JPS62209B2

JPS62209B2 -

Info

Publication number: JPS62209B2
Application number: JP57215548A
Authority: JP
Inventors: Kenji Isogawa; Kunio Namiki; Kenji Takahashi
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1982-12-10
Filing date: 1982-12-10
Publication date: 1987-01-06
Also published as: US4584032A; JPS59107063A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、靭性の優れた7T（70〜80Kgｆ／
mm²級）および8T（80〜90Kgｆ／mm²級）ボルトを
製造するのに好適なボルト用線材の製造方法に関
するものである。従来、機械構造用として使用されているボルト
は、通常、冷間で成形したあと熱処理を施して所
要の強度を得るようにしており、例えば添付図に
示すように工程がとられている。しかしながら、従来の工程では、二次加工工程
が長いためにボルトの製造に時間がかかり、製造
コストが上昇するという欠点があつた。一方、このような欠点をなくすために、焼なま
しおよび焼入れ・焼もどし等の熱処理を省略する
ことができるいわゆる非調質鋼が開発され、
7T、8T用ボルトの素材としていくつかの実用化
の試みをあるが、いまだ定着するには至つていな
い。この理由の一つには、非調質鋼を素材とした
ボルトの靭性が低いことがあげられる。この非調
質鋼は圧延のままで確かに70〜90Kgｆ／mm²級の引
張強度が得られるが、例えばボルトの実体試験と
して行われる楔（くさび）引張試験においてしば
しば首下で破断が生ずるという問題があつた。そこで、この発明は上記従来の問題点を解消す
るためになされたもので、種々の合金元素のバラ
ンスを検討することによつて、焼入れ・焼もどし
等の熱処理を施さなくとも、楔引張試験において
首下破断がなく、従来の機械構造用鋼を素材とし
て焼入れ・焼もどしして製造したボルトと同等の
靭性を有するボルトを製造することができるボル
ト用線材の製造方法を提供することを目的として
いる。この発明によるボルト用線材の製造方法は、重
量％で、Ｃ：0.05〜0.2％、Si：0.05〜0.8％、
Mn：0.8〜２％、Ｐ：0.035％以下、Ｓ：0.030％
以下、Nb：0.005〜0.05％、Al：0.01〜0.05％、
Ｎ：0.005〜0.025％、Ｖ：0.05〜0.25％、および
必要に応じて、Ni：0.05〜0.5％、Cr：0.05〜0.5
％、Mo：0.05〜0.5％のうちの１種または２種以
上を合計で0.05〜1.5％、残部実質的にFeよりな
る鋼を用い、製品圧延に際し、1000〜1150℃に加
熱した後、仕上圧延温度を750〜950℃にして圧延
し、平均５〜50℃／secの冷却速度で冷却するよ
うにしたことを特徴とするものである。このボルト用線材は、鋼片を製品圧延して製造
され、この線材をボルトに成形した後熱処理（焼
入れ・焼もどし）することなく使用に供される
が、以下に上記成分範囲（重量％）の限定理由に
ついて説明する。Ｃ：0.05〜0.2％、Ｃはボルトとしての所要の強度を確保するため
に0.05％以上含有させることが必要であるが、多
すぎると加工性を低下すると共に靭性を劣化する
ので0.2％以下とする。 Si：0.05〜0.8％ Siは脱酸元素として溶製上添加する必要がある
と同時に基地の固溶硬化にも役立つ元素であつ
て、このためには0.05％以上含有させるが、多す
ぎると加工性を低下すると同時に冷間成形性を悪
化するので0.8％以下とする。 Mn：0.8〜２％ Mnは脱酸・脱硫作用を有する元素であると同
時に、焼入性向上元素として有用であり、さらに
基地組織を微細化して靭性の向上に寄与する元素
であつて、この効果を得るためには0.8％以上含
有させることが必要である。しかし、上記の効果
は２％を超えると飽和すると同時に、過剰の添加
はMnの偏析度を増大し、靭性を劣化させるの
で、その上限を２％とする必要がある。Ｐ：0.035以下Ｐは偏析を生じやすい元素であり、多すぎると
衝撃値を低下するので、0.035％以下とする。Ｓ：0.030％以下Ｓは偏析を生じやすい元素であり、多すぎると
加工性を低下させると同時に靭性を劣化させるの
で、0.030％以下とする。さらに、Ｓ含有量を低
くすることによつてMnS系の介在物量を減少さ
せ、靭性を向上することができるので、より望ま
しくは0.01％以下とする。 Nb：0.005〜0.05％、Al：0.01〜0.05％、Ｎ：
0.005〜0.025％ Nb、Al、Ｎはこの発明のボルト用線材におけ
る主要な構成元素であり、Nb、Al、Ｎを共に上
記の範囲で含有させることによつて相乗的な効果
を得ることができ、圧延後の結晶粒の微細化が達
成でき、非調質であつても良好なる靭性を得るこ
とができることを見い出した。特にＮを添加して
その範囲を0.005〜0.025％とすれば、Nbを極めて
微量にしても結晶粒の微細化を達成することがで
き、靭性の優れた非調質ボルト用鋼を得ることが
できるようになつた。Ｖ：0.05〜0.25％Ｖは炭窒化物を形成する元素であり、他の炭窒
化物形成元素であるNb、Ti、Zr等の炭窒化物に
比べてより低い温度で固溶する元素であつて、圧
延中に微細に析出して再結晶を抑制し、パーライ
ト＋フエライト組織を微細化すると共に、析出硬
化して強度を高める効果を有している。そして、
このような効果を得るためには0.05％以上含有さ
せることが必要であるが、上記効果は0.25％で飽
和するので、この値を上限とする。 Ni：0.05〜0.5％、Cr：0.05〜0.5％、Mo：0.05〜
0.5％のうちの１種または２種以上を合計で0.05
〜1.5％ Ni、Cr、Moはいずれも焼入性を向上させ強度
の上昇を図ることができる成分であり、この目的
のため最低0.05％以上が必要である。しかし、
7Tおよび8Tボルトに要求されるボルト径を考慮
すると、各元素単体で最大0.5％合計で1.5％添加
すれば焼入性は十分である。ところで、析出硬化元素としてNb、Ｖ、Ti、
Zr等の炭窒化物形成元素を含む鋼を素材として非
調質型のボルト用線材を製造するに際しては、鋼
片を製品圧延し、圧延後の冷却過程で前記Nb、
Ｖ、Ti、Zr等の炭窒化物を析出させて強度の上
昇をはかるが、そのためには製品圧延前の加熱に
おいてこれらの析出物を固溶させる必要があり、
通常の場合には製品圧延前に1150℃以上に加熱し
て後圧延を行う。このため、製品圧延前の初期結晶粒は上記加熱
によつて粗大化することがある。そこで、初期結
晶粒の微細化すなわち加熱温度の低下の可能性に
ついて研究を行い、上記した各析出硬化元素のう
ち、各々の炭窒化物が固溶する温度を細かく検討
した結果、Ｖが最も低温であることを見い出し
た。すなわち、析出硬化元素としてＶを選択する
ことにより、製品圧延前の加熱による初期結晶粒
の粗大化を十分に防ぐことができ、加熱温度を
1000℃以上にすれば十分に固溶することを見い出
してこの出願の発明を完成した。すなわち、この発明によるボルト用線材の製造
方法において、各元素の成分範囲の限定理由につ
いては前述したとおりであるが、製造条件の限定
理由について以下に説明する。圧延前加熱温度：1000〜1150℃ この発明においては、炭窒化物を形成する元素
としてＶを含有させているため、上記したよう
に、従来よりも加熱温度を低くしたときでもＶの
炭窒化物を十分固溶させることが可能であり、上
記加熱温度を1000℃以上とすれば十分である。他
方、加熱温度が高いと前記したように圧延前の初
期結晶粒が粗大化するおそれがあるため1150℃以
下とする。仕上圧延温度：750〜950℃ この発明の製造方法では、未再結晶域で圧延加
工がなされることが特徴であり、最終的に得られ
るフエライト＋パーライト組織を微細化するため
に750〜950℃の範囲とした。冷却速度：平均５〜50℃／sec 圧延終了→巻取→集速までの冷却条件は、フエ
ライト＋パーライト組織の緻密度および炭窒化物
の析出量を支配する。そして、７〜8Tの強度を
得るための冷却速度として、５〜50℃／secとす
ることが適切である。すなわち、５℃／secより
も遅いと十分な強度が得られず、50℃／secより
も速いとベイナイト組織となつて強度が上昇しす
ぎるためである。以下、実施例について説明する。第１表は本実施例で用いた鋼の化学成分を示
し、鋼種Ａ〜Ｈは本願第一発明およびこれに類似
する鋼、Ｉ〜Ｌは本願第二発明およびこれに類似
する鋼であり、鋼種Ｍ，Ｎはさらに他の比較鋼で
あつて、これらのうち鋼種Ｍは従来の非調質鋼、
鋼種Ｎは従来の焼入れ・焼もどしして使用するボ
ルト用鋼（S45C相当材）である。まず、第一発
明およびこれに類似する鋼Ａ〜Ｈおよび比較鋼
Ｍ，Ｎについて、各成分の鋼を溶製したのち146
mm角の鋼片に圧延し、次いで第２表に示す圧延条
件（No.２、５、６は第一発明の条件）で直径9.0
mmに線材圧延した。次に、前記線材圧延によつて
得られた線材をさらに冷間伸縮により直径7.8mm
のボルト用線材とし、次いでM8×80mm（ｌ）の
六角ボルトに成形しねじ転造した。続いて、最後
にブルーイング処理を施した。また、鋼種Ｎにつ
いては常法により焼入れ・焼もどしを施した。一方、第二発明およびこれに類似する鋼Ｉ〜Ｌ
について、各成分の鋼を溶製したのち146mm角の
鋼片に圧延し、次いで第２表に示す圧延条件（No.
15、19は第二発明の条件）で直径15.0mmに線材圧
延した。次に、前記線材圧延によつて得られた線
材をさらに冷間伸線により直径11.8mmのボルト用
線材とし、次いでM12×100mm（ｌ）のやゝ大径
の六角ボルトに成形しねじ転造した。続いて、最
後にブルーイング処理を施した。このようなボルトの製造過程において、直径
7.8mmおよび15.0mmに伸線した後の線材の結晶粒
度および引張特性を調べたところ、第３表に示す
結果となつた。なお、結晶粒度の測定はJIS Ｇ
0552に準じて行い、引張試験片はJIS 14A号を用
いて行つた。第３表に示すように、本発明およびこれに類似
する鋼Ａ〜ＨおよびＩ〜Ｌはいずれも比較鋼Ｍ，
Ｎよりも結晶粒が微細であり、伸びおよび絞りに
おいても従来の非調質鋼に比べてかなり向上して
おり、焼入れ・焼もどしした鋼に劣らないすぐれ
た靭性を有していることが明らかであり、太径の
ものであつてもNi、Cr、Moを添加することによ
つてすぐれた値が得られることが明らかである。
そして、とくに本発明例のNo.２、５、６およびNo.
15、19では結晶粒がより一層微細化されており、
高強度が得られると共に伸びおよび絞りもさらに
向上していることが明らかである。次に、上記工程により得られた各ボルトの実体
強度を試験するために、第２図に示す装置を用い
て楔引張試験を行つた。なお、図において、１は
六角ボルト、２は台形ナツト、３は楔角度θが15
の環状楔、４は楔係止部材、５はナツト係止部材
であり、矢印Ａ方向に引張つた際の破断強度およ
び破断位置を調べた。なお、六角ボルト１の首部
半径は0.1Rのものとした。この結果を第４表に
示す。第４表に示すように、本発明およびこれに類似
する鋼Ａ〜ＨよびＩ〜Ｌはいずれも高い楔引張強
度を有し、破断位置もねじ部分でつて、焼入れ・
焼もどししたものに比べて勝るとも劣らないすぐ
れた強度を有しており、とくに本発明例のNo.２、
５、６およびNo.15、19においてより優れた値を示
しており、低コストでの製造が可能であることが
明らかである。これに対して従来の非調質鋼ボル
トでは、楔引張強度が小さく、破断位置も首下部
分であつて、割れ感受性が敏感であることが判明
した。そのほか、ボルトとして要求される試験、すな
わち、保証荷重試験、疲れ試験等を行つたが、い
ずれも従来の焼入れ・焼もどし鋼に劣らない良好
なる特性を示すことが確認された。

【表】

【表】以上説明してきたように、この発明によれば、
各合金元素のバランスが著しく良好であり、結晶
粒がより微細化されているボルト用線材を得るこ
とができたから、このボルト用線材を用いてボル
トを製造するに際して、焼入れ・焼もどし等の熱
処理を施さなくとも、従来の焼入れ・焼もどしし
たボルトに勝るとも劣らない優れた機械的強度お
よび靭性を有し、従来の非調質型ボルト用線材を
用いて製造したボルトに比べて機械的強度および
靭性がかなり良好であり、靭性がすぐれているた
め従来の非調質型ボルトのような首下破断のおそ
れもなく、7T〜8Tボルトを高い生産性でかつ低
コストで製造することが可能であるというすぐれ
た効果を有し、とくに炭窒化物形成元素にＶを用
いて製品圧延前の加熱温度を低下させることによ
つてより一層の機械的特性の向上をはかることが
可能であるという非常にすぐれた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の焼入れ・焼もどし型のボルトの
製造工程を示す説明図、第２図は楔引張試験の要
領を示す説明図である。

Claims

【特許請求の範囲】１重量％で、Ｃ：0.05〜0.2％、Si：0.05〜0.8
％、Mn：0.8〜２％、Ｐ：0.035％以下、Ｓ：
0.030％以下、Nb：0.005〜0.05％、Al：0.01〜
0.05％、Ｎ：0.005〜0.025％、Ｖ：0.05〜0.25
％、残部実質的にFeよりなる鋼を用い、製品圧
延に際し、1000〜1150℃に加熱した後、仕上圧延
温度を750〜950℃にして圧延し、平均５〜50℃／
secの冷却速度で冷却することを特徴とするボル
ト用線材の製造方法。２重量％で、Ｃ：0.05〜0.2％、Si：0.05〜0.8
％、Mn：0.8〜２％、Ｐ：0.035％以下、Ｓ：
0.030％以下、Nb：0.005〜0.05％、Al：0.01〜
0.05％、Ｎ：0.005〜0.025％、Ｖ：0.05〜0.25
％、およびNi：0.05〜0.5％，Cr：0.05〜0.5％，
Mo：0.05〜0.5％のうちの１種または２種以上を
合計で0.05〜1.5％、残部実質的にFeよりなる鋼
を用い、製品圧延に際し、1000〜1150℃に加熱し
た後、仕上圧延温度を750〜950℃にして圧延し、
平均５〜50℃／secの冷却速度で冷却することを
特徴とするボルト用線材の製造方法。