(57)【要約】    【課題】  ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌの二相ステンレス鋼を素材とするが、低温衝撃性を大幅に改良した二相ステンレス鋼ボルト及びその製造方法を提供する。    【解決手段】  体積％で、Ｃ≦０．０３０、Ｓｉ≦１．００、Ｍｎ≦１．５０、Ｐ≦０．０４０、Ｓ≦０．０３０、５．５０≦Ｎｉ≦７．５０、２４．００≦Ｃｒ≦２６．００、２．５０≦Ｍｏ≦３．５０、０．０８≦Ｎ≦０．３０、残部Ｆｅの化学成分の二相ステンレス鋼ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌの線材を素材として冷間圧造され固溶化熱処理された組織を有するとともにボルト頭部とねじ下径部を有するボルト素形材の、上記ねじ下径部に冷間転造によって雌ねじが形成されていることを特徴とする。【選択図】  図１
2020012180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
体積％で、Ｃ≦０．０３０、Ｓｉ≦１．００、Ｍｎ≦１．５０、Ｐ≦０．０４０、Ｓ≦０．０３０、５．５０≦Ｎｉ≦７．５０、２４．００≦Ｃｒ≦２６．００、２．５０≦Ｍｏ≦３．５０、０．０８≦Ｎ≦０．３０、残部Ｆｅの化学成分の二相ステンレス鋼ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌの線材を素材として冷間圧造され固溶化熱処理された組織を有するとともにボルト頭部とねじ下径部を有するボルト素形材の、上記ねじ下径部に冷間転造によって雌ねじが形成されていることを特徴とする、低温衝撃性に優れた二相ステンレス鋼ボルト。
【請求項２】
体積％で、Ｃ≦０．０３０、Ｓｉ≦１．００、Ｍｎ≦１．５０、Ｐ≦０．０４０、Ｓ≦０．０３０、５．５０≦Ｎｉ≦７．５０、２４．００≦Ｃｒ≦２６．００、２．５０≦Ｍｏ≦３．５０、０．０８≦Ｎ≦０．３０、残部Ｆｅの化学成分の二相ステンレス鋼ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌの線材を素材とし、ボルト頭部とねじ下径部を有するボルト素形材を冷間圧造によって製造し、該ボルト素形材を９５０°Ｃ〜１１００°Ｃの範囲内の温度で２分〜６０分保持した後１００°Ｃ以下に急冷することによって固溶化熱処理を行い、この固溶化熱処理されたねじ下径部に雌ねじを冷間転造するようにしたことを特徴とする、低温衝撃性に優れた二相ステンレス鋼ボルトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は低温衝撃性に優れた二相ステンレス鋼ボルト及びその製造方法に関し、特に耐食性の優れたステンレス鋼ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌ素材に対して冷間工程で製造するボルトの低温衝撃性を大幅に改良したボルト及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＪＩＳ  Ｂ  ４３０３  Ｂ４３０８で規定される二相系ステンレス鋼ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌ（化学成分：体積％で、Ｃ≦０．０３０、Ｓｉ≦１．００、Ｍｎ≦１．５０、Ｐ≦０．０４０、Ｓ≦０．０３０、５．５０≦Ｎｉ≦７．５０、２４．００≦Ｃｒ≦２６．００、２．５０≦Ｍｏ≦３．５０、０．０８≦Ｎ≦０．３０、残部Ｆｅ）はその優れた耐食性及び機械的性質から板やアングル等の構造用素材に広く使われ始めている（特許文献１、特許文献２）。二相系ステンレス鋼製の板やアングル等を使用した構造物を構築する場合、ボルト、ナット、座金といった締結部品の製造技術を確立することが必要となる。
【０００３】
従来、オーステナイト系ステンレス鋼ボルトを冷間で製造する場合、以下の工程で製造されている。固溶化熱処理した線材を、外径精度を出すための０．３ｍｍ程度軽伸してボルト用鋼線を得る。この鋼線を冷間圧造で頭部とねじ下径部（又は軸部及びねじ下径部）を成形し、ねじ下径部に冷間転造でねじを成形して製造され、多くの生産実績や使用実績がある。
【０００４】
他方、ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌはオーステナイト相とフェライト相が所定の面積比で混在する特殊な金属組織であること、８００ｐｐｍを超える窒素が添加されており、僅かな冷間加工でも急激に加工硬化する特殊な物性があり、かかる物性に起因してＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌの二相ステンレス鋼に対して冷間圧造でボルトを製造する技術の確立は端緒についたばかりである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２１３６３４号公報
【特許文献２】特許第５２７５６３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌの二相ステンレス鋼ボルトを従来のオーステナイト系ステンレス鋼ボルトと同様の冷間工程で製造した場合、９００〜１１００Ｎ／ｍｍ2の優れた引張強さを有する高強度ボルトが得られるものの、ＪＩＳに規定される−４０°ＣにおけるＶノッチシャルピー試験を行うと極めて低い値になる。構造部材に使用されたボルトでは低温環境で衝撃荷重を受ける可能性もあることから、−４０°Ｃでの低温シャルピー値を改善したボルトの商品化が求められる。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑み、ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌの二相ステンレス鋼を素材とするが、低温衝撃性を大幅に改良した二相ステンレス鋼ボルト及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明に係る低温衝撃性に優れた二相ステンレス鋼ボルトは、体積％で、Ｃ≦０．０３０、Ｓｉ≦１．００、Ｍｎ≦１．５０、Ｐ≦０．０４０、Ｓ≦０．０３０、５．５０≦Ｎｉ≦７．５０、２４．００≦Ｃｒ≦２６．００、２．５０≦Ｍｏ≦３．５０、０．０８≦Ｎ≦０．３０、残部Ｆｅの化学成分の二相ステンレス鋼ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌの線材を素材として冷間圧造されて固溶化熱処理されボルト頭部とねじ下径部を有するボルト素形材の、上記ねじ下径部に冷間転造によって雌ねじが形成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る低温衝撃性に優れた二相ステンレス鋼ボルトの製造方法は、体積％で、Ｃ≦０．０３０、Ｓｉ≦１．００、Ｍｎ≦１．５０、Ｐ≦０．０４０、Ｓ≦０．０３０、５．５０≦Ｎｉ≦７．５０、２４．００≦Ｃｒ≦２６．００、２．５０≦Ｍｏ≦３．５０、０．０８≦Ｎ≦０．３０、残部Ｆｅの化学成分の二相ステンレス鋼ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌの線材を素材とし、ボルト頭部とねじ下径部を有するボルト素形材を冷間圧造によって製造し、該ボルト素形材を９５０°Ｃ〜１１００°Ｃの範囲内の温度で２分〜６０分（ボルト素形材の寸法や固溶化処理する量によって選択するのが好ましい）保持した後１００°Ｃ以下に急冷することによって固溶化熱処理を行い、この固溶化熱処理されたねじ下径部に雌ねじを冷間転造するようにしたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る、低温衝撃性に優れた二相ステンレス鋼ボルトの製造方法を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る、低温衝撃性に優れた二相ステンレス鋼ボルトの製造方法の実施形態を模式的に示す。
【００１２】
〔供試料〕
二相ステンレス鋼ＳＵＳ３２９Ｊ４ＬのＭ１６×首下長さ５５ｍｍのボルト線材１０を供試材とした。
【００１３】
〔本発明の工程〕
１．ボルト線材１０をφ１６ｍｍからφ１５．７ｍｍに減面率３．７％で軽伸する（図１（ａ））。
２．圧造機内で頭部１１をアップセットし（図１（ｂ））、トリミングしてボルト頭部１３を形成し、胴部１２の先端側半部をφ１４．５７ｍｍ減面率１７％に圧造してねじ下径部１４を造形し、ボルト素形材を製作する（図１（ｃ））。
３．その後、ボルト素形材を９５０°Ｃ〜１１００°Ｃの範囲内の温度で２分〜１０分保持した後１００°Ｃ以下に急冷して固溶化熱処理を行う（図１（ｄ）（ｅ））。
４．ねじ下径部１４に雄ねじを冷間転造して雄ねじ部１５を形成する（図１（ｆ））。      
【００１４】
〔従来の工程〕
１．φ１６ｍｍからφ１５．７ｍｍに減面率３．７％で軽伸する。
２．圧造機内で頭部をアップセットし、トリミングし、ねじ下径φ１４．５７ｍｍ減面率１７％に圧造する。
３．その後、ねじ下径部に雄ねじを冷間転造する。
【００１５】
本発明の工程と従来の工程で製造したボルトの物性を比較確認した。まず、引っ張り強さ（ＴＳ）、耐力（ＹＰ）及び伸び（ＥＬ）を求めるとともに、切断部位を調べた。その結果を表１に示す。
【００１６】
【表１】
2020012180.tif 000003
【００１７】
表１から、本発明の工程によって製造したボルト（以下、「本工程品」という）の引っ張り強さ（ＴＳ）は８８２Ｎ／ｍｍ2、８８４Ｎ／ｍｍ2であり、従来工程によって製造したボルト（以下、「従来工程品」という）の引っ張り強さ（１０６７Ｎ／ｍｍ2、１０６８Ｎ／ｍｍ2）の８４％まで低下し、耐力（ＹＰ）は従来工程品の耐力（９６５Ｎ／ｍｍ2、９３６Ｎ／ｍｍ2）から７２２Ｎ／ｍｍ2まで低下した。
さらに、本工程品の伸び（ＥＬ）は１１．１ｍｍ、１１．３ｍｍであり、従来工程品の伸び（１６．８ｍｍ、２０ｍｍ）に比較して小さく、又本工程品の切断箇所はねじ部分であるのに対し、従来工程品は胴部であった。
【００１８】
次に、硬さ（ＨＲＣ）を測定した。測定結果を表２に示す。
【００１９】
【表２】
2020012180.tif 000004
【００２０】
表２から、本工程品では胴部１／４Ｄの硬度はＨＲＣ２２．８及びＨＲＣ２２．５、胴芯の硬度はＨＲＣ２３．４及びＨＲＣ２４．６、ねじ部１／４Ｄの硬度はＨＲＣ２３．３及びＨＲＣ２３．５、ねじ部芯の硬度はＨＲＣ２３．９及びＨＲＣ２３．８であるのに対し、従来工程品では胴部１／４Ｄの硬度はＨＲＣ２８及びＨＲＣ２７．９、胴芯の硬度はＨＲＣ２５．６及びＨＲＣ２５．４、ねじ部１／４Ｄの硬度はＨＲＣ３４．８及びＨＲＣ３３．６、ねじ部芯の硬度はＨＲＣ２９．６及びＨＲＣ３１．５であった。
【００２１】
次に、本工程品と従来工程品についてＶノッチ低温（−４０°Ｃ）シャルピー試験を行うとともに、破断面を観察した。その結果を表３に示す。
【００２２】
【表３】
2020012180.tif 000005
【００２３】
表３から、本工程品の胴部低温シャルピー値は２８８Ｊ／ｃｍ2及び２８０Ｊ／ｃｍ2、ねじ部低温シャルピー値は３０２Ｊ／ｃｍ2及び３３２Ｊ／ｃｍ2であり、従来工程品の胴部低温シャルピー値は２９Ｊ／ｃｍ2及び２８Ｊ／ｃｍ2、ねじ部低温シャルピー値は３２Ｊ／ｃｍ2及び３２Ｊ／ｃｍ2に比較して改善されていた。
また、本工程品では破断面の脆性破面率は胴部で１０％及び０％、ねじ部で１０％及び５％であり、従来工程品の破断面の脆性破面率が胴部で８０％及び７０％、ねじ部で７５％及び７０％に比較して改善されていた。
【００２４】
以上のことから、本工程品は従来工程品に比較して靱性が９倍程度改善されていることが確認された。
【００２５】
また、φ１２Ｍｍｍ、φ１０ｍｍ、φ８ｍｍの各ボルトについても本発明の工程と従来の工程で製造したボルトの物性を比較確認したところ、φ１６ｍｍのボルトと同様の低温衝撃性の改善が見られた。
【符号の説明】
【００２６】
１０      線材
１１      頭部
１２      胴部
１３      ボルト頭部
１４      ねじ下径部
１５      雄ねじ
【図１】
2020012180.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月26日(2019.7.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ≦０．０３０、Ｓｉ≦１．００、Ｍｎ≦１．５０、Ｐ≦０．０４０、Ｓ≦０．０３０、５．５０≦Ｎｉ≦７．５０、２４．００≦Ｃｒ≦２６．００、２．５０≦Ｍｏ≦３．５０、０．０８≦Ｎ≦０．３０、残部Ｆｅの化学成分の二相ステンレス鋼ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌの線材を素材とし、ボルト頭部とねじ下径部を有するボルト素形材を冷間圧造によって製造し、該ボルト素形材を９５０°Ｃ〜１１００°Ｃの範囲内の温度で２分〜６０分保持した後１００°Ｃ以下に急冷することによって固溶化熱処理を行い、この固溶化熱処理されたねじ下径部に雌ねじを冷間転造するようにしたことを特徴とする、低温衝撃性に優れた二相ステンレス鋼ボルトの製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
ＪＩＳ  Ｂ  ４３０３  Ｂ４３０８で規定される二相系ステンレス鋼ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌ（化学成分：質量％で、Ｃ≦０．０３０、Ｓｉ≦１．００、Ｍｎ≦１．５０、Ｐ≦０．０４０、Ｓ≦０．０３０、５．５０≦Ｎｉ≦７．５０、２４．００≦Ｃｒ≦２６．００、２．５０≦Ｍｏ≦３．５０、０．０８≦Ｎ≦０．３０、残部Ｆｅ）はその優れた耐食性及び機械的性質から板やアングル等の構造用素材に広く使われ始めている（特許文献１、特許文献２）。二相系ステンレス鋼製の板やアングル等を使用した構造物を構築する場合、ボルト、ナット、座金といった締結部品の製造技術を確立することが必要となる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
そこで、本発明に係る低温衝撃性に優れた二相ステンレス鋼ボルトは、質量％で、Ｃ≦０．０３０、Ｓｉ≦１．００、Ｍｎ≦１．５０、Ｐ≦０．０４０、Ｓ≦０．０３０、５．５０≦Ｎｉ≦７．５０、２４．００≦Ｃｒ≦２６．００、２．５０≦Ｍｏ≦３．５０、０．０８≦Ｎ≦０．３０、残部Ｆｅの化学成分の二相ステンレス鋼ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌの線材を素材として冷間圧造されて固溶化熱処理されボルト頭部とねじ下径部を有するボルト素形材の、上記ねじ下径部に冷間転造によって雌ねじが形成されていることを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また、本発明に係る低温衝撃性に優れた二相ステンレス鋼ボルトの製造方法は、質量％で、Ｃ≦０．０３０、Ｓｉ≦１．００、Ｍｎ≦１．５０、Ｐ≦０．０４０、Ｓ≦０．０３０、５．５０≦Ｎｉ≦７．５０、２４．００≦Ｃｒ≦２６．００、２．５０≦Ｍｏ≦３．５０、０．０８≦Ｎ≦０．３０、残部Ｆｅの化学成分の二相ステンレス鋼ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌの線材を素材とし、ボルト頭部とねじ下径部を有するボルト素形材を冷間圧造によって製造し、該ボルト素形材を９５０°Ｃ〜１１００°Ｃの範囲内の温度で２分〜６０分（ボルト素形材の寸法や固溶化処理する量によって選択するのが好ましい）保持した後１００°Ｃ以下に急冷することによって固溶化熱処理を行い、この固溶化熱処理されたねじ下径部に雌ねじを冷間転造するようにしたことを特徴とする。