[发明专利]耐延迟断裂特性优异的高强度钢材和高强度螺栓及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于线材和PC钢棒（预应力混凝土用钢棒）等的高强度钢材、特别是耐延迟断裂特性优异的抗拉强度为1300MPa以上的高强度钢材和高强度螺栓及其制造方法。

背景技术

机械、汽车、桥梁、建筑结构物中较多使用的高强度钢是对C含量为0.20～0.35%的中碳钢、例如JIS G 4104、JIS G 4105中规定的SCr、SCM等实施了调质处理的钢。可是，无论是哪个钢种，当抗拉强度大于1300MPa时，引起延迟断裂（滞后破坏）的危险性变大。

作为提高高强度钢的耐延迟断裂特性的方法，使钢组织为贝氏体组织的方法、或将原始奥氏体粒微细化的方法有效。

专利文献1公开了将原始奥氏体粒微细化、提高了耐延迟断裂性的钢，另外，专利文献2和3公开了抑制钢成分的偏析、提高了耐延迟断裂性的钢。可是，原始奥氏体粒的微细化、抑制成分偏析都难以大幅度改善耐延迟断裂特性。

贝氏体组织有助于提高耐延迟断裂特性，但贝氏体组织的形成需要适当的添加元素和/或热处理，因此钢的成本上升。

专利文献4～6公开了：将面积率80%以上的珠光体组织进行强拉丝加工，给予了1200N/mm²以上的强度和优异的耐延迟断裂性的C为0.5～1.0质量%的高强度螺栓用的线材。可是，专利文献4～6所述的线材，成本因拉丝加工而较高，另外，难以制造线径粗的线材。

专利文献7公开了：使用截面内部的硬度为Hv550以上的油回火线，抑制了冷卷绕后的延迟断裂的发生的螺旋弹簧。可是，氮化后的制品表层硬度为Hv900以上，在如螺栓和PC钢棒那样的高负荷应力下，延迟断裂特性低，当腐蚀环境变得更严酷时存在发生延迟断裂的问题。

专利文献8公开了对所需要的成分组成的钢实施了氮化处理的、回火马氏体组织为主体的耐延迟断裂特性优异的高强度钢材。专利文献8所公开的高强度钢材，即使在含有氢的腐蚀环境下也呈现耐延迟断裂特性。

可是，近年腐蚀环境变得更严酷，需求即使在严酷的腐蚀环境下也呈现优异的耐延迟断裂特性的高强度钢材。

现有技术文献

专利文献

专利文献1特公昭64-4566号公报

专利文献2特开平3-243744号公报

专利文献3特开平3-243745号公报

专利文献4特开2000-337332号公报

专利文献5特开2000-337333号公报

专利文献6特开2000-337334号公报

专利文献7特开平10-251803号公报

专利文献8特开2009-299180号公报

发明内容

如以上说明的那样，在高强度钢材中，采用以往的手法大幅度提高耐延迟断裂特性存在极限。作为提高耐延迟断裂特性的方法，有：使钢材中分散微细的析出物，使析出物捕捉氢的方法。可是，即使采用该方法，当从外部进入的氢的量较多时，也难以有效地抑制延迟断裂。

本发明的目的是，鉴于上述现状，提供即使在严格的腐蚀环境下也呈现优异的耐延迟断裂特性的高强度钢材（线材、PC钢棒）和高强度螺栓、以及廉价地制造它们的制造方法。

本发明人等对于解决上述课题的手法进行了刻苦研究。其结果判明：当（a）使钢材含有规定量的形成捕捉氢的析出物的V和/或Mo，（b）通过脱碳处理和氮化处理在钢材的表层中(b1）形成低碳区域，抑制硬化，并且，（b2）形成氮化层，阻止氢的侵入时，耐延迟断裂特性显著提高。

本发明是基于上述见解而完成的，其要旨如下。

（1）一种耐延迟断裂特性优异的高强度钢材，其特征在于，是以质量%计，含有C：0.10～0.55%、Si：0.01～3%、Mn：0.1～2%，还含有V：1.5%以下和Mo：3.0%以下的1种或2种，并且，V和Mo的含有量满足V+1/2Mo＞0.4%，而且含有Cr：0.05～1.5%、Nb：0.001～0.05%、Cu：0.01～4%、Ni：0.01～4%和B：0.0001～0.005%的1种或2种以上，其余量由Fe和不可避免的杂质组成，组织为以回火马氏体为主体的组织的钢材，

在上述钢材的表层中，形成有：

（a）从上述钢材的表面算起的厚度为200μm以上，并且氮浓度为12.0质量%以下、且比上述钢材的氮浓度高0.02质量%以上的氮化层；以及

（b）从上述钢材的表面算起的深度为100μm～1000μm，并且碳浓度为0.05质量%以上、且为上述钢材的碳浓度的0.9倍以下的低碳区域。