特開 2024-134927 中空部材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024134927

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】中空部材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C22F 1/04 20060101AFI20240927BHJP

   C22C 38/00 20060101ALI20240927BHJP

   C21D 8/10 20060101ALI20240927BHJP

   C22F 1/00 20060101ALN20240927BHJP

   C22C 38/36 20060101ALN20240927BHJP

【ＦＩ】

C22F1/04 A

C22C38/00 301Z

C21D8/10 A

C22C38/00 302Z

C22F1/00 612

C22F1/00 626

C22F1/00 602

C22F1/00 630A

C22F1/00 630K

C22C38/36

C22F1/00 682

C22F1/00 683

C22F1/00 691B

C22F1/00 691C

C22F1/00 692A

C22F1/00 692Z

C22F1/00 694B

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023045379

(22)【出願日】2023-03-22

(71)【出願人】

【識別番号】506253067

【氏名又は名称】有限会社リナシメタリ

(74)【代理人】

【識別番号】100114627

【弁理士】

【氏名又は名称】有吉 修一朗

(74)【代理人】

【識別番号】100182501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 靖之

(74)【代理人】

【識別番号】100175271

【弁理士】

【氏名又は名称】筒井 宣圭

(74)【代理人】

【識別番号】100190975

【弁理士】

【氏名又は名称】遠藤 聡子

(72)【発明者】

【氏名】中村 克昭

【テーマコード（参考）】

4K032

【Ｆターム（参考）】

4K032AA05

4K032AA06

4K032AA07

4K032AA12

4K032AA16

4K032AA19

4K032AA20

4K032AA31

4K032AA36

4K032AA37

4K032BA03

4K032CA02

4K032CD00

4K032CD06

(57)【要約】

【課題】高強度化と共に高精度化をも実現可能なアルミニウムパイプの製造方法を提供する。
【解決手段】Ａ６０６１から成る中空ビレット２を、５３０℃で押し出した後に、中空パイプ７に冷却エアを吹き付けて、中空パイプ７を収縮させ、冷却パンチ１０に中空パイプ７を接触させることで急冷する。その後、１８０℃で１２～１８時間保持して空冷する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の温度域に加熱された金属体を押し出して中空部材を形成した後に、前記中空部材の中空部内に位置する冷却手段に前記金属体を接触させることで、前記所定の温度域から冷却する加工工程を備える
中空部材の製造方法。

【請求項2】

前記所定の温度域からの冷却は、
前記中空部材の中空部内に所定の間隙を介して前記冷却手段を位置せしめた状態から、前記金属体を収縮させ、前記冷却手段に前記金属体を接触させて行う
請求項１に記載の中空部材の製造方法。

【請求項3】

前記金属体に冷却エアを供給することで前記金属体を収縮させる
請求項２に記載の中空部材の製造方法。

【請求項4】

前記金属体は熱処理型アルミニウム合金から成り、
前記加工工程は、固溶化温度域に加熱された熱処理型アルミニウム合金の押し出しを行った後に、前記固溶化温度域から、固溶した元素が析出しない速度で冷却する
請求項１、請求項２または請求項３に記載の中空部材の製造方法。

【請求項5】

前記加工工程の後に、時効処理を行う時効処理工程を備える
請求項４に記載の中空部材の製造方法。

【請求項6】

前記金属体は、７０００系であり、
前記固溶化温度域は４５０℃～５１５℃である
請求項４に記載の中空部材の製造方法。

【請求項7】

前記金属体は、６０００系であり、
前記固溶化温度域は５００℃～５９０℃である
請求項４に記載の中空部材の製造方法。

【請求項8】

前記金属体は、２０００系であり、
前記固溶化温度域は４９０℃～５３０℃である
請求項４に記載の中空部材の製造方法。

【請求項9】

前記金属体は鉄鋼材料から成り、
前記加工工程は、固溶化温度域に加熱された鉄鋼材料の押し出しを行った後に、前記固溶化温度域から冷却して焼入れを行う
請求項１、請求項２または請求項３に記載の中空部材の製造方法。

【請求項10】

前記焼入れの後に、マルテンサイト組織中に固溶した元素の炭化物を析出させる焼き戻しを行う焼き戻し工程を備える
請求項９に記載の中空部材の製造方法。

【請求項11】

前記固溶化温度域は８５０℃～１２００℃である
請求項９に記載の中空部材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、中空部材の製造方法に関する。詳しくは、高強度化と共に高精度化をも実現することが可能な中空部材の製造方法に係るものである。

【背景技術】

【0002】

アルミニウム合金から成る中空部材（中空パイプなど）は、自動車フレーム、航空機及びドローンのフレーム、自転車のフレーム等に用いられている。また、鉄鋼材料から成る中空部材（中空パイプなど）は、自動車用のサイドインパクトビームやステアリング、自動車用のサスペンション関連等に用いられている。

【0003】

そして、自動車や航空機の構造部材の小型化、軽量化のために、これらの中空部材について、更なる高強度化が求められている。

【0004】

ところで、金属材料の結晶粒微細化処理により、強度等の特性が大幅に向上するために、多くの巨大ひずみを利用した結晶粒微細化プロセスが開発され、提案されている。
本発明の発明者も、金属組織を微細化することで、金属体の強度向上を実現する方法を提案している（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開第２００４／０２８７１８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述した特許文献１に記載の加工方法による結晶粒微細化により、金属体の強度向上を実現することができるものの、中空部材への適用には、成形精度の点において、充分では無かった。
即ち、特許文献１に記載の加工方法を実現する装置（例えば、特許文献１の図９に示すＳＶＳＰ装置）を、中空部材を形成する装置（押出成形等を行う所定の成形装置）の後行程部分に設けた場合には、中空部材に形成した低変形抵抗領域を剪断変形させる際に座屈が生じてしまうなど、成形精度の点において、充分とはいえなかった。

【0007】

本発明は以上の点に鑑みて創案されたものであって、高強度化と共に高精度化をも実現可能な中空部材の製造方法を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の目的を達成するために、本発明の中空部材の製造方法は、所定の温度域に加熱された金属体を押し出して中空部材を形成した後に、前記中空部材の中空部内に位置する冷却手段に前記金属体を接触させることで、前記所定の温度域から冷却する加工工程を備える。

【0009】

ここで、冷却手段に金属体を接触させることによって、熱伝導により金属体から冷却手段に熱が伝わることとなり、金属体を急冷することができる。そして、金属体の急冷が実現することで、金属体の余熱により再結晶した組織（微細化組織）の粗大化を抑止でき、結晶粒の微細化が実現する。

【0010】

なお、結晶粒の微細化を実現するためには、金属体の余熱により再結晶した組織（微細化組織）が、金属体の更なる余熱により粗大化する前に、冷却手段に金属体を接触させて、金属体を冷却（急冷）する必要がある。

【0011】

また、中空部内に位置する冷却手段に金属体を接触させることによって、中空部材の内側面を冷却手段で拘束することもできる。そして、中空部材の内側面を拘束することにより、金属体が冷却（急冷）により過度に収縮することを抑止でき、成形精度の向上が実現する。

【0012】

即ち、冷却手段に金属体を接触させることによって、結晶粒の微細化による高強度化と、中空部材の内側面を拘束することによる高精度化が実現することになる。

【0013】

なお、ここでの「所定の温度域」とは、金属体を押し出して中空部材を形成することができる温度域で充分であるが、金属体が熱処理型合金の場合には、固溶化温度域まで加熱することで、元素の過飽和固溶が実現し、更なる高強度化が実現することになる。

【0014】

また、所定の温度域からの冷却は、中空部材の中空部内に所定の間隙を介して冷却手段を位置せしめた状態から、金属体を収縮させ、冷却手段に金属体を接触させて行うことが好ましい。この場合には、冷却手段の構造を単純化でき、装置全体の小型化、低廉化が実現する。

【0015】

即ち、中空部材は冷却によって不可避的に収縮するために、収縮前（中空部の径が大きいとき）には接触せず、収縮後（中空部の径が小さいとき）には接触するような冷却手段を採用することによって、冷却手段の大きさを変化させる必要がなくなり、上述のとおり、冷却手段の構造の単純化が可能となる。

【0016】

また、金属体に冷却エアを供給することで金属体を収縮させる場合（冷却手段に金属体を接触させるために収縮させる場合）には、液体（水など）を供給する場合と比較すると、金属体の腐食を抑止することができる。

【0017】

また、金属体が熱処理型アルミニウム合金から成り、加工工程が、固溶化温度域に加熱された熱処理型アルミニウム合金の押し出しを行った後に、固溶化温度域から、固溶した元素が析出しない速度で冷却する場合には、元素の過飽和固溶による高強度化が実現する。

【0018】

即ち、加工工程において、固溶化温度域まで加熱することによって、元素をマトリクス中に溶け込ませることができ、元素の過飽和固溶が実現する。そして、固溶化温度域から、固溶した元素が析出しない速度（換言すると、固溶した元素が拡散できない速度）で冷却することによって、粗大化等の問題が生じることなく、高強度化が実現する。

【0019】

なお、冷却速度が遅い場合には、マトリクス中に固溶した元素が中途半端に析出し、粗大化等の問題を生じて強度低下を招いてしまう。そのため、上述のように、固溶した元素が析出しない速度での冷却が必要である。

【0020】

同様に、マトリクス中に固溶した元素が中途半端に析出し、粗大化等の問題を生じて強度低下を招かないように、加工工程における冷却については、固溶した元素が析出する前に開始する必要がある。

【0021】

更に、固溶化温度域で押し出しを行い、ひずみを付与することによって、アルミニウム合金の原子間距離を広げることができ、固溶限界が上昇するために、より一層の過飽和固溶が可能となり、高強度化が実現することになる。

【0022】

なお、ここでの「固溶化温度域」とは、元素をマトリクス中に溶け込ませる（固溶させる）ことができる温度域を意味しており、対象となる熱処理型アルミニウム合金の材質に依存するが、７０００系の場合は４５０℃～５１５℃であり、６０００系の場合には５００℃～５９０℃であり、２０００系の場合には４９０℃～５３０℃である。

【0023】

また、加工工程の後に、時効処理を行う時効処理工程を備える場合には、マトリクス中に固溶した元素を微細析出させることができ、より一層の高強度化が実現すると共に、高靭性化が実現することになる。

【0024】

また、金属体が鉄鋼材料から成り、加工工程が、固溶化温度域に加熱された鉄鋼材料の押し出しを行った後に、固溶化温度域から冷却して焼入れを行う場合にも、元素の過飽和固溶による高強度化が実現する。

【0025】

即ち、加工工程において、固溶化温度域まで加熱することによって、元素をマトリクス中に溶け込ませることができ、元素の過飽和固溶が実現する。そして、固溶化温度域から冷却して焼入れを行うことによって（換言すると、オーステナイト温度域からの急冷によって）、マトリクスのオーステナイト組織がマルテンサイト変態し、高強度化が実現する。

【0026】

なお、ここでの「オーステナイト温度域」とは、金属体のマトリクスがオーステナイト組織である温度域を意味し、マトリクスがオーステナイト組織であれば、炭化物、窒化物、金属間化合物等を含んでいても良い。

【0027】

ここで、マルテンサイト変態は、拡散を伴わない変態であるために、焼入れ後にひずみ（押し出しを行うことで付与したひずみ）を残留することができる。こうしたひずみの場所が、焼き戻し時における炭化物の析出サイトとなり、析出サイトの多数化が実現する。
一例としては、２０℃／秒程度以上の冷却速度で、Ｍｆ点以下まで急冷することが挙げられる。

【0028】

また、固溶化温度域で押し出しを行い、ひずみを付与することによって、（１）鉄鋼材料の原子間距離を広げることができ、固溶限界が上昇すると共に、（２）凝集している炭化物等を分断することで炭化物を分散でき、固溶の促進が実現するために、より一層の過飽和固溶が可能となり、高強度化が実現することになる。

【0029】

なお、ここでの「固溶化温度域」についても、上述のアルミニウム合金の場合と同様に、元素をマトリクス中に溶け込ませる（固溶させる）ことができる温度域を意味しており、対象となる鉄鋼材料の材質に依存するが、８５０℃～１２００℃（工具鋼の場合には１０００℃～１２００℃）である。

【0030】

また、焼入れの後に、マルテンサイト組織中に固溶した元素の炭化物を析出させる焼き戻しを行う焼き戻し工程を備える場合には、より一層の高強度化が実現すると共に、高靱性化が実現する。

【発明の効果】

【0031】

本発明の中空部材の製造方法は、結晶粒の微細化による高強度化と共に、高精度化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】本発明のアルミニウムパイプの製造方法を説明するための模式図である。

【図2】加工工程を説明するための模式図（１）である。

【図3】加工工程を説明するための模式図（２）である。

【図4】結晶粒の状態を説明するための模式図（１）である。

【図5】結晶粒の状態を説明するための模式図（２）である。

【図6】従来のアルミニウムパイプの製造方法を説明するための模式図である。

【図7】本発明の鉄パイプの製造方法を説明するための模式図である。

【図8】結晶粒の状態を説明するための模式図（３）である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

以下、発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」と称する）について説明を行う。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態
２．第２の実施の形態
３．変形例

【0034】

また、本実施の形態では、図２（ａ）で示す加工装置（中空部材の加工装置）を用いる場合を例に挙げて説明を行う。

【0035】

ここで示す加工装置は、コンテナ１内のビレット２に予め貫通孔を形成し、その貫通孔に棒状体のマンドレル３を通した状態で、ダイス４を用いて押し出し加工を行うものである。なお、図２（ａ）中符号５はステム、符号６はダミーブロックを示している。

【0036】

また、マンドレル３の押し出し方向前方には、熱容量の大きな金属材料から成る冷却パンチ１０が配置されている。また、冷却パンチ１０のうち、押し出し方向と平行な棒状体部分１１は、マンドレル３よりも僅かに小さな径に形成されている。

【0037】

更に、冷却パンチの内部には、冷却水Ｗが供給されており、冷却水Ｗによって冷却パンチが冷やされている。なお、図２（ｂ）、図３（ａ）、図３（ｂ）、図５、図８においては、符号Ｗを省略しているものの、図２（ａ）と同様に、冷却水Ｗが供給されている。

【0038】

＜１．第１の実施の形態＞
図１は、本発明の中空部材の製造方法の一例であるアルミニウムパイプの製造方法を説明するための模式図である。

【0039】

第１の実施の形態では、押し出し加工のときに使用する材料（ビレット）として、アルミニウム合金を用いる場合を例に挙げて説明を行う。具体的には、市販材であるＡ６０６１を用いており、重量％で、Ｓｉ：０．４０～０．８％、Ｆｅ：０．７％以下、Ｃｕ：０．１５～０．４０％、Ｍｎ：０．１５％以下、Ｍｇ：０．８～１．２％、Ｃｒ：０．０４～０．３５％、Ｚｎ：０．２５％以下、Ｔｉ：０．１５％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物から成る。

【0040】

［加工工程］
第１の実施の形態に係るアルミニウムパイプの製造方法では、先ず、アルミニウム合金である中空ビレットを１時間かけて５３０℃まで加熱し、１時間保持する（図１中の符号Ｓ１参照）。

【0041】

ここで、第１の実施の形態では、５３０℃まで加熱する場合を例に挙げて説明を行っているが、固溶化温度域（Ａ６０６１の場合には、５００℃～５９０℃）まで加熱することで、元素をマトリクス中に溶け込ませることができれば充分であって、必ずしも５３０℃である必要は無い。

【0042】

同様に、加熱時間（１時間）や保持時間（１時間）についても、元素をマトリクス中に溶け込ませることができれば充分であって、必ずしも１時間である必要は無い。

【0043】

次に、図２（ａ）で示すように、コンテナ１内に５３０℃まで加熱されたビレット２を入れて、ステム５を介してダミーブロック６を押し込むことにより、図２（ｂ）で示すように、ビレット２がダイス４の孔（ダイス孔）から押し出され、中空パイプ７を得ることができる（図１中の符号Ｓ２参照）。

【0044】

ここで、第１の実施の形態では、図２（ａ）で示す加工装置を用いて、「マンドレル押し出し」と呼ばれる方式での押し出し加工を行う場合を例に挙げて説明を行っているが、中空パイプ７を得ることができれば充分であって、その他の方式（例えば、「ポートホール押し出し」と呼ばれる方式）での押し出し加工であっても良い。

【0045】

なお、第１の実施の形態の押し出し加工においては、押し出し時のビレットの温度（５３０℃）が、ビレット（アルミニウム合金）の融点に近いこともあり、押し出しによる発熱を抑制するといった点を考慮して、押し出し速度は比較的低速で行う。また、第１の実施の形態の押し出しの加工度は９０％以上である。

【0046】

ここで、冷却パンチ１０の棒状体部分１１の径（外径）が、マンドレル３の径（外径）よりも僅かに小さく形成されているために、押し出された中空パイプ７は棒状体部分１１には接していない。

【0047】

なお、図２（ｂ）では、説明の便宜上、中空パイプ７と棒状体部分１１の間隙を充分に確保しているが、中空パイプ７と棒状体部分１１の間隙は接触しない最小間隔であることが好ましい。

【0048】

続いて、図３（ａ）で示すように、中空パイプ７の外周部から冷却エアＫを吹き付けて、中空パイプ７を冷却して収縮させる。

【0049】

なお、中空パイプ７を収縮させることができるのであれば、必ずしも冷却エア（気体）である必要は無く、スプレー噴霧等による水冷であっても良い。しかしながら、中空パイプ７を腐食させないという観点を考慮すると、水冷よりも空冷（冷却エア）の方が好ましい。

【0050】

そして、冷却エアＫの吹き付けにより中空パイプ７が収縮すると、図３（ｂ）で示すように、中空パイプ７と棒状体部分１１の間隙が無くなり、中空パイプ７と棒状体部分１１が接触し、冷却水Ｗで水冷された冷却パンチ１０によって中空パイプ７が強制的に冷却（急冷）されることになる（図１中の符号Ｓ３参照）。

【0051】

［時効処理工程］
第１の実施の形態に係るアルミニウムパイプの製造方法では、続いて、自然時効（常温時効）が生じる前に、中空パイプ７を１８０℃まで加熱し（図１中の符号Ｓ４参照）、１２～１８時間保持し（図１中の符号Ｓ５参照）、その後、室温まで空冷することで（図１中の符号Ｓ６参照）、マトリクス中に固溶した元素を微細析出させる。

【0052】

［効果］
本発明を適用したアルミニウムパイプの製造方法では、元素の過飽和固溶が実現し、アルミニウムパイプの高強度化が実現する。
即ち、５３０℃（固溶化温度域）まで加熱することで元素をマトリクス中に溶け込ませた後、冷却パンチで急冷（固溶した元素が析出しない速度で冷却）しており、アルミニウムパイプの機械特性の向上（高強度化）が実現する。

【0053】

また、本発明を適用したアルミニウムパイプの製造方法では、５３０℃（固溶化温度域）で押し出し加工を行っており、こうした押し出し加工（ひずみの付与）で固溶限界が上昇することも一因となって、高強度化が実現する。

【0054】

更に、本発明を適用したアルミニウムパイプの製造方法では、中空パイプ７と冷却パンチ１０が接触することで冷却（急冷）しており、即ち、中空パイプ７の内側面を冷却パンチ１０で拘束した状態で冷却（急冷）しており、アルミニウムパイプの高精度化が実現する。

【0055】

また、本発明を適用したアルミニウムパイプの製造方法では、中空パイプ７を冷却パンチ１０で冷却（急冷）していることから、結晶粒が微細化でき、アルミニウムパイプの高強度化が実現する。
結晶粒の微細化について、中空パイプ７を空冷する場合（冷却パンチ１０を用いない場合）と比較して、以下で説明を行う。

【0056】

先ず、押し出し加工においては、図４で示すように、結晶粒が押し潰され（図４中符号Ａ参照）、また、押し出し加工により大きな塑性ひずみが付与されることで転位が導入される（図４中符号Ｂ参照）。なお、図４中符号Ｂで示す段階では、高い転位密度の組織であるものの、微細な結晶粒ではない。
その後、高い転位密度の組織は、素材の余熱により再結晶して微細な結晶粒の状態となる（図４中符号Ｃ参照）。

【0057】

（空冷した場合）
中空パイプ７を空冷した場合（一般的に行われているアルミニウムパイプの製造方法の場合）には、冷却速度が遅いために、再結晶組織（微細な結晶粒）は、素材の更なる余熱により粗大化して軟化してしまう（図４中符号Ｄ参照）。

【0058】

（急冷した場合）
これに対して、第１の実施の形態における冷却のように、中空パイプ７を急冷した場合には、冷却速度が速いために、素材の更なる余熱により粗大化することを抑制でき、再結晶組織（微細な結晶粒）を維持できることになる（図５参照）。

【0059】

また、本発明を適用したアルミニウムパイプの製造方法では、中空パイプ７を形成する加工工程の後に、固溶化処理を行う必要が無いために、熱処理（固溶化処理を目的とした熱処理）のための再加熱で結晶粒が粗大化することは無い。

【0060】

なお、一般的に行われているアルミニウムパイプの製造方法では、中空パイプ７を形成した後に、熱処理（固溶化処理を目的とした熱処理）のための再加熱を行っており、こうした熱処理で結晶粒が粗大化し、靭性が低下してしまう。また、熱処理（固溶化処理を目的とした熱処理）を要するために、必然的にコストアップが強いられることになる。

【0061】

［特性比較］
本発明を適用したアルミニウムパイプの製造方法で得られた中空パイプ７の特性を確認するために、第１の実施の形態で使用したビレットを用いて、一般的に行われているアルミニウムパイプの製造方法で中空パイプを製造した。

【0062】

具体的には、アルミニウム合金である中空ビレットを１時間かけて４５０℃まで加熱し、１時間保持した（図６中の符号Ｓ１参照）。
次に、第１の実施の形態と同様に、コンテナ内に４５０℃まで加熱されたビレットを入れて、ステムを介してダミーブロックを押し込むことにより、ビレットをダイス孔から押し出して、中空パイプを得た（図６中の符号Ｓ２参照）。押し出した中空パイプは、空冷した（図６中の符号Ｓ３参照）。

【0063】

続いて、中空パイプを５７０℃まで加熱し（図６中の符号Ｓ４参照）、マトリクス中に元素を固溶した後に（図６中の符号Ｓ５参照）、急冷した（図６中の符号Ｓ６参照）。
その後、第１の実施の形態の時効処理工程と同様に、中空パイプを１８０℃まで加熱し（図６中の符号Ｓ７参照）、１２～１８時間保持し（図６中の符号Ｓ８参照）、その後、室温まで空冷した（図６中の符号Ｓ９参照）。

【0064】

表１は、「本発明を適用したアルミニウムパイプの製造方法で得られた中空パイプ（発明技術）」と「一般的に行われているアルミニウムパイプの製造方法で得られた中空パイプ（既存技術）」の強度、靭性、精度を示している。

【0065】

【表1】

【0066】

表１に示す通り、「本発明を適用したアルミニウムパイプの製造方法で得られた中空パイプ（発明技術）」は、強度、靭性、精度のいずれの項目についても、「一般的に行われているアルミニウムパイプの製造方法で得られた中空パイプ（既存技術）」よりも良好な結果である。

【0067】

＜２．第２の実施の形態＞
図７は、本発明の中空部材の製造方法の他の一例である鉄パイプの製造方法を説明するための模式図である。

【0068】

第２の実施の形態では、押し出し加工のときに使用する材料（ビレット）として、工具鋼を用いる場合を例に挙げて説明を行う。具体的には、熱間工具鋼を用いており、重量％で、Ｃ：０．３５～２．２０％、Ｓｉ：０．１５～０．９０％、Ｍｎ：０．３０～１．２０％、Ｃｒ：２．０～５．５０％、Ｗ：１．２０～１．６０％、Ｍｏ：０．２～１．６０％、Ｖ：０．１～２．２０％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物から成る。

【0069】

［加工工程］
第２の実施の形態に係る鉄パイプの製造方法では、先ず、工具鋼である中空ビレットを１時間かけて１０７０℃まで加熱し、１時間保持する（図７中の符号Ｓ１参照）。

【0070】

ここで、第２の実施の形態では、１０７０℃まで加熱する場合を例に挙げて説明を行っているが、固溶化温度域（工具鋼の場合には、１０００℃～１２００℃）まで加熱することで、元素をマトリクス中に溶け込ませることができれば充分であって、必ずしも１０７０℃である必要は無い。

【0071】

同様に、加熱時間（１時間）や保持時間（１時間）についても、元素をマトリクス中に溶け込ませることができれば充分であって、必ずしも１時間である必要は無い。

【0072】

次に、図２（ａ）で示すように、コンテナ１内に１０７０℃まで加熱されたビレット２を入れて、ステム５を介してダミーブロック６を押し込むことにより、図２（ｂ）で示すように、ビレット２がダイス４の孔（ダイス孔）から押し出され、中空パイプ７を得ることができる（図７中の符号Ｓ２参照）。

【0073】

なお、「マンドレル押し出し」と呼ばれる方式に限らず、その他の方式での押し出し加工であっても良い点は、上記した第１の実施の形態と同様である。

【0074】

ここで、冷却パンチ１０の棒状体部分１１の径（外径）が、マンドレル３の径（外径）よりも僅かに小さく形成されているために、上記した第１の実施の形態と同様に、押し出された中空パイプ７は棒状体部分１１には接していない。

【0075】

続いて、図３（ａ）で示すように、中空パイプ７の外周部から冷却エアＫを吹き付けて、中空パイプ７を冷却して収縮させる。

【0076】

そしれ、冷却エアＫの吹き付けにより中空パイプ７が収縮すると、図３（ｂ）で示すように、中空パイプ７と棒状体部分１１の間隙が無くなり、中空パイプ７と棒状体部分１１が接触し、冷却水Ｗで水冷された冷却パンチ１０によって中空パイプ７が強制的にＭｆ点以下まで冷却（急冷）されることになり（図７中の符号Ｓ３参照）、その後、室温まで空冷する（図７中の符号Ｓ４参照）。
こうした焼き入れによって、マルテンサイト組織を形成することができる。

【0077】

［焼き戻し工程］
第２の実施の形態に係る鉄パイプの製造方法では、続いて、中空パイプ７を５５０℃まで加熱し（図７中の符号Ｓ５参照）、室温まで空冷することで（図７中符号Ｓ６参照）、マルテンサイト組織中に固溶した元素の炭化物を析出させる。

【0078】

［効果］
本発明を適用した鉄パイプの製造方法では、元素の過飽和固溶が実現し、鉄パイプの高強度化が実現する。
即ち、１０７０℃（固溶化温度域）まで加熱することで元素をマトリクス中に溶け込ませた後、冷却パンチで急冷することにより、マトリクスのオーステナイト相がマルテンサイト変態することになるが、マルテンサイト変態は無拡散変態であり、過飽和固溶した元素が再析出・凝集することがないため、過飽和固溶の効果を維持したまま、更には、押し出し加工で付与されたひずみが残留した状態のまま、マルテンサイト組織を得ることができる。そのため、鉄パイプの機械特性の向上（高強度化）が実現する。

【0079】

また、本発明を適用した鉄パイプの製造方法では、１０７０℃（固溶化温度域）で押し出し加工を行っており、こうした押し出し加工（ひずみの付与）により、固溶限界の上昇と固溶の分散が相俟って、元素が充分に分散した状態での過飽和固溶が可能であることも一因となって、高強度化が実現する。

【0080】

更に、本発明を適用した鉄パイプの製造方法では、焼き戻しを行うことで、マトリクス中に微細分散した元素による析出物を得ることができ、高い靭性を実現することができる。

【0081】

また、本発明を適用した鉄パイプの製造方法では、中空パイプ７と冷却パンチ１０が接触することで冷却（急冷）しており、即ち、中空パイプ７の内側面を冷却パンチ１０で拘束した状態で冷却（急冷）しており、鉄パイプの高精度化が実現する。

【0082】

また、本発明を適用した鉄パイプの製造方法では、中空パイプ７を冷却パンチで冷却（急冷）していることから、鉄パイプの高強度化が実現する。
即ち、本発明を適用した鉄パイプの製造方法では、冷却速度が速いために、素材の更なる余熱により再結晶組織（微細な結晶粒）が粗大化すること（図４参照）を抑制でき、再結晶組織（微細な結晶粒）を維持できることに加え（図８中符号Ｃ参照）、マルテンサイト組織を得ることができるため（図８中符号Ｄ参照）、鉄パイプの高強度化が実現する。

【0083】

また、本発明を適用した鉄パイプの製造方法では、中空パイプ７を形成する加工工程の後に、熱処理（焼き入れを目的とした熱処理）のための再加熱で結晶粒が粗大化することは無い。

【0084】

なお、一般的に行われている鉄パイプの製造方法では、中空パイプ７を形成した後に、熱処理（焼き入れを目的とした熱処理）のための再加熱を行っており、こうした熱処理で結晶粒が粗大化し、靭性が低下してしまう。また、熱処理（焼き入れを目的とした熱処理）を要するために、必然的にコストアップが強いられることになる。

【0085】

＜３．変形例＞
上記した第１の実施の形態、第２の実施の形態は、いずれも熱処理型合金を用いる場合を例に挙げて説明を行っているが、本発明の金属体は熱処理型合金に限定される必要は無く、非熱処理型合金（例えば、５０００系のアルミニウム合金）であっても良い。
そして、非熱処理型合金の場合には、元素の過飽和固溶による高強度化はできないものの、結晶粒の微細化（図５参照）による高強度化は実現できる。

【符号の説明】

【0086】

１ コンテナ
２ ビレット
３ マンドレル
４ ダイス
５ ステム
６ ダミーブロック
７ 中空パイプ
１０ 冷却パンチ
１１ 棒状体部分

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】