(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ  ：０．０２％以下、
Ｓｉ：０．０１％以上、３．５％以下、
Ｍｎ：０．２％未満、
Ｐ  ：０．０１０％以下、
Ｓ  ：０．００５％以下、
Ｃｒ：０．０２％以上、３．５％以下、
Ａｌ：０．００２％以上、３．５％以下、
Ｎ  ：０．００６％以下
を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、結晶粒径が１００μｍ以下で、かつ、板厚方向４分の１厚み位置における（２００）回折強度比が２．５〜１２．０であることを特徴とする、高強度・高靭性制振鋼板。
【請求項２】
さらに、質量％で、
Ｃｕ：０．０５〜２．５％、
Ｎｉ：０．０５〜２．５％、
Ｍｏ：０．０５〜４．５％、
Ｎｂ：０．００５〜０．２％、
Ｖ  ：０．００５〜０．２％、
Ｔｉ：０．００５〜０．１％、
Ｂ  ：０．０００３〜０．００５％
を１種または２種以上含有することを特徴とする、請求項１に記載の高強度・高靭性制振鋼板。
【請求項３】
さらに、質量％で、
Ｃａ：０．００１〜０．０５％、
ＲＥＭ：０．００１〜０．１％
を１種または２種含有することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の高強度・高靭性制振鋼板。
【請求項４】
質量％で、
Ｃ  ：０．０２％以下、
Ｓｉ：０．０１％以上、３．５％以下、
Ｍｎ：０．２％未満、
Ｐ  ：０．０１０％以下、
Ｓ  ：０．００５％以下、
Ｃｒ：０．０２％以上、３．５％以下、
Ａｌ：０．００２％以上、３．５％以下、
Ｎ  ：０．００６％以下
を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼を、加熱温度が１０００〜１２００℃、９５０℃以下の圧下率が３０〜７０％、圧延仕上温度が６００〜８５０℃で熱間圧延した後、６００〜９５０℃で焼戻しまたは焼きなまし熱処理することを特徴とする、結晶粒径が１００μｍ以下で、かつ、板厚方向４分の１厚み位置における（２００）回折強度比が２．５〜１２．０の高強度・高靭性制振鋼板の製造方法。
【請求項５】
さらに、質量％で、
Ｃｕ：０．０５〜２．５％、
Ｎｉ：０．０５〜２．５％、
Ｍｏ：０．０５〜４．５％、
Ｎｂ：０．００５〜０．２％、
Ｖ：０．００５〜０．２％、
Ｔｉ：０．００５〜０．１％、
Ｂ：０．０００３〜０．００５％
を１種または２種以上含有することを特徴とする、請求項４に記載の高強度・高靭性制振鋼板の製造方法。
【請求項６】
さらに、質量％で、
Ｃａ：０．００１〜０．０５％、
ＲＥＭ：０．００１〜０．１％
を１種または２種含有することを特徴とする、請求項４または請求項５に記載の高強度・高靭性制振鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、船舶、橋梁、産業機械、建築用構造材料として高い制振性を有する高強度な制振鋼板およびその製造方法に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、船舶、橋梁、産業機械、建築物はその材料には、構造材料の基本特性である強度、靭性に加え高い制振性が同時に要求される傾向にある。すなわち、例えば、橋梁上の高速鉄道走行時や大規模土木、建築作業時の騒音、振動を構造材料そのものの制振効果で抑え、かつ、構造部材として十分な靭性を有するという課題を解決しようとするものである。
【０００３】
樹脂サンドイッチ型制振鋼板に代わる制振性を目的とした部材に供される従来の鉄系材料は、振動による交番応力作用下での磁壁移動の非可逆運動によるヒステリシスに起因した高い制振特性を得るため、フェライトフォーマーを添加して組織をフェライト単相化することをねらい、Ａｌ及びＳｉを添加した材料と、Ｃｒを積極的に添加した材料との２種類に分けられる。前者の例としては、特開平４−９９１４８号公報に記載されるようにＡｌを最高７．０５％及びＳｉを最高４．５％まで添加した強磁性型制振合金があり、後者の例としては、特開昭５２−７３１１８号公報に記載されるようにＣｒを８〜３０％添加した強磁性制振合金などがある。さらに、特開平６−２２０５８３号公報及び特開平５−３０２１４８号公報で開示されているように、Ｍｎが０．１または０．２％以下で、Ｃｒを１〜５％を添加した強磁性制振合金がある。また、本発明者らは、特願平６−２５８９８２号（特開平８−１５８０１２号公報）でＭｎが０．２〜２．５％、Ｃｒを１〜５％を添加した強磁性制振合金を提案した。特開平７−２７８６５７号公報では、高靭性を有する制振合金およびその製造方法を示した。
【０００４】
また、田中良平、「制振材料その機能と応用」（広済堂１９９２年３月発行ｐ１９２〜１９７）に強磁性型合金として、外部応力が磁区壁の移動を引き起こし、それによるヒステリシス損で振動エネルギーが吸収されることが記述されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの合金のうち特開平４−９９１４８号公報記載の合金はＡｌ及びＳｉ添加量の上限規制が不適当であるため、粗大なＡｌ系及びＳｉ系介在物の生成をまねき、これが破壊の発生点として作用するため靭性が低下する。
【０００６】
また、特願平６−２５８９８２号（特開平８−１５８０１２号公報）に記載の発明では圧延条件を規定していないために制振性のバラツキが大きく、制振性の指標である損失係数が０．０２０±０．０１５であった。制振材料の文献では、制振合金の機構を書いたもので、その向上策や具体的な成分系・製造方法あるいは制振性に加えて靭性を同時に満足する方法に関する記述はない。
【０００７】
本発明は、バラツキの少ない優れた制振性および、強度・靭性の機械特性を同時に満足する、高強度・高靱性制振鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
（１）  質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：０．０１％以上、３．５％以下、Ｍｎ：０．２％未満、Ｐ：０．０１０％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｒ：０．０２％以上、３．５％以下、Ａｌ：０．００２％以上、３．５％以下、Ｎ：０．００６％以下を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、結晶粒径が１００μｍ以下で、かつ、板厚方向４分の１厚み位置における（２００）回折強度比が２．５〜１２．０であることを特徴とする、高強度・高靭性制振鋼板。
【０００９】
（２）  さらに、質量％で、Ｃｕ：０．０５〜２．５％、Ｎｉ：０．０５〜２．５％、Ｍｏ：０．０５〜４．５％、Ｎｂ：０．００５〜０．２％、Ｖ：０．００５〜０．２％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％、Ｂ：０．０００３〜０．００５％を１種または２種以上含有することを特徴とする、上記（１）に記載の高強度・高靭性制振鋼板。
【００１０】
（３）  さらに、質量％で、Ｃａ：０．００１〜０．０５％、ＲＥＭ：０．００１〜０．１％を１種または２種含有することを特徴とする、上記（１）または（２）に記載の高強度・高靭性制振鋼板。
【００１１】
（４）  質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：０．０１％以上、３．５％以下、Ｍｎ：０．２％未満、Ｐ：０．０１０％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｒ：０．０２％以上、３．５％以下、Ａｌ：０．００２％以上、３．５％以下、Ｎ：０．００６％以下を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼を、加熱温度が１０００〜１２００℃、９５０℃以下の圧下率が３０〜７０％、圧延仕上温度が６００〜８５０℃で熱間圧延後、６００℃〜９５０℃で焼戻しまたは焼きなまし熱処理することを特徴とする、結晶粒径が１００μｍ以下で、かつ、板厚方向４分の１厚み位置における（２００）回折強度比が２．５〜１２．０の高強度・高靭性制振鋼板の製造方法。
【００１２】
（５）  さらに、質量％で、Ｃｕ：０．０５〜２．５％、Ｎｉ：０．０５〜２．５％、Ｍｏ：０．０５〜４．５％、Ｎｂ：０．００５〜０．２％、Ｖ：０．００５〜０．２％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％、Ｂ：０．０００３〜０．００５％を１種または２種以上含有することを特徴とする、上記（４）に記載の高強度・高靭性制振鋼板の製造方法。
（６）  さらに、質量％で、Ｃａ：０．００１〜０．０５％、ＲＥＭ：０．００１〜０．１％を１種または２種含有することを特徴とする、上記（４）または（５）に記載の高強度・高靭性制振鋼板の裂造方法。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、振動による交番応力作用下での磁壁移動非可逆運動によるヒステリシスに起因した高い制振特性を得るために、磁壁移動に有害な各種元素や介在物、析出物の生成を招き、磁壁移動を妨げ、制振性を大きく損なう元素を極力低下した純鉄系成分を基本としている。
【００１４】
さらに、従来は結晶粒界が磁壁移動を阻害するため、もっぱら粗粒化することで制振性を向上させていたが、本発明者らは種々検討した結果、粗粒化による制振性向上の方法に替わる方法として、（２００）回折強度を高くすることで、大幅に制振性が向上することを発見した。（２００）回折強度を高くすることで、鋼板表面に平行な方向の＜１００＞方位が強化される。つまり、磁化容易方向が鋼板表面に平行な方向に強化される。磁化容易方向を強化することで制振性が向上することは新たな発見である。
【００１５】
この（２００）回折強度比が２．５以上になると、制振性の指標である損失係数は０．０１５以上確保できる。さらに、制振性能の観点のみから見ると、（２００）回折強度比は高い程よく、その結果として０．０１５〜０．０５の損失係数を確保することができる。靭性等の他の鋼材特性との兼ね合いから実用上（２００）回折強度比は２．５から１２．０の範囲が好ましい。ここで、（２００）回折強度比は、Ｘ線回折により板厚方向の４分の１厚み位置における（２００）回折強度を測定し、特定の方位を強化したり制御していないランダムサンプル材の（２００）回折強度に対する比を求めた。今回検討した結果では、（２００）回折強度比は最大でも１５程度であった。
【００１６】
この（２００）回折強度比を高くするためには、低温圧延を行うことが必要で、検討の結果、９５０℃以下の圧下率を３０％以上にすることで達成できる。このため、圧延仕上温度は９５０℃以下となる。
【００１７】
削除
【００１８】
次に靭性向上のためには、結晶粒径を１００μｍ以下にすることが必要である。上記の（２００）回折強度比を２．５以上にする製造方法のうち圧延仕上温度が６００℃未満では、結晶粒径が１００μｍを越えることがあるため、圧延仕上温度は６００℃以上とする。
【００１９】
熱間圧延後、（２００）回折強度比を高くし、圧延によって鋼板中に導入された歪を減少させるために、焼戻しまたは焼きなまし熱処理が必要であるが、高温で熱処理すると（２００）回折強度比が低くなるため、上限温度は９５０℃である。
【００２０】
このように、細粒組織でも集合組織を導入することで制振性が向上するが、さらに一層の制振性向上の検討を行った。その結果、フェライトフォーマーであるＳｉ、Ａｌ、Ｃｒを添加することで熱間圧延後の歪取り熱処理の過程で若干の粗粒化が達成され、制振性がさらに向上することを見出した。Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｒの添加で強度も上昇する。
【００２１】
次に、本発明の鋼成分の限定理由を説明する。
【００２２】
Ｃは、固溶状態でも炭化物として析出しても、磁壁移動の障害として作用して制振性を低下させるため低いほど好ましく、上限を０．０２％とする。
【００２３】
Ｓｉは、脱酸剤として重要であるため、０．０１％以上添加する必要がある。さらに、強度上昇のためには必要で、また、フェライトフォーマーであり、添加することで熱間圧延後の歪取り熱処理の過程で若干の粗粒化が達成され、制振性をさらに向上させるため、０．５０％以上添加するのが好ましい。しかし、３．５％を越えて添加しても、制振性はむしろ低下し、コストアップとなるため、上限を３．５％とする。
【００２４】
Ｍｎは、固溶体強化元素であり、制振性及び靭性向上に効果がなく、添加することでコストアップとなるため、上限を０．２％未満とする。
【００２５】
Ｐ、Ｓは、鋼中において非金属介在物を形成し、かつ、偏析することにより磁壁の移動を妨げる害を及ぼし制振性を低下させるので少ない程良い。このため、Ｐは０．０１０％以下、Ｓは０．００５％以下とする。
【００２６】
Ａｌは、Ｓｉと同様に脱酸剤として重要であるほか、制振性、強度を向上させる重要な元素であり、最低０．００２％を確保する必要がある。さらに、強度上昇のためには必要で、また、フェライトフォーマーであり、添加することで熱間圧延後の歪取り熱処理の過程で、若干の粗粒化が達成され、制振性をさらに向上させるため、０．０６０％以上添加するのが好ましい。しかし、３．５％を越えて添加しても、制振性はむしろ低下し、コストアップとなるため、上限を３．５％とする。
【００２７】
Ｃｒは、結晶粒を粗大化する元素であり、制振性を若干向上させるので、０．０２％以上添加する。さらに、強度上昇のためには必要で、また、フェライトフォーマーであり、添加することで熱間圧延後の歪取り熱処理の過程で若干の粗粒化が達成され、制振性をさらに向上させるため、０．５０％以上添加するのが好ましい。しかし、３．５％を越えて添加しても、制振性はむしろ低下し、コストアップとなるため、上限を３．５％とする。
【００２８】
Ｎは、固溶状態でも窒化物として析出しても、磁壁移動の障害として作用して制振性を低下させるため低いほど好ましく、上限を０．００６％とする。
【００２９】
さらに、必要に応じて添加されるＣｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ｂは、強度上昇に有効な元素であり、その効果が不足しない範囲の量を下限とし、また、制振性及び靭性が低下しない範囲の量を上限とした。従って、Ｃｕ：０．０５〜２．５％、Ｎｉ：０．０５〜２．５％、Ｍｏ：０．０５〜４．５％、Ｎｂ：０．００５〜０．２％、Ｖ：０．００５〜０．２％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％、Ｂ：０．０００３〜０．００５％、の範囲とした。
【００３０】
さらに、必要に応じて添加されるＣａ、ＲＥＭは、靭性向上に有効な元素であり、その効果が不足しない範囲の量を下限とし、また、靭性がむしろ低下し、制振性が低下しない範囲の量を上限とした。従って、Ｃａ：０．００１〜０．０５％、ＲＥＭ：０．００１〜０．１％の範囲とした。
【００３１】
製造条件については、加熱温度は、加熱オーステナイト粒を微細にし、（２００）回折強度比を高くするため、１２００℃以下とし、さらに、加熱時の鋼材内温度偏差をなくすため、１０００℃以上とする。
【００３２】
圧延条件に関しては、（２００）回折強度比を高くするため９５０℃以下で３０％以上の圧延が必要であるが、圧下率が７０％を越えると、圧延機に対する負担が大きくなり、また、圧延時間が長くなりコストアップ要因となるため、上限を７０％とする。
【００３３】
圧延仕上温度は、９５０℃以下で３０％以上の圧延を行うため、８５０℃以下となるが、６００℃未満ではフェライト域圧延となり結晶粒径が１００μｍ超となることがあり、靭性が低下するため、下限を６００℃とする。
【００３４】
室温まで冷却した後、（２００）回折強度比をさらに向上させ、圧延によって鋼材中に導入された歪を減少させるために、焼戻しまたは焼きなまし熱処理が必要であり、６００℃以上の熱処理を行うが、（２００）回折強度比は高温で熱処理すると弱くなるため、上限温度は９５０℃とする。
【００３５】
さらに、表面だけに高い硬度が要求される機械部材やベアリングのような分野においては表面を硬化させることが必要となるが、本発明による制振材料は常識的な表面硬化層厚さにおいては、その制振特性はほとんど影響を受けないことを実験により確かめた。表面硬化は浸炭や窒化により鋼材表面の硬度をＨｖ７００以上に表面硬化させることができる。
【００３６】
削除
【００３７】
削除
【００３８】
削除
【００３９】
以上のように成分系と製造方法を十分に検討、規定した結果、損失係数０．０２５±０．０１０という高くバラツキの非常に少ない制振性と強度・靭性を同時に満足する鋼材を提供することが可能となった。
【００４０】
本発明は主として、鋼板、熱延鋼板についてであるが、形鋼、線・棒鋼、鋼管等としても製造可能である。
【００４１】
【実施例】
まず、表１に示す成分範囲の供試合金を作成し、表２に示す製造条件で試験片を作成した。板厚は、Ａ１〜Ａ９は２０ｍｍ、Ａ１１〜Ａ１５が３ｍｍ、Ａ１７、Ａ１９が５０ｍｍ、Ｂ１〜Ｂ８が３２ｍｍ、Ｂ９〜Ｂ１７が１０ｍｍである。
【００４２】
表２に示す鋼のうちＡ１〜Ａ１９は本発明鋼であり、鋼Ｂ１〜Ｂ１７は比較例である。これらの鋼について、表２に示す製造条件で製造したものの各種特性を合せて表に示す。制振性は、元厚×４０ｍｍ幅×４００ｍｍ長さの板状試験片を加工し、機械インピーダンス法による制振性測定を行った。（なお、板厚６ｍｍ以上の各鋼板は、熱間圧延後、室温まで冷却した後、熱処理した。板厚がそれ以下のものは熱間圧延後、巻取り、その後熱処理した。）
例Ａ１〜Ａ１９の本発明例は、本発明の成分範囲の合金であり、本発明の製造方法範囲の製造条件であるため、（２００）回折強度比が２．５以上で、高強度（≧４５０ＭＰａ）で、高い制振性（損失係数）（≧０．０２５）、高靭性（≧１００Ｊ）を示す。
【００４３】
比較例Ｂ１〜Ｂ８は、本発明の成分範囲外の合金で、（２００）回折強度比が低く、制振性能と靭性が低い。比較例Ｂ９〜Ｂ１７は、本発明の製造方法外の製造条件で、（２００）回折強度比が低く、制振性能と靭性が低い。Ｂ１５は強度も低い。
【００４４】
削除
【００４５】
【表１】
0003548358.tif 000002
【００４６】
【表２】
0003548358.tif 000003
【００４７】
削除
【００４８】
【発明の効果】
本発明により、制振性能だけでなく機械的特性（高強度・高靭性）が同時に要求される船舶、橋梁、産業機械、建設用構造材料の供給が可能となり、工業界に与える効果は極めて大きい。