JPS60155644A - 耐遅れ破壊特性に優れた高張力鋼ボルト用鋼 - Google Patents

耐遅れ破壊特性に優れた高張力鋼ボルト用鋼

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JPS60155644A
JPS60155644A JP1025884A JP1025884A JPS60155644A JP S60155644 A JPS60155644 A JP S60155644A JP 1025884 A JP1025884 A JP 1025884A JP 1025884 A JP1025884 A JP 1025884A JP S60155644 A JPS60155644 A JP S60155644A
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JP
Japan
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steel
delayed fracture
fracture resistance
bolts
bolt
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JP1025884A
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Hirotada Osuzu
大鈴 弘忠
Takashi Abe
隆 阿部
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明Fi蕎強度域(110即/−以上)において耐
遅れ破壊特性に優れた高張力鋼ボルト用鋼に関する。
高張力鋼ボルト(以下、高力ボルト)は1967年のJ
IB、ji!、直しまでF13T(引張強さ;130〜
150 klm” )が含まれていたが、遅れ破壊の多
発から残置レベルはFI IT (引張強さ=110〜
130即/−3)に引き下げられた01979年には更
KFIITクラスに屯遅れ破壊の問題がおこり、JI8
B−1186では括弧付きとなって、現在はFloTが
中心のボルト鋼である。しかしながら近年の構築物はま
すます人減化の傾向にあシ、施工上からは高力ボルトの
軽量化、高強度化による工期の短縮が必要な状況にある
従って遅れ破壊の問題が解決さnれば高力ボルトの用途
は再び拡大するものとみられている〇 勿論、遅れ破壊を生ずる要因としては、ボルトの使用環
境、ボルト形状、材質(成分、熱処理)が互いに関係し
ている場合が多く、単独では発生しにくいが、JISの
改訂にも見られるように強度に対する依存性が大きく、
かつ本質的な問題と考えられてt7t。
そこで本発明者等は、このような現状を背景として、こ
れまで十分解明されていなかった高力ボルト用鋼の耐遅
れ破壊特性にクリて詳mK検討した結果、ボルト鋼につ
φての粒界強化と耐遅れ破壊特性の向上との間に関連が
あることを究明したものである。しかして本発明はかか
る知見を更におし進めて、耐遅れ破′wL特性を飛翔的
に向上させた高力ボルト用鋼を提供しようとするもので
ある。即ち、原料P含有量の管理や脱P工程の強化等の
溶製上の配慮をすることによシ、粒界偏析するP元素を
従来鏑に比し一段と低減化せしめることを基本的特徴と
する吃のである。
以下本発明につμて詳細に説明する。
従来、110時/■寡 以上の強度を有するボルト鋼に
発生した遅れ破壊後の破面はほとんど粒界破断を呈して
おり、粒界強化が耐遅れ破壊特性の同上に対する大きな
ポイントとなることを示している・こfLまで、P、A
a、5nesb 等の各元素は粒界偏析することは知ら
れているが、不純物元素としてとらえらnており、単に
低減化することが望ましいとされているのみで、足置的
に限界を把握されたものはない。これらのうちでもPは
通常鋼中に0.010〜o、oso*の範囲で含有され
ており、低P化する場合もSに比較すると精錬上も難し
く、o、o o 5tlb (ao ppm)1M度が
通常鋼の最下限のP含有量であった0 しかし本発明者等は後述する実験を行ない、P元素含有
量の低減化が耐遅れ破壊特性の向上に関与するという結
果を得、このような知見に基づき本発明を創案したO 即ち、下記表に示すような成分系を有する6鋼を用−1
遅れ破壊試験を行なった0グループ1は0.2 % C
のボロン鋼でアリ、グループ2は0.25%Cのボロン
鋼、グループ3は0.35チC程度含有したcr−M、
鋼である。いずれのグループも、通常の鋼としては低P
でめる鋼(英小文字で印す鋼)と、それよυも更に低P
(10PPm以下)の極低P銅(英大文字で印す鋼)と
から楠成されている。又、引張り強さは12507w5
” を目標に熱処理(焼入−焼戻)によって′#J4整
したものである。
この実験では第1図に示すような片持梁式遅れ破壊試験
装置が用−られた0該遅れ破壊試験装置は、試験片(1
)の片側を台座(2)罠立設した柱(3)側に固定し、
他側を腕長1000+mのアーム(4)に連結し、この
アーム(4)の先端に所定の重錘(5)を吊すものであ
る。
その際、各試験片(1)は、第2図、第2図上面を示す
第3図及び第2図部分拡大図を示す第4図から明らかな
ように1試験片(1)中央に深さ1.5■、幅0.2諺
のソーノツチ(6)を設け、更にその先端に深さ1.5
鱈の疲労ノツチ(7)を付したもので、本実験では3.
5%食塩水を満たした第1図に示す小型腐食槽(8)内
に浸漬し、前記重錘(5)により曲げ応力を負荷し、破
断までの時間を測定した。
結果の解析は次式で示される応力拡大係数Klを用いた
−23,17(a/w)’+ 24.s(a/w)’ 
)ここで、M:ノツチ部のモーメント 1:ノツチ深さく3.0■) b:試験片厚さく10鰭) W:試験片幅(15m) 第5図にその試験結果を示す。尚、図中のKl sea
は第1図に示す重錘(5)の重りを幾通りか変えて(即
ち前式におけるMを変化させることによp Kl を変
化させて) 、4jr Kl値における破断時間をめた
場合に、該に!値の内500時間試験を施しても割れが
発生しない最小Kl値を意味する0 同図によれば、いずれの成分系ともP含有量を10 p
pm以下にすることでKl lec値は急激に上昇する
。特にグループ1(0,2%C−Ti−B)系では、P
が4oppmでKl sec が170呻f7日2であ
るのに対して、a ppm になると210 Q / 
/vmN にも達している◇■鋼の40ppmも通常の
鋼のPレベルと比べると低Pとなっているが、更に一桁
低下させることにより遅れ破壊特性の向上が顕著になる
ことがわかる。
又、グループ2(0,25チCのボロン6I4)系、グ
ループ8(Q、35%Cのcr−Mn鋼)系も同様な傾
向でおるが、この場4!rはC量による影譬が一層明確
にめられnて−るといえる。しかし、C量は一層ボルト
鋼で強直、焼入性の確保のためにボルトサイズによって
一定量以上は必要な元素であるだけに、炭素含有量の低
減によってのみ遅れ破壊特性の向上を図ることは難しい
だけではなく、経済的にも不利となることから、各鋼種
系で耐遅れ破壊特性のみを改善できることが実用上は必
要であり、効果も太*’t”oこのような点から極低P
化による耐遅れ破壊特性の改善はいずれのボルト用鋼に
も共通していえるものでおる。
以上のような実験をもとに、不発明者等は第1発明とし
て次のような成分からなる高力ボルト用鋼を提案した。
即ち、C: 0.10−0.!i0% 、 Mn : 
0.30〜2.5 % 、 5otAt: 0.005
〜0.060%、P:0.0010%以下、残部F、及
び不可避的不純物からなるボルト用鋼である。
このうちPについては、上記実験にもとづき耐遅AM壊
特性につ−ては10 ppm以下で顕著に優れた特性を
示すので上限を101)Pmとした。
又、Cは強度を付与するために不可欠の元素でめシ、0
.10%未満では十分な焼入れが出来ず、また0、 5
0 %を超えると靭性の低下が著しく、高力ボルトの特
性を満足しえないことになるため0,10〜0.50%
 の範囲とした。
Mnは脱酸、脱硫に必要な元素で、最低0.30チ必要
であるが、2.5%を超えると靭性が低下し、熱処理時
に割れ等の問題を生ずるのでこれを上限とした0 8otAtは脱酸および粒度調整に0.005チ以上必
要でるるが、0.060%を超える場合は粒度、靭性に
対する効果が飽和しそれ以上の効果を示さなくなるので
上限とした。
第1発明は上述の如き構成を有するが、本願は第2発明
として更IC81を0.1〜2.0係の範囲内で含有す
るボルト用鋼を提供する。
8iは餉の強度を向上させるだけでなく、Atと同様に
脱酸剤としての作用を肩し、Atとの併用による複合脱
酸にお―て脱酸生成物たる介在物の組成の調整等を介し
て鋼の清浄度を改善する作用を有する。O11チ未満で
は上述の効果が明瞭でないため下限を0.1%としたが
、一方2.0 %を超えて含有せしめると鋼の脆化が著
しくなるので2.0−を上限とした。
更に第3発明として、第1発明と同様な構成を有し且つ
Ni : 0.01〜2,0%、Cr:0.01〜2.
0 % 、 Mo : 0.01〜2.0% 、 B 
: 0.0001NO,00150チのうち1′s又は
2種以上含有するボルト用鋼を提供する。
とのNi、Or、Moは夫々強度上昇、焼入性改善に有
効な元素で0.01−以上は必要であるが、2.0’1
以上では経済性を損なうこと、及び他成分とのバランス
でこれ以上必要としないので上限とした。
ま7’(Bも焼入性改善による残置上昇をもたらす元素
であるが、0.0001−未満ではその効果が明瞭でな
(,0,0050チを超えた場合はかえって焼入性を減
するのでその範囲を0.0001〜o、ooso%とし
た。尚、Bを添加する場合、通常Bの焼入性を高めるた
めにT1を加えている。これは鋼中にNがある場合、添
加したBICNが結合しやす(、BNになると焼入性が
悪くなるため、Nとより結合力の強いT1 を添加して
Bの焼入性を高めるようにしようとするものである0上
記範囲のB含有世に対しては0.020%前後のT1が
適当である。
最後に第4発明として第1発明と同様な構成を有するほ
か、Siを0.1〜2.09gの範囲内で含有し、且つ
Ni : 0.01〜2.0% 、 Cr : 0.0
1〜2.0% 、 Mo : 0.01〜2.0% 、
 B : 0.0001〜0.0050チのうち1種又
は2種以上含有するボルト用鋼を提供する。
以上説明してきたボルト用鋼は焼入・焼戻処理により1
10 Kp/g”以上の高強度にして優れた耐遅れ破壊
特性を発揮するに至る。その熱処理条件は特定されるも
のではないが、焼入加熱温度としては850〜900°
0、焼戻し温度としては400〜550’0 を採用す
ることが推奨さnる。
上記構成を有する本発明に係るボルト用鋼によれば、他
の特性を損なうことなく耐遅れ破jil特性を向上させ
ることができるため、高力ボルトを高強度化することが
でき、大型構築物の施工上工期の短縮化を図ることがで
きるとμう優れた効果を有しており、これによシ高カボ
ルトの用途が再び拡大化する。
【図面の簡単な説明】
第1図は片持梁式遅れ破壊試験装置の概略図、第2図線
試験片の正面図、第3図は該試験片の平面図、第4図は
該試験片の部分拡大図、第5図は試験結果を示すグラフ
図である。 図中、(1)は試験片、(2)は台座、(3)は柱、(
4)はアーム、(5)は重錘、(6)はソーノツチ、(
7)は疲労ノツチ、(8)は小型腐食槽を谷示す。 特許出願人 日本鋼管株式会社 発 明 者 大 鈴 弘 忠 同 阿 部 隆 代理人弁理士 吉 原 省 玉 量 同 高 橋 消 同 弁換士 吉 原 弘 子 笛 1 @ @2図 第3図 珀4図 第5図 P (wt %ン

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、C: 0.10〜0.60 % 、 Mn : 0
    .3 Q〜2.Is To *861−kl−: 0−
    005〜0.06094 a P : 0.0010チ
    以下、残部Fe及び不可避的不純物からなることを%黴
    とする耐遅れ破壊特性に優れた高張力鋼ボルト用鋼。 2、 C: 0,10〜0.50tl& 、 Mn :
     0.210〜2.5% 。 8otAt:0.005〜0.060%、P:0.00
    10チ以下、Ell : 0.1〜2.O%、残1i1
    sFe及び不可避的不純物からなることを特徴とする耐
    遅れ破壊特性に優れた高張力鋼ボルト用鋼。 3、C:0.10〜G、509J、Mn:0.30〜2
    .5%。 BolAt: 0.005〜0.060% 、 P: 
    0.0010チ以下、更にNi : 0.01〜2.0
    %、Cr : 0.01〜2.0% 、 Mo : 0
    .01〜2゜09G、B:0.0001〜0.0050
    % のうち1種又は2種以上含有し、残部Fe及び不可
    避的不純物からなることを特徴とする耐遅れ破壊特性に
    優れた高張力鋼ボルト用鋼。 4、 0:0.10〜0.50%、Mn:0.30〜2
    .5%。 5otht:o、oo5〜o、oao* 、 p :o
    、oot。 1以下、St : 0.1〜2、o%、更[Nl:0.
    01〜2.0% 、 Cr : 0.01〜2.0%、
     Mo : 0.01〜2.0%、 B:0.0001
    〜0.0050ts)5ち1種又は2種以上含有し、残
    部Fe及び不可避的不純物からなる仁とを特徴とする耐
    遅れ破壊特性に優れた高張力鋼ボルト用鋼。
JP1025884A 1984-01-25 1984-01-25 耐遅れ破壊特性に優れた高張力鋼ボルト用鋼 Pending JPS60155644A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63259053A (ja) * 1987-01-29 1988-10-26 イスコール リミテッド 高強度高靭性鋼丸棒材及び板材とその製造方法
JPH02247355A (ja) * 1989-03-18 1990-10-03 Nippon Steel Corp 建築用耐熱ボルトおよびナットとそれらの製造方法
CN1039246C (zh) * 1995-05-03 1998-07-22 冶金工业部钢铁研究总院 一种无铬镍低碳低合金结构钢

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