JP5449925B2 - High strength bolt with improved delayed fracture resistance and method for manufacturing the same - Google Patents

High strength bolt with improved delayed fracture resistance and method for manufacturing the same Download PDF

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Description

本発明は、耐遅れ破壊性、特に腐食環境下での耐水素脆化特性が改善された高強度ボルト及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a high-strength bolt with improved delayed fracture resistance, particularly hydrogen embrittlement resistance under corrosive environment, and a method for producing the same.

鉄鋼材料に応力が負荷されてから一定時間を経過した後に発生する、いわゆる遅れ破壊は、種々の原因が複雑に絡み合っておりその原因を特定することは難しい。しかし、一般的に遅れ破壊は水素脆化現象が主な原因となっていると考えられている。この水素脆化現象に影響を与える因子として、焼戻し温度、組織、材料硬さ、結晶粒度、各種合金元素の影響等が認められているものの、水素脆化防止手段が確立されているわけではなく、種々の方法が試行錯誤されているに過ぎないのが実情である。   In so-called delayed fracture, which occurs after a certain period of time has passed since the stress is applied to the steel material, various causes are intricately intertwined, and it is difficult to identify the cause. However, it is generally considered that delayed fracture is mainly caused by hydrogen embrittlement. Although factors such as tempering temperature, structure, material hardness, grain size, and various alloying elements are recognized as factors affecting this hydrogen embrittlement phenomenon, measures to prevent hydrogen embrittlement have not been established. In fact, various methods are merely trial and error.

例えば特許文献1〜3には、各種合金元素を調整することにより、引張強さが140kgf/mm2以上でも耐遅れ破壊特性に優れた高強度ボルト用鋼が得られることが開示されている。また、特許文献4には鋼中に微細な化合物を分散させることによって、耐遅れ破壊特性を改善できる技術が開示されている。特許文献4では、鋼を焼入れ焼戻しすることによって微細な化合物を多数析出させ、その析出物に鋼中を動き回る水素(拡散性水素)をトラップさせることで耐遅れ破壊特性を改善している。 For example, Patent Documents 1 to 3 disclose that by adjusting various alloy elements, high strength bolt steel having excellent delayed fracture resistance can be obtained even if the tensile strength is 140 kgf / mm 2 or more. Patent Document 4 discloses a technique capable of improving delayed fracture resistance by dispersing fine compounds in steel. In Patent Document 4, delayed fracture resistance is improved by precipitating many fine compounds by quenching and tempering steel and trapping hydrogen (diffusible hydrogen) moving around in the precipitate.

しかし、近年ではより厳しい腐食環境下における耐遅れ破壊特性が要求されており、従来提案されていた技術には改善の余地があった。   In recent years, however, delayed fracture resistance in a more severe corrosive environment has been required, and there has been room for improvement in the conventionally proposed technology.

特開昭60−114551号公報JP-A-60-114551 特開平2−267243号公報JP-A-2-267243 特開平3−243745号公報JP-A-3-243745 特許第4031068号公報Japanese Patent No. 4031068

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は厳しい腐食環境下においても優れた耐遅れ破壊特性を発揮することのできる高強度ボルト及びその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the problems as described above, and an object thereof is to provide a high-strength bolt capable of exhibiting excellent delayed fracture resistance even in a severe corrosive environment and a method for manufacturing the same. It is in.

上記課題を達成した本発明の焼入れ焼戻し高強度ボルトとは、C:0.25〜0.6%(質量%の意味。以下、同じ。)、Si:0.02〜0.45%、Mn:0.2〜0.8%、P:0.02%以下(0%を含まない)、S:0.025%以下(0%を含まない)、Al:0.1%以下(0%を含まない)、N:0.001〜0.02%、Cr:0.05〜2.0%を含有し、更に、Mo:0.5〜2.0%、Ti:0.02〜0.2%、およびV:0.01〜0.50%よりなる群から選ばれる少なくとも2種以上を含有するとともに、TiとVについてはその合計量が0.08%以上であり、残部が鉄および不可避不純物であって、ボルト軸部のオーステナイト結晶粒度番号が9.0以上であり、ボルト軸部の表面にFe及びCrを含有する酸化スケールを有し、該酸化スケールの最小厚さが0.5μm以上で、且つ、平均厚さが1.0〜4.5μmであることを特徴とする。   The quenching and tempering high-strength bolts of the present invention that have achieved the above-mentioned problems are: C: 0.25 to 0.6% (meaning of mass%, hereinafter the same), Si: 0.02 to 0.45%, Mn : 0.2 to 0.8%, P: 0.02% or less (not including 0%), S: 0.025% or less (not including 0%), Al: 0.1% or less (0%) N: 0.001 to 0.02%, Cr: 0.05 to 2.0%, Mo: 0.5 to 2.0%, Ti: 0.02 to 0 0.2% and V: containing at least two or more selected from the group consisting of 0.01 to 0.50%, and the total amount of Ti and V is 0.08% or more, with the balance being iron And an inevitable impurity, the austenite grain size number of the bolt shaft portion is 9.0 or more, and the surface of the bolt shaft portion contains Fe and Cr. It has oxide scale which, with a minimum thickness of oxide scale is 0.5μm or more and an average thickness characterized in that it is a 1.0~4.5Myuemu.

本発明に係る高強度ボルトは、軸部硬さがHv400以上であることが好ましく、また更にNi:1.0%以下(0%を含まない)および/またはCu:1.0%以下(0%を含まない)を含有することも好ましい。   The high-strength bolt according to the present invention preferably has a shaft hardness of Hv400 or more, and further Ni: 1.0% or less (excluding 0%) and / or Cu: 1.0% or less (0 % Is not included).

また、本発明は上記の化学成分組成を有する鋼材をボルトに成型し、870〜960℃に加熱して焼入れした後、O2濃度:10ppm以下であるN2ガス雰囲気下、500〜610℃で焼戻しを行う高強度ボルトの製造方法をも包含する。 In the present invention, a steel material having the above chemical composition is formed into a bolt, heated to 870 to 960 ° C. and quenched, and then at 500 to 610 ° C. in an N 2 gas atmosphere having an O 2 concentration of 10 ppm or less. A method for producing a high-strength bolt for tempering is also included.

本発明によれば、ボルトの軸部にFe及びCrを含有する酸化スケールが適切に形成されているため、Hv400以上(即ち、引張強度で1300MPa以上)の高強度ボルトにおいても、厳しい腐食環境下で優れた耐遅れ破壊特性を発揮することができる。従って、締結部品の小型・軽量化が可能となり、自動車のエンジン部品をはじめとする各種部品の軽量化を通じて、燃費向上とCO2削減に大きく寄与することができる。 According to the present invention, since an oxide scale containing Fe and Cr is appropriately formed in the shaft portion of the bolt, even in a high-strength bolt having a Hv of 400 or more (that is, a tensile strength of 1300 MPa or more), it is in a severe corrosion environment. Can exhibit excellent delayed fracture resistance. Therefore, it is possible to reduce the size and weight of the fastening parts, and can greatly contribute to improvement of fuel consumption and CO 2 reduction through weight reduction of various parts including automobile engine parts.

本発明例および比較例における焼入れ焼戻し後のスケールの状態を示すSEM写真である。It is a SEM photograph which shows the state of the scale after hardening and tempering in the example of this invention and a comparative example. 本発明例および比較例における酸浸漬前、および長時間酸浸漬後のスケールまたは錆の状態を示すEPMA像(X線マイクロアナライザ)である。It is the EPMA image (X-ray microanalyzer) which shows the state of the scale or rust before the acid immersion in this invention example and a comparative example, and after long-time acid immersion. 本発明例(実験No.8)におけるスケールを示したSEM写真(図3(a))、および特性X線の強度を示すグラフ(図3(b))である。It is the SEM photograph (Drawing 3 (a)) which showed the scale in the example of the present invention (Experiment No. 8), and the graph (Drawing 3 (b)) which shows the intensity of characteristic X-rays.

本発明者は、高強度ボルトの遅れ破壊現象の原因となる水素脆化現象について、特に鋼材の表面状態の影響を検討した。その結果、ボルト製造時の焼入れ焼戻し工程で生成する酸化スケールの種類と厚さを適切に調整することによって、厳しい腐食環境下でも水素の浸入を抑制することができ耐水素脆化特性を向上できることが判明した。   The present inventor examined the influence of the surface condition of the steel material in particular on the hydrogen embrittlement phenomenon that causes the delayed fracture phenomenon of high-strength bolts. As a result, by appropriately adjusting the type and thickness of the oxide scale generated in the quenching and tempering process when manufacturing bolts, hydrogen penetration can be suppressed even in severe corrosive environments, and hydrogen embrittlement resistance can be improved. There was found.

さらに、本発明では合金元素を適切に調整して水素をトラップする作用のある合金化合物を形成させることにより、前記酸化スケールを透過してしまった水素をトラップすることができる。すなわち、水素浸入抑制と、水素トラップという2段機構により、一層の耐遅れ破壊特性の向上が可能となる。   Furthermore, in the present invention, hydrogen that has permeated through the oxide scale can be trapped by appropriately adjusting the alloy elements to form an alloy compound that has the action of trapping hydrogen. In other words, the delayed fracture resistance can be further improved by the two-stage mechanism called hydrogen entry suppression and hydrogen trap.

まず、本発明における酸化スケールについて図1、図2を参照しつつ説明する。図1は本発明例および比較例における焼入れ焼戻し後のスケールの状態を示すSEM写真であり、図2は本発明例および比較例における酸浸漬前、および長時間酸浸漬後のスケールまたは錆の状態を示すEPMA(X線マイクロアナライザ)像である。なお、図2における測定条件は、装置:JXA−8800RL(日本電子製)、加速電圧:15kV、照射電流:0.2μAである。大気雰囲気で焼入れ焼戻しを行った比較例では、形成したスケールが不均一であるのに対して、後述するようにO2濃度の低いN2雰囲気下で焼入れ焼戻しを行った本発明例では均一なスケールが形成している(図1)。さらに図2の酸浸漬前の状態から、本発明例の方が表層(スケール)にCrが濃化していることがわかる。本発明における酸化スケールは、Fe及びCrを含有するものであり、主に(Fe、Cr)34を含有する(質量基準で85%以上)他、FeCr24等も含有する。本発明におけるFe−Crスケールとは、EPMAによって分析し、Crを1.5質量%以上、Feを50質量%以上含有するスケールを言うものとする。このFe及びCrを含有する酸化スケール(以下、「Fe−Crスケール」と呼ぶ。)をボルト表面に形成させると、主に以下の三つの作用によって水素の浸入を抑制できると考えられる。 First, the oxide scale in the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an SEM photograph showing the state of the scale after quenching and tempering in the examples of the present invention and comparative examples, and FIG. 2 is the state of the scale or rust before acid immersion in the examples of the present invention and comparative examples and after prolonged acid immersion. Is an EPMA (X-ray microanalyzer) image showing 2 are apparatus: JXA-8800RL (manufactured by JEOL Ltd.), acceleration voltage: 15 kV, and irradiation current: 0.2 μA. In the comparative example in which quenching and tempering was performed in an air atmosphere, the scale formed was not uniform, whereas in the present invention example in which quenching and tempering was performed in an N 2 atmosphere with a low O 2 concentration as described later, it was uniform. A scale is formed (FIG. 1). Furthermore, it can be seen from the state before acid immersion in FIG. 2 that Cr is concentrated on the surface layer (scale) in the example of the present invention. The oxide scale in the present invention contains Fe and Cr, and mainly contains (Fe, Cr) 3 O 4 (85% or more on a mass basis), and also contains FeCr 2 O 4 and the like. The Fe—Cr scale in the present invention means a scale containing 1.5% by mass or more of Cr and 50% by mass or more of Fe analyzed by EPMA. When this oxide scale containing Fe and Cr (hereinafter referred to as “Fe—Cr scale”) is formed on the bolt surface, it is considered that hydrogen penetration can be suppressed mainly by the following three actions.

一つ目の作用は、腐食初期の水素の浸入を抑制するという作用である。Fe−Crスケールは、FeO、Fe23、Fe34などの他の酸化スケールに比べて酸浸漬などの腐食環境下での溶解性が低く、腐食初期に地鉄への水素の浸入を抑制できると考えられる。 The first function is to suppress the intrusion of hydrogen at the early stage of corrosion. Fe-Cr scale has lower solubility in corrosive environments such as acid immersion than other oxide scales such as FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4, etc., and hydrogen penetrates into the iron in the early stage of corrosion. Can be suppressed.

二つ目の作用は、腐食環境下で長時間経過した後も水素の浸入を抑制するという作用である。この作用には主に(i)地鉄表層のCr濃度が減少していること、および(ii)長時間経過後に形成する錆がα相やアモルファスなどの緻密な錆であることが影響しているものと考えられる。   The second action is to suppress the intrusion of hydrogen even after a long time has passed in a corrosive environment. This effect is mainly due to the fact that (i) the Cr concentration on the surface layer of the steel is reduced and (ii) the rust formed after a long time is a dense rust such as α-phase or amorphous. It is thought that there is.

上記(i)について、Fe−Crスケールが腐食環境下に長時間浸漬されると溶解するため、上記したFe−Crスケールによる水素浸入抑制効果は低減してしまう。一方、ボルトの地鉄表層はCrが焼入れ焼戻し工程で酸化スケール中に拡散してしまっているため、Cr濃度の少ない状態となっている。通常、地鉄中のCrがCr3+となって溶け出すと、FeがFe2+となって溶け出した場合に比べて塩素イオン(Cl-)を強く引き付けることとなり、結果としてH+が引き寄せられる。しかし、本発明においては上述の通り地鉄表層のCrが少ないため、CrよりもFeが溶け出しやすい状態となっており、H+が引き寄せられにくいため、水素の浸入を抑制できるものと考えられる。 Regarding (i), since the Fe—Cr scale dissolves when immersed in a corrosive environment for a long time, the effect of suppressing the hydrogen penetration by the Fe—Cr scale is reduced. On the other hand, the surface layer of the bolt has a low Cr concentration because Cr has diffused into the oxide scale during the quenching and tempering process. Normally, the Cr in the steel matrix from dissolving in a Cr 3+, Fe chlorine ions as compared with the case where melted becomes Fe 2+ (Cl -) becomes attracting strong, resulting in H + is Gravitate. However, in the present invention, as described above, since there is less Cr on the surface layer of the iron core, Fe is more likely to dissolve than Cr, and H + is less likely to be attracted. .

上記(ii)について、Feを含有する酸化スケールが腐食環境下に長時間浸漬されると、まずFe(OH)2が生成し、さらに中間生成物を経由してFeOOHを含有する錆が生成する。前記FeOOHは、非晶質または結晶質として存在し得、結晶質の場合はα相、β相、γ相が存在する。通常、FeO、Fe23、Fe34などの酸化スケールを腐食環境下に長時間浸漬した場合はβ相のFeOOHが生成する。β相のFeOOHはα相やアモルファスのFeOOHに比べて疎であるため水素が浸入しやすい上に、さらにβ相は塩素イオン(Cl-)を引き付ける力が強く、結果としてH+が引き寄せられる。しかし本発明では、酸化スケールがCrを含有している場合に前記FeOOHがα相またはアモルファスとなることを見出した。非晶質またはα相のFeOOHは緻密であり水素の浸入を抑制できる。従ってFe−Crスケールは、溶解して錆に変化した場合であっても水素の浸入を抑制できるのである。 Regarding (ii) above, when an oxide scale containing Fe is immersed in a corrosive environment for a long time, first, Fe (OH) 2 is produced, and further, rust containing FeOOH is produced via an intermediate product. . The FeOOH can exist as an amorphous or crystalline material, and in the case of a crystalline material, an α phase, a β phase, and a γ phase exist. Normally, when an oxide scale such as FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 or the like is immersed in a corrosive environment for a long time, β-phase FeOOH is generated. Since the β-phase FeOOH is sparser than the α-phase and amorphous FeOOH, hydrogen easily enters, and the β-phase has a strong force of attracting chlorine ions (Cl ), and as a result, H + is attracted. However, in the present invention, it has been found that the FeOOH becomes α phase or amorphous when the oxide scale contains Cr. Amorphous or α-phase FeOOH is dense and can suppress the intrusion of hydrogen. Therefore, even if the Fe—Cr scale melts and changes to rust, the intrusion of hydrogen can be suppressed.

上記した長時間経過後の水素浸入について、図2から確認することができる。すなわち、本発明例では地鉄中にClがほとんど確認できないのに対し、比較例では地鉄中にClが浸入しており、その結果水素が浸入しているものと考えられる。   The above hydrogen intrusion after a long time can be confirmed from FIG. That is, in the example of the present invention, almost no Cl can be confirmed in the base iron, whereas in the comparative example, Cl intrudes into the base iron, and as a result, hydrogen is considered to have infiltrated.

三つ目の作用は、局部電池作用が起こりにくいため腐食を抑制できるという作用である。Fe−Crスケールは、FeO、Fe23、Fe34などの他の酸化スケールに比べて電気伝導率が低いため、局部電池のパスを形成しにくく、局部電池作用による腐食が抑制できる結果、水素が引き寄せられにくく水素の浸入を抑制できるものと考えられる。 The third action is that the local battery action is unlikely to occur and therefore corrosion can be suppressed. Fe-Cr scale has lower electrical conductivity than other oxide scales such as FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4, so it is difficult to form a local battery path, and corrosion due to local battery action can be suppressed. As a result, it is considered that hydrogen is hardly attracted and intrusion of hydrogen can be suppressed.

上記のような作用を有効に発揮するため、Fe−Crスケールの厚さは、最小厚さが0.5μm以上で、且つ、平均厚さが1.0μm以上と定めた。Fe−Crスケールは、最小厚さが1.0μm以上であることが好ましく(より好ましくは1.5μm以上)、平均厚さが1.5μm以上(より好ましくは2.0μm以上)であることが好ましい。一方、Fe−Crスケールは厚くなりすぎると剥離しやすくなるため平均厚さを4.5μm以下と定めた。Fe−Crスケールの平均厚さは4.0μm以下であることが好ましく、より好ましくは3.5μm以下である。   In order to effectively exhibit the above action, the thickness of the Fe—Cr scale was determined to be 0.5 μm or more in minimum thickness and 1.0 μm or more in average thickness. The Fe—Cr scale preferably has a minimum thickness of 1.0 μm or more (more preferably 1.5 μm or more), and an average thickness of 1.5 μm or more (more preferably 2.0 μm or more). preferable. On the other hand, when the Fe—Cr scale becomes too thick, it becomes easy to peel off, so the average thickness is set to 4.5 μm or less. The average thickness of the Fe—Cr scale is preferably 4.0 μm or less, more preferably 3.5 μm or less.

本発明では、上記Fe−Crスケールによる水素浸入抑制作用に加えて、水素が浸入してしまった場合にはMo系炭化物、Ti系炭化物、V系炭化物、Cr系炭化物によって水素をトラップできるとともに、結晶粒の粗大化を抑制しているため、耐遅れ破壊特性を高めることができる。上記のMo系炭化物、Ti系炭化物、V系炭化物、Cr系炭化物とは、円相当径でおよそ5〜30nmの微細炭化物であって、Mo、Ti、V、Crをそれぞれ含む単独炭化物の他、例えばV−Mo炭化物のようにこれら元素を2種以上含有する複合炭化物も含む。   In the present invention, in addition to the hydrogen intrusion suppression action by the Fe-Cr scale, when hydrogen has intruded, Mo-based carbide, Ti-based carbide, V-based carbide, and Cr-based carbide can trap hydrogen, Since the coarsening of crystal grains is suppressed, delayed fracture resistance can be enhanced. The above-mentioned Mo-based carbide, Ti-based carbide, V-based carbide, and Cr-based carbide are fine carbides having an equivalent circle diameter of about 5 to 30 nm, in addition to single carbides containing Mo, Ti, V, and Cr, For example, composite carbide containing two or more of these elements such as V-Mo carbide is also included.

以下、本発明に係るボルトの化学成分組成および組織について述べる。   The chemical component composition and structure of the bolt according to the present invention will be described below.

C:0.25〜0.6%
Cは、Mo、Ti、V、Crなどと炭化物を形成するとともに、強度を確保する上で必須の元素である。そこでC量を0.25%以上と定めた。特にHv400以上の硬さを実現するためにはC量は0.30%以上が好ましく、より好ましくは0.35%以上である。一方、C量が過剰になると炭化物の粗大化を招くとともに靭性の低下を招くため、耐遅れ破壊特性が劣化する。そこでC量は0.6%以下と定めた。C量は好ましくは0.5%以下であり、より好ましくは0.45%以下である。
C: 0.25 to 0.6%
C is an essential element for forming carbides with Mo, Ti, V, Cr and the like and securing strength. Therefore, the C amount is set to 0.25% or more. In particular, in order to realize a hardness of Hv 400 or higher, the C content is preferably 0.30% or higher, more preferably 0.35% or higher. On the other hand, if the amount of C is excessive, the carbide is coarsened and the toughness is lowered, so that the delayed fracture resistance is deteriorated. Therefore, the C amount is set to 0.6% or less. The amount of C is preferably 0.5% or less, and more preferably 0.45% or less.

Si:0.02〜0.45%
Siは、鋼の溶製時に脱酸剤として作用するとともに、本発明におけるFe−Crスケールを得る上でも重要な元素である。Si含有鋼では、地鉄とスケールとの界面にFe2SiO4がわずかに生成し、アンカー効果によってスケールの密着性が向上する。また、Cと同様に、強度を確保する点でも有用な元素である。そこで、Siを0.02%以上と定めた。Si量は好ましくは0.03%以上であり、より好ましくは0.04%以上である。一方、Si量が過剰になると冷間加工性が劣化するとともに、焼入れ時の熱処理における粒界酸化を助長して遅れ破壊特性を劣化させる。そこでSi量は0.45%以下と定めた。Si量は好ましくは0.3%以下であり、より好ましくは0.2%以下である。
Si: 0.02 to 0.45%
Si acts as a deoxidizer during the melting of steel, and is an important element in obtaining the Fe—Cr scale in the present invention. In the Si-containing steel, Fe 2 SiO 4 is slightly generated at the interface between the base iron and the scale, and the adhesion of the scale is improved by the anchor effect. Further, like C, it is an element that is also useful in securing strength. Therefore, Si was determined to be 0.02% or more. The amount of Si is preferably 0.03% or more, and more preferably 0.04% or more. On the other hand, when the amount of Si becomes excessive, cold workability deteriorates and grain boundary oxidation in the heat treatment during quenching is promoted to deteriorate delayed fracture characteristics. Therefore, the Si amount is determined to be 0.45% or less. The amount of Si is preferably 0.3% or less, and more preferably 0.2% or less.

Mn:0.2〜0.8%
Mnは、焼入れ性向上元素であり、強度を確保する上で重要な元素である。そこでMn量を0.2%以上と定めた。Mn量は好ましくは0.3%以上であり、より好ましくは0.4%以上である。一方、Mn量が過剰になると粒界に偏析し粒界強度を弱めるため、耐遅れ破壊特性が劣化する。そこでMn量を0.8%以下と定めた。Mn量は好ましくは0.7%以下であり、より好ましくは0.6%以下である。
Mn: 0.2 to 0.8%
Mn is an element that improves hardenability and is an important element for securing strength. Therefore, the amount of Mn is set to 0.2% or more. The amount of Mn is preferably 0.3% or more, and more preferably 0.4% or more. On the other hand, if the amount of Mn is excessive, segregation at the grain boundary and weakening the grain boundary strength results in deterioration of the delayed fracture resistance. Therefore, the amount of Mn is set to 0.8% or less. The amount of Mn is preferably 0.7% or less, more preferably 0.6% or less.

P:0.02%以下(0%を含まない)
Pは、粒界偏析を起こして粒界強度を低下させるため、耐遅れ破壊特性を低下させる。そこでP量は0.02%以下と定めた。P量は好ましくは0.015%以下であり、より好ましくは0.010%以下である。P量は少なければ少ない程好ましいが、鋼材の製造コストの増加を招くため0%とすることは難しく、0.001%程度の残存は許容される。
P: 0.02% or less (excluding 0%)
P causes segregation at the grain boundary and lowers the grain boundary strength, so that the delayed fracture resistance is lowered. Therefore, the P content is determined to be 0.02% or less. The amount of P is preferably 0.015% or less, and more preferably 0.010% or less. The smaller the amount of P, the better. However, since it causes an increase in the manufacturing cost of the steel material, it is difficult to make it 0%, and a residual of about 0.001% is allowed.

S:0.025%以下(0%を含まない)
Sは、MnSなどの硫化物を形成し鋼中に微細分散するが、S量が過剰になると粗大なMnS等を形成し応力集中箇所となる結果、耐遅れ破壊特性が低下する。そこでS量は0.025%以下と定めた。S量は好ましくは0.010%以下であり、より好ましくは0.005%以下である。S量は、Pと同様に少なければ少ない程好ましいが、鋼材の製造コストの増加を招くため0%とすることは難しく、0.001%程度の残存は許容される。
S: 0.025% or less (excluding 0%)
S forms sulfides such as MnS and is finely dispersed in the steel. However, if the amount of S is excessive, coarse MnS and the like are formed, resulting in stress-concentrated sites, resulting in a decrease in delayed fracture resistance. Therefore, the S amount is determined to be 0.025% or less. The amount of S is preferably 0.010% or less, more preferably 0.005% or less. The amount of S is preferably as small as P, but it is difficult to reduce it to 0% because it increases the manufacturing cost of the steel material, and a residual amount of about 0.001% is allowed.

Al:0.1%以下(0%を含まない)
Alは、鋼中のNと結合してAlNを生成し、結晶粒成長を抑制する効果を有する元素である。結晶粒の微細化により耐遅れ破壊特性の向上が期待できる。このような効果を有効に発揮させるため、Al量は0.010%以上が好ましく、より好ましくは0.020%以上である。一方、Al量が過剰になると酸化物系介在物を生成し、耐遅れ破壊特性を低下させる。そこでAl量は0.1%以下と定めた。Al量は好ましくは0.070%以下であり、より好ましくは0.050%以下である。
Al: 0.1% or less (excluding 0%)
Al is an element that has an effect of suppressing growth of crystal grains by combining with N in steel to generate AlN. Improvement of delayed fracture resistance can be expected by refining crystal grains. In order to effectively exhibit such an effect, the Al content is preferably 0.010% or more, more preferably 0.020% or more. On the other hand, when the amount of Al is excessive, oxide inclusions are generated, and the delayed fracture resistance is deteriorated. Therefore, the Al content is determined to be 0.1% or less. The amount of Al is preferably 0.070% or less, more preferably 0.050% or less.

N:0.001〜0.02%
Nは、窒化物を形成し結晶粒を微細化させることにより耐遅れ破壊特性の向上に寄与する元素である。そこでN量を0.001%以上と定めた。N量は好ましくは0.002%以上であり、より好ましくは0.004%以上である。一方、N量が過剰になると鋼中に固溶するN量が増大し、耐遅れ破壊特性を低下させる。そこでN量を0.02%以下と定めた。N量は好ましくは0.007%以下であり、より好ましくは0.006%以下である。
N: 0.001 to 0.02%
N is an element that contributes to the improvement of delayed fracture resistance by forming nitrides and refining crystal grains. Therefore, the N amount is set to 0.001% or more. The N amount is preferably 0.002% or more, and more preferably 0.004% or more. On the other hand, when the amount of N becomes excessive, the amount of N dissolved in the steel increases and the delayed fracture resistance is deteriorated. Therefore, the N amount is set to 0.02% or less. The N amount is preferably 0.007% or less, and more preferably 0.006% or less.

Cr:0.05〜2.0%
Crは、耐食性を高める作用を有するとともに、上述したFe−Crスケールを形成することにより水素浸入の抑制に有効な元素である。また靭性および焼入性の向上にも有効である。このような効果を有効に発揮させるために、Cr量は0.05%以上と定めた。Cr量は好ましくは0.07%以上であり、より好ましくは0.1%以上である。一方、Cr量が過剰になると前記効果が飽和するとともに、製造コストの上昇を招く。そこでCr量は2.0%以下と定めた。Cr量は好ましくは1.5%以下であり、より好ましくは1.3%以下である。
Cr: 0.05-2.0%
Cr is an element that has an effect of enhancing corrosion resistance and is effective in suppressing hydrogen intrusion by forming the above-described Fe—Cr scale. It is also effective in improving toughness and hardenability. In order to effectively exhibit such an effect, the Cr content is determined to be 0.05% or more. The amount of Cr is preferably 0.07% or more, and more preferably 0.1% or more. On the other hand, when the amount of Cr is excessive, the effect is saturated and the manufacturing cost is increased. Therefore, the Cr content is set to 2.0% or less. The amount of Cr is preferably 1.5% or less, more preferably 1.3% or less.

Mo:0.5〜2.0%、Ti:0.02〜0.2%、およびV:0.01〜0.50%よりなる群から選ばれる少なくとも2種以上、且つ、TiとVの合計量が0.08%以上
Mo、Ti、Vは、鋼中に浸入した水素のトラップサイトとなる微細な化合物(Mo系化合物、Ti系化合物、V系化合物)を形成する。またこれら元素は焼入性を向上させる作用を有し、鋼材の強度および靭性改善に有効である。こうした効果を有効に発揮させるため、Mo量を0.5%以上、Ti量を0.02%以上、V量を0.01%以上と定めた。Mo量は好ましくは0.6%以上、より好ましくは0.8%以上である。Ti量は好ましくは0.03%以上、より好ましくは0.05%以上である。V量は好ましくは0.03%以上、より好ましくは0.05%以上である。一方、Mo量が過剰になると前記効果が飽和するとともに、変形抵抗の増大により圧造工具寿命の低下をもたらす。またTi量、V量が過剰になると粗大な窒化物や炭化物が生成し、靭性が低下することによって耐遅れ破壊特性が低下する。そこでMo量を2.0%以下、Ti量を0.2%以下、V量を0.50%以下と定めた。Mo量は好ましくは1.5%以下、より好ましくは1.0%以下である。Ti量は好ましくは0.15%以下、より好ましくは0.10%以下である。V量は好ましくは0.4%以下、より好ましくは0.3%以下である。
At least two or more selected from the group consisting of Mo: 0.5-2.0%, Ti: 0.02-0.2%, and V: 0.01-0.50%, and Ti and V Total amount is 0.08% or more Mo, Ti, and V form fine compounds (Mo-based compounds, Ti-based compounds, and V-based compounds) that serve as trap sites for hydrogen that has penetrated into the steel. Moreover, these elements have the effect | action which improves hardenability and are effective in the intensity | strength and toughness improvement of steel materials. In order to effectively exhibit such effects, the Mo amount was set to 0.5% or more, the Ti amount was set to 0.02% or more, and the V amount was set to 0.01% or more. The amount of Mo is preferably 0.6% or more, more preferably 0.8% or more. The amount of Ti is preferably 0.03% or more, more preferably 0.05% or more. V amount is preferably 0.03% or more, more preferably 0.05% or more. On the other hand, when the amount of Mo becomes excessive, the effect is saturated, and the life of the forging tool is reduced due to an increase in deformation resistance. Further, when the Ti amount and V amount are excessive, coarse nitrides and carbides are generated, and the toughness is lowered, so that the delayed fracture resistance is lowered. Therefore, the Mo amount is set to 2.0% or less, the Ti amount is set to 0.2% or less, and the V amount is set to 0.50% or less. The amount of Mo is preferably 1.5% or less, more preferably 1.0% or less. The amount of Ti is preferably 0.15% or less, more preferably 0.10% or less. The amount of V is preferably 0.4% or less, more preferably 0.3% or less.

上記元素のうち、TiおよびVは炭化物、窒化物、炭窒化物を形成することによって結晶粒の粗大化を防止する作用を有する。そこでこのような作用を有効に発揮するためTiとVの合計量は0.08%以上と定めた。TiとVの合計量は好ましくは0.1%以上であり、より好ましくは0.15%以上である。なお、TiとVの合計量とは、Tiが含まれない場合はV単独の量を意味し、Vが含まれない場合はTi単独の量を意味する。   Of the above elements, Ti and V have the effect of preventing the coarsening of crystal grains by forming carbides, nitrides, and carbonitrides. Therefore, in order to effectively exhibit such an action, the total amount of Ti and V is determined to be 0.08% or more. The total amount of Ti and V is preferably 0.1% or more, more preferably 0.15% or more. The total amount of Ti and V means the amount of V alone when Ti is not contained, and means the amount of Ti alone when V is not contained.

本発明に用いる鋼の基本成分は上記の通りであり、残部は実質的に鉄である。但し、原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる不可避不純物が鋼中に含まれることは、当然に許容される。さらに本発明に用いる鋼は、必要に応じて、Niおよび/またはCuを含有していても良い。   The basic components of the steel used in the present invention are as described above, and the balance is substantially iron. However, as a matter of course, it is permissible for steel to contain inevitable impurities brought in depending on the situation of raw materials, materials, manufacturing equipment, and the like. Furthermore, the steel used for this invention may contain Ni and / or Cu as needed.

Ni:1.0%以下(0%を含まない)および/またはCu:1.0%以下(0%を含まない)
NiおよびCuは、Crと同様に耐食性を向上させ水素浸入を抑制する作用を有する元素である。また、Niについては靭性および焼入性を向上させる上でも有効な元素である。このような効果を発揮させるためにNi量は0.05%以上とすることが好ましく、より好ましくは0.1%以上、さらに好ましくは0.2%以上である。またCu量は0.05%以上が好ましく、より好ましくは0.1%以上である。一方、Ni量が過剰になると前記効果が飽和するとともに、製造コストの上昇を招く。またCu量が過剰になると前記効果が飽和するとともに、靭性が低下して耐遅れ破壊特性の低下を招く。そこでNi量は1.0%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.7%以下、さらに好ましくは0.5%以下である。Cu量は1.0%以下が好ましく、より好ましくは0.7%以下、さらに好ましくは0.3%以下である。
Ni: 1.0% or less (not including 0%) and / or Cu: 1.0% or less (not including 0%)
Ni and Cu are elements having an action of improving corrosion resistance and suppressing hydrogen intrusion similarly to Cr. Ni is an element effective for improving toughness and hardenability. In order to exhibit such an effect, the Ni content is preferably 0.05% or more, more preferably 0.1% or more, and further preferably 0.2% or more. Further, the amount of Cu is preferably 0.05% or more, and more preferably 0.1% or more. On the other hand, when the amount of Ni is excessive, the above effects are saturated and the manufacturing cost is increased. Further, when the amount of Cu is excessive, the above effects are saturated, and the toughness is lowered to cause the delayed fracture resistance to be lowered. Therefore, the Ni content is preferably 1.0% or less, more preferably 0.7% or less, and still more preferably 0.5% or less. The amount of Cu is preferably 1.0% or less, more preferably 0.7% or less, and still more preferably 0.3% or less.

ボルト軸部のオーステナイト結晶粒度番号:9.0以上
オーステナイト結晶粒を微細化することによって靭性が向上するため、耐遅れ破壊特性が向上できる。そこでボルト軸部のオーステナイト結晶粒度番号を9.0以上と定め、好ましくは10.0以上、より好ましくは12.0以上とする。オーステナイト結晶粒度番号は大きければ大きいほど好ましいが、通常は15.0以下である。
Austenite grain size number of bolt shaft portion: 9.0 or more Since the toughness is improved by refining the austenite crystal grains, the delayed fracture resistance can be improved. Therefore, the austenite grain size number of the bolt shaft portion is set to 9.0 or more, preferably 10.0 or more, more preferably 12.0 or more. The larger the austenite grain size number, the better, but usually it is 15.0 or less.

本発明における高強度ボルトは、上記化学成分を有する鋼を通常の溶製法に従って溶製し、鋳造、熱間圧延、伸線した後、球状化焼鈍等の軟質化熱処理を行い、脱スケールと仕上げ伸線の後、冷間圧造または冷間鍛造などによってボルト成型し、さらに焼入れ焼戻し処理することによって製造できる。本発明の高強度ボルトは、上述した通り、ボルト表面にFe−Crスケールを有するとともに、Mo、Ti、V、Crなどの微細炭化物を析出させ、さらに結晶粒を微細化しているところに特徴を有しており、このような高強度ボルトを製造するためには、上記した一連の製造工程において特に焼入れ時の加熱温度、焼戻しの雰囲気、および焼戻し温度を適切に制御することが重要である。各製造条件について以下に説明する。   The high-strength bolt in the present invention is made by melting steel having the above chemical components in accordance with a normal melting method, casting, hot rolling, wire drawing, and performing softening heat treatment such as spheroidizing annealing, descaling and finishing. After wire drawing, it can be manufactured by bolting by cold forging or cold forging, and further by quenching and tempering. As described above, the high-strength bolt of the present invention has an Fe—Cr scale on the bolt surface, precipitates fine carbides such as Mo, Ti, V, and Cr, and further refines crystal grains. In order to manufacture such a high-strength bolt, it is important to appropriately control the heating temperature, the tempering atmosphere, and the tempering temperature during quenching in the series of manufacturing processes described above. Each manufacturing condition will be described below.

焼入れ時の加熱温度:870〜960℃
焼入れ時の加熱温度が低すぎると析出硬化型元素(Mo、Ti、V、Cr)が十分に固溶しないため、焼戻し時に十分な量の炭化物が確保できず強度が低下するとともに、鋼中に浸入した水素をトラップする効果が低下する。更に、焼入れ前の炭化物は球状化組織であるため、焼入れ時の加熱温度が低すぎると球状化炭化物が残存し、強度低下や耐食性の低下を招く。一方、焼入れ時の加熱温度が高すぎると結晶粒が粗大化することによって耐遅れ破壊特性が低下する。そこで焼入れ時の加熱温度は870〜960℃とした。焼入れ時の好ましい加熱温度は900〜950℃であり、より好ましくは910〜930℃である。
Heating temperature during quenching: 870-960 ° C
If the heating temperature at the time of quenching is too low, the precipitation hardening type elements (Mo, Ti, V, Cr) are not sufficiently dissolved, so that a sufficient amount of carbide cannot be secured at the time of tempering and the strength is lowered, and in the steel The effect of trapping invading hydrogen is reduced. Furthermore, since the carbide before quenching has a spheroidized structure, if the heating temperature at the time of quenching is too low, the spheroidized carbide remains, leading to a reduction in strength and corrosion resistance. On the other hand, if the heating temperature at the time of quenching is too high, the delayed fracture resistance deteriorates due to the coarsening of the crystal grains. Therefore, the heating temperature during quenching was 870 to 960 ° C. The preferable heating temperature at the time of quenching is 900 to 950 ° C, more preferably 910 to 930 ° C.

焼戻し温度:500〜610℃
焼戻し温度が低すぎると、結晶粒界に板状のセメンタイトが析出して粒界強度を低下させるとともに、上記したMo、Ti、V、Crの微細炭化物が十分に析出しないため、耐遅れ破壊特性が低下する。一方、焼戻し温度が高すぎると強度が低下する。そこで焼戻し温度は500〜610℃とする。好ましい焼戻し温度は510〜600℃であり、より好ましくは530〜595℃である。
Tempering temperature: 500-610 ° C
If the tempering temperature is too low, plate-like cementite precipitates at the crystal grain boundaries to lower the grain boundary strength, and the fine carbides of Mo, Ti, V, and Cr described above do not sufficiently precipitate, so delayed fracture resistance Decreases. On the other hand, if the tempering temperature is too high, the strength decreases. Therefore, the tempering temperature is set to 500 to 610 ° C. A preferable tempering temperature is 510-600 degreeC, More preferably, it is 530-595 degreeC.

焼戻し時の雰囲気:O2濃度が10ppm以下のN2雰囲気
本発明の製造方法において、焼入れは大気中で行っており、焼入れの際にボルト表層にFeOなどの酸化スケールが生成する。次いで、焼戻しをするにあたって、大気中で焼戻しを行うと、Fe23やFe34などの酸化スケールとなるのに対し、O2濃度の低いN2雰囲気下で焼戻しすると、焼入れ時に生成した酸化スケールがCrを含有する(Fe、Cr)34主体(質量基準で85%以上)のものに変わるのである。
Tempering atmosphere: N 2 atmosphere with O 2 concentration of 10 ppm or less In the production method of the present invention, quenching is performed in the air, and an oxide scale such as FeO is generated on the bolt surface layer during quenching. Next, when tempering, when tempering in the air, it becomes an oxide scale such as Fe 2 O 3 or Fe 3 O 4 , whereas when tempering in an N 2 atmosphere with low O 2 concentration, it is generated during quenching. The oxidized scale is changed to a (Fe, Cr) 3 O 4 main component (85% or more on a mass basis) containing Cr.

不活性ガスであるという意味においては、N2の他、Ar等も挙げられるが、本発明においてO2濃度の低いAr雰囲気下の焼戻しでは所望のFe−Crスケールを形成させることはできない。本発明におけるFe−CrスケールがO2濃度の低いN2雰囲気下の焼戻しで形成され、O2濃度の低いAr等の雰囲気下の焼戻しでは形成できない理由は必ずしも明確ではないが、以下のように推測できる。すなわち、N2雰囲気下では窒素がスケールの最表層側(O2−rich側)に窒素酸化物を僅かに作るため、スケールの酸素濃度が下がり、Fe23やFe34などが形成されることなくFe−Crスケールが形成するのに対し、Arは窒素のように酸化物を作ることがないためスケールの酸素濃度は低下せず、Fe−Crスケールを形成させることができないと考えられる。 In the meaning of being an inert gas, Ar and the like can be cited in addition to N 2 , but in the present invention, a desired Fe—Cr scale cannot be formed by tempering in an Ar atmosphere having a low O 2 concentration. Fe-Cr scale in the present invention is formed with low N 2 tempering atmosphere of O 2 concentration is not necessarily clear why not be formed in the tempering atmosphere of low Ar or the like having the O 2 concentration, as follows I can guess. That is, in the N 2 atmosphere, nitrogen slightly forms nitrogen oxides on the outermost layer side (O 2 -rich side) of the scale, so that the oxygen concentration of the scale decreases, and Fe 2 O 3 and Fe 3 O 4 are formed. The Fe-Cr scale is formed without being formed, whereas Ar does not form an oxide like nitrogen, so the oxygen concentration of the scale does not decrease, and the Fe-Cr scale cannot be formed. It is done.

2ガスには更に特有の作用効果があるものと考えられる。すなわち、N2雰囲気下で焼戻しするとスケール表層にNが濃化し、この濃化したNは腐食環境下でH+と反応してアンモニウムイオン(NH4+)になるため、H+を減少させることができる結果、水素浸入を抑制するものと推測される。 N 2 gas is considered to have a more specific effect. That is, when tempering in an N 2 atmosphere, N is concentrated on the surface layer of the scale, and this concentrated N reacts with H + in a corrosive environment to become ammonium ions (NH 4+ ), thus reducing H +. As a result, it is presumed that hydrogen penetration is suppressed.

(Fe、Cr)34主体の酸化スケールを形成させるため、N2中のO2濃度は10ppm以下とする。O2濃度は好ましくは5ppm以下であり、より好ましくは1ppm以下である。 In order to form an oxide scale mainly composed of (Fe, Cr) 3 O 4 , the O 2 concentration in N 2 is set to 10 ppm or less. The O 2 concentration is preferably 5 ppm or less, more preferably 1 ppm or less.

焼入れ焼戻しのその他の条件は、上記加熱温度や微細炭化物の析出量等を考慮して適宜設定できるが、例えば以下の範囲から選択することができる。   Other conditions for quenching and tempering can be appropriately set in consideration of the heating temperature, the amount of fine carbides deposited, and the like, and can be selected from the following ranges, for example.

焼入れ条件
・加熱時の保持時間:10分〜1時間(好ましくは20分〜40分)
・炉内雰囲気:大気
・冷却条件:油冷または水冷
焼戻し条件
・焼戻し時間:30分〜3時間(好ましくは70分〜2時間)
・冷却条件:油冷または水冷
Quenching conditions and holding time during heating: 10 minutes to 1 hour (preferably 20 minutes to 40 minutes)
-Furnace atmosphere: Atmosphere-Cooling conditions: Oil cooling or water cooling
Tempering conditions / tempering time: 30 minutes to 3 hours (preferably 70 minutes to 2 hours)
・ Cooling conditions: oil cooling or water cooling

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, but may be appropriately modified within a range that can meet the purpose described above and below. Of course, it is possible to implement them, and they are all included in the technical scope of the present invention.

表1に示す化学成分の鋼を通常の溶製法に従って溶製し、鋳造した後、熱間圧延を行ってφ12mmの圧延材を得た。ついで、伸線、球状化焼鈍処理(750℃、6時間、冷却速度:10℃/時間)を行い、ボルト成型用としてφ9.7mmの伸線材を得た。該伸線材を冷間鍛造してM8ボルト(JIS B0205およびJIS B0209)の試験片を成型し、表2に示す条件で焼入れ焼戻しした。その他の焼入れ焼戻し条件は、焼入れの加熱時間:45分、冷却条件:油冷、焼戻し時間:90分、冷却条件:水冷とした。   Steels having chemical components shown in Table 1 were melted and cast according to a normal melting method, and then hot rolled to obtain a rolled material having a diameter of 12 mm. Subsequently, wire drawing and spheroidizing annealing (750 ° C., 6 hours, cooling rate: 10 ° C./hour) were performed, and a wire drawing material having a diameter of φ9.7 mm was obtained for bolt forming. The wire drawing material was cold forged to form M8 bolt (JIS B0205 and JIS B0209) test pieces, which were quenched and tempered under the conditions shown in Table 2. Other quenching and tempering conditions were as follows: quenching heating time: 45 minutes, cooling condition: oil cooling, tempering time: 90 minutes, cooling condition: water cooling.

また表2において焼戻し雰囲気をN2としたものは、以下の手順で雰囲気を制御した。まずφ400mm×400mmLの円筒形の炉内(1.013×105Paの大気)をロータリーポンプによって0.4Paまで減圧した。次いで1.013×105PaのN2ガスで置換した。大気中のO2濃度を約21%とすると、置換後のN2雰囲気中の酸素濃度は0.4/(1.013×105)×0.21=0.8×10-6となり、酸素濃度は0.8ppmと算出できる。 Also those tempered atmosphere was N 2 in Table 2, to control the atmosphere by the following procedure. First, the inside of a cylindrical furnace of φ400 mm × 400 mmL (atmosphere of 1.013 × 10 5 Pa) was depressurized to 0.4 Pa by a rotary pump. Subsequently, it was replaced with 1.013 × 10 5 Pa of N 2 gas. If the O 2 concentration in the atmosphere is about 21%, the oxygen concentration in the N 2 atmosphere after the substitution is 0.4 / (1.013 × 10 5 ) × 0.21 = 0.8 × 10 −6 , The oxygen concentration can be calculated as 0.8 ppm.

上記の各試験片について、下記の要領でボルト軸部の結晶粒度および硬さ、表面スケール状態、耐遅れ破壊特性を評価した。   About each said test piece, the crystal grain size and hardness of the bolt shaft part, the surface scale state, and the delayed fracture resistance were evaluated in the following manner.

(1)ボルト軸部の結晶粒度および硬さの測定
試験片を軸部の軸方向に垂直な断面の断面(横断面)で切断後、D/4位置(Dは軸部の直径)の任意の0.039mm2の領域を光学顕微鏡で観察し(倍率:400倍)、JIS G0551に従って結晶粒度番号を測定した。測定は4視野について行い、これらの平均値をオーステナイト結晶粒度とした。また、硬さの測定は、前記結晶粒度測定と同じ領域を、ビッカース硬度計で測定(荷重:10kg)することによって行った。測定は4箇所について行い、これらの平均値をボルト軸部の硬さとした。
(1) Measurement of grain size and hardness of bolt shaft part After cutting a test piece with a cross section (cross section) perpendicular to the axial direction of the shaft part, D / 4 position (D is the diameter of the shaft part) It was observed in the area of 0.039 mm 2 with an optical microscope (magnification: 400 times) to measure the grain size number according to JIS G0551. The measurement was performed for 4 fields of view, and the average of these values was defined as the austenite grain size. In addition, the hardness was measured by measuring the same region as the crystal grain size measurement with a Vickers hardness meter (load: 10 kg). Measurement was performed at four locations, and the average of these values was taken as the hardness of the bolt shaft.

(2)表面スケール状態の分析
ボルト表面のスケール状態の分析は、試験片を横断面(軸心に垂直な断面)で切断し樹脂に埋め込み、電界放射型走査電子顕微鏡(日立製作所製、S−4500)を用いて倍率500倍でボルト表面の全周を観察して、特異箇所のないことを確認した上で、90°毎に4箇所を写真撮影し(倍率1000倍)、画像解析でボルト表面のスケール層の面積割合を算出し、スケール層の面積を求めた。その後、スケール層の面積をスケール層直下の地鉄の長さで除すことによって、平均のスケール厚さとし、撮影した4箇所の平均値をスケール層の平均厚さとした。またスケール層の最小厚さは、撮影した4箇所におけるスケール厚さのうち最小のものとした。
(2) Analysis of surface scale state The analysis of the scale state of the bolt surface was performed by cutting a test piece with a cross section (cross section perpendicular to the axis) and embedding it in a resin, and a field emission scanning electron microscope (manufactured by Hitachi, S- 4500) was used to observe the entire circumference of the bolt surface at a magnification of 500 times, and after confirming that there were no peculiar points, photographed four locations every 90 ° (1000 times magnification), The area ratio of the surface scale layer was calculated to determine the area of the scale layer. Thereafter, the area of the scale layer was divided by the length of the base iron immediately below the scale layer to obtain an average scale thickness, and the average value of the four taken locations was taken as the average thickness of the scale layer. In addition, the minimum thickness of the scale layer was set to the minimum of the scale thicknesses at the four taken locations.

さらにスケール層の成分組成の分析について、図3に示す実験No.8の測定例を挙げて説明する。まず倍率1000倍で観察し(図3(a))、倍率を2000倍として各元素のマッピングを行って(図示せず)Crの濃化している箇所を判別し、さらに5000倍に拡大(図3(a))してポイント分析を行い、図3(b)に示すように特性X線強度を測定することによって各成分の組成を求めた。測定は断面に対して90°毎に4箇所行い、検出元素(Fe、Si、Cr、O等)のX線強度比の平均を用いて求めた組成を各実験No.のスケールの成分組成とした。その結果、実験No.8、10、11、13、17、18については、いずれもスケールの成分が、Cr:1.5質量%以上、Fe:50質量%以上であった。なお、図3(b)ではCも検出されているが、これはカーボン蒸着した際のCや、埋め込み樹脂中のCに起因するものである。   Furthermore, for analysis of the component composition of the scale layer, the experiment No. 1 shown in FIG. An example of measurement will be described. First, observation was performed at a magnification of 1000 times (FIG. 3A), mapping of each element was performed at a magnification of 2000 times (not shown), a location where Cr was concentrated was determined, and further enlarged to 5000 times (FIG. 3). 3 (a)), point analysis was performed, and the characteristic X-ray intensity was measured as shown in FIG. 3 (b) to determine the composition of each component. The measurement was performed at four locations every 90 ° with respect to the cross section, and the composition obtained using the average of the X-ray intensity ratios of the detection elements (Fe, Si, Cr, O, etc.) The component composition of the scale. As a result, Experiment No. For 8, 10, 11, 13, 17, and 18, the scale components were Cr: 1.5 mass% or more and Fe: 50 mass% or more. In FIG. 3B, C is also detected, but this is due to C when carbon is deposited or C in the embedded resin.

(3)耐遅れ破壊特性の評価
各試験片を35%HCl溶液に30分間浸漬し、水洗・乾燥させた後、0.01mm/minの低歪み速度引張試験を行った。この試験では、前記した通り35%HCl溶液もの高濃度のHCl溶液に浸漬しているため、通常の腐食環境下で長時間浸漬した状態を模擬することができる。引張試験は試験片が破断するまで行い、破断時の伸びを、酸浸漬しなかった試験片と比較し、(破断伸び比)=(酸浸漬後の破断伸び)/(酸浸漬しなかった試験片の破断伸び)によって耐遅れ破壊特性を評価した。
(3) Evaluation of delayed fracture resistance Each test piece was immersed in a 35% HCl solution for 30 minutes, washed with water and dried, and then subjected to a low strain rate tensile test of 0.01 mm / min. In this test, since it is immersed in a high-concentration HCl solution as high as a 35% HCl solution as described above, it is possible to simulate a state of being immersed for a long time in a normal corrosive environment. The tensile test is performed until the test piece breaks, and the elongation at break is compared with the test piece not immersed in acid, (breaking elongation ratio) = (breaking elongation after acid immersion) / (test without acid immersion) The delayed fracture resistance was evaluated by the breaking elongation of the piece.

結果を表2に示す。   The results are shown in Table 2.

表2の実験No.8、10、11、13、17、18は化学成分組成、製造方法ともに適切に制御されているため、高強度を示すとともに、結晶粒度、スケールの厚みが適切な範囲となり、耐遅れ破壊特性が良好であった。   Experiment No. 2 in Table 2 Since 8, 10, 11, 13, 17, and 18 are appropriately controlled in both chemical composition and manufacturing method, they exhibit high strength, crystal grain size, and scale thickness within an appropriate range, and delayed fracture resistance. It was good.

これに対し、実験No.1〜7、9、12、14〜16、19〜28は化学成分組成または製造方法が適切でなかったため、強度、結晶粒度、スケールの厚みのいずれかが本発明範囲を外れる結果となり、耐遅れ破壊特性が不十分となった。   In contrast, Experiment No. 1-7, 9, 12, 14-16, 19-28 were not suitable for the chemical composition or production method, and therefore any of the strength, grain size, and scale thickness was out of the scope of the present invention. Destructive properties were insufficient.

実験No.1〜6は大気中で焼戻しを行ったため、さらに実験No.1については焼戻し温度が低かったためスケールの厚みが十分でなく、耐遅れ破壊特性が不十分となった。   Experiment No. Since Nos. 1 to 6 were tempered in the air, Experiment No. 1 was further performed. Regarding No. 1, since the tempering temperature was low, the thickness of the scale was not sufficient, and the delayed fracture resistance was insufficient.

実験No.7は焼戻し温度が低かったため、Mo、Ti、V、Crの炭化物の析出が不十分となり耐遅れ破壊特性が不十分となった。   Experiment No. Since No. 7 had a low tempering temperature, precipitation of carbides of Mo, Ti, V, and Cr was insufficient, resulting in insufficient delayed fracture resistance.

実験No.9は焼入れ焼戻し後に表面スケール層を切削加工で除去した例であり、水素浸入を抑制するスケールが存在しないため、耐遅れ破壊特性が不十分となった。   Experiment No. No. 9 is an example in which the surface scale layer is removed by cutting after quenching and tempering, and since there is no scale that suppresses hydrogen penetration, the delayed fracture resistance is insufficient.

実験No.12は焼入れ時の加熱温度が高かった例であり、結晶粒が粗大化して靭性が低下したため耐遅れ破壊特性が不十分となった。   Experiment No. No. 12 is an example in which the heating temperature at the time of quenching was high, and the delayed fracture resistance properties became insufficient because the crystal grains became coarse and the toughness decreased.

実験No.14は焼戻し温度が高かった例であり、強度が不十分となった。   Experiment No. No. 14 was an example in which the tempering temperature was high, and the strength was insufficient.

実験No.15、16は焼戻し雰囲気をそれぞれAr、H2にした例であり、スケールの厚みが不十分だったために耐遅れ破壊特性が不十分となった。 Experiment No. Nos. 15 and 16 are examples in which the tempering atmosphere was Ar and H 2 , respectively, and the delayed fracture resistance was insufficient because the thickness of the scale was insufficient.

実験No.19〜21は、Mo、Ti、Vのいずれかが少なかった例であり、これら元素の炭化物の析出が不十分であったため、水素トラップ作用が不十分であり耐遅れ破壊特性が不十分となった。また、TiおよびVの合計量が少なかったために結晶粒度番号が小さくなり強度が低下した。   Experiment No. Nos. 19 to 21 are examples in which any one of Mo, Ti, and V was small. Since precipitation of carbides of these elements was insufficient, the hydrogen trap action was insufficient and the delayed fracture resistance was insufficient. It was. In addition, since the total amount of Ti and V was small, the crystal grain size number was reduced and the strength was lowered.

実験No.22は、Mn量が多かった例であり、粒界強度が低下することによって耐遅れ破壊特性が不十分となった。   Experiment No. No. 22 is an example in which the amount of Mn was large, and the delayed fracture resistance was insufficient due to the decrease in grain boundary strength.

実験No.23は、Si量が多かった例である。Si量が多いためFeOに加えて、脆いFe2SiO4が生成し、スケールにクラックが発生して耐食性が低下するとともに、地鉄表層に粒界酸化が認められ、粒界強度の低下によって耐遅れ破壊特性が不十分となった。 Experiment No. 23 is an example in which the amount of Si was large. Because of the large amount of Si, in addition to FeO, brittle Fe 2 SiO 4 is generated, cracks are generated in the scale and the corrosion resistance is reduced, and grain boundary oxidation is observed on the surface layer of the iron core. Delayed fracture characteristics became insufficient.

実験No.24、25はそれぞれP量、S量が多かった例であり、粒界強度が低下することによって耐遅れ破壊特性が不十分となった。   Experiment No. Nos. 24 and 25 are examples in which the P amount and the S amount were large, respectively, and the delayed fracture resistance became insufficient due to the decrease in the grain boundary strength.

実験No.26は、TiおよびVの合計含有量が少なかった例であり、焼入れ時に結晶粒が粗大化して靭性が低下したため、耐遅れ破壊特性が不十分となった。   Experiment No. No. 26 is an example in which the total content of Ti and V was small. Since the crystal grains were coarsened and the toughness was lowered during quenching, the delayed fracture resistance was insufficient.

実験No.27、28は、それぞれTi、Vが多かった例であり、これら元素の炭化物が粗大となり水素トラップサイトとしての機能が十分に発揮されず、耐遅れ破壊特性が不十分となった。またNo.28は、No.23と同様にSi量が多かったためスケールにクラックが発生した。
Experiment No. Nos. 27 and 28 are examples in which Ti and V were large, respectively, and the carbides of these elements were coarse, so that the function as a hydrogen trap site was not sufficiently exhibited, and the delayed fracture resistance was insufficient. No. 28 is No. 28. Like 23, the amount of Si was large, so cracks occurred in the scale.

Claims (5)

C :0.25〜0.6%(質量%の意味。以下、同じ。)、
Si:0.02〜0.45%、
Mn:0.2〜0.8%、
P :0.02%以下(0%を含まない)、
S :0.025%以下(0%を含まない)、
Al:0.1%以下(0%を含まない)、
N :0.001〜0.02%、
Cr:0.49〜2.0%を含有し、
更に、Mo:0.5〜2.0%およびV:0.01〜0.50%を含有し、残部が鉄および不可避不純物であって、
ボルト軸部のオーステナイト結晶粒度番号が9.0以上であり、
ボルト軸部の表面にFe及びCrを含有する酸化スケールを有し、該酸化スケールの最小厚さが0.5μm以上で、且つ、平均厚さが1.0〜4.5μmであることを特徴とする焼入れ焼戻し高強度ボルト。
C: 0.25 to 0.6% (meaning mass%, hereinafter the same),
Si: 0.02 to 0.45%,
Mn: 0.2 to 0.8%
P: 0.02% or less (excluding 0%),
S: 0.025% or less (excluding 0%),
Al: 0.1% or less (excluding 0%),
N: 0.001 to 0.02%,
Cr: 0.49 to 2.0% is contained,
Further, it contains Mo: 0.5-2.0% and V: 0.01-0.50%, the balance being iron and inevitable impurities,
The austenite grain size number of the bolt shaft portion is 9.0 or more,
It has an oxide scale containing Fe and Cr on the surface of the bolt shaft portion, the minimum thickness of the oxide scale is 0.5 μm or more, and the average thickness is 1.0 to 4.5 μm. Hardened and tempered high strength bolts.
更にTi:0.02〜0.2%を含有し、TiとVの合計量が0.08%以上である請求項1に記載の高強度ボルト。 The high-strength bolt according to claim 1, further comprising Ti: 0.02 to 0.2% , wherein the total amount of Ti and V is 0.08% or more. 軸部硬さがHv400以上である請求項1または2に記載の高強度ボルト。   The high-strength bolt according to claim 1 or 2, wherein the shaft hardness is Hv400 or more. 更にNi:1.0%以下(0%を含まない)を含有する請求項1〜3のいずれかに記載の高強度ボルト。   The high-strength bolt according to any one of claims 1 to 3, further comprising Ni: 1.0% or less (not including 0%). 請求項1、2、4のいずれかに記載の化学成分組成を有する鋼材をボルトに成型し、
870〜960℃に加熱して焼入れした後、
2濃度:10ppm以下であるN2ガス雰囲気下、500〜610℃で焼戻しを行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の高強度ボルトの製造方法。
A steel material having the chemical composition according to any one of claims 1, 2, and 4 is molded into a bolt,
After heating to 870-960 ° C and quenching,
The method for producing a high-strength bolt according to any one of claims 1 to 4, wherein tempering is performed at 500 to 610 ° C in an N 2 gas atmosphere having an O 2 concentration of 10 ppm or less.
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JP5867285B2 (en) * 2012-05-16 2016-02-24 新日鐵住金株式会社 Bolt steel
JP5796549B2 (en) * 2012-06-21 2015-10-21 新日鐵住金株式会社 Steel material for weatherproof bolts
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JP6648659B2 (en) * 2015-09-28 2020-02-14 日本製鉄株式会社 Machine structural parts
US11708622B2 (en) 2018-01-30 2023-07-25 Nissan Motor Co., Ltd. Bolt and fastened structure
JP7188466B2 (en) * 2019-02-08 2022-12-13 日本製鉄株式会社 Bolts and steel materials for bolts
WO2023022222A1 (en) * 2021-08-20 2023-02-23 日本製鉄株式会社 Steel material

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JP2002069565A (en) * 2000-08-29 2002-03-08 Kobe Steel Ltd High strength steel having excellent delayed fracture resistance and its production method
JP3836766B2 (en) * 2002-08-15 2006-10-25 株式会社神戸製鋼所 High strength steel parts with excellent delayed fracture resistance and manufacturing method thereof
JP4332446B2 (en) * 2004-02-25 2009-09-16 株式会社神戸製鋼所 High strength steel with excellent cold workability and delayed fracture resistance, and high strength steel parts with excellent delayed fracture resistance

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