JP2003113444A - 高強度非調質アプセットボルト用線材およびその製造方法並びに高強度非調質アプセットボルトの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱間圧延ままの線材を伸線加工および冷間圧
造して、引張強さが９００Ｎ／mm²以上もの高強度を有
しながら耐遅れ破壊性に優れたアプセットボルトの製造
に用いる線材を提供する。 【解決手段】 線材の金属組織を、フェライトおよびパ
ーライトの２相組織で、該フェライト分率が面積率で３
０〜７０％であって、且つ該フェライト中の炭・窒化物
の平均粒径が５０ｎｍ以下で、粒径５０ｎｍ以下の炭・
窒化物が５０個／μｍ²以上となるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車や各種産業
用機械に頻繁に使用されるアプセットボルトに関するも
のであって、詳細には、熱間圧延まま熱処理を施さなく
とも冷間圧造時の加工性（以下、冷間圧造性ということ
がある）に優れた線材を用いて、９００Ｎ／mm²（ＪＩ
Ｓ強度区分１０．９級）以上の高強度を有しながら耐遅
れ破壊性に優れたアプセットボルトを製造する技術に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車、一般機械および建築構造物の製
造に使用される高強度締結部品として、ボルト頭部を有
する高強度アプセットボルトがある。この様な高強度ア
プセットボルトを製造するに際しては、Ｃｒ，Ｍｏ等を
添加した合金強靭鋼を熱間加工により線状とし、これに
酸洗や機械的デスケーリング処理を施した後、加工性向
上のため、球状化焼鈍等の熱処理を施してから伸線加工
を行い、次いで圧造してボルト形状に成形し、最終的に
所定の強度となるよう焼入れ焼戻し処理を行う方法が採
用されてきた。即ち、これまでの製造方法では、高強度
化に反比例して劣化する冷間圧造性を向上させる目的
で、冷間圧造前に熱処理の施される調質アプセットボル
トが用いられてきた。

【０００３】しかし最近では、ボルト製造時の省工程に
よる省エネルギーとコストダウンを目的に、上記熱処理
工程を省略して製造する非調質アプセットボルトが注目
を集めている。

【０００４】この様な非調質アプセットボルトを製造す
る方法として、これまでに、例えば特開昭６１−２８４
５５４号、特開平８−４１５３７号、および特開平５−
３３９６７７号等に、冷間圧造性の向上とボルト強度の
ばらつき低減を目指して主要合金成分および熱処理条件
等を調整した技術が提案されている。しかしながら上記
いずれの技術も、ボルト強度の上限がＪＩＳ８．８級
（８００Ｎ／mm²）程度と比較的強度の低いアプセット
ボルトに関するものであって遅れ破壊による破断が問題
となる９００Ｎ／mm²以上の高強度アプセットボルトを
想定したものではない。

【０００５】一方、ボルト強度が９００Ｎ／mm²以上の
高強度非調質ボルトを製造する方法について、例えば特
開平９−９５７３３号、特開平８−３６４０号、および
特開平１１−１４０５８３号等で提案がなされている。
しかしながら、特開平９−９５７３３号は、アプセット
ボルト頭部成形が不要なスタッドボルトを対象にしたも
のであって、アプセットボルトに特有の首下靭性や、ア
プセットボルト頭部成形時に要求される優れた冷間圧造
性といった特性について検討されているものではない。
また、特開平８−３６４０号では、圧延後に熱湯浴中で
冷却するといった特殊な工程を必要とすることに加え、
５５〜８５％と高減面率での伸線加工を前提としてい
る。しかしこの様な高減面率で伸線加工を行うと、強度
のみが極端に上昇して冷間圧造性が著しく劣化し、冷間
圧造にてアプセットボルト頭部を成形することが極めて
困難となることから、アプセットボルトを商用的に製造
するには更なる検討を要するものである。また特開平１
１−１４０５８３号には、冷間圧造性や疲労限の改善に
主眼を置いた技術が開示されているが、この技術は、高
強度アプセットボルトにおいて懸念される、締結後の遅
れ破壊発生による異常破断を防止することについてまで
検討されているものではない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような事
情に鑑みてなされたものであって、その目的は、熱間圧
延まま熱処理を施さない線材を冷間圧造して、引張強度
が９００Ｎ／mm²以上と高強度でありながら耐遅れ破壊
性に優れたアプセットボルトを得るための線材およびそ
の製造方法、並びに上記の様な高強度かつ耐遅れ破壊性
に優れたアプセットボルトを製造するための有用な方法
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】高強度かつ耐遅れ破壊性
に優れたアプセットボルトを非調質で得るための線材と
は、熱間圧延後の組織がフェライトおよびパーライトの
２相組織で、該フェライト分率が面積率で３０〜７０％
であって、且つ該フェライト中の炭・窒化物の平均粒径
が５０ｎｍ以下で、粒径５０ｎｍ以下の炭・窒化物が５
０個／μｍ²以上存在することを要旨とするものであ
る。

【０００８】尚、上記炭・窒化物とは、炭化物、窒化物
または炭・窒化物、若しくはこれらの混合物をいうもの
とする。

【０００９】本発明に係るアプセットボルト用線材は、
上記要件を満足することで所望の効果を達成するもので
あるが、この線材は、一般に次に示す様な化学成分、即
ちＣ：０．１５〜０．３５％、Ｓｉ：０．１０％以下
（０％を含まない）、Ｍｎ：１．０〜２．０％、Ｃｒ：
０．０５〜１．０％、Ａｌ：０．００５〜０．０７％、
Ｎ：０．００５％以下（０％を含まない）を満たし、更
に、Ｖ：０．０５〜０．３０％、Ｔｉ：０．０７％以下
（０％を含まない）、Ｎｂ：０．１％以下（０％を含ま
ない）よりなる群から選択される少なくとも１種を含有
するものである。また、本発明のアプセットボルト用線
材には、必要によって、Ｂ：０．０００５〜０．００５
％を含有させることも有効である。

【００１０】上記本発明の線材を製造するには、熱間圧
延に際してまず９００〜１２００℃に加熱し、仕上げ圧
延を８５０℃以上で行った後に、８００〜５００℃間の
冷却を平均冷却速度２〜１０℃／ｓで行うことが大変有
効である。この様にして製造された線材に、熱処理する
ことなく減面率で２０〜４０％の伸線加工を施し、次い
で冷間圧造加工した後、更に２００〜４００℃の温度で
ベーキング処理することによって、９００Ｎ／mm²以上
もの高強度を有しながら耐遅れ破壊性に優れたアプセッ
トボルトを得ることができるのである。

【００１１】尚、上記「平均粒径」とは電子顕微鏡で観
察した５００ｎｍ×５００ｎｍの視野を１０視野撮影し
たときの炭・窒化物の粒径平均値をいい、上記「粒径」
とは各炭・窒化物の長径および短径の平均値をいうもの
とする。また、本発明でいう線材とは伸線加工前のもの
をいい、鋼線とは前記線材に伸線加工を施したものをい
うこととする。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明者らは、９００Ｎ／mm²以
上もの高強度でありながら耐遅れ破壊性に優れているア
プセットボルトを、熱間圧延まま線材を冷間圧造して得
るべく、線材の金属組織や析出物等について様々な角度
から検討を行った。

【００１３】その結果、アプセットボルト製造に用いる
線材として、金属組織を所定の割合から成るフェライト
およびパーライトの２相組織とし、かつフェライト中に
所定の条件で炭・窒化物を析出させたものを用いれば、
熱処理することなく熱間圧延ままで伸線加工および冷間
圧造することができ、アプセットボルトとして引張強さ
が９００Ｎ／mm²以上と高強度でかつ耐遅れ破壊性に優
れたものが得られることが分かった。

【００１４】以下、本発明で線材の金属組織および析出
物の詳細を規定した理由について詳しく述べる。

【００１５】本発明では、線材の金属組織をフェライト
およびパーライトの２相組織とする必要がある。線材の
金属組織がフェライトおよびマルテンサイトの２相組織
の場合には伸線時に断線し易くなり、９００Ｎ／mm²以
上の強度が確保できないといった問題があるので好まし
くなく、またベイナイト組織は他の組織と比較して伸線
加工による強度上昇量が小さく、ベイナイト組織が生成
すると最終的に十分なボルト強度が得られないので好ま
しくないのである。

【００１６】図１は、金属組織中のフェライト分率（面
積率）と変形抵抗の関係を示すグラフであり、Ｃ量を変
えてフェライト面積率を変化させた個々の試験片につい
て、バウシンガー効果による変形抵抗低減効果が顕著に
なる減面率（４０％）で伸線加工した後、同心円溝付き
の拘束型厚板を使用して圧縮した際の変形抵抗を求めた
ものである。試験条件は、圧縮率：８０％とし、ひずみ
速度を１０ｓ^-1とした。

【００１７】本発明では、線材の金属組織と伸線加工時
の減面率とを調整することでボルト製品の高強度達成を
図っているが、図１に示す通り、線材のフェライト分率
が面積率で７０％を超える場合には、高減面率で伸線加
工を行ったとしても、最終的に得られるアプセットボル
トの強度を９００Ｎ／mm²以上とすることができないの
である。一方、線材のフェライト分率が面積率で３０％
未満になると、その分パーライト組織の面積率が増加
し、図１に示される様に変形抵抗が１０００Ｎ／ｍｍ²
を超え、冷間圧造時に用いる工具の寿命が著しく低下す
ることが懸念される。

【００１８】表１は、金属組織中のフェライト分率（面
積率）を変化させたアプセットボルト試験片について、
ＪＩＳ Ｂ１０５１に規定するくさび引張試験を行った
結果を示したものであり、試験の結果、アプセットボル
ト頭部とねじ部との間で破断が生じたものを×とし、破
断しなかったものを○と評価している。この表１より、
金属組織中のフェライト分率（面積率）が減少するとと
もに、靭性が劣化してアプセットボルト頭部とねじ部と
の間で破断が生じ易くなることが分かる。

【００１９】

【表１】

【００２０】これら図１および表１の結果より、線材の
金属組織にてフェライトおよびパーライトの２相組織に
占めるフェライト分率を、面積率で３０％以上、７０％
以下とすることとした。尚、上記フェライト分率は、好
ましくは面積率で４０％以上、６０％以下である。

【００２１】パーライト組織は、その組織中におけるセ
メンタイト層とフェライト層との界面で水素をトラップ
し、粒界脆化をもたらす水素の粒界集中を抑制して遅れ
破壊を防止する効果がある。ゆえに耐遅れ破壊性を向上
させるには、パーライト組織の面積率を増加させること
が望ましいが、多量に生成すると、上述の如く冷間圧造
時の変形抵抗が増加して、工具寿命が低下したり割れ発
生が起こり易くなるのである。

【００２２】またパーライト組織のラメラ間隔を狭める
ことによって、上記粒界脆化の原因となる水素を多量に
トラップすることができ、耐遅れ破壊性をより一層高め
ることができる他、割れの発生も起こり難くなる。従っ
てパーライトのラメラ間隔は、２５０ｎｍ以下となるよ
うにすることが好ましいが、前記ラメラ間隔が狭すぎる
と、バウシンガー効果に寄与するパーライト部のフェラ
イト量が減少し、変形抵抗の低減が望めないので、１０
０ｎｍ以上となるようにすることが好ましい。

【００２３】この様にパーライト組織のラメラ間隔を好
ましくは１００〜２５０ｎｍ、後述するように伸線加工
を減面率２０〜４０％で行えば、より好ましい耐遅れ破
壊性を確保することができる他、変形抵抗の低減効果も
有効に発揮されるのである。

【００２４】本発明は、９００Ｎ／mm²以上のボルト強
度を達成すべく、フェライト中に析出物として炭・窒化
物を存在させて析出強化による強度上昇を図るものであ
るが、該炭・窒化物の平均粒径および析出密度が所定の
範囲を超えると、線材の冷間圧造性が阻害されたり遅れ
破壊が生じ易くなると考えられる。従って本発明では、
上記フェライト中に析出する炭・窒化物について、その
平均粒径および析出密度を下記の様に規定した。

【００２５】図２は、フェライト中に析出する炭・窒化
物の平均粒径および析出密度と遅れ破壊特性との関係に
ついて調べたものであり、線径１１．０ｍｍの圧延材を
線径８．９９ｍｍまで伸線して得られた試験片（引張強
度：９６０〜１１７０Ｎ／ｍｍ²）を用いて酸大気遅れ
破壊試験を行った結果を示している。酸大気遅れ破壊試
験は、前記試験片を１５％ＨＣｌの酸溶液中に３０分間
浸漬後、水洗・乾燥し、大気中で各試験片の引張強度の
９０％の応力を１００時間以上負荷させて行った。試験
結果は、前記応力を負荷させて１００時間以上破断しな
かったものを○とし、１００時間未満で破断したものを
×と評価した。

【００２６】この図２より、線材のフェライト組織中に
析出した炭・窒化物の平均粒径を５０ｎｍ以下とし、か
つ粒径５０ｎｍ以下の炭・窒化物が５０個／μｍ²以上
となるよう制御すれば、ボルトの強度が９００Ｎ／mm²
以上と高強度であっても耐遅れ破壊性に優れたアプセッ
トボルトが得られることが分かる。尚、上記炭・窒化物
の平均粒径は、好ましくは３０ｎｍ以下であり、粒径５
０ｎｍ以下の炭・窒化物の好ましい析出密度は、７０個
／μｍ²以上である。

【００２７】また、上記炭・窒化物の具体的な種類は特
に限定されるものではなく、ＣｒＮ、Ｖ（Ｃ，Ｎ）、Ｔ
ｉ（Ｃ，Ｎ）等の炭・窒化物が挙げられる。

【００２８】本発明に係るアプセットボルト用線材は、
上記要件を満足することをもって所望の効果が発揮され
るものであり、その化学成分組成については特に限定さ
れるものではないが、好ましい範囲およびその理由を述
べるとすれば以下の通りである。

【００２９】Ｃ：０．１５〜０．３５％ Ｃは所望の強度を確保するための必須元素であり、０．
１５％以上、好ましくは０．２０％を超えて添加する。
しかし過剰に添加すると、金属組織中のパーライト分率
が増加して冷間圧造時の変形抵抗が上昇し、その結果、
工具寿命が低下して生産性の低下やコストアップを引き
起こすこととなるので、０．３５％以下、好ましくは
０．３０％以下に抑えるのがよい。

【００３０】Ｓｉ：０．１０％以下（０％を含まない） Ｓｉは、溶製時に脱酸剤として用いる元素であるが、過
剰に添加すると、ＳｉＯ₂等硬質の介在物が生じて伸線
加工時や冷間圧造時に割れが発生したり、フェライト組
織が硬化して変形抵抗の上昇を招き、冷間圧造性を阻害
することとなる。従って、Ｓｉ含有量を０．１０％以
下、好ましくは０．０５％以下に抑える。

【００３１】Ｍｎ：１．０〜２．０％ Ｍｎは、脱酸剤としての効果およびフェライト中に固溶
して鋼を強化させる効果を有する元素であり、これらの
効果を有効に発揮させるには、１．０％以上、好ましく
は１．４％以上添加する必要がある。しかしながら、過
剰に添加するとＭｎの偏析が生じ、該偏析部にマルテン
サイトの過冷組織が生成して伸線加工性を劣化させるこ
ととなるので、その上限を２．０％、好ましくは１．５
％とする。

【００３２】Ｃｒ：０．０５〜１．０％ Ｃｒは、Ｃと同様、所望の強度を確保するのに有効な元
素であると共に、アプセットボルト成形後のベーキング
処理時に再析出して強度の低下を抑制する効果を有す
る。また、Ｃｒ炭化物が形成されて固溶Ｃ量が低減し、
動的ひずみ時効が抑制されるので、Ｃｒ添加は変形抵抗
の低減を図る上でも有効である。この様なＣｒの効果を
有効に発揮させるには、０．０５％以上、好ましくは
０．１０％以上添加するのがよい。ただし、Ｃｒ含有量
が１．０％を超えると、粗大なＣｒ炭化物の生成を招い
て冷間圧造性を低下させることとなるので好ましくな
い。Ｃｒ含有量は好ましくは０．５０％以下であり、更
に好ましくは０．２５％以下である。

【００３３】Ａｌ：０．００５〜０．０７％ Ａｌは、固溶ＮをＡｌＮの形で固定して結晶粒を微細化
し、強度を増加させるのに有効な元素である。またＡｌ
Ｎ形成により固溶Ｎ量が低減されるので、変形抵抗の上
昇を抑えるという観点からも有効な元素である。この様
なＡｌの効果を有効に発揮させるには、０．００５％以
上、好ましくは０．０１％以上添加するのがよい。しか
し過剰に添加すると、Ａｌ₂Ｏ₃の生成により変形能が却
って阻害され、アプセットボルト成形加工が困難となる
ので、０．０７％以下、好ましくは０．０５％以下に抑
えるようにする。

【００３４】Ｎ：０．００５％以下（０％を含まない） Ｎは、フェライト中に析出させる炭・窒化物の構成元素
であるので、好ましくは０．００１％以上含有させる。
しかしＮは、Ａｌ，Ｔｉ等と結合して炭窒化物、窒化物
等を形成する以外は、固溶の形態で組織中に残存し、こ
れが冷間圧造時の動的ひずみ時効を生じさせて変形抵抗
の増大を招くこととなる。従って固溶Ｎ量を低減する必
要があるが、固溶Ｎ量の低減には、全Ｎ量の低減が有効
であることから、Ｎ含有量を０．００５％以下、好まし
くは０．００４％以下に抑えるようにする。

【００３５】Ｖ：０．０５〜０．３０％ Ｖは、微細な炭・窒化物を生成し、この炭・窒化物が、
強度の向上に寄与するとともに遅れ破壊に有害な拡散性
水素のトラップサイトともなる。また固溶Ｎを固定させ
て変形抵抗を低減する効果も有する。この様なＶの効果
を有効に発揮させるには、０．０５％以上、好ましくは
０．１％以上の添加を要する。しかしながら、０．３０
％を超えて過剰に添加すると、Ｖの炭・窒化物が多量に
析出して必要以上に線材の強度が上昇し、変形抵抗の増
大により冷間圧造時に使用する工具の寿命を低下させる
こととなるので好ましくない。

【００３６】Ｔｉ：０．０７％以下（０％を含まない） Ｔｉには、Ｖと同様、ＴｉＣ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）等の化合
物を析出させて、優れた耐遅れ破壊性および高強度の確
保に寄与する他、固溶Ｎの固定により変形抵抗を低減す
る効果も有する。この様な効果を有効に発揮させるに
は、０．０１％以上添加することが望ましい。しかしな
がら過剰の添加は、線材の強度を必要以上に上昇させて
変形抵抗の増大を招き、工具寿命の低下等の原因となる
ので、０．０７％以下、好ましくは０．０６％以下に抑
える。

【００３７】Ｎｂ：０．１％以下（０％を含まない） Ｎｂは、ＶやＴｉと同様、析出強化元素として強度の向
上に寄与するとともに、固溶Ｎを固定して変形抵抗を低
減する効果を有する。この様な効果を有効に発揮させる
には、０．０１％以上添加することが望ましい。一方、
過剰の添加は、ＶおよびＴｉの場合と同様、極端な強度
上昇を招いて変形抵抗を増大させ、工具寿命を低下させ
る原因となる。従って、Ｎｂ含有量は０．１％以下、好
ましくは、０．０６％以下に抑えるのがよい。

【００３８】Ｂ：０．０００５〜０．００５％ Ｂは、冷間加工性を劣化させることなく焼入れ性を向上
させて、高強度を確保するのに有用な元素であるので、
０．０００５％以上、好ましくは０．００１％以上添加
する。しかし過剰の添加は、靭性を低下させることとな
るので、０．００５％以下、好ましくは０．００３％以
下に抑える。

【００３９】上記化学成分を規定することによって得ら
れる特性を、更に良好に発揮させるという観点から、
Ｐ，Ｓ，Ｏについては下記のように制御することが好ま
しい。

【００４０】即ち、Ｐは粒界偏析を起こして冷間圧造性
を劣化させるので、冷間圧造性の改善を図るには、その
含有量を０．０３％以下（０％を含む）に抑えることが
望ましく、より好ましくは０．０１５％以下（０％を含
む）、更に好ましくは０．００５％以下（０％を含む）
である。

【００４１】Ｓは鋼中でＭｎＳを形成し、このＭｎＳ
が、応力負荷の際に応力集中箇所となって割れが生じ易
くなる。したがって耐衝撃性の改善を図るには、Ｓ含有
量を０．０３％以下（０％を含む）に抑えることが望ま
しい。より好ましくは０．０１５％以下（０％を含む）
であり、更に好ましくは０．００５％以下（０％を含
む）である。

【００４２】またＯは、常温では鋼にほとんど固溶せ
ず、硬質の酸化物として存在するため、伸線時に断線を
引き起こす原因となる。従ってＯ量は、０．００５％以
下（０％を含む）に抑えることが好ましく、より好まし
くは０．００３％以下（０％を含む）、更に好ましくは
０．００２％以下（０％を含む）である。

【００４３】本発明における線材の化学成分組成は上記
の通りであり、残部成分は実質的にＦｅであるが、本発
明の線材中にＡｓ、Ｓｂ、その他の不可避不純物の微量
含有が許容されるのは勿論のこと、前記本発明の作用に
悪影響を与えない範囲で更に他の元素を積極的に含有さ
せることも可能である。

【００４４】本発明に係る線材の製造に際しては、規定
する化学成分を含有する鋼材を常法により溶解、鋳造す
ればよいが、熱間圧延まま熱処理を施さない線材を冷間
圧造して、９００Ｎ／mm²以上もの高強度を有しながら
耐遅れ破壊性に優れたアプセットボルトを得るには、下
記の条件で熱間圧延して線材を得ることが大変有効であ
る。

【００４５】＜加熱温度＞加熱段階にて、析出強化に寄
与するＶ，Ｔｉ等の合金元素を母相へ完全に固溶させる
必要があるので、できるだけ高温で加熱することが望ま
しいが、１２００℃を超えると結晶粒の粗大化が顕著と
なって冷間圧造性が低下することから、その上限温度を
１２００℃、好ましくは１１００℃とする。一方、上記
加熱温度が低すぎると、圧延時の変形抵抗が増大して生
産性が低下することから、上記加熱は９００℃以上、好
ましくは１０００℃以上で行うこととする。

【００４６】＜仕上圧延温度＞母相への上記Ｖ，Ｔｉ等
の合金元素の固溶を維持するには、仕上圧延温度を８５
０℃以上、好ましくは９００℃以上とする必要がある。
しかし、前記仕上圧延温度が高すぎると析出物を微細に
分散させることが困難となることから、好ましくは９５
０℃以下とする。

【００４７】＜熱間圧延後の冷却速度＞熱間圧延後の冷
却条件として、８００〜５００℃の冷却速度が速すぎる
と、ベイナイトやマルテンサイト等の硬質組織が生成し
て冷間圧造性が低下することになる。特にベイナイトは
伸線加工による強度上昇量が小さいので、ベイナイトの
生成はボルト強度確保の観点からも好ましくない。従っ
て、フェライト分率が３０〜７０％であるフェライト＋
パーライトの２相組織を得るには、上記温度範囲におけ
る平均冷却速度を１０℃／ｓ以下、好ましくは８℃／ｓ
以下とする必要がある。

【００４８】一方、上記圧延工程でフェライト相に固溶
させていたＶ，Ｔｉ等の合金元素を、この冷却工程にて
微細な粒状の炭・窒化物として析出、即ち、平均粒径が
５０ｎｍ以下で、かつ粒径５０ｎｍ以下のものが５０個
／μｍ²以上となるよう炭・窒化物を析出させるには、
上記平均冷却速度を２℃／ｓ以上とする必要がある。前
記平均冷却速度が遅すぎると、上記本発明で規定するサ
イズ・個数の炭・窒化物が確保できない他、フェライト
層が著しく軟化して必要な強度が得られず、強度のバラ
ツキも大きくなることが懸念され、また生産性も低下す
ることとなるので好ましくない。

【００４９】強度が９００Ｎ／mm²以上でかつ耐遅れ破
壊性に優れたアプセットボルトの製造には、上述の様に
して得られた線材に減面率２０〜４０％の伸線加工を施
して得られた鋼線を用いることが有効である。前記減面
率が低すぎると目標強度を確保することができないの
で、減面率２０％以上、好ましくは２５％以上で伸線加
工を行うこととする。また前記減面率が大きすぎると、
アプセットボルト成形時の割れ発生率が急増するととも
に、強度が高まり過ぎて成形用工具の寿命が著しく低下
することから、前記伸線加工は、減面率４０％以下、好
ましくは３５％以下で行うこととする。

【００５０】冷間圧造後にベーキング処理を行うことが
永久伸びを低減する上で有効であり、該ベーキング処理
は２００℃以上で行うのがよい。一方、前記ベーキング
処理温度が高すぎると、加工時に導入されたひずみが緩
和されて強度低下を招くので、４００℃以下で行うのが
よく、好ましくは３００℃以下である。

【００５１】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限
を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範
囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、そ
れらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。

【００５２】表２に示す化学成分の供試材を溶製後、表
３または表４に示す条件で熱間圧延を行い、φ１１．０
ｍｍの線材を得た。次いで、表３または表４に示す減面
率で線材に伸線加工を施してφ８．９９ｍｍの鋼線を得
た。この鋼線を用いて冷間圧造を行い、ねじサイズＭ８
×Ｐ１．２５のアプセットボルトを成形して得た後、亜
鉛クロメートメッキを施し、最後に２００℃で２時間の
ベーキング処理を行った。尚、ＪＩＳ Ｂ １１８０で定
めるサイズＭ８の六角ボルトの首下のＲ（図３における
Ｒ）は最小０．４ｍｍであるが、本試験ではＲを０．３
ｍｍとした。

【００５３】線材の特性として、引張強度、金属組織、
フェライト組織中の炭・窒化物の平均粒径およびフェラ
イト組織１μｍ²あたりに占める粒径５０ｎｍ以下の炭
・窒化物の個数について調査した。

【００５４】引張強度は、ＪＩＳ ９Ｂ号試験片とした
ものを用いて測定した。金属組織中のフェライト組織の
面積率は次の様にして求めた。即ち、線材の横断面試験
片を樹脂に埋め込んで研磨後、５％のピクリン酸アルコ
ール液に１５〜３０秒間浸漬して腐食させた。そして走
査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）でＤ／４（Ｄは直径）部位の
組織観察を行い、１０００〜３０００倍で５〜１０視野
を撮影して、フェライト、セメンタイト、ベイナイト、
マルテンサイト、またはパーライト組織等の分類を判断
した後、画像解析装置によりフェライト組織の面積率を
求めた。

【００５５】また、フェライト組織中の炭・窒化物の平
均粒径およびフェライト組織１μｍ ²あたりに占める粒
径５０ｎｍ以下の炭・窒化物の個数は、次の様にして調
べた。即ち、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で５００ｎｍ
×５００ｎｍの視野を１０視野撮影し、各視野内の炭・
窒化物の個数を目視にてカウントして１視野分の平均析
出個数を求めた。次に画像解析で前記１０視野分の観察
写真から全炭・窒化物の面積を測定し、1視野分の平均
析出面積を求めた。そして前記平均析出面積を前記平均
析出個数で除して、円換算直径をフェライト組織中の炭
・窒化物の平均粒径とした。また、上記１０視野内にお
ける長径と短径の平均が５０ｎｍ以下の炭・窒化物の個
数を測定し、フェライト組織１μｍ²あたりに占める粒
径５０ｎｍ以下の炭・窒化物の個数を求めた。

【００５６】次に、前記線材を伸線加工して得られた鋼
線について、引張強度、該鋼線を冷間圧造してボルトを
成形する際の割れ発生の有無、およびボルト成形時の第
３パンチピンの平均寿命を測定した。引張強度は、ボル
トから採取したＪＩＳ １４Ａ号試験片を用いて測定
し、第３パンチピンの平均寿命については、ボルトを６
００００個以上製造できたものを○とし、６００００個
に満たなかったものを×と評価した。第３パンチピンの
材質はＳＫＨ９で、硬さがＨＲＣ６１〜６２のものを使
用した。

【００５７】上記鋼線を冷間圧造して得られたアプセッ
トボルトについては、くさび引張試験を行ってアプセッ
トボルトの引張強度を測定し、頭部打撃試験を行って首
下靭性を調査し、永久伸びを測定し、更に耐遅れ破壊試
験を行った。くさび引張試験におけるくさび角度（図４
におけるα）は、ＪＩＳ Ｂ １０５１では最大１０度で
あるが、本試験では１５度とした。更に頭部打撃試験に
おける角度（図５におけるβ）はＪＩＳ Ｂ １０５１と
同じく８０度とし、また、永久伸びは、得られたボルト
に９．８級Ｍ８ボルトの保証荷重（２３８００Ｎ）を１
５秒間負荷し、荷重を取り除いた後の伸びを測定して、
該伸び量が１２．５μｍ以下の場合を○、１２．５μｍ
を超える場合を×とした。耐遅れ破壊試験として行った
酸大気遅れ破壊試験は、試験片を１５％ＨＣｌの酸溶液
中に３０分間浸漬後、水洗・乾燥し、大気中で各試験片
の引張強度の９０％の応力を１００時間以上負荷させて
行った。試験結果は、前記応力を負荷させて１００時間
以上破断しなかったものを○とし、１００時間未満で破
断したものを×と評価した。

【００５８】これらの結果を表３および表４に併記す
る。

【００５９】

【表２】

【００６０】

【表３】

【００６１】

【表４】

【００６２】表３および表４から次のように考察するこ
とができる。尚、以下のＮｏ．は、表３および表４にお
ける実験Ｎｏ．を示す。

【００６３】Ｎｏ．１〜４および１１〜１８は、本発明
で規定する成分組成の要件を満たし、かつ本発明で規定
する工程で製造したアプセットボルトであるので、いず
れも９００Ｎ／ｍｍ²以上の引張強さを有し、かつ優れ
た冷間圧造性を兼備していることがわかる。これに対
し、Ｎｏ．５〜１０および１９〜３４は、鋼材の成分組
成が本発明で望ましいとする規定要件を外れるか、本発
明で規定する条件で製造を行わなかったものであり、ア
プセットボルト圧造時に割れが発生したり、あるいはア
プセットボルトの強度が十分でない等の好ましくない結
果となった。

【００６４】Ｎｏ．５〜１０は、製造条件が本発明の要
件を外れていることから上記不具合が生じたものと考え
られる。即ちＮｏ．５は、圧延時の仕上圧延温度が低す
ぎたために析出物の平均粒径が大きくなり過ぎ、首下靭
性に劣る結果となった。Ｎｏ．６は圧延後の冷却速度が
小さすぎたことから、フェライトが十分に生成せず、靭
性が劣化する結果となった。Ｎｏ．７は圧延後の冷却速
度が速すぎたことが原因で、マルテンサイト等の硬い組
織が生成して鍛造時に割れが発生したり、工具寿命が低
下する結果となった。またＮｏ．８は、伸線時の減面率
が小さすぎたため十分なアプセットボルト強度が得られ
なかった。Ｎｏ．９は伸線時の減面率が大きすぎたこと
から、加工性が劣化して冷間圧造時に割れが生じたり、
工具寿命の低下や首下靭性の劣化が生じることとなっ
た。更に、Ｎｏ．１０ではベーキングを行わなかったた
め、永久伸びを抑制することができなかった。

【００６５】Ｎｏ．１９〜３４は、成分組成が本発明の
要件を外れていることから、アプセットボルト圧造時に
割れが発生したり、該圧造時に用いるパンチ寿命が短か
ったり、また、得られたボルトについて頭部打撃試験を
行った場合に割れが生じたり、耐遅れ破壊試験の結果が
好ましくないものとなった。即ちＮｏ．１９および２０
ではＣ量が少なく、Ｎｏ．２３ではＭｎ量が少なく、ま
たＮｏ．２７ではＶ量が少ないためにボルト強度が不十
分となり、Ｎｏ．１９、２３および２７では頭部打撃試
験での割れ発生が生じる結果となった。Ｎｏ．２１では
Ｃ量が多過ぎること、Ｎｏ．２２ではＳｉ量が多過ぎる
こと、またＮｏ．２４ではＭｎ量が過剰であることから
上記不具合が生じることとなった。

【００６６】Ｎｏ．２５はＣｒ量が少なすぎることから
上記不具合が生じたものと考えられる。Ｎｏ．２６では
Ｃｒ量が多過ぎるため、炭化物が多く形成され鍛造時の
割れが生じたものと考えられる。

【００６７】Ｎｏ．２８ではＶ量が多く、Ｎｏ．２９で
はＴｉ量が多く、またＮｏ．３１ではＮｂ量が多過ぎる
ことから工具寿命が低下したり、頭部打撃試験で割れが
発生することとなった。またＮｏ．３０から、靭性を確
保するにはＢ量を本発明の範囲内とすることが好ましい
ことが分かる。

【００６８】Ｎｏ．３２ではＡｌ量が少ないため固溶Ｎ
の低減効果が小さく、またＮｏ．３４はＮ量が過多のた
め、ボルト圧造時の加工発熱に伴うひずみ時効によって
工具寿命が低下したものと考えられる。Ｎｏ．３３では
Ａｌ量が過剰のため、Ａｌ₂Ｏ₃が多量に生成し、変形能
の低下と工具寿命の低下を招いた。

【００６９】

【発明の効果】本発明は、以上の様に構成されており、
９００Ｎ／mm²以上の高強度でかつ耐遅れ破壊性に優れ
たアプセットボルトの製造に用いる線材として、本発明
で規定する如く金属組織を制御したものを用いれば、該
線材を熱間圧延まま伸線加工および冷間圧造加工に供す
ることができ、上記アプセットボルトを低コストで供給
できることとなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】 線材における金属組織中のフェライト分率
（面積率）と変形抵抗との関係を示したグラフである。

【図２】 線材における金属組織中のフェライト粒内に
存在する炭・窒化物の平均粒径および粒径５０ｎｍ以下
の炭・窒化物の密度と耐遅れ破壊性との関係を示したグ
ラフである。

【図３】 ボルトを例示する側面図である。

【図４】 くさび試験におけるくさび角度を示す断面説
明図である。

【図５】 頭部打撃試験における角度を示す一部断面説
明図である。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K032 AA01 AA02 AA05 AA11 AA12 AA16 AA17 AA21 AA22 AA31 AA35 AA36 BA02 CA01 CA02 CC04 CD02 CD03 CG01 CG02 CH04

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱間圧延後の組織がフェライトおよびパ
   ーライトの２相組織で、該フェライト分率が面積率で３
   ０〜７０％であって、且つ該フェライト中の炭・窒化物
   の平均粒径が５０ｎｍ以下で、粒径５０ｎｍ以下の炭・
   窒化物が５０個／μｍ²以上存在することを特徴とする
   冷間圧造性に優れた高強度非調質アプセットボルト用線
   材。
2. 【請求項２】 Ｃ：０．１５〜０．３５％（化学成分の
   場合は質量％を意味する。以下同じ）、Ｓｉ：０．１０
   ％以下（０％を含まない）、Ｍｎ：１．０〜２．０％、
   Ｃｒ：０．０５〜１．０％、Ａｌ：０．００５〜０．０
   ７％、Ｎ ：０．００５％以下（０％を含まない）を満
   たし、更に、Ｖ ：０．０５〜０．３０％、Ｔｉ：０．
   ０７％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：０．１％以下
   （０％を含まない）よりなる群から選択される少なくと
   も１種を含有する請求項１に記載の高強度非調質アプセ
   ットボルト用線材。
3. 【請求項３】 更にＢ：０．０００５〜０．００５％を
   含有するものである請求項２に記載の高強度非調質アプ
   セットボルト用線材。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の線材を
   製造する方法であって、熱間圧延に際してまず９００〜
   １２００℃に加熱し、仕上げ圧延を８５０℃以上で行っ
   た後、８００〜５００℃間の冷却を平均冷却速度２〜１
   ０℃／ｓで行うことを特徴とする冷間圧造性に優れた高
   強度非調質アプセットボルト用線材の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１〜３のいずれかに記載の線材
   に、熱処理することなく減面率で２０〜４０％の伸線加
   工を施し、次いで冷間圧造加工し、更に２００〜４００
   ℃の温度でベーキング処理することを特徴とする耐遅れ
   破壊性に優れた高強度非調質アプセットボルトの製造方
   法。