JP2002069565A

JP2002069565A - 耐遅れ破壊性に優れた高強度鋼及びその製造方法

Info

Publication number: JP2002069565A
Application number: JP2000259694A
Authority: JP
Inventors: Wataru Urushibara; 亘漆原; Takenori Nakayama; 武典中山; Yuichi Namimura; 裕一並村; Nobuhiko Ibaraki; 信彦茨木
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2000-08-29
Filing date: 2000-08-29
Publication date: 2002-03-08

Abstract

(57)【要約】【課題】高強度と耐遅れ破壊性とを両立できる高強度
鋼を提供する。【解決手段】引張強度１２００Ｎ／mm²以上の鋼にお
いて、鋼の表面粗度のうち中心線平均粗さＲａを１．０
μｍ以下に、ＰＰＩ５０を１７５以下にする。前記鋼
は、ｐＨ３の５重量％ＮａＣｌ水溶液に２４時間浸漬し
たとき、浸漬後の拡散性水素量が０．５ｐｐｍ（質量基
準）以下であってもよい。鋼中の成分は、例えば、Ｃ：
０．０５〜０．８％（質量％を意味する、以下同じ）、
Ｓｉ：１．５％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｐ：０．０３％
以下、Ｓ：０．０４％以下程度である。また、鋼は、さ
らに、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃｕなどを含有してもよ
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、構造物・輸送機器
などの機械構造用素材或は部品等に有用な鋼に関するも
のであり、特に１２００Ｎ／mm²以上の引張強度を有
し、かつ耐遅れ破壊性に優れた高強度鋼に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、大型構造物では自重の低減が求め
られ、また輸送機器では燃費向上や超高速化が求められ
ている。そのため、これら大型構造物や輸送機器では、
軽量化ニーズが高い。そこで、ボルトを始めとする各種
構造材料においては、高強度化による薄肉化が指向され
ている。特に自動車分野では、燃費向上のため車体軽量
化の要望が極めて高く、例えば、ボルト用鋼に対して
は、高強度化（細径化）により、ボルト自体の軽量化と
同時に、ボルト取付部品の軽量化も可能であるため、高
強度化のニーズが高い。

【０００３】これら高強度鋼の最大の解決課題は耐遅れ
破壊性を向上させる点にある。例えば、ボルト用鋼は、
成分調整や熱処理条件のコントロールにより容易に高強
度化できる一方、高強度のボルト用鋼（例えば、引張強
度１２００Ｎ／mm²以上の高強度ボルト用鋼）では、ボ
ルトが使用中に脆性的に破断する時間依存型の「遅れ破
壊」が生じやすい。そのため、現在使用されているボル
ト用鋼は、高強度化が可能であるにも拘わらず、強度が
一定のレベル以下に規制されることが多い。

【０００４】そこで、従来、成分や組織の改良によって
耐遅れ破壊性を改善した高強度用鋼材及びその加工品が
種々提案されている。例えば（１）特開平７−７０６９
５号公報、特開平８−６０２９１号公報、特開平７−１
１２２３６号公報などには、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｃ
ｕなどの元素量を抑制することにより耐遅れ破壊性を改
善する方法が開示されている。また（２）特開平１１−
２２９０７５号公報、特開２０００−２６９３４号公
報、特開平１１−２７０５３１号公報などには、熱処理
等をコントロールして鋼組織を制御することによって耐
遅れ破壊性を改善する方法が開示されている。これらの
方法は、水素の侵入、水素の濃化、水素による脆化破壊
という遅れ破壊に至るプロセスのうち、主に水素の濃化
から脆化破壊までのプロセスの抑制に重点をおいてい
る。しかしながら、遅れ破壊は、腐食反応により発生又
は侵入した微量の拡散性水素がトリガーになっていると
考えられ、水素侵入の抑制が重要課題となり得るにもか
かわらず、当該抑制技術の研究は少ない様である。

【０００５】水素侵入の抑制に言及した技術としては、
（３）特開平７−２９２４１２号公報、特開平７−２９
２４３４号公報などがあり、これらの公報によれば、シ
ョットピーニング処理により、表面の圧縮残留応力や硬
度を制御して、鋼の耐遅れ破壊性及び耐水素侵入性を改
善することが述べられている。しかし、これらの方法で
は、水素侵入の抑制が不十分であるだけでなく、本発明
者らの研究によれば、ショットピーニング処理の程度に
よっては却って水素侵入が促進され、耐遅れ破壊性が劣
化する場合があることが分かった。

【０００６】上述のように、従来の方法では、遅れ破壊
現象のトリガーとなる水素侵入についての研究が不十分
で、単に成分組織の改善を行っても耐遅れ破壊性の改善
が十分ではない。一方、今後、高強度鋼の需要が高まる
ことが予測されるため、新しい技術が求められている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に着
目してなされたものであって、水素侵入量は鋼材表面状
態、就中物理的状態によって大きく左右されることを見
出し、この知見を基礎として高強度と耐遅れ破壊性とを
両立できる高強度鋼及びその製造方法を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決するために鋭意研究を重ねた結果、従来の高強度
鋼の表面には、製造工程のむらのため、外観上及び強度
上問題とならないレベルの微細な凹凸があること、そし
て微細な凹凸の実体を更に詳細に検討したところ、凹凸
の程度を表現できる種々の指標のうち、ＪＩＳ規格の中
心線平均粗さと、追って詳細に述べるＰＰＩの概念とで
凹凸を整理したときには、その凹凸の度合いに応じて鋼
中への水素の侵入量が変化（両者間に比例関係が存在）
し、且つそれによって耐遅れ破壊性が変化すること、更
に該表面粗度を特定のレベルにまで低減すると、鋼中へ
の水素の侵入を実質的に無害の量まで低減でき、さらに
は耐遅れ破壊性を飛躍的に高められることを見出し、本
発明を完成した。

【０００９】すなわち、本発明に係る高強度鋼は、１２
００Ｎ／mm²以上の引っ張り強度を有し、鋼の表面粗度
のうち中心線平均粗さＲａが１．０μｍ以下であり、Ｐ
ＰＩ５０が１７５以下である。このような鋼は、耐遅れ
破壊性に優れている。好ましい鋼には、ｐＨ３の５質量
％ＮａＣｌ水溶液に２４時間浸漬したとき、浸漬後の拡
散性水素量が０．５ｐｐｍ（質量基準）以下である鋼が
含まれる。前記鋼は、例えば、Ｃ：０．０５〜０．５％
（質量％を意味する、以下同じ）、Ｓｉ：１％以下、Ｍ
ｎ：０．３〜１．５％、Ｐ：０．０１０％以下、Ｓ：
０．０１０％以下の他、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃｕな
どを含有していてもよく、表面に皮膜が形成されていて
もよい。前記高強度鋼は、鋼表面を研磨材で機械的に研
磨することにより製造できる。

【００１０】なお、本明細書では、「鋼」とは製品加工
前の鋼材、線材のみならず、ボルトなどの鋼加工品をも
意味する。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の高強度鋼は、強度を１２
００Ｎ／mm²以上にできる限り、鋼中の成分は特に限定
されないが、通常、Ｃ：０．０５〜０．８％、Ｓｉ：
１．５％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．０４％以下を含有しており、Ｃｒ：１．５％以
下、Ａｌ：０．０３％以下も含有してもよい。残部は実
質的にＦｅであるが、本発明の作用効果を阻害しない範
囲で、他の成分や不可避的不純物を含んでいてもよい。
他の成分には、耐遅れ破壊性を向上可能な成分、例え
ば、Ｍｏ（含有量０．５％以下程度、好ましくは０．０
１〜０．５％程度）、Ｖ（含有量０．５％以下程度、好
ましくは０．１〜０．５％程度）、Ｔｉ（含有量０．１
％以下程度、好ましくは０．０１〜０．１％程度）、Ｎ
ｂ（含有量０．１％以下程度、好ましくは０．０１〜
０．１％程度）、Ｃｕ（含有量１．０％以下程度、好ま
しくは０．１〜１．０％程度）などが含まれる。前記耐
遅れ破壊性を向上させることが可能な成分は、単独で又
は二種以上組み合わせて用いてもよい。

【００１２】以下、本発明で鋼材の化学成分を定めた理
由を明確にする。

【００１３】Ｃ：０．０５〜０．８％Ｃは、鋼中に必須的に含まれる成分であり、鋼の焼入れ
性を高めると共に強度を確保するために有用である。Ｃ
の含有量は、通常、有効量以上、好ましくは０．０５％
以上、さらに好ましくは０．２％以上、もっとも好まし
くは０．３％以上である。一方、Ｃの量が多すぎると、
靭性が劣化して耐遅れ破壊性や冷間加工性が低下する場
合がある。Ｃの含有量は、通常、０．８％以下、好まし
くは０．６％以下、さらに好ましくは０．５％以下であ
る。

【００１４】Ｓｉ：１．５％以下（０％を含まない）Ｓｉは脱酸元素として有用である。一方、Ｓｉの含有量
が高くなりすぎると、冷間鍛造性が低下する場合があ
る。また、焼き入れなどの熱処理時における粒界酸化を
助長して耐遅れ破壊性が低下する場合もある。Ｓｉ含有
量は、例えば、１．５％以下、好ましくは１．２％以
下、さらに好ましくは１．０％以下である。

【００１５】Ｍｎ：２％以下（０％を含まない）Ｍｎは焼入れ性向上元素として有用であり、適量のＭｎ
により高強度の確保が容易になる。Ｍｎの含有量は、通
常、有効量以上、例えば、０．１％以上、好ましくは
０．２％以上、さらに好ましくは０．３％以上である。
一方、Ｍｎの含有量が多すぎると、粒界への偏析が顕著
となり、粒界強度が低くなり、耐遅れ破壊性が低下する
場合がある。Ｍｎの含有量は、例えば、２％以下、好ま
しくは１．７％以下、さらに好ましくは１．５％以下で
ある。

【００１６】Ｐ：０．０３％以下（０％を含む）Ｐは、粒界偏析を起こして耐遅れ破壊性を劣化させる場
合がある。Ｐの含有量は、少ないほど好ましく、例え
ば、０．０３％以下、好ましくは０．０２５％以下、さ
らに好ましくは０．０２％以下、もっとも好ましくは
０．０１％以下である。

【００１７】Ｓ：０．０４％以下（０％を含む）Ｓは、鋼中でＭｎＳを形成し、応力が負荷されたときに
応力集中個所として作用するため、遅れ破壊を増進する
原因になる。Ｓの含有量は、少ないほど好ましく、例え
ば、０．０４％以下、好ましくは０．０３％以下、さら
に好ましくは０．０２％以下、もっとも好ましくは０．
０１％以下である。

【００１８】本発明の鋼は、高強度であるだけでなく、
表面の均一性が非常に高い。例えば、本発明の鋼は、表
面の微細な凹凸の山部と谷部との高低差が小さく、かつ
山部の数も少ない。このような鋼を用いると、鋼表面
（特に、鋼表面の微細な凹凸の谷部）からの水素の侵入
を防止でき、鋼の耐遅れ破壊性を向上できる。

【００１９】具体的には、前記鋼の強度及び表面の均一
性（粗度）は、引張強度、表面粗度を示す指数（最大高
さＲmax、十点平均粗さＲz、中心線平均粗さＲa、ＰＰ
Ｉ５０など）などにより特定できる。これらの中から、
中心線平均粗さＲa、及びＰＰＩ５０で表面粗度を特定
すると、表面粗度と、水素侵入性又は耐遅れ破壊性との
関係を一義的に整理でき有利である。なお、前記ＰＰＩ
５０とは、鋼表面の粗さ曲線の平均線から正負両方向に
５０μインチ（１．２７μｍ）変位した高さに正及び負
の基準レベルを設け、前記曲線が負の基準レベルよりも
低くなった後、正の基準レベルを超える場合に１山とカ
ウントしたときの１インチ（２．５４ｃｍ）あたりの山
数を示す。

【００２０】鋼の引張強度は、例えば、１２００Ｎ／mm
²以上、好ましくは１２５０Ｎ／mm²以上、さらに好まし
くは１３００Ｎ／mm²以上である。また、前記引張強度
は、通常、１６００Ｎ／mm²以下、好ましくは１５００
Ｎ／mm²以下、さらに好ましくは１４００Ｎ／mm²以下で
ある。

【００２１】中心線平均粗さＲaは、例えば、１．０μ
ｍ以下（０〜１．０μｍ程度）、好ましくは０〜０．５
μｍ程度、さらに好ましくは０〜０．１μｍ程度であ
る。

【００２２】ＰＰＩ５０は、例えば、１７５以下（０〜
１７５程度）、好ましくは０〜１００程度、さらに好ま
しくは０〜５０程度である。

【００２３】鋼の表面粗度を中心線平均粗さＲａ及びＰ
ＰＩ５０で表す場合、Ｒａ及びＰＰＩ５０は、いずれも
前記所定値の範囲内であることが重要である。すなわ
ち、Ｒａ及びＰＰＩ５０の両方が前記所定値の範囲を外
れると、鋼の耐遅れ破壊性が低下する。例えば、耐遅れ
破壊性を向上させる成分（Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｃｕ
など）を加えても、耐遅れ破壊性が不十分である。ま
た、Ｒａ及びＰＰＩ５０のうち、いずれか一方の値が前
記所定の範囲を外れる場合であっても、耐遅れ破壊性に
劣る。例えば、Ｒａが小さくても（例えば０．５μｍ程
度）ＰＰＩ５０が１７５を超える場合、またはＰＰＩ５
０が小さくても（例えば１３０程度）Ｒａが１．０μｍ
を超える場合、耐遅れ破壊性に劣る。

【００２４】好ましい鋼には、Ｒａ値が１．０μｍ以下
でかつＰＰＩ５０値が１７５以下である鋼、さらに好ま
しくはＲａ値が０．５μｍ以下でかつＰＰＩ５０値が１
００以下である鋼、特にＲａ値が０．１μｍ以下でかつ
ＰＰＩ５０値が５０以下である鋼が含まれる。

【００２５】なお、鋼（鋼材、線材、鋼加工品など）の
表面には、皮膜を形成してもよい。この場合でも、基材
である鋼の表面（鋼と皮膜との界面など）が均一である
限り、水素の侵入を防止でき、鋼の耐遅れ破壊性を向上
できる。すなわち、皮膜が形成される場合であっても、
水素の侵入防止及び耐遅れ破壊性向上にとって重要なの
は、皮膜表面の粗度ではなく、鋼の表面の粗度である。
なお、皮膜の性質（種類、膜厚、欠陥度など）は特に限
定されないが、皮膜の性質によっては、鋼中への水素の
侵入を防止でき、耐遅れ破壊性を向上できる。

【００２６】皮膜としては、鍛造性を高めるために有用
なリン酸塩処理皮膜、潤滑皮膜（石灰処理皮膜など）が
挙げられる。また、鋼加工品の皮膜としては、酸化皮膜
（焼き入れ焼き戻し工程にて形成した酸化皮膜など）、
化成処理皮膜（耐食性や意匠性を高めるための水ガラス
処理で形成した皮膜、黒色酸化鉄皮膜など）、金属皮膜
（亜鉛合金めっきなどのめっき皮膜など）、非金属皮膜
（塗装皮膜、ゴム又はプラスチックライニング、セラミ
ックコーティングなど）などが挙げられる。

【００２７】鋼の表面粗度の測定方法は、特に限定され
ないが、通常、皮膜の形成の有無に応じて、以下のよう
にして測定できる。すなわち、鋼の表面が露出している
場合、または、表面に薄い皮膜が形成されている場合
（例えば、皮膜による表面粗度の増減が無視できるほど
小さい場合）、接触式またはレーザー式の表面粗さ計を
用いて直接表面の粗度を測定できる。また、表面に皮膜
が形成されている場合には、鋼表面（すなわち、鋼と皮
膜との界面）の粗度が変わらないように皮膜を除し、接
触式またはレーザー式の表面粗さ計を用いて皮膜除去後
の表面の粗度を測定してもよく、断面を切り出して精密
研磨を行い、界面のプロファイルを計測することによ
り、簡便に粗度を測定してもよい。

【００２８】鋼の耐遅れ破壊性の評価方法も特に限定さ
れないが、好ましくは、引張試験片形状に加工した試料
（鋼）を用い、ｐＨ３〜７のＣｌ^-イオンを含む水溶液
中でＳＳＲＴ試験（Slow Strain Rate Technique 低歪
み速度試験）を行うことにより、または前記試料をＣＣ
Ｔ（Cyclic Corrosion Test）試験した後、大気中でＳ
ＳＲＴ試験を行うことにより評価できる。なお、ＳＳＲ
Ｔ試験のクロスヘッドスピードは、２μｍ／min以下で
ある。

【００２９】このような方法によれば、従来の耐遅れ破
壊性試験に比べ、正確に耐遅れ破壊性を評価できる。す
なわち、従来からよく行われている強酸（ｐＨ１程度）
での浸漬試験では表面の溶解反応が激しく、実際の鋼材
の使用状況とは全く環境が異なり、遅れ破壊性を正しく
評価できない恐れがある。また、従来の評価方法では、
水素チャージにより強制的に大量の水素を鋼中に侵入さ
せてから遅れ破壊性試験を行うことも多いが、耐水素侵
入性の正確な把握が困難であり、遅れ破壊性を正しく評
価できない可能性がある。これらに対し、上記の好まし
い評価方法によれば、より実環境に近い弱酸から中性
（ｐＨ３〜７）のＣｌ^-イオンを含む水溶液中に浸漬す
るため、試験条件と使用条件とを近似でき、実際の使用
環境下での耐遅れ破壊性を正しく評価できる。

【００３０】また、前記耐遅れ破壊性の評価方法におい
て、荷重の負荷は定荷重試験に従ってもよいが、測定に
時間を要し、材料中の水素の存在状況が異なる恐れがあ
るだけでなく、材料、応力、環境によっては耐遅れ破壊
性を評価できない場合もある。これに対して、ＳＳＲＴ
試験に従って荷重を負荷すれば、遅れ破壊に及ぼすマイ
ルドな環境の影響［微量腐食（微量水素）の影響など］
や粗度などのわずかな表面性状の差異の影響を高感度で
迅速に評価できる。

【００３１】本発明において、粗度（Ｒａ、ＰＰＩ５０
など）を低減することにより、鋼中への水素の侵入を抑
制でき、耐遅れ破壊性を向上できるのは、粗度が小さい
と鋼の表面（実際の表面、鋼と皮膜との界面など）の面
積を小さくできるのに加えて、表面または界面の凹凸
（特に、凹部）が減少するために腐食反応を抑制できる
ためであると考えられる。そのためか、浸漬試験時に鋼
中に侵入する水素量が少ないほど、実際の使用環境にお
いても侵入水素量が少なく耐遅れ破壊性が向上する。す
なわち、本発明において好ましい鋼には、前記所定の強
度及び粗度を有するだけでなく、ｐＨ３に調整した５質
量％ＮａＣｌ水溶液中に２４時間浸漬した後の鋼中の拡
散性水素量が０．５ｐｐｍ（質量基準）以下、好ましく
は０．３ｐｐｍ（質量基準）以下、より好ましくは０．
２ｐｐｍ（質量基準）以下である鋼が含まれる。このよ
うな鋼を用いると、一層耐遅れ破壊性が向上する。

【００３２】なお、浸漬試験前の鋼中の拡散性水素量
は、通常、０〜０．０１ｐｐｍ（質量基準）程度であ
る。

【００３３】鋼中の拡散性水素量は、神戸製鋼Ｒ＆Ｄ技
報４７巻、Ｎｏ．１、２４〜２７頁（１９９７）に記載
されている方法、例えば、鋼表面の皮膜及びさびを除去
し、連続加熱により昇温速度６〜１２℃／minで室温か
ら３５０℃まで昇温し、昇温中に発生する水素量を測定
器［好ましくは、大気圧イオン化質量分析計（ＡＰＩ−
ＭＳ）、真空質量分析計（ＴＤＳ）など］を用いて測定
することにより求めることができる。

【００３４】浸漬試験後でも鋼中の拡散性水素量が小さ
い鋼としては、耐水素侵入性の成分を有する鋼（例え
ば、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｃｕなどを含有する鋼）、
皮膜が形成されている鋼などが挙げられる。このような
鋼を用いると、粗度が同じであっても、侵食試験時に侵
入する拡散性水素量をさらに抑制でき、耐遅れ破壊性を
さらに向上できる。

【００３５】本発明の高強度鋼は、高い耐遅れ破壊性が
要求される鋼加工品（機械構造用鋼加工品など）、例え
ば、ボルト、ナット、ボルト取付け部品、歯車など、特
にボルトに有利に利用できる。

【００３６】本発明の高強度鋼（鋼材、線材、鋼加工品
など）は、慣用の高強度鋼の製造方法を利用して製造で
きる。例えば、鋼材は、鋼の溶製工程、熱間圧延工程、
巻き取り工程、冷間圧延工程、焼鈍工程（球状焼鈍工程
など）などにより製造できる。線材は、鋼の溶製工程、
鋳造工程、熱間圧延工程、線材加工工程、焼入れ焼戻し
工程などにより製造できる。鋼加工品、例えば、ボルト
は、線材の切断工程、ボルト頭部の加工工程、ねじ転造
工程、焼入れ焼戻し工程などにより製造できる。また、
ボルトは、その後、必要に応じて、酸洗し、めっきまた
は塗装を施してもよい。

【００３７】そして、本発明の製造方法では、（１）前
記製造工程を安定化（例えば、鋼材の酸洗工程の安定
化、球状焼鈍工程での温度むらの抑制、加工時の表面き
ずの抑制など）することにより、または（２）前記製造
工程のうち、いずれかの工程の後に、鋼を研磨処理する
研磨工程を加えることにより、鋼の表面を均一化してい
る。すなわち、従来の高強度鋼材又はそれを加工した鋼
加工品（ボルトなど）では、製造工程の僅かなむら、加
工時の僅かな表面きずなどにより表面に微小な凹凸が形
成されており、表面粗度のうち、Ｒａは０．７〜２．５
μｍ程度、ＰＰＩ５０は１８０〜２５０程度であった。
そして、一般には、前記のような粗度であっても、鋼の
表面は十分に均一であり、外観や製品性能（大きな割れ
・きずなどによる強度低下など）上問題がないため、鋼
を前記粗度以上に研磨することはなかった。これに対し
て、本願発明では、製造工程の安定化や研磨処理によ
り、鋼の表面をさらに均一化しているため、水素の侵入
を防止でき、鋼の耐遅れ破壊性を向上できる。

【００３８】好ましい製造方法には、研磨工程（研磨処
理）を含む方法が挙げられる。研磨処理には、タンブリ
ング処理（バレル研磨など）、湿式又は乾式の機械的研
磨（バフ研磨、ポータブル・グラインダー又はサンダー
などによる研磨など）、電解研磨、化学研磨などが挙げ
られる。

【００３９】好ましい研磨処理には、研磨材で機械的
（又は物理的）に研磨する方法（バレル研磨などのタン
ブリング法、機械的研磨など、特にバレル研磨）が挙げ
られる。バレル研磨によれば、簡便に研磨できるだけで
なく、複雑な形状を有する加工品であっても、効果的に
研磨できる。なお、バレル研磨は、水平型、傾斜型、垂
直型のいずれであってもよい。

【００４０】研磨材（バレル研磨用メディアなど）とし
ては、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ、ガラスビーズなど
のセラミックス粉；ダイヤモンド、鋼粉などの硬質材な
どが使用できる。

【００４１】研磨材の形状は、球形（Ｓタイプ）に限ら
れず、菱形（Ｄタイプ）、三角形（Ｔタイプ）、粒状
（Ｐタイプ）、くさび形（Ｎタイプ）、円筒形（ＲＰタ
イプ）などのいずれであってもよい。

【００４２】なお、研磨工程は、製品の仕上げ用皮膜の
形成前、例えば、焼入れ焼戻し工程での酸化皮膜、めっ
き皮膜、塗装皮膜、化成処理皮膜などの形成前に行うの
が好ましい。例えば、高強度鋼製ボルトの場合、（１）
伸線後切断前、又は（２）ボルト頭部加工及びねじ転造
後、焼入れ焼戻し前などに研磨処理を行うのが好まし
い。

【００４３】また、非仕上げ用皮膜、例えば、薄い酸化
スケールや加工用の潤滑皮膜などが形成されている場
合、皮膜の除去を兼ねながら研磨処理してもよい。この
場合、研磨処理を複数の段階に分け、研磨材の粒径を下
げながら研磨処理してもよい。例えば、最初の研磨工程
で皮膜除去用の研磨材（例えば、高硬度で粒径の大きい
研磨粒）を用いて研磨し、次いで多段階的に研磨粒の粒
径を下げながら研磨し、最終研磨工程で仕上げ用の研磨
材（細かい粒径の研磨粒など）を用いて研磨してもよ
い。最終研磨工程により、加工品の表面粗度を調整でき
る。

【００４４】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限
を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範
囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であ
り、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含され
る。

【００４５】実施例１〜１６及び比較例１〜８［試験片の製造］下記表１に示す化学成分（質量％）を
含有する供試鋼（供試鋼Ａ〜Ｆ）の伸線材を、引張強度
が１３００〜１４００Ｎ／mm²になるように焼入れ焼戻
し処理した後、加工することにより、図１に示す寸法及
び形状を有する遅れ破壊性試験片（試験片Ａ〜Ｆ）を作
製した。なお、この試験片は、ダンベル状の形状を有し
ており、全長１４０mm、標線間距離１０mmである。両端
のつかみ具部は直径８mmの断面円形状であり、中央の薄
肉部は直径４mmの断面円形状である。また、試験片の両
端部には長さ約１５mmのねじ部が形成されている。その
後、この試験片のねじ部以外を機械研磨及び電解研磨に
より研磨し、表２に示す表面粗度（Ｒａ：０．０８〜
２．８２μｍ、ＰＰＩ５０：０〜２８０）に調整した。
なお、供試鋼Ｄで形成した試験片（実施例１２〜１３、
比較例７）は、その後、市販液を用いてリン酸塩処理を
行い、表面にリン酸亜鉛皮膜３μｍ、金属石鹸皮膜１μ
ｍ、及び石鹸皮膜１μｍからなる三層皮膜を形成した。
また、供試鋼Ｅで形成した試験片（実施例１４〜１６、
比較例８）は、市販液を用いて石灰処理を行い、表面に
石鹸皮膜３μｍを形成した。

【００４６】得られた試験片の表面粗度、耐遅れ破壊
性、及び拡散性水素量について、以下のようにして調べ
た。

【００４７】［表面粗度の測定］表面皮膜を施していな
い試験片（実施例１〜１１、比較例１〜６）について
は、試験片表面をレーザー式表面粗さ計により直接測定
した。表面皮膜を施した試験片（実施例１２〜１６、比
較例７〜８）については、後述の大気中でのＳＳＲＴ試
験後に切断し、断面を研磨して界面のプロファイルから
粗度を測定した。

【００４８】［耐遅れ破壊性］ＨＣｌ、ＮａＯＨにより
ｐＨを３．０に調整した５質量％ＮａＣｌ水溶液中に試
験片を浸漬し、ＳＳＲＴ試験（クロスヘッド速度：２×
１０^-3mm／min）により試験片の伸びＥ₁を測定した。ま
た、別途同一に表面粗度、表面処理を施した試験片を用
い、大気中でＳＳＲＴ試験（クロスヘッド速度：２×１
０^-3mm／min）を行うことにより、試験片の伸びＥ₀を測
定した。下記式により遅れ破壊（ＤＦ）感受性を算出
し、下記基準に従って耐遅れ破壊性を評価した。遅れ破壊感受性＝１００×（１−Ｅ₁／Ｅ₀）（式中、Ｅ₁はｐＨ３水溶液中での試験片の伸びを、Ｅ₂
は大気中での試験片の伸びを示す） □…遅れ破壊感受性が０．５以上。耐遅れ破壊性に劣る △…遅れ破壊感受性が０．３〜０．５。耐遅れ破壊性に
優れる ○…遅れ破壊感受性が０．３未満。耐遅れ破壊性に極め
て優れる

【００４９】［拡散性水素量］大気中でＳＳＲＴ試験を
行った後の試験片を、ｐＨ３に調整した５質量％ＮａＣ
ｌ水溶液中に２４時間浸漬した後、錆を除去した。ＡＰ
Ｉ−ＭＳを用い、試験片中の拡散性水素量を測定した。

【００５０】供試鋼の組成を表１に、結果を表２及び図
２〜３に示す。なお、図２は、表２に示す結果に基づい
て、粗度（Ｒａ、ＰＰＩ５０）と遅れ破壊感受性との関
係を整理したグラフである。図２中の記号□、△、○
は、耐遅れ破壊性の評価を示す。また、図３は、表２の
うち、比較的粗度が近いサンプル（実施例２、１１、１
２、１４；Ｒａ＝０．８〜０．８２；ＰＰＩ５０＝１２
０〜１４０）のデータを用いて、拡散性水素量と遅れ破
壊感受性との関係を整理したグラフである。

【００５１】

【表１】

【００５２】

【表２】

【００５３】表２及び図２から明らかなように、実施例
の試験片では、粗度を特定の範囲に制御しているため、
いずれの材種を用いてもまた表面処理の有無に拘わら
ず、遅れ破壊感受性が小さく、耐遅れ破壊性に優れてい
る。また、表２より明らかなように、実施例の試験片で
は、粗度を特定の範囲に制御しているため、拡散性水素
量が少ない。さらに、図３より、粗度が近似する場合、
拡散性水素量が小さい方が遅れ破壊感受性が小さく、耐
遅れ破壊性に優れることがわかる。これに対して、比較
例の試験片では、粗度が所定の範囲を外れるため、拡散
性水素量が多く、遅れ破感受性が大きい。以上の結果か
ら明らかなように、粗度を特定の範囲に調整することに
より、鋼中に侵入する拡散性水素量を抑制でき、耐遅れ
破壊性に優れた高強度鋼を得ることができる。

【００５４】

【発明の効果】本発明によれば、鋼の表面の粗度を低減
しているため、高強度鋼であっても鋼への水素の侵入を
抑制でき、耐遅れ破壊性に優れた高強度鋼を得ることが
できる。このため、ボルトなどの高強度構造材料の耐遅
れ破壊性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は実施例及び比較例で用いた試験片の概略
正面図である。

【図２】図２は粗度（Ｒａ、ＰＰＩ５０）と遅れ破壊感
受性との関係を示すグラフである。

【図３】図３は拡散性水素量と遅れ破壊感受性との関係
を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者並村裕一神戸市灘区灘浜東町２番地株式会社神戸製鋼所神戸製鉄所内 (72)発明者茨木信彦神戸市灘区灘浜東町２番地株式会社神戸製鋼所神戸製鉄所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】引張強度１２００Ｎ／mm²以上の鋼であ
って、鋼の表面粗度のうち中心線平均粗さＲａが１．０
μｍ以下であり、かつＰＰＩ５０が１７５以下であるこ
とを特徴とする耐遅れ破壊性に優れた高強度鋼。
【請求項２】ｐＨ３の５質量％ＮａＣｌ水溶液に２４
時間浸漬したとき、浸漬後の拡散性水素量が０．５ｐｐ
ｍ（質量基準）以下である請求項１に記載の高強度鋼。
【請求項３】Ｃ：０．０５〜０．８％（質量％を意味
する、以下同じ）、Ｓｉ：１．５％以下、Ｍｎ：２％以
下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０４％以下を含む請
求項１または２に記載の高強度鋼。
【請求項４】さらに、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ及びＣｕ
から選択された少なくとも一種を含有する請求項３記載
の高強度鋼。
【請求項５】表面に皮膜が形成されている請求項１〜
４のいずれかに記載の高強度鋼。
【請求項６】鋼表面を研磨材で機械的に研磨すること
により請求項１〜５のいずれかに記載の高強度鋼を製造
する方法。