高品質な原材料は、高品質なファスナーを製造するための基本です。しかし、多くのファスナーメーカーの製品には亀裂が見られます。なぜこのようなことが起こるのでしょうか？

現在、国内製鉄所が提供する炭素構造用鋼線材の一般的な仕様はφ5.5～φ45で、より成熟した範囲はφ6.5～φ30です。小径線材や棒鋼のリン偏析など、リン偏析による品質事故が多数発生しています。リン偏析の影響と亀裂形成の分析については、参考のために以下に紹介します。鉄炭素状態図にリンを添加すると、それに応じてオーステナイト相領域が閉じられ、固相線と液相線の間の距離が必然的に増加します。リン含有鋼が液体から固体に冷却されるとき、大きな温度範囲を経る必要があります。

鋼中のリンの拡散速度は遅く、リン濃度が高い（融点が低い）溶融鉄は、最初に凝固したデンドライトで満たされているため、リンの偏析が生じる。冷間鍛造や冷間押出しの際に割れが発生しやすい製品では、金属組織学的検査と分析により、フェライトとパーライトが縞状に分布し、母材中に白色の縞状フェライトが存在することがわかった。縞状フェライト母材上には、淡灰色の硫化物介在物が断続的に見られる。硫化物の縞状構造は、硫化物の偏析のため「ゴーストライン」と呼ばれる。
その理由は、リンの偏析が深刻な領域では、リン濃縮領域に白く輝くゾーンが現れるためです。連続鋳造スラブでは、白く輝く領域にリンが高濃度で存在するため、リンを多く含む柱状結晶が濃縮され、リン濃度が低下します。ビレットが凝固すると、まずオーステナイトデンドライトが溶鋼から分離されます。これらのデンドライト中のリンと硫黄は減少しますが、最終的に凝固した溶鋼にはリンと硫黄の元素が含まれています。リンと硫黄の元素濃度が高いため、デンドライト軸の間で凝固します。このとき、硫化物が形成され、リンがマトリックスに溶解します。リンと硫黄の元素濃度が高いため、ここで硫化物が形成され、リンがマトリックスに溶解します。したがって、リンと硫黄の元素濃度が高いため、リン固溶体中の炭素濃度が高くなります。炭素質帯の両側、すなわちリン濃縮領域の両側には、フェライト白色帯に平行な細長い断続的なパーライト帯が形成され、隣接する正常組織が分離される。加熱圧力下では、ビレットはシャフト間の加工方向に伸びるが、フェライト帯には高濃度のリンが含まれているため、リンの偏析により、幅広で光沢のあるフェライト帯構造が厚く形成される。また、この光沢のあるフェライト帯には、硫化物に富むリンフェライト帯の長い帯状構造が分布する淡灰色の硫化物帯も存在することが確認でき、これを一般に「ゴーストライン」と呼ぶ。（図1-2参照）

フランジボルト

熱間圧延工程では、リン偏析が存在する限り、均一な微細構造を得ることは不可能です。さらに重要なことに、リン偏析によって「ゴーストライン」構造が形成されるため、材料の機械的特性が必然的に低下します。炭素結合鋼におけるリン偏析は一般的ですが、その程度は異なります。深刻なリン偏析（「ゴーストライン」構造）は、鋼に極めて悪影響を及ぼします。明らかに、深刻なリン偏析は冷間圧造割れの原因です。鋼の異なる結晶粒におけるリン含有量が異なるため、材料の強度と硬度が異なります。一方、材料に内部応力が発生し、割れやすくなります。「ゴーストライン」構造を有する材料では、硬度、強度、破断後の伸び、断面積減少、特に衝撃靭性の低下により、材料中のリン含有量が鋼の構造と特性に大きく関係しています。
視野中央の「ゴーストライン」組織では、金属組織検査により、大量の薄い淡灰色の硫化物が検出された。構造用鋼中の非金属介在物は、主に酸化物と硫化物の形で存在する。GB/T10561-2005「鋼中の非金属介在物含有量の標準分類図」によれば、B種介在物の硫化物含有量は2.5以上である。非金属介在物は潜在的な亀裂源であり、その存在は鋼構造の連続性と緻密性を著しく損ない、粒界強度を大幅に低下させる。
鋼の内部構造「ゴーストライン」内の硫化物は、最も割れやすい部分であると推測されています。そのため、製造現場では冷間圧造や熱処理焼入れの際に多数の締結具が割れましたが、これは多数の淡灰色の長い硫化物が原因でした。この不織布は金属特性の連続性を破壊し、熱処理のリスクを高めます。「ゴーストライン」は正規化などの方法では除去できず、製錬前または原料が工場に入る前に不純物元素を厳密に管理する必要があります。非金属介在物は、組成と変形性に基づいて、アルミナ（A型）、ケイ酸塩（C型）、球状酸化物（D型）に分類されます。その出現は金属の連続性を遮断し、剥離後にピットや亀裂となり、冷間圧造中に亀裂が発生しやすく、熱処理中に応力集中を引き起こし、焼入れ割れの原因となります。したがって、非金属介在物は厳密に管理する必要があります。現行の構造用炭素鋼GB/T700-2006およびGB T699-2016高品質炭素鋼では、非金属介在物に関する要件が規定されています。重要な部品については、一般的にA、B、Cタイプの粗粒系で、細粒系は1.5以下、D、Dsタイプの粗粒系およびレベル2はレベル2以下です。

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