JP3610827B2 - 加工性に優れた溶接鋼管およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄肉溶接鋼管に係り、とくに自動車の構造部材に用いて好適な加工性に優れた薄肉溶接鋼管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境保全の観点から、炭酸ガスの排出を規制する動きが活発となっており、とくに、自動車の軽量化による燃費改善が注目されている。なかでもシャーシ、フレーム等の構造部材の軽量化が指向され、モノコック構造等軽量化のための構造上の提案が数多くなされている。これらの構造を従来のように板材をプレス加工して製造すると歩留りが低く、製造コストが増加するため、板材に代えて、パイプを用いたパイプ構造とすることが考えられている。パイプ構造は、軽量で高剛性を有するうえ、液圧加工を利用することができ、１回で所定の一体形状に成形できるという利点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、１回で所定の形状に加工するためには、液圧加工（ハイドロフォーミング）といえども厳しい加工を施される部分が多く、従来の鋼管では、減肉による強度や剛性の低下、あるいは加工中に割れが発生し製品とすることができないという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記した問題を有利に解決し、液圧加工（ハイドロフォーミング）に適した溶接鋼管および溶接管の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、液圧加工（ハイドロフォーミング）における鋼管の変形と鋼管特性について鋭意検討し、液圧加工（ハイドロフォーミング）に適した溶接鋼管は、大歪加工に耐えうる材料特性が必要なことから、帯板とほぼ同等の高い伸びと低い降伏比を有することが必要であるとの知見を得た。さらに、軽量化の観点から、ｔ／Ｄの小さい薄肉鋼管の使用が適切であるという知見を得た。また、さらに、このような鋼管とするためには、素管の成形条件、とくに素管の断面形状、あるいはフィンパスロールの穴型形状、フィンパスロールでの円周方向全圧下率を適正範囲とする必要があることを知見した。
【０００６】
本発明は、上記した知見をもとに構成されたものである。
すなわち、第１の本発明は、鋼帯をエッジベンドロール、複数のセンターベンドロール、ゲージロール群および複数のフィンパスロールにより連続的にロール成形し、突き合わせたシーム部を溶接してなる溶接鋼管であって、前記溶接鋼管の伸びＥｌｐと前記鋼帯の伸びＥｌｓとの比、Ｅｌｐ／Ｅｌｓが０．６ 以上、前記溶接鋼管の一様伸びＥｌｕｐと前記鋼帯の一様伸びＥｌｕｓとの比、Ｅｌｕｐ／Ｅｌｕｓが０．３ 以上で、前記溶接鋼管の降伏比ＹＲｐと前記鋼帯の降伏比ＹＲｓと比、ＹＲｐ／ＹＲｓが１．６ 以下で、液圧限界バルジ比が１．１０以上を有することを特徴とするハイドロフォーミングに適した薄肉溶接鋼管であり、また、本発明では、ハイドロフォーム部品の軽量化の観点から、前記溶接鋼管の肉厚ｔと外径Ｄとの比、ｔ／Ｄを０．００５ 〜０．１０とするのが好ましい。
【０００７】
また、第２の本発明は、帯板を、エッジベンドロールにより該帯板の両エッジ部を予め成形したのち、複数のセンターベンドロールとゲージロール群とにより前記帯板エッジ部から管側部となる位置を連続的に拘束しながら前記帯板の中央部を曲げ成形し、開口部を有し断面が管エッジ部、管側部、管底部およびそれらの境界部の各曲げ要素からなる縦長の小判型素管とし、ついで、該小判型素管に複数のフィンパスロールによりオーバーベンドと縦径の圧縮とを順次加えて円形素管に仕上成形したのち、突き合わせ部を溶接機で加熱し、スクイズロールでアップセットして溶接接合する溶接管の製造方法であって、
前記フィンパスロール直前における前記小判型素管の断面形状または計画断面形状を、前記小判型素管断面における各曲げ要素の長さと帯板の幅との比、Ｓ３ 、Ｓ２ 、Ｓ１ 、Ｓ１２が次条件（１）
条件（１）：
Ｓ３ ＝（管エッジ部曲げ長さ）／（帯板幅）＝０．２０〜０．４０、
Ｓ２ ＝（管側部曲げ長さ）／（帯板幅）＝０．２０〜０．４０、
Ｓ１ ＝（管底部曲げ長さ）／（帯板幅）＝０．１５〜０．３０、
Ｓ１２＝（管側部と管底部の境界部曲げ長さ）／（帯板幅）＝０．１５〜０．３０
Ｓ３ ＋Ｓ２ ＋Ｓ１ ＋Ｓ１２＝１．０
を満足し、さらに前記小判型素管断面における各曲げ要素の曲げ半径と製品半径との比、Ｒ３ 、Ｒ２ 、Ｒ１ 、Ｒ１２が次条件（２）
条件（２）：
Ｒ３ ＝（管エッジ部曲げ半径）／（製品半径）＝１．０ 〜１．４ 、
Ｒ２ ＝（管側部曲げ半径）／（製品半径）＝１．５ 〜５．０ 、
Ｒ１ ＝（管底部曲げ半径）／（製品半径）＝０．９ 〜１．３ 、
Ｒ１２＝（管側部と管底部の境界部曲げ半径）／（製品半径）＝０．８ 〜１．２
を満足し、さらに前記小判型素管断面の縦径Ｈ０ 、横径Ｗ０ 、開口部幅Ｗｅ０の各寸法と、前記フィンパスロールの穴型形状の縦径Ｈ１ 、横径Ｗ１ 、フィン幅Ｗｅ１とのそれぞれの比、Ｈ０ ／Ｈ１ 、Ｗ０ ／Ｗ１ 、Ｗｅ０／Ｗｅ１が次条件（３）
条件（３）：
Ｈ０ ／Ｈ１ ＝（素管の縦径）／（穴型の縦径）＝１．０ 〜１．３ 、
Ｗ０ ／Ｗ１ ＝（素管の横径）／（穴型の横径）＝０．８ 〜１．０ 、
Ｗｅ０／Ｗｅ１＝（素管の開口部幅）／（穴型のフィン幅）＝０．８ 〜２．０
を満足する形状とし、
かつ、前記複数のフィンパスロールのうちの第１フィンパスロールの穴型形状を、穴型における各曲げ要素の長さと帯板の幅との比、（Ｓ３ ）Ｆ１、（Ｓ２ ）Ｆ１、（Ｓ１ ）Ｆ１、（Ｓ１２）Ｆ１、（Ｓ２３）Ｆ１が次条件（４）
条件（４）
（Ｓ３ ）Ｆ１＝（穴型管エッジ部相当部長さ）／（帯板幅）＝０．１０〜０．３０、
（Ｓ２ ）Ｆ１＝（穴型管側部相当部長さ）／（帯板幅）＝０．２０〜０．４０、
（Ｓ１ ）Ｆ１＝（穴型管底部相当部長さ）／（帯板幅）＝０．１５〜０．３０、
（Ｓ１２）Ｆ１＝（穴型管側部と管底部の境界部相当長さ）／（帯板幅）＝０．１５〜０．３０
（Ｓ２３）Ｆ１＝（穴型管側部と管エッジ部の境界部相当長さ）／（帯板幅）＝０．１５〜０．３０
（Ｓ３ ）Ｆ１＋（Ｓ２ ）Ｆ１＋（Ｓ１ ）Ｆ１＋（Ｓ１２）Ｆ１＋（Ｓ２３）Ｆ１＝１．０
を満足し、さらに穴型における各曲げ要素の曲げ半径と製品半径との比、（Ｒ３ ）Ｆ１、（Ｒ２ ）Ｆ１、（Ｒ１ ）Ｆ１、（Ｒ１２）Ｆ１、（Ｒ２３）Ｆ１が次条件（５）
条件（５）
（Ｒ３ ）Ｆ１＝（管エッジ部曲げ半径）／（製品半径）＝１．０ 〜１．１ 、
（Ｒ２ ）Ｆ１＝（管側部曲げ半径）／（製品半径）＝１．５ 〜５．０ 、
（Ｒ１ ）Ｆ１＝（管底部曲げ半径）／（製品半径）＝０．９ 〜１．１ 、
（Ｒ１２）Ｆ１＝（管側部と管底部の境界部曲げ半径）／（製品半径）＝０．８ 〜１．０ 未満
（Ｒ２３）Ｆ１＝（管側部と管エッジ部の境界部曲げ半径）／（製品半径）＝０．８ 〜１．０ 未満
を満足し、さらに第１フィンパスロール穴型の縦径Ｈ１ 、横径Ｗ１ と、製品外径Ｄとの比、Ｈ１ ／Ｄ、Ｗ１ ／Ｄが次条件（６）
条件（６）
Ｈ１ ／Ｄ＝（穴型の縦径）／（製品外径）＝１．１ 〜１．５
Ｗ１ ／Ｄ＝（穴型の横径）／（製品外径）＝０．８ 〜０．９５
を満足する、形状とし、
さらに、前記複数のフィンパスロールによる仕上成形を、円周方向の全圧下率が２．０ ％以下とする仕上成形とすることを特徴とするハイドロフォーミングに適した溶接管の製造方法であり、また、第２の本発明では、前記スクイズロール前面の５０〜１００ｍｍ の位置において、前記円形素管の突き合わせ部の両エッジ部が形成するＶシェイプ角度θＶ を３〜７°、前記円形素管の突き合わせ部の両エッジ端面が形成するエッジ突き合わせ角度θｗ を０〜７°とするとのが好適である。
【０００８】
本発明により製造された薄肉溶接鋼管は液圧限界バルジ比が１．１０以上（製品周長に対し加工後の周長が１１０ ％以上）となる大歪付加のハイドロフォーム加工を施すことが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の溶接鋼管は、用途に応じステンレス鋼鋼管、あるいは炭素鋼鋼管とすることができる。ステンレス鋼としては、オーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼が好適である。オーステナイト系ステンレス鋼はＳＵＳ３０４ 、ＳＵＳ３１６ 、ＳＵＳ３２１ が好適であり、組成としては、重量％で、Ｃ：０．１ ％以下、Ｓｉ：１．０ ％以下、Ｍｎ：０．１ 〜２ ％、Ｃｒ：１６〜２５％、Ｎｉ：８ 〜２０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物である。
【００１０】
フェライト系ステンレス鋼はＳＵＳ４０９ 、ＳＵＳ４１０ 、ＳＵＳ４３０ が好適であり、組成としては、重量％で、Ｃ：０．１ ％以下、Ｓｉ：１．０ ％以下、Ｍｎ：０．１ 〜１ ％、Ｃｒ：１１〜２０％、Ｍｏ：０．０５〜０．７ ％、Ｎｂ：０．１ 〜０．７ ％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物である。不可避的不純物としては、Ｎ：０．０１％以下が許容できる。
【００１１】
炭素鋼は、ＳＴＫＭ１１、ＳＴＫＭ１２、ＳＴＫＭ１３が好適である。
ＳＴＫＭ１１の組成は、重量％で、Ｃ：０．０１〜０．１２％、Ｓｉ：０．０１〜０．３５％、Ｍｎ：０．１ 〜０．６０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物である。
ＳＴＫＭ１２の組成は、重量％で、Ｃ：０．０１〜０．２ ％、Ｓｉ：０．０１〜０．３５％、Ｍｎ：０．１ 〜０．６０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物である。
【００１２】
ＳＴＫＭ１３の組成は、重量％で、Ｃ：０．０１〜０．２５％、Ｓｉ：０．０１〜０．３５％、Ｍｎ：０．３ 〜０．９ ％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物である。
上記した組成の帯板を、連続してロール成形して円形状の素管を成形し、突き合わせた縫目（シーム部）を溶接し、溶接鋼管とする。
本発明の溶接管の製造方法では、図１に示すように、帯板（鋼帯）６を、図１に示すように、エッジベンドロール１により帯板の両エッジ部を予め成形したのち、複数のセンターベンドロール２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄとゲージロール群３とにより帯板エッジ部から管側部となる位置を連続的に拘束しながら、帯板の中央部を曲げ成形し、図２に示すような、開口部を有し断面が管エッジ部、管側部、管底部およびそれらの境界部の各曲げ要素からなる縦長の小判型素管とする。ついで、該小判型素管に複数のフィンパスロール４によりオーバーベンドと縦径の圧縮とを順次加えて円形素管に仕上成形したのち、突き合わせ部を溶接機で加熱し、スクイズロール５でアップセットして溶接接合して溶接管とする。
【００１３】
そして、本発明では、フィンパスロール４の入側直前における小判型素管の断面形状または計画断面形状を、条件（１）、（２）、（３）を満足するような適正形状に調整する。
まず、小判型素管断面において、曲げ半径が同じ部分を一つの曲げ要素とし、素管断面の各曲げ要素を、図２に示すように、管エッジ部、管側部、管側部と管底部との境界部、管底部と称した。素管断面での各曲げ要素の長さを曲げ長さとして、各曲げ要素の長さと帯板幅の比、Ｓｉ を、
Ｓｉ ＝（各曲げ要素の長さ）／（帯板幅）
と定義し、管エッジ部、管側部、管側部と管底部との境界部、管底部について、Ｓｉ をそれぞれ、
Ｓ３ ＝（管エッジ部曲げ長さ）／（帯板幅）
Ｓ２ ＝（管側部曲げ長さ）／（帯板幅）
Ｓ１ ＝（管底部曲げ長さ）／（帯板幅）
Ｓ１２＝（管側部と管底部の境界部曲げ長さ）／（帯板幅）
とした。
【００１４】
これらＳ３ 、Ｓ２ 、Ｓ１ 、Ｓ１２を、条件（１）を満足するようにエッジベンドロール１、センターベンドロール２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのロ─ル接触幅を設計するとともに、エッジベンドロール１、センターベンドロール２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄおよびケージロール３のロール位置を調節する。
条件（１）：
Ｓ３ ＝０．２０〜０．４０、
Ｓ２ ＝０．２０〜０．４０、
Ｓ１ ＝０．１５〜０．３０、
Ｓ１２＝０．１５〜０．３０
Ｓ３ ＋Ｓ２ ＋Ｓ１ ＋Ｓ１２＝１．０
そして、さらに小判型素管断面における各曲げ要素の曲げ半径ｒｉ と製品半径ｒとの比、Ｒｉ を、
Ｒｉ ＝（各曲げ要素の曲げ半径ｒｉ）／（製品半径ｒ）
と定義し、Ｒｉ を各曲げ要素についてそれぞれ、
Ｒ３ ＝（管エッジ部曲げ半径ｒ３ ）／（製品半径ｒ）
Ｒ２ ＝（管側部曲げ半径ｒ２ ）／（製品半径ｒ）
Ｒ１ ＝（管底部曲げ半径ｒ１ ）／（製品半径ｒ）
Ｒ１２＝（管側部と管底部の境界部曲げ半径ｒ１２）／（製品半径ｒ）
とした。
【００１５】
これらＲ３ 、Ｒ２ 、Ｒ１ 、Ｒ１２を、条件（２）を満足するようにエッジベンドロール１、センターベンドロ─ル２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのロール曲率半径を設計するとともに、エッジベンドロール１、センターベンドロール２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄおよびケージロール３のロール位置を調節する。
条件（２）：
Ｒ３ ＝１．０ 〜１．４ 、
Ｒ２ ＝１．５ 〜５．０ 、
Ｒ１ ＝０．９ 〜１．３ 、
Ｒ１２＝０．８ 〜１．２
そして、さらに、小判型素管断面の縦径Ｈ０ 、横径Ｗ０ 、開口部幅Ｗｅ０と、第１フィンパスロールの穴型の縦径Ｈ１ 、横径Ｗ１ 、フィン幅Ｗｅ１とを、条件（３）が満足するようにエッジベンドロール１、センターベンドロール２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄおよびケージロール３のロール位置を調整する。
【００１６】
条件（３）：
Ｈ０ ／Ｈ１ ＝（素管の縦径）／（穴型の縦径）＝１．０ 〜１．３ 、
Ｗ０ ／Ｗ１ ＝（素管の横径）／（穴型の横径）＝０．８ 〜１．０ 、
Ｗｅ０／Ｗｅ１＝（素管の開口部幅）／（穴型のフィン幅）＝０．８ 〜２．０
上記した条件（１）〜（３）をすべて満足することにより、フィンパスロール前の素管の形状を縦長の小判型形状とし、さらに第１フィンパスロールへの素管の進入を円滑とし、ロール疵、エッジウェーブなどの成形不良の発生を防止する。
【００１７】
本発明では、フィンパスロール前の素管断面形状が、上記した（１）〜（３）の条件を満足することに加え、さらに、複数のフィンパスロールのうちの第１フィンパスロールの穴型形状を、条件（４）〜（６）が満足する形状とする。
第１フィンパスロールの穴型において、図３に示すように、素管断面での各曲げ要素に対応して、曲げ半径が同じ部分を素管曲げ要素相当部と称し、例えば、管エッジ部に対応する穴型の部分を管エッジ部相当部という。そして、第１フィンパスロールの穴型における各曲げ要素の長さと帯板幅との比、（Ｓｉ ）Ｆ１を、
（Ｓｉ ）Ｆ１＝（穴型各曲げ要素の長さ）／（帯板幅）
と定義した。（Ｓｉ ）Ｆ１を各素管曲げ要素相当部についてそれぞれ、
（Ｓ３ ）Ｆ１＝（管エッジ部相当部曲げ長さ）／（帯板幅）
（Ｓ２ ）Ｆ１＝（管側部相当部曲げ長さ）／（帯板幅）
（Ｓ１ ）Ｆ１＝（管底部相当部曲げ長さ）／（帯板幅）
（Ｓ１２）Ｆ１＝（管側部と管底部の境界部相当部曲げ長さ）／（帯板幅）
（Ｓ２３）Ｆ１＝（管側部と管エッジ部の境界部相当部曲げ長さ）／（帯板幅）
とした。
【００１８】
これら（Ｓ３ ）Ｆ１、（Ｓ２ ）Ｆ１、（Ｓ１ ）Ｆ１、（Ｓ１２）Ｆ１、（Ｓ２３）Ｆ１が条件（４）を満足するように第１フィンパスロールの穴型を形成する。
条件（４）：
（Ｓ３ ）Ｆ１＝０．１０〜０．３０、
（Ｓ２ ）Ｆ１＝０．２０〜０．４０、
（Ｓ１ ）Ｆ１＝０．１５〜０．３０、
（Ｓ１２）Ｆ１＝０．１５〜０．３０
（Ｓ２３）Ｆ１＝０．１５〜０．３０
（Ｓ３ ）Ｆ１＋（Ｓ２ ）Ｆ１＋（Ｓ１ ）Ｆ１＋（Ｓ１２）Ｆ１＋（Ｓ２３）Ｆ１＝１．０
そして、さらに第１フィンパスロールの穴型における各曲げ要素の曲げ半径（ｒｉ ）Ｆ１と製品半径ｒとの比、（Ｒｉ ）Ｆ１を、
（Ｒｉ ）Ｆ１＝（穴型各曲げ要素の曲げ半径（ｒｉ）Ｆ１）／（製品半径ｒ）
と定義し、（Ｒｉ ）Ｆ１を各曲げ要素についてそれぞれ、
（Ｒ３ ）Ｆ１＝（管エッジ部相当部曲げ半径（ ｒ３）Ｆ１）／（製品半径ｒ）
（Ｒ２ ）Ｆ１＝（管側部相当部曲げ半径（ ｒ２）Ｆ１）／（製品半径ｒ）
（Ｒ１ ）Ｆ１＝（管底部相当部曲げ半径（ ｒ１）Ｆ１）／（製品半径ｒ）
（Ｒ１２）Ｆ１＝（管側部と管底部の境界部相当部曲げ半径（ ｒ１２） Ｆ１）／（製品半径ｒ）
（Ｒ２３）Ｆ１＝（管側部と管エッジ部の境界部相当部曲げ半径（ ｒ１２） Ｆ１）／（製品半径ｒ）
とした。
【００１９】
これら（Ｒ３ ）Ｆ１、（Ｒ２ ）Ｆ１、（Ｒ１ ）Ｆ１、（Ｒ１２）Ｆ１、（Ｒ２３）Ｆ１が条件（５）を満足するように穴型を形成する。
条件（５）
（Ｒ３ ）Ｆ１＝１．０ 〜１．１ 、
（Ｒ２ ）Ｆ１＝１．５ 〜５．０ 、
（Ｒ１ ）Ｆ１＝０．９ 〜１．１ 、
（Ｒ１２）Ｆ１＝０．８ 〜１．０ 未満
（Ｒ２３）Ｆ１＝０．８ 〜１．０ 未満
そして、さらに第１フィンパスロール穴型の縦径Ｈ１ 、横径Ｗ１ が条件（６）を満足するように穴型を形成する。
【００２０】
条件（６）
Ｈ１ ／Ｄ＝（穴型の縦径）／（製品外径）＝１．１ 〜１．５
Ｗ１ ／Ｄ＝（穴型の横径）／（製品外径）＝０．８ 〜０．９５
上記した条件（４）〜（６）をすべて満足させることにより、第１フィンパスロール通過後の素管断面形状が縦長の小判型形状となり、かつ管円周方向の４箇所にオーバーベンドを加えた形状となり、ロール疵、エッジウェーブなどの成形不良、材料の異常な加工硬化を防止でき後工程での真円形状への成形を容易とし、また、スクイズロール前面でのＶシェイプ角度の増大とエッジ突合せ角度が減少でき溶接不良の発生を防止できる。
【００２１】
また、本発明では、複数のフィンパスロールによる成形では、フィンパスロールによる円周方向の全圧下率を２．０ ％以下とするのが好ましい。円周方向の全圧下率が２．０ ％を超えると、加工硬化が顕著となり、ハイドロフォーム加工時に減肉による亀裂が発生し易くなり、大付加歪のハイドロフォーム加工の適用が困難となる。
【００２２】
ついで、円形素管の突き合わせ部（シーム部）を溶接機で加熱し、スクイズロールでアップセットして溶接接合し溶接管とする。
シーム部の溶接は、電気抵抗溶接（ＥＲＷ）、レーザ等のエネルギービーム溶接がいずれも好適である。また、スクイズロールは、２ロールあるいは３ロール方式いずれも好適である。
【００２３】
スクイズロールでアップセットされるため、円形素管の両エッジ部は突き合わされるが、この際、両エッジ部は、図４（ａ）に示すように、スクイズロールの前面でＶシェイプを形成し、また、両エッジ部端面は、図４（ｂ）に示すように、ある角度（エッジ突き合わせ角度）を有している。
本発明では、このＶシェイプの角度θＶ を図４（ａ）のように定義し、スクイズロール前面の５０〜１００ｍｍ の位置において、Ｖシェイプ角度θＶ を３〜７°とするのが好ましい。θＶ が３°未満では、溶接欠陥が発生しやすく、一方７°を超えると溶接効率が低下し、高出力の溶接機を必要とする。
【００２４】
また、このエッジ突き合わせ角度θＷ を図４（ｂ）に示すように定義し、スクイズロール前面の５０〜１００ｍｍ の位置において、θＷ が０〜７°とするのが好ましい。θＷ が０°未満では、シームの形成が不安定となり形状不良となる。また、θＷ が７°を超えると突き合わせがＶ型となり溶接不良が生じやすくなる。
薄鋼帯を用い、上記した製造方法で製造された溶接鋼管は、溶接鋼管の伸びＥｌｐと鋼帯の伸びＥｌｓとの比、Ｅｌｐ／Ｅｌｓが０．６ 以上、溶接鋼管の一様伸びＥｌｕｐと鋼帯の一様伸びＥｌｕｓとの比、Ｅｌｕｐ／Ｅｌｕｓが０．３ 以上で、溶接鋼管の降伏比ＹＲｐと鋼帯の降伏比ＹＲｓと比、ＹＲｐ／ＹＲｓが１．６ 以下で、液圧限界バルジ比が１．１０以上を有し、ハイドロフォーミングに適した薄肉溶接鋼管となる。上記した製造条件を外れると、上記した特性の溶接鋼管の製造が困難となり、ハイドロフォーム加工時に減肉による亀裂が発生しやすくなり、大付加歪のハイドロフォーム加工が困難となる。また、本発明の製造方法によれば、肉厚ｔと外径Ｄとの比、ｔ／Ｄが０．００５ 〜０．１０であるハイドロフォーミングに適した薄肉溶接鋼管を製造することができる。なお、本発明でいう、液圧限界バルジ比とは、パイプ内部には液圧を付加してバルジ成形しバーストさせたときのバルジ部周長ｌに対するハイドロフォーム前の管周長ｌ０ の比、ｌ／ｌ０ をいう。
【００２５】
【実施例】
表１に示す組成を有する帯鋼（鋼帯）を、図１に示すケージロール成形方式のミルを用いて表２に示す製造条件で、表２に示す寸法の電縫溶接鋼管を製造した。帯鋼（鋼帯）および溶接鋼管のそれぞれから、圧延方向または管軸方向にＪＩＳ １２号引張試験片を採取し、引張試験を実施し、降伏比ＹＲ（＝降伏強さ／引張強さ）、一様伸びＥｌＵ 、全伸びＥｌを測定した。その結果を表３に示す。
【００２６】
また、これら溶接鋼管のシーム部の健全性を、シーム９０°偏平試験で調査した。その結果を表３に併記する。なお、シーム９０°偏平試験は、シーム位置を時計の３時又は９時の方向にセットしたのち、パイプ内表面同士が密着するまでパイプを偏平させ、シーム部の割れの有無を調査する。
さらに、これらの溶接鋼管について、ハイドロフォーム加工を施し、加工後の限界バルジ比を測定した。限界バルジ比はバーストするまでハイドロフォームした後のバルジ周長ｌに対するハイドロフォーム前の管周長ｌ０ の比、ｌ／ｌ０ とした。その結果を表３に示す。
【００２７】
【表１】
【００２８】
【表２】
【００２９】
【表３】
【００３０】
【表４】
【００３１】
表３から、本発明例は、厳しいハイドロフォーム加工を施しても割れの発生はなく、優れた加工性を有していることがわかる。これに比べ、本発明の範囲を外れる比較例は、加工性が劣化している。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、厳しい液圧加工（ハイドロフォーミング）にも耐えられる優れた加工性を有する薄肉溶接鋼管の製造が可能となり、自動車向け溶接鋼管としてその用途が拡大され、産業上格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に好適な溶接鋼管製造ラインの１例を示す模式図である。
【図２】フィンパスロール成形前の素管断面形状を説明する説明図である。
【図３】第１フィンパスロールの穴型形状を説明する説明図である。
【図４】スクイズロールによる突き合わせ前の円形素管の形状を説明する説明図である。
【符号の説明】
１ エッジベンドロール
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ センターベンドロール
３ ケージロール
４ フィンパスロール
５ スクイズロール
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄肉溶接鋼管に係り、とくに自動車の構造部材に用いて好適な加工性に優れた薄肉溶接鋼管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境保全の観点から、炭酸ガスの排出を規制する動きが活発となっており、とくに、自動車の軽量化による燃費改善が注目されている。なかでもシャーシ、フレーム等の構造部材の軽量化が指向され、モノコック構造等軽量化のための構造上の提案が数多くなされている。これらの構造を従来のように板材をプレス加工して製造すると歩留りが低く、製造コストが増加するため、板材に代えて、パイプを用いたパイプ構造とすることが考えられている。パイプ構造は、軽量で高剛性を有するうえ、液圧加工を利用することができ、１回で所定の一体形状に成形できるという利点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、１回で所定の形状に加工するためには、液圧加工（ハイドロフォーミング）といえども厳しい加工を施される部分が多く、従来の鋼管では、減肉による強度や剛性の低下、あるいは加工中に割れが発生し製品とすることができないという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記した問題を有利に解決し、液圧加工（ハイドロフォーミング）に適した溶接鋼管および溶接管の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、液圧加工（ハイドロフォーミング）における鋼管の変形と鋼管特性について鋭意検討し、液圧加工（ハイドロフォーミング）に適した溶接鋼管は、大歪加工に耐えうる材料特性が必要なことから、帯板とほぼ同等の高い伸びと低い降伏比を有することが必要であるとの知見を得た。さらに、軽量化の観点から、ｔ／Ｄの小さい薄肉鋼管の使用が適切であるという知見を得た。また、さらに、このような鋼管とするためには、素管の成形条件、とくに素管の断面形状、あるいはフィンパスロールの穴型形状、フィンパスロールでの円周方向全圧下率を適正範囲とする必要があることを知見した。
【０００６】
本発明は、上記した知見をもとに構成されたものである。
すなわち、第１の本発明は、鋼帯をエッジベンドロール、複数のセンターベンドロール、ゲージロール群および複数のフィンパスロールにより連続的にロール成形し、突き合わせたシーム部を溶接してなる溶接鋼管であって、前記溶接鋼管の伸びＥｌｐと前記鋼帯の伸びＥｌｓとの比、Ｅｌｐ／Ｅｌｓが０．６ 以上、前記溶接鋼管の一様伸びＥｌｕｐと前記鋼帯の一様伸びＥｌｕｓとの比、Ｅｌｕｐ／Ｅｌｕｓが０．３ 以上で、前記溶接鋼管の降伏比ＹＲｐと前記鋼帯の降伏比ＹＲｓと比、ＹＲｐ／ＹＲｓが１．６ 以下で、液圧限界バルジ比が１．１０以上を有することを特徴とするハイドロフォーミングに適した薄肉溶接鋼管であり、また、本発明では、ハイドロフォーム部品の軽量化の観点から、前記溶接鋼管の肉厚ｔと外径Ｄとの比、ｔ／Ｄを０．００５ 〜０．１０とするのが好ましい。
【０００７】
また、第２の本発明は、帯板を、エッジベンドロールにより該帯板の両エッジ部を予め成形したのち、複数のセンターベンドロールとゲージロール群とにより前記帯板エッジ部から管側部となる位置を連続的に拘束しながら前記帯板の中央部を曲げ成形し、開口部を有し断面が管エッジ部、管側部、管底部およびそれらの境界部の各曲げ要素からなる縦長の小判型素管とし、ついで、該小判型素管に複数のフィンパスロールによりオーバーベンドと縦径の圧縮とを順次加えて円形素管に仕上成形したのち、突き合わせ部を溶接機で加熱し、スクイズロールでアップセットして溶接接合する溶接管の製造方法であって、
前記フィンパスロール直前における前記小判型素管の断面形状または計画断面形状を、前記小判型素管断面における各曲げ要素の長さと帯板の幅との比、Ｓ３ 、Ｓ２ 、Ｓ１ 、Ｓ１２が次条件（１）
条件（１）：
Ｓ３ ＝（管エッジ部曲げ長さ）／（帯板幅）＝０．２０〜０．４０、
Ｓ２ ＝（管側部曲げ長さ）／（帯板幅）＝０．２０〜０．４０、
Ｓ１ ＝（管底部曲げ長さ）／（帯板幅）＝０．１５〜０．３０、
Ｓ１２＝（管側部と管底部の境界部曲げ長さ）／（帯板幅）＝０．１５〜０．３０
Ｓ３ ＋Ｓ２ ＋Ｓ１ ＋Ｓ１２＝１．０
を満足し、さらに前記小判型素管断面における各曲げ要素の曲げ半径と製品半径との比、Ｒ３ 、Ｒ２ 、Ｒ１ 、Ｒ１２が次条件（２）
条件（２）：
Ｒ３ ＝（管エッジ部曲げ半径）／（製品半径）＝１．０ 〜１．４ 、
Ｒ２ ＝（管側部曲げ半径）／（製品半径）＝１．５ 〜５．０ 、
Ｒ１ ＝（管底部曲げ半径）／（製品半径）＝０．９ 〜１．３ 、
Ｒ１２＝（管側部と管底部の境界部曲げ半径）／（製品半径）＝０．８ 〜１．２
を満足し、さらに前記小判型素管断面の縦径Ｈ０ 、横径Ｗ０ 、開口部幅Ｗｅ０の各寸法と、前記フィンパスロールの穴型形状の縦径Ｈ１ 、横径Ｗ１ 、フィン幅Ｗｅ１とのそれぞれの比、Ｈ０ ／Ｈ１ 、Ｗ０ ／Ｗ１ 、Ｗｅ０／Ｗｅ１が次条件（３）
条件（３）：
Ｈ０ ／Ｈ１ ＝（素管の縦径）／（穴型の縦径）＝１．０ 〜１．３ 、
Ｗ０ ／Ｗ１ ＝（素管の横径）／（穴型の横径）＝０．８ 〜１．０ 、
Ｗｅ０／Ｗｅ１＝（素管の開口部幅）／（穴型のフィン幅）＝０．８ 〜２．０
を満足する形状とし、
かつ、前記複数のフィンパスロールのうちの第１フィンパスロールの穴型形状を、穴型における各曲げ要素の長さと帯板の幅との比、（Ｓ３ ）Ｆ１、（Ｓ２ ）Ｆ１、（Ｓ１ ）Ｆ１、（Ｓ１２）Ｆ１、（Ｓ２３）Ｆ１が次条件（４）
条件（４）
（Ｓ３ ）Ｆ１＝（穴型管エッジ部相当部長さ）／（帯板幅）＝０．１０〜０．３０、
（Ｓ２ ）Ｆ１＝（穴型管側部相当部長さ）／（帯板幅）＝０．２０〜０．４０、
（Ｓ１ ）Ｆ１＝（穴型管底部相当部長さ）／（帯板幅）＝０．１５〜０．３０、
（Ｓ１２）Ｆ１＝（穴型管側部と管底部の境界部相当長さ）／（帯板幅）＝０．１５〜０．３０
（Ｓ２３）Ｆ１＝（穴型管側部と管エッジ部の境界部相当長さ）／（帯板幅）＝０．１５〜０．３０
（Ｓ３ ）Ｆ１＋（Ｓ２ ）Ｆ１＋（Ｓ１ ）Ｆ１＋（Ｓ１２）Ｆ１＋（Ｓ２３）Ｆ１＝１．０
を満足し、さらに穴型における各曲げ要素の曲げ半径と製品半径との比、（Ｒ３ ）Ｆ１、（Ｒ２ ）Ｆ１、（Ｒ１ ）Ｆ１、（Ｒ１２）Ｆ１、（Ｒ２３）Ｆ１が次条件（５）
条件（５）
（Ｒ３ ）Ｆ１＝（管エッジ部曲げ半径）／（製品半径）＝１．０ 〜１．１ 、
（Ｒ２ ）Ｆ１＝（管側部曲げ半径）／（製品半径）＝１．５ 〜５．０ 、
（Ｒ１ ）Ｆ１＝（管底部曲げ半径）／（製品半径）＝０．９ 〜１．１ 、
（Ｒ１２）Ｆ１＝（管側部と管底部の境界部曲げ半径）／（製品半径）＝０．８ 〜１．０ 未満
（Ｒ２３）Ｆ１＝（管側部と管エッジ部の境界部曲げ半径）／（製品半径）＝０．８ 〜１．０ 未満
を満足し、さらに第１フィンパスロール穴型の縦径Ｈ１ 、横径Ｗ１ と、製品外径Ｄとの比、Ｈ１ ／Ｄ、Ｗ１ ／Ｄが次条件（６）
条件（６）
Ｈ１ ／Ｄ＝（穴型の縦径）／（製品外径）＝１．１ 〜１．５
Ｗ１ ／Ｄ＝（穴型の横径）／（製品外径）＝０．８ 〜０．９５
を満足する、形状とし、
さらに、前記複数のフィンパスロールによる仕上成形を、円周方向の全圧下率が２．０ ％以下とする仕上成形とすることを特徴とするハイドロフォーミングに適した溶接管の製造方法であり、また、第２の本発明では、前記スクイズロール前面の５０〜１００ｍｍ の位置において、前記円形素管の突き合わせ部の両エッジ部が形成するＶシェイプ角度θＶ を３〜７°、前記円形素管の突き合わせ部の両エッジ端面が形成するエッジ突き合わせ角度θｗ を０〜７°とするとのが好適である。
【０００８】
本発明により製造された薄肉溶接鋼管は液圧限界バルジ比が１．１０以上（製品周長に対し加工後の周長が１１０ ％以上）となる大歪付加のハイドロフォーム加工を施すことが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の溶接鋼管は、用途に応じステンレス鋼鋼管、あるいは炭素鋼鋼管とすることができる。ステンレス鋼としては、オーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼が好適である。オーステナイト系ステンレス鋼はＳＵＳ３０４ 、ＳＵＳ３１６ 、ＳＵＳ３２１ が好適であり、組成としては、重量％で、Ｃ：０．１ ％以下、Ｓｉ：１．０ ％以下、Ｍｎ：０．１ 〜２ ％、Ｃｒ：１６〜２５％、Ｎｉ：８ 〜２０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物である。
【００１０】
フェライト系ステンレス鋼はＳＵＳ４０９ 、ＳＵＳ４１０ 、ＳＵＳ４３０ が好適であり、組成としては、重量％で、Ｃ：０．１ ％以下、Ｓｉ：１．０ ％以下、Ｍｎ：０．１ 〜１ ％、Ｃｒ：１１〜２０％、Ｍｏ：０．０５〜０．７ ％、Ｎｂ：０．１ 〜０．７ ％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物である。不可避的不純物としては、Ｎ：０．０１％以下が許容できる。
【００１１】
炭素鋼は、ＳＴＫＭ１１、ＳＴＫＭ１２、ＳＴＫＭ１３が好適である。
ＳＴＫＭ１１の組成は、重量％で、Ｃ：０．０１〜０．１２％、Ｓｉ：０．０１〜０．３５％、Ｍｎ：０．１ 〜０．６０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物である。
ＳＴＫＭ１２の組成は、重量％で、Ｃ：０．０１〜０．２ ％、Ｓｉ：０．０１〜０．３５％、Ｍｎ：０．１ 〜０．６０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物である。
【００１２】
ＳＴＫＭ１３の組成は、重量％で、Ｃ：０．０１〜０．２５％、Ｓｉ：０．０１〜０．３５％、Ｍｎ：０．３ 〜０．９ ％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物である。
上記した組成の帯板を、連続してロール成形して円形状の素管を成形し、突き合わせた縫目（シーム部）を溶接し、溶接鋼管とする。
本発明の溶接管の製造方法では、図１に示すように、帯板（鋼帯）６を、図１に示すように、エッジベンドロール１により帯板の両エッジ部を予め成形したのち、複数のセンターベンドロール２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄとゲージロール群３とにより帯板エッジ部から管側部となる位置を連続的に拘束しながら、帯板の中央部を曲げ成形し、図２に示すような、開口部を有し断面が管エッジ部、管側部、管底部およびそれらの境界部の各曲げ要素からなる縦長の小判型素管とする。ついで、該小判型素管に複数のフィンパスロール４によりオーバーベンドと縦径の圧縮とを順次加えて円形素管に仕上成形したのち、突き合わせ部を溶接機で加熱し、スクイズロール５でアップセットして溶接接合して溶接管とする。
【００１３】
そして、本発明では、フィンパスロール４の入側直前における小判型素管の断面形状または計画断面形状を、条件（１）、（２）、（３）を満足するような適正形状に調整する。
まず、小判型素管断面において、曲げ半径が同じ部分を一つの曲げ要素とし、素管断面の各曲げ要素を、図２に示すように、管エッジ部、管側部、管側部と管底部との境界部、管底部と称した。素管断面での各曲げ要素の長さを曲げ長さとして、各曲げ要素の長さと帯板幅の比、Ｓｉ を、
Ｓｉ ＝（各曲げ要素の長さ）／（帯板幅）
と定義し、管エッジ部、管側部、管側部と管底部との境界部、管底部について、Ｓｉ をそれぞれ、
Ｓ３ ＝（管エッジ部曲げ長さ）／（帯板幅）
Ｓ２ ＝（管側部曲げ長さ）／（帯板幅）
Ｓ１ ＝（管底部曲げ長さ）／（帯板幅）
Ｓ１２＝（管側部と管底部の境界部曲げ長さ）／（帯板幅）
とした。
【００１４】
これらＳ３ 、Ｓ２ 、Ｓ１ 、Ｓ１２を、条件（１）を満足するようにエッジベンドロール１、センターベンドロール２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのロ─ル接触幅を設計するとともに、エッジベンドロール１、センターベンドロール２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄおよびケージロール３のロール位置を調節する。
条件（１）：
Ｓ３ ＝０．２０〜０．４０、
Ｓ２ ＝０．２０〜０．４０、
Ｓ１ ＝０．１５〜０．３０、
Ｓ１２＝０．１５〜０．３０
Ｓ３ ＋Ｓ２ ＋Ｓ１ ＋Ｓ１２＝１．０
そして、さらに小判型素管断面における各曲げ要素の曲げ半径ｒｉ と製品半径ｒとの比、Ｒｉ を、
Ｒｉ ＝（各曲げ要素の曲げ半径ｒｉ）／（製品半径ｒ）
と定義し、Ｒｉ を各曲げ要素についてそれぞれ、
Ｒ３ ＝（管エッジ部曲げ半径ｒ３ ）／（製品半径ｒ）
Ｒ２ ＝（管側部曲げ半径ｒ２ ）／（製品半径ｒ）
Ｒ１ ＝（管底部曲げ半径ｒ１ ）／（製品半径ｒ）
Ｒ１２＝（管側部と管底部の境界部曲げ半径ｒ１２）／（製品半径ｒ）
とした。
【００１５】
これらＲ３ 、Ｒ２ 、Ｒ１ 、Ｒ１２を、条件（２）を満足するようにエッジベンドロール１、センターベンドロ─ル２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのロール曲率半径を設計するとともに、エッジベンドロール１、センターベンドロール２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄおよびケージロール３のロール位置を調節する。
条件（２）：
Ｒ３ ＝１．０ 〜１．４ 、
Ｒ２ ＝１．５ 〜５．０ 、
Ｒ１ ＝０．９ 〜１．３ 、
Ｒ１２＝０．８ 〜１．２
そして、さらに、小判型素管断面の縦径Ｈ０ 、横径Ｗ０ 、開口部幅Ｗｅ０と、第１フィンパスロールの穴型の縦径Ｈ１ 、横径Ｗ１ 、フィン幅Ｗｅ１とを、条件（３）が満足するようにエッジベンドロール１、センターベンドロール２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄおよびケージロール３のロール位置を調整する。
【００１６】
条件（３）：
Ｈ０ ／Ｈ１ ＝（素管の縦径）／（穴型の縦径）＝１．０ 〜１．３ 、
Ｗ０ ／Ｗ１ ＝（素管の横径）／（穴型の横径）＝０．８ 〜１．０ 、
Ｗｅ０／Ｗｅ１＝（素管の開口部幅）／（穴型のフィン幅）＝０．８ 〜２．０
上記した条件（１）〜（３）をすべて満足することにより、フィンパスロール前の素管の形状を縦長の小判型形状とし、さらに第１フィンパスロールへの素管の進入を円滑とし、ロール疵、エッジウェーブなどの成形不良の発生を防止する。
【００１７】
本発明では、フィンパスロール前の素管断面形状が、上記した（１）〜（３）の条件を満足することに加え、さらに、複数のフィンパスロールのうちの第１フィンパスロールの穴型形状を、条件（４）〜（６）が満足する形状とする。
第１フィンパスロールの穴型において、図３に示すように、素管断面での各曲げ要素に対応して、曲げ半径が同じ部分を素管曲げ要素相当部と称し、例えば、管エッジ部に対応する穴型の部分を管エッジ部相当部という。そして、第１フィンパスロールの穴型における各曲げ要素の長さと帯板幅との比、（Ｓｉ ）Ｆ１を、
（Ｓｉ ）Ｆ１＝（穴型各曲げ要素の長さ）／（帯板幅）
と定義した。（Ｓｉ ）Ｆ１を各素管曲げ要素相当部についてそれぞれ、
（Ｓ３ ）Ｆ１＝（管エッジ部相当部曲げ長さ）／（帯板幅）
（Ｓ２ ）Ｆ１＝（管側部相当部曲げ長さ）／（帯板幅）
（Ｓ１ ）Ｆ１＝（管底部相当部曲げ長さ）／（帯板幅）
（Ｓ１２）Ｆ１＝（管側部と管底部の境界部相当部曲げ長さ）／（帯板幅）
（Ｓ２３）Ｆ１＝（管側部と管エッジ部の境界部相当部曲げ長さ）／（帯板幅）
とした。
【００１８】
これら（Ｓ３ ）Ｆ１、（Ｓ２ ）Ｆ１、（Ｓ１ ）Ｆ１、（Ｓ１２）Ｆ１、（Ｓ２３）Ｆ１が条件（４）を満足するように第１フィンパスロールの穴型を形成する。
条件（４）：
（Ｓ３ ）Ｆ１＝０．１０〜０．３０、
（Ｓ２ ）Ｆ１＝０．２０〜０．４０、
（Ｓ１ ）Ｆ１＝０．１５〜０．３０、
（Ｓ１２）Ｆ１＝０．１５〜０．３０
（Ｓ２３）Ｆ１＝０．１５〜０．３０
（Ｓ３ ）Ｆ１＋（Ｓ２ ）Ｆ１＋（Ｓ１ ）Ｆ１＋（Ｓ１２）Ｆ１＋（Ｓ２３）Ｆ１＝１．０
そして、さらに第１フィンパスロールの穴型における各曲げ要素の曲げ半径（ｒｉ ）Ｆ１と製品半径ｒとの比、（Ｒｉ ）Ｆ１を、
（Ｒｉ ）Ｆ１＝（穴型各曲げ要素の曲げ半径（ｒｉ）Ｆ１）／（製品半径ｒ）
と定義し、（Ｒｉ ）Ｆ１を各曲げ要素についてそれぞれ、
（Ｒ３ ）Ｆ１＝（管エッジ部相当部曲げ半径（ ｒ３）Ｆ１）／（製品半径ｒ）
（Ｒ２ ）Ｆ１＝（管側部相当部曲げ半径（ ｒ２）Ｆ１）／（製品半径ｒ）
（Ｒ１ ）Ｆ１＝（管底部相当部曲げ半径（ ｒ１）Ｆ１）／（製品半径ｒ）
（Ｒ１２）Ｆ１＝（管側部と管底部の境界部相当部曲げ半径（ ｒ１２） Ｆ１）／（製品半径ｒ）
（Ｒ２３）Ｆ１＝（管側部と管エッジ部の境界部相当部曲げ半径（ ｒ１２） Ｆ１）／（製品半径ｒ）
とした。
【００１９】
これら（Ｒ３ ）Ｆ１、（Ｒ２ ）Ｆ１、（Ｒ１ ）Ｆ１、（Ｒ１２）Ｆ１、（Ｒ２３）Ｆ１が条件（５）を満足するように穴型を形成する。
条件（５）
（Ｒ３ ）Ｆ１＝１．０ 〜１．１ 、
（Ｒ２ ）Ｆ１＝１．５ 〜５．０ 、
（Ｒ１ ）Ｆ１＝０．９ 〜１．１ 、
（Ｒ１２）Ｆ１＝０．８ 〜１．０ 未満
（Ｒ２３）Ｆ１＝０．８ 〜１．０ 未満
そして、さらに第１フィンパスロール穴型の縦径Ｈ１ 、横径Ｗ１ が条件（６）を満足するように穴型を形成する。
【００２０】
条件（６）
Ｈ１ ／Ｄ＝（穴型の縦径）／（製品外径）＝１．１ 〜１．５
Ｗ１ ／Ｄ＝（穴型の横径）／（製品外径）＝０．８ 〜０．９５
上記した条件（４）〜（６）をすべて満足させることにより、第１フィンパスロール通過後の素管断面形状が縦長の小判型形状となり、かつ管円周方向の４箇所にオーバーベンドを加えた形状となり、ロール疵、エッジウェーブなどの成形不良、材料の異常な加工硬化を防止でき後工程での真円形状への成形を容易とし、また、スクイズロール前面でのＶシェイプ角度の増大とエッジ突合せ角度が減少でき溶接不良の発生を防止できる。
【００２１】
また、本発明では、複数のフィンパスロールによる成形では、フィンパスロールによる円周方向の全圧下率を２．０ ％以下とするのが好ましい。円周方向の全圧下率が２．０ ％を超えると、加工硬化が顕著となり、ハイドロフォーム加工時に減肉による亀裂が発生し易くなり、大付加歪のハイドロフォーム加工の適用が困難となる。
【００２２】
ついで、円形素管の突き合わせ部（シーム部）を溶接機で加熱し、スクイズロールでアップセットして溶接接合し溶接管とする。
シーム部の溶接は、電気抵抗溶接（ＥＲＷ）、レーザ等のエネルギービーム溶接がいずれも好適である。また、スクイズロールは、２ロールあるいは３ロール方式いずれも好適である。
【００２３】
スクイズロールでアップセットされるため、円形素管の両エッジ部は突き合わされるが、この際、両エッジ部は、図４（ａ）に示すように、スクイズロールの前面でＶシェイプを形成し、また、両エッジ部端面は、図４（ｂ）に示すように、ある角度（エッジ突き合わせ角度）を有している。
本発明では、このＶシェイプの角度θＶ を図４（ａ）のように定義し、スクイズロール前面の５０〜１００ｍｍ の位置において、Ｖシェイプ角度θＶ を３〜７°とするのが好ましい。θＶ が３°未満では、溶接欠陥が発生しやすく、一方７°を超えると溶接効率が低下し、高出力の溶接機を必要とする。
【００２４】
また、このエッジ突き合わせ角度θＷ を図４（ｂ）に示すように定義し、スクイズロール前面の５０〜１００ｍｍ の位置において、θＷ が０〜７°とするのが好ましい。θＷ が０°未満では、シームの形成が不安定となり形状不良となる。また、θＷ が７°を超えると突き合わせがＶ型となり溶接不良が生じやすくなる。
薄鋼帯を用い、上記した製造方法で製造された溶接鋼管は、溶接鋼管の伸びＥｌｐと鋼帯の伸びＥｌｓとの比、Ｅｌｐ／Ｅｌｓが０．６ 以上、溶接鋼管の一様伸びＥｌｕｐと鋼帯の一様伸びＥｌｕｓとの比、Ｅｌｕｐ／Ｅｌｕｓが０．３ 以上で、溶接鋼管の降伏比ＹＲｐと鋼帯の降伏比ＹＲｓと比、ＹＲｐ／ＹＲｓが１．６ 以下で、液圧限界バルジ比が１．１０以上を有し、ハイドロフォーミングに適した薄肉溶接鋼管となる。上記した製造条件を外れると、上記した特性の溶接鋼管の製造が困難となり、ハイドロフォーム加工時に減肉による亀裂が発生しやすくなり、大付加歪のハイドロフォーム加工が困難となる。また、本発明の製造方法によれば、肉厚ｔと外径Ｄとの比、ｔ／Ｄが０．００５ 〜０．１０であるハイドロフォーミングに適した薄肉溶接鋼管を製造することができる。なお、本発明でいう、液圧限界バルジ比とは、パイプ内部には液圧を付加してバルジ成形しバーストさせたときのバルジ部周長ｌに対するハイドロフォーム前の管周長ｌ０ の比、ｌ／ｌ０ をいう。
【００２５】
【実施例】
表１に示す組成を有する帯鋼（鋼帯）を、図１に示すケージロール成形方式のミルを用いて表２に示す製造条件で、表２に示す寸法の電縫溶接鋼管を製造した。帯鋼（鋼帯）および溶接鋼管のそれぞれから、圧延方向または管軸方向にＪＩＳ １２号引張試験片を採取し、引張試験を実施し、降伏比ＹＲ（＝降伏強さ／引張強さ）、一様伸びＥｌＵ 、全伸びＥｌを測定した。その結果を表３に示す。
【００２６】
また、これら溶接鋼管のシーム部の健全性を、シーム９０°偏平試験で調査した。その結果を表３に併記する。なお、シーム９０°偏平試験は、シーム位置を時計の３時又は９時の方向にセットしたのち、パイプ内表面同士が密着するまでパイプを偏平させ、シーム部の割れの有無を調査する。
さらに、これらの溶接鋼管について、ハイドロフォーム加工を施し、加工後の限界バルジ比を測定した。限界バルジ比はバーストするまでハイドロフォームした後のバルジ周長ｌに対するハイドロフォーム前の管周長ｌ０ の比、ｌ／ｌ０ とした。その結果を表３に示す。
【００２７】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
表３から、本発明例は、厳しいハイドロフォーム加工を施しても割れの発生はなく、優れた加工性を有していることがわかる。これに比べ、本発明の範囲を外れる比較例は、加工性が劣化している。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、厳しい液圧加工（ハイドロフォーミング）にも耐えられる優れた加工性を有する薄肉溶接鋼管の製造が可能となり、自動車向け溶接鋼管としてその用途が拡大され、産業上格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に好適な溶接鋼管製造ラインの１例を示す模式図である。
【図２】フィンパスロール成形前の素管断面形状を説明する説明図である。
【図３】第１フィンパスロールの穴型形状を説明する説明図である。
【図４】スクイズロールによる突き合わせ前の円形素管の形状を説明する説明図である。
【符号の説明】
１ エッジベンドロール
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ センターベンドロール
３ ケージロール
４ フィンパスロール
５ スクイズロール
Claims (3)
- 鋼帯をエッジベンドロール、複数のセンターベンドロール、ゲージロール群および複数のフィンパスロールにより連続的にロール成形し、突き合わせたシーム部を溶接してなる溶接鋼管であって、前記溶接鋼管の伸びＥｌｐと前記鋼帯の伸びＥｌｓとの比、Ｅｌｐ／Ｅｌｓが０．６ 以上、前記溶接鋼管の一様伸びＥｌｕｐと前記鋼帯の一様伸びＥｌｕｓとの比、Ｅｌｕｐ／Ｅｌｕｓが０．３ 以上で、前記溶接鋼管の降伏比ＹＲｐと前記鋼帯の降伏比ＹＲｓと比、ＹＲｐ／ＹＲｓが１．６ 以下で、液圧限界バルジ比が１．１０以上を有することを特徴とするハイドロフォーミングに適した薄肉溶接鋼管。
- 帯板を、エッジベンドロールにより該帯板の両エッジ部を予め成形したのち、複数のセンターベンドロールとゲージロール群とにより前記帯板エッジ部から管側部となる位置を連続的に拘束しながら前記帯板の中央部を曲げ成形し、開口部を有し断面が管エッジ部、管側部、管底部およびそれらの境界部の各曲げ要素からなる縦長の小判型素管とし、ついで、該小判型素管に複数のフィンパスロールによりオーバーベンドと縦径の圧縮とを順次加えて円形素管に仕上加工したのち、突き合わせ部を溶接機で加熱し、スクイズロールでアップセットして溶接接合する溶接管の製造方法であって、
前記フィンパスロール直前における前記小判型素管の断面形状または計画断面形状を、前記小判型素管断面における各曲げ要素の長さと帯板の幅との比、Ｓ３ 、Ｓ２ 、Ｓ１ 、Ｓ１２が下記条件（１）を満足し、さらに前記小判型素管断面における各曲げ要素の曲げ半径と製品半径との比、Ｒ３ 、Ｒ２ 、Ｒ１ 、Ｒ１２が下記条件（２）を満足し、さらに前記小判型素管断面の縦径Ｈ０ 、横径Ｗ０ 、開口部幅Ｗｅ０の各寸法と、前記フィンパスロールの穴型形状の縦径Ｈ１ 、横径Ｗ１ 、フィン幅Ｗｅ１とのそれぞれの比、Ｈ０ ／Ｈ１ 、Ｗ０ ／Ｗ１ 、Ｗｅ０／Ｗｅ１が下記条件（３）を満足する、形状とし、
かつ、前記複数のフィンパスロールのうちの第１フィンパスロールの穴型形状を、穴型における各曲げ要素の長さと帯板の幅との比、（Ｓ３ ）Ｆ１、（Ｓ２ ）Ｆ１、（Ｓ１ ）Ｆ１、（Ｓ１２）Ｆ１、（Ｓ２３）Ｆ１が下記条件（４）を満足し、さらに穴型における各曲げ要素の曲げ半径と製品半径との比、（Ｒ３ ）Ｆ１、（Ｒ２ ）Ｆ１、（Ｒ１ ）Ｆ１、（Ｒ１２）Ｆ１、（Ｒ２３）Ｆ１が下記条件（５）を満足し、さらに第１フィンパスロール穴型の縦径Ｈ１ 、横径Ｗ１ と、製品外径Ｄとの比、Ｈ１ ／Ｄ、Ｗ１ ／Ｄが下記条件（６）を満足する、形状とし、
さらに、前記複数のフィンパスロールによる仕上成形を、円周方向の全圧下率が２．０ ％以下とする成形とする
ことを特徴とするハイドロフォーミングに適した溶接管の製造方法。
記
条件（１）：
Ｓ３ ＝（管エッジ部曲げ長さ）／（帯板幅）＝０．２０〜０．４０、
Ｓ２ ＝（管側部曲げ長さ）／（帯板幅）＝０．２０〜０．４０、
Ｓ１ ＝（管底部曲げ長さ）／（帯板幅）＝０．１５〜０．３０、
Ｓ１２＝（管側部と管底部の境界部曲げ長さ）／（帯板幅）＝０．１５〜０．３０
Ｓ３ ＋Ｓ２ ＋Ｓ１ ＋Ｓ１２＝１．０
条件（２）：
Ｒ３ ＝（管エッジ部曲げ半径）／（製品半径）＝１．０ 〜１．４ 、
Ｒ２ ＝（管側部曲げ半径）／（製品半径）＝１．５ 〜５．０ 、
Ｒ１ ＝（管底部曲げ半径）／（製品半径）＝０．９ 〜１．３ 、
Ｒ１２＝（管側部と管底部の境界部曲げ半径）／（製品半径）＝０．８ 〜１．２
条件（３）：
Ｈ０ ／Ｈ１ ＝（素管の縦径）／（穴型の縦径）＝１．０ 〜１．３ 、
Ｗ０ ／Ｗ１ ＝（素管の横径）／（穴型の横径）＝０．８ 〜１．０ 、
Ｗｅ０／Ｗｅ１＝（素管の開口部幅）／（穴型のフィン幅）＝０．８ 〜２．０
条件（４）
（Ｓ３ ）Ｆ１＝（穴型管エッジ部相当部長さ）／（帯板幅）＝０．１０〜０．３０、
（Ｓ２ ）Ｆ１＝（穴型管側部相当部長さ）／（帯板幅）＝０．２０〜０．４０、
（Ｓ１ ）Ｆ１＝（穴型管底部相当部長さ）／（帯板幅）＝０．１５〜０．３０、
（Ｓ１２）Ｆ１＝（穴型管側部と管底部の境界部相当長さ）／（帯板幅）＝０．１５〜０．３０
（Ｓ２３）Ｆ１（穴型管側部と管エッジ部の境界部相当長さ）／（帯板幅）＝０．１５〜０．３０
（Ｓ３ ）Ｆ１＋（Ｓ２ ）Ｆ１＋（Ｓ１ ）Ｆ１＋（Ｓ１２）Ｆ１＋（Ｓ２３）Ｆ１＝１．０
条件（５）
（Ｒ３ ）Ｆ１＝（管エッジ部曲げ半径）／（製品半径）＝１．０ 〜１．１ 、
（Ｒ２ ）Ｆ１＝（管側部曲げ半径）／（製品半径）＝１．５ 〜５．０ 、
（Ｒ１ ）Ｆ１＝（管底部曲げ半径）／（製品半径）＝０．９ 〜１．１ 、
（Ｒ１２）Ｆ１＝（管側部と管底部の境界部曲げ半径）／（製品半径）＝０．８ 〜１．０ 未満
（Ｒ２３）Ｆ１＝（管側部と管エッジ部の境界部曲げ半径）／（製品半径）＝０．８ 〜１．０ 未満
条件（６）
Ｈ１ ／Ｄ＝（穴型の縦径）／（製品外径）＝１．１ 〜１．５
Ｗ１ ／Ｄ＝（穴型の横径）／（製品外径）＝０．８ 〜０．９５ - 前記スクイズロール前面の５０〜１００ｍｍ の位置において、前記円形素管の突き合わせ部の両エッジ部が形成するＶシェイプ角度θＶ を３〜７°、前記円形素管の突き合わせ部の両エッジ端面が形成するエッジ突き合わせ角度θｗ を０〜７°とすることを特徴とする請求項２に記載のハイドロフォーミングに適した溶接管の製造方法。
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