4443910B2 (ja) * 2003-12-12 2010-03-31 Jfeスチール株式会社 自動車構造部材用鋼材およびその製造方法

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