JP2001107190A - 海岸耐候性に優れた高力ボルト・ナット用鋼 - Google Patents

海岸耐候性に優れた高力ボルト・ナット用鋼

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JP2001107190A
JP2001107190A JP28685199A JP28685199A JP2001107190A JP 2001107190 A JP2001107190 A JP 2001107190A JP 28685199 A JP28685199 A JP 28685199A JP 28685199 A JP28685199 A JP 28685199A JP 2001107190 A JP2001107190 A JP 2001107190A
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Tomoyuki Yokota
智之 横田
Tetsuo Shiragami
哲夫 白神
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NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】この発明は、海岸地域など0.05mdd以上
の塩分が飛来する環境においても優れた耐候性を有する
高力ボルト・ナット用鋼を提供する。 【解決手段】 質量%で、C:0.15〜0.3%、
P:0.03%以下、Ni:1.0〜5.0%を含有
し、(1)式で示す焼入れ性指数DIが1.5以上であ
ることを基本成分組成とし、選択成分としてCu,C
r,Mo,Ti,Nb,V,Bを適宜選択することを特
徴とする海岸耐候性に優れた高力ボルト・ナット用鋼。 DI=0.31√C(1+0.64Si)(1+4.1Mn)(1+2.83P )(1−0.62S)(1+2.33Cr)(1+0.52Ni)(1+3.1 4Mo)(1+0.27Cu){1+1.5(0.9−C)} (1 ) 但し、最終項:{1+1.5(0.9−C)}はBが添
加された場合のみ乗ずる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、建築・土木分野の
各種構造物に用いられる摩擦接合用の高力ボルト・ナッ
ト用鋼に関し、特に海岸地域など塩水が関与する腐食環
境で用いられる耐候性に優れた高力ボルト・ナット用鋼
に関する。
【0002】
【従来の技術】鋼構造物を無塗装で使用する場合、耐候
性鋼が用いられ、鋼板や形鋼に関してはJIS G31
14「溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材」やJIS G3
125「高耐候性圧延鋼材」に規格化されている。しか
し、それらの継手に用いられる高力ボルト・ナットに関
しては国内で何ら規格化されておらず、また、その目的
から、極めて高強度を必要とするため焼入れ焼戻し処理
が必須であり、鋼板や形鋼に関する上記規格の鋼を高力
ボルト・ナット用素材として利用することもできない。
【0003】高力ボルト・ナット用素材に関しては、焼
入れ焼戻し処理により1000MPa以上の強度とする
技術が特公昭53−24890号公報、特公昭56−2
0350号公報に記載されている。
【0004】特公昭53−24890号公報に記載の技
術はCu,Cr,Siを添加し耐候性を確保するととも
に、Si,Al添加により高強度鋼に特有な遅れ破壊を
抑制したことが特徴であり、特公昭56−20350号
公報にはCu,Crの添加で耐候性を確保し、Siの低
減によりボルト成形前の焼鈍省略を可能とする技術が開
示されている。
【0005】しかし、これら上述した規格、先行文献に
記載された耐候性鋼は、大気暴露環境において、Cu,
Crなどの有効元素が富化した防食性の高い安定錆が表
面を覆うことにより、腐食の進展を遅延するものであ
り、海岸地域のように塩分が比較的多い環境(飛来塩分
量0.05mdd以上)においては錆が安定化しにく
く、実用的な耐食性を保証するものではなかった。
【0006】特開平7−207340号公報や特開平7
−242993号公報にはこのような環境において用い
られる耐候性鋼が開示されている。しかしながらこれら
はいずれも鋼板を対象としたもので、高力ボルト・ナッ
ト向けの素材として利用することは不可能であり、従
来、海岸地域のように塩分が比較的多い環境(飛来塩分
量0.05mdd以上)において実用的な耐候性を有す
る高力ボルト・ナットを製造することは不可能であっ
た。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の点に
鑑みなされたもので、塩分,特に0.05mdd以上の
塩分が飛来する環境において高い耐候性を有する高力ボ
ルト・ナット用鋼を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者等は上記目的を
達成するため、焼入れ焼戻し後の引張強さ980MPa
以上の確保を前提に、鋼材の化学成分と塩分が飛来する
環境における耐候性の関係について鋭意検討を行い、以
下の知見を得た。
【0009】1.飛来塩分量0.05mdd以上の環境
で優れた耐候性を得るためには、Niの多量添加が有効
である。
【0010】2.Pは飛来塩分量0.05mdd以上の
環境で優れた耐候性を得るのに有効であるが、高力ボル
トでは遅れ破壊を助長することが懸念されるため、その
添加量を抑制しなければならない。しかし、Pの低減に
よる耐食性の低下は、Niの増量により補完することが
可能である。
【0011】本発明はこのような知見に基づいてなされ
たものであり、第一に、質量%で、C:0.15〜0.
3%、P:0.03%以下、Ni:1.0〜5.0%を
含有し、下記(1)式で示す焼入れ性指数DIが1.5
以上であることを特徴とする海岸耐候性に優れた高力ボ
ルト・ナット用鋼を提供する。
【0012】第二に、質量%でC:0.15〜0.3
%、Si:0.1〜1.0%、Mn:0.4〜1.0
%、P:0.03%以下、S:0.01%以下、Al:
0.01〜0.05%、N:0.002〜0.01%、
Ni:1.0〜5.0%を含有し、下記(1)式で示す
焼入れ性指数DIが1.5以上であることを特徴とする
海岸耐候性に優れた高力ボルト・ナット用鋼を提供す
る。
【0013】第三に、更に、質量%でCu:0.1〜
0.5%を含有する1又は2に記載の海岸耐候性に優れ
た高力ボルト・ナット用鋼を提供する。
【0014】第四に、更に、質量%でCr:0.1〜
0.5%、Mo:0.1〜0.5%の一種又は二種を含
有する1乃至3の何れかに記載の海岸耐候性に優れた高
力ボルト・ナット用鋼を提供する。
【0015】第五に、更に、質量%でTi:0.005
〜0.05%,Nb:0.005〜0.05%,V:
0.005〜0.05%,B:0.0003〜0.00
5%の一種又は二種以上を含有する1乃至4の何れかに
記載の海岸耐候性に優れた高力ボルト・ナット用鋼を提
供する。
【0016】 DI=0.31√C(1+0.64Si)(1+4.1Mn)(1+2.83 P)(1−0.62S)(1+2.33Cr)(1+0.52Ni)(1+3. 14Mo)(1+0.27Cu){1+1.5(0.9−C)} ( 1) 但し、最終項:{1+1.5(0.9−C)}はBが添
加された場合のみ乗ずる。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明における化学成分の限定理
由について説明する。
【0018】C:0.15〜0.3% Cは焼入れ焼戻し処理により引張り強さを確保するため
添加する。0.15%未満では必要な強度が得られず、
0.3%を超えるとボルト成形加工時の変形抵抗が増大
し加工性が低下するため、0.15〜0.3%とする。
【0019】P:0.03%以下 Pは優れた耐候性を得るのに有効であるが、0.03%
を超えると靭性・耐遅れ破壊特性が劣化するので0.0
3%以下とする。
【0020】Ni:1.0〜5.0% Niは0.05mdd以上の塩分が飛来する環境におい
て耐候性を大幅に改善する効果を有する重要な元素であ
り添加する。1.0%未満ではその効果が得られず、
5.0%を超えると効果が飽和するため1.0〜5.0
%とする。
【0021】DI値:1.5以上 本発明は、0.05mdd以上の塩分が飛来する環境に
おいて耐候性を改善すると共に、高力ボルト製造時に必
要となる焼入れ性を確保する成分組成とすることが特徴
で、下記(1)式で示されるDI値を規定する。DI値
は汎用的に利用されるM22サイズのボルトの中心部に
まで十分焼きを入れるため1.5以上とする。
【0022】ナットは素材径がボルトよりも若干大きく
なるが、鍛造焼入れのためボルトより焼入れ温度が高
く、また、素材中心部に穴があいているためボルトと同
成分ならば焼入れ性が確保でき、DI値1.5以上とす
る規定で十分な焼入れ性を確保することが可能である。
【0023】 DI=0.31√C(1+0.64Si)(1+4.1Mn)(1+2.8 3P)(1−0.62S)(1+2.33Cr)(1+0.52Ni)(1+3 .14Mo)(1+0.27Cu){1+1.5(0.9−C)} (1) 但し、最終項:{1+1.5(0.9−C)}はBが添
加された場合のみ乗ずる。
【0024】上記の規定で本願発明の効果は十分得られ
るが、実製造においては以下の成分について規定するこ
とがより好ましい。
【0025】Si:0.1〜1.0% Siは脱酸剤として添加する。0.1%未満ではその効
果が得られず、1.0%以上となると変形抵抗が増大す
るため、0.1〜1.0%とする。
【0026】Mn:0.4〜1.0% Mnは焼入れ性を高める元素であり、必要な引張り強さ
を得るため添加する。
【0027】0.4%未満ではその効果が得られず、
1.0%を超えると耐候性に悪影響を与えるため、0.
4〜1.0%とする。
【0028】S:0.01%以下 Sは鋼中でMnSとして存在する。0.01%を超える
とMnS量が多くなって靭性が劣化するため、0.01
%以下とする。
【0029】Al:0.01〜0.05% Alは脱酸とAlNの組織微細化による靭性向上のため
添加する。0.01%未満ではそれらの効果が十分でな
く、0.05%を超えると酸化物系の介在物が多くなり
靭性が劣化するため、0.01〜0.05%とする。
【0030】N:0.002〜0.01% NはAlNとして析出し、組織を微細化させ靭性を向上
させるので、0.002%以上とする。0.01%を超
えると固溶Nにより靭性が劣化するため、0.002〜
0.01%とする。
【0031】更に本発明では、必要に応じて更に特性を
向上させるため、Cu,Cr,Mo,Ti,Nb,V,
Bを適宜添加することが可能であり、耐候性を向上させ
る場合はCuを、靭性を向上させる場合はCr,Moの
一種又は二種を、強度を向上させる場合はTi,Nb,
V,Bの一種又は二種以上を添加する。
【0032】以下にこれらの元素を添加する場合の限定
理由について説明する。
【0033】Cu:0.1〜0.5% CuはNiと同様、耐候性を向上させるのに有効な元素
であるが、0.1%未満ではその効果が得られず、0.
5%を超えると加工性が低下するため、添加する場合は
0.1〜0.5%とする。
【0034】Cr:0.1〜1.5% Crは靭性を向上させるのに有効な元素であるが、0.
1%未満では効果が得られず、1.5%を超えると加工
性が低下するため、添加する場合は0.1〜1.5%と
する。
【0035】Mo:0.1〜0.5% Moは靭性を向上させるのに有効な元素であるが、0.
1%未満では効果が得られず、0.5%を超えると加工
性が低下するため、添加する場合は0.1〜0.5%と
する。
【0036】Ti:0.005〜0.05% TiはNを固定し、Bの窒化物としての析出を抑制し焼
入れ性に対して有効に作用するとともに、ピンニングに
より結晶粒を微細化させる。これらの作用により強度を
向上させるが、0.005%未満では効果がなく、0.
05%を超えると効果が飽和するため、0.005〜
0.05%とする。
【0037】Nb:0.005〜0.05% NbはTiと同様炭窒化物の生成によるピンニングによ
り結晶粒を微細化し、強度を向上させるが、0.005
%未満では効果がなく、0.05%を超えると効果が飽
和するため、0.005〜0.05%とする。
【0038】V:0.005〜0.05% Vは炭窒化物を析出し、焼戻し軟化抵抗を高め、強度を
向上させるが、0.005%未満では効果がなく、0.
05%を超えると靭性が劣化するため、0.005〜
0.05%とする。
【0039】B:0.0003〜0.005% Bは焼入れ性を高め、強度を向上させるが、0.000
3%未満では効果がなく、0.005%を超えると効果
が飽和するため、0.0003〜0.005%とする。
【0040】本発明鋼からの高力ボルト・ナットの製造
法は、一般的な方法で良く、高力ボルトは上記の化学成
分の鋼を熱間圧延により丸棒にしたものを素材とし、冷
間でボルト成形・ネジ転造され、焼入れ焼戻し処理され
て製造される。ナットはボルトと同一の化学成分の鋼を
熱間圧延により丸棒にしたものを素材とし、熱間鍛造で
成形後、鍛造焼入れし、焼戻し処理されて製造される。
尚、ボルト施工に際しては座金もボルト・ナットと共金
にすることが望ましい。
【0041】
【実施例】以下、実施例によって本発明を説明する。種
々の成分を有する鋼を溶製し、熱間圧延により22mm
径の丸棒とした。ボルトに成形後、850〜1000℃
の温度に加熱し、焼入れを行い、その後、焼戻し処理を
行った。ナットはボルトと同一成分の鋼を熱間圧延によ
り28mm径の丸棒とし、熱間鍛造により成形後、焼入
れ焼戻しを行った。
【0042】本実施例ではボルトの強度を1030〜1
130MPa級の引張強さ、ナットはHRC25〜30
の硬さとすることを目標とした。ボルト・ナットの耐候
性は暴露試験により評価した。暴露試験はボルト・ナッ
ト・座金の全てを共金とし、締め付けをボルト耐力の8
5%の軸力で行ったものを用い、銚子を暴露試験地とし
て一年間実施した。飛来塩分量はおよそ0.25mdd
で、試験後、最大孔あき腐食深さを測定した。
【0043】表1に供試鋼の化学成分および強度、耐候
性試験結果を示す。鋼No.1〜10は請求項1〜5の
規程を満足する本発明鋼で目標とする強度及び最大孔あ
き腐食深さ0.4mm未満の良好な耐候性が得られてい
る。鋼No.11はC量が低く、請求項1,2記載の発
明の範囲外で強度が目標強度を満足せず、暴露試験を省
略した。鋼No.12はMn量が高く、請求項2記載の
発明の範囲外で耐候性がやや劣る。鋼No.13はNi
量が低く、請求項1,2記載の発明の範囲外で耐候性が
大幅に劣化している。
【0044】
【表1】
【0045】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば
0.05mdd以上の塩分が飛来する環境において高い
耐候性を有する高力ボルト・ナットの製造が可能で、飛
来塩分量の多い海岸地域においても無塗装のまま摩擦接
合用高力ボルト・ナットが使用でき、産業上極めて有用
である。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 質量%で、C:0.15〜0.3%、
    P:0.03%以下、Ni:1.0〜5.0%を含有
    し、(1)式で示す焼入れ性指数DIが1.5以上であ
    ることを特徴とする海岸耐候性に優れた高力ボルト・ナ
    ット用鋼。 DI=0.31√C(1+0.64Si)(1+4.1Mn)(1+2.83P )(1−0.62S)(1+2.33Cr)(1+0.52Ni)(1+3.1 4Mo)(1+0.27Cu){1+1.5(0.9−C)} (1 ) 但し、最終項:{1+1.5(0.9−C)}はBが添
    加された場合のみ乗ずる。
  2. 【請求項2】 質量%でC:0.15〜0.3%、S
    i:0.1〜1.0%、Mn:0.4〜1.0%、P:
    0.03%以下、S:0.01%以下、Al:0.01
    〜0.05%、N:0.002〜0.01%、Ni:
    1.0〜5.0%を含有し、(1)式で示す焼入れ性指
    数DIが1.5以上であることを特徴とする海岸耐候性
    に優れた高力ボルト・ナット用鋼。 DI=0.31√C(1+0.64Si)(1+4.1Mn)(1+2.83P )(1−0.62S)(1+2.33Cr)(1+0.52Ni)(1+3.1 4Mo)(1+0.27Cu){1+1.5(0.9−C)} (1 ) 但し、最終項:{1+1.5(0.9−C)}はBが添
    加された場合のみ乗ずる。
  3. 【請求項3】 更に、質量%でCu:0.1〜0.5%
    を含有する請求項1又は2に記載の海岸耐候性に優れた
    高力ボルト・ナット用鋼。
  4. 【請求項4】 更に、質量%でCr:0.1〜0.5
    %、Mo:0.1〜0.5%の一種又は二種を含有する
    請求項1乃至3の何れかに記載の海岸耐候性に優れた高
    力ボルト・ナット用鋼。
  5. 【請求項5】 更に、質量%でTi:0.005〜0.
    05%,Nb:0.005〜0.05%,V:0.00
    5〜0.05%,B:0.0003〜0.005%の一
    種又は二種以上を含有する請求項1乃至4の何れかに記
    載の海岸耐候性に優れた高力ボルト・ナット用鋼。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1865086A1 (de) * 2006-06-07 2007-12-12 ThyssenKrupp Steel AG Mangan-Bor-Stahl, aus einem solchen Stahl hergestelltes Flachprodukt und Verfahren zu dessen Herstellung

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1865086A1 (de) * 2006-06-07 2007-12-12 ThyssenKrupp Steel AG Mangan-Bor-Stahl, aus einem solchen Stahl hergestelltes Flachprodukt und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2007141152A1 (de) * 2006-06-07 2007-12-13 Thyssenkrupp Steel Ag Mangan-bor-stahl, aus einem solchen stahl hergestelltes flachprodukt und verfahren zu dessen herstellung

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