JPS5910415B2 - 耐応力腐食割れ性の優れた高張力線材及び棒鋼の製造法 - Google Patents

耐応力腐食割れ性の優れた高張力線材及び棒鋼の製造法

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JPS5910415B2
JPS5910415B2 JP53159821A JP15982178A JPS5910415B2 JP S5910415 B2 JPS5910415 B2 JP S5910415B2 JP 53159821 A JP53159821 A JP 53159821A JP 15982178 A JP15982178 A JP 15982178A JP S5910415 B2 JPS5910415 B2 JP S5910415B2
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steel
less
wire rods
strength
stress corrosion
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直記 江口
正樹 荒木
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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)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は耐応力腐食割れ性のきわめて優れた高力ボルト
類を製造するに適した加工性の良い高張力線材及び棒鋼
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
られる高カボル}uJIBB1051(1972)に規
定された引張強さが約70kgAf以上のもので、その
多くはボルト成形後焼入焼戻しで製造されている。しか
しボルト成形後に焼入焼戻の熱処理を行うことにボルト
の製造コストを高く 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
レ、例えば高張力高延性線材の如き圧延ままの素材を用
い、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。しかしボルト成形速度の増大、ボルト成形加
工率の増大に伴ない加工性の一段と優れた素材の開発が
要求されかつ、適用されるボルト強度が高くなるにつれ
応力腐食割れに対し、抵抗性の強い材料の要求が高まっ
ている。
本発明の目的はこれらの要求を満たすため従来の製造法
を更に改善し、新たに耐応力腐食割れ性にきわめて強い
高張力線材及び棒鋼の製造法を提供するものである。
一般に引張強さ120kim2以下のボル14普通の自
然環境においては、所謂おくれ破壊を起すことはない。
しかし特殊な環境に鋼が曝された場合、例えばH2S″
Fr.ど水素侵入を促進する物質を含む環境、孔食を生
じ易い高温・多湿環境では、水素脆化のため低強度鋼で
もおくれ破壊を生ずることがある。これを防止するには
環境側を制御する方法と材料側に特殊な対策、例えば有
効元素を添加して行う方法とがある。本発明はCO.O
2〜0.20%,SiO.O3〜1.20%,MnO.
3〜2。
5%,AIO。
l%以下及びNb,V,Zf)1種以上を単独で0.2
5%以下、複合で0。4チ以下に、CuO。
l〜0。5%および/またはTiO。
OO5〜0。250%,BO。
OOO3〜0.0050%を含むか、あるいは上記範囲
のC,SisMntAl及びNb,V,Zrに、Ntt
CryMOの1種以上を単独で0.8%以下、複合で1
.2%以下を加えCuO.l〜0。5%および/または
’l’ IO.OO5〜0.250%, BO.OOO
3〜0.0050%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後、Ar,
変態点+50℃の温度から500℃1での温度域を1〜
60゜C/SeCの速度で冷却することを特徴とする耐
応力腐食割れ性に優れた高張力線材及び棒鋼の製造法に
かかるものである。
本発明における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、調節冷却して線材及び棒
鋼に製造することを前提として定めたものである。
Ch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0.02%は強度面から、上限の0020
%は延性面から定めた。
Siぱ製鋼に際して脱酸に必要な元素であるほか強度を
高める元素であるが、本発明の如く耐応力腐食割れ性を
向上させるには有効な元素である。
低AIの場合0.03%以下では脱酸不充分となるので
これを下限とし、上限は延性と耐応力腐食割れ性との兼
合で1。20%に定めた。
MnUSi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%が必要である。
更にMnは調節冷却に際し、変態生成物を緻密化し強度
、延性バランスを向上させる。特に変態生成物を均一に
分散させ且つ質量効果を減するにUl.3O%以上が必
要で、その効果はMn%と共に増大するが、2.5%以
上では経済的でないので、上限を2.5%とした。Al
に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1しくないため上限
を0.1%とした。
Nb,V,ZrId.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、圧延および
/またに、冷却中に析出することで、鋼の強度一延性バ
ランスを著しく向上させる。
その効果、作用程度はこれら元素の含有量の他に鋼中の
C,N等の含有量、製造履歴によって影響を受けるが、
単独では夫々0.25%、複合では0.4%で、その効
果が飽和するのでこれを上限とした。下限は特に定めて
ないが好ましくは夫々単独で0.01%である。Ni+
Cr,MObいずれも強度一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。
CrpMOnボルト成形後ブルーインク熱処理又は歪取
り焼鈍するに際し再析出物を調整し、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,
MOは孔食防止作用を通して耐応力腐食割れ性を高める
作用がある。更にNiぱC面槍有されることによる表面
疵の発生を著しく軽減させる効果がある。いずれの元素
も含有量が増加すると、調節冷却に際し、マルテンサイ
トを生成し易くするのと、経済性を考慮し、その上限を
単独で440.8%、複合でに1.2%に限定した。C
uIri、鉄中に固溶し本発明鋼の強度一延性バランス
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。
この効果が認められる0.1%を下限とし、上限はその
効果が飽和する0.5楚と定めた。Ti及びBu本発明
に際しては夫々TiO.OO5へ0.250%,BO.
OOO3〜0.0050%を共存させる必要がある。
Tiは前述のNb,V,Zrと同等な作用を持ち、鋼の
結晶粒の微細化、析出硬化に寄与すると共にBのもつ鋼
粒界強固作用の支え及び自由Nによる破断坑力の低下の
防止に卓効がある。夫々の含有量の上限及び下限は、こ
れらの効果が現われる点を丁限とし、効果の飽和する点
を上限と定めた。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
UlO5O℃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。線材圧延はコントロールドローリング(CR)で
も良いし、コントロールドローリングでない従来通りの
圧延(0R)でも良い。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Arl変態点+50℃以上の温度から5
00℃までを1〜60℃/Secの速度で冷却すること
により、フエライトとパーライト1たけペイナイト組織
あるいは針状フエライト組織がきわめて微細化し、この
ため強度一延性バランスに著しく向上する。上記のAr
,変態点+50℃以上の温度から500℃までの冷却速
度を1〜60℃/Secとしたのは、1℃/Sec未満
ではフエ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℃/See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℃/Secとした。次に強
度について説明する。
本発明は最初に述べた如く引張強さが70kg/IrL
7IL2以上の高力ボルト類を対象としている。
本発明にかかるボルト類の加工ぱ冷間又は温間のいずれ
かで行うのであるが、圧延の1寸加工する場合と圧延線
材を酸洗等の脱スケール処理後、伸線して加工する場合
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があるので線
材で50ky/Mm2以上あればボルトとしてU7Ok
νI2以上の強度が得られる。次に本発明の実施例につ
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1の線材の引張性質は線材1リングから採取した
8ヶの平均値、ボルトの強度は5ヶの平均値である。鋼
AAl,A2,Bl,B7,B8の鋼ぱ塩基性純酸素上
吹き転炉法で溶製した鋼で、その他は100ゆ真空溶解
炉を用いて溶製した鋼である。
これらの鋼はいずれも117罷中鋼片に圧延又は鍜造し
た後、約1200℃に加熱して線材圧延した。夫々の仕
上温度は表示の如くであり、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、集束した。調節冷却時の冷却速度は表示の通
りである。これら線材ぱ酸洗後、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。
ボルトは二段打ヘツダ一を用い連続的に約1万本(真空
溶解鋼は500本)製造した。鋼ABIからB8lでの
線材はボルト製作過程で10.71nmまで、軸絞り工
程を入れMl2アプセントボルトとし、鋼扁A1からA
7lでの線材はM8アブセットボルトとした。通常のボ
ルトは防食のためこの後例えば電気亜鉛メッキ工程に流
されるが、本供試材に材質の差を明確にするためメッキ
せず冷間圧造のまま試験に用いた。
本発明の冒頭で述べた如< 120kgAm2以丁のボ
ルトは自然環境でに所謂おくれ破壊は生じないとされて
いる強度レベルのものであるが、ある特殊な環境例えば
孔食を生じ易いとか侵入〔H〕が多い条件でUl2Ok
gArIL2以下のボルトと言えども応力腐食割れが発
生することがある。
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
験に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表はこの結果
を示す。
ボルト強度(Kg/RILrIL2)をとし、300時
間耐える応力(Ky/Mm”)をで表わすと、/が高い
程耐応力腐食割れ性が大きいことになる。第2表から本
発明による鋼扁A3〜A6,B2〜B3,B6〜B8の
ボルトの/ぱ鋼/!6.A1〜A2,A7,Bl,B5
の比較鋼からなるボルトの/に比べ、著しく優れている
ことが判る。更に詳しく説明するに鋼扁A1〜A6のボ
/I/ }は0。13%C−1.3%Mn−AI系にN
b,V又はZrを加え、更にCu若しくはTi−Bを含
む鋼(鋼AA3〜A6)と含まぬ比較鋼(鋼A.Al〜
A2,A7)とからなるボルトであるが、本発明による
鋼/46A3〜A6のボルトは、鋼/16.A1〜A2
,A7のボルトエり/[有]が約10%高い。
比較鋼A7ぱ、0。13%C−1。
3%Mn−Al系にNbおよびTiのみを加えCuもし
くはBを含まない鋼であるが、この場合は/の向上効果
に見られない。
また、鋼應B1〜B8のボルトは0.08%C−1.5
〜2.0楚Mn− 0.25%MOTAl系にNttC
rtNb又はVを加え、更にCu若しくはTi−Bを含
む鋼(鋼A.B2,B3,B4,B6,B7及びB8)
と含まぬ比較鋼(鋼ABl,B5)とからなるボルトで
いずれのボルトの鋼組織も針状フエライト組織のもので
あるが、Cu添加により/に飛躍的に向上している。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 C0.02〜0.20%、Si0.03〜1.20
    0%、Mn0.3〜2.5%、Al0.1%以下及びN
    b、V、Zrの1種以上を単独で0.25%以下、複合
    で0.4%以下にCu0.1〜0.5%および/または
    Ti0.005〜0.250%、B0.0003〜0.
    0050%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後、Ar_1変態点
    +50℃の温度から500℃までの温度域を1〜60℃
    /secの速度で冷却することを特徴とする耐応力腐食
    割れ性の優れた高張力線材及び棒鋼の製造法。 2 C0.02〜0.20%、Si0.03〜1.20
    %、Mn0.3〜2.5%、Al0.1%以下及びNb
    、V、Zrの1種以上を単独で0.25%以下、複合で
    0.4%以下に加えてNi、Cr、Moの1種以上を単
    独で0.8%以下、複合で1.2%以下にCu0.1〜
    0.5%および/またはTi0.005〜0.250%
    、B0.0003〜0.0050%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
    圧延後、Ar_1変態点+50℃の温度から500℃ま
    での温度域を1〜60℃/secの速度で冷却すること
    を特徴とする耐応力腐食割れ性の優れた高張力線材及び
    棒鋼の製造法。
JP53159821A 1978-12-27 1978-12-27 耐応力腐食割れ性の優れた高張力線材及び棒鋼の製造法 Expired JPS5910415B2 (ja)

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