專利名稱：高強(qiáng)度螺栓用鋼絲及高強(qiáng)度螺栓的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耐延遲破壞性能和冷軋塑性加工性優(yōu)良的高強(qiáng)度螺栓用鋼絲(鋼線)及高強(qiáng)度螺栓的制造方法。
背景技術(shù)：
在強(qiáng)度超過(guò)1000N/mm2的高強(qiáng)度螺栓中，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)年累月后，則偶爾發(fā)生螺栓頂部脫落或者螺栓軸部斷裂的所稱的延遲破壞。
作為產(chǎn)生延遲破壞的最大的原因，已知的原因是在冷軋塑性加工時(shí)，為了確保優(yōu)良的延展性在鋼絲的表面被覆磷酸鹽潤(rùn)滑膜而引起的。
磷酸鹽被膜的組成是在磷酸鋅或者磷酸鋅鈣等的磷酸鹽膜中配合了保持金屬皂等的潤(rùn)滑劑而構(gòu)成的，但是其中的磷成分在熱處理時(shí)浸入，在鋼表面形成脆化層，該脆化層成為延遲破壞的主要因素，引起了延遲破壞。
在冷軋塑性加工結(jié)束后進(jìn)行熱處理前，如果能夠除去磷酸鹽被膜的話就可以改善螺栓的延遲破壞，但是完全地除去磷酸鹽被膜是極其困難的。
為了提高耐延遲破壞性對(duì)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鹽被膜的方法。
可是，該石灰皂膜雖然提高了耐延遲破壞性，但是在熱處理前的拉絲加工和冷軋塑性加工時(shí)的延展性非常的差，存在著成型工具破壞或者工具壽命顯著地下降的問(wèn)題。
另外，作為提高耐延遲破壞性的其他對(duì)策，已知有在熱處理時(shí)控制脫碳量的方法。
該脫碳的方法，使得高強(qiáng)度螺栓的耐延遲破壞性能的不均勻，不良螺栓的發(fā)生率在數(shù)個(gè)百分點(diǎn)，有不經(jīng)濟(jì)的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供高強(qiáng)度螺栓用鋼絲及高強(qiáng)度螺栓的制造方法，解決上述以往所存在的問(wèn)題，可以在維持冷軋塑性加工性下確保耐延遲破壞性能。
發(fā)明的效果(1)被覆在線材上的潤(rùn)滑膜層，通過(guò)完全不含有磷而且具有良好的潤(rùn)滑性能和、控制熱處理時(shí)的脫碳量的相乘作用，可以賦予優(yōu)良的冷軋塑性加工，可以大幅度地提高耐延遲破壞性能。
(2)特別是在消除延遲破壞不均勻性的同時(shí)，使得延遲破壞發(fā)生率幾乎是零，所以可顯著地降低不良螺栓的發(fā)生率。
因此，可以經(jīng)濟(jì)地制造高質(zhì)量的高強(qiáng)度螺栓。
(3)由于潤(rùn)滑膜層的潤(rùn)滑性良好，所以可以穩(wěn)定地進(jìn)行以往石灰皂膜的約2倍截面減少率的拉深加工。
(4)由于潤(rùn)滑膜層的耐燒結(jié)性良好，所以在避免鐓粗模等的成型工具的破損和咬口的同時(shí)，還具有也不發(fā)生成型工具由于渣子堵塞等的優(yōu)點(diǎn)。
(5)適用于JIS規(guī)格和ISO規(guī)格中浸磷受到嚴(yán)格限制的強(qiáng)度分類中特殊高強(qiáng)度螺栓的制造。
具體實(shí)施例方式
以下參照


本發(fā)明的最佳實(shí)施方式。
(1)潤(rùn)滑被膜的涂敷如圖1所示，以高強(qiáng)度螺栓用的鋼絲為基體制造高強(qiáng)度的螺栓時(shí)，在例如SCM435、440H和硼鋼的鋼絲上涂覆潤(rùn)滑被膜后，拉絲加工到規(guī)定的直徑。進(jìn)而，施以冷軋塑性加工使得呈現(xiàn)出螺栓的頭部和螺栓軸部的全體形狀，熱處理半成品的螺栓。最后在螺栓的軸部套扣螺紋，得到高強(qiáng)度的螺栓。
本發(fā)明如圖2所示的那樣，在鋼絲1的表面用從來(lái)沒(méi)有的多層構(gòu)造的潤(rùn)滑被膜層2進(jìn)行被覆。
潤(rùn)滑膜層2是由接觸鋼絲1的表面直接被覆的無(wú)機(jī)鹽類潤(rùn)滑膜3和、疊層在無(wú)機(jī)鹽類潤(rùn)滑膜3上的非磷系的特殊潤(rùn)滑膜4構(gòu)成，分2次被覆。以下詳細(xì)地說(shuō)明潤(rùn)滑被覆膜層2。
此外，在本例中，是對(duì)于分成2層形成潤(rùn)滑被膜層的情況進(jìn)行說(shuō)明，但是也可以無(wú)機(jī)鹽類潤(rùn)滑膜3和非磷系的特殊潤(rùn)滑膜4混合在一起被覆在一層上。

無(wú)機(jī)鹽類潤(rùn)滑膜3是由完全不含有磷的粘結(jié)性優(yōu)良的成分構(gòu)成的水溶液被覆膜。
作為無(wú)機(jī)鹽類潤(rùn)滑膜3，例如可以是以硅酸鉀(K2SiO3)構(gòu)成的被覆膜。
以硅酸鉀(K2SiO3)構(gòu)成的無(wú)機(jī)鹽類潤(rùn)滑膜3是通過(guò)浸漬或者噴涂方法將加濕的水溶液在鋼絲1上物理地附著適當(dāng)?shù)膶雍瘛?br> 形成無(wú)機(jī)鹽類潤(rùn)滑膜3是為了補(bǔ)充特殊潤(rùn)滑膜3的附著性的不足，在鋼絲1上附著特殊潤(rùn)滑膜3用的。
另外，無(wú)機(jī)鹽類潤(rùn)滑膜3具有通過(guò)加熱可以消失的性質(zhì)。
特殊潤(rùn)滑膜4與無(wú)機(jī)鹽類潤(rùn)滑膜3同樣地也是由完全不含有磷的成分構(gòu)成的被膜。
作為特殊潤(rùn)滑膜4可以是由硬脂酸鈣作為潤(rùn)滑成分的弱堿性的水溶液或者粉末狀的被膜構(gòu)成的。
特殊潤(rùn)滑膜4的其他配合要素可以適當(dāng)?shù)剡x擇、添加公知的非磷系的潤(rùn)滑被膜的各種配合成分。
含有硬脂酸鈣的特殊潤(rùn)滑膜4，在后述的冷軋塑性加工鋼絲1時(shí)，可以發(fā)揮優(yōu)良的延展性(冷軋塑性加工性)的同時(shí)，具有優(yōu)良耐銹性，即使在室內(nèi)放置3個(gè)月的長(zhǎng)期保管也不會(huì)引起生銹和組織劣化。
特殊潤(rùn)滑膜4，是使其附著在鋼絲1的附著無(wú)機(jī)鹽類潤(rùn)滑膜3的上面狀態(tài)下，用拉絲模中的摩擦熱熔融后堅(jiān)固地被涂覆在鋼絲1上。
構(gòu)成潤(rùn)滑膜2的無(wú)機(jī)鹽類潤(rùn)滑膜3和非磷系的特殊潤(rùn)滑被膜4由于都不含有磷，所以在熱處理前沒(méi)有必要除去。
(2)冷軋塑性加工接著，將形成潤(rùn)滑被覆膜2的鋼絲1進(jìn)行拉絲加工(軸向拉深加工)和使之成為規(guī)定螺栓形狀的冷軋塑性加工。
在鋼絲上形成石灰皂潤(rùn)滑被膜后進(jìn)行冷軋塑性加工的以往技術(shù)，在與成型工具間，鋼表面引起咬邊即所說(shuō)的咬口，另外，不能穩(wěn)定地進(jìn)行截面減少率超過(guò)20％的軸向拉深加工。
與此相反，本發(fā)明是在鋼絲1的表面被覆新的配合的潤(rùn)滑被膜層2，所以即使預(yù)定成型的半成品螺栓是復(fù)雜且苛刻的形狀，構(gòu)成潤(rùn)滑被膜層2的特殊潤(rùn)滑被膜4也能發(fā)揮良好的潤(rùn)滑性。
特別是與成型工具間的耐燒結(jié)性優(yōu)良，可以穩(wěn)定地進(jìn)行軸拉深加工，與以往的石灰皂被膜的情況比較可以進(jìn)行二倍的截面減少率的軸拉深加工。
(3)熱處理本發(fā)明中，潤(rùn)滑被覆層2由于不含有磷成分，所以沒(méi)有必要像以往那樣在熱處理前強(qiáng)制地除去潤(rùn)滑被膜，因此，不需要除去潤(rùn)滑被膜的專用設(shè)備和操作。
以附著潤(rùn)滑被膜層2的狀態(tài)下的半成品的螺栓作為對(duì)象，按照以下的要領(lǐng)進(jìn)行熱處理。
熱處理是在具有碳控制功能的螺栓用連續(xù)爐內(nèi)進(jìn)行，但是本發(fā)明不單是淬火目的的熱處理，而且是控制脫碳深度為其目的的熱處理。
脫碳深度，是通過(guò)管理爐內(nèi)的氛圍氣條件(溫度和時(shí)間)進(jìn)行調(diào)整，在鋼表層部形成規(guī)定深度的改質(zhì)層。
在管理熱處理爐內(nèi)的溫度以及時(shí)間的狀態(tài)下，單獨(dú)或者并用以下的脫碳方法管理爐內(nèi)的氛圍氣，在管理該氛圍氣下將半成品螺栓進(jìn)行一定時(shí)間的熱處理。
脫碳方法之一，是在爐內(nèi)配置碳傳感器來(lái)調(diào)整氛圍氣的碳量。最好是調(diào)整強(qiáng)制向爐內(nèi)供給的氧量，來(lái)調(diào)整氛圍氣的碳量。
另一個(gè)方法是改變投入爐內(nèi)氣體(甲烷氣或LP氣體)來(lái)調(diào)整爐氛圍氣的碳量。
通過(guò)管理上述的爐內(nèi)的氛圍氣時(shí)間以及氛圍氣，可調(diào)整的半成品螺栓的具體的脫碳深度，通過(guò)熱處理要達(dá)到鋼表層的硬度比中央部的低，而且其硬度差在40Hv～80Hv的范圍。這里所說(shuō)的“表層”是指距表面0.05mm的范圍，“中央部”是指距表面0.5mm以上的深度。
根據(jù)圖4說(shuō)明將硬度差限定在上述范圍的理由。
圖4是制造改變了鋼表層的脫碳量(改變鋼表層和中央部的硬度差)的多個(gè)的試件螺栓，以這些螺栓為對(duì)象進(jìn)行耐延遲破壞試驗(yàn)的結(jié)果。
從該圖可以明顯地看出鋼表層的脫碳量對(duì)于鋼中央部未滿40Hv時(shí)，螺栓的破損率高不能實(shí)用。另外，其上限，從與鋼固有的硬度關(guān)系看80Hv是極限。因此。硬度差在上述的40Hv～80Hv的范圍時(shí)可以確認(rèn)破損率是零。
本發(fā)明中，在鋼的表面的潤(rùn)滑被膜層2中由于完全不含有磷的成分，所以在熱處理時(shí)完全不會(huì)引起浸磷的現(xiàn)象。
這樣，由于不會(huì)引起造成延遲破壞原因的浸磷的現(xiàn)象，所以不存在阻礙耐延遲破壞性能的原因。
另外，在潤(rùn)滑被膜層2中的特殊潤(rùn)滑被膜4通過(guò)加熱消失，所以不需要另外除去的工序，而且，也不用擔(dān)心對(duì)環(huán)境產(chǎn)生壞的影響。
圖3表示熱處理后的螺栓的鋼表面層部的模型圖。
如該圖所示，在鋼表面層進(jìn)行規(guī)定深度的脫碳范圍使得鋼組織密實(shí)化，而且潤(rùn)滑被膜層2中的無(wú)機(jī)鹽系潤(rùn)滑被膜3形成硬質(zhì)的硅層4，該硅硬質(zhì)硅層4對(duì)于螺栓的耐延遲破壞性能的提高和拉伸強(qiáng)度的均勻化都起到了很大的作用。
得到了用本發(fā)明的帶有潤(rùn)滑被膜的鋼絲制造的多個(gè)螺栓和、以往的帶有潤(rùn)滑被膜的鋼絲制造的多個(gè)螺栓。
進(jìn)行兩種螺栓的耐延遲破壞性能的試驗(yàn)。
所說(shuō)的耐延遲破壞性能的試驗(yàn)，是用耐延遲破壞性能的試驗(yàn)夾具將螺栓夾緊，在夾具的夾住的狀態(tài)下浸漬在稀釋到15％的鹽酸中。
24小時(shí)作為一個(gè)周期，記錄14個(gè)周期后的生存(存在)率(10個(gè)中生存10作為標(biāo)準(zhǔn))。
試驗(yàn)的結(jié)果，對(duì)于以往的高強(qiáng)度螺栓存在著延遲破壞性能和破壞強(qiáng)度不均勻的現(xiàn)象，螺栓的生存率是80％左右。
與此比較，可以確認(rèn)本發(fā)明的高強(qiáng)度的螺栓不存在著延遲破壞性能和破壞強(qiáng)度不均勻的現(xiàn)象，螺栓的生存率幾乎是100％。
從以上的結(jié)果可以證實(shí)，使用被覆了潤(rùn)滑被膜層2的線材1，通過(guò)在熱處理時(shí)控制脫碳量可以得到耐延遲破壞性能不降低的高強(qiáng)度螺栓。

圖1本發(fā)明的高強(qiáng)度螺栓的制造方法的流程2熱處理前被覆了潤(rùn)滑被膜的鋼絲的表面層部的斷面模型3熱處理后的鋼表面層部的斷面模型4鋼表層和中央部的硬度差和生存率的關(guān)系的試驗(yàn)結(jié)果的說(shuō)明圖。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度螺栓用鋼絲，其特征是被覆在鋼絲上的潤(rùn)滑膜層是由接觸鋼絲表面被覆了的無(wú)機(jī)鹽類潤(rùn)滑被膜和、疊層在無(wú)機(jī)鹽類潤(rùn)滑被膜上的非磷系的特殊潤(rùn)滑被膜構(gòu)成的多層被膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度螺栓用鋼絲，其特征是上述無(wú)機(jī)鹽類潤(rùn)滑被膜是以硅酸鉀為主成分的、具有粘結(jié)性的被膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高強(qiáng)度螺栓用鋼絲，其特征是上述特殊潤(rùn)滑被膜是以硬脂酸鈣作為潤(rùn)滑成分的弱堿性的水溶液或者粉末狀的被膜。
4.一種高強(qiáng)度螺栓用鋼絲的制造方法，是冷軋塑性加工形成了潤(rùn)滑被膜的線材，成型半成品螺栓后，熱處理半成品的高強(qiáng)度螺栓的制造方法，其特征是將權(quán)利要求1或3任何一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度螺栓用鋼絲作為對(duì)象進(jìn)行冷軋塑性加工，接著，進(jìn)行熱處理使得鋼表層的脫碳量對(duì)于中央部降低到40Hv～80Hv的范圍。
全文摘要
本發(fā)明涉及耐延遲破壞性能和冷軋塑性加工性優(yōu)良的高強(qiáng)度螺栓用鋼絲及高強(qiáng)度螺栓的制造方法。本發(fā)明由于可以發(fā)揮良好的冷軋塑性加工性和優(yōu)良的耐延遲破壞性，所以是高強(qiáng)度螺栓用鋼絲，是將以下的新的潤(rùn)滑被膜層被覆在鋼絲上進(jìn)行冷軋塑性加工的。所說(shuō)的新的潤(rùn)滑被膜層是由接觸鋼絲表面被覆了的無(wú)機(jī)鹽類潤(rùn)滑被膜和、疊層在無(wú)機(jī)鹽類潤(rùn)滑被膜上的非磷系的特殊潤(rùn)滑被膜構(gòu)成的多層被膜。上述無(wú)機(jī)鹽系潤(rùn)滑被膜優(yōu)選的是硅酸鉀，另外作為特殊潤(rùn)滑被膜優(yōu)選的是硬脂酸鈣。對(duì)上述的涂覆了新的潤(rùn)滑被膜層的高強(qiáng)度螺栓用鋼絲進(jìn)行良好的冷軋塑性加工。接著實(shí)施熱處理對(duì)鋼表面層部進(jìn)行脫碳控制直至到規(guī)定的深度，可以得到耐延遲破壞性能優(yōu)良的高強(qiáng)度螺栓。
文檔編號(hào)F16B35/00GK1690454SQ20041003742
公開(kāi)日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2004年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月30日
發(fā)明者大竹洋平, 西鄉(xiāng)史隆, 土屋典雄, 兒玉等 申請(qǐng)人:三野橋株式會(huì)社, 池內(nèi)精工株式會(huì)社