JP2000256794A - 高靭性制振合金とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 制振性と強度・靱性とを両立させ
た低Ｃｒ系構造材料用制振合金の提供。 【解決手段】 重量％で、Ｃ：０．０３％以下、
Ｓｉ：０．０１〜３．５％、Ｍｎ：０．３〜３．０％、
Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｃｒ：
０．０１〜５．０％、Ａｌ：０．００２〜３．５％、
Ｎ：０．０１％以下、必要に応じて、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｍ
ｏ，Ｗ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｂ，Ｃａ，Ｍ
ｇ，ＲＥＭの１種または２種以上を適切な範囲に添加
し、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる鋼において、鋼
板表裏面のそれぞれ、表面から板厚方向に板厚の１／６
までの平均フェライト粒径が７０μｍ以上、１５０μｍ
未満で、該領域以外の鋼板内部の平均フェライト粒径が
２０μｍ以上、５０μｍ未満であり、かつ、表面から板
厚方向に板厚１／８の部位で測定したＸ線回折による
（２００）面強度比が１．５以上で、板厚中心部で測定
したＸ線回折による（２００）面強度比が３．０以上と
することにより、制振性と靭性とを両立させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、船舶、橋梁、産業
機械、建築用等の構造材料として使用できる強度と靭性
を兼ね備えた制振合金とその製造方法に関わるものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】最近、船舶、橋梁、産業機械、建築物に
対しても静粛性や振動抑制の要求が高まりつつあり、そ
の対策の一つとして、その構造材料に高い制振性が要求
される場合が増えている。すなわち、例えば、橋梁上の
高速鉄道走行時や大規模土木、建築作業時の騒音、振動
を構造材料そのものの制振効果で抑えようとするもの
で、このような目的のための構造材料は、強度、靭性、
加工性さらには溶接性等の構造材料として必要な基本特
性と制振性とを兼ね備える必要がある。

【０００３】上記特性を満足するためには、従来一般的
に用いられてきている樹脂サンドイッチ型の制振鋼板で
は不十分である。すなわち、樹脂サンドイッチ型の制振
鋼板の溶接性や曲げ加工性は一般の鋼材に比べて劣って
おり、その使用には制限が生じる。

【０００４】樹脂サンドイッチ型制振鋼板に代わる金属
材料、特に溶接性やコストの点で構造材料として有利な
鉄系材料としては、振動による交番応力作用下での磁壁
移動の非可逆運動によるヒステリシスに起因して制振性
を発現する機構を利用した強磁性型制振合金が代表的で
ある。そのためには、フェライト単相組織とすることが
有利となるため、フェライト安定化元素を添加する。具
体的にはＡｌ，Ｓｉを添加した材料と、Ｃｒを添加した
材料の例が開示されている。前者の例としては、特開平
４−９９１４８号公報に示されるように、Ａｌを最高
７．０５％及びＳｉを最高４．５％まで添加した強磁性
型制振合金があり、後者の例としては、特開昭５２−７
３１１８号公報に示されるように、Ｃｒを８〜３０％添
加した強磁性型制振合金や、特開平６−２２０５８号公
報で開示されているようなＣｒ量が１〜５％と比較的少
ない強磁性型制振合金がある。

【０００５】しかし、これらの強磁性型制振合金はフェ
ライト安定化元素であるＡｌ，Ｓｉ，Ｃｒ等を多量に添
加している上、フェライト単相で変態を生じないために
粗粒であったり、また、変態を生じる場合でも制振性を
確保するために結晶粒径を粗大にする必要性があるため
に、構造材料として必要な靭性を達成することが困難で
あった。

【０００６】靭性を損なわずに制振性を改善する方法と
して、焼戻しまたは焼きなまし条件を工夫して集合組織
を最適化する技術が、例えば、特開平１０−７２６４３
号公報で開示されているが、焼戻し条件や焼きなまし条
件の調整だけでは、組み合わせできる集合組織と結晶粒
径との範囲に自由度が少なく、さらなる靭性及び制振性
の向上は容易ではない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、Ｃｒ量が５
％程度以下の、オーステナイト／フェライト変態を示す
低合金系強磁性型制振合金において、靭性と制振性とを
ともに良好とする合金と該合金の製造方法を提供するも
のである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】強磁性型制振合金におけ
る制振性に対して、結晶粒径、転位密度、固溶Ｃ、Ｎ、
析出物以外に、集合組織が大きな影響を及ぼすことは、
特開平１０−７２６４３号公報でも示されているが、本
発明者らは、転位密度は焼戻しあるいは焼きなまし条件
で、固溶Ｃ、Ｎ、析出物量は化学組成と焼戻し、焼きな
まし条件で、各々ほぼ一義的に決定されることから、結
晶粒径と集合組織の制御をすることがさらなる靭性と制
振性の向上に対しては重要であるとの認識に基づき、靭
性、制振性に及ぼす結晶粒径と集合組織の影響を詳細に
検討した。

【０００９】その結果、制振性に対する結晶粒径と集合
組織の影響は、材料の表面と内部とではその寄与率が異
なり、表裏面の表層部の一定厚みにわたって、粗粒と
（１００）集合組織を発達させておけば、内部の粒径が
比較的細粒でも制振性が良好に保たれることを見出し
た。また、靭性については、表層部が粗粒であっても、
内部の応力３軸度の高い部分が細粒であれば材料全体と
しての靭性を損なうことがないため、上記のように表層
と内部とで結晶粒径と集合組織とを作り分けた材料であ
れば、従来以上の優れた靭性と制振性とを両立させるこ
とが可能である。

【００１０】また、本発明者らは、該表層と内部とで各
々異なった結晶粒径と集合組織とを作り分けるための手
段も提案した。すなわち、熱間圧延を工夫することによ
り、表層部のみに適正な加工歪を導入することで、圧延
後に適切な熱処理後を施すと、表層と内部とで各々異な
った結晶粒径と集合組織とを作り分けることが可能とな
る。

【００１１】発明者らは、上記の新たな知見に基づいて
本発明に至ったものであり、その要旨は以下の通りであ
る。

【００１２】（１） 鋼板表裏面のそれぞれ、表面から
板厚方向に板厚の１／６までの平均フェライト粒径が７
０μｍ以上、１５０μｍ未満で、該領域以外の鋼板内部
の平均フェライト粒径が２０μｍ以上、５０μｍ未満で
あり、かつ、表面から板厚方向に板厚１／８の部位で測
定したＸ線回折によるフェライト相の（２００）面強度
比が１．５以上で、板厚中心部で測定したＸ線回折によ
るフェライト相の（２００）面強度比が３．０以上であ
ることを特徴とする高靭性制振合金。

【００１３】（２） 重量％で、Ｃ ：０．０３％以
下、Ｓｉ：０．０１〜３．５％、Ｍｎ：０．３〜３．０
％、Ｐ ：０．０２０％以下、Ｓ ：０．０１０％以
下、Ｃｒ：０．０１〜５．０％、Ａｌ：０．００２〜
３．５％、Ｎ ：０．０１％以下を含有し、残部がＦｅ
及び不可避不純物からなることを特徴とする前記（１）
に記載の高靭性制振合金。

【００１４】（３） 重量％で、Ｃｕ：０．０５〜１．
５％、Ｎｉ：０．０５〜２．０％、Ｍｏ：０．０５〜
２．０％、Ｗ ：０．０５〜２．０％、Ｎｂ：０．００
５〜０．２％、Ｔａ：０．００５〜０．５％、Ｖ ：
０．００５〜０．５％、Ｔｉ：０．００２〜０．０２
％、Ｚｒ：０．００２〜０．１０％、Ｂ ：０．０００
３〜０．００３％の１種または２種以上をさらに含有す
ることを特徴とする前記（２）に記載の高靭性制振合
金。

【００１５】（４） 重量％で、Ｃａ：０．００１〜
０．０５％、Ｍｇ：０．０００２〜０．０１％、ＲＥ
Ｍ：０．００１〜０．０５％の１種または２種以上をさ
らに含有することを特徴とする前記（２）または（３）
に記載の高靭性制振合金。

【００１６】（５） 鋼片を１０００℃以上、１３００
℃以下に加熱後すぐに、もしくは９５０℃以上のオース
テナイト域での累積圧下率が８０％以下の粗圧延を行っ
た後に、以下の工程を開始する直前の鋼片厚みの１０％
〜３５％に対応する表層部領域をＡ_r3変態点以上の温度
から２〜４０℃／ｓの冷却速度で冷却を開始し、Ａ _r3変
態点未満で冷却を停止して復熱させることを１回以上経
由させる過程で、最後の冷却後の復熱が終了するまでの
間に累積圧下率が１０〜８０％の仕上げ圧延を完了させ
た後、さらに加熱温度が６５０℃〜Ａ_C1変態点の焼戻し
または焼きなまし処理を施すことを特徴とする前記
（１）〜（４）のいずれかに記載の高靭性制振合金の製
造方法。

【００１７】（６） 鋼片を１０００℃以上、１３００
℃以下に加熱し、９００℃以上で圧延を終了する累積圧
下率が１０％〜８０％の粗圧延を行った後に、開始温度
がＡ_r3変態点以下で終了温度が６００℃以上で、１パス
あたりの圧下率が２０％以下で、かつ累積圧下率が３０
〜８０％の仕上げ圧延を行い、さらにその後、加熱温度
が６５０℃〜Ａ_C1変態点の焼戻しまたは焼きなまし処理
を施すことを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれか
に記載の高靭性制振合金の製造方法。

【００１８】

【発明の実施の形態】強磁性型制振合金の制振性は、外
力が付加されたときの磁壁移動の際のエネルギー損失に
よって発現されるため、磁壁移動がある程度容易である
ことが制振性向上の必要条件となっている。従って、従
来の強磁性型制振合金は結晶粒径を粗大化させるため
に、フェライト安定化元素を多量に添加してオーステナ
イト／フェライト変態を消滅させて変態のないフェライ
ト単相とするか、高温焼戻し等の製造方法の工夫によっ
て結晶粒の粗大化を図ることが一般的であった。

【００１９】しかし、結晶粒径を粗大化させることは一
方では靭性の劣化につながるため、変態のないフェライ
ト単相合金ではその極端に粗大な結晶粒径のために靭性
確保が本質的に困難であった。一方、低Ｃｒ系の強磁性
型制振合金のようにオーステナイト／フェライト変態を
有する場合は、熱処理によって結晶粒径の制御はある程
度可能であるものの、フェライト単相合金とは逆に、粗
粒にする方が困難で、粗粒化のためにはＡ_C1変態点近傍
の高温で焼戻しあるいは焼きなましを施す必要があっ
た。

【００２０】低Ｃｒ系制振合金において、高温焼戻しに
より結晶粒径を制御する場合、制振性を高めた上で、靭
性を構造材料として必要な程度確保することは必ずしも
容易でない。すなわち、焼戻し温度が低すぎれば十分に
粗粒化されずに制振性が劣り、逆に高すぎて、わずかに
二相域温度となると、逆変態オーステナイトが形成され
て最終的にマルテンサイト〜ベイナイトあるいは炭化物
の凝集体に変態し、該組織が靭性を劣化させ、かつ、オ
ーステナイトから該組織への変態時に歪が導入されるた
めに制振性も同時に劣化する。また、焼戻し温度が適当
でも、焼戻し前の製造履歴によっては混粒組織を呈した
りすることもある。

【００２１】細粒でかつ制振性を高める手段としては、
特開平１０−７２６４３号公報で示されているように、
フェライトの容易磁化方位である＜１００＞方位を発達
させるために（１００）集合組織を鋼板表面に平行に発
達させる方法がある。

【００２２】本発明者らは、制振性と靭性とに及ぼす結
晶粒径と（１００）集合組織の影響を詳細に調査し、
「鋼板表裏面のそれぞれ、表面から板厚方向に板厚の１
／６までの平均フェライト粒径が７０μｍ以上、１５０
μｍ未満で、該領域以外の鋼板内部の平均フェライト粒
径が２０μｍ以上、５０μｍ未満であり、かつ、表面か
ら板厚方向に板厚１／８の部位で測定したＸ線回折によ
るフェライト相の（２００）面強度比が１．５以上で、
板厚中心部で測定したＸ線回折によるフェライト相の
（２００）面強度比が３．０以上である」ようにするこ
とで、従来以上に優れた靭性と制振性との両立が図られ
ることを見出した。

【００２３】制振性発現機構から、制振性に対する鋼板
組織因子の寄与度は鋼板部位で一様ではなく、鋼板表面
に近い部位の寄与度が大きい。一方、靭性については、
応力３軸度の高い内部の方が問題となる場合が多い。す
なわち、表層側は制振性を、内部は靭性を考慮した組
織、材質の制御が可能であれば、通常は両立が難しい制
振性と靭性とを両立させることが可能となる。

【００２４】制振性の確保のためには、フェライト粒径
と面強度比で規定した集合組織を限定する必要があり、
靭性確保のためには、特に板厚中心部近傍のフェライト
粒径を一定以下に微細化する必要がある。すなわち、鋼
板表裏面のそれぞれ、表面から板厚方向に板厚の１／６
までの平均フェライト粒径が７０μｍ以上、１５０μｍ
未満で、該領域以外の鋼板内部の平均フェライト粒径が
２０μｍ以上、５０μｍ未満である必要があるが、これ
は、鋼板表裏面のそれぞれ、表面から板厚方向に板厚の
１／６までの表層部の組織が制振性に主要な寄与を果た
しており、該領域の粒径を制振性について最適化するに
は、平均フェライト粒径で７０μｍ以上、１５０μｍ未
満の範囲とする必要があるためである。制振性は一般的
にはフェライト粒径が粗大になるほど良好になると思わ
れているが、本発明者らの実験結果によれば、最適なフ
ェライト粒径が存在し、それ以上粗大化させても制振性
は飽和するか、むしろ劣化する。すなわち、表面から板
厚方向に板厚の１／６までの表層部について、下限のフ
ェライト粒径は７０μｍ以上必要であるのは、該粒径未
満では、細粒のために鋼板の制振性が十分でないためで
あり、１５０μｍ未満とする必要があるのは、１５０μ
ｍ以上の粗大粒では制振性向上効果が飽和するかむしろ
劣化するためと、表層部とはいえ、靭性に悪影響を及ぼ
すようになるためである。

【００２５】一方、表面から板厚方向に板厚の１／６ま
での表層部以外の領域は鋼板の制振性に及ぼす影響の度
合は小さいが、影響が完全に無いわけではないので、や
はりフェライト粒径を規定する必要がある。すなわち、
表面から板厚方向に板厚の１／６までの表層部以外の鋼
板内部の平均フェライト粒径を２０μｍ以上、５０μｍ
未満に限定する必要がある。これは、制振性への影響が
小さい、該鋼板内部領域においてもフェライト粒径を２
０μｍ以上にしないと表層領域の組織因子が本発明を満
足していても、鋼板の制振性が十分向上しないためであ
り、一方、上限を５０μｍ未満に限定するのは、靭性確
保が目的であり、５０μｍ未満に細粒化しておかないと
構造用材料として十分な靭性を確保できないためであ
る。

【００２６】以上が、本発明の組織要件の内、結晶粒径
に関する限定理由であるが、制振性と靭性とを両立させ
るためには、さらに集合組織も制御する必要がある。す
なわち、靭性確保のためには比較的細粒とすることが必
要であるが、その上で制振性も併せて向上させるために
は、鋼板表面に平行な方向にフェライト相の容易磁化方
位である（１００）方位を集積させることが好ましい。
この集合組織についても、制振性に対する影響は表層部
の方が強く、鋼板内部にいくに従って弱くなる。従っ
て、鋼板表面の集合組織を発達させることが好ましい
が、通常の圧延や圧延＋熱処理で集合組織を発達させた
場合には、表層部の集合組織の発達度合いは小さいもの
に止まる。

【００２７】本発明者らは、本発明の請求項５または６
に示した方法や様々な手段により、通常の熱間圧延で得
られる集合組織分布を含めて、様々な集合組織分布を有
する鋼板を製作し、制振性や材質に及ぼす集合組織の影
響を検討した結果、結晶粒径を本発明の限定範囲とした
上で、「鋼板表面から板厚方向に板厚１／８の部位で測
定したＸ線回折によるフェライト相の（２００）面強度
比が１．５以上で、板厚中心部で測定したＸ線回折によ
るフェライト相の（２００）面強度比が３．０以上」、
とすることで、強度・靭性に悪影響を及ぼさずに、制振
性をさらに高められることを見出した。

【００２８】鋼板表面に近い部位ほど（１００）集合組
織を高めることが理想的ではあるが、実際には困難であ
る。実際に鋼板の制振性向上に効果がある条件として
は、代表値として板厚１／８の部位で測定したＸ線回折
による（２００）面強度比が１．５以上とすることであ
る。該部位での（２００）面強度比が１．５以上であれ
ば、表層直下から板厚の１／６程度までの表層部におけ
る集合組織が制振性向上に好ましい分布となり、（２０
０）面強度比が１．５未満の場合に比べて明確な制振性
の向上が望める。

【００２９】一方、内部の集合組織の制振性に対する寄
与は表面に比べて小さいため、制振性向上に効果を発揮
するためには、さらに強い集合組織を発達させる必要が
あり、実験結果に基づけば、板厚中心部で測定した（２
００）面強度比を３．０以上とする必要がある。該部位
での（２００）面強度比が３．０未満であると、集合組
織を発達させない場合との優位差が明確でない。

【００３０】以上が、制振性と靭性とをともに確保する
ための、本発明の組織要件である。

【００３１】上述した本発明の組織要件を満足していれ
ば、達成手段によらず、良好な制振性と材質とを両立さ
せることが可能であるが、本発明者らはその安定的な達
成手段も併せて発明した。以下に本発明の組織要件を達
成するための製造方法について詳細に説明する。

【００３２】本発明の組織要件を満足させるための本発
明の製造手段の要点は、圧延の工夫によって表層と内部
における残留転位密度を変化させ、その後の熱処理にお
ける再結晶挙動を変化させて、表層部と内部とで異なる
集合組織と結晶粒径とを形成させることにある。具体的
には下記の２つの方法に大別される。

【００３３】すなわち、第１の方法は、「鋼片を１００
０℃以上、１３００℃以下に加熱し、鋼片厚みあるいは
粗圧延を行う場合は９５０℃以上のオーステナイト域で
の累積圧下率が８０％以下の粗圧延を行った後の鋼片厚
みの１０％〜３５％に対応する表層部領域をＡ_r3変態点
以上の温度から２〜４０℃／ｓの冷却速度で冷却を開始
し、Ａ_r3変態点未満で冷却を停止して復熱させることを
１回以上経由させる過程で、最後の冷却後の復熱が終了
するまでの間に累積圧下率が１０〜８０％の仕上げ圧延
を完了させた後、さらに加熱温度が６５０℃〜Ａ_C1変態
点の焼戻しまたは焼きなまし処理を施す」方法であり、
第２の方法は、「鋼片を１０００℃以上、１３００℃以
下に加熱し、先ず、９００℃以上で圧延を終了する累積
圧下率が１０％〜８０％の粗圧延を行い、引き続き、開
始温度がＡ_r3変態点以下で終了温度が６００℃以上で、
１パスあたりの圧下率が２０％以下で、かつ累積圧下率
が３０〜８０％の仕上げ圧延を行った後、さらに加熱温
度が６５０℃〜Ａ_C1変態点の焼戻しまたは焼きなまし処
理を施す」方法である。以下に、各々の方法ごとに、限
定理由を述べる。

【００３４】先ず、第１の方法について説明する。第１
の方法は、表層と内部とに異なる圧延効果を付与するた
めに、一旦、水冷により表層部を低温まで冷却した後、
内部の顕熱により復熱する過程のフェライト域〜二相域
組織にさらに圧延を施すことにより、表層部により多く
の転位を導入するもので、具体的には、「鋼片を１００
０℃以上、１３００℃以下に加熱し、鋼片厚みあるいは
粗圧延を行う場合は９５０℃以上のオーステナイト域で
の累積圧下率が８０％以下の粗圧延を行った後の鋼片厚
みの１０％〜３５％に対応する表層部領域をＡ_r3変態点
以上の温度から２〜４０℃／ｓの冷却速度で冷却を開始
し、Ａ_r3変態点未満で冷却を停止して復熱させることを
１回以上経由させる過程で、最後の冷却後の復熱が終了
するまでの間に累積圧下率が１０〜８０％の仕上げ圧延
を完了させた後、さらに加熱温度が６５０℃〜Ａ_C1変態
点の焼戻しまたは焼きなまし処理を施す」ことにより本
発明の組織要件を達成する。

【００３５】先ず、鋼片をオーステナイト域に再加熱す
るが、この場合の温度としては１０００℃以上、１３０
０℃以下が好ましい。すなわち、１０００℃未満では圧
延中の温度降下のために、表層だけでなく内部も二相域
加工されるため、表層と内部とで異なった組織、集合組
織を形成することが困難となる。また、鋼材の異方性が
増大する問題も生じる。一方、１３００℃超では加熱オ
ーステナイト粒径が極端に粗大となるため、後の圧延に
よっても粒径の微細化ができず、表層〜板厚中心部にわ
たって靭性に悪影響を及ぼさない程度に細粒化できない
場合が生じるため、靭性確保ができない。従って、本発
明では鋼片の加熱温度を１０００℃以上〜１３００℃に
限定する。

【００３６】上記条件で鋼片をオーステナイト域に再加
熱した後、直接あるいは必要に応じてオーステナイト域
での圧延を行った後に、その段階における鋼片厚みの１
０％〜３５％に対応する表層部領域をＡ_r3変態点以上の
温度から２〜４０℃／ｓの冷却速度で冷却を開始し、Ａ
_r3変態点未満で冷却を停止して復熱させることを１回以
上経由させる過程で、最後の冷却後の復熱が終了するま
での間に累積圧下率が１０〜８０％の仕上げ圧延を行
う。

【００３７】表層部のみをフェライト域〜フェライト／
オーステナイト二相域で復熱中に加工するために、表層
部を水冷等の手段により急冷し、該鋼材の急冷前の熱間
圧延時点での鋼片厚みまたは鋼材厚みの１０〜３５％に
対応する各表層部の領域をＡ _r3変態点未満まで冷却する
とともに、表層部と内部に温度差をつけるが、その際、
該鋼材の水冷前の時点での板厚の１０〜３５％に対応す
る各表層部の領域の冷却速度は２℃／ｓ以上にする必要
がある。これは、冷却速度が２℃／ｓ未満では表層部と
内部との間に大きな温度差がつけられず、表層部を復熱
工程で加工することが困難なためである。冷却速度は大
きい方が好ましいが、４０℃／ｓを超えて急冷しても効
果が飽和する上に、不必要に急冷することは鋼板の形状
維持のためには好ましくないため、上限を４０℃／ｓと
する。

【００３８】また、上記の冷却はＡ_r3変態点以上から開
始する。これは、冷却開始温度がＡ _r3変態点より低いと
内部も必然的に二相域圧延されることになり、後の熱処
理で表層と内部との組織、集合組織の差が大きくならな
いためと、単相オーステナイトから冷却することで表層
組織を均一化するためである。

【００３９】後述するように、上記復熱過程の加工は１
回もしくは２回以上繰り返してもよいが、最後の冷却後
の復熱が終了するまでの間に累積圧下率が１０〜８０％
の仕上げ圧延を施す。該圧延により、冷却−復熱過程で
形成されたフェライト組織に加工を加えフェライトマト
リクス中の転位密度を増加させるが、累積圧下率が１０
％未満であると、最終的に残存する転位密度が十分でな
く、熱処理での組織制御ができない。一方、該仕上げ圧
延の累積圧下率が８０％超であると、熱処理段階で細粒
組織に再結晶してしまい、表層部を制振性向上に適当な
粒径を有するフェライト組織とすることが困難となる。

【００４０】以上のＡ_r3変態点未満への冷却と復熱中の
加工工程は１回でも良いが、複数回繰り返すことにより
効果が重畳するため、２回以上繰り返しても所望の組織
を得ることが可能である。その場合、各復熱段階の最高
温度あるいは最低温度は任意であっても本発明の温度条
件に従えば、超細粒化する。ただし、途中の復熱温度の
上限をＡ_C3変態点以下とする方が加工の効果を確実にす
るためには好ましい。

【００４１】なお、鋼片厚みと仕上げ板厚との差が大き
い場合には、必要に応じてオーステナイト単相域で粗圧
延を行っても良いが、その場合は、オーステナイトの加
工集合組織を全厚にわたって顕著に形成させることは後
で表層と内部とに集合組織と結晶粒径の差をつけるため
には好ましくないため、オーステナイト再結晶域で圧延
を完了させるか、あるいは未再結晶域圧延を行ったとし
てもその加工量が大きくならないように配慮する必要が
あり、そのために、本発明においては、粗圧延を行う場
合の条件を、「９５０℃以上のオーステナイト域での累
積圧下率が８０％以下」に限定する。

【００４２】また、熱間圧延を完了した後の冷却条件
は、本制振合金の組成では冷却条件によらず圧延後の組
織はフェライト主体組織となり、熱処理後の組織形成に
特に大きな効果は有しないため、放冷しても、加速冷却
しても構わないが、圧延後の冷却中で表層部の組織が再
結晶・粒成長することは好ましくないので、極端な徐冷
は好ましくない。具体的には、圧延終了後〜２００℃ま
での平均冷却速度が５℃／分未満の徐冷は避けるべきで
ある。

【００４３】上記圧延を施した後、最終的に本発明の組
織要件を形成させるために加熱温度が６５０℃〜Ａ_C1変
態点の焼戻しまたは焼きなまし処理を施す。加熱温度が
６５０℃未満であると、転位密度の高い表層部において
も再結晶の進行が不十分で、所望のフェライト粒径と集
合組織が得られない。一方、Ａ_C1変態点を超えると、オ
ーステナイト化が始まり、このオーステナイト相が焼戻
しや焼きなましの冷却時に制振性、靭性に悪影響を及ぼ
すマルテンサイトあるいは炭化物の凝集体を形成するた
め好ましくない。従って、焼戻しあるいは焼きなましの
加熱温度は６５０℃〜Ａ_C1変態点に限定する必要があ
る。

【００４４】なお、熱処理の保持時間は温度のような大
きな効果を有しないため、所望の特性に応じて、選択す
れば良いが、保持が１分未満では温度分布の均一化が不
十分となりやすいため、また４８時間を超えるような長
時間では表面の化学組成の変化や肌荒れが懸念されるよ
うになるため、１分〜４８時間の範囲内を選択すること
が好ましい。冷却条件については、加熱・保持の間に組
織及び集合組織の形成は完了しているため、極端な急冷
以外であれば特に大きな影響を及ぼさない。水冷のよう
な急冷は、冷却不均一に起因した歪を生じて制振性の劣
化を招くため、避けるべきである。

【００４５】次に、「鋼片を１０００℃以上、１３００
℃以下に加熱し、先ず、９００℃以上で圧延を終了する
累積圧下率が１０％〜８０％の粗圧延を行い、引き続
き、開始温度がＡ_r3変態点以下で終了温度が６００℃以
上で、１パスあたりの圧下率が２０％以下で、かつ累積
圧下率が３０〜８０％の仕上げ圧延を行った後、さらに
加熱温度が６５０℃〜Ａ_C1変態点の焼戻しまたは焼きな
まし処理を施す」ことを特徴とする第２の方法について
述べる。

【００４６】鋼片の加熱温度を１０００℃以上、１３０
０℃以下に限定する理由は第１の方法における理由と全
く同じである。

【００４７】該温度域で鋼片を加熱した後、板厚調整と
オーステナイト粒径の一定の微細化のために、二相域圧
延を施す前に、累積圧下率が１０％〜８０％の粗圧延を
９００℃以上の温度で終了させる。これは、該圧延によ
ってオーステナイトの加工集合組織を全厚にわたって顕
著に形成させることはフェライト組織の組織制御に好ま
しくないため、オーステナイト再結晶域で圧延を完了さ
せるか、あるいは未再結晶域圧延を行ったとしてもその
加工量が大きくならないように配慮する必要があるため
である。すなわち、圧延終了温度が９００℃未満になる
と、必然的に未再結晶域での圧下率が必然的に大きくな
るために好ましくない。また、該圧延の累積圧下率が１
０％未満であると、オーステナイト粒径の細粒化に効果
がなく、逆に８０％超であるとオーステナイトの集合組
織の発達が無視できなくなるため、好ましくない。従っ
て、９００℃以上で終了するオーステナイト域での圧延
の累積圧下率は１０％〜８０％に限定する。

【００４８】上記オーステナイト域圧延に引き続き、開
始温度がＡ_r3変態点以下で終了温度が６００℃以上で、
１パスあたりの圧下率が２０％以下で、かつ累積圧下率
が３０〜８０％の仕上げ圧延を行う。すなわち、該条件
で圧延を施すことにより、後の熱処理で再結晶・粒成長
する際に、請求項１に示すような表層と内部とで異なっ
たフェライト粒径と集合組織とを形成させることが可能
となる。熱処理での再結晶・粒成長のためにはフェライ
トに加工歪を導入する必要があり、そのため、圧延の開
始温度はＡ_r3変態点以下とする必要がある。ただし、終
了温度が６００℃未満では、圧延反力が過大となり鋼板
形状の悪化も懸念されるため、終了温度は６００℃以上
とする。累積圧下率は、加工の効果が確実でかつ、熱処
理で極端な細粒化をしない範囲として３０〜８０％の範
囲とするが、表層部の粗粒化を促進するためには、各パ
スの圧下率も２０％以下に限定する必要がある。

【００４９】第２の方法における圧延後の冷却や焼戻
し、焼きなましの組織、材質に及ぼす影響は第１の方法
におけるそれらと全く同様であるので、その限定内容も
全く同一とする。

【００５０】以上が、本発明における組織及び製造法に
関わる要件の説明であるが、本発明の組織要件を満足し
ても、良好な制振性、強度・靭性を達成するためには個
々の化学成分についても下記に述べる理由により、各々
限定する必要がある。

【００５１】Ｃは、固溶状態であるか、析出物となって
いるかによって靭性、制振性への悪影響の度合いは異な
るが、いずれの状態でも制振性を大きく劣化させるた
め、その悪影響が許容できる量として上限を０．０３％
とする。

【００５２】Ｓｉは、脱酸剤として必要な元素で、脱酸
不足のための欠陥を生じさせないために０．０１％以上
添加する必要がある。Ｓｉは脱酸剤としての効果以外
に、強度上昇や、フェライト安定化元素として粗粒化に
も有効であるが、３．５％を超えて添加しても、上記の
効果が飽和する一方で、粗大な酸化物のために制振性が
劣化するようになり、靭性の劣化も著しくなるため、上
限を３．５％とする。

【００５３】Ｍｎは強度確保のために０．３％以上添加
するが、過剰に添加すると、変態点の低下のために、粗
粒化が困難となって制振性を劣化させるため、また、溶
接性の低下も招くため、許容できる範囲を実験から求め
て上限を３．０％と定める。Ｐ，Ｓは不純物元素とし
て、偏析や介在物となって制振性、靭性への悪影響が著
しく大きいため、極力低減することが好ましいが、許容
できる範囲として、Ｐは０．０２０％以下、Ｓは０．０
１０％以下とする。

【００５４】Ｃｒは、フェライト安定化元素であり、結
晶粒粗大化を通して、また固溶Ｃｒにより制振性を高め
る元素であり、強磁性型の制振合金において重要な元素
である。効果を発揮するためには０．０１％以上の添加
が必要である。Ｃｒ量を高めるほど制振性は向上する
が、５．０％を超える添加では制振性向上効果が飽和す
る一方で、靭性の劣化が生じるため、本発明においては
上限を５．０％とする。

【００５５】Ａｌは脱酸剤としても重要であるが、制振
性を向上させるために重要な元素でもある。効果を発揮
させるためには０．００２％以上必要であるが、過剰に
添加するとＡｌ₂Ｏ₃，ＡｌＮ等の介在物、析出物が粗大
化して靭性の低下を招くため、上限を３．５％に限定す
る。

【００５６】Ｎは、Ｃと同様、固溶状態でも析出状態で
も制振性に対して悪影響を与える元素であるため、極力
その低減が好ましいが、Ａｌが本発明の範囲で添加され
ていれば、制振性や靭性にあまり悪影響を及ぼさないた
め、０．０１％までの添加は許容する。

【００５７】以上が本発明の鋼材の基本成分の限定理由
であるが、本発明においては、強度・靭性の調整のため
に、必要に応じて、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｂ，Ｔ
ａ，Ｖ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｂの１種または２種以上を含有す
ることができる。

【００５８】Ｃｕは、母材の強度と靭性を同時に向上で
きる元素であるが、効果を発揮するためには０．０５％
以上必要であり、逆に、１．５％超では熱間加工性に問
題を生じるため、０．０５〜１．５％の範囲に限定す
る。

【００５９】Ｎｉは、Ｃｕと同様に母材の強度と靭性を
同時に向上できる元素であり、特に靭性向上に有効な元
素であるが、効果を発揮させるためには０．０５％以上
含有させる必要がある。含有量が多くなると強度、靭性
は向上するが２．０％を超えて添加しても効果が飽和す
る一方で、制振性や溶接性が劣化するため、上限を２．
０％とする。

【００６０】Ｍｏは、母材の強度向上に有効な元素であ
るが、明瞭な効果を生じるためには０．０５％以上必要
であり、一方、２．０％を超えて添加すると、制振性と
ともに靭性及び溶接性が劣化する傾向を有するため、各
々０．０５〜２．０％の範囲とする。

【００６１】ＷもＭｏと同様、固溶強化及び析出強化に
より母材強度の上昇に有効であるが、効果を発揮するた
めには０．０５％以上必要である。一方、２．０％を超
えて過剰に含有すると、制振性と靭性の劣化が顕著とな
るため、上限を２．０％とする。

【００６２】Ｎｂは、Ｎｂ（Ｃ，Ｎ）を形成することで
強度・靭性の向上に有効な元素であるが、過剰の含有で
は析出物により制振性と靭性がともに劣化する。従っ
て、制振性、靭性の劣化を招かずに、効果を発揮できる
範囲として、０．００５〜０．２０％の範囲に限定す
る。

【００６３】Ｔａも強度・靭性の向上に有効な元素であ
るが、効果を発揮するためには０．００５％以上の含有
が必要である。一方、０．５０％を超えると、析出脆化
や粗大な析出物、介在物による制振性と靭性の劣化を生
じるため、上限を０．５０％とする。

【００６４】ＶもＶＮを形成して強度向上に有効な元素
であるが、過剰の含有では析出物により制振性、靭性が
劣化する。従って、靭性の大きな劣化を招かずに、効果
を発揮できる範囲として、０．００５〜０．５０％の範
囲に限定する。

【００６５】Ｔｉは析出強化により母材強度向上に寄与
するとともに、ＴｉＮの形成により加熱オーステナイト
粒径微細化にも有効な元素であり、靭性向上にも有効な
元素であるが、効果を発揮するためには０．００２％以
上の含有が必要である。一方、０．０２％を超えると、
粗大な析出物、介在物を形成して制振性と靭性、さらに
延性を劣化させるため、上限を０．０２％とする。

【００６６】Ｚｒも窒化物を形成する元素であり、Ｔｉ
と同様の効果を有するが、その効果を発揮するためには
０．００２％以上の含有が必要である。一方、０．１０
％を超えると、Ｔｉと同様、粗大な析出物、介在物を形
成して制振性や靭性を劣化させるため、０．００２〜
０．１０％の範囲に限定する。

【００６７】Ｂは微量で確実にＮと結びつくため、固溶
Ｎ固定による靭性、制振性向上や、焼入性向上による強
度・靭性向上に有効な元素であるが、効果を発揮するた
めには０．０００３％以上必要である。一方、０．００
３０％を超えて過剰に含有するとＢＮが粗大となり、制
振性や靭性に悪影響を及ぼす。また溶接性も劣化させる
ため、上限を０．００３０％とする。

【００６８】さらに、延性の向上、継手靭性の向上のた
めに、必要に応じて、Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭの１種または
２種以上を含有することができる。

【００６９】Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭはいずれも硫化物の熱
間圧延中の展伸を抑制して延性特性向上に有効である。
酸化物を微細化させて継手靭性の向上にも有効に働く。
その効果を発揮するための下限の含有量は、各々、Ｃａ
は０．００１ ％、Ｍｇは０．０００２％、ＲＥＭは
０．００１％である。一方、過剰に含有すると、硫化物
や酸化物の粗大化を生じ、制振性や延性の劣化を招くた
め、上限を各々、Ｃａは０．０５％、Ｍｇは０．０１
％、ＲＥＭは０．０５％とする。

【００７０】

【実施例】以上が、本発明の要件についての説明である
が、さらに、実施例に基づいて本発明の効果を示す。

【００７１】表１に示す化学組成の供試鋼を用いて、表
２及び表３に示す製造条件で鋼板を製造した。製造した
鋼板の、本発明に関わる組織要件と機械的性質（引張特
性、２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃特性、制振性）の測
定結果も合わせて表２、表３に示す。表２は請求項５に
示す本発明の製造方法により製造した本発明例とその比
較例とを示した結果であり、表３は請求項６に示す本発
明の製造方法により製造した本発明例とその比較例とを
示した結果である。

【００７２】引張特性は圧延方向に平行な方向（Ｌ方
向）の板厚中心部から丸棒引張試験片を採取して実施し
た。靱性評価は２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃試験にお
ける破面遷移温度（ｖＴｒｓ）で評価したが、試験片は
引張特性と同様、Ｌ方向板厚中心部から採取した。制振
性は、試験片長手方向が圧延方向と平行になるようにし
て採取した、元厚×４０ｍｍ幅×４００ｍｍ長さの形状
の試験片を用いて、機械インピーダンス法により損失係
数（η）を求めた。

【００７３】なお、本発明において制振性に大きな影響
を与える（１００）集合組織の指標・測定方法は以下の
通りである。

【００７４】通常、集合組織はＸ線回折によって測定さ
れ、例えば、（１００）集合組織の詳細な測定にはポー
ルフィギュア装置により試料を２軸回転させ、あらゆる
方向から（２００）反射（フェライトは結晶構造に起因
する消滅則の故に（１００）反射がないため）の強度を
測定して集合組織を決定する。この場合、解析解析の結
果作成された（１００）極点図の中心部付近における強
度のピーク値が本発明で指標としている回折強度比を与
える。しかし、極点図作成にはデータ収集や計算に長時
間を要するために、簡便な方法として、通常の広角Ｘ線
回折装置により測定した（２００）反射強度が、特定の
結晶方位を強化や制御していない全くランダムな結晶方
位を持つ材料に対して何倍になるかの回折強度比を用い
ても良い。

【００７５】また、フェライト粒径の測定はＪＩＳ Ｇ
０５５２「鋼のフェライト結晶粒度試験方法」に準拠
して、５０倍〜５００倍の適当な光学顕微鏡組織写真に
ついて切断法により行った。

【００７６】表２、表３のうちの試験Ｎｏ．Ａ１〜Ａ１
６は、本発明の化学組成を有する鋼番１〜１２を用い
て、本発明の製造方法により製造した鋼板であり、本発
明の組織要件を満足しており、いずれも良好な制振性と
強度、靱性とが同時に達成されていることが明らかであ
る。

【００７７】一方、同様に表２、表３の結果から、本発
明の範囲を逸脱している試験Ｎｏ．Ｂ１〜Ｂ１３の鋼板
は本発明により製造された試験Ｎｏ．Ａ１〜Ａ１６の鋼
板に比べて、制振性と靱性のいずれか一方あるいは両方
が大幅に劣っていることが明らかである。

【００７８】試験Ｎｏ．Ｂ１〜Ｂ５は、本発明の方法に
より製造しているが、化学組成が本発明を満足していな
いために制振性と靱性のいずれか一方あるいは両方が劣
っている比較例である。

【００７９】すなわち、試験Ｎｏ．Ｂ１は、制振性に最
も悪影響を及ぼすＣが過剰なため、本発明の組織要件は
満足しているにもかかわらず制振性、靭性ともに大幅に
劣る。

【００８０】試験Ｎｏ．Ｂ２は、Ｓｉが過剰なために靱
性の劣化が著しく、制振性の向上も図られていない。

【００８１】試験Ｎｏ．Ｂ３は、Ｃと同様に制振性を劣
化させるＮが過剰なため、制振性が大きく劣化してい
る。靱性も劣る。

【００８２】試験Ｎｏ．Ｂ４は、Ｎｉが過剰に添加され
ているため、靱性は比較的良好であるものの、制振性が
劣る。

【００８３】試験Ｎｏ．Ｂ５は、Ｍｏが過剰なため、靱
性、制振性ともに劣る。

【００８４】試験Ｎｏ．Ｂ６〜Ｂ８は、化学組成は本発
明を満足しているが、請求項１の製造法に関して本発明
の要件を満足していない例である。

【００８５】すなわち、試験Ｎｏ．Ｂ６は、仕上げ圧延
の前の表層部の冷却−復熱工程を含まないため、本発明
の特徴である表層部と内部との間の組織、集合組織差が
生じていないため、同じ化学組成で本発明の組織要件を
満足している本発明例に比べて制振性、靭性が若干劣
る。

【００８６】試験Ｎｏ．Ｂ７は、冷却−復熱工程後の最
終の仕上げ圧延の累積圧下率が過大であるため、表層、
内部ともに必要なフェライト粒径よりも微細であり、そ
の結果、靭性は良好ではあるが、制振性が劣る。

【００８７】試験Ｎｏ．Ｂ８は、圧延後に施す焼戻し温
度が高すぎて、二相域温度になっているため、島状マル
テンサイトが生成して靭性、制振性がともに大幅に劣化
する。

【００８８】試験Ｎｏ．Ｂ９，Ｂ１０は、請求項２の方
法により製造しているが、化学組成が本発明を満足して
いないために制振性と靱性のいずれか一方あるいは両方
が劣っている比較例である。

【００８９】すなわち、試験Ｎｏ．Ｂ９は、試験Ｎｏ．
Ｂ１と同様、Ｃが過剰なため、本発明の組織要件は満足
しているにもかかわらず制振性、靭性ともに大幅に劣
る。

【００９０】試験Ｎｏ．Ｂ１０も、試験Ｎｏ．Ｂ２と同
様、Ｓｉが過剰なために靱性の劣化が著しく、制振性も
劣る。

【００９１】試験Ｎｏ．Ｂ１１〜Ｂ１３は、化学組成は
本発明を満足しているが、請求項２の製造法に関して本
発明の要件を満足していない例である。

【００９２】すなわち、試験Ｎｏ．Ｂ１１は、仕上げ圧
延の累積圧下率が過大であるため、各パスの圧下率が２
０％以下との本発明の要件を満足していても、最終的に
得られたフェライト粒径が表層、内部とも過度に微細で
あるために、制振性の向上が十分でない。

【００９３】試験Ｎｏ．Ｂ１２は、試験Ｎｏ．Ｂ１１と
反対に、累積圧下率は本発明の要件を満足しているが、
１パスあたりの圧下率が２０％を超える圧延パスを含む
ために、表層部のフェライト粒径と集合組織が本発明を
満足しておらず、制振性の向上が十分でない。

【００９４】試験Ｎｏ．Ｂ１３は、焼戻し温度が低すぎ
るために、加工組織の再結晶が十分進行しないために、
やはり表層部のフェライト粒径と集合組織が本発明を満
足しておらず、制振性が劣る。

【００９５】以上の実施例からも、本発明によれば、一
層の制振性の向上を、靭性の劣化を生じることなく図る
ことができ、その結果制振性と強度・靱性とが両立した
構造用材料として好ましい特性を有する制振合金を製造
することが可能であることが明白である。

【００９６】

【表１】

【００９７】

【表２】

【００９８】

【表３】

【００９９】

【発明の効果】本発明により、制振性だけでなく、構造
材料として必要な、強度、靭性等の確保が可能となり、
その結果、船舶、橋梁、産業機械、建設、等へ構造材料
として使用可能な制振合金の提供が可能となり、産業上
の効果は極めて大きい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K032 AA01 AA04 AA08 AA11 AA12 AA14 AA15 AA16 AA17 AA19 AA20 AA21 AA22 AA23 AA24 AA27 AA29 AA31 AA32 AA33 AA35 AA36 AA37 AA39 AA40 CA02 CA03 CB01 CB02 CD03 CF02 CF03

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼板表裏面のそれぞれ、表面から板厚方
   向に板厚の１／６までの平均フェライト粒径が７０μｍ
   以上、１５０μｍ未満で、該領域以外の鋼板内部の平均
   フェライト粒径が２０μｍ以上、５０μｍ未満であり、
   かつ、表面から板厚方向に板厚１／８の部位で測定した
   Ｘ線回折によるフェライト相の（２００）面強度比が
   １．５以上で、板厚中心部で測定したＸ線回折によるフ
   ェライト相の（２００）面強度比が３．０以上であるこ
   とを特徴とする高靭性制振合金。
2. 【請求項２】 重量％で、 Ｃ ：０．０３％以下、 Ｓｉ：０．０１〜３．５％、 Ｍｎ：０．３〜３．０％、 Ｐ ：０．０２０％以下、 Ｓ ：０．０１０％以下、 Ｃｒ：０．０１〜５．０％、 Ａｌ：０．００２〜３．５％、 Ｎ ：０．０１％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避
   不純物からなることを特徴とする請求項１に記載の高靭
   性制振合金。
3. 【請求項３】 重量％で、 Ｃｕ：０．０５〜１．５％、 Ｎｉ：０．０５〜２．０％、 Ｍｏ：０．０５〜２．０％、 Ｗ ：０．０５〜２．０％、 Ｎｂ：０．００５〜０．２％、 Ｔａ：０．００５〜０．５％、 Ｖ ：０．００５〜０．５％、 Ｔｉ：０．００２〜０．０２％、 Ｚｒ：０．００２〜０．１０％、 Ｂ ：０．０００３〜０．００３％の１種または２種以
   上を、さらに含有することを特徴とする請求項２に記載
   の高靭性制振合金。
4. 【請求項４】 重量％で、 Ｃａ：０．００１〜０．０５％、 Ｍｇ：０．０００２〜０．０１％、 ＲＥＭ：０．００１〜０．０５％の１種または２種以上
   をさらに含有することを特徴とする請求項２または３に
   記載の高靭性制振合金。
5. 【請求項５】 鋼片を１０００℃以上、１３００℃以下
   に加熱後すぐに、もしくは９５０℃以上のオーステナイ
   ト域での累積圧下率が８０％以下の粗圧延を行った後
   に、以下の工程を開始する直前の鋼片厚みの１０％〜３
   ５％に対応する表層部領域をＡ_r3変態点以上の温度から
   ２〜４０℃／ｓの冷却速度で冷却を開始し、Ａ_r3変態点
   未満で冷却を停止して復熱させることを１回以上経由さ
   せる過程で、最後の冷却後の復熱が終了するまでの間に
   累積圧下率が１０〜８０％の仕上げ圧延を完了させた
   後、さらに加熱温度が６５０℃〜Ａ_C1変態点の焼戻しま
   たは焼きなまし処理を施すことを特徴とする請求項１〜
   ４のいずれかに記載の高靭性制振合金の製造方法。
6. 【請求項６】 鋼片を１０００℃以上、１３００℃以下
   に加熱し、９００℃以上で圧延を終了する累積圧下率が
   １０％〜８０％の粗圧延を行った後に、開始温度がＡ_r3
   変態点以下で終了温度が６００℃以上で、１パスあたり
   の圧下率が２０％以下で、かつ累積圧下率が３０〜８０
   ％の仕上げ圧延を行い、さらにその後、加熱温度が６５
   ０℃〜Ａ_C1変態点の焼戻しまたは焼きなまし処理を施す
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の高靭
   性制振合金の製造方法。