JPH07292434A - 耐遅れ破壊特性及び耐水素侵入性に優れた高強度機械構造用鋼及びその製造方法 - Google Patents
耐遅れ破壊特性及び耐水素侵入性に優れた高強度機械構造用鋼及びその製造方法Info
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- JPH07292434A JPH07292434A JP8515594A JP8515594A JPH07292434A JP H07292434 A JPH07292434 A JP H07292434A JP 8515594 A JP8515594 A JP 8515594A JP 8515594 A JP8515594 A JP 8515594A JP H07292434 A JPH07292434 A JP H07292434A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【構成】 Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍ
ｏ，Ａｌ，Ｎ，Ｖ，Ｔｉ，Ｎｂを特定した鋼において、
焼戻しを４００℃以上で行い引張強度１２５kgf/mm2 以
上を有する鋼材に、ショットピーニング処理を行うこと
により、鋼材の表面近傍に塑性歪を導入して、耐遅れ破
壊特性及び耐水素侵入性に優れる機械構造用鋼を製造す
ることができる。ただし、必要な塑性歪量としては表面
から２０μｍ以内の深さにおける圧縮残留応力最大値で
代表させて以下の条件を満たすものとする。 σr ／σB ≧０．６ ただし、σr ：表面から２００μｍ以内の深さにおける
圧縮残留応力の最大値 σB ：素材の引張強度 〔単位はいずれも
kgf/mm2 〕 【効果】 高強度鋼の遅れ破壊問題を解決できるため、
ボルトの高強度化が可能になり、建築ボルトの継手効率
の向上や自動車ボルトの軽量化等が期待できる。
ｏ，Ａｌ，Ｎ，Ｖ，Ｔｉ，Ｎｂを特定した鋼において、
焼戻しを４００℃以上で行い引張強度１２５kgf/mm2 以
上を有する鋼材に、ショットピーニング処理を行うこと
により、鋼材の表面近傍に塑性歪を導入して、耐遅れ破
壊特性及び耐水素侵入性に優れる機械構造用鋼を製造す
ることができる。ただし、必要な塑性歪量としては表面
から２０μｍ以内の深さにおける圧縮残留応力最大値で
代表させて以下の条件を満たすものとする。 σr ／σB ≧０．６ ただし、σr ：表面から２００μｍ以内の深さにおける
圧縮残留応力の最大値 σB ：素材の引張強度 〔単位はいずれも
kgf/mm2 〕 【効果】 高強度鋼の遅れ破壊問題を解決できるため、
ボルトの高強度化が可能になり、建築ボルトの継手効率
の向上や自動車ボルトの軽量化等が期待できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、耐遅れ破壊特性及び耐
水素侵入性に優れ、１２５kgf/mm2 以上の引張強度を有
する機械構造用鋼及びその製造方法に関するものであ
る。
水素侵入性に優れ、１２５kgf/mm2 以上の引張強度を有
する機械構造用鋼及びその製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】高強度機械構造用鋼は高強度ボルトとし
て機械、自動車、橋梁、建築物に数多く使用されている
他、ＰＣ鋼棒、自動車浸炭部品としても数多く使用され
ている。特に近年構造物の大型化に伴い、継手効率の向
上の目的からボルトの高強度化に対する要求は高まって
いる。また自動車においても軽量化による燃費向上を達
成するために各種部品の高強度化の要求が高まってい
る。しかし引張強度が１２５kgf/mm2 を超えると遅れ破
壊の危険性が高まることがよく知られており、例えば現
在ＪＩＳ規格で認められている摩擦接合用高力ボルトの
引張強度は１１０kgf/mm2 クラスが上限となっているの
が現状である。
て機械、自動車、橋梁、建築物に数多く使用されている
他、ＰＣ鋼棒、自動車浸炭部品としても数多く使用され
ている。特に近年構造物の大型化に伴い、継手効率の向
上の目的からボルトの高強度化に対する要求は高まって
いる。また自動車においても軽量化による燃費向上を達
成するために各種部品の高強度化の要求が高まってい
る。しかし引張強度が１２５kgf/mm2 を超えると遅れ破
壊の危険性が高まることがよく知られており、例えば現
在ＪＩＳ規格で認められている摩擦接合用高力ボルトの
引張強度は１１０kgf/mm2 クラスが上限となっているの
が現状である。
【０００３】高強度鋼の遅れ破壊向上には種々の方案が
提案されている。例えば高強度ボルト用鋼として特開平
１−９６３５４号公報にはＳｉ，Ｃｒを増量した鋼が示
されている。これは４００℃以上の高温焼戻しでも高強
度を確保する成分設計により焼戻し脆化に伴う粒界脆化
を抑制し遅れ破壊向上を狙ったものである。また耐食性
を上げ水素侵入を抑制するために、種々のめっき処理方
法が検討されており、例えば特開昭６４−６８４５２号
公報には亜鉛めっきした耐遅れ破壊性高強度ボルトが開
示されている。
提案されている。例えば高強度ボルト用鋼として特開平
１−９６３５４号公報にはＳｉ，Ｃｒを増量した鋼が示
されている。これは４００℃以上の高温焼戻しでも高強
度を確保する成分設計により焼戻し脆化に伴う粒界脆化
を抑制し遅れ破壊向上を狙ったものである。また耐食性
を上げ水素侵入を抑制するために、種々のめっき処理方
法が検討されており、例えば特開昭６４−６８４５２号
公報には亜鉛めっきした耐遅れ破壊性高強度ボルトが開
示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、依然と
して引張強度が１２５kgf/mm2 を超えた鋼においては十
分に遅れ破壊を抑制するには至っておらず、ボルト・Ｐ
Ｃ鋼棒等の高強度化の障害となっている。また、亜鉛め
っきに関してはめっき時に水素発生を伴うため耐食性は
上げても鋼中水素低減には不十分という問題点を有して
いる。
して引張強度が１２５kgf/mm2 を超えた鋼においては十
分に遅れ破壊を抑制するには至っておらず、ボルト・Ｐ
Ｃ鋼棒等の高強度化の障害となっている。また、亜鉛め
っきに関してはめっき時に水素発生を伴うため耐食性は
上げても鋼中水素低減には不十分という問題点を有して
いる。
【０００５】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、引張強度１２５kgf/mm2以上を有し、耐遅れ
破壊特性及び耐水素侵入性に優れた高強度機械構造用鋼
及びその製造方法を提供することを目的とする。
のであり、引張強度１２５kgf/mm2以上を有し、耐遅れ
破壊特性及び耐水素侵入性に優れた高強度機械構造用鋼
及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の課題
に関し、まず鋼材面から検討を行った結果、鋼の化学成
分及び焼戻し温度の調整により結晶粒界を強化した鋼に
おいて焼戻し時に結晶粒内に炭化物・窒化物を多量に析
出させることにより析出物に拡散性水素を結晶粒内にト
ラップし粒界に集積する水素を低減させて遅れ破壊特性
を向上し得ることを見出した。更に歯車等の疲労特性改
善手段として適用の広まりつつあるショットピーニング
処理に着目し、ショットピーニングによって表層近傍に
塑性歪が付与されることにより負荷状態における環境か
らの侵入拡散性水素量を大幅に低減させうることを見出
した。
に関し、まず鋼材面から検討を行った結果、鋼の化学成
分及び焼戻し温度の調整により結晶粒界を強化した鋼に
おいて焼戻し時に結晶粒内に炭化物・窒化物を多量に析
出させることにより析出物に拡散性水素を結晶粒内にト
ラップし粒界に集積する水素を低減させて遅れ破壊特性
を向上し得ることを見出した。更に歯車等の疲労特性改
善手段として適用の広まりつつあるショットピーニング
処理に着目し、ショットピーニングによって表層近傍に
塑性歪が付与されることにより負荷状態における環境か
らの侵入拡散性水素量を大幅に低減させうることを見出
した。
【０００７】本発明はこれら新規の知見に基づいて構成
されたものであり、その要旨は以下の通りである。すな
わち重量％で、Ｃ ：０．１５〜０．５０％、 Ｓ
ｉ：０．０５〜２．００％、Ｍｎ：０．１０〜０．８０
％、 Ｐ ：０．０２０％以下、Ｓ ：０．０２０％
以下、 Ｃｒ：１．０〜３．０％、Ｍｏ：０．２
〜１．２％、 Ａｌ：０．００５〜０．０５０
％、Ｎ ：０．００１〜０．０１０％を含有し、更にＶ
：０．１０超〜０．５０％、 Ｔｉ：０．０１超〜
０．０５％、Ｎｂ：０．０１超〜０．０５％の一種まは
た二種以上を含有し、更に必要に応じて、Ｎｉ：０．１
〜２．０％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物よ
りなり、鋼材表面より２００μｍ以内の圧縮残留応力の
最大値（σr ）が素材の引張強度（σB ）に対して、σ
r ／σB ≧０．６を満足することを特徴とする耐遅れ破
壊特性及び耐水素侵入性に優れた高強度機械構造用鋼で
あり、更に、引張強度１２５kgf/mm2 以上の強度達成手
段として焼入れ後の焼戻し温度を４００℃以上に規定
し、鋼材表面から２００μｍ以内の圧縮残留応力の最大
値（σr ）が素材の引張強度（σB ）に対して、σr ／
σB ≧０．６を満足するように、鋼材表面へのショット
ピーニング処理を利用することを特徴とする耐遅れ破壊
特性及び耐水素侵入性に優れた高強度機械構造用鋼の製
造方法である。なお、本発明におけるショット粒は、粒
径φ０．８mm以下、Ｈｖ６００超が好ましい。
されたものであり、その要旨は以下の通りである。すな
わち重量％で、Ｃ ：０．１５〜０．５０％、 Ｓ
ｉ：０．０５〜２．００％、Ｍｎ：０．１０〜０．８０
％、 Ｐ ：０．０２０％以下、Ｓ ：０．０２０％
以下、 Ｃｒ：１．０〜３．０％、Ｍｏ：０．２
〜１．２％、 Ａｌ：０．００５〜０．０５０
％、Ｎ ：０．００１〜０．０１０％を含有し、更にＶ
：０．１０超〜０．５０％、 Ｔｉ：０．０１超〜
０．０５％、Ｎｂ：０．０１超〜０．０５％の一種まは
た二種以上を含有し、更に必要に応じて、Ｎｉ：０．１
〜２．０％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物よ
りなり、鋼材表面より２００μｍ以内の圧縮残留応力の
最大値（σr ）が素材の引張強度（σB ）に対して、σ
r ／σB ≧０．６を満足することを特徴とする耐遅れ破
壊特性及び耐水素侵入性に優れた高強度機械構造用鋼で
あり、更に、引張強度１２５kgf/mm2 以上の強度達成手
段として焼入れ後の焼戻し温度を４００℃以上に規定
し、鋼材表面から２００μｍ以内の圧縮残留応力の最大
値（σr ）が素材の引張強度（σB ）に対して、σr ／
σB ≧０．６を満足するように、鋼材表面へのショット
ピーニング処理を利用することを特徴とする耐遅れ破壊
特性及び耐水素侵入性に優れた高強度機械構造用鋼の製
造方法である。なお、本発明におけるショット粒は、粒
径φ０．８mm以下、Ｈｖ６００超が好ましい。
【０００８】
【作用】以下に、本発明における合金成分、熱処理条
件、ショットピーニング条件の限定理由に関して詳細に
説明する。 Ｃ：焼入れ、焼戻しにより高強度を得るために０．１５
％以上必要であるが、多すぎると靭性を劣化させるとと
もに遅れ破壊特性も劣化させるために０．５０％以下と
した。 Ｓｉ：鋼の脱酸及び強度を高めるために０．０５％以上
必要であるが、冷間加工性を損なう元素であるために、
２．００％以下とした。 Ｍｎ：鋼の脱酸及び焼入れ性の確保のために０．１０％
以上必要であるが、オーステナイト域加熱時に粒界に偏
析し粒界を脆化させ遅れ破壊特性を劣化させるために
０．８％以下とした。
件、ショットピーニング条件の限定理由に関して詳細に
説明する。 Ｃ：焼入れ、焼戻しにより高強度を得るために０．１５
％以上必要であるが、多すぎると靭性を劣化させるとと
もに遅れ破壊特性も劣化させるために０．５０％以下と
した。 Ｓｉ：鋼の脱酸及び強度を高めるために０．０５％以上
必要であるが、冷間加工性を損なう元素であるために、
２．００％以下とした。 Ｍｎ：鋼の脱酸及び焼入れ性の確保のために０．１０％
以上必要であるが、オーステナイト域加熱時に粒界に偏
析し粒界を脆化させ遅れ破壊特性を劣化させるために
０．８％以下とした。
【０００９】Ｐ：焼入れ性元素としては有効であるが、
凝固時にミクロ偏析し、更にオーステナイトが加熱時に
粒界に偏析し粒界を脆化させ遅れ破壊特性を劣化させる
元素であるために０．０２０％以下とした。 Ｓ：不可避的不純物であるが、Ｐと同様にオーステナイ
ト域加熱時に粒界に偏析し粒界を脆化させ遅れ破壊特性
を劣化させる元素であるために０．０２０％以下とし
た。
凝固時にミクロ偏析し、更にオーステナイトが加熱時に
粒界に偏析し粒界を脆化させ遅れ破壊特性を劣化させる
元素であるために０．０２０％以下とした。 Ｓ：不可避的不純物であるが、Ｐと同様にオーステナイ
ト域加熱時に粒界に偏析し粒界を脆化させ遅れ破壊特性
を劣化させる元素であるために０．０２０％以下とし
た。
【００１０】Ｃｒ：鋼の焼入れ性を得るために必要であ
るとともに焼戻し軟化抵抗を有し４００℃以上の焼戻し
温度で１２５kgf/mm2 以上の引張強度を得るのに有効な
元素であり１．０％以上必要である。ただし多すぎると
靭性の劣化、冷間加工性の劣化を招くために３．０％以
下とした。 Ｎｉ：必要に応じて添加され、靭性を向上させるととも
に遅れ破壊特性を向上させる元素であり０．１％以上必
要である。しかし多すぎるとその効果は飽和しむしろコ
スト上昇を招くために２．０％以下とした。 Ｍｏ：鋼の焼入れ性を得るために必要であるとともに焼
戻し軟化抵抗を有し４００℃以上の焼戻し温度で１２５
kgf/mm2 以上の引張強度を得るのに有効な元素であり
０．２％以上必要である。ただし多すぎるとその効果は
飽和しコスト上昇を招くために１．２％以下とした。
るとともに焼戻し軟化抵抗を有し４００℃以上の焼戻し
温度で１２５kgf/mm2 以上の引張強度を得るのに有効な
元素であり１．０％以上必要である。ただし多すぎると
靭性の劣化、冷間加工性の劣化を招くために３．０％以
下とした。 Ｎｉ：必要に応じて添加され、靭性を向上させるととも
に遅れ破壊特性を向上させる元素であり０．１％以上必
要である。しかし多すぎるとその効果は飽和しむしろコ
スト上昇を招くために２．０％以下とした。 Ｍｏ：鋼の焼入れ性を得るために必要であるとともに焼
戻し軟化抵抗を有し４００℃以上の焼戻し温度で１２５
kgf/mm2 以上の引張強度を得るのに有効な元素であり
０．２％以上必要である。ただし多すぎるとその効果は
飽和しコスト上昇を招くために１．２％以下とした。
【００１１】Ａｌ：鋼の脱酸に有効な元素であり０．０
０５％以上必要であるが、多すぎると靭性の劣化を招く
ために０．０５０％以下とした。 Ｎ：窒化物形成に必須の元素であり０．００１％以上必
要であるが、多すぎるとオーステナイト加熱時に粒界に
偏析し粒界を脆化させるとともに遅れ破壊特性も劣化さ
せるため０．０１０％以下とした。
０５％以上必要であるが、多すぎると靭性の劣化を招く
ために０．０５０％以下とした。 Ｎ：窒化物形成に必須の元素であり０．００１％以上必
要であるが、多すぎるとオーステナイト加熱時に粒界に
偏析し粒界を脆化させるとともに遅れ破壊特性も劣化さ
せるため０．０１０％以下とした。
【００１２】Ｖ，Ｔｉ，Ｎｂは、本発明において重要な
元素であり、結晶粒の微細化に寄与し、かつ焼戻し時に
結晶粒内に炭化物、窒化物を形成し水素を粒内にトラッ
プし応力集中部にある粒界への水素の拡散、集積を抑制
することにより遅れ破壊特性を向上させるため、それぞ
れＶ：０．１０％超、Ｔｉ：０．０１％超、Ｎｂ：０．
０１％超必要である。ただし、多すぎると凝固時に粗大
な析出物を生成し靭性及び遅れ破壊特性を劣化させるた
め、それぞれＶ：０．５０％以下、Ｔｉ：０．０５％以
下、Ｎｂ：０．０５％以下とした。
元素であり、結晶粒の微細化に寄与し、かつ焼戻し時に
結晶粒内に炭化物、窒化物を形成し水素を粒内にトラッ
プし応力集中部にある粒界への水素の拡散、集積を抑制
することにより遅れ破壊特性を向上させるため、それぞ
れＶ：０．１０％超、Ｔｉ：０．０１％超、Ｎｂ：０．
０１％超必要である。ただし、多すぎると凝固時に粗大
な析出物を生成し靭性及び遅れ破壊特性を劣化させるた
め、それぞれＶ：０．５０％以下、Ｔｉ：０．０５％以
下、Ｎｂ：０．０５％以下とした。
【００１３】熱処理条件に関しては１２５kgf/mm2 以上
の高強度において遅れ破壊を起こさないために焼戻し温
度の下限値を設定した。すなわち４００℃未満では粒界
脆化が顕著となり遅れ破壊特性も劣化するため焼戻し温
度を４００℃以上とした。
の高強度において遅れ破壊を起こさないために焼戻し温
度の下限値を設定した。すなわち４００℃未満では粒界
脆化が顕著となり遅れ破壊特性も劣化するため焼戻し温
度を４００℃以上とした。
【００１４】ショットピーニング条件に関しては、塑性
歪量を直接測定することは困難であるため、鋼材表面か
ら２００μｍ以内の圧縮残留応力の最大値（σr ）で代
表させた。すなわち、種々の引張負荷条件下で素材の引
張強度（σB ）に対して塑性歪量、すなわちσr が小さ
くσr ／σB ＜０．６となる場合には十分な拡散性水素
の侵入抑制効果が得られないため、十分な水素侵入抑制
効果の得られるσr ／σB ≧０．６を必要なショットピ
ーニング条件とした。なお本条件を得るための具体的な
ショットピーニング方法は特に限定しないが、ボルトの
ネジ部や首下部等応力集中部の曲率半径を考慮した場
合、粒径φ０．８mm以下の鋼球がショット粒として望ま
しく、また引張強度１５０kgf/mm2 クラスの鋼材に対す
る安定した圧縮残留応力付与を考慮した場合、硬度Ｈｖ
６００超の鋼球がショット粒として望ましい。
歪量を直接測定することは困難であるため、鋼材表面か
ら２００μｍ以内の圧縮残留応力の最大値（σr ）で代
表させた。すなわち、種々の引張負荷条件下で素材の引
張強度（σB ）に対して塑性歪量、すなわちσr が小さ
くσr ／σB ＜０．６となる場合には十分な拡散性水素
の侵入抑制効果が得られないため、十分な水素侵入抑制
効果の得られるσr ／σB ≧０．６を必要なショットピ
ーニング条件とした。なお本条件を得るための具体的な
ショットピーニング方法は特に限定しないが、ボルトの
ネジ部や首下部等応力集中部の曲率半径を考慮した場
合、粒径φ０．８mm以下の鋼球がショット粒として望ま
しく、また引張強度１５０kgf/mm2 クラスの鋼材に対す
る安定した圧縮残留応力付与を考慮した場合、硬度Ｈｖ
６００超の鋼球がショット粒として望ましい。
【００１５】
【実施例】供試鋼の化学成分を表１に示す。（１）〜
（６）は本発明に従う鋼であり、（７）は比較鋼として
用いたＪＩＳ規格のＳＣＭ４３５鋼である。これらの２
０mmφの棒鋼を用い、引張強度が１５０kgf/mm2 〜１６
０kgf/mm2 の目標に焼入れ・焼戻しを行った。この時の
熱処理条件及び引張強度を表２に示す。
（６）は本発明に従う鋼であり、（７）は比較鋼として
用いたＪＩＳ規格のＳＣＭ４３５鋼である。これらの２
０mmφの棒鋼を用い、引張強度が１５０kgf/mm2 〜１６
０kgf/mm2 の目標に焼入れ・焼戻しを行った。この時の
熱処理条件及び引張強度を表２に示す。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【表２】
【００１８】これらの鋼が遅れ破壊に対しどの程度の拡
散性水素を許容し得るか、すなわち各鋼種の限界水素量
がどのレベルにあるかを調べた。始めに限界水素量を求
める方法について述べる。図１に示したＭ１０ボルトで
軸部に切欠き半径０．２５mmＲのＶ型環状ノッチを設け
た試験片を作り、２本を組にして水素を添加するため
に、１５〜３６％ＨＣｌ溶液中に２０〜１５０分間浸漬
することにより試験片中の水素量を変化させる。このう
ち１本はＨＣｌ浸漬から取り出し後大気中に３０分放置
した後、熱的分析法により水素量を測定し、他の１本は
浸漬後３０分間大気中に放置した後、図２に示した試験
機で遅れ破壊試験を行う。なお遅れ破壊試験における試
験荷重は各素材の引張強度の９０％とした。
散性水素を許容し得るか、すなわち各鋼種の限界水素量
がどのレベルにあるかを調べた。始めに限界水素量を求
める方法について述べる。図１に示したＭ１０ボルトで
軸部に切欠き半径０．２５mmＲのＶ型環状ノッチを設け
た試験片を作り、２本を組にして水素を添加するため
に、１５〜３６％ＨＣｌ溶液中に２０〜１５０分間浸漬
することにより試験片中の水素量を変化させる。このう
ち１本はＨＣｌ浸漬から取り出し後大気中に３０分放置
した後、熱的分析法により水素量を測定し、他の１本は
浸漬後３０分間大気中に放置した後、図２に示した試験
機で遅れ破壊試験を行う。なお遅れ破壊試験における試
験荷重は各素材の引張強度の９０％とした。
【００１９】以上の手段に従い、ＨＣｌの濃度・浸漬時
間を種々変えた場合に、得られた拡散性水素量と遅れ破
壊試験における破断時間との関係を表３に示す。
間を種々変えた場合に、得られた拡散性水素量と遅れ破
壊試験における破断時間との関係を表３に示す。
【００２０】同表から、各鋼の遅れ破壊を起こさない上
限の拡散性水素量、すなわち限界拡散性水素量を推定す
ると表４のようになる。この表より、本発明の組成及び
焼戻し温度の範囲にある（１）〜（６）は、比較材であ
る（７）に比べて限界水素量が高く、遅れ破壊しにくい
ことは明らかである。
限の拡散性水素量、すなわち限界拡散性水素量を推定す
ると表４のようになる。この表より、本発明の組成及び
焼戻し温度の範囲にある（１）〜（６）は、比較材であ
る（７）に比べて限界水素量が高く、遅れ破壊しにくい
ことは明らかである。
【００２１】
【表３】
【００２２】
【表４】
【００２３】次に表１に示した鋼に対し、粒径φ０．２
mm・Ｈｖ８００の鋼球をショット粒として用い、投射速
度１００ｍ/sec・投射時間３００sec の条件でショット
ピーニング処理を行った場合に、Ｘ線回折法により得ら
れた最大圧縮残留応力の表面からの深さとその応力値、
更に遅れ破壊試験によって得られた限界水素量をまとめ
て表５に示す。いずれも本発明のショットピーニング条
件であるσr ／σB ≧０．６を満足しており、開発鋼で
ある（１）〜（６）は全て１．１ppm 以上もの高い限界
水素量を示しており、表４との比較からもショットピー
ニング処理による遅れ破壊特性の劣化は認められない。
なお比較鋼である（７）もショットピーニング処理によ
り限界水素量は０．１６ppm から０．６２ppm へ向上し
ているが、表４の（１）〜（６）に示したショットピー
ニング処理を施さない場合の開発鋼の限界水素量に比べ
て３０％以上も低く、比較鋼にショットピーニング処理
を付与しただけでは十分な遅れ破壊改善効果は得られて
いない。
mm・Ｈｖ８００の鋼球をショット粒として用い、投射速
度１００ｍ/sec・投射時間３００sec の条件でショット
ピーニング処理を行った場合に、Ｘ線回折法により得ら
れた最大圧縮残留応力の表面からの深さとその応力値、
更に遅れ破壊試験によって得られた限界水素量をまとめ
て表５に示す。いずれも本発明のショットピーニング条
件であるσr ／σB ≧０．６を満足しており、開発鋼で
ある（１）〜（６）は全て１．１ppm 以上もの高い限界
水素量を示しており、表４との比較からもショットピー
ニング処理による遅れ破壊特性の劣化は認められない。
なお比較鋼である（７）もショットピーニング処理によ
り限界水素量は０．１６ppm から０．６２ppm へ向上し
ているが、表４の（１）〜（６）に示したショットピー
ニング処理を施さない場合の開発鋼の限界水素量に比べ
て３０％以上も低く、比較鋼にショットピーニング処理
を付与しただけでは十分な遅れ破壊改善効果は得られて
いない。
【００２４】
【表５】
【００２５】更に図２の試験機の試験片取付部周囲にセ
ルを設け恒温恒湿環境（温度６０℃、湿度９０％）を作
り、ショットピーニング条件（ショット粒径、ショット
粒硬度、投射速度、投射時間、最大残留圧縮応力の存在
位置、最大圧縮応力最大値）を変えた試験片を用い、負
荷応力を種々変えた状態で、上記湿潤環境中に１００時
間保持した後、試験片を取り外し侵入拡散性水素量を測
定した結果を表６に示す。また表６の結果をまとめて図
３に示した。どの負荷レベルでも侵入拡散性水素量は素
材の限界水素量を下回っているが、ショットピーニング
処理により付与された圧縮残留応力の最大値が低い場
合、すなわちσr ／σB ≧０．６を満たしていない場合
には、比較的侵入拡散性水素量が多く、負荷応力レベル
が増加するにつれ侵入水素量も増え、負荷応力１５０kg
f/mm2 の場合で、最大で０．１１〜０．２２ppm 程度も
の拡散性水素が鋼中に侵入している。これに対しショッ
トピーニング処理により付与された圧縮残留応力最大値
が高い場合、なすわちσr ／σB ≧０．６を満たす場合
には、どの負荷応力レベルにおいても侵入水素量が少な
く、負荷応力１５０kgf/mm2 の場合でも０．０１２〜
０．０１８ppm 程度とごく微量の拡散性水素しか鋼中に
侵入し得ない。
ルを設け恒温恒湿環境（温度６０℃、湿度９０％）を作
り、ショットピーニング条件（ショット粒径、ショット
粒硬度、投射速度、投射時間、最大残留圧縮応力の存在
位置、最大圧縮応力最大値）を変えた試験片を用い、負
荷応力を種々変えた状態で、上記湿潤環境中に１００時
間保持した後、試験片を取り外し侵入拡散性水素量を測
定した結果を表６に示す。また表６の結果をまとめて図
３に示した。どの負荷レベルでも侵入拡散性水素量は素
材の限界水素量を下回っているが、ショットピーニング
処理により付与された圧縮残留応力の最大値が低い場
合、すなわちσr ／σB ≧０．６を満たしていない場合
には、比較的侵入拡散性水素量が多く、負荷応力レベル
が増加するにつれ侵入水素量も増え、負荷応力１５０kg
f/mm2 の場合で、最大で０．１１〜０．２２ppm 程度も
の拡散性水素が鋼中に侵入している。これに対しショッ
トピーニング処理により付与された圧縮残留応力最大値
が高い場合、なすわちσr ／σB ≧０．６を満たす場合
には、どの負荷応力レベルにおいても侵入水素量が少な
く、負荷応力１５０kgf/mm2 の場合でも０．０１２〜
０．０１８ppm 程度とごく微量の拡散性水素しか鋼中に
侵入し得ない。
【００２６】このようにσr ／σB ≧０．６なる条件を
満たす場合には環境からの侵入水素量が非常に小さく抑
えられており、限界水素量に達するまでの時間、すなわ
ち遅れ破壊寿命が飛躍的に向上することが期待できる。
満たす場合には環境からの侵入水素量が非常に小さく抑
えられており、限界水素量に達するまでの時間、すなわ
ち遅れ破壊寿命が飛躍的に向上することが期待できる。
【００２７】
【表６】
【００２８】
【発明の効果】本発明により、高強度鋼の遅れ破壊問題
を解決できるため、ボルトの高強度化が可能になる。従
って、建築ボルトの継手効率の向上や自動車ボルトの軽
量化等が期待できることから、工業的効果は大きい。
を解決できるため、ボルトの高強度化が可能になる。従
って、建築ボルトの継手効率の向上や自動車ボルトの軽
量化等が期待できることから、工業的効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】試験片の形状の説明図である。
【図２】遅れ破壊試験装置の説明図である。
【図３】図１の試験片を負荷応力レベルを変えて恒温
（６０℃）・恒湿（湿度９０％）環境中に１００時間保
持した後に、鋼中に侵入する拡散性水素量がショットピ
ーニング処理により抑制される効果を示す図である。
（６０℃）・恒湿（湿度９０％）環境中に１００時間保
持した後に、鋼中に侵入する拡散性水素量がショットピ
ーニング処理により抑制される効果を示す図である。
１ 試験片 ２ バランスウェイト ３ 支点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 房男 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 二ノ宮 敬 愛知県名古屋市中村区名駅南１−24−30 新日本製鐵株式会社名古屋支店内 (72)発明者 渡邊 吉弘 愛知県海部郡十四山村大字馬ヶ地新田字大 鳥481番地 東洋精鋼株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 重量％で、 Ｃ ：０．１５〜０．５０％、 Ｓｉ：０．０５〜２．００％、 Ｍｎ：０．１０〜０．８０％、 Ｐ ：０．０２０％以下、 Ｓ ：０．０２０％以下、 Ｃｒ：１．０〜３．０％、 Ｍｏ：０．２〜１．２％、 Ａｌ：０．００５〜０．０５０％、 Ｎ ：０．００１〜０．０１０％を含有し、更に Ｖ ：０．１０超〜０．５０％、 Ｔｉ：０．０１超〜０．０５％、 Ｎｂ：０．０１超〜０．０５％の一種または二種以上を
含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物よりなり、引張
強度１２５kgf/mm2 以上を含有し、鋼材の表面から２０
０μｍ以内の圧縮残留応力の最大値（σr ）が素材の引
張強度（σB ）に対して、σr ／σB ≧０．６を満足す
ることを特徴とする耐遅れ破壊特性及び耐水素侵入性に
優れた高強度機械構造用鋼。 - 【請求項２】 請求項１記載の成分に更に、重量％で、 Ｎｉ：０．１〜２．０％を含有することを特徴とする請
求項１記載の耐遅れ破壊特性及び耐水素侵入性に優れた
高強度機械構造用鋼。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２記載の鋼成分よ
りなり、焼入れた後に４００℃以上の温度で焼戻しを行
って引張強度１２５kgf/mm2 以上を確保した鋼材に鋼材
表面から２００μｍ以内の圧縮残留応力の最大値
（σr ）が素材の引張強度（σB ）に対して、σr ／σ
B ≧０．６を満足するように、ショットピーニング処理
を行うことを特徴とする耐遅れ破壊特性及び耐水素侵入
性に優れた高強度機械構造用鋼の製造方法。 - 【請求項４】 粒径φ０．８mm以下・Ｈｖ６００超の鋼
球をショット粒として用いてショットピーニング処理を
行うことを特徴とする請求項３記載の耐遅れ破壊特性及
び耐水素侵入性に優れた高強度機械構造用鋼の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08515594A JP3512463B2 (ja) | 1994-04-22 | 1994-04-22 | 耐遅れ破壊特性及び耐水素侵入性に優れた高強度機械構造用鋼及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08515594A JP3512463B2 (ja) | 1994-04-22 | 1994-04-22 | 耐遅れ破壊特性及び耐水素侵入性に優れた高強度機械構造用鋼及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07292434A true JPH07292434A (ja) | 1995-11-07 |
| JP3512463B2 JP3512463B2 (ja) | 2004-03-29 |
Family
ID=13850785
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08515594A Expired - Lifetime JP3512463B2 (ja) | 1994-04-22 | 1994-04-22 | 耐遅れ破壊特性及び耐水素侵入性に優れた高強度機械構造用鋼及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3512463B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN112899573A (zh) * | 2021-01-19 | 2021-06-04 | 宝武杰富意特殊钢有限公司 | 牵引销钢及其调质热处理工艺和牵引销 |
-
1994
- 1994-04-22 JP JP08515594A patent/JP3512463B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| CN112899573B (zh) * | 2021-01-19 | 2022-01-04 | 宝武杰富意特殊钢有限公司 | 牵引销钢及其调质热处理工艺和牵引销 |
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| JP3512463B2 (ja) | 2004-03-29 |
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