■造船・建築・橋梁用材料特集

FEATURE : Materials for Ships, Buildings and Bridges（技術資料）

高力ボルト
寺門三郎
神鋼ボルト㈱High Strength Bolts
Saburo Terakado

The site connections of bridge or building structures are mainly achieved through the use of high strength
bolt connections. At present various types of high strength bolts are used in such structures. These include
the high strength hexagon bolt, torshear type high strength bolt, hot dip galvanized high strength hexagon
bolt, rustproof high strength bolt, atmospheric corrosion-resistant steel high strength bolt, chloride
environment corrosion-resistant steel high strength bolt, fire-resistant steel high strength bolt, and ultra highstrength bolt. Most of these bolts are in the 10T (1 000 N/mm2) class. However, the strength of the hot dipped
galvanized high strength hexagon bolt is 8T (800 N/mm2), and the ultra high strength bolt is 14T or 15T.
まえがき＝現在，橋梁・建築鋼構造物の継手に高力ボル

高力六角ボルトを写真 1 に示す。

トが広く利用されている。高力ボルトの材料は，主に低ボルト，ナット及び座金の等級の組合わせを表 1 に，炭素ボロン添加鋼が使われていて，ボルトの強度は 10T

ボルト引張試験片の機械的性質を表 2 に，ボルト製品の（1 000N/mm2）である。なお，溶融亜鉛めっき高力ボ機械的性質を表 3 に，ナットの機械的性質を表 4 に，座2

ルトは 8T（800N/mm ）である。

金の機械的性質を表 5 に示す。

施工性の向上や鋼材の多様化などに対処して，高力六ボルトの締付けトルクを算出するのに用いるセットの角ボルト，トルシア形高力ボルト，溶融亜鉛めっき高力

トルク係数値は，JIS 規定により，A 種とＢ種があり，一ボルト，防錆処理高力ボルト，耐候性鋼高力ボルト，耐火鋼高力ボルトなどが使われている。近年，海塩粒子の飛来する地域でも適用できる海浜海岸耐候性鋼高力ボル
トが橋梁に使用されるようになった。また当社は，高性，15T（1 500N/mm2）能鋼に適用する 14T（1 400N/mm2）

表1等級の組合せComponent of set
Component of setBolt

NutWasher

Grade by mechanicalproperty

F10T

F10F35の超高力ボルトの開発に着手している。本文では，これらの高力ボルトについて報告する。

1．高力ボルトの種類
1．
1 高力六角ボルト
高力六角ボルトは，JIS B 1186「摩擦接合用高力六角表2ボルト引張試験片の機械的性質Mechanical properties of test specimen machined from bolt
Grade ofbolt

0.2％ Proof stress(N/mm2)

TS(N/mm2)

El.
(％)

Re.
(％)

F10T

min.900

1 000〜1 200min.14

min.40ボルト・六角ナット・平座金のセット」の F10T に基づ
き JIS 表示許可工場で製造され，ボルト頭部に F10T と表示され，ボルト 1 個，ナット 1 個，座金 2 個を 1 セッ表3ボルト製品の機械的性質Mechanical properties of full-size bolt

トとして，呼び径 M16 〜 M30 が使用されている。
本州四国連絡橋公団は，摩擦接合用太径高力六角ボル
ト規格（案）で F10T・M27，M30，M36 について規定し，太径高力ボルトも使用可としている。

Tensile load (min.)(kN)
Grade ofbolt
F10THardness(HRC)

Nominal size of thread
M16

M20

M22

M24

M27

M30

157245

303

353

459

561

28〜38

表4ナットの機械的性質




Mechanical properties of nut
Grade ofnut
F10Hardness (HRC)
min.

max.

1635

Proof loadSame as tensile load (min.) ofbolt in table 3

表5
座金の機械的性質
Mechanical properties of washer
写真 1 高力六角ボルト
 High strength hexagon bolt
34

KOBE STEEL ENGINEERING REPORTS/Vol. 52 No. 1（Apr. 2002）

Grade of washer

Hardness (HRC)

F3535 〜 45

1．
3

表6セットのトルク係数値




Torque coefficient of set
Class of set according to torque coefficient

Division by lots

溶融亜鉛めっき高力六角ボルト

溶融亜鉛めっき高力六角ボルトは，JIS B 1186 規格のAB

Average value of torquecoefficient of one manufacturing

0.11〜0.15

0.15〜0.19

Standard deviation of one
manufacturingmax. 0.010

max. 0.013

F8T に準拠している。ボルトの材料は，10T と同じものを使用して，10T の焼戻温度（約 420℃）より高い温度（約 480℃）で焼戻し，めっき（温度約 480℃）しても強度が変わらないようにしている。ボルト頭部に F8T と表示し，ボルト 1 個，ナット 1 個，座金 2 個を 1 セットとして使用される。溶融亜鉛めっき高力六角ボルトを写真般に，潤滑性がよい A 種が採用されている。セットのト3 に示す。

ルク係数値を表 6 に示す。

溶融亜鉛めっきは，付着量 550g/m2（めっき膜厚換算：1．
2 トルシア形高力ボルト

約 80μm）以上とし，ナットのねじをめっき前にオーバ

トルシア形高力ボルトは，頭部が丸頭で，ボルト先端タップし，めっき後は，ねじさらいをしない。座金は，部に締付けレンチの反力受けのピンテール部があり，ボめっきの影響を考慮し，硬さ下限値を 25HRC と低くして

ルト 1 個，ナット 1 個，座金 1 個を 1 セットとして使用ある。セットのトルク係数値は，A 種としている。等級する。ボルト，ナット及び座金の機械的性質は，それぞの組合わせを表 9 に，溶融亜鉛めっき後のボルト引張試れ高力六角ボルト（F10T）と同じであるが，ボルト頭部

験片の機械的性質を表10 に，ボルト製品の機械的性質をに S10T と表示し，他のボルトと区別している。トルシ

表11 に，ナットの機械的性質を表12 に，座金の機械的ア形高力ボルトを写真 2 に示す。
建築の場合，（社）日本鋼構造協会の規格 JSS Ⅱ 09「構造用トルシア形高力ボルト・六角ナット・平座金のセット」があり，ボルトメーカが建築基準法に則り大臣認定を取得して製作したものが使用される。道路の場合，（社）日本道路協会の「道路橋示方書・同解説」の規定を満足する 10T・M20 〜 M24 が使用される。
等級の組合わせを表 7 に，セットの締付けボルト軸力を表 8 に示す。

写真 3 溶融亜鉛めっき高力六角ボルト Hot dip galvanized high strength bolt
表9等級の組合せComponent of set
Component of set

Bolt

NutWasher

Grade by mechanical property

F8T

F10F35

表10ボルト引張試験片の機械的性質Mechanical properties of test specimen machined from bolt

写真 2 トルシア形高力ボルト
 Torshear type high strength bolt
表7等級の組合せComponent of set
Component of set

Bolt

NutWasher

Grade by mechanical property

S10TF10F35

Grade ofbolt

0.2％ Proof stress(N/mm2)

TS(N/mm2)

El.
(％)

Re.
(％)

F8T

min.640800〜1 000

min.16

min.45

表11
ボルト製品の機械的性質
Mechanical properties of full-size bolt
Min. tensile load (kN)

表8セットの締付けボルト軸力



Bolt tension of set(kN)

Nominal size Average bolt tension in a set Standard deviation of bolt tensionof thread in one manufacturing lotof a set in one manufacturing lot
M16

110 〜 133

max. 8.5

M20

172 〜 207

max. 13M22

212 〜 256

max. 16

M24

247 〜 298

max. 19M27

322 〜 388

max. 24M30

394 〜 474

max. 30

Grade ofbolt
F8T

Hardness(HRC)

Nominal size of thread
M16

M20

M22

M24

M27

M30

126

196

243

283

368

449

18〜31

表12ナットの機械的性質Mechanical properties of nut
Grade ofnut
F10

Hardness (HRC)
min.

max.

16

35

Proof loadSame as min. tensile load ofbolt in table 11

神戸製鋼技報/Vol. 52 No. 1（Apr. 2002）35心の注意を払っているが，遅れ破壊発生の有無を明確に

表13
座金の機械的性質
Mechanical properties of washer

判断できる評価法の確立が望まれる。

Grade of washer

Hardness (HRC)

高力ボルトの破損は，遅れ破壊のほかに，繰返し荷重F3525 〜 45などによる疲労破壊，過度の載荷などによる延性破壊があり，それぞれの破壊は，ボルトの破面を観察すること

表14セットのトルク係数値

Torque coefficient of set
Division by lotsにより判別できる。遅れ破壊破面を写真 4，疲労破壊破面を写真 5，延性破壊破面を写真 6 に示す。

Class of set according to torque coefficientA

Average value of torquecoefficient of one manufacturing

0.11〜0.15

Standard deviation of onemanufacturingmax. 0.010

性質を表13 に，セットのトルク係数値を表14 に示す。

2．高力ボルトの材料
高力ボルトの材料は，高力ボルトが製造された初期にクロム鋼（SCr4），クロムモリブデン鋼（SCM3）など合金鋼 1） が用いられたが，冷間加工性の向上，油焼入から水焼入への熱処理変更，遅れ破壊対策などから，いくつかの変遷があり，現在では，低炭素ボロン添加鋼（21ATBAなど）が主流になっている。使用鋼材に合わせた耐候性鋼
高力ボルト（SNC22BA），耐火鋼高力ボルト（SCM822AFT），

写真 4 遅れ破壊破面 SEM micrograph of delayed fracture surface

海浜海岸耐候性鋼高力ボルト（SNB22BAT）などもあり，材料の化学成分の例を表15 に示す。

3．高力ボルトの遅れ破壊
高力ボルトは，ボルト成形後に熱処理（焼入・焼戻）を施すが，強度を 11T 以上にすると，水素脆性や応力腐食などに起因する遅れ破壊により，部材及び高力ボルトに外力が加わらなくても，突然ボルトが脆性的に破損することがある。
高力ボルトの遅れ破壊は，13T（1 300N/mm2）で施工後早い時期に発生し，11T で施工後数カ月から十数年を経て発生しており，年数が経過しても遅れ破壊が収斂しないことが知られている。遅れ破壊するとボルトが破損して落下するので，第三者傷害や器物の損傷などの危険があり，継手部に防護ネットを張るとかボルトを取替えるなどの処置が必要となる。
現在，10T（1 000N/mm2）以下の高力ボルトには遅れ破壊の心配が無いと考えられているので，10T が採用されている。遅れ破壊について十分研究された材料を使用

写真 5 疲労破壊破面
 SEM micrograph of fatigue fracture surface

し，製品の引張強さや硬さ，熱処理条件の選定などに細表15

高力ボルトの材料の化学成分の例

Examples of Chemicalcompositions of material
for high strength bolt

36

Grade of bolt

Material

Chemical compositions
CSiMnPSCr(mass％)

NiMoCuTiBAl

F8T
F10T, S10T

21ATBA

0.21 0.07 0.89 0.019 0.010 0.14 0.01−0.01−0.0011

add

F10T・W
S10T・W

SNC22BA

0.23 0.14 0.82 0.012 0.017 0.83 0.47

−0.42−0.0011

add

F10T・NW
S10T・NW

SNB22BAT

0.23 0.30 0.90 0.011 0.013 0.04 1.44

−0.52

add0.0011

add

F10T・FRS10T・FRSCM822AFT

0.23 0.18 0.84 0.011 0.011 1.10 0.02 0.31 0.01

KOBE STEEL ENGINEERING REPORTS/Vol. 52 No. 1（Apr. 2002）

add N:0.011

Ni などが適量添加されている。
耐候性鋼は，P，Cu，Cr などを含む緻密な非晶質層が地鉄上に切目なく存在し，かつ，この非晶質層は水や酸素が透過しにくいため後続の腐食反応が起き難くなり，防食効果を発揮する。しかし，海塩粒子が飛来したり，湿潤な環境などでは非晶質層が生成するより早く錆流出が生じ，錆が安定しない場合があり，使用箇所は検討を要する。この錆流出を抑えると同時に安定錆を生成させるために，ボルトにりん酸塩処理などの下地処理を施した後に安定錆を生成させる塗料を塗布する錆安定化処理
耐候性鋼高力ボルトも製造されている。錆安定化処理の処理工程は，つぎのとおりである。
ボルト：りん酸塩被膜処理→錆安定化塗料塗布処理
ナット：りん酸塩被膜処理→特殊プライマＢ塗布処理
座金：りん酸塩被膜処理→錆安定化塗料塗布処理

裸使用の大気曝露試験結果を図 1 に示す。
4．
3

写真 6 延性破壊破面
 SEM micrograph of ductile fracture surface

海浜海岸耐候性鋼高力ボルト

飛来塩分量が多く一般の耐候性鋼が適用できない海浜海岸地帯などにおいても，裸使用及び錆安定化処理を施して適用できる海浜海岸耐候性鋼が開発され，それに用

4．特殊な高力ボルトいる海浜海岸耐候性鋼高力ボルトが製造されている。ボ4．
1 防錆処理高力ボルト

ルト頭部に，高力六角ボルトは F10T・NW，トルシア形

海上などに架ける長大橋では，高力ボルト継手の施工

高力ボルトは S10T・NW と表示する（詳細は，本号 P.29

後，本塗装までに数カ月を要することがあり，その間に「海浜・海岸耐候性鋼板専用高力ボルトの開発」参照）。

ボルトが発錆し，塗装時の塗装下地処理に多くの手間を

4．
4 耐火鋼高力ボルト必要とするだけでなく，下地処理が不完全になると塗装2）効果が低下する恐れがある。防錆処理高力ボルト は，建築鋼構造物は，火災時に熱で鋼材強度が下がり，建築物としての耐力が低下するので，建築物の安全性を確ボルト製作時に処理を施し，つぎの条件を具備している。

120
Weathering steel②遅れ破壊を誘起する恐れが無い。

Conventional steel

る。
④締付け時に共回りがない。
⑤締付け機器などにより塗膜が剥離せず堅牢である。
⑥本塗装下地として上塗り塗装との付着性がよい。
⑦処理コストがボルトセット価格に比して著しく高価

Corrosion loss

③セットのトルク係数値が JIS B 1186 の A 種を満足す(mg/cm2 )①施工後 6 カ月から 1 年の防錆効果を有する。になっていない。

804000

防錆処理の処理工程は，つぎのとおりである。
ボルト：りん酸塩被膜処理→特殊プライマ A 塗布処理
ナット：りん酸塩被膜処理→特殊プライマＢ塗布処理

た防錆処理トルシア形高力ボルトも橋梁などに使用されているが，ピンテール溝破断部は，締付け後，防錆塗料でタッチアップする。ボルト頭部の表示は，防錆処理前のまま（F10T，S10T など）である。
4．2 耐候性鋼高力ボルト(mg/cm2 )また，同様な防錆処理をトルシア形高力ボルトに施し

8040
Weathering steel

鋼構造物のメンテナンスコストを低減するための一つの方法として，耐候性鋼を裸使用している。耐候性鋼を使用する部材には，耐候性鋼高力ボルトを使用し，ボルト頭部に，高力六角ボルトは F10T・W，トルシア形高力ボルトは S10T・W と表示する。ボルトの材料は，一般の高力ボルトの材料をベースに耐候性有効成分の Cu，Cr，

3120

Corrosion loss

座金：ブラスト処理→ジンクリッチペイント塗布処理

12
Exposed period (year)(a) Industrial area

Conventional steel
00

12
Exposed period (year)(b) Seashore Industrial area3

図 1 大気曝露試験結果
 Result of exposure test of weathering steel
神戸製鋼技報/Vol. 52 No. 1（Apr. 2002）

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KCH21ATBAて，所定の耐火被覆を施すことが建築基準法で義務づけ

2 500られている。しかしながら，建築業界では，設計面での室空間の有効利用，施工面での人手不足対策や工期短縮などから耐火被覆の大幅な削減や無耐火被覆へのニーズは高いものがある。建設省（現国土交通省）が中心となって行った総合技術開発プロジェクト「建築物の防火設計法の開発」により，鉄骨建築物の火災時の安全性を評価する新耐火設計法が新設され，建築構造用耐火鋼（鋼材温度 600℃ における耐力が常温規格値の 2 ／ 3 以上をNominal applied stress (N/mm2)

実なものとするため，その用途，建設される地域に応じTest condition : in distilled water
F12T

2 000

1 500

F10T

1 000

500

10T
12T

00.01有する鋼材，通称 FR 鋼）を使用することによって，耐0.1

火被覆の厚さを大幅に軽減したり，場合によっては，無には，耐火鋼高力ボルトを使用する。耐火鋼高力ボルト
継手部は，高温になると高力ボルトの導入軸力が弛緩するので，材間摩擦力の低下により「すべり」を生じ，このすべりが起こった後は，ボルトがせん断接合状態になり，耐力を有するものである。ボルト頭部に，高力六角ボルトは F10T・FR，トルシア形高力ボルトは S10T・FR，溶融亜鉛めっき高力六角ボルトは，F8T・FR と表示する。
耐火鋼の高温引張特性を図 2 に示す。

1 000

Test condition : in distilled water
F14T

2 000

1 500

F15T

1 000

500

00.01

鋼構造材の高性能化に伴い，高力ボルトの高強度化要ているものの，11T 以上では遅れ破壊する危険性があり，100(h)2 500

4．
5 超高力ボルト
望が高まっている。JIS B 1186 に 11T 強度まで規格化され10KNDS

Nominal applied stress (N/mm2)

耐火被覆にすることが可能になった。建築構造用耐火鋼

1Time to fracture

14T
15T0.1

110Time to fracture100

1 000(h)図 3 遅れ破壊試験結果
 Results of delayed fracture test

11T は，なるべく使用しないよう括弧付きになっている。
更に 14T，15T と超高力ボルトの強度があがるほど遅れ試験結果を図 3 に示す。

破壊する危険性は高くなる。その一方で，現在遅れ破壊を克服した 14T 超高力ボルトが紹介 4）されており，一部むすび＝橋梁，建築の鋼構造物に用いる高力ボルトとしの建築構造部に採用されている。高性能化の市場ニーズて，太径高力ボルト，トルシア形高力ボルト，溶融亜鉛があり，鋼材メーカは高強度用鋼を開発している。

めっき高力ボルト，防錆処理高力ボルト，耐候性鋼高力

高力ボルトの遅れ破壊は，応力集中するねじ部や首下ボルト，耐火鋼高力ボルトなど，当社は，多様な市場ニー部に多発しているが，ボルト軸部からも発生しているのズに応えてきた。この度，高性能化の求めに応じて，超で，当社は現行の高力ボルトの仕様も考慮し，耐遅れ破高力ボルトの製品化に着手した。遅れ破壊発生機構を解壊性に優れた材料 5）を用いて，14T 及び 15T 高力ボルト明し，遅れ破壊発生有無を明確に判断できる評価法を確の製品化に着手した。10T，12T，14T，15T の遅れ破壊立する一翼を担い，安心できる高力ボルトを市場に提供する所存である。

Tensile strength, Yield strength(N/mm2)

1 200

参 考 文 献1 ） 田島二郎：高力ボルト摩擦接合概説，（1966）, p.19. 技報堂
2 ） 松山晋作ほか：海洋性環境における防錆高力ボルトのばくろ試
験，鉄道技術研究報告，No.1320（1986）, p.38. 鉄道技術研究所
3 ） 日本鋼構造協会：高力ボルトの遅れ破壊，JSSC vol.15, No.158（1979）, p.42.
4 ） 永田匡宏：日本ねじ研究協会誌，32 巻 2 号（2001）, p.33.
5 ） R&D 神戸製鋼技報，Vol.50, No.1（2000）, p.41.

1 000
800
600
FR steel-TS
FR steel-YS
Conventional steel-TS
Conventional Steel-YS

40020000100200300400
Temperature

500(℃)

600700800

図 2 耐火鋼の引張特性 Relationship between temperature and strength of FRsteel

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KOBE STEEL ENGINEERING REPORTS/Vol. 52 No. 1（Apr. 2002）