JP2001123223A - 冷間鍛造性に優れた高強力ボルト用鋼線材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造コストが低くかつ優れた品質の高強力ボ
ルト用鋼線材の製造技術について提案する。 【解決手段】 Ｃ：0.10〜0.30wt％、Si：0.15wt％以
下、Mn：0.50〜1.00wt％、Cr：0.30〜0.80wt％、Al：0.
005 〜0.040 wt％、Ti：0.010 〜0.050 wt％およびＢ：
0.0010〜0.0030wt％を含む鋼からなる、丸ビレットにピ
ーリング処理を施し、次いで線材に圧延する際の加熱温
度を900 〜1030℃に制御しかつ巻取温度を800 〜900 ℃
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、自動車や各種産
業用機械などに供される高強力ボルトの素材となる鋼線
材の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高強力ボルトは、圧延線材を需要家にお
いて酸洗、そして表面処理した後、ボルト鍛造時の寸法
精度を高めるために所定の寸法までスキンパス伸線し、
所定長さに切断してから数工程にわたる冷間鍛造を施し
て、製造されるのが一般的である。その後、調質処理に
て、所定の機械的性質が付与される。

【０００３】例えば、呼びがＭ20の1079Pa級ボルトの場
合は、22mmφに圧延した素材をコイルに巻取り、該コイ
ルに酢洗、そして表面処理を行った後、20mmφまでスキ
ンパス伸線し、次いで切断してから冷間鍛造を施し、さ
らに焼入れ焼戻し処理を施して引張り強さが1128Pa程度
となる調質を行って製造される。 さらに、最終製品にお
いて表面欠陥の有無をチェックするために、欠陥存在部
の磁気特性の変化を検出する、いわゆる湯流探傷が実施
される場合もある。

【０００４】ここで、需要家から材料供給側への要望
は、製造コストの削減および品質トラブルの抑制、例え
ば冷間鍛造時の割れをゼロにする等、極めて厳しい内容
になっているのが、近年の趨勢である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】これらの要望に応える
には、まず製造コスト削減に関して、冷間鍛造工具の寿
命および酢洗原単位を向上すること、また品質管理に関
して、冷間鍛造時の特にボルト頭部割れの発生を回避す
ることおよび耐遅れ破壊性を改善すること、がそれぞれ
肝要である。

【０００６】そこで、この発明は、このような課題を解
決した、製造コストが低くかつ優れた品質の高強力ボル
ト用鋼線材の製造技術について提案することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、前記の課題
を解決するために化学成分範囲を特定し、かつ制御圧延
を行うことにより、線材の変形抵抗つまり引張強さを小
さくし、冷間加工性の向上および工具寿命の延長を図る
ものである。

【０００８】ここで、熱間圧延コイルの庇検査は、コイ
ル端末のマグナー検査や圧延後の熱間渦流探傷装置（自
己比較型のためシーム状庇は検出できない）で検査する
もののコイル全長にわたる保証は困難である。従って、
線材そのものの庇を減少するべく、線材の出発材である
ビレットを丸形に変更しかつピーリングを行うことによ
り、線材での庇を大幅に減少する。

【０００９】すなわち、この発明は、Ｃ：0.10〜0.30wt
％、Si：0.15wt％以下、Mn：0.50〜1.00wt％、Cr：0.30
〜0.80wt％、Al：0.005 〜0.040 wt％、Ti：0.010 〜0.
050wt％およびＢ：0.0010〜0.0030wt％を含む鋼からな
る、丸ビレットにピーリング処理を施し、次いで線材に
圧延する際の加熱温度を900 〜1030℃に制御しかつ巻取
温度を800 〜900 ℃とすることを特徴とする冷間鍛造性
に優れた高強力ボルト用鋼線材の製造方法である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、この発明の構成につい
て、詳しく説明する。まず、素材の化学成分範囲の限定
理由は、次のとおりである。 Ｃ：0.10〜0.30wt％ Ｃは、焼入れ焼戻し後の強度を得るために、0.10wt％以
上が必要である。一方、0.30wt％をこえると、焼入れ焼
戻し後の強度が高くなる反面、延性が損なわれて耐遅れ
破壊性が阻害されるから、0.10〜0.30wt％、より好まし
くは0.20〜0.25wt％の範囲とする。

【００１１】Si：0.15wt％以下 Siはフェライト地の強化元素であり、所期した強度を得
るには、好ましくは0.02wt％以上が必要であるが、0.15
wt％をこえると冷間鍛造性を阻害するため、0.15wt％以
下、より好ましくは0.03〜0.05wt％の範囲とする。

【００１２】Mn：0.50〜1.00wt％ Mnは、焼入性の向上に有効であり、そのためには0.50wt
％以上必要である。 一方、1.00wt％をこえるとその効果
は飽和するから1.00wt％以下とした。

【００１３】Cr：0.30〜0.80wt％ Crは、Mnと同様に焼入性の向上に有効であり、そのため
には0.30wt％以上は必要である。一方、0.80wt％をこえ
るとその効果は飽和するから0.80wt％以下とした。

【００１４】さらに、安定した焼入れ性と、時として問
題となる耐遅れ破壊性を向上させるために、Al、Tiおよ
びＢを添加する。 Al：0.005 〜0.040 wt％ Alは、脱酸元素であり、その効果を発揮させるには0.00
5 wt％以上が必要である。一方、0.040 wt％をこえる
と、アルミナ系介在物が多くなり冷間鍛造性を阻害する
ため、0.040 wt％以下とする。

【００１５】Ti：0.010 〜0.050 wt％ Tiは、脱酸およびＢの焼入性効果を有効に作用させるた
めに、0.010 wt％以上を必要とするが、0.050 wt％をこ
えると、焼入れ性向上効果が飽和する上、Ti系の炭窒化
物および酸化物が増加し、冷間鍛造性を阻害するため、
0.050 wt％以下とする。

【００１６】Ｂ：0.0010〜0.0030wt％ Ｂは、焼き入れ性及び耐遅れ破壊性を向上するのに有効
であり、そのためには0.0010wt％以上が必要である。 一
方、0.0030wt％をこえると、Ｂ−窒化物を生成して焼入
性を阻害するため、0.0030wt％を上限とした。

【００１７】なお、ＰやＳなどの不純物元素は、冷間鍛
造性を阻害するから、いずれも0.015 wt％以下まで抑制
することが好ましい。

【００１８】以上の成分組成の鋼は、常法に従ってビレ
ットに成形するが、このビレットの形状を、従来の角形
状から丸形状に変え、 かつ該ビレットに対してピーリン
グ処理を実施することが肝要である。すなわち、ビレッ
トにおいて不可欠の表面疵探傷は、ビレットが角形状の
場合、コーナー部の探傷精度が低くなるが、丸形状では
全円周面が探傷可能になり、探傷精度を高めることがで
きる。

【００１９】さらに、ピーリング処理を施すことによっ
て、素材に表面疵が存在する場合に、その疵の位置に関
わらず疵を精度良く除去することが可能になる。

【００２０】かように、丸ビレットにピーリング処理を
施すことによって、素材庇がほぼ完全に削除される結
果、冷間鍛造時の割れ発生を防止することができる。な
ぜなら、冷間鍛造割れの要因として、表面疵、非金属介
在物、機械的性質および金型形状不良等があり、一般的
に表面疵要因による頻度が最も高いと考えられるからで
ある。

【００２１】次に、ピーリング処理後の丸ビレットを圧
延して線材にする際、丸ビレットの加熱温度を900 〜10
30℃に制御する必要がある。すなわち、ビレット加熱温
度が1030℃をこえると、γ粒の粗大化をまねいて線材圧
延後にパーライト変態を生じ易いから、線材圧延後のパ
ーライト変態を抑制するために1030℃以下とする。一
方、圧延時の変形抵抗の増大による、寸法不安定化を抑
えるために900 ℃を下限とする。

【００２２】さらに、圧延終了後の線材を巻き取るに当
り、上記と同様にパーライト変態を抑制するために、巻
取温度を900 ℃以下にするとともに、巻取形状の安定化
のために800 ℃以上とする。より好ましくは、スケール
厚による酢洗性も考慮して、830 〜870 ℃とする。な
お、巻取後の冷却は自然空冷とし、この際コイル内外面
での冷却むらを可能な限り防止するために、コイルカバ
ー等の中で冷却することが好ましい。

【００２３】

【実施例】表１に示す化学組成を有するＡ〜Ｃ鋼を連続
鋳造により300 ×400 mmの鋳片とし、その後熱間圧延に
より170 mmφの丸ビレットと150 mm四方の角ビレットと
した。次いで、丸ビレットは167 mmφまでのピーリング
処理を行ってから表面疵を検査し、一方角ビレットはマ
グナー検査により表面疵を検査後グラインダーによる手
入れをした。その後、各ビレットを22mmφ線材に圧延す
る際、Ａ鋼及びＣ鋼についてビレット加熱温度および巻
取温度を表２に示す条件に制御した。なお、巻取後の冷
却は、コイルカバー内での自然空冷とした。

【００２４】かくして得られたコイルの端末より連続10
本ずつの引張試験片（JIS ９号) を採取して引張試験を
行うと共に、 横断面のスケール厚さを顕微鏡で測定し
た。それぞれの平均値を表２に併記した。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】表１および２から、この発明に従うＡ鋼の
引張強さ（TS）は、比較のＣ鋼に比べいずれの条件にお
いても低い値を示し、引張強さが低いために、伸び（E
l）や絞り（RA）等の延性は高くなっていることがわか
る。 また、表２から、加熱温度および巻取温度が、この
発明で規定する上限をこえると、引張強さは高くなって
伸びおよび絞りは逆に低下すること、一方、 この発明で
規定する下限に満たないと、引張強さが低下するのに対
して伸びおよび絞りの向上が微々たるものになる上、製
品での寸法安定性が阻害される。 さらに、この発明で規
定する上限をこえると、スケール厚さは当然のことなが
ら厚くなり、その後の酢洗い性が不利となることも明ら
かである。

【００２８】なお、Ｂ鋼についても同様の結果が得られ
た。すなわち、加熱温度950 ℃および巻取温度840 ℃の
場合の引張強さは574 Pa、伸びおよび絞りはそれぞれ16
％および59％と、Ｃ鋼よりも低強度、高延性を示した。

【００２９】次に、冷間鍛造性を調べるため、加熱温度
950 ℃および巻取温度840 ℃にて得られた、この発明に
従う22mmφの線材から、15mmφで高さが22.5mmの試験片
を切削加工により作製し、静的な冷間鍛造試験（圧縮試
験）を各10個ずつ行った。すなわち、圧縮試験は、供試
材よりJIS に定められた所定寸法に切削加工した各試験
片に対して、種々の加工度での圧縮加工を施して割れの
発生を観察した。なお、加工度は次に示す圧縮率にて、
また割れ発生率は各圧縮率における10個の試験数に対す
る割れの発生比率にて、それぞれ表示した。 圧縮率（％）＝｛（加工前高さ）−（加工後高さ）｝／
（加工前高さ）×100

【００３０】その冷間鍛造試験の結果を、加工度と割れ
発生率との関係として図１に示す。図１に示すように、
Ａ鋼およびＢ鋼は、Ｃ鋼に比べて高加工度まで割れ発生
の少ないことが明らかである。

【００３１】また、Ａ，ＢおよびＣ鋼の成分組成になる
丸ビレットおよび角ビレットから、表２の条件１に従っ
て製造した線材を用いて、通常のＭ20の高強力ボルト製
造工程にて、ボルトを試作した。すなわち、22mmφの線
材を酢洗して表面処理を施した後、22mmφから20mmφま
でスキンパス伸線を行い、 所定の長さに切断してから、
冷間鋳造フォーマーによる連続加工を行ってボルトを製
造した。

【００３２】この鍛造後のボルト頭部の割れ発生につい
て目視チェックした結果を、表３に示す。 丸ビレットか
ら製造した各鋼に割れは発生しなかったが、角ビレット
からのＡ、ＢおよびＣ鋼には全てに微小な割れが発生し
ていた。この割れ部の断面を観察した結果、ビレットに
残留していた疵が原因であることも判明した。

【００３３】

【表３】

【００３４】引き続き、鍛造後のボルトに、870 ℃×60
min の加熱処理後に油焼入れを行い、 次いで温度360 ℃
×30ｓの焼戻し処理を行った。かくして得られたボルト
について、機械的性質および20℃のシャルピー試験を行
った結果を、表４に示す。表４から、従来鋼Ｃの引張強
さに比べて、ＡおよびＢ鋼の引張強さは若干低いが、F1
0Tクラスのボルト強度としては十分であり、伸びも十分
に高く全く問題ないことがわかる。 また、 吸収エネルギ
ーも従来鋼Ｃよりも高い値を示した。

【００３５】

【表４】

【００３６】

【発明の効果】この発明によれば、線材圧延後の引張強
さを低下させるとともに延性を高め、また冷間鍛造性を
大幅に向上できるため、需要家での酢洗時間の短縮や冷
間鍛造工具の寿命延長が期待でき、さらにはボルト頭部
の割れ発生率も低減されるから、トータル製造コストの
削減に大きく寄与するものである。さらに、焼入れ焼戻
し後の強度および延性も全く問題ないため、ボルトの衝
撃特性の改善も実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 成分組成が冷間鍛造性に与える影響を示す図
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃ：0.10〜0.30wt％、Si：0.15wt％以
   下、Mn：0.50〜1.00wt％、Cr：0.30〜0.80wt％、Al：0.
   005 〜0.040 wt％、Ti：0.010 〜0.050 wt％およびＢ：
   0.0010〜0.0030wt％を含む鋼からなる、丸ビレットにピ
   ーリング処理を施し、次いで線材に圧延する際の加熱温
   度を900 〜1030℃に制御しかつ巻取温度を800 〜900 ℃
   とすることを特徴とする冷間鍛造性に優れた高強力ボル
   ト用鋼線材の製造方法。