(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼を、一旦７５０℃以上に加熱した後、冷却する際に２００℃以上７００℃以下で塑性加工を加えた後さらに室温まで冷却しマルテンサイト変態させて作られた線材、あるいは棒材を冷間加工によりボルト、及びねじ成形し、さらに３９０℃以上５５０℃以下で時効硬化処理を行う高強度ボルト、及び高強度ねじの加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明はＪＩＳ−ＳＵＳ６３０等のマルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼の高強度ボルト、及びねじの加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼はマルテンサイト組織から微細な金属間化合物を析出させることにより高強度化を可能にした合金である。例えばこの種の代表的なＪＩＳ−ＳＵＳ６３０は室温の状態で加工性の悪いマルテンサイト組織を有しているため、熱間加工あるいは切削加工でしか成形することができない。例えばこれを冷間鍛造した場合、ボルトのような単純な形状品で、しかも適切な金型材料を選定すれば荷重的には可能な範囲であるが、変形能が低いため割れが発生してしまう。
【０００３】
また通常の溶体化処理をした後に時効硬化処理を行った場合の硬さは、ＪＩＳ−Ｈ９００処理で最大４５０Ｈｖ程度であり強度的には満足できるレベルではない。しかもこの状態でボルトやねじとして使用する場合、延性や遅れ破壊特性が低いため、実際の使用には信頼性に欠ける。従って現在のところマルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼で、冷間における変形能が高く、時効硬化処理後の強度、靭性、遅れ破壊特性に優れた高強度ボルト、ねじを製造する方法はない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、冷間鍛造が可能で、しかも強度、靭性、遅れ破壊特性に優れたマルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼の高強ボルト、及び高強度ねじの製造を可能にする加工方法を提案するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
マルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼の溶体化処理後の組織は変形能に乏しいマルテンサイトである。またこの種の合金を通常の熱処理である溶体化処理と時効硬化処理によって得られる性質は、ＪＩＳ−Ｈ９００処理で硬さが４５０ＨＶ、引張り強さが１４０ｋｇｆ／ｍｍ２程度が限界で、しかも靭性、遅れ破壊特性において必ずしも十分な満足できるものとはいえない。
【０００６】
本発明は、マルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼を一旦７５０℃以上に加熱した後、冷却し２００℃以上、７００℃以下で塑性加工を施した後、さらに室温まで冷却させマルテンサイト変態させて作られた線材、あるいは棒材を冷間鍛造によりボルト、あるいはねじに成形し、その後３９０℃以上、５５０℃以下の温度範囲で時効硬化処理を行うことによって、冷間鍛造可能で、しかも時効硬化処理後の強度、硬さ、靭性、遅れ破壊特性が優れた高強度ボルト、及び高強度ねじの製造を可能とするものである。
【０００７】
表１はＪＩＳ−ＳＵＳ６３０の室温における限界圧縮率を示したものである。因みに、Ａは１０５０℃×３０分／油冷した後、機械加工により所定の寸法にしたもので、Ｂは１０５０℃に加熱した後直ちに５００℃に空冷し、前方押しだしにより減面率６０％の塑性加工を行った後に再び室温まで空冷したものを機械加工によって所定のにしたものである。
【０００８】
表１の結果では通常の溶体化処理材では限界圧縮率は７０％しかないが、本発明により製造された棒材の限界圧縮率は７５％であり、明らかに室温における変形能は高くなっていることが確認できる。
【０００９】
【表１】
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【００１０】
この結果は、炭素量が０．１ｗｔ％未満の合金を加工熱処理であるオースフォーミングした場合に得られる、組織の微細化と変形能の増加を利用したものである。つまり従来のオースフォーミングの認識では、炭素量が比較的高い合金を対象とし、しかも強度上昇や靭性の改善に関する研究しかなされておらず、このような炭素量の低い合金でしかもオースフォーミング後の鍛造性について言及した報告はない。
【００１１】
従ってオースフォーミングを利用して製造された線材、あるいは棒材の冷間における変形能は、通常工程である溶体化処理によって納入するような製造方法と比較して高くなる。
【００１２】
図１は時効硬化処理を３７０℃から５５０℃の範囲で行ったときの硬さを示す。因みにＡ１は溶体化処理（１０５０℃×３０分／油冷）したもの、Ａ２はＡ１を冷間鍛造（７０％圧縮）したもの、Ｂ１は１０５０℃に加熱した後直ちに５００℃に空冷し、前方押しだしにより減面率６０％の塑性加工を行ったもの、Ｂ２はＢ１のものを冷間鍛造（７０％圧縮）したものである。
【００１３】
図１の結果より冷間加工を加えることにより時効後に得られる硬さは大幅に上昇する。しかも本発明により製造された棒材であるＢ２の硬さの方が、従来の方法によって製造された棒材であるＡ２よりも高くなることが確認でいる。
【００１４】
これは組織が微細であるため十分な加工硬化が得られるためであり、従って高強度なボルト、及びねじが得られることになる。
【００１５】
図２に３９０℃から５５０℃で時効硬化処理を施したシャルピー衝撃値を示す。因みにＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２の記号は図２と同条件のものである。
【００１６】
図２の結果より、Ｂ１、Ｂ２の衝撃値はＡ１、Ａ２のものよりも大幅に高く、このような高強度ステンレス鋼としては十分な靭性を有している。
【００１７】
図３に遅れ破壊試験の結果を示す。因みに試験方法は、試験片にノッチを設け、この部分に０．１Ｎの塩酸を滴下する片持ち曲げ式の加速試験法である。またＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２の記号は図１、２と同条件のものである。
【００１８】
図３の結果よりＢ１、Ｂ２の遅れ破壊特性はＡ１、Ａ２のものよりも優れており、しかもボルトとして使用可能の基準となる、（破断曲げ応力／静曲げ応力）が０．７の時、破断時間が３０時間以上という条件を十分にクリアしており、高強度ボルト、ねじとしての使用が可能となる。
【００１９】
以上の結果にみられるように本発明によって室温における変形能、時効硬化処理後の硬さ、靭性、遅れ破壊特性に優れた性質を得ることが可能である。
【実施例】
【００２０】
次に本発明を明確にすべく、以下にその実施例を詳述する。
ＪＩＳ−ＳＵＳ６３０を図４に示す工程でドリルねじの製造を行った。
【００２１】
鍛造用のスラグは、１０５０℃に加熱した後直ちに５００℃に空冷し、前方押しだしにより減面率６０％の塑性加工を行った後に再び室温まで空冷したものを機械加工によって作成した。
【００２２】
ドリルねじ製造した結果、頭部、ねじ部、ねじ先部のいずれにおいても割れは認められなかった。またこのドリルねじを時効硬化処理した後の硬さ分布を図５に示す。
【００２３】
図５の結果より硬さの要求されるねじ先部、ねじ部の硬さか５４０ＨＶで靭性の要求される中心部は４９０ＨＶ程度で硬さは抑えられている。
【００２４】
これらの結果から、本発明により冷間鍛造が可能で、しかも硬さ、靭性、遅れ破壊特性の優れたマルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼の高強度ボルト、及び高強度ねじの製造が可能となる。
【００２５】
以上本発明の実施例を詳述したがこれはあくまで一例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において、当業者の知識に基づき様々な変更を加えた態様で実施可能である。
【発明の効果】
以上に記述したように冷間鍛造によりボルト、及びねじの成形が可能となる。また鍛造後に溶体化処理をせずに、直接時効硬化処理を行うことによって硬さ、靭性、遅れ破壊特性の優れた高強度ボルト、高強度ねじが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＪＩＳ−ＳＵＳ６３０の時効硬化処理温度と硬さの関係を示したものである。
【図２】ＪＩＳ−ＳＵＳ６３０の時効硬化処理温度とシャルピー衝撃値の関係を示したものである。
【図３】ＪＩＳ−ＳＵＳ６３０の遅れ破壊特性を示したものである。
【図４】実施例としてＪＩＳ−ＳＵＳ６３０のドリルねじを製造した際の工程図を示すものである。
【図５】ドリルねじの時効硬化処理後の硬さ分布を示したものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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