抗拉强度为950～1600MPa的珠光体组织螺栓用的钢丝的制造用的线材、抗拉强度为950 ...的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及耐氢脆化特性及冷加工性优异的抗拉强度为950~1600MPa的珠光体 组织螺栓用的钢丝的制造用的线材、抗拉强度为950~1600MPa的珠光体组织螺栓用的钢 丝、珠光体组织螺栓及它们的制造方法。
[0002] 本申请基于2013年6月13日在日本申请的日本特愿2013-124740号主张优先权， 将其内容援引于此。
【背景技术】
[0003] 近年来，为了汽车的轻量化、节省空间化，对高强度螺栓的需求提高。以往，抗拉强 度为950MPa以上的高强度螺栓是将SCM435、SCM440、SCr440等合金钢的钢丝成型为规定的 形状后，实施淬火、回火而制造的。
[0004] 但是，在高强度螺栓中，抗拉强度超过950MPa时，变得容易产生因氢脆化而引起 的延迟断裂，高强度螺栓的使用受到制约。
[0005] 作为防止氢脆化、改善高强度螺栓的耐延迟断裂特性（耐氢脆化特性）的方法，已 知有将组织制成珠光体组织、并通过拉丝加工将组织强化的方法，迄今为止提出了许多方 案（例如参见专利文献1~11)。
[0006] 例如，在专利文献11中，公开了将组织制成珠光体组织、接着实施拉丝加工而 得到的抗拉强度为1200N/mm2以上的高强度螺栓。在专利文献3中，公开了抗拉强度为 1200MPa以上的高强度螺栓用的珠光体组织的线材。
[0007] 认为：在将珠光体组织通过拉丝加工而强化的高强度螺栓中，由于珠光体组织在 渗碳体与铁素体的界面捕捉氢，所以可抑制氢向钢材内部的侵入，耐氢脆化特性提高。
[0008] 在抗拉强度为950MPa以上的高强度螺栓中，耐氢脆化特性通过将珠光体组织进 行拉丝加工而有一定程度提高。但是，仅通过该方法无法充分地提高耐氢脆化特性，没有彻 底解决。进而，改善耐氢脆化特性和冷加工性这两者的技术仍未建立。
[0009] 现有技术文献
[0010] 专利文献
[0011] 专利文献1 :日本特开昭54-101743号公报
[0012] 专利文献2 :日本特开平11-315348号公报
[0013] 专利文献3:日本特开平11-315349号公报
[0014] 专利文献4:日本特开2000-144306号公报
[0015] 专利文献5 :日本特开2000-337332号公报
[0016] 专利文献6:日本特开2001-348618号公报
[0017] 专利文献7:日本特开2002-069579号公报
[0018] 专利文献8:日本特开2003-193183号公报
[0019] 专利文献9:日本特开2004-307929号公报
[0020] 专利文献10:日本特开2005-281860号公报
[0021] 专利文献11 :日本特开2008-261027号公报
【发明内容】
[0022] 发明所要解决的问题
[0023] 本发明鉴于现有技术的现状，课题是在抗拉强度为950~1600MPa的高强度螺栓 中使耐氢脆化特性提高，其目的是提供解决该课题的珠光体组织螺栓、该螺栓用的冷加工 性优异的钢丝、该钢丝制造用的冷加工性优异的线材及它们的制造方法。本发明中，高强度 螺栓是指抗拉强度为950~1600MPa的螺栓。
[0024] 用于解决问题的方法
[0025] 为了对抗拉强度为950~1600MPa的高强度螺栓赋予优异的耐氢脆化特性，将机 械部件、例如螺栓的表层组织制成珠光体组织、并且制成珠光体块沿拉丝方向伸长的组织 是有效的。珠光体组织具有主要由渗碳体相构成的层（以下，有时简称为"渗碳体层"）与 主要由铁素体相构成的层（以下，有时简称为"铁素体层"）的层叠结构。该层叠结构成为 针对来自表层的氢侵入的阻力（耐氢脆化特性）。当珠光体块沿拉丝方向伸长时，由于珠光 体组织的层状结构的方向变得均匀，所以耐氢脆化特性进一步提高。
[0026] 另一方面，为了提高高强度螺栓用的钢丝的冷加工性，将钢丝软质化、且提高延展 性是有效的。通常，由于若钢材的碳量变多则钢材的冷加工性发生劣化，所以为了得到良好 的冷加工性，需要将C含量设为0. 65质量％以下。但是，随着C含量的降低，变得容易生成 初析铁素体与珠光体的二相组织。特别是在线材的表层中，通过脱碳而C含量进一步降低， 容易生成初析铁素体。此外，在线材的表层中，由于冷却速度大，所以容易生成贝氏体组织。
[0027] 初析铁素体与珠光体的二相组织的耐氢脆化特性、及贝氏体的耐氢脆化特性与珠 光体的耐氢脆化特性相比显著地低。由于降低C含量时，变得容易生成初析铁素体与珠光 体的二相组织及贝氏体，所以机械部件、例如螺栓的表层部的耐氢脆化特性发生劣化。此 外，生成初析铁素体与珠光体的二相组织及贝氏体时，由于表层部的强度变得不均匀，所以 在冷加工时变得容易产生裂纹。
[0028] 本发明人们为了解决上述课题，对钢的成分组成及表层组织对于耐氢脆化特性及 冷加工性造成的影响进行了详细调查。其结果是，本发明人们发现，若钢中含有As及Sb中 的1种或2种，则在珠光体相变后的钢的表层组织中，初析铁素体组织及贝氏体组织的生成 受到抑制。
[0029] 即发现：通过使钢中含有As及Sb中的1种或2种，表层的组织得到改善，⑴螺 栓成型时的冷加工性提高，及（ii)在成型后或热处理后的螺栓中，耐氢脆化特性提高。
[0030] 本发明是基于上述见解而进行的，其主旨如下所述。
[0031] (1)本发明的一个方式的抗拉强度为950~1600MPa的珠光体组织螺栓用的钢丝 的制造用的线材，其成分组成以质量％计含有C:0. 35~0. 65%、Si:0. 15~0. 35%、Μη: 0· 30 ~0· 90%、Ρ:0· 020% 以下、S:0· 020% 以下、Α1 :0· 010 ~0· 050%、Ν:0· 0060% 以下、 0 :0· 0030% 以下、As及Sb中的 1 种或 2 种：合计为 0· 0005 ~0· 0100%、Cr:0 ~0· 20%、 Cu:0 ~0· 05%、Ni:0 ~0· 05%、Ti:0 ~0· 02%、M〇 :0 ~0· 10%、V:0 ~0· 10%及Nb:0 ~ 0. 02%，剩余部分包含Fe及杂质，其是通过在热乳后直接实施恒温相变处理来制造的，将C含量以单位质量％计表示为[C]时，在上述线材的从表面到深度为4. 5mm为止的区域中，金 属组织具有140X[C]面积％以上的珠光体组织，在上述线材的从上述表面到深度为4. 5mm 为止的上述区域中，上述线材的横截面中测定的珠光体块的平均块粒径为20μm以下，在 上述线材的从上述表面到深度为4. 5mm为止的上述区域中，上述珠光体组织的平均层状间 隔超过120nm且为200nm以下。
[0032] (2)根据上述⑴所述的抗拉强度为950~1600MPa的珠光体组织螺栓用的钢 丝的制造用的线材，其中，上述成分组成可以以质量％计含有Cr:0. 005~0. 20%、Cu: 0. 005 ~0. 05%、Ni:0. 005 ~0. 05%、Ti:0. 001 ~0. 02%、M〇 :0. 005 ~0. 10%、V:0. 005 ~ 0· 10%及Nb:0.002~0.02%中的1种或2种以上。
[0033] (3)本发明的另一方式的抗拉强度为950~1600MPa的珠光体组织螺栓用的钢丝 是由上述（1)或（2)所述的抗拉强度为950~1600MPa的珠光体组织螺栓用的钢丝的制造 用的线材制造的抗拉强度为950~1600MPa的珠光体组织螺栓用的钢丝，其中，金属组织在 上述钢丝的从表面到深度为2. 0mm为止的区域中，具有140X[C]面积％以上的经拉丝加工 的上述珠光体组织，在上述钢丝的从上述表面到深度为2. 0mm为止的上述区域中，上述钢 丝的纵截面中测定的上述珠光体块的平均长宽比AR为1. 2以上且低于2. 0,且上述钢丝的 横截面中测定的上述珠光体块的上述平均块粒径为20/ARμm以下。
[0034] (4)本发明的又一方式的珠光体组织螺栓是由上述（3)所述的抗拉强度为950~ 1600MPa的珠光体组织螺栓用的钢丝制造的珠光体组织螺栓，其中，金属组织在上述珠光 体组织螺栓的轴部的从表面到深度为2. 0mm为止的区域中，具有140X[C]面积％以上的 经拉丝加工的上述珠光体组织，在上述珠光体组织螺栓的上述轴部的从上述表面到深度为 2. 0mm为止的上述区域中，上述珠光体组织螺栓的纵截面中测定的上述珠光体块的上述平 均长宽比AR为1. 2以上且低于2. 0,且上述珠光体组织螺栓的横截面中测定的上述珠光体 块的上述平均块粒径为20/ARμm以下，上述珠光体组织螺栓的抗拉强度为950~1600MPa。
[0035] (5)根据上述（4)所述的珠光体组织螺栓，其可以是凸缘螺栓。
[0036] (6)本发明的再一方式的抗拉强度为950~1600MPa的珠光体组织螺栓用的钢 丝的制造用的线材的制造方法，其具备以下工序：将钢坯加热至1000~1150°C的工序， 上述钢坯的成分组成以质量％计含有C:0. 35~0. 65%、Si:0. 15~0. 35%、Μη:0. 30~ 0· 90%、Ρ:0· 020% 以下、S:0· 020% 以下、Α1 :0· 01 ~0· 05%、Ν:0· 006% 以下、0 :0· 003% 以下、As及Sb中的1种或2种：合计为0· 0005~0· 010%、Cr:0~0· 20%、Cu:0~0· 05%、 Ni:0 ~0· 05%、Ti:0 ~0· 02%、M〇 :0 ~0· 10%、V:0 ~0· 10%及Nb:0 ~0· 02%、剩余部 分包含Fe及杂质；通过将上述钢坯在精乳温度为800~950°C下进行热乳而得到线材的工 序；通过将800~950°C的上述线材直接在450~600°C的熔融盐槽中浸渍50秒以上来进 行恒温相变处理的工序；和将上述线材从400°C以上水冷至300°C以下的工序。
[0037] (7)根据上述（6)所述的抗拉强度为950~1600MPa的珠光体组织螺栓用的钢丝 的制造用的线材的制造方法，其中，上述钢坯的成分组成可以以质量％计含有Cr:0. 005~ 0. 20%、Cu :0. 005~0. 05%、Ni :0. 005~0. 05%、Ti :0. 001~0. 02%、Mo:0. 005~ 0· 10%、V :0· 005~0· 10%及Nb:0· 002~0· 02%中的1种或2种以上。
[0038] (8)本发明的又一方式的抗拉强度为950~1600MPa的珠光体组织螺栓用的钢丝 的制造方法，其具备以下工序：将上述（1)或（2)所述的抗拉强度为950~1600MPa的珠光 体组织螺栓用的钢丝的制造用的线材在室温下以总断面收缩率为10~55%进行拉丝加工 的工序。
[0039] (9)本发明的再一方式的珠光体组织螺栓的制造方法，其具备以下工序：通过将 上述（3)所述的抗拉强度为950~1600MPa的珠光体组织螺栓用的钢丝利用冷锻、或利用 冷锻和滚乳而加工成螺栓形状来得到螺栓的工序；和将上述螺栓在100~400°C的温度范 围内保持10~120分钟的工序。
[0040] (10)根据上述（9)所述的珠光体组织螺栓的制造方法，其中，上述螺栓形状可以 是凸缘螺栓形状。
[0041] 发明效果
[0042] 根据本发明的上述方式，能够提供耐氢脆化特性优异的高强度珠光体组织螺栓、 该螺栓用