高强度螺栓用钢丝及高强度螺栓的制造方法

摘要

本发明涉及耐延迟破坏性能和冷轧塑性加工性优良的高强度螺栓用钢丝及高强度螺栓的制造方法。本发明由于可以发挥良好的冷轧塑性加工性和优良的耐延迟破坏性，所以是高强度螺栓用钢丝，是将以下的新的润滑被膜层被覆在钢丝上进行冷轧塑性加工的。所说的新的润滑被膜层是由接触钢丝表面被覆了的无机盐类润滑被膜和、叠层在无机盐类润滑被膜上的非磷系的特殊润滑被膜构成的多层被膜。上述无机盐系润滑被膜优选的是硅酸钾，另外作为特殊润滑被膜优选的是硬脂酸钙。对上述的涂覆了新的润滑被膜层的高强度螺栓用钢丝进行良好的冷轧塑性加工。接着实施热处理对钢表面层部进行脱碳控制直至到规定的深度，可以得到耐延迟破坏性能优良的高强度螺栓。

说明书

技术领域

本发明涉及耐延迟破坏性能和冷轧塑性加工性优良的高强度螺栓用钢丝(钢线)及高强度螺栓的制造方法。

背景技术

在强度超过1000N/mm²的高强度螺栓中，经过长年累月后，则偶尔发生螺栓顶部脱落或者螺栓轴部断裂的所称的延迟破坏。

作为产生延迟破坏的最大的原因，已知的原因是在冷轧塑性加工时，为了确保优良的延展性在钢丝的表面被覆磷酸盐润滑膜而引起的。

磷酸盐被膜的组成是在磷酸锌或者磷酸锌钙等的磷酸盐膜中配合了保持金属皂等的润滑剂而构成的，但是其中的磷成分在热处理时浸入，在钢表面形成脆化层，该脆化层成为延迟破坏的主要因素，引起了延迟破坏。

在冷轧塑性加工结束后进行热处理前，如果能够除去磷酸盐被膜的话就可以改善螺栓的延迟破坏，但是完全地除去磷酸盐被膜是极其困难的。

为了提高耐延迟破坏性对策之一，已知的有形成不含有磷成分的石灰皂被膜代替磷酸盐被膜的方法。

可是，该石灰皂膜虽然提高了耐延迟破坏性，但是在热处理前的拉丝加工和冷轧塑性加工时的延展性非常的差，存在着成型工具破坏或者工具寿命显著地下降的问题。

另外，作为提高耐延迟破坏性的其他对策，已知有在热处理时控制脱碳量的方法。

该脱碳的方法，使得高强度螺栓的耐延迟破坏性能的不均匀，不良螺栓的发生率在数个百分点，有不经济的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供高强度螺栓用钢丝及高强度螺栓的制造方法，解决上述以往所存在的问题，可以在维持冷轧塑性加工性下确保耐延迟破坏性能。

发明的效果

(1)被覆在线材上的润滑膜层，通过完全不含有磷而且具有良好的润滑性能和、控制热处理时的脱碳量的相乘作用，可以赋予优良的冷轧塑性加工，可以大幅度地提高耐延迟破坏性能。

(2)特别是在消除延迟破坏不均匀性的同时，使得延迟破坏发生率几乎是零，所以可显著地降低不良螺栓的发生率。

因此，可以经济地制造高质量的高强度螺栓。

(3)由于润滑膜层的润滑性良好，所以可以稳定地进行以往石灰皂膜的约2倍截面减少率的拉深加工。

(4)由于润滑膜层的耐烧结性良好，所以在避免镦粗模等的成型工具的破损和咬口的同时，还具有也不发生成型工具由于渣子堵塞等的优点。

(5)适用于JIS规格和ISO规格中浸磷受到严格限制的强度分类中特殊高强度螺栓的制造。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的最佳实施方式。

(1)润滑被膜的涂敷

如图1所示，以高强度螺栓用的钢丝为基体制造高强度的螺栓时，在例如SCM435、440H和硼钢的钢丝上涂覆润滑被膜后，拉丝加工到规定的直径。进而，施以冷轧塑性加工使得呈现出螺栓的头部和螺栓轴部的全体形状，热处理半成品的螺栓。最后在螺栓的轴部套扣螺纹，得到高强度的螺栓。

本发明如图2所示的那样，在钢丝1的表面用从来没有的多层构造的润滑被膜层2进行被覆。

润滑膜层2是由接触钢丝1的表面直接被覆的无机盐类润滑膜3和、叠层在无机盐类润滑膜3上的非磷系的特殊润滑膜4构成，分2次被覆。以下详细地说明润滑被覆膜层2。

此外，在本例中，是对于分成2层形成润滑被膜层的情况进行说明，但是也可以无机盐类润滑膜3和非磷系的特殊润滑膜4混合在一起被覆在一层上。

[无机盐类润滑膜]

无机盐类润滑膜3是由完全不含有磷的粘结性优良的成分构成的水溶液被覆膜。

作为无机盐类润滑膜3，例如可以是以硅酸钾(K₂SiO₃)构成的被覆膜。

以硅酸钾(K₂SiO₃)构成的无机盐类润滑膜3是通过浸渍或者喷涂方法将加湿的水溶液在钢丝1上物理地附着适当的层厚。

形成无机盐类润滑膜3是为了补充特殊润滑膜3的附着性的不足，在钢丝1上附着特殊润滑膜3用的。

另外，无机盐类润滑膜3具有通过加热可以消失的性质。

[特殊润滑膜]

特殊润滑膜4与无机盐类润滑膜3同样地也是由完全不含有磷的成分构成的被膜。

作为特殊润滑膜4可以是由硬脂酸钙作为润滑成分的弱碱性的水溶液或者粉末状的被膜构成的。

特殊润滑膜4的其他配合要素可以适当地选择、添加公知的非磷系的润滑被膜的各种配合成分。

含有硬脂酸钙的特殊润滑膜4，在后述的冷轧塑性加工钢丝1时，可以发挥优良的延展性(冷轧塑性加工性)的同时，具有优良耐锈性，即使在室内放置3个月的长期保管也不会引起生锈和组织劣化。

特殊润滑膜4，是使其附着在钢丝1的附着无机盐类润滑膜3的上面状态下，用拉丝模中的摩擦热熔融后坚固地被涂覆在钢丝1上。

构成润滑膜2的无机盐类润滑膜3和非磷系的特殊润滑被膜4由于都不含有磷，所以在热处理前没有必要除去。

(2)冷轧塑性加工

接着，将形成润滑被覆膜2的钢丝1进行拉丝加工(轴向拉深加工)和使之成为规定螺栓形状的冷轧塑性加工。

在钢丝上形成石灰皂润滑被膜后进行冷轧塑性加工的以往技术，在与成型工具间，钢表面引起咬边即所说的咬口，另外，不能稳定地进行截面减少率超过20％的轴向拉深加工。

与此相反，本发明是在钢丝1的表面被覆新的配合的润滑被膜层2，所以即使预定成型的半成品螺栓是复杂且苛刻的形状，构成润滑被膜层2的特殊润滑被膜4也能发挥良好的润滑性。

特别是与成型工具间的耐烧结性优良，可以稳定地进行轴拉深加工，与以往的石灰皂被膜的情况比较可以进行二倍的截面减少率的轴拉深加工。

(3)热处理

本发明中，润滑被覆层2由于不含有磷成分，所以没有必要像以往那样在热处理前强制地除去润滑被膜，因此，不需要除去润滑被膜的专用设备和操作。

以附着润滑被膜层2的状态下的半成品的螺栓作为对象，按照以下的要领进行热处理。

热处理是在具有碳控制功能的螺栓用连续炉内进行，但是本发明不单是淬火目的的热处理，而且是控制脱碳深度为其目的的热处理。

脱碳深度，是通过管理炉内的氛围气条件(温度和时间)进行调整，在钢表层部形成规定深度的改质层。

[炉内的氛围气条件]

在管理热处理炉内的温度以及时间的状态下，单独或者并用以下的脱碳方法管理炉内的氛围气，在管理该氛围气下将半成品螺栓进行一定时间的热处理。

脱碳方法之一，是在炉内配置碳传感器来调整氛围气的碳量。最好是调整强制向炉内供给的氧量，来调整氛围气的碳量。

另一个方法是改变投入炉内气体(甲烷气或LP气体)来调整炉氛围气的碳量。

通过管理上述的炉内的氛围气时间以及氛围气，可调整的半成品螺栓的具体的脱碳深度，通过热处理要达到钢表层的硬度比中央部的低，而且其硬度差在40Hv～80Hv的范围。这里所说的“表层”是指距表面0.05mm的范围，“中央部”是指距表面0.5mm以上的深度。

根据图4说明将硬度差限定在上述范围的理由。

图4是制造改变了钢表层的脱碳量(改变钢表层和中央部的硬度差)的多个的试件螺栓，以这些螺栓为对象进行耐延迟破坏试验的结果。

从该图可以明显地看出钢表层的脱碳量对于钢中央部未满40Hv时，螺栓的破损率高不能实用。另外，其上限，从与钢固有的硬度关系看80Hv是极限。因此。硬度差在上述的40Hv～80Hv的范围时可以确认破损率是零。

本发明中，在钢的表面的润滑被膜层2中由于完全不含有磷的成分，所以在热处理时完全不会引起浸磷的现象。

这样，由于不会引起造成延迟破坏原因的浸磷的现象，所以不存在阻碍耐延迟破坏性能的原因。

另外，在润滑被膜层2中的特殊润滑被膜4通过加热消失，所以不需要另外除去的工序，而且，也不用担心对环境产生坏的影响。

图3表示热处理后的螺栓的钢表面层部的模型图。

如该图所示，在钢表面层进行规定深度的脱碳范围使得钢组织密实化，而且润滑被膜层2中的无机盐系润滑被膜3形成硬质的硅层4，该硅硬质硅层4对于螺栓的耐延迟破坏性能的提高和拉伸强度的均匀化都起到了很大的作用。

[高强度螺栓的评价]

得到了用本发明的带有润滑被膜的钢丝制造的多个螺栓和、以往的带有润滑被膜的钢丝制造的多个螺栓。

进行两种螺栓的耐延迟破坏性能的试验。

所说的耐延迟破坏性能的试验，是用耐延迟破坏性能的试验夹具将螺栓夹紧，在夹具的夹住的状态下浸渍在稀释到15％的盐酸中。

24小时作为一个周期，记录14个周期后的生存(存在)率(10个中生存10作为标准)。

试验的结果，对于以往的高强度螺栓存在着延迟破坏性能和破坏强度不均匀的现象，螺栓的生存率是80％左右。

与此比较，可以确认本发明的高强度的螺栓不存在着延迟破坏性能和破坏强度不均匀的现象，螺栓的生存率几乎是100％。

从以上的结果可以证实，使用被覆了润滑被膜层2的线材1，通过在热处理时控制脱碳量可以得到耐延迟破坏性能不降低的高强度螺栓。

附图说明

图1本发明的高强度螺栓的制造方法的流程图

图2热处理前被覆了润滑被膜的钢丝的表面层部的断面模型图

图3热处理后的钢表面层部的断面模型图

图4钢表层和中央部的硬度差和生存率的关系的试验结果的说明图。