JP6606583B1 - 低温衝撃性に優れた二相ステンレス鋼ボルト及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌの二相ステンレス鋼を素材とするが、低温衝撃性を大幅に改良した二相ステンレス鋼ボルト及びその製造方法を提供する。【解決手段】 体積％で、Ｃ≦０．０３０、Ｓｉ≦１．００、Ｍｎ≦１．５０、Ｐ≦０．０４０、Ｓ≦０．０３０、５．５０≦Ｎｉ≦７．５０、２４．００≦Ｃｒ≦２６．００、２．５０≦Ｍｏ≦３．５０、０．０８≦Ｎ≦０．３０、残部Ｆｅの化学成分の二相ステンレス鋼ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌの線材を素材として冷間圧造され固溶化熱処理された組織を有するとともにボルト頭部とねじ下径部を有するボルト素形材の、上記ねじ下径部に冷間転造によって雌ねじが形成されていることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は低温衝撃性に優れた二相ステンレス鋼ボルト及びその製造方法に関し、特に耐食性の優れたステンレス鋼ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌ素材に対して冷間工程で製造するボルトの低温衝撃性を大幅に改良したボルト及びその製造方法に関する。

ＪＩＳ Ｂ ４３０３ Ｂ４３０８で規定される二相系ステンレス鋼ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌ（化学成分：質量％で、Ｃ≦０．０３０、Ｓｉ≦１．００、Ｍｎ≦１．５０、Ｐ≦０．０４０、Ｓ≦０．０３０、５．５０≦Ｎｉ≦７．５０、２４．００≦Ｃｒ≦２６．００、２．５０≦Ｍｏ≦３．５０、０．０８≦Ｎ≦０．３０、残部Ｆｅ）はその優れた耐食性及び機械的性質から板やアングル等の構造用素材に広く使われ始めている（特許文献１、特許文献２）。二相系ステンレス鋼製の板やアングル等を使用した構造物を構築する場合、ボルト、ナット、座金といった締結部品の製造技術を確立することが必要となる。

従来、オーステナイト系ステンレス鋼ボルトを冷間で製造する場合、以下の工程で製造されている。固溶化熱処理した線材を、外径精度を出すための０．３ｍｍ程度軽伸してボルト用鋼線を得る。この鋼線を冷間圧造で頭部とねじ下径部（又は軸部及びねじ下径部）を成形し、ねじ下径部に冷間転造でねじを成形して製造され、多くの生産実績や使用実績がある。

他方、ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌはオーステナイト相とフェライト相が所定の面積比で混在する特殊な金属組織であること、８００ｐｐｍを超える窒素が添加されており、僅かな冷間加工でも急激に加工硬化する特殊な物性があり、かかる物性に起因してＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌの二相ステンレス鋼に対して冷間圧造でボルトを製造する技術の確立は端緒についたばかりである。

特開２００５−２１３６３４号公報 特許第５２７５６３９号公報

ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌの二相ステンレス鋼ボルトを従来のオーステナイト系ステンレス鋼ボルトと同様の冷間工程で製造した場合、９００〜１１００Ｎ／ｍｍ²の優れた引張強さを有する高強度ボルトが得られるものの、ＪＩＳに規定される−４０°ＣにおけるＶノッチシャルピー試験を行うと極めて低い値になる。構造部材に使用されたボルトでは低温環境で衝撃荷重を受ける可能性もあることから、−４０°Ｃでの低温シャルピー値を改善したボルトの商品化が求められる。

本発明はかかる問題点に鑑み、ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌの二相ステンレス鋼を素材とするが、低温衝撃性を大幅に改良した二相ステンレス鋼ボルト及びその製造方法を提供することを課題とする。

そこで、本発明に係る低温衝撃性に優れた二相ステンレス鋼ボルトは、質量％で、Ｃ≦０．０３０、Ｓｉ≦１．００、Ｍｎ≦１．５０、Ｐ≦０．０４０、Ｓ≦０．０３０、５．５０≦Ｎｉ≦７．５０、２４．００≦Ｃｒ≦２６．００、２．５０≦Ｍｏ≦３．５０、０．０８≦Ｎ≦０．３０、残部Ｆｅの化学成分の二相ステンレス鋼ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌの線材を素材として冷間圧造されて固溶化熱処理されボルト頭部とねじ下径部を有するボルト素形材の、上記ねじ下径部に冷間転造によって雌ねじが形成されていることを特徴とする。

また、本発明に係る低温衝撃性に優れた二相ステンレス鋼ボルトの製造方法は、質量％で、Ｃ≦０．０３０、Ｓｉ≦１．００、Ｍｎ≦１．５０、Ｐ≦０．０４０、Ｓ≦０．０３０、５．５０≦Ｎｉ≦７．５０、２４．００≦Ｃｒ≦２６．００、２．５０≦Ｍｏ≦３．５０、０．０８≦Ｎ≦０．３０、残部Ｆｅの化学成分の二相ステンレス鋼ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌの線材を素材とし、ボルト頭部とねじ下径部を有するボルト素形材を冷間圧造によって製造し、該ボルト素形材を９５０°Ｃ〜１１００°Ｃの範囲内の温度で２分〜６０分（ボルト素形材の寸法や固溶化処理する量によって選択するのが好ましい）保持した後１００°Ｃ以下に急冷することによって固溶化熱処理を行い、この固溶化熱処理されたねじ下径部に雌ねじを冷間転造するようにしたことを特徴とする。

本発明に係る、低温衝撃性に優れた二相ステンレス鋼ボルトの製造方法を模式的に示す図である。

以下、本発明を図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る、低温衝撃性に優れた二相ステンレス鋼ボルトの製造方法の実施形態を模式的に示す。

〔供試料〕
二相ステンレス鋼ＳＵＳ３２９Ｊ４ＬのＭ１６×首下長さ５５ｍｍのボルト線材１０を供試材とした。

〔本発明の工程〕
１．ボルト線材１０をφ１６ｍｍからφ１５．７ｍｍに減面率３．７％で軽伸する（図１（ａ））。
２．圧造機内で頭部１１をアップセットし（図１（ｂ））、トリミングしてボルト頭部１３を形成し、胴部１２の先端側半部をφ１４．５７ｍｍ減面率１７％に圧造してねじ下径部１４を造形し、ボルト素形材を製作する（図１（ｃ））。
３．その後、ボルト素形材を９５０°Ｃ〜１１００°Ｃの範囲内の温度で２分〜１０分保持した後１００°Ｃ以下に急冷して固溶化熱処理を行う（図１（ｄ）（ｅ））。
４．ねじ下径部１４に雄ねじを冷間転造して雄ねじ部１５を形成する（図１（ｆ））。

〔従来の工程〕
１．φ１６ｍｍからφ１５．７ｍｍに減面率３．７％で軽伸する。
２．圧造機内で頭部をアップセットし、トリミングし、ねじ下径φ１４．５７ｍｍ減面率１７％に圧造する。
３．その後、ねじ下径部に雄ねじを冷間転造する。

本発明の工程と従来の工程で製造したボルトの物性を比較確認した。まず、引っ張り強さ（ＴＳ）、耐力（ＹＰ）及び伸び（ＥＬ）を求めるとともに、切断部位を調べた。その結果を表１に示す。

表１から、本発明の工程によって製造したボルト（以下、「本工程品」という）の引っ張り強さ（ＴＳ）は８８２Ｎ／ｍｍ²、８８４Ｎ／ｍｍ²であり、従来工程によって製造したボルト（以下、「従来工程品」という）の引っ張り強さ（１０６７Ｎ／ｍｍ²、１０６８Ｎ／ｍｍ²）の８４％まで低下し、耐力（ＹＰ）は従来工程品の耐力（９６５Ｎ／ｍｍ²、９３６Ｎ／ｍｍ²）から７２２Ｎ／ｍｍ²まで低下した。
さらに、本工程品の伸び（ＥＬ）は１１．１ｍｍ、１１．３ｍｍであり、従来工程品の伸び（１６．８ｍｍ、２０ｍｍ）に比較して小さく、又本工程品の切断箇所はねじ部分であるのに対し、従来工程品は胴部であった。

次に、硬さ（ＨＲＣ）を測定した。測定結果を表２に示す。

表２から、本工程品では胴部１／４Ｄの硬度はＨＲＣ２２．８及びＨＲＣ２２．５、胴芯の硬度はＨＲＣ２３．４及びＨＲＣ２４．６、ねじ部１／４Ｄの硬度はＨＲＣ２３．３及びＨＲＣ２３．５、ねじ部芯の硬度はＨＲＣ２３．９及びＨＲＣ２３．８であるのに対し、従来工程品では胴部１／４Ｄの硬度はＨＲＣ２８及びＨＲＣ２７．９、胴芯の硬度はＨＲＣ２５．６及びＨＲＣ２５．４、ねじ部１／４Ｄの硬度はＨＲＣ３４．８及びＨＲＣ３３．６、ねじ部芯の硬度はＨＲＣ２９．６及びＨＲＣ３１．５であった。

次に、本工程品と従来工程品についてＶノッチ低温（−４０°Ｃ）シャルピー試験を行うとともに、破断面を観察した。その結果を表３に示す。

表３から、本工程品の胴部低温シャルピー値は２８８Ｊ／ｃｍ²及び２８０Ｊ／ｃｍ²、ねじ部低温シャルピー値は３０２Ｊ／ｃｍ²及び３３２Ｊ／ｃｍ²であり、従来工程品の胴部低温シャルピー値は２９Ｊ／ｃｍ²及び２８Ｊ／ｃｍ²、ねじ部低温シャルピー値は３２Ｊ／ｃｍ²及び３２Ｊ／ｃｍ²に比較して改善されていた。
また、本工程品では破断面の脆性破面率は胴部で１０％及び０％、ねじ部で１０％及び５％であり、従来工程品の破断面の脆性破面率が胴部で８０％及び７０％、ねじ部で７５％及び７０％に比較して改善されていた。

以上のことから、本工程品は従来工程品に比較して靱性が９倍程度改善されていることが確認された。

また、φ１２Ｍｍｍ、φ１０ｍｍ、φ８ｍｍの各ボルトについても本発明の工程と従来の工程で製造したボルトの物性を比較確認したところ、φ１６ｍｍのボルトと同様の低温衝撃性の改善が見られた。

１０ 線材
１１ 頭部
１２ 胴部
１３ ボルト頭部
１４ ねじ下径部
１５ 雄ねじ

Claims (1)

1. 質量％で、Ｃ≦０．０３０、Ｓｉ≦１．００、Ｍｎ≦１．５０、Ｐ≦０．０４０、Ｓ≦０．０３０、５．５０≦Ｎｉ≦７．５０、２４．００≦Ｃｒ≦２６．００、２．５０≦Ｍｏ≦３．５０、０．０８≦Ｎ≦０．３０、残部Ｆｅの化学成分の二相ステンレス鋼ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌの線材を素材とし、ボルト頭部とねじ下径部を有するボルト素形材を冷間圧造によって製造し、該ボルト素形材を９５０°Ｃ〜１１００°Ｃの範囲内の温度で２分〜６０分保持した後１００°Ｃ以下に急冷することによって固溶化熱処理を行い、この固溶化熱処理されたねじ下径部に雌ねじを冷間転造するようにしたことを特徴とする、低温衝撃性に優れた二相ステンレス鋼ボルトの製造方法。

Images