■造船・建築・橋梁用材料特集

FEATURE : Materials for Ships, Buildings and Bridges（論文）

海浜・海岸耐候性鋼板専用高力ボルトの開発
並村裕一＊・茨木信彦＊・稲田＊

鉄鋼部門・神戸製鉄所・条鋼技術部＊＊

淳＊＊・長崎英二＊＊＊
Kobe Steel USA, Inc.

＊＊＊

神鋼ボルト㈱Development of High-strength Bolts for High Performance Weathering Steels
Yuichi Namimura・Nobuhiko Ibaraki・Atsushi Inada・Eiji Nagasaki

Kobe Steel has developed a high-strength bolt especially for coastal weathering steel plate, which does notneed to be painted, even where atmospheric salinity is relatively high. Slip tests and tension creep tests wereused to examine these new high strength F10T bolts, nuts and washers. The results were all within standardvalues. Moreover, these new bolts showed no tendency towards delayed fractures on the practical use of 10T
grade bolts.

まえがき＝橋梁分野では，初期建設コストの低減や維持す。Cu,Ni の配分は高力ボルトとしての加工性，熱処理管理コストの軽減が求められており，最小限の維持管理条件などの製造性を考慮し決定した。

で最大限の長寿命化をめざす「ミニマムメンテナンス橋」

当社の海浜・海岸耐候性鋼板であるスーパータイコーに対する要望が高まってきている。特に，海岸部の橋梁

ルＷにおける Cu ＋ Ni 量が 1.93％であるのに対し，JISや凍結防止剤を散布する橋梁など高塩分環境下にさらさ鋼板用耐候性ボルト用鋼 SNC22BA では Cu ＋ Ni 量がれる場合においても，無塗装使用の実現が望まれている。

0.89％ で あ る。鋼 板 ス ー パ ー タ イ コ ー ル Ｗ に ボ ル ト

そこで飛来塩分量が多く，一般の JIS 耐候性鋼板が適SNC22BA を締付けると，ボルトの腐食電位が鋼板に対し用できない海岸地帯などにおいても無塗装で使用できるて低くなる。そのため鋼板とボルトの間にガルバニック海浜・海岸耐候性鋼板（高耐候性鋼板）が，近年開発さ電池を形成し，ボルトの腐食を促進させる。一方，ボル

れている1）〜3）。しかし，この鋼板をボルトで締結する場

ト用開発鋼 SNB22BAT の Cu ＋ Ni 量は 1.96％であるた

合，一般の鋼製ボルトでは腐食電位が鋼板に対して相対め，鋼板スーパータイコールＷとほぼ同じ腐食電位とな的に低いため，鋼板との間にガルバニック電池を形成し，る。

ボルトの腐食を促進させる可能性がある。そこで鋼板と以下にボルト用開発鋼における基礎特性試験結果とボボルト用材料の起電力をできるだけ同一にする必要があルト特性試験結果について述べる。

る。
本報告では，海浜・海岸耐候性鋼板と同程度の腐食電

80Corrosion
Corrosionof plateof bolt
Coupling current (μA)

位を示す専用高力ボルトを開発したので紹介する4）。

1．成分設計の考え方
海浜・海岸耐候性鋼板の開発過程で，腐食電位や腐食減量などの耐候性能は，Ti 添加を前提とすれば Cu と Niの総和量で良く整理できることがわかっている1）。つまり Ti 添加により，塩化物環境下で生成し耐食性に悪影響を及ぼすとされるβさびを著しく微細化する効果があり，耐食性を向上させる 1）。

6040200−20−40
Cu＋Ni＝1.8〜2.4％−60

そこで Ti 添加ベースでボルト用鋼の Cu+Ni 量を変化−801.6させて板材との間に生じる起電力を評価した結果，図 11.8のように Cu+Ni=1.8 〜 2.4％であれば鋼板とほぼ同等の電気化学特性になることがわかった。この結果をもとに

2.0

2.2

Cu＋Ni(mass％)

表1
試験材の化学成分組成 Chemical compositions of test pieces

Plate

2.6

図 1 板材とボルト間に生じる起電力 Electromotive force between plate and bolt

設計したボルト用開発鋼の化学成分の一例を表 1 に示

Bolt

2.4(mass％)

CSi

Mn

Cr

Ni

CuTi

B

Cu＋Ni

Coastal weathering

0.23

0.30

0.90

0.04

1.44

0.52

0.048

0.0019

1.96

JIS weatheing

0.23

0.14

0.82

0.83

0.47

0.42

0.020

0.00120.89

SNC22BA

Coastal weathering

0.06

0.30

1.11

0.02

0.96

0.97

0.050tr.

1.93

SUPER TAICOR W

JIS weatheing

0.120.28

1.13

0.48

0.190.34

tr.

tr.

0.53

SMA490W

SNB22BAT

神戸製鋼技報/Vol. 52 No. 1（Apr. 2002）

29ピ試験を行った。試験方法は JIS Z 2242 に沿って，試験

2．基礎特性試験

片は JIS Z 2202 の V ノッチ試験片で行った。図 3 に示す

2．
1 焼入性試験

ように，0 〜− 20℃ の範囲では若干 SWRCHB420 の方

表 1 に示す海浜・海岸耐候性ボルト用鋼 SNB22BAT 及が衝撃値は高いものの，− 40 〜− 80℃ の低温域では，び F10T ク ラ ス で 通 常 使 用 さ れ て い る SWRCHB420

SNB22BAT の方が衝撃値は高かった。いずれの鋼種も遷（0.20％ C-B 添加鋼 :Cu ＋ Ni 量≦ 0.05％）を用いて JIS

移温度は約− 30 〜− 40℃ の範囲であり，ほぼ同等の低G 0561 に定める焼入性試験を行った。図 2 に示すように，温衝撃特性を示した。

SNB22BAT は SWRCHB420 に比べ Cu，Ni 量が多く添加

2．
3 遅れ破壊試験されているため，焼入性が良好であった。

F10T レベル（HRC27 〜 38）の鋼製ボルトについては遅れ破壊は起こらないというのが通説 5）であるが，念の2．
2 衝撃特性試験
上記 2．1 と同様に SNB22BAT 及び SWRCHB420 を用ため開発鋼 SNB22BAT の遅れ破壊特性を確認した。試験

いて，F10T 強度レベルに調質後（HRC35），低温シャル方法は，過去に実体曝露試験との相関が最も高かった方

60
Quenching temperature：925℃

SNB22BATSWRCHB420(HRC)

40Hardness

503020100図 2 焼入性試験結果
 Result of hardenability test

0102030
Distance from quenched end of test piece

40(mm)

50200

Charpy impact value(J/cm2 )SNB22BATSWRCHB420
150

SNB22BAT
10050SWRCHB420
0−100

図 3 衝撃試験結果
 Result of impact test

−80−60−40
Temperature−20020(℃)

15R
12.0

W1/2"Kt≒1014.5052

図4

遅れ破壊試験器及び遅れ破壊試験片形状
 Delayed fracture test apparatus andshape of test specimen
30Specimen
259

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

133

681W2W

26.580

230

109

0.03R
7.80

45°

12.7
2292

1 900Nominal applied stress(N/mm2 )

1 800
1 700
1 600
1 500
1 400
SNB22BAT

1 300

SNC22BA
1 200
SWRCHB420

In distilled water
α＝10.0

1 100
1 000

図 5 遅れ破壊試験結果
 Result of delayed fracture test

1Notch tensile
strength

10Time to failure

表2
ボルト・ナット・座金の製造工程
 Process of bolt, nut and plain washer

1 000Forming
Heat
treatment

Heat
treatment

Cold heading

Cold heading

880℃ × 60min

880℃ × 60min

Temper

410℃ × 90min

460℃ × 90minHot heading

Hot heading

Quench1 200℃ → 880℃

1 200℃ → 880℃

Temper

615℃ × 90min

615℃ × 90min

Forming
Plain washer

Heattreatment

Grade bymechanicalproperties of bolt

JIS weathering steel
SNC22BA

QuenchFormingNut

10 000(h)Coastal weathering steel
SNB22BAT

Bolt

表3ボルト試験片の機械的性質




Mechanical properties of bolt testpieces

100

Press working

Press working

Quench

880℃ × 60min

880℃ × 60min

Temper

340℃ × 90min

360℃ × 90min

Proof stress(N/mm2)Tensile strength(N/mm2)

Elongation(％)

Reduction of area(％)

F10T

1 029

1 066

19.669.0Standard≧900

1 000 〜 1 200≧14≧40法として提案されているループ式遅れ破壊試験 6）を採用した。遅れ破壊試験器及び遅れ破壊試験片形状を図 4 に示す。F10T 強度レベルに調質後（HRC35），軸部に応力集中係数 10.0 の鋭い環状切欠きを導入した。その切欠き付試験片を用い，所定応力を負荷後，蒸留水中で遅れ破

表4ボルト製品の機械的性質 Mechanical properties of bolt product
Grade by mechanicalproperties of bolt

Designation of bolt

F10T

M22

Tensile load(kN)318Standard≧ 303

壊試験を行った。
その結果，図 5 に示すように SNB22BAT は切欠破断荷重の 93％にあたる高荷重（1 716N/mm2）においても破断することがなく，優れた耐遅れ破壊性を示した。

3．高力ボルト添接部特性試験
3．
1 試験ボルトの製造方法
表 1 に示す海浜・海岸耐候性ボルト用鋼 SNB22BAT 及
び JIS 鋼板用耐候性ボルト用鋼 SNC22BA を用いて，JIS

表5ナットの機械的性質 Mechanical properties of nut
Grade by mechanicalproperties of nut

Hardness(HRC)

F1025.2

Standard

HRB95 (HRC15.7) 〜 35

表6座金の硬さ Hardness of washer

B 1186 に定める F10T M22 高力六角ボルト，六角ナット，

Grade by mechanicalproperties of washer

Hardness(HRC)

平座金のセットを製作した（写真 1）。ボルト・ナット・

F35

39.9

座金の成形及び熱処理条件を表 2 に示す。
JIS B 1186 に定Standard

35 〜 45める F10T M22 高力六角ボルト，六角ナット，平座金のセットを製作するに際し，SNB22BAT の製造工程は，若これらのボルトを使用し，高力ボルト添接部の特性試干焼戻し温度を低くすることを除き SNC22BA とほぼ同験（すべり係数試験，リラクセ−ション試験）を行った。

じであった。表 3 〜 6 に SNB22BAT で製作したボルト，ボルトは錆安定化処理を施したものと無処理の黒皮材

ナット，平座金の機械的性質を示すが，全て JIS B 1186（裸材）を用いた。鋼板には種々膜厚の無機ジンクリッの規格を満足する製品であった。

チペイント（膜厚：zμm）を施し，錆安定化処理を行っ
神戸製鋼技報/Vol. 52 No. 1（Apr. 2002）31

3．
2 すべり係数試験
図 6 に示した試験体を上記ボルトにて導入軸力 ＝226kN で締結し，締付け直後に引張試験機にて母材がすべりを開始する荷重 を測定した。試験は各サンプルで3 体ずつ行った。すべり係数μは下記の式にて計算した。
μ＝ /（・・） …………………………………（1）（：接合面数＝ 2，：ボルトの本数＝ 2）
その結果，図 7 に示すように SNB22BAT はいずれの条

写真 1 高力六角ボルト，高力ナット，平座金のセット

 Set of high strength hexagon bolt, hexagon nutand plain washers

件でも SNC22BA に比べ同等以上のすべり係数を示した。
3．
3 リラクセーション試験

たボルトでは 50，75，100μm の 3 種類の膜厚のもの，無処理ボルトでは 75μm の膜厚のものを使用した（表前節 3．2 と同様の試験体を別途製作し，締付けから20 日間における軸力の減衰を測定した。減衰率は，7）。

減衰率（％）＝｛1 −（所定時間経過後の軸力 / 締付け直海浜・海岸耐候性ボルト（SNB22BAT）のすべり特性
及びリラクセーション特性は，
JIS 鋼板用耐候性高力ボル後の軸力）｝× 100で算出した。試験は各サンプルで 3 体ずつ行った。
結果を図 8 に示す。いずれの条件でも軸力は 50 時間

ト（SNC22BA）との比較で品質を確認した。

表7

すべり及びリラクセーション
試験サンプルの被膜処理




Coating treatment of slip andrelaxation test samples

Coastal weathering steel SNB22BAT
Weather coatingtreatment (μm)

Non-treatment(μm)

JIS weathering steel SNC22BA
Weather coatingtreatment (μm)

50
Inorganic-zinccoating

Non-treatment(μm)

507575751007510055805510010

φ24.5
Clamping bolts

22t12t図 6 すべり試験体図面
 Slip test specimen assembly
0.900

Slip coefficient

(μ)

0.800

0.700

0.600

0.500
SNB22BAT
0.400

SNC22BAZ：Inorganic-zinc coating

0.300
z＝50μm(56)

図 7 すべり試験結果 Result of slip test

32z＝75μm(77)
Weather coating treatment

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

z＝100μm(104)z＝75μm(77)
Non-treatment( ) Surveyed value

Load12t

Loss of force

(％)

−10
SNB22BAT
01020z＝50μm
Weathercoatingz＝75μmtreatment
z＝100μm
z＝75μm：Non-treatmentLoss of force

(％)

30
−10
SNC22BAz：Inorganic-zinc coating

0102030

図 8 リラクセーション試験結果
 Result of relaxation test

050100150200250
Time (h)

300

350

400

450

500

0.900

Slip coefficient

(μ)

0.800

0.700

0.600

0.500

μ0μ480
SNB22BAT
SNC22BA

0.400
Z：Inorganic-zinc coating0.300

図 9 リラクセーション前後のすべり係数 Slip coefficient before and after relaxtion
test

z＝50μm(54)z＝75μm(78)z＝100μm(104)Weather coating treatmentz＝75μm(80)Non-treatment( ) Surveyed value程度で安定となり，以降の軸力減少は非常に小さかった。ており，実環境での腐食状況を確認していく所存である。

海浜・海岸耐候性ボルト SNB22BAT と JIS 鋼板用耐候性

更に今後，メンテナンスフリーの推進により耐候性鋼

ボルト SNC22BA は，ほぼ同等の減少量であった。
さらに 480h 経過後の試験体を用いて，前節の方法です
べり係数試験を実施した。初期（0h）のすべり係数（μ0）（1）式に各々 0h，及び 480h 後のすべり係数（μ480）は，480h 後の軸力を代入して計算した。ただし荷重 については，μ0，μ480 とも 480h 後のすべり荷重測定値を用いた。結果を図 9 に示す。いずれの条件においても，すべり係数の設計基準である 0.4 を十分に上回った。
むすび＝海浜・海岸耐候性鋼板と電気化学特性が同等な
F10T 高力ボルト用鋼を開発した。焼入性，衝撃特性，遅板の種類や使用が増加すると考えられ，それに対応する専用ボルトの開発が必要だと考えられる。
参 考 文 献1 ） 湯瀬文雄ほか : 土木学会第 55 回年次学術講演会（平成 12 年9 月）,Ⅵ-150.
2 ） 保坂鐵夫ほか : 土木学会第 55 回年次学術講演会（平成 12 年9 月）,Ⅰ-A190.
3 ） 塩谷和彦ほか : 土木学会第 55 回年次学術講演会（平成 12 年9 月）,Ⅰ-A241.
4 ） 保坂鐵夫ほか：土木学会第 56 回年次学術講演会（平成 13 年 10月）,Ⅰ-A233, p.466.
5 ） 松山晋作：熱処理，Vol.25, No.6（1984）, p.327.
6 ） 日本鋼構造協会誌，Vol.6, No52（1970）, p.4.

れ破壊特性などの基礎特性については，F10T 強度として十分使用できることを確認し，また高力ボルト添接部特性では全て従来耐候性鋼と同等以上の評価が得られた。
現在この鋼種を用いたボルトが一部の橋梁に使用され神戸製鋼技報/Vol. 52 No. 1（Apr. 2002）

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