JPH0892697A - 表面硬化型高力ボルト摩擦接合用鋼板およびその製造方法 - Google Patents

表面硬化型高力ボルト摩擦接合用鋼板およびその製造方法

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JPH0892697A
JPH0892697A JP6231306A JP23130694A JPH0892697A JP H0892697 A JPH0892697 A JP H0892697A JP 6231306 A JP6231306 A JP 6231306A JP 23130694 A JP23130694 A JP 23130694A JP H0892697 A JPH0892697 A JP H0892697A
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JP
Japan
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steel sheet
hardness
strength bolt
pitch
grooving
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JP6231306A
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English (en)
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Yukio Tomita
幸男 冨田
Hidesato Mabuchi
秀里 間渕
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04Steel or steel alloys

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  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加工により表面硬化させた高力ボルト摩擦接
合用鋼板およびその製造方法を提供する。 【構成】 C、Si、Mn、Alを所定の重量%含み、
残部Feおよび不可避不純物からなり、必要に応じてN
i、Cu、Cr、Mo、Nb、V、Ti、B、Ca、R
EMの1種または2種以上を含み、焼入性指数D1
0.3〜1.6インチで、溶融型溝切り加工により表面
硬化させた高力ボルト摩擦接合用鋼板。 【効果】 通常鋼板との硬さ比が2.5以上あり、表面
がレーザーで溝切りされて摩擦係数が高くなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高力ボルトによる摩擦
接合用の添え板に使用される鋼板およびその製造方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、鉄骨構造物などの高力ボルトによ
る摩擦接合構造においては、鋼材の摩擦面は自然発生の
赤錆が標準となっており(建築学会JASS6)、施工
上のバラツキを考慮して、設計上は低いすべり係数値
(μ=0.45)に設定されている。この改善策とし
て、特開昭51−52336号公報では、特殊な塗装を
提案している。また、特開平1−266309号公報で
は、セラミックスのプラズマ溶射処理が提案されてい
る。さらに、特願平4−326232号では、グライン
ダー、ショットブラスト、グリッドブラストで表面に粗
さを付与した方法を提案している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の赤錆を発生させ
る方法は、施工上のバラツキが大きく、かつ施工品質の
管理が非常に困難であるため、0.45よりも大きなす
べり係数値を接合部設計に用いることができないという
欠点がある。また、特殊な塗装やセラミックスのプラズ
マ溶射処理の提案は、いずれも煩雑であるという欠点を
持つ。また、グラインダー、ショットブラスト、グリッ
ドブラストで表面に粗さを付与する方法では、粗さがそ
ろわず、すべり係数値のバラツキが大きい。
【0004】本発明は、このような現状に鑑み、高いす
べり係数が得られる高力ボルト接合用鋼板およびその製
造方法を提供することを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、かかる問
題点を解決すべく検討した結果、添え板と被接合母材と
の強度差および表明粗度が大きいほどすべり係数が増大
することを見出した。そこで、添え板の表面硬さのある
値以上への規制、および表面粗度に関しては、設備投資
が比較的安価で、かつ効率性から最近広く使われるよう
になってきた各種切断法による溝切りを行い、摩擦接合
性能を向上させた鋼板を提供しようとするものである。
【0006】すなわち、本発明の要旨とするところは以
下のとおりである。 (1)表面から表下0.1〜0.5mmまでの表層部の
硬さがHv400〜700であり、前記表層部を除く領
域の硬さがHv80〜250であり、前記表面に山の高
さが0.2〜2.0mm、山のピッチが0.4〜4.0
mmである溝切り構造を有することを特徴とする表面硬
化型高力ボルト摩擦接合用鋼板。
【0007】(2)重量%で、C:0.1〜1.0%、
Si:0.005〜2.0%、Mn:0.2〜2.5
%、Al:0.005〜2.0%を含み、残部がFeお
よび不純物からなり、かつ焼入臨界直径DI が0.3イ
ンチ以上、1.6インチ未満であることを特徴とする前
項(1)記載の表面硬化型高力ボルト摩擦接合用鋼板。
但し、 DI =0.367√C(1+0.7Si)(1+3.3
3Mn)(1+0.35Cu)(1+0.36Ni)
(1+2.16Cr)(1+3.0Mo)(1+1.7
5V)(1+1.77Al)×fB (インチ) なお、fB =1 Bが含まれない場合 fB =1+1.5(0.9−C) Bが0.0003〜
0.003%含まれる場合 (3)さらに、重量%でNi:0.05〜3.5%、C
u:0.05〜2.0%、Cr:0.1〜5.0%、M
o:0.05〜2.0%、Nb:0.005〜0.2
%、V:0.005〜0.2%、Ti:0.005〜
0.2%、B:0.0003〜0.005%、Ca:
0.001〜0.05%、REM:0.001〜0.1
%のうちの1種または2種以上を含むことを特徴とする
前項(2)記載の表面硬化型高力ボルト摩擦接合用鋼
板。
【0008】(4)前項(1)〜(3)のいずれか1項
に記載の表面硬化型高力ボルト摩擦接合用鋼板を製造す
る方法において、鋼板の表面を、溶融時の温度範囲14
50〜2000℃に加熱し、800〜500℃の範囲を
20〜1500℃/秒で冷却しながら溝切り加工するこ
とを特徴とする表面硬化型高力ボルト摩擦接合用鋼板の
製造方法。
【0009】
【作用】以下に本発明を詳細に説明する。まず、本発明
において高力ボルト接合用鋼板とは、ボルト接合に使用
される添え板用鋼板をいう。なお、ここでは鋼板自身の
製造方法については特に限定しないが、この種の鋼板
は、例えば特公昭63−108974号公報記載の方法
により鋳片を生成し、その後熱間圧延を行い、さらに焼
入れを行うことにより安価に得ることができる。
【0010】図1は、添え板と被接合鋼板との表面硬さ
比をパラメーターにして、添え板の表面を溝切りした溝
の山の高さとすべり係数の関係を求めたものである。山
の高さが大きくなるに従い、すべり係数が大きくなって
いることが判る。山の高さとは溝の山と谷との落差を示
す。ただし、山の高さが0.2mm以上になると、すべ
り係数の上昇も飽和している。さらに、表面硬さ比が増
加するに従い、すべり係数が上昇している。その結果、
溝切りした溝の山の高さが0.2mm以上(これは、山
のピッチでは0.4mm以上)で、かつ添え板と被接合
鋼板の表面硬さ比が2.5以上、つまり、被接合鋼板
は、軟鋼または高々50キロ鋼を使用しているので表面
硬さはHv80〜160程度であるため、添え板の表面
硬さをHv400以上にすることにより、添え板が被接
合鋼板に食い込むことで、高いすべり係数が得られる。
また、Hv700超では表面割れが発生する可能性があ
るため、この値を上限とする。
【0011】表面の硬化層の厚みとしては、0.1mm
以上でないと目標のすべり係数が得られないのでこの値
を下限とし、また0.5mmを超えてもすべり係数の上
昇は望めないのでこの値を上限とした。さらに、ピッチ
とは隣合う溝の山のピーク点の間隔を示すが、溝山が2
mm超、山のピッチが4mm超になると、溝加工による
実質的な添え板の板厚が減少するため、経済性の観点か
ら溝山の上限を2mm、山のピッチを4mm以下とし
た。
【0012】次に、溝切り方法として、表面溶融型の加
工を採用することにより、溶融後の冷却時に鋼板表面が
急冷され、表面硬さがHv400以上となる。溶融時の
温度範囲としては、鋼板の溶融のために1450℃以上
が必要であるが、2000℃超に加熱してもエネルギー
効率が悪くなるだけで意味がないので、上限をこの値と
した。また、冷速は鋼板表面を十分硬化させてHv40
0以上とするためには、800〜500℃の範囲を20
℃/秒以上で冷却する必要があるが、1500℃/秒超
で冷却しても硬さの上昇は飽和するため、この値を上限
とした。
【0013】添え板の表面硬さをHv400以上にする
ためには、焼入臨界直径DI (鋼材の焼入性を示す指
標)が0.3インチ未満では十分な硬化性が得られない
ので、下限を0.3インチとした。また、DI が1.6
インチ以上では、いたずらに合金コストが上昇するのみ
ならず、同時に表面が硬化し過ぎて割れの原因となるた
め、上限を1.6インチ未満とした。このように、本発
明においては表面溶融型の加工により、十分鋼板表面は
硬化するため、鋼板は熱処理のない圧延ままの状態でよ
い。なお、この結果内部の硬さは80〜250となる。
【0014】この表面溶融型の溝切り加工方法として
は、上記の溶融時の温度範囲、冷速範囲のレーザー加
工、プラズマ加工、放電加工、電子ビーム加工等の設備
投資が比較的安価で、かつ効率性のよいものならどれを
採用してもよい。次に成分の限定理由を述べる。Cは焼
入時の表面硬さを得るために0.1%以上が必要であ
る。また、1.0%を超えて添加すると焼入時に焼割れ
が発生するので上限を1.0%とした。
【0015】Siは製鋼時の脱酸元素として添加する
が、0.005%未満ではその効果がなく、また2.0
%を超えて添加すると鋼板の表面疵が発生しやすくなる
ので、0.005〜2.0%とした。Mnは焼入性を上
げるために添加するが、0.2%未満ではその効果が不
足し、また2.5%を超えて添加すると焼割れの原因と
なるので、0.2〜2.5%とした。
【0016】Alは脱酸に有効であるだけでなく、不純
物としてのNを固定するのに有効な元素である。その効
果は0.005%以上の添加で十分であるが、2.0%
を超えて添加すると圧延時に熱間割れの原因となるの
で、0.005〜2.0%とした。さらに、必要に応じ
て添加されるNi、Cu、Cr、Mo、Nb、V、T
i、B、Ca、REMは強度上昇に有効な元素であり、
その効果が不足しない範囲として前記の量を下限とし、
また靱性および切削性が劣化しない範囲として、前記の
量を上限とした。
【0017】溝山の形状としては、図2(a)に示すよ
うに三角形型のV溝、あるいは図2(b)に示すような
台形型のV溝が適当である。図2(b)の場合、ピッチ
とは隣合う谷のピーク点の間隔と定義する。溝切り方法
については、通常は図3(a)に示すような、往復運動
で切断するが、より一層の切断効率向上のためには、図
3(b)または図3(c)に示したような渦巻き状また
は螺旋状に切断することで、切断を中断することなく連
続的に切断できる。これにより、切断能率が大幅に上昇
する。
【0018】添え板用鋼板としては、通常板厚10〜5
0mm程度のものが使用されるが、用途により、さらに
薄手のものあるいは厚手のものの使用が可能である。
【0019】
【実施例】表1、表2(表1のつづき)に示す化学成分
の鋼1〜13の25mmの鋼板と鋼12、13の30m
mの被接合母材を、図4に示すように1本の高力ボルト
で接合し、治具用鋼板と母材とを挟んで引張試験を行
い、すべりが発生した荷重を締め付け荷重で割ってすべ
り係数を求めた。その結果を表3に示す。本発明例1〜
11では、添え板の表面が加工により表面硬化して硬さ
Hvが400以上であり、また各種加工法による溝切り
の溝山の高さが0.2〜2.0mmの間で、いずれもす
べり係数が0.8以上である。一方、比較例12、13
は添え板の表面硬さHvが400未満であるため、また
比較例14、15は溝山の高さが0.2mm未満のた
め、さらに比較例16は表面溶融型加工でないため、い
ずれも表面が硬化せずHv400未満であり、それぞれ
すべり係数が低くなっている。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】
【表3】
【0023】
【発明の効果】上記実施例からも明らかなごとく、本発
明によればすべり係数が従来材に比べて改善された鋼板
を提供することが可能となるものであり、産業上その効
果は極めて顕著である。
【図面の簡単な説明】
【図1】添え板と被接合母材との表面硬さ比をパラメー
ターにして、添え板の表面を溝切りした溝の山の高さと
すべり係数の関係を求めた図である。
【図2】溝山の形状を示した図である。
【図3】溝切り方法を示した図である。
【図4】すべり係数を求めるための引張試験片を示す図
である。
【符号の説明】
1 添え板 2 被接合母材 3 高力ボルト 4 治具用鋼板

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面から表下0.1〜0.5mmまでの
    表層部の硬さがHv400〜700であり、前記表層部
    を除く領域の硬さがHv80〜250であり、前記表面
    に山の高さが0.2〜2.0mm、山のピッチが0.4
    〜4.0mmである溝切り構造を有することを特徴とす
    る表面硬化型高力ボルト摩擦接合用鋼板。
  2. 【請求項2】 重量%で、C:0.1〜1.0%、S
    i:0.005〜2.0%、Mn:0.2〜2.5%、
    Al:0.005〜2.0%を含み、残部がFeおよび
    不純物からなり、かつ焼入臨界直径DI が0.3インチ
    以上、1.6インチ未満であることを特徴とする請求項
    1記載の表面硬化型高力ボルト摩擦接合用鋼板。但し、 DI =0.367√C(1+0.7Si)(1+3.3
    3Mn)(1+0.35Cu)(1+0.36Ni)
    (1+2.16Cr)(1+3.0Mo)(1+1.7
    5V)(1+1.77Al)×fB (インチ) なお、fB =1 Bが含まれない場合 fB =1+1.5(0.9−C) Bが0.0003〜
    0.003%含まれる場合
  3. 【請求項3】 さらに、重量%でNi:0.05〜3.
    5%、Cu:0.05〜2.0%、Cr:0.1〜5.
    0%、Mo:0.05〜2.0%、Nb:0.005〜
    0.2%、V:0.005〜0.2%、Ti:0.00
    5〜0.2%、B:0.0003〜0.005%、C
    a:0.001〜0.05%、REM:0.001〜
    0.1%のうちの1種または2種以上を含むことを特徴
    とする請求項2記載の表面硬化型高力ボルト摩擦接合用
    鋼板。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3のいずれか1項に記載の表
    面硬化型高力ボルト摩擦接合用鋼板を製造する方法にお
    いて、鋼板の表面を、溶融時の温度範囲1450〜20
    00℃に加熱し、800〜500℃の範囲を20〜15
    00℃/秒で冷却しながら溝切り加工することを特徴と
    する表面硬化型高力ボルト摩擦接合用鋼板の製造方法。
JP6231306A 1994-09-27 1994-09-27 表面硬化型高力ボルト摩擦接合用鋼板およびその製造方法 Withdrawn JPH0892697A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010118747A1 (en) * 2009-04-14 2010-10-21 Man Diesel & Turbo, Filial Af Man Diesel & Turbo Se, Tyskland A method for providing a friction member, a friction member and an assembly with a friction member

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