JPH05318018A - 高力ボルトの製造方法 - Google Patents

高力ボルトの製造方法

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JPH05318018A
JPH05318018A JP16525392A JP16525392A JPH05318018A JP H05318018 A JPH05318018 A JP H05318018A JP 16525392 A JP16525392 A JP 16525392A JP 16525392 A JP16525392 A JP 16525392A JP H05318018 A JPH05318018 A JP H05318018A
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JP
Japan
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bolt
cold working
screw
forming
heat treatment
Prior art date
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Application number
JP16525392A
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English (en)
Inventor
Hiromichi Kusafuka
博道 草深
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NIPPON FASTENER KOGYO KK
Original Assignee
NIPPON FASTENER KOGYO KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱処理後に冷間加工を施すことによって材料
組織を微細化して、歪みに起因する局部電位差によって
ボルト内方向へ移動する水素原子Hを減少させ、内部
応力の発生を抑え、遅れ破壊を防止する。 【構成】 頭部22、首下R部24、軸部25b、ネジ
部27を有する高力ボルトの製造方法において、焼入
れ、焼戻し処理後に、少なくとも首下R部24、及びネ
ジ下部26に冷間加工処理を施し、次いでネジ下部26
に転造によってネジ部27を形成する。上記軸部25b
には加工率10%〜20%の冷間加工を、また上記ネジ
下部26には加工率20〜30%の冷間加工を施す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は鉄骨構造物等の接合部
に用いられる高力ボルトの製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来のボルト、特に鉄骨構造物等の接合
部に用いられる高力ボルトの製造は、図5に示す工程で
実施されている。その工程は、まず素材(線材)を所定
長に切断した(ステップS51)後、得られた丸棒51
に頭部52の予備据込みを行う(ステップS52)。次
いで頭部52を据込むと共に、軸部54を形成する(ス
テップS53)。そしてこの軸部54において、ネジ加
工されるネジ下部55をネジ下径まで絞る(ステップS
54)。頭部52を六角状にトリミングした(ステップ
S55)後、上記ネジ下部55に、ネジを転造により形
成する(ステップS56)。その後熱処理(焼入れ、焼
戻し処理)を施し(ステップS57)、製品としている
(ステップS58)。なお特に疲労特性を向上させるた
めに、軸部54にネジ下部55を形成し、頭部52を六
角状に形成した後、熱処理を施し、ネジ下部55にネジ
を転造加工することも行われている。
【0003】しかし上記高力ボルトにおいては、遅れ破
壊現象が問題となっている。この遅れ破壊現象とは、強
度の高い鋼材に高い応力を一定期間かけていると、変形
を伴わずに突然にぜい性的に破壊する現象である。そし
て現在は上記遅れ破壊現象が発生することから、上記高
力ボルトは上限がF10T(引張り強さ100〜120
Kg/mm)強度までと決められており、それ以上の
強度のものは使用が避けられている。
【0004】ところでこの遅れ破壊現象に対する明確な
分析はなされていない。しかし一般に、水素が起因し
ている、応力集中部に発生しやすい、ある強度以上
になると発生しやすい、水滴のたまるところでの発生
が多い等の現象が判明している。そこでボルト表面に塗
料を塗布することによって、ボルト表面に付着した水滴
をさえぎり、ボルト内部への浸入を防止することが考え
られる。このことからボルトにリン酸マンガン処理を施
し、さらにこの上面にプライマー塗料を塗布している防
錆処理したボルトが提案されている。しかしながら上記
ボルトは、遅れ破壊の防止に効果のあることが実験的に
は確かめられているが、さらに高強度なボルトの実用化
までには至っていない。また焼入れ、焼戻し時に表面を
脱炭処理することや、表層部を軟質材、内部を硬質材で
形成するいわゆる二層成形法で高力ボルトを製造するこ
とが、上記遅れ破壊に有効であることも判明している。
しかしこれらも実用化までには至っておらず、遅れ破壊
を確実に防止できるボルトは現在開発されていない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで日本鋼構造協
会において、高力ボルトの長期間の曝露実験を行い、そ
の破断個所をまとめたものによると、ボルト首下R部、
ねじ部の応力集中部に破断が集中しているが、この点に
ついて本発明者は次のように考えた。つまりボルト内部
の応力集中部には、ミクロ的に原子間結合の大きな歪み
が発生しており、この歪みの発生している個所では、結
晶格子の歪みによる局部電位差が生じている。これによ
りカソード側に水素原子Hが引き付けられることにな
る。このため水滴等で発生したボルト表面部の水素原子
が鋼中の応力集中部に集まる。そしてここにおい
て、水素原子Hが水素分子Hとなり、大きな内部応
力を発生させて破壊に至らせているということである。
【0006】また上記実験結果によると、上記応力集中
部よりは少ないが、軸部での破断も見られる。この点に
ついても本発明者は次のように考えた。つまり高力ボル
トは、その強度を得るため、焼入れ、焼戻しの熱処理を
施したものである。この処理はオーステナイト領域から
急冷することにより、内部応力をもったマルテンサイト
領域に変態させたものである。この高力ボルトを締付け
て軸力を与えたときの流れをマクロ的にみれば応力の流
れは均一にみえるが、ミクロ的には原子間にマルテンサ
イト変態による歪みが発生していると考えられる。した
がってこの場合にも、局部電位差が発生し、水素原子H
がカソード側に引き付けられることになる。しかしこ
の部位での電位差は、上記応力集中部での電位差よりも
小さいので、水素原子Hの供給量も少ない。このため
破断割合も少ないと考えられる。
【0007】この発明は上記従来の欠点を解決するため
になされたものであって、その目的は、ボルトに熱処理
後に冷間加工を加えることによって材料組織を微細化
し、これにより上記電位差によってボルト内部に引き付
けられる水素原子Hの自由な移動を規制することによ
り、効果的に遅れ破壊を防止できる高力ボルトの製造方
法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】そこで請求項1の高力ボ
ルトの製造方法は、頭部22、首下R部24、軸部25
b、ネジ部27を有する高力ボルトの製造方法におい
て、焼入れ、焼戻し処理後に、少なくとも首下R部2
4、及びネジ下部26に冷間加工処理を施し、次いでネ
ジ下部26に転造によってネジ部27を形成することを
特徴としている。
【0009】また請求項2の高力ボルトの製造方法は、
上記軸部25bには加工率10%〜20%の冷間加工
を、また上記ネジ下部26には加工率20〜30%の冷
間加工を施すことを特徴としている。
【0010】
【作用】上記請求項1の高力ボルトの製造方法では、熱
処理後にボルト首下R部24、ネジ下部26に冷間加工
処理を施して材料組織を微細化してあるので、水の分解
によりボルト表面に発生した水素原子Hが、上記電位
差によってボルト内部に浸入するのが抑制される。なお
ボルト成形における成形荷重は、頭部成形にその荷重の
約70%が費やされるため、熱処理前にこの部分を成形
しておけば、ネジ下部26等の冷間加工に要する荷重
は、さほど大きくはならない。
【0011】なお請求項2の高力ボルトの製造方法は、
実施に際して好ましい加工率を例示したものである。
【0012】
【実施例】次にこの発明のボルトの製造方法の具体的な
実施例について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図
1はこの発明の一実施例を示す工程図であって、M22
の六角ボルトを製造する場合を示している。この工程を
説明すると、まず丸棒21を所定の長さに切断した(ス
テップS1)後、頭部22の予備据込みを行う(ステッ
プS2)。この後、頭部22を据込むと共に軸部25a
を形成し、それと同時に首下部23に首下R部24を凹
設する(ステップS3)。そして頭部22を六角状にト
リミングした(ステップS4)後、焼入れ、焼戻しの熱
処理(ステップS5)及び潤滑処理(ステップS6)を
施した後、軸部25bを冷間加工によって絞ると同時に
首下R部24をさらに拡大加工する(ステップS7)。
そしてネジが形成されるネジ下部26を、ネジ下径まで
絞って形成し(ステップS8)、このネジ下部26にネ
ジ部27を転造によって形成して(ステップS9)、高
力ボルトを得る(ステップS10)というものである。
【0013】図2(a)は遅れ破壊促進試験に使用する
試験片の正面図を示している。1は試験片である。この
試験片1は、後述の方法により線材より成形したもので
あって、材質SCM435、引張強さ140Kg/mm
、外径(D)15.0mm、長さ(L)110mm
である。そして両端から長さ(L)55.0mmの位
置に、図1(b)に拡大して示すように、V字形の刻み
であるノッチ部2が転造により刻設されている。このノ
ッチ部2は、深さ(L)1.0mm、角度θは45度
であり、そのノッチ先端部は半径(R)0.1mmで弧
状に加工されている。
【0014】次に加工率の相違による耐遅れ破壊性を調
べるために用いた、実施例1、2及び比較例について述
べる。実施例1は、図1の六角ボルトにおいて、軸部2
5aに熱処理後に軸絞り(一次冷間加工)を施したとき
の加工率と同じ値にしている。その製法は、外径16.
3mmの丸棒を熱処理した後(処理後の引張強度130
kg/mm)、伸線(冷間加工)して外径15.0m
mにし(加工後の引張強度140kg/mm)、上記
ノッチ部2を転造により仕上げたものである。この実施
例1の加工率は15.4%である。また実施例2は、図
1の六角ボルトにおいて、さらに軸部26bにネジ下径
絞り(二次冷間加工)を施してネジ下部26を形成した
ときの加工率と同じ値にしている。その製法は、外径1
7.5mmの丸棒を熱処理した後(処理後の引張強度1
20kg/mm)、伸線(冷間加工)して外径15.
0mmにし(加工後の引張強度140kg/mm)、
上記ノッチ部2を転造により仕上げたものである。この
実施例2の加工率は26.6%である。比較例は、熱処
理後に冷間加工を全く施しておらず、従来品と同様のも
のである。この比較例は、外径15.0mmの丸棒に上
記ノッチ部2を転造により仕上げた後、熱処理(処理後
の引張強度140kg/mm)したものである。
【0015】図3は上記各試験片1を用いて、各応力値
に対する破壊時間を測定する片持曲げ試験機の概略構造
を示す平面図である。同図において、3は腐食液タンク
である。このタンク3内には、上記ノッチ部2を浸漬す
る試験液が貯溜されている。4はアームであり、その一
端側は試験片1に固定される。5は分銅であり、アーム
4の他端側に垂下され、アーム4を介して試験片1に荷
重をかけている。6はダイヤルゲージであり、垂直変位
を測定するためのものである。7はタイム計測用スイッ
チであり、試験片1の破壊時間を測定するためのもので
ある。
【0016】次に図2の試験片1を用いて、図3の試験
機で行う試験の方法について説明する。まず上記試験片
1の一端部を上記片持曲げ試験機に固定し、他端部には
アーム4を介して分銅5により荷重をかける。腐食液タ
ンク3に貯溜されている試験液を定量ポンプ(図示せ
ず)で循環させることによって、試験片1のノッチ部2
を試験液に浸漬して遅れ破壊を促進させる。この試験液
は、塩酸、蒸留水及び酢酸ナトリウムによりpH2±
0.5に調整したものを用いた。
【0017】次に上記各試験片1に異なる応力を負荷
し、各応力値に対する各試験片1の破壊時間を測定する
ことにより、応力−時間曲線(遅れ破壊線図)を求め
た。試験時間は200時間までとし、この間で破壊しな
いものは遅れ破壊しないものと判断した。
【0018】図4にこの試験の遅れ破壊線図を示す。同
図より熱処理後に軸部25に冷間加工を施した実施例
1、2においては、冷間加工を施していない比較例より
も遅れ破壊の発生が大幅に抑制されていることがわか
る。また加工率の大きい実施例2においては、加工率の
低い実施例1よりも遅れ破壊の発生が一段と抑制されて
いることも明らかである。
【0019】
【発明の効果】以上のように請求項1の高力ボルトの製
造方法では、熱処理後に施す冷間加工によって材料組織
を微細化しているので、水素原子Hの自由な移動が規
制され、これにより内部応力の発生が抑えられ、遅れ破
壊を防止できる。
【0020】また請求項2のように遅れ破壊発生の可能
性の低い軸部の加工率を低くすれば、上記高力ボルトの
製造方法の実施に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の高力ボルトの製造方法の一実施例を
示す工程図である。
【図2】上記実施例の遅れ破壊試験についての試験片を
示す図で、(a)はその正面図、(b)はそのノッチ部
の拡大図である。
【図3】上記試験片を用いて遅れ破壊についての試験を
する片持曲げ試験機の構造を説明する平面図である。
【図4】上記試験片より得られた遅れ破壊線図である。
【図5】従来例を示す工程図である。
【符号の説明】
22 頭部 24 首下R部 25b 軸部 26 ネジ下部 27 ネジ部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 頭部(22)、首下R部(24)、軸部
    (25b)、ネジ部(27)を有する高力ボルトの製造
    方法において、焼入れ、焼戻し処理後に、少なくとも首
    下R部(24)、及びネジ下部(26)に冷間加工処理
    を施し、次いでネジ下部(26)に転造によってネジ部
    (27)を形成することを特徴とする高力ボルトの製造
    方法。
  2. 【請求項2】 上記軸部(25b)には加工率10%〜
    20%の冷間加工を、また上記ネジ下部(26)には加
    工率20〜30%の冷間加工を施すことを特徴とする請
    求項1の高力ボルトの製造方法。
JP16525392A 1992-05-13 1992-05-13 高力ボルトの製造方法 Pending JPH05318018A (ja)

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