專利名稱：抗延遲斷裂特性優(yōu)良的高強度螺栓及其鋼材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于例如土木、建筑或各種機械設(shè)備結(jié)構(gòu)物等的構(gòu)筑用高強度螺栓及其鋼材，特別是涉及具有1200N/mm2以上螺栓抗拉強度的抗延遲斷裂特性優(yōu)良的高強度螺栓及其鋼材。
作為用于摩擦接合的高強度螺栓，例如廣泛采用日本工業(yè)標準JIS-B-1186中規(guī)定的摩擦接合用成套高強度六角螺栓·六角螺母·平墊圈或日本鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會標準JSSII結(jié)構(gòu)用扭轉(zhuǎn)型成套高強度螺栓·六角螺母·平墊圈。在這樣的狀況下，特別是最近，隨著土木、建筑結(jié)構(gòu)物的大型化，人們迫切希望開發(fā)螺栓抗拉強度在1200N/mm2以上的高強度螺栓。
歷來的高強度螺栓，例如可通過對JIS-G4105規(guī)定的SCM435等低合金鋼進行淬火、回火處理來制造。但是，將這樣的機械用高強度鋼供實用時，在具有1200N/mm2以上抗拉強度的螺栓中，即使在屈服應力以下使用，也會在從連接起經(jīng)過某一時間后，明顯出現(xiàn)螺栓突然斷裂的延遲斷裂現(xiàn)象，因此，對于建筑、橋梁的重要接合部件不能使用螺栓。因此，螺栓的高強度化處于停滯在1100N/mm2級調(diào)質(zhì)鋼的現(xiàn)狀。
另外，歷來作為高強度螺栓用鋼材，例如，如特開平1-191762號公報、特開平3-173745號公報等公開的那樣，對延遲斷裂產(chǎn)生的螺栓斷裂面著眼于呈現(xiàn)晶界破壞，采用降低構(gòu)成鋼材的化學成分中的P、S等雜質(zhì)以強化晶界，同時從控制組織的觀點出發(fā)添加Mo、Gr，并定向于400℃以上的高溫回火，即使引起延遲斷裂原因的氫侵入鋼材中，也能向鋼賦予不容易斷裂的特性的制造方法。特別是如特開平5-9653號公報公開的那樣，降低雜質(zhì)P，以降低晶界偏析的P，這在謀求晶界強化方面，是非常有效的技術(shù)。
但是，在上述的制造方法中，如果某濃度以上的氫侵入鋼材成分中，也會發(fā)生延遲斷裂，因此，為了進一步提高螺栓的抗延遲斷裂特性，希望有更好的技術(shù)。
因而，為了進一步提高螺栓的抗延遲斷裂特性，使氫難以侵入鋼材成分中或者降低向原始奧氏體晶界聚集氫的措施是有效的。例如，如特開平5-70890號公報中公開的那樣，提出了向鋼材成分中同時添加Si、Ni以抑制氫向鋼材侵入和擴散的技術(shù)?？墒牵@樣做不僅添加Si會損害螺栓的冷鍛性，而且添加Ni存在成本提高的問題。
另外，在特開平7-278735號公報中，敘述了具有與上述要求相應的1200N/mm2以上抗拉強度、且延遲斷裂特性優(yōu)良的螺栓用鋼。而且在上述公報中，作為具體的對策明確地提出(1)復合添加在回火時可以顯著引起二次硬化的元素Mo、Cr、V，使得即使在450℃以上的高溫回火中也可以使抗拉強度達到1200N/mm2以上，(2)添加超過0.35％至1.0％以下的V，使原始奧氏體的晶粒成為No.10以下的細晶粒，通過450℃以上的高溫回火來使能夠成為捕獲氫的位點V碳氮化物析出，(3)降低在晶界偏析的雜質(zhì)P、S、Si以強化原始奧氏體的晶界，特別是將P的含量降低到0.008％以下，使得即使在嚴重腐蝕環(huán)境的36％鹽酸浸漬下也不容易引起螺栓腐蝕，顯著減少侵入鋼中的氫含量，同時也提高抗延遲斷裂特性，(4)降低固溶強化鐵素體的元素Si，以確保球化退火時的軟化量，從而不削減其他提高抗延遲斷裂特性的合金元素的添加量就可以進行冷鍛。
但是，即使是這種情況，盡管在450℃以上溫度下進行回火，在將抗拉強度調(diào)質(zhì)到1400N/mm2以上時，也存在延遲斷裂發(fā)生率高的問題。另外，還存在因高強度螺栓的形狀、特別是螺紋的形狀，發(fā)生早期延遲斷裂的可能性高的問題。
此外，在特公平6-89768號公報(高強度螺栓·螺母·墊圈的一套)中，公開了頭部接觸面由相對于螺栓軸心90°以上至150°以下的截頭圓錐面構(gòu)成的高強度螺栓。此時，由于在制造上不能避免的不整齊、在施工上不能避免的誤差等，使得頭部接觸面不能負擔均一的接觸壓力，有時還會導致局部應力集中，在這種情況下，存在螺栓耐力和延遲斷裂特性降低的問題。另外，對頭部接觸面和承受該頭部接觸面的墊圈的成形加工，與歷來相比，需要大量的勞力和時間，此外接觸面為兩種，這會因制造管理繁雜而使成本提高。另外，施工時必須管理兩種墊圈，存在螺栓的緊固效率降低的問題。
可是，如圖4所示，高強度螺栓的頭部1和軸部2是用鋼材一體形成，但根據(jù)許多研究可知，引起延遲斷裂的部位主要是在軸部2上形成螺紋的螺紋部3，這樣的螺紋部3的應力集中大，而且，對于以高軸向力在螺栓軸心X-X方向緊固，塑性應變也大，因而，以此部位作為起點發(fā)生延遲斷裂。而且，歷來的高強度螺栓，例如，日本工業(yè)標準JISB1186中規(guī)定的M22螺栓(F10T的JIS公制標準螺栓)的螺紋部3，如圖5所示，通常，按等間隔螺距L(2.5mm)形成的螺紋牙4的相對的齒側(cè)面4a、4b具有例如60°的角度θ，將由軸部2的螺紋牙4的螺紋整三角形5的底邊5a的高度取為H(H＝2.165mm)，將距該螺紋的整三角形5的頂點的H/8切斷，具有成為臺形的形狀，同時將相對的齒側(cè)面4a、4b和螺紋牙根4c的移動點Q1、Q2設(shè)定在距螺紋的整三角形5的底邊5a的H/3處，另一方面，以與分別的齒側(cè)面4a、4b的移動點Q1、Q2接觸的半徑R1描繪H/6的內(nèi)接圓6，此內(nèi)接圓6的中心點O設(shè)定在距移動點Q1、Q2位置H/12的高度，使螺紋牙4的螺紋牙根4c形成圓弧狀曲線。這樣可以使作用在螺紋部3的應力集中降低，但即使是這樣的形狀，作用在螺紋牙4的螺紋牙根4c的中心部M上的應力集中系數(shù)也是2.54，當同樣以對應于1200N/mm2以上抗拉強度的標準螺栓拉力沿螺栓軸心X-X方向拉伸時，在螺紋牙的螺紋牙根只是產(chǎn)生塑性應變，不能達到對1200N/mm2以上抗拉強度的高強度螺栓的延遲斷裂發(fā)生的處理。
因此，本發(fā)明人鑒于上述情況而進行了種種研究，結(jié)果得知了導出螺栓抗拉強度與回火溫度的關(guān)系式及螺栓的抗拉強度與按該鋼材的化學成分計算的碳當量的關(guān)系式，通過設(shè)定滿足這兩式的鋼材的化學成分，進行淬火及回火處理，以至完成了可以將螺栓抗拉強度調(diào)質(zhì)到1200N/mm2以上、抗延遲斷裂特性優(yōu)良的高強度螺栓及鋼材。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述課題，本發(fā)明《1》的特征在于，對于高強度螺栓，高強度螺栓的抗拉強度TS(N/mm2)與回火溫度T(℃)的關(guān)系滿足下述(1)式，而且，上述高強度螺栓的抗拉強度TS(N/mm2)與按該高強度螺栓用鋼材的化學成分計算的碳當量Ceq(％)的關(guān)系滿足下述(2)式，通過淬火、回火，將螺栓的抗拉強度調(diào)質(zhì)到1200N/mm2以上至1600N/mm2以下的范圍內(nèi)，TS≤1.1T+850 (1)TS≤550Ceq+1000 (2)TS高強度螺栓的抗拉強度(N/mm2)T回火溫度Ceq碳當量式中，Ceq＝C+(Mn/6)+(Si/24)+(Ni/40)+(Cr/5)+(Mo/4)+(V/14)。
另外，本發(fā)明《2》的特征在于，對于《1》的高強度螺栓，按質(zhì)量％計，上述鋼材含有C0.3～0.45％、Si小于0.10％、Mn超過0.40％～小于1.00％、P小于0.010％、S0.010％以下、Cr0.5％以上～小于1.5％、Mo超過0.35％～小于1.5％、V超過0.30％～1.00％以下，其余由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
另外本發(fā)明《3》的特征在于，在本發(fā)明《1》或《2》的高強度螺栓中，在上述軸部按等間隔螺距形成的螺紋部的螺紋牙相對的齒側(cè)面的角度為60°，而且，上述螺紋部的螺紋牙根的形狀由下述條件及算式中規(guī)定的3圓弧合成法(a)構(gòu)成的弧狀曲線形成，這里，(a)上述3圓弧合成法取下述方法將螺紋的整三角形的高度作為H，將相對的螺紋牙的齒側(cè)面和螺紋牙根的移動點設(shè)定在距上述螺紋整三角形底邊的(9±1)H/20處，同時，以在上述分別的移動點上與齒側(cè)面接觸的半徑r描繪H/6的接觸小圓，另一方面，以在上述相對的齒側(cè)面的延長線形成的銳角的2等分線上具有中心的半徑R描繪2H/3以上的上述接觸小圓的外接圓，使上述接觸小圓和外接圓的螺紋牙根側(cè)圓弧重疊，形成弧狀曲線。
另外，本發(fā)明《4》的高強度螺栓用鋼材，其特征在于，高強度螺栓的抗拉強度TS(N/mm2)與回火溫度T(℃)的關(guān)系滿足下述(1)式，而且，由上述高強度螺栓的抗拉強度TS(N/mm2)與按該高強度螺栓用鋼材的化學成分計算的碳當量Ceq(％)的關(guān)系滿足下述(2)式，通過淬火、回火，使螺栓的抗拉強度調(diào)質(zhì)到1200N/mm2以上至1600N/mm2以下的范圍內(nèi)，TS≤1.1T+850 (1)TS≤550Ceq+1000 (2)TS高強度螺栓的抗拉強度(N/mm2)T回火溫度Ceq碳當量式中，Ceq＝C+(Mn/6)+(Si/24)+(Ni/40)+(Cr/5)+(Mo/4)+(V/14)。
另外，本發(fā)明《5》的特征在于，在本發(fā)明《4》的高強度螺栓用鋼材中，按質(zhì)量％計，含有C0.3～0.45％、Si小于0.10％、Mn超過0.40％～小于1.00％、P小于0.010％、S0.010％以下、Cr0.5％以上～小于1.5％、Mo超過0.35％～小于1.5％、V超過0.30％～1.00％以下，其余由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
另外，本發(fā)明《6》的特征在于，在本發(fā)明《5》的高強度螺栓用鋼材中，按質(zhì)量％計，還含有Al0.010～0.100％。
另外，本發(fā)明《7》的特征在于，在本發(fā)明《5》的高強度螺栓用鋼材中，按質(zhì)量％計，還含有Ni0.005～0.030％、Ti0.005～0.030％中的1種或2種。
圖2是表示鋼材回火溫度與抗拉強度的關(guān)系的說明圖。
圖3是表示鋼材碳當量與抗拉強度的關(guān)系的說明圖。
圖4是歷來高強度螺栓的說明圖。
圖5是圖4中A部的主要部分放大的說明圖。
(A)鋼的化學成分CC是容易向鋼賦予強度的有效元素，但其含量小于0.30％時不能夠確保強度，另外若超過0.45％添加時，韌性劣化。因而將其成分范圍限定為0.30％～0.45％。
SiSi是鋼脫氧所必要的元素，對提高鋼的強度有效，但其含量在0.1％以上時會使韌性劣化，并使鋼的脆性變得顯著。另外，由于Si是鐵素體固溶強化作用大的元素，所以即使進行球化退火，冷鍛也困難。而且熱處理時Si容易引起晶界氧化，它是一種通過缺口效應而使螺栓的抗延遲斷裂特性劣化的元素，因而應當盡量減少。所以將其成分范圍限定在小于0.10％。
MnMn是提高淬透性的有效元素，但其添加量在0.40％以下時不能得到所希望的效果，另外，添加1.00％以上時發(fā)生回火脆化，抗延遲斷裂特性劣化，因而優(yōu)選將其成分范圍限定為超過0.40％～小于1.00％。
PP在晶界偏析，是降低晶界強度、使抗延遲斷裂特性劣化的元素。另外，在作為嚴重腐蝕環(huán)境的鹽酸中，P能夠在鋼材表面促進氫的產(chǎn)生，因而是增加鋼的腐蝕量的元素，必須盡量減少。其含有量在0.010％以上時，侵入鋼材中的氫含量顯著增大，因而將其限定為小于0.010％。
SS在晶界偏析，是促進鋼脆化的元素，因而應使S的含量盡量減少。其含量超過0.010％時脆化顯著，所以將其上限定為0.010％以下。
CrCr是提高鋼淬透性的有效元素，而且有向鋼賦予回火穩(wěn)定性的效果，但其添加量小于0.5％時得不到對上述作用的效果，另一方面，考慮經(jīng)濟性，其添加量限定在0.5％以上～小于1.5％。
MoMo是顯著起二次硬化的元素，是可以通過高溫回火來提高抗延遲斷裂特性的元素，但其添加量在小于0.35％時不能得到所希望的效果，另一方面，超過1.5％添加時，淬火時未熔化的碳化物難以固溶于母相中，從而損害延性，所以其添加量限定為超過0.35％～小于1.5％。
VV在回火時作為微細的氮化物、碳化物析出以提高鋼的強度，是可以高溫回火的元素，而且有使原始奧氏體晶粒微細化的效果。另外回火時在晶粒內(nèi)析出的碳氮化物可以捕獲氫，降低了晶界聚集的氫，因而具有大幅度提高抗延遲斷裂特性的效果。但是，其添加量在0.3％以下時不能使原始奧氏體的晶體粒度達到No.10，不能提高抗延遲斷裂特性。另外，超過1.0％添加時，損害螺栓的冷鍛性。另外，V是高價元素，也考慮經(jīng)濟性，所以其含量限定為超過0.3％～1.0％以下。
AlAl是鋼脫氧的必要元素，析出氮化物，有使原始奧氏體晶粒微細化的效果。但是，不足0.010％時其效果小，另外，超過0.100％時會使氧化鋁系夾雜物增加，從而損害韌性，因而在含有時，優(yōu)選將成分范圍限定為0.010～0.100％。
NbNb有使原始奧氏體晶粒微細化、而且析出硬化以提高鋼的強度的作用。但其添加量小于0.005％時不能得到其效果，另一方面，即使含有量超過0.030％，其效果也飽和，因而在含有時，優(yōu)選將其含有量限定為0.005～0.030％。
TiTi有使原始奧氏體晶粒微細化、而且析出硬化以提高鋼的強度的作用。但其添加量小于0.005％時不能得到其效果，另一方面，即使含有量超過0.030％，其效果也飽和，因而在含有時，優(yōu)選將含有量限定為0.005～0.030％。
(B)回火溫度由于延遲斷裂呈現(xiàn)原始奧氏體晶界裂紋，所以在提高螺栓的抗延遲斷裂特性方面，最好避開250～400℃的低溫回火脆性溫度區(qū)域，而且為了抑制片狀滲碳體在原始奧氏體晶界析出，通過提升回火溫度來控制碳化物的形態(tài)是有效的，以及使能夠成為捕獲氫的位點的V碳氮化物析出，以降低在晶界聚集的氫也是有效的。因而，也可以將回火溫度定為450℃以上，但并不限定于此。已經(jīng)了解清楚的是，螺栓的抗延遲斷裂特性，只要采取滿足高強度螺栓的抗拉強度TS(N/mm2)與回火溫度T(℃)的后述的關(guān)系式、及高強度螺栓的抗拉強度TS(N/mm2)與碳當量Ceq的后述的關(guān)系式的回火溫度值，實驗結(jié)果就是令人滿意的。
以下，參照

圖1～圖3所示的附圖，詳細說明本發(fā)明的實施方式。另外，在本發(fā)明的實施方式中，對于與圖4和圖5所示的歷來結(jié)構(gòu)的高強度螺栓構(gòu)成重復的部分用同一符號說明。
本發(fā)明的高強度螺栓9與圖4所示的歷來結(jié)構(gòu)一樣，由鋼材構(gòu)成的頭部1和軸部2一體形成。而且，如圖1所示，在軸部2按等間隔形成的螺紋部3的螺紋牙4、4的相對的齒側(cè)面4a、4b具有例如60°的角度θ。另外，螺紋牙4、4的螺紋牙根4c形成按照上述的3圓弧合成法構(gòu)成的弧狀曲線的形狀。
即，上述高強度螺栓9的螺紋部3，將距軸部2的螺紋牙4的螺紋的整三角形5的底邊5a的高度取為H(例如，H＝2.165mm)，將距該螺紋的整三角形5的頂點的H/8切斷，使其具有臺形的形狀。接著，將螺紋牙4上相對的齒側(cè)面4a、4b和螺紋牙根4c的移動點Q1、Q2設(shè)定在由螺紋的整三角形5的底邊5a的[(9±1)/20]·H處，例如設(shè)定在0.45H的高度處，然后，在分別的移動點Q1、Q2處，按照在由螺紋的整三角形5的底邊5a的(7/12)·H的高度上具有中心○1的半徑r描繪與H/6的螺紋牙4、4的齒側(cè)面4a、4b接觸的接觸小圓6A、6B，另一方面，按照在螺紋牙4上相對的齒側(cè)面4a、4b的延長線形成的銳角的2等分線上具有中心○2的半徑R描繪2H/3以上的接觸小圓6A、6B的外接圓7，通過使該外接圓7和接觸小圓6A、6B重疊來形成以螺紋牙4、4的螺紋牙根4c為目的弧狀曲線8。
可是，對于本發(fā)明高強度的螺紋部3，將移動點Q1、Q2設(shè)定在距螺紋的整三角形5的底邊5a高出[(9±1)/20]·H處，例如0.45H的高度處，其理由是，當形成滿足以螺紋牙4、4的螺紋牙根4c為上述那樣的目的的弧狀曲線8時，可以保持防止螺栓脫離的適當?shù)穆菁y旋合率。即，移動點Q1、Q2的高度在下限的[8/20]·H以下時，不能形成滿足所取目的的弧狀曲線8，另一方面，在上限(10/20)·H以上時，保持適當?shù)穆菁y旋合率變得困難。
另外，在分別的移動點Q1、Q2處，以半徑r描繪與H/6的螺紋牙4、4的齒側(cè)面4a、4b接觸的接觸小圓6A、6B的理由是，為了得到應力集中比較少的螺紋牙4、4的螺紋牙根4c的弧狀曲線8，采用由以下方法得到的經(jīng)驗值分別通過移動點Q1、Q2描繪具有各種不同半徑的許多接觸小圓，模擬以多個位置為中心的多個弧狀曲線并進行應力計算，同時選定其中應力集中程度最低的接觸小圓，如此來獲得經(jīng)驗值。
另外，以在螺紋牙4、4上相對的齒側(cè)面4a、4b的延長線形成的銳角的2等分線上具有中心○2的半徑R描繪(2/3)·H以上的接觸小圓6A、6B的外接圓7、通過使該外接圓7和接觸小圓6A、6B重疊來形成弧狀曲線8的理由是為了得到與接觸小圓6A、6B的螺紋牙根4c側(cè)圓弧的最圓滑連接的弧狀曲線8，這也是由許多模擬得到的經(jīng)驗值。
這樣，本發(fā)明的高強度螺栓按照上述的3圓弧合成法，使螺紋牙4、4的螺紋牙根4c形成特定的弧狀曲線8的形狀，這樣就能使螺紋牙根4c的中心部M的應力集中系數(shù)降低至1.66，以日本建筑學會建筑工程標準規(guī)格說明書JASS6中規(guī)定的標準螺栓拉力(22.5ton)沿螺栓軸心X-X方向同樣拉伸時，與圖5所示的歷來的M22螺栓(F10T的JIS公制標準螺栓)相比較，螺紋的螺紋牙根的應力和應變可以大幅度降低。這樣就可以謀求高強度螺栓抗延遲斷裂特性的提高。
另一方面，作為高強度螺栓的重要問題是在高強度化時，涉及如何賦予螺栓延遲斷裂性能的問題。F11T的JIS公制標準螺栓的高強度螺栓在強度范圍為1100N/mm2～1300N/mm2的范圍內(nèi)使用，但由于存在延遲斷裂的危險性，所以現(xiàn)在已不再生產(chǎn)，從而無法購得。因此，目前廣泛使用1000N/mm2～1200N/mm2范圍內(nèi)的F10T的JIS公制標準螺栓。這樣，對高強度螺栓設(shè)定強度上限的規(guī)定的理由是，如果單方面提高強度，就會容易發(fā)生延遲斷裂。
因此，如下述實施例所示，本發(fā)明人等重復許多實驗，根據(jù)回火溫度及碳當量的比例來調(diào)整鋼材的抗拉強度，用具有下述表1所示化學成分組成的供試驗鋼，根據(jù)所得到的許多具體實驗數(shù)據(jù)，將有無發(fā)生延遲斷裂用圖2及圖3所示的×號(發(fā)生延遲斷裂)及○號(不發(fā)生延遲斷裂)繪成曲線。對以下實施例進行具體的說明。
這些螺栓的延遲斷裂特性用以下《i》和《ii》兩種方法評價。
《i》首先，說明對鋼材成分和回火溫度的影響的評價方法。
現(xiàn)在，一般作為高應力螺栓用鋼材使用的調(diào)質(zhì)到1100N/mm2級的JISG4105中規(guī)定的SCM440，絕大部分用于汽車，一般不發(fā)生延遲斷裂。可是，在腐蝕時侵入到該SCM440中的擴散性氫量增大時，最終還是發(fā)生延遲斷裂。此次的延遲斷裂特性的基準用此時的擴散性氫量。即，通常在提高抗拉強度時，雖然每種鋼材的絕對值不同，但不發(fā)生延遲斷裂的界限的擴散性氫量降低。特別是成為1400N/mm2水平以上非常高的強度時，即使小的擴散氫量，也會最終發(fā)生延遲斷裂。
延遲斷裂試驗，通過切削加工制作帶有V形缺口的試驗片，將該試驗片浸漬在36％鹽酸中一定的時間，強制地使試驗片中的氫迅速增加后，在大氣中放置30分鐘，用定載荷負載裝置以缺口強度×0.7的抗拉應力負載。
此時，用熱分析法測定侵入鋼中的擴散性氫量，并研究每個鋼種擴散性氫量和斷裂時間的關(guān)系。將試驗片在100小時以上不斷裂時的擴散性氫量作為每個鋼種的界限擴散性氫量。
將現(xiàn)行的高應力螺栓用鋼材SCM440調(diào)質(zhì)到1100N/mm2級(TS為1200N/mm2)時的界限擴散性氫量為0.55ppm。高強度鋼材的抗延遲斷裂特性以界限擴散性氫量作為判斷指標，即使成為高強度，對于具有現(xiàn)行1100N/mm2級的SCM440的界限擴散性氫量0.55ppm以上的界限擴散性氫量的鋼材，也按照以所謂不發(fā)生延遲斷裂的基準進行評價。
《ii》其次，關(guān)于對延遲斷裂特性產(chǎn)生影響的螺栓形狀，賦予傳統(tǒng)形狀的螺栓和本發(fā)明形狀的螺紋部的螺栓相同的軸向力，通過反復進入觀覽車方式的3.5％NaCl水溶液中濕潤+干燥，按照試驗期間的12個月中有無斷裂進行評價。
下述表3示出其結(jié)果，顯然，與比較例相比，本發(fā)明實施例在抗延遲斷裂特性方面更為優(yōu)良。表3

另外，其結(jié)果如圖2所示，可以明顯看出，在鋼材的抗拉強度TS(N/mm2)與回火溫度T(℃)的關(guān)系中，以一直線作為界限，例如，存在如下界限在回火溫度T約為550℃時，鋼材的抗拉強度TS在約1460N/mm2以上時，發(fā)生延遲斷裂，但在其以下時不發(fā)生延遲斷裂，得到下述關(guān)系式。
TS＝1.1T+850 (1′)另一方面，如圖3所示，可以明顯看出，在鋼材的抗拉強度TS與碳當量Ceq(％)的關(guān)系中，以一直線作為界限，例如，在碳當量Ceq約為0.85％時，鋼材的抗拉強度TS在約1460N/mm2以上時，發(fā)生延遲斷裂，但在其以下時不發(fā)生延遲斷裂，得到下述關(guān)系式。
TS＝550Ceq+1000(2′)此時，鋼材的碳當量Ceq用下述的JIS的定義式表示Ceq＝C+(Mn/6)+(Si/24)+(Ni/40)+(Cr/5)+(Mo/4)+(V/14)因而，用由鋼材的回火溫度T與按化學成分計算的碳當量Ceq的兩個要素使抗拉強度TS(N/mm2)的范圍不發(fā)生延遲斷裂，即設(shè)定上述式(1′)、(2′)的下限范圍為TS≤1.1T+850 (1)TS≤550Ceq+1000 (2)，如果控制滿足這兩式(1)、(2)，可以容易地將鋼材抗拉強度TS調(diào)質(zhì)到1200N/mm2以上至1600N/mm2以下的范圍。
另外，上述鋼材的化學成分，例如，如本申請人在先申請的特開平7-278735號公報公開的那樣，適宜用的鋼材是，按質(zhì)量％計，至少含有C0.3～0.45％、Si小于0.10％、Mn超過0.40％～小于1.00％、P小于0.010％、S0.010％以下、Cr0.5％以上～小于1.5％、Mo超過0.35％～小于1.5％、
V超過0.30％～1.00％以下，其余由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
此時，在上述鋼材中，根據(jù)必要，以質(zhì)量％計，含有Al0.010～0.100％。
或者另外按質(zhì)量％計，也可以再含有Ni0.005～0.030％、Ti0.005～0.030％中的1種或2種。
由本發(fā)明得到的高強度螺栓，在1200N/mm2以上至1600N/mm2以下的強度范圍內(nèi)具有優(yōu)良的抗延遲斷裂特性，從而，與歷來的1000N/mm2～1100N/mm2級高強度螺栓相比，有以下優(yōu)點(1)可以減少在構(gòu)件接合時所必需的螺栓個數(shù)，可以使接合部更緊湊、重量更輕。(2)使更高強度和更厚鋼板的螺栓接合成為可能，增加了設(shè)計的自由度。(3)使螺栓的小直徑化成為可能，可以提高螺栓具有的運送和緊固的作業(yè)性。(4)由以上效果，總的接合部的建設(shè)成本可以降低。
另外，作為碳當量Ceq優(yōu)選取1.4％以下，比該值高時，就會使螺栓成形前的硬度過高，從而導致模具壽命顯著降低和螺栓加工時發(fā)生裂紋，難以在工業(yè)上達到穩(wěn)定的生產(chǎn)。
工業(yè)實用性這樣，按照本發(fā)明的高強度螺栓，其特征在于，使鋼材滿足由螺栓的抗拉強度與回火溫度及按其化學成分計算的碳當量的之間的各個關(guān)系式，通過淬火及回火調(diào)質(zhì)到螺栓抗拉強度的范圍，這樣就可以提供一種螺栓抗拉強度在1200N/mm2以上的抗延遲斷裂特性優(yōu)良的高強度螺栓。
權(quán)利要求
1.高強度螺栓，其特征在于，高強度螺栓的抗拉強度TS(N/mm2)與回火溫度T(℃)的關(guān)系滿足下述(1)式，而且，由上述高強度螺栓的抗拉強度TS(N/mm2)與按該高強度螺栓用鋼材的化學成分計算的碳當量Ceq(％)的關(guān)系滿足下述(2)式，通過淬火、回火，將螺栓的抗拉強度調(diào)質(zhì)到1200N/mm2以上至1600N/mm2以下的范圍內(nèi)，TS≤1.1T+850 (1)TS≤550Ceq+1000 (2)TS高強度螺栓的抗拉強度(N/mm2)T回火溫度Ceq碳當量式中，Ceq＝C+(Mn/6)+(Si/24)+(Ni/40)+(Cr/5)+(Mo/4)+(V/14)。
2.權(quán)利要求1所述的高強度螺栓，其特征在于，按質(zhì)量％計，上述鋼材含有C0.3～0.45％、Si小于0.10％、Mn超過0.40％～小于1.00％、P小于0.010％、S0.010％以下、Cr0.5％以上～小于1.5％、Mo超過0.35％～小于1.5％、V超過0.30％～1.00％以下，其余由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
3.權(quán)利要求1或2所述的高強度螺栓，其特征在于，上述高強度螺栓的軸部按等間隔螺距形成的螺紋部的螺紋牙的相對的齒側(cè)面的角度為60°，而且，上述螺紋部的螺紋牙根的形狀由下述條件及算式中規(guī)定的3圓弧合成法(a)構(gòu)成的弧狀曲線形成，(a)上述3圓弧合成法取下述方法將螺紋的整三角形的高度作為H，將相對的螺紋牙的齒側(cè)面和螺紋牙根的移動點設(shè)定在距上述螺紋整三角形底邊的(9±1)H/20處，同時，以在上述分別的移動點上與齒側(cè)面接觸的半徑r描繪H/6的接觸小圓，另一方面，以在上述相對的齒側(cè)面的延長線形成的銳角的2等分線上具有中心的半徑R描繪2H/3以上的上述接觸小圓的外接圓，使上述接觸小圓和外接圓的螺紋牙根側(cè)圓弧重疊，形成弧狀曲線。
4.高強度螺栓用鋼材，其特征在于，高強度螺栓的抗拉強度TS(N/mm2)與回火溫度T(℃)的關(guān)系滿足下述(1)式，而且，由上述高強度螺栓的抗拉強度TS(N/mm2)與按該高強度螺栓用鋼材的化學成分計算的碳當量Ceq(％)的關(guān)系滿足下述(2)式，通過淬火、回火，使螺栓的抗拉強度調(diào)質(zhì)到1200N/mm2以上、1600N/mm2以下的范圍內(nèi)，TS≤1.1T+850 (1)TS≤550Ceq+1000 (2)TS高強度螺栓的抗拉強度(N/mm2)T回火溫度Ceq碳當量式中，Ceq＝C+(Mn/6)+(Si/24)+(Ni/40)+(Cr/5)+(Mo/4)+(V/14)。
5.權(quán)利要求4所述的高強度螺栓用鋼材，其特征在于，該鋼材按質(zhì)量％計，含有C0.3～0.45％、Si小于0.10％、Mn超過0.40％～小于1.00％、P小于0.010％、S0.010％以下、Cr0.5％以上～小于1.5％、Mo超過0.35％～小于1.5％、V超過0.30％～1.00％以下，其余由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
6.權(quán)利要求5所述的高強度螺栓用鋼材，該鋼材按質(zhì)量％計，還含有Al0.010～0.100％。
7.權(quán)利要求6所述高強度螺栓用鋼材，該鋼材按質(zhì)量％計，還含有Ni0.005～0.030％、Ti0.005～0.030％中的1種或2種。
全文摘要
本發(fā)明提供螺栓抗拉強度在1200N/mm
文檔編號C22C38/22GK1460156SQ02800802
公開日2003年12月3日 申請日期2002年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月22日
發(fā)明者宇野暢芳, 蟹澤秀雄 申請人:新日本制鐵株式會社