日本螺絲協會演講會
螺絲用鋼材之材質、強度、熱處理分析

 

本篇譯自日本THE FASTENER ERPORT 2004年12月1日號



  日本螺絲協會技術委員會在東京與大阪舉辦2004年度第一回螺絲製造技術講習會,講題是「螺絲用鋼材之材質、強度、熱處理」。講師是神戶製鋼所線材條鋼商品技術部松島義武次長。


   在東京會場於演講之前由技術委員會副委員長/勝谷辰三(佐賀鐵工所社長)致詞,「螺絲的材料或熱處理是左右最終製品品質的最大因素,螺絲鎖緊使用還可鬆?下,是可反覆使用的產品。希望藉由講習的機會來學習,期待對各位企業的發展能有所貢獻。


   講師松島先生1976年畢業於大阪大學工學部精密工學科,進入大學研究所,1978年進入神戶製鋼公司。松島先生演講內容是(1)有關螺絲強度與鋼材(2)有關螺絲的製造工程(3)關於螺絲的熱處理技術(4)今後的動向。


   松島先生說,冷作壓造用線材的用途於2000年平均月產13萬2000噸之中螺栓佔38%,螺帽佔9%,小螺絲類佔8%,其他零件佔45%。月產5萬噸的螺栓之中,汽車用佔52%、建築用佔34%、其他佔14%,86%螺栓使用於汽車與建築。


   松島先生特別針對熱處理做重點說明,其前提是鋼鐵材料的基礎(1.結晶格子2.純鐵的同素變態3.鐵/碳系平衡狀態圖4.變態點的計算式5.在室溫的標準組織),變態點是決定熱處理條件時的重要因素,變態點是依合金元素而變化。

   螺絲用鋼鐵的代表性顯微組織,1.螺絲用鋼鐵的壓延材料顯微組織是軟質的肥粒鐵與硬質的波來體混合組織2.依熱處理變化為球狀化雪明碳體組織或強度、韌性優越的退火麻田散鐵組織。

   松島先生說依熱處理(1)退火(2)正常化(3)淬火(4)回火(5)其他等概要說明,螺絲基本是退火與淬火、回火。

   對於退火說明其種類與各目的,退火的效果是ヾ由於退火提高變形能、降低變形阻力ゝ球狀化退火更提高冷作加工性。

   對於淬火ヾ冷卻速度的效果,鋼的組織是依冷卻速度自沃斯田鐵狀態起變化ゝ最高硬度,麻田散鐵的硬度依含碳量決定,硬度與淬火性不同,淬火性是表示「是否容易淬火」ゞ加熱溫度々淬火溶液的冷卻能、淬火液的種類、溫度等使冷卻能變化,淬火方法也變化ぁ質量效果:碳鋼的質量效果大,直徑大生成微細波來鐵或肥粒鐵,不易淬火進去。合金鋼的質量效果小,直徑變大內部的冷卻速度變小但也容易淬火。あ約米尼試驗與淬火性ぃCTC曲線與淬火性等的說明。

   又對於回火,ヾ機械性質的變化:為應付要求特性而選擇回火溫度與時間。ゝ低溫回火脆性:在200°∼300℃的溫度範圍回火鋼鐵脆化現象。因此為避免低溫回火脆性,需要考慮回火溫度。ゞ高溫回火的硬度變化:含有鉬或鉻等元素的合金鋼在高溫回火,在回火途中有降低硬度的增大可能。々高溫回火脆性:在450°∼550℃左右的溫度範圍回火的鋼脆化現象,鎳-鉻鋼顯著的出現。因此避免高溫回火脆性的溫度範圍或回火後需要急冷。

介紹高強度螺栓用鋼

   松島先生對於從材料生產者的立場看今後的技術課題而提出:ヾ環境問題ゝ高附加價值ゞ降低成本化,為應對這些課題神戶製鋼介紹2∼3的鋼材事例。

   其一,由於螺栓的高強度化與輕量化效果。松島先生說ヾ由於謀求比10T強度更高強度化,12T就減輕16.7%,13T就減輕23.1%,14T減輕28.6%,16T減輕37.5%,ゝ10T強度為降低成本自SCM435改為硼鋼材料。

   在高強度螺栓用鋼的KND系列提高延遲破壞,已適用於汽缸罩螺栓、軸承蓋螺栓、輪轂螺栓等。

   又16T超高強度螺栓用鋼是由於螺栓的超高強度化(12T∼16T),可以螺栓與連桿的輕量化與引擎的簡潔化、輕量化40%,採用於2002年10月發售的雅哥汽車的車桿螺栓,其他車種也採用此連桿螺栓。

   10T硼鋼螺栓是由於硼鋼化,減少鉻、鉬元素的低廉鋼化及達成確保延遲破壞並省略軟化工程,適用於引擎用等種種的螺栓。

   在降低成本方面(1)省略加工前的燒鈍(2)省略製品調質處理等有特長的非調質線材(KNCH線材)的介紹。