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

高力ボルト用高張力高延性線材及び棒鋼の製造法

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JPS5811492B2
JPS5811492B2 JP16472778A JP16472778A JPS5811492B2 JP S5811492 B2 JPS5811492 B2 JP S5811492B2 JP 16472778 A JP16472778 A JP 16472778A JP 16472778 A JP16472778 A JP 16472778A JP S5811492 B2 JPS5811492 B2 JP S5811492B2
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steel
tensile
bolts
wire
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江口直記
荒木正樹
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/06Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires

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  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
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  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)

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。
JP16472778A 1978-12-28 1978-12-28 高力ボルト用高張力高延性線材及び棒鋼の製造法 Expired JPS5811492B2 (ja)

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