JP4519053B2 - 高強度ナットの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は高強度ナットの製造方法に関し、特にコストアップを招来することなく、高い強度を有するオーステナイト系ステンレス鋼製のナットの製造方法に関する。
例えば、部材を締結する場合、部材をボルトの頭部とナットとによって挟み、ボルト・ナットを相対的に螺進させて締め付ける方式が広く採用されている。
通常、ナットには炭素鋼、ステンレス鋼、低合金鋼などの各種の材料が用いられるが、耐食性を要求される用途にはステンレス鋼製ナットを用いることが多い。この種のステンレス鋼製ナットを製造する場合、熱間圧延された素材からナットブランクを削り出し、酸洗した後、ねじ立て加工を行い、あるいは熱間圧造されたナットブランクを酸洗した後、ねじ立て加工を行う、という方法が利用される（特許文献１）。
しかし、オーステナイト系ステンレス鋼製ナットの場合、上述の方法で製造されると、耐力が低く、わずかな応力で永久変形してしまうおそれがあり、強度を要求される用途には使用しにくい。
その為、強度を要する用途には、冷間圧造されたブランク、あるいは冷間引抜した六角鋼材からナットを削り出す、という方法で製造したナットがよく利用されている。
しかし、冷間圧造法では冷間で異形六角形状に引き抜くのに高価で大型の設備を必要とし、又冷間加工によって素材が加工硬化し、切断性や切削性が悪く、ねじ立て工程で使用するタップの原単価が高くなるなど、コストアップを招来する。
本発明はかかる問題点に鑑み、コストアップを招来することなく、高い強度を有する高強度ナットの製造方法を提供することを課題とする。
そこで、本発明に係る高強度ナットの製造方法は、ステンレス鋼製の高強度ナットを製造するにあたり、オーステナイト系ステンレス鋼の素材を塑性加工又は切削加工でナットブランクに加工し、加工したナットブランクの外表面に冷間加工を施すことによりナットブランクの外表面から少なくとも０．２ｍｍの深さに表面硬化層を形成し、ナットブランクにねじ加工を行い、保証荷重応力７００Ｎ／ｍｍ2以上の強度を有するナットを製造するようにしたことを特徴とする。
本発明の特徴の１つはオーステナイト系ステンレス鋼を素材とし、塑性加工又は切削加工したナットブランクの外表面に冷間加工を行ってナットブランクの外表面から少なくとも０．２ｍｍの深さに表面硬化層を形成するようにした点にある。
これにより、保証荷重応力７００Ｎ／ｍｍ2以上の強度を有する高強度のナットを製造することができる。しかも、従来の製造方法に比して、ナットブランクの外表面への冷間加工を行うだけであるので、従来の製造方法に比してコスト高となることもない。
上記では素材をナットブランクに塑性加工又は切削加工するようにしたが、予め塑性加工又は切削加工したナットブランクを用い、外表面に冷間加工を行うようにしても同様の高強度ナットが得られる。
即ち、本発明に係る高強度ナットの製造方法は、ステンレス鋼製の高強度ナットを製造するにあたり、オーステナイト系ステンレス鋼製のナットブランクの外表面に冷間加工を施すことによりナットブランクの外表面から少なくとも０．２ｍｍの深さに表面硬化層を形成した後、ナットブランクにねじ加工を行い、保証荷重応力７００Ｎ／ｍｍ2以上の強度を有するナットを製造するようにしたことを特徴とする。
保証荷重強度とは保証荷重試験（ＪＩＳ Ｂ １０５２ ８．１）によって試験され、ねじの呼び径が５Ｍ以上のナットの場合に満たすことが要求される強度をいう。
オーステナイト系ステンレス鋼には各種の組成のものを用いることができるが、本件発明者らの試験によれば、ＳＵＳ３０４（Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｏ：２．００％以下、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：８．００〜１０．５０％、Ｃｒ：１８．００〜２０．００％）及びＳＵＳ３１６（Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｏ：２．００％以下、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：１０．００〜１４．００％、Ｃｒ：１６．００〜１８．００％、Ｍｏ：２．００〜３．００％）が優れた効果を奏することが確認された。
冷間加工はナットブランクの外表面に表面硬化層を形成できればどのような加工方法でもよく、例えばナットブランクの外表面と硬質粒体との衝突によって冷間加工を行うことができる。この場合、衝突速度はそれほど高速でなくてよく、本件発明者らの実験によれば硬質粒体とナットブランクとをバレルに入れて共回転させて衝突させる程度の衝突でよいことが確認された。
また、冷却液を吹き付けるなどすることにより、硬質粒体の衝突によってナットブランクの表面温度が余り上昇しないようにするのがよいことも確認された。硬質粒体には例えば鋼粒やセラミック粒などを用いることができる。
ここで、塑性加工、切削加工、ねじ立て加工など、ナットブランクの外表面への冷間加工以外の工程は従来の製造方法と同様である。
塑性加工、例えば熱間圧造は１０００°Ｃ〜１３００°Ｃの範囲内の温度で、３０トン〜２００トンの範囲内の荷重を用いて行うことができる。また、圧造設備は公知のナットフォーマ（ナット圧造機）を用いる。ナットブランクはナット外形状をなし、挿通穴を穿設したもので、雌ねじを加工する前の素形材をいう。
また、オーステナイト系ステンレス鋼の素材又はナットブランクには必要に応じて熱処理を行うことができる。例えば、鋼中の析出物を固溶体中に溶け込ませることを目的として約１１００°Ｃの温度から急冷する、ＪＩＳ Ｇ ０２０１ ３１３２番に規定する固溶化熱処理を施すことができる。
また、本発明によれば、オーステナイト系ステンレス鋼を素材とし、外表面から少なくとも０．２ｍｍの深さに表面硬化層が形成され、挿通穴内面に雌ねじが形成されており、保証荷重応力７００Ｎ／ｍｍ2以上の強度を有することを特徴とする高強度ナットを提供することができる。
以下、本発明を図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。図１及び図２は本発明に係る高強度ナットの製造方法を模式的に示す。本例ではオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４を素材として用い、ナット圧造機を用い、１２００°Ｃの温度で荷重３０〜４０トンの条件でナット外形状に挿通穴１１を有するナットブランク１０を圧造した（ステップＳ１１）。
次に、圧造したナットブランク１０を１１００°Ｃで固溶化熱処理を行い、脱スケールのための酸洗後（ステップＳ１２、Ｓ１３）、水洗して酸液を除去し、ナットブランク１０を鋼粒とともにバレル研磨槽に投入し、ナットブランク１０の外表面に冷間加工を行い（ステップＳ１４）、水洗し湯洗した後、乾燥した。
最後に、ナットブラケットの挿通穴にタップを用いてねじ立て加工を行って雌ねじ２１を形成し（ステップＳ１５）、ナット製品２０を得た。
得られたナット製品（サイズＭ２０及びＭ２４）の外表面から中心に向かって４．０ｍｍまでの硬度を測定した。同様に、冷間加工を行わないナットについて外表面から中心に向かって４．５ｍｍまでの硬度を測定した。測定はＪＩＳ Ｚ ２２４４の規定に従い、荷重３００ｇｆとしてマイクロビッカース硬さを測定した。測定結果を図３及び図４に示す。図３及び図４から、冷間加工を行ったナット製品の場合、外表面から０．３ｍｍまでに硬化層が形成されていることが確認された。
次に、最大引張荷重試験を行った。試験結果を表１及び表２に示す。表１及び表２から、冷間加工を行ったナット製品は行わないナットに比して最大引張荷重が大きいことが確認された。
表１
冷間加工あり 冷間加工なし
荷重（ＫＮ） 応力（Ｎ／ｍｍ2） 荷重（ＫＮ） 応力（Ｎ／ｍｍ2）
試料１ ２７１ ７６８ ２５３ ７１７
試料２ ２６６ ７５３ ２５３ ７１７
試料３ ２６９ ７６２ ２４７ ７００
試料４ ２６５ ７５０ ２５０ ７０８
試料５ ２６０ ７３６ ２４９ ７０５
平均 ２６６．２ ７５４ ２５０．４ ７０９
但し、材料ＳＵＳ３０４、 サイズＭ２４（有効断面積３５３ｍｍ2）である。
表２
冷間加工あり 冷間加工なし
荷重（ＫＮ） 応力（Ｎ／ｍｍ2） 荷重（ＫＮ） 応力（Ｎ／ｍｍ2）
試料１ １８７ ７６３ １７１ ６９７
試料２ １８２ ７４３ １７５ ７１４
試料３ １８１ ７３８ １７６ ７１８
試料４ １８０ ７３５ １７７ ７２２
試料５ １８４ ７５１ １７１ ６９８
平均 １８２．８ ７４６ １７４．０ ７１０
但し、材料ＳＵＳ３０４、 サイズＭ２０（有効断面積２４５ｍｍ2）である。
冷間加工あり 冷間加工なし
荷重（ＫＮ） 応力（Ｎ／ｍｍ2） 荷重（ＫＮ） 応力（Ｎ／ｍｍ2）
試料１ １８７ ７６３ １７１ ６９７
試料２ １８２ ７４３ １７５ ７１４
試料３ １８１ ７３８ １７６ ７１８
試料４ １８０ ７３５ １７７ ７２２
試料５ １８４ ７５１ １７１ ６９８
平均 １８２．８ ７４６ １７４．０ ７１０
但し、材料ＳＵＳ３０４、 サイズＭ２０（有効断面積２４５ｍｍ2）である。
また、ＪＩＳ Ｂ １０５２ ８．１に規定の保証荷重試験を行ったところ、７００Ｎ／ｍｍ2以上の保証荷重応力があることが確認された。
同様に、熱間圧造された後固溶体化処理され酸洗されたＳＵＳ３０４のナットブランクを用い、これに第１の実施形態と同様に冷間加工を行った後、ねじ立て加工を行ってナット製品を得た。
このナット製品も第１の実施形態と同等の機械的特性を有することが確認された。
１０ ナットブランク
１１ ナット本体
１２ 挿通穴
２０ ナット製品
２１ 雌ねじ
１１ ナット本体
１２ 挿通穴
２０ ナット製品
２１ 雌ねじ
Claims (3)
- ステンレス鋼製の高強度ナットを製造するにあたり、
オーステナイト系ステンレス鋼の素材を塑性加工又は切削加工でナットブランクに加工し、固溶化熱処理、脱スケールを施し、次いで、ナットブランクの外表面に硬質粒体との衝突によって冷間加工を施すことによりナットブランクの外表面から少なくとも０．２ｍｍの深さに表面硬化層を形成し、ナットブランクにねじ加工を行い、保証荷重応力７００Ｎ／ｍｍ2以上の強度を有するナットを製造するようにしたことを特徴とする高強度ナットの製造方法。 - ステンレス鋼製の高強度ナットを製造するにあたり、
熱間圧造されたオーステナイト系ステンレス鋼製のナットブランクに固溶化熱処理、脱スケールを施し、次いで、ナットブランクの外表面に硬質粒体との衝突によって冷間加工を施すことによりナットブランクの外表面から少なくとも０．２ｍｍの深さに表面硬化層を形成した後、ナットブランクにねじ加工を行い、保証荷重応力７００Ｎ／ｍｍ2以上の強度を有するナットを製造するようにしたことを特徴とする高強度ナットの製造方法。 - 請求項１又は２に記載の製造方法によって製造された高強度ナット。
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| JP2005298319A JP4519053B2 (ja) | 2005-10-13 | 2005-10-13 | 高強度ナットの製造方法 |
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| JPS59162224A (ja) * | 1983-03-07 | 1984-09-13 | Toyo Seisen Kk | ステンレス鋼ボルト・ナツトの製造法とその製品 |
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2005
- 2005-10-13 JP JP2005298319A patent/JP4519053B2/ja active Active
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