JPH06330923A - ステンレス鋼製のｔ頭ボルトおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 商品価値の高いステンレス鋼製のＴ頭ボルト
を低原価で製造する。 【構成】 Ｃ：0.06％以下、Ｓｉ：0.60％以下、Ｍｎ：
2.00％以下、Ｐ：0.045％以下、Ｓ：0.03％以下、Ｎ
ｉ：8.00〜15.00％、Ｃｒ：17.00〜20.00、Ｃｕ：1.00
〜4.00％を含むオーステナイト系ステンレス鋼を材質と
する。素材Ｗを冷間または少なくとも300℃以下の温熱
域で鍛造プレスのダイ31の凹部内へ嵌入し、下降するポ
ンチ21の先端22がダイ凹部内で素材を押圧成形しつつ基
準面Ｐよりさらに凹部内へ進入してＴ形頭部を完全成形
する。 【効果】 従来技術の熱間鍛造に比べ、熱エネルギーと
操作の労務がなくなる。バリ切除やスケール落しも不要
となり省力化が著しい。バリ切除の痕跡がなく美麗な表
面が価値を高める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＴ頭ボルト、特に腐食性
環境で使用されるＴ頭ボルトに係る。

【０００２】

【従来の技術】周知のようにＴ頭ボルトは装置、構築
物、管路などの種々の部材を継合したり組み立てたりす
る場合に広く適用されている。たとえば地中に埋設する
水道用の管路を形成するためにダクタイル鋳鉄管を継合
するときに、鋳鉄管の受口へ差口を嵌入して押輪を外嵌
してＴ頭ボルトで締結する場合などが挙げられる。通
常、このようなときに使用されてきたのはダクタイル鋳
鉄製のＴ頭ボルトであり、たとえばその形状はほぼ完全
なＴ字形よりなり、Ｔ字形の頭部の軸へ雄ねじを螺刻
し、頭部の水平部でフランジ面を押圧して均等に締結し
ている。

【０００３】しかし、Ｔ頭ボルトの使用される箇所が腐
食性環境である場合など、材質的にダクタイル鋳鉄では
長い期間の使用に耐えられないことがよく生じる。たと
えば化学工場内外における配管などがその典型的な例で
あるが、地中に埋設する水道用管路でも従来からダクタ
イル鋳鉄製のＴ頭ボルトを使用するためには、厳重な防
食塗装を施さなければならなかった。このような防食手
段を講じても何かの原因で塗料が剥離すれば材料本来の
耐食性しか期待できないから、地中にあって簡単に取り
替え処理のできない管路の継合部で使用するときには、
事前に厳しいチェックが必要である。この点を配慮して
ステンレス鋼製のＴ頭ボルトを適用することが始めら
れ、耐食性に主眼点をおいて種々の分野で実用化される
ようになっている。

【０００４】ステンレス鋼のＴ頭ボルトはダクタイル鋳
鉄製のＴ頭ボルトとは異なり鍛造成形によって製造され
る。ステンレス鋼でも鋳造法による鋳鋼品はあるが、鍛
造に比べると生産性がかなり低く、また、鋳造性を高め
るために比較的高くＣ％をあげると、耐食性の点で問題
が生じることがある。その点、ステンレス鋼の棒材を金
型内で鍛造すれば能率よく同一形状のＴ頭ボルトを量産
することができるので通常は鍛造プレスによる連続成形
が主体となっている。

【０００５】この場合にステンレス鋼の材質としては、
代表的なステンレス鋼とされるＪＩＳ規格のＳＵＳ３０
４（オーステナイト相）、またはSＵＳ４０３（マルテ
ンサイト相）を選び、この棒材を1000℃以上に加熱炉で
昇温して通常はトランスファープレスなどで多工程の熱
間鍛造を行ない所望の形状に仕上げている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】先に述べたように代表
的なステンレス鋼の鍛造成形ではその成形性を極力高め
るために熱間鍛造によることが慣用化されている。仮に
冷間で成形するときには材質的に成形性が不十分である
ために、少しでも許容成形率の限度を超えると材質的に
耐えることができないので、亀裂が生じたり寸法的に必
要な精度が満たされないという課題に直面するのであ
る。この課題をさらに深刻にする要素として、従来のス
テンレス鋼製のＴ頭ボルト、たとえばＳＵＳ３０４など
は成形抵抗が大きいから、冷間で塑性変形するためには
大きな変形応力を必要とするので、この塑性変形に伴っ
ていわゆる加工誘起変態が生じて、オーステナイト相が
マルテンサイト相に変態して、本来保有している耐食性
を大幅に劣化させるというオーステナイト系ステンレス
鋼特有の性質が拍車をかける懸念が高い。

【０００７】このように鍛造プレスによるＴ頭ボルト成
形を熱間で行なうときには、材料は少なくとも約1000℃
に加熱して鍛造するから、加熱設備が必要であるだけで
なく、その燃料費、作業費が嵩むのは当然であるうえ、
素材の加熱作業も搬送、鍛造作業などすべてが厳しい高
熱作業であり、作業環境や労働安全面で好ましくない状
態であることはいうまでもない。

【０００８】Ｔ頭ボルトの成形を1000℃以上の高温に加
熱して行なうと、製品の表面上には必ずスケールが残
り、このままでは製品価値が認められないから、スケー
ル落しのためにサンドブラストやショットブラストをか
けるという煩瑣な後工程が必ず伴う経済的な不利益のあ
ることも課題の一つである。

【０００９】さらに鍛造成形の別の課題として、従来の
代表的なステンレス鋼の材質では成形性が不十分である
から、製品の寸法精度を確保するために金型間に遊びを
もたせて成形時に余肉をバリとして張り出させ、後にト
リミングしてバリを取り去るという工程を免れない点も
ある。これは図４でトランスファープレスにおけるＴ形
頭部の成形時を例示しているように、スライドに取り付
けた上ダイホルダー２ａに嵌め込んだポンチ21ａと、ベ
ッドに取り付けた下ダイホルダー３ａに嵌め込んだダイ
31ａとの間に図、の段階では若干の逃げ（隙間）Ｓ
を設けているので、Ｔ形頭部が成形された後にはのよ
うな薄いバリＴが展出する。これもそのままでは製品価
値が認められないからの最終段階でパンチ101と受台1
02の間でバリＴを切除するというトリミング工程が必要
となる。このトリミング工程を材料の状態から示すと図
５（Ａ）（Ｂ）のように生じたバリＴをトリミングして
図６（Ａ）（Ｂ）のように製品であるＴ頭ボルトとバリ
取り後の抜き殻の二つに切り離すのである。

【００１０】すなわち、Ｔ頭ボルトを熱間鍛造で成形し
て製品化するためには、材料切断、材料加熱、熱間鍛
造、トリミング、熱処理、スケール落し、酸洗い、ねじ
加工、脱脂洗滌の各工程を経由しなければならない。と
くに材料加熱におけるエネルギー費用と苛酷な労務、ト
リミングやスケール落しの材料損失による材料歩留りの
低下と生産性の低下という課題はＴ頭ボルトの製造原価
に直接悪影響を及ぼす大きな課題となる。

【００１１】一方では、ステンレス鋼製Ｔ頭ボルトの採
用は耐食性の向上を目的として出発したことは言うまで
もないが、近年装置の合理化やハイテクノロジーの発達
によってその使用条件は益々苛酷さを増し、材料に対す
る要求も通常のステンレス鋼では、なお満足が得られな
いという厳しい内容となりつつある。各種の腐食性環境
における耐用期間の延長はさらに強く求められるように
なり、ダクタイル鋳鉄に比べて優位を誇っていたステン
レス鋼といえども、よりレベルの高い耐食性を要求され
る現在である。これは、従来のステンレス鋼性のＴ頭ボ
ルト、たとえばＳＵＳ３０４などでは尚、不満足であ
り、一層の耐食性向上を求める需要家の声も高まる一方
にあるという場合が頻発している。

【００１２】本発明は以上に述べた課題を解決するため
に、従来のステンレス鋼製よりもさらに耐食性の優れた
Ｔ頭ボルトでありながら、従来よりも製品表面が円滑で
バリ切除の痕跡を留めない製品価値の高い外観を有する
Ｔ頭ボルトを需要者側へ、また、従来に比べてはるかに
低廉な製造費で成形する手段を製造者側へそれぞれ提供
することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係るステンレス
鋼製のＴ頭ボルトは、Ｃ：0.06％以下、Ｓｉ：0.60％以
下、Ｍｎ：2.00％以下、Ｐ：0.045％以下、Ｓ：0.03％
以下、Ｎｉ：8.00〜15.00％、Ｃｒ：17.00〜20.00、Ｃ
ｕ：1.00〜4.00％、残りＦｅよりなるオーステナイト系
ステンレス鋼を材質とし、鍛造プレスによる成形時のバ
リ切除痕跡の残らない円滑面で全表面を形成しているこ
とによって前記の課題を解決した。

【００１４】また、該Ｔ頭ボルトを製造する方法として
は、Ｃ：0.06％以下、Ｓｉ：0.60％以下、Ｍｎ：2.00％
以下、Ｐ：0.045％以下、Ｓ：0.03％以下、Ｎｉ：8.00
〜15.00％、Ｃｒ：17.00〜20.00％、Ｃｕ：1.00〜4.00
％、残りＦｅよりなるオーステナイト系ステンレス鋼素
材を冷間または少なくとも300℃以下の温熱域で鍛造プ
レスのダイ凹部内へ嵌入し、下降するポンチ先端がダイ
凹部内で素材を押圧成形しつつダイ上面よりさらに凹部
内へ進入してＴ形頭部を完全成形することによって前記
の課題を解決した。

【００１５】

【作用】図３は本発明の作用のうち、材料を冷間で加工
したときの加工率と変形応力の関係をプロットした図表
である。図において縦軸は変形応力（Kgf/mm²）、横軸
は圧縮率（％）を表わし、実線が比較例であるＳＵＳ３
０４の描く曲線であり、斜線で囲んだ範囲が本発明の実
施例を纏めて表示したものである。この図表からも本発
明の材質が、従来、代表的に採択されてきたステンレス
鋼と比べて遥かに変形抵抗が小さく、同じ応力であれば
より大きな変形率が得られるという特性を知ることがで
きる。この結果、本発明に係るステンレス鋼の材質であ
れば、従来には困難であったＴ頭ボルトの冷間鍛造が容
易に実施できる根拠となった。

【００１６】本発明の材質的な特徴はＮｉ％とＣｕ％の
成分限定にある。Ｎｉ％の下限はＳＵＳ３０４と同様に
8.00 としているが、Ｎｉ％が増加するにつれてオース
テナイト相の安定化が進み成形性と耐食性の向上も促進
されるものの、15.00％を超えると強度の低下が顕著と
なり、高価なＮｉの添加効果が伴わなくなるので、この
範囲を超えないことが要件となる。また、Ｃｕ％につい
てはＣｕの添加は材料の成形性を向上する上できわめて
有効であるが、1.00％を超えなければその効果が目的ど
おりには発揮できない。しかし、その効果も4.00％を超
えると飽和状態に達し、また、Ｔ頭ボルト用の素材であ
る棒材を成形する一次の熱間鍛造が困難となるから4.00
％を上限と定める。

【００１７】この材料独自の成形性を活用してステンレ
ス鋼を材料とした独特の鍛造成形の方法を可能とする。
すなわち、既に述べたように従来、最も慣用化されて製
造されてきたＳＵＳ３０４などでは成形性が不十分であ
るため、寸法精度の高い製品を成形するために金型間に
僅かな隙間を設けてバリを意識的に生じさせ、その後に
そのバリを切除するという工程を別に設けて仕上げざる
を得なかった。しかし、本発明の場合には図３のように
一般的にその成形性は従来の１．５倍程度は見込めるか
ら、バリを設けて寸法精度を維持する必要がなくなり、
最終段階のバリ切除の工程も不必要となる。また、製品
の外観上ではバリを切除した痕跡がなく平滑で美麗な表
面だけで生成されるから、製品価値が高く他のＴ頭ボル
トと比べると明らかに識別され得るという作用を発現す
る。

【００１８】

【実施例】図２各図は本発明実施例の三面図である。
このＴ頭ボルト１の呼び径は20mm（ＪＩＳのＭ２０タイ
プ）であり、その頭部11の長さは55mm、軸12の長さは90
mm、軸外周面上の雄ねじ13の範囲は60mmである。このＴ
頭ボルトを成形するのに本発明の実施例として、化学成
分がＣ：0.036％、Ｓｉ0.25％、Ｍｎ：0.63％、Ｐ：0.0
39％、Ｓ：0.002％、Ｎｉ：9.99％、Ｃｒ：17.99％、Ｃ
ｕ：3.01％、残りＦｅよりなるオーステナイト系ステン
レス鋼を素材として冷間鍛造によって成形した。また、
比較のために全く同一の寸法、形状で材質が従来からの
ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４０３を従来どおり熱間鍛造で成
形した比較例とした。

【００１９】成形性の試験として、比較例の化学成分が
Ｃ：0.05％、Ｓｉ0.30％、Ｍｎ：1.60％、Ｐ：0.039
％、Ｓ：0.005％、Ｎｉ：8.30％、Ｃｒ：18.20％、残り
Ｆｅよりなるオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０
４を素材として冷間鍛造したところ、材料の加工硬化が
著しく頭部と軸の境界線付近に亀裂を生じ良品を得るこ
とができなかった。

【００２０】つぎに同一条件（試験日数１５０日）で本
発明実施例と比較例とに腐食試験を実施し、その結果を
纏めたものが表１である。

【００２１】

【表１】

【００２２】この表で例示されるように各種の腐食性環
境において、本発明実施例は他のステンレス鋼製品に比
べて明らかに高い耐食性を実証していて、冷間で成形し
ているにも拘らず、加工誘起変態が発生せず透磁率の低
下が殆ど見られない点と大きな相関があると解釈でき
る。

【００２３】図１は本発明の実施例における鍛造プレス
による成形の状態を例示したものである。図において、
上ダイホルダー２へ嵌合されたポンチ21は上下のダイホ
ルダーが当接する基準面Ｐよりも突出した先端22を有
し、両ダイホルダーが合致したときに先端は下ダイホル
ダー３に嵌合したダイ31の凹部の内部にまで進入する。
すなわち、ダイ31の凹部内へ填め込まれた素材Ｗは凹部
内でポンチの押圧を受け、その優れた成形性を発揮して
凹部の形状を転写した正確な形状に塑性変形することが
でき、バリの生じる余地がない。このことが従来の後工
程であるバリ切除を不要とし、材料の歩留り率を大幅に
向上することはいうまでもない。なお、冷間加工後に結
晶組織の調整のために溶体化処理を加える工程を付加す
る場合もある。

【００２４】表１と同様の実施例と比較例との腐食試験
を別途実施した。これは限定成分の上限、下限までの本
発明の作用と効果を確認する目的から行なわれた。ここ
では煩雑を避けるために、実施例の化学成分だけを表２
として表示するに留めるが、何れの実施例においても表
１に示した実施例とほぼ同様の結果を示し、優れた耐食
性を実証した。

【００２５】

【表２】

【００２６】

【発明の効果】本発明は以上に述べたとおり、目立ちや
すいバリ切除の痕跡が残っていないので平滑で美麗な表
面からなり、他の同種製品と見比べると遥かに抜きん出
た商品価値の高い外観を顕示している。製造上は冷間鍛
造によって成形されるから、熱設備の使用による熱源の
費用やその操業費が不要となるうえ、成形時のバリ切除
工程の省略、成形後のスケール落しの省略など、その工
程節減による生産性の向上、原価低減が大幅に実現する
効果が得られる。また、高熱作業が免除されるから労働
環境、作業安全についても大幅な改善がみられるなど無
形の効果も看過できない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す縦断正面図である。

【図２】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）によって本発明のＴ頭ボル
トの三面図を示す。

【図３】本発明と従来技術の成形性を表示した図表であ
る。

【図４】従来技術の成形に使用される鍛造プレスの要部
縦断正面図である。

【図５】（Ａ）（Ｂ）によって従来技術の成形直後の平
面図と正面図を示す。

【図６】（Ａ）（Ｂ）によって従来技術のバリ切除によ
って分離したバリと製品の平面図を示す。

【符号の説明】

１ Ｔ頭ボルト ２ 上ダイホルダー ３ 下ダイホルダー 11 頭部 12 軸 13 雄ねじ 21 ポンチ 31 ダイ Ｐ 基準面 Ｗ 素材 Ｔ バリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 深川 悟 大阪府岸和田市臨海町20番地−２ 日新ス テンレス株式会社岸和田工場内 (72)発明者 黒田 四男 大阪府岸和田市臨海町20番地−２ 日新ス テンレス株式会社岸和田工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃ：0.06％以下、Ｓｉ：0.60％以下、Ｍ
   ｎ：2.00％以下、Ｐ：0.045％以下、Ｓ：0.03％以下、
   Ｎｉ：8.00〜15.00％、Ｃｒ：17.00〜20.00、Ｃｕ：1.0
   0〜4.00％、残りＦｅよりなるオーステナイト系ステン
   レス鋼を材質とし、鍛造プレスによる成形時のバリ切除
   痕跡の残らない円滑面で全表面を形成していることを特
   徴とするステンレス鋼製のＴ頭ボルト。
2. 【請求項２】 Ｃ：0.06％以下、Ｓｉ：0.60％以下、Ｍ
   ｎ：2.00％以下、Ｐ：0.045％以下、Ｓ：0.03％以下、
   Ｎｉ：8.00〜15.00％、Ｃｒ：17.00〜20.00％、Ｃｕ：
   1.00〜4.00％、残りＦｅよりなるオーステナイト系ステ
   ンレス鋼素材を冷間または少なくとも300℃以下の温熱
   域で鍛造プレスのダイ凹部内へ嵌入し、下降するポンチ
   先端がダイ凹部内で素材を押圧成形しつつダイ上面より
   さらに凹部内へ進入してＴ形頭部を完全成形することを
   特徴とするステンレス鋼製のＴ頭ボルトの製造方法。