JP3400886B2 - 水素侵入阻止効果に優れた高張力ボルト用鋼 - Google Patents
水素侵入阻止効果に優れた高張力ボルト用鋼Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は引張強さ１２５０ＭＰａ
以上を有する水素侵入阻止効果に優れた高張力ボルト用
鋼に関するものである。
以上を有する水素侵入阻止効果に優れた高張力ボルト用
鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】自動車や産業用機械の高性能化、また建
築構造物の大型化に伴い、引張強さが１２５０ＭＰａ以
上の高張力ボルトの開発が要求されている。高張力ボル
トは、例えばＪＩＳ Ｇ ４１０５で規定されているＳ
ＣＭ４３５、ＳＣＭ４４０などの低合金鋼に焼入れ、焼
戻し処理を施すことによって製造されている。しかしな
がらこのような低合金鋼を実用に供した場合、引張強さ
が１２５０ＭＰａ以上になると腐食などにより鋼材中に
侵入する水素による脆化が著しくなり、使用中にボルト
が突然破断する「遅れ破壊」が顕著に現れる。このため
引張強さが１２５０ＭＰａを越える鋼材は自動車、橋梁
などの重要部品であるボルトには適用できず、ボルトの
高強度化は１０００ＭＰａ級、１１００ＭＰａ級で停滞
しているのが現状である。
築構造物の大型化に伴い、引張強さが１２５０ＭＰａ以
上の高張力ボルトの開発が要求されている。高張力ボル
トは、例えばＪＩＳ Ｇ ４１０５で規定されているＳ
ＣＭ４３５、ＳＣＭ４４０などの低合金鋼に焼入れ、焼
戻し処理を施すことによって製造されている。しかしな
がらこのような低合金鋼を実用に供した場合、引張強さ
が１２５０ＭＰａ以上になると腐食などにより鋼材中に
侵入する水素による脆化が著しくなり、使用中にボルト
が突然破断する「遅れ破壊」が顕著に現れる。このため
引張強さが１２５０ＭＰａを越える鋼材は自動車、橋梁
などの重要部品であるボルトには適用できず、ボルトの
高強度化は１０００ＭＰａ級、１１００ＭＰａ級で停滞
しているのが現状である。
【０００３】このような要求に応える高張力ボルト用鋼
およびその製造方法が例えば特開昭５３−６５２１３号
公報、特開平５−１７１３５６号公報、特開平４−３２
９８４９号公報、特開平６−２５７４５号公報などのよ
うに提案されている。これらは遅れ破壊のき裂が旧オー
ステナイト粒界に沿って発生、伝ぱすることから、Ｐ、
Ｓなどの不純物を低減して粒界を強化し、組織制御の観
点からＭｏ、Ｃｒを添加して４００℃以上の高温焼戻し
を指向し、遅れ破壊の原因である水素が鋼材中に侵入し
ても容易に破壊に至らない特性を鋼に付与している。
およびその製造方法が例えば特開昭５３−６５２１３号
公報、特開平５−１７１３５６号公報、特開平４−３２
９８４９号公報、特開平６−２５７４５号公報などのよ
うに提案されている。これらは遅れ破壊のき裂が旧オー
ステナイト粒界に沿って発生、伝ぱすることから、Ｐ、
Ｓなどの不純物を低減して粒界を強化し、組織制御の観
点からＭｏ、Ｃｒを添加して４００℃以上の高温焼戻し
を指向し、遅れ破壊の原因である水素が鋼材中に侵入し
ても容易に破壊に至らない特性を鋼に付与している。
【０００４】しかし、上記の方法を用いてもある濃度以
上の水素が鋼材中に侵入すれば遅れ破壊が引き起こされ
るという問題がある。例えば鉄と鋼 第７９巻 第２号
に示されているように、高張力ボルトの遅れ破壊は極め
て微量の拡散性水素で引き起こされる。このため、近年
の酸性雨などの使用環境の悪化を考えると上記の粒界強
化のみでは遅れ破壊の懸念を完全に払拭することはでき
ない。従って、さらに耐遅れ破壊特性を向上させるに
は、遅れ破壊の原因である水素を鋼材中に侵入し難くす
ることが効果的である。
上の水素が鋼材中に侵入すれば遅れ破壊が引き起こされ
るという問題がある。例えば鉄と鋼 第７９巻 第２号
に示されているように、高張力ボルトの遅れ破壊は極め
て微量の拡散性水素で引き起こされる。このため、近年
の酸性雨などの使用環境の悪化を考えると上記の粒界強
化のみでは遅れ破壊の懸念を完全に払拭することはでき
ない。従って、さらに耐遅れ破壊特性を向上させるに
は、遅れ破壊の原因である水素を鋼材中に侵入し難くす
ることが効果的である。
【０００５】メッキなどの表面処理によらずこれを実現
したものは少ないが、特開昭５５−９４４６３号公報は
０．０３％超のＰ添加が有効であるとしている。しかし
Ｐの添加では前述の粒界強化を図ることができず、耐遅
れ破壊特性を劣化させるという問題がある。また特開平
５−７０８９０号公報はＳｉ、Ｎｉの同時添加が鋼材へ
の水素侵入・拡散を抑制するとしているが、Ｎｉ、Ｓｉ
の同時添加はボルトの加工性を損なうという問題があ
る。また特開平６−１８５５１３号公報は加工転位の導
入によって水素の拡散を抑制できるとしているが、冷間
引き抜きが必須であるため、その製造が現行工程と比べ
て著しくコスト高となるという問題がある。従って、以
上のいずれの開示された技術も耐遅れ破壊特性の向上に
有効かつ簡便な方法とは言えず、依然として水素侵入阻
止効果に優れた高張力ボルト用鋼が産業界から要求され
ている。
したものは少ないが、特開昭５５−９４４６３号公報は
０．０３％超のＰ添加が有効であるとしている。しかし
Ｐの添加では前述の粒界強化を図ることができず、耐遅
れ破壊特性を劣化させるという問題がある。また特開平
５−７０８９０号公報はＳｉ、Ｎｉの同時添加が鋼材へ
の水素侵入・拡散を抑制するとしているが、Ｎｉ、Ｓｉ
の同時添加はボルトの加工性を損なうという問題があ
る。また特開平６−１８５５１３号公報は加工転位の導
入によって水素の拡散を抑制できるとしているが、冷間
引き抜きが必須であるため、その製造が現行工程と比べ
て著しくコスト高となるという問題がある。従って、以
上のいずれの開示された技術も耐遅れ破壊特性の向上に
有効かつ簡便な方法とは言えず、依然として水素侵入阻
止効果に優れた高張力ボルト用鋼が産業界から要求され
ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題を
解決するものであって、１２５０ＭＰａ以上の引張強さ
を有し、同時に水素侵入阻止効果に優れた高張力ボルト
用鋼を提供することを目的とする。詳細には現在ボルト
用鋼として一般に使用されている１０００ＭＰａ級、１
１００ＭＰａ級に調質したＪＩＳ Ｇ ４１０５で規定
されているＳＣＭ４３５、ＳＣＭ４４０などの低合金鋼
が遅れ破壊を引き起こす水素量が侵入しても遅れ破壊を
起こさず、同時に厳しい腐食環境中でも水素が侵入し難
い、引張強さ１２５０ＭＰａ以上を有する高張力ボルト
用鋼を提供することを目的とする。
解決するものであって、１２５０ＭＰａ以上の引張強さ
を有し、同時に水素侵入阻止効果に優れた高張力ボルト
用鋼を提供することを目的とする。詳細には現在ボルト
用鋼として一般に使用されている１０００ＭＰａ級、１
１００ＭＰａ級に調質したＪＩＳ Ｇ ４１０５で規定
されているＳＣＭ４３５、ＳＣＭ４４０などの低合金鋼
が遅れ破壊を引き起こす水素量が侵入しても遅れ破壊を
起こさず、同時に厳しい腐食環境中でも水素が侵入し難
い、引張強さ１２５０ＭＰａ以上を有する高張力ボルト
用鋼を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の目的
を達成するために数多くの実験を重ねた結果、（１）Ｗ
をある成分範囲で添加することによって厳しい腐食環境
中でも水素が侵入し難い特性を付与することができる。
特に従来技術の問題点であるＰ添加による粒界の弱化、
Ｓｉ、Ｎｉ同時添加による加工性の悪化、冷間引き抜き
による製造工程の増加等コスト高を招くことなく、鋼材
中に侵入する水素量を著しく減少できることを知見し、
粒界強化効果、水素侵入抑止効果を同時に実現する方策
を見い出した。（２）さらに、Ｗ添加の効果をより顕著
に発揮させるためには、粒界を強化することが重要であ
ることを見い出した。すなわち、Ｗを添加するととも
に、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｖをある成分範囲で複合添加して４５
０℃以上の温度域で焼戻しを施すことにより低温焼戻し
脆性域を回避し、粒界炭化物の形態を制御すること、旧
オーステナイト粒を微細化すること、粒界に偏析する不
純物であるＳ、Ｐ量を規制することによって粒界強化が
図られ、耐遅れ破壊特性が向上することを見い出した。
を達成するために数多くの実験を重ねた結果、（１）Ｗ
をある成分範囲で添加することによって厳しい腐食環境
中でも水素が侵入し難い特性を付与することができる。
特に従来技術の問題点であるＰ添加による粒界の弱化、
Ｓｉ、Ｎｉ同時添加による加工性の悪化、冷間引き抜き
による製造工程の増加等コスト高を招くことなく、鋼材
中に侵入する水素量を著しく減少できることを知見し、
粒界強化効果、水素侵入抑止効果を同時に実現する方策
を見い出した。（２）さらに、Ｗ添加の効果をより顕著
に発揮させるためには、粒界を強化することが重要であ
ることを見い出した。すなわち、Ｗを添加するととも
に、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｖをある成分範囲で複合添加して４５
０℃以上の温度域で焼戻しを施すことにより低温焼戻し
脆性域を回避し、粒界炭化物の形態を制御すること、旧
オーステナイト粒を微細化すること、粒界に偏析する不
純物であるＳ、Ｐ量を規制することによって粒界強化が
図られ、耐遅れ破壊特性が向上することを見い出した。
【０００８】具体的な方策としては、（１）０．０１〜
２．００％のＷ添加によって厳しい腐食環境である３６
％塩酸浸漬においても鋼材中に水素が侵入し難い特性
を、粒界の弱化、加工性の悪化、製造コストの上昇を招
くことなく鋼材に付与し、（２）焼戻し時に顕著な二次
硬化を起こす元素であるＭｏ、Ｃｒ、Ｖの複合添加によ
り４５０℃以上の高温焼戻しにおいても強度１２５０Ｍ
Ｐａ以上を達成することを可能とし、（３）０．２０％
超１．０％以下のＶ添加によって組織を微細化し、
（４）粒界に偏析する不純物であるＰ、Ｓを低減して旧
オーステナイト粒界を強化することにより、耐遅れ破壊
特性を大幅に向上させることによって本発明を完成させ
るに至ったものである。
２．００％のＷ添加によって厳しい腐食環境である３６
％塩酸浸漬においても鋼材中に水素が侵入し難い特性
を、粒界の弱化、加工性の悪化、製造コストの上昇を招
くことなく鋼材に付与し、（２）焼戻し時に顕著な二次
硬化を起こす元素であるＭｏ、Ｃｒ、Ｖの複合添加によ
り４５０℃以上の高温焼戻しにおいても強度１２５０Ｍ
Ｐａ以上を達成することを可能とし、（３）０．２０％
超１．０％以下のＶ添加によって組織を微細化し、
（４）粒界に偏析する不純物であるＰ、Ｓを低減して旧
オーステナイト粒界を強化することにより、耐遅れ破壊
特性を大幅に向上させることによって本発明を完成させ
るに至ったものである。
【０００９】図１、図２に水素侵入阻止効果におよぼす
Ｗ添加の影響を示す。これは、９２０℃×６０分で焼入
れ、５５０℃×３０分で焼戻し処理し、引張強さ１２５
ｋｇｆ／ｍｍ3 以上に調質した２２ｍｍφの棒鋼を切削
加工し、３６％塩酸に所定時間浸漬して強制的に鋼材中
に水素を吸蔵させたのち、熱的分析法により鋼材中の拡
散性水素量を測定したものである。
Ｗ添加の影響を示す。これは、９２０℃×６０分で焼入
れ、５５０℃×３０分で焼戻し処理し、引張強さ１２５
ｋｇｆ／ｍｍ3 以上に調質した２２ｍｍφの棒鋼を切削
加工し、３６％塩酸に所定時間浸漬して強制的に鋼材中
に水素を吸蔵させたのち、熱的分析法により鋼材中の拡
散性水素量を測定したものである。
【００１０】図１から明らかなように、Ｗの添加は厳し
い腐食環境下においても水素侵入を抑制するのに極めて
有効であることがわかる。図２は上記の試験片の塩酸浸
漬による腐食減量を測定したものである。Ｗを添加する
ことにより、鋼材に腐食し難い特性を付与することがで
きることを示している。
い腐食環境下においても水素侵入を抑制するのに極めて
有効であることがわかる。図２は上記の試験片の塩酸浸
漬による腐食減量を測定したものである。Ｗを添加する
ことにより、鋼材に腐食し難い特性を付与することがで
きることを示している。
【００１１】図３に耐遅れ破壊特性におよぼすＷ添加の
影響を示す。Ｍｏ、Ｃｒ、Ｖを本発明の成分範囲で複合
添加することによりＳＣＭ４４０よりも限界拡散性水素
量が増加し、耐遅れ破壊特性が向上すること、さらにＭ
ｏ、Ｃｒ、Ｖを本発明の成分範囲で複合添加した鋼にＷ
を添加することにより、さらに耐遅れ破壊特性が向上す
ることを示している。
影響を示す。Ｍｏ、Ｃｒ、Ｖを本発明の成分範囲で複合
添加することによりＳＣＭ４４０よりも限界拡散性水素
量が増加し、耐遅れ破壊特性が向上すること、さらにＭ
ｏ、Ｃｒ、Ｖを本発明の成分範囲で複合添加した鋼にＷ
を添加することにより、さらに耐遅れ破壊特性が向上す
ることを示している。
【００１２】本発明は、重量％で、Ｃ：０．１０〜０．
５０％、Ｓｉ：０．５０％以下、Ｍｎ：０．５０〜１．
５０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０２０％以
下、Ｃｒ：０．０５％超０．５％未満、Ｍｏ：０．５０
％超２．０％以下、Ａｌ：０．００５〜０．１００％、
Ｖ：０．２０％超１．０％以下、Ｗ：０．０１〜２．０
０％を含有し、
５０％、Ｓｉ：０．５０％以下、Ｍｎ：０．５０〜１．
５０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０２０％以
下、Ｃｒ：０．０５％超０．５％未満、Ｍｏ：０．５０
％超２．０％以下、Ａｌ：０．００５〜０．１００％、
Ｖ：０．２０％超１．０％以下、Ｗ：０．０１〜２．０
０％を含有し、
【００１３】または、さらに、Ｎｂ：０．００５〜０．
２０％、Ｚｒ：０．００５〜０．２０％、Ｔｉ：０．０
０５〜０．１０％、Ｂ：０．０００２〜０．００５０％
の１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可
避的不純物からなる水素侵入阻止効果に優れたボルト用
鋼と、上記の成分を有し、ボルト成形後に焼入れ処理を
行い、４５０℃以上の温度域で焼戻すことにより引張強
さ１２５０ＭＰａ以上となる水素侵入阻止効果に優れた
高張力ボルト用鋼にある。
２０％、Ｚｒ：０．００５〜０．２０％、Ｔｉ：０．０
０５〜０．１０％、Ｂ：０．０００２〜０．００５０％
の１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可
避的不純物からなる水素侵入阻止効果に優れたボルト用
鋼と、上記の成分を有し、ボルト成形後に焼入れ処理を
行い、４５０℃以上の温度域で焼戻すことにより引張強
さ１２５０ＭＰａ以上となる水素侵入阻止効果に優れた
高張力ボルト用鋼にある。
【００１４】
【作用】本発明を上記のような成分、組織、焼戻し温度
に限定した理由について述べる。 （Ａ）鋼の化学成分 Ｃ：Ｃは鋼に容易に強度を付与させるのに有効な元素で
あるが、その含有量が０．１０％未満では強度を確保す
ることができず、また０．５０％を越えて添加すると靱
性が劣化する。従ってその成分範囲を０．１０〜０．５
０％とした。 Ｓｉ：Ｓｉは鋼の脱酸に必要な元素であり、鋼の強度向
上に有効であるが、その含有量が０．５０％を越えて添
加すると靱性が劣化し、またボルトの冷鍛性を損なうた
め、その成分範囲を０．５０％以下とした。 Ｍｎ：Ｍｎは焼入性を向上させるのに有効な元素である
が、その添加量が０．５０％未満では所望の効果を得る
ことができず、また１．５０％を越えて添加すると焼戻
し脆化が顕著になり耐遅れ破壊特性が劣化するのでその
成分範囲を０．５０〜１．５０％とした。
に限定した理由について述べる。 （Ａ）鋼の化学成分 Ｃ：Ｃは鋼に容易に強度を付与させるのに有効な元素で
あるが、その含有量が０．１０％未満では強度を確保す
ることができず、また０．５０％を越えて添加すると靱
性が劣化する。従ってその成分範囲を０．１０〜０．５
０％とした。 Ｓｉ：Ｓｉは鋼の脱酸に必要な元素であり、鋼の強度向
上に有効であるが、その含有量が０．５０％を越えて添
加すると靱性が劣化し、またボルトの冷鍛性を損なうた
め、その成分範囲を０．５０％以下とした。 Ｍｎ：Ｍｎは焼入性を向上させるのに有効な元素である
が、その添加量が０．５０％未満では所望の効果を得る
ことができず、また１．５０％を越えて添加すると焼戻
し脆化が顕著になり耐遅れ破壊特性が劣化するのでその
成分範囲を０．５０〜１．５０％とした。
【００１５】Ｐ：Ｐは粒界に偏析し、粒界強度を低下さ
せ耐遅れ破壊特性を劣化させる元素であり、できるだけ
低減することが望ましいので０．０２０％以下とした。 Ｓ：Ｓは０．０２０％を越えて添加すると粒界に偏析し
て鋼の脆化を促進する元素であり、できるだけ低減する
ことが望ましいので０．０２０％以下とした。 Ｃｒ：Ｃｒは０．０５％超添加することにより鋼の焼入
性を向上させるのに有効な元素であり、かつ鋼に焼戻し
軟化抵抗を付与する効果がある。しかし、焼戻し時に粒
界に炭化物として析出して耐遅れ破壊特性を劣化させる
元素でもあるため、０．５％以上の添加はかえって悪影
響の方が大きい。このため、その成分範囲を０．０５％
超０．５％未満とした。
せ耐遅れ破壊特性を劣化させる元素であり、できるだけ
低減することが望ましいので０．０２０％以下とした。 Ｓ：Ｓは０．０２０％を越えて添加すると粒界に偏析し
て鋼の脆化を促進する元素であり、できるだけ低減する
ことが望ましいので０．０２０％以下とした。 Ｃｒ：Ｃｒは０．０５％超添加することにより鋼の焼入
性を向上させるのに有効な元素であり、かつ鋼に焼戻し
軟化抵抗を付与する効果がある。しかし、焼戻し時に粒
界に炭化物として析出して耐遅れ破壊特性を劣化させる
元素でもあるため、０．５％以上の添加はかえって悪影
響の方が大きい。このため、その成分範囲を０．０５％
超０．５％未満とした。
【００１６】Ｍｏ：Ｍｏは顕著な二次硬化を起こす元素
であり、高温焼戻しを可能とすることによって耐遅れ破
壊特性を向上させる元素であるが、その添加量が０．５
０％以下では所望の効果を得ることができず、２．０％
を越えて添加すると焼入れ時に未溶解炭化物が母相に固
溶し難くなり、延性を損なうため、その成分範囲を０．
５０％超２．０％以下とした。 Ａｌ：Ａｌは鋼の脱酸に必要な元素であり、窒化物を形
成して旧オーステナイト粒を微細化させる効果がある。
しかし０．００５％未満ではその効果が小さく、また
０．１００％を越えて添加するとアルミナ系介在物が増
大し、靱性を阻害することから、その成分範囲を０．０
０５〜０．１００％とした。
であり、高温焼戻しを可能とすることによって耐遅れ破
壊特性を向上させる元素であるが、その添加量が０．５
０％以下では所望の効果を得ることができず、２．０％
を越えて添加すると焼入れ時に未溶解炭化物が母相に固
溶し難くなり、延性を損なうため、その成分範囲を０．
５０％超２．０％以下とした。 Ａｌ：Ａｌは鋼の脱酸に必要な元素であり、窒化物を形
成して旧オーステナイト粒を微細化させる効果がある。
しかし０．００５％未満ではその効果が小さく、また
０．１００％を越えて添加するとアルミナ系介在物が増
大し、靱性を阻害することから、その成分範囲を０．０
０５〜０．１００％とした。
【００１７】Ｖ：Ｖは焼戻し時に微細な窒化物、炭化物
として析出して鋼の強度を向上させ、高温焼戻しを可能
とする元素であり、かつ旧オーステナイト粒を微細化さ
せる効果がある。しかしその添加量が０．２％以下では
上記の効果が十分には得られず、耐遅れ破壊特性を向上
させるまでには至らない。また１．０％を越えて添加す
るとボルトの冷鍛性を損なう。他方、Ｖは高価な元素で
あるため、経済性も考慮してその成分範囲を０．２％超
１．０％以下とした。 Ｗ：ＷはＭｏと同様、顕著な二次硬化を起こす元素であ
り、高温焼戻しを可能とすることによって耐遅れ破壊特
性を向上させる元素である。さらにＷは、厳しい腐食環
境である塩酸中においても水素を鋼材中に侵入し難くす
る著しい効果を有する。しかしその含有量が０．０１％
未満では水素侵入抑制効果が十分ではなく、またＷは高
価な元素であるため、経済性も考慮してその成分範囲を
０．０１〜２．０％とした。
として析出して鋼の強度を向上させ、高温焼戻しを可能
とする元素であり、かつ旧オーステナイト粒を微細化さ
せる効果がある。しかしその添加量が０．２％以下では
上記の効果が十分には得られず、耐遅れ破壊特性を向上
させるまでには至らない。また１．０％を越えて添加す
るとボルトの冷鍛性を損なう。他方、Ｖは高価な元素で
あるため、経済性も考慮してその成分範囲を０．２％超
１．０％以下とした。 Ｗ：ＷはＭｏと同様、顕著な二次硬化を起こす元素であ
り、高温焼戻しを可能とすることによって耐遅れ破壊特
性を向上させる元素である。さらにＷは、厳しい腐食環
境である塩酸中においても水素を鋼材中に侵入し難くす
る著しい効果を有する。しかしその含有量が０．０１％
未満では水素侵入抑制効果が十分ではなく、またＷは高
価な元素であるため、経済性も考慮してその成分範囲を
０．０１〜２．０％とした。
【００１８】Ｎｂ、Ｚｒ：Ｎｂ、Ｚｒは旧オーステナイ
ト粒を微細化させ、さらに析出硬化して鋼の強度を向上
させる作用がある。しかしその添加量が０．００５％未
満ではその効果を得ることはできず、一方０．２０％を
越えて含有させてもその効果は飽和してしまうため、そ
の成分範囲を０．００５〜０．２０％とした。 Ｔｉ：Ｔｉは旧オーステナイト粒を微細化させ、さらに
析出硬化して鋼の強度を向上させる作用がある。また、
鋼中の固溶Ｎを窒化物の形で固定することによって耐遅
れ破壊特性およびＢの持つ焼入れ性を向上させる効果を
持つ。しかしその添加量が０．００５％未満ではその効
果を得ることはできず、一方０．１０％を越えて含有さ
せてもその効果は飽和してしまうため、その成分範囲を
０．００５〜０．１０％とした。 Ｂ：Ｂは微量の添加で鋼材の焼入れ性を著しく高める効
果があるが、その添加量が０．０００２％未満ではその
効果を得ることはできず、一方０．００５０％を越えて
添加してもその効果が飽和し、かえって靱性を阻害する
ので、その成分範囲を０．０００２〜０．００５０％と
した。
ト粒を微細化させ、さらに析出硬化して鋼の強度を向上
させる作用がある。しかしその添加量が０．００５％未
満ではその効果を得ることはできず、一方０．２０％を
越えて含有させてもその効果は飽和してしまうため、そ
の成分範囲を０．００５〜０．２０％とした。 Ｔｉ：Ｔｉは旧オーステナイト粒を微細化させ、さらに
析出硬化して鋼の強度を向上させる作用がある。また、
鋼中の固溶Ｎを窒化物の形で固定することによって耐遅
れ破壊特性およびＢの持つ焼入れ性を向上させる効果を
持つ。しかしその添加量が０．００５％未満ではその効
果を得ることはできず、一方０．１０％を越えて含有さ
せてもその効果は飽和してしまうため、その成分範囲を
０．００５〜０．１０％とした。 Ｂ：Ｂは微量の添加で鋼材の焼入れ性を著しく高める効
果があるが、その添加量が０．０００２％未満ではその
効果を得ることはできず、一方０．００５０％を越えて
添加してもその効果が飽和し、かえって靱性を阻害する
ので、その成分範囲を０．０００２〜０．００５０％と
した。
【００１９】（Ｂ）焼戻し温度
遅れ破壊は旧オーステナイト粒界割れを呈することか
ら、ボルトの耐遅れ破壊特性の向上には２５０〜４５０
℃の低温焼戻し脆性温度領域を避けること、さらに旧オ
ーステナイト粒界へのフィルム状セメンタイトの析出を
抑制するため焼戻し温度上昇による炭化物の形態の制御
が有効である。従って、できるだけ高温で焼戻すことが
望ましいため、焼戻し温度を４５０℃以上とした。
ら、ボルトの耐遅れ破壊特性の向上には２５０〜４５０
℃の低温焼戻し脆性温度領域を避けること、さらに旧オ
ーステナイト粒界へのフィルム状セメンタイトの析出を
抑制するため焼戻し温度上昇による炭化物の形態の制御
が有効である。従って、できるだけ高温で焼戻すことが
望ましいため、焼戻し温度を４５０℃以上とした。
【００２０】
【実施例】次に本発明を実施例により説明する。まず真
空溶解炉により表１に示す成分組成の鋼を溶製した。Ｎ
ｏ．１〜１８は本発明のボルト用鋼の範疇に入るもので
あり、Ｎｏ．１９〜２６は比較鋼であり、表１、表２中
に♯印を付けた点で本発明の範囲から外れる。これらの
鋼の２２ｍｍφ棒鋼を表２の熱処理条件で焼入れ、焼戻
しを行うことによりそれぞれ１２５０ＭＰａ以上の強度
に調質した。この時の引張強さを同時に表２に示す。
空溶解炉により表１に示す成分組成の鋼を溶製した。Ｎ
ｏ．１〜１８は本発明のボルト用鋼の範疇に入るもので
あり、Ｎｏ．１９〜２６は比較鋼であり、表１、表２中
に♯印を付けた点で本発明の範囲から外れる。これらの
鋼の２２ｍｍφ棒鋼を表２の熱処理条件で焼入れ、焼戻
しを行うことによりそれぞれ１２５０ＭＰａ以上の強度
に調質した。この時の引張強さを同時に表２に示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【表２】
【００２３】これらの鋼が遅れ破壊に対してどの程度の
拡散性水素を許容しうるか、すなわち各鋼の限界拡散性
水素量を調査した。遅れ破壊試験はノッチ付き試験片を
切削加工により製作し実施した。この試験片を所定時間
３６％塩酸に浸漬し強制的に水素を吸蔵させた後、大気
中に３０分間放置し、引張強さ×０．９の定荷重を負荷
した。このとき鋼材中に侵入した拡散性水素量を熱的分
析法により測定し、拡散性水素量と破断時間との関係を
調査して試験片が１００時間以上破断しない限界の拡散
性水素量で耐遅れ破壊特性を評価した。また、これらの
鋼種を３６％塩酸中に１２０分間浸漬したときに鋼材中
に侵入した拡散性水素量もあわせて測定した。その結果
も併せて表２に示したが、本発明鋼は比較鋼に比べ限界
拡散性水素量が高く、塩酸浸漬時の侵入水素量が少なく
なっている。すなわち、耐遅れ破壊特性および水素侵入
阻止効果に優れていることが明らかである。
拡散性水素を許容しうるか、すなわち各鋼の限界拡散性
水素量を調査した。遅れ破壊試験はノッチ付き試験片を
切削加工により製作し実施した。この試験片を所定時間
３６％塩酸に浸漬し強制的に水素を吸蔵させた後、大気
中に３０分間放置し、引張強さ×０．９の定荷重を負荷
した。このとき鋼材中に侵入した拡散性水素量を熱的分
析法により測定し、拡散性水素量と破断時間との関係を
調査して試験片が１００時間以上破断しない限界の拡散
性水素量で耐遅れ破壊特性を評価した。また、これらの
鋼種を３６％塩酸中に１２０分間浸漬したときに鋼材中
に侵入した拡散性水素量もあわせて測定した。その結果
も併せて表２に示したが、本発明鋼は比較鋼に比べ限界
拡散性水素量が高く、塩酸浸漬時の侵入水素量が少なく
なっている。すなわち、耐遅れ破壊特性および水素侵入
阻止効果に優れていることが明らかである。
【００２４】
【発明の効果】本発明に従って得られた高張力ボルト用
鋼は従来のボルト用鋼に比べ引張強度１２５０ＭＰａ以
上と高強度であり、同時に水素が侵入し難く、耐遅れ破
壊特性にも優れている。本発明を用いればボルトの小径
化による軽量化、締結数の削減による作業工数の低減、
高強度化による設計の自由度の向上などが可能となるた
め、鋼構造物の大型化・高層化、あるいは自動車・産業
機械の高性能化・軽量化へ大きく寄与することができ、
水素侵入阻止効果に優れた高張力ボルト用鋼を提供する
ことが可能となる。
鋼は従来のボルト用鋼に比べ引張強度１２５０ＭＰａ以
上と高強度であり、同時に水素が侵入し難く、耐遅れ破
壊特性にも優れている。本発明を用いればボルトの小径
化による軽量化、締結数の削減による作業工数の低減、
高強度化による設計の自由度の向上などが可能となるた
め、鋼構造物の大型化・高層化、あるいは自動車・産業
機械の高性能化・軽量化へ大きく寄与することができ、
水素侵入阻止効果に優れた高張力ボルト用鋼を提供する
ことが可能となる。
【図１】水素侵入阻止効果におよぼすＷ添加の影響を示
す図
す図
【図２】腐食減量におよぼすＷ添加の影響を示す図
【図３】耐遅れ破壊特性におよぼすＷ添加の影響を示す
図
図
Claims (3)
- 【請求項１】 重量％で、 Ｃ ：０．１０〜０．５０％、 Ｓｉ：０．５０％以下、 Ｍｎ：０．５０〜１．５０％、 Ｐ ：０．０２０％以下、 Ｓ ：０．０２０％以下、 Ｃｒ：０．０５％超０．５％未満、 Ｍｏ：０．５０％超２．０％以下、 Ａｌ：０．００５〜０．１００％、 Ｖ ：０．２０％超１．０％以下、 Ｗ ：０．０１〜２．００％を含有し、残部がＦｅおよ
び不可避的不純物からなる水素侵入阻止効果に優れた高
張力ボルト用鋼。 - 【請求項２】 重量％で、 Ｃ ：０．１０〜０．５０％、 Ｓｉ：０．５０％以下、 Ｍｎ：０．５０〜１．５０％、 Ｐ ：０．０２０％以下、 Ｓ ：０．０２０％以下、 Ｃｒ：０．０５％超０．５％未満、 Ｍｏ：０．５０％超２．０％以下、 Ａｌ：０．００５〜０．１００％、 Ｖ ：０．２０％超１．０％以下、 Ｗ ：０．０１〜２．００％を含有し、さらに、 Ｎｂ：０．００５〜０．２０％、 Ｚｒ：０．００５〜０．２０％、 Ｔｉ：０．００５〜０．１０％、 Ｂ ：０．０００２〜０．００５０％の１種または２種
以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からな
る水素侵入阻止効果に優れた高張力ボルト用鋼。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の成分を有し、ボ
ルト成形後に焼入れ処理を行い、４５０℃以上の温度域
で焼戻すことにより引張強さ１２５０ＭＰａ以上となる
水素侵入阻止効果に優れた高張力ボルト用鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08344695A JP3400886B2 (ja) | 1995-03-16 | 1995-03-16 | 水素侵入阻止効果に優れた高張力ボルト用鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08344695A JP3400886B2 (ja) | 1995-03-16 | 1995-03-16 | 水素侵入阻止効果に優れた高張力ボルト用鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08253843A JPH08253843A (ja) | 1996-10-01 |
| JP3400886B2 true JP3400886B2 (ja) | 2003-04-28 |
Family
ID=13802674
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08344695A Expired - Fee Related JP3400886B2 (ja) | 1995-03-16 | 1995-03-16 | 水素侵入阻止効果に優れた高張力ボルト用鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3400886B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE602004020058D1 (de) | 2003-02-20 | 2009-04-30 | Nippon Steel Corp | Hochfestes stahlprodukt mit hervorragender beständigkeit gegen wasserstoffversprödung |
| WO2011048971A1 (ja) * | 2009-10-22 | 2011-04-28 | 日産自動車株式会社 | 高強度ボルト用鋼及び高強度ボルトの製造方法 |
| KR102599767B1 (ko) * | 2019-05-14 | 2023-11-08 | 닛폰세이테츠 가부시키가이샤 | 볼트, 및 볼트용 강재 |
-
1995
- 1995-03-16 JP JP08344695A patent/JP3400886B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08253843A (ja) | 1996-10-01 |
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