JP2801635B2

JP2801635B2 - 高振動減衰能を有する高じん性溶接構造用鋼材

Info

Publication number: JP2801635B2
Application number: JP10448189A
Authority: JP
Inventors: 智也小関; 虔一天野; 昭三郎中野; 修三上田
Original assignee: 川崎製鉄株式会社
Priority date: 1989-04-26
Filing date: 1989-04-26
Publication date: 1998-09-21
Anticipated expiration: 2013-09-21
Also published as: JPH02285051A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、各種機械機器や構造物に用いる鋼材、と
くに振動や騒音を抑制する高い振動減衰特性を有しか
つ、強度、じん性および溶接性の優れた溶接構造用材に
関する。

近年、運輸機関、橋梁および機械工場等の振動または
それらから発生する騒音が問題視され、その改善が強く
要望されている。この振動や騒音低減のため、構造物の
剛性を増大させて共鳴を避けたり、振動絶縁材料、遮音
材料および吸音材料を使用するなど施行面において種々
の工夫がなされている。

しかし、実際の騒音源となる振動は複雑で、これを排
除することは上記の手段のみでは困難である。

（従来の技術）そこで振動の発生源となる機械構造部分等に振動減衰
特性の高い材料を使用し、根本的な改善をはかろうとす
る、いわゆるマテリアル・ダンピング法が注目されてい
る。

ここで合金の制振性能は、一般にその内部摩擦
（Q^-1）の大きさで表わすことが多く、これは、歪振幅
１サイクル当りに失われるエネルギーの大きさの指標で
あり、Q^-1が大きいほど、振動エネルギーを合金内部の
熱や磁壁移動に変換する割合が大きく高い制振作用を有
する。

制振鋼板としては、例えば特開昭59−52644号公報に
記載されているような、薄肉鋼板に樹脂を挟んだサンド
ウィッチ型鋼板が広く用いられているが、この種の鋼板
は非常に高い減衰性能はもつものの、強度、剛性及び溶
解性に難点があり、機械構造用材には適さない。

また制振性を有する構造材として黒鉛鋳鉄がよく知ら
れているが、加工性、じん性及び溶接性が劣るためその
利用範囲は限定される。

一方合金型の制振材料として、Mn−Cu合金（特開昭57
−181360号公報参照）や低Ｃ−低Ｎ系で磁壁移動を利用
した強磁性材料および強磁性材料に介在物またはPbなど
を混入した材料（特公昭59−45748号または同59−27377
号各公報参照）等が提案されているが、強度、溶接性ま
たは構造体としたときの信頼性等に難点があり構造物用
として実用化するには至っていない。

（発明が解決しようとする問題点）この発明は、高い振動減衰特性を有し、しかも溶接構
造用材に必要とされる、強度、じん性、加工性および溶
接性に優れた鋼材について提案することを目的とする。

さらにこの発明の目的は、工業的規模での安定製造が
容易となる鋼材を提案することにある。

（問題点を解決するための手段）発明者らは、鋼材に軟質のオーステナイト相を析出さ
せることにより制振特性が著しく向上することを新たに
知見し、この発明を完成するに至った。

すなわちこの発明は、C:0.01〜0.50wt％を含みかつ下
記式で示されるCeq.が0.70wt％以下の範囲にある鋼材で
あって、さらに体積率が３％以上のオーステナイトを有
することを特徴とする高振動減衰能を有する高じん性溶
接構造用鋼材である。

なおこの発明は、例えば一般構造用圧延鋼材（JIS G
3101規格のSS41）や溶接構造用圧延鋼材（JIS G3106規
格のSM41）等の引張り強さ41kgf/mm²級の鋼材に有利に
適合する。

（作用）次にこの発明の基礎となった実験結果について述べ
る。

C:0.01〜1.00wt％、Si:0.05〜2.50wt％、Mn:0.50〜3.
00wt％、Ni:0〜15.0wt％、Cr:0〜30.0wt％、Cu:0〜3.0w
t％、Mo:0〜5.0wt％、Nb:0〜0.10wt％、V:0〜0.10wt
％、Ti:0〜0.80wt％、Al:0.01〜5.00wt％およびB:0〜0.
08wt％の成分範囲にある種々の成分組成の各鋼スラブを
熱間圧延のままか、熱間圧延後に冷却処理、同様に再加
熱焼入処理または焼もどし処理を施す等、種々の熱履歴
で製造することによってオーステナイト量を変化させた
試料を多数製作し、各試料のQ^-1を測定したところ、第
１図に示すようにQ^-1はオーステナイト量の増加に比例
して、とくにオーステナイト量3vol％を境にして大きく
なった。

当然、鋼成分、熱処理方法および製造方法によって、
試料のQ^-1、さらに強度やじん性などはそれぞれ異なる
が、各試料ともオーステナイトの析出によってQ^-1は増
大し、制振性能が向上した。

以上の実験から、一般的な構造用材において、オース
テナイトを体積率で３％以上析出または混入させること
によって高い振動減衰能を付与できることが判明した。
しかも、溶接性や機械的性質はオーステナイト量の増加
によって損われないことも確認できた。

ここで体積率３％以上のオーステナイトを有すること
で振動減衰特性が向上するのは、振動エネルギーが母相
−オーステナイト相界面の粘性流動と軟質相内でのずり
変形で吸収されるためと考えられる。

次にこの発明において成分組成範囲を限定した理由に
ついて述べる。

まずＣは残留オーステナイトの安定化に寄与する成分
の１つであり、所望のオーステナイト量、さらには所望
の強度を得るために0.01wt％以上は必要である。しかし
0.50wt％をこえるとじん性および溶接性が劣化するた
め、0.50wt％を上限とする。

また残留オーステナイト量の増加には、上記したＣの
ほか、Mn、Cr、Ni、Mo、CuおよびＶのオーステナイト安
定化元素を添加することが有利であるが、これら成分の
多量添加は不経済であるばかりでなく、溶接性の劣化を
まねく。

を0.70wt％以下として溶接性を確保することが肝要であ
る。

なおMn、Cr、Ni、Mo、CuおよびＶの各成分は、上記し
たCeq.の制限を満足させた上で、次の各範囲にて添加す
ることができる。すなわち Mnは焼入れ性を向上させ、鋼材の強度を確保するのに
0.50wt％以上は必要であるが、3.00wt％を超えるとじん
性と溶接性が低下するので、0.50〜3.00wt％の範囲とす
ることが望ましい。

NiやCrは、焼入れ性や耐食性を高め、かつオーステナ
イトを安定化するため、制振性能を損なわずに強度を上
昇させる効果がある。しかし、多量に添加した場合、じ
ん性、熱間加工性、溶接性および経済性が低下するた
め、Niは15.0wt％、Crは30.0wt％をそれぞれ上限とする
ことが望ましい。

Moは焼入れ性を向上させ鋼材の強度上昇に効果がある
が、多量に添加するとじん性と溶接性が低下するため、
その上限を5.0％とするのが望ましい。

Cuは耐食性や強度を上昇させる効果をもつが、多量に
添加すると鋼塊製造時に表面割れが生じやすくなり、ま
たじん性や溶接性が劣化するため、上限を3.0wt％とす
ることが望ましい。

Ｖは析出強化により強度を上昇させる効果をもつが、
多すぎるとじん性および溶接性が低下するため、上限を
0.5wt％とすることが望ましい。

さらに上述ののように、オーステナイト量を3vol％以
上にすることによって振動減衰能を向上することができ
るが、残留オーステナイト量が60vol％をこえると引張
り強さ41kgf/mm²以上を確保することが難しくまた、経
済的にも不利な成分系となるので、オーステナイト量の
上限は60vol％とすることが好ましい。ただし製品とし
て要求される諸特性、例えば強度、じん性および溶接性
などを確保した鋼材においては、鋼材の種類によってオ
ーステナイト量に差はあるものの、その上限は各鋼材で
自ずと定まることになる。

なお鋼の成分組成によりオーステナイトを析出させる
製造条件が異なるが、成分としてはCrやNiの添加がオー
ステナイト析出に有利であり、また熱処理としては二相
域加熱や焼もどし等の残留オーステナイトの析出に有利
な条件を選定することが好ましい。

（実施例）表１に示す成分組成の鋼を常法によって溶製し、さら
に各鋼種毎に下記の条件（Ａ）または（Ｂ）の熱処理を
行って厚さ15mmの厚鋼板を得た。

記（Ａ）：熱間圧延後の鋼板を950℃に加熱後、800〜700
℃の各温度に急冷し、１時間保持し、その後400℃まで
急冷し、２時間保持する多段焼入れを行ってオーステナ
イト量を変化した。

（Ｂ）：熱間圧延まま（商用の一般構造用鋼板−SS41
材）かくして得られた各鋼板のオーステナイト量、引張り
特性、衝撃特性、加工性、溶接性および内部摩擦Q^-1に
ついて調べた結果を表１に併記する。

同表からわかるように、オーステナイト量が3vol％未
満の鋼板はいずれもQ^-1が低く、制振性は悪いことがわ
かる。この発明に従って、オーステナイト量を3vol％以
上析出させた鋼板においては、いずれも優れた振動減衰
能を有し、かつ溶接構造用材料として十分な強度（引張
り強さ41kgf/mm²以上）、じん性、加工性および溶接性
をそなえていることがわかる。

（発明の効果）この発明による鋼材は従来の構造用材料とそん色のな
い十分な強度、じん性、加工性および溶接性を確保した
上で、振動減衰特性を向上させ得るため、機械構造物の
あらゆる個所で従来鋼材の代替が可能となり、構造物全
体の振動そして騒音を確実に低減することができ、工業
上極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図はオーステナイト量と内部摩擦Q^-1との関係を示
すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者上田修三千葉県千葉市川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内 (56)参考文献特開昭54−123517（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−2743（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−116861（ＪＰ，Ａ) 特開平３−500305（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】C:0.01〜0.50wt％を含みかつ下記式で示さ
れるCeq.が0.70wt％以下の範囲にある鋼材であって、さ
らに体積率が３％以上のオーステナイトを有することを
特徴とする高振動減衰能を有する高じん性溶接構造用鋼
材。