JPH0617136A - 高強度高降伏比機械構造用鋼管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】高強度とともに高降伏比特性を備えた機械構造
用電縫鋼管の製造方法を提供する。 【構成】(1) Ｃ：0.18〜0.28％、Si：0.10〜0.50％、M
n：0.60〜1.80％、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.03％以下、T
i： 0.020〜0.050 ％およびＢ：0.0005〜0.0050％、さ
らに特定のCr、NbおよびMoのうちの１種または２種以上
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物よりなる鋼管
を焼入れ後ストレートナーロールで加工することを特徴
とする引張強さ1470Ｎ/mm²以上で、かつ降伏比 0.8以上
の高強度高降伏比機械構造用電縫鋼管の製造方法。 (2) 上記 (1)の焼入れ後の鋼管をストレートナーロール
で加工する際、このロール間のクラッシュ量を、外径の
２％以上、10％以下として加工することを特徴とする上
記 (1)に記載の製造方法。 【効果】引張強さ1470Ｎ/mm²以上で、かつ降伏比 0.8以
上の高強度高降伏比機械構造用電縫鋼管を製造すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に高強度が必要とさ
れるドアインパクトビーム等として、自動車ドアの補強
のために使用される、高強度の機械構造用電縫鋼管の製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平３-122219 号公報には、Ｃ：0.15
〜0.23％、Mn≦1.5 ％、Si≦0.5 ％、Ti≦0.04％、Ｂ：
0.0003〜0.0035％、Ｎ≦0.0080％、あるいは加えてさら
に、Ni≦0.5 ％、Cr≦0.5 、Mo≦0.5 の 1種または２種
以上を含有する鋼管に焼入れを施して、引張強さが120k
gf/mm²（1180Ｎ/mm²）以上の機械構造用高強度鋼管を製
造する方法が示されている。この方法は、主として高周
波焼入れ法により、焼入れのままで目標の特性値を得よ
うとするものである。

【０００３】しかし、この公報に示される技術は、引張
強さ(T.S) を確保して高強度特性のみを得る方法であ
る。自動車ドア補強材の場合、高強度特性とともに側面
衝突時の衝撃吸収特性も備えた材料であることが最も重
要であり、そのためには、さらに高い降伏強度(Y.S) を
付与することによって、高い降伏比（高Y.R 。このY.R
はY.S ／T.S で表される。）特性を確保しなければなら
ない。一般には、焼入れのみを用いる方法では、焼入れ
後に炭、窒化物が固溶しているため、低い降伏比特性し
か得ることができない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、自動車ドア
の補強用としてドアインパクトビーム等に使用するのに
好適な、高強度とともに高降伏比特性を備えた機械構造
用電縫鋼管の製造方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】降伏比特性を向上させる
方法を検討してきた結果、特定組成の鋼管に対して、焼
入れ材の曲り取り時にストレートナーを用いて加工を施
すことにより、降伏強度が大幅に上昇し、降伏比が 0.8
以上であり、かつ衝撃吸収特性も良好な機械構造用高強
度鋼管を製造することができることを見出した。

【０００６】本発明の要旨は、次の (1)、(2) の方法に
ある。

【０００７】(1) 質量％で、Ｃ：0.18〜0.28％、Si：0.
10〜0.50％、Mn：0.60〜1.80％、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：
0.03％以下、Ti： 0.020〜0.050 ％およびＢ：0.0005〜
0.0050％、さらにCr：0.20〜0.50％、Nb： 0.015〜0.05
0 ％およびMo：0.5 ％以下のうちの１種または２種以上
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物よりなる鋼管
を、焼入れ後ストレートナーロールで加工することを特
徴とする、引張強さ1470Ｎ/mm²以上で、かつ降伏比 0.8
以上の高強度高降伏比機械構造用電縫鋼管の製造方法。

【０００８】(2) 上記 (1)の焼入れ後の鋼管をストレー
トナーロールで加工する際、このロール間のクラッシュ
量を、外径の２％以上、10％以下として加工することを
特徴とする上記 (1)に記載の製造方法。

【０００９】

【作用】本発明の方法において、鋼管の化学組成および
焼入れ後の加工条件を上記のように定めた理由を説明す
る。

【００１０】Ｃ：焼入れ後のマルテンサイト組織の強度
は、Ｃ含有量によって決定される。

【００１１】T.S(引張強さ）1470Ｎ/mm²以上を安定して
得るためには、0.18％以上の含有量が必要である。一
方、0.28％を超えると、焼割れ等が懸念されるため、Ｃ
の含有量を0.18〜0.28％とした。

【００１２】Si：脱酸を有効に行うために含有させる。
そのためには、0.10％以上の含有量が必要である。一
方、0.50％を超えると溶接部に欠陥が生じやすいため、
0.50％以下とした。

【００１３】Mn：焼入れ性を向上させるのに有効な元素
である。焼入れ性維持のため0.60％以上とした。一方、
1.8％を超えるとSiと同様に溶接部に欠陥が生じやすい
ため、上限を 1.8％に限定した。

【００１４】Ｐ：焼入れ後の靱性を悪化させる元素であ
る。その含有量が0.03％を超えると靱性が低下するた
め、0.03％以下とした。

【００１５】Ｓ：非金属介在物 MnSを生成させ、靱性お
よび溶接部の健全性を悪化させる元素である。その含有
量が0.03％を超えるとこの傾向が著しくなるため、0.03
％以下とした。

【００１６】Ｂ：焼入れ性向上効果が大きい元素であ
る。0.0005％未満ではその効果がなく、一方、0.0050％
を超えると靱性の悪化をもたらす。よって、その範囲を
0.0005〜0.0050％とした。

【００１７】Ti：上記のＢの焼入れ性向上効果を維持さ
せるためには、ＮをTiN として固定しなければならな
い。この目的でTiを添加するが、通常、不可避的に含ま
れるＮの範囲では、Tiの含有量が 0.020％未満ではその
固定効果がなく、一方、 0.050％を超えると溶接部の靱
性が悪化し逆効果となる。よって、その範囲を0.0020〜
0.050 ％とした。

【００１８】本発明の鋼管では、さらに次の３元素のう
ちから１種または２種以上を選んで含有させる。各元素
の作用効果はいずれも略々同じである。

【００１９】Cr、Mo：ともに焼入れ性を向上させるのに
有効な元素である。そのためには、Crは 0.2〜0.5 ％の
範囲で、Moは 0.5％以下で含有させれば充分である。い
ずれも 0.5％を超えるとその効果が飽和するため、不経
済である。

【００２０】Nb：結晶粒を細粒化し、靱性を向上させる
のに有効な元素である。しかし、 0.015％未満ではその
効果がなく、一方、 0.050％を超えると溶接部の靱性が
悪化する。

【００２１】焼入れおよびその後のストレートナーロー
ル加工：所望の高強度を得るために焼入れを施す。しか
し、焼入れ後の曲がりが小さい鋼管でなければ、焼入れ
で高強度となっているので、冷間でのストレートナーロ
ール加工時に割れ発生の要因となる。望ましい焼入れ条
件としては、加熱の際、表面スケールの生成を防止する
ため、(Ac₃点＋ 20)℃〜 920℃の間で加熱するととも
に、冷却速度50℃/hr 以上の高速焼入れを行う。このよ
うな条件のもとで焼入れすれば、曲がりが小さい焼入れ
鋼管を得ることができる。

【００２２】その後ストレートナーロール加工を適用す
るのは、微小な曲がりを矯正するとともに、高降伏比を
得るためには冷間加工を付加することが必要であり、そ
のためにストレートナーロール加工が好適な加工方法で
あるからである。オフセットなどによる局部的な曲げを
加える方法では、次に述べる適正で均一な加工条件が得
られない。

【００２３】クラッシュ量：本発明の方法では、焼入れ
後の鋼管をストレートナーロールで加工する際、そのク
ラッシュ量を特定の範囲とすることが望ましい。クラッ
シュ量とは、鋼管の外径方向に加えられた変形量で表
す。すなわち、管外径（Ｄ）−ロール間距離（Ｈ）の式
で定義される値である。図１は、これを説明する概略断
面図である。この図に示すように、鋼管１が上下のロー
ル間距離Ｈのストレートナーロール２でクラッシュ加工
されると同時に、焼入れ時に発生した鋼管の微小な曲り
が矯正される。ロール式ストレートナーでは、ストレー
トナーロール２は、鋼管の長手方向に傾斜して複数組設
けられている。この傾斜により、鋼管１は回転し、その
円周方向にも均等なクラッシュ加工が可能であるが、さ
らに、いずれの組のロールにおいても、そのクラッシュ
量が特定の範囲内であるように加工する必要がある。こ
のクラッシュ加工を適正な範囲とし、鋼管の円周および
長手方向に均一な塑性変形を与えることにより、溶接部
の割れを防止しながら所望の高い降伏比を得ることがで
きる。

【００２４】クラッシュ量が鋼管の外径の２％未満で
は、目標の降伏比を安定して得ることおよび曲り取りを
十分に行うことはともに困難である。一方、外径の10％
を超えると高強度化が過剰となり、溶接部に割れ発生の
危険がある。安定した目標特性値を有する鋼管を得るた
めには、クラッシュ量の範囲を鋼管外径の２〜10％とす
ることが特に望ましい。

【００２５】

【実施例】

（試験１）表１に示す化学組成の外径31.8mm×肉厚2.0m
m ×長さ7000mmの電縫鋼管２本を、ウォキングビーム加
熱炉を用いて 890℃に加熱後、冷却速度 100℃/hr で高
速焼入れを施した。このうちの１本に、さらにクラッシ
ュ量５％でストレートナー加工を施した。これらの鋼管
について引張試験および図２に示す３点曲げ試験法を行
った。その結果を表２および図３に示す。

【００２６】表２に示すように、降伏比は焼入れのまま
の鋼管では0.72であるのに対し、ストレートナー加工で
クラッシュすることにより0.83に向上した。

【００２７】図３は、３点曲げ試験における荷重と変位
の関係を示す図であるが、ストレートナー加工した高降
伏比材は、焼入れのままの低降伏比材に比べ、初期曲げ
荷重が高く、吸収エネルギー特性が約15％向上している
ことがわかる。

【００２８】このような降伏強度の向上がもたらされ、
高降伏比化された材料は、ドア補強材のように衝撃吸収
特性が要求される分野で用いるのに極めて好適である。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】（試験２）表３に示す化学組成の外径31.8
mm×肉厚2.0mm ×長さ7000〜10000mm の長尺電縫鋼管を
製造した（鋼種１〜10および13〜16が本発明で定める範
囲の組成）。これらを用いて、表４に示すように、焼入
れ方法とストレートナー加工のクラッシュ量の条件を変
える試験を実施した。炉焼入れの条件は、試験１と同じ
とし、鋼種16を対象とする比較例のみは、加熱温度は同
じく 890℃の高周波焼入れを施した。このようにして得
られた鋼管について、試験１と同様の引張試験と非破壊
検査による溶接部割れの有無判定を行った。これらの結
果を表４に併せて示す。

【００３２】全ての条件が本発明で定める範囲の本発明
例１〜10では、いずれも引張強さが1470Ｎ/mm²以上で、
しかも降伏比が 0.8以上の優れた特性を示し、さらに鋼
管の電縫部での割れも全く認められなかった。

【００３３】比較例11のように、Ｃ含有量が本発明で定
める成分範囲よりも高い場合、溶接部に割れが認められ
た。比較例12のようにＣ含有量が本発明で定める成分範
囲よりも低い場合、引張強さが低く1470Ｎ/mm²以上の目
標強度が得られていない。

【００３４】比較例13、14、16ようにストレートナー加
工のクラッシュ量が低いか、または加工しない場合で
は、鋼管の組成が本発明で定める範囲内であるかどうか
にかかわらず、いずれも目標の降伏比0.8 以上が得られ
ていない。

【００３５】比較鋼15のようにストレートナー加工のク
ラッシュ量が不適当な範囲でオーバクラッシュした場
合、鋼管の組成が適正であっても溶接部で割れが発生し
た。

【００３６】

【表３】

【００３７】

【表４】

【００３８】

【発明の効果】本発明の方法によれば、引張強さ1470Ｎ
/mm²以上で、かつ降伏比 0.8以上の高強度高降伏比機械
構造用電縫鋼管を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ストレートナー加工時のクラッシュ量を説明す
る概略断面図である。

【図２】鋼管の３点曲げ試験を行う方法を説明する図で
ある。

【図３】３点曲げ試験における荷重と変位の関係を示す
図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】質量％で、Ｃ：0.18〜0.28％、Si：0.10〜
   0.50％、Mn：0.60〜1.80％、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.03
   ％以下、Ti： 0.020〜0.050 ％およびＢ：0.0005〜0.00
   50％、さらにCr：0.20〜0.50％、Nb： 0.015〜0.050 ％
   およびMo：0.5 ％以下のうちの１種または２種以上を含
   有し、残部がFeおよび不可避的不純物よりなる鋼管を、
   焼入れ後ストレートナーロールで加工することを特徴と
   する、引張強さ1470Ｎ/mm²以上で、かつ降伏比0.8 以上
   の高強度高降伏比機械構造用電縫鋼管の製造方法。
2. 【請求項２】前記の焼入れ後の鋼管をストレートナーロ
   ールで加工する際、このロール間のクラッシュ量を、外
   径の２％以上、10％以下として加工することを特徴とす
   る請求項１に記載の製造方法。