JPH05171356A - 高強度ボルト用鋼 - Google Patents
高強度ボルト用鋼Info
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- JPH05171356A JPH05171356A JP34119191A JP34119191A JPH05171356A JP H05171356 A JPH05171356 A JP H05171356A JP 34119191 A JP34119191 A JP 34119191A JP 34119191 A JP34119191 A JP 34119191A JP H05171356 A JPH05171356 A JP H05171356A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】引張強さ１４０ｋｇｆ／ｍｍ2 以上で水素に対
して高い抵抗性を有し遅れ破壊感受性に優れた高強度ボ
ルト用鋼を提供する。 【構成】Ｃ：０．２５〜０．４０重量％、Ｓｉ：０．１
５〜１．５０重量％、Ｍｎ：０．５０〜１．５０重量
％、Ｃｒ：０．１５〜２．００重量％、Ｍｏ：０．１５
〜０．７０重量％、Ｖ：０．２０〜０．５０重量％、Ａ
ｌ：０．００５〜０．０６０重量％、Ｔｉ：０．００５
〜０．０６０重量％、Ｂ：０．０００５〜０．００３０
重量％を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物から構成さ
れた高強度ボルト用鋼。
して高い抵抗性を有し遅れ破壊感受性に優れた高強度ボ
ルト用鋼を提供する。 【構成】Ｃ：０．２５〜０．４０重量％、Ｓｉ：０．１
５〜１．５０重量％、Ｍｎ：０．５０〜１．５０重量
％、Ｃｒ：０．１５〜２．００重量％、Ｍｏ：０．１５
〜０．７０重量％、Ｖ：０．２０〜０．５０重量％、Ａ
ｌ：０．００５〜０．０６０重量％、Ｔｉ：０．００５
〜０．０６０重量％、Ｂ：０．０００５〜０．００３０
重量％を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物から構成さ
れた高強度ボルト用鋼。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は耐遅れ破壊性に優れた１
４０ｋｇｆ／ｍｍ2 以上の引張強さを有する高強度ボル
ト用鋼に関する。
４０ｋｇｆ／ｍｍ2 以上の引張強さを有する高強度ボル
ト用鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、建築、建機、自動車部品等に使用
される高強度ボルトは継手効率を高めるためあるいは軽
量化のためにますます高強度化の要望が高まっている。
これらに使用される六角あるいはトルシア形ボルトはＪ
ＩＳ規格ではＦ８Ｔ、Ｆ１０Ｔが規定されており、例え
ばＪＩＳＧ４１０５に規定しているＳＣＭ４２０，ＳＣ
Ｍ４３５等がその素材として使われている。またＪＩＳ
規格ではもっとも高強度であるＦ１１Ｔ（引張強さ１１
０〜１３０ｋｇｆ／ｍｍ2 ）もあるもののその使用は推
奨されておらず、実際にも使われていないようである。
これは引張強さが１２０〜１２５ｋｇｆ／ｍｍ2 を越え
るボルトを湿潤雰囲気の高応力下で長時間使用した場
合、例えば不完全ねじ部の切欠き等を起点に、突発的に
脆性破壊する遅れ破壊が生じるためである。この原因は
環境から侵入した水素が鋼中の結晶粒界や非金属介在物
周辺の応力集中場にトラップされることによるとされて
いる。したがって、より高強度のボルトを使用する場
合、水素に対して高い抵抗性のある鋼でなければならな
い。
される高強度ボルトは継手効率を高めるためあるいは軽
量化のためにますます高強度化の要望が高まっている。
これらに使用される六角あるいはトルシア形ボルトはＪ
ＩＳ規格ではＦ８Ｔ、Ｆ１０Ｔが規定されており、例え
ばＪＩＳＧ４１０５に規定しているＳＣＭ４２０，ＳＣ
Ｍ４３５等がその素材として使われている。またＪＩＳ
規格ではもっとも高強度であるＦ１１Ｔ（引張強さ１１
０〜１３０ｋｇｆ／ｍｍ2 ）もあるもののその使用は推
奨されておらず、実際にも使われていないようである。
これは引張強さが１２０〜１２５ｋｇｆ／ｍｍ2 を越え
るボルトを湿潤雰囲気の高応力下で長時間使用した場
合、例えば不完全ねじ部の切欠き等を起点に、突発的に
脆性破壊する遅れ破壊が生じるためである。この原因は
環境から侵入した水素が鋼中の結晶粒界や非金属介在物
周辺の応力集中場にトラップされることによるとされて
いる。したがって、より高強度のボルトを使用する場
合、水素に対して高い抵抗性のある鋼でなければならな
い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従って、鋼中に水素が
浸入しても、例えば結晶粒界の結合力が劣化しないよう
な化学組成や熱処理条件の検討がなされている。１４０
ｋｇｆ／ｍｍ2 以上の強度を有し、かつ遅れ破壊感受性
の低い鋼については、いくつかの提案がされている。例
えば、特開昭６０−１１４５５１号公報にはＳｉ，Ｍｎ
を低減した鋼が開示されている。また、特開平２−２６
７２４３号公報等にはＳｉ，Ｃｒを高めた鋼が開示され
ている。しかし、これらは耐遅れ破壊感受性が十分とは
言えない。本発明者らは鋼の化学組成について鋭意検討
した結果、特にＢの微量添加とＶ含有量を高めることに
より、遅れ破壊感受性を著しく低下することが可能であ
るとの知見を得た。本発明は、１４０ｋｇｆ／ｍｍ2 以
上の高強度でかつ耐遅れ破壊性に優れた高強度ボルト用
鋼を提案するものである。
浸入しても、例えば結晶粒界の結合力が劣化しないよう
な化学組成や熱処理条件の検討がなされている。１４０
ｋｇｆ／ｍｍ2 以上の強度を有し、かつ遅れ破壊感受性
の低い鋼については、いくつかの提案がされている。例
えば、特開昭６０−１１４５５１号公報にはＳｉ，Ｍｎ
を低減した鋼が開示されている。また、特開平２−２６
７２４３号公報等にはＳｉ，Ｃｒを高めた鋼が開示され
ている。しかし、これらは耐遅れ破壊感受性が十分とは
言えない。本発明者らは鋼の化学組成について鋭意検討
した結果、特にＢの微量添加とＶ含有量を高めることに
より、遅れ破壊感受性を著しく低下することが可能であ
るとの知見を得た。本発明は、１４０ｋｇｆ／ｍｍ2 以
上の高強度でかつ耐遅れ破壊性に優れた高強度ボルト用
鋼を提案するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、Ｃ：０．２５
〜０．４０重量％、Ｓｉ：０．１５〜１．５０重量％、
Ｍｎ：０．５０〜１．５０重量％、Ｃｒ：０．１５〜
２．００重量％、Ｍｏ：０．１５〜０．７０重量％、
Ｖ：０．２０〜０．５０重量％、Ａｌ：０．００５〜
０．０６０重量％、Ｔｉ：０．００５〜０．０６０重量
％、Ｂ：０．０００５〜０．００３０重量％を含み、残
部Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする高
強度ボルト用鋼である。さらに上記成分に加えてＮｉ：
０．２〜２．０重量％、Ｃｕ：０．５〜１．５重量％、
Ｎｂ：０．０１〜０．１０重量％のうちから選ばれた１
種又は２種以上を含有することとすれば一層好適であ
る。
〜０．４０重量％、Ｓｉ：０．１５〜１．５０重量％、
Ｍｎ：０．５０〜１．５０重量％、Ｃｒ：０．１５〜
２．００重量％、Ｍｏ：０．１５〜０．７０重量％、
Ｖ：０．２０〜０．５０重量％、Ａｌ：０．００５〜
０．０６０重量％、Ｔｉ：０．００５〜０．０６０重量
％、Ｂ：０．０００５〜０．００３０重量％を含み、残
部Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする高
強度ボルト用鋼である。さらに上記成分に加えてＮｉ：
０．２〜２．０重量％、Ｃｕ：０．５〜１．５重量％、
Ｎｂ：０．０１〜０．１０重量％のうちから選ばれた１
種又は２種以上を含有することとすれば一層好適であ
る。
【０００５】
【作用】本発明は中炭素鋼をベースとして適正な成分を
加え、特にＶ及び微量のＢを含有させることにより、鋼
中に水素が浸入しても結晶粒界の結合力が劣化せず、遅
れ感受性が低い鋼である。本発明鋼の化学組成の限定理
由を次に述べる。
加え、特にＶ及び微量のＢを含有させることにより、鋼
中に水素が浸入しても結晶粒界の結合力が劣化せず、遅
れ感受性が低い鋼である。本発明鋼の化学組成の限定理
由を次に述べる。
【０００６】Ｃ：０．２５〜０．４０重量％ Ｃは熱処理により高強度を得るには０．２５重量％以上
必要とし、０．４０重量％を越えると炭化物生成量が増
し、靭性を低下し、強度と靭性のバランスを損なうこと
から０．２５〜０．４０重量％とした。 Ｓｉ：０．１５〜１．５０重量％ Ｓｉは脱酸元素であると同時に焼戻軟化抵抗を増す作用
も有し、これらを発揮するには、０．１５重量％以上添
加することを必要とするが多量に添加すると脱炭を促
し、かつ靭性が低下するので上限は１．５０重量％とし
た。
必要とし、０．４０重量％を越えると炭化物生成量が増
し、靭性を低下し、強度と靭性のバランスを損なうこと
から０．２５〜０．４０重量％とした。 Ｓｉ：０．１５〜１．５０重量％ Ｓｉは脱酸元素であると同時に焼戻軟化抵抗を増す作用
も有し、これらを発揮するには、０．１５重量％以上添
加することを必要とするが多量に添加すると脱炭を促
し、かつ靭性が低下するので上限は１．５０重量％とし
た。
【０００７】Ｍｎ：０．５〜１．５重量％ Ｍｎは脱酸に加え脱硫元素であり、さらに室温強度を得
る焼入性向上元素でもあり、最低０．５重量％以上を必
要とする。しかし、１．５重量％を越えて添加すること
は例えばＰの粒界偏析を助長し、靭性を低下させるので
０．５〜１．５重量％の範囲とした。
る焼入性向上元素でもあり、最低０．５重量％以上を必
要とする。しかし、１．５重量％を越えて添加すること
は例えばＰの粒界偏析を助長し、靭性を低下させるので
０．５〜１．５重量％の範囲とした。
【０００８】Ｃｒ：０．１５〜２．００重量％ ＣｒはＭｎと同様に焼入性を向上させるのに有効であ
り、またＳｉと同様に焼戻軟化抵抗を増し、高温焼戻で
も高い強度を得、靭性劣化を防ぐ作用を有する。これら
と経済的観点から０．１５〜２．００重量％の範囲とし
た。 Ｍｏ：０．１５〜０．７０重量％ Ｍｏは焼戻軟化抵抗を大きく向上させ、鋼の靭性を高め
るには極めて有効であり、その下限必要量に０．１５重
量％で高価な元素でもあり、上限は０．７重量％とし
た。
り、またＳｉと同様に焼戻軟化抵抗を増し、高温焼戻で
も高い強度を得、靭性劣化を防ぐ作用を有する。これら
と経済的観点から０．１５〜２．００重量％の範囲とし
た。 Ｍｏ：０．１５〜０．７０重量％ Ｍｏは焼戻軟化抵抗を大きく向上させ、鋼の靭性を高め
るには極めて有効であり、その下限必要量に０．１５重
量％で高価な元素でもあり、上限は０．７重量％とし
た。
【０００９】Ｖ：０．２〜０．５重量％ Ｖは焼入性確保あるいは微細な炭化物による析出強化作
用を有し、微量添加でもその効果は発揮するものの、特
にＢとの複合添加により耐遅れ破壊性を向上させるには
０．２重量％以上を必要とする。しかしその効果は０．
５重量％を越えて添加しても飽和するので０．２〜０．
５重量％の範囲とした。
用を有し、微量添加でもその効果は発揮するものの、特
にＢとの複合添加により耐遅れ破壊性を向上させるには
０．２重量％以上を必要とする。しかしその効果は０．
５重量％を越えて添加しても飽和するので０．２〜０．
５重量％の範囲とした。
【００１０】Ａｌ，Ｔｉ：０．００５〜０．０６０重量
％ Ａｌ及びＴｉは脱酸元素であると同時に鋼の結晶粒微細
化作用を有し、靭性改善にも有効である。また本発明鋼
のＢの微量添加を有効に作用させるには０．００５重量
％以上必要で、０．０６０重量％を越えると清浄性が劣
化し、耐遅れ破壊性に不利になるので、０．００５〜
０．０６０重量％の範囲とした。
％ Ａｌ及びＴｉは脱酸元素であると同時に鋼の結晶粒微細
化作用を有し、靭性改善にも有効である。また本発明鋼
のＢの微量添加を有効に作用させるには０．００５重量
％以上必要で、０．０６０重量％を越えると清浄性が劣
化し、耐遅れ破壊性に不利になるので、０．００５〜
０．０６０重量％の範囲とした。
【００１１】Ｂ：０．０００５〜０．００３０重量％ Ｂは焼入れ性を高めると共に、結晶粒界の清浄化を促
し、特にＶを増加させた場合の靭性向上に大きく寄与
し、耐遅れ破壊性を向上させる。これらを発揮するには
０．０００５重量％以上必要とし、多量に添加するとか
えって粗大なＢ窒化物を生成、靭性を低下させるので上
限は０．００３０重量％とした。
し、特にＶを増加させた場合の靭性向上に大きく寄与
し、耐遅れ破壊性を向上させる。これらを発揮するには
０．０００５重量％以上必要とし、多量に添加するとか
えって粗大なＢ窒化物を生成、靭性を低下させるので上
限は０．００３０重量％とした。
【００１２】Ｎｉ：０．２〜２．０重量％ Ｎｉは焼入、焼戻後の靭性改善に有効で、かつ耐食性を
向上させることから下限は０．２重量％とし、高価な元
素のため上限に２．０重量％とした。 Ｃｕ：０．５〜１．５重量％ Ｃｕは焼戻過程の析出強化作用を有し、その発揮には
０．５重量％以上を必要とし、１．５重量％を越えて添
加しても鋼の靭性を低下させるので０．５〜１．５重量
％の範囲とした。
向上させることから下限は０．２重量％とし、高価な元
素のため上限に２．０重量％とした。 Ｃｕ：０．５〜１．５重量％ Ｃｕは焼戻過程の析出強化作用を有し、その発揮には
０．５重量％以上を必要とし、１．５重量％を越えて添
加しても鋼の靭性を低下させるので０．５〜１．５重量
％の範囲とした。
【００１３】Ｎｂ：０．０１〜０．１０重量％ Ｎｂは鋼の結晶粒微細化作用の強い元素で、一般に細粒
化鋼の方が耐遅れ破壊性が優れている。しかし多量に添
加してもその効果が飽和するので、０．０１〜０．１０
重量％の範囲とした。なお、不純物元素であるＰ及びＳ
含有量は特に制限していないが、Ｐの粒界偏析やＳによ
る清浄性に考えると低い方が望ましいことは言うまでも
なく、強度を考慮すると両元素とも０．０１０重量％以
下が望ましい。
化鋼の方が耐遅れ破壊性が優れている。しかし多量に添
加してもその効果が飽和するので、０．０１〜０．１０
重量％の範囲とした。なお、不純物元素であるＰ及びＳ
含有量は特に制限していないが、Ｐの粒界偏析やＳによ
る清浄性に考えると低い方が望ましいことは言うまでも
なく、強度を考慮すると両元素とも０．０１０重量％以
下が望ましい。
【００１４】
【実施例】表１に示す化学成分の鋼を溶製し、これを１
５０ｍｍ角に熱間圧延後さらに２５ｍｍφ丸棒に圧延し
た。記号のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ鋼は本発明鋼に従ったも
のであり、記号のＦ、Ｇ鋼は比較のために準備した従来
鋼である。これらの丸棒を９００℃で焼入した後、引張
強さが約１５０ｋｇｆ／ｍｍ2 になるよう焼戻条件を変
化した。そのときの機械的性質及び衝撃特性を調べた。
引張試験片はＪＩＳ４号を用い、室温にて５ｍｍ／ｍｉ
ｎで引張った。また衝撃試験片はＪＩＳ４号試片を準備
し、試験温度は０℃一定とした。それぞれ３本ずつ試験
し、その平均値を表２に示した。本発明鋼は比較鋼に比
べ、強度と靭性のバランスに優れていることが明らかで
ある。次にこれらの供試鋼の耐遅れ破壊感受性を促進試
験により評価した。その評価方法は図１に示すような促
進遅れ破壊試験用の切欠き試験片を作成し、試験雰囲気
は０．１Ｎ−ＨＣｌ水溶液とした。試験中の負荷応力は
予め測定した切欠き強度（σＮ）の０．７倍とし、破断
までの時間を求めた。本発明鋼のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、及び
Ｅ鋼は比較鋼Ｆ及びＧ鋼に比べ遅れ破壊感受性の低いこ
とが明らかである。
５０ｍｍ角に熱間圧延後さらに２５ｍｍφ丸棒に圧延し
た。記号のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ鋼は本発明鋼に従ったも
のであり、記号のＦ、Ｇ鋼は比較のために準備した従来
鋼である。これらの丸棒を９００℃で焼入した後、引張
強さが約１５０ｋｇｆ／ｍｍ2 になるよう焼戻条件を変
化した。そのときの機械的性質及び衝撃特性を調べた。
引張試験片はＪＩＳ４号を用い、室温にて５ｍｍ／ｍｉ
ｎで引張った。また衝撃試験片はＪＩＳ４号試片を準備
し、試験温度は０℃一定とした。それぞれ３本ずつ試験
し、その平均値を表２に示した。本発明鋼は比較鋼に比
べ、強度と靭性のバランスに優れていることが明らかで
ある。次にこれらの供試鋼の耐遅れ破壊感受性を促進試
験により評価した。その評価方法は図１に示すような促
進遅れ破壊試験用の切欠き試験片を作成し、試験雰囲気
は０．１Ｎ−ＨＣｌ水溶液とした。試験中の負荷応力は
予め測定した切欠き強度（σＮ）の０．７倍とし、破断
までの時間を求めた。本発明鋼のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、及び
Ｅ鋼は比較鋼Ｆ及びＧ鋼に比べ遅れ破壊感受性の低いこ
とが明らかである。
【００１５】
【表１】
【００１６】
【表２】
【００１７】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明では中炭素
鋼をベースに、特にＶ添加量の増量とＢの微量複合添加
により、耐遅れ破壊感受性に優れた鋼を提供できるよう
になった。したがって、本発明鋼による高強度ボルトは
遅れ破壊強度が高く、高応力で使用できる可能性を有
し、構造物等の軽量化あるいは締付効率の向上に大きく
寄与する。
鋼をベースに、特にＶ添加量の増量とＢの微量複合添加
により、耐遅れ破壊感受性に優れた鋼を提供できるよう
になった。したがって、本発明鋼による高強度ボルトは
遅れ破壊強度が高く、高応力で使用できる可能性を有
し、構造物等の軽量化あるいは締付効率の向上に大きく
寄与する。
【図１】促進遅れ破壊試験片の形状図である。
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｃ：０．２５〜０．４０重量％ Ｓｉ：０．１５〜１．５０重量％ Ｍｎ：０．５０〜１．５０重量％ Ｃｒ：０．１５〜２．００重量％ Ｍｏ：０．１５〜０．７０重量％ Ｖ：０．２０〜０．５０重量％ Ａｌ：０．００５〜０．０６０重量％ Ｔｉ：０．００５〜０．０６０重量％ Ｂ：０．０００５〜０．００３０重量％ を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特
徴とする高強度ボルト用鋼。 - 【請求項２】 請求項１の成分に加えて Ｎｉ：０．２〜２．０重量％ Ｃｕ：０．５〜１．５重量％ Ｎｂ：０．０１〜０．１０重量％ のうちから選ばれた１種又は２種以上を含有することを
特徴とする高強度ボルト用鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34119191A JPH05171356A (ja) | 1991-12-24 | 1991-12-24 | 高強度ボルト用鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34119191A JPH05171356A (ja) | 1991-12-24 | 1991-12-24 | 高強度ボルト用鋼 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05171356A true JPH05171356A (ja) | 1993-07-09 |
Family
ID=18344072
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34119191A Withdrawn JPH05171356A (ja) | 1991-12-24 | 1991-12-24 | 高強度ボルト用鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05171356A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0709481A1 (fr) * | 1994-10-31 | 1996-05-01 | CREUSOT LOIRE INDUSTRIE (Société Anonyme) | Acier faiblement allié pour la fabrication de moules pour matières plastiques ou pour caoutchouc |
| WO1999031288A1 (en) * | 1997-12-15 | 1999-06-24 | Caterpillar Inc. | Improved hardness, strength, and fracture toughness steel |
| WO2007052775A1 (ja) * | 2005-10-31 | 2007-05-10 | Jfe Steel Corporation | 耐遅れ破壊特性に優れた高強度鋼および金属ボルト |
| JP2007146284A (ja) * | 2005-10-31 | 2007-06-14 | Jfe Steel Kk | 耐遅れ破壊特性に優れた高強度鋼および金属ボルト |
| ES2286948A1 (es) * | 2006-05-25 | 2007-12-01 | Matz-Erreka, S.Coop | Elemento de fijacion roscado de acero aleado al boro. |
| CN116024499A (zh) * | 2022-12-28 | 2023-04-28 | 燕山大学 | 一种抗氢致延迟断裂的10.9级螺栓用钢及10.9级螺栓的制备方法 |
-
1991
- 1991-12-24 JP JP34119191A patent/JPH05171356A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0709481A1 (fr) * | 1994-10-31 | 1996-05-01 | CREUSOT LOIRE INDUSTRIE (Société Anonyme) | Acier faiblement allié pour la fabrication de moules pour matières plastiques ou pour caoutchouc |
| FR2726287A1 (fr) * | 1994-10-31 | 1996-05-03 | Creusot Loire | Acier faiblement allie pour la fabrication de moules pour matieres plastiques ou pour caoutchouc |
| US5645794A (en) * | 1994-10-31 | 1997-07-08 | Creusot Loire Inudstrie | Low alloy steel for the manufacture of molds for plastics and for rubber |
| WO1999031288A1 (en) * | 1997-12-15 | 1999-06-24 | Caterpillar Inc. | Improved hardness, strength, and fracture toughness steel |
| WO2007052775A1 (ja) * | 2005-10-31 | 2007-05-10 | Jfe Steel Corporation | 耐遅れ破壊特性に優れた高強度鋼および金属ボルト |
| JP2007146284A (ja) * | 2005-10-31 | 2007-06-14 | Jfe Steel Kk | 耐遅れ破壊特性に優れた高強度鋼および金属ボルト |
| ES2286948A1 (es) * | 2006-05-25 | 2007-12-01 | Matz-Erreka, S.Coop | Elemento de fijacion roscado de acero aleado al boro. |
| CN116024499A (zh) * | 2022-12-28 | 2023-04-28 | 燕山大学 | 一种抗氢致延迟断裂的10.9级螺栓用钢及10.9级螺栓的制备方法 |
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