JPH06128628A - 高強度中空鋼管の製造方法 - Google Patents
高強度中空鋼管の製造方法Info
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- JPH06128628A JPH06128628A JP4304665A JP30466592A JPH06128628A JP H06128628 A JPH06128628 A JP H06128628A JP 4304665 A JP4304665 A JP 4304665A JP 30466592 A JP30466592 A JP 30466592A JP H06128628 A JPH06128628 A JP H06128628A
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- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
- C21D8/10—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of tubular bodies
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- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/08—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
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- C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
- C21D7/02—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
- C21D7/04—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 疲労強度および衝撃強度に優れた車軸用の高
強度中空鋼管の製造方法 【構成】 少なくとも重量比でＭｎ；１．０〜２．０
％、Ｃｒ；０．８〜１．３％、Ｂ；０．０００５〜０．
００３０％、Ｍｏ；０．１５〜０．３５％のうちの１種
以上を含有する鋼を用いたので、オーステナイト結晶粒
が微細化され、４００ｋｇｆ・ｍ以上の衝撃強度を確保
することができた。また、鋼管の内面を研削することに
より少なくとも幅が０．００１ｍｍ以下の内面キズ深さ
を０．１５ｍｍ以下にする工程により、中空鋼管の内面
キズが捩じり疲労破壊の起点とならず、重要保安部品と
しての品質の保証が可能である。さらに、鋼管をズブ焼
入れしたので、疲労強度が向上し、高出力を持つ大型車
両への適用を可能とすると共に、硬さをＨｖ４５０〜６
７０とすることにより、所望の疲労強度を確保すること
ができる。
強度中空鋼管の製造方法 【構成】 少なくとも重量比でＭｎ；１．０〜２．０
％、Ｃｒ；０．８〜１．３％、Ｂ；０．０００５〜０．
００３０％、Ｍｏ；０．１５〜０．３５％のうちの１種
以上を含有する鋼を用いたので、オーステナイト結晶粒
が微細化され、４００ｋｇｆ・ｍ以上の衝撃強度を確保
することができた。また、鋼管の内面を研削することに
より少なくとも幅が０．００１ｍｍ以下の内面キズ深さ
を０．１５ｍｍ以下にする工程により、中空鋼管の内面
キズが捩じり疲労破壊の起点とならず、重要保安部品と
しての品質の保証が可能である。さらに、鋼管をズブ焼
入れしたので、疲労強度が向上し、高出力を持つ大型車
両への適用を可能とすると共に、硬さをＨｖ４５０〜６
７０とすることにより、所望の疲労強度を確保すること
ができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は自動車の車軸等に用いら
れる高強度中空鋼管の製造方法に関する。
れる高強度中空鋼管の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、自動車の車両の軽量化の要請か
ら、車軸の中空化が検討され、一部で既に実用化されて
いる。従来までに各社で実用化されている中空車軸の仕
様は、およそ一致しており、次のようである。
ら、車軸の中空化が検討され、一部で既に実用化されて
いる。従来までに各社で実用化されている中空車軸の仕
様は、およそ一致しており、次のようである。
【０００３】材質：ＳＣ４５〜５０相当 中空化率：約５０％（内径／外径：０．４５〜０．５
５） 中空化方法：丸棒をガンドリル、リーマ加工 熱処理方法：高周波焼入れ＋焼戻し（焼入れ深さ肉厚の
ほぼ半分）
５） 中空化方法：丸棒をガンドリル、リーマ加工 熱処理方法：高周波焼入れ＋焼戻し（焼入れ深さ肉厚の
ほぼ半分）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】これら従来の中空車軸
において、ＳＣ４５〜５０材という材料を用いている理
由は、焼割れを生じない程度の高いＣ含有量を保ちなが
ら、未焼入れ部（内部硬さ）をできるだけ高くしようと
するものである。
において、ＳＣ４５〜５０材という材料を用いている理
由は、焼割れを生じない程度の高いＣ含有量を保ちなが
ら、未焼入れ部（内部硬さ）をできるだけ高くしようと
するものである。
【０００５】そして、高周波焼入れ深さをあまり深くす
ると、結晶粒が粗粒となり衝撃強度が低下するので、こ
れを防ぐため熱処理は肉厚のほぼ半分位に抑えている。
そのため、捩じり強度と焼入れ深さの関係を示した図１
７に示すように、焼入れ深さの浅いこれら中空車軸は、
高出力を持つ大型車両には捩じり強度不足のため適用で
きないのが現実である。
ると、結晶粒が粗粒となり衝撃強度が低下するので、こ
れを防ぐため熱処理は肉厚のほぼ半分位に抑えている。
そのため、捩じり強度と焼入れ深さの関係を示した図１
７に示すように、焼入れ深さの浅いこれら中空車軸は、
高出力を持つ大型車両には捩じり強度不足のため適用で
きないのが現実である。
【０００６】また、中空化方法としては、丸棒を機械加
工により穴明けを行っているが、この理由は他に方法が
無いからである。このようなドリルによる穴明けは生産
性の観点からは、一本当たりの加工タクトが長いため、
複数の設備を要することになる。従って、設備費及び工
場におけるそのスペースの確保等で、コストが大幅に上
昇するため、全ての車軸を中空化することは現実問題と
して不可能である。
工により穴明けを行っているが、この理由は他に方法が
無いからである。このようなドリルによる穴明けは生産
性の観点からは、一本当たりの加工タクトが長いため、
複数の設備を要することになる。従って、設備費及び工
場におけるそのスペースの確保等で、コストが大幅に上
昇するため、全ての車軸を中空化することは現実問題と
して不可能である。
【０００７】他の中空化の手法としては、例えば電縫鋼
管の使用が考えられるが、電縫鋼管は帯鋼を管状に成形
して溶接する関係から、車軸の製造に適した肉厚管を製
造することは不可能である。
管の使用が考えられるが、電縫鋼管は帯鋼を管状に成形
して溶接する関係から、車軸の製造に適した肉厚管を製
造することは不可能である。
【０００８】最も価格的にも安く所望のサイズ（外径、
内径）の得られるのは継目無鋼管であるが、継目無鋼管
の場合、製造工程中に表面キズの発生が避けられない。
外周部のキズは、車軸製造工程にて削り落とすから問題
はないが、穴の内面のキズは最後まで残ってしまう。し
かも、これらのキズはどの程度の深さのキズであれば疲
労破壊の起点とならないか否かの解析も充分に行われて
いない。
内径）の得られるのは継目無鋼管であるが、継目無鋼管
の場合、製造工程中に表面キズの発生が避けられない。
外周部のキズは、車軸製造工程にて削り落とすから問題
はないが、穴の内面のキズは最後まで残ってしまう。し
かも、これらのキズはどの程度の深さのキズであれば疲
労破壊の起点とならないか否かの解析も充分に行われて
いない。
【０００９】例えば、中空車軸に適した内外径を持つも
の（外径φ３５．６、内径φ１５）で確認したところ、
０．３ｍｍ深さのキズが存在していた。これはロール穿
孔機で穴を明ける工程において発生したキズが、ストレ
ッチレジューサにより所定の外径肉厚に絞り圧延する際
に、鋼管の穴の内面に折り畳まれて深いキズとなって残
るものと推定されている。
の（外径φ３５．６、内径φ１５）で確認したところ、
０．３ｍｍ深さのキズが存在していた。これはロール穿
孔機で穴を明ける工程において発生したキズが、ストレ
ッチレジューサにより所定の外径肉厚に絞り圧延する際
に、鋼管の穴の内面に折り畳まれて深いキズとなって残
るものと推定されている。
【００１０】本発明は従来の車軸用中空鋼管の前記のご
とき問題点を解決すべくなされたものであって、低コス
トで所望の疲労強度および衝撃強度の得られる高強度中
空鋼管の製造方法を提供することを目的とする。
とき問題点を解決すべくなされたものであって、低コス
トで所望の疲労強度および衝撃強度の得られる高強度中
空鋼管の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】発明者等は先ず厚肉継目
無鋼管の適用について検討した。そこで、車軸用中空粗
形材を作るためにドリルによる方法と比較した。その結
果、継目無鋼管を使用すると丸棒をドリル加工するよ
り、材料費および切断費が多少増加するものの、穴明け
加工費を必要としないので、約４０％程度のコスト節約
ができることが判明した。
無鋼管の適用について検討した。そこで、車軸用中空粗
形材を作るためにドリルによる方法と比較した。その結
果、継目無鋼管を使用すると丸棒をドリル加工するよ
り、材料費および切断費が多少増加するものの、穴明け
加工費を必要としないので、約４０％程度のコスト節約
ができることが判明した。
【００１２】しかしながら、継目無鋼管の製造時に生じ
る穴表面のキズにより、重要保安部品である車軸の適用
には至っていないのが現状である。そこで、発明者等は
穴表面キズの影響を明確にすべく、穴表面キズの幅およ
び深さと疲労破壊の関係について研究した。
る穴表面のキズにより、重要保安部品である車軸の適用
には至っていないのが現状である。そこで、発明者等は
穴表面キズの影響を明確にすべく、穴表面キズの幅およ
び深さと疲労破壊の関係について研究した。
【００１３】すなわち、車軸内面キズの影響について
は、ＳｉｅｂｅｌとＳｔｉｌｅｒの提案した次に示す切
欠き効果の実験式を利用した。 Ｋｆ＝Ｋｔ／〔１＋（Ｓｇ・χ）1/2〕・・・・（１） （ＶＤＩ−Ｚ：Ｂｄ．９７ Ｎｒ．５ Ｆｅｂｒｕａｒ
１９５５） なお、（１）式において、 Ｋｆ＝平滑材の疲労強度／公称応力で表した切欠き材の
疲労強度：切欠係数 Ｋｔ＝切欠き底応力／公称応力：応力集中係数 χ：切欠き底の応力勾配 Ｓｇ：材料定数
は、ＳｉｅｂｅｌとＳｔｉｌｅｒの提案した次に示す切
欠き効果の実験式を利用した。 Ｋｆ＝Ｋｔ／〔１＋（Ｓｇ・χ）1/2〕・・・・（１） （ＶＤＩ−Ｚ：Ｂｄ．９７ Ｎｒ．５ Ｆｅｂｒｕａｒ
１９５５） なお、（１）式において、 Ｋｆ＝平滑材の疲労強度／公称応力で表した切欠き材の
疲労強度：切欠係数 Ｋｔ＝切欠き底応力／公称応力：応力集中係数 χ：切欠き底の応力勾配 Ｓｇ：材料定数
【００１４】Ｋｔを求めるにあたって、有限要素法によ
り種々の大きさのキズ底の応力集中係数Ｋｔおよび切欠
勾配χを求め、計算モデルは実際のキズの形状を想定
し、継目無鋼管圧延方向に伸びる形状とした。また、Ｓ
ｇは材料定数であり試験により求める他はない。従っ
て、放電加工により既知の大きさのキズを内面につけ
て、実際に捩じり疲労試験を行うことにより求めた。
り種々の大きさのキズ底の応力集中係数Ｋｔおよび切欠
勾配χを求め、計算モデルは実際のキズの形状を想定
し、継目無鋼管圧延方向に伸びる形状とした。また、Ｓ
ｇは材料定数であり試験により求める他はない。従っ
て、放電加工により既知の大きさのキズを内面につけ
て、実際に捩じり疲労試験を行うことにより求めた。
【００１５】求めたＳｇを各キズに共通する材料定数と
して（１）式を用いて、種々のキズの切欠係数Ｋｆを算
出した。そして、求めたＫｆより切欠き材の疲労強度を
求め、平滑材の疲労強度と比較して、有害なキズか否か
を判定した。得られた結果をキズ深さｔと幅ｗの関係図
として示したのが図１である。
して（１）式を用いて、種々のキズの切欠係数Ｋｆを算
出した。そして、求めたＫｆより切欠き材の疲労強度を
求め、平滑材の疲労強度と比較して、有害なキズか否か
を判定した。得られた結果をキズ深さｔと幅ｗの関係図
として示したのが図１である。
【００１６】図１に示したように、キズ幅が０．００１
ｍｍ以下のキズ深さが０．１５ｍｍ以下であれば、その
キズは疲労亀裂の起点とならず、問題の無いことが判明
した。
ｍｍ以下のキズ深さが０．１５ｍｍ以下であれば、その
キズは疲労亀裂の起点とならず、問題の無いことが判明
した。
【００１７】次に、継目無鋼管の材質と焼入れ深さの関
係について検討を加えた。車軸の捩じり強度は高周波焼
入れ深さに大きく左右されることは周知の事実である。
このことは、車軸の捩じり強度と焼入れ深さの関係を示
した図１７の線図において、焼入れ深さと半径の比が
０．６以下になると捩じり強度が急激に低下することか
らも明らかである。
係について検討を加えた。車軸の捩じり強度は高周波焼
入れ深さに大きく左右されることは周知の事実である。
このことは、車軸の捩じり強度と焼入れ深さの関係を示
した図１７の線図において、焼入れ深さと半径の比が
０．６以下になると捩じり強度が急激に低下することか
らも明らかである。
【００１８】また、図４の中実品についての焼入れ深さ
と捩じり強度および表面残留応力との関係線図に示した
ように、捩じり疲労強度においては、中実品では半径と
焼入れ深さの比（Ｔ／ｒ）が０．６までは上昇していく
が、それよりＴ／ｒが大きくなると、逆に疲労強度は低
下する。これは図４に示したように、Ｔ／ｒが大きくな
るに従って、表面残留応力が低下するためである。
と捩じり強度および表面残留応力との関係線図に示した
ように、捩じり疲労強度においては、中実品では半径と
焼入れ深さの比（Ｔ／ｒ）が０．６までは上昇していく
が、それよりＴ／ｒが大きくなると、逆に疲労強度は低
下する。これは図４に示したように、Ｔ／ｒが大きくな
るに従って、表面残留応力が低下するためである。
【００１９】ところが、図３の中空品についての焼入れ
深さと捩じり強度および表面残留応力との関係線図に示
したように、中空品の捩じり疲労強度は、半径と焼入れ
深さの比（Ｔ／ｒ）が上昇すると共に疲労強度が向上し
ている。すなわち、中空品ではズブ焼入れしても疲労強
度が低下しない。この理由は、図３に示したように、中
空であるため、もともと残留応力が低いからであり、材
料強度のみの影響が大きいからである。
深さと捩じり強度および表面残留応力との関係線図に示
したように、中空品の捩じり疲労強度は、半径と焼入れ
深さの比（Ｔ／ｒ）が上昇すると共に疲労強度が向上し
ている。すなわち、中空品ではズブ焼入れしても疲労強
度が低下しない。この理由は、図３に示したように、中
空であるため、もともと残留応力が低いからであり、材
料強度のみの影響が大きいからである。
【００２０】このように、中空品をズブ焼入れすると、
硬さが同じであれば材質が多少変化しても疲労強度に大
きな差はないのであるが、衝撃強度はその限りでなく、
中空ズブ焼入れ品で比較すると、材質により大きな差異
が生ずることが判明した。
硬さが同じであれば材質が多少変化しても疲労強度に大
きな差はないのであるが、衝撃強度はその限りでなく、
中空ズブ焼入れ品で比較すると、材質により大きな差異
が生ずることが判明した。
【００２１】図６に示す落重試験方法により、図３の疲
労試験で用いたＳＭｎＢ４０中空材とＳ４０Ｃ中空材の
落重試験結果を表２に示す。表２に示したように、捩じ
り疲労試験で強度が大きく変わらなかったＳＭｎＢ４０
とＳ４０Ｃでも、衝撃強度で大きな差が出ることが明ら
かとなった。
労試験で用いたＳＭｎＢ４０中空材とＳ４０Ｃ中空材の
落重試験結果を表２に示す。表２に示したように、捩じ
り疲労試験で強度が大きく変わらなかったＳＭｎＢ４０
とＳ４０Ｃでも、衝撃強度で大きな差が出ることが明ら
かとなった。
【００２２】そこで、この原因を究明するため、評価に
用いた落重試験片のオーステナイト結晶粒の大きさを調
査した。図７は評価に用いたＳ４０Ｃの落重試験片の金
属組織を表す顕微鏡写真、図８は評価に用いたＳＭｎＢ
４０の落重試験片の金属組織を表す顕微鏡写真である。
図７および図８より明らかなように、Ｓ４０Ｃのオース
テナイト結晶粒度は、ＳＭｎＢ４０のオーステナイト結
晶粒度より３〜５倍の大きさであり、粒度の影響を受け
易い衝撃強度はここで大きな差となって表れることが知
見された。
用いた落重試験片のオーステナイト結晶粒の大きさを調
査した。図７は評価に用いたＳ４０Ｃの落重試験片の金
属組織を表す顕微鏡写真、図８は評価に用いたＳＭｎＢ
４０の落重試験片の金属組織を表す顕微鏡写真である。
図７および図８より明らかなように、Ｓ４０Ｃのオース
テナイト結晶粒度は、ＳＭｎＢ４０のオーステナイト結
晶粒度より３〜５倍の大きさであり、粒度の影響を受け
易い衝撃強度はここで大きな差となって表れることが知
見された。
【００２３】なお、このように粒度の差が顕著に表れる
理由は、各材料の焼入れ性によるものである。Ｓ４０Ｃ
のように焼入れ性を向上させる元素を含まないものは、
ズブ焼入れ（例では焼入れ深さ７．１ｍｍ）するために
は、焼入れ温度を高く設定しなければならない。因に今
回のものはＳ４０Ｃの焼入温度は１０６０℃で、ＳＭｎ
Ｂ４０のものは９２０℃であった。
理由は、各材料の焼入れ性によるものである。Ｓ４０Ｃ
のように焼入れ性を向上させる元素を含まないものは、
ズブ焼入れ（例では焼入れ深さ７．１ｍｍ）するために
は、焼入れ温度を高く設定しなければならない。因に今
回のものはＳ４０Ｃの焼入温度は１０６０℃で、ＳＭｎ
Ｂ４０のものは９２０℃であった。
【００２４】そこで、一般的に焼入性（Ｊ値）を向上さ
せると言われている元素の影響を調べるために、Ｓ４０
ＣにＭｎ、Ｃｒ、Ｂ、Ｍｏを１種類ずつ一定量添加した
材料にて落重試験を行った。供試材は５０ｋｇ真空溶解
炉にて丸棒を作り、ドリルで穴を明けて製作した。高周
波焼入れは、それら中空試験片（外径φ２９．２、内径
φ１５）をズブ焼入れできる条件の中で、最も焼入れ温
度が低くなる条件にて行った。落重試験の結果を図９に
示す。
せると言われている元素の影響を調べるために、Ｓ４０
ＣにＭｎ、Ｃｒ、Ｂ、Ｍｏを１種類ずつ一定量添加した
材料にて落重試験を行った。供試材は５０ｋｇ真空溶解
炉にて丸棒を作り、ドリルで穴を明けて製作した。高周
波焼入れは、それら中空試験片（外径φ２９．２、内径
φ１５）をズブ焼入れできる条件の中で、最も焼入れ温
度が低くなる条件にて行った。落重試験の結果を図９に
示す。
【００２５】図９に示したように、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、
Ｂともにある量までは含有量の増加と共に衝撃強度は増
加していき、その後は一定量に近づくか低下する。車軸
の必要とする衝撃エネルギを４０ｋｇｆ・ｍと設定した
場合、各元素の量はそれぞれＭｎ≧１．０％、Ｃｒ≧
０．８％、Ｍｏ≧０．１５％、Ｂ≧０．０００５％であ
る。そして一定値に近づく量を上限とすると、Ｍｎ；
１．０〜２．０％、Ｃｒ；０．８〜１．３％、Ｍｏ；
０．１５〜０．３５％、Ｂ；０．０００５〜０．００３
０％となることが知見された。なお、各元素量における
衝撃強度は、γ結晶粒径とほぼ１：１の相関が見られ
る。すなわち、各元素量により、焼入れ温度が決まり、
それによって衝撃強度も変化してくる。
Ｂともにある量までは含有量の増加と共に衝撃強度は増
加していき、その後は一定量に近づくか低下する。車軸
の必要とする衝撃エネルギを４０ｋｇｆ・ｍと設定した
場合、各元素の量はそれぞれＭｎ≧１．０％、Ｃｒ≧
０．８％、Ｍｏ≧０．１５％、Ｂ≧０．０００５％であ
る。そして一定値に近づく量を上限とすると、Ｍｎ；
１．０〜２．０％、Ｃｒ；０．８〜１．３％、Ｍｏ；
０．１５〜０．３５％、Ｂ；０．０００５〜０．００３
０％となることが知見された。なお、各元素量における
衝撃強度は、γ結晶粒径とほぼ１：１の相関が見られ
る。すなわち、各元素量により、焼入れ温度が決まり、
それによって衝撃強度も変化してくる。
【００２６】さらに、Ｓ含有量の影響についても調査し
た。図１０はＳ４０Ｃ＋１．０％ＭｎとＳ４０Ｃについ
て亀裂もしくは破断に到った時の衝撃エネルギーとＳ含
有量との関係を示す線図である。図１０より、Ｓ含有量
が減少すると衝撃値は明らかに向上している。４００ｋ
ｇｆ・ｍを目標値とすると、Ｓ４０Ｃにおいても合格と
なる。これは、Ｓが粒界に偏析して粒界強度を低下させ
る傾向を持つからである。しかし、Ｓ含有量を低下させ
過ぎると、機械加工が困難になるので、その下限は０．
０１５％とすることが好ましい。そこで、Ｓ含有量は
０．００５〜０．０１５％とすることが好ましい。
た。図１０はＳ４０Ｃ＋１．０％ＭｎとＳ４０Ｃについ
て亀裂もしくは破断に到った時の衝撃エネルギーとＳ含
有量との関係を示す線図である。図１０より、Ｓ含有量
が減少すると衝撃値は明らかに向上している。４００ｋ
ｇｆ・ｍを目標値とすると、Ｓ４０Ｃにおいても合格と
なる。これは、Ｓが粒界に偏析して粒界強度を低下させ
る傾向を持つからである。しかし、Ｓ含有量を低下させ
過ぎると、機械加工が困難になるので、その下限は０．
０１５％とすることが好ましい。そこで、Ｓ含有量は
０．００５〜０．０１５％とすることが好ましい。
【００２７】次いで、熱処理後の車軸の硬さについて検
討を加えた。図１１は、ＳＭｎＢ３５および４５の中空
車軸と中実車軸について、焼戻し温度を調整し硬さを種
々に変化させて疲労試験を行った結果である。なお、こ
の中空車軸および中実車軸共に標準品で強度がほぼ同等
のものである。
討を加えた。図１１は、ＳＭｎＢ３５および４５の中空
車軸と中実車軸について、焼戻し温度を調整し硬さを種
々に変化させて疲労試験を行った結果である。なお、こ
の中空車軸および中実車軸共に標準品で強度がほぼ同等
のものである。
【００２８】図１１に示したように、中実品の疲労強度
は、硬さがＨｖ６５０までは硬さの上昇と共に向上して
行き、その後は若干低下する。ただし、Ｈｖ７５０にお
いても、疲労強度は車軸に必要とされる基準強度を上回
っており、Ｈｖ５５０以上において合格となっている。
一方、中空品はＨｖ５７０をピークに疲労強度は急激に
低下してしまい、基準強度を満足するための硬さの上限
はＨｖ６７０となる。
は、硬さがＨｖ６５０までは硬さの上昇と共に向上して
行き、その後は若干低下する。ただし、Ｈｖ７５０にお
いても、疲労強度は車軸に必要とされる基準強度を上回
っており、Ｈｖ５５０以上において合格となっている。
一方、中空品はＨｖ５７０をピークに疲労強度は急激に
低下してしまい、基準強度を満足するための硬さの上限
はＨｖ６７０となる。
【００２９】ここに、各疲労亀裂の起点がスプラインエ
ッジ部であるか一般外周部であるかを表４に中空車軸の
ものをおよび表５に中実車軸のものを示す。この表から
明らかなように、中実車軸、中空車軸共におよそ硬さＨ
ｖ６２０を境に、硬い側ではスプラインエッジ部等の切
欠き部位から破損している。これは、材料の切欠き感受
性によるもので、硬い材料の方が切欠きに敏感と言われ
ているためである。一般に切欠きを持つ部材の疲労強度
は、残留応力の有無、大小により大きく影響される。す
なわち、切欠き部材は残留応力が高く、疲労強度は飛躍
的に大きくなる。
ッジ部であるか一般外周部であるかを表４に中空車軸の
ものをおよび表５に中実車軸のものを示す。この表から
明らかなように、中実車軸、中空車軸共におよそ硬さＨ
ｖ６２０を境に、硬い側ではスプラインエッジ部等の切
欠き部位から破損している。これは、材料の切欠き感受
性によるもので、硬い材料の方が切欠きに敏感と言われ
ているためである。一般に切欠きを持つ部材の疲労強度
は、残留応力の有無、大小により大きく影響される。す
なわち、切欠き部材は残留応力が高く、疲労強度は飛躍
的に大きくなる。
【００３０】なお、図１２は図１１で用いた中実品と中
空品の種々の硬さにおける残留応力測定結果を示すもの
である。いずれの硬さにおいても、中実品の方が中空品
の倍程度の残留応力を持つ。つまり中実品はＨｖ６５０
以上に硬くなっても、残留応力が高いため、切欠き感受
性が中空品よりも低いのである。逆に中空品は残留応力
が低いため、硬さが適当以上に上昇すると、切欠き効果
により疲労強度は低下する。
空品の種々の硬さにおける残留応力測定結果を示すもの
である。いずれの硬さにおいても、中実品の方が中空品
の倍程度の残留応力を持つ。つまり中実品はＨｖ６５０
以上に硬くなっても、残留応力が高いため、切欠き感受
性が中空品よりも低いのである。逆に中空品は残留応力
が低いため、硬さが適当以上に上昇すると、切欠き効果
により疲労強度は低下する。
【００３１】本発明の高強度中空鋼管の製造方法は以上
述べた知見に基づいて完成されたものであって、少なく
とも重量比でＭｎ；１．０〜２．０％、Ｃｒ；０．８〜
１．３％、Ｂ；０．０００５〜０．００３０％、Ｍｏ；
０．１５〜０．３５％のうちの１種以上を含有する鋼を
用い内面キズ深さが０．２５ｍｍ未満である厚肉継目無
鋼管を製造する工程と、前記鋼管の内面を研削すること
により少なくとも幅が０．００１ｍｍ以下の内面キズ深
さを０．１５ｍｍ以下にする工程と、前記鋼管をズブ焼
入れし硬さをＨｖ４５０〜６７０とする工程とからなる
ことを要旨とする。
述べた知見に基づいて完成されたものであって、少なく
とも重量比でＭｎ；１．０〜２．０％、Ｃｒ；０．８〜
１．３％、Ｂ；０．０００５〜０．００３０％、Ｍｏ；
０．１５〜０．３５％のうちの１種以上を含有する鋼を
用い内面キズ深さが０．２５ｍｍ未満である厚肉継目無
鋼管を製造する工程と、前記鋼管の内面を研削すること
により少なくとも幅が０．００１ｍｍ以下の内面キズ深
さを０．１５ｍｍ以下にする工程と、前記鋼管をズブ焼
入れし硬さをＨｖ４５０〜６７０とする工程とからなる
ことを要旨とする。
【００３２】厚肉継目無鋼管の内面キズ深さが０．２５
ｍｍ未満であるか否かは、内面非破壊検査により検出
し、キズの深さが０．２５ｍｍ以上のものは再溶解し圧
延し直す。鋼管の内面を研削する方法としては、例えば
図２に示すような吸引式のショットブラスト装置を用い
て行う。要は内面を均一に研削して内面キズ深さを０．
１５ｍｍ以下にすることが出来れば良い。鋼管をズブ焼
入れし硬さをＨｖ４５０〜６７０とするには、材質のＣ
含有量を調整するかまたは焼戻し温度を調整することに
よって行うことができる。なお、鋼管のＳ含有量はＳ含
有量は０．００５〜０．０１５％とすることが好まし
い。
ｍｍ未満であるか否かは、内面非破壊検査により検出
し、キズの深さが０．２５ｍｍ以上のものは再溶解し圧
延し直す。鋼管の内面を研削する方法としては、例えば
図２に示すような吸引式のショットブラスト装置を用い
て行う。要は内面を均一に研削して内面キズ深さを０．
１５ｍｍ以下にすることが出来れば良い。鋼管をズブ焼
入れし硬さをＨｖ４５０〜６７０とするには、材質のＣ
含有量を調整するかまたは焼戻し温度を調整することに
よって行うことができる。なお、鋼管のＳ含有量はＳ含
有量は０．００５〜０．０１５％とすることが好まし
い。
【００３３】
【作用】本発明の厚肉継目無鋼管は、少なくとも重量比
でＭｎ；１．０〜２．０％、Ｃｒ；０．８〜１．３％、
Ｂ；０．０００５〜０．００３０％、Ｍｏ；０．１５〜
０．３５％のうちの１種以上を含有する鋼を用いたの
で、オーステナイト結晶粒が微細化され、４００ｋｇｆ
・ｍ以上の衝撃強度を確保することができた。
でＭｎ；１．０〜２．０％、Ｃｒ；０．８〜１．３％、
Ｂ；０．０００５〜０．００３０％、Ｍｏ；０．１５〜
０．３５％のうちの１種以上を含有する鋼を用いたの
で、オーステナイト結晶粒が微細化され、４００ｋｇｆ
・ｍ以上の衝撃強度を確保することができた。
【００３４】鋼管の内面を研削することにより少なくと
も幅が０．００１ｍｍ以下の内面キズ深さを０．１５ｍ
ｍ以下にする工程により、中空鋼管の内面キズが捩じり
疲労破壊の起点とならない。従って、自動車の車軸とし
て要求される重要保安部品としての品質の保証が可能で
ある。
も幅が０．００１ｍｍ以下の内面キズ深さを０．１５ｍ
ｍ以下にする工程により、中空鋼管の内面キズが捩じり
疲労破壊の起点とならない。従って、自動車の車軸とし
て要求される重要保安部品としての品質の保証が可能で
ある。
【００３５】鋼管をズブ焼入れしたので、疲労強度が向
上し、高出力を持つ大型車両への適用を可能とすると共
に、硬さをＨｖ４５０〜６７０とすることにより、所望
の疲労強度を確保することができる。
上し、高出力を持つ大型車両への適用を可能とすると共
に、硬さをＨｖ４５０〜６７０とすることにより、所望
の疲労強度を確保することができる。
【００３６】本発明において数値を限定した理由につい
て説明する。 Ｍｎ；１．０〜２．０％ Ｍｎは鋼の焼入れ性を向上し結晶粒を微細化し衝撃強度
を向上するために必要な元素である。その含有量が１．
０％未満では前記効果が充分でなく、また２．０％を越
えて含有すると、却って衝撃強度が低下するので、その
含有量は１．０〜２．０％とした。
て説明する。 Ｍｎ；１．０〜２．０％ Ｍｎは鋼の焼入れ性を向上し結晶粒を微細化し衝撃強度
を向上するために必要な元素である。その含有量が１．
０％未満では前記効果が充分でなく、また２．０％を越
えて含有すると、却って衝撃強度が低下するので、その
含有量は１．０〜２．０％とした。
【００３７】Ｃｒ；０．８〜１．３％ Ｃｒは鋼の焼入れ性を向上し結晶粒を微細化し衝撃強度
を向上するために必要な元素である。その含有量が０．
８％未満では前記効果が充分でなく、また１．３％を越
えて含有すると、前記効果が飽和するので、その含有量
を０．８〜１．３％とした。
を向上するために必要な元素である。その含有量が０．
８％未満では前記効果が充分でなく、また１．３％を越
えて含有すると、前記効果が飽和するので、その含有量
を０．８〜１．３％とした。
【００３８】Ｍｏ；０．１５〜０．３５％ Ｍｏは鋼の焼入れ性を向上し結晶粒を微細化し衝撃強度
を向上するために必要な元素である。その含有量が０．
１５％未満では前記効果が充分でなく、また０．３５％
を越えて含有すると、前記効果が飽和するので、その含
有量を０．１５〜０．３５％とした。
を向上するために必要な元素である。その含有量が０．
１５％未満では前記効果が充分でなく、また０．３５％
を越えて含有すると、前記効果が飽和するので、その含
有量を０．１５〜０．３５％とした。
【００３９】Ｂ；０．０００５〜０．００３０％ Ｂは鋼の焼入れ性を向上し結晶粒を微細化し衝撃強度を
向上するために必要な元素である。その含有量が０．０
００５％未満では前記効果が充分でなく、また０．００
３０％を越えて含有すると、前記効果が飽和するので、
その含有量を０．０００５〜０．００３０％とした。
向上するために必要な元素である。その含有量が０．０
００５％未満では前記効果が充分でなく、また０．００
３０％を越えて含有すると、前記効果が飽和するので、
その含有量を０．０００５〜０．００３０％とした。
【００４０】Ｓ；０．００５〜０．０１５％ Ｓは鋼の衝撃値を低下させる有害な元素であって、可及
的に少ない方が好ましい。所望の衝撃値を確保するため
にはＳ含有量を０．０１５％以下とすることが必要であ
る。しかし、０．００５％未満になると切削加工が困難
となるので、下限を０．００５％とした。
的に少ない方が好ましい。所望の衝撃値を確保するため
にはＳ含有量を０．０１５％以下とすることが必要であ
る。しかし、０．００５％未満になると切削加工が困難
となるので、下限を０．００５％とした。
【００４１】本発明において鋼管の内面を研削した後
に、幅が０．００１ｍｍ以下の内面キズの深さを０．１
５ｍｍ以下に限定したのは、キズの深さが０．１５ｍｍ
を越えると、中空鋼管の内面キズが捩じり疲労破壊の起
点となり、重要保安部品としの品質を保証できないから
である。
に、幅が０．００１ｍｍ以下の内面キズの深さを０．１
５ｍｍ以下に限定したのは、キズの深さが０．１５ｍｍ
を越えると、中空鋼管の内面キズが捩じり疲労破壊の起
点となり、重要保安部品としの品質を保証できないから
である。
【００４２】また、硬さをＨｖ４５０〜６７０としたの
は、Ｈｖ４５０未満では必要とする疲労強度が確保され
ないからであり、Ｈｖ６７０を越えると、却って疲労強
度が低下するからである。
は、Ｈｖ４５０未満では必要とする疲労強度が確保され
ないからであり、Ｈｖ６７０を越えると、却って疲労強
度が低下するからである。
【００４３】
【実施例】本発明の実施例を比較例と対比して説明し本
発明の効果を明らかにする。 （実施例１）ＳＭｎＢ４０からなり、外径２９．１５ｍ
ｍ、内径１５ｍｍの中空鋼管を高周波ズブ焼入れし、硬
さをＨｖ６４０に調整した。この中空鋼管の内面に図１
に示す種々の幅と深さのキズを設け、式（１）を利用し
て内面キズが捩じり疲労破壊の起点となるか否かについ
て判定し、得られた結果を図１に示した。図１に示した
ように、幅０．００１ｍｍ以下の内面キズは、深さが
０．１５ｍｍ以下であるとき、中空材の捩じり疲労破壊
の起点とならないことが判明した。
発明の効果を明らかにする。 （実施例１）ＳＭｎＢ４０からなり、外径２９．１５ｍ
ｍ、内径１５ｍｍの中空鋼管を高周波ズブ焼入れし、硬
さをＨｖ６４０に調整した。この中空鋼管の内面に図１
に示す種々の幅と深さのキズを設け、式（１）を利用し
て内面キズが捩じり疲労破壊の起点となるか否かについ
て判定し、得られた結果を図１に示した。図１に示した
ように、幅０．００１ｍｍ以下の内面キズは、深さが
０．１５ｍｍ以下であるとき、中空材の捩じり疲労破壊
の起点とならないことが判明した。
【００４４】（実施例２）ＳＭｎＢ４０およびＳ４０Ｃ
を素材とし、外径２９．１５ｍｍ、内径１５ｍｍの厚肉
継目無鋼管を圧延した。内面非破壊検査により、得られ
た鋼管のうち内面キズが０．２５ｍｍ未満のものを選択
し、図２に示す吸引式ショットブラスト装置を用い、内
面をショットブラストにより０．１ｍｍ研削して、内面
キズを０．１５ｍｍ以下にした。
を素材とし、外径２９．１５ｍｍ、内径１５ｍｍの厚肉
継目無鋼管を圧延した。内面非破壊検査により、得られ
た鋼管のうち内面キズが０．２５ｍｍ未満のものを選択
し、図２に示す吸引式ショットブラスト装置を用い、内
面をショットブラストにより０．１ｍｍ研削して、内面
キズを０．１５ｍｍ以下にした。
【００４５】得られた中空鋼管を種々の焼入れ深さで焼
入れした後、捩じり疲労強度および残留応力を測定し、
得られた結果を半径ｒと焼入れ深さＴとの比（Ｔ／ｒ）
との関係図として図３に示した。比較のためにＳＭｎＢ
４０を素材とする中実材についても、同様に種々の焼入
れ深さで焼入れした後、捩じり疲労強度および残留応力
を測定し、得られた結果を半径ｒと焼入れ深さＴとの比
（Ｔ／ｒ）との関係図として図４に示した。
入れした後、捩じり疲労強度および残留応力を測定し、
得られた結果を半径ｒと焼入れ深さＴとの比（Ｔ／ｒ）
との関係図として図３に示した。比較のためにＳＭｎＢ
４０を素材とする中実材についても、同様に種々の焼入
れ深さで焼入れした後、捩じり疲労強度および残留応力
を測定し、得られた結果を半径ｒと焼入れ深さＴとの比
（Ｔ／ｒ）との関係図として図４に示した。
【００４６】図４の中実品についての焼入れ深さと捩じ
り強度および表面残留応力との関係線図に示したよう
に、捩じり疲労強度においては、中実品では半径と焼入
れ深さの比（Ｔ／ｒ）が０．６までは上昇していくが、
それよりＴ／ｒが大きくなると、逆に疲労強度は低下す
る。これは図５に示したように、Ｔ／ｒが大きくなるに
従って、表面残留応力が低下するためである。
り強度および表面残留応力との関係線図に示したよう
に、捩じり疲労強度においては、中実品では半径と焼入
れ深さの比（Ｔ／ｒ）が０．６までは上昇していくが、
それよりＴ／ｒが大きくなると、逆に疲労強度は低下す
る。これは図５に示したように、Ｔ／ｒが大きくなるに
従って、表面残留応力が低下するためである。
【００４７】これに対して、図３の中空品についての焼
入れ深さと捩じり強度および表面残留応力との関係線図
に示したように、中空品の捩じり疲労強度は、半径と焼
入れ深さの比（Ｔ／ｒ）が上昇すると共に疲労強度が向
上していることが確認された。すなわち、中空品ではズ
ブ焼入れにより疲労強度が著しく向上している。この理
由は、図３に示したように、中空であるため、もともと
残留応力が低いからであり、材料強度のみの影響が大き
くなるためである。
入れ深さと捩じり強度および表面残留応力との関係線図
に示したように、中空品の捩じり疲労強度は、半径と焼
入れ深さの比（Ｔ／ｒ）が上昇すると共に疲労強度が向
上していることが確認された。すなわち、中空品ではズ
ブ焼入れにより疲労強度が著しく向上している。この理
由は、図３に示したように、中空であるため、もともと
残留応力が低いからであり、材料強度のみの影響が大き
くなるためである。
【００４８】（実施例３）表１に示す化学成分のＳＭｎ
Ｂ４０相当材およびＳ４０Ｃ相当材を素材とし、外径２
９．１５ｍｍ、内径１５ｍｍの厚肉継目無鋼管を圧延し
た。内面非破壊検査により、得られた鋼管のうち内面キ
ズが０．２５ｍｍ未満のものを選択し、図２に示す吸引
式ショットブラスト装置を用い、内面をショットブラス
トにより０．１ｍｍ研削して、内面キズを０．１５ｍｍ
以下にした。
Ｂ４０相当材およびＳ４０Ｃ相当材を素材とし、外径２
９．１５ｍｍ、内径１５ｍｍの厚肉継目無鋼管を圧延し
た。内面非破壊検査により、得られた鋼管のうち内面キ
ズが０．２５ｍｍ未満のものを選択し、図２に示す吸引
式ショットブラスト装置を用い、内面をショットブラス
トにより０．１ｍｍ研削して、内面キズを０．１５ｍｍ
以下にした。
【００４９】
【表１】
【００５０】得られた中空鋼管を２２０ｍｍの長さに切
断し、中央部１４０ｍｍの範囲を高周波ズブ焼入れし、
図６に示す落重試験装置を用いて、種々に衝撃エネルギ
ーを変化させて落重試験を行った。得られた結果は表２
に示した。
断し、中央部１４０ｍｍの範囲を高周波ズブ焼入れし、
図６に示す落重試験装置を用いて、種々に衝撃エネルギ
ーを変化させて落重試験を行った。得られた結果は表２
に示した。
【００５１】
【表２】
【００５２】表２の結果より、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｂ等
を所定の組成範囲で含有しないＳ４０Ｃ相当材は、衝撃
エネルギーが３００ｋｇｆ・ｍでひび割れを生じ、衝撃
強度において劣ることが判明した。これに対してＭｎを
１．５０％含有するＳＭｎＢ４０相当材は衝撃強度が５
５０ｋｇｆ・ｍまで割れを生じなかった。
を所定の組成範囲で含有しないＳ４０Ｃ相当材は、衝撃
エネルギーが３００ｋｇｆ・ｍでひび割れを生じ、衝撃
強度において劣ることが判明した。これに対してＭｎを
１．５０％含有するＳＭｎＢ４０相当材は衝撃強度が５
５０ｋｇｆ・ｍまで割れを生じなかった。
【００５３】図７は試験に供したＳ４０Ｃ相当材の中空
鋼管の金属組織を表す顕微鏡写真であり、図８は試験に
供したＳＭｎＢ４０相当材の中空鋼管の金属組織を表す
顕微鏡写真である。図７および図８より明らかなよう
に、Ｓ４０Ｃのオーステナイト結晶粒度は、ＳＭｎＢ４
０のオーステナイト結晶粒度より３〜５倍の大きさであ
り、粒度の影響を受け易い衝撃強度はここで大きな差と
なって表れることが確認された。
鋼管の金属組織を表す顕微鏡写真であり、図８は試験に
供したＳＭｎＢ４０相当材の中空鋼管の金属組織を表す
顕微鏡写真である。図７および図８より明らかなよう
に、Ｓ４０Ｃのオーステナイト結晶粒度は、ＳＭｎＢ４
０のオーステナイト結晶粒度より３〜５倍の大きさであ
り、粒度の影響を受け易い衝撃強度はここで大きな差と
なって表れることが確認された。
【００５４】（実施例４）Ｓ４０ＣにＭｎ、Ｃｒ、Ｂ、
Ｍｏを１種類ずつ一定量添加した材料を５０ｋｇ真空溶
解炉にて溶解し圧延して丸棒を作り、ドリルで穴を明け
て中空鋼管（外径φ２９．２、内径φ１５）を製作し
た。この中空鋼管を高周波にてずぶ焼入れを施した。高
周波焼入れは、それら中空試験片をズブ焼入れできる条
件の中で、最も焼入れ温度が低くなる条件にて行った。
これら中空試験片について実施例３で示したと同様の方
法で落重試験を行い、結果を各元素添加量と破断衝撃エ
ネルギーとの関係図として図９に示した。
Ｍｏを１種類ずつ一定量添加した材料を５０ｋｇ真空溶
解炉にて溶解し圧延して丸棒を作り、ドリルで穴を明け
て中空鋼管（外径φ２９．２、内径φ１５）を製作し
た。この中空鋼管を高周波にてずぶ焼入れを施した。高
周波焼入れは、それら中空試験片をズブ焼入れできる条
件の中で、最も焼入れ温度が低くなる条件にて行った。
これら中空試験片について実施例３で示したと同様の方
法で落重試験を行い、結果を各元素添加量と破断衝撃エ
ネルギーとの関係図として図９に示した。
【００５５】図９に示したように、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、
Ｂともにある量までは含有量の増加と共に衝撃強度は増
加していき、その後は一定量に近づくか低下する。車軸
の必要とする衝撃エネルギを４００ｋｇｆ・ｍと設定し
た場合、各元素の量はそれぞれＭｎ≧１．０％、Ｃｒ≧
０．８％、Ｍｏ≧０．１５％、Ｂ≧０．０００５％であ
る。そして一定値に近づく量を上限とすると、Ｍｎ；
１．０〜２．０％、Ｃｒ；０．８〜１．３％、Ｍｏ；
０．１５〜０．３５％、Ｂ；０．０００５〜０．００３
０％となることが確認された。
Ｂともにある量までは含有量の増加と共に衝撃強度は増
加していき、その後は一定量に近づくか低下する。車軸
の必要とする衝撃エネルギを４００ｋｇｆ・ｍと設定し
た場合、各元素の量はそれぞれＭｎ≧１．０％、Ｃｒ≧
０．８％、Ｍｏ≧０．１５％、Ｂ≧０．０００５％であ
る。そして一定値に近づく量を上限とすると、Ｍｎ；
１．０〜２．０％、Ｃｒ；０．８〜１．３％、Ｍｏ；
０．１５〜０．３５％、Ｂ；０．０００５〜０．００３
０％となることが確認された。
【００５６】（実施例５）Ｓ４０ＣのＳ含有量を種々の
含有量に調整した材料およびＳ４０Ｃに１．０％Ｍｎを
添加しＳ含有量を種々の含有量に調整した材料を５０ｋ
ｇ真空溶解炉にて溶解し圧延して丸棒を作り、ドリルで
穴を明けて中空鋼管（外径φ２９．２、内径φ１５）を
製作した。この中空鋼管を高周波にてズブ焼入れを施し
た後、実施例３で示したと同様の方法で落重試験を行
い、Ｓ含有量と破断衝撃エネルギーとの関係図として図
１０に示した。
含有量に調整した材料およびＳ４０Ｃに１．０％Ｍｎを
添加しＳ含有量を種々の含有量に調整した材料を５０ｋ
ｇ真空溶解炉にて溶解し圧延して丸棒を作り、ドリルで
穴を明けて中空鋼管（外径φ２９．２、内径φ１５）を
製作した。この中空鋼管を高周波にてズブ焼入れを施し
た後、実施例３で示したと同様の方法で落重試験を行
い、Ｓ含有量と破断衝撃エネルギーとの関係図として図
１０に示した。
【００５７】図１０より、Ｓ含有量が減少すると衝撃値
は明らかに向上している。４００ｋｇｆ・ｍを目標値と
すると、Ｓが０．１５％以下であればＳ４０Ｃにおいて
も合格となる。しかし、Ｓ含有量を低下させ過ぎると、
機械加工が困難になるので、その下限は０．０１５％と
することが好ましい。そこで、Ｓ含有量は０．００５〜
０．０１５％とすることが好ましいことが確認された。
は明らかに向上している。４００ｋｇｆ・ｍを目標値と
すると、Ｓが０．１５％以下であればＳ４０Ｃにおいて
も合格となる。しかし、Ｓ含有量を低下させ過ぎると、
機械加工が困難になるので、その下限は０．０１５％と
することが好ましい。そこで、Ｓ含有量は０．００５〜
０．０１５％とすることが好ましいことが確認された。
【００５８】（実施例６）表３に示す化学成分のＳＭｎ
Ｂ３５相当材およびＳＭｎＢ４５相当材を素材とし、外
径２９．１５ｍｍ、内径１５ｍｍの厚肉継目無鋼管を圧
延した。内面非破壊検査により、得られた鋼管のうち内
面キズが０．２５ｍｍ未満のものを選択し、図２に示す
吸引式ショットブラスト装置を用い、内面をショットブ
ラストにより０．１ｍｍ研削して、内面キズを０．１５
ｍｍ以下にした。
Ｂ３５相当材およびＳＭｎＢ４５相当材を素材とし、外
径２９．１５ｍｍ、内径１５ｍｍの厚肉継目無鋼管を圧
延した。内面非破壊検査により、得られた鋼管のうち内
面キズが０．２５ｍｍ未満のものを選択し、図２に示す
吸引式ショットブラスト装置を用い、内面をショットブ
ラストにより０．１ｍｍ研削して、内面キズを０．１５
ｍｍ以下にした。
【００５９】
【表３】
【００６０】これら中空車軸をスブ焼入れした後、焼戻
し温度を調整し、硬さを種々変化させたものについて疲
労試験を行い、得られた結果を図１１に示した。なお比
較のために同じ素材を用いた中実車軸についても同様に
焼戻し温度を調整し、硬さを種々変化させたものについ
て疲労試験を行い、得られた結果を図１１に併せて示し
た。
し温度を調整し、硬さを種々変化させたものについて疲
労試験を行い、得られた結果を図１１に示した。なお比
較のために同じ素材を用いた中実車軸についても同様に
焼戻し温度を調整し、硬さを種々変化させたものについ
て疲労試験を行い、得られた結果を図１１に併せて示し
た。
【００６１】図１１に示したように、中実品の疲労強度
は、硬さがＨｖ６５０までは硬さの上昇と共に向上して
行き、その後は若干低下する。ただし、Ｈｖ７５０にお
いても、疲労強度は車軸に必要とされる基準強度を上回
っており、Ｈｖ５５０以上において合格となっている。
一方、本発明例の中空品はＨｖ４５０で必要強度を越
え、Ｈｖ５７０をピークに疲労強度は急激に低下してし
まい、基準強度を満足するための硬さの上限はＨｖ６７
０となる。この結果、焼戻し後の中空車軸の硬度はＨｖ
４５０〜６７０とすることにより、所望の疲労強度が確
保されることが確認された。
は、硬さがＨｖ６５０までは硬さの上昇と共に向上して
行き、その後は若干低下する。ただし、Ｈｖ７５０にお
いても、疲労強度は車軸に必要とされる基準強度を上回
っており、Ｈｖ５５０以上において合格となっている。
一方、本発明例の中空品はＨｖ４５０で必要強度を越
え、Ｈｖ５７０をピークに疲労強度は急激に低下してし
まい、基準強度を満足するための硬さの上限はＨｖ６７
０となる。この結果、焼戻し後の中空車軸の硬度はＨｖ
４５０〜６７０とすることにより、所望の疲労強度が確
保されることが確認された。
【００６２】ここに、各疲労亀裂の起点がスプラインエ
ッジ部であるか一般外周部であるかを表４および表５に
示す。この表から明らかなように、中実車軸、中空車軸
共におよそ硬さＨｖ６２０を境に、硬い側ではスプライ
ンエッジ部等の切欠き部位から破損している。これは、
材料の切欠き感受性によるもので、硬い材料の方が切欠
きに敏感と言われているためである。一般に切欠きを持
つ部材の疲労強度は、残留応力の有無、大小により大き
く影響される。すなわち、切欠き部材は残留応力が高
く、疲労強度は飛躍的に大きくなる。
ッジ部であるか一般外周部であるかを表４および表５に
示す。この表から明らかなように、中実車軸、中空車軸
共におよそ硬さＨｖ６２０を境に、硬い側ではスプライ
ンエッジ部等の切欠き部位から破損している。これは、
材料の切欠き感受性によるもので、硬い材料の方が切欠
きに敏感と言われているためである。一般に切欠きを持
つ部材の疲労強度は、残留応力の有無、大小により大き
く影響される。すなわち、切欠き部材は残留応力が高
く、疲労強度は飛躍的に大きくなる。
【００６３】
【表４】
【００６４】
【表５】
【００６５】なお、図１２は本実施例で用いた中実品と
中空品の種々の硬さにおける残留応力測定結果を示すも
のである。いずれの硬さにおいても、中実品の方が中空
品の倍程度の残留応力を持つ。つまり中実品はＨｖ６５
０以上に硬くなっても、残留応力が高いため、切欠き感
受性が中空品よりも低いのである。逆に中空品は残留応
力が低いため、硬さが適当以上に上昇すると、切欠き効
果により疲労強度は低下することが判明した。
中空品の種々の硬さにおける残留応力測定結果を示すも
のである。いずれの硬さにおいても、中実品の方が中空
品の倍程度の残留応力を持つ。つまり中実品はＨｖ６５
０以上に硬くなっても、残留応力が高いため、切欠き感
受性が中空品よりも低いのである。逆に中空品は残留応
力が低いため、硬さが適当以上に上昇すると、切欠き効
果により疲労強度は低下することが判明した。
【００６６】（実施例７）表３に示す化学成分のＳＭｎ
Ｂ３５相当材およびＳＭｎＢ４５相当材を素材とし、外
径２９．１５ｍｍ、内径１５ｍｍの厚肉継目無鋼管を圧
延した。内面非破壊検査により、得られた鋼管のうち内
面キズが０．２５ｍｍ未満のものを選択しが、内面のシ
ョットブラスト工程は省略した。
Ｂ３５相当材およびＳＭｎＢ４５相当材を素材とし、外
径２９．１５ｍｍ、内径１５ｍｍの厚肉継目無鋼管を圧
延した。内面非破壊検査により、得られた鋼管のうち内
面キズが０．２５ｍｍ未満のものを選択しが、内面のシ
ョットブラスト工程は省略した。
【００６７】これら中空車軸をスブ焼入れした後、焼戻
し温度を調整し、硬さを種々変化させたものについて疲
労試験を行い、得られた結果を図１３および図１４に示
した。なお比較のために実施例６で得られた本発明例の
中空車軸についても同様に焼戻し温度を調整し、硬さを
種々変化させたものについて疲労試験を行い、得られた
結果を図１３および図１４に併せて示した。また、この
ショットブラスト無しの中空車軸についての疲労亀裂の
起点を示す表を表６に示した。
し温度を調整し、硬さを種々変化させたものについて疲
労試験を行い、得られた結果を図１３および図１４に示
した。なお比較のために実施例６で得られた本発明例の
中空車軸についても同様に焼戻し温度を調整し、硬さを
種々変化させたものについて疲労試験を行い、得られた
結果を図１３および図１４に併せて示した。また、この
ショットブラスト無しの中空車軸についての疲労亀裂の
起点を示す表を表６に示した。
【００６８】
【表６】 亀裂起点部位 Ａ1：スプラインエッジ部 Ｂ：一
般外周部 Ａ2：内面キズ
般外周部 Ａ2：内面キズ
【００６９】図１３および図１４に示したように、硬さ
が高く切欠き感受性が高くなる側において、ショットブ
ラスト無しのものは、内面キズより破損に至るものが表
れることがわかる。そのため、Ｔ（トルク）−Ｎ線は大
きく低強度側に移動し、２×１０6で判定すれば、強度
が低下することが判明した。
が高く切欠き感受性が高くなる側において、ショットブ
ラスト無しのものは、内面キズより破損に至るものが表
れることがわかる。そのため、Ｔ（トルク）−Ｎ線は大
きく低強度側に移動し、２×１０6で判定すれば、強度
が低下することが判明した。
【００７０】（実施例８）表７に示す化学成分の鋼を素
材とし、外径２９．１５ｍｍ、内径１５ｍｍの厚肉継目
無鋼管を圧延した。内面非破壊検査により、得られた鋼
管のうち内面キズが０．２５ｍｍ未満のものを選択し、
図２に示す吸引式ショットブラスト装置を用い、内面を
ショットブラストにより０．１ｍｍ研削して、内面キズ
を０．１５ｍｍ以下にした。
材とし、外径２９．１５ｍｍ、内径１５ｍｍの厚肉継目
無鋼管を圧延した。内面非破壊検査により、得られた鋼
管のうち内面キズが０．２５ｍｍ未満のものを選択し、
図２に示す吸引式ショットブラスト装置を用い、内面を
ショットブラストにより０．１ｍｍ研削して、内面キズ
を０．１５ｍｍ以下にした。
【００７１】
【表７】
【００７２】これら中空車軸をスブ焼入れした後、焼戻
し温度を調整し、硬さを種々変化させたものについて疲
労試験を行い、得られた結果を図１６に示した。なお比
較のために同じ素材を用いた中実車軸について、焼入れ
深さを４ｍｍ（Ｔ／ｒ＝０．２７）としたものについて
も同様に焼戻し温度を調整し、硬さを種々変化させたも
のについて疲労試験を行い、得られた結果を図１６に示
した。
し温度を調整し、硬さを種々変化させたものについて疲
労試験を行い、得られた結果を図１６に示した。なお比
較のために同じ素材を用いた中実車軸について、焼入れ
深さを４ｍｍ（Ｔ／ｒ＝０．２７）としたものについて
も同様に焼戻し温度を調整し、硬さを種々変化させたも
のについて疲労試験を行い、得られた結果を図１６に示
した。
【００７３】図１６に示したように、焼入れ深さが４ｍ
ｍであった比較例は、一部の硬さにおいて基準強度を満
足しているが、全体的にズブ焼入れした本発明例に比較
して約２００Ｎｍ疲労強度が低下していた。
ｍであった比較例は、一部の硬さにおいて基準強度を満
足しているが、全体的にズブ焼入れした本発明例に比較
して約２００Ｎｍ疲労強度が低下していた。
【００７４】これに対して図１５から明らかなように、
本発明の組成範囲の添加元素を含有しズブ焼入れを施し
た本発明例は、Ｈｖ４５０〜６５０の硬度において、基
準強度を満足していることが判明し、本発明の効果が確
認された。
本発明の組成範囲の添加元素を含有しズブ焼入れを施し
た本発明例は、Ｈｖ４５０〜６５０の硬度において、基
準強度を満足していることが判明し、本発明の効果が確
認された。
【００７５】
【発明の効果】本発明の高強度中空鋼管の製造方法は以
上詳述したように、少なくとも重量比でＭｎ；１．０〜
２．０％、Ｃｒ；０．８〜１．３％、Ｂ；０．０００５
〜０．００３０％、Ｍｏ；０．１５〜０．３５％のうち
の１種以上を含有する鋼を用いたので、オーステナイト
結晶粒が微細化され、４００ｋｇｆ・ｍ以上の衝撃強度
を確保することができた。また、鋼管の内面を研削する
ことにより少なくとも幅が０．００１ｍｍ以下の内面キ
ズ深さを０．１５ｍｍ以下にする工程により、中空鋼管
の内面キズが捩じり疲労破壊の起点とならず、重要保安
部品としての品質の保証が可能である。さらに、鋼管を
ズブ焼入れしたので、疲労強度が向上し、高出力を持つ
大型車両への適用を可能とすると共に、硬さをＨｖ４５
０〜６７０とすることにより、所望の疲労強度を確保す
ることができる。
上詳述したように、少なくとも重量比でＭｎ；１．０〜
２．０％、Ｃｒ；０．８〜１．３％、Ｂ；０．０００５
〜０．００３０％、Ｍｏ；０．１５〜０．３５％のうち
の１種以上を含有する鋼を用いたので、オーステナイト
結晶粒が微細化され、４００ｋｇｆ・ｍ以上の衝撃強度
を確保することができた。また、鋼管の内面を研削する
ことにより少なくとも幅が０．００１ｍｍ以下の内面キ
ズ深さを０．１５ｍｍ以下にする工程により、中空鋼管
の内面キズが捩じり疲労破壊の起点とならず、重要保安
部品としての品質の保証が可能である。さらに、鋼管を
ズブ焼入れしたので、疲労強度が向上し、高出力を持つ
大型車両への適用を可能とすると共に、硬さをＨｖ４５
０〜６７０とすることにより、所望の疲労強度を確保す
ることができる。
【図１】中空車軸の種々の幅と深さの内面キズが疲労破
壊の起点となるか否かの判定を示した図である。
壊の起点となるか否かの判定を示した図である。
【図２】吸引式ショットブラスト装置の側面図である。
【図３】種々の深さで焼入れを施した中空鋼管の疲労強
度と表面残留応力を示す図である。
度と表面残留応力を示す図である。
【図４】種々の深さで焼入れを施した中実鋼管の疲労強
度と表面残留応力を示す図である。
度と表面残留応力を示す図である。
【図５】落重試験片の側面図である。
【図６】落重試験片のセット方法を説明する側面図であ
る。
る。
【図７】比較例の落重試験片の金属組織を表す顕微鏡写
真である。
真である。
【図８】本発明例の落重試験片の金属組織を表す顕微鏡
写真である。
写真である。
【図９】本発明の添加元素含有量と衝撃エネルギーとの
関係を示す線図である。
関係を示す線図である。
【図１０】Ｓ含有量と衝撃エネルギーとの関係を示す線
図である。
図である。
【図１１】中空車軸と中実車軸の硬度と疲労強度の関係
を示す線図である。
を示す線図である。
【図１２】中空車軸と中実車軸の高周波焼入れ後の硬度
と表面残留応力との関係を示す線図である。
と表面残留応力との関係を示す線図である。
【図１３】ショットブラストを施した中空鋼管とショッ
トブラストを施さない中空鋼管の硬度と疲労強度の関係
を示す線図である。
トブラストを施さない中空鋼管の硬度と疲労強度の関係
を示す線図である。
【図１４】ショットブラストを施した中空鋼管とショッ
トブラストを施さない中空鋼管のトルクと繰り返し数と
の関係を示す線図である。
トブラストを施さない中空鋼管のトルクと繰り返し数と
の関係を示す線図である。
【図１５】本発明の中空鋼管をズブ焼入れした場合の硬
度と疲労強度の関係を示す線図である。
度と疲労強度の関係を示す線図である。
【図１６】本発明の中空鋼管を浅く焼入れした場合の硬
度と疲労強度の関係を示す線図である。
度と疲労強度の関係を示す線図である。
【図１７】中間シャフトを種々の深さに焼入れした場合
の焼入れ深さとねじり強度との関係を示す線図である。
の焼入れ深さとねじり強度との関係を示す線図である。
Claims (1)
- 【請求項１】 少なくとも重量比でＭｎ；１．０〜２．
０％、Ｃｒ；０．８〜１．３％、Ｂ；０．０００５〜
０．００３０％、Ｍｏ；０．１５〜０．３５％のうちの
１種以上を含有する鋼を用い内面キズ深さが０．２５ｍ
ｍ未満である厚肉継目無鋼管を製造する工程と、前記鋼
管の内面を研削することにより少なくとも幅が０．００
１ｍｍ以下の内面キズ深さを０．１５ｍｍ以下にする工
程と、前記鋼管をズブ焼入れし硬さをＨｖ４５０〜６７
０とする工程とからなることを特徴とする高強度中空鋼
管の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4304665A JPH06128628A (ja) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | 高強度中空鋼管の製造方法 |
| US08/137,363 US5405459A (en) | 1992-10-16 | 1993-10-18 | Production process for producing hollow steel tube of high strength |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4304665A JPH06128628A (ja) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | 高強度中空鋼管の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06128628A true JPH06128628A (ja) | 1994-05-10 |
Family
ID=17935758
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4304665A Pending JPH06128628A (ja) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | 高強度中空鋼管の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5405459A (ja) |
| JP (1) | JPH06128628A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006037205A (ja) * | 2004-07-30 | 2006-02-09 | Jfe Steel Kk | 耐疲労特性に優れた中空ドライブシャフトの製造方法 |
| JP2011511214A (ja) * | 2007-11-30 | 2011-04-07 | ベー アンド エミ ド ブラジル ソシエダッド アノニマ | 鉄道車両用の継目無管からの車軸、および鉄道車両用の継目無鋼管からの車軸を製造するための方法 |
| CN105861797A (zh) * | 2016-05-27 | 2016-08-17 | 中国科学院金属研究所 | 一种旋压刀具及金属表面旋压强化方法 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19834133C1 (de) * | 1998-07-29 | 2000-02-03 | Daimler Chrysler Ag | Verfahren zur Herstellung von Hohlwellen |
| US6153029A (en) * | 1998-08-28 | 2000-11-28 | Lin; Wei-Fu | Producing of tapered bent tube |
| AR042932A1 (es) * | 2003-01-31 | 2005-07-06 | Sumitomo Metal Ind | Tubo de acero sin costura para arbol de transmision y procedinmiento para fabricarlo |
| CN101626848B (zh) | 2007-03-14 | 2012-04-04 | 神钢金属产品株式会社 | 无缝钢管、使用无缝钢管的中空弹簧及其制造方法 |
| CN105290282B (zh) * | 2015-11-24 | 2017-03-15 | 大冶特殊钢股份有限公司 | 一种超高筒体件的制造方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4370178A (en) * | 1981-06-30 | 1983-01-25 | Republic Steel Corporation | Method of making as-pierced tubular products |
| JPS60168910A (ja) * | 1984-02-10 | 1985-09-02 | Nhk Spring Co Ltd | シヨツトピ−ニングを施したドライブシヤフト |
| US4619128A (en) * | 1985-05-07 | 1986-10-28 | Westinghouse Electric Corp. | Spindle for rotopeening apparatus |
| JPS6254021A (ja) * | 1985-05-23 | 1987-03-09 | Kawasaki Steel Corp | 耐硫化物応力腐食割れ性に優れる高強度継目無鋼管の製造方法 |
| JPS6353212A (ja) * | 1986-08-22 | 1988-03-07 | Babcock Hitachi Kk | 既設ボイラのステンレス管体処理方法 |
| SU1532595A1 (ru) * | 1987-04-22 | 1989-12-30 | Научно-Исследовательский И Проектно-Технологический Институт Машиностроения | Способ контрол качества термической обработки изделий из инструментальных сталей |
| JPH01178862A (ja) * | 1988-01-09 | 1989-07-17 | Daido Steel Co Ltd | 磁気漏洩式自動探傷法による自動探傷装置の誤動作防止方法 |
| JPH02224973A (ja) * | 1989-02-27 | 1990-09-06 | Hitachi Ltd | ショットブラスティング方法および装置 |
-
1992
- 1992-10-16 JP JP4304665A patent/JPH06128628A/ja active Pending
-
1993
- 1993-10-18 US US08/137,363 patent/US5405459A/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006037205A (ja) * | 2004-07-30 | 2006-02-09 | Jfe Steel Kk | 耐疲労特性に優れた中空ドライブシャフトの製造方法 |
| JP4501578B2 (ja) * | 2004-07-30 | 2010-07-14 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 耐疲労特性に優れた中空ドライブシャフトの製造方法 |
| JP2011511214A (ja) * | 2007-11-30 | 2011-04-07 | ベー アンド エミ ド ブラジル ソシエダッド アノニマ | 鉄道車両用の継目無管からの車軸、および鉄道車両用の継目無鋼管からの車軸を製造するための方法 |
| CN105861797A (zh) * | 2016-05-27 | 2016-08-17 | 中国科学院金属研究所 | 一种旋压刀具及金属表面旋压强化方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5405459A (en) | 1995-04-11 |
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