(57)【要約】【課題】本発明は、耐食性および加工性に優れ、首部での破断が生じにくいボルト用二相ステンレス鋼線材およびそれを用いたボルト提供する。【解決手段】化学組成が、質量％で、C：0.06％以下、Si：1.0％以下、Mn：0.01〜5.5％、P：0.04％以下、S：0.03％以下、N：0.06〜0.35％、Ni：1.5〜8.0％、Cr：17.5〜28.0％、Mo：0.05〜5.5％、Cu：0.05〜3.0％、Al：0.1％以下、Ti：0〜0.25％、Nb：0〜0.50％、Co：0〜1.0％、Ca：0〜0.0050％、Mg：0〜0.0050％、B：0〜0.0030％、V：0〜1.0％、Zr：0〜0.02％、Ta：0〜0.07％、W：0〜1.0％、Sn：0〜1.0％、REM：0〜0.050％、残部：Feおよび不可避的不純物であり、[Md30(°C)=551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo-68Nb]で示されるMd30が−200℃以上130℃以下であり、金属組織中のフェライト相が、体積%で、35.0〜65.0%である、ボルト用オーステナイト−フェライト二相ステンレス鋼線材。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０６％以下、
Ｓｉ：２．０％以下、
Ｍｎ：０．０１〜５．５％、
Ｐ：０．０４％以下、
Ｓ：０．０３％以下、
Ｎ：０．０６〜０．３５％、
Ｎｉ：１．５〜８．０％、
Ｃｒ：１７．５〜２８．０％、
Ｍｏ：０．０５〜５．５％、
Ｃｕ：０．０５〜３．０％、
Ａｌ：０〜０．１％、
Ｔｉ：０〜０．２５％、
Ｎｂ：０〜０．５０％、
Ｃｏ：０〜１．０％、
Ｃａ：０〜０．００５０％、
Ｍｇ：０〜０．００５０％、
Ｂ：０〜０．００３０％、
Ｖ：０〜１．０％、
Ｚｒ：０〜０．０２％、
Ｔａ：０〜０．０７％、
Ｗ：０〜１．０％、
Ｓｎ：０〜１．０％、
ＲＥＭ：０〜０．０５０％、
残部：Ｆｅおよび不可避的不純物であり、
下記（ｉ）式で示されるＭｄ３０が−２００℃以上１３０℃以下であり、
金属組織中のフェライト相が、体積％で、３５．０〜６５．０％である、ボルト用オーステナイト−フェライト二相ステンレス鋼線材。
Ｍｄ３０（℃）＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−１３．７Ｃｒ−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１８．５Ｍｏ−６８Ｎｂ    ・・・（ｉ）
但し、上記（ｉ）式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合はゼロとする。
【請求項２】
前記化学組成が、質量％で、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、
Ｔｉ：０．０５〜０．２５％、
Ｎｂ：０．１０〜０．５０％、
Ｃｏ：０．０２〜１．０％、
Ｃａ：０．０００５〜０．００５０％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．００５０％、
Ｂ：０．０００１〜０．００３０％、
Ｖ：０．０３〜１．０％、
Ｚｒ：０．００３〜０．０２％、
Ｔａ：０．０１〜０．０７％、
Ｗ：０．０５〜１．０％、
Ｓｎ：０．００５〜１．０％、および
ＲＥＭ：０．００５〜０．０５０％、
から選択される１種以上を含有する、
請求項１に記載のボルト用オーステナイト−フェライト二相ステンレス鋼線材。
【請求項３】
直径が６．６ｍｍ以上である、
請求項１または２に記載のボルト用オーステナイト−フェライト二相ステンレス鋼線材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のオーステナイト−フェライト二相ステンレス鋼線材を用いたボルト。
【請求項５】
前記ボルト断面の中心軸における前記ボルト頭部の先端より１．０ｍｍの位置から末端までの最大硬度と最小硬度との差が、ビッカース硬度で、１５０以上である、請求項４に記載のボルト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボルト用オーステナイト−フェライト二相ステンレス鋼線材およびそれを用いたボルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
高強度用のボルトにはＳＵＳ３０４に例示されるオーステナイト系ステンレス鋼またはＳＵＳ６３０に例示されるマルテンサイト型の析出硬化系ステンレス鋼等が用いられている。
【０００３】
例えば、その一例として、特許文献１にはＣおよびＮの合計含有量が高いオーステナイト系ステンレス鋼製の高力ボルトが開示されている。また、特許文献２には、約１３％のＣｒを含有した製造性およびコスト性に優れるマルテンサイト系ステンレス鋼を用いた高力ボルトが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２７４２９５号公報
【特許文献２】特開２００５−１７９７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のステンレス鋼を用いた高力ボルトは、耐食性、特に耐応力腐食割れ性（以下、「耐ＳＣＣ性」と記載する。）の点で劣る場合がある。このため、海水または汽水等に曝されるような厳しい腐食環境では、耐食性が良好なフェライト−オーステナイト相からなる二相ステンレス鋼を用いた高力ボルトの使用が検討されている。
【０００６】
ところで、オーステナイト−フェライト二相ステンレス鋼（以下、単に「二相ステンレス鋼」と記載することがある。）は強度が高い。このため、上記二相ステンレス鋼を、例えば、太径のボルトにボルト加工する際には、加工性の問題から割れが生じる場合が考えられる。加えて、加工硬化によりさらに強度が増し、ボルト全体が脆くなるという問題が生じることも考えられる。そして、使用時に、最も応力集中しやすいボルトの首部（以下、「首部」と記載する。）で破断しやすくなるということも考えられる。
【０００７】
本発明は、上記の問題を解決し、耐食性および加工性に優れ、さらには首部での破断が生じにくいボルト用オーステナイト−フェライト二相ステンレス鋼線材およびそれを用いたボルト提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記のボルト用オーステナイト−フェライト二相ステンレス鋼線材およびそれを用いたボルトを要旨とする。
【０００９】
（１）化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０６％以下、
Ｓｉ：２．０％以下、
Ｍｎ：０．０１〜５．５％、
Ｐ：０．０４％以下、
Ｓ：０．０３％以下、
Ｎ：０．０６〜０．３５％、
Ｎｉ：１．５〜８．０％、
Ｃｒ：１７．５〜２８．０％、
Ｍｏ：０．０５〜５．５％、
Ｃｕ：０．０５〜３．０％、
Ａｌ：０〜０．１％、
Ｔｉ：０〜０．２５％、
Ｎｂ：０〜０．５０％、
Ｃｏ：０〜１．０％、
Ｃａ：０〜０．００５０％、
Ｍｇ：０〜０．００５０％、
Ｂ：０〜０．００３０％、
Ｖ：０〜１．０％、
Ｚｒ：０〜０．０２％、
Ｔａ：０〜０．０７％、
Ｗ：０〜１．０％、
Ｓｎ：０〜１．０％、
ＲＥＭ：０〜０．０５０％、
残部：Ｆｅおよび不可避的不純物であり、
下記（ｉ）式で示されるＭｄ３０が−２００℃以上１３０℃以下であり、
金属組織中のフェライト相が、体積％で、３５．０〜６５．０％である、ボルト用オーステナイト−フェライト二相ステンレス鋼線材。
Ｍｄ３０（℃）＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−１３．７Ｃｒ−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１８．５Ｍｏ−６８Ｎｂ    ・・・（ｉ）
但し、上記（ｉ）式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合はゼロとする。
【００１０】
（２）前記化学組成が、質量％で、
Ａｌ：０．０１〜０．１％、
Ｔｉ：０．０５〜０．２５％、
Ｎｂ：０．１０〜０．５０％、
Ｃｏ：０．０２〜１．０％、
Ｃａ：０．０００５〜０．００５０％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．００５０％、
Ｂ：０．０００１〜０．００３０％、
Ｖ：０．０３〜１．０％、
Ｚｒ：０．００３〜０．０２％、
Ｔａ：０．０１〜０．０７％、
Ｗ：０．０５〜１．０％、
Ｓｎ：０．００５〜１．０％、および
ＲＥＭ：０．００５〜０．０５０％、
から選択される１種以上を含有する、
上記（１）に記載のボルト用オーステナイト−フェライト二相ステンレス鋼線材。
【００１１】
（３）直径が６．６ｍｍ以上である、
上記（１）または（２）に記載のボルト用オーステナイト−フェライト二相ステンレス鋼線材。
【００１２】
（４）上記（１）〜（３）のいずれかに記載のオーステナイト−フェライト二相ステンレス鋼線材を用いたボルト。
【００１３】
（５）前記ボルト断面の中心軸における前記ボルト頭部の先端より１．０ｍｍの位置から末端までの最大硬度と最小硬度との差が、ビッカース硬度で、１５０以上である、上記（４）に記載のボルト。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、耐食性および加工性に優れ、さらには首部での破断が生じにくい二相ステンレス鋼ボルトを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、ボルトの形状を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明者らは、二相ステンレス鋼を用いて作製したボルトについて、首部での破断が生じやすい原因について検討を行ない、以下の知見を得た。
【００１７】
（ａ）ボルト加工により、加工度の高いボルトの頭部（図１の符号１参照。）および、ねじ部（図１の符号４参照。）においては、強度が上昇するが、円筒部（図１の符号３参照。）においては、加工度が低いため強度の上昇は小さい。
【００１８】
（ｂ）頭部と円筒部との境界部である首部（図１の符号２参照。）に応力集中した場合であっても、頭部と円筒部との間に強度差がある場合は、首部での破断は生じにくい。これは、首部において応力集中が生じても、円筒部の素材自体が伸びるためであると考えられる。
【００１９】
（ｃ）オーステナイト−フェライト二相ステンレス鋼線材を、伸線加工などを経てボルト加工する際には、他の鋼線材と同様、加工硬化が生じ、さらに強度が高まる。しかしながら、上記二相ステンレス鋼線材は、元々強度が高いため、頭部と円筒部との間で強度差が生じにくく、全体として強度が高くなり、首部での破断が生じやすい。
【００２０】
（ｄ）二相ステンレス鋼線材を用いてボルトを加工する際には、頭部と円筒部との間で適切な強度差を生じるよう、化学組成、および金属組織等を適切に制御する必要がある。
【００２１】
（ｅ）二相ステンレス鋼をボルトに加工する際には、オーステナイト相の一部が変態し、加工誘起マルテンサイトが生成する。このため、上述のように頭部と円筒部との間において強度差を生じるようにするためには、加工誘起マルテンサイト相に変態するオーステナイト相の絶対量を調整する必要がある。
【００２２】
（ｆ）さらに、加工誘起マルテンサイト相の生成量は、上述のオーステナイト相の絶対量だけでなく、オーステナイト相の安定性に影響される。オーステナイト相の安定性は含有されるＣ、Ｎ、Ｓｉ、およびＭｎ等の添加元素の含有量にも依存する。このため、化学組成を適切に制御し、オーステナイト相の安定性についても調整する必要がある。
【００２３】
本発明は上記の知見に基づいてなされたものである。以下、本発明の各要件について詳しく説明する。
【００２４】
１．化学組成
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。
【００２５】
Ｃ：０．０６％以下
Ｃは、強度を高めるために必要な元素である。しかしながら、Ｃを０．０６％を超えて含有させるとＣｒ炭化物が生成して、耐食性が劣化する。このため、Ｃ含有量は０．０６％以下とし、０．０４％以下であるのが好ましい。一方、Ｃ含有量を極端に低減することは大幅なコストアップになるため、Ｃ含有量は０．００１％以上であるのが好ましく、０．００８％以上であるのがより好ましい。
【００２６】
Ｓｉ：２．０％以下
Ｓｉは、脱酸のために必要な元素である。しかしながら、２．０％を超えて含有させると靱性が劣化する。このため、Ｓｉ含有量は２．０％以下とし、１．０％以下であるのが好ましく、０．８％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｓｉ含有量は、０．０１％以上であるのが好ましく、０．０５％以上であるのがより好ましく、０．１％以上であるのがさらに好ましく、０．２％以上であるのが一層好ましい。
【００２７】
Ｍｎ：０．０１〜５．５％
Ｍｎは、二相ステンレス鋼中のオーステナイト相を増加させ、かつ加工誘起マルテンサイトの生成を抑制し、靱性を向上させる。また、窒素の固溶度を上げる作用も有する。このため、Ｍｎ含有量は０．０１％以上とする。一方、５．５％を超えて含有させると耐食性が低下し、金属組織中に所定割合のフェライト相を確保し難いこともある。このため、Ｍｎ含有量は５．５％以下とする。Ｍｎ含有量は２．０％を超えて３．０％未満であるのが好ましい。
【００２８】
Ｐ：０．０４％以下
Ｐは、鋼中に含有される不純物元素であって、熱間加工性を劣化させる。このため、Ｐ含有量は０．０４％以下とし、０．０３％以下であるのが好ましい。一方、Ｐ含有量を極端に低減することは製造コストを大幅に増加させるため、Ｐ含有量は０．００１％以上であるのが好ましい。
【００２９】
Ｓ：０．０３％以下
Ｓは、Ｐと同様に鋼中に含有される不純物であり、熱間加工性、靱性および耐食性を低下させる。このため、Ｓ含有量は０．０３％以下とし、０．００５％以下であるのがより好ましく、０．００２％以下であるのがさらに好ましい。一方、Ｓ含有量を極端に減ずるには大幅なコストアップになるため、Ｓ含有量は０．０００１％以上であるのが好ましい。
【００３０】
Ｎ：０．０６〜０．３５％
Ｎは、オーステナイト相に固溶して強度、耐食性を高めると共に二相ステンレス鋼中のオーステナイト相を増加させる。このため、Ｎ含有量は０．０６％以上とし、０．１％以上であるのが好ましい。一方、Ｎを、０．３５％を超えて含有させると、冷間鍛造性が低下し、また、金属組織中でのフェライト相の割合が少なくなることもある。このため、Ｎ含有量は０．３５％以下とし、０．２０％以下であるのが好ましい。
【００３１】
Ｎｉ：１．５〜８．０％
Ｎｉは、二相ステンレス鋼中のオーステナイト相を増加させる元素であり、本発明の成分系においてオーステナイト相を確保するために必要である。また、加工誘起マルテンサイトの生成を抑制し靱性を向上させる。加えて、Ｎｉは各種酸に対する耐食性を確保するためにも有効である。このため、Ｎｉ含有量は１．５％以上とし、３．０％超であるのが好ましい。一方、Ｎｉは高価な金属であり、また、過度に含有させると、金属組織中でのフェライト相の割合が少なくなる。このため、Ｎｉ含有量は８．０％以下とし、５．５％未満であるのが好ましい。
【００３２】
Ｃｒ：１７．５〜２８．０％
Ｃｒは、耐食性を確保するために必要である。また、Ｃｒは加工誘起マルテンサイトの生成を抑制することにも効果がある。このため、Ｃｒ含有量は１７．５％以上とし、１９．０％以上であるのが好ましい。一方、Ｃｒはフェライト相を増加させる元素であり、２８．０％を超えて含有させると、フェライト相が過多となり耐食性と靱性を低下させる。このため、Ｃｒ含有量は２８．０％以下とし、２３．０％以下であるのが好ましい。
【００３３】
Ｍｏ：０．０５〜５．５％
Ｍｏは、ステンレス鋼の耐食性を高めるのに有効である。このため、Ｍｏ含有量は０．０５％以上とし、０．１％以上であるのが好ましい。一方、Ｍｏの過度な含有は製造コストを増加させるため、５．５％以下とし、２．０％未満であるのが好ましい。
【００３４】
Ｃｕ：０．０５〜３．０％
Ｃｕは、Ｎｉと同様二相ステンレス鋼中のオーステナイト相を増加させ、加工誘起マルテンサイトの生成を抑制する。また、Ｃｕは靱性を向上させ、さらに各種酸に対する耐食性を改善するのに有効な元素である。このため、Ｃｕ含有量は０．０５％以上とし、０．２％以上であるのが好ましい。一方、Ｃｕを、３．０％を超えて含有させると、熱間加工性を阻害する。このため、Ｃｕ含有量は３．０％以下とし、好ましくは１．５％以下とし、さらに好ましくは１．０％未満である。
【００３５】
Ａｌ：０〜０．１％
Ａｌは、鋼の脱酸のために用いられる元素である。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ａｌを、０．１％を超えて含有させると、母材の靭性を阻害する。このため、Ａｌ含有量は０．１％以下とし、０．０５％以下であるのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ａｌ含有量は０．０１％以上であるのが好ましい。
【００３６】
Ｔｉ：０〜０．２５％
Ｔｉを含有させることで、Ｃおよび／またはＳの耐食性への悪影響を抑制することができる。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｔｉを過剰に含有させると、靱性低下を生じるため、Ｔｉ含有量は０．２５％以下とし、０．２０％以下であるのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｔｉ含有量は０．０５％以上であるのが好ましく、０．０７％以上であるのがより好ましい。
【００３７】
Ｎｂ：０〜０．５０％
ＮｂはＴｉと同様に含有させることで、Ｃおよび／またはＳの耐食性への悪影響を抑制することができる。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｎｂを過剰に含有させると、靱性低下を生じるため、Ｎｂ含有量は０．５０％以下とし、０．４０％以下であるのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｎｂ含有量は０．１０％以上であるのが好ましく、０．２０％以上であるのがより好ましい。
【００３８】
Ｃｏ：０〜１．０％
Ｃｏは、鋼の靭性と耐食性とを高めるために有効な元素である。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｃｏを、１．０％を超えて含有させても効果が飽和し、製造コストが増加する。このため、Ｃｏ含有量は１．０％以下とし、０．５％以下であるのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｃｏ含有量は０．０２％以上であるのが好ましく、０．１％以上であるのがより好ましい。
【００３９】
Ｃａ：０〜０．００５０％
Ｃａは、鋼の熱間加工性を改善する元素である。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｃａを過度に含有させると、却って熱間加工性を低下させる。このため、Ｃａ含有量は０．００５０％以下とし、０．００４０％以下であるのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｃａ含有量は、０．０００５％以上であるのが好ましく、０．００１％以上であるのがより好ましい。
【００４０】
Ｍｇ：０〜０．００５０％
Ｍｇは、Ｃａ同様、鋼の熱間加工性を改善する元素である。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｍｇを過度に含有させると、却って熱間加工性を低下させる。このため、Ｍｇ含有量は０．００５０％以下とし、０．００４０％以下であるのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｍｇ含有量は、０．０００５％以上であるのが好ましく、０．００１％以上であるのがより好ましい。
【００４１】
Ｂ：０〜０．００３０％
Ｂは、鋼の熱間加工性を改善する元素である。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｂを過度に含有させると、却って熱間加工性を低下させる。このため、Ｃａ含有量は０．００３０％以下とし、０．００２５％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｂ含有量は、０．０００１％以上であるのが好ましく、０．０００５％以上であるのがより好ましい。
【００４２】
Ｖ：０〜１．０％
Ｖは、Ｃｒ炭窒化物の生成を抑制して耐食性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｖを過度に含有させても、その効果は飽和し冷間鍛造割れが発生する場合がある。このため、Ｖ含有量は１．０％以下とし、０．８％以下であるのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｖ含有量は０．０３％以上であるのが好ましく、０．１０％以上であるのがより好ましい。
【００４３】
Ｚｒ：０〜０．０２％
ＺｒはＣまたはＳによる耐食性低下を抑制する効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｚｒを過度に含有させても、靭性が低下する。このため、Ｚｒ含有量は０．０２％以下とし、０．０１５％以下であるのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｚｒ含有量は０．００３％以上であるのが好ましく、０．００５％以上であるのがより好ましい。
【００４４】
Ｔａ：０〜０．０７％
Ｔａは、Ｚｒと同様、Ｃおよび／またはＳによる耐食性低下を抑制する効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｔａを過度に含有させても、靭性が低下する。このため、Ｔａ含有量は０．０７％以下とし、０．０５％以下であるのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｔａ含有量は０．０１％以上であるのが好ましく、０．０２％以上であるのがより好ましい。
【００４５】
Ｗ：０〜１．０％
Ｗは耐食性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｗを過度に含有させると、製造コストを増加させるため、Ｗ含有量は１．０％以下とし、０．８％以下であるのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｗ含有量は０．０５％以上であるのが好ましく、０．１％以上であるのがより好ましい。
【００４６】
Ｓｎ：０〜１．０％
Ｓｎは耐酸性を向上させるのに有効である。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｓｎを過度に含有させると、熱間加工性を低下させる。このため、Ｓｎ含有量は１．０％以下とし、０．８％以下であるのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｓｎ含有量は０．００５％以上であるのが好ましく、０．０１％以上であるのがより好ましい。
【００４７】
ＲＥＭ：０〜０．０５０％
ＲＥＭは、Ｃａ同様、鋼の熱間加工性を改善する元素である。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、ＲＥＭを過度に含有させると、却って熱間加工性を低下させる。このため、ＲＥＭ含有量は０．０５０％以下とし、０．０４０％以下であるのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、ＲＥＭ含有量は、０．００５％以上であるのが好ましく、０．０１％以上であるのがより好ましい。
【００４８】
ここで、ＲＥＭとは、ランタノイドの１５元素にＹおよびＳｃを合わせた１７元素の総称である。これらの１７元素のうちの１種以上を鋼に含有することができ、ＲＥＭ含有量は、これらの元素の合計含有量を意味する。
【００４９】
本発明の化学組成において、残部はＦｅおよび不可避的不純物である。ここで「不可避的不純物」とは、鋼を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
【００５０】
２．金属組織
２−１．二相ステンレス鋼線材の金属組織におけるフェライト相の体積率
本発明では、二相ステンレス鋼線材の金属組織を規定する。金属組織中のオーステナイト相は、その後の伸線加工およびボルト加工において、一部が加工誘起マルテンサイト相に変態する。加工誘起マルテンサイトは高い強度を有するが、その割合が過剰であると、ボルト首部での破断を生じる。このため、本発明では、加工時に変態を生じないフェライト相の体積率を規定する。具体的には、本発明に係る鋼線材ではオーステナイト−フェライト二相組織において、組織の全体積に対するフェライト相の体積率を３５．０％以上とする。全体積に対するフェライト相の体積率は３７．０％以上であるのが好ましく、４０．０％以上であるのがより好ましい。
【００５１】
一方、全体に対するフェライト相の体積率が過剰であると、所望する強度を有するボルトが得られないため、フェライト相の体積率は６５．０％以下とする。フェライト相の体積率は６３．０％以下であるのが好ましく、６０．０％以下であるのがより好ましい。
【００５２】
なお、フェライト相の体積率は鋼線材の縦断面を鏡面研磨し、鋼線の長手方向に垂直な断面について、シュウ酸溶液中で電解エッチングを行って、フェライト相を着色し、画像解析により面積率を算出して体積率を求めた。なお、定量金属組織学的に「体積率」と「面積率」とは等しいことが知られている。
【００５３】
２−２．マルテンサイト組織の安定性
上述のように、オーステナイト相の一部が加工誘起マルテンサイト相に変態する。オーステナイトから加工誘起マルテンサイトへの変態は含有する元素により変化し、下記（ｉ）式の左辺値をその指標とする。
【００５４】
Ｍｄ３０（℃）＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−１３．７Ｃｒ−２９（Ｎｉ＋Ｃｕ）−１８．５Ｍｏ−６８Ｎｂ    ・・・（ｉ）
但し、上記（ｉ）式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合はゼロとする。
【００５５】
上記（ｉ）式左辺値が−２００℃未満であるとオーステナイト相が安定して加工誘起マルテンサイト相が生成し難くなり、また、強度が劣位になり、応力集中部で割れが生じやすくなる。このため、（ｉ）式左辺値は−２００℃以上とし、−１７０℃以上であるのが好ましく、−１５０℃以上であるのがより好ましい。
【００５６】
一方、（ｉ）式左辺値が１３０℃超であると、オーステナイト相の相安定性が低下し、マルテンサイト相に容易に変態しやすくなる。この結果、加工後のマルテンサイト相の体積率が過剰になり、延性が低下しボルト首部において破断が生じやすくなる。このため、（ｉ）式左辺値は１３０℃以下とし、１２０℃以下であるのが好ましく、１００℃以下であるのがより好ましい。
【００５７】
３．鋼線材の径
本願においては、伸線加工を行なう前の鋼線材の直径は６．６ｍｍ以上とする。鋼線材の直径は７．０ｍｍ以上であるのが好ましく、１２．０ｍｍ以上であるのがより好ましく、１４．０ｍｍ以上であるのがさらに好ましい。また、鋼線材の直径は２０．０ｍｍ以下であるのが好ましく、１６．０ｍｍ以下であるのがより好ましい。なお、本発明においては、鋼線材とは、棒状に熱間圧延された鋼で、コイル状に巻かれた鋼材を指し、所謂「バーインコイル」を含むものとする。また、鋼線とは、上記鋼線材に対して、主として、伸線などの冷間加工を施してコイル状に巻いたものを指す。
【００５８】
４．ボルト加工後の硬度
図１は、ボルトの形状を模式的に示した図である。鋼線をボルト加工する際には、加工硬化により図１の符号１に示すボルトの頭部の強度が高くなり、硬度が上昇する。また、図１の符号４はボルトのねじ部を示している。ねじ部においても転造加工がなされるため、加工硬化が生じ、硬度が上昇する。一方、図１の符号３で示されるボルトの円筒部は、加工の前後で硬度が大きく上昇しない。
【００５９】
このような理由から、通常、頭部において硬度の値が最も大きくなり、最大硬度の値をとる。また、円筒部において硬度の値が最も小さくなり、最小硬度の値をとる。
【００６０】
ところで、二相ステンレス鋼は加工前においても強度が高い。このため、常法でボルトを製造すると、通常、加工度が低く、加工硬化が生じにくい円筒部であっても強度が高くなる。そして、円筒部で伸びが生じず、首部への応力集中を緩和することができない。この結果、首部で破断しやすくなる。本発明では首部で生じる応力集中を緩和するため、加工されたボルトの最大硬度と最小硬度との差が、ビッカース硬度で１５０以上とする。
【００６１】
これにより、最大硬度の値をとる頭部と、最小硬度の値をとる円筒部との強度差を適切に保ち、首部に生じる応力を緩和することができる。また、ボルトの最大硬度と最小硬度との差が、ビッカース硬度で１５５以上であるのがより好ましく、１６０以上であるのがさらに好ましい。一方、硬度の差が大きくなりすぎると、円筒部の強度が弱く曲がり易くなるなどボルト全体の強度が劣化する。したがって、ボルトの最大硬度と最小硬度との差は２５０以下であるのが好ましい。
【００６２】
なお、本発明においては、表面を研磨した後、ボルト断面の中心軸において、ボルト頭部の先端１．０ｍｍから０．５ｍｍごとに、ボルトの末端までマイクロビッカース硬さ試験を行い、最大硬度と最小硬度とを決定する。
【００６３】
５．製造方法
５−１．鋼線材の製造方法
上記の化学組成を有する鋼塊を連続鋳造法により鋳造する。鋼塊は、造塊法によりビレットにしてもよい（ＪＩＳ  Ｇ  ０２０３（２００９）参照。）。続いて、均熱、熱間圧延（熱間線材圧延）を施し、上記直径とする。その後、得られた鋼線材を９００〜１１００℃の範囲で、３〜２０分間保持する溶体化熱処理を施し、水冷を施す。続いて、酸洗処理を行なう。
【００６４】
５−２．ボルトの製造方法
上記、酸洗処理後の鋼線材に蓚酸等により皮膜処理を施した後、加工率（断面減少率）が５〜２５％の範囲で伸線加工を行ない、ボルト用鋼線とする。得られたボルト用鋼線に鍛造加工を施し、ボルトの形状に成形する。さらに、強度の調整等のために熱処理を施す場合は、１５０〜７００℃、５〜１２０分の範囲で、無酸素雰囲気で熱処理を施すことが好ましい。必要に応じて、表面研磨等を行ない、本発明におけるボルトとする。なお、表面研磨を行なわない場合は、ショットブラストによる表面処理の後、塗装の焼付けを行なってもよい。
【００６５】
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００６６】
表１に示す化学組成を有する鋼を３００ｋｇの真空溶解炉において溶解し、直径１７８ｍｍのビレットに鋳造した。そのビレットから熱間圧延によって、直径１３．０ｍｍの鋼線材等を作製した。この際の熱間圧延終了温度は１０５０℃であった。それに続いて、溶体化熱処理として、１０６０℃で２０分保持し、水冷した。その後、酸洗してからシュウ酸皮膜処理を施した後、冷間で伸線加工を施して直径１２．０ｍｍ等のボルト製品用の鋼線を製造した。なお、酸洗は塩酸に浸漬した後、１％ＨＦと１０％ＨＮＯ３との混合酸に５分浸漬することで行った。
【００６７】
得られた鋼線材について、フェライト相の体積率を測定した。フェライト相の体積率は鋼線材の縦断面を鏡面研磨し、鋼線の長手方向に垂直な断面について、シュウ酸溶液中で電解エッチングを行って、フェライト相を着色し、画像解析により面積率を算出して体積率を求めた。
【００６８】
また、鋼線材について、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１（２０１１）に基づき、引張試験を行なった。引張試験の試験片は、１４Ａ号形状を用いた。
【００６９】
上記鋼線材に、冷間鍛造を施し、ボルトの形状にした。得られたボルトに熱処理を施す場合は、１５０〜７００℃、５〜１２０分の範囲で、無酸素雰囲気で熱処理を施し、ボルトとした。ボルト形状にした際の冷間鍛造性についても評価を行なった。
【００７０】
また、作製したボルトについても鋼線材と同様に、ＪＩＳ  Ｂ  １０５４（２０１３）に基づき、引張試験を行ない、その破断箇所について調べた。引張試験の試験片は、ボルトそのものを用いた。
【００７１】
また、ボルト加工の際の冷間鍛造性は、３段ヘッダーにより六角等に１００本圧造加工を施し、圧造割れの有無により評価した。また、ボルトについては、その耐食性を、ＪＩＳ  Ｚ  ２３７１（２０１５）に基づき、塩水噴霧試験を実施した。耐食性は１６８ｈの塩水噴霧試験後の発錆の状況で評価した。具体的には、無発錆またはわずかな点錆の発生の場合は、耐食性を○、流れ錆または全面発錆の場合は耐食性を×とした。
【００７２】
作製したボルトについて、ボルト断面の中心軸において、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４（２００９）に基づき、硬さ試験を実施した。硬さ試験は、マイクロビッカース試験機を用い、ボルトの先端１．０ｍｍから末端まで、０．５ｍｍ間隔で測定を行い、最大硬度と最小硬度とを算出した。なお、硬度（硬さ）測定には（株）ミツトヨ社製ＨＭ２００を用いた。
【００７３】
以下、試験結果をまとめて示す。
【００７４】
【表１】
2019178381.tif 000002
【００７５】
【表２】
2019178381.tif 000003
【００７６】
表２に示すように、本発明例の鋼線材およびボルトでは、耐食性、加工性、および引張り特性が良好であり、首部での破断が観察されなかった。なお、本発明例であるが、好ましい製造条件を外れるＮｏ．１０は、首部での破断が見られたものの、円筒部で伸びが観察され、破断状態はやや良好であった。一方、本発明の規定を満足しない比較例では、耐食性、加工性または引張特性を満足せず、ボルトにおいては首部での破断が観察された。
【符号の説明】
【００７７】
１：頭部
２：首部
３：円筒部
４：ねじ部
【図１】
2019178381.tif 000004