(57)【要約】【課題】  耐遅れ破壊特性に優れた高強度機械構造用鋼部品の製造方法及び高強度機械構造用鋼部品を提供する。【解決手段】  重量％で、Ｃ：０．３０〜０．５０、Ｓｉ：０．０５−０．３０、Ｍｎ：０．２０〜０．６０、Ｐ：０〜０．０１５、Ｓ：０〜０．０１０、Ｃｒ：１．００〜１．３０、Ｍｏ：０．４０〜１．００の範囲で各元素を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物よりなる鋼を機械構造用鋼部品に成形する工程と、該成形品に対して塩酸浸漬処理を行い、塩酸浸漬処理後の腐食減量率を０．１重量％以上とする工程を有することを特徴とする耐遅れ破壊特性に優れた高強度機械構造用鋼部品の製造方法。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、Ｃ：０．３０〜０．５０、Ｓｉ：０．０５−０．３０、Ｍｎ：０．２０〜０．６０、Ｐ：０〜０．０１５、Ｓ：０〜０．０１０、Ｃｒ：１．００〜１．３０、Ｍｏ：０．４０〜１．００の範囲で各元素を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物よりなる鋼を機械構造用鋼部品に成形する工程と、該成形品に対して塩酸浸漬処理を行い、塩酸浸漬処理後の腐食減量率を０．１重量％以上とする工程を有することを特徴とする耐遅れ破壊特性に優れた高強度機械構造用鋼部品の製造方法。
【請求項２】
前記材料鋼を機械構造用鋼部品に成形する工程が、リンを含まない潤滑剤を用いて機械構造用鋼部品に成形するものであることを特徴とする請求項１に記載の耐遅れ破壊特性に優れた高強度機械構造用鋼部品の製造方法。
【請求項３】
塩酸浸漬処理後のＥＰＭＡ分析による前記鋼部品の表面Ｍｏ濃度を、１．５重量％以上とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の耐遅れ破壊特性に優れた高強度機械構造用鋼部品の製造方法。
【請求項４】
前記機械構造用鋼部品に成形する工程後であって前記塩酸浸漬処理工程前に、焼入れ処理を行い、焼きもどす工程を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の耐遅れ破壊特性に優れた高強度機械構造用鋼部品の製造方法。
【請求項５】
前記塩酸浸漬処理工程後、焼入れ処理を行い、焼きもどす工程を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の耐遅れ破壊特性に優れた高強度機械構造用鋼部品の製造方法。
【請求項６】
前記機械構造用鋼部品がボルトであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の耐遅れ破壊特性に優れた高強度機械構造用鋼部品の製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載の製造方法により製造された耐遅れ破壊特性に優れた高強度機械構造用鋼部品。
【請求項８】
前記機械構造用鋼部品がボルトであることを特徴とする請求項７に記載の耐遅れ破壊特性に優れた高強度機械構造用鋼部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐遅れ破壊特性に優れた高強度機械構造用鋼部品の製造方法、及びこれにより製造された高強度機械構造用鋼部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や産業機械の高性能化、軽量化、また建築構造物の大型化に伴い、ボルト等の機械構造用鋼部品に用いる高強度鋼の開発が要求されてきている。
【０００３】
現在一般に高強度ボルト用鋼として使用されている鋼種はＪＩＳに規定されているＳＣＭ４３５、ＳＣＲ４３５等の低合金構造用鋼であり、焼入れ、焼もどし処理を施すことによって製造されている。しかし、これらの鋼種は、引張強さが１２００ＭＰａを超えると耐遅れ破壊特性が急激に低下し、ボルトの使用中に遅れ破壊による破断を生じる危険が増大するため、このレベル以上の高強度化は実用上不可能であった。
【０００４】
耐遅れ破壊特性の改善を目的とした高強度ボルト用鋼は、幾つか提案されている。例えば、下記特許文献１には、Ｍｏ及び／又はＶを０．１５〜０．８０％含む鋼材のフェライト面積率、伸線後のフェライト粒のアスペクト比、及び焼入れ焼き戻し条件を規定することにより、遅れ破壊感受性を低減させている。しかし、このボルト用鋼でも、エンジンのコンロッドボルト等の酸性度の高い環境で使用される部品では、ボルト表面の腐食反応で発生する水素の侵入を抑制できず、遅れ破壊が発生する。
【０００５】
又、下記特許文献２には、高強度ボルト用母材の潤滑処理として、従来、耐遅れ破壊性に悪影響を与える浸燐が問題となっていた燐酸亜鉛処理に置き換わる潤滑剤として二硫化モリブデンを用いた潤滑処理方法が開示されている。しかし、潤滑剤へのＭｏ添加は、その後の焼入焼戻し処理により潤滑皮膜が飛散してしまうため、ボルト表面にはＭｏ層が形成されず、耐遅れ破壊性を向上する効果はない。
【０００６】
このように、機械部品や建築構造物の軽量化、高性能化の観点からは、ボルトの強度レベルは高ければ高いほど好ましいが、耐遅れ破壊特性が低下するため、十分な強度レベルの高強度ボルトは実用化されていない。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２８８５１３号公報
【特許文献２】特開平１１−５００８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は以上のような課題を解決し、耐遅れ破壊特性に優れた高強度機械構造用鋼部品の製造方法及び高強度機械構造用鋼部品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】
【０００９】
本発明者は、高強度機械構造用鋼部品に対して塩酸浸漬処理を行い、塩酸浸漬処理後の腐食減量率を０．１重量％以上とすることにより、耐遅れ破壊特性に優れた高強度機械構造用鋼部品が得られることを見出し、本発明に到達した。
【００１０】
即ち、第１に、本発明は、耐遅れ破壊特性に優れた高強度機械構造用鋼部品の製造方法の発明であり、Ｍｏを０．４０〜１．００重量％の範囲で含有する鋼に対して塩酸浸漬処理を行い、塩酸浸漬処理後の腐食減量率を０．１重量％以上とする工程を有することを特徴とする。塩酸浸漬処理により機械構造用鋼部品の表面でＦｅが溶解し、鉄より腐食電位が貴なＭｏが表面に堆積する。Ｍｏ堆積層は酸性度の高い環境で使用される場合、腐食により発生した水素が表面から侵入するのを抑制し、遅れ破壊を防止する。
【００１１】
塩酸浸漬処理は、鋼を、リンを含まない潤滑剤を用いて機械構造用鋼部品に成形する工程の後に行う。ここで、リンを含まない潤滑剤としては、石灰、金属石鹸、蓚酸塩、硫酸塩、ホウ酸塩、ケイ酸塩、モリブデン酸塩、無機質、硫黄、二硫化モリブデン、黒鉛等が好ましく例示される。
【００１２】
又、本発明においては、塩酸浸漬処理後のＥＰＭＡ分析による鋼部品の表面Ｍｏ濃度を１．５重量％以上とすることが、耐遅れ破壊特性の点で顕著な臨界性を有する。
【００１３】
塩酸浸漬処理は焼入れ、焼戻しの前後いずれでも良い。即ち、（１）鋼を機械構造用合金鋼部品に成形する工程後であって前記塩酸浸漬処理工程前に、焼入れ処理を行い、焼戻す工程を有する場合と、（２）塩酸浸漬処理工程後、焼入れ処理を行い、焼戻す工程を有する場合のいずれでも良い。
【００１４】
第２に、本発明は、耐遅れ破壊特性に優れた高強度機械構造用鋼部品の発明であり、Ｍｏを０．４０〜１．００重量％の範囲で含有する鋼に対して塩酸浸漬処理を行い、塩酸浸漬処理後の腐食減量率を０．１重量％以上とした機械構造用鋼部品である。
機械構造用鋼部品としては、具体的には、ボルトが好ましく例示される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、耐遅れ破壊特性に優れた高強度機械構造用鋼部品が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の材料鋼の化学成分の限定理由を記す。
【００１７】
Ｃは、引張強さを確保するために必要な元素であるが、０．３０％未満では１１００ＭＰａ以上の強度を確保するためには焼戻し温度を低くする必要があり、この場合、焼戻し温度が脆性温度域にかかるため、耐遅れ破壊性が低下する。一方、０．５０％を超えて過多に含有すると靭性が低下して耐遅れ破壊性が低下する。したがって、Ｃ含有率は、０．３０〜０．５０％の範囲とする。
【００１８】
Ｓｉは、溶製時に脱酸剤及び脱硫剤として作用する。しかし、０．３０％を超えて過多に含有すると、焼入れ処理時の粒界酸化が助長され、酸化層が応用力集中源となって耐耐遅れ破壊性を低下させる。一方、０．０５％未満まで低減させようとすると逆にコスト高となるため、Ｓｉ含有量は、０．０５〜０．３０％の範囲とする。
【００１９】
Ｍｎは、焼入性を向上させ、引張強さを確保する元素であり、その効果を発揮させるためには０．２０％以上含有させる必要である。しかし、０．６０％を超えて過多に含有すると、Ｐの粒界偏析を助長させ耐遅れ破壊性を低下させる。
【００２０】
Ｐは、粒界に偏析し、粒界を脆化させて耐遅れ破壊性を低下させるため、０．０１５％以下に限定する。
【００２１】
Ｓは、ＭｎＳを生成し、水素誘起割れの集中源となりやすいため、０．０１０％以下に限定する。
【００２２】
Ｃｒは、焼入性を向上させ、引張強さと靭性をバランスよく高める元素であり、その効果を発揮させるためには１．００％以上含有させる必要である。しかし、１．３０％を超えて過多に含有すると、変形抵抗が高くなりすぎて、ボルト冷間圧造時の型寿命を低下させる。
【００２３】
Ｍｏは、靭性を向上させるとともに、銅中への水素の浸入を抑制する元素であり、その効果を発揮させるためには０．４０％以上含有させる必要がある。しかし、１．００％を超えて過多に含有すると変形抵抗が高くなりすぎて、ボルト冷間圧造時の型寿命を低下させる。
【００２４】
本発明の塩酸浸漬処理により、ボルト表面で鉄が溶解し、鉄より腐食電位が貴なＭｏがボルト表面に堆積する。このＭｏ堆積層は、酸性度の高い環境（例えば、エンジンのブローバイガスに曝されるクランクケース内及び排気管内など）で使用される場合、腐食により発生した水素がボルト表面から侵入するのを抑制し、遅れ破壊を防止する。
【実施例１】
【００２５】
表１に示す供試材を用い、図１に示すボルトを図２に示す製造方法にて作成した。各供試材の焼入焼戻し条件と焼入焼戻し後の硬さ測定結果を表２に示す。いずれの供試材もＨＶ４５０の狙い硬さをほぼ満足していた。各供試材の塩酸浸漬処理条件と塩酸浸漬処理後の腐食減量率及びＥＰＭＡ分析による表面Ｍｏ濃度を表３に示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
【表２】
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【００２８】
【表３】
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【００２９】
図２の製造方法にて作成した図１のボルトについて、酸性度の高い環境下での水素侵入性を評価した。３５％塩酸に３０分浸漬後、昇温ガスクロ法によりボルト中に侵入した水素量を測定した結果を表４に示す。
【００３０】
表４の結果より、Ｍｏを０．４０％以上含有するＡ〜Ｆ鋼を塩酸浸漬処理により腐食減量率０．１％以上とした供試材Ｎｏ．１〜６は、侵入水素量が０．１ｐｐｍ未満となり水素測定検出限界値を下回った。
【００３１】
更に、図２の製造方法にて作成した図１のボルトを各１０本用意し、３５％塩酸に３０分浸漬後、直ちに１３５０ＭＰａの引張応力を負荷しながら２００時間保持し、遅れ破壊発生率を調査した。その結果を表４に示す。
【００３２】
【表４】
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【００３３】
表３及び表４の結果より、腐食減量率が０．１％以上であり、表面Ｍｏ濃度が１．５％以上である供試材Ｎｏ．１〜６は、遅れ破壊による折損が発生しなかった。
【００３４】
図３に、上記各表から求められるＭｏ含有量と侵入水素量の関係を示す。図３より、Ｍｏ含有量が０．４％以上になると、侵入水素量が水素測定検出限界値である０．１ｐｐｍ未満となることが分かる。又、図４に、上記各表から求められるＭｏ含有量と遅れ破壊発生率（１０本中何％が破壊したか）の関係を示す。図３の侵入水素量と関係して、Ｍｏ含有量が０．４％以上になると、遅れ破壊が発生しないことが分かる。
【実施例２】
【００３５】
表１に示す供試材を用い、図１に示すボルトを図５に示す製造方法（図２における焼入焼戻しと塩酸浸漬処理の順序を変更した製造方法）にて作製した。各供試材の焼入焼戻し条件と焼入焼戻し後の硬さ測定結果を上記表２に示す。いずれの供試材もＨＶ４５０の狙い硬さをほぼ満足していた。各供試材の塩酸浸漬処理条件と塩酸浸漬処理後の腐食減量率及びＥＰＭＡ分析による表面Ｍｏ濃度を表５に示す。
【００３６】
図５の製造方法にて作製した図１のボルトについて、酸性度の高い環境下での水素侵入性を評価した。３５％塩酸に３０分浸漬後、昇温ガスクロ法によりボルト中に侵入した水素量を測定した結果を表６に示す。
【００３７】
表５の結果より、Ｍｏを０．４０％以上含有するＡ〜Ｆ鋼を塩酸浸漬処理により腐食減量率０．１％以上とした供試材Ｎｏ．２１〜２６は、侵入水素量が０．１ｐｐｍ未満となり水素測定検出限界値を下回った。
【００３８】
更に、図５の製造方法にて作製した図１のボルトを各１０本用意し、３５％塩酸に３０分浸漬後、直ちに１３５０ＭＰａの引張応力を負荷しながら２００時間保持し、遅れ破壊発生率を調査した。その結果を表６に示す。
【００３９】
【表５】
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【００４０】
【表６】
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【００４１】
表５及び表６の結果より、腐食減量率が０．１％以上であり、表面Ｍｏ濃度が１．５％以上である供試材Ｎｏ．２１〜２６は、遅れ破壊による折損が発生しなかった。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明により、耐遅れ破壊特性に優れた高強度機械構造用鋼部品が製造される。特に、ボルトに用いることで、機械部品や建築構造物の軽量化、高性能化に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施例及び比較例で供試材より作製したボルトの形状。
【図２】本発明のフロー図。
【図３】Ｍｏ含有量と侵入水素量の関係を示す。
【図４】Ｍｏ含有量と遅れ破壊発生率の関係を示す。
【図５】本発明の他のフロー図。
【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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