⚡ 要点
- 強度区分は熱処理の結果であり、合金のグレードではありません。 8.8、10.9、12.9 は、熱処理後に得られる機械的性質の組み合わせ（引張強さと降伏比）を表します。
- 焼入れ焼戻しが主流です。 8.8、10.9、12.9 はいずれも焼入れと高温焼戻しにより焼戻しソルバイトとし、強度と靭性を両立させます。
- 浸炭は表面の耐摩耗性のためです。 低炭素鋼を浸炭して表面 HRC 58〜62、芯部を靭性のある状態にする手法は、タッピンねじや木ねじに用います。
- 窒化は耐疲労性のためです。 硬い化合物層が疲労強度を 30〜50% 高め、高周波振動を受ける部品に適用します。
- 12.9 を超えると水素脆性の管理が必須です。 高強度になるほど感受性が高まります（水素脆性のガイド参照）。
- 工程順序は変えられません。 ねじを転造し、焼入れし、仕上げます。逆にするとねじ山に割れが生じるか、そもそも成形できません。
- 焼戻し温度が靭性を決めます。 10.9 は約 425 °C、12.9 は 425〜450 °C で焼戻します。高温ほど靭性は上がりますが、強度はわずかに下がります。
目次
1. 8.8・10.9・12.9 が意味するもの
2. 焼入れ焼戻し：主流の工程
3. 浸炭：タッピンねじ向け
4. 窒化：耐疲労性
5. 工程順序
6. 不具合と管理
2. 焼入れ焼戻し：主流の工程
3. 浸炭：タッピンねじ向け
4. 窒化：耐疲労性
5. 工程順序
6. 不具合と管理
1. 8.8・10.9・12.9 が意味するもの
ISO 898-1 は次の表記を定めています。
- 1 桁目＝引張強さ ÷ 100 MPa。8.8 なら 800 MPa を意味します。
- 2 桁目＝降伏比 × 10。8.8 なら 0.8 です。
- したがって 8.8 の耐力は 800 × 0.8 = 640 MPa です。
| 強度区分 | 引張強さ（MPa） | 耐力（MPa） | 硬さ（HV） | 代表材料 |
|---|---|---|---|---|
| 4.8 | 400 | 320 | 110–160 | 低炭素鋼 |
| 8.8 | 800 | 640 | 250–320 | 焼入れ焼戻し中炭素鋼 |
| 10.9 | 1,040 | 940 | 320–380 | 焼入れ焼戻し合金鋼 |
| 12.9 | 1,220 | 1,100 | 380–420 | 焼入れ焼戻し合金鋼 |
2. 焼入れ焼戻し：主流の工程
焼入れ焼戻しとは、850〜900 °C でオーステナイト化し、油焼入れした後、425〜550 °C で高温焼戻しする処理です。
- 組織：焼戻しソルバイト。
- 結果：強度と靭性のバランス。
- 8.8、10.9、12.9 のボルトはすべてこの方法で製造されます。
3. 浸炭：タッピンねじ向け
1018 や 1022 などの低炭素鋼を約 900 °C で 2〜4 時間浸炭し、表面炭素量を 0.8〜1.0% とします。
- 焼入れ後、表面は HRC 58〜62 となり耐摩耗性が得られます。
- 芯部は HRC 20〜30 のままで、靭性を保ちます。
- 先端で切削し、頭部が折れてはならないタッピンねじや木ねじに使用します。
4. 窒化：耐疲労性
500〜550 °C のガス窒化です。
- 厚さ 10〜20 μm の ε-Fe₂₋₃N 化合物層を形成します。
- 硬さは HV 900〜1,200。
- 疲労強度は 30〜50% 向上します。
- ひずみが小さいため、仕上げ加工後に適用します。
5. 工程順序
- 冷間圧造。
- 転造。
- 焼入れ焼戻し。
- 表面仕上げ。
- 水素除去ベーキング。
⚠️ 工程順序は逆にできません。 焼入れ前に転造しないと、焼入れのひずみでねじ山が公差外になります。転造前に焼入れすると、材料が硬すぎて成形できません。
6. 不具合と管理
- 焼割れ：冷却が速すぎるか、鋼中の介在物。
- 脱炭：炉内への空気侵入により表面強度が低下します。
- 焼戻し不足：靭性が不足し、遅れ破壊の危険があります。
- 水素脆性：めっき後にベーキングを行っていない（水素脆性のガイド参照）。
よくある質問
Q. 8.8 ボルトはどのように熱処理しますか。 焼入れと高温焼戻しを行い、引張強さ 800 MPa、22〜32 HRC とします。
Q. 浸炭と窒化のどちらを選びますか。 浸炭は硬い表面と靭性のある芯部が得られ、耐摩耗部品に向きます。窒化はひずみが非常に小さく、精密部品に適します。
Q. 12.9 で温度管理が重要なのはなぜですか。 高強度鋼は焼戻し安定性が限られており、めっき後のベーキングを 220 °C 未満に保たないと強度が低下します。