[发明专利]韧性和焊接性优异的机械结构用高强度无缝钢管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及适合于机械结构构件特别是适合于汽缸、套筒、悬臂等结构构件以及轴等机械用构件的无缝钢管及其制造方法。 

背景技术

汽车和工程机械所使用的机械部件，是将棒钢锻造、切削加工形成为规定的形状之后，通过调质热处理而被赋予规定的力学性质。近年来，关于中空形状部件，使用具有所需要的力学性质的钢管作为坯材，通过缩短锻造工序以及省略热处理工序来谋求制造成本降低的情况不断增加。 

可是，一般地钢管比棒钢的价格高，特别是无缝钢管由于制造成本高，有时即使使用钢管作为中空形状部件的坯材，成本降低的效果也不充分。 

因此，人们研讨着提供降低了制造成本的廉价的钢管，曾提出了省略了热态制管后的调质热处理的所谓的非调质型的机械部件用钢管以及结构用钢管(例如参照日本特开平5-202447号公报、日本特开平10-130783号公报、日本特开平10-204571号公报、日本特开平10-324946号公报、日本特开平11-36017号公报、日本特开2004-292857号公报、日本特开2001-247931号公报)。 

可是，日本特开平5-202447号公报、日本特开平10-130783号公报、日本特开平10-204571号公报、日本特开平10-324946号公报、日本特开平11-36017号公报、日本特开2004-292857号公报所记载的钢管，均是C含量较高，大量地添加碳氮化物生成元素来提高淬硬性和析出强化能力，得到所规定的强度的钢管。 

因此，合金成本增高，另外，需要用于防止焊接时发生裂纹的预热等， 还存在损害生产率的问题。 

日本特开2001-247931号公报所记载的方法是通过在600～750℃这一相当低的温度下进行热轧来细化金属组织提高其强度的。低温轧制虽然对于厚板轧制而言是普通的技术，但是如果在低温下进行无缝轧制，则存在由于与工具接触而容易发生缺陷和过烧等问题，因此现实中适用范围被大大限制。 

另外，人们曾提出了热加工无缝钢管之后通过加速冷却来提高其强度的技术(例如参照日本专利第3503211号公报以及日本特开平7-41856号公报)。日本专利第3503211号公报所记载的方法是将最终精轧后的钢管的内表面空冷，将外表面以10～60℃/秒从Ar₃点以上的温度冷却到500～400℃的范围，然后空冷的方法。日本特开平7-41856号公报所记载的方法是以热轧态直接进行淬火或加速冷却的方法。 

可是，这些技术所涉及的是油井管，由于在加速冷却后进行回火，因此制造成本较高，由于不需要考虑焊接性，因此是含有0.1％以上的碳的钢管。与此相对，在机械结构用钢管之中，汽缸和套筒等所使用的钢管，要求韧性和焊接性的情况较多，因此优选将碳量限制为小于0.1％。 

发明内容

本发明是鉴于上述现状而完成的，提供特别适合于汽缸、套筒、悬臂(boom)等结构构件以及轴(shaft)等机械用构件的要求高强度、高韧性以及焊接性的机械结构构件用无缝钢管，还提供不进行回火而廉价制造该钢管的方法。 

本发明者们研讨了通过只从外表面加速冷却，生成即使在外表面和内表面产生冷却速度的差别的环境下，在板厚方向整个截面仍可同时具备高强度和高韧性的最佳的组织的化学成分、加速冷却的冷却速度和停止温度的组合。 

本发明是基于由这样的研讨得到的见解而完成的，其要旨如下。 

(1)一种韧性和焊接性优异的机械结构用高强度无缝钢管，其特征在于，以质量％计，含有C：0.03％以上且小于0.1％、Mn：0.8～2.5％、Ti：0.005～0.035％、Nb：0.003～0.04％、B：0.0003～0.003％，且下述元素限制为Si：0.5％以下、Al：0.05％以下、P：0.015％以下、S：0.008％以下、N：0.008％以下，还含有Ni：0.1～1.5％、Cr：0.1～1.5％、Cu：0.1～1.0％、Mo：0.05～0.5％的一种或两种以上，其余量由Fe以及不可避免的杂质组成，金属组织为自回火马氏体单一组织或自回火马氏体与下贝氏体的混合组织。 

(2)根据上述(1)所述的韧性和焊接性优异的机械结构用高强度无缝钢管，其特征在于，在上述金属组织中，由取向差为15°以上的大角度晶界包围的区域的平均径为30μm以下。