JP3552322B2

JP3552322B2 - 加工性に優れたパイプの製造方法

Info

Publication number: JP3552322B2
Application number: JP01903295A
Authority: JP
Inventors: 崎淳宮; 藤進佐; 和康二大
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1995-02-07
Filing date: 1995-02-07
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2019-08-11
Also published as: JPH08209244A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は加工性に優れたパイプの製造方法に関し、特に、冷間圧延後の仕上げ焼鈍が省略可能となり、かつ加工性が従来材を超える高加工性パイプを低コストで得ることができる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高加工性パイプを安価に製造できることは、あらゆる産業分野、特に、自動車、船舶等の燃焼機器等の排気系配管等の製造において、極めて魅力的である。特に、Ｃｒ、Ｓｉ、Ａｉを含有する鋼は、優れた耐熱性を有するため、これらの高加工性パイプの素材として多用されてはいる。しかし、近年、高加工性パイプは、少ないスペースにコンパクトに設計する必要性、加工不良の低減等を目的として、さらなる加工性の向上が望まれている。
【０００３】
ここで、自動車の排気系配管を例にとると、近年、自動車の排気系配管には、ステンレス鋼製パイプが使用されつつある。この自動車の排気系配管は、具体的には、エンジン側から、エキゾーストマニホールド、フロントパイプ、ミドルパイプ、マフラー、テールパイプの部品で構成される。これらの各部品には、高い高温における強度、良好な耐食性が要求されるため、各々の部材に適した材料が開発されている。例えば、エキゾーストマニホールド、フロントパイプ等には、特開昭６４−８２５４号公報に記載されているように、主に高温における強度を高めた材料が、また、ミドルパイプ、マフラーおよびテールパイプには、特開平６−４１６９５号公報に記載されているような耐食性を高めた材料が使用されつつある。これらの部品に加工成形される冷延焼鈍板は、いずれも厳しい加工が施されるため、高い加工性を有することが必要とされる。そのために、前記の公報には、加工性と高温における強度あるいは加工性と耐食性の両立を図る組成が提案されている。このように、自動車の排気系配管に用いられるパイプは、いずれの部位においても良好な加工性が要求され、その加工性が良好であればあるほど加工範囲が広がり、組立施工時に有利となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年、車内の居住空間の拡大、４ＷＳ、４ＷＤ等の新機能の導入に代表されるように、自動車に求められる機能が増大し、それらの機能を有する部品、機材、装置等を配置するスペースを確保するために、排気系パイプが専有できるスペースが減少する傾向にある。そのため、排気系パイプは、隙間を縫うような複雑な形状にしなければならず、過酷な加工が要求され、加工不良が多発したり、ときには加工できないことがあった。そこで、このような過酷な加工に耐えるために、冷間圧延による薄板とした後に、仕上げ焼鈍を行い、さらにパイプ造管時の歪みを取るべく、造管後に歪みとり焼鈍をして高い加工性のパイプとしなければ、使用できなかった。このことが、大きなコスト上昇を招き、産業上、極めて大きな不利益となっていた。
【０００５】
そこで本発明の目的は、前記問題に鑑み、冷間圧延時に仕上げ焼鈍を行わなくても、素材本来の加工性を最大限に発揮できるように、造管により導入された加工歪みを実質的に０とすることができ、安価な高加工性パイプを得ることができる方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、素材が有している極限の加工性を引き出す安価なパイプ製造方法について研究した。その結果、高加工性パイプを安価に製造するには、成分範囲、熱延板焼鈍条件、冷延条件を十分に制御する必要がある。これらの制御により冷延後そのままの状態で造管可能となり、仕上げ焼鈍酸洗コストを省くことが可能であり、かつパイプ焼鈍後の加工性を、従来の造管まま材よりも著しく優れた、安価なパイプを得ることが可能な新造管方法を開発した。
【０００７】
すなわち、前記課題を解決するために、本発明は、第１の態様として、下記組成：
Ｃ：０．０３％以下、
Ｎ：０．０３％以下
Ｓｉ：２％以下、
Ｍｎ：２％以下、
Ｃｒ：１〜４０％
残部：Ｆｅおよび不可避的不純物
からなるＣｒ含有鋼の熱延板を、８００〜１１００℃で焼鈍した後、５〜８０℃／秒の冷却速度で８００℃から５００℃の間を冷却し、さらに、酸洗した後、冷間圧下率５〜３０％で冷間圧延を行った後にパイプに成形し、８００〜１１００℃で２０分以下の短時間焼鈍を行い、再結晶かつ歪取りを行なう工程を含む、加工性に優れたパイプの製造方法を提供するものである。
【０００８】
また、本発明は、第２の態様として、下記組成：
Ｃ：０．０３％以下、
Ｎ：０．０３％以下
Ｓｉ：２％以下、
Ｍｎ：２％以下、
Ｃｒ：１〜４０％
Ｎｂ、Ｔｉ、ＺｒおよびＶから選ばれる少なくとも１種：１％以下
残部：Ｆｅおよび不可避的不純物
からなり、かつ
（Ｎｂ／９３）＋（Ｔｉ／４８）＋（Ｚｒ／９１）＋（Ｖ／５１）＞（Ｃ／１２）＋（Ｎ／１４）
であるＣｒ含有鋼の熱延板を、８００〜１１００℃で焼鈍した後、５〜８０℃／秒の冷却速度で８００℃から５００℃の間を冷却し、さらに、酸洗した後、冷間圧下率５〜３０％で冷間圧延を行った後にパイプに成形し、８００〜１１００℃で２０分以下の短時間焼鈍を行い、再結晶かつ歪取りを行なう工程を含む、加工性に優れたパイプの製造方法を提供するものである。
【０００９】
以下、本発明のパイプの製造方法（以下、「本発明の方法」という）について詳細に説明する。
【００１０】
本発明の方法は、Ｃｒ含有鋼からなる熱延板から、焼鈍、冷却、酸洗、冷間圧延、パイプ成形および短時間焼鈍の工程によってパイプを製造する方法である。
【００１１】
本発明の方法において、パイプに成形される熱延板を構成するＣｒ含有鋼において、ＣおよびＮの含有量は、それぞれ０．０３％以下、好ましくはそれぞれ０．０１％以下に限定される。ＣおよびＮは、得られるパイプの靱性および加工性に有害であり、低いことが望ましい。
また、本発明の方法において、Ｃｒ含有鋼のＳｉの含有量は、２％以下、好ましくは１％以下に限定される。このＳｉは、耐熱鋼であるＣｒ含有鋼の重要な特性の一つである耐酸化性の向上に有効であり、Ｃｒの含有量が１％であっても、２％程度のＳｉの含有量であれば、実用上問題のない耐酸化性が得られる。Ｓｉの含有量が２％を超えると加工性の劣化が大きく、本発明の方法におけるパイプの造管が困難となる。
【００１２】
さらに、Ｃｒ含有鋼のＭｎの含有量は、２％以下、好ましくは０．１％以下に限定される。このＭｎは、パイプの加工性に有害であり、低いことが望ましい。さらにまた、Ｃｒ含有鋼のＣｒの含有量は、１〜４０％、好ましくは１〜２０％に限定される。このＣｒは、Ｓｉと同様に耐酸化性を向上させる。Ｃｒ含有鋼における耐酸化性は、Ｃｒ、Ｓｉ量に大きく依存し、必要に応じて、任意にそのレベルを調整すればよいが、Ｃｒの含有量が１％未満では、ほとんどの耐熱用途に適用が不可能であり、一方、４０％を超えると、加工性の劣化が著しく、造管が困難となるおそれがある。
【００１３】
また、本発明の方法で用いられるＣｒ含有鋼は、必要に応じて、Ｎｂ、Ｔｉ、ＶおよびＺｒから選ばれる少なくとも１種を含有していてもよい。このＮｂ、Ｔｉ、ＶまたはＺｒは、加工性の向上に有効であるが、添加量が１％を超えると、加工性の劣化を招き、パイプの造管が困難となる。さらに、本発明の方法において、Ｎｂ、Ｔｉ、ＶおよびＺｒから選ばれる少なくとも１種は、Ｃｒ含有鋼中において、炭化物または窒化物を生成して、鋼中のＣ、Ｎを無害化するのに有効である。さらに、このＮｂ、Ｔｉ、ＶおよびＺｒから選ばれる少なくとも１種の添加量は、下記式を満足するように、調整される。
（Ｎｂ／９３）＋（Ｔｉ／４８）＋（Ｚｒ／９１）＋（Ｖ／５１）＞（Ｃ／１２）＋（Ｎ／１４）
【００１４】
さらに、本発明の方法で用いられるＣｒ含有鋼は、前記のＣ、Ｎ、Ｓｉ、ＭｎおよびＣｒ、ならびに必要に応じて添加されるＮｂ、Ｔｉ、ＺｒおよびＶから選ばれる少なくとも１種以外に、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｙ、ＲｅｍおよびＣａを含有していてもよい。ＭｏまたはＣｕの添加は、耐食性の向上に有効であり、Ｍｏを添加する場合、その添加量は４％以下であり、Ｃｕを添加する場合、その添加量は２％以下であるのが好ましい。ＭｏまたはＣｕを添加する場合、Ｍｏの添加量が４％を超えると、あるいはＣｕの添加量が２％を超えると、耐食性の向上の効果が飽和し、コスト上昇の原因となる。また、Ｙ、ＲｅｍおよびＣａから選ばれる少なくとも１種の添加も、耐酸化性の向上に有効であり、Ｙ、ＲｅｍおよびＣａから選ばれる少なくとも１種を添加する場合、その添加量は、０．００５〜０．１％の範囲である。Ｙ、ＲｅｍおよびＣａから選ばれる少なくとも１種の添加量が０．１％を超えると熱間加工性が低下し、０．００５％以下であると耐酸化性の向上効果が得られない。ここで、Ｒｅｍとは、ランタノイド系列の元素をいう。
【００１５】
また、本発明の方法において、このＣｒ含有鋼は、前記のＣ、Ｎ、Ｓｉ、ＭｎおよびＣｒ、ならびに必要に応じて、添加される前記の元素以外の残部として、Ｆｅおよび不可避的不純物を含むものである。
【００１６】
本発明の方法において、前記の組成を有するＣｒ含有鋼からなる熱延板は、焼鈍した後、冷却し、さらに、パイプに成形した後、短時間焼鈍を行って再結晶かつ歪取りを行なう工程に供される。この工程について、後記の実施例で用いた下記の組成：
Ｃ：０．００６％
Ｎ：０．００７％
Ｓｉ：０．８５％
Ｍｎ：０．５１％
Ｃｒ：１４．８％
Ｎｉ：０．２３％
Ｎｂ：０．５１％
Ｖ：０．０９％
残部：Ｆｅおよび不可避的不純物
を有する供試材Ｎｏ．３を用いて、熱延板の焼鈍温度、熱延板の焼鈍後の冷却速度および冷間圧延率を変えてパイプを成形する実験を行い、工程中の各処理条件と、得られたパイプの長さ方向の伸びとの関係を図示した。図１は熱延板の焼鈍温度とパイプの長さ方向の伸びとの関係、図２は熱延板の焼鈍後の冷却速度とパイプの長さ方向の伸びとの関係、図３は冷間圧延率とパイプの長さ方向の伸びとの関係、ならびに図４は熱延板の焼鈍後の冷却速度と冷間圧延率がパイプ造管に及ぼす影響を示す図である。以下、これらの図１〜４に示す実験結果に基づいて、熱延板の焼鈍温度、熱延板の焼鈍後の冷却速度、冷間圧延率等の条件、おらびその限定理由を述べる。
【００１７】
本発明の方法において、Ｃｒ含有鋼からなる熱延板の焼鈍は、８００〜１１００℃、好ましくは９００〜１０５０℃の焼鈍温度で行われる。焼鈍温度が８００℃未満であると、図１に示す結果から理解されるとおり、熱延板が再結晶せずに、パイプ造管後に焼鈍を行っても、パイプ伸びが充分でなく、また、１１００℃を超えると、造管後に焼鈍処理を施さない、造管ままパイプを得る工程と同様の製造コストでありながら、従来の歪み取り焼鈍パイプと同等の良好な加工特性を有するパイプを得ることができるという、本発明の効果を達成することができない。
【００１８】
次に、本発明の方法においては、焼鈍後の熱延板を、８００℃から５００℃までの間の冷却速度が、５〜８０℃／秒となるように冷却が調整される。図２に示す結果から理解されるとおり、８００℃から５００℃の冷却速度が５℃／秒未満であると、後段の冷間圧延における熱延板の脆化が著しく、５％から３０％の冷間圧延率によらず造管時に割れが生じ、造管が不可能となる。冷却速度５℃／秒を境にして造管の可能性が別れ、かつ冷却速度が早い程、良好なパイプ加工性が得られる。しかし、８０℃／秒を超える冷却速度とするには、冷却設備が巨大化するとともに、その費用も莫大なものになるため、冷却速度の上限は８０℃／秒、好ましくは５０℃／秒以上に限定される。
【００１９】
冷却後の熱延板は、酸洗後、冷間圧延される。このとき、冷間圧延率が５〜３０％、好ましくは１０〜２０％に調整される。これは、図３および図４に示す結果から理解されるとおり、冷間圧延率が５％未満では、パイプ焼鈍後の加工性が、従来法による焼鈍処理を施さない工程によるパイプ、または従来法による歪み取り焼鈍パイプに比べても、充分な加工性を有するパイプを得ることができない。一方、３０％を超える冷間圧延率では、造管時に割れを生じ、造管が不可能となる。なお、本発明の方法において、冷間圧延は、いわゆるスキンパス圧延を含む。
【００２０】
次に、本発明の方法において、冷間圧延後、仕上げ焼鈍されずに造管されたパイプは、パイプ形状のまま８００〜１１００℃で２０分以下の短時間で再結晶と歪み取りを兼ねる焼鈍処理が施され、拘束された状態での再結晶かつ歪取りが行われる。この再結晶と歪み取りを兼ねる焼鈍処理における焼鈍温度が８００℃未満では、充分に再結晶せず、また１１００℃以上では粒の粗大化がパイプの外面から発生しやすく、加工性が劣化する。また、２０分以上の焼鈍時間では生産性に劣るため２０分以内の短時間焼鈍に限定する。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例および比較例を挙げ、本発明の方法について具体的に説明する。
【００２２】
（実施例、比較例）
表１に示す組成を有する供試材Ｎｏ．１〜１１からなる５０Ｋｇの鋼塊のそれぞれを、常法によって熱延して種々の板厚の熱延板を作製した。これらの熱延板を、表２−（ａ）（本発明の方法）または表２−（ｂ）（従来法）に示す工程でパイプに造管した。
表２−（ａ）に示す工程では、熱延板を焼鈍した後、冷却速度を制御し、室温まで冷却し、酸洗した。その後、熱延板を２ｍｍまで冷間圧延した。このときの冷間圧延率は、３０〜８０％の範囲とした。冷間圧延後、そのまま４８．６φのパイプ（肉厚：２ｍｍ）に造管し、短時間による再結晶焼鈍を施した。（タイプ１）
また、表２−（ｂ）に示す工程では、熱延板を焼鈍した後、冷却速度を制御し室温まで冷却し、酸洗した。次に、熱延板を２ｍｍまで冷間圧延した後、仕上げ焼鈍、酸洗を行い、さらに４８．６φのパイプ（肉厚：２ｍｍ）に造管した（タイプ２）。また、Ｎｏ．１〜９のタイプ２のパイプについては、さらにパイプの歪み取り焼鈍を行った（タイプ３）ところ、表２−ｂに示すように、Ｌ方向（パイプの長さ方向）の伸びが１０％近く向上することがわかった。
【００２３】
得られたパイプのＬ方向の伸びを測定した結果を表２−（ａ）および（ｂ）に示す。この表２−（ａ）および（ｂ）に示す結果に示すとおり、本発明の方法によって得られるパイプ（タイプ１）は、従来法によるタイプ２または３のパイプと比較して、（タイプ２の伸び＋タイプ３の伸び）／２以上の伸びを示し、かつ、タイプ３と同程度の伸びを示すことがわかった。したがって、本発明の方法によれば、従来法では必要とされていた冷延板の仕上げ焼鈍、酸洗を省略しても、従来法による歪み取り焼鈍を行う高加工性パイプのタイプ３のパイプと同程度の良好な加工性を有するパイプが得られることがわかった。また、供試材Ｎｏ．１０および１１のように、本発明の範囲を外れる鋼組成の鋼を用いた場合には、表２−（ａ）に示すように、造管が不可能であった。
【００２４】
また、図１〜４に示すように、本発明の範囲内の鋼組成の供試材Ｎｏ．３であっても、熱延板の焼鈍温度、熱延板の焼鈍後の冷却速度、冷間圧延率等の各条件が、本発明の範囲を外れると、造管不可能であったり、充分な伸びを有するパイプを得ることができないことがわかる。そのため、本発明に規定するように、工程中の各条件を制御して、はじめて安価で、かつ高い加工性を有するパイプが得られることがわかる。
このように、本発明は、造管素材の製造履歴および造管後の焼鈍条件を制御することによって、安価かつ高加工性パイプを製造できることにあり、▲１▼熱延板焼鈍後の酸洗方法、▲２▼ＴＩＧ溶接、ＥＲＷ溶接、ケージロール方式、ブレイクダウン方式等の造管方法に左右されない方法であることは言うまでもない。
【００２５】
【表１】

【００２６】
【表２】

【００２７】
【表３】

【００２８】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、冷間圧延後の仕上げ焼鈍を行わなくても、素材本来の加工性を最大限に発揮できるように、造管により導入された加工歪みを実質的に０とすることができ、安価な高加工性パイプを得ることができる。そのため、本発明の方法によって得られるパイプは、産業上、極めて有益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱延板の焼鈍温度とパイプの長さ方向の伸びとの関係を示す図。
【図２】熱延板の焼鈍後の冷却速度とパイプのＬ方向の伸びとの関係を示す図。
【図３】冷間圧延率とパイプのＬ方向の伸びとの関係を示す図。
【図４】熱延板の焼鈍後の冷却速度と冷間圧延率がパイプ造管に及ぼす影響を示す図。

Claims

下記組成：
Ｃ：０．０３％以下、
Ｎ：０．０３％以下
Ｓｉ：２％以下、
Ｍｎ：２％以下、
Ｃｒ：１〜４０％
残部：Ｆｅおよび不可避的不純物
からなるＣｒ含有鋼の熱延板を、８００〜１１００℃で焼鈍した後、５〜８０℃／秒の冷却速度で８００℃から５００℃の間を冷却し、さらに、酸洗した後、冷間圧下率５〜３０％で冷間圧延を行った後にパイプに成形し、８００〜１１００℃で２０分以下の短時間焼鈍を行い、再結晶かつ歪取りを行なう工程を含む、加工性に優れたパイプの製造方法。
下記組成：
Ｃ：０．０３％以下、
Ｎ：０．０３％以下
Ｓｉ：２％以下、
Ｍｎ：２％以下、
Ｃｒ：１〜４０％
Ｎｂ、Ｔｉ、ＺｒおよびＶから選ばれる少なくとも１種：１％以下
残部：Ｆｅおよび不可避的不純物
からなり、かつ
（Ｎｂ／９３）＋（Ｔｉ／４８）＋（Ｚｒ／９１）＋（Ｖ／５１）＞（Ｃ／１２）＋（Ｎ／１４）
であるＣｒ含有鋼の熱延板を、８００〜１１００℃で焼鈍した後、５〜８０℃／秒の冷却速度で８００℃から５００℃の間を冷却し、さらに、酸洗した後、冷間圧下率５〜３０％で冷間圧延を行った後にパイプに成形し、８００〜１１００℃で２０分以下の短時間焼鈍を行い、再結晶かつ歪取りを行なう工程を含む、加工性に優れたパイプの製造方法。
前記Ｃｒ含有鋼が、さらに、４％以下のＭｏおよび／または２％以下のＣｕを含有するものである請求項１または２に記載の加工性に優れたパイプの製造方法。
前記Ｃｒ含有鋼が、さらに、２％以下のＮｉを含有するものである請求項１〜３のいずれかに記載の加工性に優れたパイプの製造方法。
前記Ｃｒ含有鋼が、さらに、Ｙ、ＲｅｍおよびＣａから選ばれる少なくとも１種を０．００５〜０．１％含有するものである請求項１〜４のいずれかに記載の加工性に優れたパイプの製造方法。