JP2020190027A - Bolt, and steel material for bolt - Google Patents
Bolt, and steel material for bolt Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020190027A JP2020190027A JP2020085413A JP2020085413A JP2020190027A JP 2020190027 A JP2020190027 A JP 2020190027A JP 2020085413 A JP2020085413 A JP 2020085413A JP 2020085413 A JP2020085413 A JP 2020085413A JP 2020190027 A JP2020190027 A JP 2020190027A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- less
- bolt
- amount
- hydrogen
- mass
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 45
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 45
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 25
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 68
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 68
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 60
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 16
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 9
- SOIFLUNRINLCBN-UHFFFAOYSA-N ammonium thiocyanate Chemical compound [NH4+].[S-]C#N SOIFLUNRINLCBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 8
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 8
- 230000002265 prevention Effects 0.000 claims description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 4
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 abstract description 48
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 abstract description 29
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 abstract description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 30
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 30
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 30
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 12
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 11
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 11
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 9
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 7
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 4
- KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N iron;methane Chemical compound C.[Fe].[Fe].[Fe] KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 2
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 2
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical class [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052765 Lutetium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001016 Ostwald ripening Methods 0.000 description 1
- 229960000583 acetic acid Drugs 0.000 description 1
- 229940069428 antacid Drugs 0.000 description 1
- 239000003159 antacid agent Substances 0.000 description 1
- 230000001458 anti-acid effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005255 carburizing Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010273 cold forging Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000002524 electron diffraction data Methods 0.000 description 1
- 229910001651 emery Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000005246 galvanizing Methods 0.000 description 1
- 239000012362 glacial acetic acid Substances 0.000 description 1
- 238000001192 hot extrusion Methods 0.000 description 1
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- OHSVLFRHMCKCQY-UHFFFAOYSA-N lutetium atom Chemical compound [Lu] OHSVLFRHMCKCQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 239000005413 snowmelt Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000005491 wire drawing Methods 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Description
本発明は，ボルト、及びボルト用鋼材に関するものである。 The present invention relates to bolts and steel materials for bolts.
自動車及び産業機械の高性能化、自動車及び産業機械の軽量化、又は土木・建築構造物の大型化に伴い、ボルトの高強度化が要求されている。
ボルトには、ＪＩＳ Ｇ ４０５３：２０１６で規定されたＳＣＭ４３５、ＳＣＭ４４０などの機械構造用合金鋼が用いられる。ボルトは、機械構造用合金鋼を所定の形状に成形後、焼入れ−焼戻し処理で強度を調整する。
ボルトを高強度化するためには、鋼材の炭素量を高める、あるいは焼戻し温度を低くすればよい。
Higher strength of bolts is required with higher performance of automobiles and industrial machines, weight reduction of automobiles and industrial machines, and larger size of civil engineering and building structures.
For the bolts, alloy steels for machine structural use such as SCM435 and SCM440 specified in JIS G 4053: 2016 are used. The strength of bolts is adjusted by quenching-tempering after forming alloy steel for machine structure into a predetermined shape.
In order to increase the strength of the bolt, the carbon content of the steel material may be increased or the tempering temperature may be lowered.
しかしながら、引張強さが１０００ＭＰａを超えるようなボルトでは、水素脆化の一種である遅れ破壊が問題となる。遅れ破壊は、静的応力下に置かれた部品が、ある時間経過後に突然、脆性的に破壊する現象である。
遅れ破壊は、水素の侵入に起因する現象であり、鋼材の強度が高くなるほど、遅れ破壊に至る水素侵入量の臨界値が低下する。
ボルトが屋外、特に、海水、融雪塩などが飛来する環境で使用される場合には、塩分付着によって水素侵入量が多くなり、遅れ破壊が生じる可能性が高まる。
However, for bolts having a tensile strength of more than 1000 MPa, delayed fracture, which is a type of hydrogen embrittlement, becomes a problem. Delayed fracture is a phenomenon in which a part placed under static stress suddenly breaks brittlely after a certain period of time.
Delayed fracture is a phenomenon caused by the intrusion of hydrogen, and the higher the strength of the steel material, the lower the critical value of the amount of hydrogen intrusion leading to delayed fracture.
When the bolt is used outdoors, especially in an environment where seawater, snowmelt salt, etc. come flying, the amount of hydrogen invading increases due to salt adhesion, and the possibility of delayed fracture increases.
そこで、従来から、耐遅れ破壊性に優れたボルトが検討されている。
例えば、特許文献１には、水素のトラップサイトとなるＶ炭窒化物を活用した、引張強さが１０００〜１６００ＭＰａの、耐遅れ破壊特性に優れたボルトおよび鋼材が開示されている。
Therefore, conventionally, bolts having excellent delayed fracture resistance have been studied.
For example, Patent Document 1 discloses bolts and steel materials having a tensile strength of 1000 to 1600 MPa and excellent delayed fracture resistance, utilizing V-carbonitride which is a trap site for hydrogen.
最近は、特許文献１のボルトよりも、さらに耐遅れ破壊特性に優れたボルトが求められている。
本発明の課題は、一般的に遅れ破壊が生じる危険性が非常に高い、引張強さが１０００ＭＰａ以上の強度レベルにおいて、優れた耐遅れ破壊特性を示すボルト、およびその素材となるボルト用鋼材を提供することにある。
Recently, there is a demand for bolts having better delayed fracture resistance than the bolts of Patent Document 1.
An object of the present invention is to provide a bolt that exhibits excellent delayed fracture resistance at a strength level of 1000 MPa or more, which generally has a very high risk of delayed fracture, and a steel material for bolts as a material thereof. To provide.
発明者らは、ボルトの素材として所定の化学組成を有し、かつ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗの含有量が以下の式（１）、及び式（２）を満たす鋼材を採用することで、水素のトラップサイトとなるＭ２Ｃ炭化物がボルト中に分散することを見出した。
０．１０＜（２Ｖ＋０．５Ｗ＋０．４Ｃｒ）／Ｍｏ＜０．５０ ・・・（１）
Ｍｏ／９５．９５＋Ｖ／５０．９４＋Ｗ／１８３．８−Ｃ／６．０＞０・・・（２）
その結果、発明者らは、高強度で、かつ優れた耐遅れ破壊特性を有するボルトが得られることを見出した。
上記課題は、以下の手段により解決される。
The inventors have adopted hydrogen as a material for bolts by adopting a steel material having a predetermined chemical composition and having Mo, V, and W contents satisfying the following formulas (1) and (2). It was found that M2C carbide, which is a trap site for steel, is dispersed in the bolt.
0.10 <(2V + 0.5W + 0.4Cr) / Mo <0.50 ... (1)
Mo / 95.95 + V / 50.94 + W / 183.8-C / 6.0> 0 ... (2)
As a result, the inventors have found that a bolt having high strength and excellent delayed fracture resistance can be obtained.
The above problem is solved by the following means.
＜１＞
組成が、質量％で、
Ｃ ：０．１０〜０．３４％、
Ｓｉ：０．０２〜０．１０％、
Ｍｎ：０．４０〜２．５０％、
Ｃｒ：０〜０．５０％、
Ｍｏ：１．５０〜５．００％、
Ｗ ：０〜４．００％、
Ｖ ：０〜１．００％、
Ａｌ：０．０１０〜０．１００％、
Ｎ：０．００１０〜０．０１５０％、
Ｐ：０．０１５％以下、および
Ｓ：０．０１５％以下、
を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
ボルトの軸部表面から深さ２ｍｍに位置し、かつボルトの表面と平行な部位において、長さ５ｎｍ以上のＭ２Ｃ型炭化物が、単位体積０．００１μｍ３当たり１０個以上存在する、
引張強さが、１０００ＭＰａ以上であるボルト。
０．１０＜（２Ｖ＋０．５Ｗ＋０．４Ｃｒ）／Ｍｏ＜０．５０ ・・・（１）
Ｍｏ／９５．９５＋Ｖ／５０．９４＋Ｗ／１８３．８−Ｃ／６．０＞０・・・（２）
但し、Ｍは金属元素を表し、式（１）、および式（２）において、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｃｒ、およびＣには、それぞれボルトが含有するＭｏ、Ｖ、Ｗ、Ｃｒ、およびＣの含有量（質量％）が代入され、該当する元素が含まれないときは該当する元素記号に０が代入される。また、式（２）の左辺の式の値が小数点以下で０超になる組成は、式（２）を満たすとする。
＜２＞
前記組成が、質量％で、
Ｔｉ：０．１００％以下、
Ｎｂ：０．１００％以下、
Ｂ ：０．００５０％以下、
Ｎｉ：０．２０％以下、
Ｃｕ：０．２０％以下、
ＲＥＭ：０．０２０％以下、
Ｓｎ：０．２０％以下、および
Ｂｉ：０．２０％以下
よりなる群から選択される少なくとも１種をさらに含有する、＜１＞に記載のボルト。
＜３＞
前記組成が、質量％で、
Ｐｂ：０．０５％以下、
Ｃｄ：０．０５％以下、
Ｃｏ：０．０５％以下、
Ｚｎ：０．０５％以下、
Ｃａ：０．０２％以下、および
Ｚｒ：０．０２％以下、
よりなる群から選択される少なくとも１種をさらに含有する、＜１＞又は＜２＞に記載のボルト。
＜４＞
３．０質量％の塩化ナトリウム水溶液１Ｌ当たり３．０ｇのチオシアン酸アンモニウムを添加した室温の溶液中で、電流密度０．０３ｍＡ／ｃｍ２で２４時間陰極水素チャージした後、水素透過防止めっきを施し、９６時間放置した後、引張強さの０．９倍の一定荷重を負荷した時の、破断に至るまで１００時間以上である、＜１＞〜＜３＞のいずれか１項に記載のボルト。
＜５＞
３．０質量％の塩化ナトリウム水溶液１Ｌ当たり３．０ｇのチオシアン酸アンモニウムを添加した室温の溶液中で、電流密度０．２ｍＡ／ｃｍ２で７２時間陰極水素チャージし、室温で４８時間静置した後のトラップ水素量が３．０ｐｐｍ以上である＜１＞〜＜４＞のいずれか１項に記載のボルト。
＜６＞
＜１＞〜＜５＞のいずれか１項に記載のボルトの素材であるボルト用鋼材であって、
前記ボルトの組成を有するボルト用鋼材。
<1>
The composition is by mass%
C: 0.10 to 0.34%,
Si: 0.02 to 0.10%,
Mn: 0.40-2.50%,
Cr: 0 to 0.50%,
Mo: 1.50 to 5.00%,
W: 0-4.00%,
V: 0-1.00%,
Al: 0.010 to 0.100%,
N: 0.0010 to 0.0150%,
P: 0.015% or less, and S: 0.015% or less,
Contains,
The rest consists of Fe and impurities
Located at a depth of 2mm from the shank surface of the bolt, and in parallel to the surface portion of the bolt, the length of 5nm or more M 2 C-type carbide is present per unit volume 0.001 [mu] m 3 10 or more per
Bolts with a tensile strength of 1000 MPa or more.
0.10 <(2V + 0.5W + 0.4Cr) / Mo <0.50 ... (1)
Mo / 95.95 + V / 50.94 + W / 183.8-C / 6.0> 0 ... (2)
However, M represents a metal element, and in the formulas (1) and (2), Mo, V, W, Cr, and C are Mo, V, W, Cr, and C contained in the bolt, respectively. The content (mass%) is substituted, and when the corresponding element is not included, 0 is substituted for the corresponding element symbol. Further, it is assumed that the composition in which the value of the equation on the left side of the equation (2) exceeds 0 after the decimal point satisfies the equation (2).
<2>
The composition is mass%
Ti: 0.100% or less,
Nb: 0.100% or less,
B: 0.0050% or less,
Ni: 0.20% or less,
Cu: 0.20% or less,
REM: 0.020% or less,
The bolt according to <1>, further containing at least one selected from the group consisting of Sn: 0.20% or less and Bi: 0.20% or less.
<3>
The composition is mass%
Pb: 0.05% or less,
Cd: 0.05% or less,
Co: 0.05% or less,
Zn: 0.05% or less,
Ca: 0.02% or less, and Zr: 0.02% or less,
The bolt according to <1> or <2>, further containing at least one selected from the group consisting of.
<4>
Cathode hydrogen charging at a current density of 0.03 mA / cm 2 for 24 hours in a room temperature solution containing 3.0 g of ammonium thiocyanate per 1 L of a 3.0 mass% sodium chloride aqueous solution, followed by hydrogen permeation prevention plating. The bolt according to any one of <1> to <3>, which takes 100 hours or more to break when a constant load of 0.9 times the tensile strength is applied after being left for 96 hours. ..
<5>
Cathode hydrogen was charged at a current density of 0.2 mA / cm 2 for 72 hours in a solution at room temperature to which 3.0 g of ammonium thiocyanate was added per 1 L of a 3.0 mass% sodium chloride aqueous solution, and allowed to stand at room temperature for 48 hours. The bolt according to any one of <1> to <4>, wherein the trap hydrogen amount after that is 3.0 ppm or more.
<6>
A steel material for bolts, which is the material of the bolt according to any one of <1> to <5>.
A steel material for bolts having the composition of the bolt.
本発明によれば、高強度で、かつ、優れた耐遅れ破壊強度を示すボルト、およびその素材となるボルト用鋼材を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a bolt having high strength and exhibiting excellent delayed fracture resistance, and a steel material for bolts as a material thereof.
以下、本発明の一例である実施形態について詳細に説明する。
なお、本明細書中において、化学組成の各元素の含有量の「％」表示は、「質量％」を意味する。
化学組成の各元素の含有量を「元素量」と表記することがある。例えば、Ｃの含有量は、Ｃ量と表記することがある。
「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
「〜」の前後に記載される数値に「超」または「未満」が付されている場合の数値範囲は、これら数値を下限値または上限値として含まない範囲を意味する。
「工程」とは、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
Hereinafter, embodiments that are an example of the present invention will be described in detail.
In addition, in this specification, "%" notation of the content of each element of a chemical composition means "mass%".
The content of each element in the chemical composition may be referred to as "elemental amount". For example, the content of C may be expressed as the amount of C.
The numerical range represented by using "~" means a range including the numerical values before and after "~" as the lower limit value and the upper limit value.
The numerical range when "greater than" or "less than" is added to the numerical values before and after "~" means a range in which these numerical values are not included as the lower limit value or the upper limit value.
The term "process" is included in this term not only as an independent process but also as long as the intended purpose of the process is achieved even if it cannot be clearly distinguished from other processes.
[ボルトの化学組成]
本実施形態に係るボルトの化学組成は、以下のとおりである。
[Chemical composition of bolts]
The chemical composition of the bolt according to this embodiment is as follows.
（必須元素）
Ｃ ：０．１０〜０．３４％
Ｃは、鋼の強度を向上させる元素であり、ボルトの強度を高める。Ｃ量が０．１０％未満であると、ボルトとして必要な強度が得られない。一方、Ｃ量が０．３４％よりも多いと、所定の焼戻し時に多量のセメンタイトが析出するため、炭素量に見合った合金炭化物の析出強化が得られない上、水素トラップ能も低くなるため、遅れ破壊特性が低下する。
従って、Ｃ量は０．１０〜０．３４％とする。なお、好ましいＣ量は０．２０〜０．３２％である。
(Required element)
C: 0.10 to 0.34%
C is an element that improves the strength of steel and increases the strength of bolts. If the amount of C is less than 0.10%, the strength required for bolts cannot be obtained. On the other hand, if the amount of C is more than 0.34%, a large amount of cementite is precipitated during a predetermined tempering, so that the precipitation strengthening of the alloy carbide corresponding to the amount of carbon cannot be obtained and the hydrogen trapping ability is also lowered. Delay fracture characteristics are reduced.
Therefore, the amount of C is set to 0.10 to 0.34%. The preferable amount of C is 0.20 to 0.32%.
Ｓｉ：０．０２〜０．１０％
Ｓｉは、含有量を低減することで耐遅れ破壊強度を向上させることができる。耐遅れ破壊強度を高めるため、Ｓｉ量を０．１０％以下とする。一方、０．０２％未満としても耐遅れ破壊強度の向上は飽和し、また製鋼工程におけるコストが増大する。
従って、Ｓｉ量は０．０２〜０．１０％とする。なお、好ましいＳｉ量は０．０２〜０．０８％である。
Si: 0.02 to 0.10%
By reducing the content of Si, the delayed fracture resistance can be improved. The amount of Si is set to 0.10% or less in order to increase the delayed fracture resistance. On the other hand, even if it is less than 0.02%, the improvement of the delayed fracture resistance is saturated and the cost in the steelmaking process increases.
Therefore, the amount of Si is set to 0.02 to 0.10%. The preferable amount of Si is 0.02 to 0.08%.
Ｍｎ：０．４０〜２．５０％
Ｍｎは、Ｓと結合してＭｎＳを形成し、Ｓの粒界偏析を防止する。また、焼入れ性向上の作用を有する。Ｍｎ量が０．４０％未満であると、十分な焼入れ性向上効果が得られない。一方、Ｍｎ量が２．５０％を超えると、部品形状に加工する際の冷間加工性が低下するうえ、焼割れが生じ易くなる。
従って、Ｍｎ量は０．４０〜２．５０％とする。なお、好ましいＭｎ量は０．５０〜０．８０％である。
Mn: 0.40-2.50%
Mn combines with S to form MnS and prevents grain boundary segregation of S. It also has the effect of improving hardenability. If the amount of Mn is less than 0.40%, a sufficient effect of improving hardenability cannot be obtained. On the other hand, if the amount of Mn exceeds 2.50%, the cold workability at the time of processing into a part shape is lowered, and shrinkage is likely to occur.
Therefore, the amount of Mn is set to 0.40 to 2.50%. The preferable amount of Mn is 0.50 to 0.80%.
Ｍｏ：１．５０〜５．００％
Ｗ ：０〜４．００％
Ｖ ：０〜１．００％
Ｍｏ、ＷおよびＶは、本発明において重要な元素である。Ｍｏ、及びＷは、Ｍ２Ｃ型の炭化物を形成する元素である。Ｖは、ＭＣ型の炭化物を形成する元素であるが、適量のＭｏと共に、Ｖを複合して含有させた場合、Ｍｏと共に、Ｖを含むＭ２Ｃ型炭化物が析出する。なお、これらＭ２Ｃ型炭化物は、Ｍｏと、Ｃｒ、ＶおよびＷの少なくとも１種と、を含む炭化物が該当する。
微細なＭ２Ｃ型炭化物は、鋼をオーステナイト域から焼入れした後、５７０〜６９０℃の高温で焼戻しをすることで、多く析出させることができる。この微細なＭ２Ｃ型炭化物が析出することで、析出強化により鋼の強度を上昇させることができる。また、微細なＭ２Ｃ型炭化物は、水素のトラップサイトとして機能し、耐遅れ破壊特性を向上させることができる。トラップ水素とは、前記Ｍ２Ｃ型炭化物によって固定された、鋼中を自由に移動できない水素である。
Mo: 1.50 to 5.00%
W: 0-4.00%
V: 0 to 1.00%
Mo, W and V are important elements in the present invention. Mo, and W is an element which forms a M 2 C type carbides. V is an element which forms a MC type carbide, together with a suitable amount of Mo, when are contained in combination with V, with Mo, M 2 C-type carbide containing V precipitates. It should be noted that these M 2 C type carbides, and Mo, Cr, and at least one V and W, the carbide containing appropriate.
A large amount of fine M 2 C type carbide can be precipitated by quenching the steel from the austenite region and then tempering it at a high temperature of 570 to 690 ° C. By precipitating these fine M 2 C type carbides, the strength of steel can be increased by precipitation strengthening. Further, the fine M 2 C-type carbide acts as a trap site for hydrogen, thereby improving the delayed fracture resistance. A trap hydrogen, said fixed by M 2 C-type carbide is hydrogen that can not be freely moved in the steel.
トラップサイトとしての効果を得るためには、Ｍｏを１．５０％以上含有させる必要がある。加えて、Ｗ及びＶの少なくとも一方を適量含有させる場合、Ｍ２Ｃ型炭化物による、トラップサイトとしての効果はさらに向上する。一方、Ｍｏの含有量が５．００％を超えた場合、またはＷの含有量が４．００％を超えた場合、またはＶの含有量が１．００％を超えた場合は、焼入れ加熱時に未固溶の粗大な炭窒化物が残存する。そして、この粗大な炭窒化物をオーステナイト中に固溶させるために焼入れ加熱温度を高くする必要が生じ、焼入れ時の歪み発生、表面の酸化物増加の問題が発生する。
従って、Ｍｏの含有量は１．５０〜５．００％、Ｗの含有量は０〜４．００％、Ｖの含有量は０〜１．００％とする。
なお、好ましいＭｏ量は、２．００〜４．００％、好ましいＷ量は、０．０２〜１．００％、好ましいＶ量は、０．１０〜０．３５％である。
In order to obtain the effect as a trap site, it is necessary to contain Mo in an amount of 1.50% or more. In addition, if for a suitable amount at least one of W and V, by M 2 C-type carbide, the effect of a trap site is further improved. On the other hand, if the Mo content exceeds 5.00%, the W content exceeds 4.00%, or the V content exceeds 1.00%, during quenching and heating. Coarse unsolid solution carbonitride remains. Then, in order to dissolve this coarse carbonitride in austenite, it becomes necessary to raise the quenching heating temperature, which causes problems such as strain generation during quenching and an increase in surface oxides.
Therefore, the Mo content is 1.50 to 5.00%, the W content is 0 to 4.00%, and the V content is 0 to 1.00%.
The preferable Mo amount is 2.00 to 4.00%, the preferable W amount is 0.02 to 1.00%, and the preferable V amount is 0.10 to 0.35%.
Ｍｏ、ＷおよびＶの含有量は、式（１）、（２）を満たす必要がある。
０．１０＜（２Ｖ＋０．５Ｗ＋０．４Ｃｒ）／Ｍｏ＜０．５０ ・・・（１）
Ｍｏ／９５．９５＋Ｖ／５０．９４＋Ｗ／１８３．８−Ｃ／６．０＞０・・・（２）
式（１）、及び式（２）において、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｃｒ、およびＣには、それぞれボルトが含有するＭｏ、Ｖ、Ｗ、Ｃｒ、およびＣの含有量（質量％）が代入され、該当する元素が含まれないときは該当する元素記号に０が代入される。また、式（２）の左辺の式の値が小数点以下で０超になる組成は、式（２）を満たすとする。
The contents of Mo, W and V need to satisfy the formulas (1) and (2).
0.10 <(2V + 0.5W + 0.4Cr) / Mo <0.50 ... (1)
Mo / 95.95 + V / 50.94 + W / 183.8-C / 6.0> 0 ... (2)
In the formulas (1) and (2), the contents (mass%) of Mo, V, W, Cr, and C contained in the bolt are substituted for Mo, V, W, Cr, and C, respectively. , When the corresponding element is not included, 0 is substituted for the corresponding element symbol. Further, it is assumed that the composition in which the value of the equation on the left side of the equation (2) exceeds 0 after the decimal point satisfies the equation (2).
Ｃｒ：０〜０．５０％
Ｃｒは、鋼の焼入れ性を確保するために有効な元素であるとともに、Ｍ２Ｃ型炭化物に固溶し、水素トラップ能を向上させる効果があるが、Ｃｒ量が０．５０％を超えると、セメンタイト及びＭ２３Ｃ６を安定化させ、焼戻し時にもセメンタイトが残存させるため、目的の水素トラップ効果を得ることができない。
従って、Ｃｒ量は０〜０．５０％とする。なお、好ましいＣｒ量は０．０５〜０．３５％である。
Cr: 0 to 0.50%
Cr, along with an effective element for ensuring the hardenability of steel, a solid solution in M 2 C type carbides, but the effect of improving the hydrogen trapping ability, when the Cr amount exceeds 0.50% , Cementite and M 23 C 6 are stabilized, and cementite remains even during tempering, so that the desired hydrogen trapping effect cannot be obtained.
Therefore, the amount of Cr is set to 0 to 0.50%. The preferable amount of Cr is 0.05 to 0.35%.
ここで、引張り強さ１０００ＭＰａ以上の高強度を有するボルトにおいては、耐遅れ破壊強度を向上させるために、水素トラップサイトである微細なＭ２Ｃ型炭化物を大量に鋼中に分散させることが必要である。
式（１）において、「（２Ｖ＋０．５Ｗ＋０．４Ｃｒ）／Ｍｏ」の値が０．１０以下では、Ｍ２Ｃ型炭化物中の、Ｍｏと、Ｃｒ、ＷおよびＶの少なくとも１種との複合度が低く、水素トラップ能が不足して耐遅れ破壊強度が低下する。一方、式（１）において、「（２Ｖ＋０．５Ｗ＋０．４Ｃｒ）／Ｍｏ」の値が０．５０以上では、Ｍ２Ｃ型炭化物が不安定となり、別の炭化物となるため、水素トラップ能が不足して耐遅れ破壊強度が低下する。焼入れの加熱時にＭ２Ｃ型炭化物が完全に固溶できなくなり、焼戻し後のＭ２Ｃ型炭化物が粗大化して耐遅れ破壊強度が低下する。
なお、「（２Ｖ＋０．５Ｗ＋０．４Ｃｒ）／Ｍｏ」の値は、０．１５〜０．４５が好ましい。
Here, in the bolt having a strength of 1000MPa or more high tensile strength, in order to improve the delayed fracture strength, must be dispersed in large amount of steel fine M 2 C-type carbide is hydrogen trap sites Is.
In the formula (1), "(2V + 0.5W + 0.4Cr) / Mo " with a value of 0.10 or less, the M 2 C-type carbide, the composite of the and Mo, Cr, and at least one of W and V Is low, and the hydrogen trapping ability is insufficient, resulting in a decrease in delayed fracture resistance. On the other hand, lack in formula (1), the value of "(2V + 0.5W + 0.4Cr) / Mo " 0.50 or more, M 2 C-type carbide is unstable, since the different carbides, hydrogen trapping ability As a result, the delayed fracture resistance is reduced. M 2 C type carbides during quenching heating will not be able to completely dissolved, the delayed fracture strength decreases M 2 C type carbides after tempering is coarse.
The value of "(2V + 0.5W + 0.4Cr) / Mo" is preferably 0.15 to 0.45.
式（２）において、「Ｍｏ／９５．９５＋Ｖ／５０．９４＋Ｗ／１８３．８−Ｃ／６．０」の値が０以下では焼戻し時にセメンタイトが残存し、Ｍ２Ｃ型炭化物の水素トラップ能が低下する。
なお、「Ｍｏ／９５．９５＋Ｖ／５０．９４＋Ｗ／１８３．８−Ｃ／６．０」の値は、０．０００３以上が好ましい。ただし、合金コスト低減の観点から、「Ｍｏ／９５．９５＋Ｖ／５０．９４＋Ｗ／１８３．８−Ｃ／６．０」の値の上限は、０．０２００以下が好ましく、０．０１６０以下がより好ましい。
In the formula (2), cementite remains during tempering is the value of "Mo / 95.95 + V / 50.94 + W / 183.8-C / 6.0 " is 0 or less, the hydrogen trapping ability of M 2 C-type carbide descend.
The value of "Mo / 95.95 + V / 50.94 + W / 183.8-C / 6.0" is preferably 0.0003 or more. However, from the viewpoint of alloy cost reduction, the upper limit of the value of "Mo / 95.95 + V / 50.94 + W / 183.8-C / 6.0" is preferably 0.0200 or less, more preferably 0.0160 or less. ..
Ａｌ：０．０１０〜０．１００％
Ａｌは、脱酸剤として機能する元素であるとともに、窒化物を形成して焼入れ加熱時のオーステナイト結晶粒の粗大化を抑制する元素である。これらの効果を得るためには、Ａｌを０．０１０％以上含有させる必要がある。一方、Ａｌの含有量が０．１００％を超えると、粗大な酸化物系介在物が鋼中に残存して、ボルトの破壊起点となる。
従って、Ａｌ量は０．０１０〜０．１００％とする。なお、好ましいＡｌ量は０．０１２〜０．０５０％である。
Al: 0.010 to 0.100%
Al is an element that functions as an antacid and also forms a nitride to suppress the coarsening of austenite crystal grains during quenching and heating. In order to obtain these effects, it is necessary to contain 0.010% or more of Al. On the other hand, when the Al content exceeds 0.100%, coarse oxide-based inclusions remain in the steel and serve as a fracture starting point of the bolt.
Therefore, the amount of Al is set to 0.010 to 0.100%. The preferable amount of Al is 0.012 to 0.050%.
Ｎ：０．００１０〜０．０１５０％
Ｎは、窒化物又は炭窒化物を形成し、焼入れ加熱時のオーステナイト結晶粒の粗大化を抑制する元素である。結晶粒の粗大化を抑制するには、Ｎ量を０．００１０％以上とする必要がある。一方、Ｎ量が０．０１５０％を超えた場合、粗大な窒化物や炭窒化物が生成して、破壊起点となる。
従って、Ｎ量は０．００１０〜０．０１５０％とする。なお、好ましいＮ量は０．００２０〜０．０１００％である。
N: 0.0010 to 0.0150%
N is an element that forms a nitride or carbonitride and suppresses coarsening of austenite crystal grains during quenching and heating. In order to suppress the coarsening of crystal grains, the amount of N needs to be 0.0010% or more. On the other hand, when the amount of N exceeds 0.0150%, coarse nitrides and carbonitrides are generated and serve as the starting point of fracture.
Therefore, the amount of N is set to 0.0010 to 0.0150%. The preferable amount of N is 0.0020 to 0.0100%.
Ｐ：０．０１５％以下
Ｐは、不純物である。Ｐ含有量は極力低いことが好ましい。Ｐは、オーステナイト粒界に偏析する。Ｐ量が０．０１５％を超えると、焼入れ、焼戻し後の旧オーステナイト粒界が脆化して粒界割れの原因となる。このため、Ｐ量を０．０１５％以下の範囲に制限する必要がある。好ましいＰ含有量の上限は０．０１２％である。Ｐは不可避的にボルト用鋼に含有される不純物元素であるが、上記範囲内であれば、Ｐは、ボルトに０％超えで含有されていてもよい。
ただし、脱Ｐコスト低減の観点から、Ｐ量の下限は、０．００５％以上でもよい。
P: 0.015% or less P is an impurity. The P content is preferably as low as possible. P segregates at the austenite grain boundaries. If the amount of P exceeds 0.015%, the old austenite grain boundaries after quenching and tempering become brittle, causing grain boundary cracking. Therefore, it is necessary to limit the amount of P to the range of 0.015% or less. The upper limit of the preferable P content is 0.012%. P is an impurity element that is inevitably contained in the steel for bolts, but P may be contained in the bolt in an amount of more than 0% as long as it is within the above range.
However, from the viewpoint of reducing the cost of removing P, the lower limit of the amount of P may be 0.005% or more.
Ｓ：０．０１５％以下
Ｓは、不純物である。Ｓ含有量は極力低いことが好ましい。Ｓは、ボルト中でＭｎ硫化物として存在する。Ｍｎ硫化物は、鋼表面が腐食する際の化学反応で硫化水素を発生する。この硫化水素が分解して水素を発生することで鋼中へ水素が侵入し、耐遅れ破壊強度を低下させる。また、Ｍｎ硫化物が破壊起点となる。このため、Ｓ量を０．０１５％以下の範囲に制限する必要がある。好ましいＳ含有量の上限は０．０１２％である。Ｓは、不可避的に含有される不純物元素であるが、上記範囲内であれば、Ｓは、ボルトに０％超えで含有されていてもよい。
ただし、脱Ｓコスト低減の観点から、Ｓ量の下限は、０．００５％以上でもよい。
S: 0.015% or less S is an impurity. The S content is preferably as low as possible. S exists as Mn sulfide in the bolt. Mn sulfide generates hydrogen sulfide by a chemical reaction when the steel surface is corroded. When this hydrogen sulfide is decomposed to generate hydrogen, hydrogen invades into the steel and the delayed fracture resistance is lowered. Further, Mn sulfide serves as a fracture starting point. Therefore, it is necessary to limit the amount of S to the range of 0.015% or less. The upper limit of the preferable S content is 0.012%. S is an impurity element that is unavoidably contained, but if it is within the above range, S may be contained in the bolt in an amount of more than 0%.
However, from the viewpoint of reducing the cost of removing S, the lower limit of the amount of S may be 0.005% or more.
（任意元素）
本実施形態に係るボルトは、任意元素として、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｂ、Ｎｉ、Ｃｕ、ＲＥＭ、Ｓｎ、及びＢｉよりなる群から選択される少なくとも１種を含有してもよい。具体的には、これら任意元素を、各々０％〜後述する各元素の上限の範囲で含有してもよい。
(Arbitrary element)
The bolt according to the present embodiment may contain at least one selected from the group consisting of Ti, Nb, B, Ni, Cu, REM, Sn, and Bi as an optional element. Specifically, each of these arbitrary elements may be contained in the range of 0% to the upper limit of each element described later.
Ｔｉ：０．１００％以下
Ｔｉは、ボルト中でＮ及びＣと結合して炭窒化物を形成する元素である。この炭窒化物はオーステナイト結晶粒界をピンニングして組織の粗大化を防止する。この組織の粗大化の防止効果を得るためには、Ｔｉを０．１００％以下含有させてもよい。一方、Ｔｉを、０．１００％を超えて含有させると、素材硬さの上昇に起因して部品形状に加工する際の冷間加工性が低下する。
Ti: 0.100% or less Ti is an element that combines with N and C in a bolt to form a carbonitride. This carbonitride pins the austenite grain boundaries to prevent texture coarsening. In order to obtain the effect of preventing the coarsening of the structure, Ti may be contained in an amount of 0.100% or less. On the other hand, if Ti is contained in an amount of more than 0.100%, the cold workability when processing into a part shape is lowered due to the increase in material hardness.
従って、Ｔｉ含有量は０．１００％以下とすることが好ましく、０％超〜０．１００％がより好ましく、０．００５〜０．０５０％がさらに好ましい。 Therefore, the Ti content is preferably 0.100% or less, more preferably more than 0% to 0.100%, and even more preferably 0.005 to 0.050%.
Ｎｂ：０．１００％以下
Ｎｂは、鋼中でＮ、Ｃと結合して炭窒化物を形成する元素である。この炭窒化物はオーステナイト結晶粒界をピンニングし、組織の粗大化を防止する。この組織の粗大化の防止効果を得るためには、Ｎｂを０．１００％以下含有させてもよい。一方、Ｎｂを、０．１００％を超えて含有させると、素材硬さの上昇に起因して部品形状に加工する際の冷間加工性が低下する。
Nb: 0.100% or less Nb is an element that combines with N and C in steel to form a carbonitride. This carbonitride pins the austenite grain boundaries and prevents texture coarsening. In order to obtain the effect of preventing the coarsening of the structure, Nb may be contained in an amount of 0.100% or less. On the other hand, if Nb is contained in an amount of more than 0.100%, the cold workability when processing into a part shape is lowered due to the increase in material hardness.
従って、Ｎｂ含有量は０．１００％以下とすることが好ましく、０％超〜０．１００％がより好ましく、０．００５〜０．０５０％がさらに好ましい。 Therefore, the Nb content is preferably 0.100% or less, more preferably more than 0% to 0.100%, still more preferably 0.005 to 0.050%.
Ｂ：０．００５０％以下
Ｂは、オーステナイト中に僅かに固溶させただけで鋼の焼入れ性を高める。Ｂは、浸炭焼入れ時にマルテンサイトを効率的に得るためにボルトに含有させてもよい。一方、０．００５０％を超えてＢを含有すると、多量のＢＮを形成してＮを消費するため、オーステナイト粒の粗大化を招来する。
従って、Ｂ含有量は０．００５０％以下とすることが好ましく、０超〜０．００５０％がより好ましく、０．０００７〜０．００３０％がさらに好ましい。
B: 0.0050% or less B enhances the hardenability of steel even if it is slightly dissolved in austenite. B may be contained in the bolt in order to efficiently obtain martensite during carburizing and quenching. On the other hand, if B is contained in excess of 0.0050%, a large amount of BN is formed and N is consumed, which causes coarsening of austenite grains.
Therefore, the B content is preferably 0.0050% or less, more preferably more than 0 to 0.0050%, still more preferably 0.0007 to 0.0030%.
Ｎｉ：０．２０％以下
Ｎｉは、耐食性と靭性を高める元素であり、ボルトに含有させてもよい。Ｎｉ量が多量になると、コストに見合った効果が得られないため、Ｎｉ量の上限は０．２０％が好ましい。一方、Ｎｉ量の下限は０．０１％が好ましい。
Ni: 0.20% or less Ni is an element that enhances corrosion resistance and toughness, and may be contained in bolts. When the amount of Ni is large, the effect commensurate with the cost cannot be obtained. Therefore, the upper limit of the amount of Ni is preferably 0.20%. On the other hand, the lower limit of the amount of Ni is preferably 0.01%.
Ｃｕ：０．２０％以下
Ｃｕは耐食性を高める元素であり、ボルトに含有させてもよい。一方、Ｃｕ量が０．２０％を超えると熱間延性が低下するため、Ｃｕ量の上限は０．２０％が好ましい。一方、Ｃｕ量の下限は０．０１％が好ましい。
Cu: 0.20% or less Cu is an element that enhances corrosion resistance and may be contained in bolts. On the other hand, if the Cu amount exceeds 0.20%, the hot ductility decreases, so the upper limit of the Cu amount is preferably 0.20%. On the other hand, the lower limit of the amount of Cu is preferably 0.01%.
ＲＥＭ：０．０２０％以下
ＲＥＭ（希土類元素）とは、原子番号５７のランタンから原子番号７１ルテシウムまでの１５元素と、原子番号２１のスカンジウム及び原子番号３９のイットリウムと、の合計１７元素の総称である。ボルトにＲＥＭを含有させると、圧延時及び熱間鍛造時にＭｎＳ粒子の伸延が抑制され、冷間鍛造時の割れを抑制する効果が得られる。但し、ＲＥＭ含有量が０．０２０％を超えると、ＲＥＭを含む硫化物が大量に生成され、ボルト用鋼材の被削性が劣化する。
従って、ＲＥＭ含有量は、前記１７元素の合計量で０．０２０％以下とすることが好ましく、０％超〜０．０２０％がより好ましく、０．００５％〜０．０１５％がさらに好ましい。
REM: 0.020% or less REM (rare earth element) is a general term for a total of 17 elements, including 15 elements from lanthanum with atomic number 57 to lutetium with atomic number 71, scandium with atomic number 21 and yttrium with atomic number 39. Is. When the bolt contains REM, the elongation of MnS particles is suppressed during rolling and hot forging, and the effect of suppressing cracking during cold forging can be obtained. However, if the REM content exceeds 0.020%, a large amount of sulfide containing REM is generated, and the machinability of the steel material for bolts deteriorates.
Therefore, the REM content is preferably 0.020% or less in total of the 17 elements, more preferably more than 0% to 0.020%, still more preferably 0.005% to 0.015%.
Ｓｎ：０．２０％以下
Ｓｎは耐食性を高める元素であり、ボルトに含有させてもよい。Ｓｎ量が多量になると、高温延性が低下し、鋳造時の割れが生じる可能性が高まるため、Ｓｎ量の上限は０．２０％が好ましい。一方、Ｓｎ量の下限は０．００５％が好ましく、０．１０％がより好ましい。
Sn: 0.20% or less Sn is an element that enhances corrosion resistance and may be contained in bolts. When the Sn amount is large, the high temperature ductility is lowered and the possibility of cracking during casting is increased. Therefore, the upper limit of the Sn amount is preferably 0.20%. On the other hand, the lower limit of the Sn amount is preferably 0.005%, more preferably 0.10%.
Ｂｉ：０．２０％以下
Ｂｉは加工性を高める元素であり、ボルトに含有させてもよい。Ｂｉ量が多量になると、高温延性が低下し、鋳造時の割れが生じる可能性が高まるため、Ｂｉ量の上限は０．２０％が好ましい。一方、Ｂｉ量の下限は０．００５％が好ましく、０．１０％がより好ましい
Bi: 0.20% or less Bi is an element that enhances workability and may be contained in bolts. When the amount of Bi is large, the high temperature ductility is lowered and the possibility of cracking during casting is increased. Therefore, the upper limit of the amount of Bi is preferably 0.20%. On the other hand, the lower limit of the Bi amount is preferably 0.005%, more preferably 0.10%.
（その他任意元素）
本実施形態に係るボルトは、任意元素として、次の元素よりなる群から選択される少なくとも１種を含有してもよい。具体的には、これら任意元素を、各々０％〜後述する各元素の上限の範囲で含有してもよい。これら任意元素を後述する範囲でボルトに含んでも、ボルトの特性に影響はない。
Ｐｂ：０．０５％以下
Ｃｄ：０．０５％以下
Ｃｏ：０．０５％以下
Ｚｎ：０．０５％以下
Ｃａ：０．０２％以下
Ｚｒ：０．０２％以下
(Other optional elements)
The bolt according to the present embodiment may contain at least one selected from the group consisting of the following elements as an optional element. Specifically, each of these arbitrary elements may be contained in the range of 0% to the upper limit of each element described later. Even if these arbitrary elements are contained in the bolt in the range described later, the characteristics of the bolt are not affected.
Pb: 0.05% or less Cd: 0.05% or less Co: 0.05% or less Zn: 0.05% or less Ca: 0.02% or less Zr: 0.02% or less
本実施形態におけるボルトの化学組成の残部は、Ｆｅ及び不純物からなる。ここで、不純物とは、鋼の原料として利用される鉱石、スクラップ、又は製造過程の環境等から混入する元素を意味する。 The rest of the chemical composition of the bolt in this embodiment consists of Fe and impurities. Here, the impurity means an ore used as a raw material for steel, scrap, or an element mixed from the environment of the manufacturing process.
（Ｍ２Ｃ型炭化物）
本実施形態に係るボルトは、長さ５ｎｍ以上のＭ２Ｃ型炭化物が、単位体積０．００１μｍ３当たり１０個以上存在することが好ましい。
焼戻し過程で析出する微細なＭ２Ｃ型炭化物（Ｍｏと、Ｃｒ、Ｗ及びＶの少なくとも１種と、を含む炭化物）は、ＶＣ、Ｍｏ２Ｃ等に比べ、水素トラップ能が高く、耐遅れ破壊特性の向上に寄与する。
ここで、Ｍ２Ｃ型炭化物は、Ｍ（金属元素）に対し、ＭｏとＣｒ、Ｗ及びＶの少なくとも１種とを合計で７０原子％以上含むＭ２Ｃ型炭化物である。
具体的には、微細なＭ２Ｃ型炭化物は、（Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗ、Ｖ）２Ｃ、（Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗ）２Ｃ、（Ｍｏ、Ｃｒ、Ｖ）２Ｃ、（Ｍｏ、Ｃｒ）２Ｃ、（Ｍｏ、Ｗ）２Ｃ、（Ｍｏ、Ｖ）２Ｃが該当する。これらＭ２Ｃ型炭化物は、ＶＣ、Ｍｏ２Ｃ等に比べ、水素トラップ能が高く、耐遅れ破壊特性の向上に寄与する。
そのため、長さ５ｎｍ以上のＭ２Ｃ型炭化物を、所定量存在させることが好ましい。
よって、長さ５ｎｍ以上のＭ２Ｃ型炭化物の個数密度（単位体積０．００１μｍ３当たりに存在する長さ５ｎｍ以上のＭ２Ｃ型炭化物の個数）は、１０個以上が好ましい。
耐遅れ破壊特性の向上の観点から、Ｍ２Ｃ型炭化物の個数密度は、単位体積０．００１μｍ３当たり１５個以上がより好ましく、単位体積０．００１μｍ３当たり２０個以上がさらに好ましい。
ただし、Ｍ２Ｃ型炭化物の個数密度の上限は、伸び及び靱性の低下抑制の観点から、例えば、単位体積０．００１μｍ３当たり１００個以下とする。
(M 2 C type carbide)
Bolt according to the present embodiment, the length of 5nm or more M 2 C type carbides is preferably present unit volume 0.001 [mu] m 3 over 10 per.
Fine M 2 C type carbides precipitated in the tempering process (and Mo, Cr, and at least one W and V, a carbide containing) is, VC, compared with a Mo 2 C, etc., high hydrogen trapping ability, Re delayed Contributes to the improvement of fracture characteristics.
Here, the M 2 C type carbide is an M 2 C type carbide containing 70 atomic% or more in total of Mo and at least one of Cr, W and V with respect to M (metal element).
Specifically, fine M 2 C type carbides, (Mo, Cr, W, V) 2 C, (Mo, Cr, W) 2 C, (Mo, Cr, V) 2 C, (Mo, Cr ) 2 C, (Mo, W) 2 C, (Mo, V) 2 C. These M 2 C type carbides have higher hydrogen trapping ability than VC, Mo 2 C and the like, and contribute to the improvement of delayed fracture resistance.
Therefore, the above length 5nm of M 2 C-type carbide, it is preferable to present a predetermined amount.
Thus, more than M 2 C type carbides number density length 5nm (number of unit volume 0.001μm or more lengths of 5nm of present per 3 M 2 C type carbides) is preferably 10 or more.
From the viewpoint of improving the delayed fracture resistance, the number density of M 2 C type carbides is 15 or more and more preferably a unit volume of 0.001 [mu] m 3 per 20 or more per unit volume 0.001 [mu] m 3 is more preferable.
However, the upper limit of the number density of M 2 C-type carbide from the viewpoint of suppressing the reduction in elongation and toughness, for example, to 100 or less per unit volume 0.001 [mu] m 3.
Ｍ２Ｃ型炭化物の個数密度の測定は、薄膜法により薄膜試験片を作製し、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で測定する。
Ｍ２Ｃ型炭化物の成分の測定は、ＴＥＭに付属するエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）を用いて行う。
具体的には、次の通りである。
Measurements of the number density of M 2 C type carbides, a thin film specimen prepared by a thin film method, measured by a transmission electron microscope (TEM).
Measurement of the components of M 2 C-type carbide is performed using an energy dispersive X-ray analyzer that is included with the TEM (EDS).
Specifically, it is as follows.
測定対象となるボルトの軸部表面から深さ２ｍｍに位置し、かつボルトの表面と平行な面（以下「測定面」とも称する）を有する部位を採取し、薄膜法により薄膜試験片を作製する。 A part located at a depth of 2 mm from the surface of the shaft of the bolt to be measured and having a surface parallel to the surface of the bolt (hereinafter, also referred to as “measurement surface”) is sampled, and a thin film test piece is prepared by the thin film method. ..
ここで、薄膜法による薄膜試験片の作製は、次の通りである。まず、精密切断機により元材を厚さ０．５ｍｍに切断する。次に、Ｐ３２０〜１２００のエメリー紙を用いて両側から６０μｍ厚まで切削研磨を行い直径３ｍｍの試料を打抜く。その後、両面ジェット電解研磨を行い、中心部に穴が開くまで電解研磨を行い、ＴＥＭ観察用の薄膜試験片とする。電界研磨はテヌポールで行い、電解研磨液として１００ｍｌ過塩素酸−８００ｍｌ氷酢酸溶液−１００ｍｌメタノールを用い、電解研磨条件は３０Ｖ、０．１Ａとする。 Here, the production of the thin film test piece by the thin film method is as follows. First, the base material is cut to a thickness of 0.5 mm by a precision cutting machine. Next, using emery paper of P320 to 1200, cutting and polishing is performed from both sides to a thickness of 60 μm, and a sample having a diameter of 3 mm is punched out. Then, double-sided jet electropolishing is performed, and electropolishing is performed until a hole is formed in the center to obtain a thin film test piece for TEM observation. The electric field polishing is performed with Tenupol, 100 ml perchloric acid-800 ml glacial acetic acid solution-100 ml methanol is used as the electrolytic polishing liquid, and the electrolytic polishing conditions are 30V and 0.1A.
次に、Ｍ２Ｃ型炭化物の数密度を次の通り測定する。鉄のマトリクスの｛００１｝面に垂直な方向を電子線の入射方向として、薄膜試験片（その測定面）の任意の視野を倍率４０００００倍（観察面積０．２５μｍ×０．２５μｍ）で３視野観察する。Ｍ２Ｃ型炭化物は電子線回折パターン解析にて同定する。その後、観察画面の中心部の０．１μｍ×０．１μｍの領域に存在する全てのＭ２Ｃ型炭化物の長さと数を測定し、５ｎｍ以上の長さを有するＭ２Ｃ型炭化物の数を測定し、さらに膜厚を測定して、３つの視野それぞれの単位体積０．００１μｍ３当たりの「Ｍ２Ｃ型炭化物の個数密度」を求める。
ここで、Ｍ２Ｃ型炭化物の長さとは、観察されるＭ２Ｃ型炭化物の最大長さを意味する。
なお、ＴＥＭ観察は、ＦＥ−ＴＥＭにて加速電圧２００ｋＶにて実施する。
Next, the number density of M 2 C type carbides measured as follows. With the direction perpendicular to the {001} plane of the iron matrix as the incident direction of the electron beam, any field of view of the thin film test piece (the measurement surface thereof) is set to 3 fields of view at a magnification of 400,000 times (observation area 0.25 μm × 0.25 μm). Observe. M 2 C type carbides are identified by electron diffraction pattern analysis. After that, the length and number of all M 2 C type carbides existing in the region of 0.1 μm × 0.1 μm in the center of the observation screen are measured, and the number of M 2 C type carbides having a length of 5 nm or more is determined. measured, further measuring the thickness, we obtain the "number density of M 2 C type carbides" per 3 three field each unit volume 0.001 [mu] m.
Here, the length of M 2 C type carbides, the maximum length of the M 2 C type carbides observed.
The TEM observation is performed by FE-TEM at an accelerating voltage of 200 kV.
また、薄膜試料にて観察される５ｎｍ以上のＭ２Ｃ型炭化物において、金属元素Ｍが、Ｍｏと、Ｃｒ、Ｗ及びＶの少なくとも１種とを含むことは、ＥＤＳ分析により確認する。ただし、分析元素からＦｅは除く。 Further, in 5nm or more M 2 C type carbides observed in thin film sample, the metal element M include a Mo, Cr, and at least one of W and V is confirmed by EDS analysis. However, Fe is excluded from the analytical elements.
（引張強さ）
本実施形態に係るボルトにおいて、ボルトから引張り試験片を採取して測定した引張強さは１０００ＭＰａ以上である。
ボルトの引張強さは、ＪＩＳ Ｚ ２２４１：２０１１に従って測定される値である。
具体的には、ボルトの軸部から、平行部の直径がボルトの直径の５０％となる１４Ａ号試験片を切り出し、室温（２５℃）の大気中で引張試験を行い、引張強さを求める。
(Tensile strength)
In the bolt according to the present embodiment, the tensile strength measured by collecting a tensile test piece from the bolt is 1000 MPa or more.
The tensile strength of the bolt is a value measured according to JIS Z 2241: 2011.
Specifically, a No. 14A test piece having a parallel portion diameter of 50% of the bolt diameter is cut out from the bolt shaft portion, and a tensile test is performed in the air at room temperature (25 ° C.) to determine the tensile strength. ..
（トラップ水素量）
本実施形態に係るボルトにおいて、３．０質量％の塩化ナトリウム水溶液１Ｌ当たり３．０ｇのチオシアン酸アンモニウムを添加した室温の溶液中で、電流密度０．２ｍＡ／ｃｍ２で７２時間陰極水素チャージし、室温（２５℃）で４８時間静置した後のトラップ水素量は３．０ｐｐｍ以上が好ましい。
トラップ水素量が３．０ｐｐｍ未満であると、ボルトに侵入した水素が拡散し、旧オーステナイト結晶粒界に集積して、遅れ破壊が生じる危険性が高まることがある。そのため、トラップ水素量は３．０ｐｐｍ以上であることが好ましい。
(Amount of trap hydrogen)
In the bolt according to the present embodiment, the cathode hydrogen was charged at a current density of 0.2 mA / cm2 for 72 hours in a solution at room temperature to which 3.0 g of ammonium thiocyanate was added per 1 L of a 3.0 mass% sodium chloride aqueous solution. The amount of trapped hydrogen after standing at room temperature (25 ° C.) for 48 hours is preferably 3.0 ppm or more.
If the amount of trapped hydrogen is less than 3.0 ppm, the hydrogen that has entered the bolt may diffuse and accumulate at the former austenite grain boundaries, increasing the risk of delayed fracture. Therefore, the amount of trap hydrogen is preferably 3.0 ppm or more.
トラップ水素量は、ガスクロマトグラフによる昇温水素分析法で測定した。昇温速度１００℃／ 時間で、室温から４００℃までに試料から放出される水素量をトラップ水素量と定義する。なお、本実施形態における室温は２５℃とする。 The amount of trapped hydrogen was measured by a heated hydrogen analysis method using a gas chromatograph. The amount of hydrogen released from the sample from room temperature to 400 ° C. at a heating rate of 100 ° C./hour is defined as the amount of trap hydrogen. The room temperature in this embodiment is 25 ° C.
トラップ水素量の測定は、ボルトから採取した直径７ｍｍ、長さ７０ｍｍの丸棒試験片（トラップ水素量調査用の丸棒試験片）に対して、実施する。
ただし、上記大きさの丸棒試験片を採取できない場合、直径５ｍｍ、長さ２０ｍｍの丸棒試験片で代用し、同様の水素チャージと静置を行い、同様の昇温分析により、水素トラップ量を測定してもよい。
The trap hydrogen amount is measured on a round bar test piece having a diameter of 7 mm and a length of 70 mm (a round bar test piece for investigating the amount of trap hydrogen) collected from a bolt.
However, if a round bar test piece of the above size cannot be collected, a round bar test piece with a diameter of 5 mm and a length of 20 mm is used instead, the same hydrogen charge and standing are performed, and the same temperature rise analysis is performed to obtain a hydrogen trap amount. May be measured.
（耐遅れ破壊強度）
本実施形態に係るボルトは、実環境で使用するため、十分な耐遅れ破壊強度を備えることが好ましい。本実施形態に係るボルトにおいて、３．０質量％の塩化ナトリウム水溶液１Ｌ当たり３．０ｇのチオシアン酸アンモニウムを添加した室温（２５℃）の溶液中で、電流密度０．０３ｍＡ／ｃｍ２で２４時間陰極水素チャージした後、水素透過防止めっきを施し、９６時間放置した後、引張強さの０．９倍の一定荷重を負荷した時の、破断に至るまでの時間が１００時間以上であることが好ましい。１００時間で破断しなかった場合、耐遅れ破壊強度に優れると判断する。
ここで、水素透過防止めっきは、ボルト中に水素を閉じ込めるために行うものであり、溶融亜鉛めっきを用いる。
(Delayed fracture resistance)
Since the bolt according to this embodiment is used in a real environment, it is preferable that the bolt has sufficient delayed fracture resistance. In the bolt according to the present embodiment, in a solution at room temperature (25 ° C.) to which 3.0 g of ammonium thiocyanate was added per 1 L of a 3.0 mass% sodium chloride aqueous solution, the current density was 0.03 mA / cm 2 for 24 hours. After charging the cathode with hydrogen, applying hydrogen permeation prevention plating, leaving it for 96 hours, and then applying a constant load of 0.9 times the tensile strength, the time to break may be 100 hours or more. preferable. If it does not break in 100 hours, it is judged that the delayed fracture resistance is excellent.
Here, the hydrogen permeation prevention plating is performed to confine hydrogen in the bolt, and hot dip galvanizing is used.
耐遅れ破壊強度の測定は、ボルトから採取した直径７ｍｍ、長さ７０ｍｍの切欠き（切欠き部直径４．２ｍｍ、角度６０°）付き丸棒試験片（遅れ破壊試験片）に対して、実施する。
ただし、上記大きさの丸棒試験片を採取できない場合、直径５ｍｍの切欠き（切欠き部直径３．０ｍｍ、確度６０°）付き丸棒試験片で代用してもよい。長さは、チャッキングできる範囲であれば特に制約はない。
The delayed fracture strength was measured on a round bar test piece (delayed fracture test piece) with a notch (notch diameter 4.2 mm, angle 60 °) with a diameter of 7 mm and a length of 70 mm collected from a bolt. To do.
However, if a round bar test piece having the above size cannot be collected, a round bar test piece with a notch (notch diameter 3.0 mm, accuracy 60 °) having a diameter of 5 mm may be used instead. The length is not particularly limited as long as it can be chucked.
＜ボルト用鋼材＞
本実施形態に係るボルト用鋼材は、本実施形態に係るボルトの素材となる鋼材である。そして、本実施形態に係るボルト用鋼材は、本実施形態に係るボルトと同じ化学組成を有する。
<Steel for bolts>
The bolt steel material according to the present embodiment is a steel material that is a material for the bolt according to the present embodiment. The bolt steel material according to the present embodiment has the same chemical composition as the bolt according to the present embodiment.
＜ボルトの製造方法＞
以下、本実施形態に係るボルト用鋼材を用いて、本実施形態に係るボルトの製造方法の一例について詳述する。
<Bolt manufacturing method>
Hereinafter, an example of a method for manufacturing a bolt according to the present embodiment will be described in detail using the bolt steel material according to the present embodiment.
（ボルト形状に成形する工程）
本実施形態に係るボルトの化学組成を有する溶鋼を得た後、溶鋼を鋳造によりインゴットまたは鋳片とする。鋳造されたインゴットまたは鋳片は、熱間圧延、熱間押出、熱間鍛造などの熱間加工によって、丸棒など所要の粗形状を有する鋼材に仕上げる。その後、該鋼材に伸線、焼鈍、冷間加工、ねじ転造などを施して、所定のボルト形状に成形する。複数回の冷間加工の中間に、焼鈍または球状化焼鈍処理を複数回施してもよい。また、成形の工程に熱間加工を含めることもできる。
(Process of forming into a bolt shape)
After obtaining a molten steel having the chemical composition of the bolt according to the present embodiment, the molten steel is cast into an ingot or a slab. The cast ingot or slab is finished into a steel material having a required rough shape such as a round bar by hot working such as hot rolling, hot extrusion, and hot forging. After that, the steel material is subjected to wire drawing, annealing, cold working, screw rolling, etc. to form a predetermined bolt shape. Annealing or spheroidizing annealing may be performed multiple times in the middle of the plurality of cold workings. It is also possible to include hot working in the molding process.
（焼入れ・焼戻しを行う工程）
所定のボルト形状に成形した後、強度を付与するため、鋼をオーステナイト化以上の温度に加熱した後、水冷または油冷によって焼入れ処理を行う。なお、焼入れのための加熱温度（以下、「焼入れ加熱温度」という。）が低すぎると、Ｍｏ、Ｗ、Ｖの炭窒化物のマトリックス中への固溶が不十分となり、粗大な炭化物が残存する。その結果、焼戻し時に析出する微細なＭ２Ｃ型炭化物の量が少なくなるため、目的の強度及び水素トラップ効果を得ることができない。
(Process for quenching and tempering)
After forming into a predetermined bolt shape, in order to impart strength, the steel is heated to a temperature equal to or higher than austenitization, and then quenched by water cooling or oil cooling. If the heating temperature for quenching (hereinafter referred to as "quenching heating temperature") is too low, the solid solution of Mo, W, and V carbonitrides into the matrix becomes insufficient, and coarse carbides remain. To do. As a result, the amount of fine M 2 C type carbides precipitated during tempering is small, it is impossible to obtain the strength and hydrogen trapping effect of interest.
一方、焼入れ加熱温度を過度に高くすると、結晶粒の粗大化を招き、靭性及び耐遅れ破壊特性の劣化を招き、また、操業熱処理炉の炉体および付属部品の損傷が顕著になり、製造コストが上昇するため、好ましくない。
このため、焼入れ加熱温度は９７０〜１０５０℃とするのが好ましい。また、焼入れ加熱温度での保持時間は３０〜９０分とすることが好ましい。
On the other hand, if the quenching heating temperature is excessively high, the grain grains are coarsened, the toughness and the delayed fracture resistance are deteriorated, and the furnace body and accessory parts of the operational heat treatment furnace are significantly damaged, resulting in a manufacturing cost. Is not preferable because it increases.
Therefore, the quenching heating temperature is preferably 970 to 1050 ° C. Further, the holding time at the quenching heating temperature is preferably 30 to 90 minutes.
耐遅れ破壊強度を向上させるためには、上記の焼入れ処理を行った後に焼戻しを行う必要がある。そのため、焼戻しの温度を、５７０〜６９０℃に限定する必要がある。 In order to improve the delayed fracture resistance, it is necessary to perform tempering after performing the above quenching treatment. Therefore, it is necessary to limit the tempering temperature to 570 to 690 ° C.
焼戻し温度が５７０℃未満では、焼戻し時に析出するＭ２Ｃ型炭化物の析出が不十分で、目的の水素トラップ能、および遅れ破壊限界水素量を達成することができない。
一方、焼戻し温度が６９０℃超の場合は、Ｍ２Ｃ型炭化物がオストワルド成長し、目的の水素トラップ能、および遅れ破壊限界水素量を達成することができない。
そのため、焼戻し温度は５７０〜６９０℃に限定する。
なお、焼戻し温度の好ましい範囲は、５９０〜６６０℃である。
また、焼戻し温度での保持時間は３０〜９０分とすることが好ましい。
Is less than the tempering temperature of 570 ° C., M 2 C-type carbide precipitation which precipitated during tempering is insufficient, it is impossible to achieve the hydrogen trapping capacity of the object, and a delayed fracture critical amount of hydrogen.
On the other hand, if the tempering temperature is 690 ° C. greater, M 2 C type carbides Ostwald ripening, can not be achieved hydrogen trapping ability of interest, and a delayed fracture critical amount of hydrogen.
Therefore, the tempering temperature is limited to 570 to 690 ° C.
The preferred range of tempering temperature is 590 to 660 ° C.
The holding time at the tempering temperature is preferably 30 to 90 minutes.
以上の工程により、本実施形態に係るボルトが製造される。 By the above steps, the bolt according to this embodiment is manufactured.
以上に示すとおり、本実施形態に係るボルトは、最適な化学組成を備える鋼材に、最適な焼入れ焼戻しを施すことで、引張強さ、トラップ水素量及び遅れ破壊限界水素量の好適化を図ったものである。 As shown above, in the bolt according to the present embodiment, the tensile strength, the amount of trap hydrogen, and the amount of delayed fracture limit hydrogen are optimized by performing optimum quenching and tempering on a steel material having an optimum chemical composition. It is a thing.
次に、本発明の実施例について説明するが、以下に示す各条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一例にすぎず、本発明の条件はこの一例に限定されるものではない。本発明の実施においては、その要旨を逸脱せず、その目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用することができる。 Next, examples of the present invention will be described, but the conditions shown below are merely examples adopted for confirming the feasibility and effect of the present invention, and the conditions of the present invention are limited to this example. It's not something. In carrying out the present invention, various conditions can be adopted as long as the gist is not deviated and the object is achieved.
＜各種試験片の成形＞
（棒鋼の準備）
表１−１及び表１−２に示す化学組成を有する鋼（鋼Ｎｏ．Ａ〜Ｚ２及びＡＡ〜ＡＶ）をそれぞれ溶製し、熱間鍛造により、直径２０ｍｍ、長さ１０００ｍｍの棒鋼を準備した。
なお、表１−１及び表１−２において下線を付した数値は当該数値が本発明の範囲外であることを示す。また、表１−１及び表１−２における「−」は各元素が無添加であることを示す。また、式（１）及び式（２）において、「−」で表記された元素の含有量は「０」が代入される。そして、残部は、Ｆｅ及び不純物である。
表１−１及び表１−２の「式（２）」の欄内の値は、式（２）の左辺の式の値の小数点第５位を四捨五入した値であり、発明例３、比較例１３及び比較例１５は、いずれも式（２）を満たす。
<Molding of various test pieces>
(Preparation of steel bar)
Steels having the chemical compositions shown in Table 1-1 and Table 1-2 (Steel Nos. A to Z2 and AA to AV) were forged and hot forged to prepare steel bars having a diameter of 20 mm and a length of 1000 mm. ..
The numbers underlined in Tables 1-1 and 1-2 indicate that the values are outside the scope of the present invention. Further, "-" in Table 1-1 and Table 1-2 indicates that each element is not added. Further, in the formulas (1) and (2), "0" is substituted for the content of the element represented by "-". And the balance is Fe and impurities.
The values in the columns of "Equation (2)" in Table 1-1 and Table 1-2 are values obtained by rounding off the fifth decimal place of the value of the expression on the left side of the expression (2). Example 13 and Comparative Example 15 both satisfy the formula (2).
次に、ボルト製造を再現するため、表２の条件で焼入れ、焼戻しを施し、続いて、焼入れ、焼戻ししたボルト相当品の引張り強度、トラップ水素量の測定、および耐遅れ破壊強度を以下の方法で評価した。 Next, in order to reproduce the bolt production, quenching and tempering were performed under the conditions shown in Table 2, and then the tensile strength, the trap hydrogen amount, and the delayed fracture resistance of the hardened and tempered bolt equivalent were measured by the following methods. Evaluated in.
（焼入れの実施）
上記のようにして得た直径２０ｍｍ、長さ１０００ｍｍの丸棒を切断し、直径２０ｍｍ、長さ３００ｍｍの丸棒を切り出し、表２に記載の温度で焼入れを行った。焼入れ加熱温度での保持時間は６０分とした。その後、６０℃に保持した油槽へ焼入れを行った。
(Implementation of quenching)
A round bar having a diameter of 20 mm and a length of 1000 mm obtained as described above was cut, and a round bar having a diameter of 20 mm and a length of 300 mm was cut out and quenched at the temperatures shown in Table 2. The holding time at the quenching heating temperature was 60 minutes. Then, quenching was carried out in an oil tank kept at 60 ° C.
（焼戻しの実施）
油焼入れ後、表２に記載の温度で焼戻しを行った。焼戻し温度での保持時間は６０分とし、焼戻し後の冷却は空冷した。
(Implementation of tempering)
After oil quenching, tempering was performed at the temperatures shown in Table 2. The holding time at the tempering temperature was 60 minutes, and the cooling after tempering was air cooling.
（引張試験片）
上記の焼入れ焼戻し処理後の直径２０ｍｍ、長さ３００ｍｍの丸棒から、全長７０ｍｍ、平行部の直径６ｍｍ、長さ３２ｍｍの平滑引張試験片（１４Ａ号試験片）を採取した。
(Tensile test piece)
A smooth tensile test piece (No. 14A test piece) having a total length of 70 mm, a parallel portion having a diameter of 6 mm and a length of 32 mm was collected from the round bar having a diameter of 20 mm and a length of 300 mm after the above quenching and tempering treatment.
（トラップ水素量調査用の試験片作製）
上記の焼入れ焼戻し処理後の直径２０ｍｍ、長さ３００ｍｍの丸棒から、直径７ｍｍ、長さ７０ｍｍの丸棒を採取し、トラップ水素量調査用の丸棒試験片とした。
(Preparation of test pieces for trap hydrogen amount investigation)
A round bar having a diameter of 7 mm and a length of 70 mm was collected from the round bar having a diameter of 20 mm and a length of 300 mm after the above quenching and tempering treatment, and used as a round bar test piece for investigating the amount of trapped hydrogen.
（耐遅れ破壊強度の試験片の作製）
上記の焼入れ焼戻し処理後の直径２０ｍｍ、長さ３００ｍｍの丸棒から、直径７ｍｍ、長さ７０ｍｍの切欠き（切欠き部直径４．２ｍｍ、角度６０°）付き丸棒試験片を採取し、耐遅れ破壊強度の試験片とした。
(Preparation of test pieces with delayed fracture resistance)
From the round bar having a diameter of 20 mm and a length of 300 mm after the above quenching and tempering treatment, a round bar test piece having a notch (notch diameter 4.2 mm, angle 60 °) having a diameter of 7 mm and a length of 70 mm was collected and withstood. A test piece with delayed fracture strength was used.
以上のようにして、製造Ｎｏ．１〜５４の引張試験片、製造Ｎｏ．１〜５４のトラップ水素量調査用の試験片、及び製造Ｎｏ．１〜５４の遅れ破壊強度の試験片を、それぞれ得た。ただし、製造Ｎｏ．４０については焼割れが発生したため、以降の試験を中断した。 As described above, the production No. Tensile test pieces 1 to 54, manufacturing No. Test pieces for investigating the amount of trap hydrogen of 1 to 54, and production No. Test pieces having delayed fracture strengths of 1 to 54 were obtained, respectively. However, the production No. For 40, the subsequent test was interrupted because a burn crack occurred.
＜各試験片を用いた性能評価＞
（長さ５ｎｍ以上のＭ２Ｃ型炭化物の個数密度）
長さ５ｎｍ以上のＭ２Ｃ型炭化物の個数密度（単位体積０．００１μｍ２当たりの個数）は、既述の通り測定した。そして、次の基準で評価した。
Ａ：Ｍ２Ｃ型炭化物の個数密度が１０個／０．００１μｍ３以上１４個／０．００１μｍ３以下
Ｂ：Ｍ２Ｃ型炭化物の個数密度が１５個／０．００１μｍ３以上１９個／０．００１μｍ３以下
Ｃ：Ｍ２Ｃ型炭化物の個数密度が２０個／０．００１μｍ３以上１００個／０．００１μｍ３以下
Ｄ：Ｍ２Ｃ型炭化物の個数密度が９個／０．００１μｍ３以下
<Performance evaluation using each test piece>
(Number density of M 2 C type carbides or length 5 nm)
The number density (number per unit volume 0.001 μm 2 ) of M 2 C type carbide having a length of 5 nm or more was measured as described above. Then, it was evaluated according to the following criteria.
A: Number density of M 2 C type carbide is 10 pieces / 0.001 μm 3 or more 14 pieces / 0.001 μm 3 or less B: Number density of M 2 C type carbide is 15 pieces / 0.001 μm 3 or more 19 pieces / 0 .001 μm 3 or less C: M 2 C-type carbide number density is 20 / 0.001 μm 3 or more 100 / 0.001 μm 3 or less D: M 2 C-type carbide number density is 9 / 0.001 μm 3 or less
（引張強さ）
引張強さは、既述の通り測定した。
具体的には、上記の手順で作製した引張試験片を用い、ＪＩＳ Ｚ ２２４１：２０１１に準拠して、室温（２５℃）の大気中で引張試験を行い、引張強さを求めた。
(Tensile strength)
The tensile strength was measured as described above.
Specifically, using the tensile test piece prepared by the above procedure, a tensile test was conducted in the air at room temperature (25 ° C.) in accordance with JIS Z 2241: 2011 to determine the tensile strength.
（トラップ水素量）
トラップ水素量は、既述の通り測定した。
具体的には、上記の手順で作製した直径７ｍｍ、長さ７０ｍｍの丸棒試験片に、３．０質量％の塩化ナトリウム水溶液１Ｌ当たり３．０ｇのチオシアン酸アンモニウムを添加した室温（２５℃）の溶液中で、電流密度０．２ｍＡ／ｃｍ２で７２時間陰極水素チャージを行った。その後、室温（２５℃）で４８時間静置した。そして、ガスクロマトグラフを用い、昇温速度１００℃／時間で、室温（２５℃）から４００℃まで昇温し、丸棒試験片から放出される水素量を測定した。
(Amount of trap hydrogen)
The amount of trap hydrogen was measured as described above.
Specifically, at room temperature (25 ° C.), 3.0 g of ammonium thiocyanate was added to 1 L of a 3.0 mass% sodium chloride aqueous solution to a round bar test piece having a diameter of 7 mm and a length of 70 mm prepared by the above procedure. In the solution of, cathode hydrogen was charged for 72 hours at a current density of 0.2 mA / cm 2 . Then, it was allowed to stand at room temperature (25 ° C.) for 48 hours. Then, using a gas chromatograph, the temperature was raised from room temperature (25 ° C.) to 400 ° C. at a heating rate of 100 ° C./hour, and the amount of hydrogen released from the round bar test piece was measured.
（耐遅れ破壊強度試験）
トラップ水素量は、既述の通り測定した。
具体的には、上記の手順で作製した直径７ｍｍ×長さ７０ｍｍの切欠き（長さ中央部にＶ字状環状切欠き付き。切欠き深さ１．４ｍｍ、切欠き角度６０°、切欠き先端半径０．１７５ｍｍ）付き耐遅れ破壊試験片に、３．０質量％の塩化ナトリウム水溶液１Ｌ当たり３．０ｇのチオシアン酸アンモニウムを添加した室温（２５℃）の溶液中で、電流密度０．０３ｍＡ／ｃｍ２で２４時間陰極水素チャージした後、Ｚｎで水素透過防止めっきを施し、９６時間放置した後、引張強さの０．９倍の一定荷重を負荷し、破断に至るまでの時間を測定した。１００時間破断しなかった場合は試験を打ち切りとした。
(Delayed fracture strength test)
The amount of trap hydrogen was measured as described above.
Specifically, a notch having a diameter of 7 mm and a length of 70 mm produced by the above procedure (with a V-shaped annular notch in the center of the length. Notch depth 1.4 mm, notch angle 60 °, notch) A current density of 0.03 mA in a solution at room temperature (25 ° C.) in which 3.0 g of ammonium thiocyanate was added per 1 L of a 3.0 mass% sodium chloride aqueous solution to a delayed fracture resistance test piece with a tip radius of 0.175 mm). / cm 2 after 24 hours cathode hydrogen charging, subjected to hydrogen permeation prevention plated with Zn, after standing 96 hours, a constant load of 0.9 times the tensile strength and load, measuring the time until fracture did. If it did not break for 100 hours, the test was terminated.
Ｍ２Ｃ型炭化物の個数密度、引張強さ、トラップ水素量、及び遅れ破壊有無の結果を表２に記載する。なお、表２中の下線を付した数値は当該数値が本発明の範囲外であることを示す。また、表２中の符号“−”は、引張強さ等の必要条件を満たさなかったため、試験を行わなかったことを意味する。 Number density of M 2 C type carbides, tensile strength, trap hydrogen amount, and the results of the delayed fracture whether listed in Table 2. The underlined values in Table 2 indicate that the values are outside the scope of the present invention. Further, the symbol "-" in Table 2 means that the test was not performed because the necessary conditions such as tensile strength were not satisfied.
表１−１、表１−２及び表２から明らかなように、化学組成、並びに、焼入れ焼戻しの条件について好適化を図った発明例１〜２８（製造Ｎｏ．１〜２８）は、いずれも、引張強さが高く、また、トラップ水素量が高く、遅れ破壊が生じなかったことから、優れた強度と耐遅れ破壊特性が得られていることが判る。 As is clear from Table 1-1, Table 1-2, and Table 2, all of Invention Examples 1-28 (Production Nos. 1-28) in which the chemical composition and the conditions of quenching and tempering are optimized are all. Since the tensile strength was high, the trap hydrogen amount was high, and delayed fracture did not occur, it can be seen that excellent strength and delayed fracture resistance were obtained.
尚、発明例１、１８は、本発明の組成要件を満たすが、焼入れ条件が好適な範囲から若干外れる製造条件で製造された。発明例１８は、他の発明例に比べて焼入れ温度が高い製造条件で製造されており、その強度は他の発明例に比べて若干大きい。そのため、強度−延性バランスに関しては、他の発明例の方が相対的に優れている。また、発明例１は、他の発明例に比べて焼入れ温度が低い製造条件で製造されており、強度に関しては、他の発明例の方が相対的に優れている。 Inventive Examples 1 and 18 were produced under production conditions that satisfy the composition requirements of the present invention, but the quenching conditions are slightly out of the preferable range. Invention Example 18 is manufactured under production conditions in which the quenching temperature is higher than that of other invention examples, and its strength is slightly higher than that of other invention examples. Therefore, the strength-ductility balance of the other inventions is relatively superior. Further, Invention Example 1 is manufactured under manufacturing conditions in which the quenching temperature is lower than that of other Invention Examples, and the other Invention Examples are relatively superior in terms of strength.
これに対し、化学組成、並びに、焼入れ焼戻しの条件について、少なくともいずれかについて好適化を図っていない比較例１〜２６（製造Ｎｏ．２９〜５４）については、いずれも、耐遅れ破壊特性が不十分であることが判る。
また、比較例３、１１及び２１は、強度が不十分であり、比較例１、２、４〜６、８〜１０、１３〜１５、１７〜２０、２２〜２６はいずれも十分なトラップ水素量が得られていない。
なお、比較例１６は、トラップ水素量は高くても鋼成分のＡｌ量が０．１００より高いため、Ａｌを含む酸化物系介在物が多数存在し、破壊の起点が多数形成され遅れ破壊特性が低下している
On the other hand, in Comparative Examples 1 to 26 (Production Nos. 29 to 54) in which at least one of the chemical composition and the conditions of quenching and tempering was not optimized, the delayed fracture resistance was not good. It turns out to be enough.
Further, Comparative Examples 3, 11 and 21 have insufficient strength, and Comparative Examples 1, 2, 4 to 6, 8 to 10, 13 to 15, 17 to 20, and 22 to 26 all have sufficient trap hydrogen. Not available in quantity.
In Comparative Example 16, even if the trap hydrogen amount is high, the Al amount of the steel component is higher than 0.100. Is declining
本発明によれば、高強度で、かつ、優れた耐遅れ破壊強度を示すボルト、およびその素材となるボルト用鋼材を提供できる。
According to the present invention, it is possible to provide a bolt having high strength and exhibiting excellent delayed fracture resistance, and a steel material for bolts as a material thereof.
Claims (6)
Ｃ ：０．１０〜０．３４％、
Ｓｉ：０．０２〜０．１０％、
Ｍｎ：０．４０〜２．５０％、
Ｃｒ：０〜０．５０％、
Ｍｏ：１．５０〜５．００％、
Ｗ ：０〜４．００％、
Ｖ ：０〜１．００％、
Ａｌ：０．０１０〜０．１００％、
Ｎ：０．００１０〜０．０１５０％、
Ｐ：０．０１５％以下、および
Ｓ：０．０１５％以下、
を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
かつ、下記式（１）、および下記式（２）を満たし、
ボルトの軸部表面から深さ２ｍｍに位置し、かつボルトの表面と平行な部位において、長さ５ｎｍ以上のＭ２Ｃ型炭化物が、単位体積０．００１μｍ３当たり１０個以上存在する、
引張強さが、１０００ＭＰａ以上であるボルト。
０．１０＜（２Ｖ＋０．５Ｗ＋０．４Ｃｒ）／Ｍｏ＜０．５０ ・・・（１）
Ｍｏ／９５．９５＋Ｖ／５０．９４＋Ｗ／１８３．８−Ｃ／６．０＞０・・・（２）
但し、Ｍは金属元素を表し、式（１）、および式（２）において、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｃｒ、およびＣには、それぞれボルトが含有するＭｏ、Ｖ、Ｗ、Ｃｒ、およびＣの含有量（質量％）が代入され、該当する元素が含まれないときは該当する元素記号に０が代入される。また、式（２）の左辺の式の値が小数点以下で０超になる組成は、式（２）を満たすとする。 The composition is by mass%
C: 0.10 to 0.34%,
Si: 0.02 to 0.10%,
Mn: 0.40-2.50%,
Cr: 0 to 0.50%,
Mo: 1.50 to 5.00%,
W: 0-4.00%,
V: 0-1.00%,
Al: 0.010 to 0.100%,
N: 0.0010 to 0.0150%,
P: 0.015% or less, and S: 0.015% or less,
Contains,
The rest consists of Fe and impurities
And the following formula (1) and the following formula (2) are satisfied,
Located at a depth of 2mm from the shank surface of the bolt, and in parallel to the surface portion of the bolt, the length of 5nm or more M 2 C-type carbide is present per unit volume 0.001 [mu] m 3 10 or more per
Bolts with a tensile strength of 1000 MPa or more.
0.10 <(2V + 0.5W + 0.4Cr) / Mo <0.50 ... (1)
Mo / 95.95 + V / 50.94 + W / 183.8-C / 6.0> 0 ... (2)
However, M represents a metal element, and in the formulas (1) and (2), Mo, V, W, Cr, and C are Mo, V, W, Cr, and C contained in the bolt, respectively. The content (mass%) is substituted, and when the corresponding element is not included, 0 is substituted for the corresponding element symbol. Further, it is assumed that the composition in which the value of the equation on the left side of the equation (2) exceeds 0 after the decimal point satisfies the equation (2).
Ｔｉ：０．１００％以下、
Ｎｂ：０．１００％以下、
Ｂ ：０．００５０％以下、
Ｎｉ：０．２０％以下、
Ｃｕ：０．２０％以下、
ＲＥＭ：０．０２０％以下、
Ｓｎ：０．２０％以下、および
Ｂｉ：０．２０％以下
よりなる群から選択される少なくとも１種をさらに含有する、請求項１に記載のボルト。 The composition is mass%
Ti: 0.100% or less,
Nb: 0.100% or less,
B: 0.0050% or less,
Ni: 0.20% or less,
Cu: 0.20% or less,
REM: 0.020% or less,
The bolt according to claim 1, further comprising at least one selected from the group consisting of Sn: 0.20% or less and Bi: 0.20% or less.
Ｐｂ：０．０５％以下、
Ｃｄ：０．０５％以下、
Ｃｏ：０．０５％以下、
Ｚｎ：０．０５％以下、
Ｃａ：０．０２％以下、および
Ｚｒ：０．０２％以下、
よりなる群から選択される少なくとも１種をさらに含有する、請求項１又は請求項２に記載のボルト。 The composition is mass%
Pb: 0.05% or less,
Cd: 0.05% or less,
Co: 0.05% or less,
Zn: 0.05% or less,
Ca: 0.02% or less, and Zr: 0.02% or less,
The bolt according to claim 1 or 2, further comprising at least one selected from the group consisting of.
前記ボルトの組成を有するボルト用鋼材。
A steel material for bolts, which is the material of the bolt according to any one of claims 1 to 5.
A steel material for bolts having the composition of the bolt.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019091329 | 2019-05-14 | ||
| JP2019091329 | 2019-05-14 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2020190027A true JP2020190027A (en) | 2020-11-26 |
| JP7464832B2 JP7464832B2 (en) | 2024-04-10 |
Family
ID=73453424
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020085413A Active JP7464832B2 (en) | 2019-05-14 | 2020-05-14 | Bolts and bolt steel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7464832B2 (en) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3548519B2 (en) | 2000-12-01 | 2004-07-28 | 新日本製鐵株式会社 | High strength steel with excellent hydrogen embrittlement resistance |
| JP4427010B2 (en) | 2004-07-05 | 2010-03-03 | 新日本製鐵株式会社 | High strength tempered steel with excellent delayed fracture resistance and method for producing the same |
| JP4555749B2 (en) | 2004-10-08 | 2010-10-06 | 新日本製鐵株式会社 | Method for improving delayed fracture resistance of high strength bolts |
| JP5177323B2 (en) | 2010-03-11 | 2013-04-03 | 新日鐵住金株式会社 | High-strength steel material and high-strength bolt excellent in delayed fracture resistance |
| JP6648659B2 (en) | 2015-09-28 | 2020-02-14 | 日本製鉄株式会社 | Machine structural parts |
-
2020
- 2020-05-14 JP JP2020085413A patent/JP7464832B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP7464832B2 (en) | 2024-04-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7188466B2 (en) | Bolts and steel materials for bolts | |
| JP6088252B2 (en) | Bolt and bolt manufacturing method | |
| KR20150119116A (en) | Abrasion resistant steel plate having low-temperature toughness and hydrogen embrittlement resistance, and manufacturing method therefor | |
| KR20190060805A (en) | Carbon steel sheet for carburizing and method of manufacturing steel sheet for carburizing | |
| JP2014043612A (en) | High strength steel excellent in delayed fracture resistance | |
| JPWO2017090738A1 (en) | Steel, carburized steel parts, and method of manufacturing carburized steel parts | |
| JP6460239B2 (en) | Steel sheet, hot-dip galvanized steel sheet, alloyed hot-dip galvanized steel sheet, and methods for producing them | |
| JP2021017623A (en) | Tool steel for hot work, excellent in thermal conductivity | |
| JP5600502B2 (en) | Steel for bolts, bolts and methods for producing bolts | |
| WO2016186033A1 (en) | Spring steel | |
| JPWO2017009936A1 (en) | Steel sheet, hot-dip galvanized steel sheet, alloyed hot-dip galvanized steel sheet, and methods for producing them | |
| JP2008214736A (en) | Wear resistant steel sheet having excellent workability, and method for producing the same | |
| JP2019173160A (en) | Low alloy steel excellent in hydrogen embrittlement resistance | |
| JP5017937B2 (en) | Wear-resistant steel plate with excellent bending workability | |
| JP7457234B2 (en) | Bolts and bolt manufacturing methods | |
| JP7464832B2 (en) | Bolts and bolt steel | |
| JP2004360022A (en) | HIGH-STRENGTH Al-PLATED WIRE OR BOLT EXCELLENT IN DELAYED FRACTURE RESISTANCE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME | |
| JP7164032B2 (en) | Bolts and steel materials for bolts | |
| JP6648659B2 (en) | Machine structural parts | |
| JP6729265B2 (en) | Low alloy steel | |
| JP2015187302A (en) | Steel sheet and method for manufacturing steel sheet | |
| JP2007231321A (en) | Wear resistant steel sheet | |
| JP7273295B2 (en) | Steel for bolts, bolts, and method for manufacturing bolts | |
| JP2007262429A (en) | Wear-resistant steel sheet excellent in bendability | |
| JP6682886B2 (en) | High strength low alloy steel and method for producing the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230119 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240208 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240227 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240311 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7464832 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |