JPH024944A - 疲労特性の優れた電縫鋼管用鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、銅帯をロール成形、電気抵抗溶接して製造さ
れる電縫鋼管が構造用或いは機械構造用として用いられ
る際に優れた疲労特性を有する電縫鋼管の素材鋼に関す
る。

（従来の技術及び解決しようとする課題）近年、自動車
車体の軽量化対策の１つとして、足廻り部品、例えば、
走行安定性を保持するスタビライザーなどは、従来より
棒鋼で製造されていたが、シームレス鋼管或いは溶接鋼
管を用いた中空化が進んでいる。

この場合、溶接鋼管によって中空状の足廻り部品を製造
するには、棒鋼による中実状のものに比べて、構造用部
材としての品質及び信頼性を確保するには、溶接部の健
全性が要求される。更に、これら部品には繰返し応力が
作用するので高い疲労特性が要求される。

ところで、中空化のための鋼管としては、表面性状及び
製造原価の点で有利となる電縫鋼管が多く適用されてい
る。この電縫鋼管用素材としては例えば、特開昭５８−
１２３８５８号公報に示されているようにＣ−Ｓｉ、Ｍ
ｎ、Ｃｒ量を焼入れ性（理想臨界直径）や炭素当量を考
慮して調整され、更に５ｏＱＡＱ、Ｔｊ、Ｂを添加した
ものがある。

しかし乍ら、捻り応力といった厳しい条件で使用される
場合では、素材に高い疲労特性製具備するよう配慮する
必要がある。

本発明は、か＼る状況のもとでなされたものであって、
電縫鋼管がスタビライザーなどの部品に適用された場合
に、その使用時にねじりの繰返し応力が負荷されても溶
接部で破断して疲労特性を損うようなことがなく、優れ
た疲労特性を有する電縫鋼管用鋼を提供することを目的
とするものである。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するため、本発明者らは、この種の電縫
鋼管が使用時に溶接部で破断する原因について検討した
。

その結果、電縫鋼管の製造過程の溶接において、接合中
心部に第１図に示すような白色層が生成し、これが原因
で疲労特性が著しく低下することが判明した。

すなわち、この白色層は周りの部分に比へてＣ１Ｓｉ、
Ｍｎなどの成分が低くなっており、硬度を測定するとこ
の白色層で低硬度となっている。スタビライザーなどの
部品として高い疲労強度を得るために焼入れ処理が施さ
れるが、この焼入れ処理後においても、白色層部分の硬
度は低くなっている（第２図）。このことは、鋼管の円
周方向において、強度が均一とはなっておらず、低強度
の領域が部分的ではあるが円周方向に存在し、これが鋼
管の長さ方向全長に亘り存在しているものと考察される
。

したがって、このような状態で繰返しねじり応力が負荷
された場合には、白色層域で鋼管長さ方向に剪断応力が
かかり、この低強度域が起点となって割れが発生し、′
溶接部破断として溶接部の信頼性を著しく低下させるこ
とになる。

そこで、本発明者らは、電縫鋼管の溶接中心部の白色層
で硬度が低下せず、円周方向に均一に所定の高硬度を具
備させることができる方策を見い出すべく鋭意研究を重
ねた。その結果、所定の材＝４ 料特性を確保するべくＣ，Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｂ
等で成分調整し、特に適量のＣｕとＮｉの適量を同時添
加することにより、可能であることを見い出し、ここに
本発明をなしたものである。

すなわち、本発明に係る電縫鋼管用鋼は、Ｃ：０．１０
〜０．４．０％、Ｓｉ：０．２５％以下、Ｍｎ：０．３
０−１．００％、Ｃｒ：０．５０％以下、Ｔｊ：０．０
０５〜０．０５０％及びＢ：Ｑ、Ｑ　００５〜０゜００
５％を含み、更にＣｕ：０．０２−０．２０％及びＮｉ
：０．０２〜０．２０％を含み、Ｐ：０．０２０％以下
、Ｓ：０．０２０％以下で、残部がＦｅ及び不可避的不
純物よりなる鋼であり、該熱間圧延鋼帯をロール成形、
電気抵抗溶接して製造する電縫鋼管用で疲労特性の優れ
た鋼を要旨とするものである。また、前記化学成分にお
いてＣａを５〜１１００ｐｐ添加し、鋼中硫化物系介在
物の形態を制御することにより、−層信頼性の高い電縫
鋼管を得ることができる。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

本発明によれば、疲労特性の優れた電縫鋼管用鋼が提供
されるが、これは、電縫溶接中心部の白色層が焼入れ処
理後に低硬度になるその機構を詳細に解明した結果、白
色層はＣ，Ｓｉ、Ｍｎの成分が低く、周りの部分に比べ
て加熱時のオーステナイト変態温度Ａｃ３点が高くなっ
ており、更に焼入れのための加熱に通常用いられる抵抗
加熱方式では加熱速度が非常に大きく、加熱速度が大き
いとＡｃ３点は上昇しく例えば、０．２０％Ｃ鋼の場合
、加熱速度２００℃／ｓｅｃでＡｃ３点は１７０℃上昇
する）、このため、白色層域はオーステナイトに未変態
のまま焼入れされ、十分な硬化が得られていないという
知見に基づき、構造用鋼として通常添加される成分Ｃ，
Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｂ、或いはＣａの元素に加え
て、Ｃｕ及びＮｉを同時添加し、これらの元素の添加量
を総合的に勘案して適正に配合したことによるものであ
る。

次に本発明の鋼における化学成分の限定理由製説明する
。

Ｃ： Ｃは材料の強度及び焼入性を確保する元素であリ、その
ためには０１１０％以上を要する。しかし、０．４０％
を超えると造管時の溶接性に悪影響を及ぼすので好まし
くない。したがって、Ｃ量は０．１０〜０．４０％の範
囲とする。

Ｓｌ： Ｓｌは材料強度の確保に有効な元素であるが、０．２５
％を超えると靭性が劣化するので、Ｓｌ量は０．２５％
以下とする。

Ｍｎ： Ｍｎは強度確保及び焼入性の向上に必要な元素である。

０．３０％未満では十分な焼入性が得られず、また１、
００％を超えると溶接性に悪影響を及ぼすので好ましく
ない。したがって、Ｍｎ量は０．３０〜１．００％の範
囲とする。

Ｃｒ： Ｃｒは焼入性を向上せしめる元素であるが、０゜５０％
を超えて添加されると溶接時にペネトレーター欠陥を発
生し易くなるので、Ｃｒ量は０．５０％以下とする。

Ｂ： Ｂは焼入性を大幅に向上させる元素である。しかし、０
．０００５％未満では焼入性に効果がなく、また０、０
０５％を超えて添加しても介在物として存在し、清浄度
を悪くするので好ましくない。したがって、Ｂ量は０．
０００５〜０．００５％の範囲とする。

Ｔｉ量： Ｔｉは窒化物形成元素で、Ｂ添加による焼入性を安定且
つ効果的に行うために有効な元素である。

しかし、０．００５％未満では窒化物の形成に不十分で
あり、また０、０５０％を超えて添加しても介在物とし
て存在し、逆に加工性に悪影響を及ぼすので好ましくな
い。したがって、Ｔｉ量は０゜００５〜０．０５０％の
範囲とする。

Ｃｕ： Ｃｕは偏析係数の小さい元素で、溶接中心部の白色層中
に残存してＡＣ３点を低下させるだけでなく、焼入性も
向上させる効果がある。しかし、０゜０２％未満ではそ
の効果が小さく、また０、２０％を超えて添加してもそ
の効果は飽和し、原価の＝７ 上昇になるので好ましくない。したがって、Ｃｕ量は０
．０２〜０．２０％の範囲に限定する。

Ｎ１： ＮｉはＣｕと同様、溶接中心部の白色層のＡｃ１１点を
低下させるだけでなく焼入性も向上させ、Ｃｕと同時添
加によりその効果が増長される効果を示す。しかし、０
．０２％未満ではその効果は不十分であり、また０、２
０％を超えて添加しても目的とする効果は飽和し原価の
上昇になるので好ましくない。したがって、Ｎｉ量は０
．０２〜０．２０％の範囲に限定する。

Ｃａ： Ｃａは硫化物の形態制御に有効で加工性の向上に寄与す
る元素であるので、必要に応じて添加することができる
。添加する場合、５　ｐｐｍ未満では形態制御効果が十
分でなく、また１１００ｐｐを超えると介在物量が多く
なり、延性、靭性が劣化するので、５〜１１００ｐｐの
範囲に限定する。

Ｐ　： Ｐは靭性劣化をもたらすので、０．０２０％以下に規制
する。

Ｓ　： Ｓは硫化物系介在物の主元素であって、加工性を悪化さ
せるので、０．０２０％以下に規制する。

次に本発明の実施例を示す。

（実施例） 第１表に示す化学成分を有する鋼Ａ、Ｂ、Ｃを常法によ
り溶製、鋳造し、得られた鋳塊を熱間圧延し、更にスリ
ットコイルとした後、成形、溶接によりサイズ２２．２
ｍｍ（外径）Ｎ２．６ｍｍ（肉厚）に造管した。更に約
６５０℃の温度で焼鈍処理を実施した。

上記素管より１０００ｍｍ長さの試験片を採取し、その
直管部の両端をクランプして抵抗加熱方式により第２表
に示す加熱条件で加熱し、水焼入れした。

前記条件にて得た溶接部断面の硬さ分布を第３図に示す
。同図より明らかなとおり、本発明鋼Ｂは比較鋼Ａに比
べて溶接中心部の白色層においても硬度が低下せず、パ
イプ円周方向の強度均一性が得られている。

また、前記条件にて得たパイプについてねじり疲労試験
を行った結果を第４図に示す。同図より明らかなとおり
、本発明鋼Ｂは、前述のように溶接中心部の白色層にお
いて十分な硬度を有する結果、疲労試験においても溶接
部破断は認められず、優れた耐久性を示している。

なお、更にＣａを５〜１００　ｐｐｍの範囲内で添加し
た本発明鋼Ｃについても、同様に優れた疲労特性が得ら
れることが確認された。

［以下余白） （発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、スタビライザー
などの自動車足廻り部品等に適用される電縫鋼管に関し
て、溶接中心部の白色層における硬さ低下をなくすこと
ができるので、優れた疲労特性を具備でき、且つ溶接部
品質の信頼性が高い優れた疲労特性を有する電縫鋼管を
安定して製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶接部の断面の金属組織を示す写真、第２図及
び第３図は溶接部の硬さ分布を示す図、第４図はパイプ
のねじり疲労試験結果を示す図である。 特許出願人　　　株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士　　中　　村　　　尚 （（ｏｏ＋ＡＨ）　　Ｃ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で（以下、同じ）、Ｃ：０．１０〜０．４
   ０％、Ｓｉ：０．２５％以下、Ｍｎ：０．３０〜１．０
   ０％、Ｃｒ：０．５０％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．
   ０５０％及びＢ：０．０００５〜０．００５％を含み、
   更にＣｕ：０．０２〜０．２０％及びＮｉ：０．０２〜
   ０．２０％を含み、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０
   ２０％以下で、残部がＦｅ及び不可避的不純物よりなる
   鋼であり、該熱間圧延鋼帯をロール成形、電気抵抗溶接
   して製造する電縫鋼管用で疲労特性の優れた鋼。
2. （２）前記鋼に、更にＣａ：５〜１００ｐｐｍを添加し
   て鋼中硫化物系介在物の形態を制御してなるものである
   請求項１に記載の鋼。