JPH03310A - オーステナイト系ステンレス鋼ボルトとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はオーステナイト系ステンレス鋼にて形成され、
構造物の連結に用いるステンレス鋼ボルトに関し、さら
に詳しくはこのオーステナイト系ステンレス鋼ボルトの
構造及びオーステナイト系ステンレス鋼ボルトの製造方
法に関するものである。

［従来の技術］ 一般にボルトを製造する場合、線材を伸線加工して適当
な径に加工し、この伸線した素材をダイスを用いて冷間
鍛造加工して頭部と軸部とねじ下部を有するボルト半製
品を形成し、ねじ下部に転造加工してねじ部を形成して
いる。

［発明が解決しようとする課題］ ところでステンレス鋼ボルトにおいてステンレス鋼の特
性である耐食性を重要視すればボルトの製品を固溶化熱
処理する必要がある。−殻内に固溶化熱処理すると、１
８Ｃｒ　　１ＯＮｉオーステナイト系ステンレス鋼の強
度の耐力は約２］Ｋｇ／ｍ曽２となり、これに種々の目
的で合金元素を添加しても強化することが期待できない
のが現状である。

また六角ボルトは細部とねじ部とからできでいるが、い
かような加工方法といえども軸部とねじ部の強度を一定
にすることは不可能で鋼でもステンレス鋼でも同じで熱
処理を施さないボルトでは不可能とされていた。オース
テナイト系ステンレス鋼で本末の耐食性やじん性をなる
べく害さない熱処理性を与えた高カステンレス鋼の開発
がなされているが、いずれかの特性を犠牲にして基質を
マルテンサイト組織あるいはマルテンサイトオーステナ
イト混合組織にしており、均一なオーステナイト組織と
それに伴なう特性を当然失っていることになり、当然耐
食性が悪く、応力腐食割れに敏感になるものである。

また析出硬化性ステンレスａ（以下ＰＨステンレス鋼と
言う）としてマルテンサイト系から米なと考えられる１
　７−４ＰＨステンレス鋼と１８−８オーステナイト系
から導かれたと考えられる１７−？ＰＨステンレス鋼と
がある。前者は１３Ｃｒステンレス鋼→耐食性加工性を
改良して低炭素すなわちＣ＜０．１５の１２Ｃｒステン
レス鋼→強度酎食性を改良した１２Ｃｒ　　２Ｎｉ→さ
らに耐食耐熱性を改良した低炭素１７Ｃｒ−２Ｎｉが母
体であり、後者は１８−８ステンレス鋼の耐食性をあま
り犠牲にせず冷間加工硬化による機械的強度の向上を目
的として１７Ｃｒ７Ｎｉから発達しており、耐食性に優
れたものは色々と研究されているが、オーステナイト組
織のものにまさるものはなかった。このように耐食性の
優れたオーステナイト系ステンレス鋼のボルトで細部と
ねじ部を同じ強度にする技術はなく、耐力を３０Ｋｇ／
ａｍ”に低下させる固溶化熱処理以外ないとされていた
。

本発明は叙述の点に鑑みてなされたものであって、本発
明の目的とするところはオーステナイト系ステンレス鋼
で機械的性質が保証でき、しかも耐食性に優れ、また安
全な頭部形状にでき、さらに簡単且つ安価に製造できる
オーステナイト系ステンレス鋼ボルトとその製造方法を
提供するにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため本発明オーステナイト系ステン
レス鋼ポル）Ａは、オーステナイト系ステンレス鋼の冷
間鍛造加工にて頭部１と軸部２とねじ部３とさい頭直円
錐状の平先部４の４つの部分が一体に形成され、頭部１
と軸部２が円弧状の接続ｓ５でつながるとともにこの円
弧状の接続部５の半径ｒ、はねじ部３のねじのピッチｐ
の０．３倍が最小であり、この接続部５の最大径ｄ、か
ねじの呼称に（０，８〜０．５）ピッチを加えた寸法に
形成され、細部２の長さのがピッチｐの１６倍が最大寸
法であり、且つ全ねじの場合はピッチｐの１．５〜３倍
であり、軸部２とねじ部３との引っ張り強度、耐力、硬
度等の機械的強度が略等しくなったことを特徴とするも
のである。また平先部４のさい頭直円錐の角度が６０〜
８０°となったことを特徴とすることも好ましい。さら
に上記頭部１が六角柱状で外周の６つの面６は１２０°
の角度で交差し、この交差する部分は円弧部７でつなが
りこの円弧部分の半径ｒ２は最小で上記面の巾Ｗの１／
２５として成ることを特徴とすることも好ましい。

また本発明オーステナイト系ステンレス鋼ボルトの製造
方法は、オーステナイト系ステンレス鋼の線材または鋼
線を素材８とし、この素材８を冷間鍛造して頭部１ａと
軸部２とねじ下部３ａと先端の平光部４が一体となった
ボルト半製品Ａ′を形成するとき、素材８の径をねじ下
部３ａと略同じ径にして軸部２を膨らして形成するとと
もにさい頭直円錐状の平光部４を付加的に形成し、次い
で円柱状の頭部１ａを六角柱状に形成し、しかる後ねじ
下部３ａに転造加工にてねじ部３を加工することを特徴
とするものである。またねじ下部３ａの径ｄ２の０．９
９８〜０．９７倍の径の素材８を用いることを特徴とす
ることも好ましい。

［作用］ 上記のようにねじ下部３ａの径ｄ２よりやや径の小さい
オーステナイト系ステンレス鋼の素材８を用い、素材８
を膨らして細部２を形成すると共に細部より径の細いね
じ下部３ａを形成し、しかる後ねじ下部３ａに転造でね
じｆｆ１Ｓ３を形成することにより細部２とねじ部３と
の加工硬化が同じ程度になり、細部２とねじ部３の引っ
張り強度、耐力、硬度等の機械的強度が等しくなる。頭
部１と軸部２が円弧状の接続部５でつながるとともにこ
の円弧状の接続部５の半径ｒ１はねじ部３のねじのピッ
チｐの０．３倍が最小であり、この接続部５の最大径ｄ
、がねじの呼称に（０，８〜０．５）ピッチを加えた寸
法に形成され、細部２の長さがピッチｐの１６倍が最大
寸法であり、且つ全ねじの場合はピッチリの１．５〜３
倍であることにより頭部１と軸部２との間の接続部５の
機械的強度が強くなって頭飛びがなくなる。平光ｉ、４
のさい頭直円錐の角度が６０〜８０°となっていること
によりボルトのナツトへの螺合がしやすくなり、さらに
＠部１が六角柱状で外周の６つの面６は１２０°の角度
で交差し、この交差する部分は円弧部７でつながりこの
円弧部分の半径ｒ２は最小で上記面の巾Ｗの１／２５と
したことにより六角の頭部１の角に丸みがあって怪我し
たりすることな（安全に使用できるようになった。

［実施例］ 第１図は伸線加工により硬化するステンレス鋼線の代表
的な機械的特性を示す。この図で縦紬は引っ張り強さを
示し、横軸は伸線加工率を示し、符号イは５ＵＳ３０４
、符号口は５ＵＳ３０５Ｊｌ、５ＵＳ３１６、符号ハは
１６Ｃｒ　　１４Ｎｉステンレス鋼、符号二はＳＵＳ　
３８４，５ｔＪＳ　３８５、符号ホは５ＵＳ４］０，５
ＵＳ４３０を示す。これは冷間鍛造にて軸を絞って加工
硬化するときも、伸線加工で加工硬化して引っ張り強度
が強くなる変化と同等の変化をする。第２図は５ＵＳ３
０４に種々の合金元素を添加したときの固溶強化した例
を示すものであって、０．２％酎耐力及ぼす影響を示す
ものである。つまり添加元素は強化の傾向から３群に分
けられるが、Ｃ，Ｎなどの侵入型−元素は強化能力が非
常に大きく、７工ライト生成元素であるＷ、Ｍｏなどが
これにつぎ、オーステナイト生成元素であるＣｏ、Ｎｉ
、Ｃｕなどは殆ど強化に寄与しない。しかしこれらの元
素を添加して強化する方法は耐食性を犠牲にしなければ
ならな（、耐食性を維持して機械的性質を上げることが
できなかった。また第３図は従来の２段打ち圧造を示し
、第３図（ａ）に示すような引き抜き材よりなる素材８
′を第３図（ｂ）（Ｃ）の順に２段打ちして頭部１ａ　
と細部２′　とねじ下部３ａ’　とを形成している。こ
の図で右下がりの＃Ｍのハツチングで示す部分がねじ下
部３ａの断面減少する部分であり、ａ＃ｉのハツチング
で示す部分が頭１１ａ’の断面が増加する部分である第
３図（ｄ）は加工率の状態を示し、＃３図（ｅ）は頭部
１ａ’　と細部２′とねじ下部３ａ’の耐力（降伏点）
を示す。この加工の場合軸部２′とねじ下部３ａ’　と
の間に２０　Ｋ　ｇ／　＋ｎａ＋２程度の耐力の差があ
る。第４図は従来の２段絞り圧造を示し、１４図（ａ）
に示すような圧延材の素材８′を第４図（ｂ）（ｃ）（
ｄ）に示すように絞って頭部１ａ　と−ＢＩＳ２′　と
ねじ下部３ａ’　を形成している。この図で右下がりの
斜線のハツチングで示す部分がねじ下部３ａ’の断面減
少する部分であリ、左下がりの斜線のハツチングで示す
部分が軸部２′の断面減少する部分であり、ｍ線のハツ
チングで示す部分が頭部１ａ’の断面が増加する部分で
ある第４図（ｅ）は加工率の状態を示し、第４図（ｆ）
は頭部１ａ　と軸部２′とねじ下部３ａ’の耐力（降伏
点）を示す。この加工の場合も軸部２′とねじ下部３ａ
　との間に２０　Ｋ　ｇ／　ａｍ２程度の耐力の差があ
る。従って上記のように製造されたボルトは軸部の耐力
がねじ部に比べて弱くて引っ張り荷重がかかると第５図
に示すように切断される。

本発明オーステナイト系ステンレス鋼ポル）Ａは、オー
ステナイト系ステンレス鋼の鋼材または線材を素材８と
して形成され、耐食性があって機械的強度も十分なもの
である。つまり本発明オーステナイト系ステンレス鋼ボ
ルトＡは、オーステナイト系ステンレス鋼の冷間鍛造加
工にて頭部１と軸部２とねじ部３とさい顕色円錐状の平
光部４の４つの部分が一体に形成され、頭部１と軸部２
が円弧状の接続部５でつながるとともにこの円弧状の接
続部５の半径ｒ、はねじ部３のねじのピッチｐの０．３
倍が最小であり、この接続部５の最大径ｄ、かねじの呼
称に（０，８〜０．５）ピッチを加えた寸法に形成され
、軸部２の長さがピッチｐの１６倍が最大寸法であり、
且つ全ねじの場合はピッチｐの１．５〜３倍であり、軸
部２とねじ部３との引っ張り強度、耐力、硬度等の機械
的強度が略等しくしたものである。第６図は六角頭のス
テンレス鋼ポル）Ａの一例であって六角の頭部１と円柱
状の軸部２とねじ部３と先端の平光部４とが一体に形成
され、頭部１と軸部２との間が円弧状の接続部５にてつ
ながっている。第７図はねじ部３にねじを切る前のボル
ト半製品Ａ′であって、六角の頭部１と接続部５と軸部
２とねじ下部３ａと平光部４を一体に設けてあり、ねじ
下部３ａに冷間転造にてねじを切ることにより、Ｐｔ４
６図に示すような六角頭のオーステナイト系ステンレス
鋼ポル）Ａが形成される。このボルト半製品Ａ′はオー
ステナイト系ステンレス鋼の線材または鋼線を素材８と
して冷間鍛造にて形成されるものであって、素材８とし
てはねじ下部３ａの径ｄ２よりも少し径の小さいものを
用い、ねじ下部３ａを僅かに膨らし、軸部２をねじ下部
３ａより膨らして加工硬化させ、ねじ下部３ａに冷間転
造でねじを切ったとき軸部２とねじ部３の加工硬化の程
度を等しくして軸部２とねじ部３の機械的強度を等しく
する。第８図は軸部２の長さが短い全ねじと称されるも
のであり、第９図はこれのボルト半製品Ａ′である。上
記のように構成せるステンレス鋼ボルトＡの形状につい
て呼称１６１１１Ｉａで長さ１０（Ｌａｍのねじの例を
挙げて説明する。円弧状の接続部５の半径ｒ１はねじ部
３のねじのピッチｐの０．３倍が最小であり、１６１Ｉ
ｌｌ＊のピッチｐは２ｍｍであるので半径ｒ＋は０．６
ｍｍが最小である。接続部５の最大径ｄ１はねじの呼称
に（０，８〜０．５）ピッチ加えたものであるので呼称
１６ｍｕに１．６〜１．０を加えた１７．６〜１７．０
ＩＩＩＩ１１である。ｌｌｌｈ部２の長さはピッチｐの
１６倍が最大寸法であるので３２ｍｍが最大であり、第
８図に示すものの場合ピッチｐの１．５〜３倍であるの
で３．０−６，０ｗｌ１１である０頭部１は六角柱状で
外周の６つの面６は１２０°の角度で交差し、この交差
する部分は円弧部７でつながりこの円弧部７の半径ｒ２
は最小で上記面６の巾Ｗの１／２５となっている。平光
部４のさい頭円錐の角度αは６０〜８０”である（従来
のものは９０°である）。軸部２とねじ部３の機械的性
質の引っ張り強さは略同じであり（第３図に示す従来例
のものでは軸部よりねじ部の方が２０Ｋｇ／ｍｍ”程度
高イ）１、軸部２の硬度はＨＲＣ２８程度であり、ねじ
部３の硬度はＨＲＣ２４程度である（第３図に示す従来
例のものでは軸部の硬度をＨＲＣで計れずＨＲＢ８２〜
８３で、ねじ部の硬度はＨＲ０３２程度である）。

本発明のオーステナイト系ステンレス鋼ボルトＡを製造
する素材８はオーステナイト系ステンレス鋼の線材また
は鋼線である。この素材８は伸線加工をして適宜の線径
にしたものであっても、固溶化熱処理をしたものと同じ
状態のもの（熱間圧延で形成された線材そのままか、こ
れを固溶化熱処理したものか、また上記線材を適当な径
になるように伸線加工した後に固溶化熱処理をしたもの
）である。この素材８の径ｄ、はねじ下部３ａの径ｄ２
の０．９９８〜０．９７倍である。呼称１６１１１１１
１のものの場合ねじ下部３ａの径ｄ２は１４．６ＩａＩ
１１であるから１４．５７〜１４．１６ｍｍの線径のも
のを使用する。この素材８を冷間鍛造することによりボ
ルト半製品Ａ″が形成されるのであるが、冷間鍛造する
成形装置９は第１１図に示すように構成されている。こ
の成形装置はダブルヘッダと称されるものであって、素
材８を適当な寸法に切断した後、２回別々にパンチにて
打撃してボルト半製品Ａ″が成形されるようになってい
る。さらに詳しく述べると次の通りある。第１１図（ａ
）に示すように素材８が送りローラ１０によって切断グ
イス１３を通って所要長さに設定された素材ストッパー
１４まで送り込まれると、第１１図（ｂ）に示すように
ナイフ１５が前進して切断ダイス１３とナイフ１５との
間で切断が行なわれる。切断された素材８はナイフ１５
とスプリング板とに保持されて成形ダイス１６の中心ま
で送られて静止する。

そこへ１番バンチ１７が接近し、素材８を成形グイス１
６の穴へ挿入し、予め位置が設定されているノックアウ
トビン１８に当たると、挿入がストップするが、１番バ
ンチ１７だなお接近するため成形ダイス１６の外に出て
いる部分の素材８が成形されて第１１図（ｃ）に示すよ
うに予備据え込みが行なわれる。次いで１番バンチ１７
が後退して２番パンチ１９が接近して第１１図（ｄ）に
示すように仕上げ据え込みが行なわれボルト半製品Ａ′
が成形される。仕上げ揖え込みが完了すると、２番バン
チ１９が後退し、１１１図（ｅ）に示すようにノックア
ウトピン１８が作動して成形ダイス１６の中からボルト
半製品Ａ′をノックアウトして取り出す。このようにし
て第７図や第９図に示すようなボルト半製品Ａ′が形成
され、頭部１ａ、接続部５、軸部２、ねじ下部３ａ及び
平先部４が一連の工程で一体に形成される。このときね
じ下部３ａは素材８を僅かに膨らして形成するため僅か
に加工硬化し、軸部２はねじ下部３ａより大きな径にな
るように膨らすためねじ下部３ａより加工硬化する。ボ
ルト半製品Ａ′の先端の平先部４はねじ下部３ａを成形
ダイス１６にて成形するとき付加的に形成される。この
ボルト半製品Ａ′の頭部１ａは六角柱状に成形されて六
角柱状の頭部１が形成され、ねじ下部３ａには冷間転造
でねじが切られてねじ部３が成形される。冷間転造でね
じを切ったときねじ部３が加工硬化するが、元々ねじ下
部３ａの加工硬化が少ないのでねじを切った状態でねじ
部３と軸部２や接続部４の加工度が均一になって全長に
亘って引っ張り強さや耐力が均一になる。上記のように
構成されるオーステナイト系ステンレス鋼ポル）Ａの頭
部１の座面ばねじ部３を転造でねじ加工するとき付加的
にぼり取つがされる。また頭部１の頂面は第１２図に示
すようなトリマーグイス２０を用いてぼり取りされる。

このトリマーグイス２０は頭部１の六角に合致する四部
２］を有し、四部２］の周囲に面取り２２を有し、１２
０°で交差する内隅に円弧部２３を有する。この四部２
］の巾Ｂは呼称１６ｍａ＋のボルトの場合２４ｍｍであ
って、円弧部２３の半径ｒ、は上記ｒ２と等しくてＢ／
２５が最小で０．９６ｍｍの半径である。このトリマー
グイス２０でオーステ。

ナイト系ステンレス鋼ポル）Ａの頭部１の頂面をトリミ
ングして頭部１の頂面のばり取りがされる。

［発明の効果１ 本発明はオーステナイト系ステンレス鋼の冷間鍛造加工
にて頭部と軸部とねじ部とさし１頭面円錐状の平光部の
４つの部分が一体に形成されているので、オーステナイ
ト系ステンレス鋼の特徴である耐食性を有するのは勿論
、ＷＡＭｌと軸部とが円弧状の接続部でつながるととも
にこの円弧状の接続部の半径はねじ部のねじのピッチの
０．３倍が最小であり、この接続部の最大径がねじの呼
称に（０８〜０．５）ピッチを加えた寸法に形成されて
いるので、頭部と軸部とが頭部に向かって徐々に径の大
きくなる接続部でつながり頭部と細部との間が切れる頭
飛びを防止できるものであり、しかも軸部とねじ部との
引っ張り強度、耐力、硬度等の機械的強度が略等しくな
ったので、細部で破断する虞れもないものである。また
請求項２記載の発明にあては平光部のさい頭円錐の角度
が６０〜８０°　としているので、先端をナツトに挿入
しやすくてナツトへの蝶合がしやすいものである。また
請求項３記載の発明にあっては頭部が六角柱状で外周の
６つの面は１２０°の角度で交差し、この交差する部分
が円弧部でつながりこの円弧部分の半径は最小で上記面
の巾の１７２５としたことにより六角の頭部１の角に丸
みがあって怪我したりすることなく安全に使用できるも
のである。さらにオーステナイト系ステンレス鋼の線材
または鋼線を素材とし、この素材を冷間鍛造して頭部と
軸部とねじ下部と先端の平光部が一体となったボルト半
製品を形成するとき、素材の径をねじ下部と略同じ径に
して細部を膨らして形成するとともにさい頭面円錐状の
平光部を付加的に形成し、次いで円柱状の頭部を六角柱
状に形成し、しかる後ねじ下部に転造加工にてねじ部を
加工するので、ねじ下部の径よりやや径の小さいオース
テナイト系ステンレス鋼の素材を用い、素材を膨らして
細部を形成すると共に細部より径の細いねじ下部を形成
し、しかる後ねじ下部に転造でねじ部を形成することに
より軸部とねじ部との加工硬化が同じ程度になり、軸部
とねじ部の引っ張り強度、耐力、硬度等の機械的強度が
等しくなるものであり、しかも上記のように細部とねじ
部の機械的強度が等しくなったオーステナイト系ステン
レス鋼ボルトを容易に生産できると共に安価に製造でき
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はステンレス鋼の伸線加工率と引っ張り強さの関
係を説明する説明図、第２図は合金元素の添加による固
溶強化を説明する説明図、第３図は２段打ち圧造を示す
説明図、第４図は２段絞り圧造を示す説明図、第５図は
ステンレス鋼ボルトの軸部の破断する状態の正面図、第
６図（ａ）（ｂ）は本発明オーステナイト系ステンレス
鋼ボルトの正面図及び側面図、第７図は同上のボルト半
製品の正面図、第８図は同上のオーステナイト系ステン
レス鋼ボルトの他側の正面図、第９図は同上のボルト半
製品の正面図、第１０図は第８図の要部を拡大せる正面
図、第１１図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は同上の
ボルト半製品を成形する状態を説明する断面図、第１２
図（、）（ｂ）はトリマーグイスの正面図及び側面図、
第１２図（ｃ）は同上の要部の拡大図であって、Ａはオ
ーステナイト系ステンレス鋼ボルト、１は頭部、２は細
部、３はねじ部、４は平光部、５は接続部である。 代理人　弁理士　石　１）長　七 第１ 図 閣 倉号尤聚（ａで４） 第４図 寿５ 図 第３図 （ｂ） （Ｃ） （ｄ） （ｅ） 第６図 （ｂ） 第７図 第８区 第９図 第１０図 （ａ） 第１２ （ｂ） （Ｃ） 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］オーステナイト系ステンレス鋼の冷間鍛造加工に
   て頭部と軸部とねじ部とさい頭直円錐状の平先部の４つ
   の部分が一体に形成され、頭部と軸部とが円弧状の接続
   部でつながるとともにこの円弧状の接続部の半径はねじ
   部のねじのピッチの０． ３倍が最小であり、この接続部の最大径がねじの呼称に
   （０．８〜０．５）ピッチを加えた寸法に形成され、軸
   部の長さがピッチの１６倍が最大寸法であり、且つ全ね
   じの場合はピッチの１．５〜３倍であり、軸部とねじ部
   との引っ張り強度、耐力、硬度等の機械的強度が略等し
   くなったことを特徴とするオーステナイト系ステンレス
   鋼ボルト。 ［２］平先部のさい頭直円錐の角度が６０〜８０゜とな
   ったことを特徴とする請求項１記載のオーステナイト系
   ステンレス鋼ボルト。 ［３］上記頭部が六角柱状で外周の６つの面は１２０゜
   の角度で交差し、この交差する部分は円弧部でつながり
   この円弧部分の半径は最小で上記面の幅の１／２５とし
   て成ることを特徴とする請求項１または請求項２記載の
   オーステナイト系ステンレス鋼ボルト。 ［４］オーステナイト系ステンレス鋼の線材または鋼線
   を素材とし、この素材を冷間鍛造して頭部と軸部とねじ
   下部と先端の平先部が一体となったボルト半製品を形成
   するとき、素材の径をねじ下部と略同じ径にして軸部を
   膨らして形成するとともにさい頭直円錐状の平先部を付
   加的に形成し、次いで円柱状の頭部を六角柱状に形成し
   、しかる後ねじ下部に転造加工にてねじ部を加工するこ
   とを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼ボルトの
   製造方法。 ［５］ねじ下部の径の０．９９８〜０．９７倍の径の素
   材を用いることを特徴とする請求項４記載のオーステナ
   イト系ステンレス鋼ボルトの製造方法。