耐延迟断裂特性优良的高强度螺栓及其制造方法技术

提供能够有利防止伴随高强度化而作为问题出现的以延迟断裂现象为代表的氢脆、且耐延迟断裂特性优良的高强度螺栓及其制造方法，所述高强度螺栓以质量％计含有Ｃ：０．２～０．６％、Ｓｉ：０．０５～０．５％、Ｍｎ：０．１％～２％、Ｍｏ：０．５～６％、Ａｌ：０．００５％～０．５％，抗拉强度为１４００ＭＰａ或以上，螺纹底表层的压缩残余应力为抗拉强度的１０～９０％。此外，从螺纹底部的表面到至少５０μｍ的表层部的原γ晶粒在轴方向和半径方向的纵横尺寸比为２或以上，而且，该表层部的硬度为Ｈｖ４６０或以上。另外，在制造方法中，使用具有上述成分的钢材来成形螺栓头部以及轴部，然后加热到９００℃～１１００℃并进行淬火后，于５８０℃或以上的温度进行回火，然后进行螺纹滚轧。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，特别涉及具有1400MPa级或以上的抗拉强度且。
技术介绍
有关汽车、机械、桥梁、土木建筑等各种产业领域中使用的高强度螺栓，作为其原材料的钢为例如JIS G 4104、JIS G 4105规定的铬钢(SCr)、铬钼钢(SCM)，是C含量以质量％计为0.20～0.35％的中碳钢，对该钢施以淬火、回火处理来进行制造。但是，众所周知，上述钢材在抗拉强度超过1300MPa时，其氢脆的危险性、特别在使用中从环境侵入的氢引起的延迟断裂的危险性增加。因此，例如面向建筑的场合，SCr、SCM钢的适用现状是，抗拉强度为1150MPa级的钢材成为了上限，为了使其以上的高强度钢材能够安全使用，提高以耐延迟断裂特性为代表的耐氢脆特性成为必须的条件。作为使高强度钢的耐延迟断裂特性提高的以往的见解，例如在特公平3-243744号公报中提出使显微组织中的原奥氏体晶粒微细化、以及使其贝氏体组织化等显微组织控制是有效的。关于原奥氏体晶粒的微细化技术，除了上述的从前技术以外，在特公昭61-64815号公报、特公昭64-4566号公报、特公平3-243745号公报中也曾经提出。但无论哪一种场合，均未能达到耐延迟断裂特性的大幅度改善，这一点已经在特开2000-26934号公报中指出。另外，使显微组织中的原奥氏体晶粒贝氏体组织化的方法，尽管能看到耐延迟断裂特性的改善效果，但是贝氏体组织化需要的制造成本升高是一个课题。加之，在将显微组织做成贝氏体组织的场合，通常存在其强度比马氏体组织的场合降低的倾向，特别为了确保本专利技术提出的抗拉强度为1400MPa或以上的高强度，合金化学成分的进一步添加等对策成为必须条件，从而引发制造成本增加，经济效益甚微。另一方面，在上述的特开2000-26934号公报中提出通过使俘获了氢的氧化物、碳化物、氮化物的单独或复合析出物在钢中分散分布，使表现延迟断裂的临界氢量(以下记为极限扩散氢量)增加，由此使耐延迟断裂特性提高。在该专利技术中，使耐延迟断裂特性提高的机理之一，可以列举出灵活运用淬火-回火处理生成的碳化物的方法。为了使该耐延迟断裂特性提高，有必要对化学成分以及淬火回火等热处理条件进行限定以使俘获氢的氧化物、碳化物、氮化物的单独或复合析出物最佳地进行分散分布。
技术实现思路
本专利技术的课题在于提供能够有利防止伴随高强度化而尤其作为问题出现的以延迟断裂现象为代表的氢脆、且。针对上述课题，就钢材的化学成分、制造方法、以及显微组织形态进行了潜心研讨，特别对于制造方法，进一步研讨了包括螺栓制造工序在内的加工以及显微组织控制方法，才完成了本专利技术。本专利技术的要旨如下(1)一种耐延迟断裂特性优良的高强度螺栓，其特征在于以质量％计含有C0.2～0.6％、Si0.05～0.5％、Mn0.1～2％、Mo0.5～6％、Al0.005～0.5％，剩余部分由Fe以及不可避免的杂质构成，抗拉强度为1400MPa或以上，同时螺纹底部的表层的压缩残余应力为抗拉强度的10～90％。(2)根据上述(1)所述的耐延迟断裂特性优良的高强度螺栓，其特征在于以质量％计还含有V0.05～1％、Ti0.01～1％、Nb0.01～1％中的1种、2种或更多种。(3)根据上述(1)或(2)所述的耐延迟断裂特性优良的的高强度螺栓，其特征在于以质量％计还含有Cr0.1～2％、Ni0.05～1％、Cu0.05～0.5％、B0.0003～0.01％中的1种、2种或更多种。(4)根据上述(1)～(3)的任何一项所述的耐延迟断裂特性优良的高强度螺栓，其特征在于从螺纹底部的表面到至少50μm的表层部的原奥氏体晶粒的轴方向与半径方向的纵横尺寸比为2或以上。(5)根据上述(1)～(4)的任何一项所述的耐延迟断裂特性优良的高强度螺栓，其特征在于从螺纹底部的表面到至少50μm的表层部的维氏硬度为460或以上。(6)根据上述(1)～(5)的任何一项所述的耐延迟断裂特性优良的高强度螺栓，其特征在于延迟断裂极限扩散性氢量为1ppm或以上。(7)一种耐延迟断裂特性优良的高强度螺栓的制造方法，其特征在于使用具有上述(1)～(3)的任何一项所述的成分组成的钢材，进行螺栓的头部以及轴部的成形加工，然后加热到900℃～1100℃的温度区并进行淬火处理，然后进行580℃或以上的温度区的回火处理，之后进行螺纹滚轧。(8)根据上述(7)所述的耐延迟断裂特性优良的高强度螺栓的制造方法，其特征在于进行上述螺纹滚轧后，再在150～500℃进行加热处理。本专利技术对于抗拉强度为1400MPa或以上的高强度螺栓，能够使以耐延迟断裂特性为代表的耐氢脆特性大幅度提高。能够适用于以汽车领域为首的机械、土木建筑领域中使用的高强度螺栓，构件轻量化、高效率化、安全性提高等效果极为显著。具体实施例方式首先，对于本专利技术，就限定钢材的化学成分的理由进行说明。还有，％表示质量％。C是作为对钢强度的提高有效的成分而添加，在低于0.2％时，淬火热处理时不能充分淬火，强度不足。另一方面，超过0.6％的过剩添加会发生强度的过分增加、裂纹敏感性增加等基本材质特性的下降。因此C浓度的限定范围设定为0.2～0.6％。Si作为脱氧元素而起作用，此外是确保母材的强度所必要的成分，在低于0.05％时几乎对强度提高不起作用，另一方面，在超过0.5％时，不能得到与添加量相匹配的效果，因此Si浓度的限定范围设定为0.05～0.5％。Mn为了确保母材的强度和韧性，有必要添加0.1％或以上，但是超过2％的添加会由于强度的过分增加和微观偏析增大化等理由而损害耐氢脆特性。因此，Mn浓度的限定范围设定为0.1～2％。Mo是生成碳化物的合金元素。本专利技术清楚表明，由于该碳化物的析出，不仅可确保常温以及高温强度，而且其析出物的界面可作为氢的俘获位置发挥作用。在低于0.5％时，不能发挥充分的强化、以及俘获氢的功能；另一方面在超过6％时，淬透性过分地升高，损害母材韧性。因此，Mo浓度的限定范围设定为0.5～6％。Al是强力的脱氧元素，在低于0.005％时，不能得到充分的脱氧效果。另一方面，即使超过0.5％，其效果饱和。因此，Al浓度的限定范围设定为0.005～0.5％。除了上述的成分以外，本专利技术中可以有选择地添加V、Ti、Nb中的1种、2种或更多种。V是单独地或者与其它碳化物、碳氮化物形成元素Mo、Ti、Nb复合地形成碳化物、碳氮化物而有利于析出强化以及氢俘获能力提高的合金元素。在V添加量低于0.05％时，碳氮化物的析出量不充分，不能得到上述效果；另一方面，在超过1％时，碳氮化物的析出量过多，损害韧性。从以上的观点出发，V浓度的限定范围设定为0.05～1％。Ti是单独地或者与V和Nb复合地形成碳氮化物的合金元素，由于有利于析出强化，同时其析出物起着俘获氢的功能，从而使延迟断裂等耐氢脆特性提高。在Ti浓度低于0.01％时，其析出量不充分，因此作为析出强化以及俘获氢的功能不充分；在超过1％的场合，固溶温度升高，在工业上使用的加热炉中的固溶不充分，会分散粗大的碳氮化物，对析出强化的作用以及俘获氢的能力变得不充分。因此，Ti浓度的限定范围设定为0.01～1％。Nb是单独地或与V和Ti复合地形成碳氮化物的合金元素，由于有利于析出强化，同时其析出物起着俘获氢的功能，从而使延迟断裂等耐氢本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐延迟断裂特性优良的高强度螺栓，其特征在于：以质量％计含有Ｃ：０．２～０．６％、Ｓｉ：０．０５％～０．５％、Ｍｎ：０．１％～２％、Ｍｏ：０．５～６％、Ａｌ：０．００５％～０．５％，剩余部分由Ｆｅ以及不可避免的杂质构成，抗拉强度为１４００ＭＰａ或以上，同时螺纹底部的表层的压缩残余应力为抗拉强度的１０～９０％。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：吉田卓，樽井敏三，久保田学，松田英树，大谷忠司，水野孝树，
申请(专利权)人：新日本制铁株式会社，本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]