耐延迟断裂性和螺栓成形性优异的高强度螺栓用钢和螺栓的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及汽车和各种工业机械等所用的螺栓用钢，和使用该螺栓用钢得到的螺 栓。特别是涉及即使抗拉强度在UOOMPa以上，仍发挥着优异的耐延迟断裂性和螺栓成形性 的作为高强度螺栓的原材有用的螺栓用钢和高强度螺栓。
【背景技术】
[0002] 作为一般的螺栓用钢，特别通用的是SCM435、SCM440等的JIS规格钢。然而，在这些 普通钢中存在的问题是，若抗拉强度为llOOMPa以上，则使用一段期间后，容易突然发生脆 性断裂这种所谓的延迟断裂。因此，以改善针对于延迟断裂的特性为目的，即以改善耐延迟 断裂性为目的，提出有实现了回火软化阻抗提高的高强度螺栓用钢。
[0003] 例如，在专利文献1中提出有一种技术，其通过用Mo系化合物、Ti系化合物、V系化 合物、以及含有从Mo、Ti、V中选择的两种以上的元素的碳化物和氮化物等的复合化合物，使 大小为50nm以下的复合化合物适量分散在钢中，从而提高耐氢脆化特性，改善耐延迟断裂 性。
[0004] 另外在专利文献2、3中提出有一种技术，其是通过适当调整钢的化学成分组成，并 且适当调整螺栓制造时的淬火?回火条件，从而改善耐延迟断裂性的技术。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1:日本特开平10-17985号公报 [0008] 专利文献2:日本特开2004-84010号公报 [0009] 专利文献3:日本特开2007-31734号公报
[0010] 如上述，通过使碳化物、氮化物等的复合化合物大量地析出而使氢捕获点生成，或 筹划螺栓的制造工序而使回火软化阻抗增加，由此能够一定程度地改善耐延迟断裂性。然 而，若螺栓的使用环境变得更加严酷，则相比由碳化物、氮化物进行的氢捕获中能够使之无 力化的极限氢量而言，从使用环境侵入到螺栓中的侵入氢量超过这一极限，成为延迟断裂 的原因的扩散性氢增加，由此达到断裂。
[0011] 在上述专利文献1中，水中施加恒定载荷而评价延迟断裂性，在上述专利文献2中， 通过在盐酸中浸渍一定时间之后，在大气中负荷恒定载荷，由此评价耐延迟断裂性。但是， 无论什么情况，如果评价的环境更加严酷，则耐延迟断裂性仍有可能降低。
[0012] 另一方面，上述专利文献3涉及抗拉强度为1400MPa以上，耐延迟断裂性优异的高 强度螺栓。但是，若抗拉强度为1400MPa以上，则在钢材的腐蚀和氢进入同时进行的严酷的 环境中，耐延迟断裂性有可能降低。另外，在上述专利文献3中，因为需要付与螺钉底部以压 缩残余应力，所以有招致制造成本增大的可能性。
[0013] 如此，在为了改善耐延迟断裂性而至今所提出的现有技术中，在严酷的环境下的 耐延迟断裂性均说不上充分。
【发明内容】
[0014] 本发明着眼于上述这样的情况而形成，其目的在于，提供一种高强度螺栓用钢和 由上述螺栓用钢得到的螺栓，该螺栓用钢可以制造在维持螺栓所要求的高强度的状态下， 即使在向螺栓侵入的氢量、腐蚀量多的严酷的环境下，也能够发挥充分的耐延迟断裂性，而 且螺栓成形性也良好的螺栓。
[0015] 能够解决上述课题的本发明的高强度螺栓用钢，在以下方面具有要旨：以质量％ 计，分别含有C:0.10~0.30% ("质量％"的意思，涉及化学成分组成以下均同）、Ni :0.4~ 0.7%、Si:0%以上且0.2%以下、Mn:0.3~0.8%、P:高于0%并在0.03%以下、S:高于0%并 在0.03% 以下、Cr:0.8~1.2%、Mo:0.8~1.5%、V:0.05~0.13%、Ti :0.02~0.08%、Al: 0.01~0.1 %、N:0.001~0.01 %，余量由铁和不可避免的杂质构成，并且，满足下述（1)式和 (2)式。
[0016] 0.85 < [C] + [Si]/7+[Mn]/5+[Ni]/20+[Cr]/9+[Mo]/2< 1.3---(1)
[0017] [C]-(0.07X[M0]+0.20X[V]) < 0.20---(2)
[0018] 其中，[(：]、[31]、[111]、[附]、[0]、[10]和[￥]分别表示以质量％计的(：、31、111、·、 〇、]?0和￥的含量。
[0019] 在本发明的高强度螺栓用钢中，根据需要，还含有Cu:高于0%并在0.70%以下也 有用。通过Cu的添加，耐延迟断裂性得到进一步改善。
[0020] 另外，能够解决上述课题的本发明的耐延迟断裂性优异的高强度螺栓，是使用上 述的高强度螺栓用钢得到的螺栓，旧奥氏体晶粒度的晶粒度号数为1〇.〇以上。
[0021] 另外，能够解决上述课题的本发明的耐延迟断裂性优异的高强度螺栓，使用上述 的高强度螺栓用钢，通过以880~960°C淬火，进行550~650°C的回火而取得，抗拉强度满足 1100~1400MPa 〇
[0022] 根据本发明，通过一边使钢中的化学成分组成满足既定的关系式一边对其严密地 规定，能够得到耐延迟断裂性和螺栓成形性优异的高强度螺栓用钢。通过对于这样的高强 度螺栓用钢以既定的淬火·回火条件进行热处理，能够在维持螺栓所要求的高强度的状态 下，得到即使在侵入氢量多的严酷的环境下也能够发挥充分的耐延迟断裂性，而且显示出 良好的螺栓成形性的高强度螺栓。因此，本发明的高强度螺栓用钢，作为耐延迟断裂性和螺 栓成形性优异的高强度螺栓的原材极其有用。
【附图说明】
[0023]图1是表示拉伸试验用试验片的形状的模式图。
[0024]图2是表示腐蚀试验用试验片的形状的模式图。
[0025]图3是表示延迟断裂试验用试验片的形状的模式图。
[0026]图4是表示压缩试验用试验片的形状的模式图。
【具体实施方式】
[0027]本发明者们，为了改善螺栓用钢的耐延迟断裂性，从各种角度进行研究。可知延迟 断裂主要是螺栓的强度越升高，越容易发生，特别是若抗拉强度达到llOOMPa以上，则显著 恶化。由此出发，以往提出通过使碳化物、氮化物等的复合化合物大量析出，从而生成氢捕 获点，以使耐延迟断裂性提高的技术。但是，在严酷的环境下，即使如上述这样利用复合化 合物析出提高极限氢量，因为侵入到钢中的氢量非常，所以发挥优异的耐延迟断裂性仍困 难。
[0028] 本发明者们，对于即使在严酷的环境下仍能够发挥充分的耐延迟断裂性的螺栓用 钢，和螺栓反复锐意研究。其结果发现，通过将C含量抑制在0.30 %以下，并且使各元素满足 既定的关系式而加以控制，则能够在维持螺栓所要求的高强度的状态下，使延展性飞跃性 地提高，改善耐延迟断裂性。另外还发现，通过将C含量抑制在0.30%以下，并且含有既定量 的Ni，则能够使螺栓的耐腐蚀性飞跃性地提高，进一步改善耐延迟断裂性，从而完成了本发 明。
[0029] 以下，对于达到本发明的经炜详细地加以说明。历来，通过将C含量多于0.30%的 钢在550°C以上回火，从而使强度和耐延迟断裂性并立。但是可知，若C含量比0.30 %多，则 即便使含有〇、1〇、￥、1^等的析出硬化型元素的碳氮化物形成的氢捕获点析出，在严酷的环 境下，因为耐腐蚀性低，所以侵入氢量仍比极限氢量多，难以确保优异的耐延迟断裂性。
[0030] 另外还可知，若C含量多于0.30%，则即使通过回火使碳化物析出，因为钢中的固 溶C量多，所以回火后的延展性仍然低，钢中氢量达到一定高度时，容易发生延迟断裂。
[0031] 相对于此，在本发明的螺栓用钢中，将C含量抑制在0.30%以下，并且，通过满足上 述（1)式和(2)式的关系，可以在维持强度的状态下使延展性大幅提高。另外，将C含量抑制 在0.30%以下之后，通过添加 Ni，与C含量高的状态下添加 Ni的情况相比，能够大幅提高耐 腐蚀性。其结果是，如果使用本发明的螺栓用钢，则能够飞跃性地提高严酷的环境下的耐延 迟断裂性。
[0032] 另外，在本发明中，如上述这样，对于C含量抑制在0.30%以下的上述钢进行既定 的淬火、回火，特别是以550°C以上的温度回火，由此能够使Cr、Mo、V、Ti等的上述析出硬化 型元素作为合金碳化物析出。因此，能够使螺栓用钢的母相包含的固溶C量比0.30%进一步 降低。含有上述析出硬化型元素的微细碳化物，不仅能够提高强度，而且也能够提高钢中的 极限氢量，通过组合C含量降低带来的延展性的提高，和侵入氢量的抑制效果，能够飞跃性 地提高耐延迟断裂性。
[0033] 本发明的螺栓用钢如上述，在以下方面具有特征，即，通过使C含量为0.30%以下， 在一定的范围含有Ni和其他的析出硬化型元素，使螺栓的耐腐蚀性和延展性提高，提高严 酷的环境下的耐延迟断裂性。为了确保作为螺栓需要的其他的特性，需要如下述这样满足 化学成分组成。
[0034] (C:0.10 ~