(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量%で、C:0.005%以下、Si:1.0%未満、Mn:0.05〜1.5%、P:0.2%以下、S:0.01%以下、Sol.Al:1.0%未満、N:0.005%以下を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、かつ平均結晶粒径が50μm以上300μm以下、最大比透磁率が4000以上、残留磁束密度が1.10T以下であることを特徴とする板厚2.0mm以下の制振合金薄板。
【請求項２】
上記成分組成において、質量%で、Si:0.5%以上1.0%未満であることを特徴とする請求項1に記載の板厚2.0mm以下の制振合金薄板。
【請求項３】
上記成分組成において、質量%で、P:0.05%以上0.2%以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の板厚2.0mm以下の制振合金薄板。
【請求項４】
上記成分組成において、質量%で、S:0.002%以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の板厚2.0mm以下の制振合金薄板。
【請求項５】
請求項1〜4のいずれか1項に記載の成分組成を有する鋼を、熱間圧延し、酸洗後、冷間圧延を行い、連続焼鈍するに際し、再結晶温度以上AC1変態点未満の温度に加熱することによって平均結晶粒径を50μm以上300μm以下とし、0.1MPa以上4.9MPa以下の張力下で冷却することによって最大比透磁率を4000以上、残留磁束密度を1.10T以下とすることを特徴とする板厚2.0mm以下の制振合金薄板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多量の添加元素を必要とせず、良好な制振性を有する鉄系の制振合金薄板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
騒音や振動を低減するニーズは、船舶、橋梁、産業機械、建築などの主として厚鋼板が用いられる従来の分野に加えて、自動車や電機など板厚2.0mm以下の薄鋼板(薄板)を用いる分野においても高まっており、様々な対策が立てられている。その対策の一つに、マテリアルダンピングがある。マテリアルダンピングとは、振動のエネルギーを材料の中で熱エネルギーに変換することによって損失させ、振動を減衰(制振)させようとするものである。
【０００３】
マテリアルダンピングによる制振材料として、樹脂を鋼板にサンドイッチした制振鋼板がある。制振鋼板は、樹脂のずり変形によって制振する作用を有し、制振性の指標である損失係数が高く、また使用実績も多い。しかし、製造性に劣る、溶接性や加工性に乏しい、といった問題があるため、その適用には限界がある。
【０００４】
一方、溶接性や加工性に優れた鉄系の制振材料として、磁壁移動のヒステリシスを利用した強磁性型制振合金がある。例えば、特許文献1〜3には、Al、Si、Crなどのフェライトフォーマー元素のうち少なくとも1種の元素を1%以上添加した高合金が開示されている。こうしたフェライトフォーマー元素の添加の目的は、i)磁歪定数を高めて損失係数を向上させる、ii)高温焼鈍時にオーステナイトへの逆変態を抑制して結晶粒を粗大化し、損失係数を向上させる、の2点に集約される。しかし、こうした元素の添加は製造コストの上昇や、生産性の低下を招くため好ましくない。また、結晶粒の粗大化によって損失係数は向上するものの、靱性の低下や加工時の肌荒れ発生などの問題が生じるため好ましくない。さらに、フェライトフォーマー元素の添加を薄板に適用すると、熱間圧延時に特異な集合組織が形成され、リジングと呼ばれる表面欠陥が生じる。
【０００５】
また、特許文献4〜8には、Al、Si、Crなどの元素が比較的少量の制振合金や制振鋼板が開示されているが、これらの技術では、損失係数が高く、優れた加工性を有する板厚2.0mm以下の薄板が必ずしも得られない。
【０００６】
なお、上記特許文献のうち、板厚2.0mm以下の薄板を対象としているものは、文献2のみであり、強磁性型制振合金についての知見は薄板の分野ではほとんど得られていない。
【特許文献１】特開平4-99148号公報
【特許文献２】特開昭52-73118号公報
【特許文献３】特開2002-294408号公報
【特許文献４】特開2000-96140号公報
【特許文献５】特開平10-140236号公報
【特許文献６】特開平9-143623号公報
【特許文献７】特開平9-176780号公報
【特許文献８】特開平9-104950号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、多量のAl、Si、Crなどの元素を必要とせず、損失係数が0.030以上となる良好な制振性と優れた加工性を有する板厚が2.0mm以下の鉄系の制振合金薄板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、鉄系の強磁性型制振合金薄板の制振性について鋭意研究を重ねた結果、Al、Si、Crなどの合金元素を多量に添加することなく、結晶粒径および最大比透磁率と残留磁束密度を制御することにより、0.030以上の高い損失係数を有する鉄系の制振合金薄板を得ることが可能であることを見出した。
【０００９】
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、質量%で、C:0.005%以下、Si:1.0%未満、Mn:0.05〜1.5%、P:0.2%以下、S:0.01%以下、Sol.Al:1.0%未満、N:0.005%以下を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、かつ平均結晶粒径が50μm以上300μm以下、最大比透磁率が4000以上、残留磁束密度が1.10T以下であることを特徴とする板厚2.0mm以下の制振合金薄板を提供する。
【００１０】
上記成分組成において、質量%で、Si:0.5%以上1.0%未満、P:0.05%以上0.2%以下、S:0.002%以下のうち少なくとも一つの条件を満足していることが好ましい。
【００１１】
本発明の制振合金薄板は、例えば、上記の成分組成を有する鋼を、熱間圧延し、酸洗後、冷間圧延を行い、連続焼鈍するに際し、再結晶温度以上Ac1変態点未満の温度に加熱することによって平均結晶粒径を50μm以上300μm以下とし、0.1MPa以上4.9MPa以下の張力下で冷却することによって最大比透磁率を4000以上、残留磁束密度を1.10T以下とする方法によって製造できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、Al、Si、Crなどの合金元素を多量に添加することなく、0.030以上の高い損失係数を有し、加工性に優れる鉄系の制振合金薄板を提供できるようになった。また、本発明の制振合金薄板は、自動車や電機などの分野で板厚2.0mm以下の薄板を用いる用途に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の鉄系の制振合金薄板では、高い磁歪定数や極端な粗粒組織にしなくても、振動付与時に磁壁を効果的に移動させて高い制振性を得ることに特徴がある。このため、磁壁を動きにくくする結晶粒内の残留応力や塑性歪みを低減することに本発明のポイントがある。残留応力が存在する場合、その残留応力を緩和するように磁区構造が凍結されるため、振動付与時の磁壁移動が効果的に行われず、制振性が低下する。また、塑性歪みが存在する場合、塑性歪みは磁壁移動の障害となるため振動付与時の磁壁移動が効果的に行われず、制振性が低下する。
【００１４】
本発明者らは、フェライトフォーマー元素であるAlやSiなどの合金成分が1％未満の鉄系の制振合金薄板の損失係数について、磁区構造の凍結回避や塑性歪みの低減という観点から検討した結果、上述したように、損失係数は最大比透磁率および残留磁束密度と密接な関係があることを見出した。以下、本発明について、具体的に説明する。
【００１５】
1)成分(以下の「%」は「質量%」を表す。)
C:C量が0.005%超えると、炭化物が形成され、磁壁移動の障害となる。それゆえ、C量は0.005%以下、好ましくは0.003%以下とする。
【００１６】
Si:Siは、本発明の課題である良好な制振性と優れた加工性を得るには、特に積極的に添加する必要はなく、不可避的不純物として存在する程度の量でよい(0%でもよい)。一方、Siは、固溶強化により鋼板強度を高めるには非常に効果的な元素でもあるので、所望の強度に応じて適宜Siを添加できる。しかし、Si量が1.0%以上だと、製造性が阻害され、コストが上昇し、リジングが発生しやすくなるので、Si量は1.0%未満とする必要がある。なお、本発明の鋼板は、結晶粒径を50μm以上としているため、Siを積極的に添加しないと非常に軟質で、下降伏点が170MPa未満となり、ハンドリング性が悪い場合、すなわちハンドリング時(取り扱い時)に変形するなどの問題が生じる場合がある。それゆえ、下降伏点を170MPa以上にすることが好ましいが、それにはSi量を0.5%以上とすることが好ましい。
【００１７】
Mn:Mnは硫化物を形成して熱間脆性を改善する元素であり、また固溶強化元素である。それゆえ、Mn量は0.05%以上とする必要がある。一方、多量に添加すると加工性が劣化するため、Mn量の上限は1.5%とする。
【００１８】
P:Pは、本発明の課題である良好な制振性と優れた加工性を得るには、特に積極的に添加する必要はなく、不可避的不純物として存在する程度の量でよい(0%でもよい)。一方、Pは、固溶強化により鋼板強度を高めるには非常に効果的な元素でもあるので、所望の強度に応じて適宜Pを添加できる。しかし、P量が0.2%を超えると、加工性が著しく劣化するので、P量は0.2%以下、好ましくは0.1%以下とする必要がある。なお、本発明の鋼板は、結晶粒径を50μm以上としているため、Pを積極的に添加しないと非常に軟質で、下降伏点が170MPa未満となり、ハンドリング性が悪い場合がある。それゆえ、下降伏点を170MPa以上とすることが好ましいが、それにはP量を0.05%以上とすることが好ましい。
【００１９】
S:S量が0.01%を超えると、硫化物が形成され、磁壁移動の障害となる。また、粒成長性を著しく阻害する。それゆえ、S量は0.01%以下とする。なお、S量を0.002%以下、より好ましくは0.001%以下とすると、結晶粒の成長性が格段に良くなり、著しく損失係数が向上する。したがって、S量を0.002%以下とすることが好ましく、0.001%以下とすることがより好ましい。
【００２０】
Al:Alは脱酸元素であるが、微細なAlNを析出し、粒成長を抑制する元素でもある。良好な粒成長性を得るためには、Sol.Al量を0.004%以下とすることが好ましい。また、脱酸効果を活用する場合には、AlNが粗大化して粒成長性を妨げないようにするために、Sol.Al量を0.1%以上とすることが好ましい。しかし、Sol.Al量が1.0%以上だと、製造性が阻害され、コストが上昇し、リジングが発生しやすくなる。それゆえ、Sol.Al量は1.0%未満とする。
【００２１】
N:N量が0.005%を超えると、析出物が形成され、磁壁移動の障害となる。それゆえ、N量は0.005%以下、好ましくは0.003%以下とするが、少ないほど好ましい。
【００２２】
残部は、Feおよび不可避的不純物であるが、特に、Ti、Nb、Zrといった元素は、微細な析出物を形成して粒成長性を妨げ、結晶粒径を小さくするため、特に、少なくすることが好ましく、その量はそれぞれ0.003%未満に制限することが好ましく、0.001%未満に制限することがより好ましい。
【００２３】
2)平均結晶粒径
本発明の制振合金薄板では、磁壁の移動を促進することによって振動を減衰させているため、磁壁移動の障害となる結晶粒界が少ないほど、すなわち結晶粒径が大きいほど好ましい。効果的に磁壁を移動させ0.030以上の高い損失係数を得るには、平均結晶粒径を50μm以上とする必要がある。一方、過度に結晶粒径が大きくなると加工時に肌荒れを発生させるので、平均結晶粒径は300μm以下とする必要がある。
【００２４】
3)最大比透磁率
また、磁壁移動の障害となるものは、上述の析出物や結晶粒界の他に、結晶粒内の塑性歪みがある。結晶粒内の塑性歪みは最大比透磁率と密接に関係しており、実質的に磁壁移動の障害とならない程度に塑性歪みを低減し、0.030以上の高い損失係数を得るには、最大比透磁率を4000以上とする必要がある。
【００２５】
4)残留磁束密度
さらに、結晶粒内に残留応力が存在した場合、その応力を緩和するように正磁歪方向が応力方向に配向して磁区構造が凍結されるため、制振性が低下する。結晶粒内の残留応力は残留磁束密度と密接に関係し、磁区構造を凍結しない程度に残留応力を低減し、0.030以上の高い損失係数が得るには、残留磁束密度を1.10T以下とする必要がある。
【００２６】
5)製造方法
本発明の制振合金薄板は、例えば、上記の成分を有する鋼を、熱間圧延し、酸洗後、冷間圧延を行い、連続焼鈍するに際し、再結晶温度以上Ac1変態点未満の温度に加熱し、0.1MPa以上4.9MPa以下の張力下で冷却することによって製造される。
【００２７】
熱間圧延は、圧延に先立ち鋼を1000℃以上1150℃未満に加熱し、700℃以上の仕上温度で行うことが好ましい。加熱温度が1000℃以下だと、700℃以上の仕上温度を確保することが困難であり、加熱温度が1150℃以上だと、微量不純物が固溶し、熱間圧延時やその後の巻取り時に微細に再析出し、焼鈍時の粒成長を阻害する場合がある。また、仕上温度が700℃未満だと、板形状が劣化しやすくなる。
【００２８】
熱間圧延後の熱延板は、通常の方法により酸洗され、冷間圧延により前述したように板厚2.0mm以下、好ましくは1.6mm以下の冷延板とされる。なお、板厚が2.0mmを越えると、ライン通板歪みが大きくなり、連続焼鈍ラインでの再結晶後の通板や、その後の精整ラインの通板により大きな歪みが導入され、損失係数が低下する。この観点からも板厚2.0mm以下、より好ましくは1.6mm以下とする。なお、構造部材としての剛性を確保するためには、0.5mmを越える板厚であることが望ましい。強磁性型制振合金は、加工部の損失係数劣化が著しいため、極力軽加工、換言すれば、曲げ加工主体の平板構造に加工することが望ましい。平板構造が主体となる強磁性型制振合金の板厚は、剛性を確保する観点から、0.75mm超え、より望ましくは0.8mmを超える板厚であることが好ましい。
【００２９】
ここで、鋼板の焼鈍には、通常、連続焼鈍とバッチ焼鈍があるが、バッチ焼鈍の場合は、鋼板をコイル形状に巻き取ったまま焼鈍を行うため、焼鈍中に巻き癖が形成され、焼鈍後に巻き癖を矯正するための形状矯正が必要であり、この際、粒内に塑性歪みが導入され、最大透磁率が低下し、損失係数が劣化する。したがって、焼鈍は連続焼鈍とする必要があり、冷間圧延後の冷延板は、平均結晶粒径が50μm以上300μm以下となるように焼鈍されるが、それには再結晶温度以上Ac1変態点未満の温度に加熱する必要がある。再結晶温度未満では、粒内に塑性歪みが残留するため4000以上の最大比透磁率が得られない。また、Ac1変態点以上では、フェライト-オーステナイト二相域あるいはオーステナイト単相域となり、冷却時にフェライト変態する際に粒内に歪みが付与されるため、好ましくない。また、焼鈍は、次に述べるように、冷却時に張力制御を行う必要がある。
【００３０】
再結晶後の結晶粒内の残留応力を低減するために、焼鈍時の冷却過程において、鋼板に付与する張力を低くする必要がある。高い張力が付与されたまま冷却された場合、張力方向の応力を緩和するように磁区構造が凍結されるため、残留磁束密度が1.10Tを超える。図1に、冷却時の張力と損失係数との関係を示したが、4.9MPa以下の張力であれば0.030以上の高い損失係数が得られることがわかる。なお、張力を著しく低くすると鋼板が蛇行するため、張力は0.1MPa以上とする必要がある。
【００３１】
焼鈍後には、塑性歪みを導入して最大比透磁率を低下させる調質圧延やレベリングは行わないことが望ましいが、最大比透磁率が4000以上を保つ軽度な調質圧延やレベリングであれば実施しても良い。また、最大比透磁率が4000以上であり、残留磁束密度が1.10T以下を満足する範囲で、鋼板の表面に亜鉛、クロム、ニッケルといった耐食性を向上させる元素を鍍金しても良い。
【実施例１】
【００３２】
表1に示す本発明範囲内の成分を有する鋼スラブを、1100℃に再加熱し、810℃の仕上温度で熱間圧延し、酸洗後、冷間圧延により板厚0.8mmの冷延板とした後、880℃で2minの連続焼鈍を行い、張力を変えて室温まで冷却した。なお、表1に示す化学成分以外の残部はFeおよび不可避的不純物であり、特に、Nb、Ti、Zrは各々0.001%未満であった。また、再結晶温度は、事前に20℃毎に温度を変えた焼鈍を行い、焼鈍後の組織を観察することによって再結晶温度を求め、880℃が再結晶温度以上であることを確認した。さらに、Ac1変態点は、熱力学計算によって算出し、880℃がAc1変態点未満であることを確認した。冷却後の鋼板から長さ250mm、幅25mmの試料を機械加工により切り出し、JIS G 0602に準拠した片持ち梁自由減衰法により、掴み部の長さ50mm、自由長200mmにて振動させ、その振幅の減衰をレーザー変位計で測定し、次式により損失係数を求めた。
損失係数=ln(Xk/Xk+1)/π
ここで、Xkはk番目の振幅を表す。
なお、損失係数は振動時の材料の歪み量に依存するため、測定中に求められた最大の損失係数を各試料における損失係数とした。また、100mm長さで10mm幅の短冊を機械加工により4本切り出し、JIS C 2550(2000)に準拠したエプスタイン法によって、最大比透磁率と残留磁束密度(最大励磁磁界3183A/m)を測定した。さらに、JIS G 0552(1998)に準拠した切断法により平均結晶粒径を測定した。また、圧延方向を長手方向とするJIS 5号引張試験片を用い、JIS Z 2241に準拠した引張試験により機械特性を評価した。
【００３３】
結果を表2に示す。冷却時の張力が4.9MPa以下であれば、最大比透磁率が4000以上でかつ残留磁束密度が1.10T以下となり、0.030以上の高い損失係数が得られることがわかる。なお、平均結晶粒径は張力によって影響を受けず、すべて68μmであった。
【００３４】
【表１】
0005186753.tif 000002
【００３５】
【表２】
0005186753.tif 000003
【実施例２】
【００３６】
実施例1で0.2MPaの張力を付与して室温まで冷却した鋼板に、その後、調質圧延を施さないもの(伸長率0%)、および伸長率を変えて調質圧延を行ったものについて、実施例1と同様に損失係数、磁気特性、平均結晶粒径、機械特性を調査した。
【００３７】
結果を表3に示す。伸長率が2%以上だと、結晶粒内に塑性歪みが導入されるため、最大比透磁率が低下し、0.030以上の損失係数が得られない。なお、平均結晶粒径は伸長率によってほとんど変化せず、すべて66から69μmの間であった。
【００３８】
【表３】
0005186753.tif 000004
【実施例３】
【００３９】
表4に示す成分を有する鋼スラブを、1090℃に再加熱し、900℃の仕上温度で熱間圧延し、酸洗後、冷間圧延により板厚1.2mmの冷延板とした。これらの冷延板A〜Iを800℃で1minの連続焼鈍を行い、0.2MPaの張力を付与して室温まで冷却した。なお、表4に示す化学成分以外の残部はFeおよび不可避的不純物であり、特に、Ti、Zrは各々0.001%未満であった。また、再結晶温度、Ac1変態点は、実施例1と同様に求め、800℃が再結晶温度以上Ac1変態点未満であることを確認した。冷却後の鋼板について、実施例1と同様に損失係数、磁気特性、平均結晶粒径、機械特性を調査した。
【００４０】
結果を表4に示す。本発明範囲内の成分を有する冷延板A、C、E、F、G、H、Iは、粒成長性が優れており、0.030以上の高い損失係数を有することがわかる。特に、S量が0.001%あるいは0.0005%と低い冷延板A、Iは、粒成長性が著しく優れており、0.040以上の極めて高い損失係数を有する。一方、C量とS量が本発明範囲外である冷延板BあるいはC量が本発明範囲外であり、Nbが添加された冷延板Dは粒成長性が著しく劣っており、高い損失係数が得られなかった。また、0.5%以上のSiあるいは0.05%以上のPを添加した冷延板C、F、G、H、Iは、0.030以上の高い損失係数を有するとともに、170MPa以上の高い下降伏点を有しているためハンドリング性が良好であった。
【００４１】
【表４】
0005186753.tif 000005
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】焼鈍冷却時の張力と損失係数との関係を示す図である。
【図１】
0005186753.tif 000006