(57)【要約】本発明は、揚重、締結、締付け、及び／又は固縛手段のための品質グレード８以上の焼入鋼に関する。本発明はさらにこの鋼でできた接続要素又は構造要素に関する。本発明はさらにその製造方法に関する。低温で弾性である接続要素及び構造要素の費用効率の高い製造は、本発明による鋼の使用によって実現され、前記鋼は重量パーセントで以下の組成を有する：炭素０．１７〜０．２５；ニッケル０．００〜０．２５；モリブデン０．１５〜０．６０、；ニオブ０．０１〜０．０８、及び／又はチタン：０．００５〜０．１、及び／又はバナジウム：≦０．１６％；アルミニウム０〜０．０５０；クロム：０．０１〜０．５０；ケイ素：０．１〜０．３；マンガン１．４０〜１．６０；リン０．０１５未満；硫黄０．０１５未満；銅０．２０未満、及び窒素０．００６〜０．０１４、鉄及び不可避不純物である残余物。
2015501384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量パーセントで以下の組成：
炭素０．１７〜０．２５％
ニッケル０．００〜０．２５％
モリブデン０．１５〜０．６０％
ニオブ０．０１〜０．０８％、及び／又はチタン０．００５〜０．１％、及び／又はバナジウム≦０．１６％
アルミニウム０〜０．０５０％
クロム０．１０〜０．５０％
ケイ素０．１〜０．３％
マンガン１．４０〜１．６０％
リン＜０．０１５％
硫黄＜０．０１５％
銅＜０．２０％
窒素０．００６〜０．０１４％
鉄及び不可避不純物である残余物
を有する、揚重、締結、締付け、及び／又は固縛手段のための品質グレード８以上の焼入鋼。
【請求項２】
前記ニッケルの含量が重量パーセントで０．１５％未満であることを特徴とする、請求項１に記載の鋼。
【請求項３】
前記炭素の含量が重量パーセントで０．２０〜０．２３％であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の鋼。
【請求項４】
前記モリブデンの含量が重量パーセントで０．３０〜０．５０％であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の鋼。
【請求項５】
前記ニオブの含量が重量パーセントで０．０１〜０．０６％であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の鋼。
【請求項６】
前記アルミニウムの含量が重量パーセントで少なくとも０．０２０及び／又は最大で０．０４０％であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の鋼。
【請求項７】
前記クロムの含量が重量パーセントで０．２０〜０．４０％であることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の鋼。
【請求項８】
前記ケイ素の含量が重量パーセントで０．１〜０．２５％であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の鋼。
【請求項９】
ニッケルの２倍の含量（重量パーセント）、チタンのおよそ１．６倍の含量（重量パーセント）、及び／又はバナジウムの１倍の含量（重量パーセント）の総和が最大で約０．１６％重量パーセントであることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の鋼。
【請求項１０】
少なくとも部分的に請求項１から９のいずれか一項に記載の鋼でできていることを特徴とする、揚重、締結、締付け、及び／又は固縛手段のための、接続要素及び／又は部材、特にボルト又はチェーン・リンク。
【請求項１１】
前記鋼が異なる接続された区分において異なる硬度、及び／又は強度、及び／又はノッチ付き衝撃エネルギーを有することを特徴とする、請求項１０に記載の接続要素又は部材。
【請求項１２】
４００〜４８０  ＨＶ３０の硬度を有することを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の接続要素又は部材。
【請求項１３】
異なる区分において８０〜１２０  ＨＶ３０の硬度の差を有することを特徴とする、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の接続要素又は部材。
【請求項１４】
少なくとも８００Ｎ／ｍｍ２、好ましくは少なくとも１２００Ｎ／ｍｍ２の最小破断応力を有することを特徴とする、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の接続要素又は部材。
【請求項１５】
−４０℃で少なくとも３０Ｊ、好ましくは少なくとも４５Ｊのノッチ付き衝撃エネルギー、及び／又は−６０℃で少なくとも５０Ｊのノッチ付き衝撃エネルギーを有することを特徴とする、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の接続要素又は部材。
【請求項１６】
少なくとも３８０℃、好ましくは少なくとも４００℃、さらにより好ましくは少なくとも４１０℃の焼き戻し温度で１時間を超える耐焼き戻し性を有することを特徴とする、請求項１０から１５のいずれか一項に記載の接続要素又は部材。
【請求項１７】
結晶粒が微細である、特に結晶粒サイズが９又はより微細である、特に結晶粒サイズが１０であることを特徴とする、請求項１０から１６のいずれか一項に記載の接続要素又は部材。
【請求項１８】
−４０℃で少なくとも５５Ｊのノッチ付き衝撃エネルギーＫＶ、及び少なくとも１４００Ｎ／ｍｍ２の引張強度Ｒｍを有することを特徴とする、請求項１０から１７のいずれか一項に記載の接続要素。
【請求項１９】
−４０℃、及び少なくとも１４００Ｎ／ｍｍ２の引張強度で、前記ノッチ付き衝撃エネルギーＫＶが最大で７０Ｊであることを特徴とする、請求項１０から１８のいずれか一項に記載の接続要素。
【請求項２０】
−６０℃、及び少なくとも１４００Ｎ／ｍｍ２の引張強度Ｒｍで、前記ノッチ付き衝撃エネルギーＫＶが少なくとも４５Ｊであることを特徴とする、請求項１０から１９のいずれか一項に記載の接続要素。
【請求項２１】
−６０℃で前記ノッチ付き衝撃エネルギーＫＶが最大で６０Ｊであることを特徴とする、請求項１０から２０のいずれか一項に記載の接続要素。
【請求項２２】
１８０℃〜２２０℃の焼き戻し温度で焼鈍させることを特徴とする、請求項１０から２１のいずれか一項に記載の接続要素。
【請求項２３】
前記引張強度Ｒｍが１５００〜１６００Ｎ／ｍｍ２であることを特徴とする、請求項１０から２２のいずれか一項に記載の接続要素。
【請求項２４】
ＡＳＴＭによる結晶粒サイズが９又はより微細である微細結晶粒のミクロ構造を有することを特徴とする、請求項１０から２３のいずれか一項に記載の接続要素。
【請求項２５】
前記接続要素の断面においてラスマルテンサイトの面積パーセントが少なくとも８５％であることを特徴とする、請求項１０から２４のいずれか一項に記載の接続要素。
【請求項２６】
冷間成形された区分を有することを特徴とする、請求項１０から２５のいずれか一項に記載の接続要素。
【請求項２７】
特性グレード１４．８、１５．８、又は１６．８のボルトであることを特徴とする、請求項１０から２６のいずれか一項に記載の接続要素。
【請求項２８】
請求項１０から１７のいずれか一項に記載の部材又は請求項１０から２７のいずれか一項に記載の接続要素を製造するための冷間成形及び焼入れプロセスにおける、請求項１から９のいずれか一項に記載の鋼の処理。
【請求項２９】
接続要素、特にボルト、又は揚重、締結、締付け、及び／又は固縛技術の部材、特にチェーン又はチェーン・リンクにおける、請求項１から９のいずれか一項に記載の鋼の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揚重、締結、締付け、及び／又は固縛手段のための品質グレード８以上の焼入鋼に関する。特に本発明は、揚重、締結、締付け、及び／又は固縛手段における、特にチェーン及びチェーン・リンク、及び接続要素、例えばボルトにおける、前記鋼の使用に関する。さらに本発明は、前記鋼材でできた、ボルトのような接続要素、並びに揚重、締結、締付け、及び／又は固縛技術の部材に関する。本発明は、そのような接続部材の製造方法、特にチェーン成形プロセス及び焼入れプロセスにおける鋼の処理にも関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼の複数の組成が既に知られており、揚重、締結、締付け、及び／又は固縛手段に使用される鋼の組成も既に知られている。高い安全性要件のもとで、揚重、締結、締付け、及び／又は固縛手段は重量物を揚重若しくは固縛する、又は締結を可能にする、又はむしろ積載物若しくは固定デバイスにおける揚重、締結、締付け、及び／又は固縛手段の確保を可能にする必要がある。
【０００３】
それらの機械的弾性に応じて、揚重、締結、締付け、及び／又は固縛手段は異なる品質クラス又はグレードに分けられる。品質クラス又はグレードはほとんどの場合規格化されており、例えばＩＳＯ３０７６、３０７７による品質グレード８、又は独国におけるＤＩＮ−ＥＮ８１８−２、８１８−７、及びＰＡＳ  １０６１による品質グレード１０である。
【０００４】
品質グレードが高いほど、同一断面積の揚重、締結、締付け、及び／又は固縛手段によって、より重い荷重を運ぶことができる。したがって、品質グレードがより高い揚重、締結、締付け、及び／又は固縛手段は、同一の重量において、品質グレードがより低い揚重、締結、締付け、及び／又は固縛手段よりも重い荷重を運ぶことができ、そのため操作時に扱いやすい。
【０００５】
例えば、φ１６ｍｍ×４８ｍｍである品質グレード８の鋼チェーンは最小破断荷重（ＢＦ）が３２０キロニュートンでなければならず、品質グレード１０の対応するチェーンは最小破断荷重が少なくとも４００キロニュートンでなければならない。同じことが米国の規格による「グレード８」及び「グレード１０」への分類に当てはまる。
【０００６】
品質グレー８以上のそのような構造要素において、以前はニッケルを含有する鋼が使用されていた。例えば米国特許出願公開第２００７／０１０７８０８（Ａ１）号はそのような鋼を開示している。しかし、ニッケルは高価であるので、経済的な観点からニッケルの使用を避けること又はニッケル含量を減らすことが合理的である。耐焼き戻し性及び低温延性に関する品質グレードについて規定される機械的要件を考慮すると、ニッケルを避けることは容易ではない。ニッケルは揚重、締結、締付け、及び／又は固縛手段における鋼に特に不可欠であると考えられるが、なぜなら極端な使用で生じるノッチのような表面損傷によって強度がほとんど損なわれないほど、ニッケル合金鋼（Ｎｉ＞０．８重量％）のノッチ付き衝撃強度が高いからである。
【０００７】
焼鈍された接続要素は例えば独国特許出願公開第１０  ２００８  ０４１  ３９１（Ａ１）号で知られている。このボルトはベイナイト構造の結果として高い強度を得る。正確に制御された冷却及び等温変態プロセスにおいてのみそのようなミクロ構造を形成できることは不利である。独国特許第２８  １７  ６２８（Ｃ２）号はベイナイト構造を有する合金鋼に関する。
【０００８】
他の高強度ボルトは例えば欧州特許第１  ７２８  ８８３号で知られている。
【０００９】
これらの既知の接続要素は高強度であるが低温で非常にもろい。したがって、それらは低温範囲での使用、例えば山地、冬期、又は極地における屋外での使用に適していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、機械的特性に関して品質グレード８以上の要件を満たす、低ニッケル含量を有する又はニッケルを使用しない鋼組成物を提供することである。特に、低温（例えば−４０℃）及び高温（例えば＋４００℃）で高いノッチ付き衝撃エネルギーを有し、同時に十分な強度並びに耐焼き戻し性を有する鋼を提供することになる。揚重、締結、締付け、及び／又は固縛技術の部材は摩耗する傾向がある表面を有するので、鋼は硬化性である必要もある。さらに、高い費用効率で特に弾性の構造要素を製造するために可鍛性であるべきである。
【００１１】
本発明のさらなる目的は、高い弾性、すなわち高い引張強度において、低温で脆性破壊挙動が生じないように上記の接続要素を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的は、重量パーセントで以下の組成を有する本発明による低合金鋼によって実現される：
炭素０．１７〜０．２５、好ましくは０．２０〜０．２３、
ニッケル０．００〜０．２５、好ましくは０．００〜０．１５又は０．１０、
モリブデン０．１５〜０．６０、好ましくは０．３０〜０．５０、
ニオブ０．０１〜０．０８、及び／又はチタン：０．００５〜０．１、及び／又はバナジウム：≦０．１６（ニオブの含量は好ましくは０．０１〜０．０６であってもよい）、
アルミニウム０〜０．０５０、好ましくは０．０２０〜０．０４０、
クロム０．０１〜０．５０、好ましくは０．２０〜０．４０、
ケイ素０．１〜０．３、好ましくは０．１〜０．２５、
マンガン１．４０〜１．６０、
リン０．０１５未満、
硫黄０．０１５未満、
銅０．２０未満、
窒素０．００６〜０．０１４、
鉄及び不可避不純物である残余物。
【００１３】
本発明の鋼はチェーンにおいて、引張強度及びノッチ付き衝撃エネルギーに関して品質グレード８以上、特に品質グレード８及び１０の機械的要件を満たす。したがって出願人が行った実験では、およそ８８０℃で約３０分間維持され、急冷され、その後およそ４５０℃で約３０分間維持された直径１６ｍｍの部材が、引張試験において１２００ＭＰａをわずかに超えるＲｍ（引張強度）、約１４％のＡ５（破断伸び）、約６５％のＺ（面積減少）の値を有していたことが示された。この部材は室温でおよそ１４０ジュールのノッチ付き衝撃エネルギーを有する。
【００１４】
この鋼でできた接続要素は非常に高い強度を有し、同時に極めて高い低温延性を有し、そのため非常に低い温度での損傷した状態であっても高い安全性をもたらす。
【００１５】
最高の特性クラス１４．８、１５．８、及び／又は１６．８の既知のボルトは室温であってもほとんどの場合低い延性を示す。必然的に凝固点未満の低温ではそれらは脆性破壊を示す傾向がある。この破壊挙動は多くの用途において、特に締結、揚重、及び固縛手段のためのボルトにおいて許容できないものであり、なぜならそれらは多くの場合に例えば極地における舟又は山地での物品の輸送におけるような非常に極端な気候条件下で使用されるからである。したがって、小さな損傷はただちに接続要素の不具合につながるおそれがある。この危険性は本発明による接続要素によって大幅に低減される。
【００１６】
この鋼は、締結、揚重、及び固縛技術の部材、特にチェーン・リンクにも使用することができ、接続技術の部材、すなわち接続要素にも使用できる。接続要素の関連規格（例えばＩＳＯ  ８９８）は少なくとも０．２８重量パーセントの炭素含量を必要とし、チェーン・リンク及び接続要素（特にボルト）の荷重は異なるからため、このことは容易に明白とは考えられない。
【００１７】
ニッケルの材料在庫が少ないこと又はニッケルをまったく使用しないことによって、本発明の鋼は費用効率が高い。
【００１８】
本発明による鋼は、一方で高い引張強度を有していなければならず同時に衝突又は衝撃の発生のような急激な激しい機械的歪みを受ける（特に操作によるノッチが現れる場合）、部材及び加工部品において使用するのに特に適している。これらは特に、既に述べた、例えば鋼チェーン、又はプロファイル・チェーン、チェーン・スパナ、ストップ・ポイント、フックなどのような揚重、締結、締付け、及び／又は固縛手段、並びに特に搬送システム及び搬送プラントにおける駆動力伝達要素である。これらの歪みは高い延性値によって支配される。
【００１９】
φ１６ｍｍ×４８ｍｍである鋼チェーンは、例えば独自の実験によれば、５５０℃までの温度における１時間の焼き戻し処理の後であっても、品質グレード８において必要とされる３２０キロニュートンの破断荷重を有する。４００、４５０、５００、及び５５０℃における出願人による実験はこれを裏付けている。本発明の鋼を２０ＭｎＭｏＣｒＮｂ６−４と示す。
【００２０】
最新技術では、圧力容器用鋼１８ＭｎＭｏ４−５（ＥＮ  １００２８−２）が知られている。これは粗粒耐熱鋼のことを指し、揚重、締結、締付け、及び／又は固縛手段とは完全に異なる分野で使用され品質グレード８以上の要件を満たさない。要求プロファイル及び結晶粒の粗さに起因して、高延性では低い引張強度しか得られない。
【００２１】
特に、本発明の鋼でできた部材を異なる区分で処理（例えば焼き戻し）してもよく、その結果これらの異なる区分で異なる硬度、延性、及び／又はノッチ付き衝撃エネルギーが存在する。
【００２２】
以下に、本発明のいくつかの好ましい実施形態を例示する。これらの実施形態のさらなる特徴は、それぞれ個々に又は他の実施形態の特徴と共に任意の組み合わせで使用してもよい。
【００２３】
第１の好ましい実施形態において、重量パーセントでのニッケルの含量は０．１５未満又は０．１０％未満である。ニッケルは非常に高価であるので、鋼中のニッケル含量を可能な限り低く維持するのが望ましい。０．１０％以下の含量によって、残りの合金組成に基づきさらにコストを削減することが可能である。特に、不純物に関係なくニッケルを一切含有しない鋼を製造することが可能である。そのようなニッケルを含まない鋼はさらに、ニッケルを添加するさらなる加工段階を省く。
【００２４】
別の好ましい実施形態によれば、重量パーセントでの炭素の含量は０．２０〜０．２３％である。より高い炭素の含量によって鋼はより硬くなるが、しかし炭素含量の増加と共に延性は低下する。したがって、炭素含量の好ましい範囲は本発明の範囲に制限される。
【００２５】
本発明のさらに好ましい実施形態において、重量パーセントでのモリブデンの含量は０．３０〜０．５０％である。この範囲は所望の耐焼き戻し性を低コストで得るために特に有利である。
【００２６】
本発明のさらに好ましい実施形態において、重量パーセントでのニオブの含量は０．０１〜０．０６％である。
【００２７】
本発明のさらに好ましい実施形態において、重量パーセントでのアルミニウムの含量は少なくとも０．０２０及び／又は最大で０．０４０％である。
【００２８】
さらに好ましい実施形態において、重量パーセントでのクロムの含量は０．２０〜０．４０％である。クロムは引張強度を高めるが、これはノッチ付き衝撃強さを低下させる。全体の範囲においてこれらの２つの効果は良くバランスが取れている。
【００２９】
好ましくは重量パーセントでのケイ素の含量は０．１〜０．２５％である。
【００３０】
ニッケル又はニオブの２倍の含量、チタンのおよそ１．６倍の含量、及び／又はバナジウムの１倍の含量の総和が最大でおよそ０．１６％（それぞれ重量パーセント）である場合に、特に有利である。
【００３１】
特に有利な実施形態において、本発明による組成を有する鋼は７よりも微細な結晶粒サイズを有する極めて微細な結晶粒形態である。微細な結晶粒の鋼はより高い引張強度と共により高い低温延性を有する。好ましくは本発明の鋼及びそれぞれ本発明の部材は９〜１０の結晶粒サイズを有する。
【００３２】
本発明による鋼から部材を製造するためのさらなる有利な実施形態において、この製造は場合により繰り返される焼入れ及び／又は焼き戻しを含む。
【００３３】
本発明の鋼のさらに有利な実施形態において、前記鋼でできた揚重、締結、締付け、及び／又は固縛手段は、それぞれの品質グレードでチェーンに必要とされる延性において少なくとも８００Ｎ／ｍｍ２、より好ましくは少なくとも１２００Ｎ／ｍｍ２の引張強度を有する。より低い低温延性を受け入れることによって、例えば鋼はより高温においてのみ使用されるので、本発明の鋼によってより高い引張強度も得ることができる。
【００３４】
さらなる有利な実施形態において、鋼又は鋼でできた部材は４００〜４５０  ＨＶ３０の硬度を有する。
【００３５】
さらなる有利な実施形態において、鋼又はそれぞれ鋼でできた部材は、異なる区分において８０〜１２０  ＨＶ３０の硬度の違いを有する。
【００３６】
特に有利な実施形態において、鋼又は鋼でできた部材は本質的に、その硬度を３８０℃で、さらに好ましくは４００℃で、なおさらに好ましくは４１０℃で１時間保持する。
【００３７】
鋼又はそれぞれ前記鋼でできた部材は、好ましい実施形態において−４０℃で少なくとも３０ジュール、好ましくは少なくとも４５ジュール、より好ましくは約１２０〜１４０ジュールのノッチ付き衝撃エネルギーを有する。この低温延性は、部材が低温の環境であっても十分な安全性を示すことを保証する。−６０℃ではノッチ付き衝撃エネルギーは少なくとも約５０ジュールである。
【００３８】
この方法の特に有利な実施形態において、本発明の鋼でできた部材（例えばチェーン・リンク）は、異なる区分で異なって処理される。特に、焼入れした部材を異なる区分において異なる焼き戻し温度で処理してもよい。チェーン・リンクは例えばその直線部（ｌｉｍｂ）の区分において湾曲部（ｂｏｗ）の区分とは別の温度で処理してもよい。そのような方法によって、異なる度合いの硬度及び延性を有する区分が作り出される。より硬い区分は摩耗表面を構成し、一方より軟らかいがより延性が高い区分は、操作による不具合に対して特に高い耐性を有する。
【００３９】
部材（特にチェーン・リンク）を製造する方法の特に有利な実施形態において、チェーン・リンクは、少なくとも１つの区分において約４００〜４５０  ＨＶ３０の硬度を有し少なくとも１つの他の区分において約３６５〜３９０  ＨＶ３０の硬度を有し、同時に破断荷重及び破断伸びに関して品質グレード８の要件を満たすように処理される。異なる特性を有する区分は好ましくは接続される、すなわちそれらは互いにつなぎ合わされる。
【００４０】
別の有利な実施形態によれば、本発明の部材の２つの異なる区分における硬度の差はおよそ９０〜１１０  ＨＶ３０であってもよい。そのようなチェーン・リンクから成るチェーンは特に有利な特性を有する。増大した摩擦荷重及び／又は衝撃荷重を受ける区分、例えば湾曲部では、チェーンは増大した硬度を示し得る。操作の際に主に機械的な引張り歪み又は曲げ歪みを受ける区分、例えば直線部においては、チェーン・リンクは好ましくない条件下であっても不具合に対する増大した耐性を示し得る。
【００４１】
特に有利な実施形態において、チェーン・リンクは１つの区分では約４３０〜４７０  ＨＶ３０の硬度を有し、別の区分では約３８０〜３９５  ＨＶ３０の硬度を有し、同時に品質グレード１０の要件を満たす。
【００４２】
この鋼は揚重、締結、締付け、及び／又は固縛技術の部材において、特にチェーン又はチェーン・リンクにおいて、及び／又は接続要素、例えばボルトにおいて使用するのに特に適している。
【００４３】
上記の特性を有する接続要素及び／又は部材を製造するための冷間加工及び焼入れプロセスにおける本発明の鋼の処理は、特に有利である。
【００４４】
さらなる有利な実施形態によれば、本発明の接続要素はランセット・パケットを構造内に有するラスマルテンサイトを含有していてもよい。ラスマルテンサイトは高い強度をもたらし、混合マルテンサイト又は板状マルテンサイトのような他のマルテンサイトとは反対に、低温延性に影響を与えない。ラスマルテンサイトは、ＡＣ３点を超える温度からの急冷とε−炭化物（遷移金属炭化物Ｆｅ２Ｃ）が分解する温度よりも低く維持されるその後の焼き戻しの温度で、焼入れ及び焼き戻しされる過程で形成される。したがって接続要素の製造において焼き戻し温度が温度ε−炭化物の分解温度を下回る場合に有利である。
【００４５】
接続要素の断面において、ラスマルテンサイトの面積パーセントは少なくとも８５％、好ましくは少なくとも９０％であってもよい。断面において９８％を超えるラスマルテンサイトの面積パーセンテージを実現することはほとんど不可能なはずであり、そのためこの値はラスマルテンサイトのパーセンテージの上限と考えることができる。
【００４６】
接続要素の焼入れ及び焼き戻しの過程における焼き戻し温度は１８０℃〜２２０℃、好ましくはおよそ又はちょうど２００℃であってもよい。これらの焼き戻し温度において、高い低温延性と高い引張強度の特に有利な組み合わせが得られる。
【００４７】
接続要素は、冷間加工された区分、例えば１つ又は複数の成形ねじ又は転造ねじの区分を含んでいてもよい。好ましくは冷間成形は焼入れ及び焼き戻しの前に行われる。
【００４８】
上記の鋼合金に基づき、既知の接続要素と比較して、本発明の接続要素は焼き戻し温度によって本質的に調整できる機械的パラメーターの特別な組み合わせによって特徴づけられる。最大で２５０℃までの焼き戻し温度において本発明の鋼合金には、焼き戻し温度が高いほど実現できる引張強度は低く低温延性は高くなることが当てはまると思われる。以下において、例えばＩＳＯ  １４８−１によるＶノッチ試料についてのノッチバー衝撃試験により決定されるノッチ付き衝撃エネルギーＫＶは、低温延性のパラメーターとして役立つ。
【００４９】
有利な実施形態によれば、−４０℃の温度でノッチ付き衝撃エネルギーＫＶは少なくとも１４００Ｎ／ｍｍ２の引張強度Ｒｍで少なくとも５５ジュールである。−４０℃の温度及び少なくとも１４００Ｎ／ｍｍ２の引張強度でノッチ付き衝撃エネルギーＫＶの上限は７０Ｊであってもよい。
【００５０】
さらに低い温度（特に−６０℃）において、及び少なくとも１４００Ｎ／ｍｍ２において、ノッチ付き衝撃エネルギーＫＶは少なくとも４５Ｊであってもよい。−６０℃でノッチ付き衝撃エネルギーＫＶの上限は６０Ｊであってもよい。
【００５１】
−４０℃で少なくとも５５Ｊ、好ましくは−４０℃で７０Ｊ以下のノッチ付き衝撃エネルギーＫＶにおいて、引張強度Ｒｍは好ましくは１５００〜１６００Ｎ／ｍｍ２であってもよい。
【００５２】
本発明の接続要素は４５０〜４８０  ＨＶ３０の硬度を有していてもよい。
【００５３】
接続要素は、好ましくは結晶粒サイズが９又はより微細である微細結晶粒のミクロ構造を有する。結晶粒サイズは好ましくは１０であってもよい。結晶粒サイズは例えばＡＳＴＭＥ  Ｅ  １１２に従って決定できる。
【００５４】
最も好ましい実施形態によれば、接続要素は好ましくは鋼２０ＭｎＭｏＣｒＮｂ６−４から製造される。
【００５５】
十分な硬度特性を保証するために、一実施形態において本発明の接続要素の直径は最大で２０〜２５ｍｍであり、最大でＭ２０〜Ｍ２５のボルト直径に相当する。
【００５６】
最も好ましくは、接続要素は特性クラスが１４．８、１５．８、及び／又は１６．８である、好ましくは締結手段のためのボルトである。
【００５７】
例えばＰＡＳ  １０６１においてチェーンに必要とされる耐焼き戻し性は、少なくとも３８０℃、好ましくは少なくとも４００℃、より好ましくは少なくとも４１０℃の焼き戻し温度で１時間を超えてもよい。しかしそのような焼き戻し温度では、１４．８以上の特性クラスの接続要素に必要とされる引張強度はもはや実現できない。
【００５８】
本発明は、急冷及び焼き戻しされた接続要素、並びに好ましくは少なくともある区分で焼き戻しされた接続要素、好ましくはボルトの製造における、上記の組成の１つを有する鋼の使用にも関する。
【００５９】
本発明はさらに、接続要素（好ましくはボルト）を、急冷及び焼き戻しのさらなるステップを含むそのような鋼から製造する方法に関する。既に上で述べたように、急冷及び焼き戻しの過程において、接続要素は１８０℃〜２２０℃、好ましくはおよそ２００℃又は２００℃の温度で焼き戻ししてもよい。
【００６０】
以下において、一例によって本発明を例示的に説明する。上記の説明に照らして、この例に関連して説明される実施形態は、任意に互いに組み合わせるか、又はそれぞれの特徴と結び付けられる利点が一実施形態において重要とならないはずである場合には省略してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明による鋼でできているチェーン・リンクの概略の図である。
【図２】本発明による接続要素の概略の図である。
【図３】円形試料についての引張試験の結果の概略的、定性的な図である。
【図４】様々な特性クラスのスタッド・ボルトについての静的曲げ試験の概略的、定性的な図である。
【図５】様々な特性クラスを有するボルトにおける、−４０℃でのノッチ付き衝撃エネルギーＫＶの概略的、定性的な図である。
【図６】−４０℃の温度における、破断するねじ付きボルトＭ２０に吸収されるエネルギーの概略的、定性的な図である。
【図７】−４０℃における、２つの異なる溝の深さを有する様々な特性クラスのすりわり付きねじに関する、引張試験（ＳＯＤ試験）の結果の概略的、定性的な図である。
【図８】−４０℃及び−６０℃における、溝の深さの関数としての、本発明によるすりわり付きねじに関する、引張試験（ＳＯＤ試験）後の破断荷重及び破断公称応力の概略的、定性的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
揚重、締結、締付け、及び／又は固縛技術の部材の代表である、本発明の鋼でできているチェーン・リンク１を図１に示す。これは例えば鋼のチェーン・リンクであってもよい。本発明による、例えば溶融物の化学分析により決定できる化学組成は重量パーセントで以下の通りである：炭素０．１７〜０．２５％、ニッケル０．００〜０．２５％、モリブデン０．１５〜０．６０％、ニオブ０．０１〜０．０８％及び／又はチタン０．００５〜０．１％及び／又はバナジウム≦０．１６％、アルミニウム０．０２０〜０．０５０％、クロム０．１０〜０．５０％、ケイ素０．１〜０．３％、マンガン１．４０〜１．６０％、リン＜０．０１５％、硫黄＜０．０１５％、銅＜０．２０％、窒素０．００６〜０．０１４％、残りは鉄及び不可避不純物である。
【００６３】
好ましくは、ニッケル含量は０．１０重量パーセント未満、炭素含量は０．２０〜０．２３重量パーセント、モリブデン含量は０．３０〜０．５０重量パーセント、ニオブ含量は０．０１〜０．０６重量パーセント、アルミニウム含量はそれぞれ０から又は０．０２０から０．０４０重量パーセント、クロム含量は０．２０〜０．４０重量パーセント、及び／又はケイ素含量は０．１〜０．２５重量パーセントであってもよい。
【００６４】
特に、ニッケルの２倍の含量（重量パーセント）、チタンのおよそ１．６倍の含量（重量パーセント）、及び／又はバナジウムの１倍の含量（重量パーセント）の総和が最大でおよそ０．１６％重量パーセントであるべきである。
【００６５】
本発明の鋼でできたチェーン・リンク１は、引張強度とノッチ付き衝撃エネルギーとの優れた妥協をもたらす機械的特性を示す。実験的な稼働によって示されるように、本発明の鋼は品質グレード８及び１０の要件を容易に満たす。ニッケルは高価であるのでニッケルの含量が少ないか又は製造プロセスにおいてニッケルを使用しないため、製造の費用効率が高い。特に本発明の鋼は、低温範囲（例えば−４０℃）での高いノッチ付き衝撃エネルギー、及び高温（例えば４００℃）での高い耐焼き戻し性を有する可能性がある。
【００６６】
関連する鋼の規格（例えばＤＩＮ  １７１１５）によって要求される鋼の特性を測定するために、最初にφ１６ｍｍのシリンダーを参照として試験した。８８０℃で約３０分間焼鈍した後、水中で急冷し、その後４５０℃で１時間焼き戻しを行い、空冷した。その後試料のＲｍ値は１２１３ＭＰａ、Ａ５値は１３．１％、Ｚ値は６４％であった。室温においてノッチ付き衝撃強さは約１４０Ｊであった。
【００６７】
９３０℃でおよそ４時間熱処理され水中で急冷された試料は、８〜９の結晶粒サイズを有していた。したがってこの鋼の微細結晶粒は安定性である。
【００６８】
本発明の鋼でできた部材が様々な品質グレードの要件を満たすことを実証するために、出願人は様々な実験を行ってきた。すべての実験はφ１６ｍｍ×４８ｍｍである鋼チェーンを使用して行った。鋼チェーンについての結果は、例えばストップ・ポイント、クランプ、チェーン・ロックなどのような他の典型的な締結、固縛、及び揚重手段に移行させることができる。
【００６９】
試験シリーズ１
第１部では、チェーンを鉄−炭素状態図の臨界点ＡＣ３を上回る温度から焼入れした後に焼き戻しを行い、次いで様々な温度で約１時間焼き戻しを行った。ここで、それぞれ１時間の様々な焼き戻し温度の後、チェーンは表１に示す引張強度及び破断伸びの値を示した。
【００７０】
【表１】
2015501384.tif 000003
【００７１】
焼き戻しの実験は、品質グレード８で必要とされる機械的特性がクリープ領域の開始に至るまでの高温においても維持されていることを実証している。およそ１時間の４００℃の焼き戻し温度では、これは−４０℃でノッチ付き衝撃エネルギーが約１３０ｊであった。したがって、本発明の鋼は低温延性と耐クリープ性の両方を有する。
【００７２】
したがって、表１によれば、このチェーンは品質グレード８のそのような鋼チェーンに必要とされる、３２０ｋＮの最小破断荷重及び８００Ｎ／ｍｍ２の最小耐破断性をそれぞれ実現する。
【００７３】
この試験シリーズによれば、本発明の鋼でできたチェーンはＩＳＯ  ３０７６及びＤＩＮ  ＥＮ  ８１８−２による品質グレード８の機械的要件を満たす。
【００７４】
試験シリーズ２
チェーンを、ＡＣ３を超える温度から焼入れ、焼き戻しし、その後再び３８０℃で約１時間焼き戻しした。それにより、３１％の破断伸びでおよそ４３５ｋＮの引張強度が得られた。このようにチェーンは必要とされるそれぞれ４００ｋＮ及び１０００Ｎ／ｍｍ２の最小破断強度を再加熱後に示す。
【００７５】
試験シリーズ２は、本発明の鋼でできたチェーンがＰＡＳ  １０６１の要件も満たし、したがって、品質グレード１０を有するチェーンに適していることを実証している。
【００７６】
試験シリーズ３
第３の試験シリーズにおいて、チェーン・リンクを、ＡＣ３を超える温度から焼入れした後に１８０℃〜２２０℃の温度で焼き戻しした。そのように処理されたチェーン・リンクはノッチ付き衝撃曲げエネルギーが−４０℃で５０Ｊを超え、−６０℃で約５０Ｊであった。最小破断荷重は４２０ｋＮよりも大幅に高く、４９０ｋＮをわずかに上回った。したがってそのようなチェーン・リンクは非常に低い温度での用途に使用できる。
【００７７】
図２は、ボルトの形態の接続要素１０を例示的に示す。ボルトをはめ合わせ、冷間成形された特に転造ねじの区分２０と共に焼鈍した。
【００７８】
接続要素１０は以下の合金成分を有する鋼でできている：
炭素：０．１５〜０．２５重量％、好ましくは０．２０〜０．２３重量％、
ニッケル０．００〜０．２５重量％、好ましくは０．００〜０．１０重量％、
モリブデン：０．１５〜０．６０重量％、好ましくは０．３０〜０．５０重量％、
ニオブ：０．０１〜０．８重量％、及び／又はチタン：０．００５〜０．０１重量％、及び／又はバナジウム：≦０．１６％、ニオブは好ましくは０．０１〜０．０６重量％であってもよい、
アルミニウム：０〜０．０５０重量％、好ましくは０．０２０〜０．０４０重量％、
クロム：０．１０〜０．５０重量％、好ましくは０．２０〜０．４０重量％、
ケイ素：０．１〜０．３重量％、好ましくは０．１〜０．２５重量％、
マンガン：１．４０〜１．６０重量％、
リン：＜０．０１５重量％、
硫黄：＜０．０１５重量％、
銅：＜０．２０重量％、
窒素：０．００６〜０．０１４重量％。
鋼の残りは鉄及び不可避不純物である。
【００７９】
重量パーセントでニッケルの２倍の含量、それぞれ重量パーセントでチタンのおよそ１．６倍の含量及び／又はバナジウムの１倍の含量の総和は、好ましくは最大でおよそ０．１６％重量パーセントであるべきである。
【００８０】
この鋼について、チェーン・リンクの製造へのその適合性に関して第１の試験シリーズを行った。これらの試験は接続要素１０の製造への適合性も示唆する。
【００８１】
実験１．１
最初にＤＩＮ  １７１１５に従い、参照として上記の鋼でできた直径が１６ｍｍであるシリンダーを試験した。８８０℃で約３０分間焼鈍した後、シリンダーを水中で急冷し、その後４５０℃で１時間焼き戻しを行い、空冷した。その後この試料の引張強度Ｒｍは１２１３Ｎ／ｍｍ２、Ａ５の値は１３．１％、Ｚの値は６４％であった。室温で試料は約１４０Ｊのノッチ付き衝撃強さを有していた。
【００８２】
この実験から、１８０℃〜２２０℃、好ましくはおよそ２００℃の焼き戻し温度において、大幅に高い引張強度Ｒｍの値が実現されると結論づけることができる。そのような焼き戻し温度における引張強度は少なくとも１４００Ｎ／ｍｍ２、特に１５００Ｎ／ｍｍ２を上回り、約１６００Ｎ／ｍｍ２まで、場合によりこれをわずかに上回るはずであり、その結果１４．８、１５．８、及び１６．８の特性クラスを有するボルトを得ることができる。
【００８３】
実験１．２
９３０℃で約４時間熱処理され水中で急冷された試料は、８〜９のＡＳＴＭ結晶粒サイズを示した。したがって、この鋼は微細結晶耐性である。
【００８４】
１８０℃〜２２０℃の焼き戻し温度、及びより短い焼き戻し時間（例えば１時間）では、約ＡＳＴＭ  １０のさらに微細な結晶粒サイズが予測される。約ＡＳＴＭ  １０の結晶粒サイズは、より低い温度及び／又はより短い時間での熱処理によっても実現可能である。
【００８５】
実験１．３
上記の鋼でできた、鋼チェーン、及び他の典型的な締結、固縛、及び揚重手段、例えばストップ・ポイント、クランプ、チェーン・ロックなどが、これらの部材に適した品質グレードを満たすことを実証するために、さらなる試験を行った。これらの実験は、φ１６ｍｍ×４８ｍｍである鋼チェーンを使用して行った。
【００８６】
試験シリーズ１．３．ａ
第１の試験シリーズでは、焼入れ後に鉄−炭素状態図の臨界点ＡＣ３を超える温度で鋼チェーン１６ｘ４８を焼鈍し、その後様々な温度でおよそ１時間焼き戻しした。ここで、様々な焼き戻し温度の後、チェーンは引張強度及び破断伸びに関して表２に示す値を有していた。
【００８７】
【表２】
2015501384.tif 000004
【００８８】
焼き戻しの実験は、鋼が耐クリープ性（耐熱性）であることを実証する。約１時間、４００℃の焼き戻し温度では−４０℃で約１３０Ｊのノッチ付き衝撃エネルギーを確認できたので、接続要素１における上記の鋼は低温延性及び耐クリープ性の両方を有する。表２によって分かるように、焼き戻し温度の低下と共に破断加重は増加し、一方で破断伸びは低下する。
【００８９】
チェーン・リンク内では８００Ｎ／ｍｍ２の最小破断強度が得られる。
【００９０】
試験シリーズ１．３．ｂ
チェーンを、ＡＣ３を超える温度から焼入れ、焼き戻しし、その後再び３８０℃で約１時間焼き戻しした。ここで、チェーン・リンクは３１％の破断伸びで約４３５ｋＮの引張強度を示した。このように再加熱するとチェーンは１０００Ｎ／ｍｍ２の最小破断強度を有する。
【００９１】
試験シリーズ１．３．ｃ
第３の試験シリーズにおいて、チェーン・リンクを、ＡＣ３を超える温度から焼入れした後に１８０℃〜２２０℃の温度で焼き戻しした。そのように処理されたチェーン・リンクはＤＩＮ  ＥＮ  １００４５によるノッチ付きバー衝撃エネルギーＫＶが−４０℃で５０Ｊを超え、−６０℃で約５０Ｊであった。最小破断荷重はチェーン・リンク内で４９０ｋＮをわずかに上回った。また、このことから、接続要素のより多次元的な応力条件を考慮する場合、ボルトのような接続要素において１４００Ｎ／ｍｍ２を超える引張強度Ｒｍ、特に１５００Ｎ／ｍｍ２〜１６００Ｎ／ｍｍ２の引張強度Ｒｍを結論づけることができる。
【００９２】
第２の試験シリーズにおいて、ＡＣ３点を超える温度から鋼を急冷し、次いで１８０℃〜２２０℃で焼き戻しした。この急冷及び焼き戻しの後、断面又は顕微鏡写真ではそれぞれ、試料のラスマルテンサイトの面積パーセントはそれぞれ８５％又は９０％と９８％の間であった。
【００９３】
すべての試料の出発材料はねじ付きボルトＭ２０であった。
【００９４】
実験２．１．ａ
外径が１５ｍｍであるねじ付きボルトＭ２０から作られた円形試料についてのＩＳＯ  ６８９２−１による２０℃の温度での引張試験は、定性的には図２に示す分布をもたらす。
【００９５】
こうして作られた円形試料の引張弾性限ＲＰ０，２は１２５０〜１３５０Ｎ／ｍｍ２である。引張強度Ｒｍは１４００Ｎ／ｍｍ２を上回り、１５００〜１６００Ｎ／ｍｍ２である。
【００９６】
破断伸びＡ５は１３％を超えて最大で１８％までであり、およそ約１５％である。面積減少Ｚは４８％を超えて約５５％までであり、およそ５１％である。
【００９７】
実験２．１．ｂ
高い引張強度Ｒｍを得るために、スタッド・ボルトＭ２０から作られた外径が１５ｍｍである円形試料を約２００℃で焼き戻しした場合、以下の値が得られることになる：Ｒｍ＝１５５０〜１６００Ｎ／ｍｍ２、ＲＰＯ，２＝１３００〜１３５０Ｎ／ｍｍ２、Ａ５＝８〜１２％、Ｚ＝４０〜５０％。
【００９８】
図３による引張試験の結果から、本発明による接続要素が非常に高い引張強度及び同時に室温での高い延性を示すことを結論づけることができる。引張試験の結果に照らして、以下で本発明によるスタッド・ボルトを用いて試験を行う限り、これは特性クラス１５．８に割り当てられる。
【００９９】
実験２．１．ｃ
さらなる実験において、３００℃の焼き戻し温度の後、本発明の鋼でできたボルトＭ２０から同様に切り出されたさらなる円形試料の面積減少Ｚは６０〜７０％の範囲であった。高い焼き戻し温度に起因して、引張強度Ｒｍは１４２５〜１４７５Ｎ／ｍｍ２であった。
【０１００】
実験２．２
図４において、特性クラス８．８、１０．９、１２．９、及び１５．８のスタッド・ボルトＭ２０を用いた静的曲げ試験の結果を定性的に示し、右下には、試験終了時の試料を示す。特性クラス１５．８の本発明による接続要素を、特性クラス８．８、１０．９、及び１２．９の市販の続要素と比較した。
【０１０１】
長さ１２０ｍｍのスタッド・ボルト及び半径が２０ｍｍである鋼の支柱を使用して曲げ試験を行った。スタッド・ボルトを９０°プリズムの傾斜面上に置いた。
【０１０２】
本発明による接続要素ははるかに高い曲げ荷重を吸収できるだけでなく、本発明の接続要素の変形性能はより低い特性クラス１２．９及び１０．９のボルトの変形性能を超えることも分かる。したがって本発明によるボルトＭ２０は２４ｍｍの曲げ変形に耐える。その変形では、特性クラス１２．９及び１０．９のボルトは既に破断していた。
【０１０３】
実験２．３
さらなる実験において、本発明によるねじ付きボルトＭ２０の低温延性を試験した。この目的のために、−４０℃でＩＳＯ１４８−１によるノッチ付きバー衝撃試験を行った。やはりより低い特性クラス（ここでは１０．９及び１２．９）の接続要素と比較した、定性的な結果を図５に示す。
【０１０４】
本発明の接続要素１５．８を用いたこれらの実験に従って得られる、−４０℃で６０Ｊを上回り最大で約６９Ｊまでのノッチ付き衝撃エネルギーＫＶは、本発明のものではない特性クラス１０．９及び１２．９のスタッド・ボルトの同一のＩＳＯ−Ｖ−試料におけるノッチ付き衝撃エネルギーＫＶの値を大幅に上回る。
【０１０５】
このように本発明による接続要素は、より低い特性クラスの低温延性を超える高い低温延性を有する。
【０１０６】
実験２．４
はるかに強度が高いにもかかわらず、より低い特性クラスの低温延性を上回る本発明の接続要素の高い低温延性が図５から理解できる。図６は、−４０℃の試験温度でねじ付きボルトＭ２０が破断する際に吸収されるエネルギーを定性的に示す。
【０１０７】
したがって−４０℃で本発明のねじ付きボルトＭ２０は、特性クラス１０．９及び１２．９のねじ付きボルトＭ２０よりもはるかに大きなエネルギーを吸収する。低温の用途では、本発明による接続要素の過剰な吸収エネルギーは操作の際により高い安全性をもたらす。
【０１０８】
実験２．５
さらなる試験シリーズにおいて、ＳＯＤ試験を用いて、−４０℃でより低い特性クラスの市販の接続要素と比較して本発明の接続要素の延性挙動を試験した。
【０１０９】
ＳＯＤ（「スリット開口変位（Ｓｌｉｔ  Ｏｐｅｎｉｎｇ  Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）」）の実験ではねじ山のコア深さから測定される深さが３．４ｍｍであるいくつかの試料及び深さが６．８ｍｍである他の試料において、割線に平行な溝をボルトＭ２０に掘る（図６を参照）。したがって溝の深さはそれぞれ直径の２０％（溝の深さ３．４ｍｍ）及び４０％（溝の深さ６．８ｍｍ）に相当する。その後ボルトを張力下でひずませる。外径溝の最も深い点の反対側の外径にある歪みゲージによって、引張歪みの増加にと共に溝の開口をモニタリングする。
【０１１０】
ＳＯＤ実験の結果を図７に定性的に示す。
【０１１１】
ボルトの破断に至るまでのボルト１０．９及び１２．９と比較して、最も高い絶対エネルギーが本発明の接続要素によって吸収され得ることが理解できる。
【０１１２】
図７の試験結果からさらに、本発明の接続要素では溝がかなり広がった後に初めて破断が生じていることが理解できる。特性クラス１２．９のボルトＭ２０は、事実上溝の深さには関係なく溝が約０．３ｍｍ広がった後に破断し、特性クラス１０．９のボルトは、同様に事実上溝の深さには関係なく溝が約０．５ｍｍ広がったときに破断するが、上記の鋼でできた本発明による接続要素は０．５ｍｍよりもはるかに大きい、すなわち０．７ｍｍを超えるまでの溝の広がりを許容する。
【０１１３】
ＳＯＤ実験から、−４０℃の温度であっても本発明による接続要素は、−４０℃で損傷のあるストップ・ボルトにおける許容できる基本使用荷重ＷＬＬを下回らないであろうことを結論づけることができる。したがって、許容できる基本使用荷重であるため、引張強度に関して安全係数６がストップ・ボルトに適用される。ストップ・ボルトとして使用される場合に引張強度が１５００ｋＮである特性クラス１５．８のボルトは、したがって最大で１５００ｋＮ／６＝２５０ｋＮしか負荷をかけてはならない。しかし、−４０℃で本発明による接続要素は基本使用荷重に関して３倍を超える安全性の余力がある。この安全性は−６０℃であっても存在する。図８において、引張強度、基本使用荷重ＷＬＬ、及び３倍基本使用荷重に、一点鎖線により印を付けた。
【０１１４】
すべての実験は本発明による接続要素が極めて高い強度と極めて高い低温延性とを併せ持つことを示す。曲げ強度並びにＳＯＤ試料のノッチ付き衝撃エネルギー及び破断強度に関して、本発明の接続要素は既知の接続要素よりも優れている。
【図１】
2015501384.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2015501384.tif 000009
【図６】
2015501384.tif 000010
【図７】
2015501384.tif 000011
【図８】
2015501384.tif 000012
【国際調査報告】
2015501384.tif 000013
2015501384.tif 000014
2015501384.tif 000015
2015501384.tif 000016
2015501384.tif 000017
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