CN101410194A - 驱动轴用冷精加工无缝钢管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供驱动轴用冷精加工无缝钢管及其制造方法。对于钢的成分设计，降低含有的S量，并且，在利用张力减径机进行的定径轧制中将轧制辊做成更接近正圆的孔型轮廓，使辊边部相当位置的管的形状比(内表面的曲率半径与平均内半径之比)适当，或者即使在被定径轧制后的管坯中产生内表面折皱的情况下，在之后的冷拔时通过确保规定的壁厚加工度，可以作为可用作汽车用驱动轴的、轻量化、静音化最佳的、高强度且耐疲劳强度优良的空心构件来使用。由此，可以用低廉的制造成本且高效地制造汽车用驱动轴。

Description

驱动轴用冷精加工无缝钢管及其制造方法

技术领域

本发明涉及驱动轴用冷精加工无缝钢管及其制造方法，更详细地讲，是涉及可用作汽车用驱动轴的轻量化和静音性最佳、高强度且耐疲劳强度优良的空心构件的冷精加工无缝钢管、以及高效地制造该无缝钢管的方法。

背景技术

最近，针对保护地球环境的必要性的提高，谋求汽车车体的轻量化，更进一步要求达到节能效果。因此，从车体轻量化的方面考虑，尝试将汽车用零件由实心构件替换为空心构件。针对这样的尝试，可在汽车的驱动轴中采用空心构件。

具体地讲，为了在具有汽车车体的轻量化的同时还具有操纵性、静音性，开始在局部采用3段(使用对构件的中间部未实施高频淬火等热处理的钢管，在等速万向节、连结于差动齿轮的端部使用中空材料、锻造材料)摩擦加压焊接型的空心驱动轴。

由于汽车用驱动轴是向驱动轮传递发动机转轴的转矩的重要保护零件，因此，需要确保充分的耐疲劳强度，但在将无缝钢管用作空心构件的情况下，根据钢管的制造条件，有时候会在空心构件的内表面残留折皱状伤痕、即在与长度方向垂直的截面内表面形成的凹凸伤痕(以下称作“内表面折皱”)。在内表面折皱残留时，其成为疲劳裂缝的起点等而易于导致破损，显著降低驱动轴的耐疲劳强度。

因此，对于制造驱动轴的空心构件所采用的钢管，研究出向钢管内插入除顶头之外的芯棒而反复冷拔到规定尺寸的方法，在反复冷拔的方法中，可以将钢管的内外表面加工成平滑，将其精加工为规定尺寸，但由于为了获得平滑的内表面而需要反复地数次进行拉拔加工和中间退火，因此，存在制造成本增加这样的问题。

为了解决这样的问题，在日本专利第2822849号公报中，提出了这样的方法，即，利用曼内斯曼(Mannersmann)制管法，使用张力减径机(stretch reducer)来高效地制造无缝钢管，通过喷丸磨削等切削该钢管内表面而制造驱动轴等汽车用无缝钢管。采用该制造方法，通过将热轧后的无缝钢管的内表面切削加工20μm～500μm，去除产生于钢管内表面的折皱，从而谋求提高耐疲劳强度。

但是，采用这样的喷丸的内表面磨削需要大量的处理时间。具体地讲，可用作驱动轴用的钢管的对象是内径为15φ～25φ左右的小径构件，但为了确保上述磨削量而对它们的管内表面实施喷丸加工需要几十分钟到几个小时的大量的处理时间。因此，在日本专利第2822849号公报中提出的制造方法中，存在制造成本增加、且无法确保产业上必要的量产性这样的大问题。

以热加工制造无缝钢管的曼内斯曼制管法由在实心钢坯的中心部开孔的穿孔工序、以该穿孔后的空心管坯的壁厚加工为目的的延伸轧制工序、和减小管坯外径而将其精加工为目标尺寸的定径轧制工序构成。

通常，在穿孔工序中采用曼内斯曼穿孔机、交叉型穿孔轧制机、压力穿孔机等穿孔轧制机，在延伸轧制工序中采用芯棒式无缝管轧机、自动轧管机、阿塞尔穿孔机等轧制机、并且，在定径轧制工序中采用张力减径机、定径机等孔型轧制机。

图1是说明以热加工制造无缝钢管的曼内斯曼制管法的制造工序一个例子的图。该制管方法将被加热为规定温度的实心的圆钢坯1作为被轧制材料，用穿孔轧制机3在其轴心部开设穿孔而制造空心管坯2，将其进给到后续的芯棒式无缝管轧机4的延伸轧制装置而将其延伸轧制。通过芯棒式无缝管轧机4的空心管坯2接着被装入再热炉5而被再次加热之后，通过张力减径机6的定径轧制装置而制造出可用于冷加工用管坯等的无缝钢管。

在这样的制管法中，对于图示的张力减径机6的构造，按压空心管坯2的一对轧制辊由3个以轧制线(pass line)为中心相面对配置的孔型轧制辊6r构成，这些孔型轧制辊6r配置于多个轧制机，在相邻的轧制机之间，各个孔型轧制辊6r在与轧制线垂直的面内使其按压方向各错开60°地交叉配置。

作为其它的张力减径机的构造，可采用包括在与轧制线垂直的面内使其按压方向各错开90°地交叉配置的4个孔型轧制辊的4辊式定径轧制装置、以及包括面向各轧制机的2个孔型轧制辊的2辊式定径轧制装置。

但是，由于可用作定径轧制装置的张力减径机不使用芯轴等内表面限制工具而通过外径缩径轧制来精加工空心管坯，因此，易于在热轧制后的钢管内表面产生纵筋状的折皱。

并且，在上述图1所示的张力减径机的例子中，由于是由3个轧制辊构成的外径缩径轧制，因此，空心管坯相对于轧制线从3个方向受到按压。因此，热精加工后的钢管的内表面形状不是正圆，而是有棱角或多边形化的圆，易于在其内表面形成凹凸形状。仅通过喷丸等磨削加工来将该内表面的凹凸形状矫正为正圆较为困难。

通常，采用空心构件的驱动轴为了确保耐疲劳强度而谋求高强度化，但在被该高强度化的材料中，以内表面折皱为起点的疲劳裂纹易于发展，有时会显著降低耐疲劳强度。因而，随着驱动轴用空心构件的高强度化，疲劳裂纹产生的应力集中敏感性升高，强烈要求确保内表面品质。

发明内容

本发明即是鉴于随着制造以往的驱动轴等汽车用无缝钢管产生的问题点而做成的，其目的在于提供这样的冷精加工无缝钢管及其制造方法，即，通过使用由曼内斯曼制管法热轧制后的管坯来实施冷拔，特别是作为摩擦焊接型等接合型的空心驱动轴，汽车用驱动轴的轻量化、静音性最佳，高强度且耐疲劳强度优良。

由于驱动轴是将汽车发动机的转轴转矩传递到驱动轮的零件，因此，期望不产生可成为疲劳破坏起点的缺陷，但如上所述，由于张力减径机等定径轧制装置不使用内表面限制工具而通过外径缩径轧制来精加工空心管坯，因此，易于在热轧制后的钢管中产生纵筋状的内表面折皱。

因此，对于将作为空心构件而制造的钢管保持原样地使用的摩擦焊接型驱动轴，对影响疲劳寿命的内表面折皱、特别是内表面折皱的深度对耐疲劳强度的影响进行了研究。

图2是以具有传动轴的汽车的驱动系统来例示连结于驱动轮的驱动轴的整体概略构造的图。在图示的构造中，驱动轴7由外端连结于驱动轮的等长轴7a、和将一端连接于差动齿轮装置10且配置于中间部的中间轴(Intermediate Shaft)7b构成。差动齿轮装置10固定于车体，其输入轴借助联轴器11连结于传动轴12，但在车体构造上无法配置于车体的中心部。

另外，在本发明中的传动轴用是指使用于构成上述传动轴7的轴7a或7b等。

作为驱动转矩的动力传递效率，使用等长轴7a连结于驱动轮较为有效，因此，在中间部配置中间轴(Intermediate Shaft)7b，可利用等长轴7a来连结。将钢管照原样使用的摩擦加压焊接型驱动轴通常用作连结于驱动轮的驱动轴中的中间轴(Intermediate Shaft)7b。

例如，在作为中间轴传递转轴转矩时，对驱动轴的外表面作用大于内表面的剪切应力。因此，在驱动轴的内表面没有折皱等缺陷的状态下，内外表面的疲劳极限剪切应力均足够大的情况下，疲劳裂纹自作用有大于内表面的剪切应力的外表面侧产生、发展。

因而，即使在内表面存在内表面折皱的情况下，若可以控制产生于内表面侧的内表面折皱，使得内表面侧的疲劳极限剪切应力不超过在外表面侧规定的剪切应力，即使是残留于作为空心构件而制造的钢管的内表面折皱，作为结果，也不会影响驱动轴的疲劳寿命，在实用上也没有问题。

由这样的观点详细调查残留于被冷精加工后的钢管的内表面折皱对驱动轴的疲劳寿命的影响，结果，得出作为其界限的深度为0.20mm的见解。

并且，作为上述见解的前提，对在利用张力减径机等进行的定径轧制中的内表面折皱的产生动作进行了研究。结果发现，在定径轧制时，在被轧制管的孔型轧制辊的辊边部相当位置集中产生内表面折皱，因此，内表面折皱导致轧制辊的孔型轮廓为椭圆形状，通过做成更接近正圆的孔型轮廓，并使辊边部相当位置的管的形状比(内表面的曲率半径与平均内半径之比)适当，可以将内表面折皱的深度控制为不影响驱动轴的疲劳寿命。

另外可明确，即使在被定径轧制后的管坯中产生内表面折皱的情况下，此后的冷拔时，只要可以在还由于管坯偏厚等因素而产生的最小壁厚部(棱角底部)确保规定的壁厚加工度，就可以抑制助长内表面折皱。

还发现，对于钢的成分设计，可以通过降低含有的S量来改善驱动轴的疲劳试验中的高循环侧的疲劳寿命，从而也可明确，采用低S钢作为驱动轴用钢管较为有效。

本发明是基于这样的技术见解而完成的，其将下记(1)、(5)的驱动轴用冷精加工无缝钢管、以及(2)～(6)的驱动轴用冷精加工无缝钢管的制造方法作为主旨。

(1)一种驱动轴用冷精加工无缝钢管，其特征在于，钢组成为，以质量％计，含有C：0.30～0.47％、Si：0.50％以下、Mn：0.50～2.00％、P：0.020％以下、S：0.005％以下及Al：0.001～0.050％，剩余部分由Fe及杂质构成；抗拉强度为784Mpa以上、且950Mpa以下；在与长度方向垂直的截面中的内表面残留的内表面折皱的深度为0.20mm以下。

(2)一种驱动轴用冷精加工无缝钢管的制造方法，其特征在于，以质量％计，使用含有C：0.30～0.47％、Si：0.50％以下、Mn：0.50～2.00％、P：0.020％以下、S：0.005％以下及Al：0.001～0.050％、剩余部分由Fe及杂质构成的钢坯，在利用曼内斯曼制管法进行穿孔轧制之后接着进行延伸轧制，之后使用由至少包括2个孔型轧制辊的多个轧制机构成的定径轧制装置进行定径轧制时，在上述各轧制机中互相相邻的孔型轧制辊的相面对的辊边部引出切线，将各个切线所成的角度β(度)中的、全部轧制机中最小的角度设为βmin(度)的情况下，使用满足下记(1)式的孔型轧制辊来轧制管坯，并进一步对上述管坯实施冷拔。

βmin≥1.13×10×ln(t/D×100)+1.37×10²...(1)

其中，D：定径轧制后的管外径(mm)、t：定径轧制后的管壁厚(mm)、ln(x)：x的自然对数。

(3)在上记(2)的驱动轴用冷精加工无缝钢管的制造方法中，通过在对管坯进一步冷拔时使该管坯的最小壁厚部的壁厚加工度为10％以上，可以使在与其长度方向垂直的截面中的内表面残留的内表面折皱的深度为0.10mm以下。在此，在将拉拔加工前的管坯壁厚设为t、拉拔加工后的精加工壁厚设为tf的情况下，壁厚加工度是由下面的(2)式定义的值。

壁厚加工度＝{(t-tf)/t}×100(％)...(2)

(4)一种驱动轴用冷精加工无缝钢管的制造方法，其特征在于，以质量％计，使用含有C：0.30～0.47％、Si：0.50％以下、Mn：0.50～2.00％、P：0.020％以下、S：0.005％以下及Al：0.001～0.050％、剩余部分由Fe及杂质构成的钢坯，通过曼内斯曼制管法并利用穿孔轧制、延伸轧制及定径轧制来轧制管坯，对上述管坯冷抽丝时，以该管坯的最小壁厚部的壁厚加工度为10％以上的程度进行加工。

(5)在上述(1)的驱动轴用冷精加工无缝钢管及上述(2)～(4)的其制造方法中，可以替代Fe的一部分而含有下述中的1种或2种以上：Cr：1.5％以下、Ti：0.05％以下、Nb：0.05％以下、V：0.1％以下、Mo：1％以下、Ni：0.5％以下、Cu：0.5％以下、B：0.05％以下及Ca：0.01％以下。

(6)在上述(2)～(5)的驱动轴用冷精加工无缝钢管的制造方法中，通过在对热轧制后的管坯冷拔之后进行应力去除退火，可以使抗拉强度为784Mpa以上、950Mpa以下。

采用本发明的驱动轴用冷精加工无缝钢管，通过使用由曼内斯曼制管法热轧制后的管坯来实施冷拔，可以将其用作汽车用驱动轴的轻量化、静音性最佳的、高强度且耐疲劳强度优良的空心构件。因而，通过应用本发明的制造方法，可以用低廉的制造成本且高效地制造汽车用驱动轴，因此，可以在工业上效果显著地广泛地应用。

附图说明

图1是说明热制造无缝钢管的曼内斯曼制管法的制造工序一个例子的图。

图2是表示连结于驱动轮的驱动轴的整体概略构造的图。

图3是作为与钢管的长度方向垂直的截面的形状而表示残留在钢管内表面的内表面折皱的状况的图。

图4是作为与钢管的长度方向垂直的截面的形状而表示残留在钢管内表面的另一形态的内表面折皱的状况的图。

图5是表示外径加工度为50％以上的情况下的、管坯的辊边部相当位置的管的形状比(内表面曲率半径与平均内半径之比)在全部轧制机(No.1～N)中的平均值α、与产生于管坯中的内表面折皱的深度的关系的图。

图6是表示在定径轧制装置的各轧制机中互相相邻的孔型轧制辊的相面对的辊边部引出切线，各个切线所成的角度β(度)中的、全部轧制机中最小的角度βmin(度)与定径轧制后的管尺寸t/D的关系的图。

图7是表示张力减径机所采用的轧制辊的孔型形状的图。

图8是说明为了规定本发明所采用的孔型轧制辊而在辊边部引出的切线所成的角度的计算要领的图。

图9是表示张力减径机所采用的其它轧制辊的局部的孔型轮廓的图。

图10是说明在实施例中实施的扭转疲劳试验所采用的实验片的构造的图。

具体实施方式

本发明的驱动轴用冷精加工无缝钢管的特征在于，残留于内表面的内表面折皱的深度为0.20mm以下，从而，保持原样地使用钢管的空心驱动轴、特别是摩擦加压焊接型等的接合型空心驱动轴可以发挥优良的耐疲劳强度。

在此，纵观钢管的整个内表面，规定的内表面折皱的深度设为其中最深的内表面折皱的深度。另外，内表面折皱的深度测定例如，可以自钢管的管端提取显微观察用的试验材料，并通过显微观察内表面整周来进行。

图3及图4是作为与钢管的长度方向垂直的截面的形状而表示残留在钢管内表面的、形态各异的内表面折皱的状况的图，在各自的(b)中表示规定内表面折皱的深度的方法。即，内表面折皱的深度由从折皱的两肩顶部A、B中的、较高的顶部(图中为A部)到折皱底部的距离来规定。

通过将残留于内表面的内表面折皱的深度控制为0.20mm以下，可以抑制内表面折皱前端的疲劳极限剪切应力不超过由外表面侧规定的剪切应力。通过控制该内表面折皱的深度，如后述的实施例那样地，在最大剪切应力τ＝±145N/mm²(完全对称)的条件下实施扭转疲劳试验的情况下，到断裂为止的重复次数为100万次以上，不会影响汽车用驱动轴的疲劳寿命，不会产生实用上的问题。

在本发明的驱动轴用冷精加工无缝钢管中，使抗拉强度大于等于784Mpa、且小于等于950Mpa。为了确保驱动轴的耐疲劳强度，期望提高其强度、刚性，因此使抗拉强度大于等于784Mpa。另一方面，在抗拉强度大于950Mpa时，韧性降低，因此设置上限。

并且，通过降低钢管所含有的S量，可以改善驱动轴的疲劳试验中的高循环侧的疲劳寿命。因而，本发明的驱动轴用冷精加工无缝钢管的特征还在于，使用低S钢(S：0.005％以下)，其抗拉强度为大于等于784Mpa、且小于等于950Mpa的高强度。

分项说明本发明的驱动轴用冷精加工无缝钢管发挥上述特征所需要的钢组成以及制造条件。在以下说明中，钢的化学组成用“质量％”表示。

1.钢组成

C：0.30～0.47％

C是增加钢的强度、提高耐疲劳强度的元素，但具有降低韧性的作用。在其含有量小于0.30％时，无法获得充分的强度。另一方面，在其含有量大于0.47％时，冷加工后的强度过高而韧性降低。因此，使C含有量为0.30～0.47％。

Si：0.50％以下

Si是有助于钢的脱氧及增加强度的元素，但在其含有量大于0.5％时，无法确保冷加工性。因而，为了确保良好的冷加工性，使Si含有量为0.5％以下。

Mn：0.50～2.00％

Mn是有助于提高钢的强度和韧性的元素，但在其含有量小于0.5％时，无法获得充分的强度和韧性，另外，在其含有量大于2.00％时，冷加工性降低。因此，使Mn含有量为0.50～2.00％。

P：0.020％以下

P作为杂质包含于钢中，凝固时在最终凝固位置附近浓度较大，且偏析于晶界而降低热加工性、韧性以及耐疲劳强度。在P含有量大于0.020％时，因晶界偏析而导致韧性降低及耐疲劳强度降低，因此，P作为杂质的上限为0.020％。

S：0.005％以下

S是与P同样地作为杂质包含于钢中的元素，凝固时偏析于晶界，降低热加工性及韧性。并且，在S含有量大于0.005％时，钢中的MnS增加，并且耐疲劳强度显著降低。因此，作为杂质的S含有量的上限为0.005％。

Al：0.001～0.050％

Al是起到脱氧剂作用的元素。为了获得作为脱氧剂的效果，需要含有0.001％以上，另一方面，在其含有量大于0.050％时，钢中的铝系夹杂物增加，导致耐疲劳强度降低。因此，使Al含有量为0.001～0.050％。

并且，本发明的驱动轴用冷精加工无缝钢管为了在提高耐疲劳强度的基础之上改善诸性能，可以在上述钢组成的基础之上还含有下述中的1种或2种以上的成分：Cr：1.5％以下、Ti：0.05％以下、Nb：0.05％以下、V：0.1％以下、Mo：1％以下、Ni：0.5％以下、Cu：0.5％以下、B：0.05％以下及Ca：0.01％以下。

2.制造条件

热工序中的制造条件

如上述图1所示，作为本发明的驱动轴用冷精加工钢管的制造方法的一个例子，可以列举采用芯棒式无缝管轧机以及张力减径机的曼内斯曼制管法。

此时，利用张力减径机进行的定径轧制可以适当地提高被轧制的管内表面的真圆度，抑制在轧制过程中内表面形状的多边形化，有效地抑制内表面折皱的产生及发展(若需要，参照同一申请人的WO 2005/092531A1小册子)。

图5是表示外径加工度为50％以上的情况下的、管坯的辊边部相当位置的管的形状比(内表面曲率半径与平均内半径之比)在全部轧制机(No.1～N)中的平均值α、与产生于管坯中的内表面折皱的深度的关系的图。

在图5中，表示在对各轧制机所具有的孔型轧制辊6的孔型轮廓的条件进行各种改变的同时，将外径为100mm、壁厚为11mm的碳素钢管定径轧制为外径为40mm、壁厚为9.6mm的情况下的关系。但是，在将定径轧制前的管外径设为Di，定径轧制后的管外径设为D的情况下，外径加工度由下面的(3)式定义。

外径加工度＝{(Di-D)/Di}×100(％)...(3)

另外，平均值α是这样的值，即，在各轧制机出口侧使用三维形状测定器(东京精密公司制)来测定管坯的辊边部相当位置的内表面的曲率半径以及平均内半径，以全部轧制机个数对基于该测定值而针对各轧制机出口侧逐个计算出的管的形状比求得的平均值。另一方面，内表面折皱的深度是在定径轧制装置6的出口侧测定的管坯折皱深度的最大值，是切下轧制后的管坯的一部分作为样品，显微观察并测定截面而得到的值。折皱深度的测定方法依据上述图3及图4中规定的方法。

由图5所示的关系可知，以平均值α为0.55前后为界，若平均值小于0.55，则内表面折皱的深度急剧增大，反之，若平均值α大于等于0.55，则可以有效地抑制产生于钢管内表面的折皱的产生及发展。

图6是表示在定径轧制装置的各轧制机中互相相邻的孔型轧制辊的相面对的辊边部引出切线，各个切线所成的角度β(度)中的、全部轧制机中最小的角度βmin(度)与定径轧制后的管尺寸t/D的关系的图。在图6所示的关系中，以“○”绘制的数据表示被轧制后的管坯的上述平均值α为0.55，以“●”绘制的数据表示被轧制后的管坯的上述平均值α大于0.55，以“×”绘制的数据表示上述平均值α小于0.55。

由图6所示的关系可知，为了使管坯的上述平均值α大于等于0.55，相对于各t/D，将全部轧制机中最小的角度βmin设定在规定值以上即可。即，对于各t/D，使管坯的上述平均值α为0.55的βmin的值近似于以t/D为变量的函数(自然对数变量)，将轧制辊6的孔型轮廓设定为βmin为该近似函数以上的值即可。

具体地讲，在接着穿孔轧制地进行延伸轧制之后，使用由多个轧制机构成的张力减径机等定径轧制装置来定径轧制时，在上述各轧制机中互相相邻的孔型轧制辊的相面对的辊边部引出切线，将各个切线所成的角度β(度)中的、全部轧制机中最小的角度设为βmin(度)的情况下，需要使用满足下记(1)式的孔型轧制辊。其中，D：定径轧制后的管外径(mm)、t：定径轧制后的管壁厚(mm)、以及ln(x)：x的自然对数。

βmin≥1.13×10×ln(t/D×100)+1.37×10²...(1)

图7是表示3辊式张力减径机所采用的轧制辊的孔型形状的图。配置于张力减径机的孔型轧制辊6r的孔型形状具有以自位于轧制线的孔型中心O向外方偏心(偏心量S)的孔型中心O’为中心的半径R的圆弧，该圆弧以与轧制辊6r的凸缘侧壁面F直接交叉的方式构成孔型轮廓PR。而且，轧制辊6r的辊边部E成为孔型轮廓PR的端部，相当于上述半径R的圆弧的端部。

如上所述，在利用张力减径机进行定径轧制时，由于在被轧制管的轧制辊的辊边部相当位置产生内表面折皱，所以在使孔型轮廓适当的同时，辊边部相当位置的管的形状比(内表面曲率半径与平均内半径之比，平均值α)与内表面折皱的深度之间存在恒定的关系，因此，如上记(1)式所示地相对于t/D将角度β设定为规定值即可。

图8是说明为了规定本发明所采用的孔型轧制辊而在辊边部引出的切线所成的角度的计算要领的图。首先，在配置于张力减径机的各轧制机的轧制辊6ra的辊边部Ea引出切线(辊边部Ea附近的孔型轮廓的切线)La，在与轧制辊6ra相邻的轧制辊6rb的辊边部中的、与辊边部Ea相面对的辊边部Eb引出切线(辊边部Eb附近的孔型轮廓的切线)Lb，计算两切线La、Lb所成的角度β。

其次，将分别计算出的角度β中的、全部轧制机中最小的角度设为βmin，以满足上记(1)式的方式设定孔型轧制辊6r的孔型轮廓即可。若使用如上述那样设定的轧制辊6r、利用张力减径机进行定径轧制，则可以抑制产生被轧制管的内表面折皱，即使在产生了内表面折皱的情况下，也可以有效地抑制其发展。

图9是表示张力减径机所采用的其它轧制辊的局部的孔型轮廓的图。在本发明中作为对象的轧制辊6r的孔型轮廓并不限定于上述图7、图8，如图9的(a)所示，作为孔型轧制辊6r的孔型轮廓PR，也可以采用由半径不同的多个圆弧构成的、与凸缘侧壁面F直接交叉的形状。这种情况下的孔型轧制辊6r的辊边部E相当于位于最靠近凸缘侧的圆弧(半径Rn)的端部。

并且，也可以采用如图9的(b)、(c)所示的在孔型轮廓PR与孔型轧制辊6r的凸缘侧壁面F之间设有由圆弧构成的“避让部”、由直线构成的“避让部”的形状的情况。这种情况下的孔型轧制辊6r的辊边部E相当于构成孔型轮廓PR的圆弧的端部(位于最靠近凸缘侧的圆弧的端部)。

冷工序中的制造条件

如上所述，被张力减径机定径轧制后的管坯随着外径缩径轧制而从2～4个方向受到轧制辊的按压，因此，有时在轧制辊的辊边部相当位置产生内表面折皱，或产生棱角。特别是在不使用满足上记(1)式的孔型轧制辊的情况下，会显著产生内表面折皱、棱角。

在本发明的驱动轴用冷精加工钢管中，通过在利用热轧制来制造管坯之后实施拉拔加工，不仅可以抑制助长内表面折皱，也可以改善产生的棱角。并且，还可以谋求加工管整个内外表面的平滑化。

本发明中应用的拉拔加工只要可拉拽芯棒(顶头)，则也可以使用圆筒顶头及SF顶头(半浮式顶头)中的任一种。

在本发明中应用的拉拔加工中，并不限定截面减少率、壁厚加工度，但如上所述，由于被热轧制后的管坯的内表面形状不是正圆，而是棱角、多边形化，再加上管坯偏厚等因素，所以在管坯的最小壁厚部(棱角底部)无法确保规定的壁厚加工度，存在助长内表面折皱的倾向。因此，期望可以通过将管坯的最小壁厚部的壁厚加工度确保在10％以上，来抑制助长内表面折皱。

并且，对本发明的驱动轴用冷精加工无缝钢管不实施高频淬火等热处理，而需要在抗拉强度大于等于784Mpa、且小于等于950Mpa的高强度条件下进行控制，因此，为了在利用冷拔进行精加工之后调整最终的抗拉强度，在大于等于450℃、且小于等于Ac1的温度下实施应力去除退火较佳。具体的应力去除退火的温度条件可考虑冷拔中的加工条件、钢组成来决定。

实施例

使用由表1所示的化学组成的钢种A～D构成的4种钢坯，利用曼内斯曼制管法并通过穿孔机穿孔轧制、芯棒式无缝管轧机以及张力减径机来制造冷加工用管坯。

表1

注)·表中标注了*的部分表示超出了本发明所规定的范围。

在将各钢坯加热至穿孔温度(例如1250℃)之后，使用穿孔机将其做成空心管坯，在利用芯棒式无缝管轧机将其延伸轧制之后，改变配置于张力减径机的孔型轧制辊的最小凸缘接触角βmin，制造出外径为50.8mm、壁厚为8.5、8.2及8.0mm的3种尺寸的管坯。

测定此时管圆周方向上的最小壁厚、以及产生的内表面折皱的深度，将此时热工序中的加工条件(除张力减径机的轧制辊条件之外)及最小壁厚、以及内表面折皱深度的测定结果表示于表2中。

通过对获得的冷加工用管坯实施拉拔加工，将其加工为外径为40.0mm、壁厚为7.0mm的精加工尺寸，之后，为了调整最终的抗拉强度，在大于等于450℃、且小于等于Ac1的温度下实施应力去除退火，制造出冷精加工无缝钢管。作为冷拔的条件，计算出截面减少率以及壁厚加工度。其中，截面减少率是在将拉拔加工前的截面面积设为A、拉拔加工后的精加工截面面积设为Af的情况下，由下面的(4)式定义的值。

截面减少率＝{(A-Af)/A}×100(％)...(4)

壁厚加工度为，计算出平均壁厚加工度和最小壁厚部的壁厚加工度，在表3的上层表示平均壁厚加工度，在下层表示最小壁厚部的壁厚加工度。同时，测定在冷拔之后残留的内表面折皱的深度及应力去除退火后的抗拉强度。表3中一并表示了冷工序中的加工条件、内表面折皱的深度以及应力去除退火后的抗拉强度。

对内表面折皱深度的影响的评价

由上述表1～3的结果，调查张力减径机的孔型轧制辊、及冷拔中最小壁厚部的壁厚加工度对产生于管坯的内表面折皱的深度的影响。

如供试验材料1、3所示的那样，使用满足本发明中规定的(1)式的孔型轧制辊来轧制管坯，并确保冷拔中最小壁厚部的壁厚加工度为10％以上，从而，可以将残留于精加工后的管的内表面折皱的深度抑制在0.10mm以下。

另一方面，如供试验材料2所示的那样，在不使用满足本发明中规定的(1)式的孔型轧制辊而轧制管坯的情况下，也确保冷拔中最小壁厚部的壁厚加工度为10％以上，从而可以使残留于精加工后的管的内表面折皱的深度为0.20mm以下。

另外，如供试验材料5所示的那样，若使用满足本发明中规定的(1)式的孔型轧制辊来轧制管坯，即使冷拔中最小壁厚部的壁厚加工度小于10％，也可以使残留于精加工后的管的内表面折皱的深度为0.20mm以下。

接着，如供试验材料4、6所示的那样，在不使用满足本发明中规定的(1)式的孔型轧制辊而轧制管坯，并且，冷拔中最小壁厚部的壁厚加工度小于10％的情况下，残留于精加工后的管的内表面折皱的深度大于0.20mm。

由于供试验材料7、8所应用的钢组成均超出本发明的规定范围，因此，无法将抗拉强度确保在784Mpa以上的高强度。

由上述供试验材料1、2、3的结果可知，通过将冷拔中最小壁厚部的壁厚加工度确保在10％以上，可以抑制助长内表面折皱，并进一步谋求改善内表面折皱。

扭转疲劳试验的评价

图10是说明在实施例中实施的扭转疲劳试验所采用的实验片的构造的图。将上述供试验材料1～9切断为短管7，确认两管端的内表面折皱的深度。之后，如图10所示，在保持钢管原状态的短管7上摩擦加压焊接夹具8而制作实验片，在最大剪切应力τ＝±145N/mm²(完全对称)的条件下实施扭转疲劳试验，统计到断裂为止的重复次数(次)，并利用电子显微镜对破损起点部进行断面观察。

此时合格的判定基准为重复次数在100万次以上，在大于100万次的情况下，将评价记作○。将扭转疲劳试验的结果表示于表4中。

表4

注)·内表面折皱深度由连接于加压焊接部的部位表示。·断裂位置均为加压焊接部。

由表4的结果可知，在冷拔之后残留的内表面折皱的深度为0.20mm以下的情况下，供试验材料的重复次数均大于100万次，断裂位置也在加压焊接部的内表面折皱部之外。相对于此，在冷拔之后残留的内表面折皱的深度大于0.20mm时，自加压焊接部的内表面折皱部产生破损，重复次数也低于100万次。

由这些结果可确认，对驱动轴的疲劳寿命产生影响的内表面折皱的容许深度为0.20mm。

并且，对于钢的化学组成，因C、Mn的含有量较少而抗拉强度小于784Mpa时无法确保强度的供试验材料7、8以及应用高S钢(S＝0.012％)的供试验材料9，残留于钢管的内表面折皱的深度为0.20mm以下，但重复次数低于100万次。

由这些结果可知，为了确保驱动轴的耐疲劳强度而到达长疲劳寿命化，必须使钢管高强度化并应用低S钢。

工业实用性

采用本发明的驱动轴用冷精加工无缝钢管，使用通过曼内斯曼制管法热轧制后的管坯来实施冷拔，从而可以将其用作汽车用驱动轴的轻量化、静音性最佳的、高强度且耐疲劳强度优良的空心构件。因而，通过应用本发明的制造方法，可以用低廉的制造成本且高效地制造汽车用驱动轴，因此，可以在工业上效果显著地广泛地应用。

Claims (7)

1.一种驱动轴用冷精加工无缝钢管，其特征在于，钢组成为，以质量％计，含有C：0.30～0.47％、Si：0.50％以下、Mn：0.50～2.00％、P：0.020％以下、S：0.005％以下及Al：0.001～0.050％，剩余部分由Fe及杂质构成；

抗拉强度为784Mpa以上、且950Mpa以下；

在与长度方向垂直的截面中的内表面残留的内表面折皱的深度为0.20mm以下。

2.根据权利要求1所述的驱动轴用冷精加工无缝钢管，其特征在于，

替代Fe的一部分，含有下述中的1种或2种以上：Cr：1.5％以下、Ti：0.05％以下、Nb：0.05％以下、V：0.1％以下、Mo：1％以下、Ni：0.5％以下、Cu：0.5％以下、B：0.05％以下及Ca：0.01％以下。

3.一种驱动轴用冷精加工无缝钢管的制造方法，其特征在于，

以质量％计，使用含有C：0.30～0.47％、Si：0.50％以下、Mn：0.50～2.00％、P：0.020％以下、S：0.005％以下及Al：0.001～0.050％、剩余部分由Fe及杂质构成的钢坯，在利用曼内斯曼制管法进行穿孔轧制后接着进行延伸轧制，之后使用由至少包括2个孔型轧制辊的多个轧制机构成的定径轧制装置进行定径轧制时，在上述各轧制机中互相相邻的孔型轧制辊的相面对的辊边部引出切线，将各个切线所成的角度β(度)中的、全部轧制机中最小的角度设为βmin(度)的情况下，使用满足下记(1)式的孔型轧制辊来轧制管坯；

进一步对上述管坯实施冷拔；

βmin≥1.13×10×ln(t/D×100)+1.37×102...(1)

其中，D：定径轧制后的管外径(mm)、t：定径轧制后的管壁厚(mm)、ln(x)：x的自然对数。

4.根据权利要求3所述的驱动轴用冷精加工无缝钢管的制造方法，其特征在于，

在对上述管坯冷拔时，该管坯的最小壁厚部的壁厚加工度为10％以上。

5.一种驱动轴用冷精加工无缝钢管的制造方法，其特征在于，

以质量％计，使用含有C：0.30～0.47％、Si：0.50％以下、Mn：0.50～2.00％、P：0.020％以下、S：0.005％以下及Al：0.001～0.050％、剩余部分由Fe及杂质构成的钢坯，通过曼内斯曼制管法并利用穿孔轧制、延伸轧制及定径轧制来轧制管坯，对上述管坯冷抽丝时，以该管坯的最小壁厚部的壁厚加工度为10％以上的程度进行加工。

6.根据权利要求3～5中任一项所述的驱动轴用冷精加工无缝钢管的制造方法，其特征在于，

在对热轧制后的管坯冷拔之后进行应力去除退火。

7.根据权利要求3～6中任一项所述的驱动轴用冷精加工无缝钢管的制造方法，其特征在于，

替代Fe的一部分，含有下述中的1种或2种以上：Cr：1.5％以下、Ti：0.05％以下、Nb：0.05％以下、V：0.1％以下、Mo：1％以下、Ni：0.5％以下、Cu：0.5％以下、B：0.05％以下及Ca：0.01％以下。

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