JPS6149364B2 - - Google Patents

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JPS6149364B2
JPS6149364B2 JP9773783A JP9773783A JPS6149364B2 JP S6149364 B2 JPS6149364 B2 JP S6149364B2 JP 9773783 A JP9773783 A JP 9773783A JP 9773783 A JP9773783 A JP 9773783A JP S6149364 B2 JPS6149364 B2 JP S6149364B2
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JP
Japan
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steel pipe
drive shaft
temperature
manufacturing
weight
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JP9773783A
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JPS59222529A (ja
Inventor
Makoto Nishino
Hirohisa Ichihara
Hiroshi Nokata
Toshiho Yamada
Toshio Iwasaki
Takaaki Ishii
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING 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
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/08Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は管端部を縮径加工して、自動車のドラ
イブシヤフトなどの駆動軸を製造する方法に関す
るものである。 最近、自動車部品の軽量化がすすめられてい
る。その方策の一つとして、従来棒鋼からなる部
品の中空化、即ち鋼管化が進められている。それ
らの部材の一つとしてドライブシヤフトなどの駆
動軸を鋼管で製造する場合、電縫鋼管を用いコス
トダウンと軽量化をねらうと同時に、保安部品で
あることから溶接部・接合部を出来る限り少なく
した加工方法が求められている。 従来、中空化ドライブシヤフトとしては、第1
図に示すような鍛造部品1を電縫鋼管2に圧接す
る方法が主としてとられてきたが、電縫鋼管2の
シーム溶接部3と圧接部4との交点5から疲労亀
裂が発生する可能性があり、改善を求められてき
た。そこで、第2図に示すように、鋼管2の両端
部6を絞り加工して、鋼管の一体成形として用い
ることが望まれていた。 一体成形による駆動軸の素材として、継目無鋼
管(以下SML管という)を用いる場合、SML管
は表面性状が悪いので、冷間で芯引き加工して用
いる為に製造コストが高くなる。その他肉厚変動
が大きく、また表面脱炭の可能性が高いという欠
点もあり、さらに冷間加工度が不足すると、管内
面性状が悪く、縮径加工時に管内表面から亀裂が
発生し、駆動軸の疲労寿命が低下することがあ
る。 本発明はかかる実状に鑑み、疲労性能の優れた
駆動軸用電縫鋼管を安価に提供することを可能と
したものである。即ち本発明は、 (1) 電縫鋼管の管端部を縮径加工して駆動軸を製
造するに際し、成分組成が重量%でC;0.10〜
0.65%,Si;0.05〜0.60%,Mn;0.25〜2.0%を
基本成分とし、残部実質的にFeよりなる鋼を
用いて通常の工程により電縫鋼管としたのち、
管端部をA3変態点以下での縮径加工する前
に、熱処理温度TN±10℃で焼準処理すること
を特徴とする電縫鋼管を用いた駆動軸の製造方
法。 但し、TN:948−223.7C+438.5P+30.49Si−
34.43Mn+37.92V−23Ni+2(100C−54+
6Ni)−8.2Cr+3.5Mo(各元素量は重量%、
式中( )内が負の時はこれを無視する) (2) 電縫鋼管の管端部を縮径加工して駆動軸を製
造するに際し、成分組成が重量%でC;0.10〜
0.65%,Si;0.05〜0.60%,Mn;0.25〜2.0%を
基本成分とし、且つPを0.020%以下、Sを
0.008%以下に夫々制限し、Ca;0.0010〜0.005
およびREM;0.0010〜0.030%の一方又は両方
を含有し、残部実質的にFeよりなる鋼を用い
て、通常の工程により電縫鋼管としたのち、管
端部をA3変態点以下で縮径加工する前に熱処
理温度TN±10℃で焼準処理することを特徴と
する電縫鋼管を用いた駆動軸の製造方法。 但し、TN:948−223.7C+438.5P+30.9Si−
34.43Mn+37.92V−23Ni+2(100C−54+
6Ni)−8.2Cr+3.5Mo(各元素量は重量%、
式中( )内が負の時はこれを無視する) (3) 電縫鋼管の管端部を縮径加工して駆動軸を製
造するに際し、成分組成が重量%でC;0.10〜
0.65%,Si;0.05〜0.60%,Mn;0.25〜2.0%を
基本成分とし、且つPを0.02%以下、Sを
0.008%以下に夫々制限し、さらにCa;0.0010
〜0.005%およびREM0.0010〜0.030%の一方又
は両方を含有し、さらにCr;0.1〜1.5%,
Mo;0.15〜0.5%,Ni;4.5%以下,V;0.1%
以下の1種又は2種以上を含有し、残部実質的
にFeよりなる鋼を用いて通常の工程により電
縫鋼管としたのち、管端部をA3変態点以下で
縮径加工する前に熱処理温度TN±10℃で焼準
処理することを特徴とする、電縫鋼管を用いた
駆動軸の製造方法 但し、TN:948−223.7C−438.5P+30.49Si−
34.43Mn+37.92V−23Ni+2(100C−54+
6Ni)−8.2Cr+3.5Mo(各元素量は重量%、
式中( )内が負の時はこれを無視する) である。 以下本発明を詳細に説明する。 先ず、本発明方法に用いられる鋼の基本成分に
ついて述べる。 Cは、0.1%未満では所要する強度確保が難し
く、0.65%を超えると造管性に難点を生じ、更に
冷間加工時の延性及び靭性が低下することから
0.1〜0.65%とした。 Siは、キルド鋼として最低限必要な量が0.05%
であり、0.60%を超えると縮径加工時の延・靭性
に悪影響を与え、且つ熱延スケール生成による表
面疵発生という点から0.05〜0.60%とした。 Mnは、強度面から0.25%以上は必要であり、
2.0%を超えると縮径加工時の延・靭性が劣化す
る。 以上は本発明において用いられる鋼の基本成分
であるが、この他Pを0.020%以下、Sを0.008%
以下に夫々制限することによつて、より延・靭性
に優れた性能を期待することができる。 即ち、Pは鋼板中の成分偏析の原因となるた
め、これを0.020%以下に制限する。又非金属介
存物の量を低減させるため、Sを0.008%以下に
する。 また、本発明においては、Sと優先的に結合し
て、球状化させることによつて縮径加工時の加工
性を向上できるCa;0.0010〜0.005%,REM;
0.0010〜0.030%の一方又は両方を含有すること
ができる。これら双方の下限値は、これ未満では
O2と結合して、その効果が十分に発揮されな
い。又上限値は、これを超えるとSと結合する以
外に余剰の介在物となるために避けるべきであ
る。 さらに本発明においては、主として強度または
さらに靭性向上の目的で、次に示すような合金成
分を単独で又は複合で添加することも出来る。 即ちCrは0.1〜1.5%の範囲で添加することがで
きる。0.1%未満では強度および焼入性の向上に
効果が少なく、1.5%を超えると靭性が低下す
る。又、Moは高温における結晶粒の粗大化を防
ぎ、延・靭性を確保するために0.15〜0.5%の範
囲で添加することができる。0.15%未満では粒界
へのP等の拡散・析出を抑えることが出来ず、又
0.5%を超すと高価となり、かつ余剰のMoによつ
て靭性が低下する恐れがある。更にNi,Vは
延・靭性向上の目的で、それぞれ4.5%以下、0.1
%以下の範囲で添加できる。これを超えるNiの
添加は高価になり、またこれを超えるVの添加は
鋼中のCと結合して析出し、靭性を劣化させる。 さて本発明では、上記の成分を有する鋼を用い
て、通常の工程により電縫鋼管を製造する。ここ
でいう通常の工程とは、帯板を管状に成形し、高
周波電流により管の両エツヂ部を加熱・溶融し、
スクイズロールにより加圧圧接して製管する方法
を言う。次いで第2図に示すような縮径加工を行
うものであるが、この加工をA3変態点以下の温
度で行うとき、この縮径加工を均一変形させるた
めに、電縫溶接部と他の部分を均質にするための
焼準処理を縮径加工前に行う必要がある。 駆動軸などに用いられる電縫鋼管の焼準温度
は、その成分組成によつて決定されるA3変態点
以上の温度、 A3変態点温度+(30〜80℃) の温度範囲で行われる。ところがこの温度範囲で
焼準処理した電縫鋼管を用いて第2図に示す如き
縮径加工を行うと、電縫溶接部が不均一変形し、
管内表面に疵や介在物などがある場合、該不均一
変形によつて疵や介在物を起点として、亀裂が発
生し、駆動軸として用いる場合に捩り荷重に対す
る強度を著しく低下させる恐れがある。 本発明者らの研究によれば電縫溶接部における
上記不均一変形は、縮径加工前の焼準処理が電縫
溶接による熱影響部(以下HAZ部という)にお
ける結晶粒を粗大化させることに起因することが
判つた。 本発明者らはHAZ部における結晶粒の粗大化
を防止するために、C;0.40%,Si;0.20%,
Mn;0.80%を基本成分とする電縫鋼管を、光輝
熱処理炉で焼準時間を3分として焼準温度を変化
させ、ロータリースウエージヤーとダイスへの据
え込みによる二種の縮径加工実験を行つたとこ
ろ、上記の A3変態点温度+(30〜80℃) の温度範囲内において、焼準温度がやや高目に偏
ると、HAZ部の結晶粒の粗大化を生じ、縮径加
工時に不均一変形が生じることが判つた。一方、
焼準温度が同範囲内でやや低目に偏つてもやは
り、結晶粒の大きさが不均一になり、同様に縮径
加工性に悪影響を与える。しかしながらこの場合
は前述の焼準温度がやや高目の場合にHAZ部に
顕著に発生する粗大粒に比較して縮径加工に与え
る影響は少ないということが判つた。そこで駆動
軸などに用いられる電縫鋼管は、通常の鋼材の場
合よりも、その焼準温度をやや低目で、しかも狭
い温度範囲内で管理する必要があるという結論と
なり、結局均一組織が得られ、均一縮径加工が可
能な焼準温度範囲は、A3変態点温度から30〜50
℃高い範囲つまりA3変態点温度+40℃±10℃で
あるということが判つた。 更に光輝熱処理炉における焼準時間を2〜10分
の間で変化させて検討した結果、焼準時間の増加
に伴つて焼準温度範囲は低温側に移行するもの
の、この時間依存の程度は小さく、焼準能率のう
えから焼準温度を管理することの方が好ましい事
が明らかになつた。焼準温度と時間の関係を第3
図に示す。HAZ部における結晶粒の粗大化には
焼準温度が関係し、同図A,B,C,D点で囲ま
れる範囲が均一粒が得られ、従つて縮径加工時に
均一変形を得ることが出来る。 一方、鋼の各成分を重量%で表わすと、A3
態点温度はアボツトの式にCr,Moの影響を考慮
した次の関係式で求められる。 908−223.7C+438.5P+30.49Si−34.43Mn+
37.92V−23Ni+2(100C−54+6Ni)−8.2Cr+
3.5Mo(但し、( )内が負の時はこれを無視
する) 然るに上記の知見によれば、適正な焼準温度範
囲は A3変態点温度+40℃±10℃ であるので(A3変態点温度+40℃)をTNとおく
と焼準温度範囲はTN±10℃ということになる。
この場合TN=A3変態点温度+40℃であるから従
つて TN=948−223.7C+438.5P+30.49Si−34.43Mn
+37.92V−23Ni+2(100C−54+6Ni)−
8.2Cr+3.5Mo(但し、( )内が負の時は、
これを無視する) で表わされる。 以下実施例により本発明の効果を更に具体的に
示す。 実施例 第1表は本発明法と従来法において炭素鋼電縫
鋼管の化学成分と焼準温度条件の相違による、
HAZ部の結晶粒の状況と縮径加工(ダイスへの
据込み)時の状況、および捩り疲労強度の関係を
示したものである。焼準条件は光輝熱処理部で3
分間行つたものである。No.1〜4は特許請求の範
囲の1に、5〜12は特許請求の範囲の2に、13〜
24は同じく3に属する鋼材及び比較材である。区
分欄で温度Yは本発明の温度範囲内で焼準したも
の、Nはこれを外れる範囲内で焼準したものであ
る。成分Yは特許請求の範囲内の成分、Nはこれ
を外れる成分の鋼種である。 第1表に示す様に、理論温度TN±10℃の範囲
内で焼準した鋼管のHAZ部には粗大粒は見られ
ず、縮径加工時にも極端な凹部を生じないという
点で、加工性は良好であつた。これに対して、T
N±10℃を外れる範囲で焼準した鋼管のHAZ部に
は光学顕微鏡で異常組織が観祭され、これに基づ
いて縮径加工時にHAZ部に凹部を生じている。
鋼に鋼材成分のうち特にS等の不純物を請求範囲
以上に含むものについては、焼準温度が適切で縮
径加工時の形状が良好であつても、捩り疲労強度
に劣つていることが判る。
【表】
【表】 以上本発明によれば、電縫鋼管の焼準時に特有
のHAZ部の結晶粒粗大化という熱処理上の間題
が解決できるため、表面性状の良い電縫鋼管を
SMLに比べて安価に供給することが出来、さら
に駆動軸として管端部の縮径加工を行うとき、均
一変形の実現が可能で、不均一変形に基づく亀裂
の発生を抑えることが出来るため、強度に優れた
駆動軸の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のドライブシヤフトを示す図、第
2図は一体成形によるドライブシヤフトを示す
図、第3図は駆動軸用電縫鋼管の適正焼準条件を
示す図である。 1……鍛造品、2……電縫鋼管、3……シーム
溶接部、4……圧接部、5……シーム溶接部の圧
接部の交点、0………管端縮径加工部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 電縫鋼管の管端部を縮径加工して駆動軸を製
    造するに際し、成分組成が重量%でC;0.10〜
    0.65%,Si;0.05〜0.60%,Mn;0.25〜2.0%を基
    本成分とし、残部実質的にFeよりなる鋼を用い
    て通常の工程により電縫鋼管としたのち、管端部
    をA3変態点以下で縮径加工する前に、熱処理温
    度TN±10℃で焼準処理することを特徴とする電
    縫鋼管を用いた駆動軸の製造方法。 但し、TN:948―223.7C+438.5P+30.49Si―
    34.43Mn+37.92V−23Ni+2(100C−54+
    6Ni)−8.2Cr+3.5Mo(各元素量は量重%,
    式中( )内が負の時はこれを無視する) 2 電縫鋼管の管端部を縮径加工して駆動軸を製
    造するに際し、成分組成が重量%でC;0.10〜
    0.65%,Si;0.05〜0.60%,Mn;0.25〜2.0%を基
    本成分とし、且つPを0.020%以下、Sを0.008%
    以下に夫々制限し、Ca;0.0010〜0.005%および
    REM;0.0010〜0.030%の一方又は両方を含有
    し、残部実質的にFeよりなる鋼を用いて通常の
    工程により電縫鋼管としたのち、管端部をA3
    態点以下で縮径加工する前に、熱処理温度TN±
    10℃で焼準処理することを特徴とする電縫鋼管を
    用いた駆動軸の製造方法。 但し、TN:948−223.7C+438.5P+30.49Si−
    34.43Mn+37.92V−23Ni+2(100C−54+
    6Ni)−8.2Cr+3.5Mo(各元素量は重量%,
    式中( )内が負の時はこれを無視する) 3 電縫鋼管の管端部を縮径加工して駆動軸を製
    造するに際し、成分組成が重量%でC;0.10〜
    0.65%,Si;0.05〜0.60%,Mn;0.25〜2.0%を基
    本成分とし、且つPを0.020%以下、Sを0.008%
    以下に夫々製限し、Ca;0.0010〜0.005%および
    REM;0.0010〜0.030%の一方又は両方を含有
    し、さらにCr;0.1〜1.5%,Mo;0.15〜0.5%,
    Ni;4.5%以下、V;0.1%以下の1種又は2種以
    上を含有し、残部実質的にFeよりなる鋼を用い
    て通常の工程により電縫鋼管としたのち、管端部
    をA3変態点以下で縮径加工する前に、熱処理温
    度TN±10℃で焼準処理することを特徴とする電
    縫鋼管を用いた駆動軸の製造方法。 但し、TN:948−223.7C+438.5P+30.49Si−
    34.43Mn+37.92V−23Ni+2(100C−54+
    6Ni)−8.2Cr+3.5Mo(各元素量は重量%,
    式中( )内が負の時はこれを無視する)
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JP4486516B2 (ja) * 2004-05-21 2010-06-23 新日本製鐵株式会社 冷間加工性と焼き入れ性に優れた電縫鋼管とその製造方法

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