本發(fā)明涉及彈簧用空心無縫鋼管，特別是涉及適于汽車等所使用的空心形狀的鋼制懸架彈簧等的制造的高強(qiáng)度彈簧用空心無縫鋼管。

背景技術(shù)：

近年來，隨著以減少廢氣和改善燃油效率為目的的汽車的輕量化和高輸出功率化的要求高漲，在懸掛系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器等所使用的懸架彈簧、閥彈簧、離合器彈簧等之中，也致力于高應(yīng)力設(shè)計(jì)。因此，這些彈簧朝著高強(qiáng)度化、細(xì)直徑化的方向，有載荷應(yīng)力進(jìn)一步增大的傾向。為了應(yīng)對這種傾向，強(qiáng)烈希望在抗疲勞性和抗彈減性上也具有更高性能的彈簧鋼。

另外，為了一邊維持抗疲勞性和抗彈減性一邊實(shí)現(xiàn)輕量化，能夠使用空心的管狀鋼材、無焊接接頭的鋼管(以下，稱空心無縫鋼管)作為彈簧的原材，以之取代作為彈簧的原材至今都在使用的棒狀的線材，即代替實(shí)心線材的使用。用于制造這樣的空心無縫鋼管的技術(shù)，至今為止提出有種種。

例如，在專利文獻(xiàn)1中提出有一種技術(shù)，其是對于由彈簧鋼鋼材構(gòu)成的原材，進(jìn)行作為穿孔軋機(jī)代表的曼內(nèi)斯曼穿孔，其后用芯棒式無縫管軋機(jī)進(jìn)行延伸軋制，再以820～940℃再加熱10～30分鐘，之后終軋的技術(shù)。另外在專利文獻(xiàn)2中公開有一種技術(shù)，其是對于圓筒狀的坯段進(jìn)行熱靜液擠壓加工而制造無縫鋼管中間體，加熱所述無縫鋼管中間體之后，對于加熱后的所述無縫鋼管中間體進(jìn)行周期式軋管機(jī)軋制和拉拔加工之中至少一個(gè)，例如進(jìn)行拉伸等使之伸展，加熱伸展的所述無縫鋼管中間體的技術(shù)。在專利文獻(xiàn)3中，與專利文獻(xiàn)2同樣，也是在加熱擠壓用空心坯段后，進(jìn)行熱擠壓，并進(jìn)行冷加工等而制造無縫鋼管。此外，專利文獻(xiàn)4公開有一種技術(shù)，其是通過熱軋制造棒材后，以槍孔鉆穿孔，并進(jìn)行冷態(tài)的軋制和拉伸(冷加工)而制造無縫管，由此避免穿孔和擠壓時(shí)的加熱，以減輕脫碳的技術(shù)。

這些現(xiàn)有技術(shù)想通過降低脫碳和減少疵點(diǎn)而使疲勞特性提高，但目前要求的是比現(xiàn)有的要求水平更高的疲勞強(qiáng)度。因此，在至今為止提出的這些技術(shù)中，并不能滿足所要求的疲勞強(qiáng)度，耐久性這一點(diǎn)不充分。特別是在更高的應(yīng)力區(qū)域下，至今所提出的技術(shù)在耐久性提高方向存在局限，對于其他的要因也需要進(jìn)行研究。

【現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)】

【專利文獻(xiàn)】

【專利文獻(xiàn)1】日本特開平1－247532號公報(bào)

【專利文獻(xiàn)2】日本專利第4705456號公報(bào)

【專利文獻(xiàn)3】日本特開2012－111979號公報(bào)

【專利文獻(xiàn)4】日本專利第5324311號公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明在這種狀況之下形成，其目的在于，提供一種高強(qiáng)度彈簧用空心無縫鋼管，其所成形的彈簧能夠確保充分的疲勞強(qiáng)度。

達(dá)成上述課題的本發(fā)明，在降低鋼管的壁厚的偏差這一點(diǎn)上具有特征。即，本發(fā)明的彈簧用空心無縫鋼管，在以下方面具有要旨：

所述空心無縫鋼管以質(zhì)量％計(jì)含有

c：0.2～0.7％、

si：0.5～3％、

mn：0.1～2％、

cr：高于0％并在3％以下、

al：高于0％并在0.1％以下、

p：高于0％并在0.02％以下、

s：高于0％并在0.02％以下和

n：高于0％并在0.02％以下，余量是鐵和不可避免的雜質(zhì)，其中，

由下述(1)式計(jì)算的壁厚偏離率為7.0％以下。

壁厚偏離率＝(最大壁厚－最小壁厚)/(平均壁厚)/2×100(1)

本發(fā)明的彈簧用空心無縫鋼管，優(yōu)選跨越其總長，由下述(2)式計(jì)算的壁厚偏離率的最大值在7.0％以下，內(nèi)表面疵點(diǎn)深度為50μm以下，且內(nèi)表面總脫碳層深度為100μm以下。

壁厚偏離率＝(最大壁厚－最小壁厚)/{(最大壁厚+最小壁厚)/2}/2×100(2)

本發(fā)明的彈簧用空心無縫鋼管，根據(jù)需要，優(yōu)選以質(zhì)量％計(jì)，還含有以下的(a)～(f)中的至少任意一種。

(a)b：高于0％并在0.015％以下

(b)從v：高于0％并在1％以下、ti：高于0％并在0.3％以下及nb：高于0％并在0.3％以下所構(gòu)成的群中選擇的一種以上

(c)從ni：高于0％并在3％以下和cu：高于0％并在3％以下所構(gòu)成的群中選擇的一種以上

(d)mo：高于0％并在2％以下

(e)從ca：高于0％并在0.005％以下、mg：高于0％并在0.005％以下和rem：高于0％并在0.02％以下所構(gòu)成的群中選擇的一種以上

(f)zr：高于0％并在0.1％以下，ta：高于0％并在0.1％以下和hf：高于0％并在0.1％以下所構(gòu)成的群中選擇的一種以上

根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)樽鳛殇摴艿谋诤衿钪笜?biāo)的壁厚偏離率被高度降低為7.0％以下，所以能夠提供疲勞強(qiáng)度高，耐久性優(yōu)異的高強(qiáng)度空心彈簧用的無縫鋼管。本發(fā)明的效果特別是在高應(yīng)力區(qū)域能夠顯著地發(fā)揮其效果。

附圖說明

圖1是表示鋼管的壁厚t對于外徑d的比t/d，與壁厚不均造成的內(nèi)表面應(yīng)力的變動(dòng)率的關(guān)系的曲線圖。

圖2是表示鋼管的壁厚t對于外徑d的比t/d與輕量化率的關(guān)系的曲線圖。

圖3是針對每種壁厚繪制出壁厚公差0.1mm之時(shí)的壁厚偏離率的曲線圖。

圖4是表示后述的實(shí)施例中，用于扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)的試驗(yàn)片的形狀的圖。

圖5是表示后述的實(shí)施例1中，壁厚偏離率與扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)的耐久次數(shù)的關(guān)系的曲線圖。

圖6是表示后述的實(shí)施例2中，跨越鋼管的總長的壁厚偏離率的最大值，與扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)的耐久次數(shù)的關(guān)系的曲線圖。

具體實(shí)施方式

在高強(qiáng)度空心彈簧中，存在的課題是不能實(shí)施噴丸硬化的內(nèi)表面其疲勞強(qiáng)度的提高，至今為止，內(nèi)表面的脫碳抑制和疵點(diǎn)減少等都受到研究。相對于此，本發(fā)明者們作為其他影響因素而對于鋼管的壁厚的影響進(jìn)行了銳意研究。其結(jié)果判明，空心的鋼管的壁厚偏離率會對疲勞強(qiáng)度造成影響。

在上述專利文獻(xiàn)1～4這樣的現(xiàn)有技術(shù)中，疵點(diǎn)和脫碳的改善是重要的課題，而對于壁厚偏離率則未予以任何考慮。但是，本發(fā)明者們著眼于壁厚偏離率而進(jìn)行研究的結(jié)果表明，壁厚偏離率對疲勞特性的影響巨大，特別是通過使壁厚偏離率為7.0％以下，則能夠提高無縫鋼管的疲勞強(qiáng)度。壁厚偏離率優(yōu)選為5.0％以下，更優(yōu)選為3.0％以下。壁厚偏離率越小越好，但其下限通常為0.5％左右。

此外，因?yàn)榭缭戒摴艿目傞L，壁厚不均勻，壁厚偏離率也不同，所以為了得到穩(wěn)定的疲勞強(qiáng)度，認(rèn)為優(yōu)選的是跨越總長而抑制壁厚的偏差。即，本發(fā)明的優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施方式中表明，通過跨越鋼管的總長而使壁厚偏離率的最大值為7.0％以下，能夠提高無縫鋼管的疲勞強(qiáng)度。跨越鋼管的總長的壁厚偏離率的最大值更優(yōu)選為5.0％以下，進(jìn)一步優(yōu)選為3.0％以下?？缭戒摴艿目傞L的壁厚偏離率越小越好，但其下限通常為0.5％左右。

在本發(fā)明中，壁厚偏離率由下述(1)式給出。

壁厚偏離率＝(最大壁厚－最小壁厚)/(平均壁厚)/2×100(1)

在此，最大壁厚和最小壁厚，意思分別是在同一斷面內(nèi)，例如每隔90°測量的4處這樣在多處測量到的壁厚的最大值和最小值，平均壁厚意思是在所述多處測量的壁厚的平均值。

另外，跨越鋼管的總長的壁厚偏離率由下述(2)式給出。

壁厚偏離率＝(最大壁厚－最小壁厚)/{(最大壁厚+最小壁厚)/2}/2×100(2)

在此，最大壁厚和最小壁厚意思分別是，在一個(gè)部分例如通過超聲波探針等在鋼管的全周測量到的壁厚的最大值和最小值?？缭戒摴艿目傞L實(shí)施使用該(2)式的壁厚偏離率的測量，將得到的壁厚偏離率的最大值作為“跨越鋼管的總長的壁厚偏離率”。

還有，在本發(fā)明的彈簧用空心無縫鋼管中，所謂“由(1)式計(jì)算的壁厚偏離率在7.0％以下”，可期待實(shí)質(zhì)上跨越鋼管的總長，壁厚偏離率大致為7.0％以下。因此，在例如從管端部等的任意的部分提取的斷面中，多是由(1)式計(jì)算出的壁厚偏離率在7.0％以下的情況。因此，根據(jù)一個(gè)斷面的結(jié)果，就可以求得由(1)式計(jì)算出的壁厚偏離率。

實(shí)際上，在上述專利文獻(xiàn)1～4中，壁厚偏離率說不上良好。例如，專利文獻(xiàn)1中為了制造空心鋼管而使用曼內(nèi)斯曼穿孔，雖然曼內(nèi)斯曼穿孔生產(chǎn)率高，但是與其他的空心化方法相比，空心加工時(shí)，即穿孔時(shí)的材料和工具的拘束弱，所以容易發(fā)生移動(dòng)，難以取得良好的壁厚偏離率。特別是高強(qiáng)度彈簧用的鋼材其變形阻力大，高精度的加工困難。另外在專利文獻(xiàn)2、3中，對于機(jī)械加工的空心坯段進(jìn)行熱靜液擠壓加工。因?yàn)檫M(jìn)行機(jī)械加工，所以坯段的加工精度高，因?yàn)橥ㄟ^靜水壓均等地加工，所以如果與專利文獻(xiàn)1相比，則壁厚偏離率更容易改善。但是，如后述的實(shí)施例所示，在專利文獻(xiàn)2、3所公開的方法中，從耐久性的觀點(diǎn)出發(fā)，得不到充分的壁厚偏離率。另外在專利文獻(xiàn)4中，作為空心化方法，采用的是槍孔鉆加工。該方法其加工精度應(yīng)該也比較良好，但如后述的實(shí)施例所示，得不到充分的壁厚偏離率。

另外在本發(fā)明的優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施方式中，除了控制上述的壁厚偏離率以外，還跨越管總長對于內(nèi)表面疵點(diǎn)和總脫碳進(jìn)行調(diào)整，因此能夠得到更穩(wěn)定的疲勞特性。跨越管總長的內(nèi)表面疵點(diǎn)深度優(yōu)選為50μm以下，總脫碳層深度優(yōu)選為100μm以下。

本發(fā)明中作為對象的空心無縫鋼管中，外徑d為8～22mm左右，壁厚t為0.8～7.7mm左右，壁厚t對于外徑d的比t/d約0.10～0.35。

圖1是在3％、7％、10％的各壁厚偏離率下，繪制壁厚t對于外徑d的比t/d，與壁厚不均造成的內(nèi)表面應(yīng)力的變動(dòng)率的關(guān)系的曲線圖。所述所謂內(nèi)表面應(yīng)力的變動(dòng)率，設(shè)不存在壁厚不均時(shí)的內(nèi)表面應(yīng)力為σ1，存在壁厚不均時(shí)的內(nèi)表面應(yīng)力為σ2時(shí)，為由σ2/σ1給出的值。由圖1可知，壁厚不均發(fā)生時(shí)的內(nèi)表面應(yīng)力變動(dòng)率隨著t/d越高而越變大。另外內(nèi)表面應(yīng)力的變動(dòng)率，在t/d低時(shí)，即使壁厚偏離率變化，其差異也很小，但在t/d高時(shí)，壁厚偏離率對內(nèi)表面應(yīng)力的變動(dòng)率造成的影響變得顯著。如現(xiàn)技術(shù)這樣，在壁厚偏離率高于7.0％時(shí)，特別是t/d為0.15以上時(shí)，壁厚偏離率帶給內(nèi)表面應(yīng)力的變動(dòng)率的影響大，即t/d為0.15以上時(shí)，本發(fā)明特別有效。

另外，圖2是表示t/d與輕量化率的關(guān)系的曲線圖。由圖2可知，t/d越大，輕量化率越降低，在高強(qiáng)度空心彈簧中，要求25％以上的輕量化。因此，t/d優(yōu)選為0.25以下。

圖3是針對每種壁厚，繪制出壁厚公差，即最大壁厚與最小壁厚的差為0.1mm之時(shí)的壁厚偏離率的曲線圖。由圖3可知，例如壁厚為0.5mm時(shí)，即使僅有0.1mm的公差，若換算成壁厚偏離率，也相當(dāng)于10％，另外實(shí)際上在現(xiàn)有技術(shù)中，由于壁厚偏離率高于7.0％，所以薄的壁厚下的壁厚偏離率的改善也非常困難。

本發(fā)明者們，作為用于使空心無縫鋼管的壁厚偏離率為7.0％以下的制造方法，特別對如下方式進(jìn)行了研究，即，通過下述(1)或(2)的方法，制造空心的毛坯管，對該毛坯管再進(jìn)行冷軋、拉伸加工、退火等，由此得到空心無縫鋼管的方法。

(1)由毛坯段通過機(jī)械加工得到空心坯段，使用該空心坯段進(jìn)行熱擠壓的方法

(2)由毛坯段通過熱軋而制造棒鋼后，經(jīng)由槍孔鉆加工使之空心化的方法

所述(1)的熱擠壓的方法中，使空心坯段的尺寸變化，從而壁厚偏離率變化，使空心坯段內(nèi)徑為38mm，能夠?qū)崿F(xiàn)最終得到的無縫鋼管的壁厚偏離率為7.0％以下這樣的毛坯管。另一方面，在上述專利文獻(xiàn)2、3中，空心坯段內(nèi)徑為40mm或52mm，不能達(dá)到7.0％以下的壁厚偏離率。另外，在使用所述(2)的槍孔鉆的方法中，壁厚偏離率根據(jù)棒鋼的尺寸和槍孔鉆加工尺寸發(fā)生變化，通過對直徑40mm的棒鋼實(shí)施直徑20mm的槍孔鉆加工，能夠?qū)崿F(xiàn)最終得到的無縫鋼管的壁厚偏離率為7.0％以下這樣的毛坯管。另一方面，在上述專利文獻(xiàn)4中，對于直徑25mm的棒鋼實(shí)施直徑12mm的槍孔鉆加工，不能實(shí)現(xiàn)7.0％以下的壁厚偏離率。

還有，在上述(1)的方法中，熱擠壓前的加熱溫度例如為1000～1100℃即可。另外在上述(2)的方法中，熱軋時(shí)的加熱溫度例如為950～1100℃左右，最低軋制溫度為800～900℃即可，另外從熱軋后到650～750℃的平均冷卻速度為1.5～5℃/秒左右，使其后至500℃以下的平均冷卻速度為0.3～1.0℃/秒而進(jìn)行冷卻即可。在上述(1)、(2)的任意一種方法中，均以例如900～1000℃對于所得到的毛坯管進(jìn)行5～30分鐘退火，進(jìn)行冷軋和拉伸后，再以600～1000℃左右進(jìn)行退火即可。

為了跨越總長而更確實(shí)地將壁厚偏離率降低至7％以下，發(fā)現(xiàn)在上述(1)的方法中，重要的是減小擠壓前的加熱中的空心坯段縱長方向的溫度差，即降低熱偏差。熱擠壓前的加熱時(shí)間是比較短的時(shí)間，熱偏差容易發(fā)生。因此，通過在加熱前進(jìn)行均熱加熱，則熱偏差減少，能夠降低跨越總長的壁厚偏離率。但是，若均熱加熱溫度過低或均熱加熱時(shí)間過短，則壁厚偏離率降低的效果喪失，或壁厚偏離率增大。另外，若均熱加熱溫度過高或均熱加熱時(shí)間過長，則脫碳發(fā)生，不能跨越總長而使內(nèi)表面總脫碳達(dá)到100μm以下。因此優(yōu)選均熱加熱溫度為900～950℃，均熱加熱時(shí)間為300～2400秒。均熱加熱溫度優(yōu)選為920℃以上，優(yōu)選940℃以下。另外，均熱加熱時(shí)間優(yōu)選為600秒以上，更優(yōu)選為1000秒以上，優(yōu)選為2000秒以下，更優(yōu)選為1500秒以下。

此外擠壓前的加熱溫度優(yōu)選為1100℃以上。若該加熱溫度低于1100℃，則內(nèi)表面疵點(diǎn)的發(fā)生頻度上升，跨越總長而使內(nèi)表面疵點(diǎn)處于50μm以下困難。這被認(rèn)為是由于，溫度高的一方擠壓時(shí)的延展性高，疵點(diǎn)難以發(fā)生。該加熱溫度的上限沒有特別限定，例如為1200℃左右即可。

還有，得到的毛坯管例如以900～1000℃退火5～30分鐘，進(jìn)行冷軋和拉伸后，可再以900～1000℃左右退火。

在本發(fā)明中，由上述的方法能夠?qū)崿F(xiàn)7.0％以下的壁厚偏離率，但本發(fā)明的空心無縫鋼管的制造方法不限定為上述的方法。

接著，對于本發(fā)明的高強(qiáng)度彈簧用空心無縫鋼管的化學(xué)成分進(jìn)行說明。還有，在本申請說明書中顯示的化學(xué)成分組成，全部是質(zhì)量％的意思。

c：0.2～0.7％

c是用于確保強(qiáng)度所需要的元素，c量需要為0.2％以上。c量優(yōu)選為0.30％以上，更優(yōu)選為0.35％以上。但是，若c量過剩，則延展性的確保困難。因此將c量定為0.7％以下。c量優(yōu)選為0.65％以下，更優(yōu)選為0.60％以下。

si：0.5～3％

si對于提高彈簧所需要的抗彈減性是有效的元素，為了得到本發(fā)明中作為對象的強(qiáng)度水平的彈簧所需要的抗彈減性，需要使si量為0.5％以上。si量優(yōu)選為1.0％以上，更優(yōu)選為1.5％以上。但是，si也是促進(jìn)脫碳的元素，因此若使si過剩地含有，則促進(jìn)鋼材表面的脫碳層形成。其結(jié)果是，需要用于削除脫碳層的剝皮工序，因此在制造成本方面不適宜。由此，si量定為3％以下。si量優(yōu)選為2.5％以下，更優(yōu)選為2.2％以下。

mn：0.1～2％

mn作為脫氧元素被利用，并且與鋼材中作為有害元素的s形成mns，是能夠使s無害化的有益的元素。為了有效地發(fā)揮這樣的效果，mn量需要為0.1％以上。mn量優(yōu)選為0.15％以上，更優(yōu)選為0.20％以上。但是，若mn量過剩，則偏析帶形成，材質(zhì)的偏差發(fā)生。因此，mn量定為2％以下。mn量優(yōu)選為1.5％以下，更優(yōu)選為1.0％以下。

cr：高于0％并在3％以下

cr對于回火后的強(qiáng)度確保和耐腐蝕性提高是有效的元素，特別是對于要求有高水平的耐腐蝕性的懸架彈簧來說是重要的元素。這樣的效果隨著cr量增大而變大，為了使這樣的效果有效地發(fā)揮，優(yōu)選使cr含有0.2％以上，更優(yōu)選為0.5％以上。但是，若cr量過剩，則過冷組織容易發(fā)生，并且在滲碳體中稠化而使塑性變形能力降低，招致冷加工性的劣化。另外，若cr量過剩，則與滲碳體不同的cr碳化物容易形成，強(qiáng)度與延展性的平衡惡化。由此，將cr量定為3％以下。cr量優(yōu)選為2.0％以下，更優(yōu)選為1.7％以下。

al：高于0％并在0.1％以下

al主要作為脫氧元素被添加。另外，與n形成aln而使固溶n無害化，并且也有助于組織的微細(xì)化。特別是為了將固溶n作為aln而使之固定，優(yōu)選以高于n含量的2倍的方式含有al。al量優(yōu)選為0.001％以上，更優(yōu)選為0.01％以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.025％以上。但是，al與si同樣，也是使脫碳促進(jìn)的元素，在大量含有si的鋼中，需要抑制al的添加量。因此，al量定為0.1％以下。al量優(yōu)選為0.07％以下，更優(yōu)選為0.05％以下。

p：高于0％并在0.02％以下

p是使鋼材的韌性和延展性劣化的有害元素，因此重要的是極力減少。因此，將p量定為0.02％以下。p量優(yōu)選為0.010％以下，更優(yōu)選為0.008％以下。還有，p是鋼材中不可避免被包含的雜質(zhì)，因此使其量達(dá)到0％在工業(yè)生產(chǎn)上有困難，通常含有0.001％左右。

s：高于0％并在0.02％以下

s與p同樣，是使鋼材的韌性和延展性劣化的有害元素，因此重要的是極力減少。因此，s量定為0.02％以下。s量優(yōu)選為0.010％以下，更優(yōu)選為0.008％以下。還有，s在鋼材中是不可避免被包含的雜質(zhì)，因此使其量達(dá)到0％在工業(yè)生產(chǎn)上困難，通常含有0.001％左右。

n：高于0％并在0.02％以下

若al、ti等存在，則n與其形成氮化物而具有使組織微細(xì)化的效果，但若n以固溶狀態(tài)存在，則使鋼材的韌延展性和抗氫脆性能劣化。因此，n量定為0.02％以下。n量優(yōu)選為0.010％以下，更優(yōu)選為0.005％以下。還有，n在鋼材中是不可避免被包含的元素，因此使其量達(dá)到0％在在工業(yè)生產(chǎn)上困難，通常含有0.001％左右。

本發(fā)明的無縫鋼管的基本成分如上述，余量實(shí)質(zhì)上是鐵。但是，當(dāng)然允許因原材料、物資、制造設(shè)備等的狀況而混入的不可避免的雜質(zhì)包含在鋼中。還有，在本說明書中，余量的不可避免的雜質(zhì)，意思是上述各個(gè)元素除去規(guī)定了含量的不可避免包含的雜質(zhì)以外的不可避免的雜質(zhì)。

此外在本發(fā)明中，也可以根據(jù)需要含有以下的任意元素。

b：高于0％并在0.015％以下

b具有的效果是，在鋼材的淬火、回火后，抑制自舊奧氏體晶界的破壞。為了顯示這樣的效果，b量優(yōu)選為0.001％以上，更優(yōu)選為0.0015％以上。但是，若b量過剩，則形成粗大的碳硼化物，損害鋼材的特性，也成為軋制材的疵點(diǎn)的發(fā)生原因。由此，b量優(yōu)選為0.015％以下。b量更優(yōu)選為0.010％以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.005％以下。

從v：高于0％并在1％以下、ti：高于0％并在0.3％以下及nb：高于0％并在0.3％以下所構(gòu)成的群中選擇的一種以上

v、ti和nb與c、n、s形成碳化物、氮化物和碳氮化物(以下，表述為碳·氮化物)或硫化物，具有使這些c、n、s無害化的作用。另外，上述碳·氮化物也發(fā)揮著使組織微細(xì)化的效果。此外，v、ti和nb也具有改善耐延遲斷裂特性這樣的效果。v量優(yōu)選為0.05％以上，更優(yōu)選為0.1％以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.13％以上。ti量和nb量均優(yōu)選為0.03％以上，更優(yōu)選為0.04％以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.05％以上。

但是，若此v、ti和nb量過剩，則粗大的碳·氮化物形成，有使韌性和延展性劣化的情況。因此，優(yōu)選v量為1％以下，ti量為0.3％以下，nb量為0.3％以下。更優(yōu)選v量為0.5％以下，ti量為0.1％以下，nb量為0.1％以下。此外，從削減成本的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選v量為0.3％以下，ti量為0.05％以下，nb量為0.05％以下。

從ni：高于0％并在3％以下和cu：高于0％并在3％以下所構(gòu)成的群中選擇的一種以上

ni在考慮削減成本時(shí)，為了控制添加而不特別設(shè)定其下限，但進(jìn)行表層脫碳的抑制和耐腐蝕性的提高時(shí)，優(yōu)選使之含有0.1％以上。但是，若ni量過剩，則在軋制材中，由于過冷組織的發(fā)生和淬火后的殘留奧氏體的存在，而存在鋼材的特性劣化的情況。由此，使ni含有時(shí)，優(yōu)選使其上限為3％以下。從削減成本的觀點(diǎn)出發(fā)，ni量優(yōu)選為2.0％以下，更優(yōu)選為1.0％以下。

cu與ni同樣，是對于抑制表層脫碳或提高耐腐蝕性有效的元素。為了有效地發(fā)揮這樣的效果，優(yōu)選使cu含有0.1％以上，更優(yōu)選為0.15％以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.20％以上。但是，若cu量過剩，則有過冷組織和熱加工時(shí)的裂紋發(fā)生的情況。由此，使cu含有時(shí)，優(yōu)選使cu量為3％以下。從降低成本的觀點(diǎn)出發(fā)，cu量優(yōu)選為2.0％以下，更優(yōu)選為1.0％以下。

mo：高于0％并在2％以下

mo對于回火后的強(qiáng)度確保、韌性提高是有效的元素。為了使這樣的效果發(fā)揮，mo量優(yōu)選為0.1％以上，更優(yōu)選為0.2％以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.3％以上。但是，若mo量過剩，則韌性劣化。由此，mo量優(yōu)選為2％以下。mo量更優(yōu)選為1％以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.5％以下。

從ca：高于0％并在0.005％以下、mg：高于0％并在0.005％以下和rem：高于0％并在0.02％以下所構(gòu)成的群中選擇的一種以上

ca、mg和rem(rareearthmetal，稀土類元素)均形成硫化物，防止mns的伸長，從而具有改善韌性的效果，能夠根據(jù)要求特性添加。為了有效地發(fā)揮這樣的效果，ca量、mg量均優(yōu)選0.0005％以上，更優(yōu)選為0.0010％以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.0015％以上。rem量優(yōu)選為0.0005％以上，更優(yōu)選為0.0010％以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.0012％以上。但是，若ca、mg和rem量過剩，則反而使韌性劣化。因此ca量和mg量均優(yōu)選為0.005％以下，更優(yōu)選為0.004％以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.003％以下。rem量優(yōu)選為0.02％以下，更優(yōu)選為0.01％以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.005％以下。還有，在本發(fā)明中，所謂rem，意思是從la到ln的15種鑭系元素、和sc及y。

從zr：高于0％并在0.1％以下、ta：高于0％并在0.1％以下和hf：高于0％并在0.1％以下所構(gòu)成的群中選擇的一種以上

zr、ta和hf與n結(jié)合而形成氮化物，由此抑制加熱時(shí)的奧氏體粒徑的生長，使最終的組織微細(xì)化，具有改善韌性的效果。為了有效地發(fā)揮這樣的效果，zr量優(yōu)選為0.01％以上，更優(yōu)選為0.03％以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.05％以上。ta量和hf量均優(yōu)選為0.01％以上，更優(yōu)選為0.02％以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.03％以上。但是，若zr、ta和hf量過剩，則氮化物粗大化，使疲勞特性劣化，因此不為優(yōu)選。由此，zr量優(yōu)選為0.1％以下，更優(yōu)選為0.09％以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.05％以下，特別是優(yōu)選為0.025％以下。ta量和hf量均優(yōu)選為0.1％以下，更優(yōu)選為0.08％以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.05％以下，特別優(yōu)選為0.025％以下。

【實(shí)施例】

以下，列舉實(shí)施例更具體地說明本發(fā)明。本發(fā)明不受以下的實(shí)施例限制，在能夠符合前述、后述的宗旨的范圍，當(dāng)然也可以適當(dāng)加以變更實(shí)施，這些均包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。

通過通常的熔煉法，熔煉表1所示的化學(xué)成分組成的鋼液，鑄造該鋼液進(jìn)行開坯軋制，成為斷面形狀為155mm×155mm的毛坯段。還有，表1中的rem，以含有l(wèi)a為50％左右和ce為25％左右的混合稀土的形態(tài)添加。

(表1)

在使用空心坯段進(jìn)行熱擠壓的方法中，由上述毛坯段通過機(jī)械加工而制成圓筒狀的空心坯段，進(jìn)行熱擠壓而得到毛坯管。其后，實(shí)施冷軋、拉伸加工，制成外徑16mm、內(nèi)徑8mm、長度3000mm的空心無縫鋼管。詳細(xì)的制造方法如表2的a～d所示。

在通過熱軋制造棒鋼后，由槍孔鉆加工使之空心化的方法中，由上述毛坯段以表2的e、f所述的條件進(jìn)行熱軋，得到棒鋼，利用槍孔鉆加工使之空心化而得到毛坯管。其后，實(shí)施冷軋、拉伸加工，制成外徑16mm，內(nèi)徑8mm，長3000mm的空心無縫鋼管。

還有，表2的c是上述專利文獻(xiàn)3所公開的制造方法，d是上述專利文獻(xiàn)2所公開的方法，e是上述專利文獻(xiàn)4所公開的方法。

(表2)

由以下的方法對于如此得到的空心無縫鋼管進(jìn)行測量和評價(jià)。

(1)壁厚偏離率的測量

用千分尺每隔90°測量所述空心無縫鋼管的管端部的壁厚4處，由下述(1)式計(jì)算壁厚偏離率。

壁厚偏離率＝(最大壁厚－最小壁厚)/(平均壁厚)/2×100(1)

(2)疲勞特性的評價(jià)

對于所述空心無縫鋼管，以下述的條件進(jìn)行淬火·回火處理。

淬火條件：以925℃保持10分鐘后，油冷

回火條件：以390℃保持40分鐘后，水冷

將所述淬火·回火后的空心無縫鋼管，加工成圖4所示的圓筒形試驗(yàn)片1。圖4(a)是主視圖，(b)是表示試驗(yàn)片的端面的側(cè)視圖。使用該圓筒試驗(yàn)片1進(jìn)行扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)。試驗(yàn)片的內(nèi)徑約8.0mm，拘束部1a的外徑為16mm，中央部1b的外徑為12mm，由中央部的外表面應(yīng)力表示的載荷應(yīng)力為550±375mpa。測量截至斷裂的次數(shù)作為耐久次數(shù)，經(jīng)過10⁶次仍未斷裂的停止試驗(yàn)。

結(jié)果顯示在表3、圖5中。圖5是在本發(fā)明的發(fā)明例和比較例中，表示壁厚偏離率與扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)的耐久次數(shù)的關(guān)系的曲線圖。(表3)

壁厚偏離率為7.0％以下的表3的no.1、6～9、14～20，相當(dāng)于圖5的圓形標(biāo)記，扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)的耐久次數(shù)在105次以上，顯示出良好的耐久性。特別是壁厚偏離率在5.0％以下的no.1、6～9、15～20，其耐久次數(shù)為5×10⁵次以上，壁厚偏離率進(jìn)一步在3.0％以下的no.1、7～9、15～17、19，其耐久次數(shù)為10⁶回以上。另一方面，壁厚偏離率高于7.0％的no.2～5、10～13，如圖5的×標(biāo)記所示，耐久次數(shù)低于10⁵次。其中no.3～5、11～13，是以相當(dāng)于上述專利文獻(xiàn)2～4的制造條件c～e制造的例子，成為壁厚偏離率高于7.0％的結(jié)果。

2.實(shí)施例2

由通常的熔煉法，對于實(shí)施例1的表1所示的化學(xué)成分組成的鋼液進(jìn)行熔煉，鑄造該鋼液并開坯軋制，成為斷面形狀為155mm×155mm的毛坯段。還有，表1中的rem，以含有l(wèi)a為50％左右和ce25％左右的混合稀土的形態(tài)添加。

在表4所述的a～g的條件下，由毛坯段得到空心毛坯管，其后實(shí)施冷軋和拉伸加工，由此制成外徑16mm、內(nèi)徑8mm、長3000mm的空心無縫鋼管。條件a～f是由毛坯段通過機(jī)械加工得到空心坯段，對其進(jìn)行熱擠壓而得到空心毛坯管的方法，條件g是由毛坯段通過熱軋而得到棒鋼，對其進(jìn)行槍孔鉆加工，從而得到空心毛坯管的方法。條件e是相當(dāng)于上述專利文獻(xiàn)3所公開的制造方法，f是上述專利文獻(xiàn)2所公開的方法，g是上述專利文獻(xiàn)4所公開的方法。

(表4)

由以下的方法，對于如此得到的空心無縫鋼管進(jìn)行測量和評價(jià)。

(1)壁厚偏離率的測量

對于所述空心無縫鋼管，按以下的要領(lǐng)測量壁厚。

(1－a)管端部的壁厚測量

對于最終得到的空心無縫鋼管，以千分尺每隔90°測量管端部的壁厚4處，由下述(1)式計(jì)算壁厚偏離率。

壁厚偏離率＝(最大壁厚－最小壁厚)/(平均壁厚)/2×100(1)

(1－b)總長的壁厚測量

對于所述空心無縫鋼管，一邊使鋼管旋轉(zhuǎn)，一邊使得與鋼管的外表面接觸的超聲波探針沿鋼管的縱長方向掃描，由此遍及管全周和總長測量壁厚。根據(jù)所得到的壁厚測量結(jié)果，由探針掃描鋼管一周時(shí)的最大壁厚與最小壁厚，通過下述(2)式計(jì)算壁厚偏離率?？缭娇傞L，同樣測量壁厚偏離率，求得最大的壁厚偏離率。

這時(shí)，以能夠毫無遺漏檢查總長、全周的方式，調(diào)整超聲波傳感器的掃描速度、管的旋轉(zhuǎn)速度、測量間距。另外，為了保證定量性，在檢查前進(jìn)行超聲波測量的校正。具體來說，就是以千分尺測量鋼管端部，根據(jù)其結(jié)果進(jìn)行超聲波測量的校正。

壁厚偏離率＝(最大壁厚－最小壁厚)/{(最大壁厚+最小壁厚)/2}/2×100(2)

(2)內(nèi)表面疵點(diǎn)的測量

與上述(1－b)的總長的壁厚測量同樣，利用超聲波探針測量管全周和總長的內(nèi)表面疵點(diǎn)深度。另外為了保證定量性，使用內(nèi)表面具有尺寸已知的人造疵點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)管離線檢查，進(jìn)行校正。

(3)內(nèi)表面總脫碳的測量

脫碳以斷面觀察進(jìn)行評價(jià)。為了評價(jià)縱長方向的脫碳的偏差，對鋼管進(jìn)行10等分，提取10個(gè)試樣。將試樣的切斷面埋入樹脂進(jìn)行鏡面研磨后，進(jìn)行硝酸乙醇腐蝕液腐蝕，使用光學(xué)顯微鏡以倍率200倍進(jìn)行觀察，測量10個(gè)試樣的內(nèi)表面總脫碳層深度的最大深度。

(4)疲勞特性的評價(jià)

對于所述空心無縫鋼管，以下述的條件進(jìn)行淬火·回火處理。

淬火條件：以925℃保持10分鐘保持后，油冷

回火條件：以390℃保持40分鐘后，水冷

將所述淬火·回火后的空心無縫鋼管，加工成圖4所示的圓筒形試驗(yàn)片1。圖4(a)為主視圖，(b)是表示試驗(yàn)片的端面的側(cè)視圖。對于該圓筒試驗(yàn)片1，各試驗(yàn)no.中各使用10個(gè)進(jìn)行扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)。試驗(yàn)片的內(nèi)徑約8.0mm，拘束部1a的外徑為16mm，中央部1b的外徑為12mm，由中央部1b的外表面應(yīng)力表示的載荷應(yīng)力為550±375mpa。測量至斷裂的次數(shù)作為耐久次數(shù)，10⁶次仍未斷裂的則停止試驗(yàn)。10個(gè)之中，最短的耐久次數(shù)作為各試驗(yàn)no.的耐久次數(shù)并顯示在表3中。

(1)～(4)的測量結(jié)果顯示在表5和圖6中。圖6是表示本發(fā)明的發(fā)明例和比較例中，跨越空心無縫鋼管的總長的壁厚偏離率的最大值，與扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)的耐久次數(shù)的關(guān)系的曲線圖。

(表5)

跨越鋼管的總長，壁厚偏離率在7.0％以下，內(nèi)表面疵點(diǎn)深度為50μm以下，內(nèi)表面總脫碳層深度為100μm以下的表3的no.1、10、12、14、23、25～27、29、30，相當(dāng)于圖6的圓形標(biāo)記，扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)的耐久次數(shù)為10⁵次以上，顯示出良好的耐久性。特別是壁厚偏離率越低，耐久次數(shù)越有顯著增加的傾向，壁厚偏離率為3.0％以下的no.10、12、14、23、25中，耐久次數(shù)均達(dá)到10⁶次以上。

另一方面，壁厚偏離率高于7.0％的no.2、4～8、15、17～21，相當(dāng)于圖6的×標(biāo)記，耐久次數(shù)急劇降低。但是，即使壁厚偏離率為7.0％以下，但內(nèi)表面總脫碳層深度或內(nèi)表面疵點(diǎn)深度的至少任意一個(gè)不滿足本發(fā)明的要件的no.3、9、11、13、16、22、24、28，如圖5的三角標(biāo)記所示，耐久次數(shù)也低。還有，以作為現(xiàn)有技術(shù)的制造條件e～g制造的no.6～8、19～21中，均為壁厚偏離率高于7.0％的結(jié)果。

本申請伴隨以申請日為2015年1月7日的日本國專利申請，專利申請第2015－001710號和申請日為2015年1月7日的日本國專利申請，專利申請第2015－001711號為基礎(chǔ)的優(yōu)先權(quán)主張。專利申請第2015－001710號和專利申請第2015－001711號通過參照編入本說明書。

本發(fā)明包括以下方式。

方式1：

一種彈簧用空心無縫鋼管，是以質(zhì)量％計(jì)含有

c：0.2～0.7％、

si：0.5～3％、

mn：0.1～2％、

cr：高于0％并在3％以下、

al：高于0％并在0.1％以下、

p：高于0％并在0.02％以下、

s：高于0％并在0.02％以下和

n：高于0％并在0.02％以下，余量是鐵和不可避免的雜質(zhì)的空心無縫鋼管，其中，

由下述(1)式計(jì)算出的壁厚偏離率為7.0％以下。

壁厚偏離率＝(最大壁厚－最小壁厚)/(平均壁厚)/2×100(1)方式2：

根據(jù)方式1所述的彈簧用空心無縫鋼管，其中，跨越鋼管的總長，由所述(2)式計(jì)算出的壁厚偏離率的最大值為7.0％以下，內(nèi)表面疵點(diǎn)深度為50μm以下，且內(nèi)表面總脫碳層深度為100μm以下。

壁厚偏離率＝(最大壁厚－最小壁厚)/{(最大壁厚+最小壁厚)/2}/2×100(2)

方式3：

根據(jù)方式1或2所述的空心無縫鋼管，以質(zhì)量％計(jì)還含有b：高于0％并在0.015％以下。

方式4：

根據(jù)方式1～3中任一項(xiàng)所述的空心無縫鋼管，其以質(zhì)量％計(jì)還含有從v：高于0％并在1％以下、ti：高于0％并在0.3％以下及nb：高于0％并在0.3％以下所構(gòu)成的群中選擇的一種以上。

方式5：

根據(jù)方式1～4中任一項(xiàng)所述的空心無縫鋼管，其以質(zhì)量％計(jì)還含有從ni：高于0％并在3％以下和cu：高于0％并在3％以下所構(gòu)成的群中選擇的一種以上。

方式6：

根據(jù)方式1～5中任一項(xiàng)所述的空心無縫鋼管，其以質(zhì)量％計(jì)還含有mo：高于0％并在2％以下。

方式7：

根據(jù)方式1～6中任一項(xiàng)所述的空心無縫鋼管，其以質(zhì)量％計(jì)還含有從ca：高于0％并在0.005％以下、mg：高于0％并在0.005％以下和rem：高于0％并在0.02％以下所構(gòu)成的群中選擇的一種以上。

方式8：

根據(jù)方式1～7中任一項(xiàng)所述的空心無縫鋼管，其以質(zhì)量％計(jì)還含有從zr：高于0％并在0.1％以下、ta：高于0％并在0.1％以下和hf：高于0％并在0.1％以下所構(gòu)成的群中選擇的一種以上。

【產(chǎn)業(yè)上的可利用性】

如果使用本發(fā)明的空心無縫鋼管，則能夠制造疲勞強(qiáng)度高、耐久性優(yōu)異的高強(qiáng)度空心彈簧，本發(fā)明能夠適用于例如強(qiáng)度在1100mpa以上，優(yōu)選為1200mpa以上，進(jìn)一步優(yōu)選為1300mpa以上的彈簧。因此，根據(jù)本發(fā)明，能夠推進(jìn)懸架彈簧、閥彈簧、離合器彈簧等的零件的空心化，能夠?qū)崿F(xiàn)汽車等的車輛的進(jìn)一步輕量化，因此工業(yè)上有用。

【符號的說明】

1圓筒形試驗(yàn)片

1a拘束部

1b中央部

1c空洞