特開 2023-90155 ボルト

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023090155

(43)【公開日】2023-06-29

(54)【発明の名称】ボルト

(51)【国際特許分類】

   C22C 38/00 20060101AFI20230622BHJP

   C22C 38/24 20060101ALI20230622BHJP

   C22C 38/60 20060101ALI20230622BHJP

   C21D 9/00 20060101ALN20230622BHJP

【ＦＩ】

C22C38/00 301Z

C22C38/24

C22C38/60

C21D9/00 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021204966

(22)【出願日】2021-12-17

(71)【出願人】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001553

【氏名又は名称】アセンド弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】小林 由起子

(72)【発明者】

【氏名】梅原 美百合

(72)【発明者】

【氏名】谷口 俊介

(72)【発明者】

【氏名】松井 直樹

(72)【発明者】

【氏名】山▲崎▼ 真吾

【テーマコード（参考）】

4K042

【Ｆターム（参考）】

4K042AA25

4K042BA01

4K042BA08

4K042CA02

4K042CA03

4K042CA05

4K042CA06

4K042CA08

4K042CA09

4K042CA10

4K042CA12

4K042CA13

4K042DA01

4K042DA02

4K042DC02

4K042DC03

4K042DD02

4K042DE02

(57)【要約】

【課題】高い強度と、優れた耐水素脆化特性とを有する、ボルトを提供する。
【解決手段】本開示によるボルトは、質量％で、Ｃ：０．３０～０．５０％、Ｓｉ：０．０１～０．３０％、Ｍｎ：０．１０～１．５０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：０．０１～０．８０％、Ｍｏ：０．７０～１．５０％未満、Ｖ：０．０１～０．５０％、Ａｌ：０．００５～０．１００％、Ｎ：０．００１０～０．０３００％、及び、残部はＦｅ及び不純物からなり、引張強度ＴＳが１３００ＭＰａ以上であり、ボルト中のＭＣ型炭化物の個数密度ＮＤが２．０×１０^２２個／ｍ^３以上であり、ＭＣ型炭化物中の原子％でのＣ含有量を［Ｃ］と定義し、原子％でのＭｏ含有量を［Ｍｏ］と定義し、原子％でのＶ含有量を［Ｖ］と定義したとき、式（１）で定義されるＣ比率Ｒｃが０．３０～０．４２である。
Ｒｃ＝［Ｃ］／（［Ｃ］＋［Ｍｏ］＋［Ｖ］） （１）
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

質量％で、
Ｃ：０．３０～０．５０％、
Ｓｉ：０．０１～０．３０％、
Ｍｎ：０．１０～１．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ｃｒ：０．０１～０．８０％、
Ｍｏ：０．７０～１．５０％未満、
Ｖ：０．０１～０．５０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、及び、
Ｎ：０．００１０～０．０３００％、を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、
引張強度ＴＳが１３００ＭＰａ以上であり、
ＭＣ型炭化物の個数密度ＮＤが２．０×１０^２２個／ｍ^３以上であり、
前記ＭＣ型炭化物中の原子％でのＣ含有量を［Ｃ］と定義し、原子％でのＭｏ含有量を［Ｍｏ］と定義し、原子％でのＶ含有量を［Ｖ］と定義したとき、式（１）で定義されるＣ比率Ｒｃが０．３０～０．４２である、
ボルト。
Ｒｃ＝［Ｃ］／（［Ｃ］＋［Ｍｏ］＋［Ｖ］） （１）

【請求項2】

請求項１に記載のボルトであってさらに、
Ｆｅの一部に代えて、
Ｃｕ：０．４０％以下、
Ｎｉ：０．４０％以下、
Ｂ：０．０１００％以下、
Ｚｒ：０．３００％以下、
Ｈｆ：０．１００％以下、
Ｔａ：０．１００％以下、
Ｗ：０．２０％以下、
Ｔｉ：０．１００％以下、
Ｎｂ：０．１００％以下、
Ｃａ：０．００５０％以下、
Ｂｉ：０．０２０％以下、及び、
Ｔｅ：０．０１０％以下、
からなる群から選択される１元素以上を含有する、
ボルト。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ボルトに関する。

【背景技術】

【0002】

ボルトは、産業機械、自動車、橋梁に代表される建築物等に利用される。近年、産業機械及び自動車の高性能化、及び、建築物等の大型化に伴い、ボルトの高強度化が求められている。具体的には、１３００ＭＰａ以上の引張強度を有するボルトが求められている。

【0003】

１３００ＭＰａ以上の引張強度を有するボルトでは、水素脆化感受性が高まる。そのため、１３００ＭＰａ以上の引張強度を有するボルトでは、優れた耐水素脆化特性が求められる。

【0004】

特開２０１９－２１８５８４号公報（特許文献１）、国際公開第２０１７／０９４４８７号（特許文献２）、及び、特開２０１３－１６３８６５号公報（特許文献３）は、高い強度と優れた耐水素脆化特性とを有するボルトを提案する。

【0005】

特許文献１に開示されるボルトは、質量％で、Ｃ：０．２２～０．４０％、Ｓｉ：０．１０～１．５０％、Ｍｎ：０．２０～０．４０％未満、Ｃｒ：０．７０～１．６０％未満、Ａｌ：０．００５～０．０６０％、Ｔｉ：０．０１０～０．０５０％、Ｂ：０．０００３～０．００４０％、Ｎ：０．００１５～０．００８０％、Ｃｕ：０．５０％以下、Ｎｉ：０．３０％以下、Ｍｏ：０．０５％以下、Ｖ：０．０５０％以下、Ｎｂ：０．０５０％以下を含有し、さらに、Ｓｂ：０．００１～０．１００％、Ｓｎ：０．００１～０．１００％、及び、Ｂｉ：０．００１～０．１００％からなる群から選択される１種以上を含有し、さらに、Ｏ：０．００２０％以下、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０２０％以下を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる。このボルトはさらに、式（１）（０．５０≦Ｃ＋（１／１０）×Ｓｉ＋（１／５）×Ｍｎ＋（５／２２）×Ｃｒ≦０．８５）と、式（２）（０．００３≦Ｓｂ＋Ｓｎ＋Ｂｉ≦０．１００）とを満たす。
このボルトでは、化学組成中のＳｂ、Ｓｎ及びＢｉの含有量を式（２）を満たすように調整することにより、軸部の引張強度が１０００～１３００ＭＰａであっても、優れた耐水素脆化特性が得られる、と特許文献１には記載されている。

【0006】

特許文献２に開示されるボルトは、質量％で、Ｃ：０．２２～０．４０％、Ｓｉ：０．１０～１．５０％、Ｍｎ：０．２０～０．４０％未満、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ｃｒ：０．７０～１．４５％、Ａｌ：０．００５～０．０６０％、Ｔｉ：０．０１０～０．０４５％、Ｂ：０．０００３～０．００４０％、Ｎ：０．００１５～０．００８０％、Ｏ：０．００２０％以下、Ｃｕ：０～０．５０％、Ｎｉ：０～０．３０％、Ｍｏ：０～０．０４％、Ｖ：０～０．０５％、及び、Ｎｂ：０～０．０５０％を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる。このボルトはさらに、式（１）（０．５０≦Ｃ＋Ｓｉ／１０＋Ｍｎ／５＋５Ｃｒ／２２≦０．８５）と、式（２）（Ｓｉ／Ｍｎ＞１．０）とを満たす。
このボルトでは、式（１）を満たすことによりボルトの強度を１０００～１３００ＭＰａに高め、式（２）を満たすことにより、ボルトの耐水素脆化特性を高める、と特許文献２には記載されている。

【0007】

特許文献３に開示されるボルトは、質量％で、Ｃ：０．３０～０．５０％、Ｓｉ：１．０～２．５％、Ｍｎ：０．１～１．５％、Ｐ：０．０１５％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．０１５％以下（０％を含まない）、Ｃｒ：０．１５～２．４％、Ａｌ：０．１０％以下（０％を含まない）、及び、Ｎ：０．０１５％以下（０％を含まない）を含有し、さらに、Ｃｕ：０．１０～０．５０％、及び、Ｎｉ：０．１～１．０％を、［Ｎｉ］／［Ｃｕ］≧０．５を満たすように含有し、さらに、Ｔｉ：０．０５～０．２０％、及び、Ｖ：０．２０％以下（０％を含む）を、［Ｔｉ］＋［Ｖ］：０．０８５～０．３０％を満たすように含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる。このボルトはさらに、ボルト軸部のオーステナイト結晶粒度番号が９．０以上であり、ボルト軸部のオーステナイト結晶粒界に析出した炭化物の割合を示すＧ値（％）が、式（１）（Ｇ値：（Ｌ／Ｌ０）×１００≦６０、なお、Ｌ：オーステナイト結晶粒界に析出した厚さ５０ｎｍ以上の炭化物の合計長さ、Ｌ０：オーステナイト結晶粒界の長さを示す）を満たす。
このボルトでは、粒界に析出する炭化物を抑制することにより、高強度であっても、優れた耐水素脆化特性が得られる、と特許文献３には記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１９－２１８５８４号公報

【特許文献2】国際公開第２０１７／０９４４８７号

【特許文献3】特開２０１３－１６３８６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

特許文献１～３に開示されるボルトは、高い強度と、優れた耐水素脆化特性とを有する。しかしながら特許文献１～３と異なる手段により、高い強度と、優れた耐水素脆化特性とが得られてもよい。

【0010】

本開示の目的は、高い強度と、優れた耐水素脆化特性とを有する、ボルトを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本開示のボルトは、次の構成を有する。

【0012】

質量％で、
Ｃ：０．３０～０．５０％、
Ｓｉ：０．０１～０．３０％、
Ｍｎ：０．１０～１．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ｃｒ：０．０１～０．８０％、
Ｍｏ：０．７０～１．５０％未満、
Ｖ：０．０１～０．５０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、及び、
Ｎ：０．００１０～０．０３００％、を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、
引張強度ＴＳが１３００ＭＰａ以上であり、
ＭＣ型炭化物の個数密度ＮＤが２．０×１０^２２個／ｍ^３以上であり、
前記ＭＣ型炭化物中の原子％でのＣ含有量を［Ｃ］と定義し、原子％でのＭｏ含有量を［Ｍｏ］と定義し、原子％でのＶ含有量を［Ｖ］と定義したとき、式（１）で定義されるＣ比率Ｒｃが０．３０～０．４２である、
ボルト。
Ｒｃ＝［Ｃ］／（［Ｃ］＋［Ｍｏ］＋［Ｖ］） （１）

【発明の効果】

【0013】

本開示によるボルトは、高い強度と、優れた耐水素脆化特性とを有する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本実施形態のボルトの一例を示す側面図である。

【図2】図２は、化学組成中の各元素含有量は本実施形態の範囲内であり、引張強度ＴＳが１３００ＭＰａ以上であり、ＭＣ型炭化物の個数密度が２．０×１０^２２個／ｍ^３以上であるボルトにおける、ＭＣ型炭化物中のＣ比率Ｒｃと、限界水素量との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明者らは、１３００ＭＰａ以上の引張強度ＴＳと、優れた耐水素脆化特性とを有するボルトの検討を行った。その結果、本発明者らは、次の知見を得た。

【0016】

まず本発明者らは、高い強度と、優れた耐水素脆化特性とを有するボルトについて、化学組成の観点から検討した。その結果、本発明者らは、質量％で、Ｃ：０．３０～０．５０％、Ｓｉ：０．０１～０．３０％、Ｍｎ：０．１０～１．５０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：０．０１～０．８０％、Ｍｏ：０．７０～１．５０％未満、Ｖ：０．０１～０．５０％、Ａｌ：０．００５～０．１００％、及び、Ｎ：０．００１０～０．０３００％、Ｃｕ：０～０．４０％、Ｎｉ：０～０．４０％、Ｂ：０～０．０１００％、Ｚｒ：０～０．３００％、Ｈｆ：０～０．１００％、Ｔａ：０～０．１００％、Ｗ：０～０．２０％、Ｔｉ：０～０．１００％、Ｎｂ：０～０．１００％、Ｃａ：０～０．００５０％、Ｂｉ：０～０．０２０％、Ｔｅ：０～０．０１０％、及び、残部はＦｅ及び不純物からなる化学組成を有するボルトであれば、１３００ＭＰａ以上の引張強度ＴＳと、優れた耐水素脆化特性とを両立できる可能性があると考えた。

【0017】

そこで、上述の化学組成を有するボルトのミクロ組織の観点から、強度と耐水素脆化特性とを高める手段を検討した。その結果、ボルト中に微細な析出物を多数分散させることにより、１３００ＭＰａ以上の引張強度ＴＳを有するボルトであっても、耐水素脆化特性を高められることを本発明者らは知見した。

【0018】

発明者らはさらに、析出物の種類が、ボルトの耐水素脆化特性に影響すると考えた。そこで、さらなる検討を行った。ここで、本発明者らは、合金炭化物の中でも、ＭＣ型炭化物に着目した。ＭＣ型炭化物は、その他の合金炭化物（例えば、Ｍ_２Ｃ型炭化物、セメンタイト等）と比較して、粗大化しにくく、微細なまま維持されやすい。微細な析出物は、水素のトラップサイトとなり、水素を吸蔵する。そのため、水素脆化割れに至るまでに貯蔵可能な水素量（以下、限界水素量という）を高めることができる。したがって、ボルト中にＭＣ型炭化物の個数密度を高めれば、ボルトの耐水素脆化特性が高まる可能性がある。

【0019】

そこで本発明者らは、上述の化学組成を有するボルト中の、ＭＣ型炭化物の個数密度と、限界水素量との関係を調査した。その結果、ＭＣ型炭化物の個数密度が２．０×１０^２２個／ｍ^３以上であれば、１３００ＭＰａ以上の引張強度ＴＳを有するボルトであっても、十分な限界水素量が得られ、その結果、優れた耐水素脆化特性が得られる可能性があることが判明した。

【0020】

しかしながら、上述の化学組成を有し、ＭＣ型炭化物の個数密度が２．０×１０^２２個／ｍ^３以上であるボルトであっても、引張強度ＴＳが１３００ＭＰａ以上である場合に、依然として十分な耐水素脆化特性が得られない場合があった。

【0021】

そこで、本発明者らはさらに検討を行った。ここで、本発明者らは、ＭＣ型炭化物の個数密度だけでなく、ＭＣ型炭化物の組成も、水素の吸蔵作用に影響すると考えた。そこで、ＭＣ型炭化物の組成と限界水素量との関係について検討を行った。その結果、ＭＣ型炭化物中の原子％でのＣ含有量を［Ｃ］と定義し、原子％でのＭｏ含有量を［Ｍｏ］と定義し、原子％でのＶ含有量を［Ｖ］と定義したとき、式（１）で定義されるＣ比率Ｒｃが０．３０～０．４２であれば、引張強度ＴＳが１３００ＭＰａ以上のボルトであっても、優れた耐水素脆化特性が得られることが判明した。
Ｒｃ＝［Ｃ］／（［Ｃ］＋［Ｍｏ］＋［Ｖ］） （１）

【0022】

以上の知見に基づいて完成した本実施形態によるボルトは、次の構成を有する。

【0023】

［１］
質量％で、
Ｃ：０．３０～０．５０％、
Ｓｉ：０．０１～０．３０％、
Ｍｎ：０．１０～１．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ｃｒ：０．０１～０．８０％、
Ｍｏ：０．７０～１．５０％未満、
Ｖ：０．０１～０．５０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、及び、
Ｎ：０．００１０～０．０３００％、を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、
引張強度ＴＳが１３００ＭＰａ以上であり、
ＭＣ型炭化物の個数密度ＮＤが２．０×１０^２２個／ｍ^３以上であり、
前記ＭＣ型炭化物中の原子％でのＣ含有量を［Ｃ］と定義し、原子％でのＭｏ含有量を［Ｍｏ］と定義し、原子％でのＶ含有量を［Ｖ］と定義したとき、式（１）で定義されるＣ比率Ｒｃが０．３０～０．４２である、
ボルト。
Ｒｃ＝［Ｃ］／（［Ｃ］＋［Ｍｏ］＋［Ｖ］） （１）

【0024】

［２］
［１］に記載のボルトであってさらに、
Ｆｅの一部に代えて、
Ｃｕ：０．４０％以下、
Ｎｉ：０．４０％以下、
Ｂ：０．０１００％以下、
Ｚｒ：０．３００％以下、
Ｈｆ：０．１００％以下、
Ｔａ：０．１００％以下、
Ｗ：０．２０％以下、
Ｔｉ：０．１００％以下、
Ｎｂ：０．１００％以下、
Ｃａ：０．００５０％以下、
Ｂｉ：０．０２０％以下、及び、
Ｔｅ：０．０１０％以下、
からなる群から選択される１元素以上を含有する、
ボルト。

【0025】

以下、本実施形態によるボルトについて詳述する。なお、元素に関する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。

【0026】

［ボルトの構成］
本実施形態のボルトの形状は、周知の構造を有する。図１は、本実施形態のボルトの一例を示す側面図である。図１を参照して、本実施形態のボルトは、頭部１０と、首下部１１と、軸部１２とを備える。首下部１１は、頭部１０と軸部１２とをつなぐ部分であり、表面が湾曲している。つまり、首下部１１の表面は曲率を有する。軸部１２は、首下部１１からボルトの中心軸方向に延びている。軸部１２は、少なくとも一部の周表面に、ねじが形成されている。

【0027】

［本実施形態のボルトの特徴］
本実施形態のボルトは、次の特徴を備える。
（特徴Ａ）化学組成が下記に示すとおりである。
（特徴Ｂ）引張強度ＴＳが１３００ＭＰａ以上である。
（特徴Ｃ）ＭＣ型炭化物の個数密度ＮＤが２．０×１０^２２個／ｍ^３以上である。
（特徴Ｄ）ＭＣ型炭化物のＣ比率Ｒｃが０．３０～０．４２である。
以下、各特徴について説明する。

【0028】

［（特徴Ａ）化学組成］
本実施形態によるボルトの化学組成は、次の元素を含有する。

【0029】

Ｃ：０．３０～０．５０％
炭素（Ｃ）は、鋼材の焼入れ性を高めて、ボルトの強度を高める。Ｃ含有量が０．３０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｃ含有量が０．５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、ボルトの耐水素脆化特性が低下する。
したがって、Ｃ含有量は０．３０～０．５０％である。
Ｃ含有量の好ましい下限は０．３２％であり、さらに好ましくは０．３５％である。
Ｃ含有量の好ましい上限は０．４８％であり、さらに好ましくは０．４５％である。

【0030】

Ｓｉ：０．０１～０．３０％
シリコン（Ｓｉ）は、鋼材の焼入れ性を高めて、ボルトの強度を高める。Ｓｉ含有量が０．０１％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｓｉ含有量が０．３０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、ボルトの耐水素脆化特性が低下する。
したがって、Ｓｉ含有量は０．０１～０．３０％である。
Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％である。
Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．２５％であり、さらに好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．１５％である。

【0031】

Ｍｎ：０．１０～１．５０％
マンガン（Ｍｎ）は、鋼材の焼入れ性を高めて、ボルトの強度を高める。Ｍｎ含有量が０．１０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｍｎ含有量が１．５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、ボルトの耐水素脆化特性が低下する。
したがって、Ｍｎ含有量は０．１０～１．５０％である。
Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．１５％であり、さらに好ましくは０．２０％である。
Ｍｎ含有量の好ましい上限は１．３０％であり、さらに好ましくは１．２０％であり、さらに好ましくは１．１０％である。

【0032】

Ｐ：０．０３０％以下
燐（Ｐ）は不純物である。つまり、Ｐ含有量の下限は０％超である。Ｐ含有量が０．０３０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Ｐが粒界に偏析する。その結果、ボルトの耐水素脆化特性が低下する。
したがって、Ｐ含有量は０．０３０％以下である。
Ｐ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｐ含有量の極端な低減は、製造コストを大幅に高める。したがって、工業生産を考慮した場合、Ｐ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％である。
Ｐ含有量の好ましい上限は０．０２５％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。

【0033】

Ｓ：０．０３０％以下
硫黄（Ｓ）は不純物である。つまり、Ｓ含有量の下限は０％超である。Ｓ含有量が０．０３０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Ｓが粒界に偏析する。その結果ボルトの耐水素脆化特性が低下する。
したがって、Ｓ含有量は０．０３０％以下である。
Ｓ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｓ含有量の極端な低減は、製造コストを大幅に高める。したがって、工業生産を考慮した場合、Ｓ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％である。
Ｓ含有量の好ましい上限は０．０２５％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。

【0034】

Ｃｒ：０．０１～０．８０％
クロム（Ｃｒ）は、鋼材の焼入れ性を高めて、ボルトの強度を高める。Ｃｒはさらに、鋼材の焼戻し軟化抵抗を高めて、ボルトの強度を高める。Ｃｒ含有量が０．０１％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｃｒ含有量が０．８０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Ｐの粒界偏析が助長される。その結果、ボルトの耐水素脆化特性が低下する。
したがって、Ｃｒ含有量は０．０１～０．８０％である。
Ｃｒ含有量の好ましい下限は０．０３％であり、さらに好ましくは０．０５％である。
Ｃｒ含有量の好ましい上限は０．７０％であり、さらに好ましくは０．６０％であり、さらに好ましくは０．５０％である。

【0035】

Ｍｏ：０．７０～１．５０％未満
モリブデン（Ｍｏ）は、鋼材の焼戻し軟化抵抗を高めて、ボルトの強度を高める。Ｍｏはさらに、ＭＣ型炭化物に濃化して、ＭＣ型炭化物の水素トラップ機能を高める。その結果、高強度を有するボルトの耐水素脆化特性を高める。Ｍｏ含有量が０．７０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｍｏ含有量が１．５０％以上であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材が過剰に硬くなる。この場合、冷間加工性が低下する。
したがって、Ｍｏ含有量は０．７０～１．５０％未満である。
Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．７５％であり、さらに好ましくは０．８０％である。
Ｍｏ含有量の好ましい上限は１．４０％であり、さらに好ましくは１．３０％である。

【0036】

Ｖ：０．０１～０．５０％
バナジウム（Ｖ）は、ＭｏとともにＭＣ型炭化物を形成して、ボルトの耐水素脆化特性を高める。Ｖ含有量が０．０１％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｖ含有量が０．５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材が過剰に硬くなる。この場合、冷間加工性が低下する。
したがって、Ｖ含有量は０．０１～０．５０％である。
Ｖ含有量の好ましい下限は０．０３％であり、さらに好ましくは０．０５％である。
Ｖ含有量の好ましい上限は０．４５％であり、さらに好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは０．３５％である。

【0037】

Ａｌ：０．００５～０．１００％
アルミニウム（Ａｌ）は、鋼を脱酸する。Ａｌはさらに、Ｎと結合してＡｌ窒化物を形成する。Ａｌ窒化物は、ピンニング効果により結晶粒の粗大化を抑制する。その結果、ボルトの耐水素脆化特性が高まる。Ａｌ含有量が０．００５％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ａｌ含有量が０．１００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大なＡｌ窒化物が生成する。粗大なＡｌ窒化物は破壊の起点になる。そのため、鋼材の加工性が低下する。
したがって、Ａｌ含有量は０．００５～０．１００％である。
Ａｌ含有量の好ましい下限は０．００６％であり、さらに好ましくは０．００７％であり、さらに好ましくは０．００８％である。
Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０９０％であり、さらに好ましくは０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％である。
本実施形態の鋼材の化学組成において、Ａｌ含有量は、全Ａｌ（Ｔｏｔａｌ－Ａｌ）含有量を意味する。

【0038】

Ｎ：０．００１０～０．０３００％
窒素（Ｎ）は、Ａｌと結合してＡｌ窒化物を形成する。Ａｌ窒化物は、ピンニング効果により結晶粒の粗大化を抑制する。その結果、ボルトの耐水素脆化特性が高まる。Ｎ含有量が０．００１０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｎ含有量が０．０３００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大な窒化物が生成する。粗大な窒化物は破壊の起点になり、鋼材の加工性を低下させる。
したがって、Ｎ含有量は０．００１０～０．０３００％である。
Ｎ含有量の好ましい下限は０．００２０％であり、さらに好ましくは０．００２５％であり、さらに好ましくは０．００３０％である。
Ｎ含有量の好ましい上限は０．０２９０％であり、さらに好ましくは０．０２８０％であり、さらに好ましくは０．０２７０％であり、さらに好ましくは０．０２５０％であり、さらに好ましくは０．０２００％であり、さらに好ましくは０．０１５０％であり、さらに好ましくは０．０１００％である。

【0039】

本実施形態によるボルトの化学組成の残部は、Ｆｅ及び不純物からなる。ここで、化学組成における不純物とは、ボルトを工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから混入されるものであって、本実施形態によるボルトに悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。

【0040】

［任意元素（Ｏｐｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ）］
［Ｃｕ、Ｎｉ、Ｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、及び、Ｗについて］
本実施形態によるボルトの化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、及び、Ｗからなる群から選択される１元素以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、及び、Ｗは、鋼材の焼入れ性を高めて、ボルトの強度を高める。

【0041】

Ｃｕ：０．４０％以下
銅（Ｃｕ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｃｕ含有量は０％であってもよい。
Ｃｕが含有される場合、つまり、Ｃｕ含有量が０％超である場合、Ｃｕは鋼材の焼入れ性を高めて、ボルトの強度を高める。Ｃｕが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｃｕ含有量が０．４０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、焼入れ性が高くなりすぎる。その結果、鋼材の加工性が低下する。
したがって、Ｃｕ含有量は０～０．４０％であり、含有される場合、Ｃｕ含有量は０．４０％以下（０超～０．４０％）である。
Ｃｕ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０３％であり、さらに好ましくは０．０５％である。
Ｃｕ含有量の好ましい上限は０．３５％であり、さらに好ましくは０．３０％であり、さらに好ましくは０．２５％である。

【0042】

Ｎｉ：０．４０％以下
ニッケル（Ｎｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｎｉ含有量は０％であってもよい。
Ｎｉが含有される場合、つまり、Ｎｉ含有量が０％超である場合、Ｎｉは鋼材の焼入れ性を高めて、ボルトの強度を高める。Ｎｉが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｎｉ含有量が０．４０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、焼入れ性が高くなりすぎる。その結果、鋼材の加工性が低下する。
したがって、Ｎｉ含有量は０～０．４０％であり、含有される場合、Ｎｉ含有量は０．４０％以下（０超～０．４０％）である。
Ｎｉ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％である。
Ｎｉ含有量の好ましい上限は０．３５％であり、さらに好ましくは０．３０％であり、さらに好ましくは０．２５％である。

【0043】

Ｂ：０．０１００％以下
ボロン（Ｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｂ含有量は０％であってもよい。
Ｂが含有される場合、つまり、Ｂ含有量が０％超である場合、Ｂは鋼材の焼入れ性を高めて、ボルトの強度を高める。Ｂはさらに、Ｐの粒界偏析を抑制して、ボルトの耐水素脆化特性を高める。Ｂが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｂ含有量が０．０１００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大なＢ窒化物が生成する。粗大なＢ窒化物は破壊の起点になる。その結果、鋼材の加工性が低下する。
したがって、Ｂ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、Ｂ含有量は０．０１００％以下（０超～０．０１００％）である。
Ｂ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．０００８％である。
Ｂ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００７０％であり、さらに好ましくは０．００６０％であり、さらに好ましくは０．００５０％である。

【0044】

Ｚｒ：０．３００％以下
ジルコニウム（Ｚｒ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｚｒ含有量は０％であってもよい。
Ｚｒが含有される場合、つまり、Ｚｒ含有量が０％超である場合、Ｚｒは鋼材の焼入れ性を高めて、ボルトの強度を高める。Ｚｒが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｚｒ含有量が０．３００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大なＺｒ窒化物が生成する。粗大なＺｒ窒化物は破壊の起点になる。その結果、鋼材の加工性が低下する。
したがって、Ｚｒ含有量は０～０．３００％であり、含有される場合、Ｚｒ含有量は０．３００％以下（０超～０．３００％）である。
Ｚｒ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。
Ｚｒ含有量の好ましい上限は０．２８０％であり、さらに好ましくは０．２５０％であり、さらに好ましくは０．２００％であり、さらに好ましくは０．１５０％であり、さらに好ましくは０．１００％である。

【0045】

Ｈｆ：０．１００％以下
ハフニウム（Ｈｆ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｈｆ含有量は０％であってもよい。
Ｈｆが含有される場合、つまり、Ｈｆ含有量が０％超である場合、Ｈｆは鋼材の焼入れ性を高めて、ボルトの強度を高める。Ｈｆが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｈｆ含有量が０．１００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大なＨｆ窒化物が生成する。粗大なＨｆ窒化物は破壊の起点になる。その結果、鋼材の加工性が低下する。
したがって、Ｈｆ含有量は０～０．１００％であり、含有される場合、Ｈｆ含有量は０．１００％以下（０超～０．１００％）である。
Ｈｆ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１０％である。
Ｈｆ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％であり、さらに好ましくは０．０６０％であり、さらに好ましくは０．０５０％である。

【0046】

Ｔａ：０．１００％以下
タンタル（Ｔａ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｔａ含有量は０％であってもよい。
Ｔａが含有される場合、つまり、Ｔａ含有量が０％超である場合、Ｔａは鋼材の焼入れ性を高めて、ボルトの強度を高める。Ｔａが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｔａ含有量が０．１００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大なＴａ窒化物が生成する。粗大なＴａ窒化物は破壊の起点になる。その結果、鋼材の加工性が低下する。
したがって、Ｔａ含有量は０～０．１００％であり、含有される場合、Ｔａ含有量は０．１００％以下（０超～０．１００％）である。
Ｔａ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１０％である。
Ｔａ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％であり、さらに好ましくは０．０６０％であり、さらに好ましくは０．０５０％である。

【0047】

Ｗ：０．２０％以下
タングステン（Ｗ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｗ含有量は０％であってもよい。
Ｗが含有される場合、つまり、Ｗ含有量が０％超である場合、Ｗは鋼材の焼入れ性を高めて、ボルトの強度を高める。Ｗが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｗ含有量が０．２０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、焼入れ性が高くなりすぎる。その結果、鋼材の加工性が低下する。
したがって、Ｗ含有量は０～０．２０％であり、含有される場合、Ｗ含有量は０．２０％以下（０超～０．２０％）である。
Ｗ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％である。
Ｗ含有量の好ましい上限は０．１５％であり、さらに好ましくは０．１２％であり、さらに好ましくは０．１０％である。

【0048】

［Ｔｉ及びＮｂについて］
本実施形態によるボルトの化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｔｉ及びＮｂからなる群から選択される１元素以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｔｉ及びＮｂは、析出物を形成し、結晶粒を微細化する。その結果、ボルトの耐水素脆化特性が高まる。

【0049】

Ｔｉ：０．１００％以下
チタン（Ｔｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｔｉ含有量は０％であってもよい。
Ｔｉが含有される場合、つまり、Ｔｉ含有量が０％超である場合、ＴｉはＴｉ炭化物等の微細な析出物を形成し、結晶粒を微細化する。その結果、ボルトの耐水素脆化特性が高まる。Ｔｉが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｔｉ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大なＴｉ窒化物が生成する。粗大なＴｉ窒化物は破壊の起点になる。その結果、鋼材の加工性が低下する。
したがって、Ｔｉ含有量は０～０．１００％であり、含有される場合、Ｔｉ含有量は０．１００％以下（０超～０．１００％）である。
Ｔｉ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。
Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．０９０％であり、さらに好ましくは０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７５％である。

【0050】

Ｎｂ：０．１００％以下
ニオブ（Ｎｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｎｂ含有量は０％であってもよい。
Ｎｂが含有される場合、つまり、Ｎｂ含有量が０％超である場合、ＮｂはＮｂ炭化物等の微細な析出物を形成し、結晶粒を微細化する。その結果、ボルトの耐水素脆化特性が高まる。Ｎｂが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｎｂ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大なＮｂ炭化物等が生成する。粗大なＮｂ炭化物等は破壊の起点になる。その結果、鋼材の加工性が低下する。
したがって、Ｎｂ含有量は０～０．１００％であり、含有される場合、Ｎｂ含有量は０．１００％以下（０超～０．１００％）である。
Ｎｂ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。
Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．０９０％であり、さらに好ましくは０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％である。

【0051】

［Ｃａ、Ｂｉ及びＴｅ］
本実施形態によるボルトの化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｃａ、Ｂｉ及びＴｅからなる群から選択される１元素以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｃａ、Ｂｉ及びＴｅは、鋼材の被削性を高める。

【0052】

Ｃａ：０．００５０％以下
カルシウム（Ｃａ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｃａ含有量は０％であってもよい。
Ｃａが含有される場合、つまり、Ｃａが０％超である場合、Ｃａは鋼材の被削性を高める。Ｃａが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｃａ含有量が０．００５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の加工性が低下する。
したがって、Ｃａ含有量は０～０．００５０％であり、含有される場合、Ｃａ含有量は０．００５０％以下（０超～０．００５０％）である。
Ｃａ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００２％であり、さらに好ましくは０．０００５％である。
Ｃａ含有量の好ましい上限は０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３０％である。

【0053】

Ｂｉ：０．０２０％以下
ビスマス（Ｂｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｂｉ含有量は０％であってもよい。
Ｂｉが含有される場合、つまり、Ｂｉが０％超である場合、Ｂｉは鋼材の被削性を高める。Ｂｉが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｂｉ含有量が０．０２０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の加工性が低下する。
したがって、Ｂｉ含有量は０～０．０２０％であり、含有される場合、Ｂｉ含有量は０．０２０％以下（０超～０．０２０％）である。
Ｂｉ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１０％である。
Ｂｉ含有量の好ましい上限は０．０１８％であり、さらに好ましくは０．０１５％である。

【0054】

Ｔｅ：０．０１０％以下
テルル（Ｔｅ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｔｅ含有量は０％であってもよい。
Ｔｅが含有される場合、つまり、Ｔｅが０％超である場合、Ｔｅは鋼材の被削性を高める。Ｔｅが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｔｅ含有量が０．０１０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の加工性が低下する。
したがって、Ｔｅ含有量は０～０．０１０％であり、含有される場合、Ｔｅ含有量は０．０１０％以下（０超～０．０１０％）である。
Ｔｅ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％である。
Ｔｅ含有量の好ましい上限は０．００９％であり、さらに好ましくは０．００８％である。

【0055】

［ボルトの化学組成の測定方法］
本実施形態のボルトの化学組成は、周知の成分分析法で測定できる。具体的には、ドリルを用いて、ボルトの軸部の表面から１ｍｍ深さ以上の内部から、切粉を採取する。採取された切粉を酸に溶解させて溶液を得る。溶液に対して、ＩＣＰ－ＡＥＳ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ａｔｏｍｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を実施して、化学組成の元素分析を実施する。Ｃ含有量及びＳ含有量については、周知の高周波燃焼法（燃焼－赤外線吸収法）により求める。Ｎ含有量については、周知の不活性ガス溶融－熱伝導度法を用いて求める。

【0056】

なお、各元素含有量は、本実施形態で規定された有効数字に基づいて、測定された数値の端数を四捨五入して、本実施形態で規定された各元素含有量の最小桁までの数値とする。例えば、本実施形態の鋼材のＣ含有量は小数第二位までの数値で規定される。したがって、Ｃ含有量は、測定された数値の小数第三位を四捨五入して得られた小数第二位までの数値とする。

【0057】

本実施形態の鋼材のＣ含有量以外の他の元素含有量も同様に、測定された値に対して、本実施形態で規定された最小桁までの数値の端数を四捨五入して得られた値を、当該元素含有量とする。

【0058】

なお、四捨五入とは、端数が５未満であれば切り捨て、端数が５以上であれば切り上げることを意味する。

【0059】

［（特徴Ｂ）引張強度ＴＳ］
本実施形態によるボルトは、引張強度ＴＳが１３００ＭＰａ以上である。本実施形態によるボルトは、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内（特徴Ａ）であり、さらに、特徴Ｃ及び特徴Ｄを有する。その結果、本実施形態によるボルトでは、引張強度ＴＳが１３００ＭＰａ以上であっても、優れた耐水素脆化特性が得られる。

【0060】

引張強度ＴＳの好ましい下限は１３２０ＭＰａであり、さらに好ましくは１３５０ＭＰａである。なお、引張強度ＴＳの上限は特に限定されない。本実施形態によるボルトの引張強度ＴＳの上限は、例えば１７００ＭＰａであり、例えば１６５０ＭＰａである。

【0061】

［引張強度ＴＳの測定方法］
本実施形態において、引張強度ＴＳは次の方法で求めることができる。ＪＩＳ Ｚ ２２４１：２０１１に準拠して、常温（２０±１５℃）の大気中にて、引張試験を実施して、引張強度ＴＳ（ＭＰａ）を得る。なお、引張試験片は、ボルトの軸部を含むように採取し、引張試験片の中心軸は、ボルトの軸部と同軸とする。

【0062】

［（特徴Ｃ）ＭＣ型炭化物の個数密度ＮＤ］
本実施形態のボルトではさらに、ＭＣ型炭化物の個数密度ＮＤが２．０×１０^２２個／ｍ^３以上である。

【0063】

ＭＣ型炭化物は、セメンタイトやＭＣ_２型炭化物等の他の合金元素と比較して、微細である。そのため、ＭＣ型炭化物は、他の合金炭化物と比較して、水素をトラップしやすい。そこで、本実施形態のボルトでは、ＭＣ型炭化物の個数密度ＮＤを高めて、ボルトの限界水素量を高める。

【0064】

ＭＣ型炭化物の個数密度ＮＤが２．０×１０^２２個／ｍ^３以上であれば、他の特徴（Ａ、Ｂ、Ｄ）を満たすことを前提として、優れた耐水素脆化特性が得られる。

【0065】

ＭＣ型炭化物の個数密度ＮＤの好ましい下限は、２．２×１０^２２個／ｍ^３であり、さらに好ましくは２．４×１０^２２個／ｍ^３であり、さらに好ましくは２．６×１０^２２個／ｍ^３である。ＭＣ型炭化物の個数密度ＮＤの上限は特に限定されない。しかしながら、ボルトの化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内である場合、ＭＣ型炭化物の個数密度ＮＤの上限は例えば、２００．０×１０^２２個／ｍ^３であり、さらに好ましくは１００．０×１０^２２個／ｍ^３である。

【0066】

［ＭＣ型炭化物中の個数密度ＮＤの測定方法］
ボルト中のＭＣ型炭化物の個数密度ＮＤは走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）を用いて、次の方法で測定できる。
初めに、ＳＴＥＭ用薄膜試料を次の方法で作製する。ボルトの軸部をボルトの軸方向（長手方向）に垂直に切断し、軸方向の厚さが約２ｍｍの円板を採取する。エメリー紙を用いて、円板の両側（表面、裏面）を研磨する。このとき、円板の表面が裏面と平行になるように、研磨する。円板の表面及び裏面の一方を観察面と定義する。観察面をさらに鏡面研磨する。鏡面研磨した観察面をさらに、コロイダルシリカを砥粒に用いて研磨する。

【0067】

ＭＣ型炭化物は母相（Ｆｅ）に対して特定の結晶方位関係を有する。具体的には、ＭＣ型炭化物は、母相の｛１００｝面に沿って延びた、板状の粒子である。そこで、研磨後の観察面に対して電子ビーム後方散乱回折（ＥＢＳＤ）を実施して、母相の結晶方位を特定する。そして、特定された母相の結晶方位に基づいて、薄膜の観察面の垂直方向（観察方向）が母相の＜００１＞結晶方位となるように、円板に対して集束イオンビーム加工（ＦＩＢ加工）を実施して、ＳＴＥＭ用薄膜試料を作製する。

【0068】

ＦＩＢ加工によるＳＴＥＭ用薄膜試料の作製は、周知の方法で実施すればよい。例えば、加速電圧３０ｋＶのガリウム（Ｇａ）イオンビームを用いたリフトアウト法により、ＳＴＥＭ用薄膜試料を作製する。

【0069】

加速電圧３０ｋＶのイオンビームにより作製されたＳＴＥＭ用薄膜試料の表層には、転位ループやアモルファスが存在し、数ｎｍのＭＣ型炭化物の観察には適さない。そこで、１ｋＶ以下の低加速電圧のイオンビームを用いて、ＳＴＥＭ用薄膜試料の表面を研磨する。以上の製造工程により、厚さが１００ｎｍ以下のＳＴＥＭ用薄膜試料を作製する。

【0070】

作製された薄膜試料をＳＴＥＭの光学系で観察する。具体的には、ＳＴＥＭ用薄膜試料中の母相のマルテンサイトの結晶方位＜００１＞の晶帯軸入射となるように、ＳＴＥＭ用薄膜試料を傾斜する。観察倍率を３２万倍とし、加速電圧を３００ｋＶとする。検出器を公知の高角環状暗視野（ＨＡＡＤＦ）の条件、公知の低角環状暗視野（ＬＡＡＤＦ）、及び公知の明視野（ＢＦ）の条件で設定して、任意の１０箇所の観察視野を観察する。各観察視野において、これらの観察条件で画像を作製する。各観察視野で生成した画像のうち、ＭＣ型炭化物を最も明瞭に認識できる画像を採用する。

【0071】

各観察視野の面積は２８０ｎｍ×２８０ｎｍとする。全ての観察視野において、電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ）のＬｏｇ－ｒａｔｉｏ法によりＳＴＥＭ薄膜の厚さを測定する。

【0072】

各観察視野で採用した画像において、析出物はコントラストにより特定できる。そこで、特定された析出物のうち、最大長さが２ｎｍ以上の析出物を特定する。ここで、ＳＴＥＭでの観察における「最大長さ」とは、析出物と母相との界面の任意の２点を選択し、その２点を結ぶ線分全体が当該析出物内に含まれる場合の、最大の線分長さを意味する。最大長さが２ｎｍ未満の析出物は、認定が極めて困難である。そこで、本実施形態では、最大長さが２ｎｍ以上の析出物を特定する。

【0073】

最大長さが２ｎｍ以上の析出物のうち、ＭＣ型炭化物を、次の方法で特定する。最大長さが２ｎｍ以上の析出物に対して、電子ビームを照射して、電子回折図形を得る。ＭＣ型炭化物と、他の析出物とは、電子回折図形が異なる。そこで、得られた電子回折図形に基づいて、特定された析出物の中から、ＭＣ型炭化物を特定する。

【0074】

上述の方法により全ての観察視野で特定されたＭＣ型炭化物の総個数と、全ての観察視野と厚さから算出する総体積とに基づいて、ＭＣ型炭化物の個数密度ＮＤ（個／ｍ^３）を求める。

【0075】

なお、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内である場合、ＳＴＥＭでの観察において析出物の電子回折図形を得た結果、最大長さが１０ｎｍ以下の析出物はほぼＭＣ型炭化物であり、ＭＣ型炭化物以外の他の析出物はほとんど存在しなかった。そして、Ｍ_２Ｃ型炭化物やセメンタイト等のＭＣ型炭化物以外の他の析出物の最大長さは、いずれも１０ｎｍを大きく超えた。したがって、上述のＭＣ型炭化物の特定方法として、電子回折図形に代えて、最大長さが１０ｎｍ以下（つまり、最大長さが２～１０ｎｍ）の析出物をＭＣ型炭化物と特定してもよい。

【0076】

［（特徴Ｄ）ＭＣ型炭化物中のＣ比率Ｒｃ］
本実施形態のボルトではさらに、ＭＣ型炭化物中のＣ比率Ｒｃが０．３０～０．４２である。ここで、Ｃ比率ＲｃはＭＣ型炭化物中のＣ、Ｍｏ、Ｖの総原子数のうちの、Ｃ原子数の割合を意味する。Ｃ比率Ｒｃは次のとおり定義される。

【0077】

ＭＣ型炭化物中の原子％でのＣ含有量、Ｍｏ含有量、Ｖ含有量を次のとおり定義する。
［Ｃ］ ：ＭＣ型炭化物中の原子％でのＣ含有量
［Ｍｏ］：ＭＣ型炭化物中の原子％でのＭｏ含有量
［Ｖ］ ：ＭＣ型炭化物中の原子％でのＶ含有量
この場合、ＭＣ型炭化物中のＣ比率Ｒｃは、次の式（１）で定義される。
Ｒｃ＝［Ｃ］／（［Ｃ］＋［Ｍｏ］＋［Ｖ］） （１）
本実施形態のボルトでは、ＭＣ型炭化物中のＣ比率Ｒｃが０．３０～０．４２である。

【0078】

図２は、化学組成中の各元素含有量は本実施形態の範囲内であり、引張強度ＴＳが１３００ＭＰａ以上であり、ＭＣ型炭化物の個数密度ＮＤが２．０×１０^２２個／ｍ^３以上であるボルトにおける、ＭＣ型炭化物中のＣ比率Ｒｃと、限界水素量（質量ｐｐｍ）との関係を示すグラフである。図２は後述の実施例に記載の試験方法により得られた。

【0079】

上述のとおり、限界水素量が多いほど、水素のトラップ機能に優れ、耐水素脆化特性に優れることを意味する。図２を参照して、Ｃ比率Ｒｃが０．４２以下の場合、Ｃ比率Ｒｃが０．４２超の場合と比較して、限界水素量が顕著に多くなる。

【0080】

したがって、本実施形態のボルトでは、ＭＣ型炭化物中のＣ比率Ｒｃが０．４２以下である。

【0081】

なお、ＭＣ型炭化物中のＣ比率Ｒｃの下限は特に限定されない。しかしながら、ＭＣ型炭化物中のＣ比率Ｒｃの下限には、化学組成に起因した限界がある。上述の化学組成のボルトの場合、ＭＣ型炭化物中のＣ比率Ｒｃの下限は０．３０である。

【0082】

ＭＣ型炭化物中のＣ比率Ｒｃの好ましい上限は０．４１であり、さらに好ましくは０．４０である。Ｃ比率Ｒｃの好ましい下限は０．３１であり、さらに好ましくは０．３２であり、さらに好ましくは０．３３であり、さらに好ましくは０．３４であり、さらに好ましくは０．３５であり、さらに好ましくは０．３６である。

【0083】

ＭＣ型炭化物中のＣ比率Ｒｃが０．３０～０．４２である場合に限界水素量が多くなるメカニズムについては、定かではない。しかしながら、次のメカニズムが考えられる。

【0084】

ＭＣ型炭化物は通常、Ｃと、Ｍ（金属元素）との原子比率が１：１である。特徴Ａの化学組成を有する本実施形態のボルトにおいて、ＭＣ型炭化物中の金属元素のほとんどがＶ及びＭｏである。したがって、通常、ＭＣ型炭化物のＣの原子数と、Ｍｏ及びＶの総原子数との比率は１：１となる。つまり、通常のＭＣ型炭化物では、Ｃ比率Ｒｃは０．５０近傍である。

【0085】

これに対して、本実施形態のボルトでは、ＭＣ型炭化物のＣ比率Ｒｃを０．４２以下にする。Ｃ比率Ｒｃが０．４２以下であれば、ＭＣ型炭化物のＣサイトの一部が空孔となっている。このようなＣサイトに格子欠陥を有するＭＣ型炭化物では、Ｍ_２Ｃ型炭化物や、格子欠陥を有さないＭＣ型炭化物と比較して、水素トラップ機能が高まる。したがって、ＭＣ型炭化物のＣ比率Ｒｃが０．４２以下であれば、限界水素量が顕著に多くなり、ボルトの耐水素脆化特性が高まると考えられる。

【0086】

上述のメカニズムは推定であるため、異なるメカニズムにより、限界水素量が高まっている可能性もある。しかしながら、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であり、かつ、引張強度ＴＳが１３００ＭＰａ以上であり、ＭＣ型炭化物の個数密度ＮＤが２．０×１０^２２個／ｍ^３以上であるボルトにおける、ＭＣ型炭化物中のＣ比率Ｒｃが０．４２以下であれば、限界水素量が高まることは、後述の実施例で証明されている。

【0087】

［Ｃ比率Ｒｃの測定方法］
ＭＣ型炭化物のＣ比率Ｒｃは、次の方法で求めることができる。ボルトの軸部の表面から１ｍｍ深さ以上の内部から、サンプルを切り出す。切り出されたサンプルに対して、周知の集束イオンビーム加工又は電解研磨を実施して、先端の曲率半径が５０ｎｍ程度の針状試験片を作製する。

【0088】

針状試験片に対して、三次元アトムプローブ分析を実施する。具体的には、三次元アトムプローブ分析により、針状試験片中のＭＣ型炭化物を特定する。三次元アトムプローブ分析では、針状試験片中に存在する析出物を三次元的に検出できる。

【0089】

三次元アトムプローブ分析では、レーザー波長（λ）を３５５ｎｍとし、レーザーパワーを３０ｐＪとし、針状試験片の温度を５０Ｋとする。三次元アトムプローブ分析に用いる装置は特に限定されない。三次元アトムプローブ分析装置は例えば、アメテック株式会社製の商品名ＬＥＡＰ４０００ＸＨＲである。

【0090】

取得した測定データの再構築により三次元原子マップを得る。具体的には、装置の検出効率を用い、鉄（Ｆｅ）の測定において｛１１０｝原子面の間隔が０．２０ｎｍとなるように調節することにより、測定データを再構築して三次元原子マップを得る。

【0091】

三次元原子マップにおいて、針状試験片のうち、三次元アトムプローブ分析された領域は、ボクセルと呼ばれる微小立方体に区画されている。ボクセルの一辺は１．０ｎｍとする。ボクセル内の元素濃度（原子％）は、ボクセル内に含まれる当該元素の原子個数を、ボクセル内の全元素の原子個数で除した値で定義される。

【0092】

各ボクセルでのＣ濃度、Ｍｏ濃度及びＶ濃度の合計を、特定元素濃度（原子％）と定義する。特定元素濃度が６％となるボクセルをつなぐ等濃度面を作成する。等濃度面で囲まれる領域内は、特定元素濃度が高い。等濃度面で囲まれた領域を、析出物と認定する。

【0093】

認定された析出物のうち、最大長さが２～１０ｎｍの析出物を特定する。ここで、三次元的に検出された析出物の表面（つまり、析出物と鋼材母相との界面）の任意の２点を結ぶ線分のうち、線分全体が当該析出物に含まれる線分を、「特定線分」と定義する。そして、当該析出物の特定線分の最大長さを、当該析出物の最大長さと定義する。最大長さが１０ｎｍ以下の析出物を、ＭＣ型炭化物と特定する。

【0094】

上述のとおり、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内である場合、ＳＴＥＭ観察において、ボルト中の析出物のうち、最大長さが２～１０ｎｍの析出物はほぼＭＣ型炭化物であり、ＭＣ型炭化物以外の他の析出物はほとんど存在しない。そして、Ｍ_２Ｃ型炭化物やセメンタイト等のＭＣ型炭化物以外の他の析出物の最大長さは、いずれも１０ｎｍを大きく超える。そこで、三次元アトムプローブ分析で得られた、針状試験片中の析出物のうち、最大長さが１０ｎｍ以下の析出物は、ＭＣ型炭化物であると特定する。

【0095】

三次元原子マップではさらに、特定されたＭＣ型炭化物に含まれる元素の種類、及び、各元素の原子数も把握できる。そこで、特定された複数のＭＣ型炭化物のうち、任意の２０個のＭＣ型炭化物を選択する。そして、選択された各ＭＣ型炭化物に含まれる元素のうち、Ｃ含有量［Ｃ］（原子％）、Ｍｏ含有量［Ｍｏ］（原子％）、Ｖ含有量［Ｖ］（原子％）をそれぞれ求める。得られた［Ｃ］、［Ｍｏ］、［Ｖ］に基づいて、各ＭＣ型炭化物のＣ比率Ｒｃを、式（１）を用いて求める。求めた各ＭＣ型炭化物のＣ比率Ｒｃの算術平均値を、ＭＣ型炭化物中のＣ比率Ｒｃと定義する。

【0096】

［本実施形態のボルトの効果について］
以上の説明のとおり、本実施形態のボルトは、次の特徴を有する。
（特徴Ａ）化学組成が本実施形態の範囲内である。
（特徴Ｂ）引張強度ＴＳが１３００ＭＰａ以上である。
（特徴Ｃ）ＭＣ型炭化物の個数密度ＮＤが２．０×１０^２２個／ｍ^３以上である。
（特徴Ｄ）ＭＣ型炭化物のＣ比率Ｒｃが０．３０～０．４２である。
上述の特徴Ａ～特徴Ｄを有する本実施形態のボルトでは、引張強度ＴＳが１３００ＭＰａ以上と高くても、優れた耐水素脆化特性が得られる。

【0097】

耐水素脆化特性の指標として、上述のとおり、限界水素量を用いることができる。限界水素量が高いほど、耐水素脆化特性に優れることを意味する。限界水素量とは、鋼材が遅れ破壊を起こさない上限の水素量を意味する。

【0098】

本実施形態のボルトでは、限界水素量が１．５質量ｐｐｍ以上となる。限界水素量の好ましい下限は、２．０質量ｐｐｍであり、さらに好ましくは２．５質量ｐｐｍである。

【0099】

［限界水素量の測定方法］
限界水素量は、次の方法で求めることができる。ボルトの表面から１ｍｍ深さ以上の内部から、環状切欠き付き丸棒試験片（以下、単に丸棒試験片という）を採取する。丸棒試験片のサイズは特に限定されないが、例えば、平行部の直径７ｍｍ、長さ７０ｍｍである。丸棒試験片の長手方向の中央位置には、周方向に延びる環状の切欠きが形成されている。切欠きの底部のＲ（曲率半径）は０．１７５ｍｍである。

【0100】

丸棒試験片を複数準備する。陰極水素チャージ法により、丸棒試験片に対して、種々の条件で水素をチャージする。陰極水素チャージ法は次のとおりである。３質量％の塩化ナトリウム水溶液１Ｌに対し、０～２０ｇのチオシアン酸アンモニウムを添加した室温の水溶液（陰極チャージ溶液）を準備する。陰極チャージ溶液中に丸棒試験片を浸漬した状態で、７２時間、カソード電流密度を０．０３～１．００ｍＡ／ｃｍ^２の範囲で制御した定電流を発生させて、丸棒試験片に水素を添加する。陰極チャージ溶液中のチオシアン酸アンモニウムの濃度と、カソード電流密度とを調整することにより、丸棒試験片の水素量を調整する。

【0101】

陰極水素チャージ法を実施した後、丸棒試験片を室温で９６時間放置する。その後、水素がチャージされた丸棒試験片の表面に、亜鉛めっき被膜を形成し、丸棒試験片内の水素が外部に漏れないようにする。丸棒試験片に対して引張強度ＴＳの９０％の負荷が掛かるように、常温、大気圧で一定荷重を負荷する定荷重試験を実施する。試験時間は最大で１００時間とし、１００時間以上丸棒試験片が破断せずに耐久した場合は試験を停止する。種々の条件で水素チャージした複数の丸棒試験片を用いて定荷重試験を実施する。

【0102】

１００時間経過後、破断しなかった丸棒試験片の水素量を求める。具体的には、初めに、丸棒試験片の表面の亜鉛めっき被膜を除去する。亜鉛めっき被膜を除去した後、丸棒試験片に対して、ガスクロマトグラフによる昇温脱離水素分析を実施する。昇温脱離水素分析では、常温から６００℃まで昇温速度１００℃／時間で昇温する。昇温中に丸棒試験片から放出される水素量を測定する。測定された水素量（質量ｐｐｍ）を、その丸棒試験片にチャージされていた水素量（質量ｐｐｍ）とする。

【0103】

１００時間の定荷重試験で破断しなかった丸棒試験片の水素量のうち、最大の水素量を、「限界水素量」（質量ｐｐｍ）と定義する。

【0104】

［ボルトのミクロ組織］
本実施形態のボルトのミクロ組織は、面積率で９０％以上の硬質相を含む。ここでいうボルトのミクロ組織とは、後述する製造工程において、焼入れ及び焼戻しが施されて製造されたボルトのミクロ組織を意味する。また、硬質相は、マルテンサイト及び／又はベイナイトからなる。ボルトのミクロ組織に硬質相以外の他の相が含まれる場合、ボルトのミクロ組織において、硬質相以外の残部は、残留オーステナイト、フェライト、パーライトからなる群から選択される１種以上からなる。好ましくは、ミクロ組織は、面積率で９０％以上の硬質相を含有し、残部は残留オーステナイトからなる。なお、ボルトの引張強度は、ミクロ組織と相関する。

【0105】

［製造方法］
本実施形態によるボルトの製造方法の一例を説明する。以降に説明するボルトの製造方法は、本実施形態によるボルトを製造するための一例である。したがって、上述の構成を有するボルトは、以降に説明する製造方法以外の他の製造方法により製造されてもよい。しかしながら、以降に説明する製造方法は、本実施形態によるボルトの製造方法の好ましい一例である。

【0106】

本実施形態によるボルトの製造方法の一例は、次の工程を含む。
（工程１）鋼材準備工程
（工程２）ボルト製造工程
以下、各工程について説明する。

【0107】

［（工程１）鋼材準備工程］
鋼材準備工程では、ボルトの素材となる鋼材（ボルト用鋼材）を準備する。ボルト用鋼材を製造してもよい。また、第三者がボルト用鋼材を準備してもよい。鋼材準備工程では、化学組成が特徴Ａを満たす鋼材を準備する。

【0108】

ボルト用鋼材を製造する場合、例えば、次の方法で鋼材を製造する。初めに、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内である溶鋼を製造する。溶鋼を用いて、素材を製造する。例えば、溶鋼を用いて連続鋳造法により、素材であるブルーム（鋳片）を製造してもよいし、溶鋼を用いて造塊法により、素材であるインゴットを製造してもよい。製造された素材（ブルーム又はインゴット）に対して粗圧延（分塊圧延、又は、分塊圧延及び連続圧延機での熱間圧延）を実施して、ビレットを製造する。

【0109】

ビレットに対して連続圧延機を用いた仕上げ圧延を実施して、鋼材（ボルト用鋼材）を製造する。鋼材は例えば棒鋼又は線材である。

【0110】

［（工程２）ボルト製造工程］
ボルト製造工程では、上述の鋼材（ボルト用鋼材）を用いてボルトを製造する。ボルト製造工程は、次の工程を含む。
（２１）伸線加工工程
（２２）ボルト成形工程
（２３）熱処理工程
以下、各工程について説明する。

【0111】

［（２１）伸線加工工程］
伸線加工工程では、上述の鋼材に対して周知の伸線加工を実施して鋼線を製造する。伸線加工は、一次伸線のみであってもよいし、二次伸線等、複数回の伸線加工を実施してもよい。

【0112】

［（２２）ボルト成形工程］
ボルト成形工程では、伸線加工工程後の鋼線を所定の長さに切断し、切断された鋼線を冷間鍛造、転造又は切削加工して、頭部、首下部及び軸部を備えたボルト中間品を製造する。

【0113】

ボルト成形工程は、次の工程を含む。
（２２１）頭部成形工程
（２２２）ねじ成形工程
以下、各工程について説明する。

【0114】

［（２２１）頭部成形工程］
頭部成形工程では、鋼線に対して冷間鍛造を実施して、ボルト形状の中間品（ボルト中間品）を成形する。具体的には、初めに、鋼線を所定の長さに切断する。その後、パンチ及びダイスを用いて、鋼線を圧造して、頭部１０、首下部１１及び軸部１２を備えたボルト中間品を成形する。

【0115】

頭部成形工程において、ボルト中間品には歪が導入される。ボルト中間品に導入された歪は、次工程の熱処理工程において、ＭＣ型炭化物を生成する駆動力となる。頭部成形工程で中間品に導入される歪については、後述する。

【0116】

［（２２２）ねじ成形工程］
ねじ成形工程では、ボルト中間品の軸部１２の少なくとも一部に、ねじ部を成形する。ねじ成形工程では、周知の転造により軸部１２の少なくとも一部にねじ部を形成してもよい。また、転造に代えて、切削加工により、軸部１２の少なくとも一部にねじ部を形成してもよい。後述するとおり、ねじ成形工程を、頭部成形工程後であって熱処理工程前に実施せず、熱処理工程後に実施してもよい。

【0117】

［（２３）熱処理工程］
熱処理工程では、ボルト成形工程後の中間品に対して、次の工程を実施する。
（２３１）焼入れ工程
（２３２）焼戻し工程
以下、各工程について説明する。

【0118】

［（２３１）焼入れ工程］
焼入れ工程では、周知の焼入れを実施する。焼入れ温度及び焼入れ温度での保持時間は特に限定されない。焼入れ温度は例えば、８７０～９７０℃である。焼入れ温度での保持時間は例えば、１５分～２４０分（４時間）である。保持時間経過後のボルト中間品を急冷する。具体的には、中間品に対して水冷又は油冷を実施する。

【0119】

［（２３２）焼戻し工程］
焼戻し工程では、焼入れ工程後のボルト中間品に対して、焼戻しを実施する。焼戻し工程での条件は次のとおりである。
（条件１）焼戻し温度Ｔ ：５７０～６５０℃
（条件２）焼戻し温度での保持時間ｔ：０．５～５．０時間
（条件３）焼戻しパラメータＦｎ ：－１３５００～１３５００
ここで、焼戻しパラメータＦｎは式（Ａ）で定義される。
Ｆｎ＝（ε^－０．５）×（（Ｔ＋２７３）×（２０＋Ｌｏｇ（ｔ））×（（Ｍｏ／９６）／（Ｍｏ／９６＋Ｖ／５１））×（１＋（Ｍｏ／９６）／（Ｖ／５１＋Ｍｏ／９６））－２５０００） （Ａ）
式（Ａ）中のεにはボルト成形工程においてボルトの首下部に付与される歪が代入される。Ｔには焼戻し温度（℃）が代入される。ｔには焼戻し温度での保持時間（時間）が代入される。Ｍｏにはボルト中のＭｏ含有量（質量％）が代入される。Ｖにはボルト中のＶ含有量（質量％）が代入される。

【0120】

ボルト成形工程においてボルトの首下部に付与される歪εは、次の有限要素法（ＦＥＭ解析）により求める。具体的には、解析対象のボルトについて、形状の対称性から、１／６サイズの軸対称モデルを作成する。解析対象の１／６軸対称モデルを、四面体一次要素で、四面体の一辺が０．０５～１．０ｍｍとなるよう、複数の要素に分割する。

【0121】

上述の要素数に分割されたモデルに対して、ＦＥＭによる三次元弾塑性解析を実施する。解析には、市販の鍛造解析コードを使用すればよい。市販の鍛造解析コードは例えば、商品名ＤＥＦＯＲＭ－３Ｄである。

【0122】

被加工材（ボルト用鋼材）は弾塑性体、金型は剛体と仮定する。被加工材の流動応力は、ＪＩＳ Ｇ ４０５３：２０１６に規定のＳＣＭ４３５の球状化焼鈍材の実測値を用いる。被加工材の物性値として、ヤング率：２１０ＧＰａ、ポアソン比：０．３０を用いる。金型は、被加工材に対し十分大きな寸法に設定する。被加工材と金型間のクーロン摩擦係数は、μ＝０．０５に設定する。以上の条件でＦＥＭ解析を実施して、ボルトの首下部に付与される歪εを求める。

【0123】

以下、焼戻し工程の条件１～条件３について説明する。

【0124】

［焼戻し温度Ｔ及び保持時間ｔについて］
焼戻し温度Ｔは５７０℃～６５０℃である。
焼戻し温度Ｔが５７０℃未満であれば、ＭＣ型炭化物の個数密度ＮＤが２．０×１０^２２個／ｍ^３未満となる。焼戻し温度Ｔが６５０℃超であれば、引張強度ＴＳが１３００ＭＰａ未満となる。
また、焼戻し温度Ｔでの保持時間ｔは０．５時間～５．０時間である。
保持時間ｔが０．５時間未満であれば、ＭＣ型炭化物の個数密度ＮＤが２．０×１０^２２個／ｍ^３未満となる。保持時間ｔが５．０時間を超えれば、引張強度ＴＳが１３００ＭＰａ未満となる。

【0125】

［焼戻しパラメータＦｎについて］
焼戻し工程ではさらに、式（Ａ）で定義される焼戻しパラメータＦｎが－１３５００～１３５００である。
Ｆｎは、ＭＣ型炭化物の組成及び生成量に関する条件式である。Ｆｎが１３５００を超えれば、生成するＭＣ型炭化物の個数密度ＮＤが２．０×１０^２２個／ｍ^３未満となる。一方、Ｆｎが－１３５００未満であれば、ＭＣ型炭化物の個数密度ＮＤは２．０×１０^２２個／ｍ^３以上となるものの、ＭＣ型炭化物のＣ比率Ｒｃが０．４２を超える。

【0126】

Ｆｎが－１３５００～１３５００であれば、特徴Ａを満たす化学組成を有するボルトにおいて、ＭＣ型炭化物の個数密度ＮＤが２．０×１０^２２個／ｍ^３以上となり（特徴Ｃ）、さらに、ＭＣ型炭化物中のＣ比率Ｒｃが０．３０～０．４２となる（特徴Ｄ）。さらに、引張強度ＴＳを１３００ＭＰａ以上に調整できる（特徴Ｂ）。

【0127】

以上の製造方法により、本実施形態によるボルトを製造することができる。なお、上述の製造方法は、本実施形態によるボルトの製造方法のうち、好ましい一例である。したがって、上述の製造方法以外の他の製造方法によって、上述の構成を有するボルトを製造してもよい。要するに、上述の構成を有する本実施形態のボルトを製造できれば、製造方法は特に限定されない。

【0128】

［その他の工程について］
本実施形態によるボルト製造工程は、上述の工程以外の他の工程を含んでいてもよい。例えば、伸線加工工程後であってボルト成形工程前に、球状化熱処理工程を実施してもよい。また、ねじ成形工程を、頭部成形工程後であって熱処理工程前に実施せず、熱処理工程後に実施してもよい。さらに、熱処理工程後、圧縮残留応力付与工程を実施してもよい。

【実施例0129】

実施例により本実施形態のボルトの効果をさらに具体的に説明する。以下の実施例での条件は、本実施形態のボルトの実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例である。したがって、本実施形態のボルトはこの一条件例に限定されない。

【0130】

表１に示す化学組成を有する、ボルトの素材となる鋼材（棒鋼）を準備した。

【0131】

【表1】

【0132】

表１中の「化学組成」欄の「－」は、対応する元素含有量が、本実施形態に規定の有効数字（最小桁までの数値）において、０％であることを意味する。換言すれば、対応する元素含有量において、上述の本実施形態で規定の有効数字（最小桁までの数値）での端数を四捨五入した場合に０％であることを意味する。

【0133】

例えば、Ｃｕ含有量では、本実施形態に規定の有効数字が小数第二位までの数値である。そのため、試験番号１のＣｕ含有量は、小数第三位の数値を四捨五入した結果、０％であったことを意味する。同様に、Ｎｉ含有量では、本実施形態に規定の有効数字が小数第二位までの数値である。そのため、試験番号１のＮｉ含有量は、小数第三位の数値を四捨五入した結果、０％であったことを意味する。

【0134】

［鋼材準備工程］
各鋼種番号の鋼材を次の方法で製造した。表１に記載の化学組成を有するブルームに対して、粗圧延（分塊圧延及び連続圧延機での熱間圧延）を実施して、ビレットを製造した。ブルームの加熱温度は１２００℃であった。製造されたビレットに対して、仕上げ圧延を実施して、直径２０ｍｍの棒鋼を製造した。仕上げ圧延時のビレットの加熱温度は１２００℃であった。

【0135】

［ボルト成形工程］
製造された鋼材を用いて、ボルトを製造した。初めに、表２に示す各試験番号の直径２０ｍｍの鋼材に対して、各試験番号で同じ条件で伸線加工を実施して、直径１６ｍｍの鋼線を製造した。各試験番号の鋼線に対して、頭部成形工程を実施して、対角距離３０ｍｍ、頭部高さ１０ｍｍ、呼び長さ１００ｍｍの六角ボルト形状のボルト中間品を製造した。頭部成形工程後、ねじ成形工程を各試験番号で同じ条件で実施して、ボルト中間品の軸部にねじ部を成形した。

【0136】

【表2】

【0137】

なお、ボルト成形工程により製造されたボルト中間品の首下部に付加された歪εを、上述のＦＥＭ解析を実施して求めた。求めた歪εを表２の「ボルト成形工程」欄の「歪ε」欄に示す。

【0138】

さらに、ボルト成形工程後のボルト中間品に割れが発生しているか否かを、目視により判断した。ボルト中間品の表面において、長さが１ｍｍ以上の割れが確認された場合、冷間鍛造性が低いと判断した（表２中の「ボルト成形工程」欄の「冷間鍛造性」欄で「Ｆ（Ｆａｉｌ）」で表記）。一方、ボルト中間品の表面において、長さが１ｍｍ以上の割れが確認されなかった場合、冷間鍛造性が良好と判断した（表２中の「ボルト成形工程」欄の「冷間鍛造性」欄で「Ｐ（Ｐａｓｓ）」で表記）。なお、冷間鍛造性が低かった鋼材については、製造を中止し、次工程の熱処理工程及び後述の評価試験を実施しなかった。

【0139】

冷間鍛造性が良好であった試験番号のボルト中間品に対して、熱処理工程を実施した。始めに、ボルト中間品に、各試験番号で同じ条件で焼入れ工程を実施した。焼入れ工程では、各試験番号ともに、焼入れ温度を８８０～９７０℃、焼入れ温度での保持時間を６０分（１時間）とした。保持時間経過後のボルトを水冷した。

【0140】

焼入れ後のボルト中間品に対して、焼戻しを実施した。各試験番号の焼戻し温度Ｔ（℃）、焼戻し温度Ｔでの保持時間ｔ（時間）は、表２に示すとおりであった。さらに、式（Ａ）で定義されるＦｎは、表２に示すとおりであった。
以上の製造工程により、各試験番号のボルトを製造した。

【0141】

［評価試験］
各試験番号のボルトに対して、次の評価試験を実施した。
（試験１）化学組成分析試験
（試験２）引張試験
（試験３）ＭＣ型炭化物の個数密度ＮＤ測定試験
（試験４）ＭＣ型炭化物のＣ比率Ｒｃ測定試験
（試験５）限界水素量測定試験

【0142】

［（試験１）化学組成分析試験］
上述の［ボルトの化学組成の測定方法］に記載の方法に基づいて、各試験番号のボルトの化学組成を分析した。その結果、各試験番号のボルトの化学組成は、表１に記載のとおりであった。

【0143】

［（試験２）引張試験］
上述の［引張強度ＴＳの測定方法］に記載の方法に基づいて、各試験番号のボルトの引張強度ＴＳ（ＭＰａ）を求めた。求めた引張強度ＴＳを表２中の「ＴＳ（ＭＰａ）」欄に示す。

【0144】

なお、得られた引張強度ＴＳが１３００ＭＰａ未満であった試験番号では、以降の評価試験（試験３～試験５）を実施しなかった。

【0145】

［（試験３）ＭＣ型炭化物中の個数密度ＮＤ測定試験］
上述の［ＭＣ型炭化物中の個数密度ＮＤの測定方法］に記載の方法に基づいて、各試験番号のボルトのＭＣ型炭化物中の個数密度ＮＤ（個／ｍ^３）を求めた。求めた個数密度ＮＤを表２中の「個数密度ＮＤ（×１０^２２個／ｍ^３）」欄に示す。

【0146】

［（試験４）ＭＣ型炭化物のＣ比率Ｒｃ測定試験］
上述の［Ｃ比率Ｒｃの測定方法］に記載の方法に基づいて、各試験番号のボルトのＭＣ型炭化物中のＣ比率Ｒｃを求めた。求めたＣ比率Ｒｃを、表２中の「Ｃ比率Ｒｃ」欄に示す。

【0147】

［（試験５）限界水素量測定試験］
上述の［限界水素量の測定方法］に記載の方法に基づいて、各試験番号のボルトの限界水素量（質量ｐｐｍ）を測定した。得られた限界水素量（質量ｐｐｍ）を表２中の「限界水素量（質量ｐｐｍ）」欄に示す。

【0148】

［評価試験結果］
評価結果を表２に示す。表１及び表２を参照して、試験番号１～２３のボルトでは、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であり、引張強度ＴＳが１３００ＭＰａ以上であった。さらに、ＭＣ型炭化物の個数密度ＮＤは２．０×１０^２２個以上であり、Ｃ比率Ｒｃは０．３０～０．４２であった。その結果、これらの試験番号のボルトの限界水素量は１．５ｐｐｍ以上であり、耐水素脆化特性に優れた。

【0149】

一方、試験番号２４では、ボルト中のＭｏ含有量が低すぎた。そのため、引張強度ＴＳが１３００ＭＰａ未満と低かった。

【0150】

試験番号２５では、ボルト中のＭｏ含有量が高すぎた。そのため、ボルト成形工程後のボルト中間品で割れが確認され、冷間鍛造性が低かった。

【0151】

試験番号２６では、ボルト中のＶ含有量が低すぎた。そのため、ボルト中のＭＣ型炭化物の個数密度ＮＤが低すぎた。その結果、限界水素量が１．５ｐｐｍ未満であり、耐水素脆化特性が低かった。

【0152】

試験番号２７では、ボルト中のＶ含有量が高すぎた。そのため、ボルト成形工程後のボルト中間品で割れが確認され、冷間鍛造性が低かった。

【0153】

試験番号２８では、ボルト中のＣｒ含有量が高すぎた。そのため、限界水素量が１．５ｐｐｍ未満であり、耐水素脆化特性が低かった。

【0154】

試験番号２９では、ボルトの化学組成は適切であったものの、焼戻し温度Ｔが低すぎた。そのため、ボルト中のＭＣ型炭化物の個数密度ＮＤが低すぎた。その結果、限界水素量が１．５ｐｐｍ未満であり、耐水素脆化特性が低かった。

【0155】

試験番号３０では、ボルトの化学組成は適切であったものの、焼戻し温度Ｔが高すぎた。そのため、引張強度ＴＳが１３００ＭＰａ未満と低かった。

【0156】

試験番号３１では、ボルトの化学組成は適切であったものの、焼戻し温度Ｔでの保持時間ｔが短すぎた。そのため、ボルト中のＭＣ型炭化物の個数密度ＮＤが低すぎた。その結果、限界水素量が１．５ｐｐｍ未満であり、耐水素脆化特性が低かった。

【0157】

試験番号３２では、ボルトの化学組成は適切であったものの、焼戻し温度Ｔでの保持時間ｔが長すぎた。そのため、引張強度ＴＳが１３００ＭＰａ未満と低かった。

【0158】

試験番号３３～３５では、ボルトの化学組成は適切であったものの、焼戻しパラメータＦｎが低すぎた。そのため、Ｃ比率Ｒｃが高すぎた。その結果、限界水素量が１．５ｐｐｍ未満であり、耐水素脆化特性が低かった。

【0159】

試験番号３６～３８では、ボルトの化学組成は適切であったものの、焼戻しパラメータＦｎが高すぎた。そのため、ボルト中のＭＣ型炭化物の個数密度ＮＤが低すぎた。その結果、限界水素量が１．５ｐｐｍ未満であり、耐水素脆化特性が低かった。

【0160】

以上、本開示の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本開示を実施するための例示に過ぎない。したがって、本開示は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。

【図1】

【図2】