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JP7603273B2 - Manufacturing method of stainless steel bolts - Google Patents

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JP7603273B2 JP2020187354A JP2020187354A JP7603273B2 JP 7603273 B2 JP7603273 B2 JP 7603273B2 JP 2020187354 A JP2020187354 A JP 2020187354A JP 2020187354 A JP2020187354 A JP 2020187354A JP 7603273 B2 JP7603273 B2 JP 7603273B2
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Description

本発明は、ステンレスボルトの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing stainless steel bolts.

従来、ステンレスボルトの製造方法として、様々な方法が提案されている。例えば、特許文献1には、オーステナイト系ステンレス鋼素材を、冷間鍛造または300℃以下の温間鍛造により成形して、ステンレスボルトを製造する方法が開示されている。オーステナイト系ステンレス鋼からなるステンレスボルトは、非磁性体であるため、強い磁気力が作用する環境下(磁場の強い環境下)で使用される被締結物の締結に好適である。 Various methods have been proposed for manufacturing stainless steel bolts. For example, Patent Document 1 discloses a method for manufacturing stainless steel bolts by forming an austenitic stainless steel material by cold forging or warm forging at 300°C or less. Stainless steel bolts made of austenitic stainless steel are non-magnetic, and therefore are suitable for fastening objects used in environments where strong magnetic forces are present (environments with strong magnetic fields).

特開2006-274295号公報JP 2006-274295 A

ところで、ステンレスボルトは、耐クリープ性が低い(クリープ変形し易い)ことが知られている。特に、オーステナイト系ステンレス鋼からなるステンレスボルトは、常温クリープを起こしやすい。その理由は、オーステナイト系ステンレス鋼が、FCC(面心立方)の結晶構造を有するために、常温における材料中の窒素(N)及び炭素(C)の移動速度が非常に遅く、N,Cによる転移の固定が不十分であるためと推定される(例えば、ステンレス鋼の常温におけるクリープ変形挙動、鉄と鋼、Vol.79,No.1,P98-104 参照)。このため、オーステナイト系ステンレス鋼からなるステンレスボルトを用いて被締結物を締結した後、被締結物からの反力である引張り力によって、時間の経過に伴ってステンレスボルトが徐々に変形(伸長)し、ステンレスボルトの軸力が低下してしまうことがあった。このため、オーステナイト系ステンレス鋼からなるステンレスボルトによって、被締結物を長期間適切に締結することができないことがあった。 It is known that stainless steel bolts have low creep resistance (easily subject to creep deformation). In particular, stainless steel bolts made of austenitic stainless steel are prone to room temperature creep. The reason for this is presumably that because austenitic stainless steel has a face-centered cubic (FCC) crystal structure, the migration speed of nitrogen (N) and carbon (C) in the material at room temperature is very slow, and the fixation of the transition by N and C is insufficient (see, for example, Creep Deformation Behavior of Stainless Steel at Room Temperature, Iron and Steel, Vol. 79, No. 1, pp. 98-104). For this reason, after fastening an object with a stainless steel bolt made of austenitic stainless steel, the stainless steel bolt gradually deforms (stretches) over time due to the tensile force, which is the reaction force from the fastened object, and the axial force of the stainless steel bolt may decrease. For this reason, it may not be possible to properly fasten an object for a long period of time with a stainless steel bolt made of austenitic stainless steel.

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、オーステナイト系ステンレス鋼からなるステンレスボルトの耐クリープ性を向上させる(クリープ変形を低減する)ことができるステンレスボルトの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the current situation, and aims to provide a method for manufacturing stainless steel bolts that can improve the creep resistance (reduce creep deformation) of stainless steel bolts made of austenitic stainless steel.

本発明の一態様は、オーステナイト系ステンレス鋼からなり、雄ねじが成形されたステンレスボルトを用意する工程と、用意した前記ステンレスボルトを、400℃~500℃の範囲内の温度で加熱処理する加熱処理工程と、を備え、前記加熱処理工程では、前記加熱処理の時間を、15分間以上60分間未満の範囲内とするステンレスボルトの製造方法である。 One aspect of the present invention is a method for manufacturing a stainless steel bolt, comprising: a step of preparing a stainless steel bolt made of austenitic stainless steel and having a formed male thread; and a heat treatment step of heat treating the prepared stainless steel bolt at a temperature in the range of 400°C to 500°C , wherein the heat treatment time in the heat treatment step is in the range of 15 minutes or more and less than 60 minutes .

上述のステンレスボルトの製造方法では、まず、オーステナイト系ステンレス鋼(例えば、SUS316L)からなり、雄ねじが成形されたステンレスボルトを用意する。このステンレスボルトは、公知の手法によって得ることができる。例えば、オーステナイト系ステンレス鋼からなる円柱形状の材料に対し、鍛造加工等の処理を行って、頭部と軸部とを成形し、その後、ねじ転造加工によって、軸部に雄ねじを成形することで、ステンレスボルトを得ることができる。 In the manufacturing method of the stainless steel bolt described above, first, a stainless steel bolt made of austenitic stainless steel (e.g., SUS316L) and having a male thread formed therein is prepared. This stainless steel bolt can be obtained by a known method. For example, a cylindrical material made of austenitic stainless steel is subjected to a process such as forging to form a head and a shaft, and then a male thread is formed in the shaft by thread rolling to obtain a stainless steel bolt.

さらに、上述のステンレスボルトの製造方法では、用意したステンレスボルトを、400℃~500℃の範囲内の温度で加熱処理する。具体的には、例えば、400℃~500℃の範囲内の温度に調整された加熱炉内に、ステンレスボルトを所定時間入れておく。このような加熱処理を行うことで、ステンレスボルトの耐クリープ性を向上させる(クリープ変形を低減する)ことができる。その理由は、オーステナイト系ステンレス鋼からなるステンレスボルトを、400℃~500℃の範囲内の温度で加熱処理することによって、予め、材料中の窒素(N)及び炭素(C)を転移の周りに移動、固着させることができるためと推定される。これにより、加熱処理工程を行ったステンレスボルトにおいて、常温におけるN,Cの転移の移動が低減され、耐クリープ性が向上すると推定される。 Furthermore, in the manufacturing method of the stainless steel bolt described above, the prepared stainless steel bolt is heat-treated at a temperature in the range of 400°C to 500°C. Specifically, for example, the stainless steel bolt is placed in a heating furnace adjusted to a temperature in the range of 400°C to 500°C for a predetermined period of time. By carrying out such heat treatment, it is possible to improve the creep resistance of the stainless steel bolt (reduce creep deformation). The reason for this is presumably that by heat-treating a stainless steel bolt made of austenitic stainless steel at a temperature in the range of 400°C to 500°C, the nitrogen (N) and carbon (C) in the material can be moved around the dislocations and fixed in advance. As a result, it is presumed that the movement of N and C dislocations at room temperature is reduced in the stainless steel bolt that has been subjected to the heat treatment process, improving creep resistance.

しかしながら、500℃よりも高い温度でステンレスボルトを加熱処理すると、鋭敏化(粒界腐食)が生じたり、ボルトが熱変形したりする虞があるので好ましくない。従って、ステンレスボルトに対する加熱処理温度は、400℃~500℃の範囲内の温度にするのが好ましい。
以上説明したように、上述の製造方法によれば、オーステナイト系ステンレス鋼からなるステンレスボルトの耐クリープ性を向上させる(クリープ変形を低減する)ことができる。
However, heat treatment of stainless steel bolts at temperatures higher than 500°C is not preferable because it may cause sensitization (intergranular corrosion) or thermal deformation of the bolt. Therefore, the heat treatment temperature for stainless steel bolts is preferably set within the range of 400°C to 500°C.
As described above, according to the above-mentioned manufacturing method, it is possible to improve the creep resistance (reduce creep deformation) of a stainless steel bolt made of austenitic stainless steel.

上述の製造方法では、加熱処理工程において、ステンレスボルトに対し、400℃~500℃の範囲内の温度で、15分以上60分以下の範囲内の時間、加熱処理を行う。加熱処理を15分以上行うことで、ステンレスボルトの耐クリープ性を良好にすることができる。しかしながら、加熱処理の時間を長くするほど、ステンレスボルトの製造時間が長くなり、製造コストも増大するため、加熱処理の時間は、60分以内に止めるのが好ましい。従って、ステンレスボルトに対する加熱処理の時間は、15分間~60分間の範囲内とするのが好ましい。 In the above-mentioned manufacturing method, in the heat treatment step, the stainless steel bolt is heat treated at a temperature in the range of 400°C to 500°C for a time in the range of 15 minutes to 60 minutes. By performing the heat treatment for 15 minutes or more, the creep resistance of the stainless steel bolt can be improved. However, the longer the heat treatment time, the longer the manufacturing time of the stainless steel bolt and the higher the manufacturing cost, so it is preferable to limit the heat treatment time to 60 minutes or less. Therefore, it is preferable to set the heat treatment time for the stainless steel bolt to a range of 15 minutes to 60 minutes.

前記加熱処理を60分以上行うと、ボルトの材料組織(結晶構造)が部分的に変わる(これにより、材料特性(磁性)が変わる)虞があるため、加熱処理時間は60分間未満とするのが好ましい。 If the heat treatment is carried out for more than 60 minutes, there is a risk that the material structure (crystal structure) of the bolt will be partially changed (which will result in changes to the material properties (magnetic properties)), so it is preferable to keep the heat treatment time to less than 60 minutes.

さらに、前記いずれかのステンレスボルトの製造方法であって、前記加熱処理工程を行った前記ステンレスボルトに対し、ショットピーニングまたはショットブラストを行うショット工程と、前記ショット工程を行った前記ステンレスボルトの表面に犠牲腐食被膜処理液を塗布し、これを300℃~400℃の範囲内の温度で焼き付けて、前記ステンレスボルトの表面に犠牲腐食被膜を形成する犠牲腐食被膜形成工程と、を備えるステンレスボルトの製造方法とすると良い。 Furthermore, any of the above-mentioned methods for manufacturing stainless steel bolts may be provided with a shot process in which the stainless steel bolt that has been subjected to the heat treatment process is subjected to shot peening or shot blasting, and a sacrificial corrosion coating formation process in which a sacrificial corrosion coating treatment liquid is applied to the surface of the stainless steel bolt that has been subjected to the shot process, and this is baked at a temperature within a range of 300°C to 400°C to form a sacrificial corrosion coating on the surface of the stainless steel bolt.

上述の製造方法では、ショット工程において、前述した加熱処理工程を行ったステンレスボルトに対し、ショットピーニングまたはショットブラストを行う。これにより、ステンレスボルトに対して圧縮残留応力を付与し、ステンレスボルトの疲労寿命を向上させることができる。さらには、ステンレスボルトの表面に、後述する犠牲腐食被膜が付着し易くなる。 In the above-mentioned manufacturing method, in the shot process, shot peening or shot blasting is performed on the stainless steel bolt that has been subjected to the heat treatment process described above. This imparts compressive residual stress to the stainless steel bolt, improving the fatigue life of the stainless steel bolt. Furthermore, it becomes easier for the sacrificial corrosion coating described below to adhere to the surface of the stainless steel bolt.

さらに、上述の製造方法では、犠牲腐食被膜形成工程において、前述のショット工程を行ったステンレスボルトの表面に犠牲腐食被膜処理液を塗布し、これ(ステンレスボルトの表面に塗布した犠牲腐食被膜処理液)を300℃~400℃の範囲内の温度で焼き付けることにより、ステンレスボルトの表面に犠牲腐食被膜を形成する。このような犠牲腐食被膜を有するステンレスボルトを被締結物の締結に用いた場合には、優先的に当該ステンレスボルトの犠牲腐食被膜を溶出させることができるので、被締結物の腐食(ガルバニック腐食)を抑制することができる。 Furthermore, in the above-mentioned manufacturing method, in the sacrificial corrosion coating formation process, a sacrificial corrosion coating treatment liquid is applied to the surface of the stainless steel bolt that has been subjected to the above-mentioned shot process, and this (the sacrificial corrosion coating treatment liquid applied to the surface of the stainless steel bolt) is baked at a temperature in the range of 300°C to 400°C to form a sacrificial corrosion coating on the surface of the stainless steel bolt. When a stainless steel bolt having such a sacrificial corrosion coating is used to fasten a fastened object, the sacrificial corrosion coating of the stainless steel bolt can be preferentially dissolved, thereby suppressing corrosion (galvanic corrosion) of the fastened object.

なお、犠牲腐食被膜処理液は、ステンレスボルトの表面に犠牲腐食塗膜を形成するための処理液(塗料)であり、ステンレスボルトの表面に塗布した当該犠牲腐食被膜処理液をステンレスボルトの表面に焼き付けることによって、犠牲腐食被膜になる処理液である。犠牲腐食被膜としては、例えば、ジオメット(商標名)を挙げることができる。 The sacrificial corrosion coating treatment liquid is a treatment liquid (paint) for forming a sacrificial corrosion coating on the surface of the stainless steel bolt, and the treatment liquid becomes a sacrificial corrosion coating by applying the sacrificial corrosion coating treatment liquid to the surface of the stainless steel bolt and baking it onto the surface of the stainless steel bolt. An example of a sacrificial corrosion coating is Geomet (trade name).

ところで、犠牲腐食被膜形成工程では、ステンレスボルトの表面に塗布した犠牲腐食被膜処理液を、300℃以上400℃以下の範囲内の温度で焼き付ける。300℃以上の温度で焼き付けることにより、ステンレスボルトの表面に対する犠牲腐食被膜の密着性等を良好にすることができる。 In the sacrificial corrosion coating formation process, the sacrificial corrosion coating treatment liquid applied to the surface of the stainless steel bolt is baked at a temperature in the range of 300°C to 400°C. By baking at a temperature of 300°C or higher, it is possible to improve the adhesion of the sacrificial corrosion coating to the surface of the stainless steel bolt.

また、犠牲腐食被膜の焼き付け温度を高くするほど、焼き付け時に、ショット工程において付与した圧縮残留応力の解放が大きくなる。具体的には、焼き付け温度を400℃よりも高くすると、ショット工程において付与した圧縮残留応力の解放が顕著になり、疲労強度を確保できなくなる虞がある。これに対し、上述の犠牲腐食被膜形成工程では、焼き付け温度を400℃以下にすることによって、ショット工程において付与した圧縮残留応力の解放を小さくしている。これにより、ステンレスボルトの疲労寿命を良好にすることができる。 In addition, the higher the baking temperature of the sacrificial corrosion coating, the greater the release of the compressive residual stress imparted in the shot process during baking. Specifically, if the baking temperature is higher than 400°C, the release of the compressive residual stress imparted in the shot process becomes significant, and there is a risk that fatigue strength cannot be ensured. In contrast, in the above-mentioned sacrificial corrosion coating formation process, the baking temperature is set to 400°C or less, thereby reducing the release of the compressive residual stress imparted in the shot process. This can improve the fatigue life of the stainless steel bolt.

さらに、前記のステンレスボルトの製造方法であって、前記犠牲腐食被膜形成工程を行った前記ステンレスボルトの表面に、摩擦係数安定剤を塗布して乾燥させることで、摩擦係数安定化被膜を形成するステンレスボルトの製造方法とすると良い。 Furthermore, the method for manufacturing the stainless steel bolt may be such that a friction coefficient stabilizer is applied to the surface of the stainless steel bolt after the sacrificial corrosion film formation process and then dried to form a friction coefficient stabilizing film.

ステンレスボルトの表面に摩擦係数安定化被膜を形成することで、ステンレスボルトの軸力のバラツキを小さくすることができる。これにより、ステンレスボルトの締め付けトルクを大きくすることができる(従って、初期軸力の下限値を高くすることができる)ので、ステンレスボルトのクリープによる軸力低下に対するマージンを大きくすることができる。具体的には、例えば、常温クリープによってステンレスボルトの軸力が許容範囲の下限値にまで低下する期間を長くすることができる。なお、摩擦係数安定剤としては、例えば、ex Torquer(商標名)を挙げることができる。 By forming a friction coefficient stabilizing coating on the surface of a stainless steel bolt, it is possible to reduce the variation in the axial force of the stainless steel bolt. This allows the tightening torque of the stainless steel bolt to be increased (and therefore the lower limit of the initial axial force to be increased), thereby increasing the margin for the decrease in axial force due to creep of the stainless steel bolt. Specifically, for example, it is possible to extend the period during which the axial force of the stainless steel bolt decreases to the lower limit of the allowable range due to room temperature creep. An example of an example of a friction coefficient stabilizer is ex Torquer (trade name).

さらに、前記いずれかのステンレスボルトの製造方法であって、前記ステンレスボルトは、鉄道車両用のステンレスボルトであるステンレスボルトの製造方法とすると良い。 Furthermore, in any of the above-mentioned methods for manufacturing stainless steel bolts, the stainless steel bolts may be stainless steel bolts for railway vehicles.

鉄道車両では、オーステナイト系ステンレス鋼からなるステンレスボルトを使用することがある。また、鉄道車両では、耐クリープ性の高いボルトの使用が要求される。
これに対し、上述の製造方法によれば、オーステナイト系ステンレス鋼からなるステンレスボルトの耐クリープ性を向上させる(クリープ変形を低減する)ことができる。従って、上述の製造方法は、鉄道車両用のステンレスボルトの製造方法として好適である。
In railway vehicles, stainless steel bolts made of austenitic stainless steel are often used, and the use of bolts with high creep resistance is required.
In contrast, the above-mentioned manufacturing method can improve the creep resistance (reduce creep deformation) of stainless steel bolts made of austenitic stainless steel, and is therefore suitable as a manufacturing method for stainless steel bolts for railway vehicles.

実施形態にかかるステンレスボルトの側面図である。FIG. 2 is a side view of the stainless steel bolt according to the embodiment. クリープ試験を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a creep test. クリープ試験の結果を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the results of a creep test. 加熱処理温度と降伏応力との相関図である。FIG. 1 is a correlation diagram between heat treatment temperature and yield stress. 焼き付け温度と圧縮残留応力最大値との相関図である。FIG. 1 is a correlation diagram between baking temperature and maximum compressive residual stress. 焼き付け温度と疲労寿命との相関図である。FIG. 1 is a correlation diagram between baking temperature and fatigue life.

次に、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図1は、実施形態にかかるステンレスボルト10の側面図である。ステンレスボルト10は、オーステナイト系ステンレス鋼からなり、頭部11と軸部12とを有する。軸部12には、雄ねじ13が成形されている。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view of a stainless steel bolt 10 according to the embodiment. The stainless steel bolt 10 is made of austenitic stainless steel and has a head 11 and a shaft 12. A male thread 13 is formed in the shaft 12.

オーステナイト系ステンレス鋼からなるステンレスボルト10は、非磁性体であるため、強い磁気力が作用する環境下(磁場の強い環境下)においても、磁気力の影響を受けにくい。このため、本実施形態のステンレスボルト10は、強い磁気力が作用する環境下(磁場の強い環境下)で使用される被締結物の締結に好適である。なお、本実施形態のステンレスボルト10は、鉄道車両用のステンレスボルトである。 The stainless steel bolt 10, made of austenitic stainless steel, is non-magnetic and therefore is not easily affected by magnetic forces even in environments where strong magnetic forces are present (environments with strong magnetic fields). For this reason, the stainless steel bolt 10 of this embodiment is suitable for fastening objects used in environments where strong magnetic forces are present (environments with strong magnetic fields). The stainless steel bolt 10 of this embodiment is a stainless steel bolt for railway vehicles.

ここで、本実施形態にかかるステンレスボルト10の製造方法について説明する。
まず、オーステナイト系ステンレス鋼(例えば、SUS316L)からなり、雄ねじ13が成形されたステンレスボルト10を用意する。このステンレスボルト10は、公知の手法によって得ることができる。具体的には、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼(例えば、SUS316L)からなる円柱形状の材料に対し、鍛造加工等の処理を行って、頭部11と軸部12とを成形し、その後、ねじ転造加工によって、軸部12に雄ねじ13を成形することで、ステンレスボルト10(図1参照)を用意することができる。
Here, a method for manufacturing the stainless steel bolt 10 according to this embodiment will be described.
First, a stainless steel bolt 10 made of austenitic stainless steel (e.g., SUS316L) and having a male thread 13 formed therein is prepared. This stainless steel bolt 10 can be obtained by a known method. Specifically, for example, a cylindrical material made of austenitic stainless steel (e.g., SUS316L) is subjected to a process such as forging to form a head 11 and a shaft 12, and then the male thread 13 is formed on the shaft 12 by thread rolling, thereby preparing the stainless steel bolt 10 (see FIG. 1 ).

次に、加熱処理工程において、用意したステンレスボルト10を、400℃~500℃の範囲内の温度で、所定時間(例えば、15分間~60分間の範囲内の時間)、加熱処理する。具体的には、400℃~500℃の範囲内の温度に調整された加熱炉(図示なし)の中に、所定時間(例えば、15分間~60分間の範囲内の時間)、ステンレスボルト10を入れておく。このような加熱処理を行うことで、ステンレスボルト10の耐クリープ性を向上させる(クリープ変形を低減する)ことができる。その理由は、オーステナイト系ステンレス鋼からなるステンレスボルト10を、400℃~500℃の範囲内の温度で、所定時間加熱処理することによって、材料中の窒素(N)及び炭素(C)を転移の周りに移動、固着させることができるためと推定される。これにより、加熱処理工程を行ったステンレスボルト10において、常温における転移の移動が低減され、耐クリープ性が向上すると推定される。 Next, in the heat treatment process, the prepared stainless steel bolt 10 is heat-treated at a temperature in the range of 400°C to 500°C for a predetermined time (for example, 15 minutes to 60 minutes). Specifically, the stainless steel bolt 10 is placed in a heating furnace (not shown) adjusted to a temperature in the range of 400°C to 500°C for a predetermined time (for example, 15 minutes to 60 minutes). By performing such heat treatment, the creep resistance of the stainless steel bolt 10 can be improved (creep deformation can be reduced). The reason for this is presumed to be that by heat-treating the stainless steel bolt 10 made of austenitic stainless steel at a temperature in the range of 400°C to 500°C for a predetermined time, nitrogen (N) and carbon (C) in the material can be moved around the dislocations and fixed. As a result, it is presumed that the movement of dislocations at room temperature is reduced in the stainless steel bolt 10 that has been subjected to the heat treatment process, and creep resistance is improved.

しかしながら、500℃よりも高い温度でステンレスボルト10を加熱処理すると、ステンレスボルト10において鋭敏化(粒界腐食)が生じる虞があるので好ましくない。従って、ステンレスボルト10に対する加熱処理の温度は、400℃~500℃の範囲内の温度にするのが好ましい。 However, heat treating the stainless steel bolt 10 at a temperature higher than 500°C is not preferable because it may cause sensitization (intergranular corrosion) in the stainless steel bolt 10. Therefore, it is preferable to heat treat the stainless steel bolt 10 at a temperature in the range of 400°C to 500°C.

また、前述の加熱処理工程では、ステンレスボルト10に対する加熱処理の時間を、15分間~60分間の範囲内とするのが好ましい。すなわち、加熱処理工程において、ステンレスボルト10に対し、400℃~500℃の範囲内の温度で、15分以上60分以下の範囲内の時間、加熱処理を行うようにするのが好ましい。ステンレスボルト10に対する加熱処理を15分以上行うことで、ステンレスボルト10の耐クリープ性を良好にすることができる。しかしながら、加熱処理の時間を長くするほど、ステンレスボルト10の製造時間が長くなり、製造コストも増大するため、加熱処理の時間は、60分以内に止めるのが好ましい。従って、ステンレスボルト10に対する加熱処理の時間は、15分間~60分間の範囲内とするのが好ましい。 In addition, in the above-mentioned heat treatment process, it is preferable that the heat treatment time for the stainless steel bolt 10 is within the range of 15 to 60 minutes. That is, in the heat treatment process, it is preferable to heat the stainless steel bolt 10 at a temperature within the range of 400°C to 500°C for a time within the range of 15 to 60 minutes. By heat treating the stainless steel bolt 10 for 15 minutes or more, the creep resistance of the stainless steel bolt 10 can be improved. However, the longer the heat treatment time, the longer the manufacturing time of the stainless steel bolt 10 and the higher the manufacturing cost, so it is preferable to limit the heat treatment time to 60 minutes or less. Therefore, it is preferable that the heat treatment time for the stainless steel bolt 10 is within the range of 15 to 60 minutes.

さらに、前述の加熱処理工程では、ステンレスボルト10に対する加熱処理の時間を60分間未満とするのがより好ましい。ステンレスボルト10に対する加熱処理を60分以上行うと、ステンレスボルト10の材料組織(結晶構造)の一部が変わる(これにより、材料特性が変わる)虞があるからである。従って、ステンレスボルト10に対する加熱処理の時間は、15分間以上60分間未満の範囲内とするのがより好ましい。 Furthermore, in the above-mentioned heat treatment process, it is more preferable to set the heat treatment time for the stainless steel bolt 10 to less than 60 minutes. If the heat treatment is performed on the stainless steel bolt 10 for more than 60 minutes, there is a risk that part of the material structure (crystal structure) of the stainless steel bolt 10 will change (thereby changing the material properties). Therefore, it is more preferable to set the heat treatment time for the stainless steel bolt 10 to a range of 15 minutes or more and less than 60 minutes.

その後、ショット工程において、加熱処理工程を行ったステンレスボルト10に対し、ショットピーニングまたはショットブラストを行う。これにより、ステンレスボルト10に対して圧縮残留応力を付与し、ステンレスボルト10の疲労寿命を向上させることができる。さらには、ステンレスボルト10の表面に、後述する犠牲腐食皮膜が付着し易くなる。 Then, in the shot process, shot peening or shot blasting is performed on the stainless steel bolt 10 that has been subjected to the heat treatment process. This imparts compressive residual stress to the stainless steel bolt 10, improving the fatigue life of the stainless steel bolt 10. Furthermore, it becomes easier for a sacrificial corrosion film, which will be described later, to adhere to the surface of the stainless steel bolt 10.

次に、犠牲腐食被膜形成工程において、ショット工程を行ったステンレスボルト10の表面に犠牲腐食被膜処理液を塗布し、これ(ステンレスボルト10の表面に塗布した犠牲腐食被膜処理液)を300℃~400℃の範囲内の温度で焼き付ける。これにより、ステンレスボルト10の表面に犠牲腐食被膜(図示省略)を形成する。このような犠牲腐食被膜を有するステンレスボルト10を被締結物の締結に用いた場合には、優先的に当該ステンレスボルト10の犠牲腐食被膜を溶出させることができるので、被締結物の腐食(ガルバニック腐食)を抑制することができる。 Next, in the sacrificial corrosion coating formation process, a sacrificial corrosion coating treatment liquid is applied to the surface of the stainless steel bolt 10 that has been subjected to the shot process, and this (the sacrificial corrosion coating treatment liquid applied to the surface of the stainless steel bolt 10) is baked at a temperature in the range of 300°C to 400°C. This forms a sacrificial corrosion coating (not shown) on the surface of the stainless steel bolt 10. When a stainless steel bolt 10 having such a sacrificial corrosion coating is used to fasten a fastened object, the sacrificial corrosion coating of the stainless steel bolt 10 can be preferentially dissolved, thereby suppressing corrosion (galvanic corrosion) of the fastened object.

なお、犠牲腐食被膜処理液は、ステンレスボルトの表面に犠牲腐食塗膜を形成するための処理液(塗料)であり、ステンレスボルトの表面に塗布した当該犠牲腐食被膜処理液をステンレスボルトの表面に焼き付けることによって、犠牲腐食被膜になる処理液である。本実施形態では、犠牲腐食被膜として、ジオメット(商標名)を用いている。 The sacrificial corrosion coating treatment liquid is a treatment liquid (paint) for forming a sacrificial corrosion coating on the surface of the stainless steel bolt, and the sacrificial corrosion coating treatment liquid applied to the surface of the stainless steel bolt is baked onto the surface of the stainless steel bolt to form a sacrificial corrosion coating. In this embodiment, Geomet (trade name) is used as the sacrificial corrosion coating.

ところで、犠牲腐食被膜形成工程では、ステンレスボルト10の表面に塗布した犠牲腐食被膜処理液を、300℃以上400℃以下の範囲内の温度で焼き付ける。300℃以上の温度で焼き付けることにより、ステンレスボルト10の表面に対する犠牲腐食被膜の密着性等を良好にすることができる。 In the sacrificial corrosion coating formation process, the sacrificial corrosion coating treatment liquid applied to the surface of the stainless steel bolt 10 is baked at a temperature in the range of 300°C to 400°C. By baking at a temperature of 300°C or higher, it is possible to improve the adhesion of the sacrificial corrosion coating to the surface of the stainless steel bolt 10.

また、犠牲腐食被膜の焼き付け温度を高くするほど、焼き付け時に、ショット工程において付与した圧縮残留応力の解放が大きくなる。具体的には、焼き付け温度を400℃よりも高くすると、ショット工程において付与した圧縮残留応力の解放が顕著になり、疲労強度を確保できなくなる虞がある。これに対し、本実施形態の犠牲腐食被膜形成工程では、焼き付け温度を400℃以下にすることによって、ショット工程において付与した圧縮残留応力の解放を小さくしている。これにより、ステンレスボルト10の疲労寿命を良好にすることができる。 In addition, the higher the baking temperature of the sacrificial corrosion coating, the greater the release of the compressive residual stress imparted in the shot process during baking. Specifically, if the baking temperature is higher than 400°C, the release of the compressive residual stress imparted in the shot process becomes significant, and there is a risk that fatigue strength cannot be ensured. In contrast, in the sacrificial corrosion coating formation process of this embodiment, the baking temperature is set to 400°C or less, thereby reducing the release of the compressive residual stress imparted in the shot process. This makes it possible to improve the fatigue life of the stainless steel bolt 10.

その後、犠牲腐食被膜形成工程を行ったステンレスボルト10の表面に、摩擦係数安定剤を塗布して乾燥させることで、摩擦係数安定化被膜(図示省略)を形成する。これにより、本実施形態のステンレスボルト10(図1参照)が完成する。なお、本実施形態では、摩擦係数安定剤として、ex Torquer(商標名)を用いている。 After that, a friction coefficient stabilizer is applied to the surface of the stainless steel bolt 10 that has been subjected to the sacrificial corrosion coating formation process, and then dried to form a friction coefficient stabilizing coating (not shown). This completes the stainless steel bolt 10 of this embodiment (see Figure 1). In this embodiment, ex Torquer (trade name) is used as the friction coefficient stabilizer.

ステンレスボルト10の表面に摩擦係数安定化被膜を形成することで、ステンレスボルト10の軸力のバラツキを小さくすることができる。これにより、ステンレスボルト10の締め付けトルクを大きくすることができる(従って、初期軸力の下限値を高くすることができる)ので、ステンレスボルト10のクリープによる軸力低下に対するマージンを大きくすることができる。具体的には、例えば、常温クリープによってステンレスボルト10の軸力が許容範囲の下限値にまで低下する期間を長くすることができる。 By forming a friction coefficient stabilizing coating on the surface of the stainless steel bolt 10, the variation in the axial force of the stainless steel bolt 10 can be reduced. This allows the tightening torque of the stainless steel bolt 10 to be increased (and therefore the lower limit of the initial axial force can be increased), thereby increasing the margin for the decrease in axial force due to creep of the stainless steel bolt 10. Specifically, for example, the period during which the axial force of the stainless steel bolt 10 decreases to the lower limit of the allowable range due to room temperature creep can be extended.

<クリープ試験>
次に、クリープ試験について説明する。図2は、クリープ試験を説明する図である。図3は、クリープ試験の結果を示す図である。まず、本クリープ試験について説明する。図2に示すように、実施例1~4のステンレスボルト10と、鉄製のナット20とを用いて、円筒形状の被締結物30を締結した。より具体的には、公知のナットランナーを用いて、ステンレスボルト10の軸力が95kNになるのを狙って、所定の締め付けトルクで、ステンレスボルト10とナット20とによって被締結物30を締結した。
<Creep test>
Next, the creep test will be described. FIG. 2 is a diagram for explaining the creep test. FIG. 3 is a diagram showing the results of the creep test. First, the creep test will be described. As shown in FIG. 2, a cylindrical fastened object 30 was fastened using the stainless steel bolts 10 of Examples 1 to 4 and an iron nut 20. More specifically, using a known nut runner, the fastened object 30 was fastened by the stainless steel bolt 10 and the nut 20 at a predetermined tightening torque, aiming for the axial force of the stainless steel bolt 10 to be 95 kN.

なお、ステンレスボルト10の頭部11と被締結物30の一方端31(図2において左端)との間には、鋼製の研磨座金41を介在させている。また、ナット20と被締結物30の他方端32(図2において右端)との間には、鋼製の研磨座金42を介在させている。被締結物30は、S50相当の材質からなり、HV400の硬度を有し、表面には亜鉛メッキ処理が施されている。 A steel ground washer 41 is interposed between the head 11 of the stainless steel bolt 10 and one end 31 (the left end in FIG. 2) of the fastened object 30. A steel ground washer 42 is interposed between the nut 20 and the other end 32 (the right end in FIG. 2) of the fastened object 30. The fastened object 30 is made of a material equivalent to S50, has a hardness of HV400, and is zinc-plated on the surface.

被締結物30の外周面には、4つのひずみゲージ(図示省略)を設けている。より具体的には、4つのひずみゲージは、被締結物30の外周面のうち、被締結物30の軸線方向(図2において左右方向)について中央の位置に、周方向について等間隔で設けられている。本クリープ試験では、図2に示す締結状態で、被締結物30の外周面に設けられている4つのひずみゲージの出力値を取得し、取得した4つの出力値の平均値に基づいて、被締結物30を締結しているステンレスボルト10の軸力を算出している。なお、本クリープ試験は、常温環境下(具体的には、22℃~23℃の範囲内の温度環境下)で行っている。 Four strain gauges (not shown) are provided on the outer peripheral surface of the fastened object 30. More specifically, the four strain gauges are provided at the center of the outer peripheral surface of the fastened object 30 in the axial direction (left and right direction in FIG. 2) of the fastened object 30, and are equally spaced circumferentially. In this creep test, the output values of the four strain gauges provided on the outer peripheral surface of the fastened object 30 are obtained in the fastened state shown in FIG. 2, and the axial force of the stainless steel bolt 10 fastening the fastened object 30 is calculated based on the average value of the four obtained output values. Note that this creep test is performed in a room temperature environment (specifically, in a temperature environment within the range of 22°C to 23°C).

<実施例1>
実施例1では、加熱処理工程において、ステンレスボルト10に対する加熱処理を、400℃の温度で15分間行った。
Example 1
In Example 1, in the heat treatment step, the stainless steel bolt 10 was heat treated at a temperature of 400° C. for 15 minutes.

<実施例2>
実施例2では、加熱処理工程において、ステンレスボルト10に対する加熱処理を、450℃の温度で15分間行った。
Example 2
In Example 2, in the heat treatment step, the stainless steel bolt 10 was heat treated at a temperature of 450° C. for 15 minutes.

<実施例3>
実施例3では、加熱処理工程において、ステンレスボルト10に対する加熱処理を、500℃の温度で15分間行った。
Example 3
In Example 3, in the heat treatment step, the stainless steel bolt 10 was heat treated at a temperature of 500° C. for 15 minutes.

<実施例4>
実施例4では、加熱処理工程において、ステンレスボルト10に対する加熱処理を、500℃の温度で60分間行った。
Example 4
In Example 4, in the heat treatment step, the stainless steel bolt 10 was heat treated at a temperature of 500° C. for 60 minutes.

本クリープ試験では、各実施例のステンレスボルト10を3本ずつ用意し、各実施例において、3本のステンレスボルト10のそれぞれについて上述した軸力を算出し、3つの軸力の平均値(以下、軸力平均値とする)を求めている。さらに、本クリープ試験では、各実施例のステンレスボルト10について、まず、締結時に軸力平均値(kN)を求め、その後、2日目(すなわち締結した日の翌日)、3日目、4日目、7日目、8日目、9日目、10日目、11日目、14日目、15日目においても、被締結物30を締結しているステンレスボルト10の軸力平均値を求めた。 In this creep test, three stainless steel bolts 10 of each embodiment were prepared, and the axial force described above was calculated for each of the three stainless steel bolts 10 in each embodiment, and the average value of the three axial forces (hereinafter referred to as the average axial force) was obtained. Furthermore, in this creep test, the average axial force (kN) was first obtained for the stainless steel bolts 10 of each embodiment when they were fastened, and then the average axial force of the stainless steel bolts 10 fastening the fastened object 30 was also obtained on the second day (i.e. the day after the fastening), the third day, the fourth day, the seventh day, the eighth day, the ninth day, the tenth day, the eleventh day, the fourteenth day, and the fifteenth day.

そして、各実施例のステンレスボルト10について、締結後の軸力平均値の低下率(以下、単に、軸力低下率ともいう)を求めた。より具体的には、上述した2日目以降の各測定日の軸力平均値について、締結時の軸力平均値からの低下量の割合を、軸力低下率(%)として求めた。なお、軸力低下率(%)は、下記の演算式によって求めている。
軸力低下率(%)={(締結時の軸力平均値-締結後の各測定日の軸力平均値)/締結時の軸力平均値}×100
Then, the rate of decrease in the average axial force after tightening (hereinafter, simply referred to as the axial force decrease rate) was calculated for the stainless steel bolt 10 of each example. More specifically, for the average axial force on each measurement day from the second day onwards, the rate of decrease from the average axial force at tightening was calculated as the axial force decrease rate (%). The axial force decrease rate (%) was calculated using the following formula.
Axial force reduction rate (%) = {(average axial force at fastening - average axial force at each measurement date after fastening) / average axial force at fastening} x 100

また、本クリープ試験では、比較例1として、実施例1と比較して加熱処理工程を行っていない点のみが異なるステンレスボルトを用意し、この比較例1のステンレスボルトについても、実施例1~4のステンレスボルト10と同様のクリープ試験を行って、軸力低下率を求めている。
本クリープ試験の結果を、図3に示す。
In addition, in this creep test, a stainless steel bolt was prepared as Comparative Example 1, which differs from Example 1 only in that it was not subjected to a heat treatment process. A creep test similar to that for the stainless steel bolt 10 of Examples 1 to 4 was also performed on this stainless steel bolt of Comparative Example 1 to determine the axial load reduction rate.
The results of this creep test are shown in FIG.

図3に示すように、実施例1~4のステンレスボルト10では、比較例1のステンレスボルトに比べて、軸力低下率の値が小さくなった。具体的には、比較例1では、軸力低下率が15日間で4%以上であったのに対し、実施例1~4においては、軸力低下率が15日間で4%未満であった。すなわち、実施例1~4のステンレスボルト10では、比較例1のステンレスボルトに比べて、締結後の軸力低下を抑制することができた。軸力低下率の値が小さいほど、ステンレスボルトの耐クリープ性が良いといえる。従って、実施例1~4のステンレスボルト10は、比較例1のステンレスボルトに比べて、耐クリープ性が良好であるといえる。 As shown in FIG. 3, the stainless steel bolts 10 of Examples 1 to 4 had a smaller axial force reduction rate than the stainless steel bolt of Comparative Example 1. Specifically, in Comparative Example 1, the axial force reduction rate was 4% or more over 15 days, whereas in Examples 1 to 4, the axial force reduction rate was less than 4% over 15 days. In other words, the stainless steel bolts 10 of Examples 1 to 4 were able to suppress the reduction in axial force after fastening compared to the stainless steel bolt of Comparative Example 1. The smaller the axial force reduction rate, the better the creep resistance of the stainless steel bolt. Therefore, it can be said that the stainless steel bolts 10 of Examples 1 to 4 have better creep resistance than the stainless steel bolt of Comparative Example 1.

本クリープ試験の結果から、400℃~500℃の範囲内の温度で、ステンレスボルト10を加熱処理することで、ステンレスボルト10の耐クリープ性を向上させることができるといえる。なお、加熱温度を高くしすぎると、ステンレスボルト10において鋭敏化及び強度低下が生じる虞があるため、加熱温度は500℃に止めるのが好ましい。また、本クリープ試験の結果から、加熱処理の時間は、15分間~60分間の範囲内の時間にするのが好ましいといえる。 The results of this creep test indicate that the creep resistance of the stainless steel bolt 10 can be improved by heat treating the stainless steel bolt 10 at a temperature in the range of 400°C to 500°C. However, if the heating temperature is too high, there is a risk of sensitization and a decrease in strength in the stainless steel bolt 10, so it is preferable to limit the heating temperature to 500°C. Furthermore, the results of this creep test indicate that the heat treatment time is preferably in the range of 15 minutes to 60 minutes.

<ステンレスボルトの切断面観察1>
次に、サンプル1~5のステンレスボルト10を用意し、これらについて、軸部を軸線方向に直交する方向に切断し、その切断面を研磨した。その後、切断した各サンプルのステンレスボルト10を、濃度10%のシュウ酸水溶液に浸漬して、30秒間の電解腐食処理を行って、切断面に金属組織を現出させた。各サンプルのステンレスボルト10について、この切断面を金属顕微鏡によって観察した。その結果を表1に示す。
<Cut-section observation of stainless steel bolt 1>
Next, stainless steel bolts 10 of samples 1 to 5 were prepared, and the shafts of these were cut in a direction perpendicular to the axial direction, and the cut surfaces were polished. After that, the cut stainless steel bolts 10 of each sample were immersed in a 10% oxalic acid solution and subjected to electrolytic corrosion treatment for 30 seconds to reveal the metal structure on the cut surfaces. The cut surfaces of the stainless steel bolts 10 of each sample were observed with a metallurgical microscope. The results are shown in Table 1.

サンプル1は、加熱処理工程を行っていないステンレスボルト10であり、サンプル2は、実施例3のステンレスボルト10(すなわち、500℃の温度で15分間の加熱処理工程を行ったステンレスボルト10)であり、サンプル3は、500℃の温度で180分間の加熱処理工程を行ったステンレスボルト10である。 Sample 1 is a stainless steel bolt 10 that has not been subjected to a heat treatment process, sample 2 is a stainless steel bolt 10 of Example 3 (i.e., a stainless steel bolt 10 that has been subjected to a heat treatment process at a temperature of 500°C for 15 minutes), and sample 3 is a stainless steel bolt 10 that has been subjected to a heat treatment process at a temperature of 500°C for 180 minutes.

また、サンプル4は、700℃の温度で15分間の加熱処理工程を行ったステンレスボルト10であり、サンプル5は、700℃の温度で180分間の加熱処理を行ったステンレスボルト10である。 Sample 4 is a stainless steel bolt 10 that has been subjected to a heat treatment process at a temperature of 700°C for 15 minutes, and sample 5 is a stainless steel bolt 10 that has been subjected to a heat treatment process at a temperature of 700°C for 180 minutes.

Figure 0007603273000001
Figure 0007603273000001

切断面観察の結果、表1に示すように、サンプル4及びサンプル5の切断面では、サンプル1の切断面に比べて、結晶粒界が明瞭になっており、鋭敏化(粒界腐食)が生じていた。すなわち、500℃よりも高い700℃の温度で加熱処理工程を行ったステンレスボルト(サンプル4,5)では、加熱処理の時間に拘わらず、加熱処理を行ったことによって、鋭敏化(粒界腐食)が生じていた。 As a result of observing the cut surfaces, as shown in Table 1, the grain boundaries were clearer in the cut surfaces of Samples 4 and 5 than in the cut surface of Sample 1, and sensitization (intergranular corrosion) had occurred. In other words, in the stainless steel bolts (Samples 4 and 5) that underwent a heat treatment process at a temperature of 700°C, which is higher than 500°C, sensitization (intergranular corrosion) had occurred as a result of the heat treatment, regardless of the heat treatment time.

一方、サンプル2及びサンプル3の切断面の組織状態は、サンプル1の切断面の組織状態とほぼ同じであった。すなわち、500℃の温度で加熱処理工程を行ったステンレスボルト(サンプル2,3)では、加熱処理の時間に拘わらず、加熱処理の前後において、ステンレスボルトの組織状態に変化は見られず、鋭敏化(粒界腐食)は生じていなかった。
これらの結果から、加熱処理工程における加熱温度は、500℃以下にするのが好ましいといえる。
On the other hand, the microstructural states of the cut surfaces of Samples 2 and 3 were almost the same as that of Sample 1. That is, in the stainless steel bolts (Samples 2 and 3) that were subjected to a heat treatment process at a temperature of 500°C, no change was observed in the microstructural state of the stainless steel bolt before and after the heat treatment, regardless of the heat treatment time, and sensitization (intergranular corrosion) did not occur.
From these results, it can be said that the heating temperature in the heat treatment step is preferably 500° C. or less.

<ステンレスボルトの切断面観察2>
更に、サンプル6~10のステンレスボルト10を用意し、これらについて、軸部を軸線方向に直交する方向に切断し、その切断面を研磨した。その後、切断した各サンプルのステンレスボルト10を、濃度10%のシュウ酸水溶液に浸漬して、30秒間の電解腐食処理を行って、切断面に金属組織を現出させた。この切断面を金属顕微鏡によって観察した結果を表2に示す。
<Cut-section observation of stainless steel bolt 2>
Furthermore, stainless steel bolts 10 of samples 6 to 10 were prepared, and the shafts of these were cut in a direction perpendicular to the axial direction, and the cut surfaces were polished. Then, the cut stainless steel bolts 10 of each sample were immersed in a 10% oxalic acid solution and subjected to electrolytic corrosion treatment for 30 seconds to reveal the metal structure on the cut surfaces. The results of observing the cut surfaces with a metallurgical microscope are shown in Table 2.

サンプル6は、加熱処理工程を行っていないステンレスボルト10であり、サンプル7は、実施例1のステンレスボルト10(すなわち、400℃の温度で15分間の加熱処理工程を行ったステンレスボルト10)であり、サンプル8は、実施例2のステンレスボルト10(すなわち、450℃の温度で15分間の加熱処理工程を行ったステンレスボルト10)である。 Sample 6 is a stainless steel bolt 10 that has not been subjected to a heat treatment process, sample 7 is a stainless steel bolt 10 of Example 1 (i.e., a stainless steel bolt 10 that has been subjected to a heat treatment process at a temperature of 400°C for 15 minutes), and sample 8 is a stainless steel bolt 10 of Example 2 (i.e., a stainless steel bolt 10 that has been subjected to a heat treatment process at a temperature of 450°C for 15 minutes).

また、サンプル9は、実施例3のステンレスボルト10(すなわち、500℃の温度で15分間の加熱処理工程を行ったステンレスボルト10)であり、サンプル10は、実施例4のステンレスボルト10(すなわち、500℃の温度で60分間の加熱処理工程を行ったステンレスボルト10)である。 Sample 9 is the stainless steel bolt 10 of Example 3 (i.e., the stainless steel bolt 10 subjected to a heat treatment process at a temperature of 500°C for 15 minutes), and sample 10 is the stainless steel bolt 10 of Example 4 (i.e., the stainless steel bolt 10 subjected to a heat treatment process at a temperature of 500°C for 60 minutes).

Figure 0007603273000002
Figure 0007603273000002

切断面観察の結果、表2に示すように、サンプル10では、ステンレスボルトの切断面において、フェライトの結晶が確認された。すなわち、500℃の温度で60分間の加熱処理工程を行ったステンレスボルト10では、加熱処理工程を行ったことで、フェライトの結晶が生じた。 As a result of observing the cut surface, as shown in Table 2, ferrite crystals were confirmed on the cut surface of the stainless steel bolt in sample 10. In other words, in stainless steel bolt 10, which underwent a heat treatment process at a temperature of 500°C for 60 minutes, ferrite crystals were formed as a result of the heat treatment process.

一方、他のサンプル6~9では、ステンレスボルト10の切断面において、フェライトの結晶は確認されなかった。すなわち、400℃~500℃の範囲内の温度で、60分間未満の時間、加熱処理工程を行ったステンレスボルト10では、加熱処理工程を行っていないステンレスボルト10と同様に、フェライトの結晶は確認されなかった。
これらの結果から、加熱処理工程における加熱処理の時間は、60分未満にするのが好ましいといえる。
On the other hand, in the other samples 6 to 9, no ferrite crystals were observed on the cut surface of the stainless steel bolt 10. That is, in the stainless steel bolt 10 that had been subjected to a heat treatment process at a temperature in the range of 400° C. to 500° C. for less than 60 minutes, no ferrite crystals were observed, just like the stainless steel bolt 10 that had not been subjected to the heat treatment process.
From these results, it can be said that the heat treatment time in the heat treatment step is preferably less than 60 minutes.

<引張試験>
加熱処理工程における加熱処理温度及び加熱処理時間が異なる複数種類のステンレスボルト10を用意し、それぞれのステンレスボルト10について引張試験を行って、降伏応力を測定した。その結果を図4に示す。図4は、加熱処理工程における加熱処理温度とステンレスボルトの降伏応力との相関図である。なお、図4では、加熱処理時間を15分としたステンレスボルト10のグラフを実線で示し、加熱処理時間を60分としたステンレスボルト10のグラフを破線で示している。また、図4において温度20℃(すなわち常温)のデータは、加熱処理工程を行う前のステンレスボルト10のデータである。
<Tensile test>
A plurality of types of stainless steel bolts 10 with different heat treatment temperatures and heat treatment times in the heat treatment step were prepared, and a tensile test was performed on each stainless steel bolt 10 to measure the yield stress. The results are shown in Fig. 4. Fig. 4 is a correlation diagram between the heat treatment temperature in the heat treatment step and the yield stress of the stainless steel bolt. In Fig. 4, the graph of the stainless steel bolt 10 with a heat treatment time of 15 minutes is shown by a solid line, and the graph of the stainless steel bolt 10 with a heat treatment time of 60 minutes is shown by a dashed line. In Fig. 4, the data at a temperature of 20°C (i.e., room temperature) is the data of the stainless steel bolt 10 before the heat treatment step was performed.

図4に示すように、加熱処理温度を300℃以上とすると、降伏応力が向上する。
具体的には、加熱処理を行う前のステンレスボルト10の降伏応力が900MPa程度であったのに対し、300℃以上で加熱処理を行うことで、降伏応力を1000MPa以上に向上させることができた。ステンレスボルトにおいて、降伏応力が向上すれば、耐クリープ性が向上すると推測できる。従って、本試験の結果より、加熱処理工程における加熱処理温度を300℃以上とすることによって、ステンレスボルト10の耐クリープ性が向上すると推測できる。
As shown in FIG. 4, when the heat treatment temperature is 300° C. or higher, the yield stress is improved.
Specifically, the yield stress of the stainless steel bolt 10 before the heat treatment was about 900 MPa, whereas by performing the heat treatment at 300°C or higher, the yield stress could be improved to 1000 MPa or higher. It can be assumed that if the yield stress of a stainless steel bolt is improved, the creep resistance will also be improved. Therefore, from the results of this test, it can be assumed that the creep resistance of the stainless steel bolt 10 will be improved by setting the heat treatment temperature in the heat treatment process to 300°C or higher.

<焼き付け温度と圧縮残留応力>
図5は、犠牲腐食被膜形成工程における犠牲腐食被膜の焼き付け温度と、犠牲腐食被膜形成工程後のステンレスボルト10の圧縮残留応力最大値との相関図である。なお、ステンレスボルト10の圧縮残留応力は、犠牲腐食被膜形成工程前のショット工程において付与している。図5において、焼き付け温度0℃のデータは、ショット工程を行った後で、犠牲腐食被膜形成工程を行う前のステンレスボルト10における圧縮残留応力最大値である。
<Baking temperature and compressive residual stress>
Fig. 5 is a correlation diagram between the baking temperature of the sacrificial corrosion coating in the sacrificial corrosion coating formation process and the maximum compressive residual stress of the stainless steel bolt 10 after the sacrificial corrosion coating formation process. The compressive residual stress of the stainless steel bolt 10 is imparted in the shot process before the sacrificial corrosion coating formation process. In Fig. 5, the data for a baking temperature of 0°C is the maximum compressive residual stress of the stainless steel bolt 10 after the shot process and before the sacrificial corrosion coating formation process.

図5に示すように、焼き付け温度を高くするほど、焼き付け時に、ショット工程において付与した圧縮残留応力の解放が大きくなる。特に、焼き付け温度を400℃よりも高くすると、圧縮残留応力の解放が顕著になるので、ステンレスボルト10の疲労強度を確保できなくなる虞がある。そこで、下記の引張疲労試験を行って、焼き付け温度とステンレスボルト10の疲労寿命との関係を調査した。以下に説明する。 As shown in Figure 5, the higher the baking temperature, the greater the release of the compressive residual stress imparted in the shot process during baking. In particular, if the baking temperature is higher than 400°C, the release of the compressive residual stress becomes significant, and there is a risk that the fatigue strength of the stainless steel bolt 10 cannot be ensured. Therefore, the following tensile fatigue test was conducted to investigate the relationship between the baking temperature and the fatigue life of the stainless steel bolt 10. This is explained below.

<引張疲労試験>
犠牲腐食被膜形成工程における犠牲腐食被膜の焼き付け温度が異なる複数のステンレスボルト10を用意し、それぞれのステンレスボルト10について引張疲労試験を行って、疲労寿命を調査した。具体的には、各ステンレスボルト10に対し、軸方向への引張りの繰り返し荷重を掛け、各ステンレスボルト10が破断するまでの繰り返し荷重の回数を調査した。
<Tensile fatigue test>
A plurality of stainless steel bolts 10 with different baking temperatures of the sacrificial corrosion coating in the sacrificial corrosion coating formation step were prepared, and a tensile fatigue test was performed to investigate the fatigue life of each stainless steel bolt 10. Specifically, a repeated tensile load in the axial direction was applied to each stainless steel bolt 10, and the number of repeated loads until each stainless steel bolt 10 broke was investigated.

図6は、犠牲腐食被膜形成工程における犠牲腐食被膜の焼き付け温度と、ステンレスボルト10の疲労寿命(繰り返し荷重の回数)との相関図である。図6の横軸の温度は焼き付け温度であり、「なし」は、焼き付けなし、すなわち、ショット工程を行った後で犠牲腐食被膜形成工程を行う前のステンレスボルト10である。また、図6の縦軸は、ステンレスボルト10が破断するまでの繰り返し荷重の回数(×105回)であり、疲労寿命を表している。 Fig. 6 is a correlation diagram between the baking temperature of the sacrificial corrosion coating in the sacrificial corrosion coating formation process and the fatigue life (number of repeated loads) of the stainless steel bolt 10. The temperature on the horizontal axis of Fig. 6 is the baking temperature, and "none" indicates no baking, i.e., the stainless steel bolt 10 after the shot process and before the sacrificial corrosion coating formation process. The vertical axis of Fig. 6 is the number of repeated loads ( x105 times) until the stainless steel bolt 10 breaks, which represents the fatigue life.

図6に示すように、焼き付け温度を高くするほど、疲労寿命が低下する。特に、焼き付け温度を500℃にする(すなわち400℃よりも高くする)と、疲労寿命の低下が顕著になる。従って、ステンレスボルト10における疲労強度を確保するためには、犠牲腐食被膜形成工程における犠牲腐食被膜の焼き付け温度は、400℃以下にするのが好ましいといえる。 As shown in Figure 6, the higher the baking temperature, the shorter the fatigue life. In particular, when the baking temperature is set to 500°C (i.e., higher than 400°C), the decrease in fatigue life becomes significant. Therefore, in order to ensure the fatigue strength of the stainless steel bolt 10, it is preferable to set the baking temperature of the sacrificial corrosion coating in the sacrificial corrosion coating formation process to 400°C or lower.

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。 Although the present invention has been described above with reference to an embodiment, it goes without saying that the present invention is not limited to the embodiment and can be modified as appropriate without departing from the spirit of the invention.

10 ステンレスボルト
11 頭部
12 軸部
13 雄ねじ
20 ナット
30 被締結物
10 Stainless steel bolt 11 Head 12 Shank 13 Male thread 20 Nut 30 Fastened object

Claims (4)

オーステナイト系ステンレス鋼からなり、雄ねじが成形されたステンレスボルトを用意する工程と、
用意した前記ステンレスボルトを、400℃~500℃の範囲内の温度で加熱処理する加熱処理工程と、を備え
前記加熱処理工程では、前記加熱処理の時間を、15分間以上60分間未満の範囲内とする
ステンレスボルトの製造方法。
A step of preparing a stainless steel bolt made of austenitic stainless steel and having a male thread formed thereon;
A heat treatment step of heat treating the prepared stainless steel bolt at a temperature in the range of 400°C to 500°C ,
In the heat treatment step, the heat treatment time is within a range of 15 minutes or more and less than 60 minutes.
Manufacturing method of stainless steel bolts.
オーステナイト系ステンレス鋼からなり、雄ねじが成形されたステンレスボルトを用意する工程と、
用意した前記ステンレスボルトを、400℃~500℃の範囲内の温度で加熱処理する加熱処理工程と、を備え、
前記加熱処理工程を行った前記ステンレスボルトに対し、ショットピーニングまたはショットブラストを行うショット工程と、
前記ショット工程を行った前記ステンレスボルトの表面に犠牲腐食被膜処理液を塗布し、これを300℃~400℃の範囲内の温度で焼き付けて、前記ステンレスボルトの表面に犠牲腐食被膜を形成する犠牲腐食被膜形成工程と、を備える
ステンレスボルトの製造方法。
A step of preparing a stainless steel bolt made of austenitic stainless steel and having a male thread formed thereon;
A heat treatment step of heat treating the prepared stainless steel bolt at a temperature in the range of 400°C to 500°C,
a shot process of performing shot peening or shot blasting on the stainless steel bolt that has been subjected to the heat treatment process;
and a sacrificial corrosion coating formation process for applying a sacrificial corrosion coating treatment liquid to the surface of the stainless steel bolt after the shot process, and baking the liquid at a temperature within a range of 300°C to 400°C to form a sacrificial corrosion coating on the surface of the stainless steel bolt.
請求項に記載のステンレスボルトの製造方法であって、
前記犠牲腐食被膜形成工程を行った前記ステンレスボルトの表面に、摩擦係数安定剤を塗布して乾燥させることで、摩擦係数安定化被膜を形成する
ステンレスボルトの製造方法。
A method for manufacturing a stainless steel bolt according to claim 2 ,
A method for manufacturing a stainless steel bolt, comprising applying a friction coefficient stabilizer to the surface of the stainless steel bolt after the sacrificial corrosion coating formation process and drying the applied friction coefficient stabilizer to form a friction coefficient stabilizing coating.
請求項1~請求項のいずれか一項に記載のステンレスボルトの製造方法であって、
前記ステンレスボルトは、鉄道車両用のステンレスボルトである
ステンレスボルトの製造方法。
A method for producing a stainless steel bolt according to any one of claims 1 to 3 ,
The method for manufacturing a stainless steel bolt, wherein the stainless steel bolt is a stainless steel bolt for railway vehicles.
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