KR101425738B1

KR101425738B1 - 에어백용 강관과 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101425738B1
Application number: KR1020127010714A
Authority: KR
Inventors: 유지 아라이; 다카시 다카노; 다쿠마 가와모토
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2010-06-03
Filing date: 2010-06-03
Publication date: 2014-07-31
Also published as: MX2012005710A; PL2484793T3; EP2484793B1; CA2776984A1; EP2484793A1; US20120205016A1; WO2011151908A1; CA2776984C; CN102741438B; CN102741438A; KR20120056890A; EP2484793A4; ES2726767T3; US9080223B2; IN2012DN03019A

Abstract

저합금 비용, 또한 1000MPa 이상, vTrs100이 －80℃ 이하인 에어백용 강관과, 냉간 드로잉 공정에서의 연화 소둔 처리의 회수를 가능한 적게 할 수 있는 그 제조 방법을 제공한다. 양산 규모의 고주파 가열에 의한 담금질 열처리에 의해서도 안정된 특성을 얻을 수 있다. 질량%로 , C:0.05∼0.20%, Si:0.10∼0.50%, Mn:0.10∼1.00%, P:0.025% 이하, S:0.005% 이하, Al:0.005∼0.10%, Ca:0.0005∼0.0050%, Nb:0.005∼0.050%, Ti:0.005∼0.050%, Cu:0.01∼0.50%, Ni:0.01∼0.50%, Cr:0.01∼0.50%, B:0.0005∼0.0050%, N:0.002∼0.010%, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 강 조성으로 한다.

Description

에어백용 강관과 그 제조 방법{STEEL PIPE FOR AIR BAG AND PROCESS FOR PRODUCING SAME}

본 발명은, 인장 강도 1000MPa 이상의 고강도와 vTrs100이 －80℃ 이하인 높은 인성을 가지는 에어백용 강관과 그 제조 방법에 관한 것이다.

보다 구체적으로는, 본 발명은, 비교적 낮은 가격이고 또한 간소한 제조 공정으로 제조 가능하고, 또한 고주파 유도 가열 등의 급속 가열 수단을 이용하는 단시간의 담금질 열처리가 적용가능한, 에어백용 강관과 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 자동차 산업에서는, 안전성을 추구한 장치의 도입이 적극적으로 진행되고 있다. 그러한 장치의 하나로서, 예를 들면, 에어백 시스템이 개발 탑재되기에 이르렀다. 이는, 차량의 충돌 시에 탑승원이 핸들이나 인스트루먼트 패널 등에 충돌하기 전에, 이들과 탑승원의 사이에 가스 등으로 에어백을 전개시켜, 탑승원의 운동 에너지를 흡수하여 상해 경감을 도모하는 시스템이다. 에어백 시스템으로는, 종래, 폭발성 약품을 사용하는 방식이 채용되어 왔지만, 최근, 고압 충전 가스를 사용하는 시스템이 개발되어, 그 적용이 확대되고 있다.

고압 충전 가스를 사용하는 상기 시스템은, 가스 등을 상시 고압으로 유지한 위에, 충돌시에는 에어백 내에 단숨에 그 고압 가스를 분출시키는 것이며, 따라서, 고압 가스의 어큐뮬레이터에 이용하는 강관에는 매우 단시간에 큰 왜곡 속도로 응력이 부하되게 된다. 이 때문에, 상기 강관에는, 종래의 압력 실린더나 라인 파이프와 같은 단순한 구조물과는 달리, 높은 치수 정밀도, 가공성 및 용접성이 요구되고, 또한, 고강도와 뛰어난 내(耐)버스트성도 요구된다.

최근에는, 박육화되어 경량화된 경우에도, 높은 버스트압을 확보하기 위해서, 인장 강도가 1000MPa를 초과한 초 고강도의 심리스 강관이, 어큐뮬레이터로서 에어백 시스템에 이용되게 되었다. 예를 들면, 외경 60㎜이고 두께 3.55㎜인 심리스 강관으로 이루어지는 어큐뮬레이터의 경우, TS가 800MPa에서는 버스트압은 고작해야 100MPa 정도인 것에 대해, TS가 1000MPa가 되면, 버스트압은 130MPa까지 향상된다. 또한, 에어백의 어큐뮬레이터 강관 외경과 요구 버스트압이 일정한 경우, 20%정도의 박육화가 가능하다.

또한, 예를 들면 한냉지에서도, 충돌시에 어큐뮬레이터가 취성 파괴하여 2차 재해를 초래하는 것과 같은 일이 없도록, 어큐뮬레이터에는 뛰어난 저온 인성이 필요하다.

이러한 관점에서, 어큐뮬레이터용의 심리스 강관은, 담금질 뜨임을 행함으로써 고강도와 고인성이 부여되게 된다. 구체적으로는, 어큐뮬레이터로서, 후술과 같은 축경 가공을 받은 후의 상태에 있어서, －60℃ 이하의 온도 영역에서도 충분한 저온 인성을 구비하는 것이 요구된다.

그런데, 에어백용 어큐뮬레이터는, 일반적으로, 소관인 심리스 강관을 소정 길이로 절단하여 단관으로 한 후에, 적어도 일단을 프레스 가공이나 스피닝(spinning) 가공 등으로 축경 가공하여(이를 보틀 가공으로 부른다), 이니시에이터 등의 장착에 필요한 형상으로 최종 가공된다. 따라서, 에어백용의 어큐뮬레이터로서 동작을 보증하기 위해서는, 소재가 되는 심리스 강관의 인성만으로는 불완전한 경우가 발생한다. 이는, 최종 가공인 축경 가공에 의해, 보틀부의 인성이 저하하고, 고압 부하시에 균열이 발생할 가능성이 있기 때문이다. 따라서, 그러한 인성의 저하를 고려하여, 에어백용 어큐뮬레이터에 이용되는 심리스 강관에는, 어큐뮬레이터의 사용 환경 온도보다도 더욱 저온의 인성이 필요하다.

이러한 관점에서, 어큐뮬레이터를 구성하는 이음 강관에 대해서는, 신장율 10% 이상, 인장 강도 1000MPa 이상이며, －80℃ 바람직하게는 －100℃에서의 샤르피 충격 시험에서, 파면이 연성을 나타내는 저온 인성(즉, vTrs100이, －80℃ 이하, 바람직하게는 －100℃ 이하의 저온 인성)이 요구된다.

인장 강도가 1000MPa 이상인 고강도이고 또한 높은 인성의 에어백 시스템용의 심리스 강관에 관한 종래의 기술로서, 예를 들면, 특허문헌 1이 있다. 특허문헌 1에서는, 소정의 범위의 화학 조성의 강 소재를 이용하여 관 제조하여 심리스 강관으로 한 후, 상기 심리스 강관에, 냉간 드로잉 가공을 실시하여 소정 치수의 강관으로 하고, 그리고, Ac3 변태점 이상, 1050℃ 이하의 범위 내의 온도로 가열한 후 담금질하고, 이어서 450℃ 이상, Ac1 변태점 이하의 범위 내의 온도로 뜨임을 행하는, 에어백용 심리스 강관의 제조 방법이 제안되어 있다.

이 방법에 의하면, 에어백용 인플레이터 제조시의 가공성, 용접성이 뛰어나고, 또한 인플레이터로서, 900MPa 이상의 인장 강도와, 세로로 반으로 쪼갠 강관에 대한 －60℃에서의 낙중(落重) 시험에서 연성을 나타내는 높은 인성을 가지는 심리스 강관을 얻을 수 있다. 단, 이 방법에서는 강도와 인성을 얻기 위해서 강의 조성으로서 다량의 Cr을 함유시킬 필요가 있기 때문에 가격이 높아진다.

특허문헌 2에서는, 고주파 가열 담금질을 채용한 경우, 급속 가열에 의한 미립화로, 인장 강도가 1000MPa를 초과하는 고강도 또한 높은 인성의 에어백 시스템용의 심리스 강관을 제조할 수 있는 것이 나타나 있다.

이 기술은, 소정의 범위의 화학 조성의 강 소재를 이용하여 제관하여 심리스 강관으로 한 후, 상기 심리스 강관에, 냉간 드로잉 처리를 실시하여 소정 치수의 강관으로 하고, 그리고, 10℃/초 이상의 가열 속도로 900∼1000℃까지 가열한 후, 담금질을 행하고, 이어서, Ac1 변태점 이하의 온도로 뜨임을 행한다. －80℃ 이하의 버스트 시험에서도 연성을 나타내는 높은 인성을 얻고자 하는 것이다.

특허문헌 2에서는, 20℃/초에서 담금질을 위한 가열을 행하는 구체예가 나타나 있는데, 공업적인 생산성을 고려하면, 보다 단시간에 급속 가열하는 것, 또한 도달 온도에서의 유지 시간도 단시간인 것이 바람직하다. 단시간에서의 급속 가열, 짧은 유지 시간에서 열처리하는 경우는, 가열 온도의 편차를 고려하면 국부적으로 도달 온도가 Ac3을 밑돌 수도 있으므로, 가능하면 높은 가열 온도로 설정하는 것이 바람직하다. 그러나, 고주파 가열의 경우, 급속 가열이 되기 때문에 설정 온도를 초과하여 가열되는 오버 슈트의 문제도 있고, 고주파 가열 담금질에서는 도달 온도가 1000℃를 초과하는 경우도 고려할 필요가 있는데, 양산화에 있어서 이러한 문제에 관해서는 특허문헌 2는 아무런 기재가 없다. 오히려, 도달 온도가 1000℃를 초과하는 경우, γ입자의 조립(粗粒)화를 초래하여 인성이 저하되는 것이 기재되어 있다.

특허문헌 3에서도, 고주파 가열 담금질을 이용하는 사례가 나타나 있지만, 동 문헌의 실시예의 표 3에 표시하는 바와같이, 900∼1000℃의 범위의 단시간 가열밖에 상정되어 있지 않아, 특허문헌 2와 같은 문제가 있다.

특허문헌 4에서도, 고주파 가열 담금질이 이용되고 있는데, 실시예에 나타나는 바와같이, 920∼940℃의 범위의 가열에서의 결과이며, 특허문헌 2와 같은 문제가 있다.

일본국 특허 공개 2004-76034 WO 2004/104255 A1 WO 2002/079526 A1 US 2006/0169368 A1

이와 같이 종래에서도, 이미 몇가지의 에어백용의 심리스 강관이 제안되어 있는데, 최근, 인장 강도가 1000MPa급인 고강도의 에어백용 강관에서는, －60℃ 바람직하게는 －80℃의 버스트 시험에서 연성을 나타내는 것이 요구되고 있다. 이 내버스트 성능은, 어큐뮬레이터 가공에서의 디자인의 자유도를 크게 하는 관점에서는, 샤르피 충격 시험에서의 100% 연성 파면 하한 온도(vTrs100)가 －80℃ 이하이고, 바람직하게는 －100℃ 이하이다.

종래의 공지 문헌에 있어서, 고주파 담금질·뜨임에 의해 뛰어난 저온 인성 및 버스트 성능이 확인되어 있는 것은, 고주파를 이용한 급속 가열이 900∼1000℃의 범위 내에 있는 경우이다. 강관을 박육화하면 할수록, 실제의 고주파 가열 담금질에 의한 대량 생산에서는, 가열 온도의 변동이 커진다. 그 경우, 가열 온도가 하회하거나, 1000℃를 상회하여, 종래의 기술에서는 상정할 수 없었던, 제품 성능의 안정성 저하에 의한 수율 저하가 과제가 된다.

예를 들면, 특허문헌 1에서는, 본 발명자 등이 발견한 바에 의하면, 다량의 Cr이 함유되어 있으므로 냉간 드로잉 가공성이 충분하지 않고, 냉간 드로잉 단계에서 큰 가공도를 확보하기 위해서는, 중간에 몇회의 중간 연화 소둔이 요구되어, 제조 비용이 늘어난다는 문제가 있다. 또한, －60℃에서의 낙중 시험에서 연성을 나타내는 것이, 반드시 －60℃의 버스트 시험에서 연성을 나타내는 것을 의미하는 것은 아니다.

또한, 대량 생산을 효율적으로 실시하기 위해서는, 제조 공정이 간소한 쪽이 적합하다. 종래의 공지 문헌에 있어서, 강 조성으로서 Cr 및 Mo의 함유량의 합이 0.6%를 넘는 범위인 것이 대부분이다. 이와같이 Cr, Mo가 다량으로 함유되어 있는 경우, 심리스 강관의 열간에서의 관 제조 후의 공냉에 의해서도, 강도가 높아져, 냉간 드로잉 가공이 곤란해지기 때문에, 냉간 드로잉 가공 전에 연화 소둔이 필요해져, 공정이 번잡하고, 고비용이 된다.

또한, 상술의 특허문헌으로는 예시되어 있지 않지만, Cr 혹은 Mo를 함유하지 않거나, 그 합계 함유량을 0.6% 이하로 소량으로 억제한 에어백용 강관의 사례는 많이 있다. 그러나, 그러한 강 조성의 공지예의 범위에서는, 100% 연성 파면 하한 온도(vTrs100)를 －80℃ 이하로 확보하면서, 혹은 －60℃에서의 버스트 시험에서 연성 파면을 나타내면서, 동시에 1000MPa 이상의 인장 강도를 안정적으로 확보할 수 있는 사례는 발견되지 않는다. 1000MPa를 초과하는 종래예도 있지만, 그 경우에서도, 그러한 높은 인장 강도와 뛰어난 저온 인성을 동시에 안정적으로 얻을 수는 없다.

본 발명은, 에어백용 어큐뮬레이터로서 오늘날 요구되는 성능, 즉 어큐뮬레이터 압력의 고압화, 강관의 박육화에 충분히 대응할 수 있는 성능을 구비한, 저렴하고 양산 규모의 고주파 유도 가열에 의한 담금질에 매우 적합한 에어백용 강관 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

여기에, 본 발명의 기술적 과제를 보다 구체적으로 열기하면 이하와 같다.

(Ⅰ) 최종 제품으로서, 1000MPa 이상, 바람직하게는 1050MPa 이상의 인장 강도를 가지고, －60℃에서의 버스트 시험에서도 연성 파괴를 나타내는 저온 인성에도 뛰어나고, 특히 100% 연성 파면 하한 온도(vTrs100)가 －80℃ 이하, 바람직하게는 －100℃ 이하인 에어백용 강관이 요구된다. 기술과제(I)로 한다.

(Ⅱ) 상기 (Ⅰ)에 기재된 강관을, 합금 비용을 억제하여 제공하는 것, 특히 종래, 고강도화의 목적으로 많이 이용되어 온 Mo의 사용을 최대한 삭감하는 것이 요구된다. 기술과제(Ⅱ)로 한다.

(Ⅲ) 상기 (Ⅰ)에 기재된 강관에 대해서, 냉간 드로잉 공정에서의 연화 소둔 처리의 회수를 가능한 적게 할 수 있는 합금 설계가 요구된다. 보다 구체적으로는, 소관(素管)의 냉간 드로잉 가공 단계에서 도중 연화 소둔 처리를 행하지 않고 40% 이상의 가공도 실현이 가능한, 냉간 가공성이 높은 합금 설계를 실현하는 것이 요구된다. 기술과제(Ⅲ)로 한다.

(Ⅳ) 더욱 바람직한 양태로는, 상기 (Ⅰ)에 기재된 강관을, 양산 규모의 고주파 가열에 의한 담금질 열처리에 의해서도 안정된 특성을 얻을 수 있는 상태로 제조할 수 있는 합금 설계를 하는 것, 그리고, 보다 구체적으로는, 가열 담금질을 위한 가열 온도가 1000℃를 상회할 경우(예:1020∼1040℃)에도, 일정 레벨 이상의 인성이 높은 제품으로서 제공할 수 있는 에어백용 강관의 제조 방법이 요구된다. 기술과제(Ⅳ)로 한다.

본 발명자들은, 상기의 과제를 해결하기 위해서, 냉간 가공후에 담금질 및 뜨임이 실시되는 에어백 시스템용 심리스 강관에서의, 합금 원소, 강도 및 저온 인성의 관계를 조사했다. 그 결과, 지금까지의 지견과는 달리, 예상 외로, 오늘날 요구되고 있는 뛰어난 강도와 인성의 밸런스는, Mo를 함유시키지 않아도, Mn을 낮게 함유시켜, 지금까지 다량으로 첨가되어 있던 Cr을 오히려 소량 첨가함과 더불어, 적당량의 Cu, Ni, Ti, B를 함유시킨 강에 의해 얻을 수 있는 것이 판명되었다.

즉, 본 발명자들은, 냉간 가공후에 담금질 뜨임이 행해져 제조되는, TS가 1000MPa를 초과하는 에어백 시스템용 심리스 강관의 강도 및 인성에 미치는 합금 원소의 영향에 대해서 검토했다. 그 결과, 다음과 같은 지견을 얻어, 본 발명을 완성했다.

(i) C, Si, Mn, Al, Ca, Nb, Ti,및 B를 적정량 함유시키고, 지금까지 고강도화를 위해서 다량으로 첨가되어 온 Cr을 오히려 0.5% 이하, 및 Mo를 함유시키지 않고(필요에 따라 0.1% 미만의 소량 함유는 허용된다), 그에 대신하여 Cu 및 Ni를 각각 0.01－0.50%, 또한 Cu와 Ni의 함유량의 합계량을, {(Cr＋Mo)²＋0.3} 이상으로 하는 것이 상기 과제(Ⅰ), (Ⅱ), (Ⅲ)을 동시에 달성하는데 유효한 것이 판명되었다.

(ⅱ) 또한, 급속 가열 담금질 시의 가열 온도가, 예를 들면 1040℃가 되어, 목표로 하는 목적 범위의 상한(1000℃)보다도 높아진 경우, 즉, 상기 과제(Ⅳ)에 대해서는, Ti:0.02% 초과 0.05% 이하를 함유시킴으로써, 상기 기술의 목표 강도와 인성을 동시에 달성할 수 있는 것을 알았다.

본 발명은, 상기의 지견에 의거하여, 더욱 검토를 하여 완성된 것이다.

여기에, 본 발명의 요지로 하는 바는, 이하와 같다.

(1) C:0.05∼0.20%, Si:0.10∼0.50%, Mn:0.10∼1.00%, P:0.025% 이하, S:0.005% 이하, Al:0.005∼0.10%, Ca:0.0005∼0.0050%, Nb:0.005∼0.050%, Ti:0.005∼0.050%, Cu:0.01∼0.50%, Ni:0.01∼0.50%, Cr:0.01∼0.50%, B:0.0005∼0.0050%, N : 0.002∼0.010%를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지고, 또한 하기 식(1)을 만족하는 강 조성을 가지고, 인장 강도가 1000MPa 이상이며, vTrs100이 －80℃ 이하의 높은 인성을 가지는 것을 특징으로 하는 에어백 시스템용 심리스 강관.

Cu＋Ni≥(M)²＋0.3 … (1)

또한, 식(1)의 “M”은, Cr을 나타내고, 원소 기호는, 이들 원소의 함유량을 질량%로 나타냈을 때의 수치를 의미한다.

(2) Ti 함유량이, 질량%로, 0.020% 초과 0.050% 이하인 강 조성을 가지는 것을 특징으로 하는, (1)에 기재된 에어백용 강관.

(3) 질량%로, Mo:0.10% 미만을 더 함유하고, 또한 하기 식(1)을 만족하는 강 조성을 가지는 것을 특징으로 하는, (1) 또는 (2)에 기재된 에어백용 심리스 강관.

Cu＋Ni≥(M)²＋0.3 … (1)

또한, 식(1)의 “M”은, (Cr＋Mo)를 나타내고, 원소 기호는, 이들 원소의 함유량을 질량%로 표시했을 때의 수치를 의미한다. Mo 함유량이 0인 경우는, 식(1)의 Mo에 0(제로)을 대입한다.

(4) V:0.02∼0.20%를 더 함유하는 강 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 (1)∼(3)중 어느 한 항에 기재된 에어백 시스템용 심리스 강관

(5) (1)∼(4)중 어느 한 항에 기재된 강 조성을 가지는 빌릿(billet)을 이용하여 열간 제관에 의해 제조된 심리스 강관 소관에, 1회의 냉간 가공의 가공도가 40% 이상인 냉간 가공을 실시하여 소정 치수의 강관으로 하고, 소망에 따라, 교정을 행한 후에, 고주파 가열에 의해 Ac3 변태점 이상의 온도로 가열하여 급냉하는 담금질을 행하고, 이어서 Ac1 변태점 이하의 온도로 가열하여 뜨임을 행하는 것을 특징으로 하는, 에어백용 심리스 강관의 제조 방법.

본 발명에 의해 매우 고강도이며, 또한 뛰어난 저온 버스트 성능을 가지는 심리스 강관을 제공할 수 있고, 단부가 축경 가공된 에어백 어큐뮬레이터의 고압화 (145MPa 이상의 압력)·박육 경량화(예를 들면, 두께 3.6㎜∼1.7㎜이고 직경 60.3㎜∼25.0㎜인 심리스 강관)에 현저하게 기여한다.

도 1은 본 발명의 적합한 양태에서의 Cr＋Mo와, Cu＋Ni의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 특성 평가에 이용한 시험편의 설명도이다.

본 발명의 강관의 화학 성분 및 강관의 제조 방법을 한정한 이유에 대하여 기술한다.

(A) 강의 화학 조성

본 명세서에 있어서 「%」는, 특별한 설명이 없는 한, 「질량%」를 의미한다.

C:0.05∼0.20%

C는, 낮은 가격으로 강의 강도를 높이는데 유효한 원소인데, 그 함유량이 0.05% 미만에서는 원하는 1000MPa 이상의 인장 강도가 얻기 어렵고, 또한, 0.20%를 초과하면 가공성 및 용접성이 저하된다. 따라서, C의 함유량을, 0.05∼0.20%로 했다. 또한, C함유량의 바람직한 범위는, 0.07∼0.17%이다.

Si:0.10∼0.50%

Si는, 탈산 작용을 가지는 외에, 강의 담금질성을 높여 강도를 향상시키는 원소이며, 0.10% 이상의 함유량이 필요하다. 그러나, 그 함유량이 0.50%를 초과하면 인성이 저하되므로, Si의 함유량을 0.10∼0.50%로 했다. 또한, Si 함유량의 바람직한 범위는 0.20∼0.50%이다.

Mn:0.10∼1.00%

Mn은, 탈산 작용이 있고, 또한, 강의 담금질성을 높여서 강도와 인성을 향상시키는데 유효한 원소이다. 그러나, 그 함유량이 0.10% 미만에서는 충분한 강도와 인성을 얻을 수 없고, 한편, 1.00%를 초과하면 MnS의 조대화(粗大化)가 생기고, 그것이 열간 압연 시에 확산되어, 인성이 저하된다. 본 발명에서는, Mn을 1.00% 이하로 억제해도, 목적으로 하는 1000MPa 이상의 인장 강도와 뛰어난 저온 버스트 성능을 확보할 필요가 있기 때문에, 후술하는 바와같이 B를 배합함으로써 담금질성의 개선을 행하고 있다. 이를 위해, Mn의 함유량을 0.10∼1.00%로 했다. Mn의 함유량은 0.40∼0.90%로 하는 것이 강도와 인성의 밸런스의 점에서 바람직하다.

P:0.025% 이하

P는, 입계 편석에 기인하는 인성 저하를 초래하고, 특히, 그 함유량이 0.025%를 초과하면 인성의 저하가 현저해진다. 따라서, P의 함유량을 0.025% 이하로 했다. 또한, P의 함유량은 0.020% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.015% 이하이면 한층 더 바람직하다.

S:0.005% 이하

S는, 특히 강관 T방향, 즉, 강관의 압연 방향(길이 방향)으로 직교하는 방향의 인성을 저하시켜 버린다. 특히, 그 함유량이 0.005%을 초과하면 강관 T방향의 인성 저하가 현저해진다. 따라서, S의 함유량을 0.005% 이하로 했다. 또한, S의 함유량은 0.003% 이하로 하는 것이 바람직하다.

Al:0.005% 이상 0.10% 이하

Al은, 탈산 작용을 가지고, 인성 및 가공성을 높이는데 유효한 원소이다. 그러나, 0.10%를 초과하여 함유시키면, 손상의 발생이 현저해진다. 따라서, Al의 함유량을 0.10% 이하로 했다. 또한, 이러한 Al의 효과를 얻기 위해서는, 0.005% 이상 함유시키는 것이 필요하다. 또한, 본 발명에 말하는 Al 함유량이란, 산 가용 Al(소위 「sol. Al」)의 함유량을 가리킨다.

Ca:0.0005∼0.0050%

Ca는, 강 중에 불가피 불순물로서 존재하는 S를 황화물로서 고정하고, 인성의 이방성을 개선하여, 강관의 T 방향 인성을 높이고, 이에 따라 내버스트성을 높이는 작용을 가진다. 이 효과는 0.0003% 이상, 특히 0.0005% 이상의 함유량으로 발현된다. 그러나, 0.0050%를 초과하여 함유시키면, 개재물이 증가하여, 오히려 인성이 저하된다. 따라서, Ca의 함유량을 0.0005∼0.0050%로 했다.

Nb:0.005∼0.050%

Nb는, 강 중에서 탄화물로서 미세하게 분산하고, 결정 입계를 강하게 핀 고정하는 효과가 있다. 그에 따라, 결정 입자를 미립화시켜, 강의 인성을 향상시키는 효과를 가진다. 그 효과를 얻기 위해서는, 0.005% 이상 함유시키는데, 0.050%를 초과하여 함유시키면, 탄화물이 조대화하여, 오히려 인성이 저하된다. 따라서, Nb의 함유량을 0.005∼0.050%로 했다.

Ti:0.005∼0.050%

Ti는, 강 중에서 N을 고정하고, 인성을 향상시키는 효과를 가진다. 또한, 미세하게 분산된 Ti 질화물은, 그에 따라, 결정 입계를 강하게 핀 고정하고, 결정 입자를 미립화시켜, 강의 인성을 향상시키는 효과를 가진다. 또한, 강 중의 N의 고정은, 후술의 B의 효과를 끌어내는데도 중요하다. 따라서, 이들 효과를 얻기 위해서, 0.005% 이상 함유시키는데, 0.050%을 초과하여 함유시키면, 질화물이 조대화하여, 오히려 인성이 저하된다. 따라서, Ti의 함유량을 0.005∼0.050%로 했다. 특히, 급속 가열에 의한 담금질을 실시할 때는, 가열 온도 초과에 의해 결정 입경이 조대화하기쉽고, 인성이 저하되기 쉽기 때문에, Ti 질화물에 의한 결정 입계 핀 고정 효과를 충분히 활용하는 것이 적합하다. 그 의미에서, 바람직한 함유량은 0.020% 초과∼0.035%이다.

B:0.0005∼0.0050%

B는, 강 중에서 입계 편석하고, 강의 담금질성을 현저하게 향상시켜, 인성 향상에 기여한다. 그 효과는, 0.0005% 이상 함유시킴으로써 발현된다. 한편, 0.0050% 초과 함유시키면, 결정 입계에 붕화물이 조대하게 석출하기 때문에, 오히려 인성이 저하된다. 따라서, B의 함유량을 0.0005∼0.0050%로 했다. 바람직하게는, 0.0030% 이하이다.

본 발명에서는, Mn 배합량의 상한을 1.0%로 제한하고 있기 때문에, B를 배합함으로써 담금질성 개선에 의한 강도 향상을 도모한다.

B는 고용(固溶) 상태가 아니면, 결정 입계에 편석하지 않는다. 따라서, B와 화합물을 만들기 쉬운 N은, Ti에 의해 고정되는 것이 바람직하고, B는, N에 의해 고정되는 양 이상으로 함유되어 있는 것이 바람직하다. 그 의미에서, B함유량은, B, Ti, N의 화학양론비로부터, 다음의 식(2) 또는 (3)의 관계를 만족하면 적합하다.

N－Ti/3.4≤0일 때

B≥0.0005 … (2)

N－Ti/3.4＞일 때

B－(N－Ti/3.4)×(10.8/14)≥0.0005 … (3)

식(2) 중의 B, N, Ti는 각각의 원소의 함유량을 질량%로 나타냈을 때의 수치이다.

N:0.002∼0.010%,

N은, 강 중에 불가피적으로 존재하는 불순물이다. 그러나, 본 발명에서는 Ti와의 질화물 형성에 의해, 그 분산을 활용하여, 결정 입계 핀 고정 효과를 충분히 활용하기 위해서, N의 함유량을 제어하는 것이 중요하다. 그 효과를 발휘시키기 위해서는, N의 함유량을 0.002% 이상으로 한다. 한편, N이 과잉으로 함유되면, 고용 N의 증가나, B와 화합물을 형성하여, 고용 B량의 저하를 초래한다. 따라서, N의 함유량의 상한을 0.010% 이하로 한다. 바람직한 N의 함유량의 범위는, 0.002∼0.008%이다.

여기에, 본 발명의 강에서는 Cr을 저감하고, Mo를 첨가하는 경우라도 Mo를 매우 소량으로 제한하고, Cu, Ni를 함유시키기 때문에, B를 첨가해도, Cr, Mo와의 탄붕화물의 석출이 억제되어, 강도, 인성 개선의 면에서 적합하다.

Cu:0.01∼0.50%

Cu는, 강의 담금질성을 높이고, 강도와 인성을 향상시키는 효과가 있다. 그 효과는, 0.01% 이상, 바람직하게는 0.03% 이상 함유되어 있으면 발현된다. 그러나, 0.50%를 초과하여 함유시키는 것은 합금 비용의 현저한 증가를 초래한다. 따라서, Cu의 함유량을, 0.01∼0.50%로 했다. 바람직한 함유량은 0.03% 이상, 특히 0.05% 이상이며, 보다 바람직하게는 0.15% 이상이다.

Ni:0.01∼0.50%

Ni는, 강의 담금질성을 높이고, 따라서 강도와 인성을 향상시키는 효과가 있다. 그 효과는, 0.01% 이상, 바람직하게는 0.03% 이상 함유되어 있으면 발현된다. 그러나, 0.50%를 초과하여 함유시키는 것은 합금 비용의 초과를 초래한다. 따라서, Ni의 함유량을, 0.01∼0.50%로 했다. 바람직한 함유량은 0.03% 이상, 특히 0.05% 이상이며, 보다 바람직하게는 0.15% 이상이다.

Cr:0.01∼0.50%

Cr은, 강의 담금질성을 높이고, 또한, 뜨임 연화 저항을 높여, 강도와 인성을 향상시키는 효과가 있다. 그 효과는, 각각의 원소가 0.01% 이상 함유되어 있으면 발현된다. 그러나, 0.50%를 초과하여 함유시키는 것은 냉간 드로잉 시의 강도 초과를 초래하여, 가공성이 저하되기 때문에 적합하지 않다. 따라서, Cr의 함유량을, 0.01∼0.50%로 했다. 바람직하게는 0.18∼0.40%이다.

또한, Cu, Ni, Cr, Mo에 대해서는, 그 함유 밸런스를 하기와 같이 한정한다.

Cu, Ni, Cr, Mo 함유량의 식에 의한 한정:

본 발명에 있어서 Mo를 첨가했을 때에는, Cu, Ni, Cr, Mo의 각 함유량의 사이에 하기와 같은 관계를 만족시키도록 하는 것이 바람직하다.

Cr, Mo는, 뜨임 시에 석출되는 시멘타이트(cementite)의 구형상화를 방해하고,또한, 본 발명과 같이 B가 함유되어 있는 강에서는, B의 화합물(붕화물)을 결정 입계에 형성하기 쉽고, 특히 고강도재에서는 인성이 저하되기 쉽다. 여기에서, Cr 함유에 의해(또한 Mo를 첨가하는 경우에도 Mo를 극소량으로 제한하여) 고강도화를 도모하는 것보다도, Cu, Ni의 함유에 의한 고강도화쪽이, 본 발명에서 대상으로 하는 고강도 또한 고인성의 에어백 강관으로서 적합하다. 구체적으로는, Cr, Mo, Cu, Ni의 함유 밸런스에 대해서 하기 식(1)을 만족시키는 것이 중요하다.

Cu＋Ni≥(M)²＋0.3 … (1)

식(1)의 “M”은, “Cr＋Mo”를 나타내고, 원소 기호는, 각각의 원소의 함유량을 질량%로 나타냈을 때의 수치이다. 또한, Mo를 함유하지 않는 경우는, “Cr＋Mo”의 Mo에는 0이 대입된다.

이하의 원소는, 함유시키지 않아도 되지만, 필요에 따라 함유시킬 수 있다.

Mo:0.10% 미만

본 발명에 있어서, Mo는 원칙적으로는 함유되지 않지만, 소망에 따라 극소량은 함유시켜도 된다. Mo는, 강의 담금질성을 높이고, 또한, 뜨임 연화 저항을 높여, 강도와 인성을 향상시키는 효과가 있다. 그 효과는, 미량이라도 인식될 수 있는데, 확실한 효과를 얻기 위해서는, 0.01% 이상 함유되는 것이 바람직하다. 그러나, 0.10% 이상을 함유시키는 것은 합금 비용의 초과를 초래한다. 또한, Mo 함유량이 높으면, 심리스 강관의 열간 제관 후의 공냉에서도, 강도가 높아지는 경향이 있고, 냉간 드로잉 가공 전에 연화 열처리가 필요해져, 제조 비용의 상승을 초래한다. 따라서, Mo를 첨가할 때도, Mo의 함유량을, 0.10% 미만으로 했다.

V:0.02∼0.20%

V는, 석출 강화에 의해 강도를 향상시키는 작용이 있다. 이들 V의 작용은 0.02% 이상 함유시키면 효과를 발휘하는데, 0.20%를 초과하면 인성이 저하된다. 따라서, 첨가할 경우의 V의 함유량은 0.02∼0.20%로 하는 것이 좋다. V함유량의 바람직한 범위는, 0.03∼0.10%이다.

다음에, 본 발명에 관한 심리스 강관의 제조 방법과 그 한정 이유에 대해서 기술한다.

(B) 소재

본 발명에서는, 강관의 소재가 되는 강괴에 대해서, 특별히 한정하지 않는다. 원기둥형의 주형(鑄型)을 가지는 연속 주조기에서 주입(casting)된 주조편이어도 되고, 직사각형으로 주입한 후에, 열간 단조에 의해 원기둥형상으로 성형한 것이어도 된다. 본 발명에 관련된 강은, Cr(Mo를 첨가할 때는, Cr 및 Mo)과 같은 페라이트 안정화 원소의 첨가를 억제하고, Cu 및 Ni와 같은 오스테나이트 안정화 원소를 첨가하고 있기 때문에, 라운드 CC 빌릿으로서 둥근 형상으로 연속 주조 주입을 행한 경우에도 중심 균열을 방지할 수 있는 효과가 커, 라운드 CC 빌릿으로서 사용할 수 있다.

라운드 CC 빌릿 중심부의 균열이 많은 경우, 심리스 강관 소관을 냉간 가공, 특히 냉간 드로잉을 행한 후, 교정 가공을 실시하면, 균열이 확장하고, 고주파 담금질 뜨임을 실시하고, 최종적으로 축경 가공한 바, 내면으로부터 균열이 생기는 경우가 있다. 따라서, 특히 라운드 CC 빌릿을 소재로 하는 경우, 본 발명의 강 조성은, 에어백 어큐뮬레이터용 심리스 강관에 적합하다.

(C) 열간 제관

본 발명에서는, 상기와 같이 화학 조성을 조정한 (B)에 기재된 주편을 소재로 하여, 강관을 제조하면 되고, 강관의 제관법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 만네스만-맨드렐법이 채용된다.

(D) 냉간 가공

상기와 같이 하여 심리스 강관으로서 제관된 강관은, 소정의 치수 정밀도, 표면 성상이 얻어지는 조건 하에서 냉간 가공된다. 냉간 가공은, 소정의 치수 정밀도와 표면 성상을 얻을 수 있으면 된다. 그 의미에서, 냉간 가공에 대해서, 냉간 드로잉, 냉간 압연 등의 구체적 방법에, 특별히 한정하지 않아도 된다. 가공도는 감면율(단면 감소율)로 3% 이상으로 하는 것이 바람직한데, 한편, 50%를 초과하면, 일반적으로 내면 주름 손상의 발달이 현저하므로, 50% 미만으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 냉간 가공은 복수회 실시하여 최종 제품의 치수로 하는 경우도 있는데, 박육화하면 할수록, 즉 가공도가 높아지면, 강관의 강도가 가공 경화에 의해 상승하기 때문에, 가공 중에 균열이 발생하기 쉬워지므로, 도중에 연화시키기 위한 중간 열처리가 필요해진다. 그런데 (A)에서 한정한 화학 성분의 강을 채용함으로써, 소관의 강도는 낮으므로, 냉간 가공에 의해서도 강도가 과잉으로 높아지지 않고, 냉간 가공전의 연화 열처리를 생략할 수 있어, 적합하다. 본 발명에 관련된 강은, 냉간 가공에서도, 여열 연화 처리나 중간 연화 소둔을 행하지 않고, 감면율 40% 이상, 바람직하게는 40% 초과의 가공도를 달성할 수 있다.

본 발명에 있어서, 감면율은, 단면 감소율과 같은 의미이며, 이하의 식으로 정의된다.

감면율(%)＝(S₀－S_f)×100/S₀

단,

S₀: 냉간 가공전의 강관의 단면적

S_f: 냉간 가공 완료후의 강관의 단면적

또한, 중간에 연화 소둔을 개재시키지 않고 행하는 것이면, 복수회의 냉간 가공의 총 감면율도 상기 감소면율로서 취급한다. 물론, 본 발명에 있어서 중간에 연화 소둔을 행하는 냉간 가공을 배제하는 것은 아니다.

(E) 교정

본 발명의 대상은, 인장 강도가 1000MPa를 초과하고, 에어백 시스템용으로서 필요한 치수 정밀도, 표면 성상 및 저온 인성을 구비한 심리스 강관이므로, 냉간 드로잉 후, 강도가 종래 강보다도 높아지는 경향이 있어, 스프링 백 등으로 강관에 휨이 발생할 가능성이 있다. 강관에 휨이 있으면, 하기의 고주파 가열에 의한 담금질시에, 고주파 코일에 똑바로 강관이 통과하지 않는 문제가 우려된다. 따라서, 바람직한 양태에서는, 고주파 가열에 의한 담금질을 위해서, 냉간 가공(예를 들면 냉간 드로잉) 후에 교정 가공을 행한다.

이 교정 가공은, 그 방법을 특별히 한정하지 않지만, 예를 들면, 2롤 타입의 압연기를 4열 정도 설치하고, 각 열의 롤 갭의 중심 위치를 번갈아 다르게 어긋나게 하고(즉, 오프셋한다), 또한 롤 갭을 조정하여, 그 사이에 강관을 통과시킴으로써 구부림, 되구부림 가공을 가하는 방법이 바람직하다.

이 구부림, 되구부림의 가공도가 높을수록, 교정의 효과가 높아지므로, 강관의 외경의 1% 이상의 오프셋량으로, 강관의 외경의 1% 이하의 롤 갭량으로 하는 것이 바람직한데, 한편, 강관의 외경의 50% 이하의 오프셋량으로, 강관의 외경의 5% 이상의 롤 갭량으로서 두면, 강관 내면의 주름 손상 발생 등의 문제가 없으므로 적합하다.

(F) 열처리

상기 (E)의 교정 가공 후에, 강관에는 필요한 인장 강도를 확보함과 더불어, T방향 인성을 높여서 내버스트성도 확보하기 위한 열처리가 실시된다. 강관에 인장 강도로 1000MPa 이상의 고강도와, 내버스트성을 구비시키기 위해서는, 적어도 Ac3 변태점 이상의 온도로 가열하고나서 급냉하고, 이어서, Ac1 변태점 이하의 온도로 뜨임하는 처리를 행한다.

급냉 전의 가열 온도가 오스테나이트 단상이 되는 Ac3 변태점 미만에서는, 양호한 T방향 인성(따라서 양호한 내버스트성)을 확보시킬 수 없다. 한편, 상기의 가열 온도는 지나치게 고온이면, 오스테나이트 입자가 급격하게 성장하기 시작하여, 조입(粗粒)으로 되기 쉽고, 인성이 저하되기 쉬워지므로, 바람직하게는 1050℃ 이하로 한다. 또한, 오스테나이트역인 Ac3 변태점 이상의 온도로 급속 가열한 후, 단시간 유지하는 것은, 오스테나이트 입경을 미립화시킴으로써, 매우 높은 인성을 확보하기 위함이다.

이러한 급속에서 단시간 유지의 가열을 실현하기 위해서는, 생산성의 관점에서 고주파 유도 가열 방법을 채용하는 것이 바람직하다. 또한, 이 때의 가열 속도는, 고주파 코일에 통과시키는 강관의 이송 속도 등으로 조정 가능한데, 25℃/초 정도 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 50℃/초 이상, 더욱 바람직하게는 100℃/초 이상이다.

적어도 Ac3 변태점 이상의 온도로 가열한 후의 냉각은, 원하는 1000MPa 이상의 인장 강도를 안정·확실하게 얻기 위해서 급냉으로 하는데, 물 담금질 등의 급냉 처리를 행하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 급냉 처리 시의 800℃∼500℃간의 냉각 속도가, 50℃/초 이상인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 125℃/초 이상이다.

급냉되어 상온 근방까지 냉각된 강관은, 원하는 1000MPa 이상의 인장 강도와 내버스트성을 부여하기 위해서 Ac1 변태점 이하의 온도로 뜨임을 한다. 뜨임 온도가 Ac1 변태점을 넘으면 상기 특성을 안정되고, 또한, 확실하게 얻는 것이 곤란해진다.

뜨임 후에, (E)에서 기술한 방법으로, 적절히 스트레이트너 등으로 휨을 교정해도 된다. (A)에 기재된 강 조성의 소관을 이용해도, 담금질 단계의 가열 속도나, 냉각 속도가 불충분하면 본 발명의 목적으로 하는 강도나 인성을 안정되게 확보할 수 없는 경우가 있다.

이와같이 하여 뜨임된 심리스 강관은, 이미 기술한 것처럼, 소정 길이로 절단하여 단관으로 한 후에, 적어도 일단을 프레스 가공이나 스피닝 가공 등으로 축경 가공하고, 이니시에이터 등의 장착에 필요한 형상으로 최종 가공되어, 에어백 어큐뮬레이터로서 사용된다.

실시예

(실시예 1)

본 예는, 심리스 강관의 제조 조건을 시뮬레이트하여 제조한 재료에 대해서 강 조성과 저온 인성의 관계를 조사하기 위해서 행했다.

표 1에 나타내는 6강종의 화학 조성의 강을 진공 용해로 용제하고, 열간 압연 후에 냉간 압연을 실시하여 5㎜ 두께의 판재(가공도는 40%)로 했다. 그 후, 고주파 가열에 의해, 평균 승온 속도 300℃/초에서 920℃까지 가열하고, 920℃×5초의 유지 후, 수냉에서 담금질 처리를 행하고, 이어서, 뜨임을 실시했다.

이 열처리를 실시한 판재로부터, JIS Z2201의 14A호의 인장 시험편(평행부 직경 4㎜, 평행부 길이 20㎜)을 압연 방향으로 수직으로 채취하고, JIS Z2241에 준거하여 인장 시험을 행했다. 또한, 마찬가지로 압연 방향으로 수직으로, JIS Z2242에 준거하여, 2.5㎜폭의 서브 사이즈의 V노치 샤르피 시험편을 채취하여, 샤르피 충격 시험을 행했다.

<표 1>

표 2에, 인장 시험으로 얻어진 각 강의 인장 강도(TS) 및 샤르피 충격 시험으로 얻어진, 100% 연성 파면 하한 온도(vTrs100)를 나타낸다.

강 1∼3에 대해서는, 뜨임 온도를 조정함으로써, TS를 1000MPa 부근으로 조정했는데, 식(1)을 만족하지 않으므로, vTrs100이 －80℃보다도 고온이 되어, 이대로의 재료로서는 충분한 인성을 가지지만, 보틀 가공에 의해 인성이 저하되면, 충분한 저온 버스트 성능을 얻을 수 없을 가능성이 있다.

<표 2>

한편, 강 4∼8에 대해서는, 식(1)을 만족하기 위해서 TS가 1050MPa 이상이거나, vTrs100이 －100℃ 이하로 되어, 보틀 가공이 가해졌다고 해도, 충분한 저온 버스트 성능을 확보할 수 있다고 예상된다.

도 1에는, 본 예의 각 강의 Cr과 Mo의 함유량의 합계와, Cu와 Ni의 함유량의 합계를 플롯하고, vTrs100이 －80℃ 이상인 것을 ▲, －100℃ 이상인 것을 ○로 표시했다. 도 1에서, Cr과 Mo의 함유량의 합계에 대하여, Cu와 Ni의 함유량의 합계를 식(1)의 관계를 만족하는 것으로 함으로써, 뛰어난 저온 인성을 확보할 수 있는 것을 알 수 있다.

Cu＋Ni≥(Cr＋Mo)²＋0.3 … (1)

또한, 식(1)의 원소 기호는, 이들 원소의 함유량을 질량%로 나타냈을 때의 수치를 의미한다. Mo가 함유되지 않은 강의 경우에는, Mo＝0으로 한다.

(실시예 2)

표 3에 표시하는 화학 조성을 가지는 강을 전로에서 용제하고, 연속 주조에 의해 외경 191㎜의 원기둥형상 빌릿을 제조했다. 이 라운드 CC 빌릿을 원하는 길이로 절단하고, 1250℃로 가열한 후, 통상의 만네스만-맨드렐 밀 방식에 의한 천공, 압연에 의해 외경이 70㎜이고 두께가 4.0㎜로 마무리했다.

얻어진 심리스 강관을, 소관으로 하여, 통상의 방법으로 냉간 드로잉 가공(냉간 드로잉 가공)하고, 외경을 60.3㎜, 두께를 3.6㎜로 마무리했다. 이를 강관 사이즈 1로 한다.

이들 냉간 드로잉 가공을 실시한 강관을, 스트레이트너에 의해 교정한 후, 고주파 유도 가열 장치를 이용하여 평균 승온 속도 300℃/초에서 920℃까지 가열하고, 920℃×5초의 유지 후, 물 담금질을 행하고, 이어서 통상의 워킹 빔 로에서 뜨임을 위한 30분의 균열 처리를 행했다.

또한, 이 강관 사이즈 1의 스트레이트너에 의한 교정 가공은, 2롤 타입의 압연기를 3열 설치하고, 2열째의 롤 갭의 중심 위치를 1열째의 중심 위치에 대하여, 20㎜ 상으로 어긋나게 하고, 또한 3열째의 롤 갭의 중심 위치를 1열째의 중심 위치에 대하여, 3㎜ 상으로 어긋나게 하고, 또한 2열째와 3열째의 롤 갭을 각각, 58.8㎜(외경－1.5㎜)와 57.3㎜(외경－3.0㎜)로 조정하고, 그 사이에 강관을 통과시킴으로써 구부림, 되구부림 가공을 가하여 행했다.

또한, 동일하게 천공, 압연에 의해 외경이 51.0㎜이고 두께가 3.0㎜로 마무리한 심리스 강관을, 통상의 방법으로 냉간 드로잉 가공하고, 외경을 40.0㎜, 두께를 2.6㎜로 마무리했다. 이를 강관 사이즈 2로 한다.

냉간 드로잉 가공을 실시한 강관을, 스트레이트너에 의해 교정한 후, 고주파 유도 가열 장치를 이용하여 920℃까지 가열하여 5초 유지한 후, 물 담금질하고, 이어서 통상의 워킹 빔 로에서 뜨임을 위한 30분의 균열 처리를 행했다.

또한, 강관 사이즈 2의 스트레이트너에 의한 교정 가공은, 강관 사이즈 1과 동일한 방식으로, 2열째의 롤 갭의 중심 위치를 1열째의 중심 위치에 대하여, 10㎜ 상으로 어긋나게 하고, 또한 3열째의 롤 갭의 중심 위치를 1열째의 중심 위치에 대하여, 3㎜ 상으로 어긋나게 하고, 또한 2열째와 3열째의 롤 갭을 각각, 39.5㎜(외경－0.5㎜)과 39.2㎜(외경－0.8㎜)로 조정하고, 그 사이에 강관을 통과시킴으로써 구부림, 되구부림 가공을 가하여 행했다.

고주파 담금질과 뜨임을 행한 강관에 대하여, 도 2에 도시하는 형상의 인장 시험을 채취하여, 강도 특성을 조사했다. 도면 중의 숫자는 치수(단위:㎜)를 나타낸다.

또한, 고주파 담금질과 뜨임을 행한 강관을, 300㎜ 길이로 각각 6개 절단하고, 양 관끝에 프레스 가공을 실시하고, 축경부의 직경/미축경부의 직경의 비가 0.6이 되는 축경부를 25㎜ 길이로 설치하고, 어큐뮬레이터 보틀부의 형상으로 했다. 그 후, 한쪽끝을 용접하여 막고, 다른 한쪽의 단부를 고압 호스가 관통하는 폐쇄 부재를 용접했다.

이 시험체를, －60℃로 냉각된 챔버 내에서 에탄올 중에 침지하고, 고압 호스로부터 에탄올을 관 내에 주입하여 내압을 높여서 관을 파열시키고, 파괴 형태를 관찰했다.

그 결과, 강 A∼강 B를 이용한 강관 사이즈 1 및 2의 시험체의 각 6개 중 전체가, 개구부의 취성 파면 면적율이 5% 미만이며, 충분한 버스트 성능을 만족하는 것이 확인되었다.

한편, 강 C를 이용한 강관 사이즈 1 및 2의 시험체의 각 6개 중의, 각 3개가 축경부부터 조기 파괴하고, 버스트압이 현저하게 저하했다. 또한, 강 D 및 강 E를 이용한 시험체 6개 전체가, 개구부의 취성 파면 면적율이 5% 이상이며, 성능을 만족하지 않았다.

이상의 결과를, 상기 인장 시험의 결과와 함께, 표 4에 정리했다.

표 4에서의 강 A∼강 B는, 성분이 본 발명에서 규정하는 조건을 만족하는 강이다. 강 C∼강 E는, 본 발명에서 만족해야 할, Cu, Ni, Cr, Mo 함유량의 관계식(1)을 만족하지 않는 강, 또는, 그 이외의 성분의 범위를 만족하지 않는 강이다.

[표 3]

[표 4]

(실시예 3)

표 5에 표시하는 화학 조성을 가지는 강을 전로에서 용제하고, 연속 주조에 의해 외경 191㎜의 원기둥형상 빌릿을 제조했다. 이 라운드 CC 빌릿을 원하는 길이로 절단하고, 1250℃로 가열한 후, 통상의 만네스만-맨드렐 밀 방식에 의한 천공, 압연에 의한 열간 제관을 실시하여 심리스 강관을 작성했다.

그 후, 통상의 방법으로 냉간 드로잉 가공하고, 다양한 제품 강관 사이즈로 마무리했다. 이 때의 열간 제관 시의 강관 사이즈 및 그 후의 냉간 드로잉 가공 후의 강관 사이즈를 표 6에 표시한다.

이들 냉간 드로잉 가공을 실시한 강관을, 스트레이트너에 의해 교정한 후, 고주파 유도 가열 장치를 이용하여 평균 승온 속도 300℃/초에서 표 6에 표시하는 조건으로 가열하고, 그 후 물 담금질을 행했다.

또한, 이 물 담금질은, 링형상으로 배치된 노즐로부터 스프레이상태로 물을 분사하고, 그 링 내부에 강관을 통과시켜, 강관 외표면을 냉각시킴으로써 행했다. 상기 기술의 고주파 유도 가열 장치와 물 담금질 설비는 연결되어 있고, 강관의 통과 속도를 변화시킴으로써, 냉각 속도를 변화시켰다. 이어서 통상의 워킹 빔 로에서 뜨임을 위한 30분의 균열 처리를 행하여, 인장 강도가 1000MPa 이상이 되도록 조정했다.

[표 5]

이와 같이 담금질 뜨임을 실시한 각 강관으로부터 일정 길이를 잘라내고, 채취한 JISZ 2201로 규정된 11호 시험편을 이용하여, JISZ 2241로 규정된 금속 재료 인장 시험법에 준하여 인장 시험을 행했다.

또한, 각 강관으로부터 일정 길이를 잘라내, 이를 실온에서 관의 길이 방향으로 절단하여 전개했다. 전개한 관으로부터 그 T방향으로부터 채취한 길이 55㎜, 높이 10㎜, 폭을 강관의 원 두께로 한 직사각형재에 2㎜ V노치를 도입한 시험편을 이용하여, 샤르피 충격 시험을 실시했다. 이 때 얻어진 연성 파면율 100%를 확보할 수 있는 하한 온도(표 6중의 vTrs100로 표기)와, 인장 시험 결과의 관계를 표 6에 표시한다.

또한, 고주파 담금질과 뜨임을 행한 강관을, 300㎜ 길이로 각각 1개 절단하고, 양 관끝에 프레스 가공을 실시하여, 축경부의 직경/미축경부의 직경의 비가 0.6이 되는 축경부를 25㎜ 길이로 설치하고, 어큐뮬레이터의 보틀부의 형상으로 했다. 그 후, 한쪽끝을 용접하여 막고, 다른 한쪽의 단부를 고압 호스가 관통하는 폐쇄 부재를 용접했다.

이 시험체를, －60℃로 냉각된 챔버 내에서 에탄올 중에 침지하고, 고압 호스로부터 에탄올을 관 내에 주입하여 내압을 높여서 관을 파열시키고, 파괴 형태를 관찰했다. 개구부의 취성 파면 면적율이 5% 미만이면 합격(표 6중의 ○로 표기), 5% 이상이면 불합격(표 6중의 ×로 표기)으로 하여, 표 6에 기재했다.

[표 6]

본 발명의 강 조성에서, 적합한 범위인 강 F 및 강 G에서는, 광범위한 가열 조건에 관계없이, 안정되게 vTrs100이 －100℃ 이하인 뛰어난 저온 인성이 확보되어, 단부에 냉간 가공을 실시해도 뛰어난 버스트 성능을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.

한편, 본 발명의 강 조성 범위에서, Ti만이 벗어나는 강 H에 대해서는, 1000℃를 넘어서 가열하면 현저하게 결정 입자가 조대화하고, 그에 따라 vTrs100의 상승 및 버스트 성능의 저하가 보여졌다.

또한, 본 발명의 강 조성 범위에서, B의 함유량만이 벗어나는 강 I에 대해서는, 1000℃를 넘어서 가열되면 vTrs100의 상승 및 버스트 성능의 저하가 보여졌다.

또한, Mo:0.15%를 포함하는 강 J를 이용하여 외경 25㎜이고 두께 2.02㎜ 혹은 1.7㎜인 강관을 제조하고자 하여, 시험 No. 3이나 시험 No. 14와 같은 열간 제 관 사이즈와 냉간 드로잉 사이즈의 조합의 가공을 실시한 바, 냉간 드로잉 중에 균열이 발생했다(No. 21 참조). 여기서, 시험 No. 22에서는 냉간 드로잉 가공 전에 620℃에서 20분 균열(均熱)하는 연화 열처리를 실시했다. 또한, 시험 No. 23에서는, 추신 가공을 2회로 나누어서 실시하고, 이들 추신 가공의 사이에 620℃에서 20분 균열하는 연화 열처리를 실시했으므로, 비효율적이었다.

시험 No. 21, No. 22 이외는, 열간 제관 후에 연화 열처리를 실시하지 않아도, 냉간 드로잉 가공이 1회로 마무리할 수 있었다.

본 발명에 따른 화학 성분의 강을 이용하여, 고주파 담금질 뜨임을 실시함으로써, 축경부를 포함하는 에어백 어큐뮬레이터 부품으로서도 뛰어난 저온 버스트 성능을 가지는, 고강도의 에어백 시스템용 심리스 강관을 낮은 비용으로 고능률로 제조 가능한 것이 명백하다.

Claims

질량%로,
C:0.05∼0.20%,
Si:0.10∼0.50%,
Mn:0.10∼1.00%,
P:0.025% 이하,
S:0.005% 이하,
Al:0.005∼0.10%,
Ca:0.0005∼0.0050%,
Nb:0.005∼0.050%,
Ti:0.005∼0.050%,
Cu:0.01∼0.50%,
Ni:0.01∼0.50%,
Cr:0.01∼0.50%
B:0.0005∼0.0050%,
N : 0.002∼0.010%,
잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지고, 또한 하기 식(1)을 만족하는 강 조성을 가지고, 인장 강도가 1000MPa 이상이며, 샤르피 충격 시험에서의 100% 연성 파면 하한 온도(vTrs100)가 －100℃ 이하인 높은 인성을 가지는 것을 특징으로 하는, 에어백용 심리스 강관.
Cu＋Ni≥(M)²＋0.3 … (1)
또한, 식(1)의 “M”은, Cr을 나타내고, 원소 기호는, 이들 원소의 함유량을 질량%로 나타냈을 때의 수치를 의미한다.
청구항 1에 있어서,
상기 Ti 함유량이, 질량%로, 0.020% 초과 0.050% 이하인 것을 특징으로 하는, 에어백용 심리스 강관.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
질량%로, Mo:0.10% 미만을 더 함유하고, 또한 하기 식(1)을 만족하는 강 조성을 가지는 것을 특징으로 하는, 에어백용 심리스 강관.
Cu＋Ni≥(M)²＋0.3 … (1)
또한, 식(1)의 “M”은, (Cr＋Mo)를 나타내고, 원소 기호는, 이들 원소의 함유량을 질량%로 나타냈을 때의 수치를 의미한다.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
질량%로, V:0.02∼0.20%를 더 함유하는 강 조성을 가지는 것을 특징으로 하는, 에어백용 심리스 강관.
청구항 3에 있어서,
질량%로, V:0.02∼0.20%를 더 함유하는 강 조성을 가지는 것을 특징으로 하는, 에어백용 심리스 강관.
청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 강 조성을 가지는 빌릿(billet)을 이용하여 열간 제관에 의해 제조된 심리스 강관 소관에, 1회의 냉간 가공의 가공도가 40% 이상인 냉간 가공을 실시하여 소정 치수의 강관으로 하고, 교정을 행한 후에, 고주파 가열에 의해 Ac3 변태점 이상으로 가열하여 급냉시키는 담금질을 행하고, 이어서 Ac1 변태점 이하의 온도로 가열하여 뜨임을 행하는 것을 특징으로 하는, 에어백용 심리스 강관의 제조 방법.