JPH0790498A

JPH0790498A - 振動減衰能の優れた鉄基制振合金

Info

Publication number: JPH0790498A
Application number: JP23364393A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Ota; 裕樹太田; Tomoya Koseki; 智也小関; Yasushi Morikage; 康森影; Kenichi Amano; 虔一天野
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1993-09-20
Filing date: 1993-09-20
Publication date: 1995-04-04

Abstract

(57)【要約】【目的】機械構造用鋼として必要な強度、靱性を具備
し、比較的安価な振動減衰特性に優れた引張強さが４０
０ＭＰａ以上の機械構造用鋼を提案する。【構成】Ｆｅ−（１．０〜７．０）％Ａｌ−（０．０
５〜１．５０）％Ｃｕ系制振鋼に対し、（０．０５〜２
０）％のＣｒを添加する。

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、引張強さが400MPa以上の
機械構造用鋼を提案しようとするものである。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】上記の制振性を付与した鋼材について、
すでにいくつかの提案が行われている。例えば、特公昭
60-26813号公報には、低降伏点で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52-14431
7 号公報には、3 〜40wt% CrでさらにTi、Alを添加した
防振鋼が、さらに特開昭57-181360 号公報には、1.5 〜
9 wt% Alを含有する制振厚鋼板が、そして特公昭57-229
81号公報には、4 〜7 wt% Cr、3 〜5 wt% 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。

【０００４】しかし、いずれの鋼材も比較的低強度であ
り、構造部材としては使用できない。また制振性が充分
でなかったり、合金成分が多量に添加されて高価である
という問題を残していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】量産が可能であり、高
い制振性を有し、しかも機械構造用鋼材として必要な強
度、靱性を具備し、比較的安価な、振動減衰特性に優れ
た引張強さが400MPa以上の機械構造用鋼を提案すること
がこの発明の目的である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】さて強磁性体の鋼では、
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、主にこの影響を受けて内部は磁区に分割
されている。このような鋼に外力 (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
磁歪を通じて歪みを引き起こす。この歪みは、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。

【０００７】しかし、純鉄は、強度が低く、また靱性の
面からも構造部材としての適用は不可能である。これに
対し、本発明者らは先に、Mn量を0.08wt% 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%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備える鋼
板を提案した( 特開平4-13847 号公報参照) 。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の鋼
の強度および振動減衰能の向上を図るべく種々検討を重
ねた結果、上記の鋼に0.05〜20wt% のCrを添加すること
で制振性を損なうことなしに強度をさらに向上させ得る
ことを見出した。上記の知見に基づき、先願鋼に比べさ
らに機械的特性を向上させたこの発明は、C:0.02wt% 以
下、Si:0.02 wt% 以下、Mn:0.08 wt% 以下、Cu:0.05 〜
1.50wt%、Cr:0.05 〜20wt% 、Al:1.0〜7.0 wt% 、N:0.0
040wt% 以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物
よりなる振動減衰特性に優れた機械構造用鋼であり、ま
たこの発明は、C:0.02wt% 以下、Si:0.02 wt% 以下、M
n:0.08 wt% 以下、Ni:0.05〜1.50wt% 、Cu:0.05 〜1.50
wt% 、Cr:0.05 〜20wt% 、Al:1.0〜7.0 wt% 、N:0.0040
wt% 以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物より
なる振動減衰特性に優れた機械構造用鋼である。

【０００９】

【作用】この発明の振動減衰特性および強度、靱性に優
れた機械構造鋼において、成分組成を上記の範囲に限定
した理由についてまず説明する。 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が、この
発明鋼では、Cuの析出による強化作用を利用するので、
強化成分としての量は必要ない。むしろC 含有量が0.02
wt% を越えると、制振性を劣化させるので、0.02wt% 以
下に限定した。 Si:0.02 wt% 以下 Mn量を低減した鋼への0.02wt% を越えてのSi添加は制振
性を劣化させるので、0.02wt% を上限とした。 Mn:0.08%以下 Mnは、Cu添加により強化する際に、靱性に悪い影響を与
えるので、その含有量は低いほど好ましく、その含有量
の上限は0.08wt% であるので0.08wt% 以下に限定した。 Cu:0.05 〜1.50% Cuは、時効処理により微細なε-Cu として析出させて、
鋼を強化させる成分であり、Mn含有量を低下させた鋼に
Cuを含有させることにより、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。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0.05% に満た
ないとその効果に乏しく、一方1.50% を越えて含有させ
ると熱間割れを生じる恐れがあるので0.05〜1.50% の範
囲とした。 Cr:0.05 〜20wt% Crは内部摩擦値の劣化なしに強度を上昇させる効果を有
し、しかも鋼材の耐食性を良好にする重要な元素であり
本発明に不可欠であるが、0.05wt% 未満の添加ではその
効果がなく、一方20wt% を越えて添加すると効果が飽和
し、また経済性を損なうため0.05〜20wt% の範囲とし
た。 Al:1.0〜7.0% Alは、Mnを0.08% 以下に低減し、ほぼ純鉄組成になる鋼
において振動減衰特性を向上させるが、その含有量が1.
0%に満たないとその効果がなく、一方、7.0%を越える含
有では溶接部の靱性が劣化するので含有量は1.0 〜7.0%
の範囲とした。 N:0.0040% 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0.0040% 以下である。

【００１０】この発明の鋼は、第２発明において以上の
成分に加えてさらにNiを0.05〜1.50% 含有させる。 Ni:0.05 〜1.50wt% Niは、Cuの添加に由来する熱間割れの傾向を制振性を損
なうことなしに抑えることができる。Ni量が0.05% に満
たないとその効果に乏しく、一方1.50% を越えると経済
的でないという不都合が生じるのでNi量は、0.05〜1.50
% の範囲とした。

【００１１】上記成分の他、この発明では不純物成分と
してP 、S をそれぞれ0.01% 、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、0.01% までは許容できるので上限を0.01% 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0.005%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0.005%を上限とする。

【００１２】この発明の材料は、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。なお、Cuの析出のために通常の焼もどしを施す
のが好ましい。

【００１３】

【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25
mmに仕上げ、850 ℃〜1000℃で焼なまし処理し、さらに
Cu析出時効処理として575 ℃で1hの熱処理を行った。得
られた製品の機械的特性は、鋼板中央部から丸棒引張試
験片を採取し測定した。また減衰特性(Q^-1) は、鋼板中
央部から1.5mm 厚の短冊状試験片を採取し機械インピー
ダンス法で測定した。 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。

【００１４】表 1において、記号A 〜E はこの発明の鋼
の成分組成になる鋼板である。一方、記号F 〜J は比較
例であり、Crが本発明におけるCrの範囲を外れたもので
ある。また記号K には従来鋼としてSS400 鋼を示した。
さてこれらの鋼板について、母材の引張特性および内部
摩擦Q ^-1を測定し、得られた結果を表 1に併せて示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】同表から明らかなように、この発明の成分
組成範囲になる鋼A 〜E は、いずれも構造用鋼板として
要求される引張強度400MPa以上を満足している。また従
来例のSS400 鋼に比較して格段に優れた内部摩擦値を示
し、制振性が向上している。さらに、本発明鋼Ａ〜Ｅは
比較例に比べ強度が上昇し、かつ内部摩擦値は特開平４
−１３８４７号公報の先願鋼と同等の値を示しており、
高い強度と良好な制振性をともに有することが分かる。

【００１７】

【発明の効果】この発明の振動減衰特性に優れた機械構
造用鋼は、Mn量を0.08% 以下に低減したほぼ純鉄の組成
になる鋼にCuを添加し、さらにAlを1.0 〜7.0%添加して
制振性を高めた低N 鋼に対し、Crを0.05〜20% 添加する
ことにより、構造用材料として十分な引張強度が400MPa
以上の高い強度と良好な制振性能をあわせ持つという工
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

【特許請求の範囲】

【請求項１】 C:0.02wt% 以下、Si:0.02 wt% 以下、M
n:0.08 wt% 以下、Cu:0.05 〜1.50wt% 、Cr:0.05 〜20w
t% 、Al:1.0〜7.0 wt% 、N:0.0040wt% 以下を含有し、
残部はFeおよび不可避的不純物よりなる振動減衰特性に
優れた機械構造用鋼。
【請求項２】C:0.02wt% 以下、Si:0.02 wt% 以下、Mn:
0.08 wt% 以下、Ni:0.05 〜1.50wt% 、Cu:0.05 〜1.50w
t% 、Cr:0.05 〜20wt% 、Al:1.0〜7.0 wt% 、N:0.0040w
t% 以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物より
なる振動減衰特性に優れた機械構造用鋼。