JP3450744B2 - ハイドロフォーミング加工性に優れる鋼管の製造方法 - Google Patents

ハイドロフォーミング加工性に優れる鋼管の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用の機械構
造用部品に用いられる鋼管に関し、さらに詳しくは鋼管
に内圧を加えながら管軸方向に押し込み力を負荷するハ
イドロフォーミングの加工性に優れる鋼管の製造方法
関するものである。 【0002】 【従来技術】鋼管のハイドロフォーミングとは、素材と
なる鋼管に液体で内圧を加え、それと同時に管端から管
軸方向への押し込み力を負荷して、膨出加工しつつ所定
形状の鋼管を加工する方法である。この方法によれば、
より少ない工程数で複雑な形状の製品を加工できる。ま
た、液圧および押し込み力を適切に制御することによっ
て、肉厚を均一に加工でき、製品の軽量化にも有効であ
る。 【0003】機械部品の製造にハイドロフォーミングを
適用すると、従来、プレス加工と溶接の組み合わせでな
ければ製造できなかった部品を、鋼管を素材としてより
低コストで製造することができる。さらに、ハイドロフ
ォーミングの加工を受けた鋼管は、その剛性を高めるこ
とも可能になる。 【0004】特に、自動車用の機械構造用部品の製造に
おいては、近年の環境問題から燃費向上を目的とした軽
量化が重要な課題となってきている。このような観点か
ら、自動車部品として用いられる構造材に、鋼管を素材
としてハイドロフォーミングによって加工された製品を
広く採用して、低コスト化を含め、一層の大量生産や生
産性の向上を図ることが要請されている。このため、こ
の要請に対応して、ハイドロフォーミングによる自動車
用の構造部品の加工に関して、いくつかの提案が行われ
ている。 【0005】例えば、特開平10-175027号公報では、ハ
イドロフォーミング時の加工性を改善するため、管軸方
向のr値が管周方向のr値よりも大である加工用金属管
が提案されている。この金属管を使用すれば、T字管の
成形においてT字成形高さが充分に確保できるとしてい
る。 【0006】しかしながら、提案の金属管では、鋼板か
ら突き合わせ溶接で製造する場合に、適用される冷延鋼
板の特性から一定の制限が生ずる。すなわち、冷延後、
焼鈍された冷延鋼板の一般的な特性として、幅方向r値
>長さ方向r値の関係があることはよく知られている。
したがって、上記の金属管で規定する管軸方向のr値が
管周方向のr値よりも大との条件を満足しようとする
と、鋼板の幅方向を金属管の軸方向として製管する必要
がある。このため、提案の金属管を実際の加工に適用す
ると、製管長さに制限が生じ、大量生産には適さず、生
産性が確保できず、自動車用構造部品としては採用でき
ないという問題がある。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】前述の通り、ハイドロ
フォーミングは鋼管に内圧と管軸方向の押し込み力を加
えて膨出加工を施すものであり、加工製品の品質とし
て、膨出加工時の破断防止を図ることが重要な課題とな
る。通常、この加工時の破断を防止するには、素材とな
る鋼管の引張強さを低減することによって、鋼管の伸び
を確保して、膨出加工時の破断発生を回避していた。し
かし、素材鋼管の引張強さの低減は、同時に管軸方向の
引張強さの低下を促す。このため、ハイドロフォーミン
グ時の管軸方向の圧縮にともなって座屈を発生し易く、
十分な軸圧縮を負荷することができなくなり、所定の加
工精度が確保できなくなる。また、膨出加工時の破断防
止の対策として、素材鋼管の低強度化を図ることは、ハ
イドロフォーミングで加工された鋼管では、高強度の鋼
管を望むことができないことになる。 【0008】言い換えると、従来のハイドロフォーミン
グでは、膨出加工時の破断防止を図るために、管軸方向
への押し込み力を制限せざるを得ず、加工精度が低下
し、さらに高強度のハイドロフォーミング鋼管を製造す
ることができない。一方、前記の特開平10-175027号公
報で提案された加工性を改善した金属管においても、金
属管の長さに制限が生ずることから、大量生産を前提と
する自動車用構造部品の製造には適さないという問題が
ある。 【0009】本発明は、上述した従来の問題点に鑑みて
なされたものであり、ハイドロフォーミングによって加
工される際に、膨出加工による破断を発生させることが
なく、管軸方向の圧縮による座屈を回避でき、十分な管
軸方向の圧縮負荷が可能であるとともに、高強度であっ
て、しかも生産性に優れる自動車用構造部品の製造に適
する鋼管を提供することを目的としている。 【0010】 【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記の課
題を達成するため、種々の検討を行った結果、ハイドロ
フォーミングに供される鋼管では、管軸方向の引張強さ
と管周方向の伸びが重要な特性であることに着目した。
前述の通り、ハイドロフォーミングにおいては、素材鋼
管に内圧を負荷するのと同時に、管軸方向への圧縮をも
負荷することによって、内圧の負荷だけでは実現できな
い厳しい加工を可能にしている。ところが、ハイドロフ
ォーミングに供される素材鋼管のなかでも、特に自動車
用構造部品として製造される鋼管では、製品の軽量化を
図るため、薄肉化の要請が強く、管軸方向への圧縮負荷
にともなう座屈発生の恐れがある。したがって、加工時
の圧縮負荷による座屈発生を防止することが重要な課題
となる。 【0011】このようなことから、ハイドロフォーミン
グ加工性に優れた鋼管とは、加工時に管軸方向の圧縮負
荷に耐えうる性質を保持しつつ、十分に管周方向の伸び
特性を発揮することができる鋼管であることを意味す
る。そして、管軸方向の圧縮負荷に耐えて座屈を発生し
難いことは、管軸方向の引張強さが高いことと同義であ
る。したがって、上記のハイドロフォーミング加工性に
優れた鋼管は、管軸方向の引張強さと管周方向の伸びと
がバランスされ、両者が所定の関係を満足することにな
る。 【0012】後述する図3は、T字管の成形において、
管軸方向の引張強さと管周方向の伸びとの関係を示す図
であるが、同図から、ハイドロフォーミング加工性に優
れた鋼管、すなわち、管軸方向の圧縮負荷に耐えると同
時に、管周方向の伸びに優れる鋼管は、その管軸方向の
引張強さおよび管周方向の伸びとの間で、一定の関係を
示すことが分かる。 【0013】本発明は、上記の知見に基づいて完成され
たものであり、内面に圧力が加えられ、管軸方向に押し
込まれてハイドロフォーミングで加工される鋼管の製造
方法あって、鋼板の突き合わせ部を溶接した電縫鋼管、
またはビレットから継目無く製管されたシームレス鋼管
のうち、管軸方向の引張強さと幅10mm、GL50mmの試験
片を用いた管周方向の伸びが下記の関係を満たす鋼管を
素材として用いることを特徴とするハイドロフォーミン
グ加工性に優れる鋼管の製造方法を要旨としている。 【0014】(管軸方向引張強さ(N/mm2)−180)×
(管周方向伸び(%)−15)≧2000ここで、管軸方向の
引張強さとは、例えば、鋼管の軸方向から採取した弧状
試験片を引張試験に供して得られた引張強さ(TS)の
値を用いても良い。また、管周方向の伸びとは、図2に
示すように、鋼管を展開して管周方向に採取した、幅10
mmでGL50mmの試験片を引張試験に供して得られた伸び
(EL)の値を採用する。これは、伸びは使用する試験
片の形状によって影響を受けやすいからである。 【0015】 【発明の実施の形態】本発明のハイドロフォーミング用
の素材鋼管は、(管軸方向引張強さ(N/mm2)-180)×
(管周方向伸び(%)−15)≧2000の関係を満足するの
を特徴としている。この条件を具備することによって、
所定以上の管軸方向引張強度と管周方向伸びが確保でき
て、ハイドロフォーミングの加工性が確保できる。 【0016】図1は、鋼管のハイドロフォーミング加工
性を評価するために金型を用いてT字管を成形する状況
を説明する図である。対象となる鋼管1は、同図に示す
上金型2および下金型3の金型内の装着され、鋼管内面
に圧力が負荷されるとともに、管軸方向に圧縮荷重が負
荷され、押し込みつつ加工されてT字管に成形される。
このとき、膨出部の直径Lは鋼管外径Dの60%とされ
る。そして、鋼管の限界拡管率は、割れまたは座屈の発
生が無い状態で加工できるA−A断面での周長増加率で
示される。ここで、周長増加率は、加工前の素管周長
で、T字加工後の最大周長、すなわち、A−A断面で切
り取られる周長を除して、百分率表示することによって
表される。 【0017】本発明者らによる種々の自動車用部品の加
工性と限界拡管率との関係を検討した結果によると、経
験的に、限界拡管率が20%以上になると良好な加工性が
得られることが認識される。例えば、限界拡管率が20%
未満であると、急な形状変化を伴う加工部で割れを発生
したり、内圧が低下して加工を中断せざるを得ない事態
が多発する場合がある。 【0018】本発明の製造方法が対象とする鋼管は、前
述の通り、自動車用の機械構造用部品に用いられるもの
であるから、炭素鋼、または低合金鋼を採用するのが望
ましい。また、素材鋼管の製法は、特に限定されるもの
ではなく、鋼板の突き合わせ部を溶接した電縫(ER
W)鋼管であっても良く、また、ビレットから継目無く
製管されたシームレス鋼管であっても良い。 【0019】以下、本発明のハイドロフォーミングの加
工に供される鋼管の特徴を、具体的な試験結果に基づい
て説明する。 【0020】表1に示す28鋼種を溶製して、連続鋳造に
てスラブを製造した。次いでこれらを、スラブ加熱温
度:1250℃、熱延終了温度:850〜930℃、コイル巻き取
り温度:570〜690℃の条件で、熱間圧延して供試用の熱
延鋼板を製造した。さらに、冷間圧下率60%の条件で冷
間圧延を行い、冷間圧延後のコイル焼鈍を680℃×21時
間として、供試材となる冷延鋼板を製造した。 【0021】この冷延鋼板を突き合わせ溶接して、外径
60.5〜89.1mm、肉厚1.6〜4.0mmのERW鋼管とし、適
宜、鋼管熱処理として910℃×10分の焼準処理を施し
た。熱間圧延条件、鋼管寸法および鋼管熱処理の有無は
表2に示す。 【0022】 【表1】【0023】 【表2】【0024】上記のERW鋼管からJIS 112B 弧状試験
片を採取して軸方向引張試験を行うとともに、図2に示
す板状試験片を加工して管円周方向引張試験を行い、そ
の結果を表2に示す。また、管軸方向引張強さTS(N/
mm2)と管周方向伸びEL(%)との関係も検討した。次
いで、ハイドロフォーミング加工性を評価するため、同
ERW鋼管を長さ450〜550mmに切り出して、図1に示す
T字管の成形試験を実施し、限界拡管率を測定して、そ
の結果を表3に示す。 【0025】 【表3】【0026】図3は、ハイドロフォーミング加工性の評
価基準となる管軸方向引張強さと管円周方向伸びとの関
係を示す図である。同図は、表3に示す(TS(N/mm2)
−180)×(EL(%)−15)の値と限界拡管率(%)
との関係から作成することができる。 【0027】前述の通り、ハイドロフォーミング加工性
は、限界拡管率20%が目安とされ、これ以上の値を確保
することによって、優れた加工性が発揮される。表3お
よび図3から明らかなように、本発明例となる番号1〜
20のいずれも、(管軸方向引張強さ(N/mm2)−180)
×(管周方向伸び(%)−15)≧2000を満足することに
よって、限界拡管率20%が確保されている。 【0028】 【発明の効果】本発明の製造方法によれば、ハイドロフ
ォーミングによって加工される際に、膨出加工時に破断
を発生させることがなく、高強度で、管軸方向の圧縮に
よる座屈を回避でき、十分に圧縮負荷に耐えることがで
きる優れたハイドロフォーミングの加工性を発揮するこ
とができる。しかも、得られた鋼管を自動車用構造部品
の製造に適用すれば、製造コストの低減を含め、一層の
大量生産や生産性の向上を達成することができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】鋼管のハイドロフォーミング加工性を評価する
ために金型を用いてT字管を成形する状況を説明する図
である。 【図2】管周方向の伸びを測定する場合に用いることが
できる、鋼管を展開して管周方向に採取した試験片を示
す図である。 【図3】ハイドロフォーミング加工性の評価基準となる
管軸方向引張強さと管円周方向伸びとの関係を示す図で
ある。 【符号の説明】 1:鋼管、 2:上金型、 3:下金型
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 国重 和俊 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−175027(JP,A) 特開 平10−176220(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B21D 26/02 C22C 38/00 301

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】内面に圧力が加えられ、管軸方向に押し込
    まれてハイドロフォーミングで加工される鋼管の製造方
    法あって、鋼板の突き合わせ部を溶接した電縫鋼管、ま
    たはビレットから継目無く製管されたシームレス鋼管の
    うち、管軸方向の引張強さと幅10mm、GL50mmの試験片
    を用いた管周方向の伸びが下記の関係を満たす鋼管を素
    材として用いることを特徴とするハイドロフォーミング
    加工性に優れる鋼管の製造方法。 (管軸方向引張強さ(N/mm)−180)×(管周方向伸
    び(%)−15)≧2000
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