(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．２２〜０．３６％、
Ｓｉ：０．１０％未満、
Ｍｎ：０．２０〜０．４０％未満、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ｃｒ：０．７０〜１．４５％、
Ａｌ：０．００５〜０．０６０％、
Ｔｉ：０．０１０〜０．０８０％、
Ｎ：０．００１５〜０．００８０％、
Ｂ：０．０００３〜０．００４０％、
Ｃｅ：０．００１〜０．２０％、
Ｃｕ：０〜０．５０％、
Ｎｉ：０〜０．３０％、
Ｍｏ：０〜０．０５％、
Ｖ：０〜０．０５％、
Ｎｂ：０〜０．０５０％、
Ｚｒ：０〜０．０５％、
Ｃａ：０〜０．００５％、及び、
Ｍｇ：０〜０．００５％を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、式（１）及び式（２）を満たす化学組成を有し、
１０００〜１３００ＭＰａの引張強度を有する、高強度ボルト。
０．５０≦Ｃ＋Ｓｉ／１０＋Ｍｎ／５＋５Ｃｒ／２２≦０．７５  （１）
Ｃｅ／Ｐ＞４．５２  （２）
ここで、式（１）及び式（２）の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
【請求項２】
請求項１に記載の高強度ボルトであって、
前記化学組成は、質量％で、
Ｃｕ：０．０２〜０．５０％、
Ｎｉ：０．０２〜０．３０％、
Ｍｏ：０．０１〜０．０５％、
Ｖ：０．００５〜０．０５％、
Ｎｂ：０．００１５〜０．０５％、及び、
Ｚｒ：０．００３〜０．０５％からなる群から選択される１種又は２種以上を含有する、高強度ボルト。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の高強度ボルトであって、
前記化学組成は、質量％で
Ｃａ：０．０００２〜０．００５％、及び、
Ｍｇ：０．０００２〜０．００５％からなる群から選択される１種以上を含有する、高強度ボルト。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の高強度ボルトであって、
前記高強度ボルトのねじ底部において、ねじ底部の表層の圧縮残留応力の絶対値が前記高強度ボルトの引張強度の１０〜９０％である、高強度ボルト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボルトに関し、さらに詳しくは、高強度ボルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題等に対応するため、自動車、産業機械、建築等に用いられる部材に対して、軽量化及び高強度化が求められている。特に、エンジンシリンダーヘッドボルト、コンロッドボルトに代表される、自動車用ボルトでは、１０００ＭＰａ以上の引張強さが要求されている。
【０００３】
しかしながら、ボルトの引張強さが１０００ＭＰａ以上の高強度になれば、水素脆化感受性が高まり、耐水素脆化（遅れ破壊）特性が低下する。このような高強度のボルトの素材として、Ｍｏ等の合金元素を多量に含有するＳＣＭ鋼（ＪＩＳ規格）、及び、Ｖ等の高価な合金元素を含有する合金鋼等が用いられている。これらの合金鋼は、線材に製造され、さらに伸線及び冷間鍛造されてボルトに製造される。
【０００４】
上述の合金鋼をボルトとして使用した場合、耐水素脆化特性が高まる。しかしながら、これらの合金鋼は合金元素を多量に含有するため、鋼材コストの増加を招く。また近年、合金元素の価格が高騰しており、需給環境も変動しやすい。そのため、これらの合金元素を低減、又は省略して鋼材コストを抑えつつ、高強度化及び優れた耐水素脆化特性を実現できるボルトが要求されている。
【０００５】
鋼材コストを抑えるためには、鋼中のＭｏ及びＶ等の合金元素を低減すればよい。合金元素を低減すれば、鋼材の焼入れ性が低下し、熱間圧延して線材を製造したときに、ベイナイト等の硬質組織の生成が抑制できる。したがって、軟化熱処理が省略又は簡略化でき、製造コストが低減する。しかしながら、ボルトを高強度にすることが困難となり、さらに、耐水素脆化特性も低下する。
【０００６】
そこで、Ｍｏ及びＶ等の合金元素に代えて、ボロン（Ｂ）を含有した高強度ボルトが検討されている。Ｂは、ＭｏやＶ等の合金元素と同様に、鋼の焼入れ性を高める。しかしながら、Ｂ含有鋼を引張強さが１０００ＭＰａ以上の高強度ボルトとして使用した場合、耐水素脆化特性が低い場合がある。
【０００７】
この課題を克服するためのボルトが、特開２０１２−１６２７９８号公報（特許文献１）、特開平１０−５３８３４号公報（特許文献２）、及び特開２００８−１５６６７８号公報（特許文献３）に提案されている。これらの文献のボルトでは、Ｂを含有することにより焼入れ性を高め、粒界を強化して強度を高め、さらに、耐水素脆化特性も高められている。
【０００８】
具体的には、特許文献１に開示された高強度ボルト用鋼は、質量％で、Ｃ：０．２０〜０．４０％未満、Ｓｉ：０．２０〜１．５０％、Ｍｎ：０．３０〜２．０％、Ｐ：０．０３％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．０３％以下（０％を含まない）、Ｎｉ：０．０５〜１．０％、Ｃｒ：０．０１〜１．５０％、Ｃｕ：１．０％以下（０％を含む）、Ａｌ：０．０１〜０．１０％、Ｔｉ：０．０１〜０．１％、Ｂ：０．０００３〜０．００５０％及びＮ：０．００２〜０．０１０％をそれぞれ含有し、Ｃｕ、Ｎｉ及びＣｒよりなる群から選ばれる１種以上を合計で０．１０〜３．０％含有し、残部が鉄及び不可避不純物からなる。この鋼はさらに、Ｓｉの含有量［Ｓｉ］とＣの含有量［Ｃ］との比（［Ｓｉ］／［Ｃ］）が１．０以上であると共に、フェライト及びパーライト組織である。これにより、耐遅れ破壊性に優れたＢ添加高強度ボルトが得られる、と特許文献１には記載されている。
【０００９】
特許文献１のＢ添加高強度ボルトでは、Ｓｉ含有量をＣ含有量よりも高くして、Ｓｉによりマトリクスの強度を高め、耐遅れ破壊性を向上させている。しかしながら、高価なＮｉが必須元素として含有されるため、鋼材コストが高くなる。
【００１０】
特許文献２に開示された高強度ボルト用鋼は、質量％で、Ｂ：０．０００８〜０．００４％、Ｃ：０．４％以下（０％を含まない）、Ｔｉ：０．０２５〜０．０６％、Ｎ：０．００６％以下（０％を含まない）、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｍｎ：２％以下、Ａｌ：０．１％以下、Ｃｒ：２．０％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる。この鋼ではさらに、熱間圧延時のフェライト結晶粒度ＦＧｃとＴｉＮを除くＴｉ化合物との関係が、［ＴｉＮを除くＴｉ化合物量／ＦＧｃ1/2］×１０００≧３を満たす。これにより、オーステナイト結晶粒度番号が５以上となり、引張強度が７８５Ｎ／ｍｍ2を超える高強度ボルトが得られる、と特許文献２には記載されている。
【００１１】
しかしながら、特許文献２の高強度ボルトでは、Ｍｎ含有量が高く、Ｃｒ含有量が低い場合、耐水素脆化特性が低い場合がある。
【００１２】
特許文献３に開示された高強度ボルト用鋼は、質量％で、Ｃ：０．１５％超０．３０％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｔｉ：０．１％以下、Ｍｏ：０．３％以上、０．５％以下、Ｂ：０．０００５％以上、０．０１％以下を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる。この鋼は、焼入れた後、１００〜４００℃で焼戻し処理が施され、焼入後の平均旧オーステナイト粒径が１０μｍ以下の鋼組織となる。これにより、ボルト強度範囲が約１２００〜１６００ＭＰａ程度の耐遅れ破壊特性及び耐腐食性に優れた高強度ボルトが得られる、と特許文献３には記載されている。
【００１３】
しかしながら、特許文献３のボルトでは、Ｍｏが０．３〜０．５質量％含有されるため、焼入れ性が高くなりすぎる。そのため、伸線及び冷間鍛造前に長時間の軟化熱処理を実施する必要がある。この場合、製造コストが大幅に増大する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０１２−１６２７９８号公報
【特許文献２】特開平１０−５３８３４号公報
【特許文献３】特開２００８−１５６６７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、高強度を有し、かつ、優れた耐水素脆化特性を有する、高強度ボルトを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明による高強度ボルトは、質量％で、Ｃ：０．２２〜０．３６％、Ｓｉ：０．１０％未満、Ｍｎ：０．２０〜０．４０％未満、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ｃｒ：０．７０〜１．４５％、Ａｌ：０．００５〜０．０６０％、Ｔｉ：０．０１０〜０．０８０％、Ｎ：０．００１５〜０．００８０％、Ｂ：０．０００３〜０．００４０％、Ｃｅ：０．００１〜０．２０％、Ｃｕ：０〜０．５０％、Ｎｉ：０〜０．３０％、Ｍｏ：０〜０．０５％、Ｖ：０〜０．０５％、Ｎｂ：０〜０．０５０％、Ｚｒ：０〜０．０５％、Ｃａ：０〜０．００５％、及び、Ｍｇ：０〜０．００５％を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、式（１）及び式（２）を満たす化学組成を有し、１０００〜１３００ＭＰａの引張強度を有する。
０．５０≦Ｃ＋Ｓｉ／１０＋Ｍｎ／５＋５Ｃｒ／２２≦０．７５  （１）
Ｃｅ／Ｐ＞４．５２  （２）
ここで、式（１）及び式（２）の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
【００１７】
本発明による高強度ボルトは、高強度を有し、かつ、優れた耐水素脆化特性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、限界拡散性水素量比ＨＲと、ボルト中のＣｅ／Ｐとの関係を示す図である。
【図２】図２は、環状Ｖノッチ付きの試験片の側面図である。
【図３】図３は、実施例で製造したボルトの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明者らは、Ｍｏ、Ｖ等の高価な合金元素を多量に含有せず、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ及びＢ、Ｃｅ等を含有するＢ含有鋼を用いて、ボルトの引張強度、耐水素脆化特性に及ぼす成分及び組織について調査検討を行った。その結果、本発明者らは次の知見を得た。
【００２０】
［ボルトの引張強度について］
ボルトの引張強度を１０００〜１３００ＭＰａの高強度にするためには、十分な焼入れ性が必要である。しかしながら、焼入れ性が高すぎれば、ボルトの素材となる熱間圧延まま材（以下、圧延鋼材という）の冷間加工性が低下する。この場合、線材等の圧延鋼材に対して伸線及び冷間鍛造等の冷間加工を実施する前に、圧延鋼材の軟化を目的とした長時間の軟化熱処理を複数回実施しなければならない。この軟化熱処理のため、Ｍｏ、Ｖ等の合金元素を多量に含有しなくても、製造コストが高くなる。したがって、軟化熱処理を実施しなくても冷間加工が可能であり、かつ、上記引張強度が得られる焼入れ性を有する鋼材が望ましい。
【００２１】
ボルトの化学組成が式（１）を満たす場合、優れた冷間加工性及び焼入れ性が得られる。
０．５０≦Ｃ＋Ｓｉ／１０＋Ｍｎ／５＋５Ｃｒ／２２≦０．７５  （１）
ここで、式（１）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
【００２２】
ｆｎ１＝Ｃ＋Ｓｉ／１０＋Ｍｎ／５＋５Ｃｒ／２２と定義する。Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、及びＣｒはいずれも、焼入れ性を高める元素である。したがって、ｆｎ１は、焼入れ性及び冷間加工性の指標となる。
【００２３】
ｆｎ１が低すぎれば、十分な焼入れ性が得られない。一方、ｆｎ１が高すぎれば、焼入れ性が高くなりすぎる。この場合、ボルト用鋼が線材に圧延されたとき、強度及び硬さが高まる。そのため、次工程の伸線工程、及び、冷間鍛造工程の前に、長時間の軟化熱処理を実施しなければ、十分な冷間加工性が得られない。ｆｎ１が式（１）を満たせば、優れた焼入れ性を得つつ、軟化熱処理を実施しなくても、十分な冷間加工性が得られる。
【００２４】
［耐水素脆化特性について］
［Ｃｅ／Ｐと耐水素脆化特性との関係について］
ボルトの引張強度が１０００〜１３００ＭＰａの高強度であっても、式（２）を満たせば、優れた耐水素脆化特性が得られる。
Ｃｅ／Ｐ＞４．５２  （２）
ここで、式（２）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。以降の説明において、ｆｎ２＝Ｃｅ／Ｐと定義する。ｆｎ２は式（２）の左辺に相当する。以下、式（２）について説明する。
【００２５】
図１は、限界拡散性水素量比ＨＲと、ｆｎ２との関係を示す図である。図１は次の方法により得られた。
【００２６】
表１に示す化学組成を有する鋼ａ〜ｐを真空溶製して５０ｋｇのインゴットを製造した。
【００２７】
【表１】
0006601284.tif 000002
【００２８】
製造されたインゴットを１２００〜１３００℃に加熱した後、熱間圧延を想定した熱間鍛伸を実施して、直径１５ｍｍの丸棒を製造した。熱間鍛造後の丸棒を大気中で放冷した。続いて、丸棒に対して、ボルト成形後の熱処理を想定した焼入れ及び焼戻しを実施して、丸棒の引張強度を１１８０〜１２２０ＭＰａに調整した。引張強度が調整された丸棒に対して機械加工を実施して、図２に示す環状Ｖノッチ付きの試験片を作製した。図２中の単位が示されていない数値は、試験片の対応する部位の寸法（単位はｍｍ）を示す。図中の「φ数値」は、指定されている部位の直径（ｍｍ）を示す。「６０°」は、Ｖノッチ角度が６０°であることを示す。「０．１７５Ｒ」は、Ｖノッチ底半径が０．１７５ｍｍであることを示す。
【００２９】
電解チャージ法を用いて、各鋼ａ〜ｐの試験片中に種々の濃度の水素を導入した。電解チャージ法は次のとおり実施した。チオシアン酸アンモニウム水溶液中に試験片を浸漬した。試験片を浸漬した状態で、試験片の表面にアノード電位を発生させて水素を試験片内に取り込んだ。その後、各試験片の表面に亜鉛めっき被膜を形成し、試験片中の水素の散逸を防止した。続いて、試験片のＶノッチ断面に対して公称応力１０８０ＭＰａの引張応力が負荷されるように一定荷重を負荷する定荷重試験を実施した。試験中に破断した試験片、及び破断しなかった試験片に対して、ガスクロマトグラフ装置を用いた昇温分析法を実施して、試験片中の水素量を測定した。測定後、各鋼において、破断しなかった試験片の最大水素量を限界拡散性水素量Ｈｃと定義した。
【００３０】
さらに、ＪＩＳ  Ｇ４０５３（２００８）のＳＣＭ４３５に相当する化学組成を有する鋼ｐの限界拡散性水素量Ｈｒｅｆを基準として、限界拡散性水素量比ＨＲ（以下、単にＨＲという）を次の式（Ａ）で定義した。
ＨＲ＝Ｈｃ／Ｈｒｅｆ  （Ａ）
【００３１】
ＨＲは耐水素脆化特性の指標である。得られたＨＲと各鋼のｆｎ２とに基づいて、図１を作成した。
【００３２】
図１を参照して、ｆｎ２の増加に伴い、ＨＲは急速に上昇する。そして、ｆｎ２が４．５２を超えれば、ＨＲが１．２以上となり、十分に高い耐水素脆化特性が得られる。そして、ｆｎ２が４．５２を超えた場合、ｆｎ２が高くなっても、ＨＲはそれほど大きく変化しない。つまり、ｆｎ２に対するＨＲは、ｆｎ２＝４．５２付近で変曲点を有する。したがって、ｆｎ２＞４．５２であれば、十分に高い耐水素脆化特性が得られる。
【００３３】
以上の知見に基づいて完成した本発明による高強度ボルトは、質量％で、Ｃ：０．２２〜０．３６％、Ｓｉ：０．１０％未満、Ｍｎ：０．２０〜０．４０％未満、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ｃｒ：０．７０〜１．４５％、Ａｌ：０．００５〜０．０６０％、Ｔｉ：０．０１０〜０．０８０％、Ｎ：０．００１５〜０．００８０％、Ｂ：０．０００３〜０．００４０％、Ｃｅ：０．００１〜０．２０％、Ｃｕ：０〜０．５０％、Ｎｉ：０〜０．３０％、Ｍｏ：０〜０．０５％、Ｖ：０〜０．０５％、Ｎｂ：０〜０．０５０％、Ｚｒ：０〜０．０５％、Ｃａ：０〜０．００５％、及び、Ｍｇ：０〜０．００５％を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、式（１）及び式（２）を満たす化学組成を有し、１０００〜１３００ＭＰａの引張強度を有する。
０．５０≦Ｃ＋Ｓｉ／１０＋Ｍｎ／５＋５Ｃｒ／２２≦０．７５  （１）
Ｃｅ／Ｐ＞４．５２  （２）
ここで、式（１）及び式（２）の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
【００３４】
上記化学組成は、質量％で、Ｃｕ：０．０２〜０．５０％、Ｎｉ：０．０２〜０．３０％、Ｍｏ：０．０１〜０．０５％、Ｖ：０．００５〜０．０５％、Ｎｂ：０．００１５〜０．０５％、及び、Ｚｒ：０．００３〜０．０５％、からなる群から選択される１種又は２種以上を含有してもよい。
【００３５】
上記化学組成は、質量％で、Ｃａ：０．０００２〜０．００５％、及び、Ｍｇ：０．０００２〜０．００５％からなる群から選択される１種以上を含有してもよい。
【００３６】
好ましくは、高強度ボルトのねじ底部において、ねじ底部の表層の圧縮残留応力が高強度ボルトの引張強度の１０〜９０％である。この場合、耐水素脆化特性がさらに高まる。
【００３７】
以下、本発明による高強度ボルトについて詳述する。元素に関する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。
【００３８】
［化学組成］
本実施形態の高強度ボルトの化学組成は、次の元素を含有する。
【００３９】
Ｃ：０．２２〜０．３６％
炭素（Ｃ）は、鋼の焼入れ性を高め、焼入れ及び焼戻し後のボルトの引張強度を１０００ＭＰａ以上に高める。Ｃ含有量が０．２２％未満であれば、上記効果が得られない。一方、Ｃ含有量が０．３６％を超えれば、熱間加工後のボルト用鋼材の強度が高くなりすぎ、冷間加工性が低下する。そのため、伸線、及び、冷間鍛造等の冷間加工を実施する前の鋼材に対して、軟化を目的とした長時間の熱処理を実施しなければならず、製造コストが高くなる。したがって、Ｃ含有量は０．２２〜０．３６％である。Ｃ含有量の好ましい下限は０．２４％であり、さらに好ましくは０．２６％である。Ｃ含有量の好ましい上限は０．３４％であり、さらに好ましくは０．３２％である。
【００４０】
Ｓｉ：０．１０％未満
シリコン（Ｓｉ）は、固溶強化によりフェライトを強化し、ボルトの強度を高める。しかしながら、Ｓｉは熱間圧延後の状態（いわゆる圧延まま）の鋼材（圧延鋼材）の強度を高め、冷間加工性を低下してしまう。したがって、冷間加工性の観点からは、Ｓｉ含有量はなるべく低い方が好ましい。Ｓｉ含有量が０．１０％以上であれば、圧延鋼材の強度が高くなりすぎる。この場合、冷間加工性を高めるために、冷間鍛造前に軟化を目的とした熱処理（軟化処理）を行わなければならない。したがって、Ｓｉ含有量は０．１０％未満である。冷間加工性を高める観点から、Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．０８％未満であり、さらに好ましくは、０．０６％未満である。フェライト強化の観点から、Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０３％である。
【００４１】
Ｍｎ：０．２０〜０．４０％未満
マンガン（Ｍｎ）は、焼入れ性を高めてボルトの引張強度を１０００ＭＰａ以上にする。Ｍｎ含有量が０．２０％未満であれば、上記効果が得られない。一方、Ｍｎ含有量が０．４０％以上であれば、焼入れ性が高くなりすぎて、圧延鋼材の強度が高くなりすぎる。この場合、冷間加工性を高めるために、冷間鍛造前に軟化を目的とした熱処理（軟化処理）を行わなければならない。Ｍｎ含有量が高すぎればさらに、焼入れ及び焼戻し後の粒界破壊が助長され、水素脆化感受性が高まる。したがって、Ｍｎ含有量は、０．２０〜０．４０％未満である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．２５％であり、さらに好ましくは０．２８％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は０．３８％であり、さらに好ましくは０．３５％である。
【００４２】
Ｐ：０．０２０％以下
燐（Ｐ）は不純物である。Ｐは、結晶粒界に偏析し、ボルトの耐水素脆化特性を低下する。したがって、Ｐ含有量は０．０２０％以下である。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０１５％である。Ｐ含有量はなるべく低い方が好ましい。
【００４３】
Ｓ：０．０２０％以下
硫黄（Ｓ）は不純物である。Ｓは硫化物を形成して冷間加工性を低下し、ボルトの耐水素脆化特性を低下する。したがって、Ｓ含有量は０．０２０％以下である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．０１０％であり、さらに好ましくは０．００８％である。Ｓ含有量はなるべく低い方が好ましい。
【００４４】
Ｃｒ：０．７０〜１．４５％
クロム（Ｃｒ）は、焼入れ性を高めてボルトの引張強度を１０００ＭＰａ以上にする。Ｃｒはさらに、ボルトの耐水素脆化特性を高める。Ｃｒ含有量が０．７０％未満であれば、これらの効果が得られない。一方、Ｃｒ含有量が１．４５％を超えれば、焼入れ性が高くなりすぎ、圧延鋼材の冷間加工性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は０．７０〜１．４５％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は０．９０％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は１．２０％である。
【００４５】
Ａｌ：０．００５〜０．０６０％
アルミニウム（Ａｌ）は鋼を脱酸する。Ａｌ含有量が０．００５％未満であれば、この効果が得られない。一方、Ａｌ含有量が０．０６０％を超えれば、粗大な酸化物系介在物が生成して冷間加工性が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．００５〜０．０６０％である。Ａｌ含有量の好ましい下限は０．０１０％である。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０５５％である。本発明による高強度ボルトの化学組成において、Ａｌ含有量は、鋼材中に含有する全Ａｌ量を意味する。
【００４６】
Ｔｉ：０．０１０〜０．０８０％
チタン（Ｔｉ）は鋼中のＮと結合して窒化物（ＴｉＮ）を形成する。ＴｉＮの生成により、ＢＮの生成が抑制され、固溶Ｂ量が増える。その結果、鋼材の焼入れ性が高まる。Ｔｉはさらに、Ｃと結合して炭化物（ＴｉＣ）を形成して結晶粒を微細化する。これにより、ボルトの耐水素脆化特性が高まる。Ｔｉ含有量が０．０１０％未満であれば、これらの効果が得られない。一方、Ｔｉ含有量が０．０８０％を超えれば、粗大なＴｉＮが多量に生成する。この場合、冷間加工性及び耐水素脆化特性が低下する。したがって、Ｔｉ含有量は０．０１０〜０．０８０％である。Ｔｉ含有量の好ましい下限は０．０１５％である。Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．０５０％である。
【００４７】
Ｎ：０．００１５〜０．００８０％
窒素（Ｎ）は、鋼中のＴｉと結合して窒化物を生成し、結晶粒を微細化する。Ｎ含有量が０．００１５％未満であれば、この効果が得られない。一方、Ｎ含有量が０．００８０％を超えれば、その効果が飽和する。さらに、ＮがＢと結合して窒化物を生成し、固溶Ｂ量を低下する。この場合、鋼の焼入れ性が低下する。したがって、Ｎ含有量は０．００１５〜０．００８０％である。Ｎ含有量の好ましい下限は０．００２０％である。Ｎ含有量の好ましい上限は０．００７０％である。
【００４８】
Ｂ：０．０００３〜０．００４０％
ボロン（Ｂ）は焼入れ性を高める。Ｂはさらに、Ｐの粒界偏析を抑制して、ボルトの耐水素脆化特性を高める。Ｂ含有量が０．０００３％未満であれば、これらの効果が得られない。一方、Ｂ含有量が０．００４０％を超えれば、焼入れ性向上の効果が飽和する。さらに、粗大なＢＮが生成して冷間加工性が低下する。したがって、Ｂ含有量は０．０００３〜０．００４０％である。Ｂ含有量の好ましい下限は０．０００５％である。Ｂ含有量の好ましい上限は０．００２５％である。
【００４９】
Ｃｅ：０．００１〜０．２０％
セリウム（Ｃｅ）は、鋼中のＰと結合してリン化物を生成し、粒界脆化を抑制する。Ｃｅはさらに、耐水素脆化特性を高める。具体的には、不純物であるＰは粒界に偏析してボルトの耐水素脆化特性を低下するが、ＣｅはＰと結合してリン化物を形成するため、鋼中の固溶Ｐ量を低減する。その結果、ボルトの耐水素脆化特性が高まる。Ｃｅ含有量が０．００１％未満であれば、これらの効果が得られない。一方、Ｃｅ含有量が０．２０％を超えれば、上記効果が飽和するだけでなく、製造コストが高くなる。したがって、Ｃｅ含有量は０．００１〜０．２０％である。耐水素脆化特性をさらに高める観点から、Ｃｅ含有量の好ましい下限は０．０１％である。製造コストの観点から、Ｃｅ含有量の好ましい上限は０．１５％である。
【００５０】
本発明による高強度ボルトの化学組成の残部は、Ｆｅ及び不純物からなる。ここで、不純物とは、高強度ボルトを工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから混入されるものであって、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。
【００５１】
［任意元素について］
上述の高強度ボルトはさらに、Ｆｅの一部に代えて、必要に応じて、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、及びＺｒからなる群から選択される１種又は２種以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、鋼の強度を高める。以下、各元素含有量の限定理由を説明する。
【００５２】
Ｃｕ：０〜０．５０％
銅（Ｃｕ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｃｕは鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を高める。しかしながらＣｕ含有量が０．５０％を超えれば、焼入れ性が高くなりすぎて、圧延鋼材の冷間加工性が低下する。したがって、Ｃｕ含有量は０〜０．５０％である。上記効果をより有効に得るためのＣｕ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、さらに好ましくは０．０５％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は０．３０％であり、さらに好ましくは０．２０％である。
【００５３】
Ｎｉ：０〜０．３０％
ニッケル（Ｎｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｎｉは鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を高める。Ｎｉはさらに、焼入れ後の鋼の靭性を高める。しかしながら、Ｎｉ含有量が０．３０％を超えれば、焼入れ性が高くなりすぎて、圧延鋼材の冷間加工性が低下する。したがって、Ｎｉ含有量は０〜０．３０％である。上記効果をより有効に得るためのＮｉ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、さらに好ましくは０．０５％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は０．２０％であり、さらに好ましくは０．１０％である。
【００５４】
Ｍｏ：０〜０．０５％
モリブデン（Ｍｏ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｍｏは鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を高める。しかしながら、Ｍｏ含有量が０．０５％を超えれば、焼入れ性が高くなりすぎて、圧延鋼材の冷間加工性が低下する。したがって、Ｍｏ含有量は０〜０．０５％である。上記効果をより有効に得るためのＭｏ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０１５％である。Ｍｏ含有量の好ましい上限は０．０３％であり、さらに好ましくは０．０２５％である。
【００５５】
Ｖ：０〜０．０５％
バナジウム（Ｖ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｖは鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を高める。Ｖはさらに、炭化物、窒化物又は炭窒化物を形成して結晶粒を微細化する。しかしながら、Ｖ含有量が０．０５％を超えれば、圧延鋼材の強度が高くなりすぎて冷間加工性が低下する。したがって、Ｖ含有量は０〜０．０５％である。上記効果をより有効に得るためのＶ含有量の好ましい下限は０．００５％である。Ｖ含有量の好ましい上限は０．０３％であり、さらに好ましくは０．０２％である。
【００５６】
Ｎｂ：０〜０．０５０％
ニオブ（Ｎｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｎｂは鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を高める。Ｎｂはさらに、炭化物、窒化物又は炭窒化物を形成し、結晶粒を微細化する。しかしながら、Ｎｂ含有量が０．０５０％を超えれば、粗大な炭化物等が生成して鋼材の冷間加工性が低下する。したがって、Ｎｂ含有量は０〜０．０５０％である。上記効果をより有効に得るためのＮｂ含有量の好ましい下限は０．００１５％である。Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．０４０％であり、さらに好ましくは０．０３０％である。
【００５７】
Ｚｒ：０〜０．０５％
ジルコニウム（Ｚｒ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｚｒは鋼の焼入れ性を高め、鋼の強度を高める。しかしながら、Ｚｒ含有量が０．０５％を超えれば、粗大な窒化物が生成して、鋼の耐水素脆化特性を低下する。したがって、Ｚｒ含有量は０〜０．０５％である。上記効果をより有効に得るためのＺｒ含有量の好ましい下限は０．００３％である。耐水素脆化特性の観点から、Ｚｒ含有量の好ましい上限は０．０３％であり、さらに好ましくは０．０２％である。
【００５８】
上述の高強度ボルトはさらに、Ｆｅの一部に代えて、必要に応じて、Ｃａ及びＭｇからなる群から選択される１種以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、鋼の耐水素脆化特性を高める。以下、各元素含有量の限定理由を説明する。
【００５９】
Ｃａ：０〜０．００５％
カルシウム（Ｃａ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、ＣａはＳと結合して硫化物を形成する。この硫化物はＭｎＳの生成核として作用し、ＭｎＳを微細に分散する。ＭｎＳが微細に分散されるため、耐水素脆化特性が高める。しかしながら、Ｃａ含有量が０．００５％を超えれば、上記効果は飽和するだけなでなく、ＣａがＡｌと共に鋼中の酸素と反応して粗大な酸化物を生成する。この場合、耐水素脆化特性がかえって低下する。したがって、Ｃａ含有量は０〜０．００５％である。上記効果をより有効に得るためのＣａ含有量の好ましい下限は０．０００２％である。耐水素脆化特性の観点から、Ｃａ含有量の好ましい上限は０．００３５％であり、さらに好ましくは０．００２５％である。
【００６０】
Ｍｇ：０〜０．００５％
マグネシウム（Ｍｇ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、ＭｇはＳと結合して硫化物を形成する。この硫化物はＭｎＳの生成核として作用し、ＭｎＳを微細に分散するため、耐水素脆化特性が高まる。しかしながら、Ｍｇ含有量が０．００５％を超えれば、その効果が飽和する。さらに、Ｍｇは歩留りが低いため、製造コストが高くなる。したがって、Ｍｇ含有量は０〜０．００５％である。上記効果をより有効に得るためのＭｇ含有量の下限は０．０００２％である。製造コストの観点から、Ｍｇ含有量の好ましい上限は０．００３５％であり、さらに好ましくは０．００２５％である。
【００６１】
［式（１）について］
本発明による高強度ボルトの化学組成はさらに、式（１）を満たす。
０．５０≦Ｃ＋Ｓｉ／１０＋Ｍｎ／５＋５Ｃｒ／２２≦０．７５  （１）
式（１）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。対応する元素が不純物レベルの場合、式（１）の対応する元素記号には「０」が代入される。
【００６２】
ｆｎ１＝Ｃ＋Ｓｉ／１０＋Ｍｎ／５＋５Ｃｒ／２２は、鋼材の強度及び冷間加工性の指標である。ｆｎ１は鋼材の炭素当量を示す。ｆｎ１が低すぎれば、十分な焼入れ性が得られず、高強度ボルトの引張強度が１０００ＭＰａ未満になる。一方、ｆｎ１が高すぎれば、焼入れ性が高すぎる。この場合、高強度ボルト用の圧延鋼材の強度及び硬さが高くなりすぎる。そのため、次工程の伸線工程、及び、冷間鍛造工程の前に、軟化熱処理を実施しなければ、十分な冷間加工性が得られない。
【００６３】
ｆｎ１が０．５０〜０．７５であれば、優れた焼入れ性を得つつ、軟化熱処理を実施しなくても、十分な冷間加工性が得られる。ｆｎ１の好ましい下限は０．５５である。冷間加工性をさらに高めたい場合、ｆｎ１の好ましい上限は０．７０であり、さらに好ましくは０．６５である。
【００６４】
［式（２）について］
本発明による高強度ボルトの化学組成はさらに、式（２）を満たす。
Ｃｅ／Ｐ＞４．５２  （２）
ここで、式（２）の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。対応するＣｅ含有量が０．００１％未満の場合、式（２）の対応する元素記号には「０」が代入される。
【００６５】
ｆｎ２＝Ｃｅ／Ｐと定義する。Ｃｅは鋼中のＰと結合してリン化物を生成し、粒界脆化を抑制する。図１を参照して、ｆｎ２の増加に伴い、ＨＲは急速に高まる。そして、ｆｎ２が４．５２を超えれば、ＨＲが１．２以上となり、十分に高い耐水素脆化特性が得られる。さらに、ｆｎ２が４．５２を超えた場合、ｆｎ２が高くなっても、ＨＲはそれほど変化しない。つまり、ｆｎ２に対するＨＲは、ｆｎ２＝４．５２付近で変曲点を有する。したがって、式（２）に示すとおり、ｆｎ２＞４．５２である。
【００６６】
耐水素脆化特性をさらに高めるためのｆｎ２の好ましい下限は４．６であり、さらに好ましくは５．０である。ｆｎ２の上限は特に限定されないが、ｆｎ２が高すぎればＣｅ含有量が高くなりすぎ、製造コストが高まる。したがって、ｆｎ２の上限はたとえば１５である。
【００６７】
［ねじ底部の圧縮残留応力について］
好ましくは、本発明による高強度ボルトのねじ底部において、ねじ底部の表層の圧縮残留応力はボルトの引張強度の１０〜９０％である。
【００６８】
この場合、ボルト締結時にねじ底にかかる引張応力は圧縮残留応力と相殺される。このため、起点部の応力状態は緩和されて、水素脆化に伴う破断が発生しにくくなる。圧縮残留応力（の絶対値）が引張強度（の絶対値）の１０％未満であれば、圧縮残留応力による引張応力相殺効果は不十分となり、優れた耐水素脆化特性が得られない。一方、圧縮残留応力（の絶対値）が引張強度（の絶対値）の９０％を超えれば、上記効果が飽和する。したがって、圧縮残留応力は引張強度の１０〜９０％である。
【００６９】
ここで「表層部」とは、高強度ボルトの表面から中心軸に向かって５０μｍ深さまでの範囲を指す。圧縮残留応力は、周知のＸ線法で測定される。具体的には、ＪＩＳ  Ｂ２７１１（２０１３）に準拠して、Ｘ線回折を利用したＸ線応力測定法を用いる。測定は特性Ｘ線の種類：ＭｎＫα線、Ｃｒフィルタ、基準回折角２θ0：１５２．０°、η角：１４．０°、Ｘ線応力定数Ｋ：−３３６ＭＰａ／°を用いて行う。また、測定部位は、ねじ底部の中央位置を中心とする。引張強度は、ＪＩＳ  Ｚ２２４１（２０１１）に準拠して求める。
【００７０】
［製造方法］
本発明による高強度ボルトの製造方法の一例について説明する。初めに、周知の製造方法により高強度ボルト用の圧延鋼材（高強度ボルト用鋼）を製造する（圧延鋼材製造工程）。その後、圧延鋼材を用いて、高強度ボルトを製造する（高強度ボルト製造工程）。以下、各工程について説明する。
【００７１】
［圧延鋼材製造工程］
上述の化学組成を有する溶鋼を製造する。溶鋼を用いて、鋼片を製造する。たとえば、溶鋼を用いて連続鋳造法により鋳片を製造する。又は、溶鋼を用いて造塊法によりインゴットを製造する。製造された鋳片又はインゴットを分塊圧延して鋼片にする。連続鋳造法により、鋼片を直接製造してもよい。
【００７２】
鋼片を熱間加工して、圧延鋼材（高強度ボルト用鋼）を製造する。ここで、圧延鋼材はたとえば棒鋼又は線材である。熱間加工はたとえば、熱間圧延である。
【００７３】
［高強度ボルト製造工程］
高強度ボルト製造工程では、上記圧延鋼材を用いて高強度ボルトを製造する。高強度ボルト製造工程は、伸線工程、冷間鍛造工程、及び、焼入れ及び焼戻し工程を含む。以下、それぞれの工程について説明する。
【００７４】
［伸線工程］
初めに、圧延鋼材に対して伸線加工を実施して鋼線を製造する。伸線加工は、一次伸線のみであってもよいし、二次伸線等、複数回の伸線加工を実施してもよい。伸線時において、線材の表面に潤滑被膜を形成する。潤滑被膜はたとえば、リン酸塩被膜や非リン系の潤滑被膜である。
【００７５】
好ましくは、Ｐを含有しない潤滑被膜を用いる。又は、リン酸塩被膜を用いた場合、後述の焼入れ工程前において、鋼材（鋼線）表面を洗浄又は酸洗して、リン酸塩被膜を表面から除去する。洗浄はたとえば周知のアルカリ洗浄である。
【００７６】
［冷間鍛造工程］
伸線加工後の鋼材を所定の長さに切断して、切断された鋼材に対して冷間鍛造を実施して高強度ボルトを製造する。
【００７７】
［軟化熱処理について］
従前の高強度ボルトの製造方法では、強度が高すぎるボルト用鋼材（線材）の軟化を目的として、伸線加工前及び冷間鍛造前に、軟化熱処理を実施している。しかしながら、本発明による高強度ボルトでは、規定される化学成分、および式（１）を満たすことにより、このような軟化熱処理を省略することができる。これにより、軟化熱処理の実施による製造コストの上昇を抑えることができ、さらに、高強度ボルトの耐水素脆化特性を高めることができる。
【００７８】
［ねじ加工工程］
冷間鍛造により製造された高強度ボルトに対して、周知の条件で転造加工を実施して、ねじ山を形成する。
【００７９】
［焼入れ及び焼戻し工程］
ねじ加工後の高強度ボルトに対して、周知の条件で焼入れ及び焼戻しを実施して、高強度ボルトの引張強度を１０００〜１３００ＭＰａに調整する。引張強度が１０００ＭＰa未満では、ボルトの強度が不足する。一方、引張強度が１３００ＭＰaを超える場合、水素感受性が高まり、耐水素脆化特性が低下する。したがって、高強度ボルトの引張強度は１０００〜１３００ＭＰaである。伸線工程時にリン酸塩被膜に代表されるＰを含有する潤滑被膜を利用する場合、上述のとおり、好ましくは、焼入れを実施する前に、鋼材（鋼線）の表面をアルカリ洗浄する。
【００８０】
［圧縮残留応力付与工程］
好ましくは、焼入れ及び焼戻し後の高強度ボルトに対して周知の圧縮残留応力付与工程を実施して、ねじ底部の表層の圧縮残留応力を高強度ボルトの引張強度の１０〜９０％にする。周知の圧縮残留応力付与工程はたとえば、ショットピーニング加工である。ショットピーニング加工の条件を適宜調整することにより、ねじ底部の表層の圧縮残留応力を高強度ボルトの引張強度の１０〜９０％にすることができる。
【００８１】
上述の製造方法では、焼入れ焼戻し前にねじ加工工程（前転造工程）を実施したが、前転造工程に代えて、焼入れ焼戻し後にねじ加工工程（後転造工程）を実施してもよい。この場合でも、ねじ底部の表層に、高強度ボルトの引張強度の１０〜９０％の圧縮残留応力を付与することができる。後転造工程の場合、ショットピーニング加工を実施しなくてもよい。以上の製造工程により、本発明の高強度ボルトが製造される。
【実施例】
【００８２】
表２の化学組成を有する溶鋼を製造した。
【００８３】
【表２】
0006601284.tif 000003
【００８４】
表２を参照して、鋼ＴはＪＩＳ  Ｇ４０５３（２００８）のＳＣＭ４３５に相当する化学組成を有した。
【００８５】
溶鋼を用いて、鋳片を製造し、鋳片を分塊圧延等して、横断面が１６２ｍｍ×１６２ｍｍのビレットを製造した。ビレットを熱間加工（熱間圧延）して、直径１１．５ｍｍの線材（圧延鋼材）を製造した。
【００８６】
表３に示す各試験番号の線材に対して、伸線加工を実施して鋼線を製造した。このとき、試験番号１〜２２の線材においては軟化熱処理を実施せず、圧延鋼材をそのまま使用した。試験番号２３については、限界拡散性水素量比ＨＲの基準（Ｈｒｅｆ）とするため、軟化熱処理を実施した。
【００８７】
【表３】
0006601284.tif 000004
【００８８】
試験番号１〜２２の圧延鋼材、及び、試験番号２３の軟加熱処理後の圧延鋼材に対して、脱脂及び酸洗を行った後、りん酸亜鉛処理（７５℃、浸漬時間６００秒）及び金属石けん処理（８０℃、浸漬時間１８０秒）を実施して、表面にりん酸亜鉛皮膜及び金属石けん皮膜からなる潤滑処理膜を形成した。その後仕上げ伸線加工を行い、直径１０．５ｍｍの鋼線を製造した。この鋼線を高強度ボルト鍛造用の素材とした。
【００８９】
各試験番号の鋼線に対して冷間鍛造を実施して、図３に示す高強度ボルトを製造した。具体的には、冷間鍛造は２工程（第１工程及び第２工程）で行った。第１工程では、高強度ボルトの軸部を押し込み成形した。第２工程では、高強度ボルトの頭部及びフランジ部を成形する加工を行えるよう金型を設計し、油圧鍛造プレス機に装着して、冷間鍛造を行った。図中の各数値は、対応する部位の寸法（ｍｍ）を示す。図中の「φ数値」は、指定されている部位の直径（ｍｍ）を示す。図中の「数値°」は、指定されている部位の角度（°）を示す。「Ｒ数値」は、指定されている部位の曲率半径（ｍｍ）を示す。図中の「Ｍ７×１．０」は、外径が７ｍｍ、ピッチが１．０ｍｍであることを示す。
【００９０】
高強度ボルトを成形した後、高強度ボルトを目視で観察して割れの発生の有無を調査した。割れが観察されたものは、冷間加工性が低い（ボルト成形不可）と判断した。
【００９１】
割れが観察されなかった試験番号の高強度ボルトに対して、表３に示す温度で焼入れ及び焼戻し処理を実施した。焼入れ処理を実施する前に、高強度ボルト表面をアルカリ洗浄してリン酸塩被膜を除去した。
【００９２】
焼入れ処理では、表３に示す焼入れ温度で４０分保持した後、油冷した。焼戻し処理では、表３に示す焼戻し温度で７０分保持した。以上の工程により、高強度ボルトを製造した。なお、所望のボルト引張強度（１０００ＭＰａ〜１３００ＭＰａ）を得るための焼戻し処理温度が４２５℃以下になる場合については、強度不足と判断し、耐水素脆化特性評価は実施せず、本発明の対象外と判断した。
【００９３】
試験番号１〜１１、１７〜２０、２２の鋼線に対して、焼入れ及び焼戻し処理後に転造加工を実施して、ねじ加工と共にねじ底部の表面に残留応力を付与した。試験番号１２及び試験番号１３の鋼線に対しては、焼入れ及び焼戻し処理前に転造加工を施した。ねじ底部の表層の圧縮残留応力を、ＪＩＳ  Ｂ２７１１（２０１３）に準拠して、Ｘ線回折を利用したＸ線応力測定法を用いて測定した。測定は特性Ｘ線の種類：ＭｎＫα線、Ｃｒフィルタ、基準回折角２θ0：１５２．０°、η角：１４．０°、Ｘ線応力定数Ｋ：−３３６ＭＰａ／°を用いて行った。また、測定部位は、ねじ底部の中央位置を中心とした。
【００９４】
［引張試験］
ＪＩＳ  Ｂ１０５１（２０００）に準拠して、室温（２５℃）、大気中にて各試験番号の焼入れ及び焼戻し処理、又は転造加工後の高強度ボルトの引張強度（ＭＰａ）を測定した。いずれの試験番号においても、引張強度は１０００〜１３００ＭＰａの範囲内であり、具体的には、１１８０〜１２２０ＭＰａであった。
【００９５】
［耐水素脆化特性評価試験］
各試験番号の焼入れ及び焼戻し処理、又は転造加工後の高強度ボルトに対して、電解チャージ法を用いて、種々の濃度の水素を導入した。電解チャージ法は次のとおり実施した。チオシアン酸アンモニウム水溶液中に高強度ボルトを浸漬した。高強度ボルトを浸漬した状態で、高強度ボルトの表面にアノード電位を発生させて水素を高強度ボルト内に取り込んだ。
【００９６】
高強度ボルト内に水素を導入した後、高強度ボルト表面に亜鉛めっき被膜を形成し、高強度ボルト中の水素の散逸を防止した。続いて、高強度ボルトの引張強度の９５％の引張強度を負荷した定荷重試験を実施した。試験中に破断した高強度ボルト、及び破断しなかった高強度ボルトに対して、ガスクロマトグラフ装置を用いた昇温分析法を実施して、高強度ボルト中の水素量を測定した。測定後、各試験番号において、破断しなかった試験片の最大水素量を限界拡散性水素量Ｈｃと定義した。
【００９７】
さらに、従来のボルトに使用されているＪＩＳ規格におけるＳＣＭ４３５に相当する化学組成を有する試験番号２３の鋼線の限界拡散水素量を、限界拡散性水素量比ＨＲの基準（Ｈｒｅｆ）とした。限界拡散性水素量Ｈｒｅｆを基準として、式（Ａ）を用いて限界拡散性水素量比ＨＲを求めた。耐水素脆化特性評価として、ＨＲが１．２０よりも高いものを合格とし（表３中で「○」）、１．２０以下のものを不合格（表３中で「×」）とした。
【００９８】
［試験結果］
表３に試験結果を示す。
【００９９】
試験番号１〜１１の高強度ボルトの化学組成は適切であった。さらに、ｆｎ１は式（１）を満たし、ｆｎ２は式（２）を満たした。また高強度ボルトのねじ底部表面の圧縮残留応力の絶対値が高強度ボルトの引張強度の１０〜９０％の範囲を満足した。その結果、これらの試験番号の高強度ボルトは、引張強度が１０００〜１３００ＭＰａと高強度であるにもかかわらず、限界拡散性水素量比ＨＲが１．２０よりも高く、耐水素脆化特性に優れた。
【０１００】
試験番号１２及び試験番号１３の高強度ボルトの化学組成は適切であった。さらに、ｆｎ１は式（１）を満たし、ｆｎ２は式（２）を満たした。その結果、これらの試験番号の高強度ボルトは、引張強度が１０００〜１３００ＭＰａと高強度であるにもかかわらず、限界拡散性水素量比ＨＲが１．２０よりも高く、耐水素脆化特性に優れた。ただし、高強度ボルトのねじ底部表面の圧縮残留応力の絶対値が高強度ボルトの引張強度の１０％未満であったため、試験番号１〜１１に比べてＨＲが低かった。
【０１０１】
一方、試験番号１４のＣ含有量は高すぎた。そのため、圧延鋼材の強度が高くなりすぎた。軟化熱処理を実施せずに冷間鍛造を実施したため、鍛造時にボルトに割れが生じ、冷間加工性が低かった。
【０１０２】
試験番号１５のＳｉ含有量は高すぎた。そのため、圧延鋼材の強度が高くなりすぎた。軟化熱処理を実施せずに冷間鍛造を実施したため、鍛造時にボルトに割れが生じ、冷間加工性が低かった。
【０１０３】
試験番号１６のＭｎ含有量は高すぎた。そのため、圧延鋼材の強度が高くなりすぎた。軟化熱処理を実施せずに冷間鍛造を実施したため、鍛造時にボルトに割れが生じ、冷間加工性が低かった。
【０１０４】
試験番号１７のＰ含有量は高すぎた。そのため、ＨＲが１．２０以下となり、耐水素脆化特性が低かった。
【０１０５】
試験番号１８、１９の高強度ボルトでは、ｆｎ２が式（２）の下限未満であった。そのため、ＨＲが１．２０以下となり、耐水素脆化特性が低かった。
【０１０６】
試験番号２０の高強度ボルトは、Ｃｅを含有しなかった。そのため、ＨＲが１．２０以下となり、耐水素脆化特性が低かった。
【０１０７】
試験番号２１の高強度ボルトでは、ｆｎ１が式（１）の上限を超えた。そのため、圧延鋼材の強度が高くなりすぎた。その結果、冷間鍛造後の高強度ボルトに割れが観察され、冷間加工性が低かった。
【０１０８】
試験番号２２の高強度ボルトでは、ｆｎ１が式（１）の下限未満であった。そのため、４２５℃以下の焼戻し温度でしか引張強度が１０００〜１３００ＭＰａの間に調整できなかった。
【０１０９】
以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。
【図１】
0006601284.tif 000005
【図２】
0006601284.tif 000006
【図３】
0006601284.tif 000007