JP2012030270A

JP2012030270A - 差厚金属管の製造方法

Info

Publication number: JP2012030270A
Application number: JP2010173873A
Authority: JP
Inventors: Akira Yorifuji; 章依藤; Takuya Nagahama; 拓也長濱; Ryoji Matsui; 亮二松井
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2010-08-02
Filing date: 2010-08-02
Publication date: 2012-02-16

Abstract

【課題】管の周方向で肉厚が異なる差厚金属管を製造する場合に、周方向にわたる組織や機械的特性のばらつきを軽減する。
【解決手段】周方向の肉厚が均一な金属管素管から周方向の肉厚が不均一な差厚金属管を製造するに際し、該金属管素管を、周方向の全域にわたって温間または熱間温度域に加熱し、その後さらに周方向の特定位置を部分加熱して、該金属管素管の周方向に温度分布を付与したのち、縮径圧延を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、管の周方向で肉厚の異なる差厚金属管の製造方法に関するものである。

近年、環境対策の一環として、自動車の燃費向上を目的とした車体の軽量化が進められている。自動車の部品には、例えばスタビライザーやドライブシャフト等、金属棒材を素材として製造される中実構造のものが数多くある。これらの部品では、素材を金属棒材から金属管材に置き換えることで、中空化により軽量化することができるので、これら部品の素材として金属管材の使用率が高まっている。
また、金属板をプレス・溶接して製造される部品（例えばロアアームやリアアクスルビーム、バンパービーム等）についても、金属管製への置き換えが進んできている。

金属管製の部品を製造する場合、金属管の肉厚は強度確保の観点から決められる。しかしながら、金属管を用いた場合でも、強度を必要とする部位が金属管の全周にわたるとは限らないので、強度上必要な部分のみが厚肉となる差厚金属管を用いることができれば、部品のさらなる軽量化が実現できる。
このため、管の周方向で肉厚の異なる差厚金属管に対するニーズが高まっている。

例えば、特許文献１には、周方向に均等肉厚で形成された金属管素管に対して周方向に不均等の肉厚増加を発生させて偏肉管を製造する方法が開示されている。この方法は、金属管素管の断面を周方向に低強度領域と高強度領域とで構成したのち、外径を縮小させる塑性加工を施すことを特徴とするものである。ここで、低強度領域と高強度領域とで構成する手段としては、加工硬化した金属管素材の周方向の一部を軟化熱処理する、あるいは、金属管素材の周方向に温度分布を形成することが挙げられている。

特開２００４−２７６０４０号公報

上掲特許文献１の技術によって、管の周方向で肉厚の異なる差厚管を製造することはできる。
しかしながら、この方法により製造された金属管には、以下に述べるような問題があることが判明した。

すなわち、特許文献１のように金属管素材の周方向の対象部のみを部分的に加熱することにより温度分布を付与して縮径加工を施した場合には、形成された偏肉管の周方向に金属組織的な差異が生じ、その結果
１）管周方向に強度差が生じて、二次加工で不均一に変形する、
２）薄い部分ほど軟らかくなるので耐疲労部材として適合しない、
３）組織差に起因する耐腐食性等の特性差が生じる
等の問題が生じることが判明した。
また、特許文献１に記載の方法では、肉厚ｔと外径Ｄの比が小さい場合（ｔ／Ｄ＜0.05）には、座屈が発生し易いところにも問題を残していた。

管の周方向位置によって材料の機械的特性が異なると、製品化後に部分的に必要な耐久強度が得られないといった問題があり、前述したロアアームやリアアクスルビーム、バンパービームといった部品への適用は困難になる。

本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、管の周方向で肉厚が異なる差厚金属管であっても、機械的特性や耐食性等は管の周方向で均一な差厚金属管の有利な製造方法を提案することを目的とする。

さて、発明者らは、上記の問題を解決すべく鋭意研究を重ねた。
その結果、金属管素管を、まず温間領域または熱間領域に加熱し、その上で金属管素管の周方向に温度差を付与する部分加熱を施し、その後縮径圧延を行えば、温度の高い部分が他の温度の低い部分に比較して厚肉となり、しかもこの場合には、管の周方向で機械的特性があまりばらつかなくなることを見出した。
さらに、縮径圧延を、粗縮径圧延と仕上縮径圧延とに分け、粗縮径圧延は、周方向に温度差を付与して行うものの、仕上縮径圧延に際しては、それに先立ち周方向の温度差を解消して圧延することにより、管の周方向での機械的特性のばらつきがほとんどなくなることの知見を得た。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。

すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
（１）周方向の肉厚が均一な金属管素管から周方向の肉厚が不均一な差厚金属管を製造するに際し、該金属管素管を、周方向の全域にわたって温間または熱間温度域に加熱し、その後さらに周方向の特定位置を部分加熱して、該金属管素管の周方向に温度分布を付与したのち、縮径圧延を行うことを特徴とする差厚金属管の製造方法（第１発明）。

（２）周方向の肉厚が均一な金属管素管から周方向の肉厚が不均一な差厚金属管を製造するに際し、該金属管素管を、周方向の全域にわたって温間または熱間温度域に加熱し、その後さらに周方向の特定位置を部分加熱して、該金属管素管の周方向に温度分布を付与したのち、粗縮径圧延を行い、ついで加熱処理により周方向の温度分布を均一にしたのち、仕上縮径圧延を行うことを特徴とする差厚金属管の製造方法（第２発明）。

（３）前記部分加熱を、高周波加熱により行うことを特徴とする前記（１）または（２）に記載の差厚金属管の製造方法。

（４）前記金属管素管の周方向に付与する温度分布における高温部と低温部との温度差が、25℃以上 100℃以下であることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の差厚金属管の製造方法。

（５）前記縮径圧延を、複数の穴型ロールを配した縮径圧延機を１基以上そなえる縮径圧延設備を用いて行うことを特徴とする前記（１），（３），（４）のいずれかに記載の差厚金属管の製造方法。

（６）前記粗縮径圧延と前記仕上縮径圧延を、複数の穴型ロールを配した縮径圧延機を２基以上と該縮径圧延機の間に配した高周波加熱装置とをそなえる縮径圧延設備を用いて行うことを特徴とする前記（２）〜（４）のいずれかに記載の差厚金属管の製造方法。

第１発明によれば、管の周方向で肉厚の異なる差厚管でありながらも、管の周方向で機械的特性がほぼ均一な差厚金属管を製造することができる。
また、第２発明によれば、管の周方向で肉厚の異なる差厚管について、材料の機械的特性を管の周方向でより均一にすることができる。

本発明の実施に用いて好適な差厚鋼管の製造ラインの模式図である。差厚鋼管の断面図である。本発明に従う２段縮径圧延を実施するのに好適な差厚鋼管の製造ラインの模式図である。

以下、本発明を具体的に説明する。以下の説明では、差厚金属管として差厚鋼管を製造する場合について説明する。
図１に、本発明の実施に用いて好適な差厚鋼管の製造ラインを模式で示す。
図中、上段は、鋼帯から鋼素管（電縫鋼管）を製造する工程を示したものであり、番号１は鋼管製造用の素材となる鋼帯Ｓを払い出すアンコイラ、２は払い出された鋼帯Ｓを成形しオープン管とする成形機群、３はオープン管のエッジ部を加熱した後エッジ部を突き合わせて接合する溶接機、４は素管内外面のシーム部のビードを切削する切削バイト、そして５がビードを除去した素管Ｐを所要寸法に切断する切断機である。

また、図１の下段は、本発明に従う差厚鋼管を製造する工程を示したものであり、６が所要寸法とされた素管Ｐを管の全周にわたり加熱する加熱装置、７が加熱装置６から出た素管Ｐの周方向の特定部位のみを局部的に加熱する部分加熱装置、８が加熱装置６および部分加熱装置７で加熱された素管Ｐを縮径圧延する縮径圧延機であり、９が縮径圧延後の素管をさらに所要長さに切断するホットソーである。
ここで、部分加熱装置７は、例えば誘導加熱装置から構成されており、誘導加熱コイルが素管の周方向の一部分のみに対向配置されて、一部分のみ（図１の例では、手前側の側面のみ）を加熱し、高温部Ｔを形成させる。また、縮径圧延機８としては、例えば素管Ｐの外周に沿って４つのロールを配置した４ロール圧延機を複数段（図１の例では４段）連接した縮径圧延機群が有利に適合する。

さて、本発明では、縮径圧延に先立ち、まず加熱装置６により、鋼素管Ｐの周方向の全域にわたって温間または熱間温度域に加熱する。
ここに、温間温度域とは600〜850℃程度を、また熱間温度域とは850〜1100℃程度を意味する。

上記の温間または熱間温度域への加熱後、さらに部分加熱装置７により、素管の周方向の一部分のみを部分加熱して、素管の周方向に温度分布を付与する。すなわち、他部分よりも温度が高い高温部Ｔを形成する。
ここに、周方向に付与する温度分布における高温部と低温部との温度差は、25℃以上 100℃以下とすることが好ましい。というのは、この温度差が25℃に満たないと、所望の厚肉部が形成できず、一方100℃を超えると加熱後の縮径圧延において高温部が局所的に座屈し易くなるからである。

その後、縮径圧延機８により縮径圧延を施すが、この際、素管Ｐには温度分布が付与されているため、高温部Ｔが他の部分と比較して厚肉に圧延され、最終的には、図２に示すように、管の断面でみたときに、周方向で部分的に肉厚が厚い厚肉部Ａを有する鋼管となる。

特許文献１に記載される方法の場合、冷間域で加工された部分と温間域で加工された部分とでは、残留歪や金属組織に大きな違いが残るが、本発明では、縮径圧延後には数℃〜数十℃の温度差しかなく、また温間から熱間域で圧延を終了するため、最終的に得られる鋼管の機械的特性は管の周方向にほぼ均一なものとなる。

また、本発明では、上記した縮径圧延を、粗縮径圧延と仕上縮径圧延とに分け、粗縮径圧延は、上述したようにして周方向に温度差を付与した条件で行い、引き続く仕上縮径圧延は、周方向の温度差を解消し、周方向の温度分布を均一にした状態で行うことにより、管の周方向での機械的特性のばらつきをさらに軽減することができる。

図３に、上述した２段縮径圧延を実施するのに好適な差厚鋼管の製造ラインを模式で示す。製造ラインの要部は、前掲した図１と共通するので、同一の番号を付して示し、番号10が粗縮径圧延機、11が仕上縮径圧延機であり、12がこれらの縮径圧延機10，11の間に配置された中間加熱装置である。なお、図中、13は入側温度計、14は出側温度計、15は出側肉厚計であり、16でモータを示す。
この中間加熱装置12では、粗縮径圧延後に残っている管周方向の温度差を解消するような熱処理を施し、その後に、周方向の温度分布を均一になった粗圧延管に対して仕上縮径圧延を施すのである。

このように、周方向で部分的に肉厚が厚い厚肉部を形成する場合に、まず周方向に温度差を付与して粗縮径圧延を行い、その後の仕上縮径圧延は、周方向の温度分布が均一な状態で行うことにより、組織の均一化は勿論のこと、機械的特性の一層の均一化が図れるのである。
そして、この方法によれば、肉厚ｔと外径Ｄの比が小さい場合（ｔ／Ｄ＜0.05）にも、座屈の発生なしに効果的に縮径圧延を行うことができる。

実施例１
図１に示した製造ラインを用いて、差厚鋼管の製造を行った。
まず、板厚：８mmのSAE15B37Hを用いて、外径が90mmの電縫鋼管を製造した。これを、素管として、全体を表１に示す種々の温間温度域または熱間温度域に加熱したのち、周方向の一部分（周方向幅：45mm）を種々の温度に部分加熱した。ついで、縮径圧延により表１に示す外径になる差厚鋼管を製造した。
かくして得られた差厚鋼管の周方向にわたる組織の均一性および機械的特性の均一性について調べた結果を表１に示す。
なお、周方向にわたる組織の均一性について次のようにして調査した。
管の横断面を研磨後、ナイタール溶液でエッチングし、部分加熱部とこれに180°対向する部分（180°対向部）とを各３視野づつ光学顕微鏡を用いて100倍で組織観察した。そして、部分加熱部と180°対向部とを比較して同一の組織が得られているかの確認を行った。

実施例２
次に、図３に示した製造ラインを用いて、差厚鋼管の製造を行った。
素管（電縫鋼管）の製造までは、実施例１と同じ製造ラインを用いた。素管の外径は90mm、肉厚は2.5mmである。
この素管を、表１に示す種々の温間温度域または熱間温度域に加熱したのち、周方向の一部分（周方向幅：30mm）を種々の温度に部分加熱した。ついで、粗縮径圧延により表１に示す種々の外径になる差厚鋼管半製品とした。ついで、中間加熱装置12を用いて、管の周方向の温度分布を均一（周方向の温度差≦30℃）にしたのち、仕上縮径圧延により、種々の外径になる差厚鋼管製品を製造した。
かくして得られた差厚鋼管の周方向にわたる組織の均一性および機械的特性の均一性について調べた結果を表１に併記する。

表１に示したとおり、実施例１に従い得られた発明例（第１発明）は、周方向にわたる組織差がなく、また機械的特性のばらつきも小さかった。
また、実施例２に従い得られた発明例（第２発明）では、周方向にわたる組織差がないのは勿論であるが、機械的特性のばらつきが格段に軽減されることが分かる。しかも、この場合には、肉厚ｔと外径Ｄの比ｔ／Ｄが0.05未満の場合にも、座屈の発生なしに縮径圧延を行うことができた。

１アンコイラ
２成形機群
３溶接機
４切削バイト
５切断機
６加熱装置
７部分加熱装置
８縮径圧延機
９ホットソー
10 粗縮径圧延機
11 仕上縮径圧延機
12 中間加熱装置
13 入側温度計
14 出側温度計
15 出側肉厚計
16 モータ

Claims

周方向の肉厚が均一な金属管素管から周方向の肉厚が不均一な差厚金属管を製造するに際し、該金属管素管を、周方向の全域にわたって温間または熱間温度域に加熱し、その後さらに周方向の特定位置を部分加熱して、該金属管素管の周方向に温度分布を付与したのち、縮径圧延を行うことを特徴とする差厚金属管の製造方法。
周方向の肉厚が均一な金属管素管から周方向の肉厚が不均一な差厚金属管を製造するに際し、該金属管素管を、周方向の全域にわたって温間または熱間温度域に加熱し、その後さらに周方向の特定位置を部分加熱して、該金属管素管の周方向に温度分布を付与したのち、粗縮径圧延を行い、ついで加熱処理により周方向の温度分布を均一にしたのち、仕上縮径圧延を行うことを特徴とする差厚金属管の製造方法。
前記部分加熱を、高周波加熱により行うことを特徴とする請求項１または２に記載の差厚金属管の製造方法。
前記金属管素管の周方向に付与する温度分布における高温部と低温部との温度差が、25℃以上 100℃以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の差厚金属管の製造方法。
前記縮径圧延を、複数の穴型ロールを配した縮径圧延機を１基以上そなえる縮径圧延設備を用いて行うことを特徴とする請求項１，３，４のいずれかに記載の差厚金属管の製造方法。
前記粗縮径圧延と前記仕上縮径圧延を、複数の穴型ロールを配した縮径圧延機を２基以上と該縮径圧延機の間に配した高周波加熱装置とをそなえる縮径圧延設備を用いて行うことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の差厚金属管の製造方法。