JPH09104945A - 冷間加工性および耐遅れ破壊性に優れた高強度ボルト用鋼、高強度ボルトの製造方法および高強度ボルト - Google Patents
冷間加工性および耐遅れ破壊性に優れた高強度ボルト用鋼、高強度ボルトの製造方法および高強度ボルトInfo
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- JPH09104945A JPH09104945A JP25904995A JP25904995A JPH09104945A JP H09104945 A JPH09104945 A JP H09104945A JP 25904995 A JP25904995 A JP 25904995A JP 25904995 A JP25904995 A JP 25904995A JP H09104945 A JPH09104945 A JP H09104945A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 引張強さが１０００Ｎ／ｍｍ2 以上を有する
と共に、優れた冷間加工性および耐遅れ破壊性を備えた
高強度ボルトを製造するのに有用な高強度ボルト用鋼を
提供する。 【解決手段】 Ｃ：0.15〜0.35％，Ｓｉ：0.1 ％以下
（０％を含む），Ｍｎ：0.3 〜1.3 ％，Ｐ：0.01％以下
（０％を含む），Ｓ：0.01％以下（０％を含む），Ｃ
ｒ：0.5 ％未満（０％を含む），Ｔｉ：0.01〜0.10％，
Ａｌ：0.01〜0.05％，Ｂ：0.0005〜0.003 ％，並びに残
部：Ｆｅおよび不可避不純物からなると共に、下記式
（１）を満足する高強度ボルト用鋼である。 0.50≦［Ｃ］＋0.15［Ｓｉ］＋0.2 ［Ｍｎ］＋0.11［Ｃｒ］≦0.60 … (1) （式中、［ ］は各元素の質量％を意味する）
と共に、優れた冷間加工性および耐遅れ破壊性を備えた
高強度ボルトを製造するのに有用な高強度ボルト用鋼を
提供する。 【解決手段】 Ｃ：0.15〜0.35％，Ｓｉ：0.1 ％以下
（０％を含む），Ｍｎ：0.3 〜1.3 ％，Ｐ：0.01％以下
（０％を含む），Ｓ：0.01％以下（０％を含む），Ｃ
ｒ：0.5 ％未満（０％を含む），Ｔｉ：0.01〜0.10％，
Ａｌ：0.01〜0.05％，Ｂ：0.0005〜0.003 ％，並びに残
部：Ｆｅおよび不可避不純物からなると共に、下記式
（１）を満足する高強度ボルト用鋼である。 0.50≦［Ｃ］＋0.15［Ｓｉ］＋0.2 ［Ｍｎ］＋0.11［Ｃｒ］≦0.60 … (1) （式中、［ ］は各元素の質量％を意味する）
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車や産業機械
等に使用される自動車用ボルトや長大橋梁用高強度ボル
ト等の高強度ボルトを製造するのに有用なボルト用鋼に
関し、特に引張強さが１０００Ｎ／ｍｍ2 以上を有する
高強度ボルトにおいて耐遅れ破壊性や冷間加工性の改善
された鋼素材に関するものである。
等に使用される自動車用ボルトや長大橋梁用高強度ボル
ト等の高強度ボルトを製造するのに有用なボルト用鋼に
関し、特に引張強さが１０００Ｎ／ｍｍ2 以上を有する
高強度ボルトにおいて耐遅れ破壊性や冷間加工性の改善
された鋼素材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】自動車用ボルトとしては、各種の締付ボ
ルト，シリンダーヘッドボルト，コンロッドボルト等の
高強度を必要とするボルトが数多く存在する。ところで
これらの高強度ボルトにおいてはその引張強さが１００
０Ｎ／ｍｍ2 以上になると急激に耐遅れ破壊性が劣化す
ることが知られており、この様な弊害を防ぐために、Ｃ
ｒ鋼やＣｒ−Ｍｏ鋼等の低合金鋼が使用されている。こ
の様な低合金鋼を用いると、合金元素の添加により焼入
性が向上し、圧延線材の引張強さが高くなり過ぎる為、
そのままではボルトの成形に必要な伸線加工を施し難
い。そこで、低合金鋼を用いてボルトを製造するに当た
っては、まず、圧延線材の焼鈍処理を施した後、中間伸
線、球状化焼鈍、酸洗、潤滑処理（燐酸亜鉛皮膜処理
等）を行い、次いで仕上げ伸線工程を経た後、冷間鍛造
に付してボルト形状に成形し、最後に焼入れ・焼戻しを
行う方法が採用されている。この様に鋼材として低合金
鋼を用いると製造工程が非常に長くなり、且つ材料費に
加えて線材加工にかかる費用が加算され、製造コストが
高くなるといった不具合を伴う。
ルト，シリンダーヘッドボルト，コンロッドボルト等の
高強度を必要とするボルトが数多く存在する。ところで
これらの高強度ボルトにおいてはその引張強さが１００
０Ｎ／ｍｍ2 以上になると急激に耐遅れ破壊性が劣化す
ることが知られており、この様な弊害を防ぐために、Ｃ
ｒ鋼やＣｒ−Ｍｏ鋼等の低合金鋼が使用されている。こ
の様な低合金鋼を用いると、合金元素の添加により焼入
性が向上し、圧延線材の引張強さが高くなり過ぎる為、
そのままではボルトの成形に必要な伸線加工を施し難
い。そこで、低合金鋼を用いてボルトを製造するに当た
っては、まず、圧延線材の焼鈍処理を施した後、中間伸
線、球状化焼鈍、酸洗、潤滑処理（燐酸亜鉛皮膜処理
等）を行い、次いで仕上げ伸線工程を経た後、冷間鍛造
に付してボルト形状に成形し、最後に焼入れ・焼戻しを
行う方法が採用されている。この様に鋼材として低合金
鋼を用いると製造工程が非常に長くなり、且つ材料費に
加えて線材加工にかかる費用が加算され、製造コストが
高くなるといった不具合を伴う。
【０００３】上述した圧延線材の引張強さを低減するに
は、線材中の合金成分量を少なくすることが有効である
が、合金元素を少なくした場合には、所期の目的である
耐遅れ破壊性の向上が得られないといった不都合が生じ
る。
は、線材中の合金成分量を少なくすることが有効である
が、合金元素を少なくした場合には、所期の目的である
耐遅れ破壊性の向上が得られないといった不都合が生じ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みてなされたものであって、その目的は、優れた冷間加
工性を有し、鋼材として従来の低合金鋼に比べて合金元
素（特にＣｒ）の量を少な目に抑えた場合であっても耐
遅れ破壊性が良好な高強度ボルトを得ることのできる新
規な高強度ボルト用鋼を提供すると共に、該ボルト用鋼
を用いて、上記特性を具備するボルトを効率よく製造す
ることのできる方法を提供することにある。
みてなされたものであって、その目的は、優れた冷間加
工性を有し、鋼材として従来の低合金鋼に比べて合金元
素（特にＣｒ）の量を少な目に抑えた場合であっても耐
遅れ破壊性が良好な高強度ボルトを得ることのできる新
規な高強度ボルト用鋼を提供すると共に、該ボルト用鋼
を用いて、上記特性を具備するボルトを効率よく製造す
ることのできる方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
ができた本発明の高強度ボルト用鋼とは、Ｃ：0.15〜0.
35％，Ｓｉ：0.1 ％以下（０％を含む），Ｍｎ：0.3 〜
1.3 ％，Ｐ：0.01％以下（０％を含む），Ｓ：0.01％以
下（０％を含む），Ｃｒ：0.5 ％未満（０％を含む），
Ｔｉ：0.01〜0.10％，Ａｌ：0.01〜0.05％，Ｂ：0.0005
〜0.003 ％，並びに残部：Ｆｅおよび不可避不純物から
なると共に、下記式（１）を満足するところに要旨を有
するものである。 0.50≦［Ｃ］＋0.15［Ｓｉ］＋0.2 ［Ｍｎ］＋0.11［Ｃｒ］≦0.60 … (1) （式中、［ ］は各元素の質量％を意味する）
ができた本発明の高強度ボルト用鋼とは、Ｃ：0.15〜0.
35％，Ｓｉ：0.1 ％以下（０％を含む），Ｍｎ：0.3 〜
1.3 ％，Ｐ：0.01％以下（０％を含む），Ｓ：0.01％以
下（０％を含む），Ｃｒ：0.5 ％未満（０％を含む），
Ｔｉ：0.01〜0.10％，Ａｌ：0.01〜0.05％，Ｂ：0.0005
〜0.003 ％，並びに残部：Ｆｅおよび不可避不純物から
なると共に、下記式（１）を満足するところに要旨を有
するものである。 0.50≦［Ｃ］＋0.15［Ｓｉ］＋0.2 ［Ｍｎ］＋0.11［Ｃｒ］≦0.60 … (1) （式中、［ ］は各元素の質量％を意味する）
【０００６】尚、鋼中の化学成分として、更にＭｏ：0.
15％以下（０％を含まない），Ｎｂ：0.1 ％以下（０％
を含まない），Ｖ：0.1 ％以下（０％を含まない）より
なる群から選択される少なくとも１種を含有するものは
本発明の好ましい実施態様である。
15％以下（０％を含まない），Ｎｂ：0.1 ％以下（０％
を含まない），Ｖ：0.1 ％以下（０％を含まない）より
なる群から選択される少なくとも１種を含有するものは
本発明の好ましい実施態様である。
【０００７】上記の本発明鋼を用いて得られる高強度ボ
ルトは、本発明の範囲に包含されるが、なかでも、上述
した本発明ボルト用鋼を、燐を含まない潤滑皮膜形成剤
で処理した後、成形加工並びに焼入れ・焼戻しすること
によって製造された高強度ボルトは、後記する浸燐現象
を抑えることができるという点で非常に有用である。
ルトは、本発明の範囲に包含されるが、なかでも、上述
した本発明ボルト用鋼を、燐を含まない潤滑皮膜形成剤
で処理した後、成形加工並びに焼入れ・焼戻しすること
によって製造された高強度ボルトは、後記する浸燐現象
を抑えることができるという点で非常に有用である。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明者らは、耐遅れ破壊性の向
上に有用ではあるが冷間加工性に劣るといった不具合を
伴う低合金鋼について検討した結果、強度付与に有用な
Ｃｒの含有量を少なめに制御した場合であっても、Ｃｒ
を含め耐遅れ破壊性を阻害し得る元素の量を特定範囲内
に制御することによって、冷間加工性および耐遅れ破壊
性に優れた高強度ボルトが得られることを見出し、本発
明を完成したのである。
上に有用ではあるが冷間加工性に劣るといった不具合を
伴う低合金鋼について検討した結果、強度付与に有用な
Ｃｒの含有量を少なめに制御した場合であっても、Ｃｒ
を含め耐遅れ破壊性を阻害し得る元素の量を特定範囲内
に制御することによって、冷間加工性および耐遅れ破壊
性に優れた高強度ボルトが得られることを見出し、本発
明を完成したのである。
【０００９】まず、本発明の高強度ボルト用鋼の成分組
成について説明する。 Ｃ：0.15〜0.35％ Ｃは、焼入れ・焼戻し処理によって高強度鋼として必要
な引張強さを確保する上で不可欠の成分であり、0.15％
未満では焼入効果が不十分となり所定の引張強さ（１０
００Ｎ／ｍｍ2 以上）を確保することができない。好ま
しい下限値は0.20％である。一方0.35％を超えると冷間
加工性を阻害する様になるため、その上限を0.35％とす
る。好ましい上限値は0.30％である。
成について説明する。 Ｃ：0.15〜0.35％ Ｃは、焼入れ・焼戻し処理によって高強度鋼として必要
な引張強さを確保する上で不可欠の成分であり、0.15％
未満では焼入効果が不十分となり所定の引張強さ（１０
００Ｎ／ｍｍ2 以上）を確保することができない。好ま
しい下限値は0.20％である。一方0.35％を超えると冷間
加工性を阻害する様になるため、その上限を0.35％とす
る。好ましい上限値は0.30％である。
【００１０】Ｓｉ：0.1 ％以下（０％を含む） Ｓｉは、鋼の脱酸に有効な元素であり、精錬過程で必然
的に鋼中に含まれることになる。しかしながら残存量が
多い場合には、酸化物系介在物を生成すると共に、焼入
れ処理等の熱処理時における粒界酸化を助長し、冷間加
工性や耐遅れ破壊性を低下させるので、その上限を0.1
％以下に抑えることが必要である。好ましい上限値は0.
08％である。
的に鋼中に含まれることになる。しかしながら残存量が
多い場合には、酸化物系介在物を生成すると共に、焼入
れ処理等の熱処理時における粒界酸化を助長し、冷間加
工性や耐遅れ破壊性を低下させるので、その上限を0.1
％以下に抑えることが必要である。好ましい上限値は0.
08％である。
【００１１】Ｍｎ：0.3 〜1.3 ％ Ｍｎは、脱酸成分として作用すると共に、焼入性を確保
し、高強度を発揮させる上で不可欠の成分である。更に
Ｓによる熱間脆性を防止するのに有用な元素である。こ
の様な作用を有効に発揮させるには0.3 ％以上の添加が
必要であり、好ましい下限値は0.5 ％である。一方、1.
3 ％を超えて過剰に添加すると、圧延後の冷間時におけ
る変態を早めて硬化し易くなると共に、粒界への偏析が
多くなり粒界強度が低下して耐遅れ破壊性が低下する。
好ましい上限値は1.2 ％である。
し、高強度を発揮させる上で不可欠の成分である。更に
Ｓによる熱間脆性を防止するのに有用な元素である。こ
の様な作用を有効に発揮させるには0.3 ％以上の添加が
必要であり、好ましい下限値は0.5 ％である。一方、1.
3 ％を超えて過剰に添加すると、圧延後の冷間時におけ
る変態を早めて硬化し易くなると共に、粒界への偏析が
多くなり粒界強度が低下して耐遅れ破壊性が低下する。
好ましい上限値は1.2 ％である。
【００１２】Ｐ：0.01％以下（０％を含む） Ｐは前記Ｍｎと同様に粒界に偏析し、耐遅れ破壊性を阻
害する成分であるから、その含有量は極力下げた方が望
ましいが、低濃度域でＰ含有量を低減するには脱Ｐ処理
に多くの負担を要するので、経済的理由に基づき通常の
脱Ｐ処理で得られるＰレベル、即ち0.01％以下とする。
このレベルならば本発明において特に悪影響がない。
害する成分であるから、その含有量は極力下げた方が望
ましいが、低濃度域でＰ含有量を低減するには脱Ｐ処理
に多くの負担を要するので、経済的理由に基づき通常の
脱Ｐ処理で得られるＰレベル、即ち0.01％以下とする。
このレベルならば本発明において特に悪影響がない。
【００１３】Ｓ：0.01％以下（０％を含む） Ｓは熱間脆性を引き起こすと共に、ＭｎＳ介在物を形成
して冷間加工性を阻害し且つ耐遅れ破壊性を低下させる
ので極力少ない方が望ましい。しかしながら、脱Ｓ処理
を十分に実施しようとすれば多くの負担を要するので、
経済的理由に基づいて通常の脱Ｓレベル、即ち0.01％以
下とする。このレベルならば特に悪影響がない。
して冷間加工性を阻害し且つ耐遅れ破壊性を低下させる
ので極力少ない方が望ましい。しかしながら、脱Ｓ処理
を十分に実施しようとすれば多くの負担を要するので、
経済的理由に基づいて通常の脱Ｓレベル、即ち0.01％以
下とする。このレベルならば特に悪影響がない。
【００１４】Ｃｒ：0.5 ％未満（０％を含む） Ｃｒは焼入れ性の向上に有効な元素であり、好ましくは
0.25％以上添加することが推奨される。しかしながら、
多量の添加は圧延材の強度を高め冷間加工性を阻害する
ため、その上限を0.5 ％未満とする。好ましい上限値は
0.4 ％であり、より好ましくは0.35％である。
0.25％以上添加することが推奨される。しかしながら、
多量の添加は圧延材の強度を高め冷間加工性を阻害する
ため、その上限を0.5 ％未満とする。好ましい上限値は
0.4 ％であり、より好ましくは0.35％である。
【００１５】Ｔｉ：0.01〜0.10％ Ｔｉは鋼中のＮを固定し、その結果、ＢＮの生成を抑
え、後記するＢの有効量を確保することによって浸燐
（後述する「粒界へのＰの偏析」のこと）の抑制作用を
発揮する。また、結晶粒の微細化作用によって粒界面積
が増加し、その結果、前記Ｐ等の粒界偏析成分の分散、
水素のトラップサイトの増加による拡散性水素の減少、
フリー窒素の固定化作用が高められ、耐遅れ破壊性が向
上する。この様な作用を有効に発揮させるには0.01％以
上の添加が必要であり、好ましくは0.025 ％以上添加す
る。しかしながら、0.10％を超えて添加すると、粗大な
ＴｉＮが多量に生成し、冷間加工性や耐遅れ破壊性を阻
害する様になるので、その上限を0.10％とする。好まし
い上限値は0.07％である。
え、後記するＢの有効量を確保することによって浸燐
（後述する「粒界へのＰの偏析」のこと）の抑制作用を
発揮する。また、結晶粒の微細化作用によって粒界面積
が増加し、その結果、前記Ｐ等の粒界偏析成分の分散、
水素のトラップサイトの増加による拡散性水素の減少、
フリー窒素の固定化作用が高められ、耐遅れ破壊性が向
上する。この様な作用を有効に発揮させるには0.01％以
上の添加が必要であり、好ましくは0.025 ％以上添加す
る。しかしながら、0.10％を超えて添加すると、粗大な
ＴｉＮが多量に生成し、冷間加工性や耐遅れ破壊性を阻
害する様になるので、その上限を0.10％とする。好まし
い上限値は0.07％である。
【００１６】Ａｌ：0.01〜0.05％ Ａは、脱酸作用を有すると共に、Ｎを固定して焼戻し後
の脆性防止と結晶粒の微細化作用を有する。この様な作
用を有効に発揮させるには、0.01％以上添加させる必要
があり、好ましい下限値は0.03％である。しかしなが
ら、0.05％を超えて過剰に添加すると、粗大なＡｌＮが
析出し結晶粒の微細化作用が減殺される。好ましい上限
値は0.04％である。
の脆性防止と結晶粒の微細化作用を有する。この様な作
用を有効に発揮させるには、0.01％以上添加させる必要
があり、好ましい下限値は0.03％である。しかしなが
ら、0.05％を超えて過剰に添加すると、粗大なＡｌＮが
析出し結晶粒の微細化作用が減殺される。好ましい上限
値は0.04％である。
【００１７】Ｂ：0.0005〜0.003 ％ Ｂは、粒界へのＰの偏析・析出を抑制する成分であり、
且つ焼入性の向上に有用である。この様な作用を有効に
発揮させるには、0.0005％以上の添加が必要である。好
ましい下限値は0.001 ％である。しかしながら、0.003
％を超えて過剰に添加すると粗大なＢＮが析出し、靭・
延性値が低下してしまう。好ましい上限値は0.002 ％で
ある。
且つ焼入性の向上に有用である。この様な作用を有効に
発揮させるには、0.0005％以上の添加が必要である。好
ましい下限値は0.001 ％である。しかしながら、0.003
％を超えて過剰に添加すると粗大なＢＮが析出し、靭・
延性値が低下してしまう。好ましい上限値は0.002 ％で
ある。
【００１８】本発明のボルト用鋼は基本的に上記成分組
成からなるものであるが、冷間加工性および耐遅れ破壊
性の両特性を具備する高強度ボルトを得る為には、更に
Ｃ，Ｓｉ，ＭｎおよびＣｒの含有量が下記式（１）の要
件を満足することが必要である。 0.50≦［Ｃ］＋0.15［Ｓｉ］＋0.2 ［Ｍｎ］＋0.11［Ｃｒ］≦0.60 … (1) （尚、以下の記載では便宜上、式中の｛［Ｃ］＋0.15
［Ｓｉ］＋0.2 ［Ｍｎ］＋0.11［Ｃｒ］｝を単にＥ値と
呼ぶことがある）
成からなるものであるが、冷間加工性および耐遅れ破壊
性の両特性を具備する高強度ボルトを得る為には、更に
Ｃ，Ｓｉ，ＭｎおよびＣｒの含有量が下記式（１）の要
件を満足することが必要である。 0.50≦［Ｃ］＋0.15［Ｓｉ］＋0.2 ［Ｍｎ］＋0.11［Ｃｒ］≦0.60 … (1) （尚、以下の記載では便宜上、式中の｛［Ｃ］＋0.15
［Ｓｉ］＋0.2 ［Ｍｎ］＋0.11［Ｃｒ］｝を単にＥ値と
呼ぶことがある）
【００１９】即ち、上記式に用いられる元素（Ｃ，Ｓ
ｉ，ＭｎおよびＣｒ）については、個々の元素の含有量
が前述の成分範囲を満足している場合であっても、全体
として見た場合、Ｅ値が0.60を超えると圧延材の強度が
高くなり過ぎて、冷間加工性に悪影響を及ぼす様にな
る。好ましい上限値は0.58であり、より好ましくは0.56
である。一方、Ｅ値が0.50未満の場合には、焼戻し脆性
域を避けた４００℃以上の焼戻し処理によって、所望と
する１０００Ｎ／ｍｍ2 以上の高強度が得られなくな
る。好ましい下限値は0.52であり、より好ましくは0.54
である。
ｉ，ＭｎおよびＣｒ）については、個々の元素の含有量
が前述の成分範囲を満足している場合であっても、全体
として見た場合、Ｅ値が0.60を超えると圧延材の強度が
高くなり過ぎて、冷間加工性に悪影響を及ぼす様にな
る。好ましい上限値は0.58であり、より好ましくは0.56
である。一方、Ｅ値が0.50未満の場合には、焼戻し脆性
域を避けた４００℃以上の焼戻し処理によって、所望と
する１０００Ｎ／ｍｍ2 以上の高強度が得られなくな
る。好ましい下限値は0.52であり、より好ましくは0.54
である。
【００２０】本発明に用いられる鋼材は、以上の元素を
基本成分とするものであるが、更に一層の耐遅れ破壊性
の向上を目的として、Ｍｏ，Ｎｂ，Ｖよりなる群から選
択される少なくとも１種以上の元素を下記の量だけ積極
的に添加することが推奨される。
基本成分とするものであるが、更に一層の耐遅れ破壊性
の向上を目的として、Ｍｏ，Ｎｂ，Ｖよりなる群から選
択される少なくとも１種以上の元素を下記の量だけ積極
的に添加することが推奨される。
【００２１】Ｍｏ：0.15％以下（０％を含まない） Ｎｂ：0.1 ％以下（０％を含まない） Ｖ：0.1 ％以下（０％を含まない） このうちＭｏは、粒界へのＰの偏析を抑制すると共に、
焼入性を向上させて高強度を確保するのに有用な成分で
あり、必要により上記成分と共に添加することによって
耐遅れ破壊性を更に改善することができる。しかしなが
ら0.15％を超えて添加すると、Ｃｒとの共存において固
溶Ｃｒ量を増加せしめＰの偏析を増大させるので、その
添加量を0.15％以下に抑制することが望ましい。
焼入性を向上させて高強度を確保するのに有用な成分で
あり、必要により上記成分と共に添加することによって
耐遅れ破壊性を更に改善することができる。しかしなが
ら0.15％を超えて添加すると、Ｃｒとの共存において固
溶Ｃｒ量を増加せしめＰの偏析を増大させるので、その
添加量を0.15％以下に抑制することが望ましい。
【００２２】また、Ｎｂ及びＶは結晶粒を微細化して靭
・延性値を高める効果があると共に、Ｎを固定してＢＮ
の生成を抑制し、有効Ｂ量を確保することによって遅れ
破壊を抑制する効果がある。しかしながらＮｂの添加量
が0.1 ％を超えると、粗大な炭窒化物が介在物として析
出し、鋼の靭性・延性を低下させるので、その上限を0.
1 ％とすることが推奨される。またＶについては、0.1
％を超えて添加してもその効果が飽和し、経済的に無駄
であるので、その上限を0.1 ％とすることが好ましい。
・延性値を高める効果があると共に、Ｎを固定してＢＮ
の生成を抑制し、有効Ｂ量を確保することによって遅れ
破壊を抑制する効果がある。しかしながらＮｂの添加量
が0.1 ％を超えると、粗大な炭窒化物が介在物として析
出し、鋼の靭性・延性を低下させるので、その上限を0.
1 ％とすることが推奨される。またＶについては、0.1
％を超えて添加してもその効果が飽和し、経済的に無駄
であるので、その上限を0.1 ％とすることが好ましい。
【００２３】上述した本発明の高強度ボルト用鋼を用い
て得られるボルトは、引張強さが１０００Ｎ／ｍｍ2 以
上を有すると共に、優れた冷間加工性および耐遅れ破壊
性も備えているので、自動車用ボルトや長大橋梁用高強
度ボルト等の高強度ボルトに好適に用いられる。
て得られるボルトは、引張強さが１０００Ｎ／ｍｍ2 以
上を有すると共に、優れた冷間加工性および耐遅れ破壊
性も備えているので、自動車用ボルトや長大橋梁用高強
度ボルト等の高強度ボルトに好適に用いられる。
【００２４】なかでも上記の本発明鋼を用い、本発明者
らによって先に開示された潤滑皮膜処理（特願平１−６
９０３１号公報に記載の燐を含まない潤滑皮膜形成剤で
処理する方法）を施した後、成形加工および焼入れ・焼
戻しすることによって製造されるボルトは、以下に記載
の浸燐現象を抑えることができるという点で非常に有用
である。
らによって先に開示された潤滑皮膜処理（特願平１−６
９０３１号公報に記載の燐を含まない潤滑皮膜形成剤で
処理する方法）を施した後、成形加工および焼入れ・焼
戻しすることによって製造されるボルトは、以下に記載
の浸燐現象を抑えることができるという点で非常に有用
である。
【００２５】上記公報に記載の方法は、ボルトの製造工
程中に取り込まれるＰが遅れ破壊の発生に重要な役割を
果たしているという知見に鑑みてなされたものであり、
ボルト成形前に施される潤滑皮膜処理において、燐を含
まない潤滑皮膜形成剤を用いることによって耐遅れ破壊
性に優れた高強度ボルトを効率よく製造しようというも
のである。即ち、高強度ボルトの製造に際しては、前記
した通り鋼素材を所定の形状に成形するのに先だって潤
滑処理を施す必要があるが、潤滑処理剤として燐酸塩皮
膜形成剤を使用すると、これが素材に付着したまま焼入
れ・焼戻し工程に持ち込まれて素材表面層の主に粒界部
分に浸入し（これを浸燐という）遅れ破壊を促進するこ
とが分かった。そこで、燐を含まない潤滑皮膜形成剤で
処理することによって浸燐発生の防止が可能になり、耐
遅れ破壊性能を高めることに成功したのである。
程中に取り込まれるＰが遅れ破壊の発生に重要な役割を
果たしているという知見に鑑みてなされたものであり、
ボルト成形前に施される潤滑皮膜処理において、燐を含
まない潤滑皮膜形成剤を用いることによって耐遅れ破壊
性に優れた高強度ボルトを効率よく製造しようというも
のである。即ち、高強度ボルトの製造に際しては、前記
した通り鋼素材を所定の形状に成形するのに先だって潤
滑処理を施す必要があるが、潤滑処理剤として燐酸塩皮
膜形成剤を使用すると、これが素材に付着したまま焼入
れ・焼戻し工程に持ち込まれて素材表面層の主に粒界部
分に浸入し（これを浸燐という）遅れ破壊を促進するこ
とが分かった。そこで、燐を含まない潤滑皮膜形成剤で
処理することによって浸燐発生の防止が可能になり、耐
遅れ破壊性能を高めることに成功したのである。
【００２６】尚、燐を含まない潤滑皮膜形成剤として
は、浸燐現象を引き起こす有害レベルの燐を含まないも
のであれば特に限定されない。例えば、石灰、蓚酸塩、
二硫化モリブデン、黒鉛等を使用することができる。
は、浸燐現象を引き起こす有害レベルの燐を含まないも
のであれば特に限定されない。例えば、石灰、蓚酸塩、
二硫化モリブデン、黒鉛等を使用することができる。
【００２７】本発明の製造方法は、上記成分の鋼素材を
使用すると共に、燐を含まない潤滑皮膜形成剤で処理す
るところに最大の特徴を有するものであって、その他の
製造工程は従来とほぼ同等であり、例えば上記鋼素材を
圧延して得られる線材を球状化焼鈍した後、酸洗し、潤
滑処理を施してスキンパス（伸線加工）及び成形加工
（冷・温間鍛造）を行ない、次いで成形部材に焼入れ・
焼戻し処理を施すことによって高強度ボルトを製造す
る。尚、焼戻し温度については、焼戻し脆性域を避ける
ことを目的として４００℃以上で行うことが推奨され
る。
使用すると共に、燐を含まない潤滑皮膜形成剤で処理す
るところに最大の特徴を有するものであって、その他の
製造工程は従来とほぼ同等であり、例えば上記鋼素材を
圧延して得られる線材を球状化焼鈍した後、酸洗し、潤
滑処理を施してスキンパス（伸線加工）及び成形加工
（冷・温間鍛造）を行ない、次いで成形部材に焼入れ・
焼戻し処理を施すことによって高強度ボルトを製造す
る。尚、焼戻し温度については、焼戻し脆性域を避ける
ことを目的として４００℃以上で行うことが推奨され
る。
【００２８】以下実施例に基づいて本発明を詳述する。
ただし、下記実施例は本発明を制限するものではなく、
前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することは
全て本発明の技術範囲に包含される。
ただし、下記実施例は本発明を制限するものではなく、
前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することは
全て本発明の技術範囲に包含される。
【００２９】
実施例１ 表１に示す成分組成の供試鋼を小型溶解炉（９０ｋｇ／
ｃｈ）にて溶製後、１５５角のビレットに鍛伸し、ダミ
ービレットを溶接してから10.3ｍｍφの線材に熱間圧延
した。次いで球状化焼鈍を施した後、酸洗し、表２に示
す各種の潤滑皮膜形成剤で処理した。尚、表中の「石
灰，蓚酸塩」は、いずれも浸燐現象を引き起こさない程
度のＰしか含まないものを用いている。その後、スキン
パス伸線により9.85ｍｍφに伸線加工した後、ダブルヘ
ッダーにて冷圧加工することによってボルト（Ｍ１０）
に成形加工し、引張強さが１２０ｋｇｆ／ｍｍ2 （１２
２５Ｎ／ｍｍ2 ）の強度が得られる様に焼入れ・焼戻し
処理を行った。この様にして得られた高強度ボルトにつ
いて、夫々下記の試験を実施した。
ｃｈ）にて溶製後、１５５角のビレットに鍛伸し、ダミ
ービレットを溶接してから10.3ｍｍφの線材に熱間圧延
した。次いで球状化焼鈍を施した後、酸洗し、表２に示
す各種の潤滑皮膜形成剤で処理した。尚、表中の「石
灰，蓚酸塩」は、いずれも浸燐現象を引き起こさない程
度のＰしか含まないものを用いている。その後、スキン
パス伸線により9.85ｍｍφに伸線加工した後、ダブルヘ
ッダーにて冷圧加工することによってボルト（Ｍ１０）
に成形加工し、引張強さが１２０ｋｇｆ／ｍｍ2 （１２
２５Ｎ／ｍｍ2 ）の強度が得られる様に焼入れ・焼戻し
処理を行った。この様にして得られた高強度ボルトにつ
いて、夫々下記の試験を実施した。
【００３０】［遅れ破壊試験法］１５％ＨＣｌ水溶液中
に３０分間浸漬後、水洗・乾燥したボルトに種々の引張
応力を加えて１００時間経過後でも破断しない応力を求
めた。この値を１００時間遅れ破壊強さとした。
に３０分間浸漬後、水洗・乾燥したボルトに種々の引張
応力を加えて１００時間経過後でも破断しない応力を求
めた。この値を１００時間遅れ破壊強さとした。
【００３１】［変形抵抗］10.3ｍｍφの線材を旋盤によ
り突切加工を施し、10.3ｍｍφ×15.5ｍｍ長さの円筒状
試験片を作製した。この試験片を300 トンプレスにて圧
縮加工率６０％の処理を施したときの圧縮荷重を読み取
った。尚、変形抵抗は下式に従って算出した。 変形抵抗（σ）＝Ｐ／ｆ×Ａ0 （式中、Ｐは圧縮荷重、ｆは拘束係数、Ａ0 は初期断面
積を夫々表す）
り突切加工を施し、10.3ｍｍφ×15.5ｍｍ長さの円筒状
試験片を作製した。この試験片を300 トンプレスにて圧
縮加工率６０％の処理を施したときの圧縮荷重を読み取
った。尚、変形抵抗は下式に従って算出した。 変形抵抗（σ）＝Ｐ／ｆ×Ａ0 （式中、Ｐは圧縮荷重、ｆは拘束係数、Ａ0 は初期断面
積を夫々表す）
【００３２】［浸燐発生の深さ］ボルト軸部の横断面を
Ｅ. Ｐ. Ｍ. Ａで線分析し、母材よりも燐濃度が高くな
る境部の距離（最表面部からの距離）を測定し、これを
浸燐発生の深さとした。この様にして得られた結果を表
２に示す。
Ｅ. Ｐ. Ｍ. Ａで線分析し、母材よりも燐濃度が高くな
る境部の距離（最表面部からの距離）を測定し、これを
浸燐発生の深さとした。この様にして得られた結果を表
２に示す。
【００３３】
【表１】
【００３４】
【表２】
【００３５】表の結果から以下の様に考察することがで
きる。Ｎo.１および２は、本発明の基本要件を全て満足
する例であり、潤滑皮膜形成剤の種類に依らず、要する
に浸燐現象を引き起こさない程度の燐を含まないもので
あれば、浸燐の発生がなく、変形抵抗が小さく且つ耐遅
れ破壊性に優れていることが分かる。Ｎo.３は、潤滑皮
膜形成剤として従来の燐酸亜鉛を使用した例であるが、
浸燐が発生し、耐遅れ破壊性が低下することが分かる。
きる。Ｎo.１および２は、本発明の基本要件を全て満足
する例であり、潤滑皮膜形成剤の種類に依らず、要する
に浸燐現象を引き起こさない程度の燐を含まないもので
あれば、浸燐の発生がなく、変形抵抗が小さく且つ耐遅
れ破壊性に優れていることが分かる。Ｎo.３は、潤滑皮
膜形成剤として従来の燐酸亜鉛を使用した例であるが、
浸燐が発生し、耐遅れ破壊性が低下することが分かる。
【００３６】Ｎo.４は、Ｍｏを積極的に添加した本発明
例であるが、Ｍｏの添加により耐遅れ破壊性が向上する
ことが分かる。Ｎo.５は、Ｃ量が上記式（１）の下限を
下回るためＥ値が本発明で規定する下限を下回る例であ
るが、所望の強度を得る為には焼戻し温度を４００℃未
満に制御しなければならず、耐遅れ破壊性が低下する。
Ｎo.６は、Ｃ量が上記式（１）の上限を超えるためにＥ
値が上限を超える例であるが、変形抵抗が大きくなり且
つ遅れ破壊強さが低下している。
例であるが、Ｍｏの添加により耐遅れ破壊性が向上する
ことが分かる。Ｎo.５は、Ｃ量が上記式（１）の下限を
下回るためＥ値が本発明で規定する下限を下回る例であ
るが、所望の強度を得る為には焼戻し温度を４００℃未
満に制御しなければならず、耐遅れ破壊性が低下する。
Ｎo.６は、Ｃ量が上記式（１）の上限を超えるためにＥ
値が上限を超える例であるが、変形抵抗が大きくなり且
つ遅れ破壊強さが低下している。
【００３７】Ｎo.７は、Ｓｉ量が多いため変形抵抗が大
きくなり且つ遅れ破壊強さが低くなる。Ｎo.８は、Ｃｒ
量が多いため変形抵抗が大きくなる。Ｎo.９は、Ｍｎ量
が多いためＥ値が上限値を超える例であるが、変形抵抗
が非常に大きくなる。Ｎo.１０は、Ｍｎ量が少ないため
Ｅ値が下限を下回る例であるが、所定の強度を得るには
焼戻し温度を４００℃未満に制御しなければならず、遅
れ破壊強さが低下する。
きくなり且つ遅れ破壊強さが低くなる。Ｎo.８は、Ｃｒ
量が多いため変形抵抗が大きくなる。Ｎo.９は、Ｍｎ量
が多いためＥ値が上限値を超える例であるが、変形抵抗
が非常に大きくなる。Ｎo.１０は、Ｍｎ量が少ないため
Ｅ値が下限を下回る例であるが、所定の強度を得るには
焼戻し温度を４００℃未満に制御しなければならず、遅
れ破壊強さが低下する。
【００３８】Ｎo.１１はＰ量が多いため、またＮo.１２
はＳ量が多いために、遅れ破壊強さが低下する。Ｎo.１
３はＴｉ量が多いため、変形抵抗が大きく且つ遅れ破壊
強さも若干低下する。Ｎo.１４は、Ｔｉ量が少ないため
遅れ破壊強さが格段に低下する。
はＳ量が多いために、遅れ破壊強さが低下する。Ｎo.１
３はＴｉ量が多いため、変形抵抗が大きく且つ遅れ破壊
強さも若干低下する。Ｎo.１４は、Ｔｉ量が少ないため
遅れ破壊強さが格段に低下する。
【００３９】Ｎo.１５および１６は、Ａｌ量が多い／少
ないため、遅れ破壊強さが低下する。Ｎo.１７は、Ｂ量
が多いため遅れ破壊強さが低下する。Ｎo.１８は、Ｂ量
が少ないため焼入れ不良を招き、焼戻し温度も４００℃
を切るため、遅れ破壊強さが低下する。Ｎo.１９は、
Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒの含有量は本発明の要件を満足す
るが、Ｅ値が本発明で規定する下限値を下回るため、所
定の強度を得るのに焼戻し温度を４００℃未満に制御し
なければならず、遅れ破壊強度が低下する。
ないため、遅れ破壊強さが低下する。Ｎo.１７は、Ｂ量
が多いため遅れ破壊強さが低下する。Ｎo.１８は、Ｂ量
が少ないため焼入れ不良を招き、焼戻し温度も４００℃
を切るため、遅れ破壊強さが低下する。Ｎo.１９は、
Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒの含有量は本発明の要件を満足す
るが、Ｅ値が本発明で規定する下限値を下回るため、所
定の強度を得るのに焼戻し温度を４００℃未満に制御し
なければならず、遅れ破壊強度が低下する。
【００４０】Ｎo.２０は、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒの含有
量は本発明要件を満足するが、Ｅ値が本発明で規定する
上限値を上回るため、変形抵抗が非常に高くなる。Ｎo.
２１および２２は、ＮｂおよびＶを夫々積極的に添加し
た本発明例であり、特に遅れ破壊強さの向上が顕著に見
られる。
量は本発明要件を満足するが、Ｅ値が本発明で規定する
上限値を上回るため、変形抵抗が非常に高くなる。Ｎo.
２１および２２は、ＮｂおよびＶを夫々積極的に添加し
た本発明例であり、特に遅れ破壊強さの向上が顕著に見
られる。
【００４１】
【発明の効果】本発明のボルト用鋼は以上の様に構成さ
れており、高強度でしかも冷間加工性および耐遅れ破壊
性の優れたボルトを製造するのに好適に用いられる。特
に、上記の本発明鋼を用い、且つ燐を含まない潤滑皮膜
形成剤で処理した後、成形加工並びに焼入れ・焼戻しす
ることによって得られるボルトは、浸燐現象を有効に抑
えることができるという点で非常に有用である。
れており、高強度でしかも冷間加工性および耐遅れ破壊
性の優れたボルトを製造するのに好適に用いられる。特
に、上記の本発明鋼を用い、且つ燐を含まない潤滑皮膜
形成剤で処理した後、成形加工並びに焼入れ・焼戻しす
ることによって得られるボルトは、浸燐現象を有効に抑
えることができるという点で非常に有用である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２１Ｄ 9/00 9352−4Ｋ Ｃ２１Ｄ 9/00 Ｂ Ｃ２２Ｃ 38/32 Ｃ２２Ｃ 38/32
Claims (4)
- 【請求項１】Ｃ ：0.15〜0.35％（質量％の意味、以下
同じ），Ｓｉ：0.1 ％以下（０％を含む），Ｍｎ：0.3
〜1.3 ％，Ｐ ：0.01％以下（０％を含む），Ｓ ：0.
01％以下（０％を含む），Ｃｒ：0.5 ％未満（０％を含
む），Ｔｉ：0.01〜0.10％，Ａｌ：0.01〜0.05％，Ｂ
：0.0005〜0.003 ％，並びに残部：Ｆｅおよび不可避
不純物からなると共に、下記式（１）を満足することを
特徴とする冷間加工性および耐遅れ破壊性に優れた高強
度ボルト用鋼。 0.50≦［Ｃ］＋0.15［Ｓｉ］＋0.2 ［Ｍｎ］＋0.11［Ｃｒ］≦0.60 … (1) （式中、［ ］は各元素の質量％を意味する） - 【請求項２】 前記鋼が、更にＭｏ：0.15％以下（０％
を含まない），Ｎｂ：0.1 ％以下（０％を含まない），
Ｖ ：0.1 ％以下（０％を含まない）よりなる群から選
択される少なくとも１種を含有するものである請求項１
に記載の高強度ボルト用鋼。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載のボルト用鋼を
用いて得られる高強度ボルト。 - 【請求項４】 請求項１または２に記載のボルト用鋼
を、燐を含まない潤滑皮膜形成剤で処理した後、成形加
工並びに焼入れ・焼戻しすることを特徴とする高強度ボ
ルトの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25904995A JPH09104945A (ja) | 1995-10-05 | 1995-10-05 | 冷間加工性および耐遅れ破壊性に優れた高強度ボルト用鋼、高強度ボルトの製造方法および高強度ボルト |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25904995A JPH09104945A (ja) | 1995-10-05 | 1995-10-05 | 冷間加工性および耐遅れ破壊性に優れた高強度ボルト用鋼、高強度ボルトの製造方法および高強度ボルト |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09104945A true JPH09104945A (ja) | 1997-04-22 |
Family
ID=17328629
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25904995A Withdrawn JPH09104945A (ja) | 1995-10-05 | 1995-10-05 | 冷間加工性および耐遅れ破壊性に優れた高強度ボルト用鋼、高強度ボルトの製造方法および高強度ボルト |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09104945A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005342779A (ja) * | 2004-06-07 | 2005-12-15 | Fuji Univance Corp | 歯車の成形方法 |
| EP2765213A4 (en) * | 2011-10-07 | 2016-03-30 | Kobe Steel Ltd | STEEL WIRE FOR BOLTS, BOLTS AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR |
| JP2017078209A (ja) * | 2015-10-21 | 2017-04-27 | 新日鐵住金株式会社 | 高強度ボルト及び高強度ボルト用鋼 |
| WO2018008703A1 (ja) | 2016-07-05 | 2018-01-11 | 新日鐵住金株式会社 | 圧延線材 |
| KR20180082581A (ko) | 2015-12-04 | 2018-07-18 | 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 | 냉간 단조 조질품용 압연 봉선 |
| US10487372B2 (en) | 2015-12-04 | 2019-11-26 | Nippon Steel Corporation | High-strength bolt |
-
1995
- 1995-10-05 JP JP25904995A patent/JPH09104945A/ja not_active Withdrawn
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