高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法
【解決課題】高強度中空ばね用シームレス鋼管の製造時にその内面表層部における粗大な内面疵の発生を抑制し、高品質のシームレス鋼管用素管の製造方法を提供すること。
【解決手段】
Ｃ：０.２〜０.７質量％、Ｓｉ：０.５〜３質量％、Ｍｎ：０．１〜２質量％、Ａｌ：０.１質量％以下（０％を含まない）、Ｐ：０.０２質量％以下（０％を含まない）、Ｓ：０.０２質量％以下（０％を含まない）及びＮ: ０.０２質量％以下（０％を含まない）を含有する鋼からなり、且つ、その内面表層部における鋼組織の平均結晶粒径が１５μm以下に調整された中空ビレットを用いて熱間押出加工を行い、中空シームレス鋼管用の素管を製造することを特徴とする高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【解決手段】
Ｃ：０.２〜０.７質量％、Ｓｉ：０.５〜３質量％、Ｍｎ：０．１〜２質量％、Ａｌ：０.１質量％以下（０％を含まない）、Ｐ：０.０２質量％以下（０％を含まない）、Ｓ：０.０２質量％以下（０％を含まない）及びＮ: ０.０２質量％以下（０％を含まない）を含有する鋼からなり、且つ、その内面表層部における鋼組織の平均結晶粒径が１５μm以下に調整された中空ビレットを用いて熱間押出加工を行い、中空シームレス鋼管用の素管を製造することを特徴とする高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度の中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法に関し、特に自動車などに使用される中空形状の鋼製懸架ばねなどの製造に適した高品質のシームレス鋼管用素管の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、排ガス低減や燃費改善を目的とする自動車の軽量化や高出力化の要請が高まるにつれて、サスペンション、エンジン、クラッチ等に使用される懸架ばね、弁ばね、クラッチばね等においても高応力設計が志向されている。そのため、これらのばねは、高強度化・細径化していく方向であり、負荷応力がさらに増大する傾向にある。こうした傾向に対応するため、耐疲労性や耐へたり性においても一段と高性能なばね鋼が強く望まれている。また、耐疲労性や耐へたり性を維持しつつ軽量化を実現するために、ばねの素材としてこれまで用いられている棒状の線材（即ち、中実の線材）ではなく、中空にしたパイプ状の鋼材であって溶接部分のないもの（即ち、シームレスパイプ）をばねの素材として用いられるようになっている。上記のような中空シームレス鋼管を製造するための技術についても、これまでにも様々提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、マンネスマン穿孔の後、マンドレルミル圧延を行う、ばね用の継目無鋼管の製造方法が開示されているが、マンネスマン穿孔時に深い内面疵が発生しやすい問題がある。また特許文献２には円筒状のビレットを用い、静水圧押出することで表面疵の浅いシームレス鋼管を製造する方法が開示されているものの、粗大な内面疵の発生を確実に抑制することができない問題を抱えていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許２５１２９８４号公報
【特許文献２】特開２００７−１２５５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたものであり、高強度中空ばね用シームレス鋼管の製造時、特にその熱間押出工程の加熱時に、中空ビレットの中空表層部における粗大な内面疵の発生を抑制するシームレス鋼管用素管の製造方法を提供することをその課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１．Ｃ：０.２〜０.７質量％、Ｓｉ：０.５〜３質量％、Ｍｎ：０．１〜２質量％、Ａｌ：０.１質量％以下（０％を含まない）、Ｐ：０.０２質量％以下（０％を含まない）、Ｓ：０.０２質量％以下（０％を含まない）及びＮ: ０.０２質量％以下（０％を含まない）を含有する鋼からなり、且つ、その内面表層部における鋼組織の平均結晶粒径が１５μm以下に調整された中空ビレットを用いて熱間押出加工を行い、中空シームレス鋼管用の素管を製造することを特徴とする高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【０００７】
２．前記中空ビレットの内面表層部における鋼組織の結晶粒径の調整を、鍛造仕上げ温度が９００℃以上、１０００℃未満の熱間鍛造によって行なう請求項１に記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【０００８】
３．前記中空ビレットの内面表層部における鋼属組織の結晶粒径の調整を、熱間鍛造後に行う、９００℃以上、１０００℃未満の焼ならし処理によって行う請求項１に記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【０００９】
４．Ｃ：０.２〜０.７質量％、Ｓｉ：０.５〜３質量％、Ｍｎ：０．１〜２質量％、Ａｌ：０.１質量％以下（０％を含まない）、Ｐ：０.０２質量％以下（０％を含まない）、Ｓ：０.０２質量％以下（０％を含まない）及びＮ: ０.０２質量％以下（０％を含まない）を含有する鋼からなる中空ビレットを、５０〜６００℃の温度に一旦予熱してから、熱間押出加工を行って中空シームレス鋼管を製造することを特徴とする高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【００１０】
５．前記鋼が、さらに、Ｃｒ：３質量％以下（０％を含まない）を含有する請求項１〜４のいずれかに記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【００１１】
６．前記鋼が、さらに、Ｂ：０.０１５質量％以下（０％を含まない）を含有する請求項１〜５のいずれかに記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【００１２】
７．前記鋼が、さらに、Ｖ：１質量％以下（０％を含まない）、Ｔｉ：０.３質量％以下（０％を含まない）及びＮｂ：０.３質量％以下（０％を含まない）から選ばれる１以上を含有する請求項１〜６のいずれかに記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【００１３】
８．前記鋼が、さらに、Ｎｉ：３質量％以下（０％を含まない）及びＣｕ：３質量％以下（０％を含まない）から選ばれる１以上を含有する請求項１〜７のいずれかに記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【００１４】
９．前記鋼が、さらに、Ｍｏ：２質量％以下（０％を含まない）を含有する請求項１〜８のいずれかに記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【００１５】
１０．前記鋼が、さらにＣａ：０.００５質量％以下（０％を含まない）、Ｍｇ：０.００５質量％以下（０％を含まない）及びＲＥＭ：０.０２質量％以下（０％を含まない）から選ばれる１以上を含有する請求項１〜９のいずれかに記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【００１６】
１１．前記鋼が、さらに、Ｚｒ：０.１質量％以下（０％を含まない）、Ｔａ：０.１質量％以下（０％を含まない）及びＨｆ：０.１質量％以下（０％を含まない）から選ばれる１種以上を含有する請求項１〜１０のいずれかに記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、内面表層部における粗大な内面疵の発生を抑制し、高品質の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の内容につき、詳述する。
先ず、本発明高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法（以下、本発明法製造方法、本製造方法、本方法、本発明などと略称する場合がある）においてその素材（中空ビレット）となる鋼の化学成分について、その基本成分（元素）であるＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ｎからその成分範囲と限定理由を説明する。なお、以下の各成分についての％表示は全て質量％を意味する。
【００１９】
（１）Ｃ：０.２〜０.７％
Ｃは、高強度を確保するのに必要な元素であり、そのためには０．２０％以上含有させる必要がある。Ｃ含有量は、好ましくは０.３％以上であり、より好ましくは０.３５％以上である。しかしながら、Ｃ含有量が過剰になると、延性の確保が困難になので、０.７％以下とする必要がある。Ｃ含有量は、好ましくは０.６５％以下であり、より好ましくは０.６％以下である。
【００２０】
（２）Ｓｉ：０.５〜３％
Ｓｉは、ばねに必要な耐へたり性の向上に有効な元素であり、本発明で対象とする強度レベルのばねに必要な耐へたり性を得るには、Ｓｉ含有量を０．５％以上とする必要がある。好ましくは１％以上、より好ましくは１.５％以上である。しかしながら、Ｓｉは脱炭を促進させる元素でもあるため、Ｓｉを過剰に含有させると鋼材表面の脱炭層形成を促進させる。その結果、脱炭層削除のためのピーリング工程が必要となるので、製造コストの面で不都合である。こうしたことから、本発明ではＳｉ含有量の上限を３％とした。好ましくは２.５％以下、より好ましくは２.２％以下である。
【００２１】
（３）Ｍｎ：０.１〜２％
Ｍｎは、脱酸元素として利用されると共に、鋼材中の有害元素であるＳとＭｎＳを形成して無害化する有益な元素である。この様な効果を有効に発揮させるには、Ｍｎは０.１％以上含有させる必要がある。好ましくは０．１５％以上、より好ましくは０．２％以上である。しかしながら、Ｍｎ含有量が過剰になると、偏析帯が形成されて材質のばらつきが生じる。こうしたことから、本発明ではＭｎ含有量の上限を２％とした。好ましくは１.５％以下であり、より好ましくは１％以下である。
【００２２】
（４）Ａｌ：０.１％以下（０％を含まない）
Ａｌは、主に脱酸元素として添加される。また、ＮとＡｌＮを形成して固溶Ｎを無害化すると共に組織の微細化にも寄与する。特に固溶Ｎを固定させるには、Ｎ含有量の２倍を超えるようＡｌを含有させることが好ましい。しかしながら、ＡｌはＳｉと同様に脱炭を促進させる元素でもあるため、Ｓｉを多く含有するばね鋼ではＡｌの多量添加を抑える必要があり、本発明では０.１％以下とした。好ましくは０.０７％以下、より好ましくは０.０５％以下である。
【００２３】
（５）Ｐ：０.０２％以下（０％を含まない）
Ｐは、鋼材の靭性や延性を劣化させる有害元素であるため、極力低減することが重要であり、本発明ではその上限を０.０２％とする。好ましくは０.０１％以下、より好ましくは０．００８％以下に抑えるのが良い。尚、Ｐは鋼材に不可避的に含まれる不純物であり、その量を０％にすることは工業生産上困難である。
【００２４】
（６）Ｓ：０.０２％以下（０％を含まない）
Ｓは、上記Ｐと同様に鋼材の靭性や延性を劣化させる有害元素であるため、極力低減することが重要であり、本発明では０.０２％以下に抑える。好ましくは０.０１％以下、より好ましくは０.００８％以下である。尚、Ｓは鋼に不可避的に含まれる不純物であり、その量を０％とすることは工業生産上困難である。
【００２５】
（７）Ｎ：０.０２％以下（０％を含まない）
Ｎは、Ａｌ、Ｔｉ等が存在すると窒化物を形成して組織を微細化させる効果があるが、固溶状態で存在すると、鋼材の靭延性及び耐水素脆化特性を劣化させる。本発明では、Ｎ量の上限を０.０２％とする。好ましくは０．０１％以下、より好ましくは０.００５％以下である。
【００２６】
本発明の対象とする素材は上記の基本成分を必須とするが、さらにこれに選択成分としてＣｒ、Ｂ、[Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ]、[Ｎｉ、Ｃｕ]、Ｍｏ、[Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭ]、[Ｚｒ、Ｔａ及びＨｆ]などを適宜添加、含有させることもできる。これらの選択成分について、その成分範囲と限定理由を説明する。なお、[]で括った成分は同効の元素であることを示している。
【００２７】
Ｃｒ：３％以下（０％を含まない）
Ｃｒは焼戻し後の強度確保や耐食性向上に有効な元素であり、特に高レベルの耐食性が要求される懸架ばねに重要な元素である。こうした効果は、Ｃｒ含有量が増大するにつれて大きくなるが、こうした効果を優先的に発揮させるためには、Ｃｒは０.２％以上含有させることが好ましい。さらに好ましくは０.５％以上とするのがよい。しかしながら、Ｃｒ含有量が過剰になると、過冷組織が発生し易くなると共に、セメンタイトに濃化して塑性変形能を低下させ、冷間加工性の劣化を招く。またＣｒ含有量が過剰になると、セメンタイトとは異なるＣｒ炭化物が形成されやすくなり、強度と延性のバランスが悪くなる。こうしたことから、本発明で用いる鋼材では、Ｃｒ含有量を３％以下に抑えることが好ましい。より好ましくは２％以下、さらに好ましくは１．７％以下である。
【００２８】
Ｂ：０.０１５％以下（０％を含まない）
Ｂは、鋼材の焼入れ・焼戻し後において旧オーステナイト粒界からの破壊を抑制する効果がある。この様な効果を発現させるには、Ｂを０．００１％以上含有させることが好ましい。しかしながら、Ｂを過剰に含有させると、粗大な炭硼化物を形成して鋼材の特性を害する。またＢは、必要以上に含有させると圧延材の疵の発生原因にもなる。こうしたことから、Ｂ含有量の上限を０.０１５％とした。より好ましくは０.０１０％以下、さらに好ましくは０．００５％以下とするのが良い。
【００２９】
［Ｖ：１％以下（０％を含まない）、Ｔｉ：０．３％以下（０％を含まない）およびＮｂ：０．３％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上］
Ｖ、ＴｉおよびＮｂは、Ｃ、Ｎ、Ｓ等と炭・窒化物（炭化物、窒化物および炭窒化物）、或は硫化物等を形成して、これらの元素を無害化する作用を有する。また上記炭・窒化物を形成して組織を微細化する効果も発揮する。更に、耐遅れ破壊特性を改善するという効果も有する。しかしながら、これらの元素の含有量が過剰になると、粗大な炭・窒化物が形成されて靭性や延性が劣化する場合がある。よって本発明では、Ｖ、ＴｉおよびＮｂの含有量の上限を、夫々１％、０．３％、０．３％とすることが好ましい。より好ましくは、Ｖ：０．５％以下、Ｔｉ：０．１％以下、Ｎｂ：０．１％以下である。更には、コスト低減の観点からして、Ｖ：０．３％以下、Ｔｉ：０．０５％以下、Ｎｂ：０．０５％以下とすることが好ましい。
【００３０】
［Ｎｉ：３％以下（０％を含まない）および／またはＣｕ：３％以下（０％を含まない）］
Ｎｉは、コスト低減を考慮した場合には、添加を控えるためその下限を特に設けないが、表層脱炭を抑制したり耐食性を向上させる場合には、０．１％以上含有させることが好ましい。しかしながら、Ｎｉ含有量が過剰になると、圧延材に過冷組織が発生したり、焼入れ後に残留オーステナイトが存在し、鋼材の特性が劣化する場合がある。こうしたことから、Ｎｉを含有させる場合には、その上限を３％とする。コスト低減の観点からは、好ましくは２％以下、より好ましくは１％以下とするのが良い。
【００３１】
Ｃｕは、上記Ｎｉと同様に表層脱炭を抑制したり耐食性を向上するのに有効な元素である。この様な効果を発揮させるには、Ｃｕを０．１％以上含有させることが好ましい。しかしながら、Ｃｕの含有量が過剰になると、過冷組織が発生したり、熱間加工時に割れが生じる場合がある。こうしたことから、Ｃｕを含有させる場合には、その上限を３％とする。コスト低減の観点からは、好ましくは２％以下、より好ましくは１％以下とするのが良い。
【００３２】
Ｍｏ：２％以下（０％を含まない）
Ｍｏは焼戻し後の強度確保、靭性向上に有効な元素である。しかしながら、Ｍｏ含有量が過剰になると靭性が劣化する。こうしたことからＭｏ含有量の上限は２％とすることが好ましい。より好ましくは０．５％以下とするのが良い。
【００３３】
［Ｃａ：０．００５％以下（０％を含まない）、Ｍｇ：０．００５％以下（０％を含まない）およびＲＥＭ：０．０２％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上］
Ｃａ，ＭｇおよびＲＥＭ（希土類元素）は、いずれも硫化物を形成し、ＭｎＳの伸長を防ぐことで、靭性を改善する効果を有し、要求特性に応じて添加することができる。しかしながら、夫々上記上限を超えて含有させると、逆に靭性を劣化させる。夫々の好ましい上限は、Ｃａで０．００３％、Ｍｇで０．００３％、ＲＥＭで０．０１％である。
尚、本発明において、ＲＥＭとは、ランタノイド元素（ＬａからＬｎまでの１５元素）およびＳｃ（スカンジウム）とＹ（イットリウム）を含む意味である。
【００３４】
［Ｚｒ：０．１％以下（０％を含まない）、Ｔａ：０．１％以下（０％を含まない）およびＨｆ：０．１％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上］
これの元素は、Ｎと結びついて窒化物を形成し、安定で加熱時のオーステナイト（γ）粒径の成長を抑制し、最終的な組織を微細化し、靭性を改善する効果がある。但し、いずれも０．１％を超えて過剰に含有させると窒化物が粗大化し、疲労特性を劣化させるため好ましくない。こうしたことから、いずれもその上限を０．１％とした。より好ましい上限はいずれも０．０５％であり、更に好ましい上限は０．０２５％である。
【００３５】
そして、本発明法においては、上記成分を有する高強度ばね用鋼を素材として基本的には熱間押出加工法を適用してシームレス鋼管用素管を製造する。全体の製造工程としては、同成分の鋼を転炉などの精錬炉により溶製し、連続鋳造法により鋳片とし、この鋳片を熱間圧延して素ビレット（角または丸）とする。この素ビレットを熱間鍛造及び／または熱間圧延し、更に必要によって焼ならしなどの熱処理を実施した後、機械加工を行って中空ビレットを成形する。この中空ビレットを熱間押出加工して熱間押出鋼管（シームレス鋼管用素管）を造る。さらに得られたシームレス鋼管用素管に抽伸やピルガーミル圧延などの冷間加工、および軟質化目的の焼鈍、更には焼鈍スケール除去を目的とした酸洗を、通常、複数回繰り返し実施して、製品であるシームレス鋼管形状に成形する。
【００３６】
本発明者らは、かかるシーレス鋼管の製造において発生する粗大な内面疵の原因について種々、検討行なったところ、上記熱間押出加工前の中空ビレットの加熱時に、ビレット内面に割れが発生し、これがその後の冷間加工を経た製品の内面疵として残存することを発見した。このビレット内面の割れは、加熱時に中空部の内面に生じる熱応力によるものであると共に、本発明で対象とする高強度ばね用鋼を用いて熱間押出用ビレットを作製する際には、機械加工性確保のためにフェライト・パーライト組織に制御するが、中炭素鋼のフェライト・パーライト組織は切欠き靭性に乏しいことが要因であることが判明した。
【００３７】
こうした知見から、ビレット材質の切欠き靭性の改善がシームレス鋼管の内面疵発生抑制に有効であることを着想するにいたった。この切欠き靭性を向上させるためには、熱間押出加工前の中空ビレットの鋼組織を適切な結晶粒径の範囲に微細化、調整すること、あるいは中空ビレットを熱間押出加工前に適切な温度範囲に予熱することが重要であることが分かった。これらの条件についてより具体的に説明する。
【００３８】
（Ａ）中空ビレットの鋼組織（平均結晶粒径：１５ミクロン以下）
本発明の対象とする前記鋼成分の高強度ばね用鋼からなる中空ビレットの組織サイズと、熱間押出加工後の割れ発生に関して調査したところ、同ビレットの内面表層部（中空内面表層部）における鋼組織の平均結晶粒径が１５μmを超える場合に内面割れが発生し、一方、この平均結晶粒径が１５μm以下であれば割れが発生しないことが確認された。この結果から、本発明では内面表層部における平均結晶粒径が予め１５μm以下に調整された中空ビレットを用いて熱間押出加工を行なうことを必須とするものである。また、平均結晶粒径を好ましく１２μm以下、さらに好ましくは１０μm以下に調整された中空ビレットとすることにより鋼の切り欠靭性はより改善され、内面割れの発生をさらに確実に抑制することが可能となる。ここで、内面表層部とは内面からの厚みが０.１ｍｍ以下の範囲の領域を示すものである。
【００３９】
そして、この内面表層部の平均結晶粒径を１５μm以下に調整する具体的な方法としては、前記中空ビレットの成形工程における熱間鍛造または熱間圧延の際に、仕上げ温度を９００℃以上、１０００℃未満とするか、熱間鍛造または熱間圧延の後に９００℃以上、１０００℃未満の温度で焼ならし処理を行えば良い。勿論、中空ビレットの上記の平均結晶粒径を１５μm以下に調整できる方法であれば、これらの方法に限定されるものではない。なお、熱間鍛造または熱間圧延の際に、仕上げ温度を９００℃以上、１０００℃未満とする場合、加工前の加熱温度は前記仕上げ温度の条件に制御しやすいようにすればよい。具体的には９００〜１２５０℃程度に加熱をすればよい。また、熱間鍛造または熱間圧延の後に９００℃以上、１０００℃未満の温度で焼ならし処理を行う場合、熱間鍛造または熱間圧延は通常の条件で行えばよい。通常、熱間鍛造や熱間圧延は加熱温度が１０００〜１２５０℃程度、仕上げ温度が１０００℃以上となるような条件で行われる。
【００４０】
（Ｂ）中空ビレットの予熱（予熱温度：５０〜６００℃）
一方、高強度ばね溶鋼の切欠き靭性は比較的低温での加熱状態の影響が大きいことから、熱間押出加工時の加熱の前に予熱することが切欠き靭性を向上に有効ではないかと考え、中空ビレットの予熱温度と熱間押出加工後の割れ発生の関係について調査したところ、この予熱温度が５０〜６００℃とすることにより内面割れが生じないこと分かった。
この結果に基づき、本発明では前記の鋼組織の結晶粒度の調整とは別の手段として、熱間押出加工時の加熱の前に、一旦５０〜６００℃の予熱を行なうことも必須とするものである。また、この中空ビレットの予熱温度の下限を好ましくは１００℃さらに好ましくは３００℃とすることにより、鋼の切り欠靭性はより改善され、内面割れの発生をさらに確実に抑制することができる。
【００４１】
そして、本発明ではこれら（Ａ）及び／または（Ｂ）の条件により処理された後は、中空ビレットを通常の条件で熱間押出加工を行えばよい。通常、熱間押出加工はビレットを９５０〜１１５０℃程度に加熱した後、押出加工を行う。
【００４２】
（実施例）
以下に、本発明の優れた効果を実証するために実施例を挙げる。
供試鋼として表１に示す化学成分を有する中炭素ばね用鋼を溶製し、これを連続鋳造により製造した鋳片を熱間圧延し、１５５角のビレット（鋼片）を作製した後、９００〜１２５０℃の種々の鍛造加熱温度及び鍛造仕上げ温度で熱間鍛造を行って１５０φの丸棒に成形した。一部については、熱間鍛造後に９００℃、９５０℃で焼きならし処理を行った。次に１５０φの丸棒を機械加工して外径１４３φ×内径４０φの押出用中空ビレット作成し、この中空ビレットを高周波加熱により１０００〜１０５０℃に加熱した後、熱間押出加工を行って、外径５４φ×内径３８φの熱間押出鋼管（シームレス鋼管用素管）を得た。
【００４３】
そして、このようにして得られた各シームレス鋼管用素管の軸方向中央部から組織観察用サンプルを湿式切断により採取し、鋼管横断面（押出軸方向と垂直な面）を観察するように観察試料を調整した。この際、金属組織を現出させるための腐食液として、ナイタール（硝酸＋アルコール）を使用した。作製した試料の内面表層部（内面から０.１ｍｍ以下の領域）の鋼組織を、光学顕微鏡を用いて倍率100〜400倍で観察し、フェライトパーライト組織の結晶粒度を、フェライト粒度の測定方法（ＪＩＳＧ０５５２）に準拠して、結晶粒度番号を小数点以下第１位まで測定した。各試料につき５視野の結晶粒度番号を測定して、それらの平均の粒度番号Ｇを算出し、次の式によってμｍの単位に換算した結晶粒径を求めた。
結晶粒径Ｄ（μｍ）＝１０×２(10-G)/2
また、超音波探傷検査により疵の有無をチェックした。超音波探傷検査により、疵信号が認められた場合は、信号部を切断して、疵サイズを測定した。この際、超音波探傷検査で１００μm以上の疵が認められなかったものを○、疵信号があり切断検査で１００μm以上２００μｍ以下だったものを×、２００μｍ超だったものを××として評価した。これらの結果を、前記中空ビレットの製造条件と合わせて表２に示した。
【００４４】
表２の本発明法による実施例（発明例）と比較例との対比から明らかなように、熱間押出加工前の中空ビレット（内面表層部）の平均結晶粒径を１５μｍ以下に調整すること、または同中空ビレットを５０〜６００℃に予熱することによって、熱間押出加工時の加熱によっても割れが発生せず、内面疵のない高品質の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管が得られることが分かる。
【表１】
【表２】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度の中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法に関し、特に自動車などに使用される中空形状の鋼製懸架ばねなどの製造に適した高品質のシームレス鋼管用素管の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、排ガス低減や燃費改善を目的とする自動車の軽量化や高出力化の要請が高まるにつれて、サスペンション、エンジン、クラッチ等に使用される懸架ばね、弁ばね、クラッチばね等においても高応力設計が志向されている。そのため、これらのばねは、高強度化・細径化していく方向であり、負荷応力がさらに増大する傾向にある。こうした傾向に対応するため、耐疲労性や耐へたり性においても一段と高性能なばね鋼が強く望まれている。また、耐疲労性や耐へたり性を維持しつつ軽量化を実現するために、ばねの素材としてこれまで用いられている棒状の線材（即ち、中実の線材）ではなく、中空にしたパイプ状の鋼材であって溶接部分のないもの（即ち、シームレスパイプ）をばねの素材として用いられるようになっている。上記のような中空シームレス鋼管を製造するための技術についても、これまでにも様々提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、マンネスマン穿孔の後、マンドレルミル圧延を行う、ばね用の継目無鋼管の製造方法が開示されているが、マンネスマン穿孔時に深い内面疵が発生しやすい問題がある。また特許文献２には円筒状のビレットを用い、静水圧押出することで表面疵の浅いシームレス鋼管を製造する方法が開示されているものの、粗大な内面疵の発生を確実に抑制することができない問題を抱えていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許２５１２９８４号公報
【特許文献２】特開２００７−１２５５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたものであり、高強度中空ばね用シームレス鋼管の製造時、特にその熱間押出工程の加熱時に、中空ビレットの中空表層部における粗大な内面疵の発生を抑制するシームレス鋼管用素管の製造方法を提供することをその課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１．Ｃ：０.２〜０.７質量％、Ｓｉ：０.５〜３質量％、Ｍｎ：０．１〜２質量％、Ａｌ：０.１質量％以下（０％を含まない）、Ｐ：０.０２質量％以下（０％を含まない）、Ｓ：０.０２質量％以下（０％を含まない）及びＮ: ０.０２質量％以下（０％を含まない）を含有する鋼からなり、且つ、その内面表層部における鋼組織の平均結晶粒径が１５μm以下に調整された中空ビレットを用いて熱間押出加工を行い、中空シームレス鋼管用の素管を製造することを特徴とする高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【０００７】
２．前記中空ビレットの内面表層部における鋼組織の結晶粒径の調整を、鍛造仕上げ温度が９００℃以上、１０００℃未満の熱間鍛造によって行なう請求項１に記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【０００８】
３．前記中空ビレットの内面表層部における鋼属組織の結晶粒径の調整を、熱間鍛造後に行う、９００℃以上、１０００℃未満の焼ならし処理によって行う請求項１に記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【０００９】
４．Ｃ：０.２〜０.７質量％、Ｓｉ：０.５〜３質量％、Ｍｎ：０．１〜２質量％、Ａｌ：０.１質量％以下（０％を含まない）、Ｐ：０.０２質量％以下（０％を含まない）、Ｓ：０.０２質量％以下（０％を含まない）及びＮ: ０.０２質量％以下（０％を含まない）を含有する鋼からなる中空ビレットを、５０〜６００℃の温度に一旦予熱してから、熱間押出加工を行って中空シームレス鋼管を製造することを特徴とする高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【００１０】
５．前記鋼が、さらに、Ｃｒ：３質量％以下（０％を含まない）を含有する請求項１〜４のいずれかに記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【００１１】
６．前記鋼が、さらに、Ｂ：０.０１５質量％以下（０％を含まない）を含有する請求項１〜５のいずれかに記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【００１２】
７．前記鋼が、さらに、Ｖ：１質量％以下（０％を含まない）、Ｔｉ：０.３質量％以下（０％を含まない）及びＮｂ：０.３質量％以下（０％を含まない）から選ばれる１以上を含有する請求項１〜６のいずれかに記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【００１３】
８．前記鋼が、さらに、Ｎｉ：３質量％以下（０％を含まない）及びＣｕ：３質量％以下（０％を含まない）から選ばれる１以上を含有する請求項１〜７のいずれかに記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【００１４】
９．前記鋼が、さらに、Ｍｏ：２質量％以下（０％を含まない）を含有する請求項１〜８のいずれかに記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【００１５】
１０．前記鋼が、さらにＣａ：０.００５質量％以下（０％を含まない）、Ｍｇ：０.００５質量％以下（０％を含まない）及びＲＥＭ：０.０２質量％以下（０％を含まない）から選ばれる１以上を含有する請求項１〜９のいずれかに記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【００１６】
１１．前記鋼が、さらに、Ｚｒ：０.１質量％以下（０％を含まない）、Ｔａ：０.１質量％以下（０％を含まない）及びＨｆ：０.１質量％以下（０％を含まない）から選ばれる１種以上を含有する請求項１〜１０のいずれかに記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、内面表層部における粗大な内面疵の発生を抑制し、高品質の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の内容につき、詳述する。
先ず、本発明高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法（以下、本発明法製造方法、本製造方法、本方法、本発明などと略称する場合がある）においてその素材（中空ビレット）となる鋼の化学成分について、その基本成分（元素）であるＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ｎからその成分範囲と限定理由を説明する。なお、以下の各成分についての％表示は全て質量％を意味する。
【００１９】
（１）Ｃ：０.２〜０.７％
Ｃは、高強度を確保するのに必要な元素であり、そのためには０．２０％以上含有させる必要がある。Ｃ含有量は、好ましくは０.３％以上であり、より好ましくは０.３５％以上である。しかしながら、Ｃ含有量が過剰になると、延性の確保が困難になので、０.７％以下とする必要がある。Ｃ含有量は、好ましくは０.６５％以下であり、より好ましくは０.６％以下である。
【００２０】
（２）Ｓｉ：０.５〜３％
Ｓｉは、ばねに必要な耐へたり性の向上に有効な元素であり、本発明で対象とする強度レベルのばねに必要な耐へたり性を得るには、Ｓｉ含有量を０．５％以上とする必要がある。好ましくは１％以上、より好ましくは１.５％以上である。しかしながら、Ｓｉは脱炭を促進させる元素でもあるため、Ｓｉを過剰に含有させると鋼材表面の脱炭層形成を促進させる。その結果、脱炭層削除のためのピーリング工程が必要となるので、製造コストの面で不都合である。こうしたことから、本発明ではＳｉ含有量の上限を３％とした。好ましくは２.５％以下、より好ましくは２.２％以下である。
【００２１】
（３）Ｍｎ：０.１〜２％
Ｍｎは、脱酸元素として利用されると共に、鋼材中の有害元素であるＳとＭｎＳを形成して無害化する有益な元素である。この様な効果を有効に発揮させるには、Ｍｎは０.１％以上含有させる必要がある。好ましくは０．１５％以上、より好ましくは０．２％以上である。しかしながら、Ｍｎ含有量が過剰になると、偏析帯が形成されて材質のばらつきが生じる。こうしたことから、本発明ではＭｎ含有量の上限を２％とした。好ましくは１.５％以下であり、より好ましくは１％以下である。
【００２２】
（４）Ａｌ：０.１％以下（０％を含まない）
Ａｌは、主に脱酸元素として添加される。また、ＮとＡｌＮを形成して固溶Ｎを無害化すると共に組織の微細化にも寄与する。特に固溶Ｎを固定させるには、Ｎ含有量の２倍を超えるようＡｌを含有させることが好ましい。しかしながら、ＡｌはＳｉと同様に脱炭を促進させる元素でもあるため、Ｓｉを多く含有するばね鋼ではＡｌの多量添加を抑える必要があり、本発明では０.１％以下とした。好ましくは０.０７％以下、より好ましくは０.０５％以下である。
【００２３】
（５）Ｐ：０.０２％以下（０％を含まない）
Ｐは、鋼材の靭性や延性を劣化させる有害元素であるため、極力低減することが重要であり、本発明ではその上限を０.０２％とする。好ましくは０.０１％以下、より好ましくは０．００８％以下に抑えるのが良い。尚、Ｐは鋼材に不可避的に含まれる不純物であり、その量を０％にすることは工業生産上困難である。
【００２４】
（６）Ｓ：０.０２％以下（０％を含まない）
Ｓは、上記Ｐと同様に鋼材の靭性や延性を劣化させる有害元素であるため、極力低減することが重要であり、本発明では０.０２％以下に抑える。好ましくは０.０１％以下、より好ましくは０.００８％以下である。尚、Ｓは鋼に不可避的に含まれる不純物であり、その量を０％とすることは工業生産上困難である。
【００２５】
（７）Ｎ：０.０２％以下（０％を含まない）
Ｎは、Ａｌ、Ｔｉ等が存在すると窒化物を形成して組織を微細化させる効果があるが、固溶状態で存在すると、鋼材の靭延性及び耐水素脆化特性を劣化させる。本発明では、Ｎ量の上限を０.０２％とする。好ましくは０．０１％以下、より好ましくは０.００５％以下である。
【００２６】
本発明の対象とする素材は上記の基本成分を必須とするが、さらにこれに選択成分としてＣｒ、Ｂ、[Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ]、[Ｎｉ、Ｃｕ]、Ｍｏ、[Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭ]、[Ｚｒ、Ｔａ及びＨｆ]などを適宜添加、含有させることもできる。これらの選択成分について、その成分範囲と限定理由を説明する。なお、[]で括った成分は同効の元素であることを示している。
【００２７】
Ｃｒ：３％以下（０％を含まない）
Ｃｒは焼戻し後の強度確保や耐食性向上に有効な元素であり、特に高レベルの耐食性が要求される懸架ばねに重要な元素である。こうした効果は、Ｃｒ含有量が増大するにつれて大きくなるが、こうした効果を優先的に発揮させるためには、Ｃｒは０.２％以上含有させることが好ましい。さらに好ましくは０.５％以上とするのがよい。しかしながら、Ｃｒ含有量が過剰になると、過冷組織が発生し易くなると共に、セメンタイトに濃化して塑性変形能を低下させ、冷間加工性の劣化を招く。またＣｒ含有量が過剰になると、セメンタイトとは異なるＣｒ炭化物が形成されやすくなり、強度と延性のバランスが悪くなる。こうしたことから、本発明で用いる鋼材では、Ｃｒ含有量を３％以下に抑えることが好ましい。より好ましくは２％以下、さらに好ましくは１．７％以下である。
【００２８】
Ｂ：０.０１５％以下（０％を含まない）
Ｂは、鋼材の焼入れ・焼戻し後において旧オーステナイト粒界からの破壊を抑制する効果がある。この様な効果を発現させるには、Ｂを０．００１％以上含有させることが好ましい。しかしながら、Ｂを過剰に含有させると、粗大な炭硼化物を形成して鋼材の特性を害する。またＢは、必要以上に含有させると圧延材の疵の発生原因にもなる。こうしたことから、Ｂ含有量の上限を０.０１５％とした。より好ましくは０.０１０％以下、さらに好ましくは０．００５％以下とするのが良い。
【００２９】
［Ｖ：１％以下（０％を含まない）、Ｔｉ：０．３％以下（０％を含まない）およびＮｂ：０．３％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上］
Ｖ、ＴｉおよびＮｂは、Ｃ、Ｎ、Ｓ等と炭・窒化物（炭化物、窒化物および炭窒化物）、或は硫化物等を形成して、これらの元素を無害化する作用を有する。また上記炭・窒化物を形成して組織を微細化する効果も発揮する。更に、耐遅れ破壊特性を改善するという効果も有する。しかしながら、これらの元素の含有量が過剰になると、粗大な炭・窒化物が形成されて靭性や延性が劣化する場合がある。よって本発明では、Ｖ、ＴｉおよびＮｂの含有量の上限を、夫々１％、０．３％、０．３％とすることが好ましい。より好ましくは、Ｖ：０．５％以下、Ｔｉ：０．１％以下、Ｎｂ：０．１％以下である。更には、コスト低減の観点からして、Ｖ：０．３％以下、Ｔｉ：０．０５％以下、Ｎｂ：０．０５％以下とすることが好ましい。
【００３０】
［Ｎｉ：３％以下（０％を含まない）および／またはＣｕ：３％以下（０％を含まない）］
Ｎｉは、コスト低減を考慮した場合には、添加を控えるためその下限を特に設けないが、表層脱炭を抑制したり耐食性を向上させる場合には、０．１％以上含有させることが好ましい。しかしながら、Ｎｉ含有量が過剰になると、圧延材に過冷組織が発生したり、焼入れ後に残留オーステナイトが存在し、鋼材の特性が劣化する場合がある。こうしたことから、Ｎｉを含有させる場合には、その上限を３％とする。コスト低減の観点からは、好ましくは２％以下、より好ましくは１％以下とするのが良い。
【００３１】
Ｃｕは、上記Ｎｉと同様に表層脱炭を抑制したり耐食性を向上するのに有効な元素である。この様な効果を発揮させるには、Ｃｕを０．１％以上含有させることが好ましい。しかしながら、Ｃｕの含有量が過剰になると、過冷組織が発生したり、熱間加工時に割れが生じる場合がある。こうしたことから、Ｃｕを含有させる場合には、その上限を３％とする。コスト低減の観点からは、好ましくは２％以下、より好ましくは１％以下とするのが良い。
【００３２】
Ｍｏ：２％以下（０％を含まない）
Ｍｏは焼戻し後の強度確保、靭性向上に有効な元素である。しかしながら、Ｍｏ含有量が過剰になると靭性が劣化する。こうしたことからＭｏ含有量の上限は２％とすることが好ましい。より好ましくは０．５％以下とするのが良い。
【００３３】
［Ｃａ：０．００５％以下（０％を含まない）、Ｍｇ：０．００５％以下（０％を含まない）およびＲＥＭ：０．０２％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上］
Ｃａ，ＭｇおよびＲＥＭ（希土類元素）は、いずれも硫化物を形成し、ＭｎＳの伸長を防ぐことで、靭性を改善する効果を有し、要求特性に応じて添加することができる。しかしながら、夫々上記上限を超えて含有させると、逆に靭性を劣化させる。夫々の好ましい上限は、Ｃａで０．００３％、Ｍｇで０．００３％、ＲＥＭで０．０１％である。
尚、本発明において、ＲＥＭとは、ランタノイド元素（ＬａからＬｎまでの１５元素）およびＳｃ（スカンジウム）とＹ（イットリウム）を含む意味である。
【００３４】
［Ｚｒ：０．１％以下（０％を含まない）、Ｔａ：０．１％以下（０％を含まない）およびＨｆ：０．１％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる１種以上］
これの元素は、Ｎと結びついて窒化物を形成し、安定で加熱時のオーステナイト（γ）粒径の成長を抑制し、最終的な組織を微細化し、靭性を改善する効果がある。但し、いずれも０．１％を超えて過剰に含有させると窒化物が粗大化し、疲労特性を劣化させるため好ましくない。こうしたことから、いずれもその上限を０．１％とした。より好ましい上限はいずれも０．０５％であり、更に好ましい上限は０．０２５％である。
【００３５】
そして、本発明法においては、上記成分を有する高強度ばね用鋼を素材として基本的には熱間押出加工法を適用してシームレス鋼管用素管を製造する。全体の製造工程としては、同成分の鋼を転炉などの精錬炉により溶製し、連続鋳造法により鋳片とし、この鋳片を熱間圧延して素ビレット（角または丸）とする。この素ビレットを熱間鍛造及び／または熱間圧延し、更に必要によって焼ならしなどの熱処理を実施した後、機械加工を行って中空ビレットを成形する。この中空ビレットを熱間押出加工して熱間押出鋼管（シームレス鋼管用素管）を造る。さらに得られたシームレス鋼管用素管に抽伸やピルガーミル圧延などの冷間加工、および軟質化目的の焼鈍、更には焼鈍スケール除去を目的とした酸洗を、通常、複数回繰り返し実施して、製品であるシームレス鋼管形状に成形する。
【００３６】
本発明者らは、かかるシーレス鋼管の製造において発生する粗大な内面疵の原因について種々、検討行なったところ、上記熱間押出加工前の中空ビレットの加熱時に、ビレット内面に割れが発生し、これがその後の冷間加工を経た製品の内面疵として残存することを発見した。このビレット内面の割れは、加熱時に中空部の内面に生じる熱応力によるものであると共に、本発明で対象とする高強度ばね用鋼を用いて熱間押出用ビレットを作製する際には、機械加工性確保のためにフェライト・パーライト組織に制御するが、中炭素鋼のフェライト・パーライト組織は切欠き靭性に乏しいことが要因であることが判明した。
【００３７】
こうした知見から、ビレット材質の切欠き靭性の改善がシームレス鋼管の内面疵発生抑制に有効であることを着想するにいたった。この切欠き靭性を向上させるためには、熱間押出加工前の中空ビレットの鋼組織を適切な結晶粒径の範囲に微細化、調整すること、あるいは中空ビレットを熱間押出加工前に適切な温度範囲に予熱することが重要であることが分かった。これらの条件についてより具体的に説明する。
【００３８】
（Ａ）中空ビレットの鋼組織（平均結晶粒径：１５ミクロン以下）
本発明の対象とする前記鋼成分の高強度ばね用鋼からなる中空ビレットの組織サイズと、熱間押出加工後の割れ発生に関して調査したところ、同ビレットの内面表層部（中空内面表層部）における鋼組織の平均結晶粒径が１５μmを超える場合に内面割れが発生し、一方、この平均結晶粒径が１５μm以下であれば割れが発生しないことが確認された。この結果から、本発明では内面表層部における平均結晶粒径が予め１５μm以下に調整された中空ビレットを用いて熱間押出加工を行なうことを必須とするものである。また、平均結晶粒径を好ましく１２μm以下、さらに好ましくは１０μm以下に調整された中空ビレットとすることにより鋼の切り欠靭性はより改善され、内面割れの発生をさらに確実に抑制することが可能となる。ここで、内面表層部とは内面からの厚みが０.１ｍｍ以下の範囲の領域を示すものである。
【００３９】
そして、この内面表層部の平均結晶粒径を１５μm以下に調整する具体的な方法としては、前記中空ビレットの成形工程における熱間鍛造または熱間圧延の際に、仕上げ温度を９００℃以上、１０００℃未満とするか、熱間鍛造または熱間圧延の後に９００℃以上、１０００℃未満の温度で焼ならし処理を行えば良い。勿論、中空ビレットの上記の平均結晶粒径を１５μm以下に調整できる方法であれば、これらの方法に限定されるものではない。なお、熱間鍛造または熱間圧延の際に、仕上げ温度を９００℃以上、１０００℃未満とする場合、加工前の加熱温度は前記仕上げ温度の条件に制御しやすいようにすればよい。具体的には９００〜１２５０℃程度に加熱をすればよい。また、熱間鍛造または熱間圧延の後に９００℃以上、１０００℃未満の温度で焼ならし処理を行う場合、熱間鍛造または熱間圧延は通常の条件で行えばよい。通常、熱間鍛造や熱間圧延は加熱温度が１０００〜１２５０℃程度、仕上げ温度が１０００℃以上となるような条件で行われる。
【００４０】
（Ｂ）中空ビレットの予熱（予熱温度：５０〜６００℃）
一方、高強度ばね溶鋼の切欠き靭性は比較的低温での加熱状態の影響が大きいことから、熱間押出加工時の加熱の前に予熱することが切欠き靭性を向上に有効ではないかと考え、中空ビレットの予熱温度と熱間押出加工後の割れ発生の関係について調査したところ、この予熱温度が５０〜６００℃とすることにより内面割れが生じないこと分かった。
この結果に基づき、本発明では前記の鋼組織の結晶粒度の調整とは別の手段として、熱間押出加工時の加熱の前に、一旦５０〜６００℃の予熱を行なうことも必須とするものである。また、この中空ビレットの予熱温度の下限を好ましくは１００℃さらに好ましくは３００℃とすることにより、鋼の切り欠靭性はより改善され、内面割れの発生をさらに確実に抑制することができる。
【００４１】
そして、本発明ではこれら（Ａ）及び／または（Ｂ）の条件により処理された後は、中空ビレットを通常の条件で熱間押出加工を行えばよい。通常、熱間押出加工はビレットを９５０〜１１５０℃程度に加熱した後、押出加工を行う。
【００４２】
（実施例）
以下に、本発明の優れた効果を実証するために実施例を挙げる。
供試鋼として表１に示す化学成分を有する中炭素ばね用鋼を溶製し、これを連続鋳造により製造した鋳片を熱間圧延し、１５５角のビレット（鋼片）を作製した後、９００〜１２５０℃の種々の鍛造加熱温度及び鍛造仕上げ温度で熱間鍛造を行って１５０φの丸棒に成形した。一部については、熱間鍛造後に９００℃、９５０℃で焼きならし処理を行った。次に１５０φの丸棒を機械加工して外径１４３φ×内径４０φの押出用中空ビレット作成し、この中空ビレットを高周波加熱により１０００〜１０５０℃に加熱した後、熱間押出加工を行って、外径５４φ×内径３８φの熱間押出鋼管（シームレス鋼管用素管）を得た。
【００４３】
そして、このようにして得られた各シームレス鋼管用素管の軸方向中央部から組織観察用サンプルを湿式切断により採取し、鋼管横断面（押出軸方向と垂直な面）を観察するように観察試料を調整した。この際、金属組織を現出させるための腐食液として、ナイタール（硝酸＋アルコール）を使用した。作製した試料の内面表層部（内面から０.１ｍｍ以下の領域）の鋼組織を、光学顕微鏡を用いて倍率100〜400倍で観察し、フェライトパーライト組織の結晶粒度を、フェライト粒度の測定方法（ＪＩＳＧ０５５２）に準拠して、結晶粒度番号を小数点以下第１位まで測定した。各試料につき５視野の結晶粒度番号を測定して、それらの平均の粒度番号Ｇを算出し、次の式によってμｍの単位に換算した結晶粒径を求めた。
結晶粒径Ｄ（μｍ）＝１０×２(10-G)/2
また、超音波探傷検査により疵の有無をチェックした。超音波探傷検査により、疵信号が認められた場合は、信号部を切断して、疵サイズを測定した。この際、超音波探傷検査で１００μm以上の疵が認められなかったものを○、疵信号があり切断検査で１００μm以上２００μｍ以下だったものを×、２００μｍ超だったものを××として評価した。これらの結果を、前記中空ビレットの製造条件と合わせて表２に示した。
【００４４】
表２の本発明法による実施例（発明例）と比較例との対比から明らかなように、熱間押出加工前の中空ビレット（内面表層部）の平均結晶粒径を１５μｍ以下に調整すること、または同中空ビレットを５０〜６００℃に予熱することによって、熱間押出加工時の加熱によっても割れが発生せず、内面疵のない高品質の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管が得られることが分かる。
【表１】
【表２】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０.２〜０.７質量％、Ｓｉ：０.５〜３質量％、Ｍｎ：０．１〜２質量％、Ａｌ：０.１質量％以下（０％を含まない）、Ｐ：０.０２質量％以下（０％を含まない）、Ｓ：０.０２質量％以下（０％を含まない）及びＮ: ０.０２質量％以下（０％を含まない）を含有する鋼からなり、且つ、その内面表層部における鋼組織の平均結晶粒径が１５μm以下に調整された中空ビレットを用いて熱間押出加工を行い、中空シームレス鋼管用の素管を製造することを特徴とする高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【請求項２】
前記中空ビレットの内面表層部における鋼組織の結晶粒径の調整を、鍛造仕上げ温度が９００℃以上、１０００℃未満の熱間鍛造によって行なう請求項１に記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【請求項３】
前記中空ビレットの内面表層部における鋼属組織の結晶粒径の調整を、熱間鍛造後に行う、９００℃以上、１０００℃未満の焼ならし処理によって行う請求項１に記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【請求項４】
Ｃ：０.２〜０.７質量％、Ｓｉ：０.５〜３質量％、Ｍｎ：０．１〜２質量％、Ａｌ：０.１質量％以下（０％を含まない）、Ｐ：０.０２質量％以下（０％を含まない）、Ｓ：０.０２質量％以下（０％を含まない）及びＮ: ０.０２質量％以下（０％を含まない）を含有する鋼からなる中空ビレットを、５０〜６００℃の温度に一旦予熱してから、熱間押出加工を行って中空シームレス鋼管用の素管を製造することを特徴とする高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【請求項５】
前記鋼が、さらに、Ｃｒ：３質量％以下（０％を含まない）を含有する請求項１〜４のいずれかに記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【請求項６】
前記鋼が、さらに、Ｂ：０.０１５質量％以下（０％を含まない）を含有する請求項１〜５のいずれかに記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【請求項７】
前記鋼が、さらに、Ｖ：１質量％以下（０％を含まない）、Ｔｉ：０.３質量％以下（０％を含まない）及びＮｂ：０.３質量％以下（０％を含まない）から選ばれる１以上を含有する請求項１〜６のいずれかに記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【請求項８】
前記鋼が、さらに、Ｎｉ：３質量％以下（０％を含まない）及びＣｕ：３質量％以下（０％を含まない）から選ばれる１以上を含有する請求項１〜７のいずれかに記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【請求項９】
前記鋼が、さらに、Ｍｏ：２質量％以下（０％を含まない）を含有する請求項１〜８のいずれかに記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【請求項１０】
前記鋼が、さらにＣａ：０.００５質量％以下（０％を含まない）、Ｍｇ：０.００５質量％以下（０％を含まない）及びＲＥＭ：０.０２質量％以下（０％を含まない）から選ばれる１以上を含有する請求項１〜９のいずれかに記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【請求項１１】
前記鋼が、さらに、Ｚｒ：０.１質量％以下（０％を含まない）、Ｔａ：０.１質量％以下（０％を含まない）及びＨｆ：０.１質量％以下（０％を含まない）から選ばれる１種以上を含有する請求項１〜１０のいずれかに記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【請求項１】
Ｃ：０.２〜０.７質量％、Ｓｉ：０.５〜３質量％、Ｍｎ：０．１〜２質量％、Ａｌ：０.１質量％以下（０％を含まない）、Ｐ：０.０２質量％以下（０％を含まない）、Ｓ：０.０２質量％以下（０％を含まない）及びＮ: ０.０２質量％以下（０％を含まない）を含有する鋼からなり、且つ、その内面表層部における鋼組織の平均結晶粒径が１５μm以下に調整された中空ビレットを用いて熱間押出加工を行い、中空シームレス鋼管用の素管を製造することを特徴とする高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【請求項２】
前記中空ビレットの内面表層部における鋼組織の結晶粒径の調整を、鍛造仕上げ温度が９００℃以上、１０００℃未満の熱間鍛造によって行なう請求項１に記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【請求項３】
前記中空ビレットの内面表層部における鋼属組織の結晶粒径の調整を、熱間鍛造後に行う、９００℃以上、１０００℃未満の焼ならし処理によって行う請求項１に記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【請求項４】
Ｃ：０.２〜０.７質量％、Ｓｉ：０.５〜３質量％、Ｍｎ：０．１〜２質量％、Ａｌ：０.１質量％以下（０％を含まない）、Ｐ：０.０２質量％以下（０％を含まない）、Ｓ：０.０２質量％以下（０％を含まない）及びＮ: ０.０２質量％以下（０％を含まない）を含有する鋼からなる中空ビレットを、５０〜６００℃の温度に一旦予熱してから、熱間押出加工を行って中空シームレス鋼管用の素管を製造することを特徴とする高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【請求項５】
前記鋼が、さらに、Ｃｒ：３質量％以下（０％を含まない）を含有する請求項１〜４のいずれかに記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【請求項６】
前記鋼が、さらに、Ｂ：０.０１５質量％以下（０％を含まない）を含有する請求項１〜５のいずれかに記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【請求項７】
前記鋼が、さらに、Ｖ：１質量％以下（０％を含まない）、Ｔｉ：０.３質量％以下（０％を含まない）及びＮｂ：０.３質量％以下（０％を含まない）から選ばれる１以上を含有する請求項１〜６のいずれかに記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【請求項８】
前記鋼が、さらに、Ｎｉ：３質量％以下（０％を含まない）及びＣｕ：３質量％以下（０％を含まない）から選ばれる１以上を含有する請求項１〜７のいずれかに記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【請求項９】
前記鋼が、さらに、Ｍｏ：２質量％以下（０％を含まない）を含有する請求項１〜８のいずれかに記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【請求項１０】
前記鋼が、さらにＣａ：０.００５質量％以下（０％を含まない）、Ｍｇ：０.００５質量％以下（０％を含まない）及びＲＥＭ：０.０２質量％以下（０％を含まない）から選ばれる１以上を含有する請求項１〜９のいずれかに記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【請求項１１】
前記鋼が、さらに、Ｚｒ：０.１質量％以下（０％を含まない）、Ｔａ：０.１質量％以下（０％を含まない）及びＨｆ：０.１質量％以下（０％を含まない）から選ばれる１種以上を含有する請求項１〜１０のいずれかに記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管用素管の製造方法。
【公開番号】特開２０１２−１６６２３８（Ｐ２０１２−１６６２３８Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２９２５９（Ｐ２０１１−２９２５９）
【出願日】平成２３年２月１５日（２０１１．２．１５）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（５９１０８１０５５）神鋼メタルプロダクツ株式会社 (17)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１５日（２０１１．２．１５）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（５９１０８１０５５）神鋼メタルプロダクツ株式会社 (17)
【Ｆターム（参考）】
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