JP2011117035A - Steel for high-strength bolt - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide steel for high-strength bolt which has sufficient delayed destruction resistance, even in the case of having the high tensile strength of ≥1,350 MPa and the steel can suitably be used to an automobile, various industrial machines, building structural material, etc., under severe environment, such as seaside or coast zone near the seaside. <P>SOLUTION: The steel for high-strength bolt has the composition comprising >0.30-0.55% C, ≤0.3% Si, ≤0.6% Mn, ≤0.025% P, ≤0.030% S, 0.005-0.10% Al, 1.0-2.5% Cr, 0.25-2.0% Mo, ≤0.030% N, 0.05-0.50% Sn, ≥1.4% [Cr+Mo] and the balance Fe with impurities. If necessary, further, the steel can contain one or more selected from specific contents of V, Ti, Zr, Ca, Mg and Ni. Further, if necessary, the steel can contain the specific contents of compounded Ni and Cu. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、高強度ボルト用鋼に関し、詳しくは、1350MPa以上の引張強さを有するとともに耐遅れ破壊性に優れ、自動車、各種産業機械および建築構造物などに使用するのに好適な高強度ボルトの素材となる鋼に関する。   The present invention relates to steel for high-strength bolts, and more specifically, high-strength bolts having a tensile strength of 1350 MPa or more and excellent delayed fracture resistance, and suitable for use in automobiles, various industrial machines, building structures, and the like. It relates to the steel used as the material.

ボルト用鋼、すなわちボルトの素材となる鋼としては、例えば、JIS G 4053(2008)に規定されたSCM440などのクロムモリブデン鋼が用いられ、一般に、ボルトの強度は引張強さで1000MPa程度に調整されていた。これは、引張強さが1200MPaを超えると、ボルトの破壊が発生し易くなるためである。   As steel for bolts, that is, steel used as a material for bolts, for example, chromium molybdenum steel such as SCM440 defined in JIS G 4053 (2008) is used. Generally, the strength of bolts is adjusted to about 1000 MPa by tensile strength. It had been. This is because if the tensile strength exceeds 1200 MPa, the bolt breaks easily.

上記の破壊は「遅れ破壊」と呼ばれ、静荷重下に置かれた鋼が、一定時間経過後に脆性的に破断する現象であり、腐食により鋼中に侵入した水素による水素脆化の一種と考えられている。そして、この「遅れ破壊」が、ボルトを高強度化するうえでの最大の障害となっていた。   The above fracture is called “delayed fracture”, which is a phenomenon in which steel placed under static load breaks brittlely after a certain period of time. This is a type of hydrogen embrittlement caused by hydrogen that has penetrated into steel due to corrosion. It is considered. This “delayed fracture” was the biggest obstacle to increasing the strength of the bolt.

一方、近年、自動車および各種産業機械の軽量化、また、建築構造物の大型化に伴い、高い締め付け力に耐える高強度ボルトへの要望が高まっており、このため、1200MPa以上の引張強さを有するボルト用鋼、なかでも1350MPa以上の引張強さを有するボルト用鋼の開発が急務となってきた。   On the other hand, in recent years, with the reduction in weight of automobiles and various industrial machines and the increase in size of building structures, there has been an increasing demand for high-strength bolts that can withstand high tightening forces. Development of steel for bolts, particularly steel for bolts having a tensile strength of 1350 MPa or more has become an urgent task.

そこで、引張強さが1200MPa以上の高強度鋼の耐遅れ破壊性を改善するために、種々の検討がなされ、例えば、特許文献1〜7には、Cr、MoおよびVを含有させて焼入れ性と焼戻し軟化抵抗を向上させた高強度ボルト用鋼が開示されている。   Accordingly, various studies have been made to improve the delayed fracture resistance of high strength steel having a tensile strength of 1200 MPa or more. For example, Patent Documents 1 to 7 contain Cr, Mo and V and are hardenable. And high strength bolt steel with improved temper softening resistance.

また、特許文献8〜10には、微量のBを含有させることにより粒界を清浄化し、粒界の結合力を高めて耐遅れ破壊性を改善した高強度ボルト用鋼が開示されている。   Patent Documents 8 to 10 disclose steels for high-strength bolts that contain a trace amount of B to clean the grain boundaries and enhance the bond strength of the grain boundaries to improve delayed fracture resistance.

さらに、特許文献11〜14には、微量のBを含有させることに加えてTiを含有させることにより微細なTi系析出物を生成させ、これを水素のトラップサイトとして耐遅れ破壊性を改善する技術が開示されている。   Further, in Patent Documents 11 to 14, fine Ti-based precipitates are produced by containing Ti in addition to containing a small amount of B, and this is used as a hydrogen trap site to improve delayed fracture resistance. Technology is disclosed.

特許第2670937号公報Japanese Patent No. 2670937 特開平7−126799号公報JP 7-126799 A 特開平7−278735号公報JP-A-7-278735 特開平8−120408号公報JP-A-8-120408 特開平8−225845号公報JP-A-8-225845 特開2000−328191号公報JP 2000-328191 A 特開2001−32044号公報JP 2001-32044 A 特開平5−171356号公報JP-A-5-171356 特開平8−295979号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-29579 特開平9−111399号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-111399 特開平10−17985号公報、JP-A-10-17985, 特開平10−36940号公報JP 10-36940 A 特開平11−293401号公報JP 11-293401 A 特開2003−268495号公報JP 2003-268495 A

大村朋彦、櫛田隆弘、中里福和、渡部了、小山田巌:「高力ボルトの大気曝露における水素吸蔵挙動と耐遅れ破壊性評価」(鉄と鋼、91(2005)、p.478)Yasuhiko Omura, Takahiro Kushida, Fukukazu Nakazato, Ryo Watanabe, Satoshi Oyamada: “Hydrogen Occlusion Behavior and Delayed Fracture Evaluation in High-Strength Bolt Exposure to Air” (Iron and Steel, 91 (2005), p. 478) T.Omura、T.Kudo and S.Fujimoto:「Environmental Factors Affecting Hydrogen Entry into High Strength Steel due to Atomospheric Corrosion」(Materials Transactions、47(2006)、p.2596)T.A. Omura, T .; Kudo and S.K. Fujimoto: “Environmental Factors Affecting Hydrogen Entry into High Strength Steel due to Atmospheric Corrosion” (Materials Transactions, 47. 6200).

前述の特許文献1〜14で提案された技術の思想はいずれも、高温での焼戻しまたは粒界清浄化などによる組織の改善、あるいは微細分散させた析出物に水素をトラップさせるなど、鋼中に水素が侵入した後で、遅れ破壊を防止するというものである。そして、上記各公報で開示されている高強度ボルト用鋼の場合には、前述のJIS G 4053(2008)に規定されたSCM440などの従来鋼を単に高強度化した場合に比べて、耐遅れ破壊性が改善されることが示されている。   The ideas of the techniques proposed in the above-mentioned Patent Documents 1 to 14 are all improved in the structure such as tempering at high temperature or grain boundary cleaning, or trapping hydrogen in finely dispersed precipitates. After hydrogen has invaded, delayed destruction is prevented. In the case of the steel for high-strength bolts disclosed in each of the above-mentioned publications, compared to the case where the conventional steel such as SCM440 defined in the above-mentioned JIS G 4053 (2008) is simply strengthened, the resistance to delay is increased. It has been shown that destructibility is improved.

しかしながら、上記の各公報で行われた遅れ破壊の評価はいずれも、酸浸漬試験あるいは陰極チャージ試験などによる鋼材間の相対評価であって、実環境の過酷度を正確に再現した評価法とはいい難いものである。   However, the evaluation of delayed fracture performed in each of the above publications is a relative evaluation between steel materials by an acid immersion test or a cathodic charge test, and an evaluation method that accurately reproduces the severity of the actual environment. It's a bad thing.

例えば、実際の沿岸環境では、飛来塩による激しい腐食が生じるので、自動車、各種産業機械および建築構造物は、上述の各公報における実験室評価よりも厳しい環境にさらされることになる。   For example, in an actual coastal environment, severe corrosion due to flying salt occurs, so automobiles, various industrial machines, and building structures are exposed to a severer environment than the laboratory evaluation in each of the above publications.

このため、上述の各公報で提案された高強度ボルト用鋼であっても、沿岸地域などの過酷な環境で使用した場合には、腐食に伴う水素侵入量が多くなって、特に、その引張強さが1350MPa以上になると、遅れ破壊の発生を抑止することができるというものではなかった。   For this reason, even when steel for high-strength bolts proposed in each of the above-mentioned publications is used in harsh environments such as coastal areas, the amount of hydrogen intrusion due to corrosion increases. When the strength was 1350 MPa or more, it was not possible to suppress the occurrence of delayed fracture.

本発明は、引張強さが1350MPa以上の高強度であっても十分な耐遅れ破壊性を有し、海岸あるいはそれに近い沿岸地域のような過酷な環境におかれた自動車、各種産業機械、建築構造物などにも好適に使用できる高強度ボルト用鋼、つまり、上記の特性を有する高強度ボルトの素材となる鋼を提供することを目的とする。   The present invention has sufficient delayed fracture resistance even when the tensile strength is high strength of 1350 MPa or more, and is used in automobiles, various industrial machines, and architectures in harsh environments such as coasts or coastal areas close thereto. An object of the present invention is to provide a steel for a high-strength bolt that can be suitably used for a structure or the like, that is, a steel as a material for a high-strength bolt having the above-described characteristics.

「遅れ破壊」は実環境から鋼材中に侵入した水素により引き起こされると考えられてきたが、大気環境からの水素侵入量はごく微量であるため、従来、遅れ破壊に及ぼす大気環境からの水素侵入の影響については明らかにされていなかった。   Although "delayed fracture" has been thought to be caused by hydrogen entering the steel from the actual environment, the amount of hydrogen intrusion from the atmospheric environment is very small. The effect of was not clarified.

このような状況の下に、本発明者のうちの一人である大村らは、非特許文献1において、代表的な高強度ボルトを用いて、実環境における遅れ破壊挙動と鋼材中への水素侵入挙動の相関を詳細に調査し、大気環境に曝された高強度ボルト中には遅れ破壊を起こし得る量の水素が吸蔵され、その吸蔵水素濃度の最大値は電気化学的水素透過法で測定した値で約0.1μA/cmであることを明らかにした。   Under such circumstances, Omura et al., One of the inventors of the present invention, in Non-Patent Document 1, using typical high-strength bolts, delayed fracture behavior and hydrogen intrusion into steel The correlation of the behavior was investigated in detail, and high-strength bolts exposed to the atmospheric environment occluded an amount of hydrogen that could cause delayed fracture, and the maximum value of the occluded hydrogen concentration was measured by the electrochemical hydrogen permeation method. The value was found to be about 0.1 μA / cm.

さらに、本発明者のうちの一人であるT.Omuraらは、非特許文献2において、実大気環境における水素侵入を実験室的に再現する乾湿サイクル水素透過試験法を考案し、水素侵入に影響する環境因子の作用機構を調査して、実大気環境を再現または過酷化した実験条件を見出し、水素侵入の促進因子が付着塩分や温度湿度のサイクリックな変化であることを明らかにした。なお、上記付着塩分の作用機構は、水膜中に塩化物イオンとして濃化することにより、鉄イオンの加水分解反応を促進し、水膜のpHを低下させることであると推定されている。   Furthermore, one of the inventors, T.W. Omura et al. Devised a dry and wet cycle hydrogen permeation test method that reproduces hydrogen invasion in a real air environment in Non-Patent Document 2 and investigated the action mechanism of environmental factors affecting hydrogen intrusion. We found experimental conditions that reproduced or made the environment more harsh, and clarified that the hydrogen intrusion promoting factor was a cyclic change in the attached salinity and temperature and humidity. In addition, it is estimated that the action mechanism of the said attached salt is to accelerate | stimulate the hydrolysis reaction of an iron ion and to reduce pH of a water film by concentrating as a chloride ion in a water film.

そこで、本発明者らは、前記の知見を基礎として、実大気環境からの水素侵入量を低減して遅れ破壊を安定かつ確実に防止するために、上述した乾湿サイクル水素透過試験法を用いて、鋼材への水素侵入量を効果的に抑制できる成分元素について種々の検討を実施した。その結果、Snが水素侵入の抑制に絶大な効果を発現するという極めて重要な事項が明らかになった。   Therefore, based on the above knowledge, the present inventors use the above-described wet and dry cycle hydrogen permeation test method in order to reduce the amount of hydrogen intrusion from the actual atmospheric environment and prevent delayed destruction stably and reliably. Various studies were conducted on the component elements that can effectively suppress the amount of hydrogen entering the steel. As a result, an extremely important matter that Sn exerts a great effect on the suppression of hydrogen intrusion has been clarified.

上記のSnについては、従来、耐酸性に有効な元素であるといわれていたものの、Snが大気腐食に及ぼす影響、さらには、大気環境における水素侵入および遅れ破壊に及ぼす影響についてはこれまで全く知見がなかったものである。なお、Snが水素侵入の抑制に絶大な効果を発現する機構に関しては未だ不明な点が多いが、SnがSn2+として溶解し、水膜のpHが低下するのを防止する作用を有するためと考えられる。 Although the above Sn has been said to be an element effective for acid resistance, there has been no knowledge so far about the effect of Sn on atmospheric corrosion, and further on the effects of hydrogen intrusion and delayed fracture in the atmospheric environment. There was no. Although there are still many unclear points regarding the mechanism by which Sn exerts a tremendous effect on the suppression of hydrogen invasion, it has the effect of preventing Sn from dissolving as Sn 2+ and lowering the pH of the water film. it is conceivable that.

本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記の(1)〜(6)に示す高強度ボルト用鋼にある。   This invention is completed based on said knowledge, The summary exists in the steel for high strength bolts shown to following (1)-(6).

(1)質量%で、C:0.30%を超えて0.55%以下、Si:0.3%以下、Mn:0.6%以下、P:0.025%以下、S:0.030%以下、Al:0.005〜0.10%、Cr:1.0〜2.5%、Mo:0.25〜2.0%、N:0.030%以下およびSn:0.05〜0.50%を含有し、下記の(1)式で表されるfnが1.4以上であって、残部がFeおよび不純物からなることを特徴とする高強度ボルト用鋼。
fn=Cr+Mo・・・(1)
ただし、(1)式中の元素記号は、その元素の質量%での含有量を表す。
(1) By mass%, C: more than 0.30% and 0.55% or less, Si: 0.3% or less, Mn: 0.6% or less, P: 0.025% or less, S: 0.00. 030% or less, Al: 0.005-0.10%, Cr: 1.0-2.5%, Mo: 0.25-2.0%, N: 0.030% or less, and Sn: 0.05 A steel for high-strength bolts, which contains ˜0.50%, fn represented by the following formula (1) is 1.4 or more, and the balance is Fe and impurities.
fn = Cr + Mo (1)
However, the element symbol in the formula (1) represents the content in mass% of the element.

(2)質量%で、さらに、V:0.50%以下を含有することを特徴とする上記(1)に記載の高強度ボルト用鋼。   (2) The steel for high-strength bolts as described in (1) above, further containing, by mass%, V: 0.50% or less.

(3)質量%で、さらに、Ti:0.10%以下およびZr:0.10%以下のうちの1種または2種を含有することを特徴とする上記(1)または(2)に記載の高強度ボルト用鋼。   (3) The composition according to (1) or (2) above, wherein the composition further contains one or two of Ti: 0.10% or less and Zr: 0.10% or less in mass%. High strength bolt steel.

(4)質量%で、さらに、Ca:0.01%以下およびMg:0.01%以下のうちの1種または2種を含有することを特徴とする上記(1)から(3)までのいずれかに記載の高強度ボルト用鋼。   (4) In the above-mentioned (1) to (3), further containing one or two of Ca: 0.01% or less and Mg: 0.01% or less in mass% Steel for high-strength bolts according to any of the above.

(5)質量%で、さらに、Ni:3.0%以下を含有することを特徴とする上記(1)から(4)までのいずれかに記載の高強度ボルト用鋼。   (5) The steel for high-strength bolts according to any one of (1) to (4) above, which further contains Ni: 3.0% or less in terms of mass%.

(6)質量%で、さらに、Ni:3.0%以下およびCu:0.3〜1.0%を含有することを特徴とする上記(1)から(4)までのいずれかに記載の高強度ボルト用鋼。   (6) The composition according to any one of (1) to (4) above, further comprising Ni: 3.0% or less and Cu: 0.3 to 1.0% by mass% Steel for high-strength bolts.

「不純物」とは、鉄鋼材料を工業的に製造する際に、原料としての鉱石やスクラップあるいは環境などから混入するものを指す。   “Impurity” refers to what is mixed from ore, scrap, or the environment as a raw material when manufacturing steel materials industrially.

以下、上記(1)〜(6)に示す高強度ボルト用鋼に係る発明を、それぞれ、「本発明(1)」〜「本発明(6)」という。また、総称して「本発明」ということがある。   Hereinafter, the inventions related to the steels for high-strength bolts shown in the above (1) to (6) are referred to as “present invention (1)” to “present invention (6)”, respectively. Also, it may be collectively referred to as “the present invention”.

本発明の高強度ボルト用鋼は、引張強さが1350MPa以上の高強度であっても十分な耐遅れ破壊性を有するので、海岸あるいはそれに近い沿岸地域のような過酷な環境におかれた自動車、各種産業機械および建築構造物などに使用される高強度ボルトの素材として好適である。   Since the steel for high-strength bolts of the present invention has sufficient delayed fracture resistance even when the tensile strength is 1350 MPa or higher, an automobile placed in a harsh environment such as a coast or a coastal area close thereto. It is suitable as a material for high-strength bolts used in various industrial machines and building structures.

実施例で用いた乾湿サイクル水素透過試験法を模式的に説明する図である。It is a figure which illustrates typically the wet-and-dry cycle hydrogen permeation test method used in the example. 実施例で用いた比較例の鋼2について、乾湿サイクル水素透過試験結果を水素透過係数JLの時間的変化として示す図である。It is a figure which shows the wet-and-dry cycle hydrogen permeation test result as a time change of the hydrogen permeation coefficient JL about the steel 2 of the comparative example used in the Example. 実施例で用いた本発明例の鋼Iについて、乾湿サイクル水素透過試験結果を水素透過係数JLの時間的変化として示す図である。It is a figure which shows the wet-and-dry cycle hydrogen permeation test result as a time change of the hydrogen permeation coefficient JL about the steel I of the example of this invention used in the Example. 実施例で用いた陰極チャージ定荷重試験法を模式的に説明する図である。It is a figure which illustrates typically the cathode charge constant load test method used in the Example. 実施例で用いた陰極チャージ水素透過試験法を模式的に説明する図である。It is a figure which illustrates typically the cathode charge hydrogen permeation test method used in the Example.

以下、本発明の各要件について詳しく説明する。なお、各元素の含有量の「%」は「質量%」を意味する。   Hereinafter, each requirement of the present invention will be described in detail. In addition, “%” of the content of each element means “mass%”.

C:0.30%を超えて0.55%以下
Cは、焼入れ性を高めて強度を向上させる作用を有する。十分な焼入れ性を得て1350MPa以上の引張強さを安定かつ確実に得るためには、0.30%を超える量のCを含有させる必要がある。しかしながら、0.55%を超える量のCを含有させてもその効果は飽和し、また、冷間加工性が低下するので、冷間鍛造法によるボルトへの成形が困難となる。したがって、Cの含有量を0.30%を超えて0.55%以下とした。なお、Cの強度向上作用を十分に発揮させるためには、C含有量の下限を0.35%とすることが望ましく、この場合には1400MPa以上の引張強さを安定かつ確実に確保することができる。より一層高い引張強さを確保するためには、C含有量の下限を0.38%とすることが望ましい。一方、冷間加工性の低下を抑えて冷間鍛造法でのボルト成形を容易にするためには、C含有量の上限を0.52%とすることが望ましい。
C: more than 0.30% and not more than 0.55% C has an effect of improving hardenability and improving strength. In order to obtain sufficient hardenability and to obtain a tensile strength of 1350 MPa or more stably and reliably, it is necessary to contain an amount of C exceeding 0.30%. However, even if C is contained in an amount exceeding 0.55%, the effect is saturated and the cold workability is lowered, so that it is difficult to form a bolt by the cold forging method. Therefore, the C content is more than 0.30% and 0.55% or less. In addition, in order to sufficiently exhibit the effect of improving the strength of C, it is desirable that the lower limit of the C content is 0.35%. In this case, a tensile strength of 1400 MPa or more should be secured stably and reliably. Can do. In order to secure a higher tensile strength, it is desirable that the lower limit of the C content is 0.38%. On the other hand, in order to suppress the decrease in cold workability and facilitate bolt forming by the cold forging method, the upper limit of the C content is desirably 0.52%.

Si:0.3%以下
Siは、鋼中に不純物として含有され、その量が0.3%を超えると、冷間鍛造法によるボルトへの成形性が著しく低下する。したがって、Siの含有量を0.3%以下とした。冷間鍛造法でのボルト成形を容易にするためには、Si含有量の上限を0.25%とすることが望ましい。
Si: 0.3% or less Si is contained as an impurity in the steel, and when the amount exceeds 0.3%, the formability to the bolt by the cold forging method is remarkably lowered. Therefore, the Si content is set to 0.3% or less. In order to facilitate bolt forming by the cold forging method, it is desirable that the upper limit of the Si content is 0.25%.

Mn:0.6%以下
Mnは、鋼中に不純物として含有され、粒界に偏析して粒界割れ型の遅れ破壊の発生を招き、さらに、Mn系の硫化物を形成して鋼中への水素侵入を促進してしまう。特に、Mnの含有量が0.6%を超えると、粒界割れ型の遅れ破壊の発生および鋼中への水素侵入が顕著となる。したがって、Mnの含有量を0.6%以下とした。なお、Mn含有量の上限は0.5%とすることが望ましい。
Mn: 0.6% or less Mn is contained as an impurity in the steel and segregates at the grain boundary to cause delayed fracture of the intergranular crack type, and further forms Mn-based sulfides into the steel. Promotes hydrogen penetration. In particular, when the Mn content exceeds 0.6%, the occurrence of intergranular cracking-type delayed fracture and hydrogen intrusion into the steel become significant. Therefore, the Mn content is set to 0.6% or less. The upper limit of the Mn content is desirably 0.5%.

P:0.025%以下
Pは、鋼中に不純物として含有され、粒界に偏析して靱性および耐遅れ破壊性を低下させ、特に、その含有量が0.025%を超えると、靱性および耐遅れ破壊性の低下が顕著になる。したがって、Pの含有量を0.025%以下とした。Pの含有量は極力低い方が望ましい。
P: 0.025% or less P is contained as an impurity in steel and segregates at grain boundaries to reduce toughness and delayed fracture resistance. In particular, when its content exceeds 0.025%, toughness and Decrease in delayed fracture resistance becomes remarkable. Therefore, the content of P is set to 0.025% or less. The content of P is preferably as low as possible.

S:0.030%以下
Sは、鋼中に不純物として含有され、通常、上述したMnとともにMn硫化物として存在し、腐食に伴って溶解する際に硫化水素を発生することで水素侵入を促進し、耐遅れ破壊性を低下させる。特に、Sの含有量が0.030%を超えると、水素侵入による耐遅れ破壊性の低下が著しくなる。したがって、Sの含有量を0.030%以下とした。さらに良好な耐遅れ破壊性を確保するためには、望ましくは0.015%以下であり、さらに望ましくは0.010%以下である。
S: 0.030% or less S is contained as an impurity in steel, and usually exists as Mn sulfide together with Mn described above, and promotes hydrogen penetration by generating hydrogen sulfide when dissolved with corrosion. Lowering the delayed fracture resistance. In particular, when the S content exceeds 0.030%, the delayed fracture resistance due to hydrogen penetration is significantly reduced. Therefore, the content of S is set to 0.030% or less. In order to secure better delayed fracture resistance, the content is desirably 0.015% or less, and more desirably 0.010% or less.

Al:0.005〜0.10%
Alは、鋼の脱酸に有効な元素であり、この効果を十分に確保するためには、0.005%以上含有させる必要がある。一方、Alを0.10%を超えて含有させても前記の効果は飽和し、また、フェライト相の生成が促進されて耐遅れ破壊性が低下する。したがって、Alの含有量を0.005〜0.10%とした。Alの脱酸作用をより十分に発揮させるためには、Al含有量の下限を0.02%とすることが望ましい。また、フェライト相の生成を抑止して良好な耐遅れ破壊性を確保するためには、Al含有量の上限を0.05%とすることが望ましい。なお、本発明のAl含有量とは酸可溶Al(いわゆる「sol.Al」)を指す。
Al: 0.005-0.10%
Al is an element effective for deoxidation of steel, and in order to sufficiently secure this effect, it is necessary to contain 0.005% or more. On the other hand, even if Al is contained in an amount exceeding 0.10%, the above effect is saturated, and the formation of a ferrite phase is promoted, and the delayed fracture resistance is lowered. Therefore, the content of Al is set to 0.005 to 0.10%. In order to fully exhibit the deoxidation action of Al, it is desirable that the lower limit of the Al content is 0.02%. Moreover, in order to suppress the formation of the ferrite phase and ensure good delayed fracture resistance, it is desirable that the upper limit of the Al content be 0.05%. The Al content of the present invention refers to acid-soluble Al (so-called “sol.Al”).

Cr:1.0〜2.5%
Crは、耐遅れ破壊性を低下させることなく焼入れ性を高めて強度を向上させる作用を有する。1350MPa以上の引張強さを得るためには、Crを1.0%以上含有させる必要がある。しかしながら、Crを2.5%を超えて含有させてもその効果は飽和してコストが嵩み、また、「M」をFe、CrおよびMoの1種または2種以上として、旧オーステナイト粒界に粗大なM236型炭化物が析出して耐遅れ破壊性が低下する。したがって、Crの含有量を1.0〜2.5%とした。良好な耐遅れ破壊性を確保するためには、Cr含有量の上限を1.5%とすることが望ましい。
Cr: 1.0-2.5%
Cr has the effect of increasing the hardenability and improving the strength without reducing the delayed fracture resistance. In order to obtain a tensile strength of 1350 MPa or more, it is necessary to contain 1.0% or more of Cr. However, even if Cr is contained in excess of 2.5%, the effect is saturated and the cost is increased, and “M” is one or more of Fe, Cr and Mo, and the former austenite grain boundary Coarse M 23 C 6 type carbide precipitates and the delayed fracture resistance decreases. Therefore, the Cr content is set to 1.0 to 2.5%. In order to ensure good delayed fracture resistance, the upper limit of the Cr content is desirably 1.5%.

なお、Crの含有量は上記の範囲において、前記の(1)式で表されるfnがfn≧1.4である必要がある。   In addition, as for content of Cr, fn represented by said Formula (1) needs to be fn> = 1.4 in said range.

Mo:0.25〜2.0%
Moは、Crと同様に、耐遅れ破壊性を低下させることなく焼入れ性を高めて強度を向上させる作用を有する。MoにはVとともに微細なMo−V系炭化物を形成することによって析出強化に寄与し、焼戻し温度を下げることなく強度を向上させる作用もある。1350MPa以上の引張強さを得るためには、Moを0.25%以上含有させる必要がある。しかしながら、Moを2.0%を超えて含有させてもその効果は飽和してコストが嵩み、また、「M」をFe、MoおよびCrの1種または2種以上として、旧オーステナイト粒界に粗大なM236型炭化物が析出して耐遅れ破壊性が低下する。したがって、Moの含有量を0.25〜2.0%とした。なお、Moの強度向上作用を十分に発揮させるためには、Mo含有量の下限を0.5%とすることが望ましく、この場合には1400MPa以上の引張強さを確実に確保することができる。良好な耐遅れ破壊性を確保するためには、Mo含有量の上限を1.0%とすることが望ましい。
Mo: 0.25 to 2.0%
Mo, like Cr, has the effect of improving hardenability and improving strength without reducing delayed fracture resistance. Mo contributes to precipitation strengthening by forming fine Mo-V carbide together with V, and has the effect of improving strength without lowering the tempering temperature. In order to obtain a tensile strength of 1350 MPa or more, it is necessary to contain 0.25% or more of Mo. However, even if Mo is contained in excess of 2.0%, the effect is saturated and the cost is increased, and “M” is one or more of Fe, Mo and Cr, and the prior austenite grain boundary Coarse M 23 C 6 type carbide precipitates and the delayed fracture resistance decreases. Therefore, the Mo content is set to 0.25 to 2.0%. In order to sufficiently exhibit the effect of improving the strength of Mo, it is desirable to set the lower limit of the Mo content to 0.5%. In this case, a tensile strength of 1400 MPa or more can be reliably ensured. . In order to ensure good delayed fracture resistance, it is desirable that the upper limit of the Mo content be 1.0%.

なお、Moの含有量は上記の範囲において、前記の(1)式で表されるfnがfn≧1.4である必要がある。   In addition, as for content of Mo, fn represented by said Formula (1) needs to be fn> = 1.4 in said range.

N:0.030%以下
Nは、鋼中に不純物として存在し、その含有量が過剰になると溶製時に窒素ブローホールが生成して加工時の疵発生の原因となる。特に、Nの含有量が0.030%を超えると、ブローホールの生成が著しくなって加工時に疵を発生しやすい。したがって、Nの含有量を0.030%以下とした。N含有量の上限は0.020%とすることが望ましい。
N: 0.030% or less N is present as an impurity in steel, and when its content is excessive, nitrogen blowholes are generated during melting and cause flaws during processing. In particular, when the N content exceeds 0.030%, blowholes are remarkably generated and wrinkles are likely to occur during processing. Therefore, the N content is set to 0.030% or less. The upper limit of the N content is preferably 0.020%.

Sn:0.05〜0.50%
Snは、本発明において最も重要な元素であり、実大気環境からの水素侵入量を大きく低減する効果を有する。しかしながら、Snの含有量が0.05%未満では上記の効果は不十分であるため、0.05%以上含有させる必要がある。一方、0.50%を超えてSnを含有させてもその効果が飽和することに加えて、冷間加工性が低下して冷間鍛造法によるボルトへの成形が困難となる。したがって、Snの含有量を0.05〜0.50%とした。Sn含有量の望ましい下限は0.07%であり、また、望ましい上限は0.25%である。
Sn: 0.05-0.50%
Sn is the most important element in the present invention, and has the effect of greatly reducing the amount of hydrogen intrusion from the actual atmospheric environment. However, if the Sn content is less than 0.05%, the above effect is insufficient, so 0.05% or more must be contained. On the other hand, even if Sn is contained in excess of 0.50%, the effect is saturated, and in addition, cold workability is lowered and it becomes difficult to form a bolt by a cold forging method. Therefore, the Sn content is set to 0.05 to 0.50%. A desirable lower limit of the Sn content is 0.07%, and a desirable upper limit is 0.25%.

fn:1.4以上
耐遅れ破壊性に対して、CrとMoの双方の含有量の合計が影響を及ぼす。すなわち、各元素単独の含有量のみの調整では効果が少なく、それぞれの含有量が適正な範囲にあり、しかも、前記の(1)式で表されるfn、つまり、〔Cr+Mo〕が1.4以上であることが必要である。fnが1.4未満の場合には、十分な焼入れ性が確保できない。fnは、CrおよびMoの含有量がそれぞれの上限値である2.5%および2.0%の場合の4.5であっても構わないが3.0以下であることが望ましい。
fn: 1.4 or more The total content of both Cr and Mo affects delayed fracture resistance. That is, adjustment of only the content of each element alone is less effective, each content is in an appropriate range, and fn represented by the above formula (1), that is, [Cr + Mo] is 1.4. That is necessary. When fn is less than 1.4, sufficient hardenability cannot be ensured. fn may be 4.5 when the Cr and Mo contents are 2.5% and 2.0%, which are the upper limit values, respectively, but is preferably 3.0 or less.

上記の理由から、本発明(1)に係る高強度ボルト用鋼は、上述した範囲のCからSnまでの元素を含有し、前記の(1)式で表されるfnが1.4以上であって、残部がFeおよび不純物からなることと規定した。   For the above reasons, the steel for high-strength bolts according to the present invention (1) contains elements from C to Sn in the above-described range, and fn represented by the above formula (1) is 1.4 or more. Therefore, it was defined that the balance was made of Fe and impurities.

なお、本発明に係る高強度ボルト用鋼は、必要に応じてさらに、V、Ti、Zr、Ca、MgおよびNiの中から選ばれた1種以上の元素を含有するものであってもよい。また、本発明に係る高強度ボルト用鋼は、必要に応じてさらに、NiとCuを複合して含有するものであってもよい。   The steel for high-strength bolts according to the present invention may further contain one or more elements selected from V, Ti, Zr, Ca, Mg, and Ni as necessary. . Moreover, the steel for high-strength bolts according to the present invention may further contain a composite of Ni and Cu as necessary.

以下、上記の任意元素に関して説明する。   Hereinafter, the above optional elements will be described.

V:0.50%以下
Vは、Moとともに焼戻し時に微細なMo−V炭化物を形成することによって析出強化に寄与し、焼戻し温度を下げることなく強度を向上させる作用を有する。このため、上記の効果を得るためにVを含有してもよい。しかしながら、0.50%を超えてVを含有させてもその効果は飽和してコストが嵩み、しかも、過剰なV系炭化物が生成することにより吸蔵水素濃度が増加して耐遅れ破壊性の低下を招く。したがって、Vの含有量を0.50%以下とした。なお、過剰なV系炭窒化物の生成を防止して耐遅れ破壊性の低下を抑止するためには、Vの含有量の上限は0.25%とすることが望ましい。
V: 0.50% or less V contributes to precipitation strengthening by forming fine Mo—V carbide together with Mo during tempering, and has the effect of improving strength without lowering the tempering temperature. For this reason, in order to acquire said effect, you may contain V. However, even if V is contained in excess of 0.50%, the effect is saturated and the cost increases, and the formation of excess V-based carbides increases the concentration of occluded hydrogen, resulting in delayed fracture resistance. Incurs a decline. Therefore, the content of V is set to 0.50% or less. In order to prevent the formation of excessive V-based carbonitrides and suppress the decrease in delayed fracture resistance, the upper limit of the V content is desirably 0.25%.

一方、前記したVの強度向上効果を十分に得るためには、V含有量の下限を0.05%とすることが望ましく、この場合には1400MPa以上の引張強さを確実に確保することができる。なお、V含有量の望ましい下限は0.25%である。   On the other hand, in order to sufficiently obtain the above-described effect of improving the strength of V, it is desirable that the lower limit of the V content is 0.05%. In this case, it is possible to reliably ensure a tensile strength of 1400 MPa or more. it can. A desirable lower limit of the V content is 0.25%.

TiおよびZrは、いずれも、微細な炭化物を形成して結晶粒を微細化し、耐遅れ破壊性を改善する作用を有する。このため、より優れた耐遅れ破壊性を得たい場合には以下の範囲で含有してもよい。   Both Ti and Zr have the effect of forming fine carbides to refine crystal grains and improving delayed fracture resistance. For this reason, when it is desired to obtain better delayed fracture resistance, it may be contained in the following range.

Ti:0.10%以下
Tiは、微細な炭窒化物を形成して結晶粒を微細化し、耐遅れ破壊性を改善する作用を有するので、この効果を得るためにTiを含有してもよい。しかしながら、0.10%を超えてTiを含有させても上記の効果は飽和してコストが嵩み、しかも、過剰でまた粗大なTi系炭窒化物が生成することにより冷間加工性が低下するので、冷間鍛造法によるボルトへの成形が困難となる。したがって、Tiの含有量を0.10%以下とした。なお、Ti含有量の上限は0.04%とすることが望ましい。
Ti: 0.10% or less Ti has a function of forming fine carbonitrides to refine crystal grains and improving delayed fracture resistance. Therefore, Ti may be contained to obtain this effect. . However, even if Ti is contained in excess of 0.10%, the above effect is saturated and the cost is increased, and cold workability is reduced due to the formation of excessive and coarse Ti-based carbonitrides. Therefore, it becomes difficult to form a bolt by a cold forging method. Therefore, the Ti content is set to 0.10% or less. Note that the upper limit of the Ti content is preferably 0.04%.

一方、前記したTiの結晶粒微細化による耐遅れ破壊性改善効果を確実に得るためには、Ti含有量の下限を0.005%とすることが望ましく、0.01%とすれば一層望ましい。   On the other hand, in order to reliably obtain the delayed fracture resistance improvement effect by the refinement of Ti crystal grains as described above, the lower limit of the Ti content is preferably 0.005%, and more preferably 0.01%. .

Zr:0.10%以下
Zrは、微細な炭窒化物を形成して結晶粒を微細化し、耐遅れ破壊性を改善する作用を有するので、この効果を得るためにZrを含有してもよい。しかしながら、0.10%を超えてZrを含有させても上記の効果は飽和してコストが嵩み、しかも、過剰でまた粗大なZr系炭窒化物が生成することにより冷間加工性が低下するので、冷間鍛造法によるボルトへの成形が困難となる。したがって、Zrの含有量を0.10%以下とした。なお、Zr含有量の上限は0.04%とすることが望ましい。
Zr: 0.10% or less Zr has the action of forming fine carbonitrides to refine crystal grains and improving delayed fracture resistance. Therefore, Zr may be contained to obtain this effect. . However, even if Zr is contained in excess of 0.10%, the above effects are saturated and the cost is increased, and cold workability is reduced due to the formation of excessive and coarse Zr-based carbonitrides. Therefore, it becomes difficult to form a bolt by a cold forging method. Therefore, the content of Zr is set to 0.10% or less. The upper limit of the Zr content is preferably 0.04%.

一方、前記したZrの結晶粒微細化による耐遅れ破壊性改善効果を確実に得るためには、Zr含有量の下限を0.005%とすることが望ましく、0.01%とすれば一層望ましい。   On the other hand, in order to surely obtain the delayed fracture resistance improving effect by refining Zr crystal grains, the lower limit of the Zr content is preferably 0.005%, and more preferably 0.01%. .

なお、上記のTiおよびZrは、そのうちのいずれか1種のみ、または2種の複合で含有することができる。これらの元素の合計含有量は0.20%であっても構わないが、0.10%以下であることが好ましい。   In addition, said Ti and Zr can be contained only in any 1 type of them, or 2 types of composites. The total content of these elements may be 0.20%, but is preferably 0.10% or less.

CaおよびMgは、鋼中のSと結合して硫化物を形成し、鋼の熱間加工性を改善する作用を有する。このため、より良好な熱間加工性を確保したい場合には以下の範囲で含有してもよい。   Ca and Mg combine with S in the steel to form a sulfide, and have the effect of improving the hot workability of the steel. For this reason, when it is desired to ensure better hot workability, it may be contained in the following range.

Ca:0.01%以下
Caは、鋼中のSと結合して硫化物を形成し、鋼の熱間加工性を改善する作用を有するので、この効果を得るためにCaを含有してもよい。しかしながら、Caを0.01%を超えて含有させても上記の効果は飽和してコストが嵩み、また、溶解性のCa系酸化物が過剰に生成して孔食の起点となり、耐遅れ破壊性の低下を招く。したがって、Caの含有量を0.01%以下とした。なお、Ca含有量の上限は0.003%とすることが望ましい。
Ca: 0.01% or less Ca combines with S in steel to form a sulfide and has an effect of improving the hot workability of steel. Good. However, even if Ca is contained in an amount exceeding 0.01%, the above effect is saturated and the cost is increased, and a soluble Ca-based oxide is excessively generated and becomes a starting point of pitting corrosion. Degradability is reduced. Therefore, the Ca content is set to 0.01% or less. In addition, it is desirable that the upper limit of the Ca content be 0.003%.

一方、前記したCaの熱間加工性改善効果を確実に得るためには、Ca含有量の下限を0.0003%とすることが望ましい。   On the other hand, in order to reliably obtain the effect of improving the hot workability of Ca described above, it is desirable that the lower limit of the Ca content is 0.0003%.

Mg:0.01%以下
Mgは、鋼中のSと結合して硫化物を形成し、鋼の熱間加工性を改善する作用を有するので、この効果を得るためにMgを含有してもよい。しかしながら、Mgを0.01%を超えて含有させても上記の効果は飽和してコストが嵩み、また、溶解性のMg系酸化物が過剰に生成して孔食の起点となり、耐遅れ破壊性の低下を招く。したがって、Mgの含有量を0.01%以下とした。なお、Mg含有量の上限は0.003%とすることが望ましい。
Mg: 0.01% or less Mg combines with S in steel to form sulfides and has an effect of improving the hot workability of steel. Therefore, Mg may be contained to obtain this effect. Good. However, even if Mg is contained in an amount exceeding 0.01%, the above effects are saturated and the cost is increased, and excessively soluble Mg-based oxides are generated as a starting point of pitting corrosion, and delay resistance is increased. Degradability is reduced. Therefore, the Mg content is set to 0.01% or less. Note that the upper limit of the Mg content is preferably 0.003%.

一方、前記したMgの熱間加工性改善効果を確実に得るためには、Mg含有量の下限を0.0003%とすることが望ましい。   On the other hand, in order to reliably obtain the effect of improving the hot workability of Mg as described above, it is desirable that the lower limit of the Mg content is 0.0003%.

なお、上記のCaおよびMgは、そのうちのいずれか1種のみ、または2種の複合で含有することができる。これらの元素の合計含有量は0.02%であっても構わないが、0.01%以下であることが好ましい。   In addition, said Ca and Mg can be contained only in any 1 type of them, or 2 types of composites. The total content of these elements may be 0.02%, but is preferably 0.01% or less.

Ni:3.0%以下
Niは、靱性を高める作用を有する。Niには、腐食生成物の保護性向上による水素侵入抑制効果を発現し、Snほどではないが水素侵入を抑制する作用もある。したがって、上述した効果を得るためにNiを含有してもよい。なお、鋼が後述する量のCuを含む場合には、Cuに起因する熱間での割れを防止するために、Niを複合して含有させることが必要である。しかしながら、Niを3.0%を超えて含有させても上記の効果は飽和してコストが嵩む。したがって、Niの含有量を3.0%以下とした。なお、Ni含有量の上限は1.0%とすることが望ましい。
Ni: 3.0% or less Ni has an effect of increasing toughness. Ni exhibits an effect of suppressing hydrogen intrusion by improving the protection of corrosion products, and has an effect of suppressing hydrogen intrusion, although not as much as Sn. Therefore, Ni may be contained in order to obtain the effects described above. In addition, when steel contains the quantity of Cu mentioned later, in order to prevent the hot crack resulting from Cu, it is necessary to contain Ni in combination. However, even if Ni is contained in excess of 3.0%, the above effect is saturated and the cost increases. Therefore, the Ni content is set to 3.0% or less. Note that the upper limit of the Ni content is desirably 1.0%.

一方、前記したNiの効果を確実に得るためには、Ni含有量の下限を0.2%とすることが望ましい。   On the other hand, in order to reliably obtain the effect of Ni described above, it is desirable that the lower limit of the Ni content is 0.2%.

Cu:0.3〜1.0%
Cuは、腐食生成物の保護性向上による水素侵入抑制効果を発現し、Snほどではないが水素侵入を抑制する作用を有するので、この効果を得るためにCuを0.3%以上含有してもよい。しかしながら、Cuを1.0%を超えて含有させても上記の効果は飽和してコストが嵩み、また、冷間加工性が低下するので、冷間鍛造法によるボルトへの成形が困難となる。したがって、Cuの含有量を0.3〜1.0%とした。なお、Cuについては、含有量の上限を0.5%とすることが望ましい。
Cu: 0.3 to 1.0%
Cu exhibits an effect of suppressing hydrogen intrusion by improving the protection of corrosion products, and has an action of suppressing hydrogen intrusion, although not as much as Sn. Therefore, to obtain this effect, Cu is contained in an amount of 0.3% or more. Also good. However, even if Cu is contained in an amount exceeding 1.0%, the above effect is saturated and the cost is increased, and the cold workability is lowered, so that it is difficult to form a bolt by a cold forging method. Become. Therefore, the Cu content is set to 0.3 to 1.0%. In addition, about Cu, it is desirable to make the upper limit of content into 0.5%.

なお、Cuを含有させる場合には、Cuに起因する熱間での割れを防止するために、前記した量のNiを複合して含有させることが必要である。   In addition, when Cu is contained, it is necessary to contain the above amount of Ni in combination in order to prevent hot cracking due to Cu.

上記の理由から、本発明(2)に係る高強度ボルト用鋼は、本発明(1)の高強度ボルト用鋼に、さらに、V:0.50%以下を含有することと規定した。   For the reasons described above, the steel for high-strength bolts according to the present invention (2) is specified to further contain V: 0.50% or less in the steel for high-strength bolts according to the present invention (1).

また、本発明(3)に係る高強度ボルト用鋼は、本発明(1)または本発明(2)の高強度ボルト用鋼に、さらに、Ti:0.10%以下およびZr:0.10%以下のうちの1種または2種を含有することと規定した。   Further, the steel for high-strength bolts according to the present invention (3) is the steel for high-strength bolts according to the present invention (1) or the present invention (2), and further Ti: 0.10% or less and Zr: 0.10. % Or less is defined as containing one or two of them.

本発明(4)に係る高強度ボルト用鋼は、本発明(1)から本発明(3)までのいずれかの高強度ボルト用鋼に、さらに、Ca:0.01%以下およびMg:0.01%以下のうちの1種または2種を含有することと規定した。   The steel for high-strength bolts according to the present invention (4) is added to any one of the steels for high-strength bolts according to the present invention (1) to the present invention (3), Ca: 0.01% or less, and Mg: 0 It was specified to contain one or two of 0.01% or less.

本発明(5)に係る高強度ボルト用鋼は、本発明(1)から本発明(4)までのいずれかの高強度ボルト用鋼に、さらに、Ni:3.0%以下を含有することと規定した。   The steel for high-strength bolts according to the present invention (5) contains Ni: 3.0% or less in addition to the steel for high-strength bolts according to any one of the present invention (1) to the present invention (4). Stipulated.

本発明(6)に係る高強度ボルト用鋼は、本発明(1)から本発明(4)までのいずれかの高強度ボルト用鋼に、さらに、Ni:3.0%以下およびCu:0.3〜1.0%を含有することと規定した。   The steel for high-strength bolts according to the present invention (6) is the steel for high-strength bolts according to any one of the present invention (1) to the present invention (4), Ni: 3.0% or less, and Cu: 0 .3 to 1.0%.

本発明の高強度ボルト用鋼を素材とする高強度ボルトは、通常の方法、すなわち転炉や電気炉で溶製した鋳片や鋼塊を分塊圧延により鋼片とし、熱間圧延で線材とし、必要に応じ球状化焼鈍を施し、その後伸線を経て、冷間鍛造にて製造すればよく、特にこのようなボルトの製造方法について限定する必要はない。   The high-strength bolt made of the steel for high-strength bolts of the present invention is a normal method, that is, a slab or steel ingot melted in a converter or electric furnace is made into a slab by split rolling, and a wire rod by hot rolling. In this case, spheroidizing annealing may be performed as necessary, followed by wire drawing and cold forging, and it is not particularly necessary to limit the method for manufacturing such a bolt.

しかしながら、1350MPa以上という高い引張強さを安定かつ確実に得るとともに、組織の均一性を確保するために、ボルト形状に成形加工した後、焼入れ−焼戻しの熱処理を施すことが最も望ましい。   However, in order to obtain a high tensile strength of 1350 MPa or more stably and reliably, and to ensure the uniformity of the structure, it is most desirable to perform quenching-tempering heat treatment after forming into a bolt shape.

なお、通常のボルト用鋼を素材とするボルトの場合には、焼入れの加熱温度は900℃未満の温度とすることが多いが、本発明の高強度ボルト用鋼を素材とする場合には、焼入れ時にCr、MoおよびVなどの炭化物生成元素をマトリックスに十分固溶させるために、焼入れの加熱温度は900℃以上とすることが望ましく、910℃以上とすれば一層望ましい。一方、焼入れの加熱温度が1000℃を超えると組織が粗粒化して耐遅れ破壊性が低下する。したがって、本発明の高強度ボルト用鋼を素材とするボルトを焼入れする場合の加熱温度は、900〜1000℃とすることが望ましく、910〜1000℃とすることが一層望ましい。   In the case of bolts made of ordinary bolt steel, the quenching heating temperature is often less than 900 ° C., but when using the high-strength bolt steel of the present invention as a material, In order to sufficiently dissolve carbide-forming elements such as Cr, Mo and V in the matrix during quenching, the heating temperature for quenching is preferably 900 ° C. or higher, and more preferably 910 ° C. or higher. On the other hand, when the heating temperature for quenching exceeds 1000 ° C., the structure becomes coarse and delayed fracture resistance decreases. Therefore, the heating temperature when quenching a bolt made of the steel for high-strength bolts of the present invention is desirably 900 to 1000 ° C, and more desirably 910 to 1000 ° C.

焼戻しは、焼入れ時に導入された転位密度を低減し、かつ炭化物を球状化して耐遅れ破壊性を向上させるために、その温度は極力高くすること望ましく、引張強さが1350MPa以上の高強度ボルトの耐遅れ破壊性を向上させるためには500℃以上の温度で焼戻しすることが、また、引張強さが1400MPa以上の高強度ボルトの耐遅れ破壊性を向上させるためには600℃以上の温度で焼戻しを行うことが望ましい。   In the tempering, in order to reduce the dislocation density introduced during quenching and to improve the delayed fracture resistance by spheroidizing the carbide, it is desirable to raise the temperature as much as possible, and for high strength bolts having a tensile strength of 1350 MPa or more. In order to improve delayed fracture resistance, tempering should be performed at a temperature of 500 ° C. or higher, and in order to improve delayed fracture resistance of a high-strength bolt having a tensile strength of 1400 MPa or higher, at a temperature of 600 ° C. or higher. It is desirable to perform tempering.

なお、焼戻し温度が鋼のAc1変態点を超えると、引張強さおよび耐遅れ破壊性性などボルト特性に大きなばらつきが生じるので、焼戻しは常法どおりAc1変態点以下の温度とする。 If the tempering temperature exceeds the Ac 1 transformation point of the steel, bolt characteristics such as tensile strength and delayed fracture resistance vary greatly. Therefore, tempering is performed at a temperature below the Ac 1 transformation point as usual.

また、熱処理時にいわゆる「浸P現象」が生じることを防止して、良好な耐遅れ破壊性を安定かつ確実に確保するために、冷間加工用の潤滑剤としては、Pを含まないものを用いることが望ましい。   In addition, in order to prevent the so-called “immersion P phenomenon” from occurring during heat treatment and to ensure good delayed fracture resistance in a stable and reliable manner, the cold working lubricant does not contain P. It is desirable to use it.

以下、実施例によって、本発明の作用効果についてさらに具体的に説明する。   Hereinafter, the effects of the present invention will be described more specifically with reference to examples.

表1に示す化学組成を有する鋼A〜Zおよび鋼1〜5の31種の鋼を実験室溶製し、得られた鋼塊を1250℃に加熱し、熱間鍛造および熱間圧延を行って直径20mmの丸鋼および厚さ20mmの鋼板とした。   31 types of steels A to Z and steels 1 to 5 having the chemical compositions shown in Table 1 were melted in the laboratory, and the resulting steel ingot was heated to 1250 ° C. to perform hot forging and hot rolling. A round steel having a diameter of 20 mm and a steel plate having a thickness of 20 mm were obtained.

なお、表1における鋼A〜Uは、化学組成が本発明で規定する範囲内にある本発明例の鋼である。   Steels A to U in Table 1 are steels of the present invention examples whose chemical compositions are within the range defined by the present invention.

一方、鋼V〜Zおよび鋼1〜5は、化学組成が本発明で規定する条件から外れた比較例の鋼である。   On the other hand, steels V to Z and steels 1 to 5 are steels of comparative examples whose chemical compositions deviate from the conditions specified in the present invention.

次いで、上記直径20mmの丸鋼および厚さ20mmの鋼板を表2に示す温度に45分保持した後油焼入れし、さらに、表2に示す温度で1時間保持した後、大気中で放冷して焼戻しを行った。   Next, the round steel having a diameter of 20 mm and the steel plate having a thickness of 20 mm were held at the temperature shown in Table 2 for 45 minutes and then oil-quenched, further held at the temperature shown in Table 2 for 1 hour, and then allowed to cool in the atmosphere. And tempered.

Figure 2011117035
Figure 2011117035

Figure 2011117035
Figure 2011117035

上記の焼入れ−焼戻し処理を行った熱処理丸鋼から、平行部の直径が6mm、平行部の長さが40mmの丸棒引張試験片を採取し、室温での引張強さを測定した。   A round bar tensile test piece having a parallel part diameter of 6 mm and a parallel part length of 40 mm was sampled from the heat treated round steel subjected to the above quenching and tempering treatment, and the tensile strength at room temperature was measured.

また、熱処理鋼板の板厚中央部から、直径が70mmで厚さが0.5mmの円板試験片を採取し、図1にその試験法を模式的に示す乾湿サイクル水素透過試験を行って、鋼材中への水素侵入特性を調査した。図1においては上記の「円板試験片」を「薄板試験片(0.5mm)」と表記した。   Further, from the central portion of the heat-treated steel sheet, a disk test piece having a diameter of 70 mm and a thickness of 0.5 mm was collected, and a wet and dry cycle hydrogen permeation test schematically showing the test method in FIG. The hydrogen penetration characteristics into steel were investigated. In FIG. 1, the above “disc test piece” is expressed as “thin plate test piece (0.5 mm)”.

なお、乾湿サイクル水素透過試験は、具体的には次のようにして実施した。   The wet and dry cycle hydrogen permeation test was specifically performed as follows.

まず、上記円板試験片の両面を600番エメリー紙で研磨後、片面にNiめっきを施した。   First, both surfaces of the disc test piece were polished with No. 600 emery paper, and then Ni plating was applied to one side.

次いで、Niめっきを施した面(以下、「Niめっき面」という。)が図1に示す1N(1規定)のNaOH水溶液を満たしたセル側に来るように円板試験片をセットし、Niめっき面は参照電極に対して0V(ゼロボルト)に定電位保持した。なお、参照電極として「銀−塩化銀電極」を用いた。   Next, the disk specimen was set so that the Ni-plated surface (hereinafter referred to as “Ni-plated surface”) was on the cell side filled with the 1N (1 N) NaOH aqueous solution shown in FIG. The plated surface was held at a constant potential of 0 V (zero volt) with respect to the reference electrode. A “silver-silver chloride electrode” was used as a reference electrode.

また、外部環境曝露面、つまり、図1で「外部環境」と表記した側のNiめっきしていない面には、0.5mg/cm2となる量の人工海水を付着させてから完全に乾燥させ、その後さらに、下記(A)〜(D)の条件を順に繰り返して「外部環境」での曝露を行った。この際、条件(A)と(B)との間隔、条件(B)と(C)との間隔、条件(C)と(D)との間隔および条件(D)と(A)との間隔は、それぞれ20分、5分、5分および20分とした。なお、外部環境曝露面およびNiめっき面の試験面積はいずれも、23.7cm2であった。 In addition, the surface exposed to the external environment, that is, the surface not labeled with Ni on the side indicated as “external environment” in FIG. 1 is completely dried after attaching artificial seawater of an amount of 0.5 mg / cm 2. Then, the following conditions (A) to (D) were further repeated in order to perform exposure in the “external environment”. At this time, the interval between the conditions (A) and (B), the interval between the conditions (B) and (C), the interval between the conditions (C) and (D), and the interval between the conditions (D) and (A). Were 20 minutes, 5 minutes, 5 minutes and 20 minutes, respectively. Note that the test areas of both the external environment exposed surface and the Ni plated surface were 23.7 cm 2 .

(A)温度10℃、相対湿度60%、期間3時間、
(B)温度60℃、相対湿度40%、期間3時間、
(C)温度60℃、相対湿度60%、期間3時間、
(D)温度60℃、相対湿度90%、期間3時間。
(A) Temperature 10 ° C., relative humidity 60%, period 3 hours,
(B) Temperature 60 ° C., relative humidity 40%, period 3 hours,
(C) Temperature 60 ° C., relative humidity 60%, period 3 hours,
(D) Temperature 60 ° C., relative humidity 90%, period 3 hours.

上記のようにしてセットした円板試験片の外部環境曝露面が腐食して水素が発生すると、水素原子が円板試験片を透過して試験セル内に放出されるので、この円板試験片を透過してくる水素原子を水素イオンに酸化する電流値を測定し、その測定値を上記の試験面積で除して水素透過電流J(μA/cm2)を求めた。 When the surface exposed to the external environment of the disk specimen set as described above corrodes and generates hydrogen, hydrogen atoms pass through the disk specimen and are released into the test cell. A current value that oxidizes hydrogen atoms that permeate into hydrogen ions was measured, and the measured value was divided by the above test area to obtain a hydrogen permeation current J (μA / cm 2 ).

次いで、上記のようにして求めた水素透過電流Jに円板試験片の厚さLとしての0.05cmを乗じて水素透過係数JL(μA/cm)を算出し、この環境から侵入してくる水素に関する水素透過係数JLの最大値(以下、「環境水素透過係数JLenv」という。)を水素侵入速度の指標として、各鋼の環境からの水素侵入特性を比較した。   Next, a hydrogen permeation coefficient JL (μA / cm) is calculated by multiplying the hydrogen permeation current J obtained as described above by 0.05 cm as the thickness L of the disk specimen, and enters from this environment. Using the maximum value of the hydrogen permeation coefficient JL for hydrogen (hereinafter referred to as “environmental hydrogen permeation coefficient JLenv”) as an index of the hydrogen penetration rate, the hydrogen penetration characteristics from the environment of each steel were compared.

図2および図3に、上記のようにして算出した水素透過係数JLの一例を示す。   2 and 3 show an example of the hydrogen permeation coefficient JL calculated as described above.

図2は、試験番号28の比較例の鋼2について水素透過係数JLの時間的変化を示すものであり、この図2からわかるように、水素透過係数JLの最大値、つまり、環境水素透過係数JLenvは0.16μA/cmである。また、鋼Yについては、環境水素透過係数JLenvは0.26μA/cmである。鋼Yは、本発明者のうちの一人である大村らが、「鋼中の水素侵入に影響する環境因子」(材料と環境、54(2005)、p.61)において、日本国内では最も過酷な環境と考えられる沖縄県名護市の実沿岸環境において水素侵入特性を評価して、環境水素透過係数JLenvが0.1μA/cm程度であることを報告した従来鋼である「低炭素ボロン鋼」である。したがって、本実施例における前述の乾湿サイクル水素透過試験では、実環境の2倍程度過酷な条件で評価がされていると想定される。   FIG. 2 shows the temporal change of the hydrogen permeability coefficient JL for the steel 2 of the comparative example of test number 28. As can be seen from FIG. 2, the maximum value of the hydrogen permeability coefficient JL, that is, the environmental hydrogen permeability coefficient. JLenv is 0.16 μA / cm. For steel Y, the environmental hydrogen permeability coefficient JLenv is 0.26 μA / cm. Steel Y is one of the inventors of Omura et al., Who is one of the most severe in Japan in “Environmental factors affecting hydrogen intrusion in steel” (Materials and Environment, 54 (2005), p. 61). "Low-carbon boron steel", a conventional steel that has been reported to evaluate the hydrogen penetration characteristics in the actual coastal environment of Nago City, Okinawa Prefecture, which is considered to be a safe environment, and reported that the environmental hydrogen permeation coefficient JLenv is about 0.1 μA / cm It is. Therefore, it is assumed that the above-described dry and wet cycle hydrogen permeation test in this example is evaluated under conditions that are about twice as severe as the actual environment.

一方、図3は、試験番号9の本発明例の鋼Iについて水素透過係数JLの時間的変化を示すものであり、水素透過係数JLの最大値、つまり、環境水素透過係数JLenvは、この図3からわかるように、約0.02μA/cmである。したがって、鋼Iの水素侵入特性は前記の鋼2および鋼Yに比べると著しく低減されていることが明らかである。すなわち、本発明例の鋼Iは、実環境以上に過酷な乾湿サイクル試験においても水素侵入の抑制効果が大きく、耐遅れ破壊性に優れることが期待される。   On the other hand, FIG. 3 shows the temporal change of the hydrogen permeation coefficient JL for the steel I of the inventive example of test number 9, and the maximum value of the hydrogen permeation coefficient JL, that is, the environmental hydrogen permeation coefficient JLenv is shown in FIG. As can be seen from FIG. 3, it is about 0.02 μA / cm. Therefore, it is clear that the hydrogen penetration characteristics of Steel I are significantly reduced compared to Steel 2 and Steel Y described above. That is, the steel I of the present invention is expected to have a large effect of suppressing hydrogen intrusion even in a dry and wet cycle test that is more severe than the actual environment, and to be excellent in delayed fracture resistance.

表2に、前記のようにして求めた引張強さおよび環境水素透過係数JLenvを併せて示す。   Table 2 also shows the tensile strength and environmental hydrogen permeability coefficient JLenv determined as described above.

表2から、本発明例の鋼A〜Uを用いた試験番号1〜21の場合、1350MPa以上の引張強さが得られている。また、環境水素透過係数JLenvは0.05μA/cm以下であり、十分な水素侵入抑制効果が得られていることが明らかである。   From Table 2, in the case of test numbers 1 to 21 using the steels A to U of the present invention example, a tensile strength of 1350 MPa or more is obtained. Further, the environmental hydrogen permeation coefficient JLenv is 0.05 μA / cm or less, and it is clear that a sufficient hydrogen invasion suppressing effect is obtained.

これに対して、比較例の鋼のうちで鋼V〜Xおよび鋼Zを用いた試験番号22〜24および26の場合、目標とする1350MPa以上の引張強さが得られていない。   On the other hand, in the case of the test numbers 22 to 24 and 26 using the steels V to X and the steel Z among the steels of the comparative examples, the target tensile strength of 1350 MPa or more is not obtained.

また、比較例の鋼のうちで鋼Yおよび鋼1〜5を用いた試験番号25および27〜31の場合は、環境水素透過係数JLenvは0.14μA/cm以上の大きな値であり、水素侵入抑制効果を有していないことが明らかである。   In the case of test numbers 25 and 27 to 31 using steel Y and steels 1 to 5 among the steels of the comparative examples, the environmental hydrogen permeability coefficient JLenv is a large value of 0.14 μA / cm or more, and hydrogen penetration It is clear that it has no inhibitory effect.

比較例の鋼のうちで鋼4は、耐候性に効果があるといわれるCuおよびNiを含有する鋼であるため、この鋼を用いた試験番号30の場合、環境水素透過係数JLenvは上記の鋼1〜3および5を用いた試験番号27〜29および31の場合に比べると小さいものの、その効果は十分とはいえないものである。   Among the steels of the comparative examples, steel 4 is a steel containing Cu and Ni, which is said to be effective in weather resistance. Therefore, in the case of test number 30 using this steel, the environmental hydrogen permeability coefficient JLenv is the above steel. Although smaller than the cases of test numbers 27 to 29 and 31 using 1 to 3 and 5, the effect is not sufficient.

比較例の鋼のうちで鋼2は、Tiを多量に含有させて硫化物を不溶性のTi系硫化物として固定することによって水素侵入抑制効果を狙ったものであるが、この鋼を用いた試験番号28の場合も環境水素透過係数JLenvは0.16μA/cmという大きな値であり、十分な水素侵入抑制効果を有していない。   Among the steels of the comparative examples, Steel 2 is intended to suppress the hydrogen intrusion by fixing a sulfide as an insoluble Ti-based sulfide by containing a large amount of Ti. Tests using this steel In the case of No. 28 as well, the environmental hydrogen permeability coefficient JLenv is a large value of 0.16 μA / cm, and does not have a sufficient hydrogen penetration inhibiting effect.

比較例の鋼のうちで鋼1は、Snを含有しているもののその含有量が本発明で規定する値を下回るものであるため、この鋼を用いた試験番号27の場合も環境水素透過係数JLenvは0.15μA/cmという大きな値であり、十分な水素侵入抑制効果が得られていない。   Among the steels of the comparative examples, steel 1 contains Sn but its content is lower than the value specified in the present invention. Therefore, in the case of test number 27 using this steel, the environmental hydrogen permeability coefficient JLenv is a large value of 0.15 μA / cm, and a sufficient effect of suppressing hydrogen penetration is not obtained.

なお、鋼材の耐遅れ破壊性を評価するためには、上述した環境水素透過係数JLenvに比べて、鋼材が水素脆化による破壊を起こすことのない限界環境を示す限界水素透過係数JLthが十分に大きいことを確認すること、すなわち、環境から侵入する水素量に比べて、その鋼材の水素脆化に対する耐久性が十分に大きいことを確認しておく必要がある。   In order to evaluate the delayed fracture resistance of steel materials, the critical hydrogen permeability coefficient JLth, which indicates the limit environment in which the steel material does not break due to hydrogen embrittlement, is sufficiently higher than the above-described environmental hydrogen permeability coefficient JLenv. It is necessary to confirm that it is large, that is, that the durability of the steel material against hydrogen embrittlement is sufficiently large compared to the amount of hydrogen entering from the environment.

そこで、前記焼入れ−焼戻し処理を行った直径20mmの丸鋼から、平行部の直径が6.56mm、平行部の長さが25.4mmで、平行部長さの中央部に深さ1.42mmで0.1mmRの切欠きを設けた切欠き付き丸棒引張試験片を採取し、実環境よりも過酷な陰極チャージ定荷重試験を実施した。なお、上記の切欠き付き丸棒引張試験片は、ボルトのねじ底の応力集中を模擬した試験片であり、切欠き底の応力集中係数は5である。   Therefore, from the round steel having a diameter of 20 mm subjected to the quenching and tempering treatment, the diameter of the parallel part is 6.56 mm, the length of the parallel part is 25.4 mm, and the depth of the central part of the parallel part is 1.42 mm. A round bar tensile test piece with a notch having a notch of 0.1 mmR was collected, and a cathodic charge constant load test that was severer than the actual environment was performed. The above-described notched round bar tensile test piece is a test piece that simulates the stress concentration at the bottom of the bolt and has a stress concentration factor of 5.

なお、陰極チャージ定荷重試験は図4の模式図に示すように、3%食塩水中で応力を負荷しつつ、銀−塩化銀参照電極に対して定電位を負荷した状態で200時間保持し、試験片の破断の有無を確認することで実施した。このときの負荷応力は、高強度ボルトの使用条件を考慮し、各鋼について表2に示した引張強さの90%とした。そして、この時の負荷電位を−0.8V(ボルト)から−1.5V(ボルト)の範囲で変え、試験片が破断しない限界の負荷電位をまず求めた。   In addition, as shown in the schematic diagram of FIG. 4, the cathode charge constant load test was held for 200 hours with a constant potential applied to the silver-silver chloride reference electrode while applying stress in 3% saline. It was carried out by checking whether or not the test piece was broken. The load stress at this time was 90% of the tensile strength shown in Table 2 for each steel in consideration of the use conditions of the high-strength bolts. Then, the load potential at this time was changed in the range of -0.8 V (volt) to -1.5 V (volt), and the limit load potential at which the test piece did not break was first obtained.

一方、上記の陰極チャージ定荷重試験で負荷した電位は材料にかかわらず水素侵入の観点からの環境の厳しさ(すなわち、その環境における水素透過係数)に一義的に対応することがわかっている。   On the other hand, it has been found that the potential applied in the above-described cathode charge constant load test uniquely corresponds to the severity of the environment from the viewpoint of hydrogen penetration (that is, the hydrogen permeability coefficient in that environment) regardless of the material.

そこで、上記の陰極チャージ定荷重試験で試験片が破断した時の負荷電位に対応する水素透過係数JLthを求めるために、次の陰極チャージ水素透過試験を行った。   Therefore, in order to obtain the hydrogen permeation coefficient JLth corresponding to the load potential when the test piece broke in the cathode charge constant load test, the following cathode charge hydrogen permeation test was performed.

前記焼入れ−焼戻し処理を行った厚さ20mm鋼板の板厚中央部から、直径が70mmで厚さが0.5mmの円板試験片を採取し、図5に示すいわゆる「ダブルセル型」の陰極チャージ水素透過試験装置を用いて試験を行った。   A disc test piece having a diameter of 70 mm and a thickness of 0.5 mm was taken from the center of the thickness of the 20 mm thick steel plate subjected to the quenching and tempering treatment, and the so-called “double cell type” cathode charge shown in FIG. The test was conducted using a hydrogen permeation test apparatus.

図5の左側のセル、すなわち3%NaCl水溶液を充填したセルでは、円板試験片の電位を銀−塩化銀参照電極に対してマイナスの定電位に保持した場合、試験片表面では水素が発生する。発生した水素の一部は水素原子として試験片を透過し、右側セルである1N(1規定)のNaOH水溶液を充填したセル内で水素イオンに酸化され、その酸化電流値が右側のセルのポテンショスタットで測定される。右側のセルでは試験片を参照電極(銀−塩化銀電極)に対して0V(ゼロボルト)に定電位保持し、透過した水素原子を水素イオンにすべて酸化する。測定された酸化電流値を試験面積(23.7cm2)で除して水素透過電流J(μA/cm2)を求め、Jに円板試験片の厚さL(0.05cm)を乗じて水素透過係数JL(μA/cm)を算出した。そして、この時の負荷電位を−0.8V(ボルト)から−1.5V(ボルト)の範囲で変えて試験を行い、負荷電位と水素透過係数の相関を求め、前述の陰極チャージ定荷重試験で試験片が破断しない限界の負荷電位に対応する水素透過係数を限界水素透過係数JLthとした。 In the cell on the left side of FIG. 5, that is, a cell filled with 3% NaCl aqueous solution, hydrogen is generated on the surface of the specimen when the potential of the disk specimen is kept at a negative constant potential with respect to the silver-silver chloride reference electrode. To do. Part of the generated hydrogen passes through the test piece as hydrogen atoms and is oxidized into hydrogen ions in a cell filled with 1N (1 N) NaOH aqueous solution, which is the right cell, and the oxidation current value is the potentiometer of the right cell. Measured with a stat. In the right cell, the test piece is held at a constant potential of 0 V (zero volts) with respect to the reference electrode (silver-silver chloride electrode), and all of the permeated hydrogen atoms are oxidized to hydrogen ions. Calculated hydrogen permeation current J (μA / cm 2) the measured oxidation current value was divided by the test area (23.7 cm 2), by multiplying the thickness L (0.05 cm) disc test piece J The hydrogen permeation coefficient JL (μA / cm) was calculated. Then, the load potential at this time is changed in the range of -0.8 V (volt) to -1.5 V (volt), the correlation is obtained between the load potential and the hydrogen permeation coefficient, and the above-mentioned cathode charge constant load test The hydrogen permeability coefficient corresponding to the limit load potential at which the test piece does not break was defined as the critical hydrogen permeability coefficient JLth.

表2に、上記のようにして求めた限界水素透過係数JLthを併せて示した。   Table 2 also shows the critical hydrogen permeability coefficient JLth determined as described above.

表2から、本発明例の鋼A〜Uを用いた試験番号1〜21の場合、限界水素透過係数JLthは0.10〜0.17μA/cmであって、環境水素透過係数JLenvの0.02〜0.05μA/cmに比べて十分大きいことがわかる。すなわち、鋼A〜Uの場合には、水素脆化を起こす水素濃度JLthが環境から侵入する水素濃度JLenvよりも十分大きく、このため、実環境で遅れ破壊を起こす危険性のないことが明らかである。   From Table 2, in the case of test numbers 1 to 21 using the steels A to U of the examples of the present invention, the critical hydrogen permeability coefficient JLth is 0.10 to 0.17 μA / cm, and the environmental hydrogen permeability coefficient JLenv is 0. It can be seen that it is sufficiently larger than 02 to 0.05 μA / cm. That is, in the case of steels A to U, the hydrogen concentration JLth causing hydrogen embrittlement is sufficiently larger than the hydrogen concentration JLenv entering from the environment, and therefore it is clear that there is no risk of causing delayed fracture in the actual environment. is there.

これに対して、比較例の鋼Yおよび鋼1〜5を用いた試験番号25および試験番号27〜31の場合、限界水素透過係数JLthは0.08〜0.12μA/cmであって、上記本発明例の鋼A〜Uを用いた試験番号1〜21の場合に比べて必ずしも低いとはいえないものの、環境水素透過係数JLenvが各試験番号におけるJLthを上回っているため、極めて過酷な環境下で長期間使用した場合には遅れ破壊を起こす危険性があると考えられる。   On the other hand, in the case of the test number 25 and the test numbers 27 to 31 using the steel Y of the comparative example and the steels 1 to 5, the critical hydrogen permeability coefficient JLth is 0.08 to 0.12 μA / cm, Although it is not necessarily lower than the case of test numbers 1 to 21 using the steels A to U of the present invention example, the environmental hydrogen permeation coefficient JLenv exceeds JLth in each test number, so that the environment is extremely harsh. Under long-term use, there is a risk of delayed destruction.

なお、上述の実施例は、焼入れ−焼戻し処理を行った熱処理丸鋼および熱処理鋼板から採取した試験片を用いたものである。   In addition, the above-mentioned Example uses the test piece extract | collected from the heat-treated round steel and the heat-treated steel plate which performed the quenching-tempering process.

一方、既に述べたように、本発明の高強度ボルト用鋼を素材とする高強度ボルトは、通常の方法で製造すればよく、特にボルトの製造方法について限定する必要はない。   On the other hand, as already described, the high-strength bolt made of the steel for high-strength bolts of the present invention may be manufactured by a normal method, and the bolt manufacturing method is not particularly limited.

しかしながら、1350MPa以上という高い引張強さを安定かつ確実に得るとともに、組織の均一性を確保するためには、ボルト形状に成形加工した後、焼入れ−焼戻しの熱処理を施すことが最も望ましい。   However, in order to obtain a high tensile strength of 1350 MPa or more stably and reliably and to ensure the uniformity of the structure, it is most desirable to perform a quenching-tempering heat treatment after forming into a bolt shape.

そして、焼入れ−焼戻しの熱処理を施す場合には、最終的な実ボルトにおける組織および強度特性は、鋼の化学組成および焼入れ−焼戻しの条件で決定され、ボルト製造の途中工程にはほとんど影響を受けない。   When a quenching-tempering heat treatment is performed, the structure and strength characteristics of the final actual bolt are determined by the chemical composition of the steel and the quenching-tempering conditions, and are almost affected by the intermediate process of bolt manufacturing. Absent.

このため、今回の実施例における試験結果は、焼入れ−焼戻しによって製造した実際のボルトの性能と同程度であるとみてよい。   For this reason, it can be considered that the test results in this example are comparable to the performance of an actual bolt manufactured by quenching and tempering.

本発明の高強度ボルト用鋼は、引張強さが1350MPa以上の高強度であっても十分な耐遅れ破壊性を有するので、海岸あるいはそれに近い沿岸地域のような過酷な環境におかれた自動車、各種産業機械および建築構造物などに使用される高強度ボルトの素材として好適である。   Since the steel for high-strength bolts of the present invention has sufficient delayed fracture resistance even when the tensile strength is 1350 MPa or higher, an automobile placed in a harsh environment such as a coast or a coastal area close thereto. It is suitable as a material for high-strength bolts used in various industrial machines and building structures.

Claims (6)

質量%で、C:0.30%を超えて0.55%以下、Si:0.3%以下、Mn:0.6%以下、P:0.025%以下、S:0.030%以下、Al:0.005〜0.10%、Cr:1.0〜2.5%、Mo:0.25〜2.0%、N:0.030%以下およびSn:0.05〜0.50%を含有し、下記の(1)式で表されるfnが1.4以上であって、残部がFeおよび不純物からなることを特徴とする高強度ボルト用鋼。
fn=Cr+Mo・・・(1)
ただし、(1)式中の元素記号は、その元素の質量%での含有量を表す。
In mass%, C: more than 0.30% and 0.55% or less, Si: 0.3% or less, Mn: 0.6% or less, P: 0.025% or less, S: 0.030% or less Al: 0.005-0.10%, Cr: 1.0-2.5%, Mo: 0.25-2.0%, N: 0.030% or less, and Sn: 0.05-0. A steel for high-strength bolts containing 50%, fn represented by the following formula (1) being 1.4 or more, and the balance being Fe and impurities.
fn = Cr + Mo (1)
However, the element symbol in the formula (1) represents the content in mass% of the element.
質量%で、さらに、V:0.50%以下を含有することを特徴とする請求項1に記載の高強度ボルト用鋼。   The steel for high-strength bolts according to claim 1, further comprising, by mass%, V: 0.50% or less. 質量%で、さらに、Ti:0.10%以下およびZr:0.10%以下のうちの1種または2種を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の高強度ボルト用鋼。   The steel for high-strength bolts according to claim 1 or 2, further comprising one or two of Ti: 0.10% or less and Zr: 0.10% or less in terms of mass%. . 質量%で、さらに、Ca:0.01%以下およびMg:0.01%以下のうちの1種または2種を含有することを特徴とする請求項1から3までのいずれかに記載の高強度ボルト用鋼。   The high content according to any one of claims 1 to 3, further comprising one or two of Ca: 0.01% or less and Mg: 0.01% or less in mass%. Steel for strength bolts. 質量%で、さらに、Ni:3.0%以下を含有することを特徴とする請求項1から4までのいずれかに記載の高強度ボルト用鋼。   The steel for high-strength bolts according to any one of claims 1 to 4, further comprising Ni: 3.0% or less in terms of mass%. 質量%で、さらに、Ni:3.0%以下およびCu:0.3〜1.0%を含有することを特徴とする請求項1から4までのいずれかに記載の高強度ボルト用鋼。   The steel for high-strength bolts according to any one of claims 1 to 4, further comprising Ni: 3.0% or less and Cu: 0.3-1.0% in mass%.
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