JP3293404B2

JP3293404B2 - 高張力電縫鋼管の製造方法

Info

Publication number: JP3293404B2
Application number: JP11370395A
Authority: JP
Inventors: 俊介豊田; 晴夫三辻; 雅紀大村; 裕長浜
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1995-04-14
Filing date: 1995-04-14
Publication date: 2002-06-17
Anticipated expiration: 2017-06-17
Also published as: JPH08283852A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高張力電縫鋼管の製
造方法に関するもので、特に、自動車構造用、機械構造
用、産業機械用等に好適な、例えば、自動車足廻り部品
のサスペンションアーム等に使用される、加工特性に優
れた引張強度 440N/mm² 以上の高張力電縫鋼管の製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】加工性に優れた電縫鋼管または電縫鋼管
用熱延鋼帯に関して、特開昭60-17053号公報には、所定
の化学成分組成を有する鋼を特定の組織とすることによ
り、電縫溶接後の伸び、偏平性および拡管性を良好にす
る方法や、特開昭60-21357号公報には、所定の化学成分
組成とすることにより、偏平性、拡管性、溶接ビード部
の切削性を良好にする方法（以下、先行技術１という）
が開示されている。

【０００３】一方、加工性に優れた熱延鋼帯に関して、
特公昭62-37089号公報、特公平1-43005 号公報、特公平
1-46583 号公報、特公平2-48608 号公報、特公平4-2441
8 号公報等には、所定の化学成分組成を有する鋼の組織
の構成比を特定の割合にすることによって、鋼帯の伸び
フランジ成形性を良好にする方法（以下、先行技術２と
いう）が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、自動車
構造用、機械構造、産業機械部材用電縫鋼管に要求され
ている加工性能は高く、一例として、自動車サスペンシ
ョンアーム部材に求められる加工特性も、単なる伸び、
偏平性、拡管性のみならず、曲げ特性、張出し成形性、
伸びフランジ性など多岐にわたるために、先行技術１に
よる電縫鋼管では所定形状に加工することが困難であっ
た。

【０００５】一方、先行技術２に示されている方法をそ
のまま電縫鋼管に適用しても、造管歪みによる延性特に
一様伸び（Ｕ−Ｅ１）の低下が著しく、張出成形等の厳
しい加工を行うことが困難であった。

【０００６】従って、この発明の目的は、上述した問題
を解決し、サスペンションアーム等の自動車足廻り部材
に要求されている加工特性、特に、曲げ加工性、張出成
形性および伸びフランジ成形性の優れた引張強度 440N/
mm²以上の高張力電縫鋼管の製造方法を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上述した
観点から、加工特性、特に、曲げ加工性、張出成形性お
よび伸びフランジ成形性の優れた引張強度 440N/mm²以
上の高張力電縫鋼管の製造方法を開発すべく鋭意研究を
重ねた。その結果、鋼成分の調整および最適熱延条件の
適正化を図って、鋼の結晶組織を、単に組織の構成比の
みならず、その分散状態を特定の組織に制御することに
より、造管歪みによる延性の低下を抑制し、強度および
加工特性のバランスが従来鋼よりも極めて優れた電縫鋼
管を製造し得ることを知見した。

【０００８】この発明は、上記知見に基づいてなされた
ものであって、この出願の請求項１に記載の発明は、炭
素(C) ： 0.01 〜0.10wt.%、シリコン(Si)
： 0.005〜1.0 wt.%、マンガン(Mn) ： 1.0 〜1.6
wt.%、アルミニウム(Al)： 0.01 〜0.05wt.%、窒素(N)
： 0.001〜0.004wt.% 、硫黄(S) ：
0.005wt.%以下、チタン(Ti)＋ニオブ(Nb)＋バナジウム
(V) ： 0.01wt.% 以下、残り：鉄(Fe)およ
び不可避不純物からなるスラブを調製し、前記スラブ
を、加熱温度：1150〜1250℃、仕上げ温度：(Ar₃) 〜(A
r₃＋50℃)で、且つ、（仕上げ温度）〜（仕上げ温度＋2
0℃）の温度域で３０％以上の圧下率により熱間圧延
し、次いで、直ちに80〜200 ℃/Sの冷却速度で 720〜68
0 ℃の温度域まで冷却しそして前記温度域で２〜６秒間
保持または空冷し、次いで、40〜150 ℃/Sの冷却速度で
400 〜500 ℃の範囲内の温度まで冷却し、そして、前記
範囲内の温度で巻取ることにより熱延鋼帯を調製し、得
られた熱延鋼帯を電縫溶接し、次いで、１〜10％の絞り
率でサイジングすることにより、加工特性の優れた引張
強度 440N/mm² 以上の高張力電縫鋼管を製造することに
特徴を有するものである。

【０００９】この出願の請求項２に記載の発明は、請
求項１記載の高張力電縫鋼管の製造方法によって、フェ
ライトとベイナイトとの２相組織からなり、フェライト
相は、組織面積分率で９０〜９７％、残部が組織面積分
率で３〜１０％のベイナイト相であり、フェライト相中
に平均粒径４μｍ以下のベイナイト相が２０個／１０ ⁴
μｍ ² 以上分散した組織からなる高張力電縫鋼管を製造
することに特徴を有するものである。

【００１０】

【作用】次に、この発明の方法におけるスラブの化学成
分組成を、上述した範囲内に限定した理由について述べ
る。 (1) 炭素(C) ：Ｃは、所望のベイナイトを生成させ、目
標とする組織を確保するために必須の元素である。Ｃ含
有量は、造管歪みによる延性の低下が少なく、且つ、加
工特性の優れた電縫鋼管を得る観点から、0.01〜0.10w
t.%の範囲内に限定すべきである。Ｃ含有量が 0.01 wt.
%未満でも、また、0.10wt.%を超えても、造管歪みによ
る延性の低下が大になり、強度および加工特性のバラン
スに優れた電縫鋼管を製造することができない。

【００１１】(2) シリコン（Si）：Siは、フェライトの
生成を促進し、所望のフェライト量を確保するために必
須の元素である。Si含有量が 0.005wt.%未満では、上述
した効果が得られず、一方、Si含有量が1.0 wt.%を超え
ると、電縫溶接部の加工特性が劣化する。従って、Si含
有量は、0.005 〜1.0wt.% の範囲内に限定すべきであ
る。

【００１２】(3) マンガン(Mn)：Mnは、所望のベイナイ
トを生成させ、目標とする組織を確保するための必須元
素である。Mn含有量は、ベイナイトが微細に分散した組
織とする観点から 1.0〜1.6 wt.%の範囲内に限定すべき
である。Mn含有量が 1.0wt.%未満では、パーライト変態
が起こり、一方、Mn含有量が1.6 wt.%を超えるとフェラ
イト変態が抑制され、いづれも所望の組織が得られず、
造管による延性の低下が大になる。

【００１３】(4) アルミニウム（Al）：Alは、脱酸のた
めの有効な元素である。しかしながら、Al含有量が0.01
wt.%未満では所望の効果が得られず、一方、Al含有量が
0.05wt.%を超えると、介在物の増加により加工性が劣化
する。従って、Al含有量は、0.01〜0.05wt.%の範囲内に
限定すべきである。

【００１４】(5) 硫黄(S) ：S は、電縫部の加工特性を
劣化させる。従って、S 含有量は0.005wt.% 以下に限定
すべきである。

【００１５】(6) チタン(Ti)、ニオブ(Nb)、バナジウム
(V) ：Ti、NbおよびV には、造管歪みによる延性低下を
大にする作用があり、その総量が0.01wt.%を超えると、
上記延性低下が大になる。従って、Ti＋Nb＋V は 0.01w
t.% 以下に限定すべきである。

【００１６】(7) 窒素(N) ：N には、AlN として析出さ
せ、仕上げスタンド間でのオーステナイト粒の成長を抑
制し、微細なベイナイト組織とする作用があり、そのた
めに、0.001wt.% 以上含有されていることが必要であ
る。一方、N 含有量が0.004wt.% を超えると、歪み時効
により延性が低下する。従って、N 含有量は、 0.001〜
0.004wt.% の範囲内に限定すべきである。

【００１７】次に、この発明の方法におけるスラブの熱
延条件を、上述した範囲内に限定した理由について述べ
る。 (a) スラブ加熱温度：ベイナイト相を微細に分散させる
ためには、初期γ粒径を粗大化させてはならない。従っ
て、初期γ粒径の粗大化が顕著になる1250℃を加熱温度
の上限とする。一方、後述する仕上げ圧延温度を狭い温
度域において安定的に確保するためには、スラブ加熱温
度を1150℃以上とすることが必要である。スラブ加熱温
度が1150℃未満では、コイル内での仕上げ圧延温度偏差
が大になり、仕上げ圧延温度を所望の温度域において、
安定して確保することが困難になる。従って、スラブ加
熱温度は、1150〜1250℃の範囲内に限定すべきである。

【００１８】(b) 仕上げ圧延条件ベイナイト相を微細に分散させるためには、変態前のオ
ーステナイト相の極端な微細化とオーステナイト相の極
限的強加工が必須であり、そのために、仕上げ圧延温度
を、Ar₃ 変態点直上の極めて狭い温度域即ち(Ar₃) 〜(A
r₃＋50℃) の範囲内に制御することが必要である。仕上
げ圧延温度が(Ar₃＋50℃) を超えると、ベイナイト相の
分散が粗になり、造管歪みによる延性の低下、および、
造管後の加工性の劣化が大になる。一方、仕上げ圧延温
度が(Ar₃) 未満では、混粒組織となって、造管歪みによ
る延性の低下、および、造管後の加工性の劣化が大にな
る。

【００１９】ベイナイト相を微細に分散させるために
は、更に、熱間圧延終了直前における強圧下が必要であ
る。本発明鋼においては、オーステナイト相の再結晶を
抑制するマイクロアロイを添加していないので、特に、
仕上げ圧延温度直上の温度で強圧下を行わないと、微細
に分散したベイナイト相が得られない。

【００２０】図１は、製品板厚までの圧下率が30% とな
る温度とベイナイト分散個数との関係を示すグラフであ
る。図１から明らかなように、圧下率が30% となる温度
の低下に伴ってベイナイト相は微細に分散し、（仕上げ
温度＋20℃）以下でベイナイト相密度が２０個/10⁴μm²
以上になる。従って、（仕上げ温度）〜（仕上げ温度＋
20℃）の温度域で３０％以上の圧下率により熱間圧延す
ることが必要である。

【００２１】(c) ランナウトテーブルでの冷却条件仕上げ圧延後の熱延鋼帯は、直ちに80〜200 ℃/Sの冷却
速度で 720〜680 ℃の温度域まで急冷する必要がある。
冷却速度を80℃/S以上とすることにより、フェライト相
と微細に分散したベイナイトの混合組織が得られる。冷
却速度が80℃/S未満では、ベイナイト相密度が２０個/1
0⁴μm²以上にはならない。なお、冷却速度の上限は、操
業性の観点から200 ℃/Sに定めた。

【００２２】中間温度域での保持または空冷は、所望量
のフェライトを確保するために必要である。保持または
空冷温度が 720℃を超えるかまたは680 ℃未満では、９
０％以上のフェライト量が得られない。同様に、保持ま
たは空冷時間が２秒未満でも９０％以上のフェライト量
が得られない。一方、保持または空冷時間が６秒を超え
ると、フェライト量が９７％を超え、造管歪みによる延
性の低下および造管後の加工性の劣化が大になる。従っ
て、保持または空冷時間は、２〜６秒の範囲に限定すべ
きである。

【００２３】中間温度域での保持または空冷後の急冷条
件は、パーライトが生成しない条件により定まる。冷却
速度が40℃/S未満では、パーライトが生成し、鋼管の強
度−加工特性バランスが低下する。冷却速度の上限は、
操業性の観点から150 ℃/Sに定めた。

【００２４】(d) 巻取り温度：第２相をベイナイト組織
とするために、巻取り温度は 400〜500 ℃の範囲内に限
定すべきである。巻取り温度が 500℃を超えると、パー
ライトが生成するために、造管歪みによる延性の低下が
大になる。一方、巻取り温度が 400℃未満では、マルテ
ンサイトが生成し、鋼帯での強度が増すことにより、造
管歪みによる延性の低下および造管後の加工性の劣化が
大になる。

【００２５】(e) 造管条件：造管による延性の低下量
は、鋼帯のミクロ組織に加えて、サイジングの歪み量の
影響も受ける。サイジングの幅絞り率が10% を超えると
延性の低下が著しくなる。一方、幅絞り率が１％に満た
ないと歪みの入り方が円周方向で不均一になり加工性が
劣化する。従って、サイジングの幅絞り率は１〜10％の
範囲内に限定すべきである。なお、幅絞り率は、次式に
よって求めた。｛〔スリットコイル幅−π（外径−板厚）〕／π（外径
−板厚）｝×１００(%)

【００２６】上述した工程によって90〜97% のフェライ
ト相中に平均粒径５μm 以下のベイナイト相が20個/10⁴
μm²以上分散した組織を有し、サイジングの幅絞り率が
１〜10％である電縫鋼管が得られる。このようにして得
られた電縫鋼管が、造管歪みによる延性の低下量が小さ
く、且つ、造管後に優れた加工特性を有する理由は、次
のように考えられる。

【００２７】即ち、無加工の熱延鋼帯においては、フェ
ライト分率が高いものほど延性が高い。しかしながら、
プレーンなフェライト組織の場合は、造管等の加工硬化
に伴う延性低下が著しい。その理由は、加工時に活動す
る転位がすべり面に沿って均一にすべり加工を起こすた
めであると考えられる。これに対して、３〜１０％のベ
イナイト相を微細に分散させると、転位のすべりが不均
一に起こり、ある程度加工が進行しても、可動転位密度
が高く、従って、延性の低下が抑制される。

【００２８】このように、造管後の延性の高低および加
工特性は、鋼帯の延性の高低だけでは決まらず、鋼帯の
組織を前述のようなベイナイト相を微細に分散させたミ
クロ組織とすることで、造管歪みによる延性低下量が小
さくなり、且つ、従来よりも強度−加工特性のバランス
の優れた高張力電縫鋼管が得られる。これらの効果は、
ベイナイトをフェライト中に微細に分散させた場合に著
しく第２相がパーライトの場合には認められない。

【００２９】図２は、ベイナイト相の分散と造管による
U-E1の低下量との関係を示すグラフである。図２から明
らかなように、ベイナイト相の分散が20個/10⁴μm²を超
えると、造管歪みによるU-E1の低下量が１０％未満にな
り、造管後も高い延性が示されている。

【００３０】

【実施例】次に、この発明の方法を、実施例により比較
例と対比しながら更に説明する。〔実施例１〕表１に示すこの発明の範囲内の化学成分組
成を有する鋼Ａ〜Ｄおよびこの発明の範囲外の化学成分
組成を有する鋼Ｅを転炉によって溶製し、次いで、連続
鋳造によってスラブとなし、得られたスラブを表２に示
すこの発明の条件により熱間圧延して熱延鋼帯を調製
し、得られた熱延鋼帯を電縫溶接して60.5φ×2.6mmtの
電縫鋼管となし、かくして、試験用鋼管No. １〜５を調
製した。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】試験用鋼管の各々から展開試験片を採取
し、得られた試験片に対し、Ｃ方向引張り試験（JIS ５
号）、球頭張出試験（ポンチ径：50mm）および打抜き穴
拡げ試験（穴径：10mm、60°円錐ポンチ）を実施した。
更に、上記試験用鋼管に対し曲げ半径200Rで曲げ加工を
施し、このような曲げ加工の施された鋼管から展開試験
片を採取し、曲げ最外周部で球頭張出試験および打抜き
穴拡げ試験を実施した。これらの試験結果を表３に示
す。

【００３４】

【表３】

【００３５】表１〜３から明らかなように、本発明の範
囲内の化学成分組成を有する本発明例No. １〜４は、本
発明の範囲外の比較例No. ５に比べて、何れも造管歪み
による延性の低下が小さく、特に、Ｕ−Ｅ１（鋼板の一
様伸びー鋼管の一様伸び）の低下量は１０％未満で、優
れた曲げ加工性、張出成形性および伸びフランジ成形性
を有しており、更に、造管後曲げ加工を施した管の加工
性も優れていた。

【００３６】〔実施例２〕表１に示すこの発明の範囲内
の化学成分組成を有する鋼Ａ〜Ｄを使用し、表４に示す
この発明の範囲内および範囲外の条件により熱延および
造管して、60.5φ×2.6mmtの電縫鋼管となし、かくし
て、試験用鋼管No. ６〜２５を調製した。

【００３７】

【表４】

【００３８】表４において、No. 6, 7, 11〜13, 17, 1
8, 23, 24は本発明例であり、No.8〜10, 14〜16, 19〜2
2および25は比較例である。比較例No.8, 9 は中間保持
時間およびフェライト分率が本発明の範囲外であり、比
較例No.8は更にベイナイト分散個数が本発明の範囲外で
ある。比較例No.10 は絞り率が本発明の範囲外である。
比較例No.13 〜15は仕上げ温度およびベイナイト分散個
数が本発明の範囲外であり、比較例No.14 は更にフェラ
イト分率が本発明の範囲外である。

【００３９】比較例No.19, 20 は加熱温度およびベイナ
イト分散個数が本発明の範囲外であり、比較例No.20 は
更に仕上げ温度が本発明の範囲外である。比較例No.21
は中間保持温度、フェライト分率およびベイナイト分散
個数が本発明の範囲外であり、比較例No.22 は巻取り温
度およびパーライト相であることが本発明の範囲外であ
る。そして、比較例No.25 は巻取り温度およびパーライ
ト相であることが本発明の範囲外である。

【００４０】上記本発明例および比較例の各々の試験用
鋼管に対し、前述したように、Ｃ方向引張り試験、球頭
張出試験および打抜き穴拡げ試験を実施し、更に、上記
試験用鋼管に対し曲げ加工を施した上、球頭張出試験お
よび打抜き穴拡げ試験を実施した。これらの試験結果を
表５に示す。

【００４１】

【表５】

【００４２】表４、５から明らかなように、熱延条件お
よびミクロ組織が本発明の範囲の条件を満たしている本
発明例は、造管歪みによる延性の低下が小さく、特に、
Ｕ−Ｅ１（鋼板の一様伸びー鋼管の一様伸び）の低下量
が１０％未満で、優れた曲げ加工性、張出成形性および
伸びフランジ成形性を有しており、更に、造管後曲げ加
工を施した管の加工性も優れていた。

【００４３】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
造管後に熱処理等を施すことなく、サスペンションアー
ム等の自動車足廻り部材に要求されている加工特性、特
に、曲げ加工性、張出成形性および伸びフランジ成形性
の優れた、引張強度 440N/mm²以上の高張力電縫鋼管を
製造することができる工業上有用な効果がもたらされ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】製品板厚までの圧下率が30% となる温度とベイ
ナイト分散個数との関係を示すグラフである。

【図２】ベイナイト相の分散と造管によるU-E1の低下量
との関係を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長浜裕東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21D 8/00 - 8/10 C22C 38/00 - 38/60

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素(C) ： 0.01 〜0.10wt.%、シリコン(Si) ： 0.005〜1.0 wt.%、マンガン(Mn) ： 1.0 〜1.6 wt.%、アルミニウム(Al)： 0.01 〜0.05wt.%、窒素(N) ： 0.001〜0.004wt.% 、硫黄(S) ： 0.005wt.%以下、チタン(Ti)＋ニオブ(Nb)＋バナジウム(V) ： 0.01wt.%
以下、残り：鉄(Fe)および不可避不純物からなる
スラブを調製し、前記スラブを、加熱温度：1150〜1250℃、仕上げ温度：
(Ar₃) 〜(Ar₃＋50℃)で、且つ、（仕上げ温度）〜（仕
上げ温度＋20℃）の温度域で３０％以上の圧下率により
熱間圧延し、次いで、直ちに80〜200 ℃/Sの冷却速度で 720〜680 ℃
の温度域まで冷却しそして前記温度域で２〜６秒間保持
または空冷し、次いで、40〜150 ℃/Sの冷却速度で 400
〜500 ℃の範囲内の温度まで冷却し、そして、前記範囲
内の温度で巻取ることにより熱延鋼帯を調製し、得られた熱延鋼帯を電縫溶接し、次いで、１〜10％の絞
り率でサイジングすることにより、加工特性の優れた引
張強度440 N/mm² 以上の高張力電縫鋼管を製造すること
を特徴とする、高張力電縫鋼管の製造方法。
【請求項２】フェライトとベイナイトとの２相組織か
らなり、フェライト相は、組織面積分率で９０〜９７
％、残部が組織面積分率で３〜１０％のベイナイト相で
あり、フェライト相中に平均粒径４μｍ以下のベイナイ
ト相が２０個／１０ ⁴ μｍ ² 以上分散した組織からなる、
請求項１記載の高張力電縫鋼管の製造方法。