JPS5811492B2 - 高力ボルト用高張力高延性線材及び棒鋼の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はおくれ破壊に対し、強い抵抗性を有し、且つ高
力ボルト類を製造するに適した加工性の優れた高張力高
延性線材及び棒鋼の製造法にかかるものである。

自動車、電機、建築、土木、機械部品等に使用される高
力ボルトは、年々増加の傾向を示している。

これらに用いられる高力ボルトはＪＩＳ Ｂ１０５１（
１９７２）に規定された引張強さが、約７０ｋｇ／ｍｍ
２以上のものでその多くは、ボルト成形後、焼入焼戻し
て製造されている。

しかしボルト成形後に焼入焼戻の熱処理を行うことはボ
ルトの製造コストを高くし、かつ生産性が悪いという欠
点がある。

このため最近では製鋼、圧延等の素材製造設備及び技術
の進歩に加えて冷開成形技術の長足な向上により例えば
高張力高延性線材の如き圧延ままの素材を用いて高力ボ
ルトを冷開成形することで焼入焼戻熱処理を施すことな
く高力ボルトを製造することができるようになった。

しかしながら冷間又は温間加工性を更に安定化するため
には延性特に絞りが一段と高い材料が要求されるように
なり、かつ引張強さ１２０ｋｇ／ｍｍ２以上の高力ボル
トではおくれ破壊に耐する強い材料の出現が望まれてい
る。

本発明の目的はこれらの要求を満すため新たに開発され
た高力ボルト類を製造するに適した高張力高延性線材ま
たは棒鋼の製造法を提供するものである。

すなわち本発明は、Ｃ０，０１〜０．２０％、ＳｉＯ，
０３〜１．２０％、Ｍｎ０．０３〜２．５％、Ａｌ０１
１％以下ＴｉＯ，００５〜０．３００％、Ｂｏ、０００
３〜０．００５０％十Ｃｕ ０．１〜０．５％に必要に
応じてＮｉＯ，１〜１．０％を含むか、あるいはＣ０，
０１〜０．２０％、Ｓｉ０．０３〜１．２０％、Ｍｎ０
．３〜２．５％、ＡＩｏ、１％以下Ｔｉ０．００５〜０
．３００％、８０．０００３〜０．００５０％＋Ｃｕ０
．１〜０．５％十ＣｕＯ，１〜０．８％に必要に応じて
ＮｉＯ，１〜１０％を含み残部が鉄及び不可避的不純物
元素からなる鋼を線材に熱間圧延した後、Ａｒ工変態点
＋５０℃以上の温度から５００℃の間を１〜ｂ とする高力ボルト用高張力高延性線材及び棒鋼の製造法
である。

まず本発明におげろ鋼の化学成分の限定理由について述
べる。

本発明における鋼の化学成分は強度と延性のバランスが
著しく優れた鋼を熱間圧延し、調節冷却して線材および
棒鋼に製造することを前提として定めたものである。

Ｃは鋼の強度および延性に対し最も影響が大きい元素で
あり下限の０．０１％は強度面から上限の０、２０％は
延性面から定めた。

Ｓｉは製鋼に際して脱酸に必要な元素である他強度を高
める元素である。

本発明の如（高張力が要求される高力ボルトでは均一な
材質が必要で、下限は低Ａｌの場合０．０３％以下では
脱酸不十分となるためであり、上限は延性の劣化を考慮
し１、２０％に定めた。

ＭｎはＳｉと同様脱酸に必要な元素であると共に熱間加
工性の向上にもきわめて効果的である。

このためには少なくとも下限の０．３％は必要である。

更にＭｎは変態生成組織を緻密化し強度延性バランスを
向上させる。

特に変態生成組織を均一に分散させ且つ質量効果を減す
るには１．０％以上が必要であるが２．５％以上では経
済的でないので上限を２．５％とした。

Ａｌは強力な脱酸元素で鋼材の圧延歩留りを向上させる
ためには必須な元素である。

本発明の場合Ｎ固定作用の役目も持たせているが、０．
１％以上では介在物が増加し好ましくないため上限を０
、１％とした。

Ｔｉは鋼中のＣ及びＮと結合し、線材圧延に先立つ鋼片
の加熱によって鋼中に固溶し圧延及び／又は冷却中に析
出することで鋼の強度−延性バランスを著しく向上させ
る。

その効果作用程度は鋼中のＣ，Ｎ等の含有量、製造履歴
で影響を受けるが０．３００％以上ではその効果が飽和
するため上限を０．３００％とし下限はその効果が現わ
れる０、００５％とした。

Ｂは鋼の粒界強固作用に効果があり、その含有量は鋼粒
界強固作用の効果が顕著となる０、０００３％を下限と
し、効果の飽和する０、００５０％を上限に定めた。

Ｃｕは鉄中に固溶し、本発明鋼の強度−延性バランスに
は殆んど影響しないが電気化学的に鉄より貴元素である
ため鉄の腐食が生ずるとＣｕはその周辺に次第に濃縮し
、腐食を抑制すると共に水素侵入を防止する効果がある
。

こＱ効果が認められる０、１％を下限とし、上限はその
効果が飽和する０、５％と定めた。

Ｎｉ、Ｃｒはいずれも強度−延性バランスを向上させる
元素で調節冷却に際し、粗大パーライトの析出を制御す
る。

Ｃｒはボルト成形後ブルーイング熱処理又は歪取り焼鈍
するに際し、再析出して強度の低下を防止する効果があ
る。

特に腐食環境におかれた場合Ｃｒは孔食防止作用を通じ
、耐応力腐食性を高める作用がある。

更にＮｉはＣｕが含有されることによる表面疵の防止に
卓効がある。

Ｎｉ及びＣｒとも含有量が増加すると調節冷却に際しマ
ルテンサイトが生成し易くなるのと経済性を考慮し、そ
の上限をＣｒは０．８％、Ｎｉは１、０％に限定した。

下限はその効果が明瞭になる０、１％とした。

次に圧延および冷却条件について説明する。

本発明の成分を持つ鋼は圧延に先立つ鋼片の加熱に通常
は１０５０℃以上の温度が用いられる。

この温度は普通鋼の加熱にも適用される温度であり、こ
の意味では普通鋼と同じ条件である。

しかし普通鋼では強度−延性バランスを加減するため加
熱温度を操作することは殆んどない。

しかし本発明鋼では調節冷却条件が一定の時加熱温度を
高めることで強度を著しく高くすることができる。

線材及び棒鋼（以下単に線材という）圧延はコントロー
ルトローリング（ＣＲ）でモ良いし、コントロールトロ
ーリングでない従来通りの圧延（ＯＲ）でも良い。

通常、仕上り温度は約１０５０℃から８５０℃の間の温
度である。

その後の冷却はＡｒ１変態点＋５０℃以上の温度から５
００℃までを１〜ｂトとパーライトまたはベイナイト組
織がきわめて微細化し、このため強度−延性バランスは
、著しく向上する。

上記のＡｒ１変態点＋５０℃以上の温度から５００℃ま
での冷却速度を１〜ｂ １℃／ｓｅｅ未満ではフェライトの析出量が多くなり、
かつパーライトも粗大となるため、その下限を１℃／ｓ
ｅｃとし、６０℃／ｓｅｃを超えるとマルテンサイト組
織が増加し好ましくないため、その上限を６０℃／Ｂｅ
ｃとした。

次に強度について説明する。

本発明は最初述べた如く、引張強さが７０ｋｇ／ｍｍ２
以上の高力ボルト類で、特に１００ｋｙ／ｍｍ２以上の
ものを対象としている。

本発明にかかるボルト類の加工は、冷間または温間のい
ずれかで行うのであるが圧延のままの線材をボルトに加
工する場合と圧延線材を伸線してボルトに加工する場合
とがあり、いずれの場合にもボルト成形加工には軸絞り
が含まれ、この加工硬化による強度の増加へあるので線
材で８０ｋｇ／ｍｍ２以上あればボルトとしては１００
ｋｙ／ｍ２以上の強度が得られる。

次に実施例について述べる。

第１表に供試鋼の化学成分、圧延条件、圧延ままの線材
の引張性質、これを表示の寸法に冷間加工した時のワイ
ヤのサイズと伸線加工率及びこのワイヤを用いて製造し
たボルトの単純引張強さを夫々示す。

圧延ままの線材の引張性質は線材１リングから採取した
８ケの平均値で、ボルトの強度は５ケの平均値である。

鋼は全て塩基性純酸素上吹き、転炉法で溶製し、いずれ
も１１７ｍｍφの鋼片に圧延後、約１２００℃に加熱し
て線材圧延した。

夫々の仕上温度は表示の如（でありこれを８３０℃まで
誘導水冷管を用いて、冷却し、次いでリング状に巻取っ
てから調節冷却した。

調節冷却時の冷却速度は表示の通りである。

鋼Ａ３〜７０線材は第１図に示す如（普通の炭素鋼およ
び比較鋼からなる線材に比べ強度−延性（絞り）バラン
スがきわめて良好である。

これらの線材は酸洗後燐酸塩被覆を施し表示の寸法に冷
間伸線し、ボルト素材とした。

ボルトは油圧式ヘッダーを用いて連続的に約１万本製造
した。

鋼Ｎｏ、１及び鋼煮２の比較鋼からなる線材は延性が不
足し割れが発生するので約３０００本で製造を中止した
。

製造したボルトはＭ８寸法のシリンダースタッドで両側
を軽（アプセットしてネジを転造した。

通常のボルトは防食のためこの後例えば電気亜鉛メツ♀
工程に流されるが、本供試材は、冷間鍛造のまま試験に
用いた。

強度レベルは表から判る如（１２０キロ級のものである
。

１２０ｋｙ／ｍｍ２以上のボルトはある特殊な環境例え
ば孔食を生じ易いとか〔Ｈ２Ｓ〕を含む侵入（Ｈ〕の多
い環境では応力腐食割れを生ずることがある。

本発明法による線材を用いて製造したボルトは以下に述
べる如く耐応力腐食割れ性にも優れている。

この応力腐食感受性を適確に推定し得る試験法は未だ確
定されてないが本発明者等は長年の経験により硝酸カル
シウムと硝酸アンモンの水溶液が孔食を起す環境の再現
に好都合なことを見出し、この水溶液を加速試験に採用
した。

試験は締付けにより軸力を種々変えこの水溶液中に浸漬
し３００時間耐久の応力を求めこの応力とボルト強度の
比率をとり評価の基準とした。

第２表はボルトの耐応力腐食割れ試験結果を示す。

鋼Ａ１および２のボルトの■７囚が６１〜６２％である
のに対し、本発明による鋼Ｎｏ、３〜７のボルトの■／
■は全て７０％以上となっており、耐応力腐食割れ性が
著しく改善されていることがわかる。

又第２図はＣ０，２５％、Ｍｎ１．４％の従来鋼を焼入
焼戻して製造したボルトおよび比較鋼からなるボルトと
本発明による線材から製造されたボルトとを比較したも
ので焼入焼戻しだボルトの■／■がかなりバラツクのに
対し、本発明の線材からなるボルトはいずれも安定して
いることが判る。

これは本発明法による線材を用いたボルトが圧延→調節
冷却→伸線→ヘッディングという新プロセスで製造され
た効果を示すものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧延まま線材の引張強さと絞りとの関係を示す
図、第２図はボルトの引張強さと耐応力腐食割れ性（■
（３００時間耐える応力ｋｇ／ｍｍ２）／■（ボルト強
度ｋｇ／ｍｍ２））との関係を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｉ Ｃ０，０１〜０．２０％、Ｓｉ０．０３〜１．２０
   ％Ｍｎ０．３〜２．５％、ＡＩｏ、１％以下Ｔｉ０．０
   ５〜０．３００％、Ｂｏ、０００３〜０．００５０％に
   ＣｕＯ０１〜０．５％を加え、必要に応じＮｉＯ，１〜
   １．０％を含み、残部が鉄及び不可避的不純物元素から
   なる鋼を線材及び棒鋼に熱間圧延した後Ａｒ１変態点＋
   ５０℃の温度から５００℃までの温度域を１〜ｂ る高力ボルト用高張力高延性線材及び棒鋼の製造法。 ２ Ｃ０，０１〜０．２０％、Ｓｉ０．０３〜１．２０
   ％Ｍｎ０．３〜２．５％、Ａ１０．１％以下、ＴｉＯ，
   ００５〜０．３００％、Ｂｏ、０００３〜０．００５０
   ％にＣｕ ０．１〜０．５％を加え、ＣｒＯ，１〜０．
   ８％を加え必要に応じＮｉ０．１〜１．０％を含み残部
   が鉄及び不可避的不純物元素からなる鋼を線材及び棒鋼
   に熱間圧延した後Ａｒ１変調点＋５０℃の温度から５０
   ０℃までの温度域を１〜ｂ 冷却することを特徴とする高力ボルト用高張力高延性線
   材及び棒鋼の製造法。