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公開番号2024148436
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-18
出願番号2023061558
出願日2023-04-05
発明の名称鋼材
出願人日本製鉄株式会社
代理人アセンド弁理士法人
主分類C22C 38/00 20060101AFI20241010BHJP(冶金;鉄または非鉄合金;合金の処理または非鉄金属の処理)
要約【課題】優れた伸線加工性及び耐緩み性が得られる鋼材を提供する。
【解決手段】本開示の鋼材は、質量%で、C:0.15～0.55%、Si:0.01～0.40%、Mn:0.20～1.80%、Cr:0.01～1.80%、Al:0.005～0.100%、及び、N:0.001～0.020%、を含有し、特定元素濃度Xを式(1A)とし、断面全体での特定元素濃度XをXaveとし、最大偏析部の特定元素濃度XをXmaxとし、断面の中心部の特定元素濃度XをXctrとしたとき、式(2)の全体偏析度Stotが0.02～0.30であり、式(3)の中心偏析度Sctrが0.02～0.30であり、鋼材の表面から最大偏析部までの最短距離が0.30D～0.48Dである。
X=C+Si/20+Mn/5+Cr/5(1A)
Stot=(Xmax-Xave)/Xave(2)
Sctr=(Xmax-Xctr)/Xctr(3)
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
軸方向に垂直な断面が直径Ｄの円形状である鋼材であって、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１５～０．５５％、
Ｓｉ：０．０１～０．４０％、
Ｍｎ：０．２０～１．８０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０４０％以下、
Ｃｒ：０．０１～１．８０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、及び、
Ｎ：０．００１～０．０２０％、を含有し、
残部はＦｅ及び不純物からなり、
特定元素濃度Ｘを式（１Ａ）とし、
前記断面全体での特定元素濃度ＸをＸａｖｅとし、
前記断面の最大偏析部の前記特定元素濃度ＸをＸｍａｘとし、
前記断面の中心部の前記特定元素濃度ＸをＸｃｔｒとしたとき、
式（２）で定義される全体偏析度Ｓｔｏｔが０．０２～０．３０であり、
式（３）で定義される中心偏析度Ｓｃｔｒが０．０２～０．３０であり、
前記断面において、前記鋼材の表面から前記最大偏析部までの径方向の最短距離が０．３０Ｄ～０．４８Ｄである、
鋼材。
Ｘ＝Ｃ＋Ｓｉ／２０＋Ｍｎ／５＋Ｃｒ／５（１Ａ）
Ｓｔｏｔ＝（Ｘｍａｘ－Ｘａｖｅ）／Ｘａｖｅ（２）
Ｓｃｔｒ＝（Ｘｍａｘ－Ｘｃｔｒ）／Ｘｃｔｒ（３）
ここで、式（１Ａ）中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
軸方向に垂直な断面が直径Ｄの円形状である鋼材であって、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１５～０．５５％、
Ｓｉ：０．０１～０．４０％、
Ｍｎ：０．２０～１．８０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０４０％以下、
Ｃｒ：０．０１～１．８０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、及び、
Ｎ：０．００１～０．０２０％、を含有し、
さらに、第１群～第３群からなる群から選択される１種以上を含有し、
残部はＦｅ及び不純物からなり、
特定元素濃度Ｘを式（１）とし、
前記断面全体での特定元素濃度ＸをＸａｖｅとし、
前記断面の最大偏析部の前記特定元素濃度ＸをＸｍａｘとし、
前記断面の中心部の前記特定元素濃度ＸをＸｃｔｒとしたとき、
式（２）で定義される全体偏析度Ｓｔｏｔが０．０２～０．３０であり、
式（３）で定義される中心偏析度Ｓｃｔｒが０．０２～０．３０であり、
前記断面において、前記鋼材の表面から前記最大偏析部までの径方向の最短距離が０．３０Ｄ～０．４８Ｄである、
鋼材。
［第１群］
Ｃｕ：０．４０％以下、
Ｎｉ：０．４０％以下、
Ｍｏ：０．８０％以下、
Ｖ：０．８０％以下、及び、
Ｂ：０．０１００％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｔｉ：０．１００％以下、及び、
Ｎｂ：０．１００％以下、からなる群から選択される１種以上
［第３群］
Ｃａ：０．０１０％以下、
Ｂｉ：０．３００％以下、
Ｔｅ：０．３００％以下、
Ｚｒ：０．３００％以下、及び、
Ｐｂ：０．０９０％以下、からなる群から選択される１種以上
Ｘ＝Ｃ＋Ｓｉ／２０＋Ｍｎ／５＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／５（１）
Ｓｔｏｔ＝（Ｘｍａｘ－Ｘａｖｅ）／Ｘａｖｅ（２）
Ｓｃｔｒ＝（Ｘｍａｘ－Ｘｃｔｒ）／Ｘｃｔｒ（３）
ここで、式（１）中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。なお、対応する元素が含有されない場合、対応する元素記号には「０」が代入される。
【請求項３】
請求項２に記載の鋼材であって、
前記化学組成は、前記第１群を含有する、
鋼材。
【請求項４】
請求項２に記載の鋼材であって、
前記化学組成は、前記第２群を含有する、
鋼材。
【請求項５】
請求項２に記載の鋼材であって、
前記化学組成は、前記第３群を含有する、
鋼材。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は鋼材に関し、さらに詳しくは、ボルトの素材に適した鋼材に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
ボルトは、自動車や産業機械等の機械構造物や、橋梁に代表される土木建築物等に利用される。ボルトの素材となる鋼材は次の製造工程で製造される。成分を調整した溶鋼を、円形又は角形の鋳型に流し込み、鋳片を製造する。鋳片を熱間加工し、軸方向に垂直な断面が円形状の鋼材（棒鋼又は線材）を製造する。また、鋼材を素材とするボルトは次の製造工程で製造される。鋼材に対して伸線加工（冷間引抜加工）を実施する。伸線加工後の鋼材に対して熱間鍛造又は冷間鍛造を実施して、ボルト頭部を含む素形材を成形する。素形材に対してねじ加工（切削又は転造）を実施して、ボルトのねじ部を形成する。以上の製造工程により、ボルトが製造される。なお、特に高い強度が求められるボルトでは、ねじ加工後に焼入れ焼戻しなどの熱処理が実施される。
【０００３】
従来から、ボルトの素材に適した鋼材に関する検討がされている。ボルトの素材に適した鋼材は例えば、特開平１１－０１２６８９号公報（特許文献１）、特開２０００－２０４４３３号公報（特許文献２）に提案されている。
【０００４】
特許文献１に開示された鋼材は、Ｃ：０．２０～０．４０重量％、Ｍｎ：０．０５～３．２重量％、及びＳｉ：０．００１～０．１５重量％を含有し、フェライト分率が（１－［Ｃ％］／０．４）×１００以下である。特許文献１の鋼材は、フェライト分率をＣ含有量に応じて調整することにより、ボルトの強度を高める。
【０００５】
特許文献２に開示された鋼材は、Ｃ：０．００２～０．８５％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．１％以下、Ｎ：０．０１５％以下を含有し、さらに、Ｃｒ：２％以下、Ｔｉ：０．２％以下、Ｂ：０．０１％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｖ：０．２％以下、Ｚｒ：０．１％以下、及び、Ｍｏ：０．３％以下からなる群から選択される１種以上を含有し、内部摩擦試験における炭素のピーク高さが２．０×１０
－４
以下、及び窒素のピーク高さが１．７×１０
－４
以下である。特許文献２の鋼材は、上記構成を満たすことにより、冷間加工性を高める。
【０００６】
ところで、機械構造物や土木建築物などに締結されたボルトは、締結後に振動等を受ける。振動等を継続的に受けた場合、締結されたボルトが緩んで締結軸力が低下する場合がある。最近では機械構造物や土木建築物の軽量化が進んでいる。軽量化に伴う剛性の低下を抑制するため、締結がより緩みにくいボルトが要求されている。以降の説明では、ボルト締結が緩みにくい特性を、「耐緩み性」と称する。
【０００７】
ボルトの耐緩み性を向上するための技術が、国際公開第２０１０／０９２８１７号（特許文献３）に提案されている。特許文献３では、ボルトのねじ部の形状を調整することにより、耐緩み性を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開平１１－０１２６８９号公報
特開２０００－２０４４３３号公報
国際公開第２０１０／０９２８１７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のとおり、ボルトの素材に適用される鋼材では、伸線加工が実施される。そのため、ボルトの素材となる鋼材には、優れた伸線加工性が求められる。特許文献１及び特許文献２では、伸線加工性に関する検討はされていない。また、特許文献３では、ボルトのねじ部の形状を調整してボルトの耐緩み性を高めている。しかしながら、ボルトの素材となる鋼材の段階で、ボルトの耐緩み性を高める検討はされていない。
【００１０】
本開示の目的は、優れた伸線加工性が得られ、素材として製造されたボルトにおいて、優れた耐緩み性が得られる、鋼材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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