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CN1744955A - 驱动轴用无缝钢管及其制造方法 - Google Patents

驱动轴用无缝钢管及其制造方法 Download PDF

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CN1744955A
CN1744955A CNA2004800033283A CN200480003328A CN1744955A CN 1744955 A CN1744955 A CN 1744955A CN A2004800033283 A CNA2004800033283 A CN A2004800033283A CN 200480003328 A CN200480003328 A CN 200480003328A CN 1744955 A CN1744955 A CN 1744955A
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steel pipe
recess
drive shaft
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rolling
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Abstract

通过对利用满乃斯曼制管法热精加工的钢管施行简单的内表面切削及其后的冷拔，规定形成钢管内表面的凹凸形状的凹部深度(d)、表面粗糙度(Ra)、凹部入口宽度(w)，或者，同样地，规定凹凸形状的凹部深度(d)、内表面层的维氏硬度(Hv)、凹部入口宽度(w)，可以制造疲劳强度优异、并且最适合于车身轻量化的驱动轴用的中空构件。从而，可以以低廉的制造成本高效率地制造汽车用驱动轴，所以，在工业上获得很大的效果。

Description

驱动轴用无缝钢管及其制造方法
技术领域
本发明涉及驱动轴用无缝钢管及其制造方法，更详细地说，涉及适合于汽车用驱动轴的轻量化、并且疲劳强度优异的作为中空构件使用的无缝钢管，以及高效率地制造无缝钢管的方法。
背景技术
最近，保护地球环境的必要性增高，其中，要求使汽车车身轻量化，进一步有效地达到节能的效果。因此，从车身轻量化的观点出发，尝试将汽车用部件从实心材料替换成中空材料。在这种尝试当中，对于汽车的驱动轴，一部分也开始采用中空构件。
具体地说，为了一面确保汽车用驱动轴所要求的扭转刚性，一面进一步谋求轻量化，对于使构件的中间部薄壁大直径化，同时，将与等速联轴节连结的两个端部制成小直径厚壁的、整体成形的驱动轴的采用进行了研究。为了用钢管制造这种驱动轴，通过在中空构件的两个端部施行冷减径加工，使两个轴端部减径，同时，使壁厚增加，整体成形。
汽车用驱动轴是将发动机的旋转轴的转矩传递给轮胎的重要的安全部件。因此，由于为了确保驱动轴的疲劳强度，优选提高其强度、刚性，所以，施行淬火等热处理。在施行淬火的情况下，能够一面通过热处理保持良好的疲劳强度，一面达到981Mpa以上的高强度。
通常，在前述冷减径加工中，由于在加工时不使用限制钢管内表面的工具，所以，根据加工条件，在加工后的驱动轴的内表面上有时会发生皱褶。当在驱动轴上发生内表面皱褶时，使疲劳强度显著降低。因此，为了制造用于驱动轴的中空构件的钢管，研究了将心棒或其它心铁插入钢管内，反复进行冷拔直到规定的尺寸的方法。
不过，在反复冷拔的方法中，可以将钢管的内表面加工成光滑的，精加工成规定的尺寸，但是，为了获得平滑的内表面，必须反复进行多次拉拔加工和中间退火，存在着制造成本高的问题。
为了解决上述问题，在特许第2822849号公报中，提出了一种利用满乃斯曼(Mannesmann)制管法，利用拉伸缩径轧机，高效率地制造无缝钢管，通过喷丸磨削等对该钢管的内表面进行内表面切削，制造驱动轴等汽车用无缝钢管的方法。根据这种制造方法，尽管增加了利用喷丸进行的内表面的磨削量，但是，通过比较少的内表面切削，可以恰当地提高驱动轴用中空构件的疲劳强度。
利用热法制造无缝钢管的满乃斯曼制管法，由以下工序构成：将实心的钢坯的中心部开孔的穿孔工序，以该穿孔的中空管坯的壁厚加工为主要目的的延伸轧制工序，缩小管坯的直径、精加工成所需的尺寸的定径轧制工序。
通常，在穿孔工序中，使用满乃斯曼穿轧机、交叉型穿孔轧钢机，压力穿轧机等穿孔轧机，在延伸轧制工序中，使用心轴轧机、心棒轧管机、阿塞尔(Assel)轧机等轧机，进而，在定径轧制工序中，使用拉伸缩径轧机及定径机等孔型轧机。
图1是说明以热法制造无缝钢管的满乃斯曼制管法的制造工序的一个例子的图示。该制造方法，将加热到规定温度的实心圆钢坯1作为被轧制材料，将该圆钢坯1进给到穿孔轧机(所谓穿轧机)3，在其轴心部开设穿孔，制造中空管坯2。然后将所制造的中空管坯2直接、或者根据需要通过与上述穿孔轧机具有相同结构的延伸轧机进行扩径，进行薄壁化，之后，进给到后续的延伸轧制装置(心轴轧机4)进行延伸轧制。
在用心轴轧机4进行延伸轧制时，在利用装入中空管坯2的心棒4b和限制管坯的外表面的轧制辊4r进行拉伸的同时将其冷却。因此，接着将通过了心轴轧机4的中空管坯2装入再加热炉5，再次加热。然后，通过拉伸缩径轧机6，经过进行磨管、形状修正以及定径的精整工序，制造成为制品的无缝钢管。
在这种制管方法中，在穿孔轧机3、心轴轧机4及拉伸缩径轧机6中，将中空管坯2压下的轧辊，以被轧制材料行进的轧制线为中心，对向地配置一组或者多组。
例如，在拉伸缩径轧机6中，使由穿孔轧机3及心轴轧机4获得的中空管坯2通过轧辊6r，进行外径减径轧制，加工成成品尺寸。因此，如图1所示，拉伸缩径轧机6，以与轧制线和轧机中心一致的方式设置，将中空管坯2压下的一对轧辊，由以轧制线作为中心对向配置的3个轧辊6r构成，这些轧辊6r配置在多组纵列上。在邻接的轧机架之间，各个轧辊6r在相对于轧制线垂直的面内，将压下方向每隔60°错开地交叉配置。
但是，如上所述，在拉伸缩径轧机中，由于不用心轴等内表面限制工具，而是通过外径减径轧制进行精加工，所以，在热精加工的钢管的内表面上，容易发生竖条状的皱褶。
在前述特许第2822849号公报中，通过将热轧的无缝钢管的内表面切削加工20μm～500μm，除去在钢管的表面发生的皱褶，以期提高疲劳强度。但是，这种利用喷丸进行的内表面的磨削，需要大量的处理时间。
具体地说，作为驱动轴用所采用的钢管，以内径15mm～25mm左右的小直径钢管作为对象，为了对这些钢的内表面施行确保上述磨削量的喷丸加工，需要从几十分钟到几个小时的大量的处理时间。因此，在前述特许第2822849号公报中提出的制造方法中，存在着制造成本增高，同时，不能确保在工业上所必需的大量生产的性能的问题。
进而，由于在拉伸缩径轧机中，是由3个轧辊构成的外径减径轧制，所以，中空管坯相对于轧制线从3个方向接受压下。因此，热精加工的钢管的内表面形状，不是正圆，而是变成有棱角的或者多角形化的圆，在其内表面上形成凹凸的形状。将这种内表面上的凹凸形状矫正成正圆，只用喷丸等磨削加工是很困难的。
另外，驱动轴用钢管，利用旋锻机等，对两个管端部施行冷减径加工，精加工成外径、壁厚沿长度方向变化的产品形状。伴随着这种冷减径加工，内径的减径率为50～70％左右，当内表面上具有这种凹凸形状的管材接受这种加工时，以该凹凸形状作为起点，使更深的皱褶成长。
通常，在利用中空构件的驱动轴中，通过淬火使之高强度化，但是，在高强度化的材料中，以内表面皱褶作为起点的疲劳裂纹容易发展，疲劳强度的降低变得非常显著。从而，在上述981MPa以上的高强度的构件中，伴随着高强度化，疲劳裂纹发生的应力集中敏感性增高，内表面的品质问题，大多显露出来。
发明内容
本发明鉴于伴随着现有的驱动轴等汽车用无缝钢管的制造中存在的问题，其目的是，提供一种驱动轴用无缝钢管及其制造方法，所述无缝钢管，通过对利用满乃斯曼制管法热精加工的钢管进行比较少的内表面切削加工，以及在其后施行冷拔，其疲劳强度优异，同时，最适合于车身的轻量化。
本发明人等，为了解决上述课题，进行了各种研究，结果，明确地确定了，在前述冷减径加工中的皱褶的成长、发展，并不一定依赖于存在在热轧后的钢管中的皱褶的深度，以及，作为最终制品的驱动轴的疲劳寿命，只依赖于冷减径加工前的钢管内表面的皱褶深度。下面，说明本发明人等搞清楚的见解。
由于驱动轴是将汽车发动机的旋转轴转矩传递给轮胎的重要安全部件，所以，希望不会发生能够成为疲劳破坏起点的表面皱疤。由该中空构件精加工成最终制品形状的工序，在构件钢管的两端施行冷减径加工，整体成形驱动轴。
但是，随着该冷减径加工，有时，以垂直于钢管的长度方向的截面的内表面形成的凹凸形状，发生并发展内表面皱褶。从而，作为驱动轴使用的中空构件的性能，有必要在施行冷减径加工、精加工成最终制品的阶段进行评价。
从上述观点出发，在前述特许第2822849号公报中提出的制造方法中，由于在冷减径加工前的热精加工钢管中，即，在作为驱动轴的半成品的阶段，采用除去内表面皱褶的方法，所以，只会导致制造成本的增大和生产率的降低。
换句话说，与其简单地着眼于改善冷减径加工前的驱动轴用钢管的皱褶深度，倒不如通过搞清楚可以抑制在其后的冷减径加工中成长的内表面皱褶的进展的钢管的内表面品质，掌握在冷减径加工前可以允许的皱褶深度，不必徒劳地施行长时间的内表面磨削加工，能够以低制造成本高效率地确保规定的疲劳强度。
图2是概括地说明在传递旋转轴转矩时，作用到驱动轴的内表面及外表面上的剪切应力的分布的图示。如可以从图2所示的剪切应力分布看出的，与在内表面上相比，在驱动轴的外表面上，作用更大的剪切应力。
从而，在驱动轴的内表面上完全没有皱褶的状态下，在内表面上疲劳极限剪切应力十分大的情况下，疲劳裂纹从作用有比内表面更大的剪切应力的外表面侧发生并成长。
但是，当内表面存在皱疤时，由于龟裂以该皱褶作为起点发展，所以，有时即使所作用的剪切应力小，也从内表面侧发生疲劳裂纹。
换句话说，在内表面上存在皱褶的情况下，如果能够以内表面侧的疲劳极限剪切应力超过在外表面侧规定的剪切应力的方式控制内表面侧发生的皱褶的话，在冷减径加工中发生、成长的皱褶，作为结果，不会对制品的疲劳寿命产生影响，在实际应用上，没有问题。
本发明，基于上述见解，进行研究，进一步弄清楚了整体成形的驱动轴可以确保充分的疲劳特性的条件，完成了可以高效率地制造该中空构件的方法，本发明，以下述(1)、(2)的驱动轴用无缝钢管、以及(3)的驱动轴用无缝钢管的制造方法作为要点。
(1)一种驱动轴用无缝钢管，其特征在于，垂直于钢管的长度方向的截面上的、形成内表面的凹凸形状，直到凹部的底部的深度(d)为100μm以下，并且，钢管的内表面的表面粗糙度以中心线平均粗糙度(Ra)计为1～4μm，在所述钢管中，当前述直到凹部的底部的深度(d)为50μm以上时，其凹部的入口宽度为0.5d以上。
(2)一种驱动轴用无缝钢管，其特征在于，垂直于钢管的长度方向的截面上的、形成内表面的凹凸形状，直到凹部的底部的深度(d)为100μm以下，并且，在钢管的内表面层500μm处的硬度，以维氏硬度(Hv)计，为200以下，在所述钢管中，当前述直到凹部的底部的深度(d)为50μm以上时，其凹部的入口宽度为0.5d以上。
(3)一种驱动轴用无缝钢管的制造方法，其特征在于，在利用满乃斯曼制管法热加工无缝钢管时，令延伸轧制后的再加热条件为800～1050℃，在以定径轧制中的最大孔型椭圆率(长半径/短半径)为1.1以下的条件轧制、热精加工之后，对前述热精加工后的钢管用喷砂施行内表面磨削，接着，进行冷拔。
在上述(1)及(2)的驱动轴用无缝钢管中，在直到凹部的底部的深度d不足50μm的情况下，不管是什么样的凹部入口宽度w，冷减径加工后，作为驱动轴都可以确保必要的疲劳强度。
因此，在直到凹部的底部的深度d不足50μm的情况下，对其凹部的入口宽度w没有限制。
在本发明中，所谓“形成内表面的凹凸形状”，是表示作为驱动轴用无缝钢管，冷减径加工前的内表面质量状态。更详细地说，表示起因于热精加工的钢管的棱角及多角形化、或者竖条状的内表面皱褶的发生，受到在其后的内表面磨削以及冷拔的影响的内表面皱褶等的发生状况。从而，在下面的说明中，有时同时使用“凹凸形状”及“内表面皱褶”的表达方式。
附图说明
图1是说明利用热法制造无缝钢管的满乃斯曼制管法的制造工艺的一个例子的图示。
图2是概括地说明在传递旋转轴转矩时，作用到驱动轴的内表面及外表面上的剪切应力的分布的图示。
图3是作为形成在垂直于钢管的长度方向的截面上的内表面上的凹凸形状、表示发生在钢管的内表面上的条状皱褶及棱角的状况的图示。
图4是表示拉伸缩径轧机的轧辊中的孔型形状的图示。
图5是表示在实施例中使用的疲劳特性的评价试验片的图示。
具体实施方式
在本发明的驱动轴用无缝钢管中，其特征在于，为了使驱动轴能够发挥优异的疲劳强度，在形成内表面的凹凸形状中，不仅是平均的凹凸形状的大小控制在规定的范围之内，而且，通盘观察整个钢管的内表面，将其中最大的凹凸形状，控制在规定的范围之内。
图3是作为垂直于钢管的长度方向的截面上的、形成内表面的凹凸形状，表示在钢管内表面上发生的条状皱褶及棱角的状况的图示，(a)表示凹部的入口宽度窄时的情况，(b)表示凹部的入口宽度宽时的情况。在本发明中，为了识别部分地分散在钢管截面的内表面上的凹凸形状的大小，如3所示，将直到其凹部的底部的深度规定为d，将其入口的宽度规定为w。
并且，为了确保疲劳强度，以d在100μm以下作为前提条件，其中，在直到凹部的底部的深度比较深、d在50μm以上的情况下，将w控制在0.5d以上。
但是，在直到凹部的底部的深度比较浅、d不足50μm的情况下，由于不管凹部的入口宽度w如何，冷减径加工之后，作为驱动轴都可以确保必要的疲劳强度，所以，不限制该凹部的入口宽度w。
进而，在本发明的驱动轴用无缝钢管中，有必要在规定的距离的范围内，测定钢管的内表面的凹凸形状，将平均的凹凸形状水平指标控制在规定的范围内。即，将钢管内表面的表面粗糙度以中心线平均粗糙度Ra计，控制在1～4μm。这里所说的中心线平均粗糙度Ra，是在JIS B0601中规定的。
如前面所述，由于在用拉伸缩径轧机进行的外径缩径轧制中，中空管坯相对于轧制线从3个方向接受由轧辊进行的压下，不利用内表面限制工具，所以，发生多个条状皱褶及棱角，然后，通过施行拉拔加工，可以改进条状皱褶以及棱角，同时，将内外表面整体平滑化。
根据本发明者等人的研究，在拉伸缩径轧机轧制后保持不动的热精加工钢管中，其中心线平均粗糙度Ra充其量不过5～10μm，但是，通过冷拔，中心线平均粗糙度Ra被平滑到1～4μm，借此，获得疲劳寿命显著改善的效果。因此，本发明的钢管的内表面的表面粗糙度，以中心线平均粗糙度Ra计，有必要为1～4μm。
如上所述，在形成钢管的内表面的凹凸形状中，通过将大的凹凸控制在规定的范围内，同时，将钢管的内表面的凹凸形状的平均水平指标控制在规定的范围内，将它们的作用相结合，充分抑制最终阶段的冷减径加工的皱褶深度的进展，可以提高疲劳强度。
冷减径加工量，根据驱动轴制品的形状决定，但是，一般地，将外径缩径率设定在30％左右，将内径缩径率设定在60％左右。在以这种冷减径加工量作为对象的情况下，由于本发明的钢管规定的内表面的凹凸形状及内表面的表面粗糙度的条件，使疲劳强度提高，所以发挥显著的效果。
在本发明的另外的驱动轴用无缝钢管中，为了确保驱动轴的优异的疲劳强度，在形成钢管的内表面的凹凸形状中，通过将大的凹凸形状控制在规定的范围内，同时，令钢管的内表面层500μm处的硬度为维氏硬度Hv≤200，从而在前述冷减径加工量更高的情况下，和前述情况一样，可以发挥优异的效果。
在这种情况下，所谓在钢管的内表面层500μm处的硬度，是指在从垂直于钢管的长度方向的截面上的内表面侧起，向壁厚方向的距离为100μm、200μm、300μm、400μm以及500μm的各点上测定的硬度的平均值。
研究了硬度分布对内表面侧的皱褶发生的影响的结果，发现，即使外表面侧的硬度稍有变化，对内表面侧的皱褶的发生也没有直接的影响。另外，在内表面侧的几个μm～几十μm的最表层附近，由于在冷拔时由内表面限制工具引起的剪切变形作用，与壁厚部处的平均硬度分布相比，有时硬度稍稍增高。但是，如果用维氏硬度测定上述钢管的内表面层500μm处的硬度并整理其结果的话，即得到与皱褶的进展的关联。
在本发明的驱动轴用无缝钢管中，作为对象的钢的种类的化学组成没有特别的规定，但是，作为适合于驱动轴的组成例，可以列举出含有C：0.20～0.50％、Si：0.1～0.5％以及Mn：0.4～2.0％，余量为P、S等杂质以及Fe构成的组成。
进而，为了改进疲劳强度以及除此之外的各种特性，除上述组成之外，还可以使之含有Cr：0～1.5％、Ti：0～0.05％、Nb：0～0.05％、V：0～0.1％、Mo：0～1％、Ni：0～0.5％、Cu：0～0.5％、B：0～0.5％以及Ca：0～0.01％中的一种或者两种以上的成分。
作为本发明的驱动轴用钢管的制造方法的一个例子，如前述图1所示，可以列举出利用心轴轧机以及拉伸缩径轧机的满乃斯曼制管法。
具体地说，在热法制造无缝钢管时，令利用心轴轧机轧制后的再加热条件为800～1050℃，令拉伸缩径轧机中的轧制温度为足够的高温，以期达到均匀化。借此，恰当地提高通过拉伸缩径轧机轧制的钢管的内表面的圆度，可以有效地抑制轧制过程中的内表面的多角化的发生。
图4是表示在拉伸缩径轧机的轧辊中的孔型的形状的图示。如前面所述，设置在拉伸缩径轧机上的轧制机架，由3个轧辊6r构成。通常，轧辊6r上的孔型的形状，用以辊孔型的长半径ra/短半径rb之比表示的最大空隙椭圆率控制。
在本发明的制造方法中，在用拉伸缩径轧机轧制高温并且均匀地再加热后的中空管坯的情况下，利用最大孔型椭圆率(ra/rb)为1.1以下的轧辊，提高压下量的均匀性。
通过规定上述再加热条件和轧辊的最大孔型椭圆率(ra/rb)，提高拉伸缩径轧机轧制后的钢管的内表面上的圆度，可以有效地抑制内表面的多角化。在本发明的制造方法中，如前面所述，磨削已提高了圆度的热精加工钢管的内表面，然后，利用冷拔提高内表面的平滑度，从而高效率地制成疲劳强度优异的驱动轴用钢管的内表面质量。
即，在将热精加工的钢管的内表面用喷砂磨削后，利用冷拔使内表面平滑化，所以，可以比较简单容易地进行利用喷砂的前期切削处理，可以以短时间的处理和很少的切削量达到目的。例如，如后面所述的实施例所示，在本发明中，以10分钟左右的磨削时间，并且磨削量能够确保20μm～30μm的话，就可以应用。
另外，在冷拔中，由于使心棒的内表面限制工具与钢管内表面接触，精整内表面，所以，不仅可以缩小外表面的粗糙度，而且可以缩小内表面的粗糙度。只通过热精加工钢管的磨削加工，就可以使内表面的表面粗糙度以中心线表面粗糙度Ra计达到5～10μm左右，而通过施行冷拔加工，可以平滑到1～4μm。
下面根据实施例1～3具体说明本发明的驱动轴用钢管及其制造方法。
(实施例1)
对热精加工后冷拔的钢管，或者热精加工后原封不动的钢管，施行冷减径加工，通过研究扭转疲劳强度，施行制品的评价试验。试验用材料的化学组成为，以质量％计，C：0.40％、Si：0.28％、Mn：1.07％、Cr：0.14％、Ti：0.032％以及B：0.0014％，余量为Fe。
首先，对圆钢坯进行穿孔轧制后，利用心轴轧机施行延伸轧制，在900℃的条件下进行再加热，用拉伸缩径轧机将外径减径轧制，制造了外径51mm、内径35mm、壁厚8mm的热精加工钢管。然后，改变磨削时间，在各种条件下，通过喷砂施行内表面磨削。
其次，对内表面磨削后的钢管施行酸洗、润滑处理，利用圆筒心棒进行冷拔后，施行700℃×20分钟的退火处理，制造了外径45mm、内径31mm、壁厚7mm的驱动轴用钢管。
进而，作为比较例，为了确认有无冷拔所产生的影响，利用拉伸缩径轧机，制造外径45mm、内径31mm、壁厚7mm的热精加工的钢管，和上面所述同样，施行内表面磨削，制造驱动轴用钢管。
其次，将供试验用的各个驱动轴用钢管，切断成500mm，从切断的钢管的两个管端，分别取一个显微观察用的试样，显微观察在垂直于钢管的长度方向的截面上的内表面上显示出来的凹凸形状。
在这种显微观察中，测定直到存在于垂直截面上的凹部的底部的最大深度dmax，同时，测定d为50μm以上的凹部的深度d和入口宽度w，研究w/d。进而，施行所获得的各个驱动轴用钢管的内表面的表面粗糙度Ra的测定。
进而，对于供试验用的驱动轴用钢管，施行约30％的冷减径加工，评价作为最终制品的驱动轴使用时的疲劳寿命。这里的评价尺寸为，外径32mm、内径14mm、壁厚9mm，冷减径加工的内径缩径率约为55％。由于供试验用的驱动轴用钢管的内表面的品质的不同，冷减径加工的皱褶成长状况也不同，将它们作为疲劳试验的结果。
如图5所示，疲劳特性试验片7，在外表面上，在试验片中央部切削形成适当长度范围平行的试验部7a，在其两端侧形成夹持部7b。将图5所示形状的各个试验片7进行淬火、回火后，将其负荷转矩进行各种改变，进行扭转疲劳试验。
以上的试验条件和试验结果示于表1。这里，在热精加工后进行冷拔的钢管，以及热精加工后保持不变的钢管中，将供驱动轴用钢管试验的钢管，作为试验用钢管。
                                           表1
  试样No.           试验用钢管的条件        疲劳试验结果   分类
     凹部尺寸   冷拔   表面粗糙度Ra(μm)   扭转负荷转矩(N·m)   破坏部位
  dmax(μm)   w/d
  1  *200   1.10   无  *7.5   1900   内表面   比较例
  2  *125  *0.35   无  *8.5   1700   内表面   比较例
  3   85   0.85   有   3.5   3100   外表面   本发明例
  4   80  *0.35   有   1.8   2200   内表面   比较例
  5   80  *0.30   无  *6.5   2000   内表面   比较例
  6   75   0.62   有   4.5   3100   外表面   本发明例
  7   65  *0.40   有   1.8   2400   内表面   比较例
  8   60   0.75   有   2.5   3100   外表面   本发明例
  9   35   0.25   有   2.2   3100   外表面   本发明例
注)表中的带有*的部分，表示在本发明的规定范围之外。
如下所述的钢管在冷减径加工后的疲劳试验中，扭转负荷转矩变成高的数值，所述钢管为：形成垂直于钢管长度方向的截面上的内表面的凹凸形状，直到凹部的底部的深度d在100μm以下，其中，在直到凹部的底部的深度d在50μm以上的情况下，其凹部的入口宽度w在0.5d以上(w/d≥0.5)，内表面的表面粗糙度，以中心线平均粗糙度Ra计为1～4μm。
这里，中心线平均粗糙度Ra，是将钢管沿轴向方向对开，即，竖着切开，用表面粗糙度计沿轴向方向测定内表面。
另一方面，如果直到凹部的底部的最大深度dmax不足50μm而平滑化的话，即使在凹部的入口宽度w不具备前述条件的情况下，也不会发生以内表面侧作为起点的破坏(试样No.9)
如上所述，在实施例1中，通过对热精加工的钢管进行冷拔，促进表面粗糙度Ra的改善，将凹凸形状的控制和钢管内表面的平滑化相结合，驱动轴用钢管的疲劳特性被显著改善。
(实施例2)
在施行和实施例1同样的热工艺和磨削处理之后，进行冷拔，制造驱动轴用钢管。对供试验的驱动轴用钢管施行约38％的冷减径加工，评价作为最终制品的驱动轴使用的情况下的疲劳寿命。
这里的评价尺寸为，外径28mm、内径9mm、壁厚9.5mm。冷减径加工的内径缩径率约71％，用比实施例1更严格的条件评价疲劳特性。
在评价时，和实施例1同样，制造显微观察用试样，调查dmax以及w/d，同时，测定在钢管内表面层500μm处的维氏硬度Hv。
其中，令冷减径加工前的热处理条件为均匀加热到780～790℃，通过调整其后的徐冷时间，调整钢管的内表面层500μm处的硬度。各种试验条件和试验结果示于表2。
                                  表2
  试样No.        试验用钢管的条件   疲劳试验结果   分类
       凹部尺寸   内表面硬度(Hv)   扭转负荷转矩(N·m)   破坏部位
 dmax(μm)   w/d
  10  *200   1.50  *215   850   内表面   比较例
  11  *130  *0.30  *205   1000   内表面   比较例
  12   95  *0.40  *220   1400   内表面   比较例
  13   95   0.90   190   2200   内表面   本发明例
  14   90   0.85   183   2350   内表面   本发明例
  15   85   0.55   186   2400   内表面   本发明例
  16   65   0.75   165   2700   外表面   本发明例
注)表中的带有*的部分，表示在本发明的规定范围之外。
从表2的结果可以看出，在以下所述的钢管中，如果在材料内表面层的硬度，维氏硬度Hv≤200的话，则疲劳强度提高，其中所述钢管为：形成垂直于钢管长度方向的截面上的内表面的凹凸形状，直到凹部的底部的深度d在100μm以下，其中，在直到凹部的底部的深度d在50μm以上的情况下，其凹部的入口宽度w在0.5d以上(w/d≥0.5)。
并且，确认了：如果能够进而确保Hv≤180的话，则疲劳特性能够进一步提高。
(实施例3)
对于本发明的制造条件进行了确认。供试验材料的化学组成为，以质量％计，含有C：0.45％、Si：0.23％、Mn：0.76％以及Cr：0.16％，余量为Fe。
如前述图1所示，利用满乃斯曼值制管法，对圆钢坯进行穿孔轧制后，以心轴轧机为主施行壁厚加工，其次，装入再加热炉，在900℃再加热。
在接下来的拉伸缩径轧机中，利用20组3辊轧制机架轧制再加热后的中空管坯。在进行这种轧制时，不用心棒或其它心轴，用多组轧辊组进行轧制。
对于利用拉伸缩径轧机进行了热精加工的钢管，利用喷砂进行内表面磨削之后，施行酸洗、润滑处理，利用圆筒心棒给予冷拔加工，其次施行700℃×20分钟的退火处理，制造外径45mm、内径31mm、壁厚7mm的驱动轴用钢管。
另外，和实施例1同样，为了调查由制造工艺的不同引起的疲劳特性的不同，作为确认冷拔的有无造成的影响的比较例，用拉伸缩径轧机轧制制造了外径45mm、内径31mm、壁厚7mm的热精加工钢管，施行内表面磨削，接着进行700℃×20分钟退火处理，制造驱动轴用钢管。
借此，作为冷减径加工前的驱动轴用钢管的硬度，在内表面层500μm处，精加工成Hv193～196。
进而，利用和实施例1同样的条件，对供试验用的驱动轴用钢管施行约30％的外径减径加工后，最终进行淬火处理，评价作为最终制品的驱动轴用时的疲劳寿命。这里的评价尺寸为，外径32mm、内径14mm、壁厚9mm。
表3中表示内表面的凹凸状况、表面粗糙度、冷拔的有无、以及对应于利用喷砂进行的内表面磨削时间的疲劳寿命的评价试验结果。
                                       表3
  试样No.                 试验用钢管的条件     疲劳试验结果   分类
  凹部尺寸   内表面磨削时间(分)   冷拔   表面粗糙度Ra(μm)   扭转负荷转矩(N·m)   破坏部位
  dmax(μm)   w/d
  17  *200   1.10   10   无  *8.5   1400   内表面   比较例
  18  *110   0.55   30   无  *7.5   1800   内表面   比较例
  19   90   0.55   150   无  *6.5   1700   外表面   比较例
  20   85  *0.40   200   无  *7.5   2300   内表面   比较例
  21   80   0.85   10   有   2.5   2900   外表面   本发明例
  22   76   0.62   10   有   1.9   2900   外表面   本发明例
  23   30   0.75   10   有   3.3   2900   外表面   本发明例
注)表中的带有*的部分，表示在本发明的规定范围之外。
如从表3的结果可以看出的，如果是在本发明规定的条件下制造的驱动轴用钢管的话，内表面磨削无需很长的时间，可以确保优异的疲劳强度。
另外，对于磨削量，因钢管的内径尺寸而变动，但是确认了，如果能够确保在壁厚方向20μm～30μm的话，就足够了。然后，如果进行冷拔的话，由于通过冷拔，钢管的内表面平滑化，所以，可以高效率地获得疲劳强度优异的驱动轴用中空构件。
工业上的利用可能性
根据本发明的驱动轴用无缝钢管，通过对利用满乃斯曼制管法热精加工的钢管施行简单的内表面切削加工以及之后的冷拔，规定形成钢管的内表面的凹凸形状的凹部深度d、表面粗糙度Ra、凹部入口宽度w，或者，同样地，通过规定凹凸形状的凹部深度d、内表面层的维氏硬度Hv、凹部入口宽度w，可以制造疲劳强度优异、并且最适合于车身轻量化的驱动轴用的中空构件。从而，通过应用本发明的制造方法，可以以低廉的制造成本高效率地制造汽车用驱动轴，所以，在工业上获得很大的效果。

Claims (4)

1.一种驱动轴用无缝钢管，其特征在于，垂直于钢管的长度方向的截面上的、形成内表面的凹凸形状，直到凹部的底部的深度(d)为100μm以下，并且，钢管的内表面的表面粗糙度以中心线平均粗糙度(Ra)计为1～4μm，在所述钢管中，当前述直到凹部的底部的深度(d)为50μm以上时，其凹部的入口宽度为0.5d以上，
其中，在前述直到凹部的底部的深度(d)不足50μm的情况下，其凹部的入口宽度(w)没有限制。
2.一种驱动轴用无缝钢管，其特征在于，垂直于钢管的长度方向的截面上的、形成内表面的凹凸形状，直到凹部的底部的深度(d)为100μm以下，并且，在钢管的内表面层500μm处的硬度，以维氏硬度(Hv)计，为200以下，在所述钢管中，当前述直到凹部的底部的深度(d)为50μm以上时，其凹部的入口宽度为0.5d以上，
其中，前述直到凹部的底部的深度(d)不足50μm的情况下，其凹部的入口宽度w没有限制。
3.一种驱动轴用无缝钢管的制造方法，其特征在于，在利用满乃斯曼制管法热加工无缝钢管时，令延伸轧制后的再加热条件为800～1050℃，在以定径轧制中的最大孔型椭圆率(长半径/短半径)为1.1以下的条件轧制、热精加工之后，对前述热精加工后的钢管用喷砂施行内表面磨削，接着，进行冷拔。
4.如权利要求3所述的驱动轴用无缝钢管的制造方法，其特征在于，在内表面磨削中，至少确保20μm的磨削量，其次，通过进行冷拔，将钢管内表面的表面粗糙度变成为，以中心线平均粗糙度(Ra)计1～4μm。
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