本発明の一体成形型ドライブシャフト用� ��間仕上継目無鋼管が上記の特徴を発揮する� ��めに必要な、鋼組成および製造条件につい� ��項を分けて説明する。以下の説明において� ��鋼の化学組成は「質量%」で示す。

1.鋼組成
 C:0.30~0.38%
 Cは、鋼の強度を増加し耐疲労強度を向上さ せる元素であるが、靭性を低下させ、焼き割 れ感受性を高める作用がある。その含有量が 0.30%未満であると、十分な強度が得られない� ��一方、含有量が0.38%を超えると、冷間加工� �および靭性を低下させるとともに、需要家� �工程である高周波焼入れ段階で焼き割れが� �じるおそれがある。

 Si:0.50%以下
 Siは、脱酸剤として必要な元素である。し� �し、その含有量が0.5%を超えると冷間加工性� ��確保できないので、0.5%以下とした。Si含有� ��は少なくなればなるほど、冷間加工性が向� ��する。したがって、より過酷な冷間加工に� ��対応できるように、Si含有量は0.22%以下にす るのが望ましく、さらに大きな加工を受ける 場合には、0.14%以下にするのがより望ましい� ��

 Mn:0.30~2.00%
 Mnは、熱処理時の焼入れ性を確保し、強度� �靱性を改善するのに有効な元素である。そ� �効果を発揮し全肉厚に亘り内面まで十分に� �化させるには、Mn含有量を0.3%以上にする必� �である。一方、Mnを2.0%超えて含有させると� �冷間加工性が低下する。このため、Mn含有量 は0.3~2.0%とした。また、良好なバランスで焼� ��れ性および冷間加工性を確保するには、Mn� �有量は1.1~1.7%とするのが望ましく、さらに1.2 ~1.4%にするのがより望ましい。

 P:0.025%以下
 Pは、鋼中に不純物として含まれ、凝固時に 最終凝固位置近傍に濃化し、かつ粒界に偏析 して熱間加工性、靱性および疲労強度を低下 させる。P含有量が0.025%を超えると、粒界偏� �による靭性低下が顕著となり、粒界破壊を� �起して捩り疲労強度を不安定にする。駆動� �の靭性および疲労強度を高水準で維持する� �は、望ましいP含有量は0.009%以下である。

 S:0.005%以下
 Sは、鋼中に不純物として含まれ、凝固時に 粒界に偏析し、熱間加工性および靱性を低下 させるとともに、シームレス鋼管を中空軸素 材として採用するとき、特に冷間加工性およ び捩り疲労強度を低下させる。このため、ド ライブシャフトの中空軸素材に用いられるシ ームレス鋼管として必要な冷間加工性および 熱処理後の捩り疲労強度を確保するには、S� �有量は0.005%以下にする必要がある。

 Cr:0.15~1.0%
 Crは、冷間加工性をあまり低下させずに疲� �強度を高める元素であり、Bと同様に焼入れ� ��の向上にも有効な元素である。したがって� ��Cr含有量は、所定の疲労強度を確保するた� �、0.15%以上とする。一方、Crは1.0%を超えて含 有すると、冷間加工性の低下が顕著となる。 このため、Cr含有量は0.15~1.0%とした。
 さらに、良好なバランスで疲労強度、冷間� ��工性および焼入れ性を確保するには、Cr含� �量は0.2~0.8%にするのが望ましく、0.3~0.6%とす� ��のがより望ましい。

 Al:0.001~0.05%
 Alは、脱酸剤として作用する元素である。� �酸剤としての効果を得るためには、0.001%以� �の含有が必要であるが、その含有量が0.05%を 超えると、アルミナ系介在物が増加し疲労強 度が低下するとともに、切削面の表面性状を 低下させる。このため、Al含有量は0.001~0.05%� �した。さらに、安定した表面品質を確保す� �には、Al含有量は0.001~0.03%とするのが望まし� ��。

 下記するTi、NおよびBは、鋼の焼入れ性を 確保するため、それぞれの元素含有量を規定 すると同時に、さらにお互いの含有量バラン スを規定する条件式を満足する必要がある。

 Ti:0.005~0.05%
 Tiは、鋼中のNをTiNとして固定する作用を有� ��ている。しかし、Ti含有量が0.005%未満では� �Nを固定する能力が十分に発揮されず、一方� ��0.05%を超えると、鋼の冷間加工性および靱� �が低下する。このため、Ti含有量は0.005~0.05%� ��する。

 N:0.02%以下
 Nは、靱性を低下させる元素であり、鋼中で Bと結合し易い。N含有量が0.02%を超えると、� �間加工性および靱性が著しく低下するので� �その含有量は0.02%以下とした。冷間加工性お よび靱性を向上させる観点からは、0.01%以下� ��好ましく、0.007%以下がより好ましい。

 B:0.0005~0.01%
 Bは、焼入れ性を向上させる元素である。そ の含有量が0.0005%未満では、焼入れ性が不足� �、一方、0.01%を超えて含有すると、冷間加工 性および靱性が低下する。そのため、B含有� �は0.0005~0.01%とした。
 さらに、Bが焼入れ性を向上させる前提とし て、下記(1a)または(1b)式で規定するBeffが0.0001 以上を満足する必要がある。

 すなわち、N-14×Ti/47.9≧0の場合に、
 Beff=B-10.8×(N-14×Ti/47.9)/14 ・・・(1a)
 同様に、N-14×Ti/47.9<0の場合に
 Beff=B                        ・� ��・(1b) 

 Bが焼入れ性を向上させる能力を発揮する には、鋼中のNの影響をなくす必要がある。B� ��Nと結合し易く、鋼中にフリーなNが存在す� �と、Nと結合してBNが生成し、Bが具備する焼� ��れ性を向上させる作用が発揮されない。こ� ��ため、N含有量に応じてTiを添加し、TiNとし� ��固定することにより、Bを鋼中に存在させ焼 入れ性に有効に作用させるため、上記(1a)ま� �は(1b)式で規定するBeffが0.0001以上を満足する 必要がある。

 また、Beffの値は大きくなればなるほど、 焼入れ性が向上するので、Beffが0.0005以上を� �足するのが望ましく、さらにBeffが0.001以上� �満足するがより望ましい。

 O(酸素):0.0050%以下
 Oは、靭性および疲労強度を低下させる不純 物である。O含有量が0.0050%を超えると、靭性� ��よび疲労強度が著しく低下するので、0.0050% 以下と規定した。

 さらに、本発明の一体成形型ドライブシ� ��フト用冷間仕上継目無鋼管は、耐疲労強度� ��加え諸特性を改善するため、上記の鋼組成� ��加え、Cu:1%以下、Ni:1%以下、Mo:1%以下、V:0.1%� ��下、Nb:0.1%以下、Zr:0.1%以下、Ca:0.01%以下、Mg: 0.01%以下および希土類元素(REM):0.01%以下の1種� ��は2種以上を含有させることができる。

 Cu:1%以下、Ni:1%以下およびMo:1%以下
 Cu、NiおよびMoは、いずれも焼入れ性を向上� ��せて鋼の強度を高め、疲労強度の向上に有� ��な元素である。これらの効果を得たい場合� ��は、いずれかを1種または2種以上を含有さ� �ることができる。前記の効果を得るために� �、Cu、NiおよびMoのいずれの元素の場合も、0. 05%以上含有させることが望ましい。しかし、 その含有量が1%を超えると、冷間加工性が著� ��く低下する。このため、含有させる場合に� ��、Ni、MoおよびCu、いずれの場合も1%を上限� �する。

 V:0.1%以下、Nb:0.1%以下およびZr:0.1%以下
 V、NbおよびZrは、いずれも炭化物を形成し� �結晶粒粗大化の防止により靱性を向上させ� �のに有効な元素である。したがって、鋼の� �性を向上させる場合に、いずれか1種または2 種以上を含有させることができる。前記の効 果を得るためには、V、NbおよびZrのいずれの� ��素の場合も、0.005%以上含有させることが望� ��しい。しかし、いずれも0.1%を超える含有に なると、粗大な析出物が生成し、かえって靱 性を低下させる。このため、含有させる場合 には、V、NbおよびZrの含有量は、0.1%を上限と した。

 Ca:0.01%以下、Mg:0.01%以下およびREM(希土類元� �):0.01%以下
 Ca、MgおよびREMは、冷間加工性および捩り疲 労強度の向上に寄与する元素である。これら の効果を得たい場合に、いずれか1種または2� ��を含有させることができる。Ca、MgおよびREM のいずれの元素も、0.0005%以上の含有で顕著� �効果が得られる。しかし、いずれも0.01%を超 える含有になると、粗大な介在物が生成し、 かえって疲労強度を低下させる。このため、 含有させる場合には、Ca、MgおよびREMの含有� �は、いずれも0.0005~0.01%とするのが望ましい� �

2.製造条件
2-1.熱間工程での製造条件
 本発明の一体成形型ドライブシャフト用冷� ��仕上鋼管の製造方法の一例として、前記図1 に示すように、マンドレルミルおよびストレ ッチレデューサを用いたマンネスマン製管法 を挙げることができる。このとき、ストレッ チレデューサでの定径圧延において、圧延さ れる管内面の真円度を適切に向上させ、圧延 過程での内面形状の多角化を抑え、内面しわ の発生および進展を有効に抑制することがで きる。

 具体的には、穿孔圧延に次いで延伸圧延� ��た後、複数のスタンドからなるストレッチ� ��デューサ等の定径圧延装置を用いて定径圧� ��する際に、前記各スタンドにおいて互いに� ��接する孔型圧延ロールの対向するエッジ部� ��接線を引き、それぞれの接線の成す角度β(� ��)のうち全スタンドで最小の角度をβmin(度)� �した場合に、下記(2)式を満足する孔型圧延� �ールを用いることが必要になる。

 このとき、D:定径圧延後の管外径(mm)、t:定� �圧延後の管肉厚(mm)およびln(x):xの自然対数と する。
 βmin≧1.13×10×ln(t/D×l00)+1.37×10 ² ・・・(2)

 図5は、3ロール式のストレッチレデュー� �に用いられる圧延ロールにおける孔型形状� �示す図である。ストレッチレデューサに配� �される孔型圧延ロール6rの孔型形状は、パス ラインに位置する孔型中心Oより外方にオフ� �ット(オフセット量S)された孔型中心0’から� ��径Rの円弧を有しており、この円弧が圧延ロ ール6rのフランジ側壁面Fと直接交差するよう に孔型プロフィールPRを構成している。そし� ��、圧延ロール6rのエッジ部Eは、孔型プロフ� ��ールPRの端部となり、前記半径Rの円弧の端� ��に相当する。

 前述の通り、ストレッチレデューサによ� ��定径圧延の際には、被圧延管の圧延ロール� ��エッジ部相当位置で内面しわが発生してい� ��ことから、孔型プロフィールを適正にする� ��ともに、エッジ部相当位置における管の内� ��の曲率半径、平均内半径(短径と長径との平 均値)および内面しわの深さとの間には一定� �関係があることから、上記(2)式で示される� �うに、t/Dに対して角度βを所定の値に設定す ればよい。

 図6は、本発明に用いる孔型圧延ロールを 規定するためにエッジ部に引いた接線の成す 角度の算出要領を説明する図である。まず、 ストレッチレデューサの各スタンドに配置さ れた圧延ロール6raのエッジ部Eaに接線(エッジ 部Ea近傍の孔型プロフィールの接線)Laを引き� ��圧延ロール6raに隣接する圧延ロール6rbのエ� ��ジ部のうち、エッジ部Eaに対向するエッジ� �Ebに接線(エッジ部Eb近傍の孔型プロフィール の接線)Lbを引いて、両接線La、Lbの成す角度β を算出する。

 次に、それぞれに算出された角度βのう� �全スタンドで最小となる角度をβminとして、 上記(2)式を満足するように、孔型圧延ロール 6rの孔型プロフィールを設定すればよい。上� ��のように設定がなされた圧延ロール6rを用� �てストレッチレデューサによる定径圧延す� �ば、被圧延管の内面しわの発生を抑制し、� �面しわが発生した場合でも、その進展を効� �的に抑制することができる。

 図7は、ストレッチレデューサに用いられ る他の圧延ロールにおける部分的な孔型プロ フィールを示す図である。本発明で対象とさ れる圧延ロール6rの孔型プロフィールは、前� ��図5および図6に限定されるものではなく、� �7(a)に示すように、孔型圧延ロール6rの孔型� �ロフィールPRとして、半径の異なる複数の円 弧からなり、フランジ側壁面Fと直接交差す� �形状を採用することも可能である。この場� �における孔型圧延ロール6rのエッジ部Eは、� �もフランジ側に位置する円弧(半径Rn)の端部� ��相当する。

 さらに、図7(b)、(c)に示すように、孔型プ ロフィールPRと孔型圧延ロール6rのフランジ� �壁面Fとの間に、円弧からなる「逃がし」や� ��直線からなる「逃がし」を設けた形状であ� ��場合にも採用することができる。この場合� ��おける孔型圧延ロール6rのエッジ部Eは、孔� ��プロフィールPRを構成する円弧の端部(最も� ��ランジ側に位置する円弧の端部)に相当する 。

2-2.冷間工程での製造条件
 前述の通り、ストレッチレデューサによる� ��径圧延された素管は、外径絞り圧延にとも� ��って2~4方向から圧延ロールによる圧下を受� ��ることから、圧延ロールのエッジ部相当位� ��で内面しわを発生したり、角張りを生ずる� ��とがある。特に、上記(2)式を満足する孔型� ��延ロールを用いない場合には、内面しわや� ��張りの発生が顕著になる。

 本発明のドライブシャフト用冷間仕上鋼� ��では、熱間圧延で素管を製管した後、抽伸� ��工を施すことによって、内面しわの助長を� ��制するだけでなく、発生した角張りを改善� ��ることができる。さらに、製品である鋼管� ��内外面全体の平滑化も図ることができる。

 本発明で適用する抽伸加工は、芯金(プラ グ)引きを行う限りにおいては、円筒プラグ� �よびSFプラグ(セミフロ-ティングプラグ)のい ずれを用いてもよい。

 本発明で適用する抽伸加工では、断面減� ��率や平均肉厚加工度を特に限定するもので� ��ないが、熱間製管後の鋼管の円周方向最小� ��厚部における冷間抽伸段階での肉厚加工度� ��10%以上確保する必要がある。

 前述の通り、熱間圧延後の鋼管の内面形� ��は、真円にならず、角張り、多角形化して� ��るため、偏肉等も相まって当該鋼管の最小� ��厚部(角張り底部)において、所定の肉厚加� �度が確保できずに内面しわが助長される傾� �がある。しかし、前記最小肉厚部における� �間抽伸段階での肉厚加工度を10%以上に確保� �ることにより、内面しわの助長を抑制する� �とができ、上記(2)式の関係を満足する定径� �延との組み合わることにより、鋼管内面の� �大しわ深さを0.1mm以下に抑制することができ る。

 さらに、冷間抽伸された鋼管には焼鈍、� ��たは焼準の熱処理を施すことが望ましい。� ��体成形型ドライブシャフトに加工するに当� ��り、両端部での縮径加工を容易にするため� ��ある。焼準処理を行う場合には850℃~950℃、 焼鈍処理を行う場合には680℃~720℃の温度範� �で熱処理することが望ましい。

2-3.一体成形型ドライブシャフトへの加工
 一体成形型ドライブシャフトの概略形状は� ��前記図3に示すとおりである。一体成形型ド ライブシャフトの製作は、本発明の製管方法 に基づき冷間仕上継目無鋼管を作製し、その うち鋼管内面の最大しわ深さを抑制した鋼管 の両端部にスウェージ加工等により、縮径部 を設けて厚肉化の加工を行う。縮径加工にお ける内径縮径率は、少なくとも30%以上とする 。内径縮径率が30%未満では、管端部において 十分な捩り剛性を確保することができない。
 また、図2に示すように、内径縮径率が30%未 満では、縮径加工に伴なう管内面のしわ深さ の増加が顕著とはならないので、冷間仕上の 状態で内面しわ深さが0.1mm以下であることが� ��ずしも要求されない。このため、本願発明� ��一体成形型ドライブシャフトは、縮径加工� ��の少なくとも一部が内径縮径率30%以上であ� ��ものとする。

 内径縮径率の上限は特に定めないが、60%� ��超えると、冷間抽伸後の管内面のしわ深さ� ��相当小さいものでない限り、縮径部の管内� ��に残存する最大しわ深さを、0.2mm以下に抑� �するのが困難となる。このため、内径縮径� �の上限は60%とするのが望ましく、52%以下と� �るのがさらに望ましい。

 前記図3に示すように、ドライブシャフト の両端部には、連結要素としてのスプライン 加工等の必要な加工を加える。必要な機械特 性を確保するために高周波焼入れ、焼戻しを 行うことが望ましい。この焼入れ焼戻しによ り、硬度としてHv:550~595を確保することがで� �る。しかし、硬度がHv600を超えると疲労特性 が低下するおそれがある。