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JP2007262469A - Steel pipe and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2007262469A
JP2007262469A JP2006087818A JP2006087818A JP2007262469A JP 2007262469 A JP2007262469 A JP 2007262469A JP 2006087818 A JP2006087818 A JP 2006087818A JP 2006087818 A JP2006087818 A JP 2006087818A JP 2007262469 A JP2007262469 A JP 2007262469A
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JP
Japan
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less
mass
steel pipe
fatigue strength
manufacturing
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2006087818A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akihiro Matsuzaki
明博 松崎
Toru Hayashi
透 林
Nobutaka Kurosawa
伸隆 黒澤
Yasuhiro Omori
靖浩 大森
Seishi Uei
清史 上井
Takaaki Toyooka
高明 豊岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
JFE Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by JFE Steel Corp filed Critical JFE Steel Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a steel pipe whose fatigue strength is more improved than that of the conventional one. <P>SOLUTION: Regarding the steel pipe comprising, by mass, 0.3 to 0.1% C, ≤3.0% Si and 2.0% Mn, and the balance Fe with inevitable impurities, and in which at least a part is subjected to quenching, in the quenched structure, the average grain size of old austenitic grains is ≤12 μm, and also, the maximum grain size is ≤4 times the average grain size. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、少なくとも部分的に高周波焼入れによる硬化部をそなえる、鋼管およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a steel pipe and a method for manufacturing the same, which are at least partially provided with a hardened portion by induction hardening.

従来、例えば自動車用ドライブシャフトは、熱間圧延棒鋼に、熱間鍛造、さらには切削、冷間鍛造などを施して所定の形状に加工したのち、高周波焼入れ−焼戻しを行うことにより、ドライブシャフトとしての重要な特性であるねじり疲労強度、曲げ疲労強度、転動疲労強度およびすべり転動疲労強度等の疲労強度を確保しているのが一般的である。
他方、近年、環境問題から自動車用部品に対する軽量化への要求が強く、この観点からドライブシャフトを中実の棒鋼品から中空の鋼管に代替することが検討されている。
Conventionally, for example, a drive shaft for an automobile is processed as a drive shaft by subjecting a hot rolled steel bar to hot forging, further cutting, cold forging, etc., and processing it into a predetermined shape, followed by induction hardening and tempering. In general, the fatigue strengths such as torsional fatigue strength, bending fatigue strength, rolling fatigue strength, and sliding rolling fatigue strength, which are important characteristics, are ensured.
On the other hand, in recent years, there is a strong demand for weight reduction of automotive parts due to environmental problems, and from this point of view, replacement of a drive shaft from a solid steel bar to a hollow steel pipe has been studied.

ドライブシャフトに供する鋼管としては、電縫鋼管、圧接鋼管及び鍛接鋼管等の利用が考えられる。これらの鋼管をドライブシャフトに採用するには、自動車の急発進に伴ってドライブシャフトに繰り返し加わる負荷に対しての耐性、特に優れた疲労強度が要求される。   As the steel pipe used for the drive shaft, use of an electric resistance welded steel pipe, a pressure welded steel pipe, a forged steel pipe or the like can be considered. In order to employ these steel pipes for the drive shaft, resistance to a load repeatedly applied to the drive shaft as the automobile starts suddenly, particularly excellent fatigue strength is required.

ここに、電縫鋼管を用いた中空ドライブシャフトについて、特許文献1には、高周波焼入れによって高強度化することが開示されている。例えば、ねじり疲労強度を向上させるためには、高周波焼入れによる焼入れ深さを増加させることが考えられる。しかしながら、焼入れ深さを増加してもある深さで疲労強度は飽和する。従って、単に高周波焼入れをすることでは、近年の自動車部品の疲労強度に対する要求には十分に応えられないところに問題を残していた。
Here, regarding a hollow drive shaft using an electric resistance welded steel pipe, Patent Document 1 discloses that the strength is increased by induction hardening. For example, in order to improve the torsional fatigue strength, it is conceivable to increase the quenching depth by induction quenching. However, even if the quenching depth is increased, the fatigue strength is saturated at a certain depth. Therefore, simply performing induction hardening has left a problem in that it cannot sufficiently meet the recent demand for fatigue strength of automobile parts.

また、特許文献2には、ドライブシャフトに供する鋼管の疲労強度を向上するために、MnSにより粒成長を抑制させて疲労強度を向上させるために、熱間圧延に供する際の鋳片の加熱温度を1350℃〜1420℃とすることが開示されている。しかしながら、やはり、近年のねじり疲労強度に対する要求には十分に応えることができなかった。
特開2004−162125号公報 特開2003−321713号公報
Further, in Patent Document 2, in order to improve the fatigue strength of the steel pipe used for the drive shaft, in order to suppress the grain growth by MnS and improve the fatigue strength, the heating temperature of the slab during the hot rolling is used. Is set to 1350 ° C to 1420 ° C. However, the demand for torsional fatigue strength in recent years has not been sufficiently met.
JP 2004-162125 A JP 2003-321713 A

本発明は、上記の現状に鑑み開発されたもので、従来よりも疲労強度を一層向上させた鋼管を、その有利な製造方法と共に提案することを目的とする。   The present invention has been developed in view of the above-described present situation, and an object thereof is to propose a steel pipe having a further improved fatigue strength as compared with the conventional manufacturing method.

さて、発明者らは、前記した疲労特性を効果的に向上させるべく、特に高周波焼入れ組織について鋭意検討を行った。
その結果、高周波焼入れ組織の旧オーステナイト粒の粒径に着目し、旧オーステナイト粒の平均粒径を微細化することにより、ねじり疲労強度、曲げ疲労強度および転動疲労強度などの疲労特性が改善することを見出すに到った。
Now, in order to effectively improve the above-described fatigue characteristics, the inventors have conducted intensive studies particularly on the induction-quenched structure.
As a result, focusing on the grain size of the prior austenite grains in the induction-quenched structure, and reducing the average grain size of the prior austenite grains, fatigue characteristics such as torsional fatigue strength, bending fatigue strength, and rolling fatigue strength are improved. I came to find out.

すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
(1)C:0.3〜1.5mass%、
Si:3.0mass%以下および
Mn:2.0mass%以下
を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、さらに高周波焼入れによる硬化部を有し、該硬化部は旧オーステナイト粒の平均径が12μm 以下かつ最大粒径が平均粒径の4倍以下であることを特徴とする、疲労特性に優れた鋼管。
That is, the gist configuration of the present invention is as follows.
(1) C: 0.3 to 1.5 mass%,
Si: 3.0mass% or less and
Mn: 2.0 mass% or less, the balance is made of Fe and inevitable impurities, and further has a hardened portion by induction hardening, and the hardened portion has an average diameter of prior austenite grains of 12 μm or less and a maximum grain size of average grains A steel pipe excellent in fatigue characteristics, characterized by being 4 times or less in diameter.

(2)前記鋼管は、さらに、
Al: 0.25mass%以下
を含有することを特徴とする上記(1)に記載の鋼管。
(2) The steel pipe further includes
Al: The steel pipe according to (1) above, containing 0.25 mass% or less.

(3)前記鋼管は、さらに、
Cr:2.5mass%以下、
Mo:1.0mass%以下、
Cu:1.0mass%以下、
Ni:2.5mass%以下、
Co:1.0mass%以下、
V:0.5mass%以下および
W:1.0mass%以下
のうちから選んだ1種または2種以上を含有することを特徴とする上記(1)または(2)に記載の鋼管。
(3) The steel pipe is further
Cr: 2.5 mass% or less,
Mo: 1.0mass% or less,
Cu: 1.0 mass% or less,
Ni: 2.5 mass% or less,
Co: 1.0mass% or less,
The steel pipe according to (1) or (2) above, which contains one or more selected from V: 0.5 mass% or less and W: 1.0 mass% or less.

(4)前記鋼管は、さらに、
Ti:0.1mass%以下、
Nb:0.1mass%以下、
Zr:0.1mass%以下、
B:0.01mass%以下、
Ta:0.5mass%以下、
Hf:0.5mass%以下および
Sb:0.015mass%以下
のうちから選んだ1種または2種以上を含有することを特徴とする上記(1)、(2)または(3)に記載の鋼管。
(4) The steel pipe further includes
Ti: 0.1 mass% or less,
Nb: 0.1 mass% or less,
Zr: 0.1 mass% or less,
B: 0.01 mass% or less,
Ta: 0.5 mass% or less,
Hf: 0.5 mass% or less and
The steel pipe according to (1), (2) or (3) above, containing one or more selected from Sb: 0.015 mass% or less.

(5)前記鋼管は、さらに
S:0.1mass%以下、
Pb:0.1mass%以下、
Bi:0.1mass%以下、
Se:0.1mass%以下、
Te:0.1mass%以下、
Ca:0.01mass%以下、
Mg:0.01mass%以下および
REM:0.1mass%以下
のうちから選んだ1種または2種以上を含有することを特徴とする上記(1)乃至(4)のいずれかに記載の鋼管。
(5) The steel pipe is further S: 0.1 mass% or less,
Pb: 0.1 mass% or less,
Bi: 0.1 mass% or less,
Se: 0.1 mass% or less,
Te: 0.1 mass% or less,
Ca: 0.01 mass% or less,
Mg: 0.01 mass% or less and
REM: The steel pipe according to any one of (1) to (4) above, which contains one or more selected from 0.1 mass% or less.

(6)微細なベイナイト組織および微細なマルテンサイト組織のいずれか一方または両方を合計で10体積%以上含有する鋼管を素材として、該鋼管の少なくとも一部分に、昇温速度400℃/s以上かつ到達温度1000℃以下の高周波加熱を1回以上施すことを特徴とする鋼管の製造方法。 (6) Using as a raw material a steel pipe containing at least 10% by volume of one or both of a fine bainite structure and a fine martensite structure, a temperature increase rate of 400 ° C./s or more reaches at least a part of the steel pipe. A method for producing a steel pipe, characterized by performing high-frequency heating at a temperature of 1000 ° C. or less once or more.

(7)上記(6)において、前記素材は、800〜1000℃での総加工率が80%以上となる熱間加工工程と、該熱間加工工程後に700〜500℃の温度域を0.2℃/s以上の冷却速度で冷却する冷却工程と、さらに、該冷却工程の前に700〜800℃未満の温度域で20%以上の加工を施すか、あるいは該冷却工程の後にA変態点以下の温度域で20%以上の加工を施す第2加工工程と、を経て製造することを特徴とする鋼管の製造方法。 (7) In the above (6), the raw material has a hot working step in which the total working rate at 800 to 1000 ° C. is 80% or more, and a temperature range of 700 to 500 ° C. after the hot working step is 0.2 ° C. Cooling step of cooling at a cooling rate of at least / s, and further, processing of 20% or more is performed in a temperature range of less than 700 to 800 ° C. before the cooling step, or the A 1 transformation point or less after the cooling step And a second processing step of performing a processing of 20% or more in the temperature range of the steel pipe manufacturing method.

(8)上記(6)または(7)において、1回の高周波加熱における800℃以上の滞留時間を5秒以下とすることを特徴とする鋼管の製造方法。 (8) The method for producing a steel pipe according to (6) or (7), wherein a residence time of 800 ° C. or more in one high-frequency heating is 5 seconds or less.

(9)上記(6)乃至(8)のいずれかにおいて、前記鋼管が、
C:0.3〜1.5mass%、
Si:3.0mass%以下および
Mn:2.0mass%以下
を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成であることを特徴とする鋼管の製造方法。
(9) In any one of the above (6) to (8), the steel pipe is
C: 0.3-1.5 mass%
Si: 3.0mass% or less and
Mn: The manufacturing method of the steel pipe characterized by being a composition which contains 2.0 mass% or less and consists of remainder Fe and an unavoidable impurity.

(10)上記(9)において、前記鋼管が、さらに、
Al:0.25mass%以下
を含有することを特徴とする鋼管の製造方法。
(10) In the above (9), the steel pipe further comprises:
A method for producing a steel pipe, comprising Al: 0.25 mass% or less.

(11)上記(9)または(10)において、前記鋼管が、さらに、
Cr:2.5mass%以下、
Mo:1.0mass%以下、
Cu:1.0mass%以下、
Ni:2.5mass%以下、
Co:1.0mass%以下、
V:0.5mass%以下および
W:1.0mass%以下
のうちから選んだ1種または2種以上を含有することを特徴とする鋼管の製造方法。
(11) In the above (9) or (10), the steel pipe further comprises:
Cr: 2.5 mass% or less,
Mo: 1.0mass% or less,
Cu: 1.0 mass% or less,
Ni: 2.5 mass% or less,
Co: 1.0mass% or less,
The manufacturing method of the steel pipe characterized by containing 1 type (s) or 2 or more types selected from V: 0.5 mass% or less and W: 1.0 mass% or less.

(12)上記(9)、(10)または(11)において、前記鋼管が、さらに、
Ti:0.1mass%以下、
Nb:0.1mass%以下、
Zr:0.1mass%以下、
B:0.01mass%以下、
Ta:0.5mass%以下、
Hf:0.5mass%以下および
Sb:0.015mass%以下
のうちから選んだ1種または2種以上を含有することを特徴とする鋼管の製造方法。
(12) In the above (9), (10) or (11), the steel pipe further comprises:
Ti: 0.1 mass% or less,
Nb: 0.1 mass% or less,
Zr: 0.1 mass% or less,
B: 0.01 mass% or less,
Ta: 0.5 mass% or less,
Hf: 0.5 mass% or less and
Sb: The manufacturing method of the steel pipe characterized by containing 1 type, or 2 or more types selected from below 0.015 mass%.

(13)上記(9)乃至(12)のいずれかにおいて、前記鋼管が、さらに
S:0.1mass%以下、
Pb:0.1mass%以下、
Bi:0.1mass%以下、
Se:0.1mass%以下、
Te:0.1mass%以下、
Ca:0.01mass%以下、
Mg:0.01mass%以下および
REM:0.1mass%以下
のうちから選んだ1種または2種以上を含有することを特徴とする鋼管の製造方法。
(13) In any one of the above (9) to (12), the steel pipe is further S: 0.1 mass% or less,
Pb: 0.1 mass% or less,
Bi: 0.1 mass% or less,
Se: 0.1 mass% or less,
Te: 0.1 mass% or less,
Ca: 0.01 mass% or less,
Mg: 0.01 mass% or less and
REM: The manufacturing method of the steel pipe characterized by including 1 type or 2 types or more selected from 0.1 mass% or less.

本発明によれば、ねじり疲労特性をはじめとして、曲げ疲労特性、転動疲労特性およびすべり転動疲労特性等の全ての疲労特性に優れた鋼管を安定して得ることができ、その結果、自動車用部品の軽量化等の要求に対し偉効を奏する。   According to the present invention, it is possible to stably obtain a steel pipe excellent in all fatigue characteristics such as bending fatigue characteristics, rolling fatigue characteristics, and sliding rolling fatigue characteristics as well as torsional fatigue characteristics. This is very effective for reducing the weight of components.

以下、本発明を具体的に説明する。
本発明の鋼管は、自動車用のドライブシャフト、インプットシャフト、アウトプットシャフトおよびクランクシャフト等として適用でき、特に疲労強度が要求される部分または全部に焼入れを施した硬化層を有し、この硬化層の焼入れ組織は、旧オーステナイトの粒径が12μm以下であることが肝要である。
The present invention will be specifically described below.
The steel pipe of the present invention can be applied as a drive shaft, an input shaft, an output shaft, a crankshaft and the like for automobiles, and has a hardened layer that has been hardened particularly on a part or the whole where fatigue strength is required. It is important that the quenched structure has a prior austenite particle size of 12 μm or less.

以下に、この知見を得るに到った研究結果について説明する。
下記a鋼またはb鋼に示す成分組成の鋼素材を150kg真空溶解炉にて溶製し、該鋼素材に種々の熱間加工条件に従って熱間圧延を施して68mm幅の鋼帯とした後、該鋼帯を成形ロールで管状に成形し、管状となった鋼帯のエッジ部を加熱するとともに、加圧ロールを用いてエッジ部相互を突き合わせることによって両エッジ部を溶接して、電縫鋼管を製造した。ついで、この電縫鋼管を所定の長さに切断後、表面切削加工と一部冷間での転造加工を加えて径を調整すると同時に、スプライン部の転造加工を施して、図1に示す寸法および形状になるスプライン部2を有する管状の試験片1を作製した。

[a鋼]C:0.48mass%、Si:0.55mass%、Mn:0.78mass%、P:0.011mass%、S:0.019mass%、Al:0.024mass%、N:0.0043mass%、残部Feおよび不可避不純物。
[b鋼]C:0.48mass%、Si:0.51mass%、Mn:0.79mass%、P:0.011mass%、S:0.021mass%、Al:0.024mass%、N:0.0039mass%、Mo:0.45mass%、Ti:0.021mass%、B:0.0024mass%、残部Feおよび不可避不純物。
The following describes the research results that led to this finding.
The steel material having the composition shown in the following steel a or steel b is melted in a 150 kg vacuum melting furnace, the steel material is hot-rolled according to various hot working conditions to form a steel strip having a width of 68 mm, The steel strip is formed into a tubular shape with a forming roll, the edge portion of the tubular steel strip is heated, and both edge portions are welded together by abutting the edge portions together using a pressure roll. A steel pipe was manufactured. Next, after cutting this ERW steel pipe to a predetermined length, the surface is machined and partly cold rolled to adjust the diameter, and at the same time, the spline part is rolled, and FIG. A tubular test piece 1 having a spline portion 2 having the dimensions and shape shown was produced.
[Steel a] C: 0.48 mass%, Si: 0.55 mass%, Mn: 0.78 mass%, P: 0.011 mass%, S: 0.019 mass%, Al: 0.024 mass%, N: 0.0043 mass%, balance Fe and Inevitable impurities.
[Steel b] C: 0.48 mass%, Si: 0.51 mass%, Mn: 0.79 mass%, P: 0.011 mass%, S: 0.021 mass%, Al: 0.024 mass%, N: 0.0039 mass%, Mo: 0.45 mass %, Ti: 0.021 mass%, B: 0.0024 mass%, remaining Fe and inevitable impurities.

ついで、この試験片に、周波数:10〜200kHzの高周波焼入れ装置を用いて、種々の条件下で加熱、焼入れを行った後、加熱炉を用いて170℃×30分の条件で焼もどしを行い、その後ねじり疲労強度について評価した。   Next, after heating and quenching the test piece under various conditions using an induction hardening apparatus having a frequency of 10 to 200 kHz, tempering was performed at 170 ° C. for 30 minutes using a heating furnace. Thereafter, the torsional fatigue strength was evaluated.

なお、ねじり疲労強度は、試験片のねじり疲労試験において破断繰り返し数が1×105回の時のトルク値(N・m)で評価した。ねじり疲労試験は、油圧式疲労試験機を用い、図2(a)に示すように、スプライン部2a,2bをそれぞれ円盤状のつかみ具3a,3bに組み込み、つかみ具3a,3bとの間に周波数:1〜2Hzで繰り返しねじりトルクを負荷することにより行った。 The torsional fatigue strength was evaluated by the torque value (N · m) when the number of repetitions of fracture was 1 × 10 5 times in the torsional fatigue test of the test piece. In the torsional fatigue test, a hydraulic fatigue tester is used, and as shown in FIG. 2 (a), the spline portions 2a and 2b are incorporated in the disc-shaped grippers 3a and 3b, respectively, and between the grippers 3a and 3b. Frequency: performed by repeatedly applying torsional torque at 1 to 2 Hz.

また、同じ試験片について、その硬化層の組織を、光学顕微鏡を用いて観察し、旧オーステナイト粒平均径および最大旧オーステナイト粒径を求めた。
旧オーステナイト平均粒径の測定は、光学顕微鏡により、400倍(1視野の面積:0.25mm×0.225mm)から1000倍(1視野の面積:0.10mm×0.09mm)で、表面から硬化層厚の1/5位置、1/2位置および4/5位置のそれぞれの位置について5視野の観察を行い、各位置おける旧オーステナイト粒平均径を測定し、その最大値を旧オーステナイト粒平均径とした。なお、硬化層厚は、表面からマルテンサイト組織の面積率が98%に減少するまでの深さ領域とした。
Moreover, about the same test piece, the structure | tissue of the hardened layer was observed using the optical microscope, and the prior austenite grain average diameter and the largest old austenite grain size were calculated | required.
The average austenite grain size is measured 400 times (area of 1 field: 0.25 mm x 0.225 mm) to 1000 times (area of 1 field of view: 0.10 mm x 0.09 mm) using an optical microscope. Five fields of view were observed for each of the 1/5 position, 1/2 position, and 4/5 position, and the average austenite grain diameter at each position was measured. The maximum value was defined as the average austenite grain diameter. The hardened layer thickness was a depth region from the surface until the area ratio of the martensite structure was reduced to 98%.

一方、最大旧オーステナイト粒径は、400倍(1視野の面積:0.25mm×0.225mm)で硬化層厚さ方向の上記各位置で5視野相当、計15視野相当の面積について測定し、全視野内の粒度分布から下記式で求められる値を最大粒径とした。
最大粒径=平均粒径+3σ(σ:標準偏差)
On the other hand, the maximum prior austenite grain size is 400 times (area of 1 field of view: 0.25 mm x 0.225 mm), and the area corresponding to 5 fields of view is measured at each position in the cured layer thickness direction. The value obtained by the following formula from the particle size distribution inside was taken as the maximum particle size.
Maximum particle size = average particle size + 3σ (σ: standard deviation)

なお、旧オーステナイト粒の測定は、硬化層の厚さ方向に切断した断面について、水500gに対しピクリン酸:50gを溶解させたピクリン酸水溶液に、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム:11g、塩化第1鉄:1gおよびシュウ酸:1.5gを添加したものを腐食液として作用させ、旧オーステナイト粒界を現出させて行った。   For the measurement of prior austenite grains, for the cross section cut in the thickness direction of the hardened layer, 11 g of sodium dodecylbenzenesulfonate: ferrous chloride in a picric acid aqueous solution in which 50 g of picric acid was dissolved in 500 g of water. : 1 g and oxalic acid: 1.5 g added were allowed to act as a corrosive solution to reveal the prior austenite grain boundaries.

まず、図3に平均旧オーステナイト粒径とねじり疲労強度との関係を示す。図3(a)に示すように、平均粒径が小さくなる程、疲労強度が増加することが認められた。しかし、旧オーステナイト粒径が12μm以下と小さい場合、粒径が同程度の場合であっても疲労強度に差が生じることがあり、この原因が、粒径分布、特に最大の粒径に依存することを見出した。この点についてさらに鋭意検討を重ねた結果、最大粒径が平均粒径の4倍以下となると、平均粒径を微細化することによる疲労強度の向上効果が顕著となることがわかった。図3(a)に示した、各プロットを最大粒径/平均粒径が4以下の場合を白抜きの四角または菱形、最大粒径/平均粒径が4超の場合を黒塗りの四角または菱形としてプロットし直したものを図3(b)に示す。   First, FIG. 3 shows the relationship between the average prior austenite grain size and torsional fatigue strength. As shown in FIG. 3 (a), it was recognized that the fatigue strength increases as the average particle size decreases. However, when the prior austenite particle size is as small as 12 μm or less, there may be a difference in fatigue strength even when the particle size is similar, and this cause depends on the particle size distribution, particularly the maximum particle size. I found out. As a result of further intensive studies on this point, it has been found that when the maximum particle size is 4 times or less than the average particle size, the effect of improving the fatigue strength by refining the average particle size becomes significant. In each plot shown in FIG. 3A, when the maximum particle size / average particle size is 4 or less, a white square or rhombus, and when the maximum particle size / average particle size is more than 4, black squares or What was re-plotted as a rhombus is shown in FIG.3 (b).

このように、平均粒径および最大粒径が疲労強度に影響を及ぼす要因としては以下のように推定される。
疲労破壊の原因となる不純物元素は旧オーステナイト粒界に偏析し易い。従って、旧オーステナイト粒界の粒径が微細になるほど偏析する面積が増加し、個々の偏析箇所における不純物の濃度が減少し、破壊強度が増加する。また、切り欠き等による旧オーステナイト粒界への応力集中も粒径が微細となると分散され、個々の粒界へ作用する応力が減少し、結果として疲労強度が増加する。このような効果は平均粒径に影響されるだけでなく、最大粒径にも影響されると推定される。すなわち、大きな粒の近傍では、粒界の面積が少ないため、不純物の濃化も進み易い。さらに応力の分散も生じにくいと考えられる。
Thus, the factors that affect the fatigue strength by the average particle size and the maximum particle size are estimated as follows.
Impurity elements that cause fatigue failure tend to segregate at the prior austenite grain boundaries. Therefore, as the grain size of the prior austenite grain boundary becomes finer, the segregation area increases, the impurity concentration at each segregation site decreases, and the fracture strength increases. Further, the stress concentration on the prior austenite grain boundaries due to notches or the like is dispersed as the grain size becomes finer, and the stress acting on the individual grain boundaries decreases, resulting in an increase in fatigue strength. It is estimated that such an effect is influenced not only by the average particle diameter but also by the maximum particle diameter. That is, in the vicinity of a large grain, since the grain boundary area is small, the concentration of impurities is likely to proceed. Furthermore, it is considered that stress is hardly dispersed.

かように、平均粒径の4倍を超えるような大きな粒が存在すると、上記のような作用により疲労強度を低下させる可能性が増加するものと推定される。
特に、旧オーステナイト粒の最大粒径は20μm以下であると、広範囲の部品形状において大きな疲労強度の向上が安定して期待できる。より好ましくは、平均粒径を5μm以下とする。さらに好ましくは平均粒径を4μm以下とする。
Thus, when there exists a large grain exceeding 4 times the average grain diameter, it is presumed that the possibility of lowering the fatigue strength due to the above action increases.
In particular, when the maximum grain size of the prior austenite grains is 20 μm or less, a large improvement in fatigue strength can be expected stably over a wide range of component shapes. More preferably, the average particle size is 5 μm or less. More preferably, the average particle size is 4 μm or less.

次に、図4は、ねじり疲労強度に及ぼす、硬化層の平均旧オーステナイト粒径と、最大旧オーステナイト粒径/平均旧オーステナイト粒径との影響を示すグラフである。平均旧オーステナイト粒径が12μm以下である場合に、最大旧オーステナイト粒径/平均旧オーステナイト粒径が4以下とすることにより、疲労強度が格段に向上できることがわかる。また、平均オーステナイト粒径を5μm以下、さらには3μm以下とすると、最大旧オーステナイト粒径/平均旧オーステナイト粒径が4以下であることによる疲労強度向上効果がさらに顕著になることがわかる。   Next, FIG. 4 is a graph showing the influence of the average prior austenite grain size of the hardened layer and the maximum prior austenite grain size / average prior austenite grain size on the torsional fatigue strength. It can be seen that when the average prior austenite particle size is 12 μm or less, the fatigue strength can be remarkably improved by setting the maximum prior austenite particle size / average prior austenite particle size to 4 or less. It can also be seen that when the average austenite particle size is 5 μm or less, and further 3 μm or less, the fatigue strength improvement effect due to the maximum old austenite particle size / average prior austenite particle size being 4 or less becomes even more remarkable.

図5に、ねじり疲労強度に及ぼす、冷間の加工率および高周波加熱時の最高到達温度(加熱温度)および昇温速度の影響を示す。図5より、冷間の加工率が25%以上、高周波焼入れ時の最高到達温度が1000℃以下および昇温速度が400℃/s以上の条件下で優れた疲労特性が得られることがわかる。
なお、上述の図3〜5を得るのに用いた試験結果を表1に示す。
FIG. 5 shows the effects of the cold working rate, the highest temperature reached during high-frequency heating (heating temperature), and the rate of temperature increase on torsional fatigue strength. FIG. 5 shows that excellent fatigue characteristics can be obtained under conditions where the cold working rate is 25% or more, the maximum temperature reached during induction hardening is 1000 ° C. or less, and the temperature rising rate is 400 ° C./s or more.
Table 1 shows the test results used to obtain the above-described FIGS.

Figure 2007262469
Figure 2007262469

ここで、旧オーステナイト粒の平均粒径を12μm以下、さらに最大粒径を平均粒径の4倍以下とするためには、高周波焼入れ前の組織に、均一微細なベイナイト組織および/またはマルテンサイト組織を含有させておく方法が有利である。以下に、この方法について説明する。   Here, in order to set the average grain size of prior austenite grains to 12 μm or less and the maximum grain size to 4 times or less the average grain size, a uniform fine bainite structure and / or martensite structure is used in the structure before induction hardening. It is advantageous to have a method of containing the above. This method will be described below.

すなわち、高周波焼入れ前組織に関しては、ベイナイト組織および/またはマルテンサイト組織の組織分率を10vol%以上、好ましくは25vol%以上とする。焼入れ前組織にベイナイト組織あるいはマルテンサイト組織が多いと、ベイナイト組織あるいはマルテンサイト組織は炭化物が微細に分散した組織であるため、焼入れ加熱時にオーステナイトの核生成サイトであるフェライト/炭化物界面の面積が増加し、生成したオーステナイトは微細化するため、焼入れ硬化層の旧オーステナイト粒径を微細化するのに有効に寄与する。焼入れ加熱時にオーステナイト粒径が微細化することで粒界強度が上昇し、疲労強度は向上する。   That is, regarding the structure before induction hardening, the structure fraction of the bainite structure and / or martensite structure is set to 10 vol% or more, preferably 25 vol% or more. If there are many bainite or martensite structures in the pre-quenching structure, the area of the ferrite / carbide interface that is the nucleation site of austenite increases during quenching heating because the bainite structure or martensite structure is a structure in which carbides are finely dispersed. And since the produced austenite refines | miniaturizes, it contributes effectively in refining the prior austenite grain size of a hardening hardening layer. The grain boundary strength is increased and the fatigue strength is improved by making the austenite grain size finer during quenching heating.

均一微細なベイナイト組織および/またはマルテンサイト組織の組織分率を10vol%以上とするには、後述する成分組成の鋼を800〜1000℃での総加工率が80%以上となる熱間加工を施し、この熱間加工後に700〜500℃の温度域を0.2℃/s以上の冷却速度で冷却するとよい。なぜなら、800〜1000℃での総加工率が80%未満であると、十分に均一微細なベイナイト組織あるいはマルテンサイト組織が得られないからである。また、熱間加工後に700〜500℃の温度域を0.2℃/s以上の冷却速度で冷却しないと、ベイナイト組織および/またはマルテンサイト組織を合計で10vol%以上とできない。   To achieve a uniform fine bainite structure and / or martensite structure fraction of 10 vol% or more, hot working that the total processing rate at 800 to 1000 ° C of steel with the component composition described below is 80% or more is required. And after this hot working, the temperature range of 700 to 500 ° C. may be cooled at a cooling rate of 0.2 ° C./s or more. This is because when the total processing rate at 800 to 1000 ° C. is less than 80%, a sufficiently uniform fine bainite structure or martensite structure cannot be obtained. Further, if the temperature range of 700 to 500 ° C. is not cooled at a cooling rate of 0.2 ° C./s or more after hot working, the bainite structure and / or martensite structure cannot be made 10 vol% or more in total.

なお、ここでいう熱間加工は、造管用素材となる鋼板の製造工程における熱間圧延時の仕上圧延が好適に用いられる。   In addition, the finish rolling at the time of hot rolling in the manufacturing process of the steel plate used as the raw material for pipe making is used suitably for the hot working here.

さらに、高周波焼入れ後の硬化層について、旧オーステナイトの平均粒径および、最大粒径を微細化するためには、高周波焼入れ前に800℃未満の温度域で20%以上の加工を施す(第2加工工程)必要がある。800℃未満の温度域での加工は、熱間加工工程で、前記冷却速度の冷却前(700〜800℃未満の温度域)に行ってもよいし、冷却後に別途冷間加工を施すか、あるいはA1変態点以下の温度で再加熱して温間加工を施しても良い。800℃未満での加工率は、30%以上とする事がより好ましい。
なお、加工法としては、例えば造管後の縮径加工、引き抜き加工、転造加工、ショット等が挙げられる。
Further, in order to refine the average grain size and the maximum grain size of the prior austenite in the hardened layer after induction hardening, 20% or more processing is performed in a temperature range of less than 800 ° C. before induction hardening (second) Processing step). Processing in a temperature range of less than 800 ° C may be performed in the hot working process before cooling at the cooling rate (temperature range of less than 700 to 800 ° C), or may be separately cold worked after cooling, or it may be subjected to re-heating to warm working at a 1 transformation point or lower. The processing rate at less than 800 ° C is more preferably 30% or more.
Examples of the processing method include diameter reduction processing after pipe forming, drawing processing, rolling processing, and shots.

次に、このような前組織を得るための好適な鋼成分について説明する。
C:0.3〜1.5mass%
Cは、焼入れ性への影響が最も大きい元素であり、焼入れ硬化層の硬さおよび深さを高めて疲労強度の向上に有効に寄与する。しかしながら、含有量が0.3mass%に満たないと、必要とされる疲労強度を確保するために焼入れ硬化層深さを飛躍的に高めねばならず、その際焼割れの発生が顕著となり、またベイナイト組織も生成し難くなるため、0.3mass%以上を添加する。一方、1.5mass%を越えて含有させると、粒界強度が低下し、それに伴い疲労強度も低下し、また切削性、冷間鍛造性および耐焼割れ性も低下する。このため、Cは0.3〜1.5mass%の範囲に限定した。好ましくは0.4〜0.6mass%の範囲である。
Next, a suitable steel component for obtaining such a pre-structure will be described.
C: 0.3-1.5mass%
C is an element having the greatest influence on the hardenability, and contributes to the improvement of fatigue strength by increasing the hardness and depth of the hardened hardened layer. However, if the content is less than 0.3 mass%, the quench hardened layer depth must be drastically increased in order to ensure the required fatigue strength. Add 0.3mass% or more because it becomes difficult to generate the structure. On the other hand, when the content exceeds 1.5 mass%, the grain boundary strength decreases, and accordingly, the fatigue strength also decreases, and the machinability, cold forgeability and fire cracking resistance also decrease. For this reason, C was limited to the range of 0.3 to 1.5 mass%. Preferably it is the range of 0.4-0.6 mass%.

Si:3.0mass%以下
Siは脱酸剤として作用するだけでなく、強度の向上にも有効に寄与するが、含有量が3.0mass%を超えると、被削性および鍛造性の低下を招くため、Si量は3.0mass%以下が好ましい。
なお、強度向上のためには0.05mass%以上とすることが好ましい。
Si: 3.0mass% or less
Si not only acts as a deoxidizer, but also contributes to improving the strength effectively. However, if the content exceeds 3.0 mass%, machinability and forgeability are reduced, so the Si amount is 3.0 mass. % Or less is preferable.
In addition, it is preferable to set it as 0.05 mass% or more for an intensity | strength improvement.

Mn:2.0mass%以下
Mnは、焼入れ性を向上させ、焼入れ時の硬化層深さを確保する上で有用な成分であるため添加する。含有量が0.2mass%未満ではその添加効果に乏しいので、0.2mass%以上が好ましい。より好ましくは0.3mass%以上である。一方、Mn量が2.0mass%を超えると焼入れ後の残留オーステナイトが増加し、かえって表面硬度が低下し、ひいては疲労強度の低下を招くので、Mnは2.0mass%以下が好ましい。なお、Mnは含有量が多いと、母材の硬質化を招き、被削性に不利となるきらいがあるので、1.2mass%以下とするのが好適である。さらに好ましくは1.0mass%以下である。
Mn: 2.0 mass% or less
Mn is added because it is a useful component for improving the hardenability and ensuring the depth of the hardened layer at the time of quenching. If the content is less than 0.2 mass%, the effect of addition is poor, so 0.2 mass% or more is preferable. More preferably, it is 0.3 mass% or more. On the other hand, when the amount of Mn exceeds 2.0 mass%, the retained austenite after quenching increases, and on the contrary, the surface hardness decreases, and as a result, the fatigue strength decreases. Therefore, Mn is preferably 2.0 mass% or less. It should be noted that if the content of Mn is large, the base material is hardened and there is a tendency to be disadvantageous in machinability. Therefore, the content is preferably 1.2 mass% or less. More preferably, it is 1.0 mass% or less.

さらに、上記基本成分に加えて、以下のAlを添加することができる。
Al:0.25mass%以下
Alは、脱酸に有効な元素である。また、焼入れ加熱時におけるオーステナイト粒成長を抑制することによって焼入れ硬化層の粒径を微細化する上でも有用な元素である。しかしながら、含有量が0.25mass%を超えて含有させてもその効果は飽和し、むしろ成分コストの上昇を招く不利が生じるので、Alは0.25mass%以下の範囲で含有させることが好ましい。より好ましくは0.001乃至0.10mass%の範囲である。
Furthermore, in addition to the above basic components, the following Al can be added.
Al: 0.25 mass% or less
Al is an element effective for deoxidation. Moreover, it is an element useful also in refine | miniaturizing the particle size of a hardening hardening layer by suppressing the austenite grain growth at the time of quenching heating. However, even if the content exceeds 0.25 mass%, the effect is saturated, and a disadvantage that causes an increase in the component cost occurs. Therefore, Al is preferably contained in a range of 0.25 mass% or less. More preferably, it is in the range of 0.001 to 0.10 mass%.

以上、基本成分およびAlについて説明したが、本発明ではその他にも、以下に述べる6成分のうちの1種または2種以上を適宜含有させることができる。
Cr:2.5mass%以下
Crは、焼入れ性の向上に有効であり、硬化深さを確保する上で有用な元素である。しかし、過度に含有されると炭化物を安定化させて残留炭化物の生成を助長し、粒界強度を低下させて疲労強度を劣化させる。従って、Crの含有は極力低減することが望ましいが、2.5mass%までは許容できる。好ましくは1.5mass%以下である。
As mentioned above, although the basic component and Al were demonstrated, in this invention, the 1 type (s) or 2 or more types of the 6 components described below can be contained suitably.
Cr: 2.5 mass% or less
Cr is effective for improving the hardenability and is a useful element for securing the hardening depth. However, if contained excessively, the carbide is stabilized to promote the formation of residual carbide, and the grain boundary strength is lowered to deteriorate the fatigue strength. Therefore, it is desirable to reduce the Cr content as much as possible, but up to 2.5 mass% is acceptable. Preferably it is 1.5 mass% or less.

Mo:1.0mass%以下
Moは、オーステナイト粒の成長を抑制する上で有用な元素であり、そのためには0.05mass%以上で含有することが好ましいが、1.0mass%を超えて添加すると、被削性の劣化を招くため、Moは1.0mass%以下とすることが好ましい。
Mo: 1.0 mass% or less
Mo is an element useful for suppressing the growth of austenite grains, and for that purpose, it is preferable to contain it at 0.05 mass% or more, but if added over 1.0 mass%, machinability is deteriorated. , Mo is preferably 1.0 mass% or less.

Cu:1.0mass%以下
Cuは、焼入れ性の向上に有効であり、またフェライト中に固溶し、この固溶強化によって、疲労強度を向上させる。さらに、炭化物の生成を抑制することにより、炭化物による粒界強度の低下を抑制し、疲労強度を向上させる。しかしながら、含有量が1.0mass%を超えると熱間加工時に割れが発生するため、1.0mass%以下の添加とすることが好ましい。なお、より好ましくは0.5mass%以下である。なお、0.03mass%未満の添加では焼入れ性の向上効果および粒界強度の低下抑制効果が小さいので、0.03mass%以上含有させることが望ましい。
Cu: 1.0 mass% or less
Cu is effective in improving the hardenability, and also dissolves in ferrite, and this solid solution strengthening improves fatigue strength. Furthermore, by suppressing the formation of carbides, a decrease in grain boundary strength due to carbides is suppressed, and fatigue strength is improved. However, if the content exceeds 1.0 mass%, cracking occurs during hot working, so addition of 1.0 mass% or less is preferable. In addition, More preferably, it is 0.5 mass% or less. In addition, since addition effect less than 0.03 mass% has a small effect of improving hardenability and suppressing the decrease in grain boundary strength, it is desirable to add 0.03 mass% or more.

Ni:2.5mass%以下
Niは、焼入れ性を向上させる元素であるので、焼入れ性を調整する場合に用いる。また、炭化物の生成を抑制し、炭化物による粒界強度の低下を抑制して、疲労強度を向上させる元素でもある。しかしながら、Niは極めて高価な元素であり、2.5mass%を超えて添加すると鋼材のコストが上昇するので、2.5mass%以下の添加とすることが好ましい。なお、0.05mass%未満の添加では焼入れ性の向上効果および粒界強度の低下抑制効果が小さいので、0.05mass%以上で含有させることが望ましい。さらに、好ましくは0.1〜1.0mass%である。
Ni: 2.5 mass% or less
Since Ni is an element that improves hardenability, Ni is used when adjusting hardenability. Moreover, it is an element which suppresses the production | generation of a carbide | carbonized_material and suppresses the fall of the grain boundary strength by a carbide | carbonized_material, and improves fatigue strength. However, Ni is an extremely expensive element, and adding more than 2.5 mass% increases the cost of the steel material. Therefore, it is preferable to add less than 2.5 mass%. In addition, since the effect of improving hardenability and the effect of suppressing the decrease in grain boundary strength are small when added at less than 0.05 mass%, it is desirable to add 0.05 mass% or more. Furthermore, it is preferably 0.1 to 1.0 mass%.

Co:1.0mass%以下
Coは、炭化物の生成を抑制して、炭化物による粒界強度の低下を抑制し、疲労強度を向上させる元素である。しかしながら、Coは極めて高価な元素であり、1.0mass%を超えて添加すると鋼材のコストが上昇するので、1.0mass%以下の添加とする。なお、0.01mass%未満の添加では、粒界強度の低下抑制効果が小さいため、0.01mass%以上は添加することが望ましい。より好ましくは0.02〜0.5mass%である。
Co: 1.0 mass% or less
Co is an element that suppresses the formation of carbides, suppresses a decrease in grain boundary strength due to carbides, and improves fatigue strength. However, Co is an extremely expensive element, and if added in excess of 1.0 mass%, the cost of the steel material increases, so 1.0 mass% or less is added. In addition, since addition of less than 0.01 mass% has a small effect of suppressing the decrease in grain boundary strength, it is desirable to add 0.01 mass% or more. More preferably, it is 0.02 to 0.5 mass%.

V:0.5mass%以下
Vは、鋼中でCおよびNと結合し析出強化元素として作用する。また、焼もどし軟化抵抗性を向上させる元素であり、これらの効果により疲労強度を向上させる。しかしながら、0.5mass%を超えて含有させてもその効果は飽和するため、0.5mass%以下とすることが好ましい。なお、0.01mass%未満の添加では、疲労強度の向上効果が小さいため、0.01mass%以上で添加することが望ましい。さらに好ましくは0.03〜0.3mass%である。
V: 0.5 mass% or less V combines with C and N in steel and acts as a precipitation strengthening element. Moreover, it is an element which improves temper softening resistance, and improves fatigue strength by these effects. However, since the effect is saturated even if it contains exceeding 0.5 mass%, it is preferable to make it 0.5 mass% or less. In addition, since the improvement effect of fatigue strength is small when added less than 0.01 mass%, it is desirable to add at 0.01 mass% or more. More preferably, it is 0.03-0.3 mass%.

W:1.0mass%以下
Wは、オーステナイト粒の成長を抑制する上で有用な元素であり、そのためには0.005mass%以上で含有することが好ましいが、1.0mass%を超えて添加すると、被削性の劣化を招くため、Wは1.0mass%以下とすることが好ましい。
W: 1.0 mass% or less W is an element useful for suppressing the growth of austenite grains. For that purpose, W is preferably contained in an amount of 0.005 mass% or more. Therefore, W is preferably set to 1.0 mass% or less.

さらに、本発明では、Ti:0.1mass%以下、Nb:0.1mass%以下、Zr:0.1mass%以下、B:0.01mass%以下、Ta:0.5mass%以下、Hf:0.5mass%以下およびSb:0.015mass%以下のうちから選んだ1種または2種異常を含有させることができる。
Ti:0.1mass%以下
Tiは、不可避不純物として混入するNと結合することで、BがBNとなってBの焼入れ性向上効果が焼失するのを防止し、Bの焼入れ性向上効果を十分に発揮させる作用を有する。この効果を得るためには、0.005mass%以上で含有することが好ましいが、0.1mass%を超えて含有されるとTiNが多量に形成される結果、これが疲労破壊の起点となって疲労強度の著しい低下を招くため、Tiは0.1mass%以下とすることが好ましい。好ましくは0.01〜0.07mass%の範囲である。
Furthermore, in the present invention, Ti: 0.1 mass% or less, Nb: 0.1 mass% or less, Zr: 0.1 mass% or less, B: 0.01 mass% or less, Ta: 0.5 mass% or less, Hf: 0.5 mass% or less, and Sb: One or two abnormalities selected from 0.015 mass% or less can be contained.
Ti: 0.1 mass% or less
Ti combines with N mixed as an unavoidable impurity to prevent B from becoming BN and prevent the B hardenability improving effect from being burned out, and has the effect of fully exhibiting the B hardenability improving effect. In order to acquire this effect, it is preferable to contain 0.005 mass% or more, but if it contains more than 0.1 mass%, a large amount of TiN is formed. In order to cause a significant decrease, Ti is preferably 0.1 mass% or less. Preferably it is the range of 0.01-0.07 mass%.

Nb:0.1mass%以下
Nbは、焼入れ性の向上効果があるだけでなく、鋼中でC,Nと結合し析出強化元素として作用する。また、焼もどし軟化抵抗性を向上させる元素でもあり、これらの効果によって疲労強度を向上させる。しかしながら、0.1mass%を超えて含有させてもその効果は飽和するので、0.1mass%以下とすることが好ましい。なお、0.005mass%未満の添加では、析出強化作用および焼もどし軟化抵抗性の向上効果が小さいため、0.005mass%以上添加することが望ましい。さらに好ましくは0.01〜0.05mass%である。
Nb: 0.1 mass% or less
Nb not only has an effect of improving hardenability, but also combines with C and N in steel and acts as a precipitation strengthening element. It is also an element that improves tempering and softening resistance, and these effects improve fatigue strength. However, since the effect is saturated even if it contains exceeding 0.1 mass%, it is preferable to make it 0.1 mass% or less. In addition, since the improvement effect of precipitation strengthening action and tempering softening resistance is small when less than 0.005 mass% is added, it is desirable to add 0.005 mass% or more. More preferably, it is 0.01-0.05 mass%.

Zr:0.1mass%以下
Zrは、焼入れ性向上効果があるだけでなく、鋼中でC,Nと結合し析出強化元素として作用する。また、焼もどし軟化抵抗性を向上させる元素であり、これらの効果によって疲労強度を向上させる。しかしながら、0.1mass%を超えて含有させてもその効果は飽和するため、0.1mass%以下とすることが好ましい。なお、0.005mass%未満の添加では、析出強化作用および焼もどし軟化抵抗性の向上効果が小さいため、0.005mass%以上添加することが望ましい。さらに、好ましくは0.01〜0.05mass%である。
Zr: 0.1 mass% or less
Zr not only has an effect of improving hardenability but also combines with C and N in steel and acts as a precipitation strengthening element. Moreover, it is an element which improves tempering softening resistance, and improves fatigue strength by these effects. However, since the effect is saturated even if it contains exceeding 0.1 mass%, it is preferable to make it 0.1 mass% or less. In addition, since the improvement effect of precipitation strengthening action and tempering softening resistance is small when less than 0.005 mass% is added, it is desirable to add 0.005 mass% or more. Furthermore, Preferably it is 0.01-0.05 mass%.

B:0.01mass%以下
Bは、粒界強化により疲労特性を改善するだけでなく、強度を向上させる有用な元素であり、好ましくは0.0003mass%以上で添加するが、0.01mass%を超えて添加しても、その効果は飽和するため、0.01mass%以下に限定した。
B: 0.01 mass% or less B is a useful element that not only improves fatigue properties by grain boundary strengthening but also improves strength, and is preferably added in an amount of 0.0003 mass% or more, but exceeds 0.01 mass%. Even so, since the effect is saturated, it was limited to 0.01 mass% or less.

Ta:0.5mass%以下
Taは、ミクロ組織変化の遅延に対して効果があり、疲労強度、特に転動疲労の劣化防止する効果があるので、添加してもよい。しかし、その含有量が0.5mass%を超えて含有量を増加させても、それ以上強度向上に寄与しないので、0.5mass%以下とする。なお、疲労強度の向上作用を発現させるためには、0.02mass%以上とすることが好ましい。
Ta: 0.5 mass% or less
Ta is effective for delaying the change in microstructure, and has an effect of preventing deterioration of fatigue strength, particularly rolling fatigue. Therefore, Ta may be added. However, even if the content exceeds 0.5 mass% and the content is increased, it does not contribute to further improvement in strength, so the content is set to 0.5 mass% or less. In addition, in order to express the improvement effect of fatigue strength, it is preferable to set it as 0.02 mass% or more.

Hf:0.5mass%以下
Hfは、ミクロ組織変化の遅延に対して効果があり、疲労強度、特に転動疲労の劣化防止する効果があるので、添加してもよい。しかし、その含有量が0.5mass%を超えて含有量を増加させても、それ以上強度向上に寄与しないので、0.5mass%以下とする。なお、疲労強度の向上作用を発現させるためには、0.02mass%以上とすることが好ましい。
Hf: 0.5 mass% or less
Hf is effective for delaying the change in microstructure, and has an effect of preventing deterioration of fatigue strength, particularly rolling fatigue, so it may be added. However, even if the content exceeds 0.5 mass% and the content is increased, it does not contribute to improvement of the strength any more, so the content is made 0.5 mass% or less. In addition, in order to express the improvement effect of fatigue strength, it is preferable to set it as 0.02 mass% or more.

Sb:0.015mass%以下
Sbは、ミクロ組織変化の遅延に対して効果があり、疲労強度、特に転動疲労の劣化防止する効果があるので、添加してもよい。しかし、その含有量が0.015mass%を超えて含有量を増加させると靭性が劣化するので、0.015mass%以下、好ましくは0.010mass%以下とする。なお、疲労強度の向上作用を発現させるためには、0.005mass%以上とすることが好ましい。
Sb: 0.015 mass% or less
Sb is effective for delaying the microstructure change, and has an effect of preventing deterioration of fatigue strength, particularly rolling fatigue, and therefore may be added. However, if the content exceeds 0.015 mass% and the content is increased, the toughness deteriorates, so 0.015 mass% or less, preferably 0.010 mass% or less. In addition, in order to express the fatigue strength improvement effect, it is preferable to set it as 0.005 mass% or more.

さらにまた、本発明では、S:0.1mass%以下、Pb:0.1mass%以下、Bi:0.1mass%以下、Se:0.1mass%以下、Te:0.1mass%以下、Ca:0.01mass%以下、Mg:0.01mass%以下およびREM:0.1mass%以下を含有させることができる。
S:0.1mass%以下
Sは、鋼中でMnSを形成し、切削性を向上させる有用元素であるが、0.1mass%を超えて含有させると粒界に偏析して粒界強度を低下させるため、Sは0.1mass%以下に制限した。好ましくは0.04mass%以下である。
Furthermore, in the present invention, S: 0.1 mass% or less, Pb: 0.1 mass% or less, Bi: 0.1 mass% or less, Se: 0.1 mass% or less, Te: 0.1 mass% or less, Ca: 0.01 mass% or less, Mg : 0.01 mass% or less and REM: 0.1 mass% or less can be contained.
S: 0.1 mass% or less S is a useful element that forms MnS in steel and improves the machinability, but if it exceeds 0.1 mass%, it segregates at the grain boundary and lowers the grain boundary strength. , S was limited to 0.1 mass% or less. Preferably it is 0.04 mass% or less.

Pb:0.1mass%以下
Bi:0.1mass%以下
PbおよびBiはいずれも、切削時の溶融、潤滑および脆化作用により、被削性を向上させるので、この目的で添加することができる。しかしながら、Pb:0.1 mass%、Bi:0.1 mass%を超えて添加しても効果が飽和するばかりか、成分コストが上昇するため、それぞれ上記の範囲で含有させるものとした。なお、被削性の改善のためには、Pbは0.01mass%以上、Biは0.01mass%以上含有させることが好ましい。
Pb: 0.1 mass% or less
Bi: 0.1 mass% or less
Both Pb and Bi can be added for this purpose because they improve machinability by melting, lubrication and embrittlement during cutting. However, adding Pb: 0.1 mass% and Bi: exceeding 0.1 mass% not only saturates the effect, but also increases the component cost. In order to improve machinability, it is preferable to contain Pb in an amount of 0.01 mass% or more and Bi in an amount of 0.01 mass% or more.

Se:0.1mass%以下
Te:0.1mass%以下
SeおよびTeはそれぞれ、Mnと結合してMnSeおよびMnTeを形成し、これがチップブレーカーとして作用することにより被削性を改善する。しかしながら、含有量が0.1 mass%を超えると、効果が飽和する上、成分コストの上昇を招くので、いずれも0.1 mass%以下で含有させるものとした。また、被削性の改善のためには、Seの場合は 0.003mass%以上およびTeの場合は 0.003mass%以上で含有させることが好ましい。
Se: 0.1 mass% or less
Te: 0.1 mass% or less
Se and Te combine with Mn to form MnSe and MnTe, respectively, which act as a chip breaker to improve machinability. However, if the content exceeds 0.1 mass%, the effect is saturated and the component cost is increased, so that the content is 0.1 mass% or less. In order to improve machinability, it is preferable to contain 0.003 mass% or more in the case of Se and 0.003 mass% or more in the case of Te.

Ca:0.01mass%以下
REM:0.1mass%以下
CaおよびREMはそれぞれ、MnSと共に硫化物を形成し、これがチップブレーカーとして作用することにより被削性を改善する。しかしながら、CaおよびREMをそれぞれ、0.01mass%および0.1mass%を超えて含有させても、効果が飽和する上、成分コストの上昇を招くので、それぞれ上記の範囲で含有させるものとした。なお、被削性の改善のためには、Caは0.0001mass%以上およびREM は0.0001mass%以上含有させることが好ましい。
Ca: 0.01 mass% or less
REM: 0.1 mass% or less
Ca and REM each form a sulfide with MnS, which improves the machinability by acting as a chip breaker. However, even if Ca and REM are added in amounts exceeding 0.01 mass% and 0.1 mass%, respectively, the effect is saturated and the component cost is increased. In order to improve the machinability, it is preferable to contain 0.0001 mass% or more of Ca and 0.0001 mass% or more of REM.

Mg:0.01mass%以下
Mgは、脱酸元素であるだけでなく、応力集中源となって被削性を改善する効果があるので、必要に応じて添加することができる。しかしながら、過剰に添加すると効果が飽和する上、成分コストが上昇するため、0.01mass%以下で含有させるものとした。なお、被削性の改善のためには、Mgは0.0001mass%以上で含有させることが好ましい。
Mg: 0.01 mass% or less
Mg is not only a deoxidizing element but also serves as a stress concentration source and has an effect of improving machinability, and can be added as necessary. However, if added excessively, the effect is saturated and the component cost increases, so the content was set at 0.01 mass% or less. In order to improve machinability, Mg is preferably contained in an amount of 0.0001 mass% or more.

以上説明した元素以外の残部はFeおよび不可避不純物であることが好ましく、不可避不純物としてはP,OおよびNが挙げられ、それぞれ、P:0.10mass%、N:0.01mass%、O:0.008mass%までを許容できる。   The balance other than the elements described above is preferably Fe and inevitable impurities. Examples of the inevitable impurities include P, O, and N. P: 0.10 mass%, N: 0.01 mass%, and O: 0.008 mass%, respectively. Can be tolerated.

次に、本発明の製造方法について、図6を参照して説明する。
上記した所定の成分組成に調整した鋼素材、例えば鋼鋳片を加熱炉で所定温度に加熱してから、熱間圧延で一定幅の鋼帯とする。そして、図6に示すように、この鋼帯11を、一群の成形ロール12に鋼帯面を水平にして一定速度で送り込む。この成形ロール12としては、例えば、入側から順次、鋼帯幅方向の両端を上方に曲げていくエッジ・ベンド・ロール13、中央部分を曲げるセンタ・ベンド・ロール14、端部成形用のケージ・ロール15、仕上げ成形のためのフィンパス・ロール16が直列に配置されている。これら成形ロール12で円筒状にされた鋼帯11は、引き続き、その突き合わされた幅方向端部(以下、単に突き合わせ部またはエッジ部という)を誘導コイル等17で加熱し、スクイズ・ロール18で押さえて圧着、溶接し、一応の管体19とされる。その管体19は、上記溶接で内外面に生じたビード(図示していないが、通常の溶着部に生じた数珠状物)をビード切削手段20で切削除去する。さらに、超音波探傷器21での疵検査、シーム・アニラー22なる焼鈍装置で熱処理して溶接部(シーム部ともいう)を焼鈍し、次いで水噴射ノズル23での冷却が順次施される。その後、ストレッチ・レデューサやサイザーのような絞り圧延機24で寸法を整えてから、払い出し用の搬送ライン上でカッタ25により所望される長さに切断されて、所望特性を有する電縫鋼管となる。
さらに、以上述べた工程の後に、必要に応じて、熱間での減径減肉圧延もしくは冷間引き抜き等を実施する場合もある。
また、上記溶接に代え、圧接あるいは鍛接を施すと、圧接鋼管や鍛接鋼管になる。
Next, the manufacturing method of this invention is demonstrated with reference to FIG.
A steel material adjusted to the above-described predetermined component composition, for example, a steel slab, is heated to a predetermined temperature in a heating furnace, and then a steel strip having a constant width is formed by hot rolling. Then, as shown in FIG. 6, the steel strip 11 is fed into a group of forming rolls 12 at a constant speed with the steel strip surface horizontal. As the forming roll 12, for example, an edge bend roll 13 that bends both ends in the steel strip width direction sequentially from the entry side, a center bend roll 14 that bends the central portion, and an end forming cage. A roll 15 and a fin pass roll 16 for finish molding are arranged in series. The steel strip 11 formed into a cylindrical shape by these forming rolls 12 is continuously heated at its end in the width direction (hereinafter simply referred to as a butt portion or an edge portion) by an induction coil 17 or the like, and is squeezed by a squeeze roll 18. It is pressed, pressure-bonded and welded to form a temporary tube body 19. In the tube body 19, a bead (not shown, but a bead shaped material generated in a normal welded portion) generated on the inner and outer surfaces by the above-described welding is removed by bead cutting means 20. Furthermore, the flaw inspection by the ultrasonic flaw detector 21 and the heat treatment by the annealing device such as the seam annifer 22 are performed to anneal the welded portion (also referred to as the seam portion), and then the water jet nozzle 23 is sequentially cooled. Thereafter, the size is adjusted by a drawing mill 24 such as a stretch reducer or a sizer, and then cut to a desired length by a cutter 25 on a delivery line for discharging, so that an ERW steel pipe having desired characteristics is obtained. .
Further, after the above-described steps, hot reduction / thinning rolling or cold drawing may be performed as necessary.
Moreover, when it welds or forges instead of the said welding, it will become a pressure welded steel pipe or a forge welded steel pipe.

最後に、かくして得られる鋼管の少なくとも一部に加熱温度:800〜1000℃の条件下で高周波焼入れを施す。この少なくとも一部を疲労強度が要求される部位とする。   Finally, induction quenching is performed on at least a part of the steel pipe thus obtained under the condition of heating temperature: 800 to 1000 ° C. At least a part of this is a portion where fatigue strength is required.

この一連の工程において、(1)800〜1000℃での総加工率が80%以上となる熱間加工を行い、該熱問加工後に700〜500℃の温度域を0.2℃/s以上の冷却速度で冷却し、さらに、A変態点以下の温度域で20%以上の加工を施す加工・冷却履歴を経るか、あるいは(2)800〜1000℃での総加工率が80%以上、700〜800℃未満での総加工率が20%以上の熱間加工を施し、該熱間加工後に700〜500℃の温度域を0.2℃/s以上の冷却速度で冷却する加工・冷却履歴を経て、製造された鋼管に対して、以下に後述する高周波焼入れ条件を採用することにより、旧オーステナイト粒径が12μm以下の焼入れ組織とすることが可能となる。 In this series of steps, (1) Hot working is performed with a total working rate at 800-1000 ° C of 80% or more, and 700-500 ° C temperature range is cooled to 0.2 ° C / s or more after hot processing. cooled at a rate further, either through the processing and cooling history subjected to 20% or more of the processing by a 1 transformation point of the temperature range, or (2) 800-1000 total working ratio at ℃ 80% or more, 700 After hot working with a total working rate of 20% or more at less than ~ 800 ° C, after the hot working, the temperature range of 700-500 ° C is cooled at a cooling rate of 0.2 ° C / s or more through a cooling history By adopting the induction hardening conditions described below for the manufactured steel pipe, it becomes possible to obtain a quenched structure with a prior austenite grain size of 12 μm or less.

上記の熱間加工は、上述の熱間圧延が好適に採用でき、特に熱間圧延工程における仕上圧延が最も好適である。また、A変態点以下の温度域での加工は、上述の絞り圧延機24により加工、あるいは、必要に応じて行われる減径減肉圧延や冷間引き抜きが好適に採用できる。
以下、熱延鋼板を素材として電縫鋼管を製造する場合を例にとって、各規制について詳しく説明する。
As the above hot working, the above-described hot rolling can be suitably employed, and finish rolling in the hot rolling process is particularly suitable. Further, processing at temperatures below zone A 1 transformation point, processing by rolling mill 24 stop described above, or reduced diameter reduction meat rolling or cold drawing performed as required can be preferably employed.
In the following, each regulation will be described in detail, taking as an example the case where an ERW steel pipe is manufactured from a hot-rolled steel sheet.

[加工条件]
加工条件については以下に説明する(1)(2)のうちのいずれかを採用する必要がある。
(1)熱間加工、具体的には造管用の素材となる熱延鋼板を製造する際の、熱間圧延時に800〜1000℃での総加工率を80%以上とする。総加工率の調整は圧下率を制御することで行える。好適には、仕上圧延時に仕上圧延機入側温度および仕上圧延機出側温度を800〜1000℃の範囲として、仕上圧延機入側板厚と仕上板厚とを圧下率が80%以上となるように設定すればよい。熱間圧延後は、700〜500℃の温度域の冷却速度を0.2℃/s以上とし巻取温度を500℃以下として巻き取る。このようにして得られた熱延鋼板を素材として、上述の工程にて電縫鋼管を製造する。次いで、図6に示したように、管体19とした後の絞り圧延機24で20%以上の加工を行うか、あるいは、上述の減径減肉圧延をA変態点以下の温度域で20%以上として行う。絞り圧延機24による圧延と滅径減肉圧延との合計の総加工率が20%以上としてもよい。以上の熱間圧延時の加工条件、造管後の加工条件を採用することにより、均一的なベイナイトおよび/またはマルテンサイト組織とすることができ、その後の高周波焼入の加熱時にオーステナイト粒が微細化する。なお、A変態点以下の温度域での加工として、転進加工、ショット等を採用してもよい。
[Processing conditions]
As for the processing conditions, it is necessary to adopt either (1) or (2) described below.
(1) Hot working, specifically, when producing a hot-rolled steel sheet as a raw material for pipe making, the total working rate at 800 to 1000 ° C. during hot rolling is 80% or more. The total processing rate can be adjusted by controlling the rolling reduction. Preferably, the finish rolling mill entry side temperature and finish mill exit side temperature are in the range of 800 to 1000 ° C. during finish rolling, and the finish rolling mill entry side sheet thickness and finish sheet thickness are reduced to 80% or more. Should be set. After hot rolling, the coil is wound at a cooling rate of 700 to 500 ° C in a temperature range of 0.2 ° C / s or more and a winding temperature of 500 ° C or less. The hot-rolled steel sheet thus obtained is used as a raw material to manufacture an ERW pipe in the above-described process. Then, as shown in FIG. 6, or for machining of more than 20% reducing mill 24 after the tube 19, or, in a temperature range below the A 1 transformation point reduction diameter reduction meat rolling above Do as 20% or more. The total processing rate of the total of rolling by the drawing mill 24 and reduction in diameter reduction may be 20% or more. By adopting the above processing conditions at the time of hot rolling and processing after pipe forming, a uniform bainite and / or martensite structure can be obtained, and austenite grains are fine during subsequent induction hardening heating. Turn into. As the processing in the temperature range below the A 1 transformation point, change course processing may be adopted shots like.

(2)熱間加工、具体的には造管用の素材となる熱延鋼板を製造する際の、熱間圧延時に800〜1000℃での総加工率を80%以上、700〜800℃での総加工率を20%以上とする。総加工率の調整は圧下率を制御することで行える。好適には、仕上圧延時に仕上圧延機入側温度を1000℃〜800℃とし、仕上圧延機列の前段スタンド(例えば7スタンドからなる連続仕上圧延機では第1〜第5スタンド)で80%以上の圧下率の圧延を行う。そして、後段スタンド(例えば7スタンドからなる連続仕上圧延機では第6、第7スタンド)で700〜800℃で20%以上の圧下率の圧延を行う、後段スタンドでは前段スタンドよりも低い温度で圧延する必要があるため、スタンド間冷却装置を用いて後段スタンドの圧延が700〜800℃で行えるようにする。圧延後には700〜500℃の温度域の冷却速度を0.2℃/s以上とし巻取温度を500℃以下として巻き取る。このようにして得られた熱延鋼板を素材として、上述の工程にて電縫鋼管を製造する。以上の熱間圧延時の加工条件を採用することにより均一微細なベイナイトおよび/またはマルテンサイト組織とすることができ、その後の高周波焼入の加熱時にオーステナイト粒が微細かつ均一化する。 (2) Hot working, specifically when manufacturing hot-rolled steel sheet as a material for pipe making, the total working rate at 800-1000 ° C during hot rolling is 80% or more, at 700-800 ° C Set the total processing rate to 20% or more. The total processing rate can be adjusted by controlling the rolling reduction. Preferably, the finish rolling mill inlet side temperature is set to 1000 ° C. to 800 ° C. during finish rolling, and 80% or more at the front stage stand of the finish rolling mill row (for example, the first to fifth stands in a continuous finishing mill consisting of 7 stands). Rolling at a reduction rate of Then, rolling is performed at a reduction rate of 20% or more at 700 to 800 ° C. in a rear stage stand (for example, the sixth and seventh stands in a continuous finishing mill having seven stands). Therefore, the rear stand can be rolled at 700 to 800 ° C. using an inter-stand cooling device. After rolling, the coil is wound at a cooling rate of 700 to 500 ° C in a temperature range of 0.2 ° C / s or more and a winding temperature of 500 ° C or less. The hot-rolled steel sheet thus obtained is used as a raw material to manufacture an ERW pipe in the above-described process. By adopting the above processing conditions at the time of hot rolling, a uniform fine bainite and / or martensite structure can be obtained, and austenite grains become fine and uniform during subsequent induction hardening heating.

[高周波焼入条件]
加熱温度を800〜1000℃とし、600〜800℃を400℃/s以上の昇温速度で昇温する。加熱温度が800℃未満の場合、オーステナイト組織の生成が不十分となり、硬化層を得ることができない。一方、加熱温度が1000℃を超えると、オーステナイト粒の成長速度が著しく増加し、平均粒径が増加すると同時に、急成長する温度域においては個々の粒成長速度にも著しい差が生じ易いため、最大粒径が平均粒径の4倍超となり疲労強度の低下を招く。
また、600〜800℃の昇温速度が400℃/s未満の場合にもオーステナイト粒の成長が促進されると同時に粒の大きさのばらつきが大きくなり、最大粒径が平均粒径の4倍超となり、疲労強度の低下を招く。これは、昇温速度が遅いとより低い温度でフェライトからオーステナイトへの逆変態が開始し、場所により不均一な粒成長を生じ易いためと推定される。
[Induction hardening conditions]
The heating temperature is set to 800 to 1000 ° C., and the temperature is raised from 600 to 800 ° C. at a rate of temperature increase of 400 ° C./s or more. When the heating temperature is less than 800 ° C., the austenite structure is not sufficiently generated, and a cured layer cannot be obtained. On the other hand, when the heating temperature exceeds 1000 ° C., the growth rate of austenite grains is remarkably increased, and at the same time, the average grain size is increased. The maximum particle size exceeds 4 times the average particle size, leading to a decrease in fatigue strength.
Also, when the heating rate at 600 to 800 ° C. is less than 400 ° C./s, the growth of austenite grains is promoted and at the same time, the variation in grain size increases, and the maximum grain size is four times the average grain size. It becomes super and causes a fall of fatigue strength. This is presumably because when the rate of temperature increase is slow, reverse transformation from ferrite to austenite starts at a lower temperature, and uneven grain growth tends to occur depending on the location.

なお、加熱温度は800〜950℃とすることが好ましく、600〜800℃の昇温速度は700℃/s以上であることが好ましい。より好ましくは1000℃/s以上である。
また、高周波加熱時において800℃以上の滞留時間が長くなると、オーステナイト粒が成長して、結果として最大粒径が平均粒径の4倍超となり易くなるので、800℃以上の滞留時間は5秒以下とすることが好ましい。
In addition, it is preferable that heating temperature shall be 800-950 degreeC, and it is preferable that the temperature increase rate of 600-800 degreeC is 700 degrees C / s or more. More preferably, it is 1000 ° C./s or more.
In addition, when the residence time of 800 ° C. or higher is increased during high-frequency heating, austenite grains grow, and as a result, the maximum particle size tends to be more than four times the average particle size. Therefore, the residence time of 800 ° C. or more is 5 seconds. The following is preferable.

本発明の鋼管として、自動車のドライブシャフト、アウトプットシャフト、インプットシャフトを模擬したシャフトを製造した。すなわち、表2に示す成分組成になる鋼素材を、転炉により溶製し、連続鋳造により鋳片とした。鋳片サイズは300×400mmであった。この鋳片を、熱間圧延により、熱延鋼板とした。この際、仕上圧延時の800〜1000℃の温度域の圧下率を表3に示す通りとし、700〜500℃の温度域の冷却速度を表3に示す通りとし、次に冷却した後に、500℃以下で巻き取った。得られた熱延鋼板を素材として、前述の造管工程にて管状に成形した。   As the steel pipe of the present invention, a shaft simulating an automobile drive shaft, output shaft, and input shaft was manufactured. That is, a steel material having the composition shown in Table 2 was melted by a converter and made into a slab by continuous casting. The slab size was 300 × 400 mm. This slab was made into a hot-rolled steel sheet by hot rolling. At this time, the rolling reduction in the temperature range of 800 to 1000 ° C. during finish rolling is as shown in Table 3, the cooling rate in the temperature range of 700 to 500 ° C. is as shown in Table 3, and after cooling, It wound up at below ℃. The obtained hot-rolled steel sheet was used as a raw material, and was formed into a tubular shape in the above-described pipe making process.

ついで、この管体を、冷間での転造加工および切削加工により、図1に示す寸法・形状になる管状試験片を作製した。試験片の平行部に対する冷間加工率は、表3に示す通りである。ここで、加工率は、断面減少率である。   Then, a tubular test piece having the dimensions and shape shown in FIG. 1 was produced from the tube by cold rolling and cutting. Table 3 shows the cold working rate with respect to the parallel portion of the test piece. Here, the processing rate is a cross-sectional reduction rate.

この鋼管(管状試験片)に、周波数:15kHzの高周波焼入れ装置を用いて、表3に示す条件下で焼入れを行った後、加熱炉を用いて170℃×30分の条件で焼もどしを行い、その後ねじり疲労強度について調査した。ここで、一部の管状試験片については、焼もどしを省略して、ねじり疲労強度の調査を行った。   This steel pipe (tubular test piece) was quenched under the conditions shown in Table 3 using an induction hardening apparatus with a frequency of 15 kHz, and then tempered at 170 ° C. for 30 minutes using a heating furnace. Then, the torsional fatigue strength was investigated. Here, with respect to some tubular test pieces, tempering was omitted and the torsional fatigue strength was investigated.

なお、ねじり疲労強度は、シャフトのねじり疲労試験において破断繰り返し数が1×10回の時のトルク値(N・m)で評価した。ねじり疲労試験は、油圧式疲労試験機を用い、図2に示すようにスプライン部2a,2bをそれぞれ円盤状のつかみ具3a,3bに組み込み、つかみ具3a,3bとの間に周波数1〜2Hzで繰り返しねじりトルクを負荷することにより行った。 The torsional fatigue strength was evaluated by the torque value (N · m) when the number of repetitions of fracture was 1 × 10 5 times in the torsional fatigue test of the shaft. In the torsional fatigue test, a hydraulic fatigue tester is used. As shown in FIG. 2, the spline portions 2a and 2b are incorporated in the disc-shaped grippers 3a and 3b, respectively, and the frequency is 1 to 2 Hz between the grippers 3a and 3b. And repeatedly applying a torsional torque.

また、同じシャフトについて、その硬化層をピクリン酸を主成分とした腐食液(水:500gに対しピクリン酸:50gを溶解させたピクリン酸水溶液に、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム:11g、塩化第1鉄:1gおよびシュウ酸:1.5gを添加したもの)にてエッチング後、その組織を光学顕微鏡を用いて観察し、旧オーステナイト粒の平均粒径を求めた。平均粒径の測定は、前述した方法と同様とした。   In addition, for the same shaft, the hardened layer was a corrosive solution containing picric acid as a main component (water: 500 g of picric acid: 50 g of picric acid dissolved in an aqueous solution of picric acid: 11 g of sodium dodecylbenzenesulfonate, ferrous chloride : 1 g and oxalic acid: 1.5 g added), the structure was observed using an optical microscope, and the average particle size of prior austenite grains was determined. The average particle size was measured in the same manner as described above.

さらに、同じシャフトについて、耐焼割れ性についても調査した。
この耐焼割れ性は、高周波焼入れ後のスプライン部のC断面5ヶ所を切断・研磨し、光学顕微鏡(倍率:100〜200倍)で観察した時の焼割れ発生個数で評価した。
得られた結果を表3に併記する。
Furthermore, the same shaft was also investigated for fire cracking resistance.
This anti-fire cracking resistance was evaluated by the number of occurrence of fire cracks when the C-cross section of the spline part after induction hardening was cut and polished and observed with an optical microscope (magnification: 100 to 200 times).
The results obtained are also shown in Table 3.

Figure 2007262469
Figure 2007262469

Figure 2007262469
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Figure 2007262469
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表3から明らかなように、旧オーステナイト粒の平均粒径が12μm以下である、焼入れ組織を有するシャフトはいずれも、高いねじり疲労強度および焼割れ個数:0という優れた耐焼割れ性を得ることができた。   As is clear from Table 3, any shaft having a quenched structure with an average grain size of prior austenite grains of 12 μm or less can obtain high torsional fatigue strength and excellent anti-cracking resistance of 0. did it.

これに対し、旧オーステナイト粒の平均粒径が12μm以下となっていない焼入れ組織を有するシャフトはいずれも疲労強度が低い。   On the other hand, any shaft having a quenched structure in which the average grain size of the prior austenite grains is not less than 12 μm has low fatigue strength.

代表的なシャフトの正面図である。It is a front view of a typical shaft. シャフトのねじり疲労試験の要領を示す図である。It is a figure which shows the point of the torsional fatigue test of a shaft. 旧オーステナイト粒平均径とねじり疲労強度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a prior-austenite grain average diameter and torsional fatigue strength. ねじり疲労強度に及ぼす、硬化層の平均旧オーステナイト粒径と、最大旧オーステナイト粒径/平均旧オーステナイト粒径との影響を示すグラフである。It is a graph which shows the influence of the average prior austenite particle size of a hardened layer and the maximum prior austenite particle size / average prior austenite particle size on torsional fatigue strength. ねじり疲労強度に及ぼす、冷間の加工率および高周波加熱時の最高到達温度(加熱温度)および昇温速度の影響を示すグラフである。It is a graph which shows the influence of the cold work rate, the highest attained temperature (heating temperature) at the time of high frequency heating, and a temperature increase rate which influences torsional fatigue strength. 電縫鋼管の製造手順を示す図である。It is a figure which shows the manufacture procedure of an electric resistance steel pipe.

符号の説明Explanation of symbols

1 試験片
2 スプライン部
3a、3b つかみ具
1 Test piece 2 Spline part 3a, 3b Grab

Claims (13)

C:0.3〜1.5mass%、
Si:3.0mass%以下および
Mn:2.0mass%以下
を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、さらに高周波焼入れによる硬化部を有し、該硬化部は旧オーステナイト粒の平均径が12μm 以下かつ最大粒径が平均粒径の4倍以下であることを特徴とする、疲労特性に優れた鋼管。
C: 0.3-1.5 mass%
Si: 3.0mass% or less and
Mn: 2.0 mass% or less, the balance is made of Fe and inevitable impurities, and further has a hardened portion by induction hardening, and the hardened portion has an average diameter of prior austenite grains of 12 μm or less and a maximum grain size of average grains A steel pipe excellent in fatigue characteristics, characterized by being 4 times or less in diameter.
前記鋼管は、さらに、
Al: 0.25mass%以下
を含有することを特徴とする請求項1に記載の鋼管。
The steel pipe further includes
The steel pipe according to claim 1, containing Al: 0.25 mass% or less.
前記鋼管は、さらに、
Cr:2.5mass%以下、
Mo:1.0mass%以下、
Cu:1.0mass%以下、
Ni:2.5mass%以下、
Co:1.0mass%以下、
V:0.5mass%以下および
W:1.0mass%以下
のうちから選んだ1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の鋼管。
The steel pipe further includes
Cr: 2.5 mass% or less,
Mo: 1.0mass% or less,
Cu: 1.0 mass% or less,
Ni: 2.5 mass% or less,
Co: 1.0mass% or less,
The steel pipe according to claim 1 or 2, comprising one or more selected from V: 0.5 mass% or less and W: 1.0 mass% or less.
前記鋼管は、さらに、
Ti:0.1mass%以下、
Nb:0.1mass%以下、
Zr:0.1mass%以下、
B:0.01mass%以下、
Ta:0.5mass%以下、
Hf:0.5mass%以下および
Sb:0.015mass%以下
のうちから選んだ1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1、2または3に記載の鋼管。
The steel pipe further includes
Ti: 0.1 mass% or less,
Nb: 0.1 mass% or less,
Zr: 0.1 mass% or less,
B: 0.01 mass% or less,
Ta: 0.5 mass% or less,
Hf: 0.5 mass% or less and
The steel pipe according to claim 1, 2 or 3, comprising one or more selected from Sb: 0.015 mass% or less.
前記鋼管は、さらに
S:0.1mass%以下、
Pb:0.1mass%以下、
Bi:0.1mass%以下、
Se:0.1mass%以下、
Te:0.1mass%以下、
Ca:0.01mass%以下、
Mg:0.01mass%以下および
REM:0.1mass%以下
のうちから選んだ1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の鋼管。
The steel pipe is further S: 0.1 mass% or less,
Pb: 0.1 mass% or less,
Bi: 0.1 mass% or less,
Se: 0.1 mass% or less,
Te: 0.1 mass% or less,
Ca: 0.01 mass% or less,
Mg: 0.01 mass% or less and
The steel pipe according to any one of claims 1 to 4, comprising one or more selected from REM: 0.1 mass% or less.
微細なベイナイト組織および微細なマルテンサイト組織のいずれか一方または両方を合計で10体積%以上含有する鋼管を素材として、該鋼管の少なくとも一部分に、昇温速度400℃/s以上かつ到達温度1000℃以下の高周波加熱を1回以上施すことを特徴とする鋼管の製造方法。   A steel pipe containing a total of 10% by volume or more of one or both of a fine bainite structure and a fine martensite structure is used as a raw material, and at least part of the steel pipe has a temperature increase rate of 400 ° C./s or more and an ultimate temperature of 1000 ° C. The manufacturing method of the steel pipe characterized by performing the following high frequency heating 1 times or more. 請求項6において、前記素材は、800〜1000℃での総加工率が80%以上となる熱間加工工程と、該熱間加工工程後に700〜500℃の温度域を0.2℃/s以上の冷却速度で冷却する冷却工程と、さらに、該冷却工程の前に700〜800℃未満の温度域で20%以上の加工を施すか、あるいは該冷却工程の後にA変態点以下の温度域で20%以上の加工を施す第2加工工程と、を経て製造することを特徴とする鋼管の製造方法。 In Claim 6, the said raw material is a hot working process in which the total working rate in 800-1000 degreeC becomes 80% or more, and the temperature range of 700-500 degreeC after this hot working process is 0.2 degreeC / s or more. A cooling step of cooling at a cooling rate, and further, processing of 20% or more is performed in a temperature range of less than 700 to 800 ° C. before the cooling step, or in a temperature range of A 1 transformation point or less after the cooling step. And a second processing step of performing processing of 20% or more. 請求項6または7において、1回の高周波加熱における800℃以上の滞留時間を5秒以下とすることを特徴とする鋼管の製造方法。   8. The method of manufacturing a steel pipe according to claim 6, wherein a residence time of 800 ° C. or more in one high-frequency heating is set to 5 seconds or less. 請求項6乃至8のいずれかにおいて、前記鋼管が、
C:0.3〜1.5mass%、
Si:3.0mass%以下および
Mn:2.0mass%以下
を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成であることを特徴とする鋼管の製造方法。
The steel pipe according to any one of claims 6 to 8,
C: 0.3-1.5 mass%
Si: 3.0mass% or less and
Mn: The manufacturing method of the steel pipe characterized by being a composition which contains 2.0 mass% or less and consists of remainder Fe and an unavoidable impurity.
請求項9において、前記鋼管が、さらに、
Al:0.25mass%以下
を含有することを特徴とする鋼管の製造方法。
The steel pipe according to claim 9, further comprising:
A method for producing a steel pipe, comprising Al: 0.25 mass% or less.
請求項9または10において、前記鋼管が、さらに、
Cr:2.5mass%以下、
Mo:1.0mass%以下、
Cu:1.0mass%以下、
Ni:2.5mass%以下、
Co:1.0mass%以下、
V:0.5mass%以下および
W:1.0mass%以下
のうちから選んだ1種または2種以上を含有することを特徴とする鋼管の製造方法。
The steel pipe according to claim 9 or 10, further comprising:
Cr: 2.5 mass% or less,
Mo: 1.0mass% or less,
Cu: 1.0 mass% or less,
Ni: 2.5 mass% or less,
Co: 1.0mass% or less,
The manufacturing method of the steel pipe characterized by containing 1 type (s) or 2 or more types selected from V: 0.5 mass% or less and W: 1.0 mass% or less.
請求項9、10または11において、前記鋼管が、さらに、
Ti:0.1mass%以下、
Nb:0.1mass%以下、
Zr:0.1mass%以下、
B:0.01mass%以下、
Ta:0.5mass%以下、
Hf:0.5mass%以下および
Sb:0.015mass%以下
のうちから選んだ1種または2種以上を含有することを特徴とする鋼管の製造方法。
The steel pipe according to claim 9, 10 or 11, further comprising:
Ti: 0.1 mass% or less,
Nb: 0.1 mass% or less,
Zr: 0.1 mass% or less,
B: 0.01 mass% or less,
Ta: 0.5 mass% or less,
Hf: 0.5 mass% or less and
Sb: The manufacturing method of the steel pipe characterized by containing 1 type, or 2 or more types selected from below 0.015 mass%.
請求項9乃至12のいずれかにおいて、前記鋼管が、さらに
S:0.1mass%以下、
Pb:0.1mass%以下、
Bi:0.1mass%以下、
Se:0.1mass%以下、
Te:0.1mass%以下、
Ca:0.01mass%以下、
Mg:0.01mass%以下および
REM:0.1mass%以下
のうちから選んだ1種または2種以上を含有することを特徴とする鋼管の製造方法。

In any one of Claims 9 thru | or 12, The said steel pipe is further S: 0.1 mass% or less,
Pb: 0.1 mass% or less,
Bi: 0.1 mass% or less,
Se: 0.1 mass% or less,
Te: 0.1 mass% or less,
Ca: 0.01 mass% or less,
Mg: 0.01 mass% or less and
REM: The manufacturing method of the steel pipe characterized by including 1 type or 2 types or more selected from 0.1 mass% or less.

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