JPH01191762A - 耐遅れ破壊性に優れた機械構造用鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 この発明は、１２５　ｋｇ　ｒ　／ｄ以上の引張り強さ
を任し、且つ、耐遅れ破壊性に優れた高張力ボルトやＰ
Ｃ鋼棒、更に大型機械用の高張力鋼板などの機械構造用
鋼に関する。

〔従来の技術〕

近年、特に構造物の大型化、自動車やトラック土木機械
等の軽量化に伴い引張り強さが１２５　ｋ（ｒ／ｄ以上
の機械構造用鋼、特に高張力ボルトやＰＣ鋼棒の開発が
要求されてきている。

従来、一般に１００ｋｇｆ／ｄ以上の引張り強さを「す
る機械構造用鋼強靭鋼は、例えばα３５％Ｃ，１，０％
Ｃｒ、０．２％Ｍｏの組成よりなるＪＩＳ＠Ｇ４１０Ｇ
４１０５−３Ｃ低合金鋼や、０３１％Ｃ，０，８％Ｃｒ
、１．８％Ｎｉ。

α２％Ｍｏの組成を有するＪ　Ｉｓ＠Ｇ４１０Ｇ４１０
３−３ＮＣの低合金鋼や、さらにα２％Ｃ２α８％Ｃｒ
、α００２％Ｂの組成を有するボロン鋼などの熱間圧延
材に焼入れ焼戻し処理を施すことによって製造されてい
る。

しかし、これらの機械構造用鋼を実用に供した場合、１
２５ｋｇｆ／ａＪ以上の引張り強さを存するものにおい
ては、使用中に連れ破壊を生じる場合があることから、
高張力ボルトやＰＣ１Ｍ棒をはじめとして自動車や土木
機械の重要保安部品としては品質の安定性に欠けるとい
う問題があった。

なお、連れ破壊とは、０荷ｍ下におかれた鋼が、ある時
間経過後に突然脆性的に破断する現象であり、外部環境
から鋼中に侵入した水素による一種の水素脆性とされて
いる。

このようなことから上記の機械ＭＩｉ造用鋼においては
、実用上その強度レベルが引張り強さで１２５ｋｇｆ／
ｄ以下に制限されているのが現状であり、例えば高力ボ
ルトに関しては、ＪＩＳ−Ｂ−１１８６（１９７９）の
［摩擦接合用高力六角ボルト、六角ナツト、平座金セッ
ト」において、Ｆ８Ｔ（引張り強さ　：８０〜１００ｋ
ｇｆ／Ｊ）、ＦｌｏＴ（同１００〜１２０ｋｇｆ／ａＪ
）、及びＦｌｌＴ（同１１０〜１３０ｋｇｆ／ｄ）の３
種に規定され、しかもＦＩＩＴについては、なるべく使
用しないことと注意事項が付されている。

また、土木ｉｌｌ設機械用として耐摩耗性の要求される
鋼板においても引張り強さが１２５　ｋｇｆ／＊＃を越
えるものでは使用中の遅れ破壊が問題とされている。

これに対して、上記の通常の低合金鋼より耐遅れ破壊性
の優れた鋼として、例えば１８％Ｎｉ、７．５％Ｃｏ、
５％Ｍｏ、α５％Ｔｉ、α１％Ａ１の組成を存する１８
％Ｎｉマルエージング鋼があり、この鋼は、引張り強さ
が１５０　ｋｇｆ／ｄ程度のものまで遅れ破壊の発生の
恐、れな（使用できるが、きわめて６ｉ価な鋼であるた
め、経済性の点で一部のきわめて限られた用途にしか実
用−化されておらず、機械構造用として広く使用される
に到っていない。

これに対して、経済的であり、高強度且つ酎遅れ破壊性
に優れた構造用鋼として、例えば特開昭５８−６１２１
９号、特開昭５８−８４９００号、特開昭５８−１１３
３１７号、特開昭５８−１１７８５６号及び特開昭５８
−１５７９２１号等に各種成分の高強度鋼及びそれらの
製造法が提案されている。

しかしながら、これらの１２５　ｋｇｆ／ｍＪを越える
引張り強さを有する鋼でも、例えば橋梁用高張力ボルト
に使用できるほど完全に連れ破壊の発生する危険を払底
できるものではな（、それらの適用範囲は不確定且つ十
分なものでない。

〔発明が解決しようとする課題〕

この発明は上記した産業界の要求に答えるべく１２５　
ｋｇｆ／ｄ以上の引張り強さを有し、且つ耐遅れ破壊性
に優れた機械Ｍ４造用鋼を提供することを目的とするも
ので、例えば橋梁用高張力ボルト等と異なり、定期的な
補修或は取替えを前提とし、一定期間、例えば５０００
時間以内の遅れ破壊の発生の恐れのない１２５　ｋｇｆ
／ｍ＃以上の引張り強さを有する機械構造用鋼を提供す
ることをこの発明の目的とする。このような用途として
は、各種構造物用高張力鋼、自動車、土木機械、産業機
械用のボルト用鋼及び高張力鋼板があり、これらにこの
発明鋼を使用することによって上記した産業界の要求に
答えることが可能である。

すなわち、この発明は、橋梁用高張力ボルトはどの耐遅
れ破壊性でなくとも所定の期間のあいだ遅れ破壊の発生
する危険がなく、従って定期的な補修或は取替えを前提
する部品等に好辺に使用できる１　２５　ｋｇｆ／ｄ以
上の引張り強さを有する機械構造用鋼を提供することを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記したこの発明の目的を達成するため、本発明者等は
、鋭Δ実験、研究を重ねた結果、５０００時間以上の期
間にわたり、遅れ破壊が発生せず、かつ１２５　ｋｇｆ
／ｄ以上の引張り強さを存する鋼を得るためには以下に
示す条件を満足することが仔効であることを知見した。

（ａ）低Ｐ１低Ｓ化による粒界偏析の軽減及び７ｎ浄化
、低Ｍｎ化による耐連れ破壊性の改善が有効であること
。

（ｂ）　　ＮｂをＣｒ、Ｍｏと共に複合添加すれば、鋼
の細粒化が著しく促進され、それに伴う粒界偏析の軽減
が耐遅れ破壊性の改善に有効であること。

（ｃ）　　ＮｂとＣｒ　、　Ｍｏとの複合添加は、鋼の
焼戻し軟化抵抗を著しく高め、それによって、高い焼戻
し温度の採用が可能となり、耐遅れ破壊性の改善に有効
であること。

すなわち、この発明の要旨は、Ｃ：０．３０〜０．５０
％。

Ｓｉ：０．１５〜α５０％、Ｍｎ：α５０％未ｆｉ、Ｐ
：０．０１５％以下。

Ｓ：αＯ１％以下Ｉ　Ｃｒ　：　０．１〜ａＯ％、Ｍｏ
：００１〜０８０％。

Ｎｂ二０００５〜０．２０％、Ａ１：α００５〜α１０
％を含有し、必要に応じて更にＺ　ｒ　：　０．０１〜
０．１５％、Ｔｉ：０．０１〜α１０％、　ｎ：ｃＬＯ
ＯＯ３〜０．００５０％　（７）　１　［又４２種以上
を含有し、残部は実質的にＦｅ及び不可避的不純物から
なる成分と、焼入れ焼戻し組織からなることを特徴とす
る１　２５　ｋｇｆ／ｄ以上の引張り強さを有し、且つ
耐遅れ破壊性に優れた機械構造用鋼を提供するものであ
る。

ついで、この発明において、鋼の成分組成及び組織の各
限定は次の理由に基づいて定めた。

Ｃ： Ｃは鋼の焼入性の増加、強度増加に加えて細粒化のため
にもを効な成分であるが、その含有量がα３０％未溝で
は焼入性の劣化を来たし、又所望の強度を確保すること
が出来ず、一方０．５０％を超えて含イｆさせると焼入
れ時の焼割れ感受性が増加し、また他の合金成分と関連
して靭性劣化を招くことからその含有量をα３０〜０．
５０％と定めた。

Ｓｉ： Ｓｉ　は鋼の脱酸及び強度増加のために有効な元素であ
るが、その含有量が０．１５％５％未満前記作用に所望
の効果が得られず、他方０．５０％を超えると偏析して
靭性劣化をきたす場合があるので、その含有量をα１５
〜α５０％と展めた。

Ｍｎ　： Ｍｎ　は脱酸の他、焼入性向上に有効な元素であるが、
多量に含有させると、粒界脆化現象が生じ、迎れ破壊の
発生を促進する。さらに、ＭｎはＳと結合して、これが
割れの起点となることからも耐遅れ破壊性の改善のため
には極力その含有量を低下させなければならない。従っ
て、耐遅れ破壊性の改善を目的とするこの発明ではＭｎ
　の含有量をα５％５％未満た。

Ｐ： Ｐはいかなる熱処理を施してもその粒界部所を完全に消
滅することはできず、かつ、粒界強度を低下させ耐遅れ
破壊性を劣化させるため、その上限を００１５％とした
。

Ｓ： ＳはＭｎ　と結合して割れの起点となり、さらに単独で
も粒界に偏析して脆化を促進するため、極力その含有量
を低く制限することが必要である。

従って、この発明ではＳを０．０１％以下とした。

Ｃ「： Ｃｒ　は鋼の焼入性を向上させ、かつ鋼に焼戻し軟化抵
抗を付与する作用がある。特にＭｏ、　Ｎｂ　との複合
添加で著しい焼戻し軟化抵抗を鋼に付与するが、その含
有量が０．１％未満では、前記作用に所望の効果が得ら
れず、他方Ｃｒは高価な合金元素であるため経済性を考
慮し、その含有量を０．１〜＆０％とした。

Ｍｏ； Ｍｏ　は鋼の焼入性を向上させ、かつ鋼に焼戻し軟化抵
抗を付与する作用があり、特にＣｒ、Ｎｂ　との複合添
加で、焼戻し軟化抵抗性を？ＦＬ＜増大させ、高い焼戻
し温度の採用を可能にして耐遅れ破壊性の改善にも有効
である。しかしその含０′量が００１％未満では、前記
作用に所望の効果が得られず、一方０．８０％を超えて
添加してもその効果は飽和し、コストの上昇を招（だけ
であるため、その含有量を０．０１〜α８０％と定めた
。

Ｎｂ： Ｎｂは鋼の強度、靭性の向上と細粒化に対して効果をｆ
Ｔ　Ｌ　、特に（！ｒ、Ｍｏ　との複合添加で著しく鋼
を細粒化し、焼戻し軟化抵抗も苔しく高めるので耐遅れ
破壊性の改善に極めて有効な元素である。

しかしながら、その効果を確保するためには、α００５
％以上の含有が必要である。他方、０．２０％以上添加
すると、その効果は飽和し、かつコスト的に高くつくの
で、その範囲をα００５〜０．２０％とした。

Ａ１： Ａ１　は鋼の脱酸の安定化、均質化および細粒化を図る
のに有効であるが、０００５％未滴では所望の効果を得
ることができず、一方、０．１０％を超えて含有させて
もその効果は飽和してしまい、また介在物の増大により
疵が発生し、靭性も劣化するので０００５〜αｌＯ％と
した。

Ｚｒ： Ｚｒ　は鋼中に炭化物を球状微細に分散させて耐遅れ破
壊性を一層改善させる効果を存するため、特に高強度の
鋼の場合に高い耐連れ破壊性を確保する目的で含有させ
るとよいが、α０１％未溝で来演の効果が小さく、一方
、α１５％を超えると靭性劣化をきたすのでその含有量
を０．０１〜α１５％とした。

Ｔｉ及びＢ： Ｔｉ、及びＢには鋼の焼入性を一段と向上させる作用が
あるので、特に鋼製品寸法が大きい場合に高強度を確保
する目的で含有させるとよいが、夫々ＴｉＯ，０１％来
演、Ｂは０．０００３％未満では、前記作用に所望の効
果が得られず、またＴ　ｉ　Ｏ，１０％、ｎｏ、ｏ。

５０％を超えて含有させると鋼の靭性及び耐遅れ破壊性
が劣化するようになり、かつＴｉ　　においては切削性
も劣化するようになる。従ってＴｉ、及びＢについてそ
の含有量を夫々Ｔｉを０．０１〜０．１０％。

Ｂはα０００３〜０．００５０％と定めた。

［ｆｉ 上記した成分組成を有する鋼であっても、１２５ｋｇｆ
／ｄ以上の引張り強さと良好な耐遅れ破壊性とを具備さ
せるには、通常の熱間圧延を行い、圧延後直ちに焼入れ
するか、又は再加熱してから焼入れを施して低温変通生
成物（マルテンサイトやベイナイト）となし、これを焼
戻しした所謂焼入れ焼戻し組織とすることが必要である
。

即ち、焼ならし材、焼ならし焼戻し材、圧延のまま材、
圧延材を焼戻ししたものといった高温での変通生成物で
ある高温ベイナイト、フェライト、パーライトを主とす
る組織では安定して引張り強さで１２５　ｋｇｆ／ｄ以
上の高強度を得難（、耐遅れ破壊性と引張り強さで１２
５　ｋｇｆ／ｄ以上の高強度を共に得ようとするこの発
明の所期の目的を達成することができない。一方焼入れ
ままの鋼は引張り強さは高いが、降伏点が低く機械構造
用鋼として使用される場合に使用中に応力緩和の増大が
生じ、さらに焼入れままでは耐遅れ破壊性、靭性、加工
性などが良好でないという問題がある。

従って、鋼に所定の強度と耐遅れ破壊性を付与するため
には焼入れ焼戻し処理して、鋼の組織を焼入れ焼戻し組
織とする必要がある。

（実　施　例〕 次にこの発明を一実施例により比較例と対比しながら説
明する。

先づ通常の方法によって第１表に示す成分組成のｆ１４
（符号Ａ〜Ｓ）を溶製した。鋼Ａ〜Ｌは、この発明の範
囲内の組成を有しているものであり、ｇ４Ｍ〜Ｓは第１
表中※印を付した点で、この発明の範囲から外れた組成
のものである。

以下令白 これらの溶製した鋼を連続鋳造法、或は造塊法にて鋼片
となした後、１２００〜１２５０℃に加熱後通常の方法
で１５１■厚さの鋼板に熱間圧延し、次にこれを８５０
〜１０２０℃の温度から、熱間圧延後直ちに焼入れを施
す直接焼入れ、あるいは前記温度域に再加熱した後焼入
れする再加熱焼入れを行った後、２００〜６８０℃の温
度で焼戻しして、その組織が焼入れ焼戻し組織で、その
引張り強さが１２５　ｋｇｆ／ａＪ以上となるように調
整して遅れ破壊特性を調査した。

その結果を第２表に示した。

なお、遅れ破壊の発生有無の確認は、第１図に示ずくさ
び挿入型の遅れ破壊試験方法によった。

すなわち、第１図（ａ）に示すような形伏、寸法の試験
片のノツチ部（第１図（ｂ）に示す）に第１図（Ｃ）に
示すようなくさびを挿入して静荷重をかけ、これを５５
℃に保持した温水中に入れ、割れの発生時間を観察した
。

なお、耐遅れ破壊性の一つの判断基準を５０００時間と
した。

この５０００時間を一つの判断基準としたのは、３ケ月
を機材の定期的な補修あるいは点検期間と仮定し、その
約２倍の誤差を見４ｔ１　、たからである。

試験環境として５５℃の温水中は、実使用環境の最も厳
しい環境に相当する。

従って、得られた遅れ破壊時間は実使用のうちもっとも
厳しい環境での遅れ破壊発生時間に相当すると考えられ
る。

第２表より、この発明の鋼は遅れ破壊発生時間が長く耐
遅れ破壊性に優れていることが明らかである。

すなわち、この発明によると１２５　ｋｇｆ／ｄ以上の
引張り強さを有し、かつ５０００時間以上の期間にわた
り遅れ破壊を発生しない機械構造用鋼を得ることができ
、前述したように定期的補修または取替を前提とし、必
要な耐遅れ破壊性の程度の明確な用途の鋼材には、この
発明による機械構造用鋼を広範囲に使用できる。

以下余白 （発明の効果） 上記した如く、この発明は１２５　ｋｇｆ／ｄ以上の引
張り強さを有し、かつ耐遅れ破壊性に優れた機械構造用
鋼で、定期的な補修或いは地替えを前提とした一定期間
内での遅れ破壊の発生の恐れのない各種構造物高張力鋼
、自動車、土木機械、産業機械用のボルト用鋼に廉価な
低合金高強度鋼として提供することができる産業上有効
な発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例で実施した連れ破壊試験で用いた試験
片と、（さびの形伏および寸法を示す図である。ｍ１図
（ａ）は試験片を示し、第１図（ｂ）に試験片のノツチ
部の詳細を示し、第１図（Ｃ）は試験片のノツチ部に挿
入して負荷を加えるためのくさびを示す。なお、図中に
おいて数字は１１の単位の長さを示す。 第１図 （ｃｒ） （ｂ） ＜ｃ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で Ｃ：０．３０〜０．５０％Ｓｉ：０．１５〜０．５０％
   Ｍｎ：０．５０未満Ｐ：０．０１５％以下 Ｓ：０．０１％以下Ｃｒ：０．１〜５．０％Ｍｏ：０．
   ０１〜０．８０％Ｎｂ：０．００５〜０．２０％Ａｌ：
   ０．００５〜０．１０％ を含有し、残部は実質的にＦｅ及び不可避的不純物から
   なる成分と、焼入れ焼戻し組織からなることを特徴とす
   る１２５ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上の引張り強さを有する耐
   遅れ破壊性に優れた機械構造用鋼。
2. （２）重量％で Ｃ：０．３０〜０．５０％Ｓｉ：０．１５〜０．５０％
   Ｍｎ：０．５０未満Ｐ：０．０１５％以下 Ｓ：０．０１％以下Ｃｒ：０．１〜５．０％Ｍｏ：０．
   ０１〜０．８０％Ｎｂ：０．００５〜０．２０％Ａｌ：
   ０．００５〜０．１０％ に更に Ｚｒ：０．０１〜０．１５％Ｔｉ：０．０１〜０．１０
   ％Ｂ：０．０００３〜０．００５０％ の１種又は２種以上を含有し、残部は実質的にＦｅ及び
   不可避的不純物からなる成分と、焼入れ焼戻し組織から
   なることを特徴とする１２５ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上の引
   張り強さを有する耐遅れ破壊性に優れた機械構造用鋼。