JPH0849039A - 制振性に優れるＦｅ−Ｃｕ−Ａｌ鋼及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 Ｃ：0.02mass％以下、Si：0.02mass％以下、
Mn：0.08mass％以下、Cu：0.05〜1.50mass％、Al：1.0
〜7.0 mass％及びＮ：0.008 mass％以下を含有し、残部
はFe及び不可避的不純物よりなり、しかも粒径0.1 mm以
上のフェライト粒体積率が20％以上である制振性に優れ
るFe−Cu−Al鋼。この鋼は、700 〜1050℃の範囲に１ｈ
以上加熱保持・冷却した後、さらに450 〜650 ℃の熱処
理を施すことにより得られる。 【効果】 優れた制振性と、構造用材料として十分な引
張強度が400MPa以上の強度を有し、しかも靱性も良好で
経済性も優れているという工業上有用な特性を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、構造物の部材等に用
いて好適な鋼に関し、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著しい。
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
けれども、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。

【０００２】

【従来の技術】上記の制振性を付与した鋼材について、
既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52−1443
17号公報には、３〜40mass％（以下単に％で示す）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％Alを含有する制振厚鋼板
が、そして特公昭57−22981 号公報には、４〜７％Cr、
３〜５％Alを含有する制振性を揺する鋼材がそれぞれ開
示されている。しかし、いずれの鋼材も低強度であり構
造部材としては使用できない。また制振性が十分でなか
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。

【０００３】これに対し発明者らは先に、Mn量を0.08％
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 ％以上添加することで、制振減衰機
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）。かかる鋼板の振動減衰機構は次のとおりと考
えられる。すなわち、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。かような鋼に外力（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のである。この鋼板は、
同様な制振機構になる純鉄の優れた制振性に、強度及び
靱性を付与して構造用部材として適用できるようにした
ものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平４−13847
号公報に開示された鋼板は、強度、じん性、制振性のい
ずれも優れているが、制振性に関してはさらなる向上が
望まれていた。そこで量産が可能であり、より高い制振
性を有し、しかも構造用鋼材として必要な強度を具備し
て靱性に優れ、比較的安価な、振動減衰特性に優れた引
張強度が400MPa以上の鋼をその有利な製造方法とともに
提案することがこの発明の目的である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】発明者らは、前述の鋼の
振動減衰特性向上を図るべく種々検討を重ねた結果、か
かる鋼のフェライト粒径を制御することで制振性が向上
し、特に粒径が概ね0.1 mm以上の再結晶フェライト粒の
体積率が20％以上の場合に制振性が著しく向上すること
を見出した。

【０００６】上記の知見に基づき、上記の鋼に比べてさ
らに振動減衰能を向上させたこの発明は、Ｃ：0.02％以
下、Si：0.02％以下、Mn：0.08％以下、Cu：0.05〜1.50
％、Al：1.0 〜7.0 ％及びＮ：0.008 ％以下を含有し、
残部はFe及び不可避的不純物よりなり、しかも粒径0.1
mm以上のフェライト粒体積率が20％以上である制振性に
優れるFe−Cu−Al鋼（第１発明）である。

【０００７】またこの発明は、Ｃ：0.02％以下、Si：0.
02％以下、Mn：0.08％以下、Ni：0.05〜1.5 ％、Cu：0.
05〜1.50％、Al：1.0 〜7.0 ％及びＮ：0.008 ％以下を
含有し、残部はFe及び不可避的不純物よりなり、しかも
粒径0.1 mm以上のフェライト粒体積率が20％以上である
制振性に優れるFe−Cu−Al鋼（第２発明）である。

【０００８】さらに、この発明は、Ｃ：0.02％以下、S
i：0.02％以下、Mn：0.08％以下、Cu：0.05〜1.50％、A
l：1.0 〜7.0 ％及びＮ：0.008 ％以下を含有し、残部
はFe及び不可避的不純物よりなる鋼を700 〜1050℃の範
囲に１ｈ以上加熱保持・冷却した後、さらに450 〜650
℃の熱処理を施すことを特徴とする制振性に優れるFe−
Cu−Al鋼の製造方法（第３発明）である。

【０００９】またさらにこの発明は、Ｃ：0.02％以下、
Si：0.02％以下、Mn：0.08％以下、Ni：0.05〜1.5 ％、
Cu：0.05〜1.50％、Al：1.0 〜7.0 ％及びＮ：0.008 ％
以下を含有し、残部はFe及び不可避的不純物よりなる鋼
を700 〜1050℃の範囲に１ｈ以上加熱保持・冷却した
後、さらに450 〜650 ℃の熱処理を施すことを特徴とす
る制振性に優れるFe−Cu−Al鋼の製造方法（第４発明）
である。

【００１０】

【作用】この発明の振動減衰特性に優れた構造用鋼にお
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：0.02％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
発明の鋼では、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％を超えると、制振性を劣化させるので、0.02％以
下に限定した。 Si：0.02％以下 Mn量を低減した鋼へのSi添加は制振性を劣化させるの
で、0.02％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0.08％であるので0.08％以下に限定した。

【００１１】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
強度と靱性と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1.5 ％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0.05〜1.50％
の範囲とした。

【００１２】Al：1.0 〜7.0 ％ Alは、Mnを0.08％以下に低減した、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％を超え
る含有では靱性が劣化するので含有量は1.0 〜7.0 ％の
範囲とした。 Ｎ：0.008 ％以下 Ｎは、その含有量が低い方が制振性及び靱性の面から好
ましく、許容できる上限は0.008 ％以下である。

【００１３】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0.05〜1.5 ％含有させる。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1.5 ％を超えると経済的
でないという不都合が生じるのでNi量は、0.05〜1.5 ％
の範囲とした。

【００１４】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 ％まで許容でき
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 ％を超えると制振性が特に劣化す
る。したがってＳ含有量は0.005 ％を上限とする。

【００１５】以上の成分組成範囲に加えてこの発明の鋼
では、組織に関して粒径0.1 mm以上のフェライト粒体積
率が20％以上であることを規定する。本鋼材での振動減
衰性能は、磁壁の移動・磁気スピンの回転によってもた
らされるため、磁壁移動の障害になる粒界が少ないほど
良好な性能になる。すなわち、粒径が大きいほど好まし
い。磁壁の移動や磁気スピンの回転を容易に生じさせる
ためにはフェライト粒径は0.1 mm以上になる必要がある
ことから、フェライト粒径が0.1 mm以上のものについて
限定した。しかし、かかる0.1 mm以上のフェライト粒が
体積率で20％未満では、鋼材全体としての良好な振動減
衰特性が発揮できないので、0.1 mm以上のフェライト粒
が体積率で20％以上で存在することが必要である。

【００１６】この発明の材料は、通常の溶製、鋳造及び
圧延により厚鋼板とすることができ、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。一般に圧延ままの鋼板は、フェライト粒が伸長し、
また、その粒径も小さいためにこの発明では、熱処理に
よって所望の0.1 mm以上のフェライト粒径とする。圧延
時の加工ひずみを解消し、粒成長させるには700 ℃以上
の温度にする必要があるが、1050℃を超える高温に加熱
すると鋼材表面に微細な割れが発生する場合もあること
から、加熱温度は700 〜1050℃の範囲とする。当該温度
での保持時間は、１ｈ以上で所望するフェライト粒径及
びその体積率になるため、下限を１ｈとする。保持時間
が長くなるに従い粒径及び体積率は増加するため振動減
衰特性は良好になるが、保持時間の上限は鋼材の使用目
的、要求特性及び工業的経済性を勘案して個々に定める
のが好ましく、特に限定するものではない。さらにCuの
析出のために通常の焼きもどしを施すのが好ましい。こ
の焼きもどし温度は450 〜650 ℃の範囲とする。焼きも
どし温度が450 ℃を下回ると析出処理に長時間を要し、
一方650 ℃を上回ると析出による強度上昇が十分でなく
なるため450 〜650℃に限定した。この焼きもどし処理
時間は、対象物の大きさ等にも依存するため特に限定し
ないが、十分な析出強化と経済性の両立という観点から
600 〜3600Ｓの範囲が好ましい。ただし、高い強度を必
要としない場合には、この析出処理を省略することがで
きる。

【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て25mmに
仕上げ、700 〜1050℃で３ｈの焼なまし処理を施した。
その後さらにCu析出時効処理として575 ℃で１h の熱処
理を行った。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、いずれも本発明に係る焼なまし処理を施さな
いために0.1 mm以上の粒径を有するフェライト粒体積率
が低いものである。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
性及び内部摩擦Ｑ^-1を測定し、得られた結果を表１に併
せて示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】同表から明らかなように、この発明の特許
請求範囲になる鋼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。しかも0.1 mm以上の粒径を
有するフェライト粒の体積率が低い比較例に比べて内部
摩擦値が一層向上し、制振性が向上しているのがわか
る。

【００２０】

【発明の効果】この発明の振動減衰特性に優れた鋼材
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
性を高めた鋼において、粒径0.1mm 以上のフェライト粒
体積率を20％以上とすることにより、より優れた制振性
と、構造用材料として十分な引張強度が400MPa以上の強
度を有し、しかも靱性も良好で経済性も優れているとい
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 森影 康 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社鉄鋼開発・生産本部鉄鋼研究所 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 鉄株式会社鉄鋼開発・生産本部鉄鋼研究所 内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｃ：0.02mass％以下、 Si：0.02mass％以下、 Mn：0.08mass％以下、 Cu：0.05〜1.50mass％、 Al：1.0 〜7.0 mass％及びＮ：0.008 mass％以下を含有
   し、残部はFe及び不可避的不純物よりなり、しかも粒径
   0.1 mm以上のフェライト粒体積率が20％以上である制振
   性に優れるFe−Cu−Al鋼。
2. 【請求項２】Ｃ：0.02mass％以下、 Si：0.02mass％以下、 Mn：0.08mass％以下、 Ni：0.05〜1.5 mass％、 Cu：0.05〜1.50mass％、 Al：1.0 〜7.0 mass％及びＮ：0.008 mass％以下を含有
   し、残部はFe及び不可避的不純物よりなり、しかも粒径
   0.1 mm以上のフェライト粒体積率が20％以上である制振
   性に優れるFe−Cu−Al鋼。
3. 【請求項３】Ｃ：0.02mass％以下、 Si：0.02mass％以下、 Mn：0.08mass％以下、 Cu：0.05〜1.50mass％、 Al：1.0 〜7.0 mass％及びＮ：0.008 mass％以下を含有
   し、残部はFe及び不可避的不純物よりなる鋼を700 〜10
   50℃の範囲に１ｈ以上加熱保持・冷却した後、さらに45
   0 〜650 ℃の熱処理を施すことを特徴とする制振性に優
   れるFe−Cu−Al鋼の製造方法。
4. 【請求項４】Ｃ：0.02mass％以下、 Si：0.02mass％以下、 Mn：0.08mass％以下、 Ni：0.05〜1.5 mass％、 Cu：0.05〜1.50mass％、 Al：1.0 〜7.0 mass％及びＮ：0.008 mass％以下を含有
   し、残部はFe及び不可避的不純物よりなる鋼を700 〜10
   50℃の範囲に１ｈ以上加熱保持・冷却した後、さらに45
   0 〜650 ℃の熱処理を施すことを特徴とする制振性に優
   れるFe−Cu−Al鋼の製造方法。