KR102079312B1 - 고강도 볼트 - Google Patents

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Abstract

고강도를 가지며, 또한, 우수한 내수소 취화 특성을 갖는 고강도 볼트를 제공한다. 본 발명에 따른 볼트는, 질량%로, C：0.22~0.40%, Si：0.10~1.50%, Mn：0.20~0.40% 미만, P：0.020% 이하, S：0.020% 이하, Cr：0.70~1.45%, Al：0.005~0.060%, Ti：0.010~0.045%, B：0.0003~0.0040%, N：0.0015~0.0080%, 및 O：0.0020% 이하를 함유하며, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지고, 식 (1) 및 식 (2)를 만족하는 화학 조성을 가지며, 1000~1300MPa의 인장 강도를 갖는다.
0.50≤C＋Si/10＋Mn/5＋5Cr/22≤0.85 (1)
Si/Mn＞1.0 (2)
여기서, 식 (1) 및 식 (2)의 각 원소 기호에는, 대응하는 원소의 함유량(질량%)이 대입된다.

Description

고강도 볼트
본 발명은 볼트에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 고강도 볼트에 관한 것이다.
최근, 환경문제 등에 대응하기 위해, 자동차, 산업 기계, 건축 등에 이용되는 부재에 대해 경량화 및 고강도화가 요구되고 있다. 특히, 엔진 실린더 헤드 볼트, 커넥팅로드 볼트로 대표되는 자동차용 볼트에서는, 1000MPa 이상의 인장 강도가 요구되고 있다.
그러나, 볼트의 인장 강도가 1000MPa 이상의 고강도가 되면, 수소 취화 감수성이 높아지고, 내수소 취화(지연 파괴) 특성이 저하한다. 이러한 고강도 볼트의 소재로서, Mo 등의 합금 원소를 다량으로 함유하는 SCM강(JIS 규격), 및 V 등의 고가의 합금 원소를 함유하는 합금강 등이 이용되고 있다. 이들 합금강은, 선재로 제조되고, 또한 신선 및 냉간 단조되어 볼트로 제조된다.
상술한 합금강을 볼트로서 사용한 경우, 내수소 취화 특성이 높아진다. 그러나, 이들 합금강은 합금 원소를 다량으로 함유하므로, 강재 비용의 증가를 초래한다. 또 최근, 합금 원소의 가격이 상승하고 있으며, 수급 환경도 변동되기 쉽다. 그 때문에, 이들 합금 원소를 저감, 또는 생략하여 강재 비용을 억제하면서, 고강도화 및 우수한 내수소 취화 특성을 실현할 수 있는 볼트가 요구되고 있다.
강재 비용을 억제하기 위해서는, 강 중의 Mo 및 V 등의 합금 원소를 저감하면 된다. 합금 원소를 저감하면, 강재의 담금질성이 저하하여, 열간 압연하여 선재를 제조하였을 때에, 베이나이트 등의 경질 조직의 생성을 억제할 수 있다. 따라서, 연화 열처리를 생략 또는 간략화할 수 있어, 제조 비용이 저감된다. 그러나, 볼트를 고강도로 하는 것이 곤란해지며, 또한, 내수소 취화 특성도 저하한다.
그래서, Mo 및 V 등의 합금 원소를 대신하여, 붕소(B)를 함유한 고강도 볼트가 검토되고 있다. B는, Mo나 V 등의 합금 원소와 동일하게, 강의 담금질성을 높인다. 그러나, B 함유 강을 인장 강도가 1000MPa 이상인 고강도 볼트로서 사용한 경우, 내수소 취화 특성이 낮은 경우가 있다.
이 과제를 극복하기 위한 볼트가, 일본국 특허공개 2012-162798호 공보(특허문헌 1), 일본국 특허공개 평11-293401호 공보(특허문헌 2), 일본국 특허공개 평10-53834호 공보(특허문헌 3), 및 일본국 특허공개 2008-156678호 공보(특허문헌 4)에 제안되어 있다. 이들 문헌의 볼트에서는, B를 함유함으로써 담금질성을 높이고, 입계를 강화하여 강도를 높이며, 또한, 내수소 취화 특성도 높아지고 있다.
구체적으로는, 특허문헌 1에 개시된 고강도 볼트용 강은, 질량%로, C：0.20~0.40% 미만, Si：0.20~1.50%, Mn：0.30~2.0%, P：0.03% 이하(0%를 포함하지 않는다), S：0.03% 이하(0%를 포함하지 않는다), Ni：0.05~1.0%, Cr：0.01~1.50%, Cu：1.0% 이하(0%를 포함한다), Al：0.01~0.10%, Ti：0.01~0.1%, B：0.0003~0.0050% 및 N：0.002~0.010%를 각각 함유하고, Cu, Ni 및 Cr로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 합계로 0.10~3.0% 함유하며, 잔부가 철 및 불가피 불순물로 이루어진다. 이 강은 또한, Si의 함유량[Si]과 C의 함유량[C]의 비([Si]/[C])가 1.0 이상임과 더불어, 페라이트 및 펄라이트 조직이다. 이에 따라, 내지연 파괴성이 우수한 B 첨가 고강도 볼트가 얻어진다고 특허문헌 1에는 기재되어 있다.
특허문헌 1의 B 첨가 고강도 볼트에서는, Si 함유량을 C 함유량보다 높게 하여, Si에 의해 매트릭스의 강도를 높이고, 내지연 파괴성을 향상시키고 있다. 그러나, 고가의 Ni가 필수 원소로서 함유되므로, 강재 비용이 높아진다.
특허문헌 2에 개시된 볼트용 강은, 질량%로, C：0.10~0.45%, B：0.0003~0.0050%, Ti：0.01~0.1%, N：0.0025~0.010%를 포함하고, 또한 다른 성분으로서, Si：0.03~0.5%, Mn：0.3~1.5% 및 Al：0.01~0.10%를 함유하며, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어진다. 이 강은 또한, 하기 (1) 및 (2) 중 적어도 어느 하나의 요건을 만족한다. (1) 추출 잔사법에 의해 추출된 입경：0.1μm 초과의 석출물에 포함되는 Ti량이, 강재 중에 포함되는 총 Ti량의 60% 이상이다. (2) 추출 레플리카법에 의한 전자현미경 관찰에 의해 관찰되는 입경：0.01~0.2μm의 Ti계 석출물의 평균 개수가, 25μm2의 관찰 시야 내에서 10~500개이다. 이에 따라, 냉간 가공성과 내지연 파괴성이 우수한 B 함유 강으로 이루어지는 볼트가 얻어진다고 특허문헌 2에는 기재되어 있다.
그러나, 특허문헌 2의 볼트에서는, Si 함유량이 낮고, 또한, Si 및 Mn의 질량비가 1.0 미만이다. 그 때문에, 개재물의 제어가 어렵고, 내수소 취화 특성이 낮은 경우가 있다.
특허문헌 3에 개시된 고강도 볼트용 강은, 질량%로, B：0.0008~0.004%, C：0.4% 이하(0%를 포함하지 않는다), Ti：0.025~0.06%, N：0.006% 이하(0%를 포함하지 않는다)를 함유하며, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어진다. 이 강에서는 또한, 열간 압연 시의 페라이트 결정입도 FGc와 TiN을 제외한 Ti 화합물과의 관계가, [TiN을 제외한 Ti 화합물량/FGc1/2]×1000≥3을 만족한다. 이에 따라, 오스테나이트 결정입도 번호가 5 이상이 되어, 인장 강도가 785N/mm2를 초과하는 고강도 볼트가 얻어진다고 특허문헌 3에는 기재되어 있다.
그러나, 특허문헌 3의 고강도 볼트에서는, Mn 함유량이 높고, Cr 함유량이 낮은 경우, 내수소 취화 특성이 낮은 경우가 있다.
특허문헌 4에 개시된 고강도 볼트용 강은, 질량%로, C：0.15% 초과 0.30% 이하, Si：1.0% 이하, Mn：1.5% 이하, Ti：0.1% 이하, Mo：0.3% 이상, 0.5% 이하, B：0.0005% 이상, 0.01% 이하를 함유하며, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어진다. 이 강은, 담금질된 후, 100~400℃로 뜨임 처리가 실시되어, 담금질 후의 평균 구오스테나이트 입경이 10μm 이하인 강 조직이 된다. 이에 따라, 볼트 강도 범위가 약 1200~1600MPa 정도인 내지연 파괴 특성 및 내부식성이 우수한 고강도 볼트가 얻어진다고 특허문헌 4에는 기재되어 있다.
그러나, 특허문헌 4의 볼트에서는, Mo가 0.3~0.5질량% 함유되므로, 담금질성이 너무 높아진다. 그 때문에, 신선 및 냉간 단조 전에 장시간의 연화 열처리를 실시할 필요가 있다. 이 경우, 제조 비용이 대폭으로 증대되는 경우가 있다.
일본국 특허공개 2012-162798호 공보 일본국 특허공개 평11-293401호 공보 일본국 특허공개 평10-53834호 공보 일본국 특허공개 2008-156678호 공보
본 발명의 목적은, 고강도를 가지며, 또한, 우수한 내수소 취화 특성을 갖는 볼트를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 고강도 볼트는, 질량%로, C：0.22~0.40%, Si：0.10~1.50%, Mn：0.20~0.40% 미만, P：0.020% 이하, S：0.020% 이하, Cr：0.70~1.45%, Al：0.005~0.060%, Ti：0.010~0.045%, B：0.0003~0.0040%, N：0.0015~0.0080%, O：0.0020% 이하, Cu：0~0.50%, Ni：0~0.30%, Mo：0~0.04%, V：0~0.05%, 및 Nb：0~0.050%를 함유하며, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지고, 식 (1) 및 식 (2)를 만족하는 화학 조성을 가지며, 1000~1300MPa의 인장 강도를 갖는다.
0.50≤C＋Si/10＋Mn/5＋5Cr/22≤0.85 (1)
Si/Mn＞1.0 (2)
여기서, 식 (1) 및 식 (2)의 각 원소 기호에는, 대응하는 원소의 함유량(질량%)이 대입된다.
본 발명에 따른 고강도 볼트는, 고강도를 가지며, 또한, 우수한 내수소 취화 특성을 갖는다.
도 1은, 한계 확산 수소량과, 볼트 중의 Si/Mn의 관계를 나타내는 도면이다.
도 2는, 환상 V노치가 형성된 시험편의 측면도이다.
도 3은, 실시예로 제조한 나사의 측면도이다.
본 발명자들은, Mo, V 등의 고가의 합금 원소를 다량으로 함유하지 않으며, C, Si, Mn, Cr 및 B 등을 함유하는 B 함유 강을 이용하여, 볼트의 인장 강도, 내수소 취화 특성에 미치는 성분 및 조직에 대해 조사 검토를 행하였다. 그 결과, 본 발명자들은 다음의 지견을 얻었다.
［볼트의 인장 강도에 대해］
볼트의 인장 강도를 1000~1300MPa의 고강도로 하기 위해서는, 충분한 담금질성이 필요하다. 그러나, 담금질성이 너무 높으면, 냉간 가공성이 저하한다. 이 경우, 선재 등의 강재에 대해 신선 및 냉간 단조 등의 냉간 가공을 실시하기 전에, 강재의 연화를 목적으로 한 장시간의 연화 열처리를 여러 차례 실시하지 않으면 안 된다. 그 때문에, Mo, V 등의 합금 원소를 다량으로 함유하지 않아도, 제조 비용이 높아진다. 따라서, 장시간의 연화 열처리를 여러 차례 실시하지 않아도 냉간 가공이 가능하며, 또한, 상기 인장 강도가 얻어지는 담금질성을 갖는 강재가 바람직하다.
볼트의 화학 조성이 식 (1)을 만족하는 경우, 우수한 냉간 가공성 및 담금질성이 얻어진다.
0.50≤C＋Si/10＋Mn/5＋5Cr/22≤0.85 (1)
여기서, 식 (1) 중의 각 원소 기호에는, 대응하는 원소의 함유량(질량%)이 대입된다.
fn1=C＋Si/10＋Mn/5＋5Cr/22로 정의한다. C, Si, Mn, 및 Cr은 모두, 담금질성을 높이는 원소이다. 따라서, fn1은 담금질성 및 냉간 가공성의 지표가 된다.
fn1이 너무 낮으면, 충분한 담금질성이 얻어지지 않는다. 한편, fn1이 너무 높으면, 담금질성이 너무 높아진다. 이 경우, 볼트용 강이 선재에 압연되었을 때, 베이나이트가 생성되어, 강도 및 경도가 높아진다. 그 때문에, 다음 공정인 신선 공정, 및 냉간 단조 공정의 전에, 장시간의 연화 열처리를 여러 차례 실시하지 않으면, 충분한 냉간 가공성이 얻어지지 않는다. fn1이 식 (1)을 만족하면, 우수한 담금질성을 얻으면서, 장시간의 연화 열처리를 여러 차례 실시하지 않아도, 충분한 냉간 가공성이 얻어진다.
［내수소 취화 특성에 대해］
［Si/Mn과 내수소 취화 특성의 관계에 대해］
볼트의 인장 강도가 1000~1300MPa의 고강도여도, 식 (2)를 만족하면, 우수한 내수소 취화 특성이 얻어진다.
Si/Mn＞1.0 (2)
여기서, 식 (2) 중의 각 원소 기호에는, 대응하는 원소의 함유량(질량%)이 대입된다. 이후의 설명에서, fn2=Si/Mn으로 정의한다. fn2는 식 (2)의 좌변에 상당한다. 이하, 식 (2)에 대해 설명한다.
도 1은, 한계 확산 수소량 HR과, fn2의 관계를 나타내는 도면이다. 도 1은 다음의 방법에 의해 얻어졌다.
표 1에 나타내는 화학 조성을 갖는 강 a~m을 진공 용제하여 50kg의 잉곳을 제조하였다.
[표 1]
Figure 112018056927798-pct00001
제조된 잉곳을 1200~1300℃로 가열한 후, 열간 압연을 상정한 열간 단신(鍛伸)을 실시하여, 직경 15mm의 환봉을 제조하였다. 열간 단조 후의 환봉을 대기 중에서 방랭하였다. 이어서, 환봉에 대해, 볼트 성형 후의 열처리를 상정한 담금질 및 뜨임을 실시하여, 환봉의 인장 강도를 약 1200MPa로 조정하였다. 인장 강도가 조정된 환봉에 대해 기계 가공을 실시하여, 도 2에 나타내는 환상 V노치가 형성된 시험편을 제작하였다. 도 2 중의 단위가 나타나 있지 않은 수치는, 시험편의 대응하는 부위의 치수(단위는 mm)를 나타낸다. 도면 중의 「φ 수치」는, 지정되어 있는 부위의 직경(mm)을 나타낸다. 「60°」는, V노치 각도가 60°인 것을 나타낸다. 「0.175R」은, V노치 바닥 반경이 0.175mm인 것을 나타낸다.
전해 차지법을 이용하여, 각 강 a~m의 시험편 중에 다양한 농도의 수소를 도입하였다. 전해 차지법은 다음과 같이 실시하였다. 티오시안산암모늄 수용액 중에 시험편을 침지하였다. 시험편을 침지한 상태로, 시험편의 표면에 애노드 전위를 발생시켜 수소를 시험편 내에 도입하였다. 그 후, 각 시험편의 표면에 아연 도금 피막을 형성하여, 시험편 중의 수소의 산일을 방지하였다. 이어서, 시험편의 V노치 단면에 대해 공칭 응력 1080MPa의 인장 응력이 부하되도록 일정 하중을 부하하는 정하중 시험을 실시하였다. 시험 중에 파단된 시험편, 및 파단되지 않은 시험편에 대해, 가스 크로마토그래프 장치를 이용한 승온 분석법을 실시하여, 시험편 중의 수소량을 측정하였다. 측정 후, 각 강에 있어서, 파단되지 않은 시험편의 최대 수소량을 한계 확산성 수소량 Hc로 정의하였다.
또한, JIS G4053(2008)의 SCM435에 상당하는 화학 조성을 갖는 강 m의 한계 확산성 수소량 Href를 기준으로 하여, 한계 확산성 수소량비 HR(이하, 간단히 HR이라고 한다)을 다음의 식 (A)로 정의하였다.
HR=Hc/Href (A)
HR은 내수소 취화 특성의 지표이다. 얻어진 HR과 각 강의 fn2에 의거하여, 도 1을 작성하였다.
도 1을 참조하여, fn2가 증가할수록, 즉, Si 함유량의 Mn 함유량에 대한 비가 커질수록, HR은 현저하게 높아진다. 그리고, fn2가 1.0 이상이 되면, HR이 1.20 이상이 되어, 우수한 내수소 취화 특성이 얻어진다. 그리고, fn2가 1.0 이상인 경우, fn2가 증가해도, HR은 그다지 변화하지 않는다.
이상의 지견에 의거하여 완성한 본 발명에 따른 고강도 볼트는, 질량%로, C：0.22~0.40%, Si：0.10~1.50%, Mn：0.20~0.40% 미만, P：0.020% 이하, S：0.020% 이하, Cr：0.70~1.45%, Al：0.005~0.060%, Ti：0.010~0.045%, B：0.0003~0.0040%, N：0.0015~0.0080%, O：0.0020% 이하, Cu：0~0.50%, Ni：0~0.30%, Mo：0~0.04%, V：0~0.05%, 및 Nb：0~0.050%를 함유하며, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지고, 식 (1) 및 식 (2)를 만족하는 화학 조성을 가지며, 1000~1300MPa의 인장 강도를 갖는다.
0.50≤C＋Si/10＋Mn/5＋5Cr/22≤0.85 (1)
Si/Mn＞1.0 (2)
여기서, 식 (1) 및 식 (2)의 각 원소 기호에는, 대응하는 원소의 함유량(질량%)이 대입된다.
본 발명에 따른 고강도 볼트는 또한, 질량%로, Cu：0.02~0.50%, Ni：0.03~0.30%, Mo：0.01~0.04%, 및 V：0.005~0.05%로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.
본 발명에 따른 고강도 볼트는 또한, Nb：0.0015~0.050질량% 이하를 함유해도 된다.
바람직하게는, 고강도 볼트의 나사 바닥부에서, 나사 바닥부의 표층의 압축 잔류 응력의 절대치가 고강도 볼트의 인장 강도의 10~90%이다. 이 경우, 내수소 취화 특성이 더욱 높아진다.
이하, 본 발명에 따른 고강도 볼트에 대해 상술한다. 원소에 관한 「%」는, 특별히 언급하지 않는 한, 질량%를 의미한다.
［화학 조성］
본 실시형태의 고강도 볼트의 화학 조성은, 다음의 원소를 함유한다.
C：0.22~0.40%
탄소(C)는, 볼트의 담금질성을 높여, 담금질 및 뜨임 후의 볼트의 인장 강도를 1000MPa 이상으로 높인다. C 함유량이 0.22% 미만이면, 상기 효과가 얻어지지 않는다. 한편, C 함유량이 0.40%를 초과하면, 담금질성이 너무 높아진다. 이 경우, 열간 가공 후의 볼트용 강재의 강도가 너무 높아져, 냉간 가공성이 저하한다. 그 때문에, 신선 및 냉간 단조 등의 냉간 가공을 실시하기 전의 강재에 대해, 연화를 목적으로 한 장시간의 열처리를 여러 차례 실시하지 않으면 안 되어, 제조 비용이 높아진다. 열처리를 실시한 경우 또한, 내수소 취화 특성이 저하한다. 따라서, C 함유량은 0.22~0.40%이다. C 함유량의 바람직한 하한은 0.24%이며, 더욱 바람직하게는 0.26%이다. C 함유량의 바람직한 상한은 0.38%이며, 더욱 바람직하게는 0.35%이다.
Si：0.10~1.50%
규소(Si)는, 시멘타이트의 석출을 억제하여, 뜨임 연화 저항을 높인다. Si는 또한, 강을 탈산한다. 탈산 생성물의 MnO-SiO2는 유리화한 연질의 개재물이며, 열간 압연 중에 연신 및 분단되어 미세화된다. 그 때문에, 내수소 취화 특성이 높아진다. Si 함유량이 0.10% 미만이면, 상술한 효과가 얻어지지 않는다. 한편, S 함유량이 1.50%를 초과하면, 강도가 너무 높아진다. 이 경우, 강의 연성 및 냉간 단조성이 저하한다. 따라서, Si 함유량은, 0.10~1.50%이다. Si 함유량의 바람직한 하한은 0.35% 초과이며, 더욱 바람직하게는 0.40%이고, 더욱 바람직하게는 0.45%이며, 더욱 바람직하게는 0.50% 초과이다. Si 함유량의 바람직한 상한은 1.20%이며, 더욱 바람직하게는 1.00%이다.
Mn：0.20~0.40% 미만
망간(Mn)은, 담금질성을 높여 볼트의 인장 강도를 1000MPa 이상으로 한다. Mn은 또한, Si와 결합하여 개재물(MnO-SiO2)을 형성한다. 이 개재물은 연질이며, 열간 압연 중에 연신 및 분단되어 미세화되므로, MnO-SiO2의 밀도가 저감되고, 내수소 취화성이 높아진다. Mn 함유량이 0.20% 미만이면, 이 효과가 얻어지지 않는다. 한편, Mn 함유량이 0.40% 이상이면, 입계에 편석하여 입계 파괴를 조장한다. 따라서, Mn 함유량은, 0.20~0.40% 미만이다. Mn 함유량의 바람직한 하한은 0.22%이며, 더욱 바람직하게는 0.25%이다. Mn 함유량의 바람직한 상한은 0.38%이며, 더욱 바람직하게는 0.35%이다.
P：0.020% 이하
인(P)은 불순물이다. P는, 결정립계에 편석하여 냉간 가공성을 저하시키고, 볼트의 내수소 취화 특성을 저하시킨다. 따라서, P 함유량은 0.020% 이하이다. P 함유량의 바람직한 상한은 0.015%이다. P 함유량은 가능한 한 낮은 것이 바람직하다.
S：0.020% 이하
유황(S)은 불순물이다. S는 황화물을 형성하여 냉간 가공성을 저하시키고, 볼트의 내수소 취화 특성을 저하시킨다. 따라서, S 함유량은 0.020% 이하이다. S 함유량의 바람직한 상한은 0.010%이며, 더욱 바람직하게는 0.008%이다. S 함유량은 가능한 한 낮은 것이 바람직하다.
Cr：0.70~1.45%
크롬(Cr)은, 담금질성을 높여 볼트의 인장 강도를 1000MPa 이상으로 한다. Cr은 또한, 볼트의 내수소 취화 특성을 높인다. Cr 함유량이 0.70% 미만이면, 이러한 효과가 얻어지지 않는다. 한편, Cr 함유량이 1.45%를 초과하면, 담금질성이 너무 높아져, 볼트용 강재의 냉간 가공성이 저하한다. 따라서, Cr 함유량은 0.70~1.45%이다. Cr 함유량의 바람직한 하한은 0.90%이다. Cr 함유량의 바람직한 상한은 1.20%이다.
Al：0.005~0.060%
알루미늄(Al)은 강을 탈산한다. Al 함유량이 0.005% 미만이면, 이 효과가 얻어지지 않는다. 한편, Al 함유량이 0.060%를 초과하면, 조대한 산화물계 개재물이 생성되어 냉간 가공성이 저하한다. 따라서, Al 함유량은 0.005~0.060%이다. Al 함유량의 바람직한 하한은 0.010%이다. Al 함유량의 바람직한 상한은 0.055%이다. 본 발명에 따른 고강도 볼트의 화학 조성에서, Al 함유량은, 강재 중에 함유하는 전 Al량을 의미한다.
Ti：0.010~0.045%
티탄(Ti)은 강 중의 N과 결합하여 질화물(TiN)을 형성한다. TiN의 생성에 의해, BN의 생성이 억제되고, 고용 B량이 증가한다. 그 결과, 강재의 담금질성이 높아진다. Ti는 또한, C와 결합하여 탄화물(TiC)을 형성하여 결정립을 미세화한다. 이에 따라, 볼트의 내수소 취화 특성이 높아진다. Ti 함유량이 0.010% 미만이면, 이러한 효과가 얻어지지 않는다. 한편, Ti 함유량이 0.045%를 초과하면, 조대한 TiN이 다량으로 생성된다. 이 경우, 냉간 가공성 및 내수소 취화 특성이 저하한다. 따라서, Ti 함유량은 0.010~0.045%이다. Ti 함유량의 바람직한 하한은 0.015%이다. Ti 함유량의 바람직한 상한은 0.040%이다.
B：0.0003~0.0040%
붕소(B)는 강의 담금질성을 높인다. B는 또한, P의 입계 편석을 억제하고, 볼트의 내수소 취화 특성을 높인다. B 함유량이 0.0003% 미만이면, 이러한 효과가 얻어지지 않는다. 한편, B 함유량이 0.0040%를 초과하면, 담금질성 향상의 효과가 포화된다. 또한, 조대한 BN이 생성되어 냉간 가공성이 저하한다. 따라서, B 함유량은 0.0003~0.0040%이다. B 함유량의 바람직한 하한은 0.0005%이다. B 함유량의 바람직한 상한은 0.0025%이다.
N：0.0015~0.0080%
질소(N)는, 강 중의 Ti와 결합하여 질화물을 생성하고, 결정립을 미세화한다. N 함유량이 0.0015% 미만이면, 이 효과가 얻어지지 않는다. 한편, N 함유량이 0.0080%를 초과하면, 그 효과가 포화된다. 또한, N이 B와 결합하여 질화물을 생성하고, 고용 B량을 저하시킨다. 이 경우, 강의 담금질성이 저하한다. 따라서, N 함유량은 0.0015~0.0080%이다. N 함유량의 바람직한 하한은 0.0020%이다. N 함유량의 바람직한 상한은 0.0070%이다.
O：0.0020% 이하
산소(O)는 불순물이다. O는 산화물을 형성하여 냉간 가공성을 저하시킨다. O 함유량이 0.0020%를 초과하면, 산화물이 다량으로 생성됨과 더불어, MnS가 조대화하여, 냉간 가공성이 현저하게 저하한다. 따라서, O 함유량은 0.0020% 이하이다. O 함유량의 바람직한 상한은 0.0018%이다. O 함유량은 가능한 한 낮은 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 고강도 볼트의 화학 조성의 잔부는, Fe 및 불순물로 이루어진다. 여기서 불순물이란, 고강도 볼트를 공업적으로 제조할 때에, 원료로서의 광석, 스크랩, 또는 제조 환경 등으로부터 혼입되는 것으로서, 본 발명에 악영향을 주지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다.
［임의 원소에 대해］
상술한 고강도 볼트는 또한, Fe의 일부를 대신하여, Cu, Ni, Mo, 및 V로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 함유해도 된다. 이들 원소는 모두 임의 원소이며, 강의 담금질성을 높인다.
Cu：0~0.50%
구리(Cu)는 임의 원소이며, 함유되지 않아도 된다. 함유되는 경우, Cu는 강의 담금질성을 높인다. 그러나 Cu 함유량이 0.50%를 초과하면, 담금질성이 너무 높아져 냉간 가공성이 저하한다. 따라서, Cu 함유량은 0~0.50%이다. 상기 효과를 보다 유효하게 얻기 위한 Cu 함유량의 바람직한 하한은 0.02%이며, 더욱 바람직하게는 0.05%이다. Cu 함유량의 바람직한 상한은 0.30%이며, 더욱 바람직하게는 0.20%이다.
Ni：0~0.30%
니켈(Ni)은 임의 원소이며, 함유되지 않아도 된다. 함유되는 경우, Ni는 강의 담금질성을 높이고, 또한, 담금질 후의 강재의 인성을 높인다. 그러나, Ni 함유량이 0.30%를 초과하면, 담금질성이 너무 높아져 냉간 가공성이 저하한다. 따라서, Ni 함유량은 0~0.30%이다. 상기 효과를 보다 유효하게 얻기 위한 Ni 함유량의 바람직한 하한은 0.03%이며, 더욱 바람직하게는 0.05%이다. Ni 함유량의 바람직한 상한은 0.20%이며, 더욱 바람직하게는 0.10%이다.
Mo：0~0.04%
몰리브덴(Mo)은 임의 원소이며, 함유되지 않아도 된다. 함유되는 경우, Mo는 강의 담금질성을 높인다. 그러나, Mo 함유량이 0.04%를 초과하면, 담금질성이 너무 높아져, 고강도 볼트용 강재의 냉간 가공성이 저하한다. 따라서, Mo 함유량은 0~0.04%이다. 상기 효과를 보다 유효하게 얻기 위한 Mo 함유량의 바람직한 하한은 0.01%이며, 더욱 바람직하게는 0.015%이다. Mo 함유량의 바람직한 상한은 0.03%이며, 더욱 바람직하게는 0.025%이다.
V：0~0.05%
바나듐(V)은 임의 원소이며, 함유되지 않아도 된다. 함유되는 경우, V는 강의 담금질성을 높인다. V는 또한, 탄화물, 질화물 또는 탄질화물을 형성하여 결정립을 미세화한다. 그러나, V 함유량이 0.05%를 초과하면, 탄화물 등이 조대화하여 냉간 가공성을 저하시킨다. 따라서, V 함유량은 0~0.05%이다. 상기 효과를 보다 유효하게 얻기 위한 V 함유량의 바람직한 하한은 0.005%이다. V 함유량의 바람직한 상한은 0.03%이며, 더욱 바람직하게는 0.02%이다.
본 발명에 따른 고강도 볼트의 화학 조성은 또한, Fe의 일부를 대신하여, Nb를 함유해도 된다.
Nb：0~0.050%
니오브(Nb)는 임의 원소이며, 함유되지 않아도 된다. 함유되는 경우, Nb는 C 및 N과 결합하여, 탄화물, 질화물 또는 탄질화물을 형성하여, 결정립을 미세화한다. Nb는 또한, 볼트의 내수소 취화 특성을 높인다. 그러나, Nb 함유량이 0.050%를 초과하면, 조대한 탄화물 등이 생성되어 강재의 냉간 가공성이 저하한다. 따라서, Nb 함유량은 0~0.050%이다. 상기 효과를 보다 유효하게 얻기 위한 Nb 함유량의 바람직한 하한은 0.0015%이다. Nb 함유량의 바람직한 상한은 0.040%이며, 더욱 바람직하게는 0.030%이다.
［식 (1)에 대해］
본 발명에 따른 고강도 볼트의 화학 조성은 또한, 식 (1)을 만족한다.
0.50≤C＋Si/10＋Mn/5＋5Cr/22≤0.85 (1)
식 (1) 중의 각 원소 기호에는, 대응하는 원소의 함유량(질량%)이 대입된다. 대응하는 원소가 불순물 레벨인 경우, 식 (1)의 대응하는 원소 기호에는 「0」이 대입된다.
fn1=C＋Si/10＋Mn/5＋5Cr/22는, 강재의 강도 및 냉간 가공성의 지표이다. fn1은 강재의 탄소 당량을 나타낸다. fn1이 너무 낮으면, 충분한 담금질성이 얻어지지 않아, 강도가 얻어지지 않는다. 한편, fn1이 너무 높으면, 담금질성이 너무 높아진다. 이 경우, 고강도 볼트용 강이 선재에 압연되었을 때, 베이나이트가 생성되며, 강재의 강도 및 경도가 너무 높아진다. 그 때문에, 다음 공정인 신선 공정, 및 냉간 단조 공정의 전에, 장시간의 연화 열처리를 여러 차례 실시하지 않으면, 충분한 냉간 가공성이 얻어지지 않는다. fn1이 0.50~0.85이면, 우수한 담금질성을 얻으면서, 장시간의 연화 열처리를 실시하지 않아도, 충분한 냉간 가공성이 얻어진다. fn1의 바람직한 하한은 0.53이다. fn1의 바람직한 상한은 0.83이다.
［식 (2)에 대해］
본 발명에 따른 고강도 볼트의 화학 조성은 또한, 식 (2)를 만족한다.
Si/Mn＞1.0 (2)
여기서, 식 (2)의 각 원소 기호에는, 대응하는 원소의 함유량(질량%)이 대입된다. 대응하는 원소가 불순물 레벨인 경우, 식 (2)의 대응하는 원소 기호에는 「0」이 대입된다.
fn2=Si/Mn으로 정의한다. Si 및 Mn은, 탈산의 과정에서 MnO-SiO2를 생성한다. MnO-SiO2는, 융점이 1250℃ 정도이다. 그 때문에, 응고 전의 용탕 중에서는 액체이지만, 응고 후의 강편 중에서는 고체가 되어, 유리화한 연질의 개재물이 된다. 이 개재물은, 열간 압연 중에 연신 및 분단되어 미세화된다. 그 때문에, 피로 강도가 향상되고, 내수소 취화 특성이 향상된다. 미세한 MnO-SiO2를 얻기 위해서는, Si의 Mn에 대한 비율을 적정하게 제어할 필요가 있다. 이 지표가 fn2이다.
도 1을 참조하여, fn2가 증가할수록, HR은 현저하게 높아진다. fn2가 1.0을 초과한 경우, HR이 1.2 이상이 되어, 우수한 내수소 취화 특성이 얻어진다. 그리고, fn2가 1.0 이상인 경우, fn2가 증가해도, HR은 그다지 증가하지 않는다. 즉, fn2에 대한 HR은, fn2=1.0 부근에서 변곡점을 갖는다. 따라서, 식 (2)에 나타내는 바와 같이, fn2＞1.0이다. fn2의 바람직한 하한은 1.1이다.
［나사 바닥부의 압축 잔류 응력에 대해］
바람직하게는, 본 발명에 따른 고강도 볼트의 나사 바닥부에서, 나사 바닥부의 표층의 압축 잔류 응력의 절대치는 고강도 볼트의 인장 강도의 10~90%이다.
이 경우, 볼트 체결 시에 나사 바닥에 걸리는 인장 응력은 압축 잔류 응력과 상쇄된다. 이 때문에, 기점부의 응력 상태는 완화되고, 수소 취화에 따른 파단이 발생하기 어려워진다. 압축 잔류 응력(의 절대치)이 인장 강도(의 절대치)의 10% 미만이면, 압축 잔류 응력에 의한 인장 응력 상쇄 효과는 불충분해져, 우수한 내수소 취화 특성이 얻어지지 않는다. 한편, 압축 잔류 응력(의 절대치)이 인장 강도(의 절대치)의 90%를 초과하면, 상기 효과가 포화된다. 따라서, 압축 잔류 응력은 인장 강도의 10~90%이다.
여기서 「표층」이란, 고강도 볼트의 표면으로부터 중심축을 향해 50μm 깊이까지의 범위를 가리킨다. 압축 잔류 응력은, 공지의 X선법으로 측정된다. 구체적으로는, JIS B2711(2013)에 준거하여, X선 회절을 이용한 X선 응력 측정법을 이용한다. 측정은 특성 X선의 종류：MnKα선, Cr 필터, 기준 회절각 2θ0：152.0°, η각 14.0°, X선 응력 상수 K：-336MPa/°를 이용하여 행한다. 또, 측정 부위는, 나사 바닥부의 중앙 위치를 중심으로 한다. 인장 강도는, JIS Z2241(2011)에 준거하여 구한다.
［제조 방법］
본 발명에 따른 고강도 볼트의 제조 방법의 일례에 대해 설명한다. 처음에, 주지의 제조 방법에 의해 고강도 볼트용 강재를 제조한다(소재 제조 공정). 그 후, 고강도 볼트용 강재를 이용하여, 고강도 볼트를 제조한다(고강도 볼트 제조 공정). 이하, 각 공정에 대해 설명한다.
［소재 제조 공정］
상술한 화학 조성을 갖는 용강을 제조한다. 용강을 이용하여 연속 주조법에 의해 주편을 제조한다. 또는, 용강을 이용하여 조괴법에 의해 잉곳을 제조한다. 제조된 주편 또는 잉곳을 분괴 압연하여 강편으로 한다. 강편을 열간 가공하여, 고강도 볼트용 강재(선재)로 한다. 열간 가공은 예를 들면, 열간 압연이다.
［고강도 볼트 제조 공정］
고강도 볼트 제조 공정에서는, 고강도 볼트용 강재를 이용하여 고강도 볼트를 제조한다. 고강도 볼트 제조 공정은, 신선 공정, 냉간 단조 공정, 나사 가공 공정, 및 담금질 및 뜨임 공정을 포함한다. 이하, 각각의 공정에 대해 설명한다.
［신선 공정］
처음에, 선재에 대해 신선 가공을 실시하여 강선을 제조한다. 신선 가공은, 1차 신선만이어도 되고, 2차 신선 등, 여러 차례의 신선 가공을 실시해도 된다. 신선 시에, 선재의 표면에 윤활 피막을 형성한다. 윤활 피막은 예를 들면, 인산염 피막이나 비인계의 윤활 피막이다.
바람직하게는, P를 함유하지 않는 윤활 피막을 이용한다. 또는, 인산염 피막을 이용한 경우, 후술의 담금질 공정 전에, 강재(강선) 표면을 세정 또는 산세하여, 인산염 피막을 표면으로부터 제거한다. 세정은 예를 들면 주지의 알칼리 세정이다.
［냉간 단조 공정］
신선 후의 강재를 소정의 길이로 절단하고, 절단된 강재에 대해 냉간 단조를 실시하여 고강도 볼트를 제조한다.
［연화 열처리에 대해］
종전의 고강도 볼트의 제조 방법에서는, 강도가 너무 높은 볼트용 강재(선재)의 연화를 목적으로 하여, 신선 가공 전 및 냉간 단조 전에, 연화 열처리를 여러 차례 실시하고 있다. 그러나, 본 발명에 따른 고강도 볼트에서는, 식 (1)을 만족함으로써, 이러한 연화 열처리를 간소화한다. 이에 따라, 연화 열처리의 실시에 따른 제조 비용의 상승을 억제할 수 있으며, 또한, 고강도 볼트의 내수소 취화 특성을 높일 수 있다.
［나사 가공 공정］
냉간 단조에 의해 제조된 고강도 볼트에 대해, 주지의 조건으로 전조 가공을 실시하여, 나사산을 형성한다.
［담금질 및 뜨임 공정］
나사 가공 후의 고강도 볼트에 대해, 주지의 조건으로 담금질 및 뜨임을 실시하여, 고강도 볼트의 인장 강도를 1000~1300MPa로 조정한다. 인장 강도가 1000MPa 미만에서는, 볼트의 강도가 부족하다. 한편, 인장 강도가 1300MPa를 초과하는 경우, 수소 감수성이 높아지고, 내수소 취화 특성이 저하한다. 따라서, 고강도 볼트의 인장 강도는 1000~1300MPa이다. 신선 공정 시에 인산염 피막으로 대표되는 P를 함유하는 윤활 피막을 이용하는 경우, 상술한 바와 같이, 바람직하게는, 담금질을 실시하기 전에, 강재(강선)의 표면을 알칼리 세정한다.
［압축 잔류 응력 부여 공정］
바람직하게는, 담금질 및 뜨임 후의 고강도 볼트에 대해 주지의 압축 잔류 응력 부여 공정을 실시하여, 나사 바닥부의 표층의 압축 잔류 응력을 고강도 볼트의 인장 강도의 10~90%로 한다. 주지의 압축 잔류 응력 부여 공정은 예를 들면, 쇼트피닝 가공이다. 쇼트피닝 가공의 조건을 적절히 조정함으로써, 나사 바닥부의 표층의 압축 잔류 응력을 고강도 볼트의 인장 강도의 10~90%로 할 수 있다.
상술한 제조 방법에서는, 담금질 뜨임 전에 나사 가공 공정(전전조 공정)을 실시하였지만, 전전조 공정을 대신하여, 담금질 뜨임 후에 나사 가공 공정(후전조 공정)을 실시해도 된다. 이 경우, 나사 바닥부의 표층에, 고강도 볼트의 인장 강도의 10~90%의 압축 잔류 응력을 부여할 수 있다. 후전조 공정의 경우, 쇼트피닝 가공을 실시하지 않아도 된다.
이상의 제조 공정에 의해, 본 발명의 고강도 볼트가 제조된다.
실시예
표 2의 화학 조성을 갖는 용강을 제조하였다.
[표 2]
Figure 112018056927798-pct00002
표 2를 참조하여, 상술한 바와 같이, 강 L은 JIS G4053(2008)의 SCM435에 상당하는 화학 조성을 갖는다.
용강을 이용하여 연속 주조법에 의해 횡단면이 162mm×162mm인 빌릿을 제조하였다. 빌릿을 열간 가공(열간 압연)하여, 직경 11.5mm의 선재를 제조하였다.
표 3에 나타내는 각 시험번호의 선재에 대해, 신선 가공을 실시하여 강선을 제조하였다. 이 때, 연화를 목적으로 한 열처리를 행하였다. 열처리 온도는 750℃, 열처리 시간은 60분이며, 열처리 후는 서냉을 행하였다. 또한, 탈지 및 산세를 행한 후, 인산아연 처리(75℃, 침지 시간 600sec) 및 금속비누 처리(80℃, 침지 시간 180sec)를 실시하여, 표면에 인산아연 피막 및 금속비누 피막으로 이루어지는 윤활 처리막을 형하였다. 그 후 마무리 신선 가공을 행하여, 직경 10.5mm의 강선을 제조하였다. 이 강선을 고강도 볼트 단조용의 소재로 하였다.
[표 3]
Figure 112018056927798-pct00003
각 시험번호의 강선에 대해 냉간 단조를 실시하여 도 3에 나타내는 고강도 볼트를 제조하였다. 구체적으로는, 냉간 단조는 2공정으로 행하였다. 1공정째에서는, 고강도 볼트의 축부를 밀어 넣어 성형하였다. 2공정째에서는, 고강도 볼트의 헤드부 및 플랜지부를 성형하는 가공을 행할 수 있도록 금형을 설계하여, 유압 단조 프레스기에 장착하여, 냉간 단조를 행하였다. 도면 중의 각 수치는, 대응하는 부위의 치수(mm)를 나타낸다. 도면 중의 「φ 수치」는, 지정되어 있는 부위의 직경(mm)을 나타낸다. 도면 중의 「수치 °」는, 지정되어 있는 부위의 각도(°)를 나타낸다. 「R 수치」는, 지정되어 있는 부위의 곡률 반경(mm)을 나타낸다. 도면 중의 「M7×1.0」은, 외경이 7mm, 피치가 1.0mm인 것을 나타낸다.
고강도 볼트를 성형한 후, 고강도 볼트를 육안으로 관찰하여 균열 발생의 유무를 조사하였다. 균열이 관찰된 것은, 볼트 성형 불가로 하였다.
균열이 관찰되지 않은 시험번호의 고강도 볼트에 대해, 표 3에 나타내는 온도로 담금질 및 뜨임 처리를 실시하였다. 담금질 처리를 실시하기 전에, 고강도 볼트 표면을 알칼리 세정하여 인산염 피막을 제거하였다.
담금질 처리에서는, 표 3에 나타내는 담금질 온도(℃)로 40분 유지한 후, 유냉하였다. 뜨임 처리에서는, 표 3에 나타내는 뜨임 온도로 70분 유지하였다. 이상의 공정에 의해, 고강도 볼트를 제조하였다. 또한, 원하는 볼트 인장 강도(1000~1300MPa)를 얻기 위한 뜨임 처리 온도가 435℃ 미만이 되는 경우에 대해서는, 강도 부족으로 판단하여, 내수소 취화 특성 평가는 실시하지 않으며, 본 발명의 대상 외로 판단하였다.
시험번호 1~6, 9, 10, 및 12~14의 강선에 대해, 담금질 및 뜨임 처리 후에 전조 가공을 실시하여, 나사 가공과 함께 나사 바닥부의 표면에 잔류 응력을 부여하였다. 시험번호 13 및 시험번호 14의 강선에 대해서는, 담금질 및 뜨임 처리 전에 전조 가공을 실시하였다. 나사 바닥부의 표층의 압축 잔류 응력을, JIS B2711(2013)에 준거하여, X선 회절을 이용한 X선 응력 측정법을 이용하여 측정하였다. 측정은 특성 X선의 종류：MnKα선, Cr 필터, 기준 회절각 2θ0：152.0°, η각 14.0°, X선 응력 상수 K：-336MPa/°를 이용하여 행하였다. 또, 측정 부위는, 나사 바닥부의 중앙 위치를 중심으로 하였다.
［인장 시험］
JIS B1051(2000)에 준거하여, 실온(25℃), 대기 중에서 각 시험번호의 담금질 및 뜨임 처리, 또는 전조 가공 후의 고강도 볼트의 인장 강도(MPa)를 측정하였다. 측정 결과를 표 3에 나타낸다.
［내수소 취화 특성 평가 시험］
각 시험번호의 담금질 및 뜨임 처리, 또는 전조 가공 후의 고강도 볼트에 대해, 도 2에 나타내는 환상 V노치 시험편을 제작하여, 전해 차지법을 이용해, 여러 가지 농도의 수소를 도입하였다. 전해 차지법은 다음과 같이 실시하였다. 티오시안산암모늄 수용액 중에 고강도 볼트를 침지하였다. 고강도 볼트를 침지한 상태로, 고강도 볼트의 표면에 애노드 전위를 발생시켜 수소를 고강도 볼트 내에 도입하였다.
고강도 볼트 내에 수소를 도입한 후, 고강도 볼트 표면에 아연 도금 피막을 형성하여, 고강도 볼트 중의 수소의 산일을 방지하였다. 이어서, 고강도 볼트의 인장 강도의 95%의 인장 강도를 부하한 정하중 시험을 실시하였다. 시험 중에 파단된 고강도 볼트, 및 파단되지 않은 고강도 볼트에 대해, 가스 크로마토그래프 장치를 이용한 승온 분석법을 실시하여, 고강도 볼트 중의 수소량을 측정하였다. 측정 후, 각 시험번호에 있어서, 파단되지 않은 시험편의 최대 수소량을 한계 확산성 수소량 Hc로 정의하였다.
또한, 종래의 볼트로 사용되고 있는 JIS 규격에서의 SCM435에 상당하는 화학 조성을 갖는 시험번호 14의 강선의 한계 확산 수소량을, 한계 확산성 수소량비 HR의 기준(Href)으로 하였다. 한계 확산성 수소량 Href를 기준으로 하여, 식 (A)를 이용해 한계 확산성 수소량비 HR을 구하였다. 내수소 취화 특성 평가로서, HR이 1.2 이상인 것을 합격으로 하고(표 3 중에서 「○」), 1.2 미만인 것을 불합격(표 3 중에서 「×」)으로 하였다.
［시험 결과］
표 3에 시험 결과를 나타낸다.
시험번호 1~6의 고강도 볼트의 화학 조성은 적절하였다. 또한, fn1은 식 (1)을 만족하고, fn2는 식 (2)를 만족하였다. 또 고강도 볼트의 나사 바닥부 표면의 압축 잔류 응력의 절대치가 고강도 볼트의 인장 강도의 10~90%의 범위를 만족하였다. 그 결과, 이들 시험번호의 고강도 볼트는, 인장 강도가 1000~1300MPa로 고강도임에도 불구하고, 한계 확산성 수소량비 HR이 1.20 이상이 되어, 내수소 취화 특성이 우수하였다.
시험번호 7 및 시험번호 8의 고강도 볼트의 화학 조성은 적절하였다. 또한, fn1은 식 (1)을 만족하고, fn2는 식 (2)를 만족하였다. 그 결과, 이들 시험번호의 고강도 볼트는, 인장 강도가 1200MPa로 고강도임에도 불구하고, 한계 확산성 수소량비 HR이 1.20 이상이 되어, 내수소 취화 특성이 우수하였다. 단, 고강도 볼트의 나사 바닥부 표면의 압축 잔류 응력의 절대치가 고강도 볼트의 인장 강도의 10% 미만이었기 때문에, 시험번호 1~6에 비해 HR이 낮았다.
한편, 시험번호 9의 Mn 함유량은 너무 높았다. 그 때문에, HR이 1.20 미만으로 낮고, 내수소 취화 특성이 낮았다.
시험번호 10의 고강도 볼트에서는, fn1이 식 (1)의 하한 미만이었다. 그 때문에 인장 강도가 1000MPa 미만이었다.
시험번호 11의 고강도 볼트에서는, fn1이 식 (1)의 상한을 초과하였다. 그 때문에, 고강도 볼트용 강재(선재)의 냉간 가공성이 낮고, 냉간 단조 후의 고강도 볼트에 균열이 관찰되었기 때문에, 그 후의 처리 및 시험은 행하지 않았다.
시험번호 12 및 시험번호 13에서는, fn2가 식 (2)를 만족하지 않았다. 그 때문에, HR이 1.20 미만이 되어, 내수소 취화 특성이 낮았다.
시험번호 15의 고강도 볼트에서는, Ti 함유량이 너무 높았다. 그 때문에, 고강도 볼트용 강재(선재)의 냉간 가공성이 낮고, 냉간 단조 후의 고강도 볼트에 균열이 관찰되었기 때문에, 그 후의 처리 및 시험은 행하지 않았다.
이상, 본 발명의 실시형태를 설명하였다. 그러나, 상술한 실시형태는 본 발명을 실시하기 위한 예시에 지나지 않는다. 따라서, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되지 않으며, 그 취지를 벗어나지 않는 범위 내에서 상술한 실시형태를 적절히 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (5)

  1. 질량%로,
    C：0.22~0.40%,
    Si：0.10~1.50%,
    Mn：0.20% 이상 0.40% 미만,
    P：0.020% 이하,
    S：0.020% 이하,
    Cr：0.70~1.45%,
    Al：0.005~0.060%,
    Ti：0.010~0.045%,
    B：0.0003~0.0040%,
    N：0.0015~0.0080%,
    O：0.0020% 이하,
    Cu：0~0.50%,
    Ni：0~0.30%,
    Mo：0~0.04%,
    V：0~0.05%, 및
    Nb：0~0.050%를 함유하며, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지고, 식 (1) 및 식 (2)를 만족하는 화학 조성을 가지며,
    1000~1300MPa의 인장 강도를 갖는, 고강도 볼트.
    0.50≤C＋Si/10＋Mn/5＋5Cr/22≤0.85 (1)
    Si/Mn＞1.0 (2)
    여기서, 식 (1) 및 식 (2)의 각 원소 기호에는, 대응하는 원소의 함유량(질량%)이 대입된다.
  2. 청구항 1에 있어서,
    질량%로,
    Cu：0.02~0.50%,
    Ni：0.03~0.30%,
    Mo：0.01~0.04%, 및
    V：0.005~0.05%로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는, 고강도 볼트.
  3. 청구항 1에 있어서,
    질량%로,
    Nb：0.0015~0.050%를 함유하는, 고강도 볼트.
  4. 청구항 2에 있어서,
    질량%로,
    Nb：0.0015~0.050%를 함유하는, 고강도 볼트.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고강도 볼트의 나사 바닥부에 있어서, 나사 바닥부의 표층의 압축 잔류 응력의 절대치가 고강도 볼트의 인장 강도의 10~90%인, 고강도 볼트.
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