JPWO2020230795A1 - 中空スタビライザー用電縫鋼管 - Google Patents

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Abstract

大気中で熱処理を行った場合であってもフェライト脱炭層だけでなく全脱炭層の生成を抑制することができ、優れた疲労特性を有する中空スタビライザーを得ることができる、中空スタビライザー用電縫鋼管を提供する。前記中空スタビライザー用電縫鋼管は、所定の成分組成を有し、内表面および外表面における全脱炭層深さが１００μｍ以下である。

Description

本発明は、中空スタビライザー用電縫鋼管（electric-resistance-welded steel pipe or tube for hollow stabilizer）に関し、とくに、中空スタビライザー製造工程において大気中で熱処理を行った場合であってもフェライト脱炭層だけでなく全脱炭層の生成を抑制することができ、優れた疲労特性を有する中空スタビライザーを得ることができる、中空スタビライザー用電縫鋼管に関する。
一般的な自動車には、コーナリング時における車体のローリング抑制や、高速走行時の走行安定性向上を目的として、スタビライザーが装着されている。前記スタビライザーとしては、従来、棒鋼を用いた中実スタビライザーが使用されていたが、近年では軽量化のために、鋼管を用いた中空スタビライザーが一般的に採用されている。
中空スタビライザーは、通常、素材としての鋼管を冷間で所望の形状に成形したのち、焼入れ焼戻などの調質処理を施すことにより製造される。前記鋼管としては、継目無鋼管や電縫溶接鋼管（以下、電縫鋼管という）などが使用されるが、中でも電縫鋼管は、比較的安価で、かつ寸法精度に優れることから、広く用いられている。
このような中空スタビライザー用の素材として使用される電縫鋼管（中空スタビライザー用電縫鋼管）には、スタビライザーに成形し、焼入れ焼戻しなどの熱処理を施した後の疲労特性に優れることが求められる。そこで、熱処理後の表面性状が疲労特性に与える影響について、様々な検討が行われている。
特に表面脱炭は、表面性状の中でも重要な因子であると考えられる。焼入れの加熱段階で表面脱炭が生じると、焼入れを行っても表面硬度を向上させることができず、その結果、十分な疲労特性を得ることができない。
表面脱炭と疲労特性の関係に着目した技術としては、例えば、次の特許文献１および２が挙げられる。
特許文献１では、管内面側における脱炭層の厚さが１２０μｍ以下に抑制された中空スタビライザー用電縫鋼管の製造方法が提案されている。
また、特許文献２では、ＣｕとＳｂの少なくとも一方を添加することにより、焼入れ時におけるフェライト脱炭層の形成を抑制した電縫鋼管が提案されている。具体的には、大気中、８００℃で１時間加熱した際に形成されるフェライト脱炭層の厚さを、０．１５ｍｍ未満に抑制している。
国際公開第２０１８／０７９３９８号 特開２００７−０５６２８３号公報
上述したように、特許文献１で提案されている中空スタビライザー用電縫鋼管では、管内面側における脱炭層の厚さが１２０μｍ以下に抑制されている。しかし、特許文献１で着目している脱炭層の厚さは、焼入れ前の鋼管における値であって、焼入れ後の値ではない。最終的な製品であるスタビライザーの疲労特性をさらに向上させるためには、焼入れ後における脱炭層厚さを低減することが必要であると考えられるが、焼入れ後における脱炭層の厚さは焼入れ条件の影響を受けるため、特許文献１で提案されているような中空スタビライザー用電縫鋼管では、必ずしも焼入れ時の表面脱炭を十分に抑制できるとはいえない。
焼入れ条件のうち、焼入れ後における脱炭層の厚さに特に大きく影響するものとして、焼入れ時の雰囲気が挙げられる。一般的に、焼入れ時の加熱は生産性などを考慮して大気中で行われる。例えば、加熱時間が短く生産性に優れる加熱方法として、通電加熱が利用されている。通電加熱では、スタビライザーの両端を電極ではさみ、前記電極間に電気を流すことで、大気中にて加熱が行われる。しかし、このように大気中で加熱を行うことにより表面脱炭が発生する。
これに対して、焼入れの際における表面脱炭を抑制するために、例えば、光輝熱処理炉（無酸化熱処理炉）を使用して、酸素を含有しない雰囲気中で加熱を行うことが考えられる。しかし、この方法では、雰囲気を制御する必要があることから、設備コストが高く、また、生産性にも劣っている。
したがって、さらなる疲労特性向上のためには、大気中で加熱を行った場合でも、焼入れ後における脱炭層厚さを低減することできる技術が求められる。
一方、特許文献２で提案されている技術では、焼入れ後における脱炭層の厚さに着目しているものの、フェライト脱炭層の厚さ（フェライト脱炭層深さ）しか考慮されていない。しかし、焼入れ後の表層硬さは、フェライト脱炭層深さだけではなく全脱炭層の厚さ（全脱炭層深さ）の影響を受ける。特に、大気中で加熱を行う場合には、全脱炭層深さが増大し、その結果、スタビライザーとして必要な疲労特性が得られない。
本発明は、上記課題を解決することを目的としたものであり、スタビライザー製造工程において大気中で熱処理を行った場合であってもフェライト脱炭層だけでなく全脱炭層の生成を抑制することができ、優れた疲労特性を有する中空スタビライザーを得ることができる、中空スタビライザー用電縫鋼管を提供することを目的とする。
発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意検討を行った結果、下記（１）〜（４）の知見を得た。
（１）鋼材が加熱される際の表面脱炭反応は、鋼中の炭素原子が表面に向かって外方拡散し、酸素と反応することで進行する。この炭素の外方拡散を抑制するには、鉄の格子定数を増加させることが有効である。
（２）鉄の格子定数を増加させるために最も有効な元素はＳｂ、Ｓｎであり、Ｃｕは格子定数の増加に対しては有効ではない。特許文献２では、脱炭抑制のためにＣｕを添加することが提案されているが、これは、特許文献２においてはフェライト脱炭のみに着目しており、全脱炭の抑制が考慮されていないためと考えられる。
（３）特許文献２では、脱炭抑制のためにＳｂを添加することも提案されている。上述したようにＳｂは鉄の格子定数を増加させる効果を有しているが、Ｓｂは、加熱時に液状化してオーステナイト粒界に侵食するため、焼入れ焼き戻し後のスタビライザーの靭性を低下させる。そのため、Ｓｂの添加は必要最小限にとどめる必要がある。
（４）図１は、Ｓｎ含有量と焼入れ後の全脱炭層深さとの相間の一例を示すグラフである。具体的には、様々なＳｎ含有量の熱延鋼板（板厚：４ｍｍ）を大気中、９００℃で１０分間保持した後、冷却速度約２０℃／ｓで冷却した。その後、表面の全脱炭層深さを測定した。なお、前記熱延鋼板のＳｎ以外の成分組成は、以下の通り一定とした。
Ｃ ：０．３５％、
Ｓｉ：０．２０％、
Ｍｎ：１．２２％、
Ｐ ：０．０１８％、
Ｓ ：０．００１５％、
Ａｌ：０．０３５％、
Ｃｒ：０．１５％、
Ｔｉ：０．０３５％、
Ｂ ：０．００２０％、
Ｃａ：０．００１５％、
Ｎ ：０．００２２％、および
残部Ｆｅおよび不可避不純物。
図１に示した結果から分かるように、Ｓｎ含有量が０．０１０質量％以上であれば、全脱炭層深さを１５０μｍ以下に抑制することができる。ただし、Ｓｎ含有量が０．０５質量％を超えるとその効果は飽和する。
本発明は、上記知見に立脚するものであり、その要旨構成は次のとおりである。
１．質量％で、
Ｃ ：０．２０〜０．４０％、
Ｓｉ：０．１〜１．０％、
Ｍｎ：０．１〜２．０％、
Ｐ ：０．１％以下、
Ｓ ：０．０１％以下、
Ａｌ：０．０１〜０．１０％、
Ｃｒ：０．０１〜０．５０％、
Ｔｉ：０．０１０〜０．０５０％、
Ｂ ：０．０００５〜０．００５０％、
Ｃａ：０．０００１〜０．００５０％、
Ｎ ：０．００５０％以下、および
Ｓｎ：０．０１０〜０．０５０％、を含み、
残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
内表面および外表面における全脱炭層深さが１００μｍ以下である、中空スタビライザー用電縫鋼管。
２．前記成分組成が、さらに、質量％で、
Ｓｂ：０．０２０％以下を含む、上記１に記載の中空スタビライザー用電縫鋼管。
３．前記成分組成が、さらに、質量％で、
Ｃｕ：１．０％以下、
Ｎｉ：１．０％以下、
Ｎｂ：０．０５％以下、
Ｗ ：０．５％以下、
Ｖ ：０．５％以下、
Ｍｏ：０．２％以下、および
ＲＥＭ：０．０２％以下、からなる群より選択される１または２以上を含む、上記１または２に記載の中空スタビライザー用電縫鋼管。
本発明によれば、中空スタビライザー製造工程において大気中で熱処理を行った場合であってもフェライト脱炭層だけでなく全脱炭層の生成を抑制することができる。そのため、本発明の電縫鋼管を素材として使用することにより、優れた疲労特性を有する中空スタビライザーを製造することができる。また、本発明によれば、高コストな非酸化雰囲気下での熱処理だけでなく、低コストで生産性に優れる大気中での熱処理においても表面脱炭を抑制することができる。したがって、本発明の中空スタビライザー用電縫鋼管は、中空スタビライザーを製造するための素材として極めて好適に用いることができる。
図１は、Ｓｎ含有量と焼入れ後の全脱炭層深さとの相間を示すグラフである。
以下、本発明の実施形態について説明する。
［成分組成］
本発明の中空スタビライザー用電縫鋼管（以下、単に電縫鋼管という場合がある）は、上述した成分組成を有する。以下、各成分の含有量の限定理由について説明する。なお、特に断らない限り、「％」は「質量％」を指すものとする。
Ｃ：０．２０〜０．４０％
Ｃは、焼入れ性の向上を介して、マルテンサイトの生成を促進するとともに、固溶して鋼の強度（硬さ）を増加させる作用を有する元素である。中空スタビライザーに求められる強度（硬さ）を確保するためには、０．２０％以上の含有を必要とする。そのため、Ｃ含有量は０．２０％以上、好ましくは０．２１％以上とする。一方、Ｃ含有量が０．４０％を超えると、焼割れの危険性が高くなることに加え、焼入れ後の靭性が低下する。そのため、Ｃ含有量は０．４０％以下、好ましくは０．３９％以下、より好ましくは０．３８％以下とする。
Ｓｉ：０．１〜１．０％
Ｓｉは、脱酸剤として作用するとともに、固溶強化元素としても作用する元素である。前記効果を得るためには０．１％以上の含有を必要とする。そのため、Ｓｉ含有量は０．１％以上、好ましくは０．２％以上とする。一方、１．０％を超えて含有すると、電縫溶接性が低下する。そのため、Ｓｉ含有量は１．０％以下、好ましくは０．８％以下、より好ましくは０．５％以下、さらに好ましくは０．４１％以下とする。
Ｍｎ：０．１〜２．０％
Ｍｎは、固溶して鋼の強度向上に寄与するとともに、鋼の焼入れ性を向上させる元素である。中空スタビライザーに求められる強度（硬さ）を確保するためには、０．１％以上の含有を必要とする。そのため、Ｍｎ含有量は０．１％以上、好ましくは０．５％以上とする。一方、２．０％を超えて含有すると、靭性が低下することに加え、焼割れの危険が増大する。そのため、Ｍｎ含有量は２．０％以下、好ましくは１．８％以下、より好ましくは１．７％以下とする。
Ｐ：０．１％以下
Ｐは、不純物として鋼中に含まれる元素であり、粒界等に偏析し、溶接割れ性および靭性を低下させる。そのため、中空スタビライザーとして用いるためにはＰ含有量を０．１％以下に低減する必要がある。そのため、Ｐ含有量は０．１％以下、好ましくは０．０５％以下、より好ましくは０．０２％以下とする。一方、溶接割れ性および靭性の観点からは、Ｐ含有量は低ければ低いほど良いため、Ｐ含有量の下限は限定されず、０であってよい。しかし、過度のＰ含有量の低減は製造コストの増加を招く。そのため、コスト低減という観点からは、Ｐ含有量を０．００１％以上とすることが好ましく、０．００５％以上とすることがより好ましく、０．００８％以上とすることがさらに好ましい。
Ｓ：０．０１％以下
Ｓは、鋼中では硫化物系介在物として存在し、熱間加工性、靭性、耐疲労特性を低下させる元素である。中空スタビライザーとして用いるためにはＳ含有量を０．０１％以下に低減する必要がある。そのため、Ｓ含有量は０．０１％以下、好ましくは０．００５％以下、より好ましくは０．００３％以下とする。一方、熱間加工性、靭性、および耐疲労特性の観点からは、Ｓ含有量は低ければ低いほど良いため、Ｓ含有量の下限は限定されず、０であってよい。しかし、過度のＳ含有量の低減は製造コストの増加を招く。そのため、コスト低減という観点からは、Ｓ含有量を０．０００１％以上とすることが好ましく、０．０００５％以上とすることがより好ましく、０．００１％以上とすることがさらに好ましい。
Ａｌ：０．０１〜０．１０％
Ａｌは、脱酸剤として作用するとともに、Ｎと結合し、焼入れ性向上に有効な固溶Ｂ量を確保する効果を有する元素である。また、Ａｌは、ＡｌＮとして析出し、焼入れ加熱時のオーステナイト粒の粗大化を防止する作用を有する。前記効果を得るためには、０．０１％以上の含有を必要とする。そのため、Ａｌ含有量は０．０１％以上とする。一方、０．１０％を超えて多量に含有すると、酸化物系介在物量が増加し、疲労寿命が低下する。そのため、Ａｌ含有量は０．１０％以下、好ましくは０．０７％以下、より好ましくは０．０５％以下とする。
Ｃｒ：０．０１〜０．５０％、
Ｃｒは焼入れ性を向上させる効果を有する元素である。前記効果を得るために、Ｃｒ含有量を０．０１％以上、好ましくは０．０５％以上とする。一方、Ｃｒ含有量が０．５０％を超えると、酸化物が形成されやすくなり、電縫溶接部にＣｒ酸化物が残存して電縫溶接品質が低下する。そのため、Ｃｒ含有量は０．５０％以下、好ましくは０．４０％以下、より好ましくは０．３０％以下とする。
Ｔｉ：０．０１０〜０．０５０％
Ｔｉは、鋼中のＮをＴｉＮとして固定する作用を有する元素である。しかし、Ｔｉ含有量が０．０１０％未満では前記作用が十分に発揮されない。そのため、Ｔｉ含有量は０．０１０％以上とする。一方、Ｔｉ含有量が０．０５０％を超えると鋼の加工性および靭性が低下する。そのため、Ｔｉ含有量は０．０５０％以下、好ましくは０．０４０％以下とする。
Ｂ：０．０００５〜０．００５０％
Ｂは、微量の添加で鋼の焼入れ性を向上させることができる元素である。また、Ｂは、粒界を強化する作用を有し、Ｐ偏析による粒界脆化を抑制する。前記効果を得るためには、０．０００５％以上の含有を必要とする。そのため、Ｂ含有量は０．０００５％以上、好ましくは０．００１０％以上とする。一方、０．００５０％を超えて含有しても、効果が飽和し経済的に不利となる。そのため、Ｂ含有量は０．００５０％以下、好ましくは０．００３０％以下とする。
Ｃａ：０．０００１〜０．００５０％
Ｃａは、硫化物系介在物の形態を微細な略球形の介在物に制御する作用を有する元素である。Ｃａを添加することにより、腐食ピットの起点となる粒径：１０μｍ以上の粗大なＭｎＳ粒子および粒径：１０μｍ以上の粗大なＴｉＳ粒子の数を低減することができる。前記効果を得るために、Ｃａ含有量を０．０００１％以上とする。一方、０．００５０％を超えて多量に含有すると、粗大なＣａＳ系のクラスターが多くなりすぎ、かえって疲労き裂の起点となり、耐腐食疲労特性が低下する。そのため、Ｃａ含有量は０．００５０％以下、好ましくは０．００３０％以下、より好ましくは０．００１５％以下とする。
Ｎ：０．００５０％以下
Ｎは、不純物として不可避的に含有される元素であり、鋼中の窒化物形成元素と結合することによって結晶粒の粗大化の抑制、さらには焼戻後の強度増加に寄与する。しかし、０．００５０％を超える含有は、溶接部の靭性を低下させる。そのため、Ｎ含有量は０．００５０％以下、好ましくは０．００４０％以下とする。一方、Ｎ含有量の下限は限定されず、０であってよいが、ある程度の量のＮを添加することにより前記効果を得ることもできる。また、過度のＮ含有量の低減は製造コストの増加を招く。そのため、これらの観点からは、Ｎ含有量を０．００１％以上とすることが好ましく、０．００１５％以上とすることがより好ましい。
Ｓｎ：０．０１０〜０．０５０％
Ｓｎは本発明において、もっとも重要な元素のひとつである。Ｓｎの添加により、鉄の格子定数が増大し、これにより鋼中の炭素の外方拡散が抑制されるために、表面脱炭反応が抑制される。前記効果を得るには、０．０１０％以上の添加が必要である。そのため、Ｓｎ含有量は０．０１０％以上、好ましくは０．０２０％以上とする。一方、０．０５０％を超えて添加しても、その効果は飽和する。したがって、Ｓｎ含有量は０．０５０％以下、好ましくは０．０４５％以下とする。
本発明の一実施形態における電縫鋼管は、上記各元素を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する。
本発明の他の実施形態においては、上記成分組成がさらに任意に、Ｓｂを以下に記す量で含むことができる。
Ｓｂ：０．０２０％以下
Ｓｂは、Ｓｎと同様、鉄の格子定数が増大させ、鋼中の炭素の外方拡散を抑制する作用を有する元素である。したがって、Ｓｎに加えてＳｂを添加することにより、さらに表面脱炭を抑制することができる。しかし、Ｓｂは、加熱時に液状化してオーステナイト粒界に侵食するため、焼入れ焼き戻し後のスタビライザーの靭性を低下させる。よって、Ｓｂの添加は必要最小限にとどめる必要がある。そのため、Ｓｂを添加する場合、Ｓｂ含有量は０．０２０％以下、好ましくは０．０１０％未満、より好ましくは０．００８％以下とする。
さらに本発明の他の実施形態においては、上記成分組成が、さらに任意に、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｖ、Ｍｏ、およびＲＥＭからなる群より選択される１または２以上を以下に記す量で含むことができる。
Ｃｕ：１．０％以下
Ｃｕは、焼入れ性を向上させるとともに、耐食性を向上させる作用を有する元素である。しかし、Ｃｕは高価な合金元素であるため、Ｃｕ含有量が１．０％を超えると材料コストの高騰を招く。そのため、Ｃｕ含有量は１．０％以下、好ましくは０．５０％以下とする。なお、Ｃｕ含有量の下限はとくに限定されないが、Ｃｕの添加効果を高めるという観点からは、Ｃｕを添加する場合、Ｃｕ含有量を０．０５％以上とすることが好ましい。
Ｎｉ：１．０％以下
Ｎｉは、Ｃｕと同様、焼入れ性を向上させるとともに、耐食性を向上させる作用を有する元素である。しかし、Ｎｉは高価な合金元素であるため、Ｎｉ含有量が１．０％を超えると材料コストの高騰を招く。そのため、Ｎｉ含有量は１．０％以下、好ましくは０．５０％以下とする。一方、Ｎｉ含有量の下限はとくに限定されないが、Ｎｉの添加効果を高めるという観点からは、Ｎｉを添加する場合、Ｎｉ含有量を０．０５％以上とすることが好ましい。
Ｎｂ：０．０５％以下
Ｎｂは、微細な炭化物を形成して強度（硬さ）の増加に寄与する元素である。しかし、Ｎｂ含有量が０．０５％を超えると、添加効果が飽和して含有量に見合う効果が得られないため、経済的に不利となる。そのため、Ｎｂ含有量は０．０５％以下、好ましくは０．０３％以下とする。一方、Ｎｂ含有量の下限はとくに限定されないが、Ｎｂの添加効果を高めるという観点からは、Ｎｂを添加する場合、Ｎｂ含有量を０．００１％以上とすることが好ましい。
Ｗ：０．５％以下
Ｗは、Ｎｂと同様に、微細な炭化物を形成して強度（硬さ）の増加に寄与する元素である。しかし、Ｗ含有量が０．５％を超えると、添加効果が飽和して含有量に見合う効果が得られないため、経済的に不利となる。そのため、Ｗ含有量は０．５％以下、好ましくは０．３％以下とする。一方、Ｗ含有量の下限はとくに限定されないが、Ｗの添加効果を高めるという観点からは、Ｗを添加する場合、Ｗ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。
Ｖ：０．５％以下
Ｖは、ＮｂおよびＷと同様に、微細な炭化物を形成して強度（硬さ）の増加に寄与する元素である。しかし、Ｖ含有量が０．５％を超えると、添加効果が飽和して含有量に見合う効果が得られないため、経済的に不利となる。そのため、Ｖ含有量は０．５％以下、好ましくは０．３％以下とする。一方、Ｖ含有量の下限はとくに限定されないが、Ｖの添加効果を高めるという観点からは、Ｖを添加する場合、Ｖ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。
Ｍｏ：０．２％以下
Ｍｏは焼入れ性を向上させる効果を有する元素である。しかし、Ｍｏは非常に高価な元素であるため過剰な添加は素材コストの上昇につながる。そのため、Ｍｏ含有量は０．２％以下、好ましくは０．１５％以下とする。一方、Ｍｏ含有量の下限はとくに限定されないが、Ｍｏの添加効果を高めるという観点からは、Ｍｏ含有量を０．０１％以上とすることが好ましく、０．０５％以上とすることがより好ましい。
ＲＥＭ：０．０２％以下
ＲＥＭ（希土類金属）は、Ｃａと同様に、硫化物系介在物の形態を微細な略球形の介在物に制御する作用を有する元素である。Ｃａの作用を補完するために、任意にＲＥＭを添加することができる。しかし、ＲＥＭ含有量が０．０２％を超えると、疲労き裂の起点となる介在物の量が過剰となるため、かえって耐腐食疲労特性が低下する。そのため、ＲＥＭ含有量は０．０２％以下、好ましくは０．０１％以下とする。一方、ＲＥＭ含有量の下限はとくに限定されないが、ＲＥＭの添加効果を高めるという観点からは、ＲＥＭを添加する場合、ＲＥＭ含有量を０．００１％以上とすることが好ましい。
［全脱炭層深さ］
全脱炭層深さ：１００μｍ以下
本発明の中空スタビライザー用電縫鋼管は、内表面における全脱炭層深さおよび外表面における全脱炭層深さの両者が１００μｍ以下である。ここでいう全脱炭層深さは、スタビライザーの製造工程に供される前の素材としての中空スタビライザー用電縫鋼管（素管）における全脱炭層深さを指す。言い換えると、上記全脱炭層深さは、焼入れなどの熱処理を行う前の全脱炭層深さである。なお、前記全脱炭層深さは、実施例に記載する方法で測定することが出来る。
前記全脱炭層深さが１００μｍを超えている場合、その後のスタビライザー製造工程における熱処理においてさらに全脱炭層深さが増大する結果、スタビライザーに求められる疲労強度が確保できなくなる。この全脱炭層深さの増大は、特に大気中で熱処理を行う場合に顕著である。そのため、スタビライザー製造工程において大気中で熱処理を行った場合であっても優れた疲労特性を有する中空スタビライザーを得るためには、中空スタビライザー用電縫鋼管の内表面および外表面における全脱炭層深さを、それぞれ１００μｍ以下とする必要がある。前記全脱炭層深さは５０μｍ以下とすることが好ましく、２０μｍ以下とすることがより好ましい。
一方、全脱炭層深さは小さければ小さいほど良いため、下限はとくに限定されず、例えば０μｍであってよい。しかし、全脱炭を完全に防止するためには高度な製造条件の管理が要求されるため、製造の容易さの観点からは、内表面および外表面における全脱炭層深さを１μｍ以上とすることが好ましく、５μｍ以上とすることがより好ましい。
なお、全脱炭層深さはフェライト脱炭層深さよりもかならず大きくなるため、全脱炭層深さが１００μｍ以下であれば、必然的にフェライト脱炭層深さも１００μｍ以下である。したがって、本発明の中空スタビライザー用電縫鋼管は、内表面および外表面におけるフェライト脱炭層深さが、いずれも１００μｍ以下である。
［ｔ／Ｄ］
上記中空スタビライザー用電縫鋼管の寸法は、とくに限定されることなく任意の寸法とすることができるが、鋼管の外径Ｄ（ｍｍ）に対する肉厚ｔ（ｍｍ）の比、ｔ／Ｄを１０〜３０％とすることが好ましい。
［製造方法］
本発明の中空スタビライザー用電縫鋼管は、特に限定されることなく、任意の方法で製造することができる。すなわち、上述した成分組成を有する鋼素材を使用し、常法に従って製造することが可能である。以下、本発明の一実施形態における中空スタビライザー用電縫鋼管の好適な製造方法について説明する。
上記中空スタビライザー用電縫鋼管は、鋼板を電縫造管して電縫鋼管とし、前記電縫鋼管を再加熱し、次いで、熱間縮径圧延を施して製造することができる。前記鋼板としては、上記した成分組成を有する鋼板であれば任意のものを用いることができる。前記鋼板は、熱延鋼板であることが好ましい。
前記電縫造管は、特に限定されることなく任意の方法で行うことができる。例えば、前記鋼板を複数のロールにより連続して冷間成形して略円筒状のオープン管とし、次いで、前記オープン管の幅方向端部同士をスクイズロールで衝合し、電縫溶接して電縫鋼管とすることができる。前記電縫溶接は、例えば、高周波抵抗溶接、誘導加熱などにより行うことができる。
なお、表面脱炭の進行は、１０００℃を超える高温下でとくに顕著となる。電縫鋼管の製造プロセスにおいて、そのような高温への加熱が行われるのは、通常、電縫造管後、熱間縮径圧延前の再加熱工程のみである。したがって、最終的に得られるスタビライザー用電縫鋼管の全脱炭層深さが上記条件を満たすように、前記再加熱工程における加熱温度や時間などの条件を調整すればよい。
特に、前記再加熱の際の加熱温度（再加熱温度）は、８５０〜１０００℃とすることが好ましい。再加熱温度が８５０℃未満では、所望の溶接部靭性を確保できない場合がある。一方、再加熱温度が１０００℃を超える場合、表面脱炭が顕著となる。
上記熱間縮径圧延における圧延温度は６５０℃以上とすることが好ましい。圧延温度が６５０℃未満では、加工性が低下し、所望のスタビライザー形状への成形が難しくなる場合がある。また、上記熱間縮径圧延における累積縮径率は３０〜９０％とすることが好ましい。累積縮径率が３０〜９０％であれば、加工性に優れた中空スタビライザー用電縫鋼管を得ることができる。
次に、実施例に基づいて、本発明についてさらに具体的に説明する。
表１に示す成分組成を有する熱延鋼板（板厚：４．５ｍｍ）を、冷間で、複数のロールで連続的に成形し、略円筒状のオープン管とした。次いで、前記オープン管の円周方向端部同士を衝合、圧接し、高周波電気抵抗溶接法を用いて電縫溶接して電縫鋼管（外径８９．１ｍｍφ×肉厚４．５ｍｍ）とした。そしてさらに、得られた電縫鋼管を誘導加熱で９８０℃まで加熱した後、縮径圧延を施して中空スタビライザー用電縫鋼管とした。前記縮径圧延の条件は、圧延温度：８００℃、累積縮径率：７１％とした。ここで、前記圧延温度は、最終圧延スタンドの出側にて放射温度計で測定した温度である。得られた中空スタビライザー用電縫鋼管の寸法は、外径２５．４ｍｍφ×肉厚４．０ｍｍであった。
（熱処理前の脱炭層深さ）
得られた中空スタビライザー用電縫鋼管から、観察面が管軸方向に平行な断面となるように組織観察用試験片を採取し、ＪＩＳ Ｇ ０５５８に定められた方法に従って内表面および外表面におけるフェライト脱炭層深さおよび全脱炭層深さを測定した。
（熱処理後の脱炭層深さ）
次いで、熱処理を施した後の脱炭層深さを評価するために、得られた中空スタビライザー用電縫鋼管に熱処理を施した。具体的には、まず、中空スタビライザー用電縫鋼管を大気炉中で加熱し、９００℃で１０分保持した後、冷却速度８０±１０℃／ｓで冷却することにより焼入れを行った。次いで、大気中炉中で、焼戻温度３５０℃、保持時間２０分の条件で焼戻処理を施した。その後、前記熱処理後の中空スタビライザー用電縫鋼管から、管軸方向に垂直な断面が観察面となるように組織観察用試験片を採取し、ＪＩＳ Ｇ ０５５８の方法にしたがいフェライト脱炭深さおよび全脱炭深さを測定した。なお、上記熱処理中の鋼管の温度は、該鋼管に取り付けたＫ熱電対を用いて測定した。
（疲労特性）
次に、本発明の効果を確認するために、大気中で熱処理を行った場合の疲労強度の低下を以下の手順で評価した。
・手順１
まず、以下の手順で、大気中で熱処理を行った場合の疲労強度を評価した。得られた中空スタビライザー用電縫鋼管から長さ４００ｍｍの管状試験片を採取し、該管状試験片に焼入れ焼戻しを施した。前記焼入れは、前記管状試験片を大気炉で９００℃、１０分保持した後、焼入れ槽（水）に投入し、冷却速度８０±１０℃／ｓで急冷することによって行った。前記焼戻しは、焼戻し温度３５０℃で、保持時間２０分の条件で行った。前記焼戻し温度は、試験片に取り付けた熱電対によって測定した。
上記焼入れ焼戻し後の管状試験片を使用して大気中でねじり疲労試験を実施し、割れ発生までの繰り返し数（疲労寿命）を求めた。前記ねじり疲労試験の条件は、負荷応力：±４００ＭＰａ（両振り）、負荷周期：１Ｈｚとした。
以上の試験を１０サンプルについて行い、平均疲労寿命を求めた。
・手順２
次に、同じ条件で製造された中空スタビライザー用電縫鋼管に対し、焼入れ時の加熱を非酸化雰囲気炉（光輝熱処理炉）で行った点以外は上記手順１と同一条件で熱処理を行うことにより、表面脱炭のない基準サンプルを作成した。前記基準サンプル用いて、上記手順１と同条件でねじり疲労試験を行い、１０サンプルでの平均疲労寿命を求めた。
・手順３
上記手順２で求めた基準サンプルの平均疲労寿命に対する、上記手順１で求めた平均疲労寿命の低下率を算出し、疲労強度低下率とした。前記疲労強度低下率が１０％未満のものを良好な結果と判定した。
得られた結果を表２に示す。本発明の条件を満たす中空スタビライザー用電縫鋼管は、大気中において９００℃で１０分保持する熱処理を行った後においても、内表面および外表面におけるフェライト脱炭層深さと全脱炭層深さの両者が７０μｍ以下であった。
また、本発明の条件を満たす中空スタビライザー用電縫鋼管は、いずれも大気中で熱処理を行った場合の疲労強度の低下率が１０％未満であった。
Figure 2020230795
Figure 2020230795

Claims (3)

  1. 質量％で、
    Ｃ ：０．２０〜０．４０％、
    Ｓｉ：０．１〜１．０％、
    Ｍｎ：０．１〜２．０％、
    Ｐ ：０．１％以下、
    Ｓ ：０．０１％以下、
    Ａｌ：０．０１〜０．１０％、
    Ｃｒ：０．０１〜０．５０％、
    Ｔｉ：０．０１０〜０．０５０％、
    Ｂ ：０．０００５〜０．００５０％、
    Ｃａ：０．０００１〜０．００５０％、
    Ｎ ：０．００５０％以下、および
    Ｓｎ：０．０１０〜０．０５０％、を含み、
    残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
    内表面および外表面における全脱炭層深さが１００μｍ以下である、中空スタビライザー用電縫鋼管。
  2. 前記成分組成が、さらに、質量％で、
    Ｓｂ：０．０２０％以下を含む、請求項１に記載の中空スタビライザー用電縫鋼管。
  3. 前記成分組成が、さらに、質量％で、
    Ｃｕ：１．０％以下、
    Ｎｉ：１．０％以下、
    Ｎｂ：０．０５％以下、
    Ｗ ：０．５％以下、
    Ｖ ：０．５％以下、
    Ｍｏ：０．２％以下、および
    ＲＥＭ：０．０２％以下、からなる群より選択される１または２以上を含む、請求項１または２に記載の中空スタビライザー用電縫鋼管。
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