JPH04202711A - ドア補強パイプ用高強度薄鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は自動車用鋼板の製造に係り、特にドア補強パイ
プ用の高強度薄鋼板の製造方法に関するものである。

（従来の技術） 自動車車体の燃費向上及び衝突時の安全性向上のために
自動車補強部材の高強度化、軽量化が推進されている。

特にドア補強用部材には、従来、１００　ｋｇｆ／　ｔ
ｓｍ２級のプレス品が主として使用されていたが、最近
、ＣＡＭＰ−Ｉ　Ｓ　Ｉ　Ｊ　　Ｖｏｌ、２（１９８９
）−２０２３に記載されているように、より強度の高い
パイプ材が軽量化の点で有利なため、使用されるように
なってきた。このようなパイプ品でプレス品と同様の吸
収エネルギーを得るためには１５０　ｋｇｆ／　ａｙｓ
”程度の高い引張強度が必要で、　　ある。

（発明が解決しようとする課題） 従来、このような高強度パイプ材を得るために、６０ｋ
ｇｆ／ｍ腸２程度の薄鋼板を電縫溶接によりパイプ材と
し、引き続き高周波加熱などで加熱し、オーステナイト
温度域から水冷などによって急冷して製造されていた。

しかし、電縫溶接などによって溶融接合したパイプ材に
は、その接合界面に第１図に示すようなホワイトバンド
と呼ばれる脱炭層が生成される。このホワイトバンド部
は、溶接待に溶融した部分であり、酸化物、介在物など
が存在し、本来加工性が低い。更に、このホワイトバン
ド部は、パイプの強度を上げるための焼入れ処理によっ
ても硬さが増加しにくいため、第２図に示すように軟化
域が生じる。したがって、第３図に示す曲げ試験（圧壊
試験）を行った場合、この部分に変形が集中し、パイプ
が座屈に至る前に該ホワイトバンド部分、すなわち、溶
接部で割れが生し、第４図中のＮ１１４のように所定の
吸収エネルギーが得られない。この挙動は低温での試験
でより顕著となる９ 共晶点よりも低い炭素量を含む鉄合金であれば、パイプ
の電縫溶接などによって溶融接合した場合、ホワイトバ
ンド部の生成を防止することは殆ど不可能である。また
、ホワイトバンド部の幅を狭くするために電縫溶接時の
アプセット量を多くすると、冷接などの接合不良を招き
、溶接部強度がより低下する。

また、ホワイトバンド部を有するパイプ材をオーステナ
イト域に加熱後、水冷などにより焼入れだ場合、ホワイ
トバンド部の硬さは前述のように母材部よりも低い硬さ
になる。したがって、圧壊時に該部分に変形が集中し、
割れが発生するため、所定の吸収エネルギーが得られな
い。一方、溶接したままであれば、溶接部の硬さが高く
、延性が低いために、圧壊時の歪み量が大きくなった場
合、溶接部でビードと直角方向に又はホワイトバンド部
で破断し、吸収エネルギーが低くなる。

電縫溶接パイプの溶接部の加工性を改善する方法につい
ては、本発明者らは、既に特願平２−２５３３８５号に
て提案した方法を見い出した。しかし、この方法による
と、高ＹＲ（降伏比）を得るためには７０％以上の低温
変態生成物が必要である。連続焼鈍において、例えばＭ
ｎ及びＣ量の低い鋼で７０％以上の低温変態生成物を得
ようとした場合、加熱後の焼入れ開始温度を高くする必
要がある。したがって、２．０ｍｍ１厚程度の薄鋼板を
高温から水中に浸漬急冷すると鋼板の反りなどが発生し
、問題がある。また、板厚が２．０ｍｍよりも厚くなる
と過大な連続焼鈍設備が必要となり、実用的でなくなる
や 本発明は、上記従来技術の問題点を解決して、電縫溶接
により造管したパイプが圧壊時に溶接部で破断すること
なく、高い吸収エネルギーを有するドア補強パイプ用高
強度薄鋼板を製造する方法を提供することを目的とする
ものである。

（課題を解決するための手段） 前記課題を解決するため、本発明者らは、薄鋼板を電縫
溶接したパイプの溶接部品質について鋭意研究を重ねた
結果、ここに本発明を完成したものである。

すなわち、本発明は、Ｃ：０．０８−０．３０％及びＭ
ｎ：０．５〜３．０％を含み、かつ、Ｃ量が下式 ％式％ を満たし、必要に応じて更に、Ｓｉ：０．２〜２．０％
、Ｐ：０．０２−０．１５％、Ｃｒ：０　、１〜１．０
％、Ｍｏ：Ｑ、１〜１．０％及びＢ：０．０Ｏ０３〜０
゜００５％のうちの１種又は２種以上、及び／又はＮｂ
、Ｔｉ、Ｚｒ及び■がそれぞれ０．０１−０．０６％の
範囲で１種又は２種以上含み、残部がＦｅ及び不可避的
不純物からなる鋼をＡｒ０点＋３０℃以上で熱間圧延し
、引続き６５０　’Ｃ以下の温度で巻き取りして得られ
る低温変態生成物を２０％以上含む熱延板に、５％以上
、９０％以下の冷間加工を施して、降伏比が０．８以上
のパイプ用薄鋼板を得ることを特徴とする電縫溶接で加
工されるドア補強パイプ用の高強度薄鋼板の製造方法を
要旨とするものである。

以下に本発明を更に詳述する。

（作用） 本発明の方法では、Ｃ：Ｑ、Ｑｓ〜０．３０％及びＭｎ
：０．５〜３．０％を必須成分として含み、且つＣ量を
引張強度との関係で規制した錆について、まず、Ａｒ□
点＋３０℃以上で熱間圧延し、引続き６５０’Ｃ以下の
温度で巻き取りして、低温変態生成物を２０％以上含む
熱延薄板を製造する。

ここで、低温変態生成物としてはベイナイト。

マルテンサイト、焼戻しマルテンサイト又はこれらが混
在していてもよく、特に制限されるものではない。

一般に降伏比が高い程、パイプ圧壊時の吸収エネルギー
が高くなる。高降伏比を得るためには。

フル焼戻しマルテンサイト組織にしてもよいが、鋼板の
反りを減少し、更には２．Ｏ１！１Ｉｌ１以上の厚物な
ども容易に製造できる冷間圧延を行うのがよい。

すなわち、低温変態生成物を２０％以上含む熱延鋼板に
５％以上の冷間加工を行うことにより、降伏比は著しく
増加し、０．８以上の値が得られる。冷間加工率を高め
ると降伏比がより高くなり、また引張強度も増加するた
め、パイプ圧壊時の吸収エネルギーが高くできる。しが
し、冷間加工率が９０％を越えると鋼板の局部延性が著
しく低下して、圧壊時にパイプが破断するので、９０％
を上限とする。

このような高降伏比材は、同一降伏強度の低降伏比材に
比較して、強度が低いため、切断が容易で生産性が高い
。しかし、このような化学成分。

組織及び降伏比を有する鋼板を単に電縫溶接したのみで
は、パイプ圧壊時に割れが発生し、所定の吸収エネルギ
ーが得られない。

そこで、本発明者らは、この点について更に研究を重ね
た結果、上記化学成分範囲内でＣ量を次式の範囲内に制
御することにより、圧壊時に割れることなく、高い吸収
エネルギーを得ることができるとの知見を得た。

０．３６７−３．ＯＸ　１０　’σｅ　＋　］、５Ｘ　
１０−５σ　Ｂ２≧Ｃ≧０．２４８−３．ＯＸ　１０　
”σ　ｅ　＋１．５Ｘ　１０−５σ　Ｂ２（但し、σＢ
：引張強度（ｋｇｆ　／　ｍｍ２）　）すなわち、上記
条件を満たすことによって溶接熱影響部に適正な硬さの
軟化域を具備させることにより、溶接部での変形を軽減
することができることを知見したのである。

溶接熱影響部の最低硬さＨｖｌと母材の硬さＨｖ。

の比、Ｈｖ１／　ＨＶ、がパイプの引張強度σＢの関数
で示される式、−〇、００１　ａ　ａ＋１．０５よ’Ｊ
も高い場合は、圧壊時に熱影響部での変形が小さいため
、溶接部での変形量が多くなり、溶接部でのホワイトバ
ンドなどで破断し、所定の吸収エネルギーが得られない
。また、Ｈｖ、／Ｈν２が−ｏ、。

Ｏ３σａ　＋１．０５よりも小さいときは熱影響部での
変形が大きくなり、圧壊時に座屈が生じ易くなって所定
の吸収エネルギーが得られない。

冷間加工強化材の熱影響部での回復、再結晶による硬さ
低下は殆どなく、非冷間加工材の硬さ分布とはＳ゛同様
ある。これは電縫溶接では回復、再結晶の生じる領域が
極めて小さいためと考えられる。既に述べたように、熱
影響部での軟化域の硬さ比、Ｈｖ１／Ｈν２はパイプの
引張強度σＢによって適正な範囲がある。σＢが１００
　ｋｇｆ／　ｔｍｖａ”程度の比較的強度の低いパイプ
材においては、Ｈｖ１／Ｈｖ、の値は比較的高くて良い
。これは、溶接部の最高硬さがあまり高くなく、成る程
度の加工性を有するためである。しかし、パイプの強度
σＢが２００　ｋｇｆ／　ｍｍ２１度になると熱影響部
での変形量を多くすることが重要であり、ＨＶ１／　Ｈ
Ｖ、の値を比較的低くしなければ、圧壊時の割れを防止
して高い吸収エネルギーをえることができない。

本発明者らは、このようなパイプの強度に応じて適正な
Ｈｖ、／Ｈν、の値を得るためには、Ｃ量を０．３６７
−３．ＯＸ　１０−’　Ｑ　Ｂ　＋１．５Ｘ　１０　’
　ａ　Ｂ２から ０．２４８−３．Ｏｘ　１ｏ−”　ａ　Ｂ＋１．５Ｘ　
１０−’　ａ　Ｂ２の範囲に制御することが必要である
ことを見い出したのである。

この範囲よりもＣ量が多いと、Ｈν□／Ｈｖ２が高くな
り、圧壊時に溶接部で割れが生じ易くなり、一方、Ｃ量
が少ないと−Ｈｖ、／）（ｙ２が低くなり、圧壊時に座
屈が生じ易くなり、いずれの場合も高い吸収エネルギー
が得られない。

なお、熱影響部の軟化域での最低硬さＨｖ、は、上述の
ように適正な値が必要であるが、軟化域の広さについて
は特に限定されるものではなく、通常の電縫溶接で得ら
れる範囲で良い。更に、熱影響部での軟化域の広さはパ
イプの板厚、パイプ用素板の組織、化学成分によって変
わるが、電縫溶接で得られる範囲であれば特に問題はな
い。

また、本発明で得られる所定の強度を有する鋼板を電縫
溶接したパイプの場合には、造管後熱処理をしたパイプ
と異なり、溶接位置をビードセンサーなどで容易に識別
できる。したがって、実車への装着に際しては、溶接部
を負荷される点の直下ではなく、負荷される点と直角な
横の方向に制御しセットすることで、溶接部の変形をよ
り小さくして、割れに対する安全度を更に高めることが
できる。

次に本発明における化学成分の限定理由を説明する。

Ｃ： Ｃは鋼板の強度を高めるために極めて重要な元素である
が、Ｃ量が０．０８％よりも少ないと１００ｋｇｆ／ａ
ｍ２以上の引張強度が得られず、また０゜３０％を超え
て過多に添加すると溶接部が脆くなり、圧壊時に割れが
生じ、所定の吸収エネルギーが得られない、したがって
、Ｃ量は０．０８〜０゜３０％の範囲とする。

但し、Ｃ量は、前述の理由により上記範囲内において次
式を満たす必要がある。

０．３６７−３．ＯＸ　１０”−３σｓ　＋１．５Ｘ　
１０−’σＢ２≧Ｃ≧０．２４８−３．ＯＸ　Ｉ　Ｆ３
σＢ　＋１．５Ｘ　１０−”０８２Ｍｎ： Ｍｎは強化能の高い低温変態生成物を得るために必要で
、その添加量が０．５％よりも少ないと、熱延板で２０
％以上の低温変態生成物を得ることができない。また３
、０％を超えると、偏析が大きくなり、パイプ溶接部の
メタルフローが悪くなり、圧壊時に割れが生し、所定の
吸収エネルギーが得られない。したがって、Ｍｎ量は０
．５〜３゜０％の範囲とする。

以上のＣ，Ｍｎを必須成分とするが、必要に応じてＳｌ
、Ｐ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＢのうちの１種又は２種以上、及
び／又は、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ及び■のうちの１種又は２
種以上を適量で添加することができる。

Ｓｉ： Ｓｉは鋼の降伏強度を高めるのに有効な元素であるが、
０．２％よりも少ないとその効果が得られず、また２、
０％を超えて添加すると溶接部での欠陥が増し、圧壊時
に割れが生じる。したがって、Ｓｉ量は０．２〜２．０
％の範囲とする。

Ｐ： Ｐは、Ｓｉと同様、鋼の降伏強度を高めるのに有効な元
素であるが、０．０２％よりも少ないとその効果が得ら
れず、また０、１５％を超えて添加すると溶接部が脆化
して圧壊時に割れが生じる。

したがって、Ｐ量は０．０２〜０．１５％の範囲とする
。

Ｃｒ； Ｃｒは、Ｍｎと同様、熱延板での低温変態生成物を望じ
易くする。しかし、０．１％よりも少ないとその効果が
得られず、また］、Ｏ％を超えて添加してもその効果が
飽和する。したがって、Ｃｒ量は０．１〜１．０％の範
囲とする８ Ｍｏ： Ｍｏは、Ｍｎと同様、鋼の焼入性を高める元素であるが
、０．１％よりも少ないとその効果がなく、また１、０
％を超えるとその効果が飽和するので、Ｍｏ量は０．１
〜１．０％の範囲とする。

Ｂ： Ｂは焼入性を増す元素であり、Ｍｎと同様の効果を有す
るが、０．０００３％よりも少ないとその効果がなく、
また０、００５％を超えるとその効果が飽和するので、
Ｐ量は０．０００３〜００ＯＯ５％の範囲とする。

Ｎｂ、　Ｔｉ、　　Ｚｒ、　Ｖ　： Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ及び■はいずれも鋼中で炭、窒化物を
形成し、鋼を強化して降伏比を高める元素である。しか
し、いずれの元素とも０．０１％よりも少ないとその効
果が得られず、また０、０６％を超えるとその効果が飽
和する。したがって、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ及びｖ量はそれ
ぞれ０．０１〜０゜０６％の範囲とする６ 次に、本発明のドア補強パイプ用高強度薄鋼板の製造工
程及び条件について説明する。

上記化学成分を有する鋼は、Ａｒ、点＋３０℃以上で熱
間圧延し、引続き６５０℃以下の温度で巻き取りして、
低温変態生成物を２０％以上含む熱延鋼板を得る。熱間
圧延での低温変態生成物が２０％よりも少ない場合には
、高降伏比を得るための冷間加工率が高くなるのみなら
ず、高強化のための非常に硬いマルテンサイトが変形し
弊く、冷間圧延でボイドが発生し、圧壊時に破断し所定
の強度が得られない。熱間圧延温度がＡｒ２点＋３０℃
より低い場合は、オーステナイトの体積率が少なくなり
、したがって、その後の低温巻取りによって得られる低
温変態生成物が２０％よりも少なくなり、また巻取温度
が６５０℃より高い場合は、ベイナイト、マルテンサイ
トなどの低温変態生成物が得られなくなるので好ましく
ない。

この熱延鋼板をそのまま又は酸洗によりスケールを除去
した後、５％以上、９０％以下の冷間圧延を行い、降伏
比が０．８以上のパイプ用薄鋼板を得る。冷延率が５％
よりも少ない場合は、０゜８以上の降伏比が得られない
。一方、９０％よりも多い場合は局部延性が低下し、圧
壊時に破断し所定の強度が得られない。

得られた薄鋼板は、通常の方法にて電縫溶接によりパイ
プに造管すればよい。造管後は熱処理を必要としない。

次に本発明の実施例を示す。

（実施例） 第１表に示す化学成分を有する鋼を溶製し、通常の方法
でスラブにした後、Ａｒ１点以上でγの体積率が５０％
以上になる温度域で熱間圧延した後。

６５０℃以下で巻取りを行った。この熱延鋼板を酸洗後
、冷間圧延を行って２　、０　ａｍの厚さの薄鋼板を得
た。

この薄鋼板をスリットして高周波誘導加熱により電縫溶
接して３１．８ｍｍφのパイプを製造した。

薄鋼板の機械的性質を調べると共に、得られたパイプに
ついて圧壊試験を行い、また硬さ等を調べた。なお、圧
壊試験は、第３図に示す要領（スパン９５０１１１１）
にて行い、第４図に示すように荷重−変位曲線から１５
０菖■押し込み時の吸収エネルギーを求めた。

これらの結果を第２表に示す。

第２表並びに第２図及び第４図より以下の如く考察され
る。

比較例Ｈａ　１は、Ｃ量が低く、かつ低温変態生成物が
少ないため、引張強さが不足している。

比較例＆２は、マルテンサイトを多量に含む高降伏比材
であるが、Ｃ量がσＢで決められた式の値よりも低いた
め、熱影響部での軟化が大きくなり、ＨＶ１／　ＨＶ２
の値が小さく、圧壊時に座屈が早かった。

比較倒動４は、マルテンサイトとベイナイトからなる高
降伏比材であるが、Ｃ量がσＢで決められた式の値より
も高いため、熱影響部での軟化が小さく、したがって、
ＨＶ１／　ＨＶ２の値が大きくなり、圧壊時にホワイト
バンド部で割れが発生した。

比較例ＮＱ５は、冷間圧延率が不足し降伏比が低いため
、所定の吸収エルネギ−が得られていない。

比較例ＮＱ１１は冷間圧延率が高いため、局部延性が悪
く、圧壊時に母材部で割れが発生した。

比較例ＮＱ７は、Ｃ量が０．３％よりも多いため、圧壊
時に溶接部から破断した。

一方、本発明例Ｎａ　３、ＮＯ３、Ｎ［１８〜ＮＣＬ１
０．ＮＱ１２〜ＮＱ１７は、いずれも、高い吸収エネル
ギーが得られており、圧壊時に割れや破断が生じなかっ
た・ 第２図は比較例Ｎｏ２及びＮｏ　４と本発明例ＮＱ３に
ついてパイプの溶接部の硬さ分布を示したものであり、
本発明例では適正なＨｖ□／　ＨＶ２の値が得られてい
るが、比較例ではＨν１　／　ＨＶ２の値が大きすぎた
り或いは小さすぎることがわかる。

（発明の効果） 以上詳述したように１本発明によれば、パイプが圧壊時
に溶接部で破断することなく、高い吸収エネルギーを有
するドア補強パイプ用の高強度薄鋼板を提供することが
できる。また、電縫溶接による造管後に熱処理を必要と
しないので経済的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は電縫溶接部の金属組織を示す写真、第２図は電
縫溶接部の硬さ分布を示す図、第３図はパイプの圧壊試
験の要領を説明する図、第４図はパイプの圧壊試験での
荷重−変位曲線を示す図である。 特許出願人　　株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士　中　　村　　　尚 第１図 図面の；パン′内容に変更なし） 第２図 辻暉四− 第３図 第４図 唱１イｉｆｒ（Ｍ−へ） 手続補正書（方式） 平成３年３月１８日 平成２年特許願第３３６４５２号 ２、発明の名称 ドア補強パイプ用高強度薄鋼板の製造方法３、補正をす
る者 事件との関係　　特許出願人 住所　神戸市中央区脇浜町１丁目３番１８号名称　（１
１９）株式会社神戸製鋼所 ４、代理人 住所　〒１１６東京都荒川区西日暮里５丁目３５８、補
正の内容 （１）願書に最初に添付した第２図の浄書・別紙のとお
り（内容に変更なし）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で（以下、同じ）、Ｃ：０．０８〜０．３
   ０％及びＭｎ：０．５〜３．０％を含み、かつ、Ｃ量が
   下式 ０．３６７−３．０×１０＾−＾３σ＿Ｂ＋１．５×１
   ０＾−＾５σ＿Ｂ＾２≧Ｃ≧０．２４８−３．０×１０
   ＾−＾３σ＿Ｂ＋１．５×１０＾−＾５”σ＿Ｂ＾２但
   し、σ＿Ｂ：引張強度（ｋｇｆ／ｍｍ＾２）を満たし、
   残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼をＡｒ＿１点
   ＋３０℃以上で熱間圧延し、引続き６５０℃以下の温度
   で巻き取りして得られる低温変態生成物を２０％以上含
   む熱延板に、５％以上、９０％以下の冷間加工を施して
   、降伏比が０．８以上のパイプ用薄鋼板を得ることを特
   徴とする電縫溶接で加工されるドア補強パイプ用の高強
   度薄鋼板の製造方法。
2. （２）前記鋼は、更にＳｉ：０．２〜２．０％、Ｐ：０
   ．０２〜０．１５％、Ｃｒ：０．１〜１．０％、Ｍｏ：
   ０．１〜１．０％及びＢ：０．０００３〜０．００５％
   のうちの１種又は２種以上を含んでいる請求項１に記載
   の方法。
3. （３）前記鋼は、更にＮｂ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＶがそれぞ
   れ０．０１〜０．０６％の範囲で１種又は２種以上含ん
   でいる請求項１又は２に記載の方法。