JPH0693339A

JPH0693339A - 高強度高延性電縫鋼管の製造方法

Info

Publication number: JPH0693339A
Application number: JP18377893A
Authority: JP
Inventors: Yasuhide Fujioka; 靖英藤岡; Minoru Nakajima; 稔中島; Fumihiko Kikuchi; 文彦菊池
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-07-27
Filing date: 1993-07-26
Publication date: 1994-04-05
Anticipated expiration: 2013-10-27
Also published as: JP2814882B2

Abstract

(57)【要約】【目的】自動車のドア補強用鋼管等として用いる高強度
高延性機械構造用鋼管を製造する方法を提供する。【構成】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 ％、Ｂ：0.0005〜0.0050％ならびにCr：
0.20〜0.50％、Mo：0.5 ％以下およびNb： 0.015〜0.05
0 ％の１種類以上、あるいはさらにCa：0.0050％以下
(但しCa／Ｓ≧1.0)を含有し、残部がFeと不可避的不純
物からなる鋼で製造された電縫鋼管を 850〜950 ℃でノ
ルマライズ処理を行った後、焼入れを行うことを特徴と
する高強度高延性電縫鋼管の製造方法。焼入れは、管の
端部を除いて実施してもよい。【効果】引張強さが1470N/mm² 以上で、かつ偏平性も良
好な、曲がりが１mm/1ｍ以下の高強度高延性機械構造用
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、特に高強度高延性が必
要とされる鋼管であって、特に自動車の補強用鋼管とし
て、ドアインパクトビーム、スタビライザー等に使用す
るのに好適な機械構造用電縫鋼管の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開昭52−14567 号公報には、Ｃ：0.06
〜0.25％、Mn≦ 1.5％、Si≦ 0.5％、Ｐ≦0.03％、Ｓ≦
0.03％、Ti≦0.03％、Ｂ：0.0003〜0.0025％およびＮ≦
0.0080％に加えて、Ni≦ 1.0％、Cr≦ 1.0％、Mo≦ 0.8
％、Ｖ≦ 0.2％、Nb≦ 0.2％のうちの１種または２種以
上含有する素材鋼板を用いて製造した電縫鋼管に焼入れ
−焼戻し処理を施して、引張強さが 735N/mm²(75kgf/m
m²) 以上の高張力電縫鋼管を製造する方法が示されてい
る。これは焼戻しにより目標の強度を得ようとする方法
である。

【０００３】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％、あるいはさらにNi≦
0.5％、Cr≦0.5 ％、Mo≦ 0.5％のうちの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(T.
S) が1180N/mm²(120kgf/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。これは焼入れのま
まで目標の特性を得ようとする方法である。

【０００４】上記の方法によれば、高強度鋼管の製造は
可能であるが、特に前記ドアインパクトビーム等に必要
とされる引張強さが、1470N/mm²(150kgf/mm²) 以上とい
う高強度と高延性を有し、しかも製品鋼管の曲がりが１
mm/1ｍ(1ｍ当たり１mm) 以下という、自動車メーカーか
ら要求される厳しい仕様を満たすことができる製造方法
ではない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、引張
強さが1470N/mm² 以上の高強度を有し、かつ高延性を兼
ね備え、しかも製品鋼管の曲がりが少ない機械構造用高
強度鋼管を製造する方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記(I) の素
材鋼を使用し、(II)の熱処理プロセスを採用することを
特徴とする機械構造用高強度鋼管の製造方法を要旨とす
る。

【０００７】(I)素材鋼 (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
％を含有し、更に同じく質量％でＣｒ：0.20〜0.50％、
Mo：0.5 ％以下およびNb：0.015〜0.050 ％うちの１種
以上を含有し、残部がFeと不可避的不純物からなる鋼。

【０００８】(2) 上記(1) 記載の成分に加えて、更に同
じく質量％でCa：0.0050％以下を含有し、かつ Ca(%)／
Ｓ(%) が 1.0以上であり、残部がFeと不可避的不純物か
らなる鋼。

【０００９】(II) 熱処理プロセス上記の素材鋼からなる鋼板を用いて電縫鋼管を製造し、
この鋼管に 850〜950℃でノルマライズ処理を施した
後、焼入れを施す。ドアインパクト用鋼管として管両端
部を偏平に加工して用いるものにあっては、ノルマライ
ズ処理を行った後の焼入れ処理に際して、管端部 (およ
そ50〜200mm)の範囲を除いて、焼入れするのが望まし
い。

【００１０】

【作用】本発明は、前記の素材鋼の化学組成の適切な選
択と、熱処理プロセスとの組合せとによって、高強度、
高延性で、しかも曲がりの少ない鋼管を製造するという
目的を達成するのであるが、とりわけ本発明方法の大き
な特徴は、焼入れの前の鋼管にノルマライズ (焼準) 処
理を施すことにある。

【００１１】以下、本発明方法の素材となる鋼の化学組
成および熱処理条件を前記のように定めた理由を説明す
る。

【００１２】（I)素材鋼の化学組成 (％は全て質量％で
ある。) Ｃ：焼入時のマルテンサイト組織の強度はＣ含有量で決
定される。引張強さ1470N/mm² 以上を安定して得るに
は、Ｃ含有量は0.18％以上が必要である。一方、Ｃ含有
量が0.28％を超えると焼割れ等が懸念されるため、Ｃ含
有量の範囲を0.18〜0.28％とした。

【００１３】Si：鋼の脱酸に有効な元素である。その効
果を得るには0.10％以上の含有量が必要である。しか
し、Si含有量が0.50％を超えて多量に存在すると、製管
工程での電気抵抗溶接（ＥＲＷ）の際に溶接部に欠陥が
生じやすいので0.50％以下とした。

【００１４】Mn：鋼の焼入性を向上させるのに有効な元
素である。焼入性確保のため0.60％以上とした。一方、
1.80％を超えると溶接部に欠陥を生じやすいため、その
上限を1.80％とした。

【００１５】Ｂ：焼入性の向上効果が大きい元素であ
る。0.0005％未満ではその効果はなく、一方、0.0050％
を超えると靱性が悪化する。よって、Ｂ含有量の範囲
を、0.0005〜0.0050％とした。

【００１６】Ti：Ｂの焼入性向上効果を有効に作用させ
るため、鋼中のＮを固定する目的でTiを添加するが、
0.020％未満ではその効果が小さく、一方、 0.050％を
超えると溶接部の靱性が悪化する。

【００１７】Ｐ：Ｐは次に述べるＳとともに鋼の不可避
的な不純物である。Ｐが0.03％を超えると偏析のために
焼入れ後の靱性を悪化させる。よって、0.03％を上限と
した。

【００１８】Ｓ：0.03％を超えると非金属介在物 MnSを
生成させ、焼入れ後の靱性劣化と溶接部の欠陥発生の原
因となる。よって、0.03％を上限とした。

【００１９】Cr、MoおよびNb：これらは、いずれも鋼の
靱性向上に寄与する。

【００２０】CrおよびMoは、靱性とともに焼入性をも向
上させるのに有効な元素である。そのためには、Crは0.
20％以上、0.50％以下で、Moは0.50％以下で、それぞれ
含有させれば充分である。いずれも0.50％を超えるとそ
の効果は飽和する上、高価な元素であるためコスト増と
なる。

【００２１】Nbは、結晶粒を細粒化して靱性を向上させ
るのに有効な元素であるが、 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。

【００２２】本発明の方法の対象となる素材鋼には、Ca
を0.0050％以下の範囲で含有させることができる。

【００２３】Ca：Caは特に高強度材では、MnS 介在物の
形態を制御して、母材および溶接部の靱性を向上させる
のに有効な元素である。この効果を得るには、Ca(%) ／
Ｓ(%) を1.0 以上とする必要がある。しかし、Ca含有量
が0.0050％を超えて過剰に存在するとCa系介在物が増加
し、靱性が悪化する。よって、Caを含有させる場合は、
その含有量を0.0050％以下とし、同時にCa(%) ／Ｓ(%)
が1.0 以上という条件を満たすことが必要である。

【００２４】(II) 熱処理条件上記組成の素材鋼の熱延鋼板のコイルを用いてＥＲＷ法
等で製管し、得られた鋼管に 850〜950 ℃でノルマライ
ズ処理を施し、その後焼入れを行う。

【００２５】(1) ノルマライズ処理ノルマライズの温度が 850℃未満では溶接部の組織が不
均一のままとなり、一方、 950℃を超えると溶接部の結
晶粒が粗粒となり、延性低下（後述する偏平性の悪化）
が生ずる。よって、 850〜950 ℃の範囲とした。

【００２６】ノルマライズ処理の効果は、次のとおりで
ある。即ち、電縫鋼管の溶接部の結晶粒は溶接時の高温
加熱により粗粒化している。そのため焼入れの加熱の
際、特に高周波加熱で短時間急速加熱を行ったとき、粗
粒の溶接部と細粒の母材部とで組織の変態差が生じて鋼
管に曲がりが発生する。また、溶接部の残留歪も焼入加
熱時の曲がりを発生させ、焼入時にさらに曲がりを助長
する結果となる上に、溶接部に粗粒化した結晶粒が残存
することに起因する延性低下（偏平性悪化）が発生す
る。

【００２７】上記の理由で、製管後の焼入前に、溶接部
と母材部を均一な硬さと組織とし、溶接部の残留歪を除
去するためのノルマライズ処理を行うことが、高強度お
よび高延性を得るとともに鋼管の曲がりを最小限に抑制
するのに有効な手段となる。

【００２８】(2) 焼入れ焼入条件には特別な制約はないが、加熱には高周波加熱
法を採用し 900〜950℃に加熱し直接水焼入れとするこ
とが望ましい。

【００２９】鋼管を自動車の補強用鋼管としてドアイン
パクトビームに適用する場合は、管の両端部を偏平に加
工して取り付けることがあり、管端部は本体部に較べて
加工性に優れていることが要求される。従って、管の端
部からおよそ50〜200mm の範囲については上記ノルマラ
イズ処理後に焼入処理を施さず、延性を確保するのが望
ましい。このような管の端部を除く焼入れは、高周波加
熱法を採用すれば簡単に実施できる。即ち、高周波誘導
コイルを通過する鋼管の端部がコイルの位置に来たとき
にコイルへの通電を止めればよい。

【００３０】なお、管の両端部まで焼入処理を施すと両
端部の強度が上がって加工性が悪くなり、端部に偏平加
工等が出来ないため、ドアに取りつける際、ブラケット
のような余分の部品が必要になる。

【００３１】上述の素材ならびに熱処理条件の選定によ
りはじめて均一な組織と結晶粒を持ち、高強度、高延性
を有しかつ曲がりの少ない機械構造用電縫鋼管が得られ
る。

【００３２】

【実施例１】表１に示す化学組成の熱延鋼板（コイル）
を用いて、ＥＲＷ製管法で外径31.8mm×肉厚2.0mm ×長
さ10000 mmの電縫鋼管を複数個製造し、その一部を 920
℃でノルマライズ処理した。その後、ノルマライズ処理
した鋼管と製管のまま（AsＥＲＷと表示）の鋼管を、高
周波焼入法を用いて、各種の送り速度で最高加熱温度を
950℃として、焼入れを施した。焼入れの冷却条件は、
加熱直後水焼入れとした。

【００３３】このようにして得られた鋼管について、１
ｍ当たりの曲がりの測定を実施した。これらの結果を図
１に示す。

【００３４】さらにノルマライズ処理の効果をみるため
に、焼入れの際の送り速度を30mm/sとしたものについ
て、AsＥＲＷのものとノルマライズ処理したもので、引
張試験、偏平性および溶接部の結晶粒度を調査比較し
た。

【００３５】偏平性とは、（偏平高さ）／（鋼管の元の
外径）で表わされるもので、本発明では、この偏平性を
鋼管の延性の評価指標とする。ここで、偏平高さとは、
２枚の平板の間で鋼管を圧縮して偏平化させ、鋼管に割
れ、疵が発生した際の２枚の平板間の距離を示すもので
あり、偏平性は、数字が大きくなるほどよくない。これ
らの結果を表２に示す。

【００３６】図１から、ノルマライズ処理したもので
は、焼入れ後の曲がりはいずれの条件でも目標とする１
mm/1ｍ以下であったが、AsＥＲＷ材では焼入時の送り速
度が増すにつれて曲がりが大きくなっており、焼入れ後
の曲がりを１mm/1ｍ以下とするには、低い送り速度、す
なわち低能率側で焼入する必要があることがわかる。

【００３７】表２から、引張特性はノルマライズ材とAs
ＥＲＷ材で大差はないが、ノルマライズ材では焼入れ後
の溶接部も細粒の組織であり、偏平性も良好である。一
方、AsＥＲＷ材では、溶接部に粗い結晶粒の組織が残
り、溶接部の偏平性（延性）が悪いことも明らかであ
る。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】表３に示す化学組成の厚さ2.0mm の素材鋼
板から製造した外径31.8mm×肉厚 2.0mm×長さ10000 mm
の電縫鋼管（素管）を、表４に示す各種温度でノルマラ
イズ処理した後、前記と同様の条件で高周波焼入れを行
い、引張特性、偏平性および曲がりを調査した。これら
の結果を表４に併せて示す。

【００４１】本発明例の鋼種１〜13では、いずれも引張
強さが1470N/mm²(150kgf/mm²) 以上で、かつ偏平性も良
好である。鋼管の曲がりについては、１mm/1ｍ以下の良
好なものが得られている。比較例のように、化学組成や
ノルマライズ処理条件が本発明で定める範囲を外れるも
の、あるいは素管のノルマライズ処理を省略したもので
は、本発明例に比べ、偏平性（延性）も悪く、かつ曲が
りも大きい。

【００４２】

【表３】

【００４３】

【表４】

【００４４】

【実施例２】次に本発明方法により自動車用ドアインパ
クトビームに適用する両端偏平加工を施す電縫鋼管を製
造する例について述べる。

【００４５】実施例１と同様に、表１に示す化学組成の
熱延鋼板（コイル）を用いて、外径31.8mm×厚さ2.0mm
×長さ 10000mmの電縫鋼管を複数個製造し、これに920
℃でノルマライズ処理を施した。その後、鋼管を長さ１
ｍに切断し、全長にわたって高周波焼入を施したものと
両端部100mm を残して高周波焼入を施したものに分け
た。

【００４６】このようにして得られた鋼管について引張
試験および管端部の偏平性を調査した。これらの結果を
表５に示す。表５の結果から、両端を高周波焼入しなか
った管の両端部の偏平性は、0.15と非常に低いので、管
端部を偏平に加工することが容易であることがわかる。

【００４７】さらに前記表３に示す化学組成の素材鋼板
から実施例１の鋼管と同じサイズの電縫鋼管（素管）を
製造し、表６に示す各種温度でノルマライズ処理した
後、両端部100mm を残して高周波焼入を施した。得られ
た鋼管の中央部から引張試験片を採取して引張特性を調
査し、別途、管中央部の偏平性および管端部の偏平性を
調査した。これらの結果を表６に併せて示す。

【００４８】本発明例の鋼種１〜13では、いずれも引張
強さが1470N/mm²(150kgf/mm²) 以上が得られている。し
かも、管端部の偏平性も良好なのでその部分を偏平に加
工することができ、これをドアインパクトビームとして
ドアに取りつける際にブラケットを用いる必要がない。

【００４９】

【表５】

【００５０】

【表６】

【００５１】

【発明の効果】本発明の方法によれば、引張強さが 147
0N/mm²以上で、かつ延性に富み偏平性も良好な高強度高
延性機械構造用電縫鋼管を製造することができる。ま
た、本発明方法で製造した鋼管は曲がりが１mm/1ｍ以下
で、自動車メーカーの高度の品質要求にも応え得るもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】高周波焼入れ時の鋼管の送り速度と焼入れ後の
鋼管の曲がりとの関係を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【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％を含有し、さらにCr：0.20〜0.50％、Mo：0.5 ％以
下およびNb： 0.015〜0.050％のうちの１種以上を含有
し、残部がFeと不可避的不純物からなる鋼を素材として
製造された電縫鋼管に 850〜950 ℃でノルマライズ処理
を施した後、焼入れを施すことを特徴とする高強度高延
性電縫鋼管の製造方法。
【請求項２】素材鋼が、請求項１に記載した成分に加え
て、さらに質量％で、Ca：0.0050％以下を含有し、かつ
Ca(%) ／Ｓ(%) が 1.0以上である請求項１の高強度高
延性電縫鋼管の製造方法。
【請求項３】ノルマライズ処理を行った後の焼入れを、
鋼管の両端部を除いて行うことを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の高強度高延性電縫鋼管の製造方法。