專利名稱：螺釘或自攻螺釘?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本申請的發(fā)明涉及螺釘或自攻螺釘和其制造方法，更詳細(xì)地說涉及高強(qiáng)度而且表面硬度大、表面硬度和內(nèi)部硬度均衡的新的螺釘或自攻螺釘和其制造方法。
背景技術(shù)：
歷來，自攻螺釘以SWCH-10～20或者SUS410作為原材料，機(jī)械加工后通過滲碳淬火處理可以確保攻絲時(shí)必要的硬度、耐沖擊性及抗拉強(qiáng)度。另外，歷來，為了保持耐蝕性，滲碳處理后要實(shí)施鍍鋅等的表面處理。由鍍敷等產(chǎn)生的延遲斷裂也成為問題。
但是，在歷來的滲碳處理中，表面部的滲碳層厚達(dá)0.2mm以上，存在硬化達(dá)至自攻螺釘本體的內(nèi)部的問題。對于自攻螺釘，表面部分的硬度必須比本體內(nèi)部的硬度大，而且其硬度的均衡是重要的，由于希望硬度大的表面部分的厚度要恰當(dāng)，歷來的滲碳處理實(shí)際上是不能滿足的。另外，在滲碳處理中，由于還必須進(jìn)行用于保持耐蝕性的鍍敷等的表面處理，使得該工序麻煩，存在生產(chǎn)工序中的負(fù)荷大的問題。
另一方面，本申請的發(fā)明者提出了不由添加合金元素或調(diào)質(zhì)處理而由超微細(xì)組織確保強(qiáng)度的新的高強(qiáng)度螺釘和其制造方法(在先申請)。
對于該新的高強(qiáng)度螺釘，其特征在于，例如是由平均晶粒直徑1μm以下的鐵素體晶粒構(gòu)成的超微細(xì)組織。
特許文獻(xiàn)特愿2002-164994號因此，本申請發(fā)明的課題在于，根據(jù)發(fā)明人已經(jīng)提出的高強(qiáng)度螺釘?shù)男碌募夹g(shù)見解，有效地利用其特征，消除歷來的自攻螺釘中的問題，提供高強(qiáng)度同時(shí)表面硬度大而且表面硬度和內(nèi)部硬度均衡的新的自攻螺釘和新的一般螺釘。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述課題，本申請的發(fā)明，第1，提供一種螺釘或自攻螺釘，其特征在于，具有平均晶粒直徑3μm以下的鐵素體晶粒的超微細(xì)組織，表面部具有氮化層；第2，提供一種螺釘或自攻螺釘，其特征在于，該場合下，具有平均晶粒直徑1μm以下的鐵素體晶粒的超微細(xì)組織；第3，提供一種螺釘或自攻螺釘，其特征在于，表面部的氮化層的厚度在100μm以下；第4，提供一種螺釘或自攻螺釘，其特征在于，氮化層造成的表面部的硬度的維氏硬度是450以上。所謂氮化層，是指最表面部的化合物層(例如所謂e相的Fe3N、Fe2-3(C、N)作為主體的區(qū)域)和化合物層下的析出層(例如所謂γ′的Fe4N、添加元素的氮化物的析出區(qū)域)。
另外，本申請的發(fā)明，第5，提供一種制造上述螺釘或自攻螺釘?shù)姆椒?，其特征在于，使上述的具有平均晶粒直?μm以下的鐵素體晶粒的超微細(xì)組織的螺釘或自攻螺釘用成形體在480℃～590℃的溫度下實(shí)施低溫軟氮化處理；另外，第6，提供一種制造螺釘或自攻螺釘?shù)姆椒?，其特征在于，?00℃～550℃的溫度下實(shí)施低溫軟氮化處理。


圖1是表示實(shí)施例1的氣體軟氮化后的螺紋部和攻絲后的螺紋部的斷面的顯微鏡照片。
圖2是表示實(shí)施例2的氣體軟氮化后的螺紋部和攻絲后的螺紋部的斷面的顯微鏡照片。
圖3是表示實(shí)施例3的氣體軟氮化后的螺紋部和攻絲后的螺紋部的斷面的顯微鏡照片。
圖4是表示實(shí)施例4的氣體軟氮化后的螺紋部和攻絲后的螺紋部的斷面的顯微鏡照片。
圖5是表示實(shí)施例1和比較例1的氮化層附近的組織的SEM照片。
具體實(shí)施例方式
本申請的發(fā)明具有上述的特征，以下說明其實(shí)施方式。
如上述在先申請中公開的那樣，具有由平均晶粒直徑3μm以下、更進(jìn)一步平均晶粒直徑1μm以下的鐵素體晶粒構(gòu)成的超微細(xì)組織的螺釘可以使用以具有鐵素體晶粒超細(xì)組織的鋼制成的原材料線材、由冷或溫加工進(jìn)行螺釘成形而得到。對于該場合的鐵素體超細(xì)組織鋼，例如，可以對厚鋼板實(shí)施在熱溫度區(qū)域的多方向多道次的軋制，導(dǎo)入比臨界應(yīng)變大的應(yīng)變而制造。
藉此，例如，鐵素體平均晶粒直徑是1.0μm時(shí)可以實(shí)現(xiàn)抗拉強(qiáng)度是700Mpa，是0.7μm時(shí)可以實(shí)現(xiàn)800Mpa的高強(qiáng)度。
作為具有這樣超微細(xì)組織的鋼，在其組成方面，由于完全不利用由相變的高強(qiáng)度化結(jié)構(gòu)，不必添加用于提高強(qiáng)度的合金元素，所以鋼的組成不受限制，例如，可以使用以鐵素體單相鋼、由鐵素體和滲碳體構(gòu)成的鋼為首的廣泛范圍的鋼材。更具體地說，以重量％計(jì)，例如組成可以是C0.001％以上、1.2％以下、Si2％以下、Mn3％以下、P0.2％以下、S0.02％以下、Al0.3％以下、N0.02％以下、Cr、Mo、Cu、Ni合計(jì)5％以下、Nb、Ti、V合計(jì)0.5％以下、B0.01％以下、其余是Fe和不可避免的雜質(zhì)，可以以上面的不添加合金元素的組成作為1個(gè)例子表示。不言而喻，上述的Cr、Mo、Cu、Ni、Nb、Ti、V、B等的合金元素根據(jù)需要也可以超過上述范圍添加，與此相反也可以完全不含有。
本申請的發(fā)明的特征在于，對于作為螺釘或自攻螺釘成形的成形體實(shí)施低溫軟氮化處理，該低溫軟氮化處理的方法的特征在于，與眾所周知的利用氣體或鹽浴的氮化方法即稱為“主氮化”的氮化處理相比氮化可以在更短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。
至今對于螺釘已了解其滲碳處理，但還完全不了解實(shí)施氮化處理、甚至于低溫軟氮化處理的螺釘。
本申請的發(fā)明的螺釘或自攻螺釘?shù)谋砻娌烤哂械瘜樱浜穸葍?yōu)選是100μm以下的厚度。而且，由于這樣的氮化層的存在的表面硬度，作為維氏硬度優(yōu)選在450以上。
而且，除了表面部，螺釘或自攻螺釘?shù)谋倔w內(nèi)部的維氏硬度優(yōu)選是450以下。這樣，表面部的氮化層的厚度和、表面部與內(nèi)部硬度的均衡對于自攻螺釘來說是非常重要的，由本申請的發(fā)明而實(shí)現(xiàn)極顯著的效果。
例如，滿足自攻螺釘用于在鐵板(SPC等)上實(shí)施攻絲的最低硬度Hv450(經(jīng)驗(yàn)值)的軟氮化處理溫度由氣體軟氮化處理?xiàng)l件和硬度的推移必須在480℃以上。通常，軟氮化處理的溫度是580℃～600℃，但是在該溫度下實(shí)施處理的場合超微細(xì)晶?？赡軙执蠡コ⒓?xì)組織鋼的意義。晶粒粗大化開始的溫度一般是550℃，但是如果在600℃將處理時(shí)間取為1.0小時(shí)以下，就可以抑制晶粒的粗大化。但是，因時(shí)間縮短，難以得到穩(wěn)定的氮化層。因此，在本申請的發(fā)明中，一般將處理溫度取為480℃～590℃的范圍，優(yōu)選在處理溫度500℃～550℃下進(jìn)行。
另外，以下表示實(shí)施例，可以進(jìn)一步詳細(xì)地說明。不言而喻，對根據(jù)以下例的發(fā)明不作限定。
(實(shí)施例)表1表示所用鋼的組成。制作平均鐵素體晶粒直徑由0.5μm至1.0μm的超微細(xì)組織鋼，作為螺釘用原材料。另外，為了比較，還準(zhǔn)備了平均晶粒直徑20μm的SS400和SWCH18A的原材料線材。
表1 [質(zhì)量％]

用這些原材料進(jìn)行成形、滾軋，制作M6的螺釘。然后，對這些螺釘實(shí)施氣體軟氮化處理。氣體軟氮化的條件是在NH3和CO2的混合氣體的氣氛中在530℃下進(jìn)行2小時(shí)。圖1-4表示實(shí)施例1-4的螺紋部的斷面照片，可以確認(rèn)有厚度約10μm的氮化層(化合物層)形成。
圖5是表示氮化層附近的組織的照片，可以明顯看出，實(shí)施例1中氮化層附近的鐵素體的平均晶粒直徑在1μm以下，保持為極微細(xì)的組織。另一方面，比較例1的場合，氮化層附近的晶粒直徑粗大。
表2表示螺紋表面和芯部的維氏硬度。在實(shí)施例1～4中表面硬度超過560，得到極高的硬度。同時(shí)可以滿足自攻螺釘所要求的表面硬度。所謂表面硬度，是化合物層正下方的硬度或者包含化合物層的區(qū)域的硬度。
另一方面，芯部硬度即使最低也超過200，與比較例1的142相比明顯是高硬度。另外，可以滿足自攻螺釘要求的表面層的維氏硬度是450以上和內(nèi)部硬度是450以下。
表2

圖1～4還表示使該螺釘貫通厚度1mm的軟鋼板后、即攻絲后取出螺釘、觀察斷面的照片?？梢源_認(rèn)，觀察不到氮化層(化合物層)的剝離，具有作為自攻螺釘?shù)哪蛯?shí)用的氮化層的耐剝離強(qiáng)度。比較例的場合，相對于柔軟的構(gòu)件也可以攻絲。
另外，實(shí)施例1～4的螺釘在實(shí)用時(shí)具有充分的耐蝕性。
表3表示原材料1的氣體軟氮化前后的抗拉強(qiáng)度的變化，幾乎沒有變化。另外，為了比較，使原材料7滲碳淬火，調(diào)查抗拉強(qiáng)度，其強(qiáng)度比原材料1的氣體軟氮化的差。因此，對超微細(xì)組織鋼使用氣體軟氮化是可以不降低原材料的抗拉強(qiáng)度、提高表面硬度的優(yōu)良的方法。
歷來對自攻螺釘必須滲碳淬火。這必須將螺釘加熱到800℃以上。但是，通過將超微細(xì)組織和低溫軟氮化技術(shù)組合起來，就可以在遠(yuǎn)比歷來低的溫度下進(jìn)行熱處理，制造自攻螺釘。
表3

如以上詳細(xì)的說明那樣，由本申請的發(fā)明可以提供至今所不知的具有優(yōu)良特性的螺釘或自攻螺釘。
由于由軟氮化處理還可以確保耐蝕性，所以本申請的發(fā)明對在室外、高濕度環(huán)境下使用的所有的螺釘都是有效的。例如，可以使用于預(yù)制件的裝配用螺釘、汽車(特別是安裝號碼牌用)、浴池廁所、空調(diào)、壓縮機(jī)、洗衣機(jī)、冰箱等家電制品。另外，由于對于SUS304等的奧氏體系不銹鋼至今不能制作自攻螺釘，所以只能采用螺栓螺母組合，但是，本發(fā)明可以極有效地代替它。
而且，本申請的發(fā)明的超微細(xì)組織鋼和氣體軟氮化的組合與歷來的鋼鐵和滲碳淬火的組合相比，在抗拉強(qiáng)度、耐沖擊性、耐疲勞、耐延遲斷裂方面優(yōu)良，特別是從抗沖擊的觀點(diǎn)出發(fā)，在汽車(安裝輪胎用)、車輛、工作機(jī)械等方面是有效的。
權(quán)利要求
1.一種螺釘或自攻螺釘，其特征在于，具有平均晶粒直徑3μm以下的鐵素體晶粒的超微細(xì)組織，表面部具有氮化層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺釘或自攻螺釘，其特征在于，具有平均晶粒直徑1μm以下的鐵素體晶粒的超微細(xì)組織。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的螺釘或自攻螺釘，其特征在于，表面部的氮化層的厚度在100μm以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3任一項(xiàng)所述的螺釘或自攻螺釘，其特征在于，氮化層造成的表面硬度以維氏硬度計(jì)是450以上。
5.一種制造螺釘或自攻螺釘?shù)姆椒ǎ菣?quán)利要求1～4的任一項(xiàng)所述的螺釘或自攻螺釘?shù)闹圃旆椒?，其特征在于，對具有平均晶粒直?μm以下的鐵素體晶粒的超微細(xì)組織的螺釘或自攻螺釘用成形體在480℃～590℃的溫度下實(shí)施低溫軟氮化處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造螺釘或自攻螺釘?shù)姆椒?，其特征在于，?00℃～550℃的溫度下實(shí)施低溫軟氮化處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有平均晶粒直徑3μm以下的鐵素體晶粒的超微細(xì)組織鋼、表面部具有氮化層的螺釘或自攻螺釘，可以提供高強(qiáng)度同時(shí)表面硬度大而且表面硬度和內(nèi)部硬度均衡的新的自攻螺釘和新的一般螺釘。
文檔編號C23C8/26GK1705758SQ20038010151
公開日2005年12月7日 申請日期2003年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月17日
發(fā)明者鳥塚史郎, 長井壽, 小松隆史, 宮下直久, 高木文人, 松澤正明, 宮坂義政, 畑野圭希, 藤森千明, 小坂正義, 植松正明, 濱一 申請人:獨(dú)立行政法人物質(zhì)·材料研究機(jī)構(gòu)