JPH07126808A - 振動減衰特性に優れる機械構造用鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動減衰特性に優れ、引張強度が 400ＭPa以
上の機械構造用鋼材を得る。 【構成】Ｃ：0.02mass％以下、 Si：0.5 〜3.0 mass
％、Mn：0.02〜1.5 mass％、Cu：0.05〜1.50mass％、A
l：1.0 〜7.0 mass％、Ｎ：0.008 mass％以下を含み、
かつSiとMnとは下記の関係 2 (mass ％Mn) ≦ mass ％Si を満足して含有し、残部はFeおよび不可避的不純物から
なる。さらに、必要によりCr：0.5 〜3.0 mass％、さら
にまた、Mo：0.01〜1.00mass％、Ｖ：0.01〜1.00mass％
のうちのいずれか１種または２種を含有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、構造物に用いて好適
な機械構造用鋼に関し、特に振動や騒音を抑制し得る振
動減衰特性に優れる、引張強度が 400ＭPa以上の機械構
造用鋼を提案しようとするものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、鉄道橋梁や自動車用道路橋など大
重量の通過車両の移動に伴う激しい振動をはじめとし
て、特に居住地域に近接して立地した工場や作業場など
の施設ないしは構造物に生じる振動ないしはそれらに伴
われる騒音が、社会問題とされる風潮がある。このため
の対策としては、吸音材料や遮音材料あるいは振動絶縁
材料を使用したり、また構造物の剛性を増大させて共鳴
を回避したりする種々の手法が講ぜられているが、実際
にはその騒音源となる振動は複雑で、その原因を完全に
排除することは極めて困難なことである。そこで、構造
部材としての材料自体に振動減衰特性いわゆる制振性を
付与して、それによる構造物の振動, 騒音の抜本的な改
善を図ろうとする技術が注目されている。上記の制振性
を付与した鋼材については、既に、注目すべきいくつか
の提案がある。例えば、特公昭60−26813 号公報には、
低降伏点かつ粗大粒とする防振鋼材の製造方法が提案さ
れている。また、特開昭52−144317号公報には、３〜40
mass％CrでさらにTi, Alを添加した防振鋼が、また特開
昭57−181360号公報には、 1.5〜９％Alを含有する制振
厚鋼板が、さらに特公昭57−22981 号公報には、４〜７
mass％のCr, ３〜５mass％のAlを含有する制振性を有す
る鋼材がそれぞれ開示されている。

【０００３】しかし、上記の既知鋼材は、いずれも強度
が比較的低く、そのために構造部材としての適用に制限
をうけること、その上、制振性が十分でなかったり、合
金成分が多量に添加されているため高価でるなどの問題
を残していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】制振材料とくに制振鋼
材に関し、上述した従来技術が抱えている各種の問題
を、本発明の解決課題とする。この課題解決手段として
の本発明の目標とするところは、振動減衰特性に優れ、
引張強度が 400ＭPa以上で、かつ比較的安価でしかも工
業的規模で安定して量産ができる機械構造用鋼材を提案
しようとするところにある。このような課題認識の下に
発明者らは、その解決に向けて鋭意研究を続けた。その
結果として、次のような背景技術についての知見とその
解決手段に想到した。以下にその知見と解決手段につい
て説明する。

【０００５】さて、強磁性体の鋼は、磁気スピンが揃う
のに対応して結晶格子には歪（磁歪）が生じていて、内
部は主にこの影響を受けて磁区に分割されている。この
ような強磁性体の鋼に外力（振動）が加わると、磁歪と
の相互作用によって磁区壁が移動する。すると、強磁性
体内部に生じるこの磁区壁の移動すなわち磁化の変化を
打ち消すように渦電流が生じ、この渦電流は、逆に磁歪
を通じて歪を引き起こす。この歪は、外力に対して位相
が遅れるので、いわゆる磁気−力学的ヒステリシス型の
内部摩擦により振動減衰特性が現れる。これについて
は、例えば純鉄が制振性に優れることについて知られて
いるとおりである。しかし、純鉄は強度が低く、また靱
性の面からも構造用部材としての適用には問題がある。
これに対し発明者らは先に、Mn量を0.08mass％以下に低
減した、ほぼ純鉄組成になる鋼にCuを添加し、さらにAl
を 1.0〜7.0 mass％添加することで、高い振動減衰能を
維持しつつ、しかも構造用鋼材としての強度と靱性とを
兼ね具える鋼板およびその製造方法を提案した( 特開平
４−13847 号公報) 。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで発明者らは、さら
に上記の鋼の振動減衰特性をより一層向上させるべく種
々検討を重ねた。その結果、上記の鋼にSiとMnを適量複
合添加すると制振性向上と高強度化が同時に達成できる
ことを見出した。すなわち、本発明は、 (1) Ｃ：0.02mass％以下、 Si：0.5 〜3.0 mass％、M
n：0.02〜1.5 mass％、Cu：0.05〜1.50mass％、Al：1.0
〜7.0 mass％、Ｎ：0.008 mass％以下を含み、かつSi
とMnとは下記の関係 2 (mass ％Mn) ≦ mass ％Si を満足して含有し、残部はFeおよび不可避的不純物から
なる振動減衰特性に優れる機械構造用鋼。 (2) Ｃ：0.02mass％以下、 Si：0.5 〜3.0 mass％、M
n：0.02〜1.5 mass％、Cr：0.5 〜3.0 mass％、Cu：0.0
5〜1.50mass％、Al：1.0 〜7.0 mass％、Ｎ：0.008 mas
s％以下を含み、かつSiとMnとは下記の関係 2 (mass ％Mn) ≦ mass ％Si を満足して含有し、残部はFeおよび不可避的不純物から
なる振動減衰特性に優れる機械構造用鋼。 (3) 上記の各鋼に、さらに下記の成分；Mo：0.01〜1.00
mass％、Ｖ：0.01〜1.00mass％ のうちのいずれか１種または２種を含有させたことを特
徴とする振動減衰特性に優れる機械構造用鋼。

【０００７】

【作用】この発明の振動減衰特性に優れた機械構造用鋼
において、成分組成を上記の範囲に限定した理由につい
て説明する。 Ｃ：0.02mass％以下；Ｃは、Cuの析出による強化作用を
利用する本発明鋼では、強化成分としての量は必要な
い。むしろ0.02mass％を超えると、制振性を劣化させる
ので、0.02mass％以下に限定する。

【０００８】Si：0.5 〜3.0 mass％；Siは、フェライト
生成元素でありAlとの複合添加により制振性能を向上さ
せ、かつ強度を上昇させる。その量が0.5 mass％未満で
は制振性の向上が乏しく、また、3.0 mass％を超えて添
加すると製造工程で割れを生じる恐れがあるため、その
範囲を0.5 〜3.0mass ％に限定する。

【０００９】Mn：0.02〜1.5 mass％；Mnは、脱酸のため
に不可欠であり、また固溶強化により鋼材の強度を高め
るが、0.02 mass ％未満では脱酸の効果がなく、1.5 ma
ss％を超えて添加すると制振性を損なうため、添加の範
囲を0.02〜1.5 mass％に限定する。

【００１０】Cu：0.05〜1.50mass％；Cuは、時効処理に
より微細なε−Cuとして析出して、鋼を強化させる成分
であり、制振性を損なうことなしに強度と靱性を両立さ
せることができる。含有量が0.05mass％に満たないとそ
の効果に乏しく、一方、1.50mass％を超えて含有させる
と熱間割れを生じる恐れがあるので0.05〜1.50mass％の
範囲とする。

【００１１】Al：1.0 〜7.0 mass％；Alは、鋼の振動減
衰特性を向上させるが、含有量が1.0 mass％に満たない
とその効果が乏しく、一方 7.0mass％を超える含有では
靱性が劣化するので含有量は1.0〜7.0 mass％の範囲と
する。

【００１２】Ｎ：0.008 mass％以下；Ｎは、その含有量
が少ない方が母材および溶接部の靱性の面から好まし
く、許容できる上限は0.008 mass％以下である。

【００１３】２(mass ％Mn) ≦ mass ％Si；２(mass ％
Mn) が mass ％Siを超えると、とくに制振性が劣化し、
発明の目的が達成できない。従って、MnとSiの添加割合
は２(mass ％Mn) ≦ mass ％Siとする必要がある。

【００１４】この発明の鋼は、以上の成分に加えてさら
にCrを0.5 〜3.0 mass％、またさらにMo：0.01〜1.00ma
ss％、Ｖ：0.01〜1.00mass％のうちのいずれか１種また
は２種を制振性を損なうことなく添加することができ
る。以下に、成分組成を上記範囲に限定した理由につい
て説明する。 Cr：0.5 〜3.0 mass％；Crは、内部摩擦値を増加させる
とともに靱性を向上させる効果をもつが、0.5mass％未
満の添加ではその効果がなく、一方3.0 mass％を超えて
添加しても効果がさほど増えず経済性を損なうため、0.
5 〜3.0 mass％の範囲に限定する。

【００１５】Mo：0.01〜1.00mass％、Ｖ：0.01〜1.00ma
ss％；MoおよびＶは、いずれも鋼材の制振性、強度を損
なうことなく靱性を大きく改善する効果をもつが、0.01
mass％未満の添加ではその効果が得られず、一方1.00ma
ss％を超えて添加するとかえって靱性を劣化させるの
で、その含有量は0.01〜1.00mass％に限定する。なお、
この発明における不純物成分のうち、Ｏ、ＰおよびＳは
制振性を保持するうえから、それぞれ0.01mass％, 0.01
mass％および0.005 mass％以下とするのが好ましい。

【００１６】この発明鋼は、通常の溶製、鋳造および圧
延により厚鋼板とすることができる。また、厚鋼板に限
らず、薄鋼板、形鋼、棒鋼あるいは線材などにも用いる
ことができる。なお、Cuの析出処理のために、通常の焼
き戻し処理を施すのが望ましい。

【００１７】

【実施例】表１に示す種々の成分組成になる鋼を常法に
従って溶製, 鋳造し、さらに通常の熱間圧延により厚さ
２５mmの鋼板とした。その後、９３０℃の焼なまし処理
および５７５℃、１hrのCu析出時効処理を施した。

【００１８】

【表１】

【００１９】表１において、鋼Ａ〜Ｋは、この発明を満
足する成分組成になる鋼である。また、鋼Ｌ〜Ｐは、こ
の発明の成分組成範囲を外れた比較鋼であり、鋼Ｑは従
来鋼のＳＳ４００である。比較鋼のうち、鋼Ｌは２(mas
s ％Mn) ≦ mass ％Siを満たさないもの、鋼ＭはCu含有
量が少ないもの、鋼ＮはMnが高いもの、鋼ＯはＮ量が高
いもの、また鋼ＰはＣ量が高いものである。これら供試
鋼板の中心から丸棒引張試験片とシャルピー衝撃試験片
を採取し機械的特性を測定した。また、減衰特性
（Ｑ^-1）は鋼板表面を約１mm研削後、表面部から1.5 mm
厚の短冊状試験片を採取し機械インピータンス法で測定
した。Ｑ^-1が大きな値ほど振動減衰特性が優れることを
意味する。得られた機械的特性, 減衰特性についての測
定結果を表１に併せて示す。

【００２０】表１から明らかなように、この発明に適合
した組成範囲になる鋼Ａ〜Ｋはいずれも、構造用鋼とし
て必要な４００ＭPa以上の引張強度を有しているととも
に、内部摩擦値は従来鋼のＳＳ４００鋼に比較して格段
に優れた値を示し、制振性が向上していることが判る。
これに対し、この発明成分組成範囲を外れる比較例であ
る鋼Ｌ，Ｎ，ＯおよびＰはいずれも内部摩擦値が劣り、
鋼Ｍは強度が不足し、ともにこの発明の目的を達成する
ことができなかった。

【００２１】

【発明の効果】この発明による鋼材は、優れた制振性と
引張り強さ４００ＭPa以上の強度を有するので、構造物
の振動, 騒音を確実に低減することができる、工業上極
めて有用な構造用鋼である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森影 康 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者 天野 虔一 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究本部内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃ：0.02mass％以下、 Si：0.5 〜3.0 mass％、 Mn：0.02〜1.5 mass％、Cu：0.05〜1.50mass％、 Al：1.0 〜7.0 mass％、Ｎ：0.008 mass％以下 を含み、かつSiとMnとは下記の関係 2 ( mass％Mn) ≦ mass％Si を満足して含有し、残部はFeおよび不可避的不純物から
   なる振動減衰特性に優れる機械構造用鋼。
2. 【請求項２】 Ｃ：0.02mass％以下、 Si：0.5 〜3.0 mass％、 Mn：0.02〜1.5 mass％、Cr：0.5 〜3.0 mass％、 Cu：0.05〜1.50mass％、Al：1.0 〜7.0 mass％、 Ｎ：0.008 mass％以下 を含み、かつSiとMnとは下記の関係 2 (mass ％Mn) ≦ mass ％Si を満足して含有し、残部はFeおよび不可避的不純物から
   なる振動減衰特性に優れる機械構造用鋼。
3. 【請求項３】請求項１または２に記載された各鋼に、さ
   らに下記の成分；Mo：0.01〜1.00mass％、Ｖ：0.01〜1.
   00mass％ のうちのいずれか１種または２種を含有させたことを特
   徴とする振動減衰特性に優れる機械構造用鋼。