JPH04191325A - 真直度に優れる高強度鋼管の製造方法 - 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、真直度に優れる高強度鋼管の製造方法、特に
自動車等の輸送機のドア用補強材や各種フレーム材等の
構造部材として使用するのに適した、空冷ままで焼入組
織の得られる高強度かつ真直度に優れる鋼管を安価に製
造する方法に関する。

（従来の技術） 従来、わが国における自動車用ドア補強材については、
次に述べるような状況下にあった。すなわち、 ■国内向けの自動車用ドアでは補強材は設置されていな
いものが多かった。

■輸出車、外国の自動車のドアには波板やｍ管の補強材
が使用されていた。

■前記波板としては、８０〜１００ｋｇｆ／ｍｍ２の熱
延・冷延鋼板が使用されていた。

■前記鋼管としては、軽量化のために薄肉・小径で、か
つ高強度化のために焼入れ処理した８０〜１５０ｋｇｆ
／ｍｍｚの鋼管が使用されていたが、寸法精度、特に曲
がりが大きかった。

■前記曲がり防止対策として、継目無鋼管や溶接鋼管を
製造後、圧延ままの軟質状態で曲がり等の寸法矯正を行
い、その後１ｍ程度の短管に切断してから水焼入れ〜焼
戻しの熱処理を実施することで、熱処理による歪（曲り
）を極力小さくしていたが、完全には曲がり防止はでき
なかった。そして熱処理後は鋼管が高強度となって、弾
性限が上昇して塑性変形させること自体困難となると共
シこ、靭性が劣化して割れが生じるため寸法矯正は事実
上できなかった。

（発明が解決しようとする課題） このようなな自動車用ドア補強材としての鋼管には、な
るべく高強度材であって、安価でじかも曲がりの小さい
ものが必要とされる。

自動車用ドア補強材としての鋼管にとって、曲がりが小
さいことは、自動車が大量生産方式を採用していること
から速やかにしかも正確に、複雑なドア構造の内部にの
所定の場所に設置・固定する上で重要である。

例えば、補強材としての鋼管に所定の強度を付与するに
は水焼入れ熱処理を行うことが必須であるが、加熱後の
水冷によって鋼管に曲がりが生しるのは避けられない。

そのため機械的手段でそのような曲がり矯正をすること
が必要となる。

ところが熱処理後の補強用鋼管は ■強度が高く本質的に矯正が困難である。

■高温に加熱すると焼戻しを受けて強度が大きく低下す
る。

■高温加熱でも強度を確保するためには、多量の高価な
合金元素の添加を必要とする。

といった問題があり、これらを満足させようとすると、
今度は安価な高強度補強用鋼管を提供することができな
い。

本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、自動車のド
ア補強材として、高強度で曲がりの少ない高強度鋼管を
多量にかつ安定して安価に得られる製造法の提供を目的
としている。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明者は鋭意研究を重ね、
自動車用ドア補強材の高強度化、寸法矯正とその手段お
よび経済性の各点を検討した結果以下のような知見を得
て、本発明を完成するに至った。

■高強度化 補強材用鋼管の高強度化には焼入れ、焼戻しが最も容易
な熱処理で、なかでも焼入れ一低塩焼戻しを通用すると
靭性も良好となり、安価に高強度を得るには有利である
。

■寸法精度向上のための矯正の必要性 補強材として必要な寸法精度、特に曲がりを確保する乙
こは、何らかの矯正機を用いることが必要である。しか
し、前述したように強度が高（なると弾性限か高くなる
と共に、靭性が低下し、矯正が著しく困難になり、室温
での矯正では場合によって割れが生じる。

そのため、水冷や油冷によらず、空冷でも焼きが入り十
分所定の強度と靭性が得られる鋼材を使用すれば、焼入
れによる曲がりの発生を抑制できる。

また、空冷による焼入組織を有する鋼材を使用すればさ
らに高い寸法精度が要求される場合に、空冷の途中で寸
法矯正が容易に行える。

■経済性について 長尺の状態で実施できれば、熱処理コストは短管に較べ
飛躍的に改善される。

ここに、上記知見に基づいてなされた本発明は、重量％
で、 Ｃ：０．１５〜０．４０％、　　Ｓｉ　：　０．１０〜
０．７０％、Ｍｎ　＋　１．００〜２．７０％、　　Ｃ
ｒ　：　０．５０〜２．５０％、Ｐ　：　０．０２５％
以下、　　Ｓ：０．０１５％以下、ｓｏｌ．Ａｌ　：　
０．０１〜０．０５％、または、さらに、 Ｍｏ：０．０５〜１．００％、Ｖ：０．０２〜０．１０
％、Ｎｉ　：　０．２０〜２．５０％、　　Ｔｉ　：　
０．０２〜０，１０％、Ｎｂ　：　０．０１〜０．１０
％、およびＢ　：　０．０００５〜０．００５０％のう
ちの１種または２種以上、 残部Ｆｅおよび不可避的不純物 からなる鋼組成を有する鋼管を、８５０−１０５０℃で
０．５〜３０分加熱してから、軸心まわりに回転させな
がら、空冷することを特徴とする真直度に優れる高強度
鋼管の製造方法である。

本発明の別の特徴によれば、上述のように８５０〜１０
５０℃で０．５〜３０分加熱後の空冷中、３００℃以上
の温度域で鋼管の曲がり矯正をするようにしてもよい。

さらに別の面からは、上述のように８５０〜１０５０℃
で０．５〜３０分加熱後に空冷し、次いで５０〜３５０
℃で１〜３０分加熱後放冷するようにしてもよい。

なお、本発明にかかる高強度鋼管としては特定のもの、
コニ制限されないが、一般には継目無鋼管または溶接鋼
管である。

（作用） 次に、本発明において鋼組成および処理条件を上述のよ
うに限定した理由についてさらに詳述する。

Ｃ； これは高強度を安価に得るためには必須の元素である。

０．１５％未満では補強材として必要な１２０ｋｇｆ／
ａｒｍ２以上の強度を熱処理で得ることができない。０
．４０％を超えると、焼入れままでは強度が高遇ぎ、焼
き割れが往じる。

Ｓｉ　： 製鋼時の脱酸に必要な成分である。０．１０％未満では
脱酸が不十分で靭性が確保できない。０．７０％を超え
ると溶接製管時の溶接欠陥が注し易くなる。

Ｍｎ　： 焼入れ性改善に有効な成分である。１．０％未満ではそ
の効果が不十分であり、２．７０％超では製鋼時のビレ
ント製造の際に欠陥が生じ易くなり、熱処理後に靭性が
劣化する。

ＰＸＳ： これらは鋼中の代表的な不純物である。焼き割れ防止、
熱処理後の靭性劣化防止のためにそれぞれ０．０２５　
Ｚおよび０．０１５χの上限以下に制限することが必須
である。特に、Ｔ、Ｓ≧１５０ｋｇｆ／ｍｍ２では靭性
（ｖＴｒｓ≦−２０℃）を確保する上で、更にＰ≦０．
０１５％、Ｓ≦ｏ、ｏｏｓ％の制限が望ましい。

ｓｏｌ、＾ｌ　： Ｓｉ　と同様に脱酸成分として添加され、Ｓｉの場合と
同等の理由により添加量が０．０１〜０．０５２に制限
される。

Ｃｒ： 焼入れ性の改善と靭性改善、焼戻し軟化抵抗上昇に有効
である。特に長尺管をそのまま空冷により焼きを入れ、
所定の強度を確保し、しかも空冷による曲がりを防止す
るためにＭｎ同様に不可欠の成分である。２．５χの上
限を超えると高価になり、しかも溶接部の欠陥が防止で
きない。０．５χの下限未満では焼入れ性・靭性・軟化
抵抗が改善されない。

本発明においては、さらに強度・靭性を改善するために
、Ｍｏ、　Ｖ　、　Ｎｉ、Ｔｉ、　Ｎｂ、およびＢのう
ちの少なくとも一種または二種以上をさらに含有する鋼
を使用してもよいが、より好ましくは、Ｔｉ　−ＢＸＮ
ｂ−Ｔｉ−Ｂの組み合わせである。

したがって、以下、これらの添加元素の限定理由を説明
する。

ＭＯ： Ｃｒと同様の効果を奏する。Ｃｒ添加の補助的役割を有
している。０．０５〜１．ＯＯχの添加範囲外ではＣｒ
と同様の不利益を有する。

■　： ０．０２％以上の添加で高温での焼戻しに対して軟化抵
抗が大きい。０．１０χの上限を超える添加は高価であ
る。

Ｎｉ： ０．２０％以上の添加で焼入れ性改善、靭性改善に有効
である。２，５０χの上限を超えても効果は有効である
が高価となる。

Ｔ１、Ｎｂ： それぞれ０．０２Ｘ　、０．０１％以上の添加で焼入れ
時の鋼の結晶粒の粗大化防止、溶接部の靭性改善に有効
な元素である。しかし、それぞれ０．１０２の上限を超
えると靭性が劣化する。

Ｂ； Ｂの添加は焼入れ性改善に有効である。０．０００５χ
の下限未満ではその効果が不十分であり、一方０、００
５０χの上限超では靭性が劣化する。

次に、本発明の製造法についての処理条件の限定理由を
説明する。

まず、上述のような組成を有する鋼を調製してから適宜
手段でもって鋼管を製造するのであるが、本発明にあっ
てそのような製管過程は特に制限されるものではない。

好適例としては継目無鋼管の場合、マンネスマン法、熱
間押出法等で製造してもよい。また、溶接鋼管として、
代表的にはＥＲＷ鋼管（電気抵抗溶接鋼管）、鍛接鋼管
、ＴＩＧ溶接鋼管、サブマージアーク溶接鋼管、レーザ
ー溶接鋼管、ＥＲＷ、ＴＩＧ、レーザーの各組合セ複合
溶接鋼管などが挙げられる。

このようにして用意された鋼管は、８５０〜１０５０’
ＣＸ０．５〜３０分に加熱後空冷を行い焼入れ組織を得
る。

焼入れのため鋼をオーステナイト化するのには８５０“
Ｃ以上の加熱が必要である。１０５０″Ｃ超では鋼の結
晶粒の粗大化が生し靭性が劣化する。一方、加熱時間が
０．５分未満の加熱では鋼管全体を均熱化することがで
きず、最終約６こ得られた鋼管の機械的性質を均一にす
ることが困難となる。３０分超では１０５０℃に近い加
熱温度の場合、鋼の結晶粒の粗大化が生じて靭性が劣化
し、焼き割れが生し易くなる。

焼き入れ＆１１１ｉｌＩｉとするには、加熱後水冷で焼
きを入れる（大部分をマルテンサイトｍ織とする）のが
最も容易で安価な方法ではあるが、そのような手段では
焼入れ歪が大きく、しかも高強度鋼では焼き割れが重大
な問題となってくる。

したがって、本発明にあっては、前述のように空冷で十
分な焼きが入る成分とすることで安価で安定した鋼管の
製造を可能としている。

なお、本発明にあって空冷には水・油等を使用しないで
空気を冷却媒体として利用する全ての冷却を含む。例え
ば、大気放冷はもちろん、強制空冷をも包含する。

しかしながら、かかる空冷だけでは曲がりが生しること
があるため、管軸心まわりに回転させながら空冷するこ
とが必要になる。具体的には、例えば管軸心まわりに自
転転送する構造の冷却床にて放冷させることにより曲が
／）矯正が行える。その他、ターニングローラ列上に水
平載置回転させながら空冷する等の態様が考えられる。

本発明の場合には後述する焼戻し処理は必ずしも必要と
しないが、靭性改善には焼戻し処理を行うのが好ましい
。

焼戻しは、５０〜３５００℃で１〜３０分加熱後放冷す
ることによって行うが、これより高温・短時間側では十
分な靭性が確保できない。一方、それより高温・長時間
では十分な強度が得られない。

すでに述べたように、本発明によれば矯正は空冷の段階
で軸心まわりに回転させながら空冷することにより曲が
り防止を図ることができることから必ずしも必要ではな
いが、必要に応し、機械的な矯正を行ってもよく、その
場合の矯正は前述の管軸心のまわりに回転させながら行
う空冷に代えであるいはそれに続けて、空冷の段階で行
ってもよい。

かかる機械的曲がり矯正はロール式矯正機、傾斜ロール
式矯正機、プレス式矯正機等を使って実施される。空冷
の途中での矯正は前述の困難を排除でき容易に所定の寸
法精度を得ることができるが、３００℃未満の低温では
鋼管の強度が大きくなり塑性変形をともなう寸法矯正が
困難となり、しかも加工中に割れが生しる。

なお、本発明によれば、長さ５ｍ以上という長尺管とし
て熱処理を行っても高強度を保持した状態で寸法面がり
は１信当り１１１１ｍ以下に押さえることができるため
、熱処理完了俊に所定長さに短尺管材を切断することで
生産性の向上を図ることができる。

実施例 本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明は
これにより限定されるものではない。

本発明における供試鋼の成分を第１表に示す。

（以下余白） 前記第１表に示した鋼を次のような条件で製管し、熱処
理を施した。

Ａ系鋼の例は転炉溶製→熱間圧延Ｑこて種々の板厚のホ
ットコイルとし、これをＥＲＷ法で外径２５Ｉの電縫鋼
管とした。

Ｂ系鋼の例は電気炉溶製→分塊→マンネスマン製管法で
製造した種々肉厚の外径３０ｍｍの継目無鋼管である。

いずれも、素管をハツチ炉または高周波加熱式連続炉で
加熱後空冷焼入れを行った。その後、空冷途中での寸法
矯正は冷却床で管軸を回転させながら、あるいはスタン
ド間間隔４００ｍｍの２−１−２１型傾斜ロ一ル式矯正
機にて行った。

なお、前述のハツチ炉による加熱とは複数本の鋼管を通
常その長手方向の複数箇所を支持載置して静止状態で加
熱する多量加熱であり、この場合鋼管が長ければ長い程
、曲がり矯正前の曲がり量が大きくなる加熱手段である
。

また、高周波加熱式連続炉加熱とは、鋼管を１本毎にそ
の軸心回りに回転させながみ軸方向へ移；’（ｔ　６ス
キユー送’ｌローラコンヘアらイノ中に１段または複数
段のリング状誘導加熱コイルを配し。

て、このコイル中に鋼管を貫通させ加熱する方法であり
、上記ハツチ炉加熱に比べると加熱後鋼管の曲がり量は
極めてＩＩＸさい。

これらの処理条件および結果をまとめて第２表に示す。

（以Ｆ余白〕 製品の曲がりは１ｍ当りの値（ｍｍ）で表示した。

傾斜ロール式矯正機による曲がり矯正は１回の処理で行
った。表中で長尺管は５ｍ以上で、短尺管は１ｍ程度に
切断した管である。

所定の成分範囲で所定の熱処理であれば所要の真直度な
らびに１２０ｋｇｆ／ｍｍ”以上の強度と靭性（ｖＴｒ
ｓ≦−２０℃）を満足する製品が得られた。特に曲がり
については、長尺管でも処理後に曲がりが１１８１１以
下となり、冷却途中で矯正機により寸法矯正を実施する
と更に精度が向上することがわかる。

これに対し、本発明の条件を外れる比較例および従来例
の場合は、真直度、強度、靭性のいずれか一つまたは複
数が目標を満足しない。

（発明の効果） 本発明は以上説明したように構成されているから、本発
明による鋼の成分と熱処理および矯正法で所定以上の強
度・靭性および優れた寸法精度を有する自動車ドア補強
材用の鋼および鋼管が経済的に得られ、産業上極めて有
用である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で、 Ｃ：０．１５〜０．４０％、Ｓｉ：０．１０〜０．７０
   ％、Ｍｎ：１．００〜２．７０％、Ｃｒ：０．５０〜２
   ．５０％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０１５％以
   下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１〜０．０５％、 残部Ｆｅおよび不可避的不純物 からなる鋼組成を有する鋼管を、８５０〜１０５０℃で
   ０．５〜３０分加熱してから軸心まわりに回転させなが
   ら空冷することを特徴とする真直度に優れる高強度鋼管
   の製造方法。
2. （２）８５０〜１０５０℃で０．５〜３０分加熱後の空
   冷中に軸心まわりに回転させる曲がり矯正を行うととも
   に、あるいはそれに代えて３００℃以上の温度域で鋼管
   の機械的曲がり矯正をする請求項１記載の真直度に優れ
   る高強度鋼管の製造方法。
3. （３）８５０〜１０５０℃で０．５〜３０分加熱後に空
   冷し、次いで５０〜３５００℃で１〜３０分加熱後放冷
   する請求項１記載の真直度に優れる高強度鋼管の製造方
   法。
4. （４）前記鋼組成が、重量％で、さらに、 Ｍｏ：０．０５〜１．００％、Ｖ：０．０２〜０．１０
   ％、Ｎｉ：０．２０〜２．５０％、Ｔｉ：０．０２〜０
   ．１０％、Ｎｂ：０．０１〜０．１０％、および Ｂ：０．０００５〜０．００５０％ のうちの１種または２種以上を含有する、請求項１ない
   し３のいずれかに記載の真直度に優れる高強度鋼管の製
   造方法。