JP7164032B2 - Bolts and steel materials for bolts - Google Patents

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Description

本開示は,ボルト、及びボルト用鋼材に関するものである。 The present disclosure relates to bolts and steel materials for bolts.

自動車及び産業機械の高性能化、自動車及び産業機械の軽量化、又は土木建築構造物の大型化に伴い、ボルトの高強度化が要求されている。
ボルトには、JIS G 4053:2016で規定されたSCM435、SCM440などの機械構造用合金鋼が用いられる。ボルトは、機械構造用合金鋼を所定の形状に成形後、焼入れ-焼戻し処理で強度を調整する。
ボルトを高強度化するためには、鋼材の炭素量を高める、あるいは焼戻し温度を低くすればよい。
As the performance of automobiles and industrial machines increases, the weight of automobiles and industrial machines increases, and the size of civil engineering and construction structures increases, bolts with higher strength are required.
The bolts are made of machine structural alloy steel such as SCM435 and SCM440 specified in JIS G 4053:2016. The strength of the bolt is adjusted by quenching and tempering after forming the alloy steel for machine structural use into a predetermined shape.
In order to increase the strength of the bolt, the carbon content of the steel material should be increased or the tempering temperature should be lowered.

しかしながら、引張強さが1200MPaを超えるようなボルトでは、水素脆化の一種である遅れ破壊が問題となる。遅れ破壊は、静的応力下に置かれた部品が、ある時間経過後に突然、脆性的に破壊する現象である。
遅れ破壊は、水素の侵入に起因する現象であり、鋼材の強度が高くなるほど、遅れ破壊に至る水素侵入量の臨界値が低下する。
ボルトが屋外、特に、海水、融雪塩などが飛来する環境で使用される場合には、塩分付着によって水素侵入量が多くなり、遅れ破壊の危険性が高まる。
However, a bolt with a tensile strength exceeding 1200 MPa poses a problem of delayed fracture, which is a kind of hydrogen embrittlement. Delayed fracture is a phenomenon in which a component placed under static stress suddenly and brittlely fractures after a certain period of time.
Delayed fracture is a phenomenon caused by penetration of hydrogen, and the higher the strength of the steel material, the lower the critical value of hydrogen penetration leading to delayed fracture.
When the bolt is used outdoors, particularly in an environment where seawater, snowmelt salt, and the like splash, the amount of hydrogen entering increases due to salt adhesion, increasing the risk of delayed fracture.

そこで、従来から、耐遅れ破壊性に優れたボルトが検討されている。
例えば、特許文献1には、焼もどし時に析出するMo炭化物、W炭化物による析出強化を活用した、引張強さが1617MPa以上の、耐遅れ破壊特性に優れたボルトおよび鋼材が開示されている。
また、特許文献2には、引張強度1600MPa以上の、遅れ破壊に代表される水素脆化を有利に防止する、耐遅れ破壊特性に優れた高強度ボルトの製造方法が開示されている。
また、特許文献3には、V、Mo、TiおよびNbの合金炭化物を活用した、耐遅れ破壊特性の良好な強度が1500MPa以上の高強度ボルトおよびその耐遅れ破壊特性向上方法が開示されている。
また、特許文献4には、V、Mo、TiおよびNbの合金炭化物を活用した、耐遅れ破壊特性に優れた高強度調質鋼およびその製造方法が開示されている。
Therefore, conventionally, bolts having excellent delayed fracture resistance have been studied.
For example, Patent Literature 1 discloses a bolt and steel material having a tensile strength of 1617 MPa or more and excellent delayed fracture resistance by utilizing precipitation strengthening by Mo carbide and W carbide that precipitate during tempering.
Further, Patent Document 2 discloses a method for manufacturing a high-strength bolt having a tensile strength of 1600 MPa or more and excellent delayed fracture resistance, which advantageously prevents hydrogen embrittlement represented by delayed fracture.
In addition, Patent Document 3 discloses a high-strength bolt with good delayed fracture resistance and a strength of 1500 MPa or more and a method for improving the delayed fracture resistance using alloy carbides of V, Mo, Ti and Nb. .
Further, Patent Document 4 discloses a high-strength tempered steel excellent in delayed fracture resistance using alloy carbides of V, Mo, Ti and Nb, and a method for producing the same.

特許文献1:特開2001-032044号公報
特許文献2:特開2007-31736号公報
特許文献3:特開2006-131990号公報
特許文献4:特開2006-45670号公報
Patent Document 1: JP-A-2001-032044 Patent Document 2: JP-A-2007-31736 Patent Document 3: JP-A-2006-131990 Patent Document 4: JP-A-2006-45670

最近は、特許文献1~4のボルトよりも、さらに耐遅れ破壊特性に優れたボルトが求められている。
本開示の課題は、一般的に遅れ破壊が生じる危険性が非常に高い、引張強さが1600MPa以上の強度レベルにおいて、優れた耐遅れ破壊特性を示すボルト、およびその素材となるボルト用鋼材を提供することにある。
Recently, there has been a demand for bolts that are even more excellent in delayed fracture resistance than the bolts of Patent Documents 1 to 4.
An object of the present disclosure is to provide a bolt exhibiting excellent delayed fracture resistance at a tensile strength level of 1600 MPa or more, where the risk of delayed fracture is generally very high, and a steel material for the bolt as a raw material thereof. to provide.

発明者らは、ボルトの素材として所定の化学組成を有し、かつ、Mo、V、WおよびCrの含有量が以下の式(1)、(2)、及び(3)を満たす鋼材を採用することで、水素のトラップサイトとなるMC型炭化物がボルト中に分散することを見出した。
2V/(Mo+0.5W)≦0.20 ・・・(1)
0.10≦(2V+0.5W)/Mo≦0.40・・・(2)
0.10≦2Cr/Mo≦0.35 ・・・(3)
その結果、発明者らは、高強度で、かつ優れた耐遅れ破壊特性を有するボルトが得られることを見出した。
上記課題は、以下の手段により解決される。
The inventors have adopted a steel material that has a predetermined chemical composition as the material of the bolt and that the contents of Mo, V, W and Cr satisfy the following formulas (1), (2) and (3). As a result, M 2 C-type carbides, which act as hydrogen trap sites, are dispersed in the bolt.
2V/(Mo+0.5W)≦0.20 (1)
0.10≦(2V+0.5W)/Mo≦0.40 (2)
0.10≤2Cr/Mo≤0.35 (3)
As a result, the inventors have found that a bolt having high strength and excellent delayed fracture resistance can be obtained.
The above problems are solved by the following means.

<1>
組成が、質量%で、
C :0.35~0.50%、
Si:0.02~0.10%、
Mn:0.20~0.80%、
Mo:1.50~5.00%、
W :0~1.00%、
V :0~0.20%、
Cr:0.20~0.50%、
Al:0.010~0.100%、
N :0.0010~0.0150%、
P :0.015%以下、および
S :0.015%以下、
を含有し、
残部がFe及び不純物からなり、
かつ、下記式(1)、下記式(2)、および下記式(3)を満たし、
引張強さが、1600MPa以上である、
ボルト。
2V/(Mo+0.5W)≦0.20 ・・・(1)
0.10≦(2V+0.5W)/Mo≦0.40・・・(2)
0.10≦2Cr/Mo≦0.35 ・・・(3)
但し、式(1)、(2)、(3)において、Cr、Mo、V、およびWには、それぞれボルトが含有するCr、Mo、V、およびWの含有量(質量%)が代入され、V又はWが含まれないときはV又はWに0が代入される。
<2>
質量%で、
Ti:0.100%以下、
Nb:0.100%以下、
B :0.0050%以下、
Ni:0.20%以下、
Cu:0.20%以下、
REM:0.020%以下、
Sn:0.20%以下、および
Bi:0.20%以下
よりなる群から選択される少なくとも1種をさらに含有する、請求項1に記載のボルト。
<3>
質量%で、
Pb:0.05%以下、
Cd:0.05%以下、
Co:0.05%以下、
Zn:0.05%以下、
Ca:0.02%以下、および
Zr:0.02%以下、
よりなる群から選択される少なくとも1種をさらに含有する、請求項1又は請求項2に記載のボルト。
<4>
長さ5nm以上のMC型炭化物であって、M(金属元素)に対し、MoとCrとVおよびWの少なくとも一方とを合計で70原子%以上含むMC型炭化物が、単位面積0.01μm当たり10個以上存在する、請求項1~請求項3のいずれか1項に記載のボルト。
<5>
3.0質量%の塩化ナトリウム水溶液1L当たり3.0gのチオシアン酸アンモニウムを添加した室温の溶液中で、電流密度0.03mA/cmで24時間陰極水素チャージした後、水素透過防止めっきを施し、96時間放置した後、引張強さの0.9倍の一定荷重を負荷した時の、破断に至るまで100時間以上である請求項1~請求項4のいずれか1項に記載のボルト。
<6>
3.0質量%の塩化ナトリウム水溶液1L当たり3.0gのチオシアン酸アンモニウムを添加した室温の溶液中で、電流密度0.2mA/cmで72時間陰極水素チャージし、室温で48時間静置した後のトラップ水素量が3.0ppm以上である<1>~<5>のいずれか1項に記載のボルト。
<7>
<1>~<6>のいずれか1項に記載のボルトの素材であるボルト用鋼材であって、
前記ボルトの組成を有するボルト用鋼材。
<1>
The composition, in mass %,
C: 0.35 to 0.50%,
Si: 0.02 to 0.10%,
Mn: 0.20-0.80%,
Mo: 1.50-5.00%,
W: 0 to 1.00%,
V: 0 to 0.20%,
Cr: 0.20-0.50%,
Al: 0.010 to 0.100%,
N: 0.0010 to 0.0150%,
P: 0.015% or less, and S: 0.015% or less,
contains
The balance consists of Fe and impurities,
and satisfying the following formulas (1), (2), and (3) below,
Tensile strength is 1600 MPa or more,
bolt.
2V/(Mo+0.5W)≦0.20 (1)
0.10≦(2V+0.5W)/Mo≦0.40 (2)
0.10≤2Cr/Mo≤0.35 (3)
However, in formulas (1), (2), and (3), the contents (% by mass) of Cr, Mo, V, and W contained in bolts are substituted for Cr, Mo, V, and W, respectively. , V or W is not included, 0 is substituted for V or W.
<2>
in % by mass,
Ti: 0.100% or less,
Nb: 0.100% or less,
B: 0.0050% or less,
Ni: 0.20% or less,
Cu: 0.20% or less,
REM: 0.020% or less,
2. The bolt according to claim 1, further comprising at least one selected from the group consisting of Sn: 0.20% or less and Bi: 0.20% or less.
<3>
in % by mass,
Pb: 0.05% or less,
Cd: 0.05% or less,
Co: 0.05% or less,
Zn: 0.05% or less,
Ca: 0.02% or less, and Zr: 0.02% or less,
3. The bolt according to claim 1, further comprising at least one selected from the group consisting of:
<4>
M 2 C - type carbide having a length of 5 nm or more and containing a total of 70 atomic % or more of Mo, Cr, and at least one of V and W with respect to M (metal element) has a unit area 4. The bolt according to any one of claims 1 to 3, wherein there are 10 or more bolts per 0.01 μm 2 .
<5>
In a solution at room temperature to which 3.0 g of ammonium thiocyanate was added per liter of a 3.0% by mass sodium chloride aqueous solution, the material was cathodically charged with hydrogen at a current density of 0.03 mA/cm 2 for 24 hours, and then subjected to hydrogen permeation prevention plating. 5. The bolt according to any one of claims 1 to 4, wherein the bolt is left to stand for 96 hours and then breaks for 100 hours or more when a constant load of 0.9 times the tensile strength is applied.
<6>
In a solution at room temperature to which 3.0 g of ammonium thiocyanate was added per 1 L of 3.0% by mass sodium chloride aqueous solution, it was cathodically charged with hydrogen at a current density of 0.2 mA/cm 2 for 72 hours and allowed to stand at room temperature for 48 hours. The bolt according to any one of <1> to <5>, which has a post-trapped hydrogen amount of 3.0 ppm or more.
<7>
A steel material for bolts, which is a material for the bolt according to any one of <1> to <6>,
A steel material for a bolt having the composition of the bolt.

本開示によれば、高強度で、かつ、優れた耐遅れ破壊強度を示すボルト、およびその素材となるボルト用鋼材を提供できる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a bolt that exhibits high strength and excellent delayed fracture strength, and a steel material for the bolt that is the raw material for the bolt.

以下、本開示の一例である実施形態について詳細に説明する。
なお、本明細書中において、化学組成の各元素の含有量の「%」表示は、「質量%」を意味する。
化学組成の各元素の含有量を「元素量」と表記することがある。例えば、Cの含有量は、C量と表記することがある。
「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
「~」の前後に記載される数値に「超」または「未満」が付されている場合の数値範囲は、これら数値を下限値または上限値として含まない範囲を意味する。
「工程」とは、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
An embodiment that is an example of the present disclosure will be described in detail below.
In addition, in this specification, "%" display of the content of each element in the chemical composition means "% by mass".
The content of each element in the chemical composition is sometimes referred to as "element content". For example, the content of C may be expressed as the amount of C.
A numerical range represented using "to" means a range including the numerical values described before and after "to" as lower and upper limits.
Numerical ranges in which "greater" or "less than" are attached to numerical values written before and after "to" mean ranges that do not include these numerical values as lower or upper limits.
The term "process" includes not only an independent process, but also a process that is indistinguishable from other processes, as long as the intended purpose of the process is achieved.

[ボルトの化学組成]
本実施形態に係るボルトの化学組成は、以下のとおりである。
[Bolt chemical composition]
The chemical composition of the bolt according to this embodiment is as follows.

(必須元素)
C :0.35~0.50%
Cは、鋼の強度を向上させる元素であり、ボルトの強度を高める。C量が0.35%未満であると、ボルトとして必要な強度が得られない。一方、C量が0.50%よりも多いと、焼入れの加熱時に合金炭化物が多量に溶け残り、所定の焼戻し温度では強度が低くなるうえ、焼戻し時の合金炭化物の析出量が相対的に減少するため、水素トラップ能も低くなる。
従って、C量は0.35~0.50%とする。なお、好ましいC量は0.38~0.45%、より好ましいC量は0.40~0.43%である。
(essential element)
C: 0.35-0.50%
C is an element that improves the strength of steel and increases the strength of bolts. If the amount of C is less than 0.35%, the strength required for the bolt cannot be obtained. On the other hand, if the C content is more than 0.50%, a large amount of alloy carbide remains undissolved during quenching heating, resulting in a decrease in strength at a predetermined tempering temperature, and the precipitation amount of alloy carbide during tempering is relatively reduced. Therefore, the hydrogen trapping ability is also lowered.
Therefore, the amount of C should be 0.35 to 0.50%. The preferred C content is 0.38-0.45%, and the more preferred C content is 0.40-0.43%.

Si:0.02~0.10%
Siは、含有量を低減することで耐遅れ破壊強度を向上させることができる。耐遅れ破壊強度を高めるため、Si量を0.10%以下とする。一方、Si量を0.02%未満としても耐遅れ破壊強度の向上は飽和し、また製鋼工程におけるコストが増大する。
従って、Si量は0.02~0.10%とする。なお、好ましいSi量は0.02~0.08%、より好ましいSi量は0.03~0.06%である。
Si: 0.02-0.10%
By reducing the content of Si, the delayed fracture resistance can be improved. In order to increase the delayed fracture strength, the amount of Si is set to 0.10% or less. On the other hand, even if the amount of Si is less than 0.02%, the improvement in delayed fracture strength is saturated, and the cost in the steelmaking process increases.
Therefore, the Si content should be 0.02 to 0.10%. A preferred Si content is 0.02 to 0.08%, and a more preferred Si content is 0.03 to 0.06%.

Mn:0.20~0.80%
Mnは、Sと結合してMnSを形成し、Sの粒界偏析を防止する。また、焼入れ性向上の作用を有する。Mn量が0.20%未満であると、Sの粒界偏析が大きくなり耐遅れ破壊強度が低下する。一方、Mn量が0.80%を超えると、部品形状に加工する際の冷間加工性が低下するうえ、焼割れが生じ易くなる。
従って、Mn量は0.20~0.80%とする。なお、好ましいMn量は0.30~0.70%、より好ましいMn量は0.40~0.60%である。
Mn: 0.20-0.80%
Mn combines with S to form MnS and prevents grain boundary segregation of S. In addition, it has the effect of improving the hardenability. If the Mn content is less than 0.20%, the grain boundary segregation of S increases and the delayed fracture strength decreases. On the other hand, if the Mn content exceeds 0.80%, the cold workability when working into a component shape is lowered, and quench cracks are likely to occur.
Therefore, the Mn content should be 0.20 to 0.80%. A preferable Mn amount is 0.30 to 0.70%, and a more preferable Mn amount is 0.40 to 0.60%.

Mo:1.50~5.00%
W :0~1.00%
V :0~0.20%
Mo、WおよびVは、本開示において重要な元素である。Mo、及びWは、MC型の炭化物を形成する元素である。Vは、MC型炭化物を形成する元素であるが、Moと共に、適正量のVを複合して含有させることで、Vを含むMC型炭化物が析出する。なお、これらMC型炭化物は、Moと、Crと、WおよびVの少なくとも一方と、を含む炭化物が該当する。
微細なMC型炭化物は、鋼をオーステナイト域から焼入れした後、570~690℃の高温で焼戻しをすることで、多く析出させることができる。この微細なMC型炭化物が析出することで、析出強化により鋼の強度を上昇させることができる。また、微細なMC型炭化物は、水素のトラップサイトとして機能し、耐遅れ破壊特性を向上させることができる。トラップ水素とは、前記MC型炭化物によって固定された、鋼中を自由に移動できない水素である。
Mo: 1.50-5.00%
W: 0-1.00%
V: 0-0.20%
Mo, W and V are important elements in this disclosure. Mo and W are elements that form M 2 C type carbide. V is an element that forms MC-type carbides, but when an appropriate amount of V is mixed with Mo, M 2 C-type carbides containing V precipitate. Carbides containing Mo, Cr, and at least one of W and V correspond to these M 2 C type carbides.
A large amount of fine M 2 C type carbides can be precipitated by tempering the steel at a high temperature of 570 to 690° C. after quenching the steel from the austenite region. Precipitation of these fine M 2 C-type carbides can increase the strength of the steel through precipitation strengthening. In addition, fine M 2 C-type carbides function as hydrogen trap sites and can improve delayed fracture resistance. Trapped hydrogen is hydrogen that is immobilized by the M 2 C type carbides and cannot move freely in the steel.

トラップサイトとしての効果を得るためには、Moを1.50%以上含有させる必要がある。加えて、W及びVの少なくとも一方を適量含有することで、MC型炭化物による、トラップサイトとしての効果はさらに向上する。一方、Mo量が5.0%を超えた場合、W量が1.0%を超えた場合、またはV量が0.20%を超えた場合は、焼入れ加熱時に未固溶の粗大な炭窒化物が残存する。そして、この粗大な炭窒化物をオーステナイト中に固溶させるために、焼入れ加熱温度を高くする必要が生じ、焼入れ時の歪み発生、表面の酸化物増加の問題が発生する。
従って、Mo量は1.50~5.00%、W量は0~1.00%、V量は0~0.20%とする。
なお、好ましいMo量は、2.00~4.00%、好ましいW量は、0.02~1.00%、好ましいV量は、0.10~0.17%である。
また、より好ましいMo量は、2.50~3.50%、より好ましいW量は、2.70~3.20%、より好ましいV量は、0.12~0.15%である。
In order to obtain the effect as a trap site, it is necessary to contain Mo at 1.50% or more. In addition, by containing an appropriate amount of at least one of W and V, the effect of the M 2 C type carbide as a trap site is further improved. On the other hand, when the amount of Mo exceeds 5.0%, the amount of W exceeds 1.0%, or the amount of V exceeds 0.20%, undissolved coarse coal is formed during quenching heating. Nitrides remain. In order to dissolve the coarse carbonitrides into the austenite, the heating temperature for quenching must be raised, which causes problems such as distortion during quenching and an increase in oxides on the surface.
Therefore, the Mo content is 1.50 to 5.00%, the W content is 0 to 1.00%, and the V content is 0 to 0.20%.
The preferred Mo content is 2.00 to 4.00%, the preferred W content is 0.02 to 1.00%, and the preferred V content is 0.10 to 0.17%.
A more preferable Mo amount is 2.50 to 3.50%, a more preferable W amount is 2.70 to 3.20%, and a more preferable V amount is 0.12 to 0.15%.

Mo、WおよびVの含有量は、下記式(1)、及び下記式(2)を満たす必要がある。
2V/(Mo+0.5W)≦0.20 ・・・(1)
0.10≦(2V+0.5W)/Mo≦0.40・・・(2)
式(1)および式(2)において、Mo、W、およびVには、それぞれボルトが含有するMo、WおよびVの含有量(質量%)が代入され、V又はWが含まれないときはVに0が代入される。
The contents of Mo, W and V must satisfy the following formulas (1) and (2).
2V/(Mo+0.5W)≦0.20 (1)
0.10≦(2V+0.5W)/Mo≦0.40 (2)
In formulas (1) and (2), the contents (% by mass) of Mo, W, and V contained in bolts are substituted for Mo, W, and V, respectively, and when V or W is not included, 0 is assigned to V.

Cr:0.20~0.50%
Crは、鋼の焼入れ性を確保するために有効な元素であるとともに、MC型炭化物に固溶し、水素トラップ能を向上させる効果がある。Cr量が0.20%未満であると、これらの効果が不十分となる。一方、Cr量が0.50%を超えると、セメンタイトを安定化させ、焼戻し時のMC型炭化物の析出を阻害するため、目的の水素トラップ効果を得ることができない。
従って、Cr量は0.20~0.50%とする。なお、好ましいCr量は0.20~0.30%、より好ましいCr量は0.24~0.28%である。
Cr: 0.20-0.50%
Cr is an effective element for ensuring the hardenability of steel, and also has the effect of improving the hydrogen trapping ability by forming a solid solution in M 2 C type carbide. If the Cr content is less than 0.20%, these effects will be insufficient. On the other hand, if the Cr content exceeds 0.50%, the cementite is stabilized and precipitation of M 2 C type carbide during tempering is inhibited, so the intended hydrogen trapping effect cannot be obtained.
Therefore, the Cr content should be 0.20 to 0.50%. A preferred Cr content is 0.20 to 0.30%, and a more preferred Cr content is 0.24 to 0.28%.

C型炭化物の析出を阻害させないためには、Crの含有量は、下記式(3)を満たす必要がある。
0.10≦2Cr/Mo≦0.35 ・・・(3)
式(3)において、CrとMoには、それぞれボルトが含有するCrとMoの含有量(質量%)が代入される。
In order not to inhibit the precipitation of M 2 C type carbides, the Cr content must satisfy the following formula (3).
0.10≤2Cr/Mo≤0.35 (3)
In the formula (3), the Cr and Mo contents (% by mass) contained in the bolt are substituted for Cr and Mo, respectively.

引張り強さ1600MPa以上の高強度を有するボルトにおいては、耐遅れ破壊強度を向上させるために、水素トラップサイトである微細なMC型炭化物を大量に鋼中に分散させることが必要である。
式(1)において、「2V/(Mo+0.5W)」の値が0.20超えでは、MC型炭化物の水素トラップ能が不足して耐遅れ破壊強度が低下する。
式(2)において、「(2V+0.5W)/Mo」の値が0.10未満では、MC型炭化物中のMo、W及びVの複合度が低く、MC型炭化物の水素トラップ能が不足して耐遅れ破壊強度が低下する。一方、「(2V+0.5W)/Mo」の値が0.40超えでは、MC型炭化物が不安定となり、別の炭化物となるため、水素トラップ能が不足して耐遅れ破壊強度が低下する。
式(3)において、「2Cr/Mo」の値が0.10未満では、MC型炭化物の水素トラップ能が低下する。「2Cr/Mo」の値が0.35超えでは、Crを多量に含有するセメンタイト、M23又はMの析出量が増加する。
よって、Cr、Mo、V、およびWの含有量は、式(1)、式(2)及び式(3)を満たす必要がある。
For high-strength bolts with a tensile strength of 1600 MPa or more, it is necessary to disperse a large amount of fine M 2 C-type carbides, which are hydrogen trapping sites, in the steel in order to improve the delayed fracture strength.
In formula (1), when the value of "2V/(Mo + 0.5W)" exceeds 0.20, the hydrogen trapping ability of the M2C type carbide is insufficient, resulting in a decrease in delayed fracture strength.
In formula (2), when the value of “(2V+0.5W)/Mo” is less than 0.10, the degree of combination of Mo, W and V in the M 2 C-type carbide is low, and the M 2 C-type carbide does not trap hydrogen. Insufficient capacity and reduced delayed fracture strength. On the other hand, when the value of “(2V+0.5W)/Mo” exceeds 0.40, the M 2 C type carbide becomes unstable and becomes another carbide, so the hydrogen trapping ability is insufficient and the delayed fracture resistance is reduced. do.
In formula (3), when the value of " 2Cr /Mo" is less than 0.10, the hydrogen trapping ability of the M2C type carbide is lowered. When the value of " 2Cr /Mo" exceeds 0.35 , the precipitation amount of cementite containing a large amount of Cr, M23C6 or M7C3 increases.
Therefore, the contents of Cr, Mo, V, and W must satisfy formulas (1), (2), and (3).

Al:0.010~0.100%
Alは、脱酸剤として機能する元素であるとともに、窒化物を形成して焼入れ加熱時のオーステナイト結晶粒の粗大化を抑制する元素である。これらの効果を得るためには、Alを0.010%以上含有させる必要がある。一方、Al量が0.100%を超えると、粗大な酸化物系介在物が鋼中に残存して、ボルトの破壊起点となる。
従って、Al量は0.010~0.100%とする。なお、好ましいAl量は0.012~0.050%、より好ましいAl量は0.025~0.035%である。
Al: 0.010-0.100%
Al is an element that functions as a deoxidizer and forms nitrides to suppress coarsening of austenite grains during heating for quenching. In order to obtain these effects, it is necessary to contain 0.010% or more of Al. On the other hand, if the amount of Al exceeds 0.100%, coarse oxide-based inclusions remain in the steel and act as starting points for bolt fracture.
Therefore, the Al content is set to 0.010 to 0.100%. A preferable Al amount is 0.012 to 0.050%, and a more preferable Al amount is 0.025 to 0.035%.

N:0.0010~0.0150%
Nは、窒化物又は炭窒化物を形成し、焼入れ加熱時のオーステナイト結晶粒の粗大化を抑制する元素である。結晶粒の粗大化を抑制するには、N量を0.0010%以上とする必要がある。一方、N量が0.0150%を超えた場合、粗大な窒化物や炭窒化物が生成して、破壊起点となる。
従って、N量は0.0010~0.0150%とする。なお、好ましいN量は0.0020~0.0100%、より好ましいN量は0.0030~0.0050%である。
N: 0.0010 to 0.0150%
N is an element that forms nitrides or carbonitrides and suppresses coarsening of austenite grains during heating for quenching. In order to suppress coarsening of crystal grains, the amount of N must be 0.0010% or more. On the other hand, when the amount of N exceeds 0.0150%, coarse nitrides and carbonitrides are formed, which act as fracture starting points.
Therefore, the amount of N should be 0.0010 to 0.0150%. The preferred N content is 0.0020-0.0100%, and the more preferred N content is 0.0030-0.0050%.

P:0.015%以下
Pは、不純物である。P量は極力低いことが好ましい。Pは、オーステナイト粒界に偏析する。P量が0.015%を超えると、焼入れ、焼戻し後の旧オーステナイト粒界が脆化して粒界割れの原因となる。このため、P量を0.015%以下の範囲に制限する必要がある。好ましいP量の上限は0.012%である。Pは、不純物元素であるが、上記範囲内であれば、Pは、ボルトに0%超えで含有されていてもよい。
ただし、脱Pコスト低減の観点から、P量の下限は、0.005%以上でもよい。
P: 0.015% or less P is an impurity. It is preferable that the amount of P is as low as possible. P segregates at austenite grain boundaries. If the amount of P exceeds 0.015%, the grain boundaries of prior austenite after quenching and tempering become embrittled, causing intergranular cracking. Therefore, it is necessary to limit the P content to a range of 0.015% or less. A preferable upper limit of the amount of P is 0.012%. P is an impurity element, but within the above range, P may be contained in the bolt in excess of 0%.
However, the lower limit of the amount of P may be 0.005% or more from the viewpoint of reducing the P removal cost.

S:0.015%以下
Sは、不純物である。S量は極力低いことが好ましい。Sは、ボルト中でMn硫化物として存在する。Mn硫化物は、鋼表面が腐食する際の化学反応で硫化水素を発生する。この硫化水素が分解して水素を発生することで鋼中へ水素が侵入し、耐遅れ破壊強度を低下させる。また、Mn硫化物が破壊起点となる。このため、S量を0.015%以下の範囲に制限する必要がある。好ましいS量の上限は0.012%である。Sは、不純物元素であるが、上記範囲内であれば、Sは、ボルトに0%超含有されていてもよい。
ただし、脱Sコスト低減の観点から、S量の下限は、0.005%以上でもよい。
S: 0.015% or less S is an impurity. It is preferable that the amount of S is as low as possible. S exists as Mn sulfide in bolts. Mn sulfide generates hydrogen sulfide in a chemical reaction when the steel surface corrodes. This hydrogen sulfide decomposes to generate hydrogen, which penetrates into the steel and lowers the delayed fracture resistance. In addition, Mn sulfide becomes a starting point of fracture. Therefore, it is necessary to limit the S content to a range of 0.015% or less. A preferable upper limit of the amount of S is 0.012%. S is an impurity element, but within the above range, the bolt may contain more than 0% of S.
However, the lower limit of the S amount may be 0.005% or more from the viewpoint of reducing the S-free cost.

(任意元素)
本実施形態に係るボルトは、任意元素として、Ti、Nb、B、Ni、Cu、W、REM、Sn、及びBiよりなる群から選択される少なくとも1種以上を含有してもよい。具体的には、これら任意元素を、各々0%~後述する各元素の上限の範囲で含有してもよい。
(arbitrary element)
The bolt according to the present embodiment may contain at least one element selected from the group consisting of Ti, Nb, B, Ni, Cu, W, REM, Sn, and Bi as an arbitrary element. Specifically, each of these arbitrary elements may be contained in the range of 0% to the upper limit of each element described later.

Ti:0.100%以下
Tiは、ボルト中でN、Cと結合して炭窒化物を形成する元素である。この炭窒化物はオーステナイト結晶粒界をピンニングして組織の粗大化を防止する。この組織の粗大化の防止効果を得るためには、Tiを0.100%以下含有させてもよい。一方、Tiを、0.100%を超えて含有させると、素材硬さの上昇に起因して部品形状に加工する際の冷間加工性が低下する。
Ti: 0.100% or less Ti is an element that combines with N and C in bolts to form carbonitrides. These carbonitrides pin the austenite grain boundaries to prevent coarsening of the structure. In order to obtain the effect of preventing coarsening of the structure, 0.100% or less of Ti may be contained. On the other hand, if the Ti content exceeds 0.100%, the hardness of the material increases, resulting in a decrease in cold workability when working into a component shape.

従って、Ti量は0.100%以下とすることが好ましく、0%超~0.100%がより好ましく、0.005~0.050%がさらに好ましい。 Therefore, the Ti content is preferably 0.100% or less, more preferably over 0% to 0.100%, and even more preferably 0.005 to 0.050%.

Nb:0.100%以下
Nbは、ボルト中でN及びCと結合して炭窒化物を形成する元素である。この炭窒化物はオーステナイト結晶粒界をピンニングし、組織の粗大化を防止する。この組織の粗大化の防止効果を得るためには、Nbを0.100%以下含有させてもよい。一方、Nbを、0.100%を超えて含有させると、素材硬さの上昇に起因して部品形状に加工する際の冷間加工性が低下する。
Nb: 0.100% or less Nb is an element that combines with N and C in bolts to form carbonitrides. The carbonitrides pin the austenite grain boundaries and prevent coarsening of the structure. In order to obtain the effect of preventing coarsening of the structure, 0.100% or less of Nb may be contained. On the other hand, if the Nb content exceeds 0.100%, the hardness of the material increases, resulting in a decrease in cold workability when working into a component shape.

従って、Nb量は0.100%以下とすることが好ましく、0%超~0.100%がより好ましく、0.005~0.050%がさらに好ましい。 Therefore, the Nb content is preferably 0.100% or less, more preferably over 0% to 0.100%, and even more preferably 0.005 to 0.050%.

B:0.0050%以下
Bは、オーステナイト中に僅かに固溶させただけで鋼の焼入れ性を高める。Bは、浸炭焼入れ時にマルテンサイトを効率的に得るためにボルトに含有させてもよい。一方、0.0050%を超えてBが含有すると、多量のBNを形成してNを消費するため、オーステナイト粒の粗大化を招来する。
従って、B量は0.0050%以下とすることが好ましく、0超~0.0050%がより好ましく、0.0007~0.0030%がさらに好ましい。
B: 0.0050% or less B enhances the hardenability of steel even when it is slightly dissolved in austenite. B may be contained in the bolt in order to efficiently obtain martensite during carburizing and quenching. On the other hand, if the B content exceeds 0.0050%, a large amount of BN is formed and N is consumed, resulting in coarsening of the austenite grains.
Therefore, the B content is preferably 0.0050% or less, more preferably greater than 0 to 0.0050%, and even more preferably 0.0007 to 0.0030%.

Ni:0.20%以下
Niは、耐食性と靭性を高める元素であり、ボルトに含有させてもよい。Ni量が多量になると、コストに見合った効果が得られないため、Ni量の上限は0.20%が好ましい。一方、Ni量の下限は0.01%が好ましい。
Ni: 0.20% or less Ni is an element that enhances corrosion resistance and toughness, and may be contained in the bolt. If the amount of Ni is too large, the effect commensurate with the cost cannot be obtained, so the upper limit of the amount of Ni is preferably 0.20%. On the other hand, the lower limit of the Ni content is preferably 0.01%.

Cu:0.20%以下
Cuは耐食性を高める元素であり、ボルトに含有させてもよい。一方、Cu量が0.20%を超えると熱間延性が低下するため、Cu量の上限は0.20%が好ましい。一方、Cu量の下限は0.01%が好ましい。
Cu: 0.20% or less Cu is an element that enhances corrosion resistance and may be contained in bolts. On the other hand, if the amount of Cu exceeds 0.20%, the hot ductility deteriorates, so the upper limit of the amount of Cu is preferably 0.20%. On the other hand, the lower limit of Cu content is preferably 0.01%.

REM:0.020%以下
REM(希土類元素)とは、原子番号57のランタンから原子番号71ルテシウムまでの15元素と、原子番号21のスカンジウム及び原子番号39のイットリウムと、の合計17元素の総称である。ボルトにREMが含有されると、圧延時及び熱間鍛造時にMnS粒子の伸延が抑制され、冷間鍛造時の割れを抑制する効果が得られる。但し、REM量が0.020%を超えると、REMを含む硫化物が大量に生成され、ボルト用鋼材の被削性が劣化する。
従って、REM量は、前記17元素の合計量で0.020%以下とすることが好ましく、0%超~0.020%がより好ましく、0.005%~0.015%がさらに好ましい。
REM: 0.020% or less REM (rare earth element) is a general term for a total of 17 elements, including 15 elements from lanthanum with atomic number 57 to lutecium with atomic number 71, scandium with atomic number 21, and yttrium with atomic number 39. is. When REM is contained in the bolt, extension of MnS particles is suppressed during rolling and hot forging, and cracking during cold forging is suppressed. However, when the amount of REM exceeds 0.020%, a large amount of sulfide containing REM is generated, and the machinability of the steel material for bolts deteriorates.
Therefore, the total amount of the 17 elements is preferably 0.020% or less, more preferably more than 0% to 0.020%, and even more preferably 0.005% to 0.015%.

Sn:0.20%以下
Snは耐食性を高める元素であり、ボルトに含有させてもよい。Sn量が多量になると、高温延性が低下し、鋳造時の割れの危険性が高まるため、Sn量の上限は0.20%が好ましい。一方、Sn量の下限は0.005%が好ましく、0.01%がより好ましい。
Sn: 0.20% or less Sn is an element that enhances corrosion resistance and may be contained in the bolt. If the amount of Sn is too large, the high-temperature ductility decreases and the risk of cracking during casting increases, so the upper limit of the amount of Sn is preferably 0.20%. On the other hand, the lower limit of Sn content is preferably 0.005%, more preferably 0.01%.

Bi:0.20%以下
Biは加工性を高める元素であり、ボルトに含有させてもよい。Bi量が多量になると、高温延性が低下し、鋳造時の割れの危険性が高まるため、Bi量の上限は0.20%が好ましい。一方、Bi量の下限は0.005%が好ましく、0.01%がより好ましい。
Bi: 0.20% or less Bi is an element that improves workability and may be contained in the bolt. If the amount of Bi is too large, the high-temperature ductility decreases and the risk of cracking during casting increases, so the upper limit of the amount of Bi is preferably 0.20%. On the other hand, the lower limit of the amount of Bi is preferably 0.005%, more preferably 0.01%.

(その他任意元素)
本実施形態に係るボルトは、任意元素として、次の元素よりなる群から選択される少なくとも1種を含有してもよい。具体的には、これら任意元素を、各々0%~後述する各元素の上限の範囲で含有してもよい。これら任意元素を後述する範囲でボルトに含んでも、ボルトの特性に影響はない。
Pb:0.05%以下
Cd:0.05%以下
Co:0.05%以下
Zn:0.05%以下
Ca:0.02%以下
Zr:0.02%以下
(Other arbitrary elements)
The bolt according to the present embodiment may contain at least one element selected from the group consisting of the following elements as an arbitrary element. Specifically, each of these arbitrary elements may be contained in the range of 0% to the upper limit of each element described later. Even if these optional elements are included in the bolt within the range described later, the properties of the bolt are not affected.
Pb: 0.05% or less Cd: 0.05% or less Co: 0.05% or less Zn: 0.05% or less Ca: 0.02% or less Zr: 0.02% or less

本実施形態におけるボルトの化学組成の残部は、Fe及び不純物からなる。ここで、不純物とは、鋼の原料として利用される鉱石、スクラップ、又は製造過程の環境等から混入する元素を意味する。 The remainder of the bolt chemical composition in this embodiment consists of Fe and impurities. The term "impurity" as used herein means an element that is mixed in from the ore, scrap, or the environment during the manufacturing process that is used as a raw material for steel.

(MC型炭化物)
本実施形態に係るボルトは、長さ5nm以上のMC型炭化物が、単位面積0.01μm当たり10個以上存在することが好ましい。
焼戻し過程で析出する微細なMC型炭化物(MoとCrとW及びVの少なくとも一方とを含む炭化物)は、VC、MoC等に比べ、水素トラップ能が高く、耐遅れ破壊特性の向上に寄与する。
ここで、微細なMC型炭化物は、M(金属元素)に対し、MoとCrとVおよびWの少なくとも一方とを合計で70原子%以上含むMC型炭化物である。具体的には、微細なMC型炭化物は、(Mo、Cr、W、V)C、(Mo、Cr、W)C、及び、(Mo、Cr、V)Cが該当する。
これらMC型炭化物は、VC、MoC等に比べ、水素トラップ能が高く、耐遅れ破壊特性の向上に寄与する。
そのため、長さ5nm以上のMC型炭化物を、所定量存在させることが好ましい。
よって、長さ5nm以上のMC型炭化物の個数密度(単位面積0.01μm当たりに存在する長さ5nm以上のMC型炭化物の個数)は、10個以上が好ましい。
耐遅れ破壊特性の向上の観点から、MC型炭化物の個数密度は、単位面積0.01μm当たり15個以上がより好ましく、単位面積0.01μm当たり20個以上がさらに好ましい。
ただし、MC型炭化物の個数密度の上限は、伸び及び靱性の低下抑制の観点から、例えば、単位面積0.01μm当たり100個以下とする。
(M 2 C type carbide)
In the bolt according to the present embodiment, it is preferable that 10 or more M 2 C type carbides having a length of 5 nm or more exist per unit area of 0.01 μm 2 .
Fine M 2 C-type carbides (carbides containing Mo, Cr, and at least one of W and V) precipitated during tempering have a higher hydrogen trapping ability and delayed fracture resistance than VC, Mo 2 C, and the like. Contribute to improvement.
Here, fine M 2 C-type carbides are M 2 C-type carbides containing 70 atomic % or more of Mo, Cr, and at least one of V and W in total with respect to M (metal element). Specifically, fine M 2 C type carbides correspond to (Mo, Cr, W, V) 2 C, (Mo, Cr, W) 2 C, and (Mo, Cr, V) 2 C. .
These M 2 C type carbides have a higher hydrogen trapping ability than VC, Mo 2 C, etc., and contribute to an improvement in delayed fracture resistance.
Therefore, it is preferable to allow a predetermined amount of M 2 C type carbide with a length of 5 nm or more to exist.
Therefore, the number density of M 2 C-type carbides with a length of 5 nm or more (the number of M 2 C-type carbides with a length of 5 nm or more existing per unit area of 0.01 μm 2 ) is preferably 10 or more.
From the viewpoint of improving delayed fracture resistance, the number density of M 2 C type carbides is more preferably 15 or more per unit area of 0.01 μm 2 , and even more preferably 20 or more per unit area of 0.01 μm 2 .
However, the upper limit of the number density of M 2 C type carbides is, for example, 100 or less per unit area of 0.01 μm 2 from the viewpoint of suppressing deterioration in elongation and toughness.

C型炭化物の個数密度の測定は、薄膜法により薄膜試験片を作製し、透過型電子顕微鏡で測定する。
C型炭化物の成分の測定は、抽出レプリカ法により試験片を作製し、エネルギー分散型X線分析装置(EDS)付き透過型顕微鏡(TEM)を用いて行う。
具体的には、次の通りである。
The number density of M 2 C type carbides is measured by using a transmission electron microscope after preparing a thin film test piece by the thin film method.
The components of M 2 C type carbide are measured by preparing a test piece by the extraction replica method and using a transmission microscope (TEM) equipped with an energy dispersive X-ray spectrometer (EDS).
Specifically, it is as follows.

測定対象となるボルトの任意の部位から、ボルトの表面から深さ2mmに位置しかつボルトの表面と平行な面(以下「測定面」とも称する)を有する部位を採取し、薄膜法により薄膜試験片および抽出レプリカ法により試験片を作製する。 From any part of the bolt to be measured, a part having a plane (hereinafter also referred to as "measurement plane") located at a depth of 2 mm from the surface of the bolt and parallel to the surface of the bolt is sampled, and a thin film test is performed by the thin film method. Specimens are prepared by strip and extraction replica method.

ここで、薄膜法による薄膜試験片の作製は、次の通りである。まず、精密切断機により元材を厚さ0.5mmに切断する。次に、P320~1200のエメリー紙を用いて両側から60μm厚まで切削研磨を行い3mmφの試料を打抜く。その後、両面ジェット電解研磨を行い、中心部に穴が開くまで電解研磨を行い、TEM観察用の薄膜試験片とする。電界研磨はテヌポールで行い、電解研磨液として100ml過塩素酸-800ml氷酢酸溶液-100mlメタノールを用い、電解研磨条件は30V、0.1Aとする。
また、抽出レプリカ法による試験片の作製は、次の通りである。まず、鋼部材から採取した採取物の測定面を電解研磨する。電解研磨後の採取物の測定面を、10%アセチルアセトン-1%塩化テトラメチルアンモニウム(TMAC)-メタノール溶液を用いて-200mVの電位で定電位電解する。これにより、MC型炭化物が採取物の測定面から露出する。通電時間は30~60secである。
電解後の採取物の測定面にアセチルセルロースフィルムを貼り付けた後に、フィルムを剥がし、MC型炭化物をフィルム上に転写する。転写したフィルムにカーボン蒸着を行ない、カーボン蒸着膜を作製する。カーボン蒸着膜を酢酸メチル溶液に浸漬してアセチルセルロースフィルムを溶解し、直径が3mmのCuメッシュですくい上げることで抽出レプリカ膜(抽出レプリカ法による試験片)を得る。
Here, the preparation of the thin film test piece by the thin film method is as follows. First, the base material is cut to a thickness of 0.5 mm using a precision cutting machine. Next, using emery paper of P320 to 1200, cutting and polishing is performed from both sides to a thickness of 60 μm, and a sample of 3 mmφ is punched out. After that, double-sided jet electropolishing is performed until a hole is formed in the center to obtain a thin film test piece for TEM observation. Electropolishing is performed by Tenupol, using 100 ml of perchloric acid-800 ml of glacial acetic acid solution-100 ml of methanol as the electro-polishing liquid, and electro-polishing conditions of 30 V and 0.1 A.
Moreover, preparation of the test piece by the extraction replica method is as follows. First, the measurement surface of the sample taken from the steel member is electrolytically polished. After electropolishing, the measurement surface of the specimen is subjected to constant potential electrolysis at a potential of −200 mV using a 10% acetylacetone-1% tetramethylammonium chloride (TMAC)-methanol solution. This exposes the M 2 C type carbide from the measurement surface of the sample. The energization time is 30 to 60 sec.
After attaching an acetylcellulose film to the measurement surface of the sample after electrolysis, the film is peeled off and the M 2 C type carbide is transferred onto the film. Carbon vapor deposition is performed on the transferred film to prepare a carbon vapor deposition film. The carbon deposition film is immersed in a methyl acetate solution to dissolve the acetyl cellulose film, and is scooped up with a Cu mesh having a diameter of 3 mm to obtain an extraction replica film (test piece by extraction replica method).

次に、MC型炭化物の数密度を次の通り測定する。鉄のマトリクスの{001}面に垂直な方向を電子線の入射方向として、薄膜試験片(その測定面)の任意の視野を倍率400000倍(観察面積0.25μm×0.25μm)で3視野観察する。MC型炭化物は電子線回折パターン解析にて同定する。その後、観察画面の中心部の0.1μm×0.1μmの領域に存在する全てのMC型炭化物の長さと数を測定し、5nm以上の長さを有するMC型炭化物の数を測定し、5つの視野の平均値を「MC型炭化物の個数密度」として求める。
ここで、MC型炭化物の長さとは、観察されるMC型炭化物の最大長さを意味する。
なお、TEM観察は、FE-TEMにて加速電圧200kVにて実施する。
Next, the number density of M 2 C type carbides is measured as follows. With the direction perpendicular to the {001} plane of the iron matrix as the incident direction of the electron beam, an arbitrary field of view of the thin film test piece (the measurement surface thereof) is magnified 400000 times (observation area 0.25 μm × 0.25 μm) for 3 fields. Observe. M 2 C type carbide is identified by electron beam diffraction pattern analysis. After that, the length and number of all M 2 C-type carbides present in a 0.1 μm×0.1 μm region at the center of the observation screen were measured, and the number of M 2 C-type carbides having a length of 5 nm or more was counted. Measurement is performed, and the average value of five fields of view is obtained as the "number density of M 2 C type carbide".
Here, the length of M 2 C-type carbide means the maximum length of observed M 2 C-type carbide.
The TEM observation is performed with an FE-TEM at an acceleration voltage of 200 kV.

また、MC型炭化物の化学成分は次の通り測定する。試験片としての抽出レプリカ膜(その測定面)の任意の視野(観察面積0.5μm×0.5μmの視野)を倍率200000倍で観察する。観察する視野に存在する析出物の成分を、TEMの電子線回折パターンの解析及びEDSによる分析により、MC型炭化物を同定し、EDS分析により、炭化物中の金属元素の原子%を測定する。測定個数は5個とし、金属元素濃度はこれらの平均値を用いる。
TEMの電子線回折パターンの解析及びEDSによる分析は、FE-TEMにて加速電圧200kVにて実施する。
Also, the chemical components of the M 2 C type carbide are measured as follows. An arbitrary field of view (observation area of 0.5 μm×0.5 μm) of the extraction replica film (the measurement surface thereof) as the test piece is observed at a magnification of 200,000. M 2 C-type carbides are identified by analysis of the electron beam diffraction pattern of TEM and analysis by EDS, and the atomic % of metal elements in the carbides is measured by EDS analysis. . Five samples were measured, and the average value of these metal element concentrations was used.
TEM electron diffraction pattern analysis and EDS analysis are performed with FE-TEM at an accelerating voltage of 200 kV.

(引張強さ)
本実施形態に係るボルトにおいて、ボルトから引張り試験片を採取して測定した引張強さは1600MPa以上である。
ボルトの引張強さは、JIS Z 2241:2011に従って測定される値である。
(Tensile strength)
The bolt according to the present embodiment has a tensile strength of 1600 MPa or more, which is measured by taking a tensile test piece from the bolt.
The bolt tensile strength is a value measured according to JIS Z 2241:2011.

ただし、ボルトの引張強さの測定は、次の通りボルトから試験片を採取して、実施する。
ボルトの軸部から、平行部の直径がボルトの直径の50%となる14A号試験片を切り出し、室温(25℃)の大気中で引張試験を行い、引張強さを求める。
However, the tensile strength of the bolt is measured by taking a test piece from the bolt as follows.
A No. 14A test piece is cut out from the shaft portion of the bolt so that the diameter of the parallel portion is 50% of the diameter of the bolt, and a tensile test is performed in the air at room temperature (25°C) to determine the tensile strength.

(トラップ水素量)
本実施形態に係るボルトにおいて、3.0質量%の塩化ナトリウム水溶液1L当たり3.0gのチオシアン酸アンモニウムを添加した室温の溶液中で、電流密度0.2mA/cmで72時間陰極水素チャージし、室温(25℃)で48時間静置した後のトラップ水素量は3.0ppm以上が好ましい。
トラップ水素量が3.0ppm未満であると、ボルトに侵入した水素が拡散し、旧オーステナイト結晶粒界に集積して、遅れ破壊が生じる危険性が高まることがある。そのため、トラップ水素量は3.0ppm以上であることが好ましい。
(Trapped hydrogen amount)
The bolt according to the present embodiment was cathodically charged with hydrogen at a current density of 0.2 mA/cm 2 for 72 hours in a solution at room temperature to which 3.0 g of ammonium thiocyanate was added per 1 L of a 3.0% by mass sodium chloride aqueous solution. , the amount of trapped hydrogen after standing at room temperature (25° C.) for 48 hours is preferably 3.0 ppm or more.
If the amount of trapped hydrogen is less than 3.0 ppm, hydrogen that has entered the bolt may diffuse and accumulate at the prior austenite grain boundaries, increasing the risk of delayed fracture. Therefore, the amount of trapped hydrogen is preferably 3.0 ppm or more.

トラップ水素量は、ガスクロマトグラフによる昇温水素分析法で測定する。昇温速度100℃/時間で、室温(25℃)から400℃ までに試料から放出される水素量をトラップ水素量と定義する。 The amount of trapped hydrogen is measured by a temperature-programmed hydrogen analysis method using a gas chromatograph. The amount of hydrogen released from the sample from room temperature (25°C) to 400°C at a heating rate of 100°C/hour is defined as the amount of trapped hydrogen.

トラップ水素量の測定は、ボルトから採取した直径7mm、長さ70mmの丸棒試験片(トラップ水素量調査用の丸棒試験片)に対して、実施する。
ただし、上記大きさの丸棒試験片を採取できない場合、直径5mm、長さ20mmの丸棒試験片で代用し、同様の水素チャージと静置を行い、同様の昇温分析により、水素トラップ量を測定してもよい。
The measurement of the amount of trapped hydrogen is performed on a round-bar test piece (a round-bar test piece for investigating the amount of trapped hydrogen) with a diameter of 7 mm and a length of 70 mm taken from a bolt.
However, if a round-bar test piece of the above size cannot be collected, a round-bar test piece with a diameter of 5 mm and a length of 20 mm is substituted, charged with hydrogen in the same manner and allowed to stand still. may be measured.

(耐遅れ破壊強度)
本実施形態に係るボルトは、実環境で使用するため、十分な耐遅れ破壊強度を備えることが好ましい。そのため、本実施形態に係るボルトにおいて、3.0質量%の塩化ナトリウム水溶液1L当たり3.0gのチオシアン酸アンモニウムを添加した室温の(25℃)溶液中で、電流密度0.03mA/cmで24時間陰極水素チャージした後、水素透過防止めっきを施し、96時間放置した後、引張強さの0.9倍の一定荷重を負荷した時の、破断に至るまでの時間が100時間以上であることが好ましい。
ここで、水素透過防止めっきは、ボルト中に水素を閉じ込めるために行うものであり、溶融亜鉛めっきを施す。
(Delayed fracture strength)
Since the bolt according to the present embodiment is used in an actual environment, it is preferable to have sufficient delayed fracture resistance. Therefore, in the bolt according to this embodiment, at a current density of 0.03 mA/cm 2 in a room temperature (25 ° C.) solution containing 3.0 g of ammonium thiocyanate per 1 L of 3.0% by mass sodium chloride aqueous solution, After cathodic hydrogen charging for 24 hours, hydrogen permeation prevention plating is applied, and after standing for 96 hours, when a constant load of 0.9 times the tensile strength is applied, the time until breakage is 100 hours or more. is preferred.
Here, the hydrogen permeation prevention plating is performed to confine hydrogen in the bolt, and hot-dip galvanization is performed.

耐遅れ破壊強度の測定は、ボルトから採取した直径7mm、長さ70mmの切欠き(切欠き部直径4.2mm、角度60°)付き丸棒試験片(遅れ破壊試験片)に対して、実施する。
ただし、上記大きさの丸棒試験片を採取できない場合、直径5mmの切欠き(切欠き部直径3.0mm、角度60°)付き丸棒試験片で代用してもよい。長さは、チャッキングできる範囲であれば特に制約はない。
Measurement of delayed fracture strength is performed on a round bar test piece (delayed fracture test piece) with a notch of 7 mm in diameter and 70 mm in length (notch diameter 4.2 mm, angle 60 °) taken from the bolt. do.
However, if a round-bar test piece of the above size cannot be obtained, a round-bar test piece with a notch of 5 mm diameter (notch diameter: 3.0 mm, angle: 60°) may be substituted. There are no particular restrictions on the length as long as chucking is possible.

<ボルト用鋼材>
本実施形態に係るボルト用鋼材は、本実施形態に係るボルトの素材となる鋼材である。そして、本実施形態に係るボルト用鋼材は、本実施形態に係るボルトと同じ化学組成を有する。
<Steel for bolts>
The steel material for bolts according to this embodiment is a steel material that is used as a material for the bolts according to this embodiment. The steel material for bolts according to this embodiment has the same chemical composition as the bolt according to this embodiment.

<ボルトの製造方法>
以下、本実施形態に係るボルト用鋼材を用いて、本実施形態に係るボルトの製造方法の一例について詳述する。
<Bolt manufacturing method>
An example of a method for manufacturing a bolt according to this embodiment will be described in detail below using the steel material for bolts according to this embodiment.

(ボルト形状に成形する工程)
本実施形態に係るボルトの化学組成を有する溶鋼を得た後、溶鋼を鋳造によりインゴットまたは鋳片とする。鋳造されたインゴットまたは鋳片は、熱間圧延、熱間押出、熱間鍛造などの熱間加工によって、丸棒など所要の粗形状を有する鋼材に仕上げる。その後、該鋼材に伸線、焼鈍、冷間加工、ねじ転造などを施して、所定のボルト形状に成形する。複数回の冷間加工の中間に、焼鈍または球状化焼鈍処理を複数回施してもよい。また、成形の工程に熱間加工を含めることもできる。
(Process of forming into a bolt shape)
After obtaining the molten steel having the chemical composition of the bolt according to the present embodiment, the molten steel is cast into an ingot or a slab. The cast ingot or slab is finished into a steel material having a desired rough shape such as a round bar by hot working such as hot rolling, hot extrusion and hot forging. After that, the steel material is subjected to wire drawing, annealing, cold working, thread rolling, etc., and formed into a predetermined bolt shape. Annealing or spheroidizing treatment may be performed multiple times between multiple cold workings. Hot working can also be included in the molding process.

(焼入れ・焼戻しを行う工程)
所定のボルト形状に成形した後、強度を付与するため、鋼をオーステナイト化以上の温度に加熱した後、水冷または油冷によって焼入れ処理を行う。なお、焼入れのための加熱温度(以下、「焼入れ加熱温度」という。)が低すぎると、Mo、Cr、W、及びVの炭化物のマトリックス中への固溶が不十分となり、粗大な炭化物が残存する。その結果、焼戻し時に析出する微細なMC型炭化物の量が少なくなるため、目的の強度及び水素トラップ効果を得ることができない。
(Process of quenching and tempering)
After forming into a predetermined bolt shape, in order to impart strength, the steel is heated to a temperature above austenitization and then quenched by water cooling or oil cooling. If the heating temperature for quenching (hereinafter referred to as "quenching heating temperature") is too low, solid solution of Mo, Cr, W, and V carbides in the matrix becomes insufficient, and coarse carbides are formed. remain. As a result, the amount of fine M 2 C-type carbides precipitated during tempering is reduced, making it impossible to obtain the desired strength and hydrogen trapping effect.

一方、焼入れ加熱温度を過度に高くすると、結晶粒の粗大化を招き、靭性及び耐遅れ破壊特性の劣化を招き、また、操業熱処理炉の炉体および付属部品の損傷が顕著になり、製造コストが上昇するため、好ましくない。
そのため、焼入れ加熱温度は930~1050℃とするのが好ましい。また、焼入れ加熱温度での保持時間は30~90分とすることが好ましい。
On the other hand, if the quenching heating temperature is excessively high, the crystal grains become coarse, the toughness and delayed fracture resistance deteriorate, and the damage to the furnace body and accessories of the heat treatment furnace in operation becomes noticeable, resulting in manufacturing costs. is not favorable because it increases
Therefore, the heating temperature for quenching is preferably 930 to 1050°C. Moreover, the holding time at the quenching heating temperature is preferably 30 to 90 minutes.

耐遅れ破壊強度を向上させるためには、上記の焼入れ処理を行った後に焼戻しを行う必要がある。本開示では、焼戻しの温度を、570~690℃に限定する必要がある。 In order to improve the delayed fracture strength, it is necessary to perform tempering after performing the above-described quenching treatment. In the present disclosure, the tempering temperature should be limited to 570-690°C.

焼戻し温度が570℃未満では、焼戻し時に析出するMC型炭化物の析出が不十分で、目的の水素トラップ能、および遅れ破壊限界水素量を達成することができない。If the tempering temperature is less than 570° C., precipitation of M 2 C type carbides during tempering is insufficient, and the desired hydrogen trapping ability and delayed fracture limit hydrogen amount cannot be achieved.

一方、焼戻し温度が690℃以上の場合は、MC型炭化物がオストワルド成長し、目的の水素トラップ能、および遅れ破壊限界水素量を達成することができない。
そのため、焼戻し温度は570~690℃に限定する。なお、焼戻し温度の好ましい範囲は、590~660℃である。
また、焼戻し温度での保持時間は30~90分とすることが好ましく、焼き戻し冷却速度は50~100℃/sとすることが好ましい。
On the other hand, when the tempering temperature is 690° C. or higher, the M 2 C type carbides undergo Ostwald growth, and the target hydrogen trapping ability and delayed fracture limit hydrogen amount cannot be achieved.
Therefore, the tempering temperature is limited to 570-690°C. A preferable tempering temperature range is 590 to 660°C.
The holding time at the tempering temperature is preferably 30 to 90 minutes, and the tempering cooling rate is preferably 50 to 100°C/s.

以上の工程により、本実施形態に係るボルトが製造される。 Through the steps described above, the bolt according to the present embodiment is manufactured.

以上に示すとおり、本実施形態に係るボルトは、最適な化学組成を備える鋼材に、最適な焼入れ焼戻しを施すことで、引張強さ、トラップ水素量及び遅れ破壊限界水素量の好適化を図ったものである。 As described above, in the bolt according to the present embodiment, steel material having an optimum chemical composition is subjected to optimum quenching and tempering, thereby optimizing tensile strength, trapped hydrogen content, and delayed fracture limit hydrogen content. It is.

次に、本開示の実施例について説明するが、以下に示す各条件は、本開示の実施可能性及び効果を確認するために採用した一例にすぎず、本開示の条件はこの一例に限定されるものではない。本開示の実施においては、その要旨を逸脱せず、その目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用することができる。 Next, examples of the present disclosure will be described, but the conditions shown below are only examples adopted to confirm the feasibility and effect of the present disclosure, and the conditions of the present disclosure are limited to these examples. not something. In carrying out the present disclosure, various conditions can be adopted as long as the purpose is achieved without departing from the gist thereof.

<各種試験片の成形>
(棒鋼の準備)
表1-1及び表1-2に示す化学組成を有する鋼(鋼No.A~P及びAA~AY)をそれぞれ溶製し、熱間鍛造により、直径20mm、長さ1000mmの棒鋼を準備した。なお、表1-1及び表1-2において下線を付した数値は当該数値が本開示の範囲外であることを示す。また、表1-1及び表1-2における「-」は各元素が無添加であることを示す。また、式(1)~式(3)において、「-」で表記された元素の含有量は「0」が代入される。そして、残部は、Fe及び不純物である。
ただし、表1-1及び表1-2に示す化学組成において、酸素(O)は鋼中に不純物として含まれる元素である。
<Molding of various test pieces>
(Preparation of steel bars)
Steels having chemical compositions shown in Tables 1-1 and 1-2 (Steel Nos. A to P and AA to AY) were melted and hot forged to prepare steel bars with a diameter of 20 mm and a length of 1000 mm. . Note that the underlined values in Tables 1-1 and 1-2 are outside the scope of the present disclosure. "-" in Tables 1-1 and 1-2 indicates that each element is not added. In addition, in formulas (1) to (3), "0" is substituted for the contents of the elements indicated by "-". The remainder is Fe and impurities.
However, in the chemical compositions shown in Tables 1-1 and 1-2, oxygen (O) is an element contained as an impurity in steel.

Figure 0007164032000001
Figure 0007164032000001

Figure 0007164032000002
Figure 0007164032000002

次にボルト製造を再現するため、表2の条件で焼入れ、焼戻しを施し、続いて、焼入れ、焼戻ししたボルト相当品の引張強さ、トラップ水素量の測定、および耐遅れ破壊強度を以下の方法で評価した。 Next, in order to reproduce the bolt manufacturing, quenching and tempering were performed under the conditions shown in Table 2, and then the tensile strength of the quenched and tempered bolt equivalent, the amount of trapped hydrogen, and the delayed fracture strength were measured by the following methods. evaluated with

(焼入れの実施)
上記のようにして得た直径20mm、長さ1000mmの丸棒を切断し、直径20mm、長さ300mmの丸棒を切り出し、表2に記載の温度で焼入れを行った。焼入れ加熱温度での保持時間は60分とした。その後、60℃に保持した油槽へ焼入れを行った。
(Implementation of quenching)
A round bar with a diameter of 20 mm and a length of 1,000 mm was cut into a round bar with a diameter of 20 mm and a length of 300 mm, which was quenched at the temperature shown in Table 2. The holding time at the quenching heating temperature was 60 minutes. After that, quenching was performed in an oil bath maintained at 60°C.

(焼戻しの実施)
油焼入れ後、表2に記載の温度で焼戻しを行った。焼戻し温度での保持時間は60分とし、焼戻し後の冷却は空冷(冷却速度10℃/s)とした。
(Implementation of tempering)
After oil quenching, tempering was performed at the temperature shown in Table 2. The holding time at the tempering temperature was 60 minutes, and the cooling after tempering was air cooling (cooling rate 10°C/s).

(引張試験片)
上記の焼入れ焼戻し処理後の直径20mm、長さ300mmの丸棒から、全長70mm、平行部の直径6mm、長さ32mmの平滑引張試験片(14A号試験片)を採取した。
(Tensile test piece)
A smooth tensile test piece (No. 14A test piece) having a total length of 70 mm, parallel portion diameter of 6 mm, and length of 32 mm was taken from the round bar of 20 mm in diameter and 300 mm in length after the quenching and tempering treatment.

(トラップ水素量調査用の試験片作製)
上記の焼入れ焼戻し処理後の直径20mm、長さ300mmの丸棒から、直径7mm、長さ70mmの丸棒を採取し、トラップ水素量調査用の丸棒試験片とした。
(Preparation of test piece for investigation of trapped hydrogen amount)
A round bar with a diameter of 7 mm and a length of 70 mm was sampled from the round bar with a diameter of 20 mm and a length of 300 mm after the quenching and tempering treatment, and used as a round bar test piece for investigating the amount of trapped hydrogen.

(耐遅れ破壊強度の試験片の作製)
上記の焼入れ焼戻し処理後の直径20mm、長さ300mmの丸棒から、直径7mm、長さ70mmの切欠き(切欠き部直径4.2mm、角度60°)付き丸棒試験片を採取し、耐遅れ破壊強度の試験片とした。
(Preparation of test piece for delayed fracture strength)
A round bar test piece with a notch (notch diameter 4.2 mm, angle 60°) with a diameter of 7 mm and a length of 70 mm was taken from the round bar with a diameter of 20 mm and a length of 300 mm after the quenching and tempering treatment, and the resistance A test piece for delayed fracture strength was used.

以上のようにして、製造No.1~45の引張試験片、製造No.1~45のトラップ水素量調査用の試験片、及び製造No.1~45の耐遅れ破壊強度の試験片を、それぞれ得た。ただし、製造No.34については焼割れが発生したため、以降の試験を中断した。 As described above, production No. 1 to 45 tensile test pieces, production no. 1 to 45 test pieces for investigating the amount of trapped hydrogen, and manufacturing No. Specimens with a delayed fracture strength of 1 to 45 were obtained, respectively. However, production No. As for No. 34, quenching cracks occurred, so the subsequent tests were discontinued.

<各試験片を用いた性能評価> <Performance evaluation using each test piece>

(長さ5nm以上のMC型炭化物の個数密度)
長さ5nm以上のMC型炭化物の個数密度(単位面積0.01μm当たりの個数)は、既述の通り測定した。そして、次の基準で評価した。
A:MC型炭化物の個数密度が10個/0.01μm以上14個/0.01μm以下
B:MC型炭化物の個数密度が15個/0.01μm以上20個/0.01μm未満
C:MC型炭化物の個数密度が20個/0.01μm以上
D:MC型炭化物の個数密度が10個/0.01μm未満
(Number density of M 2 C type carbides with a length of 5 nm or more)
The number density (the number per unit area of 0.01 μm 2 ) of M 2 C type carbides with a length of 5 nm or more was measured as described above. Then, evaluation was made according to the following criteria.
A: The number density of M 2 C type carbides is 10 pieces/0.01 μm 2 or more and 14 pieces/0.01 μm 2 or less B: The number density of M 2 C type carbides is 15 pieces/0.01 μm 2 or more and 20 pieces/0 Less than 0.01 μm 2 C: The number density of M 2 C type carbides is 20 pieces/0.01 μm 2 or more D: The number density of M 2 C type carbides is less than 10 pieces/0.01 μm 2

(引張強さ(TS))
引張強さは、既述の通り測定した。
具体的には、 上記の手順で作製した引張試験片を用い、JIS Z 2241:2011に準拠して、室温(25℃)の大気中で引張試験を行い、引張強さを求めた。
(Tensile strength (TS))
Tensile strength was measured as previously described.
Specifically, using the tensile test piece prepared by the above procedure, a tensile test was performed in the atmosphere at room temperature (25° C.) in accordance with JIS Z 2241:2011 to determine the tensile strength.

(トラップ水素量)
トラップ水素量は、既述の通り測定した。
具体的には、上記の手順で作製した直径7mm、長さ70mmの丸棒試験片に、3.0質量%の塩化ナトリウム水溶液1L当たり3.0gのチオシアン酸アンモニウムを添加した室温(25℃)の溶液中で、電流密度0.2mA/cmで72時間陰極水素チャージを行った。その後、室温(25℃)で48時間静置した。その後、ガスクロマトグラフを用い、昇温速度100℃/ 時間で、室温(25℃)から400℃まで昇温し、丸棒試験片から放出される水素量を測定した。
(Trapped hydrogen amount)
The amount of trapped hydrogen was measured as described above.
Specifically, 3.0 g of ammonium thiocyanate per 1 L of a 3.0% by mass sodium chloride aqueous solution was added to a round bar test piece having a diameter of 7 mm and a length of 70 mm prepared by the above procedure at room temperature (25 ° C.). Cathodic hydrogen charging was carried out at a current density of 0.2 mA/cm 2 for 72 hours in a solution of After that, it was allowed to stand at room temperature (25° C.) for 48 hours. Then, using a gas chromatograph, the temperature was raised from room temperature (25° C.) to 400° C. at a heating rate of 100° C./hour, and the amount of hydrogen released from the round-bar test piece was measured.

(耐遅れ破壊強度試験)
耐遅れ破壊強度試験は、既述の通り測定した。
具体的には、上記の手順で作製したφ7mm×70mmの切欠き(切欠き部φ4.2mm、角度60°)付き耐遅れ破壊強度の試験片に、3.0質量%の塩化ナトリウム水溶液1L当たり3.0gのチオシアン酸アンモニウムを添加した室温(25℃)の溶液中で、電流密度0.03mA/cmで24時間陰極水素チャージした後、Znで水素透過防止めっきを施し、96時間放置した後、引張強さの0.9倍の一定荷重を負荷し、破断に至るまでの時間を測定した。100時間破断しなかった場合は試験を打ち切りとした。
(Delayed fracture strength test)
The delayed fracture resistance test was measured as described above.
Specifically, a delayed fracture strength test piece with a φ7 mm × 70 mm notch (notch φ4.2 mm, angle 60 °) prepared by the above procedure was added to 1 L of a 3.0% by mass sodium chloride aqueous solution. After cathodic hydrogen charging at a current density of 0.03 mA/cm 2 for 24 hours in a solution at room temperature (25°C) to which 3.0 g of ammonium thiocyanate was added, it was plated with Zn to prevent hydrogen permeation, and left to stand for 96 hours. After that, a constant load of 0.9 times the tensile strength was applied, and the time until breakage was measured. The test was discontinued when no breakage occurred for 100 hours.

C型炭化物の個数密度、引張強さ(TS)、トラップ水素量、及び遅れ破壊有無の結果を表2に記載する。なお、表2中の下線を付した数値は当該数値が本開示の範囲外であることを示す。また、表2中の符号 “-”は、試験を行わなかったことを意味する。Table 2 shows the number density, tensile strength (TS), amount of trapped hydrogen, and presence or absence of delayed fracture of M 2 C type carbides. Note that the underlined values in Table 2 are outside the scope of the present disclosure. In addition, the sign "-" in Table 2 means that the test was not performed.

Figure 0007164032000003
Figure 0007164032000003

表1~表2から明らかなように、化学組成、並びに、焼入れ焼戻しの条件について好適化を図った製造No.1~20(開示例1~20)は、いずれも、引張強さが高く、また、トラップ水素量が高く、遅れ破壊が生じなかったことから、優れた強度と耐遅れ破壊特性が得られていることが判る。 As is clear from Tables 1 and 2, production No. 1 was optimized for the chemical composition and conditions for quenching and tempering. 1 to 20 (Disclosure Examples 1 to 20) all had high tensile strength, high trapped hydrogen content, and no delayed fracture, so excellent strength and delayed fracture resistance were obtained. It turns out that there is

尚、開示例16、17は、本開示の組成要件を満たすが、焼入れ条件が好適な範囲から若干外れる製造条件で製造された。開示例17は、他の開示例に比べて焼入れ温度が高い製造条件で製造されており、その強度は他の開示例に比べて若干大きい。そのため、強度-延性バランスに関しては、他の開示例の方が相対的に優れている。また、開示例16は、他の開示例に比べて焼入れ温度が低い製造条件で製造されており、強度に関しては、他の開示例の方が相対的に優れている。 Disclosure Examples 16 and 17 satisfy the composition requirements of the present disclosure, but were produced under production conditions in which the quenching conditions were slightly out of the preferred range. Disclosed example 17 is manufactured under manufacturing conditions with a higher quenching temperature than those of other disclosed examples, and its strength is slightly higher than that of other disclosed examples. Therefore, the strength-ductility balance of the other disclosed examples is relatively superior. In addition, Disclosure Example 16 is manufactured under manufacturing conditions with a lower quenching temperature than those of the other Disclosure Examples, and the other Disclosure Examples are relatively superior in terms of strength.

これに対し、化学組成、並びに、焼入れ焼戻しの条件について、少なくともいずれかについて好適化を図っていない製造No.21~45(比較例1~25)については、いずれも、耐遅れ破壊特性が得られていないことが判る。また、比較例5、13、19及び20は、強度が不十分であり、比較例1~4、6~8、10~12、16~25はいずれも十分なトラップ水素量が得られていない。比較例15は、トラップ水素量は高くても鋼成分のAl量が0.100より高いため、Alを含む酸化物系介在物が多数存在し、破壊の起点が多数形成され遅れ破壊特性が低下している。 On the other hand, with respect to at least one of the chemical composition and the conditions of quenching and tempering, the production No. 1 has not been optimized. 21 to 45 (Comparative Examples 1 to 25) did not exhibit delayed fracture resistance. In addition, Comparative Examples 5, 13, 19 and 20 have insufficient strength, and Comparative Examples 1 to 4, 6 to 8, 10 to 12, and 16 to 25 do not obtain a sufficient amount of trapped hydrogen. . In Comparative Example 15, although the amount of trapped hydrogen is high, the amount of Al in the steel components is higher than 0.100, so there are many oxide-based inclusions containing Al, many fracture starting points are formed, and the delayed fracture characteristics are reduced. is doing.

なお、日本国特許出願第2019-091328号の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
The disclosure of Japanese Patent Application No. 2019-091328 is incorporated herein by reference in its entirety.
All publications, patent applications and technical standards mentioned herein are to the same extent as if each individual publication, patent application and technical standard were specifically and individually noted to be incorporated by reference. incorporated herein by reference.

本開示によれば、高強度で、かつ、優れた耐遅れ破壊強度を示すボルト、およびその素材となるボルト用鋼材を提供できる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a bolt that exhibits high strength and excellent delayed fracture strength, and a steel material for the bolt that is the raw material for the bolt.

Claims (7)

組成が、質量%で、
C :0.35~0.50%、
Si:0.02~0.10%、
Mn:0.20~0.80%、
Mo:1.50~5.00%、
W :0~1.00%、
V :0~0.20%、
Cr:0.20~0.50%、
Al:0.010~0.100%、
N :0.0010~0.0150%、
P :0.015%以下、および
S :0.015%以下、
を含有し、
残部がFe及び不純物からなり、
かつ、下記式(1)、下記式(2)、および下記式(3)を満たし、
引張強さが、1600MPa以上である、
ボルト。
2V/(Mo+0.5W)≦0.20 ・・・(1)
0.10≦(2V+0.5W)/Mo≦0.40・・・(2)
0.10≦2Cr/Mo≦0.35 ・・・(3)
但し、式(1)、(2)、(3)において、Cr、Mo、V、およびWには、それぞれボルトが含有するCr、Mo、V、およびWの含有量(質量%)が代入され、V又はWが含まれないときはV又はWに0が代入される。
The composition, in mass %,
C: 0.35 to 0.50%,
Si: 0.02 to 0.10%,
Mn: 0.20-0.80%,
Mo: 1.50-5.00%,
W: 0 to 1.00%,
V: 0 to 0.20%,
Cr: 0.20-0.50%,
Al: 0.010 to 0.100%,
N: 0.0010 to 0.0150%,
P: 0.015% or less, and S: 0.015% or less,
contains
The balance consists of Fe and impurities,
and satisfying the following formulas (1), (2), and (3) below,
Tensile strength is 1600 MPa or more,
bolt.
2V/(Mo+0.5W)≦0.20 (1)
0.10≦(2V+0.5W)/Mo≦0.40 (2)
0.10≤2Cr/Mo≤0.35 (3)
However, in formulas (1), (2), and (3), the contents (% by mass) of Cr, Mo, V, and W contained in bolts are substituted for Cr, Mo, V, and W, respectively. , V or W is not included, 0 is substituted for V or W.
質量%で、
Ti:0.100%以下、
Nb:0.100%以下、
B :0.0050%以下、
Ni:0.20%以下、
Cu:0.20%以下、
REM:0.020%以下、
Sn:0.20%以下、および
Bi:0.20%以下
よりなる群から選択される少なくとも1種をさらに含有する、請求項1に記載のボルト。
in % by mass,
Ti: 0.100% or less,
Nb: 0.100% or less,
B: 0.0050% or less,
Ni: 0.20% or less,
Cu: 0.20% or less,
REM: 0.020% or less,
2. The bolt according to claim 1, further comprising at least one selected from the group consisting of Sn: 0.20% or less and Bi: 0.20% or less.
質量%で、
Pb:0.05%以下、
Cd:0.05%以下、
Co:0.05%以下、
Zn:0.05%以下、
Ca:0.02%以下、および
Zr:0.02%以下、
よりなる群から選択される少なくとも1種をさらに含有する、請求項1又は請求項2に記載のボルト。
in % by mass,
Pb: 0.05% or less,
Cd: 0.05% or less,
Co: 0.05% or less,
Zn: 0.05% or less,
Ca: 0.02% or less, and Zr: 0.02% or less,
3. The bolt according to claim 1, further comprising at least one selected from the group consisting of:
長さ5nm以上のMC型炭化物であって、M(金属元素)に対し、MoとCrとVおよびWの少なくとも一方とを合計で70原子%以上含むMC型炭化物が、単位面積0.01μm当たり10個以上存在する、請求項1~請求項3のいずれか1項に記載のボルト。M 2 C - type carbide having a length of 5 nm or more and containing a total of 70 atomic % or more of Mo, Cr, and at least one of V and W with respect to M (metal element) has a unit area 4. The bolt according to any one of claims 1 to 3, wherein there are 10 or more bolts per 0.01 μm 2 . 3.0質量%の塩化ナトリウム水溶液1L当たり3.0gのチオシアン酸アンモニウムを添加した室温の溶液中で、電流密度0.03mA/cmで24時間陰極水素チャージした後、水素透過防止めっきを施し、96時間放置した後、引張強さの0.9倍の一定荷重を負荷した時の、破断に至るまで100時間以上である請求項1~請求項4のいずれか1項に記載のボルト。After cathodic hydrogen charging at a current density of 0.03 mA/cm 2 for 24 hours in a room temperature solution to which 3.0 g of ammonium thiocyanate was added per 1 L of a 3.0% by mass sodium chloride aqueous solution, hydrogen permeation prevention plating was applied. 5. The bolt according to any one of claims 1 to 4, wherein the bolt is left to stand for 96 hours and then breaks for 100 hours or more when a constant load of 0.9 times the tensile strength is applied. 3.0質量%の塩化ナトリウム水溶液1L当たり3.0gのチオシアン酸アンモニウムを添加した室温の溶液中で、電流密度0.2mA/cmで72時間陰極水素チャージし、室温で48時間静置した後のトラップ水素量が3.0ppm以上である請求項1~請求項5のいずれか1項に記載のボルト。In a solution at room temperature to which 3.0 g of ammonium thiocyanate was added per 1 L of 3.0% by mass sodium chloride aqueous solution, it was cathodically charged with hydrogen at a current density of 0.2 mA/cm 2 for 72 hours and allowed to stand at room temperature for 48 hours. The bolt according to any one of claims 1 to 5, wherein the post-trapped hydrogen amount is 3.0 ppm or more. 請求項1~請求項6のいずれか1項に記載のボルトの素材であるボルト用鋼材であって、
前記ボルトの組成を有するボルト用鋼材。
A steel material for bolts, which is a material for the bolt according to any one of claims 1 to 6,
A steel material for a bolt having the composition of the bolt.
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