JP4493447B2 - タッピング性に優れた高強度電縫鋼管製自動車用フレーム材の製造方法 - Google Patents
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C当量=C+1/6Mn+1/24Si+1/5Cr+1/4Mo+1/14V+1/40Ni・・・(1)
また、Ti,Nb等の炭窒化物形成元素が添加されているので、冷延鋼帯から製造された電縫鋼管の溶接熱影響部の軟質化も抑えられる。Ti,Nb等は、電縫鋼管の高強度化に有効な析出強化作用もある。
・C:0.01〜0.20質量%
鋼材の高強度化に有効な合金成分であり、冷延率10%でもある程度の強度が得られるようにC含有量の下限を0.01質量%に設定した。しかし、Cは焼入れ性に大きな影響を与え、溶接部の加工性を劣化させ、割れの発生原因にもなる。そのため、必要な延性,溶接部靭性を確保するため、上限値を0.20質量%とした。
鋼材の高強度化に有効な合金成分であり、0.05質量%以上でSiの添加効果が顕著になる。しかし、1.5質量%を超えて過剰添加すると、強度が上昇するものの、冷間加工性や表面性状が劣化しやすい。
・Mn:2.5質量%以下
強度改善に寄与する合金成分であり、0.20質量%以上でMnの添加効果が顕著になる。Mnの増量に伴い強度改善効果が大きくなるが、過剰量のMnが含まれると溶接性が著しく劣化する。焼入れ強化元素でもあり、C当量を増大させて溶接部の加工性を劣化させ、割れの原因にもなるので、Mn含有量の上限を2.5質量%とした。
高強度化に有効な合金元素であるが、0.05質量%を超える過剰含有は低温靭性を劣化させる傾向を示す。
・S:0.02質量%以下
熱間加工性,冷間加工性に有害な成分であることから、可能な限りの低硫化が好ましい。含有量を0.02質量%以下に規制すると、S起因の悪影響は抑制される。
・酸可溶Al:0.005〜0.10質量%
製鋼段階で脱酸剤として添加される合金成分であり、十分な脱酸効果を得るためには酸可溶Alとして0.005質量%以上の添加が必要である。Al添加による脱酸効果は0.10質量%で飽和し、それ以上にAlを添加しても却って鋼材コストの上昇を招く。
本成分系では重要な合金成分であり、鋼中のC,S,Nと反応して析出物を形成し、析出強化により鋼材を高強度化する。Ti系析出物は、溶接熱影響部の加工歪みの解放を抑制するインヒビタとして働き、溶接加熱時の固溶,再析出による熱影響部の軟化を防止する上でも有効である。Tiの添加効果は0.01質量%以上でみられるが、0.15質量%を超える量のTiを添加しても、Tiの添加効果が飽和し、却って製造コストの上昇を招く。好ましくは、Ti含有量を0.01〜0.10質量%の範囲で選定する。
Tiと同様に鋼中のCと反応して析出物となり、析出強化により鋼材を高強度化する作用を呈する。金属組織を微細化して鋼板強度を向上させる作用もある。溶接部においては、Tiと同様に、Nb系析出物により溶接熱影響部の加工歪みの解放を抑制し、溶接加熱時の固溶,再析出による熱影響部の軟化を防止する。
Nbの添加効果は0.01質量%以上でみられ、Nb含有量が多くなるほど高強度化する。しかし、0.15質量%を超えるNbの過剰添加は、加工性に悪影響を及ぼす。好ましくは、0.01〜0.10質量%の範囲でNb含有量を選定する。Ti,Nbを複合添加する場合、Ti+Nbの合計含有量を0.02〜0.20質量%とする。Ti,Nb及びCの添加量は、鋼材の高強度化,溶接加熱時の熱影響部の軟質化抑制効果のバランスを考慮して最適化することが重要である。
必要に応じて添加される合金成分であり、Nbと同様に鋼中のCと反応して析出物を形成し、析出強化により鋼材を高強度化する。溶接部においては、Ti,Nbと同様に、析出物により溶接熱影響部の加工歪みの解放を抑制し、溶接加熱時の固溶,再析出による熱影響部の軟化を防止する。強度改善効果は0.01質量%以上の添加で顕著になり、増量に従ってより高い強度が得られるが、0.30質量%を超える過剰添加は加工性に悪影響を及ぼす。
・Cr:0.01〜0.30質量%,
・Ni:0.05〜1.00質量%
何れも必要に応じて添加される合金成分であり、高強度化,溶接部の靭性向上に有効な成分である。高強度化,溶接部の靭性向上に及ぼす影響は、0.01質量%以上のMo,Cr,0.05質量%以上のNiでみられるが、Mo:0.30質量%,Cr:0.30質量%,Ni:1.00質量%で飽和する。過剰添加は製造コストの低下を招くことは勿論、Mo,Crは焼入れ強化元素でもあるためC当量を増大させ、結果として溶接部の加工性劣化,割れ発生の原因にもなる。
式(1)で定義されるC当量は溶接熱影響部の軟化抑制に大きな影響を及ぼす因子であり、溶接熱影響部の硬さを確保する上でC当量を0.25質量%以上に調整する必要がある。溶接熱影響部はC当量の増加に応じて硬質化するが、0.6質量%を超える過剰なC当量では溶接熱影響部が著しく硬質化し、溶接部の加工性が著しく損なわれるばかりでなく、溶接割れの原因にもなる。C当量は、Cの他にMo,Cr,Mn等の強化元素添加量が多い場合にも増加し、鋼材がより硬質化される。
C当量=C+1/6Mn+1/24Si+1/5Cr+1/4Mo+1/14V+1/40Ni・・・(1)
熱間強度の安定化を図るためAr3変態点以上の仕上げ温度で熱間圧延した後、600〜450℃の温度域で巻き取り、変態により高強度化させる。仕上げ温度がAr3変態点を下回ると、変態に伴う熱間強度の変動が大きく圧延方向に大きく変動するゲージハンチング,幅絞り等の板厚精度を劣化させる原因になりやすい。巻取り温度が高いほど鋼帯の延性が向上するが、600℃を超える温度域で巻き取ると鉄系炭化物の生成に起因して強度が著しく低下する。巻取り温度の低下に伴って強度は上昇するが、過度に低い450℃未満の温度で巻き取ると変態組織強化による硬質化が進行し、冷間圧延時の板厚設定や冷間圧延後の強度設定が難しくなるほどに加工性が低下する。
冷間圧延では、加工硬化によって鋼帯を高強度化するため冷延率を10%以上に設定する。10%に満たない冷延率では加工硬化が十分に進行せず、強度の上昇が小さい。10%以上の冷延率は、板厚精度を確保する上でも有効である。冷延率の増加に応じて高強度化も進行するが、過度に大きな冷延率は製造コストの上昇を招くので冷延率の上限を75%に設定する。
加工硬化,析出強化によって高強度化した冷延鋼帯は、焼鈍工程を経ることなく所定幅に裁断され、造管ラインに送られる。造管ラインでは、鋼帯をロール成形又はロールレス成形してオープンパイプ状に加工し、高周波溶接,レーザビーム溶接,MIG溶接,TIG溶接等で鋼帯幅方向両端部を溶接することにより、所定サイズの電縫鋼管を製造する。
溶接時、溶接部及び熱影響部は高温に加熱されるが、鋼中のC,N,S等がTi系又はNb系析出物として固定されているので冷間圧延で導入された加工歪みの解放が少なく、特に溶接熱影響部の軟化が抑えられる。その結果、円周方向に沿った強度,疲労特性のバラツキが少なくなり、品質安定性に優れた高強度電縫鋼管となる。しかも、打抜き加工しても打抜き穴端面の硬化が非常に小さく、優れたタッピング性を呈し、自動車用フレーム材としての要求特性を十分に満足する。
更に、各鋼帯を所定幅に裁断した後、常法に従った造管ラインで外径:38.1mmの電縫鋼管を製造した。得られた電縫鋼管を、径:4.0mmのポンチ,径:4.2mmのダイスを用いクリアランスを片側10%に設定した打抜き試験に供した。
タッピングネジのねじ込みに必要なトルクについても、引張強さが同じクラスで比較すると本発明例No.1〜3は比較例No.4〜6よりも小さくなっており、少ないトルクでタッピングできる、すなわちタッピング性に優れていることが判る(図3)。
Claims (1)
- C:0.01〜0.20質量%,Si:1.5質量%以下,Mn:2.5質量%以下,P:0.05質量%以下,S:0.02質量%以下,酸可溶Al:0.005〜0.10質量%,Ti:0.01〜0.15質量%及び/又はNb:0.01〜0.15質量%を含み、残部Fe及び不可避的不純物からなり、式(1)で定義されるC当量を0.25〜0.6質量%に調整した鋼材を連続鋳造し、
仕上げ温度:Ar3変態点以上,巻取り温度:600〜450℃で熱間圧延し、
引き続き、酸洗後に冷延率:10〜75%で冷間圧延し、
得られた冷延鋼帯を素材としてオープンパイプ状に成形した鋼帯の幅方向両端部を溶接することを特徴とするタッピング性に優れた高強度電縫鋼管製自動車用フレーム材の製造方法。
C当量=C+1/6Mn+1/24Si+1/5Cr+1/4Mo+1/14V+1/40Ni・・・(1)
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