JPH07316738A - 振動減衰特性に優れた溶接構造用鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 Ｃ：0.02wt％以下、Si：0.02wt％以下、Mn：
10〜30wt％、Cu：0.05〜1.50wt％、Al：１〜７wt％及び
Ｎ：0.0080wt％以下を含み、残部は鉄及び不可避的不純
物よりなる振動減衰特性に優れた溶接構造用鋼。 【効果】 高い振動減衰特性をそなえ、かつ500 MPa 以
上のより優れた引張強度を有し、また、溶接可能で溶接
部じん性も優れしかも内部応力の作用下でも良好な制振
効果を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、溶接構造用の部材に
用いて好適な溶接構造用鋼、なかでも振動や騒音を抑制
し得る振動減衰特性に優れ、引張強度が500 MPa 以上を
有する溶接構造用鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、大重量の通過車両の移動に伴う鉄
道橋や自動車用道路橋、また特に居住地域に隣接して立
地した工場や作業場などの施設ないしは機械構造物など
で、生じる振動とそれに伴う騒音が社会問題とされる風
潮が強く、このため、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様々な手法を講じ、騒音を減少
させる努力がなられている。しかし、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的には困
難である。

【０００３】そこで、構造部材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や騒音
の抜本的な改善を図ろうとする方法が注目されている。
例えば特開平１−１６２７４６号公報には、積層欠陥エ
ネルギーの擬弾性挙動を利用する制振合金として、オー
ステナイト組織を有するFe−Ni−Mn三元合金及びFe−Ni
−Cr三元合金が実施例として挙げられている。しかし、
これらの三元合金は強度が低いという問題があるばかり
か、高価なNiを多量に添加するために高価であるという
問題点もあった。

【０００４】また、特開平４−６３２４４号公報には、
上掲特開平１−１６２７４６号公報に記載の合金がそな
える問題を解決するものとして、Fe−Al−Mn三元合金が
提案されている。しかし、この合金は、強度が低く、引
張強さが 500 MPaに達しないという問題があった。その
他、特開平４−６３２４４号公報には、強磁性型のCu−
Al系制振鋼板が提案されているが、この種の鋼板は、内
部応力負荷状態では制振性が低下する点で問題を残して
いた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記問題
点を有利に解決するもので、優れた溶接性及びじん性を
有し、しかも引張強さ500 MPa 以上であって、さらに振
動減衰特性に優れた溶接構造用鋼を提案することを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】発明者らは、純鉄がそな
える高い振動減衰能を維持しつつ、強度向上のためにCu
を添加したFe−Cu系強磁性体型の制振鋼板を先に開発し
た。そして、その振動減衰特性をさらに改善すべく種々
検討した結果、このFe−Cu系組成に、Al−Mn又はSi−Mn
を複合添加した鋼板が、双晶の移動及び積層欠陥の擬弾
性挙動を振動減衰機構として併せて利用することがで
き、もって優れた振動減衰能を有しつつさらに高い強度
を持ち得ることを見い出し、この発明を完成するに至っ
た。

【０００７】すなわち、この発明は、Ｃ：0.02wt％以
下、Si：0.02wt％以下、Mn：10〜30wt％、Cu：0.05〜1.
50wt％、Al：１〜７wt％及びＮ：0.0080wt％以下を含
み、残部は鉄及び不可避的不純物よりなる振動減衰特性
に優れた溶接構造用鋼（第１発明）である。

【０００８】また、この発明は、Ｃ：0.02wt％以下、S
i：２〜10wt％、Mn：10〜30wt％、Cu：0.05〜1.50wt
％、Al：0.05wt％以下及びＮ：0.0080wt％以下を含み、
残部は鉄及び不可避的不純物よりなる振動減衰特性に優
れた溶接構造用鋼（第２発明）である。

【０００９】

【作用】この発明の振動減衰特性に優れた溶接構造用鋼
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：0.02wt％以下 Ｃは、通常の鋼では強化成分として含有させるものであ
るが、この発明の鋼では、強化成分としての量は必要な
く、むしろ0.02wt％を超えるようなＣ含有量では、振動
減衰特性を劣化させるので、0.02wt％を上限とした。

【００１０】Mn：10〜30wt％ Mnは、双晶の移動及び積層欠陥の擬弾性挙動を利用する
制振合金には欠かせない成分であり、その量が10wt％に
満たないとその効果に乏しくなり、一方、30wt％を超え
て含有させてもそれ以上の効果の向上は少ないばかり
か、製造性、加工性の劣化も著しいため、30wt％を上限
とした。

【００１１】Cu：0.05〜1.50wt％ Cuは、時効処理により微細なε−Cuとして析出させて鋼
を強化する成分であり、Cuを含有させることにより、振
動減衰特性を損なうことなしに強度を向上させることが
できる。したがってこの発明では必須の成分であるが、
Cu含有量が0.05wt％に満たないとその効果に乏しく、一
方、1.5 wt％を超えて含有させると熱間割れを生じるお
それがあるので、0.05〜1.50wt％の範囲とした。 Ｎ：0.0080wt％以下 Ｎは、その含有量が低いほうが振動減衰特性の面から好
ましく、許容できる上限は0.008 wt％である。

【００１２】Si：0.02wt％以下（第１発明）、２〜10wt
％（第２発明） 第１発明のように、AlとMnとを複合添加する場合には、
Siを0.02wt％を超えて含有させると振動減衰特性を劣化
させるので上限を0.02wt％とした。また、第２発明で
は、SiはMnと同様に双晶の移動及び積層欠陥の擬弾性挙
動を制振機構として利用するのが有用であるため、２〜
10wt％含有させる。このようにSiは、振動減衰特性を向
上させる成分であるが、その含有量が２wt％に満たない
と効果がなく、一方、10wt％を超える含有では、かえっ
て振動減衰特性が劣化し、また加工性も著しく劣化する
ためSi含有量は２〜10wt％の範囲とした。

【００１３】Al：１〜７wt％（第１発明）、0.05wt％以
下（第２発明） 第１発明のように、AlとMnとを複合添加する場合には、
Alはフェライト安定元素として、フェライト粒の粗大化
及び安定化を通して振動減衰特性を向上させる成分であ
り、１〜７wt％の範囲で含有させる。１wt％に満たない
とその効果がなく、一方、７wt％を超える含有では、加
工性及び鋼材のじん性が劣化するのでAl含有量は、１〜
７wt％の範囲とした。また、第２発明のように、Si及び
Mnを複合添加する場合には、Alは脱酸のために含有させ
る。しかし、かようなFe−Cu−Si−Mn系鋼に関しては、
Alを0.05wt％を超えて含有させると、かえって振動減衰
特性を劣化させるので、0.05wt％を上限とした。

【００１４】上記した成分の他、この発明では、不純物
成分としてＰ、Ｓをそれぞれ0.01wt％、0.005 wt％まで
許容できる。Ｐは、その含有量の増加とともに振動減衰
特性を劣化させるが、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、振動減衰特性に好
ましくない成分であり、その含有量が0.005 wt％を超え
ると振動減衰特性が特に劣化する。したがってＳ含有量
は、0.005 wt％を上限とする。

【００１５】この発明の鋼の製造方法について、まず溶
製に関しては、転炉、電気炉等の通常行われている方法
を用いればよく、また造塊−分塊又は連続鋳造により鋼
塊、スラブ、鋼片等にしたのち、熱間圧延により厚板、
薄板、形鋼、棒鋼、線材等、各種所望の形状に仕上げて
使用することができる。なお、熱間圧延後は、Cuを析出
させるために焼戻しを施すことが好ましい。

【００１６】

【実施例】

実施例１ 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て厚さ25mmに仕上
げ、その後930 ℃の焼なまし処理を施して鋼板Ａ〜Ｑを
得た。Cuを含有する鋼は、さらに析出時効処理として57
5 ℃で１ｈの熱処理を行った。

【００１７】

【表１】

【００１８】表１において、記号Ａ〜Ｃ、Ｌ〜Ｑはこの
発明の鋼の成分組成になる鋼板である。一方、記号Ｄ〜
Ｋは比較例であり、ＤはCuを含有しないもの、ＥはMn量
が低いもの、ＦはSi量あるいは、Al量が低くてCuを含有
しないもの、ＧはMn量が高いもの、ＨはＣ量が高いも
の、ＩはSi量が高くて、Cuを含有しないもの、ＪはAl量
が高いものである。またＫは参考例としてSS 400鋼を示
した。

【００１９】さて、これらの鋼板について母材の引張特
性、０℃におけるシャルピー吸収エネルギー、内部摩擦
Ｑ^-1を測定し、また溶接部のじん性についても測定し
て、得られた結果を表１に併せて示す。なお、溶接部の
じん性は、入熱量10 kJ/mmのサブマージアーク溶接を行
って、溶接継手ボンド部について測定したものである。

【００２０】同表から明らかなように、この発明の成分
組成になる鋼Ａ〜Ｃ、Ｌ〜Ｑは、いずれも構造用鋼板と
して要求される十分な強度、じん性及び溶接部じん性を
有している。また、SS 400鋼に比較して格段に優れた内
部摩擦値を示している。これに対して、この発明の成分
組成範囲を満足しない比較例は、Ｄは強度が、Ｅ，Ｆ，
Ｈ，Ｉは内部摩擦値が、Ｇ，Ｊはじん性がそれぞれ劣
り、この発明の目的を達成することができなかった。

【００２１】実施例２ 表２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て厚さ25mmに仕上
げ、その後930 ℃の焼なまし処理を施して鋼板１〜17を
得た。Cuを含有する鋼は、さらに析出時効処理として57
5 ℃で１ｈの熱処理を行った。

【００２２】

【表２】

【００２３】表２において、記号１〜３、12，13はこの
発明の鋼の成分組成になる鋼板である。一方、記号４〜
11は比較例であり、４はCuを含有しないもの、５はMn量
が低いもの、６はSi量が高くてCuを含有しないいもの、
７はMn量が高いもの、８はＣ量が高いもの、９はSi量が
高くてCuを含有しないもの、10はAl量が高いものであ
る。また11は参考例としてSS 400鋼を示した。さて、こ
れらの鋼板について母材の引張特性、０℃におけるシャ
ルピー吸収エネルギー、内部摩擦Ｑ^-1を測定し、また溶
接部のじん性についても測定して、得られた結果を表１
に併せて示す。なお、溶接部のじん性は、入熱量10 kJ/
mmのサブマージアーク溶接を行って、溶接継手ボンド部
について測定したものである。

【００２４】同図から明らかなように、この発明の成分
組成になる鋼１〜３、12, 13は、いずれも構造用鋼板と
して要求される値以上の、500 MPa 以上を満足し、じん
性も０℃の吸収エネルギー100 Ｊ以上を母材、溶接部と
もに満足している。また、SS400鋼に比較して格段に優
れた内部摩擦値を示している。これに対して、この発明
の成分組成範囲を満足しない比較例は、４は強度が、
５，６，８〜10は内部摩擦値が、７はじん性がそれぞれ
劣り、この発明の目的を達成することができなかった。

【００２５】

【発明の効果】この発明の鋼板は、高い振動減衰特性を
そなえ、かつ500 MPa 以上のより優れた引張強度を有
し、また、溶接可能で溶接部じん性も優れしかも内部応
力の作用下でも良好な制振効果を得ることができるとい
う工業上有用な特性を有する。

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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃ：0.02wt％以下 Si：0.02wt％以下、 Mn：10〜30wt％、 Cu：0.05〜1.50wt％、 Al：１〜７wt％及び Ｎ：0.0080wt％以下 を含み、残部は鉄及び不可避的不純物よりなる振動減衰
   特性に優れた溶接構造用鋼。
2. 【請求項２】 Ｃ：0.02wt％以下、 Si：２〜10wt％、 Mn：10〜30wt％、 Cu：0.05〜1.50wt％、 Al：0.05wt％以下及び Ｎ：0.0080wt％以下 を含み、残部は鉄及び不可避的不純物よりなる振動減衰
   特性に優れた溶接構造用鋼。