JPH07268549A - 振動減衰特性に優れた鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶接構造用鋼として必要な強度を具備し、振
動減衰特性に優れた鋼板およびその製造方法を提案す
る。 【構成】 Ｆｅ−（１．０〜７．０）％Ａｌ系制振鋼に
対し、その表層部に粒界酸化層に沿ったミクロクラック
を形成する。ミクロクラックは鋼を酸化雰囲気下で焼鈍
した後、冷間圧延にて形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、構造物の部材に用いて
好適な機械構造用鋼に関し、とくに振動や騒音を抑制し
うる振動減衰特性に優れる鋼板およびその製造方法を提
案しようとするものである。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
始めとして、とく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機械構造物に生じる振動および
それらに伴われる騒音が、社会問題とされる風潮が著し
い。

【０００２】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な手法が講
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、その原因を排除することは一般には困難である。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方法が注目されている。

【０００３】

【従来の技術】特開平4-180524号公報には、AlN を細粒
鋼材の表面部に粒界酸化層を形成させさらに、冷間加工
を施し、表面部にミクロクラックを発生させることによ
り制振効果を増大させるなどの各種の制振合金が報告さ
れているが、それぞれ強度、溶接性および制振性が十分
でなかったりするという問題があった。

【０００４】また、特公昭60-9579 号公報には片状黒鉛
が 7〜15％の防振鋳鉄が、さらに特開平3-215648号公報
には表面に20μm 以上の粒界腐食処理を付与したAl-Zn
合金系材料が、そして特開平3-249154号公報には２枚の
Cu-Zn 板の間に樹脂を挟み込んだ複合板が開示されてい
る。しかし、いずれの材料も溶接性に難点があったり、
靭性の改善を必要としたり、高価であるという問題をの
こしていた。

【０００５】また、本出願人は特開平4-80320 号公報に
高振動減衰能を有する溶接用鋼の製造方法を先に提案し
ているが、この発明の鋼板の制振減衰能はまだ不十分で
あり、更なる特性の向上が望まれていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術で開示された鋼材より極めて高い制振性を有する冷
延鋼板およびその製造方法を提案することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の鋼
の振動減衰特性の向上を図るべく種々検討を重ねた結
果、鋼材にAlを 1〜 7％添加し、かつ表面部に微細な粒
界クラックを導入することで飛躍的に制振性が向上する
ことを見出した。すなわち、本発明は、C:0.25wt% 以
下、Si:0.05 wt% 以下、Mn:0.05 〜2.5wt%、Al:1.0〜7.
0 wt% 、N:0.0080wt% 以下を含み、さらに必要に応じて
Ti:0.005〜0.2wt%、Nb:0.005〜0.2wt%、V :0.005〜0.2w
t%のうち１種または２種以上を含有し、残部はFeおよび
不可避的不純物よりなる鋼板であって、その表面部に板
厚に対する厚みの比が10〜30％の粒界酸化層を備え、か
つ該粒界酸化層に沿ったミクロクラックを有することを
特徴とする振動減衰特性に優れた鋼板であり、また、本
発明は、C:0.25wt% 以下、Si:0.05 wt% 以下、Mn:0.05
〜2.5wt%、Al:1.0〜7.0 wt% 、N:0.0080wt% 以下を含
み、さらに必要に応じてTi:0.005〜0.2wt%、Nb:0.005〜
0.2wt%、V :0.005〜0.2wt%のうち１種または２種以上を
含有し、残部はFeおよび不可避的不純物よりなる鋼を、
粒界酸化が進行する条件に調整された雰囲気下で焼鈍処
理し、該鋼の表面部に板厚に対する厚みの比が10〜30％
の粒界酸化層を形成し、さらに冷間加工を施すことによ
り前記粒界酸化層にミクロクラックを発生させることを
特徴とする振動減衰特性に優れた鋼板の製造方法であ
る。

【０００８】

【作用】まず本発明において、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:0.25wt% 以下 C は、通常の鋼では強化成分として含有させるが、本発
明鋼では、AlやMnの固溶による強化作用を利用するの
で、強化成分としての下限の量は規定しない。また、粒
界酸化が進行する条件に調整された雰囲気下での焼鈍処
理によって脱炭されるので多めに含有できるが、多すぎ
ると熱間圧延、冷間圧延における製造性が悪くなるので
0.25wt% を上限とした。

【０００９】Si:0.05 wt% 以下 Mn量を低減した鋼への0.05wt% を越えてのSi添加は制振
性を劣化させるので、0.05wt% を上限とした。 Mn:0.05 〜2.5wt% Mnは酸素と結合して粒界酸化層を生成させるのに有効な
元素で、0.05wt% 以上は必要であり、一方2.5wt%を越え
ても効果は少なく、製造性および加工性も劣化するので
0.05 〜2.5wt%の範囲に限定した。

【００１０】Al:1.0〜7.0wt% Alはフェライト安定元素であり、フェライト粒の粗大化
および磁気力学的効果を通して振動減衰特性を向上させ
るが、その含有量が1.0wt%に満たないとその効果がな
く、一方、7.0wt%を越える含有では加工性および鋼材の
靱性が著しく劣化するので含有量は1.0 〜7.0wt%の範囲
とした。

【００１１】N:0.0080wt% 以下 N は、その含有量が低い方が制振性および靱性の面から
好ましく、許容できる上限は0.0080wt% である。 Ti:0.005〜0.2wt%、Nb:0.005〜0.2wt%、V :0.005〜0.2w
t% Ti、Nb、V は、いずれも炭化物として析出し、制振性を
劣化することなく高強度化に寄与する元素であり、必要
に応じて１種または２種以上を含有できる。しかし、そ
れぞれ0.005 wt% に満たないとその効果がなく、またそ
れぞれ0.2wt%を越えて含有させると鋼の制振性と経済性
を劣化さるので、それぞれ0.005 〜0.2wt%の範囲に限定
した。

【００１２】上記成分の他、本発明では不純物成分とし
てP 、S をそれぞれ0.01wt% 、0.005 wt% までは許容で
きる。P は、その含有量の増加とともに制振性を劣化さ
せるが、0.01wt% までは許容できるので上限を0.01wt%
とする。S は、P 同様、制振性に好ましくない成分であ
り、その含有量が0.005wt%を越えると制振性がとくに劣
化する。したがってS 含有量は0.005wt%を上限とする。

【００１３】本発明では上記組成に限定した鋼板を、例
えば、粒界酸化が進行する条件に調整された雰囲気下で
焼鈍処理し、さらに冷間加工を施すことにより粒界酸化
層にミクロクラックを発生させることがきる。本発明の
冷延鋼板は、この粒界酸化層のミクロクラックにより制
振効果を著しく増大させたものである。

【００１４】粒界酸化層の厚みは、小さすぎると制振効
果が少なく、大きすぎると引張強さ、靭性など機械的性
質が著しく低下するので、板厚に対する粒界酸化層の厚
みの比が10〜30％となるようにすることが望ましい。ミ
クロクラックを発生させるための冷間加工の条件は特に
限定しないが、ロールレベラーラインで通板するのが望
ましい。

【００１５】本発明の材料は、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、線材などにも用いることがで
きる。以下、本発明を実施例に基づいてより詳細に説明
するが、本発明の範囲はこの実施例によって特に制限さ
れるものではない。

【００１６】

【実施例】表 1に示す種々の成分組成になる鋼を常法に
したがって溶製、鋳造し、さらに通常の熱間圧延にて厚
さ4.0mm の鋼板とし、さらに冷間圧延により板厚1.0mm
の冷延鋼板とした。その後、H₂：N₂＝３：１のガス雰囲
気中で表１に示す条件で焼鈍を行い板厚両面から各々約
100 μm の粒界酸化層を生じさせた。次にこれらの焼鈍
板に伸び率 1％の冷間圧延を施し、その後ロール径30mm
のロールレベラーに通板した。

【００１７】表１において、記号A1、B1、C1、Ｄ、Ｅ、
Ｆは本発明の鋼の成分組成になる鋼板でかつ板厚に対す
る鋼表面部の粒界酸化層の厚みの比が本発明の範囲内に
ある鋼板である。A2、B2、B3、C2、C3は比較例で、本発
明の鋼の成分組成になる鋼板であるが、板厚に対する鋼
表面部の粒界酸化層の厚みの比が本発明の範囲外であ
る。

【００１８】一方、記号Ｇ〜Ｊは比較例であり、Ｇ、
Ｈ、ＪはAl量が低いもの、ＩはAl量が高いものである。
また、Ｋは特開平4-30820 号公報で開示された鋼を従来
例として示したものである。さてこれらの鋼板につい
て、母材の引張特性および減衰特性を示す内部摩擦
(Q ^-1) を測定し、得られた結果を表１に併せて示す。

【００１９】この表から明らかなように、本発明の成分
組成になる鋼は、比較例、従来例に比べて格段に内部摩
擦値が優れている。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【発明の効果】本発明鋼は、Alを1.0 〜7.0wt%添加した
鋼材の表面部にミクロクラックを導入した鋼材であり、
著しく優れた制振性を有するので、工業上有用な材料で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小関 智也 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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 C:0.25wt% 以下、Si:0.05 wt% 以下、M
   n:0.05 〜2.5wt%、Al:1.0〜7.0 wt% 、N:0.0080wt% 以
   下を含み、残部はFeおよび不可避的不純物よりなる鋼板
   であって、その表面部に板厚に対する厚みの比が10〜30
   ％の粒界酸化層を備え、かつ該粒界酸化層に沿ったミク
   ロクラックを有することを特徴とする振動減衰特性に優
   れた鋼板。
2. 【請求項２】 C:0.25wt% 以下、Si:0.05 wt% 以下、M
   n:0.05 〜2.5wt%、Al:1.0〜7.0 wt% 、N:0.0080wt% 以
   下を含み、かつTi:0.005〜0.2wt%、Nb:0.005〜0.2wt%、
   V :0.005〜0.2wt%のうち１種または２種以上を含有し、
   残部はFeおよび不可避的不純物よりなる鋼板であって、
   その表面部に板厚に対する厚みの比が10〜30％の粒界酸
   化層を備え、かつ該粒界酸化層に沿ったミクロクラック
   を有することを特徴とする振動減衰特性に優れた鋼板。
3. 【請求項３】 C:0.25wt% 以下、Si:0.05 wt% 以下、M
   n:0.05 〜2.5wt%、Al:1.0〜7.0 wt% 、N:0.0080wt% 以
   下を含み、残部はFeおよび不可避的不純物よりなる鋼
   を、粒界酸化が進行する条件に調整された雰囲気下で焼
   鈍処理し、該鋼の表面部に板厚に対する厚みの比が10〜
   30％の粒界酸化層を形成し、さらに冷間加工を施すこと
   により前記粒界酸化層にミクロクラックを発生させるこ
   とを特徴とする振動減衰特性に優れた鋼板の製造方法。
4. 【請求項４】 C:0.25wt% 以下、Si:0.05 wt% 以下、M
   n:0.05 〜2.5wt%、Al:1.0〜7.0 wt% 、N:0.0080wt% 以
   下を含み、かつTi:0.005〜0.2wt%、Nb:0.005〜0.2wt%、
   V :0.005〜0.2wt%のうち１種または２種以上を含有し、
   残部はFeおよび不可避的不純物よりなる鋼を、粒界酸化
   が進行する条件に調整された雰囲気下で焼鈍処理し、該
   鋼の表面部に板厚に対する厚みの比が10〜30％の粒界酸
   化層を形成し、さらに冷間加工を施すことにより前記粒
   界酸化層にミクロクラックを発生させることを特徴とす
   る振動減衰特性に優れた鋼板の製造方法。