JP5765200B2 - 差強度鋼管の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、差強度鋼管の製造方法に関する。差強度鋼管とは、広義には管体の一部が他部よりも硬質又は軟質である鋼管を意味するが、本発明では、管長さ方向の一部が他部よりも硬質又は軟質である鋼管を意味する。前記差強度鋼管は、自動車骨格部品のうち、外力により軟質部が選択的に応力集中して塑性変形する部品例えばダメージャーなどの衝突エネルギー吸収部材の素材として好適である。

差強度鋼管を得る方法としては、強度の異なる鋼板をテーラード溶接したものを管素材として造管してテーラードチューブとなす方法（特許文献１）がある。又、鋼管ではないが、形材においては全体の一部と他部とで強度差をつけるために部分領域毎に焼入れする方法（特許文献２）がある。

特開２００４−３１４１０２号公報 特表２０１０−５３９３２６号公報

テーラードチューブを得る方法では、電縫溶接部以外にも接合部としてテーラード溶接部を有するため、接合部信頼性が十分でない。又、部分焼入れによる方法は、高温域（オーステナイト域）への加熱を要し、エネルギーコストが高い、酸化スケールによる肌荒れが大きい、熱歪みにより変形が生じる、などの問題がある。これらの点が課題であった。
本発明は、接合部信頼性、エネルギーコスト、表面性状、製品形状の各点で有利に製造できる、差強度鋼管の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決した本発明は、次のとおりである。
（１） Ｃ：０．０５〜０．２０質量％、Ｓｉ：０．５〜２．０質量％、Ｍｎ：１．０〜３．０質量％、Ｐ：０．１質量％以下、Ｓ：０．０１質量％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である組成の冷延鋼板に焼入れ処理を施し、該焼入れ処理によって得られたフェライト相とマルテンサイト相との２相組織又は該２相と残留オーステナイト相との３相組織をなし、引張強度が９８０ＭＰａ以上である前記冷延鋼板をロール成形し、形成した被溶接衝合端部を電縫溶接して製造した電縫鋼管を素管に用い、複数の相異なる管長さ部分を５００〜７５０℃に加熱後室温まで冷却する熱処理を施して、該熱処理部に、引張強度が未熱処理部に比し２００ＭＰａ以上低く、且つ、引張強度と伸びの積が１５０００ＭＰａ・％以上である機械的特性を付与することを特徴とする差強度鋼管の製造方法。

本発明によれば、自動車骨格部品のうち、外力により軟質部が選択的に応力集中して塑性変形する部品例えばダメージャーなどの衝突エネルギー吸収部材の素材としての差強度鋼管を、接合部信頼性、エネルギーコスト、表面性状、製品形状の各点で有利に製造できる。即ち、テーラード溶接部の如き余分な接合部を含まない分だけ接合部信頼性に優れ、又、部分焼入れ強化に比べて低温で熱処理する分、エネルギーコストは下がり、酸化スケール及び熱変形の悪影響は軽減する。

本発明の１実施形態を示す概略図である。 衝突衝撃試験方法を示す概略図である。 引張試験片採取位置を示す概略図である。

本発明では、衝撃エネルギー吸収部材の要求性能を満たすべく、上記構成を採用した。以下、本発明に係る各要件の限定理由を説明する。
［化学組成］
（Ｃ：０．０５〜０．２０質量％）
Ｃは、電縫鋼管の強度を向上させるとともに、優れた加工性を付与するに必要な残留オーステナイト相を生成させる作用を有する。Ｃ含有量が０．０５質量％未満ではこれらの効果が得られない。一方、０．２０質量％超では電縫鋼管の強度が過剰に上昇し、加工性が劣化する。よって、Ｃ：０．０５〜０．２０質量％とする。

（Ｓｉ：０．５〜２．０質量％）
Ｓｉは、固溶強化によって電縫鋼管のＴＳと伸び（略称ＥＬ）のバランスを改善するとともに、フェライト変態を促進してフェライト相を生成させ、且つ残留オーステナイト相にＣを濃化する作用を有する。残留オーステナイト相はＣの濃化によって安定する。Ｓｉ含有量が０．５質量％未満ではこれらの効果が得られない。一方、２．０質量％を超えると鋼帯の製造過程中の熱間圧延にてスケールが発生し易くなり、ひいては冷延後の肌荒れを招き、電縫鋼管の表面性状が劣化する。よって、Ｓｉ：０．５〜２．０質量％とする。

（Ｍｎ：１．０〜３．０質量％）
Ｍｎは、管素材に用いる冷延鋼板の焼入れ性を改善し、残留オーステナイト相を安定化する作用を有する。Ｍｎ含有量が１．０質量％未満ではこれらの効果が得られない。一方、３．０質量％を超えると電縫鋼管の強度が過剰に上昇し、加工性が劣化する。よって、Ｍｎ：１．０〜３．０質量％とする。

（Ｐ：０．１質量％以下）
Ｐは、フェライト変態を促進してフェライト相を生成させる作用を有する。然しＰ含有量が０．１質量％を超えると電縫鋼管の延性が低下し、加工性が劣化する。よって、Ｐ：０．１質量％以下とする。
（Ｓ：０．０１質量％以下）
Ｓは、他の元素と結合して硫化物を生成する。Ｓ含有量が０．０１質量％を超えるとその硫化物は電縫鋼管の組織中で凝集し、介在物となって電縫鋼管の強度を低下させる原因となる。よって、Ｓ：０．０１質量％以下とする。

上記成分を除いた残部はＦｅ及び不可避的不純物である。
[素管のＴＳ≧９８０ＭＰａ]
素管のＴＳが９８０ＭＰａ未満であると、差強度鋼管の衝突衝撃特性が不十分であるため、ＴＳ≧９８０ＭＰａとする。
［素管の組織］
素管の組織は、ＴＳ９８０ＭＰａ級以上の高強度と十分な延性を確保するために、フェライト相とマルテンサイト相との２相組織が好ましく、又、延性をさらに高くするためには前記２相に残留オーステナイト相を加えた３相組織が好ましい。この２相乃至３相の相比率は、フェライト相：２０〜６０体積％、マルテンサイト相：４０〜８０体積％、残留オーステナイト相：０〜１５体積％が好ましい。

尚、素管とする電縫鋼管は、上記組成の冷延鋼帯を連続焼鈍工程にて焼入れ処理し、得られたＴＳ９８０ＭＰａ以上の鋼帯を素材とし、これを管状にロール成形し、形成した被溶接衝合端部を電縫溶接する方法（即ち、通常の電縫溶接法）により、製造される。
［管体の熱処理］
（加熱温度：５００〜７５０℃）
加熱温度が５００℃未満では加熱保持時間が数秒以下の短時間加熱でΔ２００ＭＰａ（ＴＳ低下分で２００ＭＰａ）以上の軟質化を達成する事が困難であり、一方、７５０℃超では、水冷環境下で冷却速度が速い場合、焼入れ処理となり軟質化させることが困難となるばかりか、ＴＳ×ＥＬバランスが１５０００ＭＰａ・％未満となり延性が低下する。又、加熱温度が高め、加熱保持時間が長め、冷却速度が遅めの場合、熱伝導により所定部分以外の軟質化領域が増加し、軟質化領域の明瞭な区分けができなくなる。よって、加熱温度：５００〜７５０℃とする。

加熱保持時間は数秒以下とし、ＴＳ９８０ＭＰａ以上を確保する領域（未熱処理部）の温度が４５０℃以上に熱伝導で上昇しないように所定部分（熱処理施工部）を加熱することが望ましい。
加熱手段は、誘導加熱、レーザー加熱などエネルギー密度が高く、所定部位のみを短時間で加熱できる手段が望ましい。

ガス冷却又は液体冷却しながら加熱する事により所定部以外の温度上昇を抑制することができる。
加熱により生成したスケールが問題となる場合には、後工程でショットブラスト、酸洗などにより除去する。
[軟質化：Δ２００ＭＰａ以上]
Δ２００ＭＰａ未満では、差強度を付与する処理コストに対して、差強度鋼管としての機能が小さくなる。つまり、無垢の鋼管とのコスト・性能比較で優位性がない。

上限はΔ５００ＭＰａ程度とするのが望ましい。Δ５００ＭＰａ程度を超えて軟質化しようとすると、加熱温度を高くする、加熱保持時間を長くする、冷却速度を速くする、の少なくとも何れか１つの措置をとらねばならず、熱伝導により所定部分以外の軟質化領域が増加し、軟質化領域の明瞭な区分けが困難となる。
[ＴＳ×ＥＬ≧１５０００ＭＰａ・％]
ＴＳ×ＥＬが１５０００ＭＰａ・％未満では、軟質化部（熱処理部）の延性が不足し部品設計の自由度が小さくなる。本発明規定の組成及び組織の電縫鋼管に本発明規定の熱処理を施すことで、ＴＳ×ＥＬ≧１５０００ＭＰａ・％が達成できる。

表１に組成、組織、ＴＳ、サイズを示す電縫鋼管を素管とした。素管は、冷延鋼帯を連続焼鈍工程にて焼入れ処理し、得られたＴＳ９８０ＭＰａ以上の鋼帯を素材とし、通常の電縫溶接法により製造された。
上記素管に対し、図１に示す方法で部分熱処理を施した。即ち、管体１０を管軸方向に送る経路上に配置した誘導加熱コイル１と水冷ノズル２とを用い、管体１０を送っている間、水冷ノズル２はオン（管体１０への冷却水吹き付け）維持とし、誘導加熱コイル１は電源オン／オフ（加熱/非加熱）の交互繰り返しとして、図１に示すように、管長さ方向に、管外径Ｄに対して（１/４）Ｄ長さの熱処理部３と、（１/２）Ｄ長さの未熱処理部４とを交互に形成させた。このとき、加熱条件を種々変更し、誘導加熱コイル１の出側で放射温度計にて熱処理部３の加熱温度Ｔ１と未熱処理部４の上昇温度Ｔ２を測定した。

上記部分熱処理した管体１０の熱処理部３と未熱処理部４とから図３に示すように採取したＪＩＳ１４Ａ引張試験片７を用い、引張試験を行って、熱処理部の引張強度ＴＳ１及び未熱処理部の引張強度ＴＳ２を測定し、強度差Δ＝ＴＳ２−ＴＳ１を求めた。又、熱処理部のＥＬを測定し、ＴＳ×ＥＬを求めた。
又、上記部分熱処理した管体１０全長を試験片として、衝突衝撃試験を行った。試験では、図２に示すように、管体１０の一端部を固定手段１２で支持し他端面に１５０ｋｇ重の錘１１を速度５０ｋｍ/ｈで衝突させ、２００ｍｍ縮み変形した吸収エネルギーを、該変形の際に得られた変位‐荷重曲線を積分することにより求めた。

これらの結果を表２に示す。尚、吸収エネルギーは、加熱なし材（即ち素管）に対して同様に求めた吸収エネルギーとの比である指数で表示した。
表２より、本発明例は比較例に比べ略２倍の吸収エネルギーを示しており、本発明により、衝突エネルギー吸収部材として十分な衝突衝撃特性を有する差強度鋼管が得られたことが分る。

１ 誘導加熱コイル
２ 水冷ノズル
３ 熱処理部
４ 未熱処理部
７ ＪＩＳ１４Ａ引張試験片
１０ 管体
１１ 錘
１２ 固定手段

Claims (1)

1. Ｃ：０．０５〜０．２０質量％、Ｓｉ：０．５〜２．０質量％、Ｍｎ：１．０〜３．０質量％、Ｐ：０．１質量％以下、Ｓ：０．０１質量％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である組成の冷延鋼板に焼入れ処理を施し、該焼入れ処理によって得られたフェライト相とマルテンサイト相との２相組織又は該２相と残留オーステナイト相との３相組織をなし、引張強度が９８０ＭＰａ以上である前記冷延鋼板をロール成形し、形成した被溶接衝合端部を電縫溶接して製造した電縫鋼管を素管に用い、複数の相異なる管長さ部分を５００〜７５０℃に加熱後室温まで冷却する熱処理を施して、該熱処理部に、引張強度が未熱処理部に比し２００ＭＰａ以上低く、且つ、引張強度と伸びの積が１５０００ＭＰａ・％以上である機械的特性を付与することを特徴とする差強度鋼管の製造方法。

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