JP2007002950A - 高強度タッピンねじ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来のように浸炭焼入れ・焼戻し処理を施すことなく、ねじ込み性及びねじり強さのいずれも優れた高強度タッピングねじを提供する。
【解決手段】 タッピンねじの成形体本体がその任意方向断面における少なくとも１断面における平均粒径２μｍ以下の超微細細粒フェライト組織を有し、且つ、前記成形体本体の表面には、金属めっき皮膜、クロメート処理皮膜、及び電着塗装皮膜からなる３種の皮膜の内、少なくとも１種が形成されているタッピンねじとする。
【選択図】 なし

Description

本発明は、金属材料のワークに予め形成されているねじ込み用の下穴に、ねじ自身でめねじを形成しながらねじ込む高強度タッピンねじに関するものである。

タッピンねじの性能特性として要求される重要なものは、一般に金属板状のワークにタッピンねじをねじ込む場合、このタッピンねじの表面硬度をワークの硬度以上に高くすることにより、ワークの下穴にこれをねじ込む際に、タッピンねじの脚部に形成されているおねじが潰れないようにしてねじ込み性を確保すると共に、タッピンねじ本体の硬さを必要以上に高めないようにして靭性を確保することにより、締結部品としてタッピンねじを下穴にねじ込んだときのトルク負荷に十分に耐えることができるようにしてねじり強さを確保し、更にねじ込み後のタッピンねじが耐遅れ破壊特性にも優れていることである。

そのため、鋼製タッピンねじの製造においては、通常、低炭素鋼鋼線を素材として用い、冷間圧造及び転造で成形されたねじに浸炭焼入れ・焼戻し処理を施しておねじの表面硬度を高くしたものが使用されている。例えばＪＩＳ Ｂ １１２２ 十字穴付きタッピンねじには、ＪＩＳ Ｇ ３５３９ 冷間圧造用炭素鋼線のＳＷＣＨ１２Ａ〜２２Ａ（アルミキルド鋼）又はＳＷＣＨ１２Ｋ〜２２Ｋ（シリコンキルド鋼）が素材として用いられ、転造等によってネジ部を成形し、浸炭焼入れ・焼戻しの調質処理によって製造されてきている。このようなタッピンねじの機械的性質は、例えばＪＩＳ Ｂ １０５５ によれば、表面硬さはビッカース硬さＨＶで４５０以上、心部硬さはＨＶで２７０〜３９０と規定されており、靭性及び耐遅れ破壊の確保と同時に、靭性と相反する傾向を示す硬さ・強さ特性も同時に確保しなければならないとされている。

上記の如きタッピンねじが具備すべき特性の内、靭性と硬さ・強さとの両立を図るための手段として、特開２００１−２４７９３７号公報（特許文献１）には、素材の鋼の化学成分組成を低炭素鋼系の適切な組成範囲内に制限すると共に、タッピンねじの成形体本体の適切な浸炭焼入れ処理条件と低温焼戻し処理条件との組合せ作用・効果により、表面硬さＨＶを５５０〜７００に高め、硬化深さを０．０５〜０．７ｍｍの範囲内に制御すると同時に、心部硬さＨＶを２００〜３２０の範囲内に制御するという技術が開示されている。

一方、ワークの硬さが高水準である場合にも、タッピンねじのねじ込み性（ねじ切り機能）の向上を図るための手段として、特開２００３−１３００２４号公報（特許文献２）には、タッピンねじの成形体本体の表面には、融点が高く硬性で且つ成形体本体に対する接着度の高い本体保護膜（例えばＮｉめっきやＣｒめっき等の皮膜）を設け、更にこの本体保護膜の表面に融点が低く軟性で、且つ本体保護膜からの剥離が容易である焼付き防止膜（例えばＺｎ系やＳｎ系めっき等の皮膜）を設けることにより、下穴を塑性変形させる際の摩擦高熱により所謂焼付き現象を生じさせないようにし、適正なめねじを形成させることにより強固な締結力を得るという技術が開示されている。
特開２００１−２４７９３７ 特開２００３−１３００２４

上記の通りの特許文献１又は２のいずれの発明によってもタッピンねじをねじ込んだときに、おねじが潰れないようなねじ込み性と、トルク負荷に十分に耐え得るねじり強さと
が確保できるとされている。しかしながら、いずれの発明においても、タッピンねじ本体の心部の靭性を確保し、表層部のみを硬化させるために、浸炭焼入れ・焼戻しの調質処理を施すことが前提条件となっている。例えば特許文献２の発明においては、最表層部に所要の焼付き防止膜を形成させており、しかもその実施の形態の段落番号００２２に記載されているように、ねじ部の表面硬さをビッカース硬さＨＶで５００〜７５０に設定した浸炭焼入れ処理を施すものとしている。

だが、以下のとおりの問題点は解消できないのが実情である。

１）ＨＶ≧４００では、遅れ破壊による頭とびの危険があり、また、靭性の低下も免れ得ない。一方、ねじ込み性は表面硬さがＨＶ≧５００であることが望ましい。

２）上記表面硬化処理としての浸炭焼入れ・焼戻し処理は、処理条件の制御や工程管理に手数がかかり、エネルギー消費も大きいという問題がある。また浸炭焼入れ・焼戻し処理では遅れ破壊を１００％は回避することができない。

そこで、本発明は、上記問題点を解決して、浸炭焼入れ・焼戻し処理を施すことのない、ねじ込み性及びねじり強さのいずれにも優れた新しい高強度タッピンねじとその製造方法を提供発することを課題としている。

上記課題を解決するために本発明者等は鋭意検討を行ない、その過程において下記の知見を得てきている。

まず、本発明者等は、Ｃ含有量が０．４５質量％以下の炭素鋼成分系の鋼塊、鋳片、鋼片又は鋼材に対して、圧延温度が３５０〜８００℃の範囲内において、所要のひずみを導入する温間でのカリバー圧延を行なうことにより、圧延方向に垂直な断面の平均粒径が２μｍ以下の超微細フェライト組織を主相とする鋼が得られ、この温間圧延ままの材料は、その機械的性質として引張強さが６００ＭＰａ以上で絞りが６５％以上を有し、更には引張強さが８００ＭＰａ以上で絞りが７０％以上を有するという冷間圧造性に優れ、且つ高強度を有する線材あるいは鋼線となることを見出した（特願２００３−４３５９８０）。

そして、この超微細フェライト組織及び機械的性質を有する温間圧延材料に所定の冷間加工を施すことにより、フェライトの結晶粒は圧延方向に垂直な断面の平均粒径で更に微細化され、その結果一層の著しい高強度鋼を得ることが可能となり、しかもこの著しい強度上昇にもかかわらず絞りの低下は極めて小さく抑えられることを見出した（特願２００５−１１４０３３、特願２００５−１１４０３０）。

これらの知見を踏まえてさらに検討を進め、本発明者は下記の知見を得て本発明を完成した。

すなわち、上記温間圧延、又は温間圧延と冷間圧延との組合せにより得られた材料を素材として用いれば、これに球状化焼なましを施して材料を軟化さなくても、通常の冷間圧造と冷間転造等によりねじに成形加工することができ、こうして調製されたねじの成形体本体は焼入・焼戻し処理を施さなくても、高強度を有するタッピンねじの成形体本体が得られること、そして、これに金属めっき皮膜、クロメート処理皮膜、及び電着塗装皮膜といった通常の表面皮膜の形成処理方法により、適宜表面皮膜を形成させた結果、得られたタッピンねじは、ねじ込み性及びねじり強度の両方に優れた特性を有する高強度のタッピンねじが得られることがわかった。

本願発明は、上記知見に基づくものであって、本発明が提供する高強度タッピンねじの特徴は以下の通りである。

本願の第１の発明に係る高強度タッピンねじは、その成形体本体の結晶組織として、この成形体本体の任意方向断面における少なくとも１断面における平均粒径が２μｍ以下の超微細粒フェライト組織を有し、且つ、この成形体本体の表面には、下記３種の表面処理皮膜の内の１種、即ち金属めっき皮膜、クロメート処理皮膜、及び電着塗装皮膜の３種から選ばれた１種以上が形成されていることに特徴を有するものである。

本願の第２の発明に係る高強度タッピンねじは、第１の発明におけるフェライトの平均粒径が更に小さい５００ｎｍ以下であることに特徴を有するものである。

そして、本願の第３の発明に係る高強度タッピンねじは、第２の発明におけるフェライトの平均粒径が更に一層小さい２００ｎｍ以下であることに特徴を有するものである。

本願の第４の発明に係る高強度タッピンねじは、その成形体本体の硬さとして、この本体の任意方向断面における少なくとも１断面における硬さがビッカース硬さで２５０以上３６０以下であってフェライト組織を有し、且つ、この成形体本体の表面には、下記３種の表面処理皮膜の内の１種、即ち金属めっき皮膜、クロメート処理皮膜、及び電着塗装皮膜の３種から選ばれた１種以上が形成されていることに特徴を有するものである。

本願の第５の発明に係る高強度タッピンねじは、第４の発明におけるビッカース硬さの上限を更に下げて、２５０以上３３０以下であることに特徴を有するものである。

本願の第６の発明に係る高強度タッピンねじは、上記第１から第６のいずれかの発明に係るタッピンねじにおいて、ねじ成形体本体の化学成分組成が下記の通りであることに特徴を有するものである。即ち、
Ｃ ：０．６０質量％以下、
Ｓｉ：１．５０質量％以下、
Ｍｎ：０．１５〜１．８０質量％以下、
Ｐ ：０．０１５質量％以下、
Ｓ ：０．０１５質量％以下、及び、
Ａｌ：０．０８０質量％以下
で、残部はＦｅ及び不可避不純物からなることに特徴を有するものである。

本願の第７の発明に係る高強度タッピンねじは、第７の発明に係るタッピンねじにおいて、ねじ成形体本体の化学成分組成として、更にＣｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ及びＢの内、少なくとも１元素が含有されていることに特徴を有するものである。

また、本発明のねじ込み性及びねじり強さに優れ、しかも耐遅れ破壊特性にも有利な高強度タッピンねじの製造方法は、第８から第１３の発明として以下の特徴を有している。

本願の第８の発明に係る高強度タッピンねじの製造方法は、鋼塊、鋳片、鋼片又は鋼材半成品にカリバーロール圧延による温間加工を施して、長手方向に垂直な断面における平均結晶粒径が２μｍ以下の超微細粒フェライト組織を有する鋼線又は棒鋼を調製し、得られた鋼線又は棒鋼を素材としてこれに冷間圧造、転造、冷間鍛造及び／又は切削加工を施してタッピンねじの成形体本体を成形し、こうして得られた成形体本体に、金属めっき、クロメート処理、及び電着塗装からなる３種の表面処理の内の１種以上を施すことに特徴を有するものである。

また、本願の第９の発明に係る高強度タッピンねじの製造方法は、第８の発明に係るタッピンねじの製造方法におけるカリバーロール圧延による温間加工を次の条件下で行なうことに特徴を有するものである。
即ち、温間加工温度が３５０〜８００℃の範囲内において、圧延及び／又は鍛造により、被加工材の（１）式で表わされる総減面率Ｒが５０％以上であって、ここで、
Ｒ＝｛（Ｓ₀−Ｓ）／Ｓ₀｝×１００ ・・・・・・（１）
但し、Ｒ：鋼塊、鋳片、鋼片又は鋼材半成品に対して施す総減面率（％）
Ｓ₀：温間加工開始直前の鋼塊、鋳片、鋼片又は鋼材半成品のＣ方向断面積
Ｓ：温間加工終了後の材料のＣ方向断面積、
且つ被加工材内部へ導入されて残留する塑性ひずみが、３次元有限要素法で計算される材料断面内の平均塑性ひずみεで２．０以上となる加工を行なう。

本願の第１０の発明に係る高強度タッピンねじの製造方法は、先ず鋼塊、鋳片、鋼片又は鋼材半成品にカリバーロール圧延による温間加工を施して、２μｍ以下に微細化されたフェライト組織を有する線材又は棒材を調製する。更に、得られた線材又は棒材に冷間加工を施して、長手方向に垂直な断面における平均結晶粒径が２μｍ以下の超微細粒フェライト組織を有する鋼線又は棒鋼を調製する。そして、得られた鋼線又は棒鋼を素材としてこれに冷間圧造、転造、冷間鍛造及び／又は切削加工を施してタッピンねじの成形体本体を成形し、こうして調製された成形体本体に、金属めっき、クロメート処理、及び電着塗装からなる３種の表面処理の内１種以上を施すことに特徴を有するものである。

また、本願の第１１の発明に係る高強度タッピンねじの製造方法は、第１０の発明に係るタッピンねじの製造方法における温間加工及び冷間加工を、次の条件下で行なうことに特徴を有するものである。

即ち、温間加工は、カリバーロール圧延により行ない、加工温度が３５０〜８００℃の範囲内において、圧延及び／又は鍛造により、（１）式で表わされる総減面率Ｒが５０％以上であって、ここで、
Ｒ＝｛（Ｓ₀−Ｓ）／Ｓ₀｝×１００ ・・・・・・（１）
但し、Ｒ：鋼塊、鋳片、鋼片又は鋼材半成品に対して施す総減面率（％）
Ｓ₀：温間加工開始直前の鋼塊、鋳片、鋼片又は鋼材半成品のＣ方向断面積
Ｓ：温間加工終了後の材料のＣ方向断面積、
且つ被加工材内部へ導入されて残留する塑性ひずみが、３次元有限要素法で計算される材料断面内の平均塑性ひずみεで０．７以上となるように加工する。

そして、冷間加工は、加工温度が３５０℃未満において、圧延及び／又は引抜きにより、（２）で表わされる総減面率Ｒ’が５％以上となるように加工する。ここで、
Ｒ’＝｛（Ｓ₀’−Ｓ’）／Ｓ₀’｝×１００ ・・・・・・（２）
但し、Ｒ’：温間加工された材料に対して施す総減面率（％）
Ｓ₀’：冷間加工開始直前の材料のＣ方向断面積
Ｓ’：冷間加工終了後に得られる材料のＣ方向断面積
である。なお、上記冷間における圧延及び／又は引抜き工程においては、適宜シェービング（研削）又は研磨等の加工工程が含まれていてもよい。

そして、本願の第１２の発明に係る高強度タッピンねじの製造方法は、第１１の発明に係るタッピンねじの製造方法における冷間加工を、次の条件下で行なうことに特徴を有するものである。

即ち、上記温間加工後の平均フェライト粒径をｄμｍとしたとき、上記Ｓ₀’とＳ’と
の間に、下記（３）式：
ｄ×（Ｓ’／Ｓ₀’）^0.5≦０．２ ・・・・・・（３）
が満たされるように冷間加工における上記総減面率Ｒ’を設定することに特徴を有するものである。

そして、本願の第１３の発明に係る高強度タッピンねじの製造方法は、第８から第１２の発明に係るタッピンねじの製造方法において、成形体本体に成形加工を施す前に、上記鋼線又は棒鋼に対して５５０℃以下の低温焼なましを施すことに特徴を有するものである。

以上の通り、この出願の発明によれば、タッピンねじの素材である鋼線又は棒鋼は、その圧延方向に垂直な断面における平均フェライト粒径が超微細組織を呈しているので、強度と延性とのバランスに優れているため、これに従来実施されている球状化焼なましを施すことなくねじの成形体本体に成形加工することができる。そして、従来技術によるタッピンねじのように、成形体本体の表層部に浸炭焼入・焼戻し乃至浸炭窒化焼入・焼戻しに代表される硬化処理を施す必要もなく、この成形体本体に金属めっき皮膜、クロメート処理皮膜、又は電着塗装皮膜といった表面処理皮膜を形成させるだけで、ねじ込み性及びねじり強度に優れ、しかも遅れ破壊フリーのタッピンねじを得ることができる。

更に、従来、成形体本体に対する浸炭焼入・焼戻しにより、硬化層深さをある深さ以下に浅く制御することが困難乃至不可能であるために、ねじ山の靭性劣化が原因で製造不可能なマイクロタッピンねじであっても、本発明により製造することができる。

かくして、素材からタッピンねじを製造するまでの工程管理の簡素化、製造所要時間の短縮化、省エネルギー化及び環境改善にも寄与し、また、製造コストの削減化に寄与する。また、従来製造不可能であったようなマイクロタッピンねじの製造も可能となる。このようなタッピンねじの製造技術を提供することができ、工業上極めて有益な効果がもたらされる。

本願発明は上記通りの構成とこれに関して以下の特徴を有するものである。以下、本願発明の実施形態について詳細に説明する。

（１）本願タッピンねじの素材の調製方法と素材のフェライト粒径及び機械的性質の特
徴
本願発明に係るタッピンねじの特徴の一つは、その製造過程において、素材である鋼線又は棒鋼をタッピンねじの成形体本体に成形加工するに先立って、当該鋼線又は棒鋼に対して軟化のために球状化焼なましを施す必要がないこと、しかも、成形後の本体の強度を向上させるために焼入・焼戻しを施す必要もないことにある。このような特性を備えた鋼線又は棒鋼が得られる理由は、本願発明の方法により鋼線又は棒鋼を調製することにより、Ｃ方向断面において平均粒径が２μｍ以下、更には５００ｎｍ以下乃至２００ｎｍ以下のフェライト主体の鋼が得られるからである。これは、鋼線又は棒鋼を調製する工程において、鋼材の高強度化を実現する方法として相変態による強化機構を利用せずに、結晶粒の微細化を図る方法を採ることにしたこと、そして、この際、粒径の微細化につれて引張強さが増加し、引張強さの増加にもかかわらず絞りの低下量は小さく、強度と延性バランスに優れた材料が得られるからである。

以下、平均粒径が２μｍ以下のフェライトを有するタッピンねじの素材（鋼線又は棒鋼）の調製方法を、熱間加工鋼材を温間加工のみで得る方法と、熱間加工と冷間加工とで得る方法とに分けて述べると共に、得られる素材の特徴について述べる。
（１−１）温間加工のみにより素材を調製する場合
所定の鋼線又は棒鋼の調製を、鋼塊、鋳片、鋼片又は線材若しくは棒材等半成品のいずれかを被加工材として、カリバーロール圧延による多パスの温間加工をすることにより行なう。ここで、鋼片又は線材若しくは棒材等半成品とは、鋼塊又は鋳片を従来技術による熱間圧延又は熱間鍛造により調製した熱間加工材を指す。これは本明細書において全て同じである。なお、被加工材の化学成分組成は、後述の第（３）項で述べる通りの炭素鋼及び機械構造用合金鋼の範囲内であれば特に規定する必要はない。鋼線又は棒鋼の調製条件は、その加工温度を３５０〜８００℃の範囲内とし、更に、その際に臨界ひずみよりも大きなひずみを材料内へ導入することにより、このひずみによる結晶粒のミクロ的な局所方位差が微細結晶粒の起源となり、加工中あるいは加工後に起きる回復過程において、粒内の転位密度が低下すると同時に結晶粒界が形成されて、微細粒組織を形成することを利用するものである。

上記温間加工において、総減面率Ｒが５０％以上で且つ平均塑性ひずみεが２．０以上となるように、カリバーロールによる圧延を行なうことにより、Ｃ方向断面における平均粒径が２μｍ以下のフェライトを有する鋼線又は棒鋼が得られる。このような温間加工条件により相変態による強化機構を実質的に利用せず、フェライトの平均粒径を２μｍ以下に微細化することにより、鋼の高強度化を実現し、しかも絞りを所定の水準以上にすることができる。その結果、上述したタッピンねじの成形体本体を成形する前に、素材（鋼線又は棒鋼）を軟化のための球状化焼なまし、及び成形後の強度向上のための焼入・焼戻しを施す必要がなくなる。

ここで、鋼の化学成分組成をＳｉ−Ｍｎ系炭素鋼（但し、標準組織がｂｃｃの場合である）で種々変化させたとき、本発明の範囲内のカリバーロールによる温間圧延により大ひずみ導入の多方向・多パス圧延をした場合、フェライトの平均粒径ｄと引張強さＴＳとの関係は、平均粒径ｄの減少につれて引張強さＴＳが増加する。圧延方向に垂直な断面（Ｃ方向断面）組織の平均粒径を２μｍ以下のフェライト組織を主相とする材料を得るために、この温間圧延による材料の総減面率Ｒを５０％以上とし、且つ３次元有限要素法で計算される平均塑性ひずみεが２．０以上となるようにする。そうすれば、前述したとおり、引張強さＴＳは６００ＭＰａ以上が得られ、更に総減面率及び平均塑性ひずみを大きくすれば、平均粒径は微細化して引張強さＴＳは８００ＭＰａ以上となり、しかも絞りＲＡも高く、ＲＡ＝７０％程度の強度と延性バランスに優れた鋼線が得られる。一方、更に圧延温度を３８０〜４５０℃の範囲内まで低くすると、更に平均粒径が小さくなり、例えば、ｄ＝５００ｎｍで、ＴＳ＝９６０ＭＰａ、ＲＡ＝７２％が得られる。

また、ＪＩＳ ＳＷＣＨ１５Ａの化学成分組成の８０ｍｍ角熱間加工材に、本発明の範囲内における温間圧延を施して、１８ｍｍ角の温間圧延材に加工する。温間圧延におけるパススケジュールとしては、スクウェア型及びバイヤモンド型ロールを用い、多パスの圧延を行なう。更に望ましくは、オーバル型に次いでスクウェア型ロールによる圧延を行なうパススケジュールを取り入れることにより、材料内部に導入される所謂平均塑性ひずみεを一層大きくすることができるので、高強度且つ高延性バランスを備えた材料の調製に効果的である。なお、この温間圧延における材料の総減面率Ｒは、Ｒ＝９５．０％であり、平均塑性ひずみεは、３．０以上となることが推定される。これにより、Ｃ方向断面の平均粒径ｄが０．７μｍで、引張強さＴＳが７０２ＭＰａ、絞りＲＡが７８．６％の強度と延性とのバランスに優れた棒鋼が得られた。

（１−２）温間加工後に冷間加工をして素材を調製した場合
上記タッピンねじの素材としての鋼線又は棒鋼の調製工程としては、カリバーロール圧延による温間圧延により得られた材料を被加工材（通常は線材又は棒材に相当する）として、更に圧延又は伸線により冷間加工を施してもよい。

先ず、温間加工は、上記（１−１）項における条件に準じて行い、同じ原理に基づき細粒化を図る。但し、材料内へ導入すべき臨界ひずみとして、（１−１）項における条件を若干緩和して、総減面率Ｒが５０％以上で且つ平均塑性ひずみεが０．７以上となるように、カリバーロールによる圧延を行なってもよい。この段階においては、本願発明に必要な十分な粒径の微細化はされていないが、引き続き冷間加工を施して、細粒化を図るので問題は無い。

次いで更に、上記温間加工で得られた材料（線材又は棒材）に冷間加工を施す。加工温度は、３５０℃未満において、総減面率（％）：Ｒ’＝｛（Ｓ₀’−Ｓ’）／Ｓ₀’｝×１００が、５％以上となるように冷間加工する。ここで、Ｓ₀’：冷間加工開始前の材料の
Ｃ方向断面積、Ｓ’：冷間加工終了後のＣ方向断面積である。なお、冷間加工法としては、公知の冷間伸線及び冷間圧延のいずれを採用してもよく、また、冷間伸線と冷間圧延を組み合わせてもよい。なお、切削又は表面研磨等に伴う減面率は、上記総減面率の算定から除外する。

こうして冷間加工により調製された鋼線又は棒鋼のＣ方向断面のフェライトは、結晶粒が冷間加工方向に延伸した所謂バンブーストラクチャーの形態を呈するが、結晶粒が成長することはなく、Ｃ方向断面のフェライト平均粒径は更に微細化し、平均粒径は２μｍ以下、あるいは５００ｎｍ以下、更には２００ｎｍ以下に微細化する。その結果、引張強さＴＳは更に著しく上昇し、それにもかかわらず絞りＲＡの低下は小さく抑制されて、強度と延性のバランスに優れたものが得られる。

なお、加工温度を３５０℃未満とすることが望ましい。これは加工発熱により、冷間加工中にこれよりも高い温度に達すると、引張強さの上昇度合いが低下して望ましくないからである。

具体例として、Ｃ含有量＝０．０３質量％の低炭素アルミキルドの場合、１３ｍｍφの熱間圧延線材を上記のような本発明の範囲内のカリバーロール圧延による温間圧延により６ｍｍφに調製された線材では、Ｃ方向断面のフェライト平均粒径ｄが０．８μｍで、引張強さＴＳが８１７ＭＰａ、絞りＲＡが７５％の材料が得られた。この温間圧延による総減面率Ｒは、Ｒ＝７８．７％であり、平均塑性ひずみεは、３次元有限要素法解析計算の結果、２．０以上であることが確認されている。

上記で調製された温間圧延線材を、本発明の範囲内の冷間圧延により１．８ｍｍφの鋼線とした。このとき、冷間圧延総減面率Ｒ’は９１．０％であり、Ｃ方向断面のフェライト平均粒径ｄは２４０ｎｍで、引張強さＴＳが１１４０ＭＰａ、絞りＲＡが７２．３％の材料が得られた。更に１．３ｍｍφの鋼線としたとき（即ち、冷間圧延総減面率Ｒ’＝９５．３％、平均塑性ひずみε≧３．１のとき）には、Ｃ方向断面のフェライト平均粒径ｄは１８６ｎｍで、引張強さＴＳは１２０２ＭＰａ、絞りＲＡ＝７０．２％、ビッカース硬さＨＶ＝３１０の材料が得られた。

上述したように、素材（鋼線又は棒鋼）の機械的性質は上記温間加工、又は温間加工と冷間加工とにより、上述したような機械的性質の優れたものとなり、タッピンねじの成形体本体の成形性に寄与し、この素材（鋼線又は棒鋼）に対しては球状化焼なましによる軟化処理を行わなくても、冷間圧造、転造あるいは切削加工により成形加工ができ、しかも得られた成形体本体に焼入・焼戻し処理を施さなくても、素材に準じた水準の引張強さと絞りとが具備され、また相当する硬さが具備される。しかも、焼入・焼戻しがなされていないので、耐遅れ破壊特性に優れた成形体本体が得られる。そして、上記成形加工により結晶粒が素材での状態よりも成長することはない。それどころか、いわゆる２段打ちヘッ
ダー（ダブルヘッダー）で本体の頭部を成形し、十字穴リセスを形成させてねじを成形したところ、係合溝の部分が等軸状の超微細組織に変化していることが断面のＴＥＭ観察からわかった。またこの部分の硬さは成形体軸部よりも著しく上昇していることもわかった。従って、係合部の材質特性の異方性も大幅に改善されたことが推定される。

なお、上記工程において、更に、タッピンねじの成形体本体の成形工程の前において、上記素材（鋼線又は棒鋼）に対して低温焼なましを施すことにより、その成形性が一層向上するので、延性が高度に要求されるタッピンねじの成形体本体の調製時には成形性向上効果が発揮される。ここで、焼なまし温度としては５５０℃以下であれば、結晶粒の成長もなく、問題はない。なお、低温焼なましは、望ましくは製造ライン設計の観点から、冷間加工ライン上において、冷間加工の直前で連続的に行なうと一層望ましい。

上記理由により、本発明のタッピンねじ本体の結晶組織は、上記の通りの超微細粒フェライト組織を有するものと規定した。ここで、超微細粒フェライト組織を有するとは、主相がフェライト組織であることを意味し、主相（第１相）がフェライト粒からなる複相組織又はフェライト単相組織からなるものである。

ここで、フェライトの平均粒径の観察面として、任意方向断面の内少なくとも１観察面と規定したのは、成形体本体の素材として本発明で供される鋼材である鋼線又は棒鋼の圧延加工、伸線加工又は鍛造加工ままにおける結晶粒は、当該鋼材の長手方向に延伸した形状となっており、従ってヘッダー加工及び転造を施された成形体本体におけるメタルフローは複雑な形状を呈しているから、一義的に結晶粒径の測定断面を規定すべきでないからである。

（２）本願タッピンねじの成形体本体の硬さ
本願発明に係るタッピンねじは、その成形体本体が上記（１）項で述べた超微細粒フェライト組織を有する代わりに、任意方向断面での硬さが、少なくとも１測定断面においてビッカース硬さＨＶで２５０以上３６０以下であるフェライト組織を有するものであってもよい。更に望ましくは、ビッカース硬さＨＶで２５０以上３３０以下とする。ビッカース硬さで２５０以上とするのは、強度を確保するためであり、一方３６０以下とするのは成形体本体の成形性確保、及び遅れ破壊防止の観点から上限を設ける。更に、耐遅れ破壊を改善するために、３３０以下とする。

このように、タッピンねじの成形体本体の強度特性を、フェライトの結晶粒径により規定する代わりに、硬さにより規定した場合の条件である。この場合、本願発明に係るタッピンねじの引張強さＴＳは凡そ８００から１４００ＭＰａに相当する。浸炭焼入・焼戻しを施された従来技術によるタッピンねじの場合は、表面硬さがＨＶで５００〜６００程度、心部が３００〜４００程度である。従って、本発明のタッピンねじは、遅れ破壊の防止にも効果的である。

（３）化学成分組成
本願発明に係るタッピンねじの化学成分組成は、本願発明の範囲内にある温間圧延で得られる材料の金属結晶組織の主相がフェライトであるか、フェライト単相であればよい。具体的には、上記温間圧延条件にも依存するが、炭素鋼成分系であればＣ含有量が０．６０質量％以下を指す。なお、Ｃ含有量の下限値は、主相が実質的にセメンタイトフリーとなる場合でもよい。例えば、Ｃ含有量がＡｅ₁点におけるフェライト相の炭素の固溶限以
下でもよく、具体的にはＣ含有量が０．０１０質量％以下であってもよい。そして、いかなるＣ含有量に決定するかは、その他の成分元素含有量を与えた場合に、タッピンねじの素材である鋼線又は棒鋼で所望される引張強さＴＳと絞りＲＡとのバランスに応じて設計する。

また、本願発明においては、材料の強度向上のために、合金元素を添加することは必ずしも必要ではないが、焼入れ性向上を促進させる元素、例えばＣｒ、Ｍｏ及びＢ、固溶強化元素であるＣｕやＮｉ、並びに分散析出強化元素としてのＴｉ、Ｎｂ及びＶ等の有価元素の添加は必要に応じて適宜添加してもよい。なお、上記合金元素は製造コスト低減上からも添加せずに済ます方が望ましい。

一方、脱酸剤としてのＳｉ、Ｍｎ及びＡｌの含有量は、製鋼法及び精錬法に応じた従来の精錬、鋳造技術水準に基づき、非金属介在物の清浄性を確保可能な範囲内に適宜決定する。具体的には、Ｓｉ：１．５０質量％以下、Ｍｎ：０．１５〜１．８０質量％、Ａｌ：０．０８０質量％以下とする。更に、ＣａやＲＥＭの含有量は特に規定しないが、適宜添加しても差し支えない。

通常は有害不純物元素として扱われるＰ、Ｓ及びＮ等については、それらの含有量を特に規定しないが、従来の精錬、鋳造技術上から不可避的に混入する含有量の水準に制限すべきである。但し、特に超低含有量に制限する必要はない。これにて、本願発明は、その課題を十分に解決し得るからである。

以上により、低コストにて本願発明を実施する際の望ましい化学成分組成範囲として、Ｃ：０．６０質量％以下、Ｓｉ：１．５０質量％以下、Ｍｎ：０．１５〜１．８０質量％、Ｐ：０．０１５質量％以下、Ｓ：０．０１５質量％以下、及び、Ａｌ：０．０８０質量％以下であって、残部はＦｅ及び不可避不純物であるものとする。

（４）表面皮膜
本願発明のタッピンねじの成形体本体の表面には、金属めっき皮膜、クロメート処理皮膜、及び電着塗装皮膜からなる３種の皮膜の内の１種以上が形成されていることを要する。この表面処理皮膜の種類としては、電気Ｚｎめっき皮膜のような金属めっき皮膜、電気Ｚｎめっき皮膜の上にクロメート皮膜が形成された複層皮膜、又はカチオン電着若しくはアニオン電着塗装皮膜であればよい。このような表面皮膜が存在すると、タッピンねじのねじ込み性に優れているのは、この表面皮膜がタッピンねじのワークへのねじ込み時に潤滑剤に類似した作用により摩擦係数が低下すると共に、いわゆる焼きつきによる両者の材料間での損傷が防止されるからである。

（４−１）本願発明のタッピンねじにおける金属めっき皮膜としては、公知の従来技術の方法によりタッピンねじの表面に形成させる金属皮膜をさし、その通常の目的は耐食性を目的として形成される皮膜を指す。例えば、ＪＩＳ Ｂ １１２２の十字穴付きタッピンねじにおいては、付属書において必ずしも表面処理を施す必要はないが、電気めっきを施す場合には、ＪＩＳ Ｂ １０４４に規定する締結用部品の電気めっきを適用するものとしている。本願発明における電気めっき皮膜の有効性は潤滑剤的機能にあると推定されるところから、金属種としてはワークの材質に対して相対的に軟質であることが望ましいので、ＺｎやＳｎが好適である。また、皮膜の厚さは過度に厚くないことが必要であり、タッピング時のめねじの塑性加工量に依存して増加させることが望ましい。具体的には、ねじの呼び径の増大、従ってねじのピッチの増大により、２〜２０μｍ程度が好適であり、更にはねじ部の一定の寸法・諸元に対しては均一の厚さであることが望ましい。

（４−２）本願発明のタッピンねじにおけるクロメート処理皮膜としては、公知の従来技術の方法によりタッピンねじの表面に形成させる皮膜を指す。即ち、化成処理の１種で、通常は６価Ｃｒを主成分とする処理液中に成形体本体を浸漬して、６価Ｃｒと３価Ｃｒを主成分とするゲル状の複合水和酸化物皮膜（ＸＣｒ₂Ｏ₃・ＹＣｒ₂Ｏ₃・ＺＨ₂Ｏ）をそ
の表面に形成させる。但し、６価Ｃｒの有害性の故に、３価クロメート処理が一層望まし
い。通常、３価クロメート処理はＺｎめっき後の後処理として行なわれる。なお、Ｚｎめっきはめっきしたままの状態では比較的変色や腐食しやすいので、この上にクロメート処理を施すことが望ましい。

（４−３）本願発明のタッピンねじにおける電着塗装皮膜としては、公知の従来技術の方法によりタッピンねじの表面に形成させる皮膜を指す。即ち、タッピンねじの成形体本体を水溶性塗料溶液又は水分散性樹脂溶液に浸漬し、被塗物である成形体本体を陰極、対極を陽極としてこの間に直流電流を流し、正に荷電した塗膜形成成分を電気泳動により成形体本体の表面に電着させて皮膜を形成する（カチオン電着塗装）。なお、成形体本体を陽極とし、負に荷電した塗膜形成成分を電着させて皮膜を形成してもよい（アニオン電着塗装）。樹脂種の例としてはカチオン型電着ではアミノ基をもつ樹脂やオニウム塩基をもつ樹脂を、アニオン型電着ではカルボキシル基をもつ樹脂を用いればよい。そして、皮膜厚さは金属めっき皮膜における場合と同じ考え方により、５〜１５μｍ程度の範囲内で適宜設定するのが好ましい。なお、電着塗装皮膜は下地のＺｎめっきの上に形成させてもよい。

本願発明のタッピンねじは、成形体本体の結晶形態がフェライト主体の組織であって任意方向断面の少なくとも１断面における平均粒径が２μｍ以下、あるいは５００ｎｍ以下、更に望ましくは２００ｎｍ以下である故に、従来技術によるタッピンねじのように本体表層部に浸炭焼入・焼戻し処理による硬化層が形成されている必要はない。かかる表面硬化層が形成されていなくても、上述した表面皮膜が形成されていれば、ねじ込み時にねじ山がワークに焼付いておねじが破壊されるようなことはないからである。このときの成形体本体の引張強さＴＳは８００ＭＰａ程度以上であり、またねじ部表層硬さは転造によりＨＶ＝２５０程度以上となっている。そして、心部の絞りＲＡは６５％以上を有する材質水準が確保されているからである。但し、成形体本体の引張強さＴＳが６００ＭＰａ程度以上ではあるが、締結されるワークの機械的性質、特にその引張強さＴＳの水準（従って硬さの水準）が高くなるにつれて、成形体本体の引張強さＴＳの水準を高めた材料とする必要がある。そのためには、上記フェライトの平均粒径を微細領域とすることが必要である。

このように、本願発明においては、タッピンねじの心部の機械的性質は、成形体本体を構成する化学成分組成の影響も受けるが、フェライトの結晶粒径による影響が支配的である。その状況について前記第（１）項で述べたが、成形体本体の機械的性質は、その素材である鋼線又は棒鋼のそれに依存する。

以下、本願発明を実施例により更に詳しく説明する。本願発明の範囲内にあるタッピンねじである実施例１及び実施例２、並びに本願発明の範囲外にあるタッピンねじである比較例１、比較例２及び比較例３の調製方法について説明し、次いで各タッピンねじの性能試験結果について説明する。

［Ｉ］タッピンねじの調製
［Ｉ−１］ 実施例１、２
実施例１及び実施例２のタッピンねじは、所定成分の鋼塊を熱間加工により１２ｍｍφ材料に加工し、この熱間加工材を温間加工により６ｍｍφとし、次いで更に冷間加工により２．１２ｍｍφの鋼線とし、これをタッピンねじの形状に加工して成形体本体を調製し、そして表面硬化処理を施すことなく、表面皮膜の形成処理を施すことにより調製した。その詳細は次の通りである。

（１）実施例１、２の温間圧延線材の調製
表１に示す成分Ｎｏ．１の化学成分組成を有する鋼を真空溶解炉で溶製し、鋳造して試験鋼塊を調製し、これを熱間鍛造して直径１２ｍｍφの棒材に調製した（以後、「１２ｍｍφ熱間鍛造棒材」という）。次いでこれを圧延温度４５０〜５３０℃の範囲内において、スクウェア型、ダイヤモンド型、丸型及びオーバル型カリバーロールを組合せた多パスのカリバー圧延による温間圧延工程で６ｍｍφの線材に加工した（表２参照）。この温間圧延による材料の総減面率Ｒは７５％であり（Ｒは前記（１）式による）、また平均塑性ひずみεは、３次元有限要素法による計算で２．０以上であることを確認している。

約１．４以上となる。上記の通り調製された線材を以後、「６ｍｍφ温間圧延線材」という。

得られた６ｍｍφ温間圧延線材のミクロ組織はフェライト主体であって長手方向に垂直な断面（Ｃ方向断面）における平均結晶粒径は０．６μｍであって、引張強さＴＳは８１７ＭＰａ、絞りＲＡは７２．０％であり、Ｃ方向断面における硬さはビッカース硬さＨＶで２５９であった（表３参照）。

（２）実施例１、２の冷間伸線鋼線の調製
上記６ｍｍφ温間圧延線材を冷間伸線工程で２．１２ｍｍφの鋼線に加工した。この伸線工程においては、球状化焼なましその他の軟化処理を施すことなく鋼線を伸線することができた。この伸線による材料の総減面率Ｒ’は８７．５％である（Ｒ’は前記（２）式による）。上記の通り調製された鋼線を以後、「２．１２ｍｍφ冷間伸線鋼線」という）
得られた２．１２ｍｍφ冷間伸線鋼線のミクロ組織はフェライト主体であってＣ方向断面における平均結晶粒径は２００ｎｍであり、伸線方向に延伸したバンブー状組織を呈し、引張強さＴＳは１１００ＭＰａ、絞りＲＡは６１．１％であり、Ｃ方向断面における硬さはビッカース硬さＨＶで２９５であった。

（３）実施例１、２の成形体本体及びタッピンねじの調製
上記実施例１、２における２．１２ｍｍφ冷間伸線鋼線を素材として、冷間圧造による頭部成形及び転造によるねじ部成形により、ＪＩＳ Ｂ１１２３ 「六角タッピンねじ」に類似したタッピンねじの成形体本体を調製した。ねじの呼び径が２．６ｍｍ、呼び長さが１２ｍｍの成形体本体を調製した。この成形体本体に対しては、従来のタッピンねじにおいては通常行なわれている表面硬化処理としての浸炭焼入・焼戻しを施してはいない。そして、この成形体本体に、実施例１では３価クロメート処理による表面皮膜を形成させ、実施例２ではカチオン電着塗装による表面皮膜を形成させてタッピンねじに調製した。（表４を参照）。

［Ｉ−２］ 比較例１
比較例１のタッピンねじの調製方法は、鋼の溶製工程からねじの成形体本体の成形工程までは、前記実施例１及び実施例２のタッピンねじの調製方法及び条件と同じである。

即ち、（１）温間圧延線材の調製では、表１に示した成分Ｎｏ．１の化学成分組成を有する真空溶解炉製の試験鋼塊から、先ず「１２ｍｍφ熱間鍛造棒材」を調製し、次いでこれに圧延温度４５０〜５３０℃の範囲内において、スクウェア型、ダイヤモンド型、丸型及びオーバル型カリバーロールを組合せたオーバル型カリバーロールを組合せた多パスのカリバー圧延による温間圧延工程で、総減面率Ｒが７５％の温間圧延加工を施して、「６
ｍｍφ温間圧延線材」に加工した（表２参照）。総減面率Ｒは７５％であり、平均塑性ひずみεは約２．０以上である。

次に（２）冷間伸線鋼線の調製として、この６ｍｍφ温間圧延線材に対して、球状化焼なまし等の軟化処理を途中で施すことなく総減面率Ｒ’が８７．５％の冷間伸線加工を施して、「２．１２ｍｍφ冷間伸線鋼線」を調製した（表２及び表３を参照）。

なお、比較例１における「６ｍｍφ温間圧延線材」及び「２．１２ｍｍφ冷間伸線鋼線」のミクロ組織並びに引張強さＴＳ、絞りＲＡ及び硬さ等の材質特性は、上記調製工程から明らかなように、実施例１及び２のそれらと同じである（表３を参照）。

そして（３）この鋼線を素材として、実施例１及び２と同様に、ねじの呼び径が２．６ｍｍ、呼び長さが１２ｍｍの成形体本体を冷間圧造及び転造により調製した。これに対しても、実施例１及び実施例２と同様、浸炭焼入・焼戻しを施してはいない。比較例１のタッピンねじの調製はこれで終了である。即ち、所謂「生」のねじであって、しかも表面皮膜が形成されていないタッピンねじである（表４を参照）。

［Ｉ−３］ 比較例２、３
比較例２及び比較例３のタッピンねじは、従来技術により製造された浸炭焼入・焼戻し処理が施された低炭素鋼成分のタッピンねじである。その製造方法は次の通りである。
（１）比較例２、３の熱間圧延線材の準備
市販のＪＩＳ ３５０７に規定された冷間圧造用炭素鋼線材であって、化学成分はその種類記号がＳＷＣＨ１６Ａに属するものであり、熱間圧延法により製造された直径６ｍｍφの線材を準備した。なお、熱間圧延法における圧延温度は通常、オーステナイト領域の温度範囲で行なわれる。この線材の化学成分組成を、表１の成分Ｎｏ．２に示す。この６ｍｍφの熱間圧延線材のフェライト粒径は、Ｃ方向断面において１５μｍ、引張強さＴＳは４５５ＭＰａ、絞りＲＡは７５．０％であり、Ｃ方向断面における硬さはビッカース硬さＨＶで１４１であった（表３を参照）。以後、この線材を「６ｍｍφ熱間圧延線材」という。

（２）比較例２、３の冷間伸線鋼線の調製
上記６ｍｍφ熱間圧延線材を、冷間伸線工程において適宜セメンタイトの球状化焼なましを行ない、２．１２ｍｍφの鋼線に加工した。伸線による材料の総減面率Ｒ’は、実施例１及び実施例２並びに比較例１と同じく８７．５％である（表２及び表３を参照）。

次に、ねじの成形体への加工を可能とするために、上記冷間伸線鋼線に球状化焼なまし処理を施して軟化させた。この球状化焼なまし鋼線のミクロ組織はフェライト主体であってＣ方向断面における平均結晶粒径は１８μｍで、引張強さＴＳは５２０ＭＰａ、絞りＲＡは８１．０％であり、Ｃ方向断面における硬さはビッカース硬さＨＶで１６７であった（表３を参照）。

（３−１）比較例２の成形体本体及びタッピンねじの調製
比較例２では、上記で得られた球状化焼なまし後の２．１２ｍｍφ鋼線を素材として、冷間圧造による頭部成形及び転造によるねじ部成形によりタッピンねじの成形体本体を調製した。成形体本体の調製方法は、実施例１、２及び比較例１と同じであり、ねじの呼び径は２．６ｍｍ、呼び長さが１２ｍｍである。

次いで、このねじの成形体本体の表面硬化処理として浸炭焼入・焼戻しを施した。こうして得られた比較例２のタッピンねじは、その心部硬さはＨＶで３３４、表面硬さはねじ山のＨＶで５３５であった。比較例２では、クロメート処理その他の表面皮膜の形成処理
は行なっていない。

（３−２）比較例２の成形体本体及びタッピンねじの調製
比較例３では、比較例２と同じ方法で、同じ呼び径及び呼び長さの成形体本体を調製し、次いで比較例２と同じように浸炭焼入・焼戻しを施した。但し、比較例３においては、更に３価クロメート処理による表面皮膜を形成させた。

［II］実施例及び比較例のタッピンねじの評価
上記の通り調製された実施例１及び実施例２並びに比較例１及び比較例２のタッピンねじにつき、
Ａ：ねじ込み性を評価するための「ねじ込み試験」と、
Ｂ：ねじり強度を評価するための「ねじり試験」
とを行なった。

［II−Ａ］ ねじ込み試験
［試験方法］
これは被締結体にタッピンねじをねじ込んでそれを締め付けたときに、タッピンねじのねじ山が変形乃至破壊することなく、被締結材にめねじを成形することができる性能を評価するものであって、ＪＩＳ Ｂ １０５５ 「タッピンねじ−機械的性質」の６．２．１「ねじ込み試験」で規定された方法に準じて行なった。

被締結試験用鋼板として、板厚が１．２ｍｍ及び２．０ｍｍのＳＳ４００の冷間圧延鋼板を供し、このそれぞれに穴径２．２０ｍｍφ又は２．３０ｍｍφの加工穴をリーマー加工により成形し、ねじの軸方向荷重：３０Ｎ、回転速度：６００ｒｐｍでねじ込み試験を行なった。

但し、この試験においては、タッピンねじの被締結試験用鋼板へのねじ込みの前進を途中で停止させることなく、タッピンねじの座面（頭部フランジの下面）で停止させられるまで、又は途中で自動的に前進が停止するまでねじ込みを継続させた。

このねじ込み試験によるタッピンねじのねじ込み性は、
（１）ねじ山の変形状態及び被締結試験用鋼板へのめねじの成形状態をみることを主体とし、更に、
（２）ねじ込み途中におけるねじ込みトルクの最大値を参考とすることにより評価した。

[試験結果]
（１）ねじ山の変形・破壊及びめねじの成形性について
ねじ込み試験終了後の試験片の軸心を含むＬ方向断面組織を、２０倍の光学顕微鏡で観察した。その結果、ねじ山の変形乃至破壊が認められず、しかも被締結試験用鋼板が頭部座面の至近距離までねじ込まれたものであって、被締結試験用鋼板がタッピンねじの首下不完全ねじ部直下の無変形乃至無破壊のねじ山によって座面に押し付けられている、という条件を満たすものを、ねじ込み性が「良」であると判定し、「○」印で表記した。これに対して、ねじ込み性の判定が上記「良」の条件を満たさないもののねじ込み性を「不良」と判定し、「×」印で表記した。

図１及び図２のそれぞれに、実施例１及び実施例２の上記ねじ込み試験終了後の試験片断面組織の顕微鏡写真を示し、図３、図４及び図５のそれぞれに、同じく比較例１、比較例２及び比較例３のそれらを示す。そして、表５に実施例１、２及び比較例１、２、３のタッピンねじのねじ込み性の判定結果（○又は×）を示す。

ここで、良（○）と判断された実施例１、２及び比較例２、３におけるめねじの成形性に関して、断面組織写真によれば、被締結試験用鋼板１に対して正常なめねじの成形がされていない。

上記ねじ込み試験結果によれば、本願発明の範囲内にある実施例１及び実施例２のタッピンねじはいずれも、被締結試験用鋼板に対するタッピンねじのねじ込みにおけるねじ山の変形乃至破壊は無く、ねじ込み性に優れていることがわかる。また、従来技術の比較例２及び比較例３のタッピンねじは、浸炭焼入・焼戻しにより表面硬化処理が施されているものであり、表面皮膜の形成がなされていてもいなくても、実施例１及び２と同様、ねじ
込み性に優れていることがわかる。

これに対して、比較例１のタッピンねじは、実施例１又は２のタッピンねじとの相違点が、表面皮膜の形成がされていない点のみにあるが、ねじ込みによりねじが完全に破壊され、ねじ込みの進行が途中で停止した（図３を参照）。

なお、前記ＪＩＳ Ｂ １０５５ 「タッピンねじ−機械的性質」の４項「要求事項」によれば、４．２．１「ねじ込み性」として、前記６．２．１「ねじ込み試験」によって試験用鋼板にねじ込んだとき、タッピンねじのねじ山が変形することなく、めねじを試験用鋼板に成形することができることと規定されている。従って、この試験で、ねじ込み性が「○」と判定されることは重要である。

［II−Ｂ］ ねじり試験
［試験方法］
これはタッピンねじのねじり強度を測定するものであって、ＪＩＳ Ｂ １０５５ 「タッピンねじ−機械的性質」の６．２．２「ねじり強さ試験」で規定された方法に準じて行なった。試験は同規定の図１のねじり強さ試験装置を用いて、ねじが破壊するまでトルクを加えることにより、破壊トルク値を測定した。

[試験結果]
（２）破壊トルク値について
各実施例及び各比較例の破壊トルク値を、表５に併記する。実施例１、２は、１２．４０〜１３．００ｋｇｆ・ｃｍの範囲内にある。一方、従来技術による比較例２、３においては、それぞれ１５．５４ｋｇｆ・ｃｍ、１５．６３ｋｇｆ・ｃｍと、各実施例を上回る破壊トルクが得られている。なお、比較例１も、実施例１、２と同じ水準にある。

一方、参考として上記ＪＩＳ Ｂ １０５５ ＪＩＳの６．２．２「ねじり強さ試験」の項の表３によれば、ねじの呼びが２．６ｍｍの場合には、最小ねじり強さの要求値は０．９Ｎ（９．１８ｋｇｆ・ｃｍ）とされている。従って、このＪＩＳによる規定値を基準とすれば、実施例１、２の破壊トルクは要求値を３〜４ｋｇｆ・ｃｍ程度上回っている。

上述した所から、本願発明のタッピンねじのねじ込み性は、今回の被締結材に関する試験条件下において、従来技術による浸炭焼入・焼戻しされたタッピンねじのそれとほぼ同等であり、またタッピンねじのねじり強さについては、本願発明のタッピンねじは従来技術によるタッピンねじには及ばないが、ＪＩＳに規定された要求値をかなりの程度上回っていることがわかる。

以上の試験より、この出願の発明に係る熱処理を省略した高強度タッピンねじの産業上の有用性、並びにこれらを製造するための製造方法の産業上の有用性が確認された。

実施例１のタッピンねじのねじ込み試験終了後の試験片断面組織の顕微鏡写真を示す図である。 実施例２のタッピンねじのねじ込み試験終了後の試験片断面組織の顕微鏡写真を示す図である。 比較例１のタッピンねじのねじ込み試験終了後の試験片断面組織の顕微鏡写真を示す図である。 従来技術による比較例２のタッピンねじのねじ込み試験終了後の試験片断面組織の顕微鏡写真を示す図である。 従来技術による比較例３のタッピンねじのねじ込み試験終了後の試験片断面組織の顕微鏡写真を示す図である。

符号の説明

１ 被締結試験用鋼板
２ タッピンねじの座面

Claims (13)

1. タッピンねじの成形体本体がその任意方向断面における少なくとも１断面における平均粒径が２μｍ以下の超微細粒フェライト組織を有し、且つ、前記成形体本体の表面には、金属めっき皮膜、クロメート処理皮膜、及び電着塗装皮膜からなる３種の皮膜の内、少なくとも１種が形成されていることを特徴とする高強度タッピンねじ。
2. 前記フェライトの平均粒径は５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の高強度タッピンねじ。
3. 前記フェライトの平均粒径は２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の高強度タッピンねじ。
4. 成形体本体がその任意方向断面における少なくとも１断面における硬さがビッカース硬さで２５０以上３６０以下であってフェライト組織を有し、前記成形体本体の表面には、金属めっき皮膜、クロメート処理皮膜、及び電着塗装皮膜からなる３種の皮膜の内、少なくとも１種が形成されていることを特徴とする高強度タッピンねじ。
5. 前記ビッカース硬さが２５０以上３３０以下であることを特徴とする請求項４に記載の高強度タッピンねじ。
6. 前記成形体本体の化学成分組成は、
   Ｃ ：０．６０質量％以下、
   Ｓｉ：１．５０質量％以下、
   Ｍｎ：０．１５〜１．８０質量％、
   Ｐ ：０．０１５質量％以下、
   Ｓ ：０．０１５質量％以下、及び、
   Ａｌ：０．０８０質量％以下
   で、残部はＦｅ及び不可避不純物であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の高強度タッピンねじ。
7. 前記成形体本体の化学成分組成として、更にＣｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ及びＢの内、少なくとも１元素が含有されていることを特徴とする請求項６に記載の高強度タッピンねじ。
8. 鋼塊、鋳片、鋼片又は鋼材半成品にカリバーロール圧延による温間加工を施して、長手方向に垂直な断面における平均結晶粒径が２μｍ以下の超微細粒フェライト組織を有する鋼線又は棒鋼を調製し、得られた鋼線又は棒鋼を素材としてこれに冷間圧造、転造、冷間鍛造及び／又は切削加工を施してタッピンねじの成形体本体を成形し、こうして得られた成形体本体に、金属めっき、クロメート処理、及び電着塗装からなる３種の表面皮膜形成のための表面処理の内１種以上を施すことを特徴とする高強度タッピンねじの製造方法。
9. 前記カリバーロール圧延による温間加工は、加工温度が３５０〜８００℃の範囲内において、圧延及び／又は鍛造により、被加工材の下記（１）式：
   Ｒ＝｛（Ｓ₀−Ｓ）／Ｓ₀｝×１００ ・・・・・・（１）
   但し、Ｒ：鋼塊、鋳片、鋼片又は鋼材半成品に対して施す総減面率（％）
   Ｓ₀：温間加工開始直前の鋼塊、鋳片、鋼片又は鋼材半成品のＣ方向断面積
   Ｓ：温間加工終了後の材料のＣ方向断面積
   で表わされる総減面率Ｒが５０％以上であって、且つ被加工材内部へ導入されて残留する塑性ひずみが、３次元有限要素法で計算される材料断面内の平均塑性ひずみεで２．０以
   上となる加工であることを特徴とする請求項８に記載の高強度タッピンねじの製造方法。
10. 鋼塊、鋳片、鋼片又は鋼材半成品にカリバーロール圧延による温間加工を施して線材又は棒材を調製し、得られた線材又は棒材に冷間加工を施して、長手方向に垂直な断面における平均結晶粒径が２μｍ以下の超微細粒フェライト組織を有する鋼線又は棒鋼を調製し、次いで得られた鋼線又は棒鋼を素材としてこれに冷間圧造、転造、冷間鍛造及び／又は切削加工を施してタッピンねじの成形体本体を成形し、こうして調製された成形体本体に、金属めっき、クロメート処理、及び電着塗装からなる３種の表面皮膜形成のための表面処理の内１種以上を施すことを特徴とする高強度タッピンねじ。
11. 前記カリバーロール圧延による温間加工は、加工温度が３５０〜８００℃の範囲内において、圧延及び／又は鍛造により、下記（１）式：
    Ｒ＝｛（Ｓ₀−Ｓ）／Ｓ₀｝×１００ ・・・・・・（１）
    但し、Ｒ：鋼塊、鋳片、鋼片又は鋼材半成品に対して施す総減面率（％）
    Ｓ₀：温間加工開始直前の鋼塊、鋳片、鋼片又は鋼材半成品のＣ方向断面積
    Ｓ：温間加工終了後の材料のＣ方向断面積
    で表わされる総減面率Ｒが５０％以上であって、且つ被加工材内部へ導入されて残留する塑性ひずみが、３次元有限要素法で計算される材料断面内の平均塑性ひずみεで０．７以上となる加工であり、しかも、前記冷間加工は、加工温度が３５０℃未満であって、圧延及び／又は引抜きにより、下記（２）式：
    Ｒ’＝｛（Ｓ₀’−Ｓ’）／Ｓ₀’｝×１００ ・・・・・・（２）
    但し、Ｒ’：温間加工された材料に対して施す総減面率（％）
    Ｓ₀’：冷間加工開始直前の材料のＣ方向断面積
    Ｓ’：冷間加工終了後に得られる材料のＣ方向断面積
    で表わされる総減面率Ｒ’を５％以上とする加工であることを特徴とする請求項１０に記載の高強度タッピンねじの製造方法。
12. 前記温間加工後の平均フェライト粒径をｄμｍとしたとき、前記Ｓ₀’とＳ’との間に
    、下記（３）式：
    ｄ×（Ｓ’／Ｓ₀’）^0.5≦０．２ ・・・・・・（３）
    が満たされるように前記冷間加工における総減面率Ｒ’を設定することを特徴とする請求項１１に記載の高強度タッピンねじの製造方法。
13. 前記成形体本体に成形加工を施す前に、前記鋼線又は棒鋼に対して５５０℃以下の低温焼なましを施すことを特徴とする請求項８から請求項１２のいずれかに記載の高強度タッピンねじの製造方法。