JP4186566B2

JP4186566B2 - 低温靱性に優れたエアバッグ用鋼管の製造方法

Info

Publication number: JP4186566B2
Application number: JP2002274008A
Authority: JP
Inventors: 孝司高野
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2022-09-19
Also published as: JP2004107756A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高寸法精度で低温靱性（耐バースト性）に優れたエアバッグ用鋼管とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車産業においては、安全性を考慮してエアバッグシステムの導入が急速に進められている。エアバッグシステムには爆発性薬品を使用するパイロテクニック方式と、アルゴンガスを充填した鋼管製の蓄圧器を使用するハイブリッド方式の２種類に大別される。いずれの方式においても寒冷地での使用を考慮して低温靱性に優れたエアバッグ用鋼管が求められている。
【０００３】
従来技術において、例えば特開平８−325641号公報には、加工性に優れた高強度高靱性鋼管の製造方法が開示されており、その内容は、鋼材への焼入れ・焼戻し処理 (以下、ＱＴ処理ともいう) →冷間抽伸→低温焼鈍 (以下、ＳＲ処理ともいう) からなる方法である。
【０００４】
特開平10−140283号公報（特許第3220975 号公報）には、高強度高靱性エアーバッグ用鋼管の製造方法が開示されており、その内容は、冷間抽伸→ＱＴからなる方法である。
【０００５】
さらに、特開2002−194501号公報には、高強度高靱性エアバッグ用鋼管とその製造方法が開示されており、その内容は、冷間抽伸→ＱＴからなる方法である。
【０００６】
【特許文献】
特許文献１ (特開平８−325641号公報)(請求項１、２、実施例１)
特許文献２ (特開平10−140283号公報（特許第3220975 号公報)) (請求項１ないし８)
特許文献３ (特開2002−194501号公報)(請求項１ないし４)
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者らの実験結果によれば、上述の従来技術には次のようにさらに改良すべき点がある。
【０００８】
特開平８−325641号公報の開示する方法では、低温靱性については言及がない。なお、実施例においては外径70mm、肉厚3.2mm の素管を外径60mm、肉厚2.5mm に冷間抽伸しているが、このときの減面率は、32.8％である。
【０００９】
特開平10−194501号公報の開示する方法では、低温靱性（耐バースト性）は良好だが、寸法精度が十分とは云えない場合がある。
特開2002−194501号公報の開示する方法では、上述と同様に、低温靱性（耐バースト性）は良好だが、寸法精度が十分とは云えない場合がある。
【００１０】
ここに、本発明の課題は、高寸法精度で低温靱性（耐バースト性）に優れたエアバッグ用鋼管の製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、かかる課題を解決すべく種々検討を重ね、焼き入れ・焼戻し、冷間抽伸、そして低温焼鈍を組み合わせることで寸法精度を確保するとともに、集合組織を調整することで安定した低温靱性が確保できることを知り、本発明を完成した。
【００１２】
すなわち、本発明における知見は次の通りである。
(i) 低温靱性（耐バースト性) ・高寸法精度を満たすためにＱＴ→抽伸→ＳＲプロセスを採用する。
【００１３】
(ii) 低温靱性（耐バースト性）を得るためにはＱＴプロセスが必要である。
(iii)冷間仕上げ抽伸後の熱処理は、高寸法精度を得るためにAc₁変態点以下の低温焼鈍 (ＳＲ) が必須である。（抽伸→ＱＴでは寸法精度が十分でない場合がある。）
(iv) 低温靱性（耐バースト性）を確保する指標として、集合組織に着目した。
【００１７】
（１）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：０．２０〜２．０％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．１０％以下、
さらに必要により、（Ｉ）Ｃｒ：０．０５〜１．０％、Ｍｏ：０．５０％以下、Ｖ：０．２％以下、（ＩＩ）Ｎｉ：１．５％以下、Ｃｕ：０．５％以下、（ＩＩＩ）Ｔｉ：０．１０％以下、Ｎｂ：０．１％以下、および（ＩＶ）Ｂ：０．００５％以下の少なくとも１の群から選んだ１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼組成を有する鋼を製管後、焼入れ・焼戻し処理を行い、次いで合計減面率が３５〜５０％である冷間抽伸を行い、さらにＡｃ_１変態点以下の低温焼鈍を行うことによって、周方向Ｔに垂直な面における｛１１０｝面のＸ線積分強度比に対する軸方向Ｌに垂直な面における｛１１０｝面のＸ線積分強度比（Ｌ／Ｔ）を５０以下としたことを特徴とする低温靱性に優れたエアバッグ用鋼管の製造方法。
【００１８】
（２）前記冷間抽伸を１回だけ行う上記（１）記載のエアバック用鋼管の製造方法。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明において鋼組成および製造条件を前述のように規定した理由について述べる。なお、本明細書において、鋼組成を示す「％」は、とくにことわりがない限り、「質量％」である。
【００２０】
(A) 鋼の化学成分
本発明で使用する鋼の化学成分、つまり鋼組成に関する限定理由は以下のとおりである。
【００２１】
Ｃ：Ｃは鋼の必要な強度を安価に得るために添加する元素であるが、0.05％未満では充分な強度が得られず、また0.20％を超えると加工法並びに溶接性が悪化すると共に、靱性が低下するため、0.05％以上、0.20％以下とした。好ましい範囲は0.05％以上0.14％以下で、より好ましい範囲は0.07％以上、0.13％以下である。
【００２２】
Si：Siは脱酸作用があり、鋼の焼入れ性を高め強度を向上させる元素であり、0.1 ％以上の含有量が必要である。一方、1.0 ％を超えると靱性、冷間加工性を阻害するため、0.1 ％以上、1.0 ％以下とした。好ましくは0.2 ％以上、0.5 ％以下である。
【００２３】
Mn：Mnは鋼の強度と靱性を向上させるのに有効な元素であるが、0.20％未満では十分な強度と靱性が得られず、また、2.0 ％を超えると偏析が著しくなり、靱性が低下するため、0.20％以上2.0 ％以下とした。より好ましくは0.5 ％以上、1.5 ％以下である。
【００２４】
Ｐ：Ｐは粒界偏析に起因する靱性低下をもたらすため、0.025 ％以下とした。好ましくは0.020 ％以下、より好ましくは0.015 ％である。
Ｓ：Ｓは鋼中のMnと化合してMnS による介在物を形成し、加工性の悪化ならびに靱性を低下させるため0.010 ％以下とした。好ましくは0.005 ％以下で、より好ましくは0.003 ％以下である。
【００２５】
Al：Alは脱酸作用を有し、靱性、加工性を向上させるのに有効な元素であるが、0.10％を超えると地疵の発生が著しくなるので、0.10％以下とした。好ましくは0.05％以下である。
【００２６】
鋼中の上記化学成分を限定することによって、エアバッグ用鋼管として十分な強度、靱性、溶接性を得ることができるが、更にこれらを向上させたい場合、上記成分にさらに、Cr、Mo、Ｖ、Ni、Cu、Ti、Nb、Ｂを添加することが有効である。これらの添加成分含有量の限定理由は以下のとおりである。
【００２７】
Cr：Crは鋼の強度と靱性を向上させるのに有効な元素であり、0.05％以上の添加が必要である。
一方、1.0 ％を超えると溶接部の靱性を低下させるため、0.05％以上1.0 ％以下とした。
【００２８】
Mo：Moは固溶強化、析出強化により高強度化すると共に、焼入れ性を向上する効果があるが、0.50％を超えると溶接部が硬化し、靱性が低下するため、0.50％以下とした。
【００２９】
Ｖ：Ｖは析出強化により強度を向上させる効果があるが、0.2 ％を超えると靱性の低下が著しいため、0.2 ％以下とした。
Ni：Niは焼入れ性を改善すると共に靱性を向上させるのに、有効な元素であるが、高価な元素であるため、1.5 ％以下とした。
【００３０】
Cu：Cuは鋼の靱性を向上させるのに有効な元素であるが、熟間加工性を低下させる元素であるので Cuを添加する場合はNiを同時に添加し、熱間加工性を確保する必要がある。但し、0.5 ％を超えるとNiを添加しても良好な熟間加工性を確保できないため0.5 ％以下とした。
【００３１】
Ti：Tiは組織を微細化することにより靱性の向上に有効であるが0.1 ％を超えると逆に靱性を悪化させるため0.1 ％以下とした。
Nb：NbはTiと同様に組織を微細化することにより靱性の向上に有効であるが、0.1 ％を超えると逆に靱性を悪化させるため、0.1 ％以下とした。
【００３２】
Ｂ：Ｂは焼入れ性を改善するのに有効な元素であるが、0.005 ％を超えると靱性を低下させるため、0.005 ％以下とした。好ましくは0.002 ％以下である。
(B) 製管
上記のように化学成分を調整した鋼材を素材として、冷間抽伸用素管を製造しさえすれば良く、その素管は電縫鋼管・継目無鋼管のどちらでもよい。また、継目無鋼管の製造法としては特に限定するものではない。
【００３３】
但し、後述するように、冷間抽伸工程で減面率50％以下、好ましくは35〜50％となるように素管寸法を決定する必要がある。
（C)熱処理 (ＱＴ)
低温靱性（耐バースト性）を確保するために焼入れ・焼戻し処理が施される。加熱温度はオーステナイト域であるAc₃変態以上の温度に加熱してから急冷し、次いで、Ac₁変態点以下の温度で焼戻しするのが望ましい。
【００３４】
（D)冷間抽伸
上述のように焼入れ・焼戻し処理を行った鋼管に、合計減面率50％以下、好ましくは減面率35〜50％の条件で冷間抽伸を行う。減面率が35％未満では、抽伸後の鋼管表面に潤滑剤の残存量が多くなる場合がある。一方、減面率が35％以上であれば、抽伸後の表面に光沢があり、かつ鋼管表面の潤滑剤の残存量も少ない。特に油潤滑時には減面率が高くなるほどその傾向は顕著で、鋼管の外面が均一で美しいものとなる。
【００３５】
すでに述べたように、本発明者らは、本発明の課題を達成すべく鋭意努力の結果、合計減面率で示す加工度を50％以下にすることで、Ｔ面およびＬ面における｛110 ｝両方位の集合組織の異方性を示す値Ｌ／Ｔ 110を50以下、好ましくは40以下にすることができ、Ｔ方向の靱性を確保できることを見出した。
【００３６】
ここに、本件出願人は先に出願した特願2001−371409号においても、Ｌ／Ｔ 110を、4.0 以下とする提案をしているが、本発明の場合と比較して表面性状および寸法精度の点でその考え方が相違している。
【００３７】
（E)最終熱処理
冷間仕上げ抽伸後の熱処理は、寸法精度・表面性状を考慮して、本発明においてはAc₁変態点以下の低温焼鈍 (ＳＲ) を行う。これは１種の応力除去焼鈍であり、これによって集合組織は大きくは影響を受けない。
【００３８】
なお、本発明においては、集合組織は、冷間抽伸後ではなく、最終焼鈍後の集合組織をもって規定している。
(F) 低温静圧バースト試験
低温静圧バースト試験における靱性の良好な鋼管と悪い鋼管の例を図１に示す。後述する実施例の低温靱性の評価基準もこれによる。
【００３９】
○: 低温靱性の良好な鋼管
△: 低温靱性が若干不足している鋼管
×: 低温靱性が不足して、亀裂伝播が生じている鋼管
低温靱性が良好な鋼管の場合、図中、○の欄に示すように亀裂の伝播が無く、亀裂の先端が鋼管軸方向に対して曲がっている。
【００４０】
一方、低温靱性が不足する鋼管の場合、△の欄に示すように亀裂の先端が鋼管軸方向に伸びており、さらに不足すると、×の欄に示すように鋼管の端まで亀裂が伝播している。
【００４１】
(G) 集合組織
本発明にかかる鋼管を評価するときの集合組織とその測定方法は次の通りである。
【００４２】
本発明では、低温焼鈍後の鋼管のＬ面、Ｔ面のそれぞれについて、｛110｝、｛200｝、｛211｝面のＸ線積分強度比を測定した。
ここで、Ｌ面、Ｔ面とはそれぞれ鋼管の軸方向と周方向の応力軸に対して垂直な面を意味する。またＸ線積分強度比とは、Ｘ線分光分析で得られる特定面方位のピーク面積を、粉末試料のような結晶方位的に無秩序なサンプルから得られる同じ面方位のピーク面積で除した値である。
【００４３】
本発明ではさらに集合組織の異方性を評価するため、特定面方位のＬ面のＸ線積分強度比を、Ｔ面のＸ線積分強度比で除した値 (Ｌ／Ｔ比) で比較した。その結果｛110｝面の値が、製造条件を変化させると最も大きく変化したので、組織評価として｛110｝面のＬ／Ｔ比 (Ｌ／Ｔ 110と表示する) で評価することができることを見出した。
【００４４】
一般に鉄のへき開面は｛110｝と言われており、本発明においてＬ／Ｔ 110を50以下に制限するものである。
すなわち、従来の鋼管では｛110｝面のＬ面への顕著な異方性が観察されるが、本発明の場合には、その異方性が低いものである。
【００４５】
【実施例】
表１に示す化学成分を有するビレットを用い、通常のマンネスマン−マンドレルミル仕上げによる穿孔圧延により、表２示す２種類の冷間引抜き用素管を製造し、それぞれ表２の各製造条件で、焼入れ・焼戻しを行ってから、冷間抽伸 (冷間引抜き加工) により外径25.4 mm 、肉厚1.85 mm の冷間継目無鋼管とし、最後に低温焼鈍を行って鋼管を製造した。
【００４６】
２種類の鋼管についてその集合組織を測定し、Ｌ/ Ｔ110 を決定した。
また、−20℃から−80℃まで20℃ピッチで低温静圧バースト試験を各々３回実施し、そのときのバースト形状を観察した。
【００４７】
結果は、表３にまとめて示す。表中の○、△、×は図１に示す亀裂の形態を示す。
【００４８】
【表１】

【００４９】
【表２】

【００５０】
【表３】

【００５１】
冷間引抜きを１回行った本発明例Ａにより得られた鋼管について寸法精度および外表面粗さを評価したところ、外径寸法平均＝60.354 mm 、標準偏差＝0.0168、表面粗さRa＝0.43μm であった。
【００５２】
比較のために、冷間抽伸後、ＱＴ処理を行った従来例の鋼管のデータを示すと、外径寸法平均＝60.356 mm 、標準偏差＝0.0444、表面粗さRa＝2.4 μm であった。
【００５３】
本発明によれば、寸法精度および表面粗さが大幅に改善されていることが分かる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、高寸法精度で低温靱性 (耐バースト性) にも優れるエアバッグ鋼管を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】バースト試験の結果の評価基準の説明図である。

Claims

質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：０．２０〜２．０％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．１０％以下、
さらに必要により、（Ｉ）Ｃｒ：０．０５〜１．０％、Ｍｏ：０．５０％以下、Ｖ：０．２％以下、（ＩＩ）Ｎｉ：１．５％以下、Ｃｕ：０．５％以下、（ＩＩＩ）Ｔｉ：０．１０％以下、Ｎｂ：０．１％以下、および（ＩＶ）Ｂ：０．００５％以下の少なくとも１の群から選んだ１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼組成を有する鋼を製管後、焼入れ・焼戻し処理を行い、次いで合計減面率が３５〜５０％である冷間抽伸を行い、さらにＡｃ_１変態点以下の低温焼鈍を行うことによって、周方向Ｔに垂直な面における｛１１０｝面のＸ線積分強度比に対する軸方向Ｌに垂直な面における｛１１０｝面のＸ線積分強度比（Ｌ／Ｔ）を５０以下としたことを特徴とする低温靱性に優れたエアバッグ用鋼管の製造方法。
前記冷間抽伸を１回だけ行う請求項１記載のエアバック用鋼管の製造方法。