CN105793456B

CN105793456B - 螺栓用钢丝和螺栓及其制造方法

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Publication number: CN105793456B
Application number: CN201480064680.1A
Authority: CN
Inventors: 松本洋介; 千叶政道
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2013-12-02
Filing date: 2014-11-27
Publication date: 2017-09-29
Anticipated expiration: 2034-11-27
Also published as: TWI579382B; US20170159693A1; KR20160088372A; EP3078758A1; JP2015105428A; TW201544599A; EP3078758B1; JP6031022B2; WO2015083599A1; EP3078758A4; CA2931047C; KR101808471B1; CA2931047A1; CN105793456A; MX2016007120A

Abstract

提供一种即使对于SCM钢、SCr钢省略或减少Mo、Cr，仍具有与规格合金钢同样的耐延迟断裂性，抗拉强度为1000～1400MPa的高强度螺栓，和用于制造这样的高强度螺栓的螺栓用钢丝，以及用于制造它们的有用的方法。本发明的螺栓用钢丝，满足既定的化学成分组成，并且螺栓用钢丝表面的B含量中，设螺栓用钢丝的直径为D₀，所述螺栓用钢丝的D₀/4部的B含量为100％时，螺栓用钢丝表面的B含量的比例以平均计为75％以下，并且该比例的最大值与最小值的差为25％以下，从螺栓用钢丝表面至100μm深的区域中的旧奥氏体结晶粒度号数为No.8以上。

Description

螺栓用钢丝和螺栓及其制造方法

技术领域

本发明涉及汽车和各种工业机械等所用的螺栓、和用于制造上述螺栓的螺栓用钢丝、及其制造方法。详细地说，是涉及即使抗拉强度为1000～1400MPa的高强度，仍发挥着优异的耐延迟断裂性的高强度螺栓、和用于制造上述高强度螺栓的螺栓用钢丝、以及用于制造它们的有用的方法。

背景技术

用于上述各用途的螺栓，若抗拉强度为1000MPa以上，则容易发生延迟断裂。至今为止，在抗拉强度为1000MPa以上的高强度螺栓中，作为其原材，大多使用JIS G 4053所规定的SCM(Steel Chromium Molybdenum)钢、SCr(Steel Chromium)钢等的规格合金钢。然而，近年来从成本节约化的观点出发，能够省略螺栓制造时的球化退火和拉丝加工工序或使之简化的加硼(B)钢，作为原材被广泛普及。

加B钢是对于前述的SCM钢、SCr钢，通过添加B来替代Mo、Cr的省略或减少，以填补淬火性，而且相比SCM钢和SCr钢，以低温进行回火处理，从而实现1000～1400MPa左右的抗拉强度。但是，加B钢与SCM钢和SCr钢等的规格合金钢相比，一般耐延迟断裂性较差。因此，对于进一步提高加B钢的耐延迟断裂性的技术，至今为止经历了各种研究。

作为使加B钢的耐延迟断裂性提高的技术，例如提出有专利文献1、2的技术。在专利文献1、2中，基本上是通过防止晶粒的粗大化而使耐延迟断裂性提高。其中在专利文献1中，对于加热到1050℃以上的轧制原材进行轧制而成为线材之后，控制截止到600℃以下的温度的冷却速度，使TiC和Ti(CN)析出，从而防止晶粒粗大化。另外在专利文献2中，通过规定除去TiN以外的Ti化合物和热轧后的铁素体结晶粒度，而防止晶粒的粗大化。但是，仅仅凭晶粒的粗大化防止，尚不能确保同规格合金钢同样的耐延迟断裂性。

另一方面，在专利文献3中，提出的是关于具有优异的冷锻性的钢丝及其制造方法的技术。在该技术中还公开有通过控制碳化物的个数和铁素体粒径而使冷锻性提高，并根据需要添加B。但是在此技术中，因为是在拉丝加工后进行退火而成形为零件形状，所以不能发挥出与规格合金钢同样的耐延迟断裂性。

另外在专利文献4中，提出在淬火时使用水或水溶性淬火介质，以使强度与耐延迟断裂性并立的技术。但是，水淬火不但强度偏差显著发生，而且最终的轧制温度和拉丝加工率不当，因此发挥出与规格合金钢同样的耐延迟断裂性有困难。

如此在至今为止所提出的技术中，还不能取得与规格合金钢同样的耐延迟断裂性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11－043737号公报

专利文献2：日本特开平10－053834号公报

专利文献3：国际公开第2011/108459号手册

专利文献4：日本特开2001－62639号公报

发明内容

本发明着眼于上述情况而形成，其目的在于，提供一种对于SCM钢和SCr钢即使省略或减少Mo和Cr，仍具有与规格合金钢同样的耐延迟断裂性的螺栓，和用于制造上述螺栓的螺栓用钢丝，以及用于制造它们的有用的方法。

能够解决上述课题的本发明的螺栓用钢丝，是以质量％计，分别含有C：0.20～0.35％、Si：0.01％以上、Mn：0.3～1.5％、P：高于0％并在0.020％以下、S：高于0％并在0.020％以下、Cr：0.10～1.5％、Al：0.01～0.10％、B：0.0005～0.005％和N：0.001％以上，并且含有Ti：0.02～0.10％和Nb：0.02～0.10％的至少一种，余量由铁和不可避免的杂质构成的螺栓用钢丝，其在如下方面具有要旨：设上述螺栓用钢丝的直径为D₀，上述螺栓用钢丝的D₀/4部的B含量为100％时，上述螺栓用钢丝表面的B含量的比例平均在75％以下，并且上述比例的最大值与最小值的差为25％以下，从上述螺栓用钢丝表面至100μm深的区域中的旧奥氏体结晶粒度号数为No.8以上。

本发明的上述螺栓用钢丝，优选还含有以下的(a)～(d)中的至少一项：

(a)从Cu：高于0％并在0.3％以下、Ni：高于0％并在0.5％以下和Sn：高于0％并在0.5％以下所构成的群中选择的一种以上的元素；

(b)Mo：高于0％并在0.30％以下和V：高于0％并在0.30％以下中的至少一种元素；

(c)Mg：高于0％并在0.01％以下和Ca：高于0％并在0.01％以下中的至少一种元素；

(d)Zr：高于0％并在0.3％以下和W：高于0％并在0.3％以下中的至少一种元素。

能够解决上述课题的本发明的上述螺栓用钢丝的制造方法，在如下方面具有要旨：使用具有上述化学成分组成的线材，至少包括下述(1)的制造工序。

(1)在从上述线材拉丝加工成上述螺栓用钢丝的拉丝加工工序中，以650～800℃加热拉丝加工前的上述线材1.0～24小时后，使断面收缩率为20％以上而进行拉丝加工。

另外，能够解决上述课题的本发明的螺栓，是将如下的螺栓用钢丝成形为螺栓形状的螺栓，其在以下方面具有要旨：设螺栓轴部的直径为D₁，螺栓的D₁/4部的B含量为100％时，上述螺栓表面的B含量的比例平均为75％以下，并且上述比例的最大值与最小值的差为25％以下，从上述螺栓表面至100μm深的区域中的旧奥氏体结晶粒度号数为No.8以上，所述螺栓用钢丝以质量％计分别含有C：0.20～0.35％、Si：0.01％以上、Mn：0.3～1.5％、P：高于0％并在0.020％以下、S：高于0％并在0.020％以下、Cr：0.10～1.5％、Al：0.01～0.10％、B：0.0005～0.005％和N：0.001％以上，并且含有Ti：0.02～0.10％和Nb：0.02～0.10％的至少一种，余量由铁和不可避免的杂质构成。

上述螺栓用钢丝，优选还含有以下的(a)～(d)中的至少一项：

能够解决上述课题的本发明的上述螺栓的制造方法，在以下方面具有要旨：使用具有上述化学成分组成的线材，包括下述(1)和(2)的至少1个制造工序。

(1)在从上述线材到上述螺栓用钢丝的拉丝加工工序中，以650～800℃加热拉丝加工前的上述线材1.0～24小时后，使断面收缩率为20％以上而进行拉丝加工。

(2)在从上述螺栓用钢丝到头部成型品形状的热镦工序中，以800～950℃加热热镦前的上述螺栓用钢丝10～60分钟后，使从上述螺栓用钢丝到头部成型品形状的轴部的断面收缩率为10％以上而进行热镦。

因为本发明如上述这样构成，所以除了能够防止结晶粗大化以外，还能够减少成为延迟断裂的起点的表面的B化合物，能够实现耐延迟断裂性优异的螺栓。

具体实施方式

首先，对于最能赋予本发明以特征的螺栓用钢丝或螺栓的各表面的B含量进行说明。

本发明者们就加B钢比规格合金钢的耐延迟断裂性差的原因进行了各种研究。其结果查明，在加B钢中，含B化合物在螺栓用钢丝的表面或螺栓的表面析出，该含B化合物成为起点而导致延迟断裂发生。

因此本发明者们，对于构成延迟断裂的起点的含B化合物的减少方法进一步反复锐意研究。其结果查明，利用加B钢加热至高温时发生的脱B现象即可，以下的手段有效。

在制造螺栓用钢丝时，控制从线材到螺栓用钢丝的拉丝加工工序中的加热条件和其后的断面收缩率；

在制造螺栓时，(i)使用以上述条件得到的螺栓用钢丝，或者，(ii)使用未实施上述条件的螺栓用钢丝时，控制从螺栓用钢丝到头部成型品形状的热镦工序中的加热条件和其后的断面收缩率，或者，(iii)采用上述(i)和上述(ii)两者的条件。

根据上述本发明的螺栓用钢丝的制造方法，能够在螺栓用钢丝的表面，均匀地形成B含量有所降低的层。具体来说，就是设螺栓用钢丝的直径为D₀，螺栓用钢丝的D₀/4部的B含量为100％时，能够得到螺栓用钢丝表面的B含量的比例平均减少至75％以下，并且上述比例的最大值与最小值的差为25％以下，螺栓用钢丝表面的B含量的偏差小且浓度均匀的螺栓用钢丝。

同样，根据上述本发明的螺栓的制造方法，能够在螺栓的表面，均匀地形成B含量有所降低的层。具体来说，就是设螺栓的直径为D₁，螺栓用钢丝的D₁/4部的B含量为100％时，能够得到螺栓表面的B含量的比例平均减少至75％以下，并且上述比例的最大值与最小值的差为25％以下，螺栓表面的B含量的偏差小且浓度均匀的螺栓。其结果发现，螺栓的耐延迟断裂性大幅提高。

本发明的上述B含量，如前述，不论螺栓用钢丝还是螺栓，都测量表面的B含量。这是由于，表面的B含量，一般代表成为延迟断裂的起点的从表面至深100μm左右的表层的B含量。

另外，上述B含量，根据与螺栓用钢丝的D₀/4部(D₀表示螺栓用钢丝的直径)或螺栓的D₁/4部(D₁表示螺栓轴部的直径)的各B含量的关系规定，而上述D₀/4部或D₁/4部，是作为表示拉丝加工前的线材或热镦前的螺栓用钢丝的平均的B含量的位置而选择。以下，将螺栓用钢丝的D₀/4部或螺栓的D₁/4部，仅称为“内部”。

使表面的B含量比内部的B含量低，由此能够减少成为延迟断裂的起点的含B析出物的数量，能够使耐延迟断裂性提高。为了发挥这样的效果，无论是螺栓用钢丝和螺栓的哪种情况下，设内部的B含量为100％时，均需要使表面的B含量相对于内部的B含量的比例平均为75％以下。如此计算的表面的B含量的平均，优选为60％以下，更优选为50％以下。

还有，上述表面的B含量的平均的下限，从上述观点出发没有特别限定，但若考虑淬火性等，则优选大致为10％以上。

此外在本发明中，不论螺栓用钢丝和螺栓，在计算表面的B含量相对于内部的B含量的比例时，都要满足上述比例的最大值与最小值的差为25％以下。为了通过降低表面的B含量而使耐延迟断裂性提高，在使表面的B含量降低的同时，还需要使表面的B含量降低了的层均匀地生成，为此，有效的是如上述这样缩小最大值与最小值的差。具体来说，如后述的实施例一栏所示，分别在任意的位置对表面和内部的B含量进行4处测量，计算其平均值，以及最大值与最小值的差。还有，本发明所用的螺栓用钢丝的B含量非常少，为0.0005～0.005％，因此其最大值与最小值的差，即使只发生作为测量装置的检测临界的0.0001％的变化，耐延迟断裂性也将产生巨大变动。根据本发明者们的研究结果查明，上述最大值与最小值的差高于25％时，则表面的B含量变得均匀，耐延迟断裂特性降低。上述最大值与最小值的差越小越好，例如优选为15％以下，更优选为5％以下，最优选为0％。

以上，对于本发明最具特征的螺栓用钢丝或螺栓的B含量进行了说明。

此外本发明的螺栓用钢丝或螺栓，从表面至100μm深的区域中的旧奥氏体结晶粒度号数满足No.8以上。使上述区域的旧奥氏体微细化，能够通过韧性的提高而使耐延迟断裂性提高。为了发挥这样的效果，在基于JIS G 0551，测量上述区域的旧奥氏体结晶粒度号数时，需要为No.8以上。上述区域的旧奥氏体结晶粒度号数，优选为No.10以上，更优选为No.12以上。还有，旧奥氏体结晶粒度号数越大越为优选，其上限没有特别限定，不过通常为15以下。

在本发明中，为了发挥作为螺栓的基本的特性和耐延迟断裂性，还需要适当地调整其化学成分组成。其化学成分组成，与螺栓用钢丝与螺栓共通，其范围设定理由如下。

(C：0.20～0.35％)

C对于强度确保和淬火性提高是有效的元素。特别是为了确保1000MPa以上的抗拉强度，需要使之含有0.20％以上。C含量优选为0.22％以上，更优选为0.24％以上。另一方面，若C含量变得过剩，则招致韧性和耐腐蚀性的降低，耐延迟断裂性降低，因此为0.35％以下。C含量优选为0.33％以下，更优选为0.30％以下。

(Si：0.01％以上)

Si作为熔炼时的脱氧剂起作用，并且是作为使钢强化的固溶元素所需要的元素，使之含有0.01％以上，可发挥这一效果。Si含量优选为0.03％以上，更优选为0.05％以上。另一方面，从耐延迟断裂性的观点出发，Si含量的上限没有特别设定，但若Si含量变高，则螺栓制造时的镦粗性降低，因此优选为2.0％以下。Si含量的更优选的上限为1.5％以下，进一步优选为1.0％以下。

(Mn：0.3～1.5％)

Mn是淬火性提高元素，特别是在达成1000MPa以上的抗拉强度上是重要的元素。为了有效的发挥上述效果，使Mn含有0.3％以上。Mn含量优选为0.4％以上，更优选为0.5％以上。另一方面，若Mn含量变得过剩，则助长向结晶晶界的偏析，晶界强度降低，耐延迟断裂性降低，因此需要为1.5％以下。Mn含量的上限优选为1.3％以下，更优选为1.1％以下。

(P：高于0％并在0.020％以下)

P作为不可避免的杂质被含有，但若过剩地存在，则发生晶界偏析而使晶界强度降低，耐延迟断裂性恶化。因此，P含量的上限为0.020％以下。P含量的优选的上限为0.015％以下，更优选为0.010％以下。P含量越是减少，越会带来耐延迟断裂性的提高，但因为生产率和制造成本恶化，所以优选下限为0.001％以上。

(S：高于0％并在0.020％以下)

若S过剩地存在，则硫化物在结晶晶界偏析，招致晶界强度的降低，耐延迟断裂性降低。因此，S含量的上限为0.020％以下。S含量的优选的上限为0.015％以下，更优选为0.010％以下。S含量越是减少，越带来耐延迟断裂性的提高，但因为生产率和制造成本恶化，所以下限优选为0.001％以上。

(Cr：0.10～1.5％)

Cr对于淬火性、耐延迟断裂性的提高有效，并且也是有助于耐腐蚀性的提高的元素。为了有效的发挥上述效果，使Cr量含有0.10％以上。Cr含量优选为0.15％以上，更优选为0.20％以上。另一方面，若Cr含量过剩，则成本增加，因此使上限为1.5％以下。Cr含量优选为1.2％以下，更优选为1.0％以下。

(Al：0.01～0.10％)

Al是对于钢的脱氧有效的元素，并且通过形成AlN，能够防止奥氏体晶粒的粗大化。另外，与N结合而不会形成化合物的游离B增加，因此淬火性提高。为了发挥这样的效果，Al含量需要为0.01％以上。Al含量优选为0.02％以上，更优选为0.03％以上。另一方面，即使Al含量过剩，效果也是饱和，因此使上限为0.10％以下。Al含量优选为0.08％以下，更优选为0.06％以下。

(B：0.0005～0.005％)

B在使钢的淬火性提高上是有效的元素。为了发挥上述效果而含有B为0.0005％以上，并且需要一并添加Ti和Nb之中至少一种添加。B含量优选为0.0007％以上，更优选为0.001％以上。另一方面，若B含量过剩而高于0.005％，则含B化合物大量生成，韧性降低。B含量优选为0.004％以下，更优选为0.003％以下。

(N：0.001％以上)

N通过与Al、Ti或Nb形成氮化物而能够防止晶粒的粗大化。为了发挥这样的效果，N含量需要为0.001％以上。N含量优选为0.002％以上，更优选为0.003％以上。另一方面，从耐延迟断裂性的观点出发，N含量的上限没有特别限定，但若N含量过剩，则固溶N增加，冷镦性恶化，因此上限优选为0.015％以下。N含量的上限更优选为0.012％以下，进一步优选为0.010％以下。

(Ti：0.02～0.10％和Nb：0.02～0.10％中的至少一种)

Ti和Nb是形成碳氮化物的元素，通过使其至少任意一种含有0.02％以上，能够防止晶粒的粗大化。另外，通过将钢中的N作为TiN或NbN固定，游离B增加，因此能够使淬火性提高。各元素的含量优选为0.030％以上，更优选为0.035％以上。另一方面，若Ti含量和Nb含量过剩，其任意一个高于0.10％，则加工性降低以及成本增加。无论哪个元素均优选为0.08％以下，更优选为0.07％以下。

本发明的螺栓用钢丝或螺栓的基本成分如上述，余量是铁和上述P、S以外的不可避免的杂质。作为上述不可避免的杂质，能够允许因原料、物资、制造设备等的状况而混入的元素。另外，在本发明的螺栓中，除上述基本成分以外，根据需要再含有以下的选择元素也有效。含有这些元素时的适当的范围和作用如下。

(从Cu：高于0％并在0.3％以下、Ni：高于0％并在0.5％以下和Sn：高于0％并在0.5％以下所构成的群中选择的一种以上)

Cu、Ni和Sn是耐腐蚀性提高元素，腐蚀所带来的氢发生量也被减少，因此对于耐延迟断裂性的提高也有效。这些元素可以单独添加，也可以两种以上并用。

为了有效地发挥上述效果，优选使Cu含有0.03％以上。另一方面，若Cu含量过剩，则成本增加，因此优选使上限为0.3％以下。Cu含量更优选为0.20％以下，进一步优选为0.15％以下。

另外，为了有效地发挥上述效果，优选使Ni含有0.03％以上。另一方面，若Ni含量变得过剩，则成本增加，因此优选使上限为0.5％以下。Ni含量更优选为0.4％以下，进一步优选为0.3％以下。

另外，为了有效地发挥上述效果，优选使Sn含有0.03％以上。另一方面，若Sn含量变得过剩，则成本增加，因此优选使上限为0.5％以下。Sn含量更优选为0.4％以下，进一步优选为0.3％以下。

(Mo：高于0％并在0.30％以下和V：高于0％并在0.30％以下中的至少一种)

Mo和V是淬火性提高元素，对于达成高强度是有效的元素。另外，这些元素形成微细的碳氮化物，能够防止奥氏体晶粒的粗大化，因此使耐延迟断裂性提高。这些元素可以单独添加，也可以并用。

为了有效地发挥上述效果，优选Mo添加0.03％以上。另一方面，若Mo量变得过剩，则成本增加，因此优选使上限为0.30％。Mo含量更优选为0.27％以下，进一步优选为0.25％以下。

另外，为了有效地发挥上述效果，优选使V含有0.02％以上。V含量的更优选的下限为0.04％以上，进一步优选为0.05％以上。另一方面，若V含量变得过剩，则成本增加，因此优选使上限为0.30％以下。V含量的更优选的上限为0.20％以下，进一步优选的上限为0.15％以下。

(Mg：高于0％并在0.01％以下和Ca：高于0％并在0.01％以下中的至少一种)

Mg和Ca对于钢的脱氧是有效的元素，并且形成与Ti和Al的复合化合物，能够防止奥氏体晶粒的粗大化。为了有效地发挥这样的效果，含有Mg优选为0.001％以上，Ca优选为0.001％以上。另一方面，即使这些元素含有得比0.01％多，上述效果也是饱和。各元素的更优选的上限为0.005％以下，进一步优选为0.001％以下。还有，这些元素可以单独添加，也可以并用。

(Zr：高于0％并在0.3％以下和W：高于0％并在0.3％以下中的至少一种)

Zr和W是碳氮化物形成元素，有助于奥氏体粒的粗大化防止。这些元素可以单独添加，也可以并用。

为了有效的发挥上述效果，优选使Zr含有0.01％以上。Zr含量的更优选的下限为0.02％以上，进一步优选为0.03％以上。另一方面，若Zr含量变得过剩，则成本增加，因此优选使上限为0.3％以下。Zr含量的更优选的上限为0.2％以下，进一步优选为0.1％以下。

另外，为了有效的发挥上述效果，优选使W含有0.01％以上。W含量的更优选的下限为0.02％以上，进一步优选为0.03％以上。另一方面，若W含量变得过剩，则成本增加，因此优选使上限为0.3％以下。W含量的更优选的上限为0.15％以下，进一步优选为0.10％以下。

接着，对于制造本发明的螺栓用钢丝的方法进行说明。

本发明的螺栓用钢丝，是经热轧将通过铸造而得到的钢坯加工成线材后，对于所得到的线材进行拉丝加工而制造的。

(从钢坯到线材的热轧工序)

为了制造满足上述要件的螺栓用钢丝，需要适当控制以下详述的“从线材到螺栓用钢丝的拉丝加工工序”，之前的热轧工序没有特别限定。例如，优选以如下方式进行控制。

热轧前的加热温度：750～1300℃

热轧前的加热时间：30～720分钟

热轧时的温度：700～1100℃

热轧时的断面收缩率：99.0～99.9％

还有，上述断面收缩率由下式求得。

热轧时的断面收缩率＝{(钢坯的断面面积－线材的断面面积)/(钢坯的断面面积)}×100(％)

(从线材到螺栓用钢丝的拉丝加工工序)

从线材到螺栓用钢丝的拉丝加工工序中，以650～800℃加热1.0～24小时后，以断面收缩率20％以上进行拉丝。由此，能够使相对于螺栓用钢丝的内部的表面的B含量的平均降低，并且也能够缩小最大值与最小值的差，能够使B含量均匀化。还有，如果温度·时间恰当，则也可以由球化退火代用，这时的炉内气氛能够在不发生过度的脱碳·渗碳的范围内适宜实施。

(加热温度：650～800℃)

首先，上述拉丝前的加热温度为650～800℃。若上述加热温度过低，则脱硼量不充分，表面的B含量降低而耐延迟断裂性恶化，因此使其下限为650℃以上。加热温度的优选的下限为680℃以上，更优选的下限为700℃以上。另一方面，若加热温度过高，则脱碳被促进，Ti和Nb等的碳化物减少，晶粒粗大化，或螺栓用钢丝的表层硬度降低，因此使其上限为800℃以下。加热温度的优选的上限为780℃以下，更优选的上限为760℃以下。

(加热时间：1.0～24小时)

此外，上述拉丝前的加热时间为1.0～24小时。若上述加热时间过短，则脱硼量不充分，表面的B含量降低而耐延迟断裂性恶化，因此使其下限为1.0小时以上。加热时间的优选的下限为3小时以上，更优选的下限为6小时以上。另一方面，若加热时间过长，则脱碳被促进，Ti和Nb等的碳化物减少，晶粒粗大化，或螺栓用钢丝的表层硬度降低，因此使其上限为24小时以下。加热时间的优选的上限为18小时以下，更优选的上限为10小时以下。

还有，也可以进行球化退火代替上述拉丝前的加热。具体来说，例如，能够在以下的条件下进行球化退火。另外，这时的炉内气氛，能够在不发生过度的脱碳·渗碳的范围内适宜实施，但例如，优选控制为二氧化碳气和一氧化碳气的混合气氛，或氮气氛。

均热温度：700～850℃

均热时间：1～24小时

炉内的pF值：0～200

均热后的冷却速度：5～20℃/Hr

取出温度：650～800℃

还有，上述所谓取出温度是从热处理炉中将线材取出到外面时的温度。另外，上述pF值，如下式所示，是以体积％计，由炉内气氛气体中的CO₂浓度(％)与CO浓度(％)的平方的比规定的值。

pF＝(CO)²/CO₂

(断面收缩率：20％以上)

上述拉丝加工时的断面收缩率为20％以上。若拉丝加工时的断面收缩率过小，则由于上述加热处理时减少的螺栓用钢丝表面的B含量以不均匀的状态残留，存在耐延迟断裂性降低的情况。断面收缩率的优选的下限为23％以上，更优选的下限为25％以上。另一方面，断面收缩率的上限没有特别限定，但若考虑生产率，则优选为40％以下。还有，上述断面收缩率由下式求得。

拉丝加工时的断面收缩率＝{(线材的断面面积－螺栓用钢丝的断面面积)/(线材的断面面积)}×100(％)

另外，如此得到的螺栓用钢丝，螺栓用钢丝表面的B含量相对于内部的B含量，平均为75％以下，螺栓用钢丝表面的B含量的最大值与最小值的差为25％以下，上述B含量得到均匀化，因此成为延迟断裂的起点的含B化合物的数量少，能够取得良好的耐延迟断裂性。

接下来，对于制造本发明的螺栓的方法进行说明。

本发明的螺栓，是通过对于螺栓用钢丝进行热镦，加工成头部成型品的形状而取得。为了制造本发明的螺栓，如上述，能够采用下述(i)～(iii)的方法。

(i)使用经由上述的拉丝加工工序所得到的螺栓用钢丝。

(ii)使用未实施上述的拉丝加工的螺栓用钢丝，控制加工成头部成型品形状的热镦工序中的加热条件及其后的断面收缩率。

(iii)使用上述(i)和上述(ii)双方条件。

以下，对于各方法进行说明。还有，上述(iii)因为采用(i)和(ii)以方，所以省略说明。

上述(i)的详情如前述。根据本发明，如果使用由上述(i)的方法得到的螺栓用钢丝，则不论其后的热镦工序的条件的如何，螺栓用钢丝的要件(表面的B含量和旧奥氏体结晶粒度号数)均被原样维持为热镦后的头部成型品。因此，能够得到满足与上述螺栓用钢丝相同要件的螺栓。

其次，对于上述(ii)进行详述。

(加工成头部成型品形状的热镦工序)

在上述热镦工序中，以800～950℃加热10～60分钟之后，使螺栓用钢丝和头部成型品的轴部的断面收缩率为10％以上而加以控制。由此，即使螺栓用钢丝表面的B含量等未得到适当控制，所得到的螺栓的表面的B含量相对于内部的平均也会被减低，并且也能够缩小最大值与最小值的差，能够使B含量均匀化。

(加热温度：800～950℃)

上述热镦工序中的加热温度为800～950℃。若上述加热温度过低，则脱硼量不充分，表面的B含量降低，并且得不到均匀的B含量，因此耐延迟断裂性恶化。因此，使上述加热温度的下限为800℃以上。加热温度的优选的下限为840℃以上，更优选的下限为860℃以上。另一方面，若加热温度过高，则旧奥氏体晶粒粗大化，或螺栓的表层硬度降低，因此使其上限为950℃以下。加热温度的优选的上限为930℃以下，更优选的上限为900℃以下。

(加热时间：10～60分钟)

上述热镦工序的加热时间为10～60分钟。若上述加热时间过短，则脱硼量不充分，螺栓表面的B含量未被降低，耐延迟断裂性恶化，因此使其下限为10分钟以上。加热时间的优选的下限为15分钟以上，更优选的下限为25分钟以上。另一方面，若加热温度过长，则旧奥氏体晶粒粗大化，或螺栓表层的硬度降低，因此使其上限为60分钟以下。加热时间的优选的上限为45分钟以下，更优选的上限为35分钟以下。

(断面收缩率：10％以上)

螺栓用钢丝和头部成型品的轴部的断面收缩率为10％以上。若上述断面收缩率过小，则由于上述加热处理而降低的螺栓表面的B含量以不均匀的状态残留，存在耐延迟断裂性降低的情况。上述断面收缩率的优选的下限为13％以上，更优选的下限为15％以上。还有，上述断面收缩率的上限虽没有特别限定，但若过高，则有招致模具寿命恶化的可能性，因此实用上优选为40％以下。还有，上述断面收缩率由下式求得。

头部成型品加工时的断面收缩率＝{(螺栓用钢丝的断面面积－头部成型品的轴部的断面面积)/(螺栓用钢丝的断面面积)}×100(％)

推荐通过上述(i)～(iii)的任意一个方法得到的头部成型品，直接进行急冷淬火，根据需要实施回火。

在此，上述淬火方法没有特别限定，但在本发明的成分组成中，例如推荐投入室温的油中来进行。

另外，根据需要实施的上述回火的条件没有特别限定，但特别是为了确保1000～1400MPa的抗拉强度，优选采用以下的回火条件。

回火温度：360～550℃

回火时间：20～100分钟

接着，通过冷镦粗而成形为螺栓形状之后，滚轧成形螺旋部而得到螺栓。也可以再基于回火的目的，在对于螺旋部进行滚轧成形之前或滚轧成形之后，以既定的条件进行加热处理。上述的成形工序和滚轧成形工序未特别限定，任意设定即可。另外，上述的加热处理也没有特别限定，但例如，优选进行以下的加热。

回火温度：360～550℃

回火时间：20～100分钟

如此得到的螺栓，螺栓表面的B含量相对于内部的B含量平均为75％以下，螺栓表面的B含量的最大值与最小值的差为25％以下，上述B含量得到均匀化，因此成为延迟断裂的起点的含B化合物的数量少，能够获得良好的耐延迟断裂性。

本申请基于2013年12月2日申请的日本国专利申请第2013－249563号主张优先权的利益。2013年12月2日申请的日本国专利申请第2013－249563号的说明书的全部内容，在本申请中用于参考而援引。

实施例

以下，列举实施例更具体地说明本发明，但本发明不受下述实施例限制，在能够符合前·后述的宗旨的范围内也可以加以变更实施，这些均包含在本发明的技术范围内。

熔炼下述表1所示的钢种A～Z的钢材后，制造断面为正方形，1边为155mm的钢坯。还有，表1中的“tr.”表示低于各元素的分析极限值。之后，从钢坯加工成线材(工序1)，从线材加工成螺栓用钢丝(工序2)，从螺栓用钢丝加工成头部成型品形状(工序3)，以及从头部成型品加工成螺栓(工序4)，制作各种凸缘螺栓(抗拉强度1000～1400MPa，M10～14(粗牙螺纹)，长度60mmL)。上述工序1～4的基本的条件显示在表2～5中。详细地说，表2、4中记述上述工序1和工序2的条件，表3、5中记述上述工序3和工序4的条件。

另外，在上述工序1～4中，上述表2～5所述以外的条件如下。

(从钢坯到线材的加工：工序1)

除了表2、4所示的轧制前的加热温度、加热时间和轧制时的断面收缩率以外，轧制时的温度在750～1100℃的范围实施。轧制前的加热温度是从加热炉取出钢坯时的温度，加热时间是在加热炉中的钢坯的在炉时间，轧制时的温度以最终精轧时的表面温度进行管理。还有，工序1中的断面收缩率，是由下式求得的值。

线材加工时的断面收缩率＝{(钢坯的断面面积－线材的断面面积)/(钢坯的断面面积)}×100(％)

(从线材到螺栓用钢丝的加工：工序2)

从线材到螺栓用钢丝的加工，是通过酸洗对于线材进行除氧化皮，以表2、4所示的加热温度、加热时间加热之后进行拉丝，而后经酸洗除去氧化皮，实施润滑被膜处理之后，以既定的断面收缩率实施拉丝。另外在表2、4的“加工方式”一栏中，显示处理的工序的顺序。意思是例如“热处理→拉丝”是在热处理后实施拉丝的例子，“拉丝→热处理”是在拉丝后实施热处理的例子，“只拉丝”是只实施拉丝，不实施热处理的例。还有，在工序2中，对于满足本发明中规定的条件的，在表2、4的“实施”一栏中记述为“合格”，不满足任意一个条件的记述为“不合格”。

(从螺栓用钢丝到头部成型品形状的加工：工序3)

从螺栓用钢丝到头部成型品的加工，是以表3、5所示的加热温度、加热时间加热螺栓用钢丝后，用零件成型机通过热镦加工六角凸缘。另外，在表3、5所示的加热温度、加热时间为“－”的例子中，以冷锻加工六角凸缘。在一部分实验No.14～16中，对于头部成型品的轴部施加深拉加工，对于螺栓用钢丝，以使头部成型品的轴部的断面面积变小的方式施加加工。还有，在工序3中，满足本发明中规定的条件的例子在表3、5的“实施”一栏中记述为“合格”，不满足任意一个条件的例子记述为“不合格”。

(从头部成型品到螺栓的加工：工序4)

从头部成型品到螺栓的加工，是以表3、5所示的加热温度、加热时间加热头部成型品之后，通过急冷进行淬火，以既定的温度实施回火之后，再通过滚轧成形加工来实施。在表3、5的“加工方式”一栏中，显示处理的工序的顺序，例如“热处理→滚轧成形”是在淬火回火后实施滚轧成形的例子，“滚轧成形→热处理”是在滚轧成形后实施淬火回火的例子。

【表1】

【表2】

【表3】

【表4】

【表5】

对于如此得到的螺栓，评价螺栓镦粗性、抗拉强度、表面B含量的比例、表面与内部的硬度之差、旧奥氏体结晶粒度No.和耐延迟断裂性。以下说明各自的测量方法。

(螺栓镦粗性的评价)

螺栓的制造所需要的螺栓冷镦性的评价，根据螺栓镦粗后的凸缘部有无裂纹来判断。凸缘部确认到裂纹时为螺栓镦粗性良好，在表6、7的螺栓镦粗性一栏中记述为“良好”，在凸缘部确认到裂纹时，为螺栓镦粗性不良，记述为“不良”。

(抗拉强度的测量)

螺栓的抗拉强度，遵循JIS B1051(2009)进行拉伸试验而求得。

(表面B含量的比例的测量)

表面B含量是从螺栓上切断头部和螺旋部后，沿剩余的轴部的轴向实施钻孔加工，加工成厚2mm的管状后，进行二等分，压展成板状。对于制作的板，以发射光谱分析法分析相当于外表面的表面。内部的B含量是从螺栓的轴部的D₁/4位置提取切屑，以发射光谱分析法进行分析。用表面的B含量除以内部的B含量，求得表面的B的含量的降低比例。这时，关于各试样的测量位置，为任意4处，计算其平均值。另外上述比例的最大值与最小值的差高于25％时，评价为“不均匀”。

(表面与内部的硬度之差)

表面和内部的硬度的测量，遵循JIS B1051(2009)实施。表面与内部的硬度之差在60HV以下为合格。

(旧奥氏体结晶粒度No.)

以相对于螺栓轴垂直的断面、即横断面切断螺栓的轴部后，用光学显微镜，以倍率：400倍观察从表面至100μm深的区域的0.039mm²的区域，遵循JIS G0551(2005)测量结晶粒度号数。测量在4个视野中进行，其平均值作为旧奥氏体结晶粒度No.(旧γ结晶粒度No.)。

(耐延迟断裂性)

相对于螺栓的抗拉强度，以相当于0.8倍的轴向力发生作用的扭矩值，将螺栓紧固在块状的夹具上，浸渍在充满15％HCl的浴槽中。1周后进行溶液的更换，试验开始起2周内结束试验。将试验结束时的断裂个数除以试验个数，求得断裂比例(％)。还有，螺栓镦粗性或抗拉强度未达标的实验No.38、39，不实施其后的硼浓度的测量、硬度测量、结晶粒度测量、延迟断裂试验。

这些结果与回火温度一起显示在下述表6、7中。

【表6】

【表7】

由这些结果能够进行如下考察。即，表6所示的实验No.1～25、和表7的实验No.45，因为钢材的化学成分组成、金属组织和制造条件得到适当控制，所以均达成1000MPa以上的高强度，并且实现了优异的耐延迟断裂性。

相对于此，表7所示的实验No.26～44，因为不符合本发明所规定的要件，所以为耐延迟断裂性差的结果。

在表4的实验No.26～31中，可见上述工序2的各条件的影响。其中实验No.26是拉丝前的加热温度过低的例子，脱硼未充分进行，因此表面的B含量未变低，耐延迟断裂性恶化。表4的实验No.27是拉丝前的加热温度过高的例子，由于脱碳层深导致碳化物减少，螺栓表层的晶粒粗大化，耐延迟断裂性恶化。表4的实验No.28是拉丝前的加热时间过短的例子，脱硼未充分进行，因此表面的B含量未变低，耐延迟断裂性恶化。

实验No.29是拉丝前的加热时间过长的例子，由于脱碳层深，导致碳化物减少，螺栓表层的晶粒粗大化，从而耐延迟断裂性恶化。实验No.30是拉丝中的断面收缩率少的例子，表面的B含量未变均匀，耐延迟断裂性恶化。实验No.31是拉丝后进行了加热处理的例子，加工工序与本发明不同，因此螺栓表面的B含量未变均匀，耐延迟断裂性恶化。

在表5的实验No.32～36中，可见工序3的各条件的影响。其中实验No.32是镦粗前的加热温度过低的例子，脱硼未充分地进行，因此表面的B含量未变低，耐延迟断裂性恶化。实验No.33是镦粗前的加热温度过高的例子，由于脱碳层深导致碳化物减少，螺栓表层的晶粒粗大化，从而耐延迟断裂性恶化。

实验No.34是镦粗前的加热时间过短的例子，脱硼未充分地进行，因此表面的B含量未变低，耐延迟断裂性恶化。实验No.35是镦粗前的加热时间过长的例子，由于脱碳层深导致碳化物减少，螺栓表层的晶粒粗大化，从而耐延迟断裂性恶化。实验No.36是镦粗时的螺栓轴部的断面收缩率少的例子，螺栓表面的B含量未变均匀，因此耐延迟断裂性恶化。

实验No.37～44虽然制造条件适当，但钢的成分组成不当，因此造成抗拉强度、耐延迟断裂性和螺栓镦粗性差的结果。实验No.37是使用表1的钢种Q的C含量多的例子，因为韧性、耐腐蚀性降低，所以耐延迟断裂性恶化。实验No.38是使用了表1的钢种R的C含量少的例子，在现在的热处理条件下不能取得1000MPa以上的强度。

实验No.39是使用了表1的钢种T的Mn含量少的例子，在现在的热处理条件下不能取得1000MPa以上的强度。实验No.40是使用了表1的钢种U的Mn量多的例子，Mn向奥氏体结晶晶界的偏析被助长，因此耐延迟断裂性恶化。

实验No.41是使用了表1的钢种V的P含量多的例子，P发生晶界偏析，晶界强度降低，因此耐延迟断裂性恶化。实验No.42是使用了表1的钢种S的S量多的例子，硫化物在结晶晶界偏析，晶界强度降低，因此耐延迟断裂性恶化。实验No.43是使用了表1的钢种X的Cr含量少的例子，耐腐蚀性恶化，因此耐延迟断裂性恶化。实验No.44是使用了表1的钢种Y的Ti、Nb少的例子，晶粒粗大化，因此耐延迟断裂性恶化。

Claims

1.一种螺栓用钢丝，其以质量％计分别含有

C：0.20～0.35％、

Si：0.01％以上、

Mn：0.3～1.5％、

P：高于0％并在0.020％以下、

S：高于0％并在0.020％以下、

Cr：0.10～1.5％、

Al：0.01～0.10％、

B：0.0005～0.005％和

N：0.001％以上，并且，

含有Ti：0.02～0.10％和Nb：0.02～0.10％中的至少一种，余量由铁和不可避免的杂质构成，其中，

设所述螺栓用钢丝的直径为D₀，所述螺栓用钢丝的D₀/4部的B含量为100％时，

所述螺栓用钢丝表面的B含量的比例以平均计为75％以下，并且所述比例的最大值与最小值的差为25％以下，

从所述螺栓用钢丝表面至100μm深的区域中的旧奥氏体结晶粒度号数为No.8以上。

2.根据权利要求1所述的螺栓用钢丝，其中，所述螺栓用钢丝还含有以下的(a)～(d)中的至少1个：

3.一种螺栓用钢丝的制造方法，其使用具有权利要求1或2所述的化学成分组成的线材，至少包括下述(1)的制造工序：

(1)在从所述线材到所述螺栓用钢丝的拉丝加工工序中，在650～800℃加热拉丝加工前的所述线材1.0～24小时后，使断面收缩率为20％以上而进行拉丝加工。

4.一种螺栓，其为使如下的螺栓用钢丝成形为螺栓形状的螺栓，其中，设螺栓轴部的直径为D₁，螺栓的D₁/4部的B含量为100％时，

所述螺栓表面的B含量的比例以平均计为75％以下，并且所述比例的最大值与最小值的差为25％以下，

从所述螺栓表面至100μm深的区域中的旧奥氏体结晶粒度号数为No.8以上，

所述螺栓用钢丝以质量％计分别含有

C：0.20～0.35％、

Si：0.01％以上、

Mn：0.3～1.5％、

P：高于0％并在0.020％以下、

S：高于0％并在0.020％以下、

Cr：0.10～1.5％、

Al：0.01～0.10％、

B：0.0005～0.005％和

N：0.001％以上，并且，

含有Ti：0.02～0.10％和Nb：0.02～0.10％中的至少一种，余量由铁和不可避免的杂质构成。

5.根据权利要求4所述的螺栓，其中，所述螺栓用钢丝还含有以下的(a)～(d)中的至少1个：

6.一种螺栓的制造方法，是使用具有权利要求4或5所述的化学成分组成的线材，包括下述(1)和(2)中的至少1个制造工序：

(1)在从所述线材到所述螺栓用钢丝的拉丝加工工序中，以650～800℃加热拉丝加工前的所述线材1.0～24小时后，使断面收缩率为20％以上而进行拉丝加工；

(2)在从所述螺栓用钢丝到头部成型品形状的热镦工序中，以800～950℃加热热镦前的所述螺栓用钢丝10～60分钟后，使从所述螺栓用钢丝到头部成型品形状的轴部的断面收缩率为10％以上而进行热镦。