(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素を０．５０〜０．６５質量％、ケイ素を１．５〜２．５質量％、クロムを１．０質量％以上１．６質量％以下、マンガンを０．４質量％以下、モリブデンを１．５質量％超２．２質量％以下、リンと硫黄とを合計で０．０３質量％以下含有し、残部が鉄及び不可避不純物からなることを特徴とする高強度ボルト用鋼。
【請求項２】
請求項１に記載の高強度ボルト用鋼を用いて成る高強度ボルトであって、
引張強度が１５００ＭＰａ以上である
ことを特徴とする高強度ボルト。
【請求項３】
表面にリン酸鉄皮膜及び／又はクロムめっき皮膜を有することを特徴とする請求項２に記載の高強度ボルト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度ボルト用鋼及び高強度ボルトに関する。更に詳細には、本発明は、耐遅れ破壊性に優れた高強度ボルト用鋼及びこれを用いて成る高強度ボルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、単純な組成からなるためにリサイクル性に優れ、なおかつ複雑な加工熱処理を必要としない、高強度を有する耐遅れ破壊特性に優れた機械構造用鋼が提案されている（特許文献１参照。）。
【０００３】
この機械構造用鋼は、組成が、重量％で、Ｃ：０．２〜０．７％、Ｓｉ：０．２〜２．５５％、Ｍｎ：０．０５〜１．０％、Ｃｒ：０．２〜１．５％、Ｍｏ：０．３〜１．５％で、かつ合金元素の総量が、Ｓｉ＋Ｍｎ＋Ｃｒ＋Ｍｏ≦５重量％を満たし、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼材であって、５００℃からＡｅ１点以下の温度範囲で、焼きもどしパラメーター：λが、λ＝Ｔ（２０＋ｌｏｇｔ）≧１５８００（式中、Ｔは温度（Ｋ）、ｔは時間（ｈ）を示す）となる条件で焼きもどし処理が施され、引張強さが１８００ＭＰａ以上である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−７３７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された機械構造用鋼を用いて成るボルトでは、更なる耐遅れ破壊性の向上の要求に対して十分なものとなっていないという問題点があった。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明は、耐遅れ破壊性に優れた高強度ボルト用鋼及びこれを用いて成る高強度ボルトを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。その結果、所定の組成を有する高強度ボルト用鋼を用いることなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明の高強度ボルト用鋼は、炭素を０．５０〜０．６５質量％、ケイ素を１．５〜２．５質量％、クロムを１．０質量％以上１．６質量％以下、マンガンを０．４質量％以下、モリブデンを１．５質量％超２．２質量％以下、リンと硫黄とを合計で０．０３質量％以下含有し、残部が鉄及び不可避不純物からなるものである。
【０００９】
また、本発明の高強度ボルトは、上記本発明の高強度ボルト用鋼を用いて成るものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高強度ボルト用鋼を、炭素を０．５０〜０．６５質量％、ケイ素を１．５〜２．５質量％、クロムを１．０質量％以上１．６質量％以下、マンガンを０．４質量％以下、モリブデンを１．５質量％超２．２質量％以下、リンと硫黄とを合計で０．０３質量％以下含有し、残部が鉄及び不可避不純物からなる構成とした。
そのため、耐遅れ破壊性に優れた高強度ボルト用鋼及びこれを用いて成る高強度ボルトを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、複リンク機構を有するレシプロエンジンの一例を示す部分断面図である。
【図２】図２は、図１に示すロアリンクの一例の概略を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の高強度ボルト用鋼及びこれを用いて成る高強度ボルトについて詳細に説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る高強度ボルト用鋼について詳細に説明する。本実施形態の高強度ボルト用鋼は、炭素を０．５０〜０．６５質量％、ケイ素を１．５〜２．５質量％、クロムを１．０質量％以上、マンガンを０．４質量％以下、モリブデンを１．５質量％超、リンと硫黄とを合計で０．０３質量％以下含有し、残部が鉄及び不可避不純物からなる。
このような構成とすることにより、耐遅れ破壊性に優れ、高強度を有するボルトを実現し得るものとなる。また、これを用いてボルトを成形すると、耐遅れ破壊性に優れ、高強度を有するものとなる。
【００１４】
（炭素（Ｃ）：０．５０〜０．６５質量％）
炭素の含有量が、０．５０質量％未満である場合には、十分な焼き戻し軟化抵抗が得られず、後述する高温焼き戻しが実施できないため、耐遅れ破壊性が優れたものとならない。
また、炭素の含有量が、０．６５質量％を超える場合には、水素を集積するセメンタイトの量が著しく増加するため、耐遅れ破壊性が優れたものとならない。
【００１５】
（ケイ素（Ｓｉ）：１．５〜２．５質量％）
ケイ素の含有量が、１．５質量％未満である場合には、十分な焼き戻し軟化抵抗が得られず、後述する高温焼き戻しが実施できないため、耐遅れ破壊性が優れたものとならない。
また、ケイ素の含有量が、２．５質量％を超える場合には、鍛造性が著しく悪化するため、所定のボルトを成形できない。
【００１６】
（クロム（Ｃｒ）：１．０質量％以上）
クロムの含有量が、１．０質量％未満である場合には、十分な焼き戻し軟化抵抗が得られず、後述する高温焼き戻しが実施できないため、耐遅れ破壊性が優れたものとならない。なお、特に限定されるものではないが、クロムの含有量は、１．４質量％以下であることが好ましい。
【００１７】
（マンガン（Ｍｎ）：０．４質量以下）
マンガンの含有量が、０．４質量％を超える場合には、粒界偏析成分の粒界偏析が促進されることによって、粒界強度が著しく低下するため、耐遅れ破壊性が優れたものとならない。なお、マンガンの含有量は、０質量％超であれば、特に限定されるものではないが、０．２質量％以上であることが好ましい。
【００１８】
（モリブデン（Ｍｏ）：１．５質量％超）
モリブデンの含有量が、１．５質量％以下である場合には、水素を無害化するモリブデン系炭化物の生成量が十分なものとならないため、耐遅れ破壊性が優れたものとならない。なお、特に限定されるものではないが、モリブデンの含有量は、１．６５質量％以下であることが好ましい。
【００１９】
（リンと硫黄との合計（Ｐ＋Ｓ）：０．０３質量％以下）
リンと硫黄との合計含有量が、０．０３質量％を超える場合には、粒界偏析によって、粒界強度が著しく低下するため、耐遅れ破壊性が優れたものとならない。なお、特に限定されるものではないが、リンと硫黄との合計含有量が、０．０２％以下であることが好ましい。
【００２０】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る高強度ボルトについて詳細に説明する。本実施形態の高強度ボルトは、上記本発明の一実施形態に係る高強度ボルト用鋼を用いて成るものである。
このような構成とすることにより、耐遅れ破壊性に優れ、高強度を有するものとなる。
【００２１】
ここで、特に限定されるものではないが、例えば、上述の高強度ボルト用鋼に対して、まず、冷間鍛造を行い、次いで、転造を行い、９２０℃以上で焼入れをし、５７０℃以上で焼き戻しをする熱処理を行うことなどにより、上述の高強度ボルトを得ることができる。なお、上記転造と上記熱処理（焼入れ及び焼き戻し）の順序を入れ替えて行っても、上述の高強度ボルトを得ることができる。
例えば、５７０℃以上のような高温焼き戻しをすると、粒界セメンタイトが球状化して微細分散し、粒界強度を向上させることができる。
【００２２】
また、本実施形態においては、表面にリン酸鉄皮膜及びクロムめっき皮膜のいずれか一方又は双方を有することが好ましい。
このような皮膜を表面に形成することにより、耐遅れ破壊性を更に向上させることができる。
【００２３】
ここで、本実施形態の高強度ボルトの一例について図面を参照しながら更に詳細に説明する。図１は、複リンク機構を有するレシプロエンジンの一例を示す部分断面図である。また、図２は、図１に示すロアリンクの一例の概略を示す断面図である。
【００２４】
図１に示すように、このレシプロエンジン１００は、ピストン１０１のピストンピン１０２に連結されるアッパリンク１０３と、アッパリンク１０３とクランクシャフト１０４のクランクピン１０５とを連結するロアリンク１０６と、一端がエンジン１００側に揺動可能に支持されると共に他端がロアリンク１０６に連結されるコントロールリンク１０７とを備えている。なお、アッパリンク１０３とロアリンク１０６とは、アッパピン１０８を介して互いに回転可能に連結され、コントロールリンク１０７とロアリンク１０６とは、コントロールピン１０９を介して互いに回転可能に連結されている。
【００２５】
そして、ロアリンク１０６は、ピストン１０１が受けた燃焼圧力をアッパリンク１０３を介してアッパピン１０８より受け取り、コントロールピン１０９を支点とする動作でクランクピン１０５に力を伝達する。従って、ロアリンク１０６には、ピストン１０１が受けた大きな燃焼圧力や慣性荷重が、ピストンピン１０２、アッパリンク１０３、アッパピン１０８を介して、アッパピン軸受部１０８ａから入力される。それと同時に、この荷重とつりあうように、クランクピン軸受部１０５ａやコントロールピン軸受部１０９ａにも荷重が発生する。従って、各々の軸受部（１０８ａ，１０５ａ，１０９ａ）の面圧は、一般的な単リンク機構を有するレシプロエンジンに比べて高いものとなる。
【００２６】
従って、ロアリンクに対する要求強度は高くなる。また、燃費性能向上の観点から、ロアリンクのコンパクト化や軽量化も望まれている。
【００２７】
図２に示すように、ロアリンク１０６は、通常、分割されたロアリンク部品１０６Ａ，１０６Ｂを高強度ボルト１で締結する構造を有する。そして、上述のような要求性能を満たすロアリンクとするためには、耐遅れ破壊性に優れた高強度ボルトが必要になる。本実施形態の高強度ボルトは、特に限定されるものではないが、このようなロアリンク部品の締結に特に好適なものである。なお、１０８ａ，１０５ａ，１０９ａは各軸受部である。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。
【００２９】
（実施例１〜実施例８、比較例１〜比較例８）
表１に示す組成の高強度ボルト用鋼に対して、冷間鍛造を行い、次いで、転造を行い、しかる後、９２０℃以上で焼入れ、５７０℃以上で焼き戻しする熱処理を行って、各例の高強度ボルトを得た。
【００３０】
【表１】
0006422176.tif 000002
【００３１】
［性能評価］
（耐遅れ破壊性評価）
各例のボルトを塩酸に規定時間浸漬し、ボルトが破損するか否かを観察した。得られた結果を表１に試験１の結果として示す。なお、試験１の項目において「ＯＫ」とはボルトが破損しなかったことを示し、「ＮＧ」とはボルトが破損したことを示す。
【００３２】
（引張強度評価）
各例のボルトの引張強度を引張試験によって評価した。各例のボルトの引張強度が１５００ＭＰａ以上であることが確認された。
【００３３】
（成形性評価）
実際にボルトを規定本数試作し、金型が破損・摩耗するか否かを観察した。得られた結果を表１に試験２の結果として示す。なお、試験２の項目において「ＯＫ」とは金型が破損・摩耗しなかったことを示し、「ＮＧ」とは金型が破損・摩耗したことを示す。また、試験２は試験１において結果が「ＯＫ」であったもののみ行った。
【００３４】
表１より、本発明の範囲に属する実施例１〜実施例８は、耐遅れ破壊性に優れた高強度ボルトであることが分かる。一方、本発明外の比較例１〜３、５〜８は、耐遅れ破壊性が優れないものであることが分かる。また、比較例４は、鍛造性が著しく劣るため、高強度ボルト用鋼として適用することができない。
【００３５】
以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
【００３６】
例えば、上述した各実施形態や各実施例に記載した構成は、実施形態毎や実施例毎に限定されるものではなく、例えば、各実施形態の組成、製造する際の詳細な条件、皮膜の有無を変更したり、各実施形態や各実施例の構成を上述した各実施形態や各実施例以外の組み合わせにしたりすることができる。
【００３７】
また、例えば、上述した実施形態においては、高強度ボルトの適用部位として複リンク機構を有するエンジンにおけるロアリンクを例示したが、これに限定されるものではなく、他の用途に用いることもできることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３８】
１  高強度ボルト
１００  レシプロエンジン
１０１  ピストン
１０２  ピストンピン
１０３  アッパリンク
１０４  クランクシャフト
１０５  クランクピン
１０５ａ  クランクピン軸受部
１０６  ロアリンク
１０６Ａ，１０６Ｂ  ロアリンク部品
１０７  コントロールリンク
１０８  アッパピン
１０８ａ  アッパピン軸受部
１０９  コントロールピン
１０９ａ  コントロールピン軸受部
【図１】
0006422176.tif 000003
【図２】
0006422176.tif 000004