JP2016060933A - Steel for high strength bolt - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高強度ボルト用鋼、特に、引張強さが１２００ＭＰａ以上で耐遅れ破壊性に優れ、自動車、産業機械、建築構造物等に使用される高強度ボルトの素材として用いるのに好適な鋼に関する。 The present invention is a steel for high-strength bolts, and particularly excellent in delayed fracture resistance with a tensile strength of 1200 MPa or more, and suitable for use as a material for high-strength bolts used in automobiles, industrial machines, building structures, and the like. Related to steel.
自動車や産業機械の軽量化、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いる。 With the reduction in weight of automobiles and industrial machinery and the increase in size of building structures, there is an increasing demand for high-strength bolts that can withstand high tightening forces.
従来、一般に使用されている高強度低合金鋼には、例えばＪＩＳ Ｇ ４０５３（２００８）に規定された引張強さ１０００ＭＰａ級のＳＣＭ ４４０等がある。しかし、今日では強度レベルがより高い材質が求められているが、引張強さが１２００ＭＰａ以上になるとボルトの破壊が発生し易くなることが知られており、ボルトの高強度化の最大の障害となっている。こ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。 Conventionally, high strength low alloy steels that are generally used include, for example, SCM 440 having a tensile strength of 1000 MPa as defined in JIS G 4053 (2008). However, today, a material with a higher strength level is required, but it is known that when the tensile strength is 1200 MPa or more, the bolt is likely to break, and this is the biggest obstacle to increasing the strength of the bolt. It has become. This failure is called delayed fracture, and is a phenomenon in which a steel placed under static load breaks brittlely after a certain period of time, and is considered a kind of hydrogen embrittlement due to hydrogen that has penetrated into the steel due to corrosion. Yes.
引張強さが１２００ＭＰａ以上の高強度鋼の耐遅れ破壊性の改善は、これまでに種々検討されてきた。 Various improvements have been studied for improving the delayed fracture resistance of high strength steel having a tensile strength of 1200 MPa or more.
例えば、特許文献１〜８には、Ｃｒ、Ｍｏや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。 For example, Patent Documents 1 to 8 disclose steels for high-strength bolts that contain Cr, Mo, or V to improve hardenability and temper softening resistance.
特許文献９〜１１には、微量のＢを含有させて粒界を清浄化し、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 9 to 11 disclose steels for high-strength bolts that contain a trace amount of B to clean grain boundaries, increase the bond strength of the grain boundaries, and improve delayed fracture resistance.
特許文献１２〜１５には、微量のＢ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たり結晶粒を微細化させて、耐遅れ破壊性を改善する技術が開示されている。
In
さらに、特許文献１６〜１８には、鋼材が使用される環境からの水素侵入を抑制する技術を用いて、遅れ破壊を防止する技術が開示されている。 Furthermore, Patent Documents 16 to 18 disclose a technique for preventing delayed fracture using a technique for suppressing hydrogen intrusion from an environment where a steel material is used.
海岸あるいはそれに近い沿岸地域のような過酷な腐食環境では多くの水素が鋼材中に侵入し、遅れ破壊が起こり易くなることが知られている。このような過酷環境における遅れ破壊を防止するには、特許文献１〜１５に開示されたような技術だけでは不十分な場合があるため、特許文献１６〜１８に開示されているように水素侵入を防止する技術が必要となる。しかし、これらの方法を用いても、水素侵入、ひいてはそれに伴う遅れ破壊を完全には防止できない場合のあることも想定される。 It is known that in a severe corrosive environment such as the coast or a coastal area near it, a lot of hydrogen penetrates into the steel material, and delayed fracture is likely to occur. In order to prevent such delayed fracture in a harsh environment, the technique as disclosed in Patent Documents 1 to 15 may not be sufficient, so that hydrogen intrusion as disclosed in Patent Documents 16 to 18 may occur. Technology to prevent this is necessary. However, even if these methods are used, it may be assumed that hydrogen intrusion and consequently delayed fracture may not be completely prevented.
本発明は、上記の過酷な腐食環境において安定して水素侵入を抑制でき、遅れ破壊を防止可能な高強度ボルトの素材として用いるのに好適な鋼を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a steel suitable for use as a material for a high-strength bolt capable of stably suppressing hydrogen intrusion in the above severe corrosive environment and preventing delayed fracture.
本発明者らは、前記の課題を解決するために種々の鋼材を用いて実験し、水素侵入を抑制する技術を探索した。その結果、先ず下記の知見を得た。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors conducted experiments using various steel materials and searched for a technique for suppressing hydrogen intrusion. As a result, the following knowledge was obtained first.
鋼材中には非金属介在物である金属硫化物が不可避的に生成する。これらは、Ｍｎ、Ｃａ、Ｍｇ、希土類元素（以下、「ＲＥＭ」という。）、場合によってはＣｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｖ等の硫化物である。Ｍｎ、Ｃａ、ＲＥＭ、Ｃｒからなる硫化物は一般的に水溶液中で溶解し易い。鋼材が過酷な腐食環境に曝された場合、鋼材表面に露出した硫化物が溶解し、硫化水素（Ｈ２Ｓ）を発生する。硫化水素は水素侵入を大きく促進することが知られており、水素侵入の促進により遅れ破壊が発生する。特許文献１６に開示されているように、ＴｉやＺｒの硫化物は溶解しにくいが、工業的には安定してこれらの不溶性硫化物を鋼材中に生成させるのは難しく、溶解性硫化物の生成を抑制するのは困難である。 In the steel material, metal sulfides which are non-metallic inclusions are inevitably generated. These are Mn, Ca, Mg, rare earth elements (hereinafter referred to as “REM”), and in some cases, sulfides such as Cr, Ti, Zr, Nb, and V. Sulfides composed of Mn, Ca, REM, and Cr are generally easily dissolved in an aqueous solution. When the steel material is exposed to a severe corrosive environment, the sulfide exposed on the steel material surface dissolves to generate hydrogen sulfide (H 2 S). Hydrogen sulfide is known to greatly promote hydrogen penetration, and delayed fracture occurs due to the promotion of hydrogen penetration. As disclosed in Patent Document 16, although sulfides of Ti and Zr are difficult to dissolve, it is difficult to produce these insoluble sulfides in steel stably industrially. It is difficult to suppress the generation.
そこで次に、本発明者らは、不溶性硫化物を形成する元素としてＣｕに着目した。 Then, next, the present inventors paid attention to Cu as an element that forms an insoluble sulfide.
Ｃｕは、鋼材中では安定して硫化物を生成できず、Ｍｎ硫化物等の溶解性硫化物の生成を抑制することができない。しかし、鋼材に固溶しているＣｕは、鋼材が過酷な腐食環境に曝された時に鋼材から溶出し、さらに鋼材の硫化物表面に選択的に電析・吸着して、硫化物の溶解を抑制する働きを有する。ここで、硫化物の量や、個々の硫化物が大きいほど硫化物の悪影響が大きくなるので、これを抑えるためにはＣｕの含有量を高める必要がある。具体的には、Ｃｕの効果を充分に得るには、下記の式［１］のようにＳ含有量に対して特定量以上、さらに、下記の式［２］のように鋼中に含まれる硫化物について、１ｍｍ×１ｍｍの断面視野で観察される最大硫化物の長径Ｌ（ｍｍ）に対して特定量以上の、Ｃｕを含有させる必要がある。
Ｃｕ／Ｓ≧１５・・・［１］
Ｃｕ／Ｌ≧１・・・［２］
上記の各式において、ＣｕとＳはそれぞれ、ＣｕとＳの鋼中含有量（質量％）を意味する。
Cu cannot stably generate sulfides in steel, and cannot suppress the formation of soluble sulfides such as Mn sulfides. However, Cu dissolved in the steel material is eluted from the steel material when the steel material is exposed to a severe corrosive environment, and is selectively electrodeposited and adsorbed on the sulfide surface of the steel material to dissolve the sulfide. Has a function to suppress. Here, the larger the amount of sulfide and the larger the individual sulfide, the greater the adverse effect of the sulfide. In order to suppress this, it is necessary to increase the Cu content. Specifically, in order to sufficiently obtain the effect of Cu, it is contained in the steel as shown in the following formula [1], and more than a specific amount with respect to the S content, and as shown in the following formula [2]. About sulfide, it is necessary to contain Cu more than a specific amount with respect to the longest diameter L (mm) of the maximum sulfide observed in a cross-sectional field of 1 mm × 1 mm.
Cu / S ≧ 15 [1]
Cu / L ≧ 1 [2]
In the above formulas, Cu and S mean the contents (mass%) of Cu and S in the steel, respectively.
また逆に、Ｃｕ含有量に対して硫化物の量を低減し、かつ個々の硫化物を微細化すれば、Ｃｕによる水素侵入抑制効果が充分に得られる。 Conversely, if the amount of sulfide is reduced with respect to the Cu content and each sulfide is refined, the effect of suppressing hydrogen penetration by Cu can be sufficiently obtained.
硫化物を微細化する方法は特に限定されない。溶鋼の冷却速度を大きくし硫化物を粗大化させないこと、溶製後の材料の加工度を小さくして硫化物を伸延させないこと、Ｃａ、ＭｇやＲＥＭ等の硫化物を球状化させる元素を含有させること、等が有効で適宜の手段を講じればよい。例えば、Ｃａ、ＭｇやＲＥＭを含まない鋼では、鋳造時の１５００〜１０００℃における冷却速度を１００℃／分以上にすれば、硫化物の微細化効果が充分に得られる。 The method for refining the sulfide is not particularly limited. Increasing the cooling rate of molten steel so as not to coarsen the sulfide, reducing the degree of processing of the material after melting to prevent the sulfide from extending, and containing elements that spheroidize sulfides such as Ca, Mg and REM It is only necessary to take appropriate measures. For example, in a steel that does not contain Ca, Mg, or REM, if the cooling rate at 1500 to 1000 ° C. during casting is set to 100 ° C./min or more, a sulfide refinement effect can be sufficiently obtained.
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、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 made | formed based on said knowledge, The summary exists in the steel for high strength bolts shown to following (1)-(6).
（１）化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１５〜０．６５％、
Ｓｉ：０．０５〜１．５％、
Ｍｎ：０．３〜４％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．０１２〜０．３％、
Ｃｕ：０．１８〜５％、
ｓｏｌ．Ａｌ：０〜０．１０％、
Ｎｉ：０〜５％、
Ｃｒ：０〜３％、
Ｍｏ：０〜３％、
Ｗ：０〜６％、
Ｖ：０〜１％、
Ｂ：０〜０．０１％、
Ｔｉ：０〜０．１％、
Ｚｒ：０〜０．２％、
Ｎｂ：０〜０．１％、
Ｃａ：０〜０．０１％、
Ｍｇ：０〜０．０１％、
ＲＥＭ：０〜０．１％、
Ｏ：０．１％以下、
Ｎ：０．１％以下、
ＣｕとＳとの含有量比が１５以上、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
Ｃｕ含有量（質量％）と１ｍｍ×１ｍｍの断面視野にて観察される最大硫化物の長径Ｌ（ｍｍ）との比（Ｃｕ／Ｌ）が１．０以上である、
引張強さ１２００ＭＰａ以上の高強度ボルト用鋼。
(1) The chemical composition is mass%,
C: 0.15-0.65%,
Si: 0.05 to 1.5%,
Mn: 0.3 to 4%
P: 0.020% or less,
S: 0.012-0.3%,
Cu: 0.18 to 5%,
sol. Al: 0 to 0.10%,
Ni: 0 to 5%
Cr: 0 to 3%,
Mo: 0 to 3%,
W: 0-6%
V: 0 to 1%
B: 0 to 0.01%
Ti: 0 to 0.1%,
Zr: 0 to 0.2%,
Nb: 0 to 0.1%,
Ca: 0 to 0.01%,
Mg: 0 to 0.01%,
REM: 0-0.1%
O: 0.1% or less,
N: 0.1% or less,
The content ratio of Cu and S is 15 or more,
Balance: Fe and impurities,
The ratio (Cu / L) between the Cu content (mass%) and the maximum sulfide major axis L (mm) observed in a cross-sectional field of 1 mm × 1 mm is 1.0 or more.
Steel for high-strength bolts with a tensile strength of 1200 MPa or more.
（２）前記化学組成が、質量％で、
ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０．１０％
を含有する上記（１）に記載の高強度ボルト用鋼。
(2) The chemical composition is mass%,
sol. Al: 0.005-0.10%
The steel for high-strength bolts as described in (1) above.
（３）前記化学組成が、質量％で、
Ｎｉ：０．１〜５％
を含有する上記（１）または（２）に記載の高強度ボルト用鋼。
(3) The chemical composition is mass%,
Ni: 0.1 to 5%
The steel for high-strength bolts as described in (1) or (2) above.
（４）前記化学組成が、質量％で、
Ｃｒ：０．５〜３％、
Ｍｏ：０．２〜３％、
Ｗ：０．４〜６％、
Ｖ：０．０５〜１％、
Ｂ：０．０００３〜０．０１％
から選択される１種以上を含有する、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) The chemical composition is mass%,
Cr: 0.5-3%,
Mo: 0.2-3%,
W: 0.4-6%
V: 0.05 to 1%
B: 0.0003 to 0.01%
The steel for high-strength bolts according to any one of (1) to (3) above, which contains one or more selected from:
（５）前記化学組成が、質量％で、
Ｔｉ：０．００５〜０．１％、
Ｚｒ：０．０１〜０．２％、
Ｎｂ：０．００５〜０．１％
から選択される１種以上を含有する、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 chemical composition is mass%,
Ti: 0.005 to 0.1%,
Zr: 0.01 to 0.2%,
Nb: 0.005 to 0.1%
The steel for high-strength bolts according to any one of (1) to (4) above, which contains one or more selected from:
（６）前記化学組成が、質量％で、
Ｃａ：０．０００３〜０．０１％、
Ｍｇ：０．０００３〜０．０１％、
ＲＥＭ：０．０００３〜０．１％
から選択される１種以上を含有する、上記（１）から（５）までのいずれかに記載の高強度ボルト用鋼。
(6) The chemical composition is mass%,
Ca: 0.0003 to 0.01%,
Mg: 0.0003 to 0.01%
REM: 0.0003 to 0.1%
The steel for high-strength bolts according to any one of (1) to (5) above, which contains one or more selected from:
本発明の高強度ボルト用鋼は、海岸あるいはそれに近い沿岸地域のような過酷な腐食環境において安定して水素侵入を抑制できるので、これを素材とするボルトは、引張強さが１２００ＭＰａ以上の高強度であっても十分な耐遅れ破壊性を有する。 Since the steel for high-strength bolts of the present invention can stably suppress hydrogen intrusion in a harsh corrosive environment such as the coast or a coastal area close thereto, a bolt made of this steel has a high tensile strength of 1200 MPa or more. Even if it is strong, it has sufficient delayed fracture resistance.
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%”.
（Ａ）化学組成について：
Ｃ：０．１５〜０．６５％
Ｃは、その含有量と熱処理条件に応じて種々の組織を生じさせ、鋼の強度を向上させるのに有効な元素である。高強度ボルトとしての強度を得るためには、Ｃは少なくとも０．１５％含有させる必要がある。一般的には、Ｃの含有量が、０．１５％以上で０．２％未満であればフェライトおよびベイナイト、０．２〜０．６５％であればフェライト・ベイナイト・マルテンサイトを主体とした組織となる。本発明の効果は特にＣ含有量とそれに伴う組織に関わらず普遍的に得られる。このため、Ｃの含有量を０．１５〜０．６５％とした。遅れ破壊が問題となるような高強度鋼はマルテンサイト単相組織を主体とすることが多いことから、Ｃ含有量の望ましい下限は０．２％、また、望ましい上限は０．６％である。
(A) About chemical composition:
C: 0.15-0.65%
C is an element effective for producing various structures depending on the content and heat treatment conditions and improving the strength of the steel. In order to obtain the strength as a high-strength bolt, C needs to be contained at least 0.15%. Generally, if the C content is 0.15% or more and less than 0.2%, ferrite and bainite are mainly used, and if it is 0.2 to 0.65%, ferrite, bainite and martensite are mainly used. Become an organization. The effects of the present invention are universally obtained regardless of the C content and the associated tissue. Therefore, the C content is set to 0.15 to 0.65%. High-strength steels that cause delayed fracture often have a martensite single-phase structure as the main component, so the desirable lower limit of the C content is 0.2% and the desirable upper limit is 0.6%. .
Ｓｉ：０．０５〜１．５％
Ｓｉは、脱酸や強度の向上に有効である。これらの効果を得るにはＳｉは少なくとも０．０５％含有させる必要がある。一方、１．５％を超えてＳｉを含有させてもこれらの効果は飽和する。したがって、Ｓｉの含有量を０．０５〜１．５％とした。
Si: 0.05 to 1.5%
Si is effective for deoxidation and strength improvement. In order to obtain these effects, it is necessary to contain Si at least 0.05%. On the other hand, even if Si is contained exceeding 1.5%, these effects are saturated. Therefore, the Si content is set to 0.05 to 1.5%.
Ｍｎ：０．３〜４％
Ｍｎは、強度の上昇に有効である。この効果を得るためには、少なくとも０．３％のＭｎを含有させる必要がある。一方、過剰に含有させてもその効果は飽和するため、Ｍｎの含有量を０．３〜４％とした。Ｍｎ含有量の望ましい下限は０．４％、また、望ましい上限は２％である。
Mn: 0.3 to 4%
Mn is effective for increasing the strength. In order to obtain this effect, it is necessary to contain at least 0.3% of Mn. On the other hand, since the effect is saturated even if it contains excessively, content of Mn was made into 0.3 to 4%. A desirable lower limit of the Mn content is 0.4%, and a desirable upper limit is 2%.
Ｐ：０．０２０％以下
Ｐは粒界に偏析し、靱性や耐遅れ破壊性を低下させる。その含有量が０．０２０％を超えるとその悪影響が顕著になる。このため、Ｐの含有量を０．０２０％以下とした。Ｐの含有量は極力低い方が望ましい。
P: 0.020% or less P segregates at the grain boundaries and lowers toughness and delayed fracture resistance. If the content exceeds 0.020%, the adverse effect becomes remarkable. For this reason, the content of P is set to 0.020% or less. The content of P is preferably as low as possible.
Ｓ：０．０１２〜０．３％
Ｓは、通常はＭｎ硫化物として鋼中に存在し、被削性を改善させるのに有効である。この観点から本発明ではＳ含有量の下限を０．０１２％とした。しかし、Ｓの含有量が０．３％を超えると、耐遅れ破壊性を低下させる。このため、Ｓの含有量を０．０１２〜０．３％とした。Ｓ含有量の望ましい下限は０．０１５％、また、望ましい上限は０．１％である。なお、本発明に係る高強度ボルト用鋼のＳ含有量は後述するように、ＣｕとＳとの含有量比（以下、「Ｃｕ／Ｓ」という。）が１５以上である。
S: 0.012-0.3%
S is usually present in steel as Mn sulfide and is effective in improving machinability. From this viewpoint, in the present invention, the lower limit of the S content is set to 0.012%. However, if the S content exceeds 0.3%, the delayed fracture resistance is lowered. For this reason, content of S was made into 0.012-0.3%. A desirable lower limit of the S content is 0.015%, and a desirable upper limit is 0.1%. The S content of the steel for high-strength bolts according to the present invention has a Cu / S content ratio (hereinafter referred to as “Cu / S”) of 15 or more, as will be described later.
Ｃｕ：０．１８〜５％
Ｃｕは、本発明において重要な元素であり、鋼材中に固溶したＣｕは、過酷な腐食において溶出し、その後鋼材の硫化物表面に選択的に電析・吸着して、硫化物の溶解を抑制する働きを有する。この効果を得るには、Ｃｕは少なくとも０．１８％含有させる必要がある。一方、Ｃｕを過剰に含有させてもその効果は飽和する。このため、Ｃｕの含有量を０．１８〜５％とした。Ｃｕ含有量の望ましい下限は０．２％、さらに望ましい下限は０．３％である。また、Ｃｕ含有量の望ましい上限は３％、さらに望ましい上限は２％である。なお、なお、本発明に係る高強度ボルト用鋼のＣｕの含有量は後述するように、Ｃｕ／Ｓが１５以上で、かつ、Ｃｕ含有量（質量％）と１ｍｍ×１ｍｍの断面視野にて観察される最大硫化物の長径Ｌ（ｍｍ）との比（以下、「Ｃｕ／Ｌ」という。）が１．０以上である。
Cu: 0.18 to 5%
Cu is an important element in the present invention, and Cu dissolved in the steel material is eluted in severe corrosion, and then is selectively electrodeposited and adsorbed on the sulfide surface of the steel material to dissolve the sulfide. Has a function to suppress. In order to obtain this effect, it is necessary to contain at least 0.18% of Cu. On the other hand, the effect is saturated even if Cu is contained excessively. Therefore, the Cu content is set to 0.18 to 5%. A desirable lower limit of the Cu content is 0.2%, and a more desirable lower limit is 0.3%. The desirable upper limit of the Cu content is 3%, and the more desirable upper limit is 2%. The Cu content of the steel for high-strength bolts according to the present invention is such that Cu / S is 15 or more and the Cu content (% by mass) and the cross-sectional field of 1 mm × 1 mm are described later. The ratio (hereinafter referred to as “Cu / L”) to the observed major sulfide major axis L (mm) is 1.0 or more.
ｓｏｌ．Ａｌ：０〜０．１０％
Ａｌは、脱酸作用を有する元素である。したがって、必要に応じてＡｌを含有させてもよい。しかしながら、ｓｏｌ．Ａｌ（「酸可溶Ａｌ」）で０．１０％を超える量のＡｌを含有させても上記の効果が飽和する。したがって、含有させる場合のＡｌの量をｓｏｌ．Ａｌで０．１０％以下とした。ｓｏｌ．Ａｌの量は、０．０５％以下とすることが好ましい。一方、前記の効果を安定して得るためには、ｓｏｌ．Ａｌの量は、０．００５％以上とすることが好ましい。
sol. Al: 0 to 0.10%
Al is an element having a deoxidizing action. Therefore, Al may be contained as necessary. However, sol. Even if Al (“acid-soluble Al”) contains an amount of Al exceeding 0.10%, the above effect is saturated. Therefore, the amount of Al in the case of inclusion is sol. The Al content was 0.10% or less. sol. The amount of Al is preferably 0.05% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect stably, sol. The amount of Al is preferably 0.005% or more.
Ｎｉ：０〜５％
Ｎｉは、腐食生成物中に堆積し、水素侵入を防止する効果を有する。したがって、必要に応じてＮｉを含有させてもよい。しかしながら、５％を超える量のＮｉを含有させても上記の効果が飽和するし、鋼材の製造コストも増加する。したがって、含有させる場合のＮｉの量を５％以下とした。Ｎｉの量は、２％以下とすることが望ましい。一方、前記の効果を安定して得るためには、Ｎｉの量は０．１％以上とすることが望ましく、０．３％以上とすれば一層望ましい。なお、Ｃｕの多量含有による熱間加工の際の疵や割れを防止するために、Ｎｉを複合して含有させることが望ましい。
Ni: 0 to 5%
Ni accumulates in the corrosion product and has an effect of preventing hydrogen intrusion. Therefore, Ni may be included as necessary. However, even if Ni is contained in an amount exceeding 5%, the above effect is saturated and the manufacturing cost of the steel material also increases. Therefore, the amount of Ni in the case of inclusion is set to 5% or less. The amount of Ni is desirably 2% or less. On the other hand, in order to stably obtain the above effect, the amount of Ni is preferably 0.1% or more, and more preferably 0.3% or more. In order to prevent wrinkling and cracking during hot working due to a large amount of Cu, it is desirable to contain Ni in combination.
Ｃｒ：０〜３％
Ｃｒは、鋼の焼入れ性を高める元素である。したがって、必要に応じてＣｒを含有させてもよい。しかしながら、３％を超える量のＣｒを含有させても上記の効果が飽和するし、鋼材の製造コストも増加する。したがって、含有させる場合のＣｒの量を３％以下とした。Ｃｒの量は、１．５％以下とすることが望ましい。一方、前記の効果を安定して得るためには、Ｃｒの量は０．５％以上とすることが望ましい。
Cr: 0 to 3%
Cr is an element that enhances the hardenability of steel. Therefore, you may contain Cr as needed. However, even if Cr is contained in an amount exceeding 3%, the above effect is saturated and the manufacturing cost of the steel material also increases. Therefore, when Cr is contained, the amount of Cr is set to 3% or less. The amount of Cr is desirably 1.5% or less. On the other hand, in order to stably obtain the above effects, the Cr content is desirably 0.5% or more.
Ｍｏ：０〜３％
Ｍｏは、鋼の焼入れ性を高める元素で、さらに焼戻し時に微細炭化物を形成し、強化に寄与する作用も有する。したがって、必要に応じてＭｏを含有させてもよい。しかしながら、３％を超える量のＭｏを含有させても上記の効果が飽和するし、鋼材の製造コストも増加する。したがって、含有させる場合のＭｏの量を３％以下とした。Ｍｏの量は、１％以下とすることが望ましい。一方、前記の効果を安定して得るためには、Ｍｏの量は０．２％以上とすることが望ましい。
Mo: 0 to 3%
Mo is an element that enhances the hardenability of steel, and also has the effect of forming fine carbides during tempering and contributing to strengthening. Therefore, you may contain Mo as needed. However, even if Mo is contained in an amount exceeding 3%, the above effect is saturated and the manufacturing cost of the steel material also increases. Therefore, the amount of Mo when contained is set to 3% or less. The amount of Mo is desirably 1% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect stably, the amount of Mo is desirably 0.2% or more.
Ｗ：０〜６％
Ｗは、鋼の焼入れ性を高める元素で、さらに焼戻し時に微細炭化物を形成し、強化に寄与する作用も有する。したがって、必要に応じてＷを含有させてもよい。しかしながら、６％を超える量のＷを含有させても上記の効果が飽和するし、鋼材の製造コストも増加する。したがって、含有させる場合のＷの量を６％以下とした。Ｗの量は、２％以下とすることが望ましい。一方、前記の効果を安定して得るためには、Ｗの量は０．４％以上とすることが望ましい。
W: 0-6%
W is an element that enhances the hardenability of steel, and also has the effect of forming fine carbides during tempering and contributing to strengthening. Therefore, you may contain W as needed. However, even if the amount of W exceeds 6%, the above effect is saturated and the manufacturing cost of the steel material increases. Therefore, the amount of W in the case of inclusion is set to 6% or less. The amount of W is desirably 2% or less. On the other hand, in order to stably obtain the above effects, the amount of W is preferably set to 0.4% or more.
Ｖ：０〜１％
Ｖも、鋼の焼入れ性を高める元素で、さらに焼戻し時に微細炭化物を形成し、強化に寄与する作用を有する。したがって、必要に応じてＶを含有させてもよい。しかしながら、１％を超える量のＶを含有させても上記の効果が飽和するし、鋼材の製造コストも増加する。したがって、含有させる場合のＶの量を１％以下とした。Ｖの量は、０．３５％以下とすることが望ましい。一方、前記の効果を安定して得るためには、Ｖの量は０．０５％以上とすることが望ましい。
V: 0 to 1%
V is also an element that enhances the hardenability of the steel, and further has the effect of forming fine carbides during tempering and contributing to strengthening. Therefore, you may contain V as needed. However, even if V is contained in an amount exceeding 1%, the above effect is saturated, and the manufacturing cost of the steel material also increases. Therefore, the amount of V in the case of inclusion is set to 1% or less. The amount of V is desirably 0.35% or less. On the other hand, in order to stably obtain the above effects, the V content is desirably 0.05% or more.
Ｂ：０〜０．０１％
Ｂは、鋼の焼入れ性を高める元素である。したがって、必要に応じてＢを含有させてもよい。しかしながら、０．０１％を超える量のＢを含有させても上記の効果が飽和する。したがって、含有させる場合のＢの量を０．０１％以下とした。Ｂの量は、０．００２％以下とすることが望ましい。一方、前記の効果を安定して得るためには、Ｂの量は０．０００３％以上とすることが望ましく、０．０００５％以上とすればより望ましい。
B: 0 to 0.01%
B is an element that enhances the hardenability of steel. Therefore, you may contain B as needed. However, the above effect is saturated even if B is contained in an amount exceeding 0.01%. Therefore, the amount of B when contained is set to 0.01% or less. The amount of B is desirably 0.002% or less. On the other hand, in order to stably obtain the above effect, the amount of B is preferably 0.0003% or more, and more preferably 0.0005% or more.
上記のＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＶおよびＢは、そのうちのいずれか１種のみ、または２種以上の複合で含有させることができる。複合して含有させる場合の合計量は、２．５％以下とすることが好ましい。 Said Cr, Mo, W, V, and B can be contained only in any 1 type, or 2 or more types of composites. The total amount when combined and contained is preferably 2.5% or less.
Ｔｉ：０〜０．１％
Ｔｉは、鋼中のＣおよびＮと結合して微細な炭窒化物を形成し、旧オーステナイト粒を微細化して耐遅れ破壊性を改善する効果を有する。したがって、必要に応じてＴｉを含有させてもよい。しかしながら、０．１％を超える量のＴｉを含有させても上記の効果が飽和する。したがって、含有させる場合のＴｉの量を０．１％以下とした。Ｔｉの量は、０．０５％以下とすることが望ましい。一方、前記の効果を安定して得るためには、Ｔｉの量は０．００５％以上とすることが望ましい。
Ti: 0 to 0.1%
Ti combines with C and N in the steel to form fine carbonitrides, refines the prior austenite grains, and has an effect of improving delayed fracture resistance. Therefore, you may contain Ti as needed. However, the above effect is saturated even when Ti is contained in an amount exceeding 0.1%. Therefore, when Ti is included, the amount of Ti is set to 0.1% or less. The amount of Ti is desirably 0.05% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect stably, the amount of Ti is desirably 0.005% or more.
Ｚｒ：０〜０．２％
Ｚｒは、鋼中のＣおよびＮと結合して微細な炭窒化物を形成し、旧オーステナイト粒を微細化して耐遅れ破壊性を改善する効果を有する。したがって、必要に応じてＺｒを含有させてもよい。しかしながら、０．２％を超える量のＺｒを含有させても上記の効果が飽和する。したがって、含有させる場合のＺｒの量を０．２％以下とした。Ｚｒの量は、０．１％以下とすることが望ましい。一方、前記の効果を安定して得るためには、Ｚｒの量は０．０１％以上とすることが望ましい。
Zr: 0 to 0.2%
Zr combines with C and N in the steel to form fine carbonitrides, refines the prior austenite grains, and has the effect of improving delayed fracture resistance. Therefore, you may contain Zr as needed. However, the above effect is saturated even if Zr is contained in an amount exceeding 0.2%. Therefore, the amount of Zr in the case of inclusion is set to 0.2% or less. The amount of Zr is desirably 0.1% or less. On the other hand, in order to stably obtain the above effect, the amount of Zr is preferably 0.01% or more.
Ｎｂ：０〜０．１％
Ｎｂも鋼中のＣおよびＮと結合して微細な炭窒化物を形成し、旧オーステナイト粒を微細化して耐遅れ破壊性を改善する効果を有する。したがって、必要に応じてＮｂを含有させてもよい。しかしながら、０．１％を超える量のＮｂを含有させても上記の効果が飽和する。したがって、含有させる場合のＮｂの量を０．１％以下とした。Ｎｂの量は、０．０５％以下とすることが望ましい。一方、前記の効果を安定して得るためには、Ｎｂの量は０．００５％以上とすることが望ましい。
Nb: 0 to 0.1%
Nb also combines with C and N in the steel to form fine carbonitrides, refines the prior austenite grains, and has the effect of improving delayed fracture resistance. Therefore, you may contain Nb as needed. However, the above effect is saturated even when Nb is contained in an amount exceeding 0.1%. Therefore, the amount of Nb in the case of inclusion is set to 0.1% or less. The amount of Nb is desirably 0.05% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect stably, the amount of Nb is preferably 0.005% or more.
上記のＴｉ、ＺｒおよびＮｂは、そのうちのいずれか１種のみ、または２種以上の複合で含有させることができる。複合して含有させる場合の合計量は、０．０７％以下とすることが好ましい。 Said Ti, Zr, and Nb can be contained only in any one of them, or 2 or more types of composites. The total amount when combined and contained is preferably 0.07% or less.
Ｃａ：０〜０．０１％
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。したがって、必要に応じてＣａを含有させてもよい。しかしながら、０．０１％を超える量のＣａを含有させても上記の効果が飽和する。したがって、含有させる場合のＣａの量を０．０１％以下とした。Ｃａの量は、０．００３％以下とすることが望ましい。一方、前記の効果を安定して得るためには、Ｃａの量は０．０００３％以上とすることが望ましい。
Ca: 0 to 0.01%
Ca combines with S in the steel to form sulfides and improves the hot workability of the steel. Therefore, you may contain Ca as needed. However, the above effect is saturated even if Ca is contained in an amount exceeding 0.01%. Therefore, the Ca content in the case of inclusion is set to 0.01% or less. The amount of Ca is preferably 0.003% or less. On the other hand, in order to stably obtain the above effects, the Ca content is desirably 0.0003% or more.
Ｍｇ：０〜０．０１％
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。したがって、必要に応じてＭｇを含有させてもよい。しかしながら、０．０１％を超える量のＭｇを含有させても上記の効果が飽和する。したがって、含有させる場合のＭｇの量を０．０１％以下とした。Ｍｇの量は、０．００３％以下とすることが望ましい。一方、前記の効果を安定して得るためには、Ｍｇの量は０．０００３％以上とすることが望ましい。
Mg: 0 to 0.01%
Mg combines with S in the steel to form a sulfide and improves the hot workability of the steel. Therefore, you may contain Mg as needed. However, the above effect is saturated even if Mg is contained in an amount exceeding 0.01%. Therefore, the amount of Mg in the case of inclusion is set to 0.01% or less. The amount of Mg is desirably 0.003% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect stably, the amount of Mg is preferably 0.0003% or more.
ＲＥＭ：０〜０．１％
ＲＥＭも鋼中の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。したがって、必要に応じてＲＥＭを含有させてもよい。しかしながら、０．１％を超える量のＲＥＭを含有させても上記の効果が飽和する。したがって、含有させる場合のＲＥＭの量を０．１％以下とした。ＲＥＭの量は、０．０３％以下とすることが望ましい。一方、前記の効果を安定して得るためには、ＲＥＭの量は０．０００３％以上とすることが望ましい。
REM: 0 to 0.1%
REM also combines with S in the steel to form sulfides, improving the hot workability of the steel. Therefore, you may contain REM as needed. However, the above effect is saturated even when REM is included in an amount exceeding 0.1%. Therefore, the amount of REM in the case of inclusion is set to 0.1% or less. The amount of REM is desirably 0.03% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect stably, the amount of REM is desirably 0.0003% or more.
本発明において「ＲＥＭ」とは、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドの合計１７元素を指し、「ＲＥＭの含有量」とは、ＲＥＭが１種の場合はその含有量、２種以上の場合はそれらの合計含有量を指す。また、ＲＥＭについては一般的にミッシュメタルに含有される。このため、個別の元素を１種または２種以上添加してＲＥＭの量が上記の範囲となるように含有させてもよいし、例えば、ミッシュメタルの形で添加して、ＲＥＭの量が上記の範囲となるように含有させてもよい。 In the present invention, “REM” refers to a total of 17 elements of Sc, Y, and lanthanoids, and “REM content” refers to the content when there is one REM, and the total when there are two or more. Refers to the content. Further, REM is generally contained in misch metal. For this reason, one or more individual elements may be added and contained so that the amount of REM is in the above range. For example, the amount of REM may be added in the form of misch metal. You may make it contain so that it may become this range.
上記のＣａ、ＭｇおよびＲＥＭは、そのうちのいずれか１種のみ、または２種以上の複合で含有させることができる。複合して含有させる場合の合計量は、０．０３％以下とすることが好ましい。 Said Ca, Mg, and REM can be contained only in one of them, or 2 or more types of composites. The total amount when combined and contained is preferably 0.03% or less.
Ｏ：０．１％以下
Ｏ（酸素）は、鋼材中で酸化物を形成し、酸化物は靱性等の特性を低下させることが多い。このため、上限を設けてＯの含有量を０．１％以下とした。Ｏの含有量は極力低い方が望ましい。
O: 0.1% or less O (oxygen) often forms an oxide in a steel material, and the oxide often deteriorates properties such as toughness. For this reason, an upper limit is set so that the O content is 0.1% or less. The content of O is preferably as low as possible.
Ｎ：０．１％以下
Ｎは、鋼材中で窒化物を形成し、粗大な窒化物は靱性等の特性を低下させることが多いものの、鋼中のＣと結合してＴｉ、ＺｒやＮｂの微細な炭窒化物を形成し、旧オーステナイト粒を微細化して耐遅れ破壊性を改善する効果を有する。この観点から本発明ではＮ含有量の上限を０．１％とした。なお、Ｔｉ、ＺｒおよびＮｂのいずれをも含有させない場合には、Ｎの含有量は極力低いことが好ましい。一方、Ｔｉ、ＺｒおよびＮｂから選択される１種以上を含有させてその微細な炭窒化物による耐遅れ破壊性の改善効果を得たい場合には、Ｎの含有量の下限は０．０１％とすることが好ましい。
N: 0.1% or less N forms nitrides in steel materials, and coarse nitrides often deteriorate properties such as toughness, but combine with C in steel to form Ti, Zr and Nb. It has the effect of forming fine carbonitrides and refining prior austenite grains to improve delayed fracture resistance. From this viewpoint, in the present invention, the upper limit of the N content is set to 0.1%. When none of Ti, Zr and Nb is contained, the N content is preferably as low as possible. On the other hand, when one or more selected from Ti, Zr and Nb is contained to obtain the effect of improving delayed fracture resistance by the fine carbonitride, the lower limit of the N content is 0.01%. It is preferable that
Ｃｕ／Ｓ：１５以上
本発明に係る高強度ボルト用鋼は、ＣｕとＳとの含有量比、つまりＣｕ／Ｓが１５以上である。Ｃｕ／Ｓは鋼材中への水素侵入量に関する指標であり、１５未満では、たとえＣｕとＳの含有量が前述した範囲にあっても、鋼材が過酷な腐食環境に曝された場合、鋼材表面に露出した硫化物が溶解し、硫化水素（Ｈ２Ｓ）を発生して水素侵入を大きく促進するので、耐遅れ破壊性が低下する。Ｃｕ／Ｓは２０以上であることが好ましい。また、Ｃｕ／Ｓは５０以下であることが好ましい。
Cu / S: 15 or more The steel for high-strength bolts according to the present invention has a content ratio of Cu and S, that is, Cu / S is 15 or more. Cu / S is an index relating to the amount of hydrogen intruding into the steel material. If it is less than 15, even if the Cu and S contents are in the above-mentioned range, the steel material surface is exposed to a severe corrosive environment. Since the sulfides exposed to the metal dissolve and generate hydrogen sulfide (H 2 S) to greatly promote hydrogen penetration, delayed fracture resistance decreases. Cu / S is preferably 20 or more. Moreover, it is preferable that Cu / S is 50 or less.
本発明に係る高強度ボルト用鋼は、その化学組成が、上述の各元素と残部がＦｅおよび不純物である。なお、「不純物」とは、鋼を工業的に製造する際に、鉱石あるいはスクラップ等のような原料を始めとして、製造工程の種々の要因によって混入するものを指す。 The steel for high-strength bolts according to the present invention is composed of the above-described elements and the balance being Fe and impurities. The “impurity” refers to a material that is mixed due to various factors in the manufacturing process, including raw materials such as ore or scrap, when industrially manufacturing steel.
（Ｂ）Ｃｕ含有量と硫化物サイズについて：
Ｃｕ／Ｌ：１．０以上
本発明に係る高強度ボルト用鋼は、Ｃｕ含有量（質量％）と１ｍｍ×１ｍｍの断面視野にて観察される最大硫化物の長径Ｌ（ｍｍ）との比、つまりＣｕ／Ｌが１．０以上である。このＣｕ／Ｌも鋼材中への水素侵入量に関する指標である。鋼材が過酷な腐食環境に曝された場合、硫化物の量や、個々の硫化物が大きいほど硫化物の悪影響が大きくなるので、たとえＣｕおよびＳの含有量、ならびにＣｕ／Ｓが（Ａ）項で述べた範囲にあっても、Ｃｕ／Ｌが１．０未満では、水素侵入量が大きくなって、耐遅れ破壊性が低下する。Ｃｕ／Ｌは３．０以上であることが好ましい。また、Ｃｕ／Ｌは３０以下であることが好ましい。
(B) About Cu content and sulfide size:
Cu / L: 1.0 or more The steel for high-strength bolts according to the present invention is a ratio between the Cu content (% by mass) and the longest sulfide L (mm) observed in a cross-sectional field of 1 mm × 1 mm. That is, Cu / L is 1.0 or more. This Cu / L is also an index relating to the amount of hydrogen penetrating into the steel material. When steel is exposed to a severe corrosive environment, the amount of sulfide and the larger the individual sulfide, the greater the adverse effect of sulfide, so even if the content of Cu and S, and Cu / S is (A) Even within the range described in the section, if Cu / L is less than 1.0, the hydrogen penetration amount increases, and the delayed fracture resistance decreases. Cu / L is preferably 3.0 or more. Moreover, it is preferable that Cu / L is 30 or less.
（Ｃ）ボルトの強度について：
本発明に係る高強度ボルト用鋼は、引張強さ１２００ＭＰａ以上の高強度ボルトの素材として用いる。その高強度ボルトは、例えば次のような方法によって製造することができる。ボルトの引張強さの上限は１５００ＭＰａとすることが好ましい。
(C) About bolt strength:
The steel for high strength bolts according to the present invention is used as a material for high strength bolts having a tensile strength of 1200 MPa or more. The high-strength bolt can be manufactured, for example, by the following method. The upper limit of the tensile strength of the bolt is preferably 1500 MPa.
なお、（Ａ）項で述べた化学組成を有する鋼は、各鋼の化学組成に応じた条件での焼入れ焼戻し処理により上記の引張強さを確保することができる。例えば、オーステナイト域に加熱後、Ｃ含有量が０．３０％以下の鋼に関しては水焼入れによって、また、Ｃ含有量が０．３０％を超えて０．６５％以下の鋼に関しては油焼入れによって、それぞれ焼入れ処理し、その後さらに焼戻しを行うことで、ボルトに上記の引張強さを付与することができる。 In addition, the steel having the chemical composition described in the section (A) can ensure the tensile strength by quenching and tempering under conditions according to the chemical composition of each steel. For example, after heating to the austenite region, steel with a C content of 0.30% or less is water-quenched, and steel with a C content of more than 0.30% and 0.65% or less is by oil quenching. The above tensile strength can be imparted to the bolt by quenching and then further tempering.
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention more concretely, this invention is not limited to these Examples.
表１に示す化学組成を有する鋼Ａ〜Ｙを１５０ｋｇ真空溶製し鋳型に鋳込んでインゴットを得た。インゴットの鋳造時の１５００〜１０００℃における冷却速度は、鋼Ｕについては５０℃／分とし、その他の鋼については１００℃／分とした。なお、鋼Ａと鋼Ｕは、ほぼ同じ化学組成を有する鋼である。 150 kg of steel A to Y having the chemical composition shown in Table 1 was vacuum-melted and cast into a mold to obtain an ingot. The cooling rate at 1500 to 1000 ° C. during casting of the ingot was 50 ° C./min for steel U and 100 ° C./min for the other steels. Steel A and steel U are steels having substantially the same chemical composition.
各インゴットの一部分から、熱間鍛造により厚さ１５ｍｍの板材を作製した。その後、各鋼の化学組成に応じた条件での焼入れ焼戻し処理により強度を１２００ＭＰａ級（引張強さ１２００〜１３００ＭＰａ）に調質した。ここで、Ｃ含有量が０．３０％以下の鋼Ａ、鋼Ｂ、鋼Ｆ、鋼Ｈおよび鋼Ｕに関しては水焼入れ、Ｃ含有量が０．３０％を超えて０．６５％以下の鋼Ｃ〜Ｅ、鋼Ｇ、鋼Ｉ〜Ｔおよび鋼Ｖ〜Ｙに関しては油焼入れにより、焼入れを行った。 A plate material having a thickness of 15 mm was produced from a part of each ingot by hot forging. Thereafter, the strength was tempered to a 1200 MPa class (tensile strength of 1200 to 1300 MPa) by quenching and tempering under conditions according to the chemical composition of each steel. Here, steel A, steel B, steel F, steel H and steel U with C content of 0.30% or less are water-quenched, and steel with C content exceeding 0.30% and 0.65% or less C to E, steel G, steels I to T, and steels V to Y were quenched by oil quenching.
ただし、Ｃｕ含有量が１％を超え、かつＮｉを含有しない鋼Ｂ、鋼Ｄ、鋼Ｅ、鋼Ｈ、鋼Ｉおよび鋼Ｓでは、熱間鍛造時に顕著な端面割れが起こった。Ｎｉを含有する鋼Ｊでは端面割れは起こらなかったことから、熱間鍛造性を改善するためには、鋼ＪのようにＮｉを複合して含有させることが望ましい。 However, in steel B, steel D, steel E, steel H, steel I, and steel S, in which the Cu content exceeds 1% and Ni is not contained, remarkable end face cracks occurred during hot forging. Since the end face crack did not occur in the steel J containing Ni, in order to improve the hot forgeability, it is desirable to contain Ni in a composite manner like the steel J.
このようにして得られた板材の板厚の中央部から、厚さ１０ｍｍ×幅１０ｍｍ×長さ１０ｍｍの試験片を採取した。この試験片を用いて、板材の長手断面が観察できる方向に樹脂埋め、鏡面研磨後、光学顕微鏡を用いて１００倍の倍率で硫化物を観察した。１ｍｍ×１ｍｍの断面視野で、１０視野の観察を行い、それぞれの視野で観察された最大硫化物の長径を測定し、これを平均して最大硫化物の長径Ｌ（ｍｍ）を求めた。 A test piece having a thickness of 10 mm, a width of 10 mm, and a length of 10 mm was collected from the center of the plate thickness of the plate material thus obtained. Using this test piece, the resin was embedded in a direction in which the longitudinal section of the plate material could be observed, and after mirror polishing, sulfide was observed at a magnification of 100 times using an optical microscope. Ten fields of view were observed in a cross-sectional field of 1 mm × 1 mm, the major sulfides observed in each field were measured for the major axis, and this was averaged to determine the major sulfide major axis L (mm).
さらに、上記板材の板厚中央部から、直径７０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの試験片を採取し、酸浸漬法および温度湿度制御法の２種類の方法で水素透過試験を行い、鋼材への水素侵入特性を調査した。 Furthermore, a test piece having a diameter of 70 mm and a thickness of 0.5 mm was taken from the central part of the plate thickness of the above plate material, and a hydrogen permeation test was conducted by two methods of an acid immersion method and a temperature / humidity control method. The penetration characteristics were investigated.
図１に、酸浸漬法（以下、「ａ法」という。）の概要を模式的に示す。試験片１０は６００番エメリー紙で両面を研磨し、片側の面１１は研磨ままの面とし、もう片側の面１２にＮｉめっきを施した。研磨ままの面１１側の水素を侵入させるセル（カソードセル）１３内には、２５℃の１．６４％酢酸ナトリウム水溶液中に塩酸を適量添加してｐＨを３．５に調整した水溶液（図１では、「試験浴」と表記した。）を満たした。なお、非特許文献１の、大気腐食により生じた孔食底や隙間部では加水分解によりｐＨが３．５程度まで低下するという知見に基づいて、上記の試験浴を用いた。
In FIG. 1, the outline | summary of the acid immersion method (henceforth "a method") is shown typically. The
Ｎｉめっきを施した面１２側のセル（アノードセル）１４内には、１Ｎ（１規定）のＮａＯＨ水溶液を満たし、試験片を参照電極の銀塩化銀電極１５に対してゼロＶ（ボルト）に定電位保持した。カソードセル１３側で発生した水素原子が試験片を透過してアノードセル１４側に放出された時点で、水素イオンに酸化してその電流値を水素透過電流値（μＡ／ｃｍ2）として測定した。この水素透過電流値に試験片の厚さである０．０５ｃｍを乗じて、水素侵入特性を示す水素透過係数（μＡ／ｃｍ）が測定できる。
The cell (anode cell) 14 on the
図２に、温度湿度制御法（以下、「ｂ法」という。）の概要を模式的に示す。試験片２０は６００番エメリー紙で両面を研磨し、片側の面２１は研磨ままの面とし、もう片側の面２２にＮｉめっきを施した。水素侵入面である面２１は外部環境に曝した。Ｎｉめっきを施した面２２側のアノードセル２４内には１規定のＮａＯＨ水溶液を満たし、試験片を参照電極の銀塩化銀電極２５に対してゼロＶ（ボルト）に定電位保持した。外部環境曝露面に５ｍｇ／ｃｍ2となる量の人工海水を付着させ完全に乾燥した後、４０℃の相対湿度を種々変化させた恒温恒湿槽内に設置して、水素透過係数の最大値を測定した。この方法はａ法に比べると実際の環境における曝露に近い評価となる。
FIG. 2 schematically shows an outline of the temperature and humidity control method (hereinafter referred to as “b method”). The
なお、高強度鋼の遅れ破壊は、上記の水素透過係数が０．１μＡ／ｃｍ程度で発生することが知られている。 It is known that delayed fracture of high-strength steel occurs when the hydrogen permeability coefficient is about 0.1 μA / cm.
さらに、以下の方法で切削試験を行い、素材の被削性の評価を行った。 Further, a cutting test was performed by the following method to evaluate the machinability of the material.
前記した各インゴットの残りの部分から、直径２０ｍｍの丸棒を熱間鍛造により作製し、板材と同条件の熱処理を行って強度を調整した。これらの素材に対して、旋削加工を行った。旋削加工は、工具にＷＣを主体とした超硬工具を用いて、切削速度は１７０ｍ／分、切込みは０．２ｍｍ、送りは０．４ｍｍ/ｒｅｖ、潤滑油有り、の条件で行い、１０分あたりの工具摩耗量（ｍｍ／１０分）で被削性を評価し、工具摩耗量が１．０ｍｍ／１０分以下の鋼材を、被削性が良好と判定した。 From the remaining portion of each ingot described above, a round bar having a diameter of 20 mm was produced by hot forging, and heat treatment was performed under the same conditions as the plate material to adjust the strength. These materials were turned. Turning is performed using a carbide tool mainly made of WC as the tool, with a cutting speed of 170 m / min, a cutting depth of 0.2 mm, a feed of 0.4 mm / rev, and lubrication. The machinability was evaluated by the amount of tool wear per unit (mm / 10 minutes), and a steel material having a tool wear amount of 1.0 mm / 10 min or less was determined to have good machinability.
表２に、上記の各調査結果をまとめて示す。 Table 2 summarizes the results of each of the above investigations.
先ず、水素侵入特性については、表２から、本発明で規定する条件を満たす本発明例の試験番号１〜２０では、ａ法およびｂ法における最大水素透過係数はいずれも、０．１μＡ／ｃｍを下回る小さな値で、充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。 First, with respect to hydrogen penetration characteristics, from Table 2, in Test Nos. 1 to 20 of the present invention that satisfy the conditions specified in the present invention, the maximum hydrogen permeation coefficient in both the method a and the method b is 0.1 μA / cm. It is clear that a sufficient hydrogen penetration inhibiting effect is obtained with a small value lower than.
一方、比較例である試験番号２１〜２５では、水素透過係数はいずれも、０．１μＡ／ｃｍを超えており、水素侵入抑制効果が無く、遅れ破壊発生の危険性を有する。
On the other hand, in the
インゴットの冷却速度を５０℃／分とした試験番号２１は、用いた鋼Ｕの化学組成は前記（Ａ）項で規定する範囲にあるものの、試験番号１に比べて硫化物が粗大化・伸延化したため、Ｃｕ含有量が不足して、前記（Ｂ）項のＣｕ含有量と硫化物サイズについての条件を満たさない。すなわちＣｕ／Ｌ＜１であり、水素侵入量が多い。 Test No. 21 in which the cooling rate of the ingot was 50 ° C./min is that the chemical composition of the steel U used is in the range specified in the above section (A), but the sulfide is coarsened and distracted compared to Test No. 1 Therefore, the Cu content is insufficient, and the conditions for the Cu content and the sulfide size in the item (B) are not satisfied. That is, Cu / L <1, and the hydrogen penetration amount is large.
試験番号２２は、用いた鋼ＶのＣｕ含有量が本発明範囲外の０．０５％で不足している。このため、水素侵入量が多い。 In Test No. 22, the Cu content of Steel V used is insufficient at 0.05% outside the scope of the present invention. For this reason, there is much hydrogen penetration | invasion amount.
試験番号２３〜２５は、用いた鋼Ｗ〜Ｙのいずれについても、Ｃｕ／Ｓが１５を下回って低く、Ｃｕ含有量がＳ含有量に対して不足しており、鋼ＹはＣｕ自体の含有量も本発明範囲外の０．１２％で不足している。このため、水素侵入量が多い。 In test numbers 23 to 25, for any of the steels W to Y used, Cu / S was lower than 15 and the Cu content was insufficient with respect to the S content. Steel Y contained Cu itself. The amount is also insufficient at 0.12% outside the scope of the present invention. For this reason, there is much hydrogen penetration | invasion amount.
次に、被削性については、表２から、本発明で規定する条件を満たす本発明例の試験番号１〜２０、ならびに比較例の試験番号２１および試験番号２３〜２５は、用いた鋼のＳ含有量がいずれも０．０１２％以上であるため、工具摩耗量は１．０ｍｍ／１０分以下であり、良好な被削性を有していることが明らかである。
Next, for machinability, from Table 2, the test numbers 1 to 20 of the present invention examples that satisfy the conditions specified in the present invention, and the
一方、比較例の試験番号２２は、用いた鋼ＶのＳ含有量が０．００２％で０．０１２％未満であるため、工具摩耗量は１．０ｍｍ／１０分を大きく超え、被削性に劣る結果となっている。
On the other hand, in the
本発明の高強度ボルト用鋼は、海岸あるいはそれに近い沿岸地域のような過酷な腐食環境において安定して水素侵入を抑制できるので、これを素材とするボルトは、引張強さが１２００ＭＰａ以上の高強度であっても十分な耐遅れ破壊性を有する。 Since the steel for high-strength bolts of the present invention can stably suppress hydrogen intrusion in a harsh corrosive environment such as the coast or a coastal area close thereto, a bolt made of this steel has a high tensile strength of 1200 MPa or more. Even if it is strong, it has sufficient delayed fracture resistance.
１０、２０：試験片
１１、２１：研磨ままの面
１２、２２：Ｎｉめっきを施した面
１３：カソードセル
１４、２４：アノードセル
１５、２５：参照電極（銀塩化銀電極）
10, 20: Test piece 11, 21: As-polished
Claims (6)
Ｃ：０．１５〜０．６５％、
Ｓｉ：０．０５〜１．５％、
Ｍｎ：０．３〜４％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．０１２〜０．３％、
Ｃｕ：０．１８〜５％、
ｓｏｌ．Ａｌ：０〜０．１０％、
Ｎｉ：０〜５％、
Ｃｒ：０〜３％、
Ｍｏ：０〜３％、
Ｗ：０〜６％、
Ｖ：０〜１％、
Ｂ：０〜０．０１％、
Ｔｉ：０〜０．１％、
Ｚｒ：０〜０．２％、
Ｎｂ：０〜０．１％、
Ｃａ：０〜０．０１％、
Ｍｇ：０〜０．０１％、
ＲＥＭ：０〜０．１％、
Ｏ：０．１％以下、
Ｎ：０．１％以下、
ＣｕとＳとの含有量比が１５以上、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
Ｃｕ含有量（質量％）と１ｍｍ×１ｍｍの断面視野にて観察される最大硫化物の長径Ｌ（ｍｍ）との比（Ｃｕ／Ｌ）が１．０以上である、
引張強さ１２００ＭＰａ以上の高強度ボルト用鋼。 Chemical composition is mass%,
C: 0.15-0.65%,
Si: 0.05 to 1.5%,
Mn: 0.3 to 4%
P: 0.020% or less,
S: 0.012-0.3%,
Cu: 0.18 to 5%,
sol. Al: 0 to 0.10%,
Ni: 0 to 5%
Cr: 0 to 3%,
Mo: 0 to 3%,
W: 0-6%
V: 0 to 1%
B: 0 to 0.01%
Ti: 0 to 0.1%,
Zr: 0 to 0.2%,
Nb: 0 to 0.1%,
Ca: 0 to 0.01%,
Mg: 0 to 0.01%,
REM: 0-0.1%
O: 0.1% or less,
N: 0.1% or less,
The content ratio of Cu and S is 15 or more,
Balance: Fe and impurities,
The ratio (Cu / L) between the Cu content (mass%) and the maximum sulfide major axis L (mm) observed in a cross-sectional field of 1 mm × 1 mm is 1.0 or more.
Steel for high-strength bolts with a tensile strength of 1200 MPa or more.
ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０．１０％
を含有する請求項１に記載の高強度ボルト用鋼。 The chemical composition is mass%,
sol. Al: 0.005-0.10%
The steel for high-strength bolts according to claim 1 containing:
Ｎｉ：０．１〜５％
を含有する請求項１又は２に記載の高強度ボルト用鋼。 The chemical composition is mass%,
Ni: 0.1 to 5%
The steel for high-strength bolts according to claim 1 or 2, comprising:
Ｃｒ：０．５〜３％、
Ｍｏ：０．２〜３％、
Ｗ：０．４〜６％、
Ｖ：０．０５〜１％、
Ｂ：０．０００３〜０．０１％
から選択される１種以上を含有する、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 chemical composition is mass%,
Cr: 0.5-3%,
Mo: 0.2-3%,
W: 0.4-6%
V: 0.05 to 1%
B: 0.0003 to 0.01%
The steel for high-strength bolts according to any one of claims 1 to 3, comprising at least one selected from the group consisting of:
Ｔｉ：０．００５〜０．１％、
Ｚｒ：０．０１〜０．２％、
Ｎｂ：０．００５〜０．１％
から選択される１種以上を含有する、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 chemical composition is mass%,
Ti: 0.005 to 0.1%,
Zr: 0.01 to 0.2%,
Nb: 0.005 to 0.1%
The steel for high-strength bolts according to any one of claims 1 to 4, comprising at least one selected from the group consisting of:
Ｃａ：０．０００３〜０．０１％、
Ｍｇ：０．０００３〜０．０１％、
ＲＥＭ：０．０００３〜０．１％
から選択される１種以上を含有する、請求項１から５までのいずれかに記載の高強度ボルト用鋼。
The chemical composition is mass%,
Ca: 0.0003 to 0.01%,
Mg: 0.0003 to 0.01%
REM: 0.0003 to 0.1%
The steel for high-strength bolts according to any one of claims 1 to 5, comprising at least one selected from the group consisting of:
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