14.8U ベイナイトボルトの水素脆化リスクは 10.9、12.9 より低いのか、高いのか：これらの等級の直接比較は見つからず、置き換えて下がるとする根拠はない

「同じか、やや低い」に比較条件がない

この言い方の中国語版は、GAF 螺絲君の 2022 年の記事「超高强度(UHS)螺栓的设计与应用」にあります。比較対象は「工業標準の油焼入れ焼戻しボルト」で、同じ強度かどうかは書かれておらず、「ただしなくすことはできない」と続きます。記事が引くのは 2011 年 8 月の VDA 235-205 ですが、この規格はその後改訂されています。VDA の出版ページには 2020 年の版があり、第三者の材料データベースは 2024 年 11 月版が 2020 年 8 月版に代わるとしています。現行版の範囲は 12.8U から 16.8U で、記事の 14.8 から 16.8 より広くなっています。

VDA の販売ページの公開概要は、水素を二つの経路に分けています。工程で入る内部水素脆化（IHE）は工程管理で確実に避けられるとあります。使用環境から入る環境水素脆化（EHE）は使用者にとって決定的に重要で、ベイナイト系超高強度材の EHE 感受性は強度とともに上がるため、環境の水素負荷に合わせて等級を評価するよう書かれています。同じ概要には、同じ強度ならマルテンサイトより感受性が低いという記述もあります。GAF の記事は 2022 年のもので、引いているのはそれ以前の版です。旧版にこの段落があったかは確認できません。「やや低い」を使うなら、今は現行概要のこの二文を合わせて読む必要があります。当サイトは VDA の全文を読んでおらず、以上は公開概要のみによります。

同じまたは近い強度でも資料によって答えが違う

比較の前提が同じ強度なら、まず同じまたは近い強度の資料を見ます。Mitacs に載る McGill の研究計画の説明は率直です。業界はベイナイトの延性と靱性が良いことから水素脆化にも強いと想定してきたが、同じ強度や硬さでの体系的な比較はなかった、と。その後に公開された結果は次のとおりです。

四つの資料は鋼種も試験片もチャージ条件も違い、同じ土俵の比較ではなく、組織の影響の大きさを合算することもできません。言えるのは、組織は感受性に影響しうるが、その向きは比較の基準と条件で変わるということです。

McGill の 6 ロットの数字

「わずか」とはどの程度か。この四つのうち、当サイトが読めた公開内容で実際のボルトの数字を示しているのは McGill だけです。IFI のサイトに 2015 年の USCAR-IFI 作業部会向けまとめがあり、下の表はその引張表と棒グラフを並べ直したものです。表の 4 列はいずれも報告書の図に示された %NFS で、報告書は −1.2 V の 52、53 を感受性が高い、87〜90 を感受性が低いと表示しています。まとめ資料にはこの百分率の分母が書かれておらず、当サイトは ASTM F1624 の用語に従い NFS を切欠き破断強さと理解しています。大気の列も 100 ではないので、「大気値の何割が残ったか」とは読まないでください。硬さは中間半径の値です。報告書の表現は near-equal strength で、各組は近似にすぎず、たとえば B4 と B3 は 2 HRC 違います。

−1.0 V の列を見ると、ベイナイトは三組のうち二組で 9 ポイントと 7 ポイント高く、残り一組は 1 ポイント低い値です。−1.2 V になると三組とも差は 1 ポイント以内です。つまりこの資料での「やや低い」は、−1.0 V の三組のうち二組から来ていて、測定した −1.2 V では三組の値が接近しています。報告書自身の言葉も marginal です。

見落としやすい注記がもう一つあります。受入れ状態の全水素量は、ベイナイト三ロットが 2.0〜3.4 ppm、マルテンサイト三ロットが 0.6〜1.9 ppm で、各ロット 1 個の測定です。報告書はこの差を記録しているだけで、説明はしていません。

「同じ強度」とはどの強度か

McGill はわずかに良いとし、Mines は悪いとしています。違いは比較の基準にあるのかもしれません。McGill の組は硬さと引張強さが近いもので、Mines のその結論は同じ降伏強さでの話です。その概要には、同じ硬さでも組織によって降伏点と加工硬化の挙動が違うともあります。基準が変われば同じ材料の位置も変わる、というのは当サイトの解釈で、論文の概要がこう対照しているわけではありません。

これは 14.8U では実際の意味を持ちます。等級の名前に降伏比が入っているからです。小数点以下の 8 は降伏が引張の約 80%、12.9 の 9 は 90% を表します。命名規則で計算してみます（呼び値です。VDA の表の最小値は当サイトでは読めていません）。

呼び値どうしで比べると、14.8U の降伏は 12.9 より 40 MPa、引張は 200 MPa 高くなります。降伏で見れば差は小さく、引張で見れば大きい。「同じ強度」の基準を書かなければ、比較が成り立ちません。これは命名規則による例示で、実際の二ロットの差はそれぞれのミルシートで確認します。

10.9、12.9 と比べると、どこまで言えるか

同じ強度の比較では、買い手の本当の疑問に答えられません。「同じ強度の 14.8U」を買う人はおらず、置き換える目的は強度を上げることだからです。ここでは強度そのものの影響を見ます。

Brahimi、Yue、Sriraman の 2017 年の論文の要旨によれば、材料強度は水素脆化感受性への第一の影響で、1,200 MPa を超えると感受性がはっきり上がって延性から脆性への遷移が現れます。同じ水素濃度と強度でも、この臨界強度は化学成分、焼戻し温度、微細組織で変わります。1,200 MPa 未満では、実際の破損の根本原因は品質の不適合であることが多いとされます。この研究の対象は焼戻しマルテンサイトでベイナイトではないので、この線ですべての等級を区切ることはできません。Nanninga の要旨と VDA の EHE の文も同じ方向で、VDA の文はベイナイト材自身の強度による変化を述べています。

買い手の問いに戻します。同じ種類の材料で強度が上がれば感受性も上がる、これには資料があります。組織や工程をまたいだときにどちらが高いかは、資料が見つかっていません。当サイトが言えるのはここまでです。第一に、14.8U に替えてリスクが下がると認める根拠はありません。第二に、環境、負荷、表面処理、転造の順序が近ければ、上がる可能性を前提にするのが妥当で、これは 10.9 にも 12.9 にも当てはまりますが、この前提自体に試験はありません。転造の順序も結果を変えうるもので、次の節で扱います。当サイトが読んだ公開資料にこれらの等級を直接比べたものはなく、実際の高低は同じ環境、負荷、表面処理での直接比較でしか分かりません。

転造の順序の影響は組織より大きい

McGill の表に戻ると、最大の差はベイナイトとマルテンサイトの間ではなく、転造の順序にあります。熱処理前に転造した B3、B4 は −1.2 V で 52、53 まで落ち、熱処理後に転造して硬さが近い B8、B9 は 89、90 にとどまります。報告書は、熱処理後転造の効果は組織を替えるだけのわずかな利点を上回るとし、ねじ谷付近の転位密度の上昇が関係している可能性を挙げています。転位は水素を捕捉します。これらのロットはねじ谷直下の硬さも中間半径より高くなっています。

この対照には限界があります。二組は供給元が別で、長さも違い（M8×80 と M8×30）、炭素量も 0.39〜0.40% と 0.44% です。差のすべてを転造に帰すことはできません。報告書はこれを主要な発見としており、Saliby の 2020 年の論文もこのテーマを扱っていますが、当サイトは全文を読んでいません。

買い手にとっては、等級の数字より見積依頼書に書く価値があります。GAF の記事は熱処理後転造を優先するよう勧め、それでダイス寿命が下がることにも触れています。この工程はコストになるので、自動的に付いてくるものではありません。

電気めっきは避けるべきか

GAF は電気めっきを避け、浸漬塗装を使うよう勧めています。当サイトは VDA や USCAR-IFI の表面処理の条文を読んでおらず、これが規格の要求か業界の慣行かは確認できません。公開概要が書いているのは、内部水素脆化は工程管理で避けられるということだけで、特定の表面処理の禁止は書いていません。

比較できるのは当サイトで読んだ NIMS の 1700 MPa 暴露試験です。ボルトは焼入れ焼戻しでベイナイトではありませんが、電気亜鉛めっき 15 本のうち 12 本が締付け後 28 日以内に破断し、著者は工程で入った水素と推定しています。同じ試験で GEOMET 被膜のボルトも暴露 555〜3,053 日の間に 7 本が破断しました。電気めっきを避ければその工程の水素源は減りますが、他の工程の水素は管理が必要で、非電解被膜でも環境水素脆化を免れる保証はありません。VDA が二つの水素を分けて書いていることとも合います。

別の方向として、Kamax のチームが 2026 年に発表した方法があります。熱処理の前にニッケルめっきを施し、表層を水素バリアにするもので、対象は彼らの言う 12.9U〜17.8U です。メーカー自身の研究で、当サイトが読めたのは要旨だけです。メーカーが環境水素のリスクをさらに下げる方法を研究していることは分かります。

検証について、GAF は ISO 15330 に触れています。当サイトの水素脆化試験のページで読んだとおり、この規格は工程管理のためのもので受入検査ではなく、合格しても使用中に水素を吸わないことの保証にはなりません。

GAF の記事のその他の記述

最後の項目は水素とは無関係ですが、等級の変更とは関係があります。ボルトが強くなると、先に壊れる側がめねじに変わるかもしれません。14.8U の強度を使い切るにはめねじ側も計算し直す必要があり、上の 3.5 倍をそのまま使うことはできません。

私たちなら発注前にこれを確認します

• 使用環境で水や塩に触れるか。VDA の概要は環境の水素負荷で等級を選ぶよう求めています。この項目が残りの項目の厳しさを決めます。
• 転造は熱処理の前か後か。仕様に書き、供給者の初期設定に任せないこと。
• 比較の基準は何か。「水素脆化が低い」と言われたら、どの等級に対して、同じ硬さか同じ降伏か、どのチャージ条件かを聞きます。
• 表面処理と工程記録。酸洗や電気めっきの有無を確認し、試験報告書一枚でなく工程記録を求めます。
• 規格の版。図面に VDA 235-205 と書くなら 11/2024 など実際に採用する版を添えます。公開記録には 2020 年版と 2024 年版があり、後者は 2020-08 に代わるとされています。

このページで言えないこと

McGill の試料は 8640 鋼の M8 ボルトで、ロットとチャージ条件ごとの ISL 試験本数と参照電極はまとめ資料に記載がありません。表の数字は当サイトの読み取りで 1 ポイント程度の誤差がありえます。引張試験片は機械加工されていて、転造の効果を含みません。Mines は大径締結部品向けの 4340 切欠き試験片で、当サイトは要旨しか読んでおらず、強度範囲が 14.8U を含むかは分かりません。いずれも VDA の条文ではなく、寿命や破断確率には換算できません。

冒頭の問いへの答えはここまでです。「やや低い」は、近い強度で中程度のチャージという一部の組ならデータの裏付けがありますが、異なる等級の比較には根拠がありません。U はこの超高強度等級の表示の一部で、水素脆化リスクの免除を意味しません。

この記事は手順 1、相手材を扱います。全体の順序は相手材、ねじ、頭部、駆動部、表面処理、書類で、これを崩すと微調整ではなく手直しになる理由はねじの決め方にあります。

よくある質問

14.8U の水素脆化リスクは 12.9 より低いですか？

直接比べた公開試験は見つかっておらず、低いとする根拠はありません。近い強度でのベイナイトの結果はわずかに良いから感受性が高いまで分かれ、14.8U の呼び引張 1,400 MPa は 12.9 の 1,200 MPa より高い値です。環境、負荷、表面処理、転造の順序が近ければ、上がる可能性を前提にするのが妥当ですが、これは推論で、実際の高低は同条件の直接比較でしか分かりません。

VDA 235-205 はベイナイトの感受性は低いと言っていませんか？

公開概要には同じ強度なら低いとありますが、同じ段落に環境水素脆化の感受性は強度とともに上がるともあり、環境の水素負荷で等級を評価するよう書かれています。当サイトは全文を読んでおらず、11/2024 版の公開概要のみによります。

オーステンパと「オーステナイト熱処理」は同じものですか？

「オーステナイト熱処理」は誤訳です。工程はオーステンパ（等温焼入れ）で、油の代わりに塩浴で冷却し、下部ベイナイトを得ます。オーステナイトではありません。

14.8U に電気めっきはできますか？

GAF は避けるよう勧めていますが、VDA や USCAR-IFI の表面処理の条文は読めておらず、規格の要求かは確認できません。参考になるのは NIMS の 1700 MPa 焼入れ焼戻しボルトで、電気亜鉛めっき 15 本のうち 12 本が 28 日以内に破断しました。同じ試験の GEOMET 組も暴露中に 7 本破断しており、電気めっきを避けても水素源が一つ減るだけで、環境水素脆化を免れる保証はありません。

転造の順序はなぜ重要ですか？

McGill のデータでは、−1.2 V で熱処理前転造の二ロットの %NFS は 52、53、熱処理後転造で中間半径の硬さが近い二ロットは 89、90 で、組内の組織差より大きい差です。二組は供給元も長さも違うので全部を転造に帰すことはできませんが、報告書はこれを主要な発見としています。

参考資料

• VDA 235-205（11/2024）販売ページの公開概要（全文は未読）
• VDA 出版ページ：235-205、2020 年版の説明
• Applus 材料データベース：Property Class 14.8U（VDA 235-205:2024-11 が 2020-08 に代わると記載）
• Saliby、Brahimi、Yue、Hydrogen Embrittlement Susceptibility of Bainite for High Strength Steel Fasteners、IBECA まとめ（2015-09-18、IFI サイト）
• Saliby ら、Materials Performance and Characterization 6(1):462–471（2017）、要旨ページ（IFI サイト）
• Saliby、Effect of Rolling after Heat Treatment on Hydrogen Embrittlement Susceptibility for High Strength Steel Fasteners（2020、全文は未読）
• Hyer-Peterson、Hydrogen embrittlement of 4340 with martensitic and bainitic microstructures for fastener applications（Colorado School of Mines、2019、要旨のみ）
• Brahimi、Yue、Sriraman、Phil. Trans. R. Soc. A 375:20160407（2017）、冒頭要旨（IFI サイト）
• Nanninga ら、Role of microstructure and composition in resisting hydrogen embrittlement of fastener grade steels（NIST 出版物ページ）
• Schnatterer ら（Kamax）、A New Approach toward Hydrogen Embrittlement Resistant Ultra-High-Strength Steel Fasteners（2026、要旨のみ）
• Mitacs 計画ページ：Hydrogen Embrittlement Susceptibility of Bainitic versus Martensitic High Strength Steels
• Fastener Training Minute 204：Bainite, the new fastener material（2024-09-20）
• GAF 螺絲君「超高强度(UHS)螺栓的设计与应用」（知乎、2022-06-17、二次資料）
• 1700 MPa ボルトの腐食による水素侵入（当サイト）
• 水素脆化試験は受入検査ではない（当サイト）
• 水素脆化とベーキング（当サイト）
• 強度区分の数字が約束するもの（当サイト）
• はめあい長さ（当サイト）

VDA 235-205、USCAR-IFI UHSFG-1416U-2014 の全文、および Saliby 2017、Saliby 2020、Hyer-Peterson 2019、Schnatterer 2026 の全文は読んでいません。全文を読んだのは 2015 年の IBECA まとめだけです。14.8U、16.8U の数値は命名規則から推算した呼び値です。「条件が近ければ等級を替えると上がる可能性がある」は資料からの当サイトの推論で、試験結果ではありません。%NFS の定義は ASTM F1624 の用語による理解で、まとめ資料に分母の記載はありません。GAF の 20% と 3.5 倍は上流の出典が見つかっていません。