JPH0196354A

JPH0196354A - 耐遅れ破壊特性の優れた高強度ボルト用鋼

Info

Publication number: JPH0196354A
Application number: JP25168187A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Suzuki; 信一鈴木; Toshio Miyagawa; 敏夫宮川; Hiroaki Harada; 宏明原田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1987-10-07
Filing date: 1987-10-07
Publication date: 1989-04-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、１４０〜１６０　ｋｇ　ｆ　／ｍａｌの引張
強さを有する耐遅れ破壊特性の優れた高強度ボルトに適
用する鋼である。

［従来の技術］高強度ボルト（以下、ボルトという）は、機械、自動車
、橋、建物に多く使用されている。ボルトの強度が１２
５　ｋｇ　ｆ　／　ｍａｌを越えると遅れ破壊の危険性
が高まることはよく知られており、現在使用されている
ボルトの強度は９０ｋｇ　ｆ　／　ａ＋４あるいは１１
０ｋｇ　ｆ　／−級のものが主体となっている。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら近年の構造物はますます大型化の傾向にあ
り、継手効率を高めるためあるいは軽量化の目的から、
ボルトをより高強度にしたい要求が強い。そこで、強度
が１２５）ｃｇｆ／−を越えるボルトの遅れ破壊の問題
を解決させなければならない。

ボルトの遅れ破壊は、ボルト中の水素が原因していると
言われている。遅れ破壊に関わる水素は、鋼中組織間を
常温で容易に動きうる格子間隙または転位、あるいは結
晶粒界等に存在するいわゆる拡散性水素（以下、拡散性
水素という）である。

より高強度のボルトを使用する場合、水素特に拡散性水
素に対する抵抗力のある鋼でなければならない。

［問題点を解決するための手段、作用コ本発明者らは、
鋼の化学成分の調整、特にＳｌ。

Ｃ「を高めることにより、遅れ破壊に至らない限界の拡
散性水素（以下、限界拡散性水素という）が増加できる
ことが可能であるとの知見を得て、上記問題点を解決す
ることができたのである。

本発明は、以上の知見にもとづいてなされたものであり
、熱処理を施すことにより、１４０ｋｇｆ／−〜１６０
ｋｇｆ／−の高強度において、従来鋼より高い限界拡散
性水素を示すことを特徴とする耐遅れ破壊特性の優れた
高強度ボルト用鋼に関わるものである。

本発明者らは、耐遅れ破壊特性に及ぼす合金元素の影響
を調べたところ、従来のボルト用鋼に採用されているも
のと比べて、ＳｉＨの増加、特に、Ｃｒの増加が有効で
あることを見い出した。

即ち、本発明のボルト用鋼の合金成分の範囲は、・次の
理由で決定した。

Ｃは、焼入れ一焼戻しにより高強度を得るためには、０
．１８％以上必要とし、一方、０，３５％を超えるとじ
ん性および耐遅れ破壊特性が低下し、高強度ボルトの特
性を満足しえないことから、０，１８〜０．３５％とし
た。

Ｓｉは、元来脱酸に必要であるが、ここでは特に鋼の耐
遅れ破壊特性を向上させる。しかし、その効果を十分に
発揮せしめるには、０．５０％超必要であるが、一方こ
の増加による鋼のしん性の低下にもとづいて上限１．５
０％とした。

Ｍｎは、脱酸及び脱硫に必要であり、焼入性の確保のた
めにも０．２０％以上必要であるが、０．６０％を超え
ると遅れ破壊特性が低下するため、０．２０〜０．６０
％とした。

Ｃｒは、前述のとおり、かつ焼入性の確保のために１．
５０％超必要とした。また、１４０ｋｇｆ／−以上の強
度を得るための焼戻温度を高める働きが有り、一般に、
遅れ破壊特性は、焼戻温度が高い方が優れている。しか
し、多量に添加しても効果が飽和するので上限を３．５
０％とした。

Ｍｏは、鋼の強じん性を高めるに非常に有効な元素であ
って、この場合の必要量は０．１０％以上である。しか
し、高価な元素であるため、その有効性を勘案して上限
を０．５０％とした。

■は、その炭窒化物の析出硬化により、鋼の強度を高め
るに有効な元素であって、その活用に０．０５％以上を
必要とする。しかし、その量が多くなるとじん性が低下
するので、０．２０％を上限とした。

上述の基本成分の材料に対して、更に、鋼の高強度化お
よび細粒化のために０．００５〜０．０３０％のＮｂ或
は”ＩＮを一種以上添加することができる。

これらは、添加効果が飽和する量で上限とした。

［実　施　例］共試鋼の化学成分を表１に示す。（Ａ）　、　（Ｉ３）
　、　（Ｃ）　。

（Ｄ）、（Ｅ）および（Ｆ）は本発明のボルト用鋼に従
ったものであり、（Ｇ）　、　（Ｈ）　、および（１）
は比較のために用意した既存の鋼であり、これらのφ２
０１ＩＩ＋１の棒鋼を用イテ、引張強さが１４０ｋｇｒ
／　ｍｆｆ１〜１６０ｋｇｆ／　ｍａｉを目標に熱処理
（焼入れ一焼戻し）を行った。この時の熱処理条件およ
び引張性質を表２に示す。

これらの鋼が、遅れ破壊に対し、どれだけの拡散性水素
を許容しうるかを調べる。すなわち各欄の限界水素ユを
求める。

次に限界水素量を求める方法について述べる。

第１図に示したＭＩＯボルトで軸部に２ｍｍＶの円周ノ
ツチを設けた試験片を作り、２本を組にして、水素を富
化するために、２０％ＨＣ１溶液に２０分間浸漬した後
大気中に放置し、その放置時間を種々変えることにより
、試験片中の水素量を変化させる。

こうしてそのうちの１本は、熱的分析法により水素を測
定し、もう１本は、第２図に示した試験機で遅れ破壊を
行う。図において１は試験片、２はバランスウェイト、
３は支点を示す。

なお、試験片を２０％ＨＣΩ溶液に２０分間浸漬しても
水素侵入量が少ない場合は、浸漬時間およびＨＣｉｌ溶
液の濃度によって水素量を調整している。

また、遅れ破壊試験における試験荷重は、ＨＣ，９溶液
に浸漬する前の各試験片の破断荷重の７０％と一定にし
た。

そして、浸漬時間および放置時間を種々変えた時の拡散
性水素量と、遅れ破壊試験における破断時間との関係を
表３に示す。

同表から、各欄の遅れ破壊を起こさない上限の拡散性水
素量、すなわち、限界拡散性水素量を推定すると表４の
ようになる。

これより、本発明の範囲にある（Ａ）　、　（Ｂ）　、
　（Ｃ）　。

（Ｄ）　、　（Ｅ）　、および（Ｐ）は、比較材である
（Ｇ）　、　（＋１）　、および（１）に比べて限界水
素量が高く、遅れ破壊しにくいことを示している。

表　　　　　４［発明の効果］本発明によって、１４０　ｋｇ　ｆ　／　ｍ＋ａ〜１６
０ｋｇｆ／ｍｊの強度を有する耐遅れ破壊特性の優れた
ボルトが期待できる。これによって、ボルトの継手効率
を高めることができ、自動車等の軽量化に寄与し、工業
的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は試験片の形状の説明図、第２図は遅れ破壊試験
装置の説明図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％でＣ：０．１８〜０．３５％、Ｓｉ：０．５０超１．５０％、Ｍｎ：０．２０〜０．６０％、Ｃｒ：１．５０超３．５０％、Ｍｏ：０．１０〜０．５０％、Ｖ：０．０５〜０．２０％、残Ｆｅ及び不純物からなることを特徴とする耐遅れ破壊
特性の優れた高強度ボルト用鋼。（２）重量％でＣ：０．１８〜０．３５％、Ｓｉ：０．５０超１．５０％、Ｍｎ：０．２０〜０．６０％、Ｃｒ：１．５０超３．５０％、Ｍｏ：０．１０〜０．５０％、Ｖ：０．１０〜０．２０％を含みかつ０．００５〜０．
０３０％のＮｂあるいはＴｉを一種以上含有し、残Ｆｅ
及び不純物からなることを特徴とする耐遅れ破壊特性の
優れた高強度ボルト用鋼。