JP4619200B2 - 非調質高強度ボルトの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は非調質高強度ボルトの製造方法に係り、特にリラクセーション特性に優れる非調質の高強度ボルトの製造方法に関する。

一般的な高強度ボルト用鋼には、中炭素合金鋼、例えばＳＣＭ４３５、ＳＣＭ４４０、ＳＣｒ４４０等が使用され、焼き入れ焼戻し（調質）によって必要な強度を確保しており、これらから製造されたボルトは調質ボルトと呼ばれる。しかしながら、自動車や各種産業機械用として使用される一般の高強度ボルトでは、引張強度が約１２００ＭＰａを超えるといわゆる遅れ破壊の感受性が高まることが知られている。

遅れ破壊は、非腐食性環境で起こるものと、腐食性環境で起こるものとがあるが、その発生要因が複雑に絡み合っているといわれ、一概にその原因を特定するのは困難である。遅れ破壊を左右する要因としては、焼戻し温度、組織、材料硬さ、結晶粒度、各種合金元素等の関与が一応認められているが、遅れ破壊を防止するための有効な手段が確立されている訳でなく、試行錯誤的に種々の方法が提案されているのが現状である。

また、特に高温で使用されるボルトでは、使用中に締付力の低下を招くいわゆるリラクセーション現象（応力緩和）が顕著となる。例えば、１５０℃で引張のままで放置すると、３０％もの荷重低下が生じることがある。このように、高強度ボルトの使用環境では、遅れ破壊とリラクセーション現象とが課題として知られている。

特許文献１には、パテンティング処理（パーライト化処理）により、パーライト組織を８０％以上とする鋼材を強伸線加工し、冷間圧延によりボルト形状に成形したものをブルーイング処理（歪み時効処理）して、遅れ破壊特性とリラクセーション特性が改善されることが開示されている。

特許文献２には、リラクセーション現象の原因として、鋼製ボルトにはその製造プロセスにおいて引き抜き等の塑性加工を経ているため、その結晶格子内に多数の転位が導入されることを指摘する。すなわち、ボルトの締め付け等の引張応力下では、これらの転位の移動が起って伸びが生じ、その伸びに起因して応力緩和が生じると述べている。そして、特許文献１の鋼製ボルトのブルーイング処理に触れ、この処理方法では、いまだリラクセーション特性の改善が十分でないとしている。そして、ボルト保持具にボルトをネジこみ、弾性限界を超える軸線方向の引っ張り応力を負荷し、その被負荷領域を２００℃から３００℃の間の熱処理を行うことでリラクセーション特性が改善されることが開示されている。

特開２００１−３４８６１８号公報 特開２００４−１１６６２４号公報

特許文献２の実施の形態による方法では、ボルト保持具にボルトをネジこんで弾性限界を超える軸線方向の引っ張り応力を負荷しその状態で２００℃から３００℃の間の熱処理を行うことになる。すなわち、各ボルトをそれぞれボルト保持具に取り付けた状態で熱処理装置に投入するので、熱処理装置が大掛かりとなり、またその生産性がよくない。しかし、特許文献１に開示される単なるブルーイング熱処理のみではいまだリラクセーション特性の改善が十分でないことが特許文献２に述べられている。このように、従来技術において、非調質高強度ボルトにおけるリラクセーション特性の改善について課題が残されている。

本発明の目的は、非調質高強度ボルトにおけるリラクセーション特性の改善をより容易に行うことを可能とする非調質高強度ボルトの製造方法を提供することである。

本発明に係る非調質高強度ボルトの製造方法は、リラクセーション特性の改善を行う実験の中で見出した事実に基づいて、それを製造方法としたものである。その実験は、軸方向荷重を与えて塑性歪を与えたまま熱処理すること以外の方法、より具体的には、塑性歪を与えた後その荷重を除荷することを含んで、リラクセーション特性の改善が図れないか等の目的のために行われたものである。その結果、いくつかの条件の下で、塑性歪を与えた後その荷重を除荷することを含んでも、高強度ボルトにおけるリラクセーション特性の改善を図ることができることを見出した。以下は、これらの実験結果を非調質高強度ボルトの製造方法としたものである。

本発明に係る非調質高強度ボルトの製造方法は、非調質ボルトを成形後、任意の引張治具を用いてそのボルトの引張強度の８０％以上１００％未満に相当する軸方向荷重を負荷して塑性歪を与える荷重負荷工程と、ボルトを治具から除荷し取り外す除荷工程と、取り外したボルトを、熱処理する温度と時間との関係において、２００℃で５分、及び２００℃で６０分、及び２５０℃で１分、及び２５０℃で１０分、及び３００℃で０．５分、及び３００℃で５分、及び４００℃で０．５分、及び４００℃で１分の各処理条件で囲まれる処理条件範囲でブルーイング処理を行う処理工程と、を含むことを特徴とする。

この構成により、引張治具を用いてボルトに荷重負荷工程の後、除荷し、取り外したボルトを、所定の処理条件範囲の下で熱処理するので、荷重負荷のまま熱処理しなくても済み、非調質高強度ボルトにおけるリラクセーション特性の改善をより容易に行うことができる。

また、本発明に係る非調質高強度ボルトの製造方法は、非調質ボルトを成形後、任意の引張治具を用いてそのボルトの引張強度の９０％以上１００％未満に相当する軸方向荷重を負荷して塑性歪を与える荷重負荷工程と、ボルトを引張治具から除荷し取り外す除荷工程と、を含むことを特徴とする。

この構成によれば、荷重負荷が所定の範囲で強いものであれば、引張治具を用いてボルトに荷重負荷工程の後、除荷するのみでよく、非調質高強度ボルトにおけるリラクセーション特性の改善を、さらにより容易に行うことができる。

また、本発明に係る非調質高強度ボルトの製造方法は、非調質ボルトを成形後、処理温度範囲を２００℃以上２５０℃以下、処理時間範囲を１５分以上３０分以下のブルーイング処理を行う処理工程と、ブルーイング処理後のボルトを、任意の引張治具を用いてそのボルトの引張強度の９０％以上１００％未満に相当する軸方向荷重を負荷して塑性歪を与える荷重負荷工程と、ボルトを引張治具から除荷し取り外す除荷工程と、を含むことを特徴とする。

この構成によれば、荷重負荷が所定の範囲で強いものであれば、熱処理を事前に行い、その後引張治具を用いてボルトに荷重負荷し、除荷することでよく、非調質高強度ボルトにおけるリラクセーション特性の改善を、より容易に行うことができる。

また、本発明に係る非調質高強度ボルトの製造方法において、高強度ボルトは、軸径より大きい径の頭部を有する頭部付ボルトであり、引張治具は、その頭部付ボルトの実効長さＬ１より短い長さの雌ネジ部を有するナットと、頭部付ボルトのネジ部を通す貫通穴を有しながら頭部を上方に押し上げるための天井部を備える下部治具と、頭部付ボルトのネジ部を通す貫通穴を有しながらそのネジ部に嵌合したナットを下部に押し下げるための底部を有する上部治具とを含み、荷重負荷工程は、塑性歪を与える頭部付ボルトの頭部を下部治具の天井部で止めながら頭部付ボルトのネジ部を下部治具の貫通穴と上部治具の貫通穴に通し、上部治具の底部から突き出た頭部付ボルトのネジ部にナットを嵌合し、それによって、上部治具の底部から突き出たネジ部の長さをＬ３として、（Ｌ１−Ｌ３）の長さの裸ネジ部を頭部付ボルトの根元側に残して、頭部付ボルトを引張治具に取付ける取付工程と、引張治具における上部治具を下部方向に、下部治具を上部方向にそれぞれ引っ張ることで、引張治具に取付けられた頭部付ボルトを軸線方向に任意の軸方向荷重の下で引っ張る引張工程と、を有することが好ましい。
また、本発明に係る非調質高強度ボルトの製造方法において、高強度ボルトは、軸の少なくとも両端部にネジ部を有するスタッドボルトであり、引張治具は、成形後のスタッドボルトのネジ部の実効長さＬ１より短く、そのスタッドボルトが実使用において相手先に嵌合する使用嵌合長さＬ２よりも長い任意の長さＬ３を有する雌ネジ部を含み、荷重負荷工程は、塑性歪を与えるスタッドボルトのネジ部を引張治具の長さＬ３の雌ネジ部で嵌合させ、それによって、（Ｌ１−Ｌ３）の長さの裸ネジ部をスタッドボルトに残して、引張治具にスタッドボルトを取り付ける取付工程と、引張治具に取り付けられたスタッドボルトを軸線方向に任意の軸方向荷重の下で引っ張る引張工程と、を有することが好ましい。

上記構成により、引張治具を用いて、ネジ部の実効長さＬ１のうち嵌合していないネジ部分に、塑性歪を与えることができる。

また、本発明に係る非調質高強度ボルトの製造方法は、非調質ボルトを成形後、任意の回転締付治具を用いてそのボルトの材料の弾性領域を示す指標であるスナグトルクで締め付け、さらに、９０度以上２７０度以下の角度の増し締めを行う荷重負荷工程と、ボルトを回転締付治具から除荷し取り外す除荷工程と、取り外したボルトを、熱処理する温度と時間との関係において、２００℃で５分、及び２００℃で６０分、及び２５０℃で１分、及び２５０℃で１０分、及び３００℃で０．５分、及び３００℃で５分、及び４００℃で０．５分、及び４００℃で１分の各処理条件で囲まれる処理条件範囲でブルーイング処理を行う処理工程と、を含むことを特徴とする。

この構成により、回転締付治具を用いてボルトに荷重負荷工程の後、除荷し、取り外したボルトを、所定の処理条件範囲の下で熱処理するので、荷重負荷のまま熱処理しなくても済み、非調質高強度ボルトにおけるリラクセーション特性の改善をより容易に行うことができる。

また、本発明に係る非調質高強度ボルトの製造方法は、非調質ボルトを成形後、任意の回転締付治具を用いてそのボルトの材料の弾性領域を示す指標であるスナグトルクで締め付け、さらに、１８０度以上２７０度以下の角度の増し締めを行う荷重負荷工程と、ボルトを回転締付治具から除荷し取り外す除荷工程と、を含むことを特徴とする。

この構成によれば、荷重負荷が所定の範囲で強いものであれば、回転締付治具を用いてボルトに荷重負荷工程の後、除荷するのみでよく、非調質高強度ボルトにおけるリラクセーション特性の改善を、さらにより容易に行うことができる。

また、本発明に係る非調質高強度ボルトの製造方法は、非調質ボルトを成形後、処理温度範囲を２００℃以上２５０℃以下、処理時間範囲を１５分以上３０分以下のブルーイング処理を行う処理工程と、ブルーイング処理後の非調質ボルトを、任意の回転締付治具を用いてそのボルトの材料の弾性領域を示す指標であるスナグトルクで締め付け、さらに、９０度以上２７０度以下の角度の増し締めを行う荷重負荷工程と、ボルトを回転締付治具から除荷し取り外す除荷工程と、を含むことを特徴とする。

この構成によれば、荷重負荷が所定の範囲で強いものであれば、熱処理を事前に行い、その後回転締付治具を用いてボルトに荷重負荷し、除荷することでよく、非調質高強度ボルトにおけるリラクセーション特性の改善を、より容易に行うことができる。

また、本発明に係る非調質高強度ボルトの製造方法において、高強度ボルトは、軸径より大きい径の頭部を有する頭部付ボルトであり、回転締付治具は、頭部付ボルトのネジ部の実効長さＬ１より短く、そのボルトが実使用において相手先に嵌合する使用嵌合長さＬ２よりも長い任意の長さＬ３の雌ネジ部を一部に有する貫通穴を含み、頭部付ボルトを貫通穴に挿入し雌ネジ部にねじ込んでＬ３の長さで嵌合させたときその頭部が貫通穴の端部で止まる形状を備え、荷重負荷工程は、頭部付ボルトを、その頭部が回転締付治具の端部で止まるまでねじ込み、それによって、（Ｌ１−Ｌ３）の長さの裸ネジ部を頭部付ボルトに残して、頭部付ボルトを回転締付治具に取り付ける取付工程と、頭部付ボルトを、頭部が回転締付治具の端部で止まっている状態でさらにその頭部付ボルトの材料の弾性領域を示す指標であるスナグトルクで締め付ける締付工程と、頭部付ボルトを、スナグトルクの締め付け状態からさらに任意の角度で増し締めする増し締め工程と、を有することが好ましい。

上記構成により、回転締付治具を用いて頭部付ボルトを増し締めすることで、ネジ部の実効長さＬ１のうち嵌合していないネジ部分に、塑性歪を与えることができる。

また、本発明に係る非調質高強度ボルトの製造方法において、高強度ボルトは、軸の少なくとも両端部にネジ部を有するスタッドボルトであり、回転締付治具は、スタッドボルトのネジ部の実効長さＬ１より短く、そのスタッドボルトが実使用において相手先に嵌合する使用嵌合長さＬ２よりも長い任意の長さＬ３の雌ネジ部を一部に有する穴を含み、スタッドボルトを穴に挿入し雌ネジ部にねじ込んでその一方端のネジ部をＬ３の長さで嵌合させたときスタッドボルトの他方端が穴の端部よりＬ２以上突き出る形状を備え、荷重負荷工程は、スタッドボルトを、回転締付治具の穴に挿入し雌ネジ部にねじ込み、その一方端のネジ部をＬ３の長さで嵌合させ、それによって、（Ｌ１−Ｌ３）の長さの裸ネジ部をスタッドボルトに残して、穴の端部から突き出るスタッドボルトの他方端に締付ナットを取り付ける取付工程と、締付ナットを穴の端部で止まるまで回転させた後、スタッドボルトをそのボルトの材料の弾性領域を示す指標であるスナグトルクで締め付ける締付工程と、締付ナットを、スナグトルクの締め付け状態からさらに任意の角度で増し締めする増し締め工程と、を有することが好ましい。

上記構成により、回転締付治具を用いてスタッドボルトを増し締めすることで、ネジ部の実効長さＬ１のうち嵌合していないネジ部分に、塑性歪を与えることができる。

上記のように、本発明に係る非調質高強度ボルトの製造方法によれば、リラクセーション特性の改善をより容易に行うことが可能となる。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態に付き詳細に説明する。以下では６通りのリラクセーション特性が改善される非調質高強度ボルトの製造方法について説明するが、それらに共通する点は、荷重負荷のまま熱処理しなくても済む製造方法によってリラクセーション特性が改善されるところにある。これら６通りの製造方法は、荷重負荷の方法が引張治具を用いるものと回転締付治具を用いるものとでそれぞれ３通りずつになる。すなわち、荷重負荷の治具の差異を除けば、３通りの異なる処理の製造方法に分けることができる。

３通りの製造方法の処理の違いは、荷重負荷の程度、すなわち成形後のボルトに与える塑性歪の大きさによって生じるものである。すなわち、第１の製造方法は、荷重負荷−除荷−熱処理の手順で行われる。第２、第３の製造方法は、第１の製造方法よりも荷重負荷の程度を強くするもので、第２の製造方法は荷重負荷−除荷のみで済ますものである。第３の方法は、熱処理を事前に行い、その後はやはり荷重負荷−除荷のみで済ますものである。以下にこれら６通りの製造方法につき、詳細に説明する。

図１は、非調質高強度ボルトの製造方法の処理手順を示すフローチャートである。高強度ボルトの製造方法は、成形されたボルト、すなわちすでにボルトの外形に成形されたものに所定の処理を行うことでリラクセーション特性を改善するもので、その点で、ボルトの外形を備えるものを製造することを前提として、その外形でリラクセーション特性の優れたボルトを製造する方法である。

ボルト成形の工程（Ｓ１０）は、素材からボルトの外形を有するものを作り出すまでの工程である。その内容は、ピアノ線材の素材を準備する工程、その素材をパテンティング処理、すなわち任意に定めるパーライト占有率となるようにパーライト化処理を行う工程、パーライト化処理したものを任意に定める減面率、すなわち線材の断面積の減少率の下で引き抜きする加工工程を含む。この工程の後で、引張強度が１５００ＭＰａから１７００ＭＰａとなるように、素材材質、パテンティング処理、引き抜き加工処理の条件等を定めるのが好ましい。引き抜き加工工程の後、任意の転造条件の下で、スタッドボルトは転造のみ、頭部付ボルトはさらに頭部成形を行う。

ピアノ線材の素材としては、ＪＩＳで規定されるＳＷＲＳ８２Ｂを用いることができる。もちろんその他の材料からなる素材線材、例えば冷間圧造用炭素鋼線材ＳＷＲＣＨ等を用いることにしてもよい。線材直径は、引き抜き加工工程の減面率とボルトサイズを考慮し、８ｍｍから９．５ｍｍとすることができる。

パテンティング処理としては、９５０℃に加熱してオーステナイト化し、その後５２５℃の鉛浴で恒温変態処理を行い、パーライト組織を有する線材とすることができる。もちろん素材に合わせて、これらの処理温度条件を変更してもよい。

引き抜き加工工程は、パテンティング処理のあと、周知の酸洗処理、ボンデ処理等を経て、引き抜き装置により任意の減面率で加工する。減面率としては上記引張強度を確保するために５０％程度となる。減面後の線径は、５．３５ｍｍ又は６．３５ｍｍとし、これにより転造後のボルトを、有効径５．３５ｍｍのＭ６又は有効径６．３５ｍｍのＭ７のスタッドボルト及び六角頭部付ボルトとする。ここでスタッドボルトとは、軸径よりも大きな頭部のないボルトのことである。また有効径５．３５ｍｍのＭ６ボルトとは、ネジ部のない軸の直径と、ネジ部の実効直径とが同じ５．３５ｍｍのボルトのことである。実効直径は、ネジ部の山径と谷径の中間の直径である。なお、有効径に対応して用いられるものは、称呼径で、この場合はネジ部のない軸の直径と、ネジ部の山径（呼び径）とが同じである。有効径形状と称呼径形状とでは、ボルト圧造工程におけるネジ成形の歪や、後述の軸方向荷重負荷の塑性歪の様子が異なることがあり、それにより、非調質高強度ボルトの製造方法の条件等が異なることがある。

このようにして、ボルト成形がなされると、次に引張治具で塑性歪を与える荷重負荷工程（Ｓ１２）となる。荷重負荷工程は、ボルトをその弾性限界を超えて引っ張り、ネジ部に任意の塑性歪を与える工程である。その塑性歪は、そのボルトが実際の装置等に取り付けられたときに相手のネジ部と嵌合するいわゆる嵌合部でない部分に与えられることが好ましい。この塑性歪は、ボルト成形までの工程で導入される可動転位の増殖によるリラクセーション（応力緩和）の現象を抑制するために導入されるものである。したがってこの塑性歪は、ボルト締結の際にボルトが延ばされる部分、すなわち嵌合部でないネジ部を設け、そこに与えられることが好ましい。

その様子について図２を用いて説明する。図２（ａ）はいわゆるスタッドボルト１０を示す図で、軸部の両端にネジ部１２が実効長Ｌ１でそれぞれ切られている。ここでＬ２と示したのは、このスタッドボルト１０が、実使用において相手側の雌ネジと嵌合する長さ、いわゆる使用嵌合部１４の長さである。したがって、ネジ部１２の内で使用嵌合部１４以外の部分、つまり実使用において相手側の雌ネジと嵌合せず裸のままの使用時裸ネジ部１５において塑性歪が生じることが好ましい。

図２（ｂ）はいわゆる六角ボルト２０を示し、ここでは頭部２１の下の首部を残して軸部の先端側にネジ部２２が実効長Ｌ１で切られている。ここでＬ２と示したのは、この六角ボルト２０が、実使用において相手側の雌ネジと嵌合する使用嵌合部２４の使用嵌合長さである。したがって、ネジ部２２の内で使用嵌合部２４以外の使用時裸ネジ部２５において塑性歪が生じることが好ましい。

図３は、ボルトの使用嵌合部以外の裸ネジ部に塑性歪を与えるための引張治具の構造及び作用を説明する図である。図２と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図３（ａ）は、スタッドボルト１０に塑性歪を与えるためのスタッドボルト用引張治具３０を示す。このスタッドボルト用引張治具３０は、一方側に開口を有する雌ネジ部１８が切り込まれた部材で、いわゆる袋ナットの一種である。この雌ネジ部１８の実効長さはＬ３で示される。Ｌ３の長さは、スタッドボルト１０の実効長さＬ１より短く、使用嵌合長さＬ２より長く設定される。このようなスタッドボルト用引張治具３０を１つのスタッドボルト１０に対し２つ用意し、それぞれの雌ネジ部１８一杯にスタッドボルト１０の両端のネジ部１２を嵌合させる。その状態で、この場合の裸ネジ部１６の長さは、Ｌ４＝Ｌ１−Ｌ３となる。この長さＬ４は、図２で説明した裸ネジ部１５の長さＬ１−Ｌ２より短い。

このような構成のスタッドボルト用引張治具３０をスタッドボルト１０の両端に取り付けた状態で、各スタッドボルト用引張治具３０を図示されていない引張装置に掛け、図３（ａ）において示される上方側のスタッドボルト用引張治具３０を図中に示す＋Ｘ方向に、下方側のスタッドボルト用引張治具３０を−Ｘ方向にそれぞれ引っ張る。これにより、スタッドボルト１０に軸方向荷重が負荷され、負荷荷重がスタッドボルト１０の材料の弾性限界を超える大きさのときは、その荷重を除荷した後で、両スタッドボルト用引張治具３０の間の部分に塑性歪が生じる。ここで、ネジ部１２において塑性歪の生じるのは裸ネジ部１６のところになる。

図３（ｂ）は、六角ボルト２０に塑性歪を与えるための六角ボルト用引張治具４０を示す。この六角ボルト用引張治具４０は、六角ボルト２０と嵌合できるナット４２と、上部治具４４と、下部治具４６とから構成される。ここでナット４２は、その高さ、すなわち雌ネジの長さは、六角ボルト２０のネジ部２２の長さＬ１より短いものを用いる。

上部治具４４は、下部治具４６と協働して、六角ボルト２０にはめ込まれたナット４２を図３（ｂ）に示す−Ｘ方向に押し下げる機能を有する部材である。上部治具４４は、底部と底部から上方に延びる複数の立壁部を有し、底部には六角ボルト２０のネジ部２２が通ることができるが頭部２１の外形よりも小さな穴径である貫通穴が設けられる。

下部治具４６は上部治具４４と協働して、六角ボルト２０の頭部２１を図３（ｂ）に示す＋Ｘ方向に押し上げる機能を有する部材である。下部治具４６は円筒状の形状を有し、その天井部に六角ボルト２０のネジ部２２が通ることができる貫通穴と、上部治具４４の先ほどの壁部が移動自在に通れる穴とが設けられる。ここで、下部治具４６の円筒状の内径は、上部治具４４の底部の外形よりも大きく設定される。

そして、図３（ｂ）に示すように、下部治具４６の円筒状の穴の下の方から、上部治具４４の壁部を上に向けて、下部治具４６の天井部の壁部通し穴にその壁部を通すと、上部治具４４の底部の貫通穴と、下部治具４６の天井部の貫通穴とがほぼ同軸に配置されるようにそれぞれの配置が設定され、組み合わせられる。ここで、上部治具４４の上方から六角ボルト２０のネジ部２２を持ってきて、下部治具４６の天井部の貫通穴にも通しながら、上部治具４４の底部の貫通穴に差し込む。そして、その貫通穴から突き出たネジ部２２にナット４２をはめる。ナット４２のはめ方は、ネジ部２２の根元一杯まではめずに、長さＬ１のうち、根元側に裸ネジ部２６を残すようにする。図３（ｂ）に示すようにナット４２をネジ部２２の先端からＬ３の長さのところまではめあわせて上部治具４４の底部で止めると、ネジ部２２の根元側の裸ネジ部２６の長さＬ４は、Ｌ１−Ｌ３となる。

この状態で、上部治具４４と、下部治具４６をそれぞれ図示されていない引張装置に掛け、図３（ｂ）において示される上部治具４４を図中に示す−Ｘ方向に、下部治具４６を＋Ｘ方向にそれぞれ引っ張る。これにより、六角ボルト２０の頭部２１は＋Ｘ方向に押し上げられ、ナット４２は−Ｘ方向に押し下げられるので、六角ボルト２０に軸方向荷重が負荷され、負荷荷重が六角ボルト２０の材料の弾性限界を超える大きさのときは、その荷重を除荷した後で、頭部２１とナット４２の間の部分に塑性歪が生じる。ここで、ネジ部２２において塑性歪の生じるのは裸ネジ部２６のところになる。

このように、スタッドボルト１０の場合も、六角ボルト２０の場合も、裸ネジ部を残しながら引張治具にボルトを取り付け、引張治具に取り付けられたボルトを軸線方向に任意の軸方向荷重の下で引っ張ることで、裸ネジ部に塑性歪を与えることができる。

この引張治具として、図３（ａ）では袋ナット状のものを説明したが、単なるナットでもよく、あるいは雌ネジが切られている板材等、引張装置に取り付けやすい形状の部材であってもよい。また、図３（ｂ）では１組の上部治具、下部治具を含む構成のものを説明したが、六角ボルトの頭部と、六角ボルトにはめ込まれたナットとを用いて六角ボルトを引っ張るものであればよく、例えば頭部を支える部材、ナットを支える部材の組み合わせでもよく、ナットを支える部材は雌ネジが切られた部材であってもよい。

塑性歪を与えるための軸方向荷重は、そのボルトの弾性限界を超え、引張強度未満の範囲で与えることができるが、ここでは、引張強度の８０％以上に相当する荷重を与える。その理由は後述する詳細な実験の結果による。

再び図１に戻り、塑性歪を与える所定の荷重負荷の後、これを除荷する（Ｓ１４）。 具体的には、引張装置の負荷荷重をゼロに戻し、図３（ａ），（ｂ）で説明した引張治具から、スタッドボルト、六角ボルトを取り外す。この除荷により、スタッドボルト、六角ボルトに、塑性歪が導入される。

次に、取り外したボルトについてブルーイング処理を行う（Ｓ１６）。ブルーイング処理はいわゆる歪時効処理とも呼ばれる熱処理工程である。ここでは、熱処理する温度と時間との関係において、２００℃で５分、及び２００℃で６０分、及び２５０℃で１分、及び２５０℃で１０分、及び３００℃で０．５分、及び３００℃で５分、及び４００℃で０．５分、及び４００℃で１分の各処理条件で囲まれる処理条件範囲で熱処理を行う。この処理条件範囲の決定の理由は、以下に詳述する実験の結果による。熱処理は、複数のボルトをまとめ一括処理が行われる。

ここで、Ｓ１２において負荷される荷重の大きさと、Ｓ１６において行われる熱処理条件範囲を決めるために行った実験について説明する。ここではＳ１２でボルト成形されたボルトを多数準備し、負荷荷重の大きさを引張強度の７５％、８０％、９５％に相当する大きさにまで変化させ、また、熱処理の温度を２００℃、２５０℃、３００℃、４００℃と変え、熱処理の時間を０．５分、１分、５分、３０分、６０分と変化させた。このようにして処理した各ボルトについて、それぞれ引張試験を行い、引張強度、伸びが０．２％残留するときの応力である０．２％耐力、０．２％耐力を降伏強度として降伏比＝（降伏強度／引張強度）＝（０．２％耐力／引張強度）をそれぞれ求めた。

その結果を図４に示す。ここでは、試験のグループとして、７つのグループに分けて示してある。試験１は、ボルト成形のまま、すなわちＳ１０の工程のみのボルトの引張試験である。試験２は、ボルト成形後に２５０℃３０分のブルーイング処理を行ったものについての引っ張り試験である。この条件は従来技術である特許文献１の方法の条件に対応する。

試験３から試験６は、図１の処理手順を行ったボルトについて引張試験を行ったもので、ここでは、「σＢに対する負荷応力比（％）」が、Ｓ１２で説明した引張強度に相当する荷重の大きさに対する軸方向負荷荷重の大きさを示す。したがってσＢは引張強度を示す。以下では、（軸方向負荷荷重／引張強度に相当する荷重）のことを、特に断らない限り、負荷応力比として説明する。試験３は、ブルーイング処理の温度を２００℃とし、ブルーイング処理の時間と、負荷応力比とをパラメータとして処理したボルトの引張試験である。同様に、試験４はブルーイング処理の温度を２５０℃とし、試験５はブルーイング処理の温度を３００℃とし、試験６はブルーイング処理の温度を４００℃とし、それぞれブルーイング処理の時間と、負荷応力比とをパラメータとして処理したボルトの引張試験である。

試験７は、比較試験で、ここでは従来から調質ボルトとして知られるボルト転造成形後に焼入れ焼戻しを行ったものについての引張試験である。調質ボルトとしてはＳＣＭ４４０の材料で、８８０℃焼入れ、５４０℃焼戻しを行ったものを用いた。この結果によれば、調質ボルトは、引張強度は試験２のボルトより低いが、降伏比が０．９０以上あることが分かる。

図５は、試験２に関連して、ボルト成形後にブルーイング処理を行う従来技術についてさらに詳細に実験を行った結果を示す図である。ここでは、ブルーイング処理の時間を３０分に固定し、横軸にブルーイング処理の温度をとり、縦軸に各処理後における各ボルトの引張試験の結果である引張強度と降伏比を取ってある。これらの結果からわかるように、ボルト成形とブルーイング処理のみの従来技術では、降伏比が０．８よりやや上程度に留まり、また処理温度が高くなるにつれ引張強度が低下する。

図６は、試験２の従来技術のボルト、試験７の調質ボルトについてのリラクセーション試験の結果を示す図である。ここでリラクセーション試験は、各ボルトに、その引張試験の０．２％耐力に相当する軸方向荷重を負荷し、かつ引張試験のクロスヘッド変位を一定にする条件で保持し、各保持時間における荷重の変化を、初期荷重からの荷重低下率を求めることで行った。図６では、リラクセーション試験の試験温度が常温である常温リラクセーション試験、および試験温度が１５０℃である高温保持リラクセーション試験について、横軸に保持時間、縦軸に荷重低下率をとってある。このように、従来技術のボルト成形＋ブルーイング処理のボルトは、調質ボルトに比し、リラクセーション特性が劣ることがわかる。

このように、ボルト成形後に従来技術のブルーイング処理のみを行うものは、上記のように降伏比が低く、リラクセーション試験における荷重低下率が大きい。この理由は次のように考えることができる。すなわち、リラクセーションとは転位の移動によるいわゆるクリープ現象によって内部応力が低下する現象であり、降伏比と関連がある。リラクセーションが大きいことは、ボルトを対象物に締結後の軸方向荷重の低下、いわゆる軸力低下が大きいことを意味し、ボルトの実使用時にゆるみが発生し、疲労破壊の原因となる恐れがある。一方、調質ボルトは焼入れ焼戻しの調質熱処理によって可動転位が合金化合物によってピン止めされているため、一般に非調質ボルトより降伏比が高い。非調質ボルトの場合、調質熱処理に相当するのがブルーイング処理である。

しかしながら、試験２のボルト成形は、図１のＳ１０の工程に関連して説明したように、パテンティング処理後の減面率を約５０％として一般的な非調質ボルトにおける減面率の約３０％等に比較して高い。したがって一般的な非調質ボルトよりも高い転位密度を有している。これがその後のボルト転造によって可動転位が著しく増殖されるため、ブルーイング処理のみでは転位のピン止め効果が弱いと考えられ、これが、試験２において降伏比が低くなる理由の１つと推定される。したがって、リラクセーション特性を改善する１つの指標として、調質ボルト並みの降伏比を考えることができる。

図７から図１４は、図４の試験３から試験６の結果をグラフ化したもので、それぞれ負荷応力比をパラメータとし、横軸には対数軸でブルーイング時間を取り、縦軸に降伏比または引張強度を取って示したものである。たとえば図７、図８は、試験３に対応する各処理条件下のボルトについての降伏比、引張応力を示す。同様に、図９、図１０は、試験４に対応する各処理条件下のボルトについて、図１１、図１２は、試験５に対応する各処理条件下のボルトについて、図１３、図１４は、試験６に対応する各処理条件下のボルトについての降伏比、引張応力を示す。これらの結果から、引張強度が１５００Ｍｐａ以上の目標については全部のボルトが満たすが、降伏比については、調質ボルト並みの０．９以上が条件次第で得られることがわかる。なお、降伏比が０．９以上のものについては、図４において降伏比のデータの欄で影を付けて示してある。

ここで、調質ボルト並み又はそれ以上の降伏比、すなわち降伏比０．９０以上を有するボルト、すなわち図１の工程を経たボルトを選び、そのリラクセーション試験を行い、図６の結果と比較した。その結果を図１５、図１６に示す。図１５は常温リラクセーション試験の結果、図１６は高温リラクセーション試験の結果を示す。リラクセーション試験の内容、及び図１５、図１６の縦軸、横軸の意味は、図６で説明したものと同じである。図中に、０．９５σＢ等と示されているのは、降伏比が０．９５であるボルト、すなわち図１の工程を経たボルトであることを示す。これらの図から、調質ボルト並み又はそれ以上の降伏比、すなわち降伏比０．９０以上を有するボルトは、従来技術の「ボルト成形＋ブルーイング」の処理のものに比較し、リラクセーション特性が改善し、調質ボルト並み、あるいはそれ以上に改善されていることがわかる。

そこで、図７，９，１１，１３を参照し、各処理温度において、降伏比が０．９以上となる処理時間を求めた。それをまとめたものが図１７である。図１７は、横軸にブルーイング処理温度を取り、縦軸を対数軸としてブルーイング処理時間を取り、図７，９，１１，１３において、降伏比が０．９以上となる各点を示し、それらによって囲まれる領域を斜線で示したものである。この斜線領域が、降伏比０．９以上を得るための処理条件範囲と考えられる。この処理条件範囲は、２００℃で５分、及び２００℃で６０分、及び２５０℃で１分、及び２５０℃で１０分、及び３００℃で０．５分、及び３００℃で５分、及び４００℃で０．５分、及び４００℃で１分の各処理条件を結んで囲まれる領域である。

このようにして、図１における非調質高強度ボルトの製造方法の手順において、Ｓ１２の負荷応力比を８０％以上１００％未満とし、Ｓ１６のブルーイング条件を図１７で説明した処理条件範囲とすることで、引張強度が１５００ＭＰａ以上、降伏比が０．９以上で、リラクセーション特性が改善された非調質高強度ボルトを得ることができる。

図１８は、非調質高強度ボルトの製造方法について別の処理手順を示すフローチャートである。この製造方法は、図１で説明した方法と比べ、引張治具で塑性歪を与える荷重負荷の工程（Ｓ２０）が異なり、さらに、ブルーイング処理が省略できるところが異なる。

図１８において、ボルト成形（Ｓ１０）の工程は、図１のボルト成形工程で説明した内容と全く同じである。したがって、ピアノ線材の素材を準備し、これをパテンティング処理し、所定の減面率で引き抜き加工し、引張強度を１５００ＭＰａから１７００ＭＰａとなるようにし、転造と頭部成形によりボルトの外形となす。

成形されたボルトは、負荷応力比を図１の製造方法より高い条件として、軸方向の荷重が負荷される。荷重負荷には、図３に関連して説明した引張治具を用いる。その後除荷される（Ｓ１４）。この除荷工程も図１の除荷工程で説明した内容と全く同じである。これで、図１８における非調質高強度ボルトの製造方法は終了する。ここでは熱処理によるブルーイング処理が省略されているが、見方を変えれば、常温下で歪時効処理が行われているともいえる。

そこで、荷重負荷工程（Ｓ２０）においては、負荷応力比と、その負荷荷重を保持する保持時間、すなわち除荷までの時間をパラメータとして、ボルトに各種の処理を行い、その後引張試験を行った。その評価指標としては、上記のように、調質ボルトと同程度以上の降伏比が０．９０以上となることを用いる。

図１９は、試験８として、ボルト成形後に各種の負荷応力比と、その荷重保持時間をパラメータとし、その処理を行った各ボルトについての引張試験の結果を示す図である。ここでは参考のため、図４で説明した試験１、試験２、試験７のデータが転記されている。図２０、図２１は、試験８の結果をグラフ化したもので、それぞれ負荷応力比をパラメータとし、横軸には対数軸で荷重保持時間を取り、縦軸に降伏比または引張強度を取って示したものである。

これらの結果から、引張強度が１５００Ｍｐａ以上の目標については全部のボルトが満たすが、降伏比については、調質ボルト並みの０．９以上が条件次第で得られることがわかる。その条件は、荷重負荷時間には依存せず、負荷応力比を９０％以上とすることであることがわかる。なお、降伏比が０．９以上のものについては、図１９において降伏比のデータの欄で影を付けて示してある。

このようにして、図１８における非調質高強度ボルトの製造方法の手順において、Ｓ２０の負荷応力比を９０％以上１００％未満とすることで、引張強度が１５００ＭＰａ以上、降伏比が０．９以上で、リラクセーション特性が改善された非調質高強度ボルトを得ることができる。

図２２は、非調質高強度ボルトの製造方法についてさらに別の処理手順を示すフローチャートである。この製造方法は、図１で説明した方法と比べ、ブルーイング処理（Ｓ２２）がボルト成形工程（Ｓ１０）の次に配置され、これに伴い、引張治具で塑性歪を与える荷重負荷の工程（Ｓ２４）の内容が異なるところが相違する。図２２の製造方法は、図１８で説明した製造方法、すなわち、負荷応力比を高くすることで、いわば常温歪時効のような効果により、除荷後の熱処理を省略できることに関連し、負荷応力比を高める場合に、前もってブルーイング処理を施すことによって、特性がより改善されるのではないかとの着想に基づくものである。

図２２の製造方法の手順において、ボルト成形（Ｓ１０）の工程は、図１のボルト成形工程で説明した内容と全く同じである。したがって、ピアノ線材の素材を準備し、これをパテンティング処理し、所定の減面率で引き抜き加工し、引張強度を１５００ＭＰａから１７００ＭＰａとなるようにし、転造と頭部成形によりボルトの外形となす。ボルト成形されると次にブルーイング処理がされる（Ｓ２２）。そしてその後引張治具で塑性歪を与える荷重負荷の工程（Ｓ２４）が行われ、除荷される（Ｓ１４）。この除荷工程も図１の除荷工程で説明した内容と全く同じである。

ここで、ブルーイング処理工程（Ｓ２２）の内容は、従来技術の方法において用いたものと同じ条件、すなわち２５０℃３０分とした。そして、荷重負荷工程（Ｓ２４）において、図１８における荷重負荷工程（Ｓ２０）と同様に、負荷応力比と、その負荷荷重を保持する時間、すなわち除荷までの時間をパラメータとして、ボルトに各種の処理を行い、その後引張試験を行った。その評価指標としては、上記のように、調質ボルトと同程度以上の降伏比が０．９０以上となることを用いる。

図２３は、試験９として、ボルト成形後に各種の負荷応力比と、その荷重保持時間をパラメータとし、その処理を行った各ボルトについての引張試験の結果を示す図である。ここでは参考のため、図４で説明した試験１、試験２、試験７のデータが転記されている。図２４、図２５は、試験９の結果をグラフ化したもので、それぞれ負荷応力比をパラメータとし、横軸には対数軸で荷重保持時間を取り、縦軸に降伏比または引張強度を取って示したものである。

これらの結果から、引張強度が１５００Ｍｐａ以上の目標については、全部のボルトにわたって十分満たされ、例えば先ほどの図１９における事前ブルーイング処理のないものに比べ、かなり改善されることがわかる。また、降伏比については、調質ボルト並みの０．９以上が条件次第で得られることがわかる。その条件は、荷重負荷時間には依存せず、負荷応力比を９０％以上とすることであることがわかる。なお、降伏比が０．９以上のものについては、図１９において降伏比のデータの欄で影を付けて示してある。また、事前ブルーイング処理の条件は、従来技術の２５０℃３０分としたが、温度範囲は２００℃以上２５０℃以下、時間範囲は１５分以上３０分以下であってもよい。

このようにして、図２２における非調質高強度ボルトの製造方法の手順において、Ｓ２２のブルーイング処理条件を２００℃以上２５０℃以下で３０分とし、Ｓ２４の負荷応力比を９０％以上１００％未満とすることで、引張強度が１５００ＭＰａ以上、降伏比が０．９以上で、リラクセーション特性が改善された非調質高強度ボルトを得ることができる。

図２６は、非調質高強度ボルトの製造方法について、荷重負荷の方法、より具体的には荷重負荷のための治具を、引張治具でなく、回転締付治具を用いる場合の処理手順を示すフローチャートである。ここでは、図１の製造方法と比較して、回転締付治具で塑性歪を与える荷重負荷工程（Ｓ３０）が異なり、その他のボルト成形（Ｓ１０）、除荷（Ｓ１４）、ブルーイング処理（Ｓ１６）の工程は、図１の対応する工程と全く同じである。

換言すれば、図２６の製造方法は、図１における荷重負荷工程が、ボルトの両端を引張装置で引っ張って所定の塑性歪を与えているが、これをボルトの塑性域締め法によって、等価な大きさの軸方向の荷重負荷を行い、同じ所定の塑性歪を与えるようにするものである。したがって、回転締付治具によって塑性域締めされる程度は、それによる軸方向荷重負荷の大きさが、図１に関連して説明した負荷応力比と同じになるように決定される。そのようにすることで、他の処理工程を全く同じとして、図１で説明した非調質高強度ボルトと全く同じ特性の非調質高強度ボルトを得ることができる。

回転締付治具で塑性歪を与える荷重負荷工程（Ｓ３０）は、引張治具で塑性歪を与える荷重負荷工程（Ｓ１２）と同様に、ボルトをその弾性限界を超えるまで締め付け、ネジ部に任意の塑性歪を与える工程である。そして、Ｓ１２に関連して説明したように、その塑性歪は、そのボルトが実際の装置等に取り付けられたときに相手のネジ部と嵌合するいわゆる嵌合部でない部分に与えられることが好ましく、また、この塑性歪は、ボルト締結の際にボルトが延びる部分、すなわち嵌合部でないネジ部を設け、そこに与えられることが好ましいことも同様である。つまり、図２（ａ），（ｂ）に関連して説明したように、スタッドボルト１０については、この塑性歪は、ネジ部１２の内で使用嵌合部１４以外の部分、つまり実使用において相手側の雌ネジと嵌合せず裸のままの使用時裸ネジ部１５において塑性歪が生じることが好ましく、六角ボルト２０についても、ネジ部２２の内で使用嵌合部２４以外の使用時裸ネジ部２５において塑性歪が生じることが好ましい。

図２７は、ボルトの使用嵌合部以外の裸ネジ部に塑性歪を与えるための回転締付治具の構造及び作用を説明する図である。ボルトについて、図３の引張治具と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図２７（ａ）は、スタッドボルト１０に塑性歪を与えるためのスタッドボルト用回転締付治具５０を示す。このスタッドボルト用回転締付治具５０は、スタッドボルト１０の一方側のネジ部１２がねじ込まれるねじ込み治具５２と、スタッドボルト１０の一方側のネジ部１２にはめ込まれるナット５４とから構成される。

ねじ込み治具５２は、スタッドボルト１０の全長より短い長さＪの全高を有する筒状の部材で、スタッドボルト１０が挿入できる中心穴を備え、その中心穴の底部には有効長Ｌ３の雌ネジ部１８が切られている。Ｌ３は、スタッドボルト１０のネジ部１２の有効長Ｌ１よりも短く、スタッドボルト１０の使用嵌合部１４の長さＬ２よりも長く設定される。そして、ねじ込み治具５２の軸方向長さＪは、雌ネジ部１８一杯にスタッドボルトの一方側のネジ部１２がねじ込まれるときにスタッドボルト１０の他方側のネジ部１２が全部突き出ないような長さに設定される。また、そのときにスタッドボルト１０の他方側のネジ部１２が突き出た部分の長さよりも、ナット５４の軸方向の高さが短くなるようにナット５４が設定される。

このような構成のスタッドボルト用回転締付治具５０を用い、スタッドボルト１０の一方側のネジ部１２を先にしてねじ込み治具５２の中心穴に通し、その底部の雌ネジ部１８にその先端のネジ部１２を嵌合させる。そして、ねじ込み治具５２から突き出たスタッドボルト１０の他方側のネジ部１２にナット５４をはめ込み、ナット５４がねじ込み治具５２の上面で止まるまで回す。このときの寸法関係は図２７（ａ）に示すように、ねじ込み治具５２の上面であるナット５４の止まり面と、雌ネジ部１８との間に、２つの裸ネジ部１６が現れる。２つの裸ネジ部１６における軸方向の長さＬ４は同じであるのが好ましいが、異なっていてもよい。

この状態で、スタッドボルト１０はスタッドボルト用回転締付治具５０に取り付けられたことになるが、その後、図示されていない回転装置を用い、塑性域締め法によってナット５４をねじ込み治具５２に対し図２７（ａ）に示すθ回転により締め付けてスタッドボルト１０に軸方向荷重を負荷する。塑性域締め法は、スナグトルクからさらに増し締めして、ボルトの材料の弾性限界を超える軸方向歪みを与える方法で、増し締めの大きさで、塑性歪を与える歪み量を任意に設定することができる。

図２８は、塑性域締め法におけるスナグトルクと増し締め角度の関係を説明する図である。この図で横軸は回転角度、縦軸はボルトが受けるトルクの大きさを示す。このトルク−回転角度特性は、ボルトの応力−歪線図に対応する。ここでスナグトルクとは、材料の弾性領域を示す指標の１つで、トルク−回転角度特性における線形領域の最後のところを材料の降伏開始点Ａと考え、そこからさらに１０°回転させた状態をポイントＢとし、ポイントＢから９０°回転を戻したときの状態をポイントＣとすれば、ポイントＣにおけるトルクがスナグトルクと呼ばれる。増し締めとは、このスナグトルクを基準にして確実に塑性域に入れる方法のことである。

再び図２７に戻り、図２７（ｂ）は、六角ボルト２０に塑性歪を与えるための六角ボルト用回転締付治具６０を示す。この六角ボルト用回転締付治具６０は、六角ボルト２０のネジ部２２がねじ込まれるもので、六角ボルト２０の頭部２１の下における有効長Ｌ１のネジ部２２を含む軸部の長さとほぼ同じ長さの全高を有する筒状の部材で、六角ボルト２０の軸部が挿入でき、その頭部２１の外形より小さい内径の中心貫通穴を備え、その中心貫通穴の奥部には有効長Ｌ３の雌ネジ部１８が切られている。Ｌ３は、六角ボルト２０のネジ部１２の有効長Ｌ１よりも短く、六角ボルト２０の使用嵌合部１４の長さＬ２よりも長く設定される。

このような構成の六角ボルト用回転締付治具６０を用い、六角ボルト２０の軸部を中心貫通穴に通し、その底部の雌ネジ部１８にその先端のネジ部２２を嵌合させる。そして、頭部２１が六角ボルト用回転締付治具６０の上面で止まるまで回す。このときの寸法関係は図２７（ｂ）に示すように、六角ボルト用回転締付治具６０の上面である頭部２１の止まり面と、雌ネジ部１８との間に、裸ネジ部１６が現れる。

この状態で、六角ボルト２０は六角ボルト用回転締付治具６０に取り付けられたことになる。したがって、図２７（ａ）に関連して説明したように、その後、図示されていない回転装置を用い、塑性域締め法によって頭部２１を六角ボルト用回転締付治具６０に対し図２７（ｂ）に示すθ回転により締め付けてスタッドボルト１０に軸方向荷重を負荷する。そして、スナグトルクからの増し締めの大きさで、負荷応力比を任意に設定することができる。

このように、スタッドボルト１０の場合も、六角ボルト２０の場合も、回転締付治具は、ボルトのネジ部の実効長さＬ１より短く、そのボルトが実使用において相手先に嵌合する使用嵌合長さＬ２よりも長い任意の長さＬ３の雌ネジでボルトのネジ部を嵌合させる形状を有し、塑性歪を与えるボルトのネジ部を回転締付治具のＬ３の長さの雌ネジに嵌合させて回転締付治具にボルトを取り付け、塑性域締め法によりスナグトルクから増し締めして、引張治具の場合と同様に裸ネジ部に塑性歪を与えることができる。この回転締付治具として、図２７（ａ）ではナットを用いることを説明したが、雌ネジが切られている板材等、回転装置に取り付けやすい形状の部材であってもよい。

したがって、荷重負荷工程（Ｓ３０）は、治具が異なるのみで、ボルトの軸方向に荷重を負荷し、塑性歪を与えようという点では図１の荷重負荷工程（Ｓ１２）と同じである。そして、図１に関連して説明したように、この塑性域締め法による荷重負荷工程（Ｓ３０）における荷重負荷の程度と、ブルーイング処理工程（Ｓ１６）の処理条件との関係は、降伏比を０．９以上とすることを１つの指標として評価することで、リラクセーション特性を改善できる。

ここで、Ｓ３０において負荷される荷重の大きさと、Ｓ１６において行われる熱処理条件範囲を決めるために行った実験について説明する。ここではＳ１２でボルト成形されたボルトを多数準備し、負荷荷重の大きさを、増し締め角度で９０度、１８０度、２７０度で変化させ、また、熱処理の条件を２００℃３０分、３００℃３分、４００℃１分と変化させた。熱処理条件は、引張治具を用いる場合に求めた図１７の処理条件範囲の中で代表的な点を選んだ。このようにして処理した各ボルトについて、それぞれ引張試験を行い、引張強度、０．２％耐力、降伏比をそれぞれ求めた。

その結果を図２９に示す。また、図３０は、図２９の結果をグラフ化したもので、ブルーイング処理条件をパラメータとし、横軸には増し締め角度を取り、縦軸に降伏比を取って示したものである。なお、図２９、図３０には一部、後述する実施例５の結果も記されている。

これらの結果から、引張強度が１５００Ｍｐａ以上の目標については全部のボルトが満たすが、降伏比については、調質ボルト並みの０．９以上も全ての条件で得られることがわかる。なお、降伏比が０．９以上のものについては、図２９において降伏比のデータの欄で影を付けて示してある。このように、Ｓ２０の増し締め角度を９０度以上２７０度以下とすることで、図１７で説明したブルーイング処理に処理条件範囲の代表的条件の下で、すべて引張強度が１５００ＭＰａ以上、降伏比が０．９以上とできる。このことから、増し締め角度を９０度以上２７０度以下が、引張治具の場合の負荷応力比８０％以上に相当することが予想され、したがって、ブルーイング条件は、図１７の処理条件範囲を用いることができると考えられる。

ここで、降伏比０．９０以上を有する図２６の工程を経たボルトを選び、そのリラクセーション試験を行った。その結果を図３１、図３２に示す。これらの図は、引張治具を用いた図１５、図１６に対応するものである。図３１は常温リラクセーション試験の結果、図３２は高温リラクセーション試験の結果を示す。リラクセーション試験の内容、及び図３１、図３２の縦軸、横軸の意味は、図１５等で説明したものと同じで、従来技術及び調質ボルトのデータも比較のために示されている。図中に、０．９３σＢ等と示されているのは、降伏比が０．９３であるボルトであることも同様である。これらの図から、調質ボルト並み又はそれ以上の降伏比、すなわち降伏比０．９０以上を有するボルトは、従来技術の「ボルト成形＋ブルーイング」の処理のものに比較し、リラクセーション特性が改善し、調質ボルト並み、あるいはそれ以上に改善されていることがわかる。また、引張治具によるものと同様な結果であることが分かる。

従って図２６における非調質高強度ボルトの製造方法の手順において、Ｓ３０の増し締め角度を９０度以上２７０度以下とし、Ｓ１６のブルーイング条件を図１７で説明した処理条件範囲とすることで、引張強度が１５００ＭＰａ以上、降伏比が０．９以上で、リラクセーション特性が改善された非調質高強度ボルトを得ることができる。

図３３は、非調質高強度ボルトの製造方法について回転締付治具を用いる別の処理手順を示すフローチャートである。この製造方法は、引張治具における図１８で説明した方法に対応する。すなわち引張治具で塑性歪を与える荷重負荷工程（Ｓ２０）の代わりに、荷重負荷工程（Ｓ３２）は回転締付治具で塑性歪を与える。そして、図１８の方法と同様にブルーイング処理が省略できる。

図３３において、ボルト成形工程（Ｓ１０）及び除荷工程（Ｓ１４）は今まで説明したものと同じである。荷重負荷工程（Ｓ３２）は、図２６の荷重負荷工程（Ｓ３０）と荷重負荷の程度が異なるのみで、回転締付治具による増し締めにより塑性歪を与える歪み量を任意に設定する方法も同様である。

そこで、荷重負荷工程（Ｓ３２）においては、増し締め角度をパラメータとして、ボルトに各種の処理を行い、その後引張試験を行った。その評価指標としては、上記のように、調質ボルトと同程度以上の降伏比が０．９０以上となることを用いる。

その結果は、先ほどの図２９及び図３０に示されている。この結果から分かるように、引張強度が１５００Ｍｐａ以上の目標については全部のボルトが満たすが、降伏比については、調質ボルト並みの０．９以上が条件次第で得られることがわかる。その条件は、増し締め角度が１８０度以上２７０度以下である。なお、降伏比が０．９以上のものについては、図２９において降伏比のデータの欄で影を付けて示してある。

このようにして、図３３における非調質高強度ボルトの製造方法の手順において、Ｓ３２の増し締め角度を１８０度以上２７０度以下とすることで、引張強度が１５００ＭＰａ以上、降伏比が０．９以上で、リラクセーション特性が改善された非調質高強度ボルトを得ることができる。

図３４は、非調質高強度ボルトの製造方法について回転締付治具を用いるさらに別の処理手順を示すフローチャートである。この製造方法は、引張治具における図２２で説明した方法に対応する。すなわち引張治具で塑性歪を与える荷重負荷工程（Ｓ２４）の代わりに、荷重負荷工程（Ｓ３４）は回転締付治具で塑性歪を与える。また、図２２と同じ内容のブルーイング処理（Ｓ２２）がボルト成形工程（Ｓ１０）の次に配置される。

図３４において、ボルト成形工程（Ｓ１０）及び除荷工程（Ｓ１４）は今まで説明したものと同じである。荷重負荷工程（Ｓ３４）は、図２６の荷重負荷工程（Ｓ３０）と荷重負荷の程度が異なるのみで、回転締付治具による増し締めにより塑性歪を与える歪み量を任意に設定する方法も同様である。

ここで、ブルーイング処理工程（Ｓ２２）の内容は、上記のように図２２のブルーイング処理工程と同じ、すなわち従来技術の方法において用いた２５０℃３０分とした。そして、荷重負荷工程（Ｓ３４）において、増し締め角度をパラメータとして、ボルトに各種の処理を行い、その後引張試験を行った。その評価指標としては、上記のように、調質ボルトと同程度以上の降伏比が０．９０以上となることを用いる。

その結果を図３５に示す。また、図３６に増し締め角度と降伏比の関係、図３７に増し締め角度と引張強度の関係をそれぞれ示す。これらの結果から分かるように、引張強度が１５００Ｍｐａ以上の目標については全部のボルトが満たし、降伏比についても調質ボルト並みの０．９以上が全ての条件で得られることがわかる。また、図２２に関連して説明したように、事前ブルーイング処理の条件は、２００℃３０分であってもよい。

このようにして、図３４における非調質高強度ボルトの製造方法の手順において、Ｓ２２のブルーイング処理条件を２００℃以上２５０℃以下で３０分とし、Ｓ３４の増し締め角度を９０度以上２７０度以下とすることで、引張強度が１５００ＭＰａ以上、降伏比が０．９以上で、リラクセーション特性が改善された非調質高強度ボルトを得ることができる。

実施例１における非調質高強度ボルトの製造方法の処理手順を示すフローチャートである。 本発明に係る実施の形態において、高強度ボルトに塑性歪を与える様子を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、引張治具の構造及び作用を説明する図である。 実施例１において、各種パラメータのボルトについての引張試験の結果を示す図である。 ボルト成形後にブルーイング処理を行う従来技術についてブルーイング処理条件と引張試験の結果の関係を示す図である。 従来技術のボルト、調質ボルトについてのリラクセーション試験の結果を示す図である。 実施例１において、２００℃ブルーイングのボルトについての引張試験の結果を示す図である。 実施例１において、２００℃ブルーイングのボルトについての引張試験の結果を示す図である。 実施例１において、２５０℃ブルーイングのボルトについての引張試験の結果を示す図である。 実施例１において、２５０℃ブルーイングのボルトについての引張試験の結果を示す図である。 実施例１において、３００℃ブルーイング各種パラメータのボルトについての引張試験の結果を示す図である。 実施例１において、３００℃ブルーイング各種パラメータのボルトについての引張試験の結果を示す図である。 実施例１において、４００℃ブルーイング各種パラメータのボルトについての引張試験の結果を示す図である。 実施例１において、４００℃ブルーイング各種パラメータのボルトについての引張試験の結果を示す図である。 実施例１のボルトについての常温リラクセーション試験の結果を示す図である。 実施例１のボルトについての高温リラクセーション試験の結果を示す図である。 実施例１におけるブルーイング処理条件範囲を示す図である。 実施例２における非調質高強度ボルトの製造方法の処理手順を示すフローチャートである。 実施例２において、各種パラメータのボルトについての引張試験の結果を示す図である。 図１９の結果をグラフ化した図である。 図１９の結果をグラフ化した図である。 実施例３における非調質高強度ボルトの製造方法の処理手順を示すフローチャートである。 実施例３において、各種パラメータのボルトについての引張試験の結果を示す図である。 図２３の結果をグラフ化した図である。 図２３の結果をグラフ化した図である。 実施例４における非調質高強度ボルトの製造方法の処理手順を示すフローチャートである。 本発明に係る実施の形態において、回転締付治具の構造及び作用を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、塑性域締め法によるスナグトルクと増し締めの関係を説明する図である。 実施例４，５において、各種パラメータのボルトについての引張試験の結果を示す図である。 図２９の結果をグラフ化した図である。 実施例４のボルトについての常温リラクセーション試験の結果を示す図である。 実施例４のボルトについての高温リラクセーション試験の結果を示す図である。 実施例５における非調質高強度ボルトの製造方法の処理手順を示すフローチャートである。 実施例６における非調質高強度ボルトの製造方法の処理手順を示すフローチャートである。 実施例６において、各種パラメータのボルトについての引張試験の結果を示す図である。 図３５の結果をグラフ化した図である。 図３５の結果をグラフ化した図である。

符号の説明

１０ スタッドボルト、１２，２２ ネジ部、１４，２４ 使用嵌合部、１５，１６，２５，２６ 裸ネジ部、１８ 雌ネジ部、２０ 六角ボルト、２１ 頭部、３０，５０ スタッドボルト用引張治具、４０，６０ 六角ボルト用引張治具、４２，５４ ナット、４４ 上部治具、４６ 下部治具、５２ ねじ込み治具。

Claims (10)

1. 非調質ボルトを成形後、任意の引張治具を用いてそのボルトの引張強度の８０％以上１００％未満に相当する軸方向荷重を負荷して塑性歪を与える荷重負荷工程と、
   ボルトを治具から除荷し取り外す除荷工程と、
   取り外したボルトを、熱処理する温度と時間との関係において、２００℃で５分、及び２００℃で６０分、及び２５０℃で１分、及び２５０℃で１０分、及び３００℃で０．５分、及び３００℃で５分、及び４００℃で０．５分、及び４００℃で１分の各処理条件で囲まれる処理条件範囲でブルーイング処理を行う処理工程と、
   を含むことを特徴とする非調質高強度ボルトの製造方法。
2. 非調質ボルトを成形後、任意の引張治具を用いてそのボルトの引張強度の９０％以上１００％未満に相当する軸方向荷重を負荷して塑性歪を与える荷重負荷工程と、
   ボルトを引張治具から除荷し取り外す除荷工程と、
   を含むことを特徴とする非調質高強度ボルトの製造方法。
3. 非調質ボルトを成形後、処理温度範囲を２００℃以上２５０℃以下、処理時間範囲を１５分以上３０分以下のブルーイング処理を行う処理工程と、
   ブルーイング処理後の非調質ボルトを、任意の引張治具を用いてそのボルトの引張強度の９０％以上１００％未満に相当する軸方向荷重を負荷して塑性歪を与える荷重負荷工程と、
   ボルトを引張治具から除荷し取り外す除荷工程と、
   を含むことを特徴とする非調質高強度ボルトの製造方法。
4. 請求項１から３のいずれか１に記載の非調質高強度ボルトの製造方法において、
   高強度ボルトは、軸径より大きい径の頭部を有する頭部付ボルトであり、
   引張治具は、
   その頭部付ボルトの実効長さＬ１より短い長さの雌ネジ部を有するナットと、頭部付ボルトのネジ部を通す貫通穴を有しながら頭部を上方に押し上げるための天井部を備える下部治具と、頭部付ボルトのネジ部を通す貫通穴を有しながらそのネジ部に嵌合したナットを下部に押し下げるための底部を有する上部治具とを含み、
   荷重負荷工程は、
   塑性歪を与える頭部付ボルトの頭部を下部治具の天井部で止めながら頭部付ボルトのネジ部を下部治具の貫通穴と上部治具の貫通穴に通し、上部治具の底部から突き出た頭部付ボルトのネジ部にナットを嵌合し、それによって、上部治具の底部から突き出たネジ部の長さをＬ３として、（Ｌ１−Ｌ３）の長さの裸ネジ部を頭部付ボルトの根元側に残して、頭部付ボルトを引張治具に取付ける取付工程と、
   引張治具における上部治具を下部方向に、下部治具を上部方向にそれぞれ引っ張ることで、引張治具に取付けられた頭部付ボルトを軸線方向に任意の軸方向荷重の下で引っ張る引張工程と、
   を有することを特徴とする非調質高強度ボルトの製造方法。
5. 請求項１から３のいずれか１に記載の非調質高強度ボルトの製造方法において、
   高強度ボルトは、軸の少なくとも両端部にネジ部を有するスタッドボルトであり、
   引張治具は、
   成形後のスタッドボルトのネジ部の実効長さＬ１より短く、そのスタッドボルトが実使用において相手先に嵌合する使用嵌合長さＬ２よりも長い任意の長さＬ３を有する雌ネジ部を含み、
   荷重負荷工程は、
   塑性歪を与えるスタッドボルトのネジ部を引張治具の長さＬ３の雌ネジ部で嵌合させ、それによって、（Ｌ１−Ｌ３）の長さの裸ネジ部をスタッドボルトに残して、引張治具にスタッドボルトを取り付ける取付工程と、
   引張治具に取り付けられたスタッドボルトを軸線方向に任意の軸方向荷重の下で引っ張る引張工程と、
   を有することを特徴とする非調質高強度ボルトの製造方法。
6. 非調質ボルトを成形後、任意の回転締付治具を用いてそのボルトの材料の弾性領域を示す指標であるスナグトルクで締め付け、さらに、９０度以上２７０度以下の角度の増し締めを行う荷重負荷工程と、
   ボルトを回転締付治具から除荷し取り外す除荷工程と、
   取り外したボルトを、熱処理する温度と時間との関係において、２００℃で５分、及び２００℃で６０分、及び２５０℃で１分、及び２５０℃で１０分、及び３００℃で０．５分、及び３００℃で５分、及び４００℃で０．５分、及び４００℃で１分の各処理条件で囲まれる処理条件範囲でブルーイング処理を行う処理工程と、
   を含むことを特徴とする非調質高強度ボルトの製造方法。
7. 非調質ボルトを成形後、任意の回転締付治具を用いてそのボルトの材料の弾性領域を示す指標であるスナグトルクで締め付け、さらに、１８０度以上２７０度以下の角度の増し締めを行う荷重負荷工程と、
   ボルトを回転締付治具から除荷し取り外す除荷工程と、
   を含むことを特徴とする非調質高強度ボルトの製造方法。
8. 非調質ボルトを成形後、処理温度範囲を２００℃以上２５０℃以下、処理時間範囲を１５分以上３０分以下のブルーイング処理を行う処理工程と、
   ブルーイング処理後の非調質ボルトを、任意の回転締付治具を用いてそのボルトの材料の弾性領域を示す指標であるスナグトルクで締め付け、さらに、９０度以上２７０度以下の角度の増し締めを行う荷重負荷工程と、
   ボルトを回転締付治具から除荷し取り外す除荷工程と、
   を含むことを特徴とする非調質高強度ボルトの製造方法。
9. 請求項６から８のいずれか１に記載の非調質高強度ボルトの製造方法において、
   高強度ボルトは、軸径より大きい径の頭部を有する頭部付ボルトであり、
   回転締付治具は、頭部付ボルトのネジ部の実効長さＬ１より短く、その頭部付ボルトが実使用において相手先に嵌合する使用嵌合長さＬ２よりも長い任意の長さＬ３の雌ネジ部を一部に有する貫通穴を含み、頭部付ボルトを貫通穴に挿入し雌ネジ部にねじ込んでＬ３の長さで嵌合させたときその頭部が貫通穴の端部で止まる形状を備え、
   荷重負荷工程は、
   頭部付ボルトを、その頭部が回転締付治具の端部で止まるまでねじ込み、それによって、（Ｌ１−Ｌ３）の長さの裸ネジ部を頭部付ボルトに残して、頭部付ボルトを回転締付治具に取り付ける取付工程と、
   頭部付ボルトを、頭部が回転締付治具の端部で止まっている状態でさらにその頭部付ボルトの材料の弾性領域を示す指標であるスナグトルクで締め付ける締付工程と、
   頭部付ボルトを、スナグトルクの締め付け状態からさらに任意の角度で増し締めする増し締め工程と、
   を有することを特徴とする非調質高強度ボルトの製造方法。
10. 請求項６から８のいずれか１に記載の非調質高強度ボルトの製造方法において、
    高強度ボルトは、軸の少なくとも両端部にネジ部を有するスタッドボルトであり、
    回転締付治具は、スタッドボルトのネジ部の実効長さＬ１より短く、そのスタッドボルトが実使用において相手先に嵌合する使用嵌合長さＬ２よりも長い任意の長さＬ３の雌ネジ部を一部に有する穴を含み、スタッドボルトを穴に挿入し雌ネジ部にねじ込んでその一方端のネジ部をＬ３の長さで嵌合させたときスタッドボルトの他方端が穴の端部よりＬ２以上突き出る形状を備え、
    荷重負荷工程は、
    スタッドボルトを、回転締付治具の穴に挿入し雌ネジ部にねじ込み、その一方端のネジ部をＬ３の長さで嵌合させ、それによって、（Ｌ１−Ｌ３）の長さの裸ネジ部をスタッドボルトに残して、穴の端部から突き出るスタッドボルトの他方端に締付ナットを取り付ける取付工程と、
    締付ナットを穴の端部で止まるまで回転させた後、スタッドボルトをそのボルトの材料の弾性領域を示す指標であるスナグトルクで締め付ける締付工程と、
    締付ナットを、スナグトルクの締め付け状態からさらに任意の角度で増し締めする増し締め工程と、
    を有することを特徴とする非調質高強度ボルトの製造方法。

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