JP2003205336A - 高力ステンレスボルト及びその製造法 - Google Patents
高力ステンレスボルト及びその製造法Info
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Abstract
テナイト系ステンレス高力ボルトを工業的に量産するこ
とができる製造法を提供する。 【構成】 本発明の高力ステンレスボルトの製造法は、
オーステナイト系ステンレス鋼線材の表面に潤滑剤被膜
を形成して潤滑化線材を得、次いで該潤滑化線材を加工
歪みの自然対数値で規定した加工度が0.5〜1.5の
範囲で冷間成形することにより、軸方向に圧縮して据え
込んだ頭部と径方向に圧縮して押出成形した後転造加工
を加えたねじ部とを有するボルトを製造するに際して、
該潤滑剤被膜として、前記の範囲の加工度で剥離乃至破
壊を起こさないものを用いることを要旨とする。
Description
関し、特に1000MPa 以上の引張強さと優れた耐食性
とを兼ね備えた高力ステンレスボルトを、安定して製造
する方法に関するものである。
して鋼材を用いて製造されるのが普通であった。しかし
近時は、作動速度の高速化や省エネルギーのために軽量
化することが求められ、また装置自体の耐久性を高める
ためにステンレス鋼材を用いて製造されることが多くな
ってきている。
は、従来から抗張力が大きくて加工が比較的に容易な鋼
材を用いたものが多かったが、ステンレス鋼材を用いた
装置にあっては、使用するボルトもまたステンレス鋼製
であることが望まれる。そして、装置の軽量化並びに小
型化の流れに伴って、ボルトには更に高強度化が望まれ
る傾向があり、1997年に改正されたISO−350
6 (Specification for corrosion-resistant stainles
s steel fasteners)では、例えばSUS410,42
0,431などの、マルテンサイト系ステンレス鋼材を
用いた高力ボルトの規格として、C1−110 (min.te
nsile strength=1100MPa) が新しく制定されている。
トは、熱処理による強化が可能であるために実現できた
ものであり、マルテンサイト系より耐食性が優れている
オーステナイト系ステンレス鋼材を用いて実用化された
高力ボルトは、せいぜい800MPa レベル程度までであ
って、それ以上の引張強度を有するものは、実現できて
いなかった。その理由は、オーステナイト系ステンレス
鋼は熱処理による強化が不可能であって、室温での冷間
加工による硬化を図る以外には、材料に高強度を付与す
る方法がないうえ、オーステナイト系ステンレス鋼製の
ボルトに対して、1100MPa 以上の引張強度を与える
に必要な冷間強加工を、経済的に実施できる加工方法
は、未だに見出されていなかったからである。
のマルテンサイト系高力ボルトより更に優れた耐食性を
備え、しかも少なくとも同等以上の引張強度、すなわち
1100MPa 以上を有する、オーステナイト系ステンレ
ス高力ボルトを提供することを目的としたもので、更
に、このような高力ステンレスボルトを、工業的に量産
することができる製造法を提供しようとするものであ
る。
的は、オーステナイト系ステンレス鋼線材の表面に潤滑
剤被膜を形成して潤滑化線材を得、次いで該潤滑化線材
を加工歪みの自然対数値で規定した加工度が0.5〜
1.5の範囲で冷間成形することにより、軸方向に圧縮
して据え込んだ頭部と径方向に圧縮して押出成形した後
転造加工を加えたねじ部とを有するボルトを製造するに
際し、該潤滑剤被膜は前記の範囲の加工度で剥離乃至破
壊を起こさないものであることを要旨とする高力ステン
レスボルトの製造法によって、達成することができる。
そして更に、前記ボルトの表面から前記潤滑剤被膜を除
去したのち、不動態化処理することにより、高品質の高
力ステンレスボルトが得られる。
おいて、材料であるオーステナイト系ステンレス鋼材と
しては、特に限定されるものではないが、例えばSUS
304,SUS316,SUS316Lなどを用いるこ
とができる。中でも、SUS316が好ましく用いられ
る。
の線材を用いて高力ボルトを製造するには、加工歪みの
自然対数値で規定した加工度が0.5〜1.5の範囲
で、該線材を冷間成形する必要がある。従って、先ず製
造しようとするボルトの寸法に応じて、頭部の加工度と
ねじ部の加工度が、共に0.5〜1.5の範囲となるよ
うな形状や寸法を備えた、線材を準備することが必要で
ある。加工度の値が上記の範囲を下回るときは、ボルト
の強度が不充分となり易く、また上記の範囲を超えると
表面精度が損なわれる傾向があるうえ、成形用金型の寿
命を損なうため、いずれも好ましくない。
いるのが普通であるところから、その頭部は前記の線材
を、軸方向に圧縮して据込んで形成し、またねじ部は前
記の線材を、径方向に圧縮し押出して形成する方法があ
ることは、公知である。本発明では、頭部を圧縮して据
込成形するときの加工度と、ねじ部を圧縮して押出成形
したうえ、ねじの転造をするときの加工度とを、いずれ
も加工歪みの自然対数値で規定した加工度として、0.
5〜1.5の範囲内の近い値をとるように、線材の形状
や寸法を選ぶことが特に好ましい。
工される前に表面に潤滑剤被膜を形成することが必要で
ある。ここで形成される潤滑剤被膜は、線材の加工度が
0.5〜1.5の範囲であるときに、剥離や破壊を起こ
さないものであることが必要であるが、このような被膜
を形成する手段としては特に限定されず、公知の潤滑
剤、例えば極圧潤滑油等の液体潤滑剤、亜鉛や鉛等の展
延性金属膜、フッ素樹脂やアミド樹脂等の高分子フィル
ム、硫化モリブデンやグラファイト等の粉体、或いはこ
れらの複合物などから、要求性能に適合するものを適宜
選択して使用することができる。
テンレス線材を、圧造用の金型に収容して圧縮荷重をか
けると、頭部の据え込みとねじ部の押し出しとが同時に
行われ、上記の加工条件の下で冷間成形されたボルト体
が得られる。このボルト体は、表面に潤滑剤被膜が残っ
ているので、そのまま通常の転造加工方法を利用してね
じ山を形成し、ボルトを得ることができる。こうして得
たボルトは、適宜の清浄化処理によって潤滑剤被膜を除
去したのち、公知の酸化処理などを行って不動態化する
ことができる。
ステンレスボルトは、ボルト全体が略同一レベルの加工
度で成形されているので、強化度が揃っていてバランス
がとれた機械的特性を備えている。そして、低い圧縮荷
重を効率的に作用させて高い補強効果を実現できるか
ら、成形金型が疲労破壊を起こすことを防ぐことができ
と共に、ボルトの品質を高めることができる。
部高さ5.85mm、六角穴深さ3.5mm、ねじ部素材径
5.28mm、ねじピッチ1.00mm、ねじ谷径4.92
mmの六角穴付ステンレスボルトを製造するための、冷間
成形用の成形金型とねじ転造金型とを用意した。また、
ボルト製造用材料として、径がそれぞれ5.8mm、7.
2mm、9.1mmの、SUS316線材を用意した。そし
て、これらの線材に粉末潤滑剤を含む軟質金属被膜を付
けて、上記の成形用金型により線材を冷間加圧成形し、
ボルトの頭部の圧造とねじ部の押し出しとを行った後、
更にねじの転造を行って、A、B、Cの3種のボルトを
製造した。
材に、従来からねじの転造に用いられている固体粉末潤
滑剤含有水性塗料を塗布して、上記と同様にして冷間加
圧成形を行って、ボルトDを製造した。
も同じ性状の成形用金型を用いて繰り返してそれぞれ成
形し、それぞれのボルトの平均的成形応力値(MPa) と、
圧造及びねじ転造によるボルトの頭部とねじ部との、加
工歪み量から計算したそれぞれの平均的加工度と、製品
の各ボルトについて測定した平均的引張強さ(MPa) と、
成形用金型が破壊するまでに成形できたボルトの個数と
を、それぞれ表1に示した。
強化されていてバランスのとれた機械的特性を有してお
り、成形用金型の耐久寿命も大幅に優れていて、量産が
可能な好ましい製品であるのに対して、ボルトAは頭部
を中心に強化されているが、ねじ部の強化が不充分であ
り、またボルトCはねじ部の強化は充分であるが、頭部
の強化は充分でないという、偏った機械的特性を有して
いる。そして、ボルトDは成形時の圧縮荷重が大きくて
金型の寿命が短く、量産するには難があることが分か
る。
によれば、1100MPa 以上の引張強さを有してバラン
スがとれた機械的特性を備えた、オーステナイト系ステ
ンレス鋼製のボルトを、比較的に低い圧縮荷重で成形す
ることができる。従って、オーステナイト系ステンレス
鋼材に特有の、優れた耐食性を備えた高強度ボルトを、
成形金型に対して過度な負荷を与えることなく製造する
ことができるので、成形金型の使用寿命を延ばすことが
でき、性能の揃った高品質の高力ステンレスボルトを経
済的に量産することができる効果がある。
Claims (3)
- 【請求項1】 オーステナイト系ステンレス鋼線材の表
面に潤滑剤被膜を形成して潤滑化線材を得、次いで該潤
滑化線材を加工歪みの自然対数値で規定した加工度が
0.5〜1.5の範囲で冷間成形することにより、軸方
向に圧縮して据え込んだ頭部と径方向に圧縮して押出成
形した後転造加工を加えたねじ部とを有するボルトを製
造するに際し、該潤滑剤被膜は前記の範囲の加工度で剥
離乃至破壊を起こさないものであることを特徴とする高
力ステンレスボルトの製造法。 - 【請求項2】 前記ボルトの表面から前記潤滑剤被膜を
除去したのち、更に不動態化処理することを特徴とする
請求項1に記載の高力ステンレスボルトの製造法。 - 【請求項3】 表面が不動態化されたオーステナイト系
ステンレス鋼材で形成され、少なくとも1100MPa の
引張強さを備えていることを特徴とする高力ステンレス
ボルト。
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