JPH05222455A - 自動車用高強度電縫鋼管の製造方法 - Google Patents

自動車用高強度電縫鋼管の製造方法

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JPH05222455A
JPH05222455A JP5741992A JP5741992A JPH05222455A JP H05222455 A JPH05222455 A JP H05222455A JP 5741992 A JP5741992 A JP 5741992A JP 5741992 A JP5741992 A JP 5741992A JP H05222455 A JPH05222455 A JP H05222455A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 母材,電縫溶接部,継手溶接部が十分な疲労
特性を示す信頼性の高い自動車用高強度電縫鋼管(引張
強さ:70〜120kgf/mm2)の量産手段を確立する。 【構成】 C:0.06〜0.30%,Mn: 2.0%以下,Si:
1.0%以下,Nb: 0.005〜0.08%,Ti: 0.005〜0.04
%,sol.Al: 0.005〜0.05%,N:0.0080%以下を含む
か、或いは更にCr: 1.5%以下,Mo:0.05〜 0.8%,C
u: 1.0%以下,Ni: 3.0%以下,V:0.10%以下,
B:0.0020%以下の1種以上をも含有し、残部がFe及び
不可避的不純物より成る鋼に、少なくとも950℃以下
での累積圧下率が40%以上の熱間圧延を施し、熱間圧
延終了後は20℃/s以上の冷却速度で強制冷却して60
0〜200℃の温度域で巻き取った後、得られた熱延鋼
板を電縫溶接にて製管する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、引張強さ70〜12
0kgf/mm2 の高強度を有し、かつ疲労特性に優れた自動
車用高強度電縫鋼管の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来技術とその課題】近年、電縫鋼管の製造技術が一
段と進展したことを背景に、電縫鋼管の適用分野はプロ
ペラシャフトやインパクトバ−等の如き自動車用構造材
料にまで拡がっている。しかし、軽量化の観点から自動
車用構造材に要求される薄肉・小径化の要求は益々厳し
さを増してきており、そのため自動車用電縫鋼管に対し
てもより一層の高強度化策が望まれるようになってき
た。ただ、自動車用構造部材として電縫鋼管に要求され
る特性を考慮した場合には単に静的な強度を向上させる
だけでは不十分であり、荷重の繰り返しに対する耐久性
(疲労特性)をも同時に向上させる必要があった。
【0003】しかるに、自動車構造部材として使用する
電縫鋼管の高強度化に対しては、疲労特性の面から次の
問題が指摘されている。 a) 自動車構造部材としての電縫鋼管は実車に装着され
る時に他の部材との溶接がなされるが、その際、継手溶
接部において軟化が生じがちで、“高強度電縫鋼管の適
用による引張強度の増加”に対応した疲労特性の向上を
確保することが困難である,
【0004】b) また、鋼管製造時の電縫溶接において
は高強度鋼ほど電縫溶接部やその熱影響部に靱性低下が
生じやすく、そのため高強度電縫鋼管を自動車構造部材
として使用すると、電縫溶接部近傍が疲労亀裂の発生・
伝播の経路となって疲労寿命の低下を招く傾向が高くな
る。
【0005】もっとも、継手溶接部の軟化問題への対処
技術としては、例えば特開平2−197525号公報に
も記載されている如き「鋼材の成分としてNb,Cr,Moを
複合添加すると共に、 熱延条件を工夫して継手溶接熱影
響部の硬度低下を抑制する手法」が知られてはいる。し
かしながら、このような合金元素を含む鋼材では鋼管製
造時における電縫溶接部及びその熱影響部の靱性低下を
抑えることができず、やはり疲労寿命の低下は避けられ
なかった。
【0006】上述のような事情を踏まえて本発明が目的
としたのは、自動車用電縫鋼管の高強度化に際して指摘
される前記問題点を解消し、電縫溶接部及び継手溶接部
が共に十分な疲労特性を示す信頼性の高い高強度電縫鋼
管を工業的規模で安定に量産し得る手段を確立すること
であった。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成すべく数多くの実験を繰り返しながら研究を重ねた
結果、「適量のNb及びTiを添加して総合的な成分調整を
行った鋼を素材とし、熱延条件及び圧延後の冷却条件を
適正に制御して熱延鋼板を得た後、 これを電縫溶接にて
製管すると、 非常に優れた疲労特性を有した信頼性の高
い高強度電縫鋼管が実現される」との知見を得ることが
できた。
【0008】本発明は、上記知見事項等に基づいてなさ
れたものであり、 「C:0.06〜0.30%(以降、 成分割合を表す%は重量%
とする),Mn: 2.0%以下, Si: 1.0%以下,
Nb: 0.005〜0.08%,Ti: 0.005〜0.04%, sol.A
l: 0.005〜0.05%, N:0.0080%以下 を含むか、 或いは更に Cr: 1.5%以下, Mo:0.05〜 0.8%, Cu:
1.0%以下,Ni: 3.0%以下, V:0.10%以下,
B:0.0020%以下 の1種以上をも含有し、 残部がFe及び不可避的不純物よ
り成る鋼に、 少なくとも950℃以下での累積圧下率が
40%以上の熱間圧延を施し、 熱間圧延終了後は20℃
/s以上の冷却速度で強制冷却して600〜200℃の温
度域で巻き取った後、 得られた熱延鋼板を電縫溶接にて
製管することによって、 造管のまま或いは歪取り焼鈍後
の引張強さが70〜120kgf/mm2 を示す溶接部靱性に
優れた自動車用高強度電縫鋼管を安定製造できるように
した点」に大きな特徴を有している。
【0009】
【作用】即ち、本発明は、電縫鋼管素材鋼に微量のNb,
Ti添加を行うことによって得られるイ ) 極めて微細で熱的に安定した組織が得られ、継手溶
接部の硬度低下が抑制できる,ロ ) 特に微量Tiの作用によると見られる 「継手溶接部疲
労特性の更なる向上」,「電縫溶接部の靱性改善」 が達成
できる, といった効果と、上記素材鋼を950℃以下の温度域で
圧延することによって得られる「電縫溶接部の疲労特性
が格段に向上する」との効果を最大限に活用したもので
あるが(中でも素材鋼への微量Ti添加は、「電縫溶接部に
疲労亀裂が発生して電縫鋼管の疲労寿命が低下する」 と
の従来解決できなかった問題に対して極めて有効な対策
となる)、以下、本発明において電縫鋼管素材鋼の成分
及び製造条件を前記の如くに限定した理由を説明する。
【0010】(A) 素材鋼の成分組成 a) C Cは鋼管に高強度を確保するのに重要な元素であるが、
その含有量が0.06%未満では70キロ級以上の引張強度
を得ることができず、一方、0.30%を超えて含有させる
と継手溶接部と電縫溶接部の靱性低下を招くようになる
ことから、C含有量は0.06〜0.30%と定めた。
【0011】b) Si Siは鋼の脱酸元素として重要なだけでなく、所望の引張
強度を確保する上でも必要な成分であるが、その含有量
が 1.0%を超えると母材,継手溶接部並びに電縫溶接部
の靱性に悪影響を及ぼすと同時に、電縫溶接部に溶接欠
陥が発生しやすくなることから、Si含有量は 1.0%以下
と定めた。
【0012】c) Mn Mnも鋼管に高強度を確保する上で必要な元素であり、ま
た組織の細粒化に有効で疲労特性を向上させる作用も有
しているが、 2.0%を超えて含有させると電縫溶接部に
欠陥が発生しやすくなり却って疲労強度が低下すること
から、Mn含有量は 2.0%以下と定めた。
【0013】d) Nb Nbは、主として析出物の生成により鋼材強度の上昇をも
たらすと同時に、組織の微細化作用を通じて母材の靱性
を向上させる作用のほか、溶接継手の熱影響部(HAZ
部)が軟化するのを抑制して電縫溶接部及びHAZ部の
靱性を向上し、疲労強度を増加させる作用をも有してい
るが、その含有量が 0.005%未満では前記作用による所
望の効果が得られず、一方、0.08%を超えて含有させる
と逆に電縫溶接部の靱性低下を招くようになることか
ら、Nb含有量は 0.005〜0.08%と定めた。
【0014】e) Ti Tiは母材,電縫溶接部及び継手溶接部の組織微細化を促
進すると共に、電縫溶接部の靱性を改善する作用を有し
ているため、電縫鋼管の疲労強度特性を向上させる上で
必須の成分であるが、その含有量が 0.005%未満では前
記作用による所望の効果が期待できず、一方、0.04%を
超えて含有させると却って疲労強度が低下することか
ら、Ti含有量は 0.005〜0.08%と定めた。
【0015】f) sol.Al Alは鋼の脱酸並びに組織微細化に有効な元素であるが、
Al含有量がsol.Al量で0.005 %未満の場合には前記効果
を十分に確保できず、一方、sol.Al量が0.05%を超える
と電縫溶接部の靱性や疲労特性に悪影響を及ぼすように
なることから、sol.Al含有量は 0.005〜0.05%と定め
た。
【0016】g) N Nは鋼中へ不可避的に混入する不純物元素であるが、鋼
中のN含有量が0.0080%を超えると母材及び溶接部の靱
性が著しく劣化し、また疲労特性も低下することから、
N含有量は 0.008%以下と限定した。
【0017】h) Cr,Mo,Cu,Ni,V及びB これらの成分は、何れも電縫鋼管の強度,靱性或いは疲
労特性を更に改善する作用を有しているので必要により
1種又は2種以上含有せしめられるが、個々の成分の含
有量を特定値に限定した理由は次の通りである。
【0018】Cr Crは電縫鋼管の強度及び耐食性を向上させると共に、継
手溶接部の軟化を抑制する作用を有しているが、 1.5%
を超えて含有させると母材及び電縫溶接部の靱性低下を
招くと同時に電縫溶接部に溶接欠陥が発生しやすくなる
ことから、Cr含有量は 1.5%以下とした。
【0019】Mo Moも、固溶強化作用により電縫鋼管の高強度化に資する
と共に、継手溶接部HAZ部の軟化を抑制し構造部材と
しての疲労特性を向上させるのに有効な成分であるが、
その含有量が0.05%以下では前記効果が十分でなく、一
方、 0.8%を超えて含有させると母材部,溶接部(電縫
部,継手部)とも靱性が低下する。従って、Mo含有量は
0.05〜 0.8%とした。
【0020】Cu Cuには電縫鋼管の強度及び耐食性を向上させる作用があ
るが、 1.0%を超えて含有させると熱間加工性が低下す
ると同時に電縫溶接部靱性も低下するようになることか
ら、Cu含有量は 1.0%以下と定めた。
【0021】Ni Niは鋼管の強度,靱性及び耐食性を向上させる作用を有
しているが、高価な元素であり、また 3.0%を超えて含
有させると電縫溶接部の靱性劣化を招く兆しが見られる
ことから、Ni含有量は 3.0%以下と定めた。
【0022】 Vは析出物の生成を通じて電縫鋼管の強度を向上し、継
手溶接部の軟化抵抗を高める作用を有しているが、0.10
%を超えて含有させると母材及び電縫溶接部の靱性低下
を招くことから、V含有量は0.10%以下と定めた。
【0023】 Bは電縫鋼管の強度増加に有効な成分であるが、0.0020
%を超えて含有させると母材及び溶接部(電縫部,継手
部)靱性低下が顕著になることから、B含有量は0.0020
%以下と定めた。
【0024】なお、電縫鋼管の母材並びに溶接部の靱
性,疲労特性に対してはP,S等の不可避的不純物含有
量は出来るだけ低い方が好ましい。しかし、これらの元
素の低減にはコストアップが伴うので、本発明の目的に
対しては、P含有量を0.02%以下(望ましくは 0.007%
以下)、S含有量は 0.005%以下(望ましくは 0.001%
以下)に抑えるようにすれば十分である。
【0025】(B) 電縫鋼管の製造条件 電縫鋼管を製造するに当っての熱間圧延及び冷却条件
は、細粒フェライト組織を得ることと、NbやTiの炭窒化
物を微細かつ安定に分散させて母材の強靱性向上を図る
と同時に、電縫溶接及び他の部材との継手溶接時におけ
る熱影響部の靱性を大幅に向上させることに留意して定
められたものであるが、各工程での条件設定理由は次の
通りである。
【0026】a) 950℃以下での累積圧下率 熱間圧延の際、950℃以下の温度域での加工は圧延材
のフェライトを微細にして母材の靱性を向上させると共
に、炭窒化物を歪誘起析出させることで溶接時に熱影響
部の粗大化及び軟化を抑制する効果を奏する。このと
き、累積圧下率が40%未満では前記効果を期待できな
いことから、950℃以下の温度域での累積圧下率が4
0%以上となる熱間圧延を施すことを要件とした。
【0027】b) 熱間圧延後の強制冷却時における冷却
速度 熱間圧延後の加速冷却は鋼板の高強度化に有効であると
同時に、フェライトを微細化して炭窒化物の粗大凝集化
を防止し、母材と電縫溶接部,継手溶接部の靱性を向上
させる効果をもたらすが、その効果を確実なものにする
には20℃/s以上の冷却速度が必要である。
【0028】c) 巻取温度 低温域の圧延加工や圧延後の加速冷却を実施した場合で
も、600℃を超える温度で巻取りを行うとフェライト
の粗大化並びに炭窒化物の粗大凝集化が促進されて高強
度が得られなくなると同時に、母材と溶接部の靱性が低
下する。この巻取温度は低いほど母材の高強度化に効果
があるものの、巻取温度が200℃を下回る場合にはマ
ルテンサイト組織となって母材強度が著しく上昇し靱性
を劣化させるため、巻取温度は600℃〜200℃の範
囲と定めた。
【0029】上記処理を経て得られた熱延鋼板は常法通
りに電縫溶接されて製管されるが、この電縫鋼管はその
ままで、或いは通常の歪取り焼鈍の後でも引張強さで7
0〜120kgf/mm2 の高強度を示すと共に、母材部,電
縫溶接部及び継手溶接部の靱性が従来材に比べて著しく
改善されたものとなるが、その効果を含めて本発明を実
施例により更に具体的に説明する。
【0030】
【実施例】表1に示す成分組成のスラブについて、表2
に示す条件で熱間圧延及び強制冷却・巻取を行って熱延
板を得た後、更に常法通りに製管して外径が58mm,肉
厚が1.6mm 及び外径が105mm,肉厚が4.2mm の2種類
の電縫鋼管とした。なお、製管後は、一部のものについ
て歪取り焼鈍を施した。
【0031】
【表1】
【0032】
【表2】
【0033】次に、得られた各電縫鋼管から試験片を採
取し、母材の引張強度及び電縫溶接部の靱性(−10℃
におけるシャルピ−吸収エネルギ)を調査した。これら
の結果を表2に併せて示す。
【0034】表2に示される結果からも明らかなよう
に、本発明法に従って製造された鋼管は何れも自動車用
電縫鋼管として十分に高い強度を備えると共に、従来法
による鋼管に比べて著しく改善された電縫溶接部靱性を
有していることが分かる。
【0035】
【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、自動車用として十分に優れた溶接部靱性(継手溶接
部及び電縫溶接部の靱性)を備えていて、疲労特性の点
でも満足できる高強度電縫鋼管を比較的低コストで安定
して提供することが可能になるなど、産業上極めて有用
な効果がもたらされる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量割合で C:0.06〜0.30%, Si: 1.0%以下, Mn:
    2.0%以下,Nb: 0.005〜0.08%, Ti: 0.005〜0.04
    %, sol.Al: 0.005〜0.05%,N:0.0080%以下 を含有し、残部がFe及び不可避的不純物より成る鋼に、
    少なくとも950℃以下での累積圧下率が40%以上の
    熱間圧延を施し、熱間圧延終了後は20℃/s以上の冷却
    速度で強制冷却して600〜200℃の温度域で巻き取
    った後、得られた熱延鋼板を電縫溶接にて製管すること
    を特徴とする、造管のまま或いは歪取り焼鈍後に引張強
    さ70〜120kgf/mm2 の強度を示す溶接部靱性に優れ
    た自動車用高強度電縫鋼管の製造方法。
  2. 【請求項2】 重量割合で C:0.06〜0.30%, Si: 1.0%以下, Mn:
    2.0%以下,Nb: 0.005〜0.08%, Ti: 0.005〜0.04
    %, sol.Al: 0.005〜0.05%,N:0.0080%以下 を含むと共に、更に Cr: 1.5%以下, Mo:0.05〜 0.8%, Cu:
    1.0%以下,Ni: 3.0%以下, V:0.10%以下,
    B:0.0020%以下 の1種以上をも含有し、残部がFe及び不可避的不純物よ
    り成る鋼に、少なくとも950℃以下での累積圧下率が
    40%以上の熱間圧延を施し、熱間圧延終了後は20℃
    /s以上の冷却速度で強制冷却して600〜200℃の温
    度域で巻き取った後、得られた熱延鋼板を電縫溶接にて
    製管することを特徴とする、造管のまま或いは歪取り焼
    鈍後に引張強さ70〜120kgf/mm2 の強度を示す溶接
    部靱性に優れた自動車用高強度電縫鋼管の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100415671B1 (ko) * 1999-12-27 2004-01-31 주식회사 포스코 피로특성이 우수한 인장강도 80㎏/㎟급 열연강판 및 그 제조방법
CN104419866A (zh) * 2013-08-31 2015-03-18 上海梅山钢铁股份有限公司 一种连续钎焊型双层卷焊管用冷轧钢板及其制造方法

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