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WO2013094116A1 - エアバック用鋼管の製造方法 - Google Patents

エアバック用鋼管の製造方法 Download PDF

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WO2013094116A1
WO2013094116A1 PCT/JP2012/007351 JP2012007351W WO2013094116A1 WO 2013094116 A1 WO2013094116 A1 WO 2013094116A1 JP 2012007351 W JP2012007351 W JP 2012007351W WO 2013094116 A1 WO2013094116 A1 WO 2013094116A1
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WO
WIPO (PCT)
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steel pipe
surface temperature
temperature
frequency induction
induction heating
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2012/007351
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English (en)
French (fr)
Inventor
内田　和宏
健史 三木
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.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel and Sumitomo Metal 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.)
Filing date
Publication date
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Priority to KR1020147013377A priority patent/KR20140092353A/ko
Priority to BR112014010388-7A priority patent/BR112014010388B1/pt
Priority to CN201280063667.5A priority patent/CN104011233A/zh
Priority to MX2014004942A priority patent/MX341638B/es
Priority to EP12858844.9A priority patent/EP2796572B1/en
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a steel pipe for an airbag by performing quenching by high frequency induction heating. More specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a steel pipe for airbag, which can obtain a steel pipe having high strength and high toughness.
  • accumulators made using steel pipes are often used.
  • the accumulator using the steel pipe is filled with high-pressure gas, and the high-pressure gas sealed in the accumulator is ejected into the airbag at a time when the airbag is activated. Therefore, steel pipes used in accumulators are subjected to stress at a large strain rate in a very short time, so high strength, high toughness and excellent burst resistance are required in addition to high dimensional accuracy, workability and weldability. Is done.
  • the steel pipe used for such an airbag may be manufactured by the following procedures, for example. (1) The steel material is made into a steel pipe by hot pipe making. (2) The steel pipe is quenched and tempered after being rapidly cooled. (3) Cold-work the steel pipe after quenching and tempering so as to have a predetermined dimension. (4) The residual stress is removed by annealing the steel pipe after cold working.
  • Quenching and tempering are applied to the steel pipe to ensure the strength and toughness required for the steel pipe for airbags.
  • the toughness of the steel pipe may be reduced by cold working.
  • a steel pipe for an air bag that is quenched and tempered after cold working has been studied.
  • a steel pipe can be manufactured by the following procedure. (1) The steel material is made into a steel pipe by hot pipe making. (2) The steel pipe is cold worked so as to have a predetermined dimension. (3) Quench and temper the steel pipe after cold working.
  • the strength and toughness of the steel pipe can be ensured by quenching and tempering.
  • Patent Document 1 is available.
  • a steel material having a predetermined chemical composition is made into a steel pipe by hot pipe making, quenching after heating to the steel pipe, and quenching at a temperature below the Ac 1 transformation point.
  • the steel pipe is cold worked so as to have a predetermined dimension.
  • the X-ray integrated intensity ratio of the ⁇ 110 ⁇ plane measured in a cross section perpendicular to the axial direction L of the steel pipe is perpendicular to the circumferential direction T of the steel pipe.
  • the ratio of the ⁇ 110 ⁇ plane to the X-ray integral intensity ratio measured with a simple cross section is set to 50 or less, and excellent burst resistance can be ensured.
  • quenching applied to a steel pipe is rapidly heated to a quenching temperature and then held for a short time and rapidly cooled.
  • the quenching temperature is 900 to 1000 ° C.
  • the heating means is preferably high frequency induction heating.
  • a steel material having a predetermined chemical composition is made into a steel pipe by hot pipe forming, and after the cold working is performed on the steel pipe so as to have a predetermined dimension, the Ac 3 transformation is performed.
  • the steel pipe is subjected to quenching that is heated above the point temperature and tempering below the Ac 1 transformation point temperature.
  • the quenching applied to the steel pipe is preferably rapidly heated to the quenching temperature, then held for a short time and rapidly cooled.
  • the quenching temperature is 900 to 1000 ° C., and the heating means is preferably high frequency induction heating.
  • Patent Documents 1 to 3 In the method of manufacturing a steel pipe for an air bag described in Patent Documents 1 to 3, it is described that high-frequency induction heating is used as a means for heating the steel pipe by quenching. In addition, some patent documents describe high-frequency induction heating. The time for holding the temperature of the steel pipe is described. However, it is difficult to keep the temperature of the heated steel pipe constant from the principle of high frequency induction heating. It is also difficult to measure the steel pipe temperature during heating.
  • the present invention has been made in view of such a situation, and a steel pipe that has high strength and high toughness by sufficiently martensite the structure of the steel pipe by quenching and tempering and by refining crystal grains. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a steel pipe for an airbag that can obtain the above.
  • the present inventor conducted extensive studies and conducted the tests shown in the examples described later, and as a result, obtained the following knowledge.
  • the outer surface temperature of the steel pipe measured at the end of the high frequency induction heating is set within a predetermined range.
  • the time elapsed from when the outer surface temperature of the steel pipe reaches the temperature of the Ac 3 transformation point in the process of high frequency induction heating using the measured outer surface temperature of the steel pipe until the outer surface temperature of the steel pipe is measured is calculated.
  • the time for starting the rapid cooling is adjusted based on the time.
  • the structure of the steel pipe that has been quenched and tempered is sufficiently martensitic, and the crystal grains are refined, whereby a steel pipe having high strength and high toughness can be obtained.
  • the present invention has been completed on the basis of the above-mentioned knowledge, and has the following (1) and (2) manufacturing methods of a steel pipe for an air bag as follows:
  • the outer surface temperature T1 (° C) of the steel pipe measured at the end of high-frequency induction heating is defined by the following formula (1)
  • the steel pipe is subjected to high frequency induction heating within the range, the outer surface temperature of the steel pipe is measured at the end of the high frequency induction heating, and the outer surface temperature of the steel pipe is changed to the Ac 3 transformation in the process of high frequency induction heating using the measured outer surface temperature of the steel pipe.
  • the time x (seconds) elapsed from reaching the temperature of the point until the outer surface temperature of the steel pipe is measured is calculated, and within the range defined by the following equation (2) based on the calculated time x (seconds)
  • a method of manufacturing a steel pipe for an air bag characterized in that a time t (second) required from when the outer surface temperature of the steel pipe is measured to when rapid cooling is started is adjusted.
  • TAc3 is the temperature of the Ac 3 transformation point (°C).
  • the steel pipe manufacturing method of the present invention has the following remarkable effects. (1) Using the outer surface temperature of the steel pipe measured at the end of the high-frequency induction heating, the temperature of the steel pipe and the time during which the steel pipe stays at or above the temperature of the Ac 3 transformation point during quenching are managed within a predetermined range. (2) According to the above (1), the structure of the obtained steel pipe is sufficiently martensite and the crystal grains are refined, so that a steel pipe having high strength and high toughness can be obtained.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the relationship between the time when the steel pipe is quenched using high-frequency induction heating and the outer surface temperature of the steel pipe.
  • FIG. 2 shows an embodiment in which a method using a cooling device having a coil shorter than a heated steel pipe and a plurality of cooling water supply nozzles is adopted when quenching the steel pipe by the steel pipe manufacturing method of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing the results of a test using a test piece made of carbon steel.
  • FIG. 4 is a diagram showing the results of a test using a test piece made of low alloy steel.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the relationship between the time when a steel pipe is quenched using high-frequency induction heating and the outer surface temperature of the steel pipe.
  • the relationship between the time when quenching the steel pipe shown in FIG. 1 and the outer surface temperature of the steel pipe is the case where the steel pipe is high-frequency induction heated with a high-frequency induction heating device, then transferred to a cooling device, and then rapidly cooled with a cooling device belongs to.
  • the method of manufacturing a steel pipe according to the present invention provides an outer surface temperature T1 of the steel pipe measured at the end of the high-frequency induction heating when quenching that is quenched after high-frequency induction heating is performed on a steel pipe having a wall thickness of 4.0 mm or less.
  • C) is within the range defined by the above equation (1), the steel pipe is induction-heated by high frequency, the outer surface temperature of the steel pipe is measured at the end of the high-frequency induction heating, and high-frequency induction heating is performed using the measured outer surface temperature of the steel pipe
  • the time x (seconds) elapsed since the outer surface temperature of the steel pipe reached the temperature of the Ac 3 transformation point in the process is calculated, and the range defined by the formula (2) based on the calculated time x (seconds)
  • the time t (seconds) required from when the outer surface temperature of the steel pipe is measured to when rapid cooling is started is characterized.
  • the manufacturing method of the steel pipe of this invention makes object the steel pipe whose wall thickness is 4.0 mm or less.
  • the thickness is less than 1.0 mm, it is difficult to finish the thickness by cold working, so the thickness should be 1.0 mm or more. Is preferred.
  • the steel pipe is subjected to high-frequency induction heating with the outer surface temperature T1 (° C.) measured at the end of the high-frequency induction heating being within the range defined by the formula (1).
  • the outer surface temperature T1 of the steel pipe measured at the end of heating is out of the range defined by the above equation (1) and is lower than the temperature obtained by adding 40 ° C. to the temperature of the Ac 3 transformation point, the vicinity of the inner surface of the heated steel pipe is Ac. There is a risk of not exceeding the 3 transformation point. Therefore, the structure of the obtained steel pipe does not sufficiently martensite, and there is a possibility that strength and toughness are insufficient.
  • the steel pipe structure can be sufficiently martensite by quenching after the steel pipe structure is completely austenitized.
  • the temperature difference is 15 at the maximum. It is about °C. Therefore, when the steel pipe is heated so that the outer surface temperature of the steel pipe is equal to or higher than the temperature obtained by adding 40 ° C. to the Ac 3 transformation point as defined by the above formula (1), the steel pipe having the lowest temperature is taken into consideration.
  • the inner surface is also reliably heated to a temperature above the Ac 3 transformation point.
  • finish of induction heating is measured. This substantially corresponds to the maximum heating temperature of the steel pipe.
  • the outer surface temperature of the steel pipe can be measured by installing a radiation thermometer immediately after the exit of the induction heating device.
  • the time x (unit: seconds) elapsed since the outer surface temperature of the steel pipe reached the temperature of the Ac 3 transformation point in the process of high-frequency induction heating using the measured outer surface temperature of the steel pipe. , See FIG. 1). Then, the time t (unit: second, see FIG. 1) required from when the outer surface temperature of the steel pipe is measured to when rapid cooling is started is adjusted within the range defined by the equation (2). In this way, when quenching is performed on the steel pipe, the time during which the steel pipe stays above the temperature of the Ac 3 transformation point is managed.
  • the time t required to start quenching after measuring the outer surface temperature of the steel pipe exceeds the range defined by the above equation (2), the crystal grain size of the resulting steel pipe may increase and the toughness may be insufficient. .
  • the time during which the steel pipe stays above the temperature of the Ac 3 transformation point is short, and the outer surface temperature of the steel pipe is measured before rapid cooling. It is preferable that the time t required to start is short.
  • the case where the time t required to start the rapid cooling after measuring the outer surface temperature of the steel pipe is 0 (zero), that is, the case where the rapid cooling is started immediately after measuring the outer surface temperature of the steel pipe will be considered.
  • the inner surface temperature of the steel pipe also reaches the temperature of the Ac 3 transformation point. Therefore, the structure of the heated steel pipe can be fully austenitized, and then the steel pipe structure obtained by rapid cooling can be sufficiently martensitic.
  • the lower limit of the time t required to start the rapid cooling after measuring the outer surface temperature of the steel pipe is theoretically zero.
  • the space for installing at least a radiation thermometer between a heating apparatus and a cooling device is required. Therefore, in actual operation, the lower limit is a finite value exceeding 0.
  • the method for manufacturing a steel pipe of the present invention measures the outer surface temperature T1 (° C.) of the steel pipe at the end of the high frequency induction heating and manages it within the range defined by the formula (1). Further, the production method of the steel pipe of the present invention, the steel pipe to manage time to stay above a temperature of Ac 3 transformation point with an outer surface temperature and said measured steel pipe (2). Thereby, the time for holding the temperature of the steel pipe and the steel pipe at a high temperature during quenching can be made appropriate. As a result, the structure of the obtained steel pipe is sufficiently martensite and the crystal grains are refined, so that a steel pipe having high strength and high toughness can be obtained.
  • the time for the steel pipe to stay above the temperature of the Ac 3 transformation point is shorter. Therefore, after the outer surface temperature of the steel pipe reaches the temperature of the Ac 3 transformation point in the process of high frequency induction heating, (1) It is preferable that the time required to be within the range defined by the equation, that is, the time x is shorter. In order to shorten the time x (seconds), it is important to increase the heating rate in high-frequency induction heating. Therefore, in the method for manufacturing a steel pipe of the present invention, the heating rate is preferably set to 100 to 500 ° C./s. .
  • a method of rapidly cooling a heated steel pipe for example, there are a system in which a steel pipe is immersed in a water tank and cooling, and a system in which cooling water discharged from a discharge hole is applied to the steel pipe and cooled.
  • FIG. 2 shows an embodiment in which a method using a cooling device having a coil shorter than a heated steel pipe and a plurality of cooling water supply nozzles is adopted when quenching the steel pipe by the steel pipe manufacturing method of the present invention.
  • FIG. 2 the steel pipe 10 which is a to-be-processed material, the roller 20 of the conveying apparatus which conveys the steel pipe 10 to the longitudinal direction, the coil 30 with which a high frequency induction heating apparatus is provided, the cooling device 40, and the outer surface temperature of the steel pipe 10
  • An inlet-side thermometer 50 and an outlet-side thermometer 60 are shown.
  • the coil 30 provided in the high-frequency induction heating device is connected to an AC power supply device (not shown) whose output (W) can be adjusted.
  • the steel pipe 10 In a state where an alternating current is applied to the coil 30, the steel pipe 10 is conveyed in the direction indicated by the hatched arrow in FIG. 2 and passed through the coil 30, so that a portion located in the coil 30 of the steel pipe 10 is high-frequency induced. Heat.
  • the cooling device 40 includes a plurality of nozzles (not shown) for injecting cooling water, and the steel pipe is rapidly cooled by supplying cooling water from the nozzles to the outer surface of the steel pipe.
  • the entry-side thermometer 50 is disposed on the entry side of the coil 30, and the entry-side thermometer 50 determines the outer surface temperature of the steel pipe at the entrance of the coil 30, that is, the outer surface temperature of the steel pipe when high-frequency induction heating is started. It can be measured.
  • the exit side thermometer 60 is arrange
  • a radiation thermometer can be used as the entry-side thermometer 50 and the exit-side thermometer 60.
  • the heating speed of the steel pipe varies depending on the output of the AC power supply device, the conveying speed of the steel pipe, and the outer diameter and thickness of the heated steel pipe.
  • the heating of the steel pipe is based on the operation results. The speed can be obtained.
  • the heating speed of the steel pipe is adjusted by adjusting the output of the AC power supply device and / or the conveying speed of the steel pipe according to the outer diameter and thickness of the heated steel pipe based on the operation results.
  • the outer surface temperature T1 (° C.) of the steel pipe at the end of the high-frequency induction heating may be controlled within the range defined by the equation (1).
  • the manufacturing method of the steel pipe of the present invention is the time elapsed after the outer surface temperature of the steel pipe reaches the temperature of the Ac 3 transformation point in the process of high-frequency induction heating using the outer surface temperature T1 (° C.) of the steel pipe measured at the end of heating.
  • x (seconds) is calculated.
  • the time x (seconds) elapsed after the outer surface temperature of the steel pipe reaches the temperature of the Ac 3 transformation point can be calculated by, for example, the following equation (3).
  • x (T1-TAc3) / v (3)
  • TAC3 the temperature of the Ac 3 transformation point (° C.)
  • v is the heating rate (°C / s).
  • the heating rate v (° C./s) is measured with the outer surface temperature (° C.) of the steel pipe measured by the outlet side thermometer 60 and the inlet side thermometer 50.
  • the difference from the outer surface temperature (° C.) of the formed steel pipe can be derived by dividing by the heating time (s).
  • the manufacturing method of the steel pipe of this invention changes the outer surface temperature of the steel pipe at the time of completion
  • the time t required to start the rapid cooling after measuring the outer surface temperature of the steel pipe is adjusted within the range of the formula (2).
  • the external surface temperature of steel pipe to shorten the elapsed time x (seconds) after reaching a temperature of Ac 3 transformation point it is important to increase the heating rate in the high frequency induction heating. Therefore, in the embodiment shown in FIG. 2, a plurality of coils (high frequency induction heating devices) are arranged, the heating rate of the preceding coil is set to 100 ° C./s, for example, and the heating rate of the subsequent coil and 500 ° C./s is set. To do. In this way, a plurality of coils may be arranged, and the heating rate of the subsequent coil may be increased from the heating rate of the preceding coil. Thereby, the time x elapsed after the outer surface temperature of the steel pipe reaches the temperature of the Ac 3 transformation point can be shortened.
  • the raw pipe obtained by hot pipe making is cold-worked to have a predetermined size to obtain a steel pipe, the steel pipe is subjected to the above-described quenching, and then the Ac 1 transformation point. It is preferable to temper the steel pipe at the following temperature. As described above, the required toughness can be ensured by quenching and tempering after the cold working.
  • the outer surface temperature T1 (° C.) of the steel pipe is measured at the end of the high-frequency induction heating, and the outer surface temperature T1 of the steel pipe at the end of the heating is expressed by the formula (1).
  • the steel pipe manages time to stay above a temperature of Ac 3 transformation point with an outer surface temperature T1 and said measured steel pipe (2).
  • the structure of the obtained steel pipe is sufficiently martensitic and crystal grains are refined. For this reason, since the obtained steel pipe is high strength and toughness, it is suitable for the steel pipe for airbags used for an accumulator by the airbag system of a motor vehicle.
  • the method for producing a steel pipe of the present invention is as follows: C: 0.05 to 0.25%, Mn: 0.05 to 2.50%, Si: 0.1 to 1.0%, Cu: Contains 0.01 to 0.80%, Ni: 0.01 to 0.80%, Cr: 0.01 to 1.20%, and Mo: 0.01 to 1.00%, with the balance being Fe and impurities
  • the steel pipe which has the chemical composition which consists of can be made into object. It is preferable that the steel pipe having the chemical composition further contains one or more of B: 0.05% or less, Ti: 0.10% or less, and Nb: 0.10% or less.
  • Impurity in the balance of the steel pipe having the above chemical composition refers to what is mixed due to various factors in the manufacturing process, including raw materials such as ore or scrap, when the alloy is manufactured industrially. , S, P, Al.
  • test piece (a solid round bar having an outer diameter of 3 mm and a length of 6 mm) was heat-treated.
  • the chemical composition of the test piece made of carbon steel is C: 0.16%, Mn: 0.50%, Si: 0.40%, Cu: 0.25%, Ni: 0.26%, Cr in mass%. : 0.30%, Mo: 0.01%, B: 0.001%, Ti: 0.03% and Nb: 0.02%, with the balance being Fe and impurities.
  • the temperature of the Ac 3 transformation point of this carbon steel was 832 ° C.
  • the chemical composition of the test piece made of the low alloy steel is C: 0.14%, Mn: 1.34%, Si: 0.29%, Cu: 0.16%, Ni: 0.16 by mass%.
  • the temperature (° C.) of the outer surface of the test piece when high-frequency induction heating was started during quenching and the outer surface temperature (° C.) of the test piece when high-frequency induction heating was completed were measured with a radiation thermometer. Assuming that the heating rate during high frequency induction heating is constant, the difference between the outer surface temperature (° C.) of the test piece measured at the end of heating and the outer surface temperature (° C.) of the test piece measured at the start of heating, The heating rate v (° C./s) was derived by dividing by the heating time (s).
  • the outer surface temperature of the test piece is Ac in the process of high frequency induction heating according to the above equation (3).
  • the time x (seconds) elapsed from reaching the temperature of the three transformation points until measuring the outer surface temperature of the test piece at the end of the high frequency induction heating described above was calculated.
  • evaluation indexes the hardness and austenite grain size of the heat-treated specimen were measured. Hardness measured the value of HV10 by the test force 98.07N according to the method prescribed
  • the test piece made of carbon steel was judged as pass or fail based on a hardness of 380 HV or higher and an austenite grain size of 9 or higher.
  • 380HV adopted as a criterion for hardness is the hardness when the structure of a steel material containing 0.16% by mass of C is 95% by mass or more martensitic. That is, when the hardness is equal to or higher than the criterion, it is considered that the structure of the test piece is sufficiently martensitic.
  • the pass / fail was judged on the basis of hardness 370HV or more and austenite crystal grain size 9 or more.
  • 370HV adopted as a criterion for hardness is the hardness when the structure of a steel material containing 0.14% by mass of C is martensite by 95% by mass or more. That is, when the hardness is equal to or higher than the criterion, it is considered that the structure of the test piece is sufficiently martensitic.
  • FIG. 3 is a diagram showing the results of a test using a test piece made of carbon steel.
  • FIG. 4 is a diagram showing the results of a test using a test piece made of low alloy steel.
  • the time (x + t, unit: second) required for the quenching to start after the temperature of the outer surface of the test piece at the time of quenching reaches the temperature of the Ac 3 transformation point is plotted on a horizontal axis on a logarithmic scale.
  • the outer surface temperature T1 (° C.) of the test piece at the end of heating is shown on the vertical axis.
  • the white circles are black, and the hardness is higher than the standard value and the austenite grain size is lower than the standard value.
  • the triangle marks those whose hardness and austenite grain size are both less than the standard value are indicated by x marks.
  • the external surface temperature T1 of the heating at the end of the test piece was within the range defined by the equation (1), and, to a temperature of the test piece outer surface starts to rapidly after reaching a temperature of Ac 3 transformation point
  • both the hardness and the austenite crystal grain size were equal to or greater than the reference value. That is, the steel pipe is subjected to high-frequency induction heating with the outer surface temperature T1 (° C.) of the steel pipe measured at the end of heating being within the range defined by the above equation (1), and from when the outer surface temperature of the steel pipe is measured until rapid cooling is started.
  • the hardness and austenite grain size can be increased to a standard value or more by adjusting the time t (seconds) required for the process to be within the range defined by the formula (2).
  • the steel pipe manufacturing method of the present invention has the following remarkable effects. (1) Using the outer surface temperature of the steel pipe measured at the end of the high-frequency induction heating, the temperature of the steel pipe and the time during which the steel pipe stays at or above the temperature of the Ac 3 transformation point during quenching are managed within a predetermined range. (2) According to the above (1), the structure of the obtained steel pipe is sufficiently martensitic, and the crystal grains are refined, so that high strength and high toughness required as a steel pipe for an airbag can be obtained.
  • the steel pipe manufacturing method of the present invention can provide a steel pipe having high strength and toughness as described above, it is useful for manufacturing a steel pipe for an airbag used for an accumulator in an automobile airbag system.
  • 10 Steel pipe (material to be treated), 20: Roller, 30: Coil for high frequency induction heating, 40: Cooling device, 50: Incoming thermometer, 60: Outlet thermometer

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Abstract

エアバック用鋼管の製造方法において、焼入れを鋼管に施すにあたり、高周波誘導加熱の終了時に測定する鋼管の外面温度Ｔ１（℃）をＴＡｃ３＋４０℃≦Ｔ１≦１１００℃で規定される範囲内として鋼管を高周波誘導加熱し、該高周波誘導加熱の終了時に鋼管の外面温度を測定し、測定した鋼管の外面温度を用いて高周波誘導加熱する過程で鋼管の外面温度がＡｃ３変態点の温度に到達してから経過した時間ｘ（秒）を算出し、算出した前記時間ｘ（秒）に基づいて０秒＜ｔ≦１０秒－ｘで規定される範囲内に鋼管の外面温度を測定してから急冷を開始するまでに要する時間ｔ（秒）を調整することにより、高強度かつ高靱性である鋼管を得ることができる。ここで、ＴＡｃ３はＡｃ３変態点の温度（℃）とする。

Description

エアバック用鋼管の製造方法
　本発明は、高周波誘導加熱による焼入れを施してエアバック用鋼管を製造する方法に関する。さらに詳しくは高強度かつ高靱性の鋼管を得ることができるエアバック用鋼管の製造方法に関する。
　自動車のエアバッグシステムでは、鋼管を用いて製作されたアキュムレータが多用される。この鋼管を用いたアキュムレータには高圧ガスが封入され、エアバッグ作動時にはアキュムレータに封入された高圧ガスが一気にエアバッグ内に噴出される。したがって、アキュムレータに用いられる鋼管は、極めて短い時間に大きな歪み速度で応力が負荷されるので、高い寸法精度、加工性および溶接性に加えて、高強度、高靱性かつ優れた耐バースト性が要求される。
　このようなエアバッグに用いられる鋼管は、例えば、以下の手順により製造される場合がある。
（１）鋼材を熱間製管により鋼管とする。
（２）その鋼管に加熱した後に急冷する焼入れと、焼戻しとを施す。
（３）焼入れと焼戻しとを施した後の鋼管に所定の寸法となるように冷間加工を施す。
（４）冷間加工後の鋼管を焼鈍により残留応力を除去する。
　焼入れと焼戻しは、エアバッグ用鋼管に要求される強度および靱性を確保するため、鋼管に施される。焼入れと焼戻しを熱間製管された後であって冷間加工される前の鋼管に施す場合、冷間加工で鋼管の靱性が低下することがある。
　また、冷間加工後に焼入と焼戻しを施すエアバッグ用鋼管の製造方法が検討されている。この場合、例えば、以下の手順により鋼管を製造できる。
（１）鋼材を熱間製管により鋼管とする。
（２）その鋼管に所定の寸法となるように冷間加工を施す。
（３）冷間加工後の鋼管に焼入れと、焼戻しとを施す。
　冷間加工後に焼入と焼戻しを施す場合、焼入れと焼戻しにより、鋼管の強度と靱性を確保することができる。
　エアバッグ用鋼管の製造方法に関し、従来から種々の提案がなされており、例えば、特許文献１がある。特許文献１に記載のエアバッグ用鋼管の製造方法では、所定の化学組成を有する鋼材を熱間製管により鋼管とし、鋼管に加熱した後に急冷する焼入れと、Ａｃ１変態点以下の温度で焼戻しとを施し、その後、鋼管に所定寸法となるように冷間加工を施す。冷間加工の際に加工度（減面率）を低下させることにより、鋼管の軸方向Ｌに垂直な断面で測定した｛１１０｝面のＸ線積分強度比の、鋼管の周方向Ｔに垂直な断面で測定した｛１１０｝面のＸ線積分強度比に対する比を５０以下とし、優れた耐バースト性を確保できるとしている。
　特許文献１では、鋼管に施す焼入れについて、焼入れ温度に急速加熱した後、短時間保持して急冷するのが好ましく、その焼入れ温度は９００～１０００℃、加熱手段は高周波誘導加熱が好ましいとしている。
　また、特許文献２に記載のエアバッグ用鋼管の製造方法では、所定の化学組成を有する鋼材を熱間製管により鋼管とし、鋼管に所定寸法となるように冷間加工を施した後、９００～９６０℃での焼入れと、焼戻しとを鋼管に施してオーステナイト結晶粒度を１１．０以上とする。特許文献２では、オーステナイト結晶粒度を１１．０以上とすることにより、エアバッグ用鋼管に要求される強度および靱性を確保できるとしている。また、焼入れの際に高周波誘導加熱を用い、９００～１０００℃で保持時間を１０秒以下とすることにより、得られる鋼管の結晶粒がさらに微細となるので好ましいとしている。
　特許文献３に記載のエアバッグ用鋼管の製造方法では、所定の化学組成を有する鋼材を熱間製管により鋼管とし、鋼管に所定寸法となるように冷間加工を施した後、Ａｃ３変態点の温度以上に加熱する焼入れと、Ａｃ１変態点の温度以下での焼戻しとを鋼管に施す。特許文献３では、合金成分として添加されるＭｎとＴｉの含有率が関係式を満たすことにより、１０００ＭＰａ以上の引張強度と高い靱性を確保することができるとしている。また、鋼管に施す焼入れは、焼入れ温度に急速加熱した後、短時間保持して急冷するのが好ましく、その焼入れ温度は９００～１０００℃、加熱手段は高周波誘導加熱が好ましいとしている。
　特許文献１～３に記載のエアバッグ用鋼管の製造方法では、焼入れで鋼管を加熱する手段として高周波誘導加熱を用いることが記載され、また、一部の特許文献には、高周波誘導加熱された鋼管の温度を保持する時間について記載されている。しかし、加熱された鋼管の温度を一定に保持するのは、高周波誘導加熱の原理から困難である。また、加熱中の鋼管温度を測定することも困難である。
ＷＯ２００６／０４６５０３号公報 特開２００２－１９４５０１号公報 ＷＯ２００４／１０４２５５号公報
　前述の通り、従来の高周波誘導加熱による焼入れを施すエアバッグ用鋼管の製造方法では、鋼管の加熱温度および保持時間について、実操業においてどのように管理すればよいのか、その管理方法については、十分に検討されていない。
　本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、焼入れと焼戻しにより鋼管の組織を十分にマルテンサイト化するとともに、結晶粒を微細化することにより、高強度かつ高靱性である鋼管を得ることができるエアバック用鋼管の製造方法を提供することを目的とする。
　本発明者は、鋭意検討を重ね、後述する実施例に示す試験を行った結果、以下の知見を得た。
（１）高周波誘導加熱の終了時に測定する鋼管の外面温度を所定の範囲以内とする。また、その測定された鋼管の外面温度を用いて高周波誘導加熱する過程で鋼管の外面温度がＡｃ３変態点の温度に到達してから鋼管の外面温度を測定するまでに経過した時間を算出する。さらに、その時間に基づいて急冷を開始する時間を調整する。
（２）上記（１）により、焼入れと焼戻しが施された鋼管の組織が十分にマルテンサイト化するとともに、結晶粒が微細化することにより、高強度かつ高靱性である鋼管を得られる。
　本発明は、上記の知見に基づいて完成したものであり、下記（１）および（２）のエアバック用鋼管の製造方法を要旨としている：
（１）高周波誘導加熱した後に急冷する焼入れを肉厚が４．０ｍｍ以下である鋼管に施すにあたり、高周波誘導加熱の終了時に測定する鋼管の外面温度Ｔ１（℃）を下記（１）式で規定される範囲内として鋼管を高周波誘導加熱し、該高周波誘導加熱の終了時に鋼管の外面温度を測定し、測定した鋼管の外面温度を用いて高周波誘導加熱する過程で鋼管の外面温度がＡｃ３変態点の温度に到達してから鋼管の外面温度を測定するまでに経過した時間ｘ（秒）を算出し、算出した前記時間ｘ（秒）に基づいて下記（２）式で規定される範囲内に鋼管の外面温度を測定してから急冷を開始するまでに要する時間ｔ（秒）を調整することを特徴とするエアバック用鋼管の製造方法。
　　ＴＡｃ３＋４０℃≦Ｔ１≦１１００℃　・・・（１）
　　０秒＜ｔ≦１０秒－ｘ　・・・（２）
　ただし、ＴＡｃ３はＡｃ３変態点の温度（℃）とする。
（２）上記（１）に記載の鋼管の製造方法において、熱間製管により得られた素管に所定寸法となるように冷間加工を施して鋼管とし、当該鋼管に前記焼入れを施し、その後、Ａｃ１変態点以下の温度で焼戻しを鋼管に施すことを特徴とするエアバック用鋼管の製造方法。
　本発明の鋼管の製造方法は、下記の顕著な効果を有する。
（１）高周波誘導加熱の終了時に測定した鋼管の外面温度を用い、焼入れの際に鋼管の温度および鋼管がＡｃ３変態点の温度以上に滞在する時間を所定の範囲内に管理する。
（２）上記（１）により、得られる鋼管の組織が十分にマルテンサイト化するとともに、結晶粒が微細化するので、高強度かつ高靱性な鋼管を得ることができる。
図１は、高周波誘導加熱を用いて鋼管に焼入れを施した際の時間と鋼管の外面温度との関係を示す模式図である。 図２は、本発明の鋼管の製造方法によって焼入れを鋼管に施す際、加熱される鋼管より短いコイルおよび複数の冷却水供給ノズルを備えた冷却装置を用いる方式を採用する場合の実施形態を示す図である。 図３は、炭素鋼からなる試験片を用いた試験の結果を示す図である。 図４は、低合金鋼からなる試験片を用いた試験の結果を示す図である。
　以下に、本発明の鋼管の製造方法について図面を参照しながら説明する。
　図１は、高周波誘導加熱を用いて鋼管に焼入れを施した際の時間と鋼管の外面温度との関係を示す模式図である。図１に示す鋼管に焼入れを施した際の時間と鋼管の外面温度との関係は、高周波誘導加熱装置で鋼管を高周波誘導加熱した後、冷却装置に搬送し、その後、冷却装置で急冷した場合のものである。
　図１に示すように、高周波誘導加熱を開始すると、鋼管の外面温度は時間経過に伴って上昇する。高周波誘導加熱が終了した時点で鋼管の外面温度は最高温度となる。その後、急冷が開始されるまでの間は、雰囲気との自然対流により鋼管の外面温度が低下し、冷却装置による急冷が開始されると、鋼管の外面温度が急激に低下する。
　本発明の鋼管の製造方法は、前述の通り、高周波誘導加熱した後に急冷する焼入れを肉厚が４．０ｍｍ以下である鋼管に施すにあたり、高周波誘導加熱の終了時に測定する鋼管の外面温度Ｔ１（℃）を前記（１）式で規定される範囲内として鋼管を高周波誘導加熱し、該高周波誘導加熱の終了時に鋼管の外面温度を測定し、測定した鋼管の外面温度を用いて高周波誘導加熱する過程で鋼管の外面温度がＡｃ３変態点の温度に到達してから経過した時間ｘ（秒）を算出し、算出した前記時間ｘ（秒）に基づいて前記（２）式で規定される範囲内に鋼管の外面温度を測定してから急冷を開始するまでに要する時間ｔ（秒）を調整することを特徴とする。
　被処理材である鋼管の肉厚が４．０ｍｍを超えると、加熱手段として高周波誘導加熱を用いることから、加熱された鋼管の外面と内面とで温度差が大きくなる。その結果、高周波誘導加熱の終了時に測定する鋼管の外面温度Ｔ１（℃）を前記（１）式で規定される範囲内としても、加熱された鋼管内面近傍の温度がＡｃ３変態点まで達しないおそれがある。その結果、鋼管の組織が完全にオーステナイト化せず、その後急冷して得られる鋼管の組織が十分にマルテンサイト化せず、強度および靱性が不足するおそれがある。このため、本発明の鋼管の製造方法は、肉厚が４．０ｍｍ以下である鋼管を対象とする。一方、肉厚の下限について特に制限はないが、肉厚が１．０ｍｍ未満となると、その肉厚に冷間加工で仕上げるのが困難になることから、肉厚は１．０ｍｍ以上とするのが好ましい。
　本発明の鋼管の製造方法は、高周波誘導加熱の終了時に測定する鋼管の外面温度Ｔ１（℃）を前記（１）式で規定される範囲内として鋼管を高周波誘導加熱する。加熱終了時に測定した鋼管の外面温度Ｔ１が前記（１）式に規定する範囲を外れてＡｃ３変態点の温度に４０℃を加えた温度未満となる場合、加熱された鋼管の内面近傍がＡｃ３変態点以上にならないおそれがある。そのため、得られる鋼管の組織が十分にマルテンサイト化せず、強度および靱性が不足するおそれがある。
　鋼管の組織を完全にオーステナイト化するためには、鋼管全体をＡｃ３変態点まで加熱する必要がある。鋼管の組織を完全にオーステナイト化させた後に、急冷することによって鋼管の組織を十分にマルテンサイト化することができる。前述のとおり、高周波誘導加熱された鋼管の外面と内面とには温度差があるが、本願が対象とする厚さが４．０ｍｍ以下のエアバック用鋼管の場合、その温度差は最大でも１５℃程度である。したがって、前記（１）式で規定するように鋼管の外面温度がＡｃ３変態点に４０℃を加えた温度以上になるように加熱すると、測定誤差などを考慮しても、もっとも低温である鋼管内面も確実にＡｃ３変態点を超える温度まで加熱される。
　一方、加熱終了時に測定した鋼管の外面温度が前記（１）式に規定する範囲を外れて１１００℃を超える場合、鋼管の組織で結晶粒径が粗大化し、得られる鋼管の結晶粒の粒径が大きくなり、靱性が不足する。
　高周波誘導加熱の性質上、被加熱材である鋼管を一定温度で保持することは困難であり、誘導加熱中は鋼管の温度は上昇を続ける。また、誘導加熱中の温度を測定することも困難である。また、鋼管の内面の温度を測定することも困難である。したがって、本発明では、誘導加熱終了直後の鋼管の外面温度を測定する。これは、実質的に鋼管の最高加熱温度に相当する。具体的には、誘導加熱装置の出口直後に放射温度計を設置することで鋼管の外面温度を測定できる。
　また、本発明の鋼管の製造方法は、測定した鋼管の外面温度を用いて高周波誘導加熱する過程で鋼管の外面温度がＡｃ３変態点の温度に到達してから経過した時間ｘ（単位：秒、前記図１参照）を算出する。そして、鋼管の外面温度を測定してから急冷を開始するまでに要する時間ｔ（単位：秒、前記図１参照）を前記（２）式で規定される範囲以内に調整する。このようにして焼入れを鋼管に施す際に、鋼管がＡｃ３変態点の温度以上に滞在する時間を管理する。
　鋼管の外面温度を測定してから急冷を開始するまでに要する時間ｔが前記（２）式で規定する範囲を超えると、得られる鋼管の結晶粒径が大きくなり、靱性が不足するおそれがある。得られる鋼管の結晶粒をより微細にし、より高靱性の鋼管を得るため、鋼管がＡｃ３変態点の温度以上に滞在する時間は短い方が好ましく、鋼管の外面温度を測定してから急冷を開始するまでに要する時間ｔも短い方が好ましい。
　一方、鋼管の外面温度を測定してから急冷を開始するまでに要する時間ｔを０（零）、すなわち、鋼管の外面温度を測定した直後に急冷を開始した場合について考察する。この場合でも、高周波誘導加熱する過程で鋼管の外面温度がＡｃ３変態点の温度に到達してから前記（１）式で規定される範囲内となるまでに要する時間、すなわち、前記時間ｘにより、鋼管の内面温度もＡｃ３変態点の温度に到達する。したがって、加熱された鋼管の組織が完全にオーステナイト化し、その後急冷することで得られる鋼管の組織を十分にマルテンサイト化することができる。このため、鋼管の外面温度を測定してから急冷を開始するまでに要する時間ｔの下限は理論上は０となる。しかし、実際の製造設備（製造ライン）では、加熱装置と冷却装置の間にはいくらかの距離があるのが通常である。また、本発明を実施するうえでは、加熱装置と冷却装置の間に少なくとも放射温度計を設置するためのスペースが必要である。したがって、実際の操業においては、下限は０を超える有限の値となる。
　このように本発明の鋼管の製造方法は、高周波誘導加熱の終了時に鋼管の外面温度Ｔ１（℃）を測定するとともに前記（１）式で規定される範囲内に管理する。さらに、本発明の鋼管の製造方法は、測定した鋼管の外面温度および前記（２）式を用いて鋼管がＡｃ３変態点の温度以上に滞在する時間を管理する。これにより、焼入れの際に鋼管の温度および鋼管を高温に保持する時間を適正にすることができる。その結果、得られる鋼管の組織が十分にマルテンサイト化するとともに、結晶粒が微細化するので、高強度かつ高靱性な鋼管を得ることができる。
　前述の通り、鋼管がＡｃ３変態点の温度以上に滞在する時間は短い方が好ましいので、高周波誘導加熱する過程で鋼管の外面温度がＡｃ３変態点の温度に到達してから前記（１）式で規定される範囲内となるまでに要する時間、すなわち、前記時間ｘも短い方が好ましい。前記時間ｘ（秒）を短くするには、高周波誘導加熱における加熱速度を高めることが重要となるので、本発明の鋼管の製造方法は、加熱速度を１００～５００℃／ｓとするのが好ましい。
　加熱された鋼管を急冷する方式としては、例えば、水槽に鋼管を浸漬させて冷却する方式や吐出孔から吐出させた冷却水を鋼管にかけて冷却する方式がある。
　図２は、本発明の鋼管の製造方法によって焼入れを鋼管に施す際、加熱される鋼管より短いコイルおよび複数の冷却水供給ノズルを備えた冷却装置を用いる方式を採用する場合の実施形態を示す図である。図２には、被処理材である鋼管１０と、鋼管１０をその長手方向に搬送する搬送装置のローラー２０と、高周波誘導加熱装置が備えるコイル３０と、冷却装置４０と、鋼管１０の外面温度を測定する入側温度計５０および出側温度計６０とを示す。
　高周波誘導加熱装置が備えるコイル３０は、出力（Ｗ）が調整可能な交流電源装置（図示なし）に接続されている。コイル３０に交流電流を印加した状態で図２でハッチングを施した矢印で示す方向に鋼管１０を搬送してコイル３０内を通過させることにより、鋼管１０のコイル３０内に位置する部分を高周波誘導加熱する。また、冷却装置４０は、冷却水を噴射するノズル（図示なし）を複数備えており、このノズルから鋼管の外面に冷却水を供給することにより鋼管を急冷する。
　入側温度計５０は、コイル３０の入側に配置されており、この入側温度計５０によってコイル３０の入口で鋼管の外面温度、すなわち、高周波誘導加熱を開始する時の鋼管の外面温度を測定できる。また、出側温度計６０は、コイル３０の出側に配置されており、この出側温度計６０によってコイル３０の出口で鋼管の外面温度、すなわち、高周波誘導加熱を終了した時の鋼管の外面温度を測定できる。これら入側温度計５０および出側温度計６０としては、放射温度計を用いることができる。
　同一の高周波誘導加熱装置によって鋼管を加熱する場合、鋼管の加熱速度は、交流電源装置の出力、鋼管の搬送速度並びに加熱される鋼管の外径および肉厚により変化する。換言すると、同一の高周波誘導加熱装置によって鋼管を加熱する場合、交流電源装置の出力、鋼管の搬送速度並びに加熱される鋼管の外径および肉厚が定まれば、操業実績に基づいて鋼管の加熱速度を求めることが可能となる。
　したがって、本発明の鋼管の製造方法では、操業実績に基づき、加熱される鋼管の外径および肉厚に応じ、交流電源装置の出力および／または鋼管の搬送速度を調整することにより鋼管の加熱速度を変動させ、高周波誘導加熱の終了時の鋼管の外面温度Ｔ１（℃）（出側温度計６０により測定される温度）を前記（１）式で規定される範囲内に制御すればよい。
　本発明の鋼管の製造方法は、加熱終了時に測定した鋼管の外面温度Ｔ１（℃）を用いて高周波誘導加熱する過程で鋼管の外面温度がＡｃ３変態点の温度に到達してから経過した時間ｘ（秒）を算出する。鋼管の外面温度がＡｃ３変態点の温度に到達してから経過した時間ｘ（秒）は、例えば、下記（３）式により算出することができる。
　　ｘ＝（Ｔ１－ＴＡｃ３）／ｖ　・・・（３）
　ここで、ＴＡｃ３はＡｃ３変態点の温度（℃）、ｖは加熱速度（℃／ｓ）とする。
　加熱速度ｖ（℃／ｓ）は、高周波誘導加熱中の加熱速度を一定であると仮定し、出側温度計６０により測定された鋼管の外面温度（℃）と、入側温度計５０により測定された鋼管の外面温度（℃）との差を、加熱時間（ｓ）で除すことにより導き出すことができる。前述の通り、同一の高周波誘導加熱装置によって鋼管を加熱する場合、交流電源装置の出力等を同じ条件とすれば、操業実績に基づいて鋼管の加熱速度を求めることが可能であるので、操業実績に基づいて鋼管の加熱速度ｖ（℃／ｓ）を求めてもよい。
　このように算出できる鋼管の外面温度がＡｃ３変態点の温度に到達してから経過した時間ｘ（秒）に基づき前記（２）式により鋼管の外面温度を測定してから急冷を開始するまでに要する時間ｔ（秒）を管理する。
　鋼管の搬送速度を変更することにより、鋼管の外面温度を測定してから急冷を開始するまでに要する時間ｔを調整することができる。ただし、この場合は、鋼管の搬送速度を変更すると、前述の通り、加熱速度ｖ（℃／ｓ）が変動する点に留意する必要がある。このため、本発明の鋼管の製造方法は、鋼管の搬送速度とともに高周波誘導加熱装置が備える交流電源装置の出力を変更することにより加熱終了時の鋼管の外面温度を前記（１）式の範囲内としつつ鋼管の外面温度を測定してから急冷を開始するまでに要する時間ｔを前記（２）式の範囲内に調整する。
　前述の通り、鋼管の外面温度がＡｃ３変態点の温度に到達してから経過した時間ｘ（秒）を短くするには、高周波誘導加熱における加熱速度を高めることが重要となる。そこで、前記図２に示す実施形態で、複数のコイル（高周波誘導加熱装置）を配置し、前段のコイルの加熱速度を例えば１００℃／ｓとし、後段のコイルと加熱速度を５００℃／ｓとする。このように複数のコイルを配置するとともに、後段のコイルの加熱速度を前段のコイルの加熱速度より増加させてもよい。これにより、鋼管の外面温度がＡｃ３変態点の温度に到達してから経過した時間ｘを短くできる。
　本発明の鋼管の製造方法は、熱間製管により得られた素管に所定寸法となるように冷間加工を施して鋼管とし、当該鋼管に上述の焼入れを施し、その後、Ａｃ１変態点以下の温度で焼戻しを鋼管に施すのが好ましい。前述の通り、冷間加工の後に施される焼入れと焼戻しにより、要求される靱性を確保できる。
　以上に説明した通り、本発明の鋼管の製造方法では、高周波誘導加熱の終了時に鋼管の外面温度Ｔ１（℃）を測定するとともに、その加熱終了時の鋼管の外面温度Ｔ１を前記（１）式で規定される範囲内に管理する。さらに、本発明の鋼管の製造方法は、測定した鋼管の外面温度Ｔ１および前記（２）式を用いて鋼管がＡｃ３変態点の温度以上に滞在する時間を管理する。これにより、得られる鋼管の組織が十分にマルテンサイト化するとともに、結晶粒が微細化する。このため、得られた鋼管は高強度かつ高靱性であることから、自動車のエアバッグシステムでアキュムレータに用いられるエアバッグ用鋼管に好適である。
　本発明の鋼管の製造方法は、鋼管として、質量％でＣ：０．０５～０．２５％、Ｍｎ：０．０５～２．５０％、Ｓｉ：０．１～１．０％、Ｃｕ：０．０１～０．８０％、Ｎｉ：０．０１～０．８０％、Ｃｒ：０．０１～１．２０％およびＭｏ：０．０１～１．００％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成を有する鋼管を対象とすることができる。上記化学組成を有する鋼管が、さらにＢ：０．０５％以下、Ｔｉ：０．１０％以下およびＮｂ：０．１０％以下のうちの１種以上を含有するのが好ましい。
　上記化学組成を有する鋼管の残部における「不純物」は、合金を工業的に製造する際に、鉱石あるいはスクラップ等のような原料を始めとして、製造工程の種々の要因によって混入するものをいい、例えば、ＳやＰ、Ａｌが該当する。
　上記化学組成を有する鋼管を用いれば、強度と靭性が確保でき、また焼入れ性が向上する。したがって、本発明の製造方法を適用することによって得られる鋼管において、十分な強度および靱性を確保することができる。そのため、エアバック用鋼管として要求される特性を得ることができる。
　本発明の鋼管の製造方法による効果を検証するため、試験片(外径３ｍｍ、長さ６ｍｍの中実丸棒)に熱処理を施す試験を行った。
［試験方法］
　本試験の熱処理では、高周波誘導加熱した後に急冷する焼入れと、Ａｃ１変態点以下の温度で焼戻しとを施した。被熱処理材として、中実丸棒の試験片を用い、その材質は炭素鋼または低合金鋼とした。
　炭素鋼からなる試験片の化学組成は、質量％でＣ：０．１６％、Ｍｎ：０．５０％、Ｓｉ：０．４０%、Ｃｕ：０．２５％、Ｎｉ：０．２６％、Ｃｒ：０．３０％、Ｍｏ：０．０１％、Ｂ：０．００１％、Ｔｉ：０．０３％およびＮｂ：０．０２％を含有し、残部がＦｅおよび不純物であった。この炭素鋼のＡｃ３変態点の温度は８３２℃であった。また、低合金鋼からなる試験片の化学組成は、質量％でＣ：０．１４％、Ｍｎ：１．３４％、Ｓｉ：０．２９%、Ｃｕ：０．１６％、Ｎｉ：０．１６％、Ｃｒ：０．６２％、Ｍｏ：０．０２％、Ｂ：０．００１％、Ｔｉ：０．０３％およびＮｂ：０．０２％を含有し、残部がＦｅおよび不純物であった。この低合金鋼のＡｃ３変態点の温度は８４５℃であった。
　焼入れの際に高周波誘導加熱を開始する時の試験片外面の温度（℃）と、高周波誘導加熱を終了した時の試験片の外面温度（℃）とを放射温度計により測定した。高周波誘導加熱中の加熱速度を一定であると仮定し、加熱終了時に測定された試験片の外面温度（℃）と、加熱開始時に測定された試験片の外面温度（℃）との差を、加熱時間（ｓ）で除すことにより加熱速度ｖ（℃／ｓ）を導出した。この加熱速度ｖ（℃／ｓ）と高周波誘導加熱が終了した時の試験片の外面温度Ｔ１（℃）とを用いて前記（３）式により高周波誘導加熱する過程で試験片の外面温度がＡｃ３変態点の温度に到達してから前述の高周波誘導加熱終了時における試験片の外面温度を測定するまでに経過した時間ｘ（秒）を算出した。
　本試験では、試験片の外面温度を測定してから急冷を開始するまでに要する時間ｔを変化させ、その結果、試験片の外面温度がＡｃ３変態点の温度に到達してから急冷を開始するまでに要する時間（ｘ＋ｔ、単位：秒）を変化させた。また、高周波誘導加熱装置の交流電源の出力を変化させ、その結果、高周波誘導加熱を終了した後の試験片外面の温度（℃）が８３０～１１５０℃の範囲で変化した。
［評価指標］
　評価指標として、熱処理を施した試験片の硬度とオーステナイト結晶粒度を測定した。硬度は、ＪＩＳ　Ｚ２２４４に規定された方法にしたがって、試験力９８．０７ＮにてＨＶ１０の値を測定した。オーステナイト結晶粒度は、ＪＩＳ　Ｇ　０５５１に記載のＢｅｃｈｅｔ－Ｂｅａｕｊａｒｄ法により、上述の熱処理を施した試験片をビクリン酸飽和水溶液で腐食させることで、オーステナイト結晶粒を顕出させ、オーステナイト結晶粒度を評価した。
　炭素鋼からなる試験片では、硬度が３８０ＨＶ以上、オーステナイト結晶粒度が９以上を基準に合否を判定した。硬度の判定基準として採用した３８０ＨＶは、Ｃを０．１６質量％含有する鋼材の組織が９５質量％以上マルテンサイト化した場合の硬度である。すなわち、硬度が判定基準以上である場合、試験片の組織は十分にマルテンサイト化していると考えられる。
　また、低合金鋼からなる試験片では、硬度が３７０ＨＶ以上、オーステナイト結晶粒度が９以上を基準に合否を判定した。硬度の判定基準として採用した３７０ＨＶは、Ｃを０．１４質量％含有する鋼材の組織が９５質量％以上マルテンサイト化した場合の硬度である。すなわち、硬度が判定基準以上である場合、試験片の組織は十分にマルテンサイト化していると考えられる。
［試験結果］
　図３は、炭素鋼からなる試験片を用いた試験の結果を示す図である。
　図４は、低合金鋼からなる試験片を用いた試験の結果を示す図である。
　図３および図４では焼入れの際の試験片外面の温度がＡｃ３変態点の温度に到達してから急冷を開始するまでに要する時間（ｘ＋ｔ、単位：秒）を対数目盛により横軸に、加熱終了時の試験片の外面温度Ｔ１（℃）を縦軸に示す。また、熱処理が施された試験片の硬度およびオーステナイト結晶粒度がともに基準値以上のものを白抜きの丸印で、硬度が基準値以上であってオーステナイト結晶粒度が基準値未満のものを黒塗りの三角印で、硬度およびオーステナイト結晶粒度がともに基準値未満のものを×印でそれぞれ示す。
　加熱終了時の試験片の外面温度Ｔ１がＡｃ３変態点の温度に４０℃を加えた温度未満となって前記（１）式で規定する範囲外となった場合、図３および図４に示すように、大部分が硬度およびオーステナイト結晶粒度がともに基準値未満となった。一方、加熱終了時の試験片の外面温度Ｔ１が１１００℃を超えて前記（１）式で規定する範囲外となった場合、いずれもオーステナイト結晶粒度が基準値未満となり、一部では硬度も基準値未満となった。
　また、加熱終了時の試験片の外面温度Ｔ１を前記（１）式で規定する範囲内とした場合でも、試験片の外面温度がＡｃ３変態点の温度に到達してから急冷を開始するまでに要する時間が１０秒を超えると、一部でオーステナイト結晶粒度が基準値未満となった。
　一方、加熱終了時の試験片の外面温度Ｔ１を前記（１）式で規定される範囲内とし、かつ、試験片外面の温度がＡｃ３変態点の温度に到達してから急冷を開始するまでに要する時間（ｘ＋ｔ）を１０秒以下として熱処理を施した場合、硬度およびオーステナイト結晶粒度がいずれも基準値以上であった。すなわち、加熱終了時に測定する鋼管の外面温度Ｔ１（℃）を前記（１）式で規定される範囲内として鋼管を高周波誘導加熱するとともに、鋼管の外面温度を測定してから急冷を開始するまでに要する時間ｔ（秒）を前記（２）式で規定される範囲内に調整することにより、硬度およびオーステナイト結晶粒度を基準値以上にできることが明らかになった。
　これらから、本発明の鋼管の製造方法により、得られる鋼管の組織を十分にマルテンサイト化でき、結晶粒を微細化できることが明らかになった。
　本発明の鋼管の製造方法は、下記の顕著な効果を有する。
（１）高周波誘導加熱の終了時に測定した鋼管の外面温度を用い、焼入れの際に鋼管の温度および鋼管がＡｃ３変態点の温度以上に滞在する時間を所定の範囲内に管理する。
（２）上記（１）により、得られる鋼管の組織が十分にマルテンサイト化するとともに、結晶粒が微細化するので、エアバック用鋼管として求められる高強度かつ高靱性を得ることができる。
　このように本発明の鋼管の製造方法によって高強度かつ高靱性な鋼管を得ることができるので、自動車のエアバッグシステムでアキュムレータに用いられるエアバッグ用鋼管の製造に有用である。
　１０：鋼管（被処理材）、　２０：ローラー、
　３０：高周波誘導加熱用コイル、　４０：冷却装置、
　５０：入側温度計、　６０：出側温度計

Claims (2)

  1. 　高周波誘導加熱した後に急冷する焼入れを肉厚が４．０ｍｍ以下である鋼管に施すにあたり、
    　高周波誘導加熱の終了時に測定する鋼管の外面温度Ｔ１（℃）を下記（１）式で規定される範囲内として鋼管を高周波誘導加熱し、
    　該高周波誘導加熱の終了時に鋼管の外面温度を測定し、
    　測定した鋼管の外面温度を用いて高周波誘導加熱する過程で鋼管の外面温度がＡｃ３変態点の温度に到達してから鋼管の外面温度を測定するまでに経過した時間ｘ（秒）を算出し、
    　算出した前記時間ｘ（秒）に基づいて下記（２）式で規定される範囲内に鋼管の外面温度を測定してから急冷を開始するまでに要する時間ｔ（秒）を調整することを特徴とするエアバック用鋼管の製造方法。
    　　ＴＡｃ３＋４０℃≦Ｔ１≦１１００℃　・・・（１）
    　　０秒＜ｔ≦１０秒－ｘ　・・・（２）
    　ただし、ＴＡｃ３はＡｃ３変態点の温度（℃）とする。
  2. 　請求項１に記載の鋼管の製造方法において、熱間製管により得られた素管に所定寸法となるように冷間加工を施して鋼管とし、当該鋼管に前記焼入れを施し、その後、Ａｃ１変態点以下の温度で焼戻しを鋼管に施すことを特徴とするエアバック用鋼管の製造方法。
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