(57)【要約】【課題】CrやCoなどの高価な添加元素を必要とせず、損失係数が0.040以上となる良好な制振性を有する板厚が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。【解決手段】質量%で、C:0.005%以下、Mn:0.05〜1.5%、P:0.2%以下、S:0.02%以下、N:0.005%以下、およびSi:1.0〜3.5%、Sol.Al:1.0〜7.0%のうちから選ばれた少なくとも1種の元素を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ平均結晶粒径が50μm以上500μm以下、最大比透磁率が2000以上、残留磁束密度が0.90T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。【選択図】図1
2007224324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量%で、C:0.005%以下、Mn:0.05〜1.5%、P:0.2%以下、S:0.02%以下、N:0.005%以下、およびSi:1.0〜3.5%、Sol.Al:1.0〜7.0%のうちから選ばれた少なくとも1種の元素を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ平均結晶粒径が50μm以上500μm以下、最大比透磁率が2000以上、残留磁束密度が0.90T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】
請求項1に記載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することによって平均結晶粒径を50μm以上500μm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2000以上、残留磁束密度を0.90T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、高価な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。特許文献3には、さらにCoなどの非常に高価な元素も添加されている。Al、Si、Crなどの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、特許文献1に記載の高合金では、高い損失係数を有する板厚2.0mm以下の薄板が必ずしも得られない。特許文献2〜3に記載の高合金では、CrやCoといった高価な元素が添加されているため、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。
【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、高い損失係数を有する板厚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。さらに、自動車や電機などの分野では、板厚2.0mm以下の薄板に対する表面性状や板厚公差に対する要求が厳しいため冷延鋼板を適用する必要があるが、冷延鋼板を製造する設備で製造された制振合金薄板に関する知見もほとんど開示されていない。
【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、CrやCoなどの高価な添加元素を必要とせず、損失係数が0.040以上となる良好な制振性を有する板厚が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、CrやCoなどの高価な合金元素を添加することなく、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、0.040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、Mn:0.05〜1.5%、P:0.2%以下、S:0.02%以下、N:0.005%以下、およびSi:1.0〜3.5%、Sol.Al:1.0〜7.0%のうちから選ばれた少なくとも1種の元素を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ平均結晶粒径が50μm以上500μm以下、最大比透磁率が2000以上、残留磁束密度が0.90T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】
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することによって平均結晶粒径を50μm以上500μm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2000以上、残留磁束密度を0.90T以下とする方法によって製造できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、CrやCoなどの高価な合金元素を添加することなく、0.040以上の高い損失係数を有す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】
【００１２】
本発明の鉄系の制振合金薄板では、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。
【００１３】
本発明者らは、磁歪定数を高める効果のある元素である、安価なAlやSiを1%以上添加した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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
P:Pは固溶強化元素であるが、P量が0.2%を超えると、加工性が劣化する。それゆえ、P量の上限は0.2%とする。
【００１７】
S:S量が0.02%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0.02%以下、好ましくは0.005%以下、より好ましくは0.003%未満とする。
【００１８】
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。
【００１９】
Si、Sol.Al:SiとAlは、いずれも固溶強化元素であり、また磁歪定数を高めて損失係数を向上させるのに極めて効果的な元素であるが、過度の添加は冷間圧延性を著しく損なう。そのため、Si:1.0〜3.5%、Sol.Al:1.0〜7.0%のうちから選ばれた少なくとも1種の元素を含有させる必要がある。
【００２０】
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、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。
【００２１】
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0.040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500μm以下とする必要がある。
【００２２】
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、0.040以上の高い損失係数を得るには、最大比透磁率を2000以上にする必要がある。
【００２３】
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、0.040以上の高い損失係数が得るには、残留磁束密度を0.90T以下にする必要がある。
【００２４】
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。
【００２５】
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。熱間圧延後の熱延板は、リジングを防止するために、650〜850℃の温度範囲で熱延板焼鈍を行ってもよい。
【００２６】
熱間圧延後の熱延板あるいは熱延板焼鈍後の熱延板は、通常の方法により酸洗され、冷間圧延により板厚2.0mm以下、好ましくは1.6mm以下の冷延板とされる。板厚が2.0mmを越えると、後工程の焼鈍後のライン通板歪みが大きくなり、損失係数が低下する。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。
【００２７】
冷間圧延後の冷延板は、結晶粒径が50μm以上500μm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2000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ので、連続焼鈍で行う必要がある。
【００２８】
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、張力を低くする必要がある。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0.90T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0.040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。
【００２９】
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2000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2000以上であり、残留磁束密度が0.90T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】
【００３０】
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、850℃の仕上温度で熱間圧延し、酸洗後、冷間圧延により板厚0.9mmの冷延板とした後、1000℃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、1000℃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、オ−ステナイト変態しない鋼であること、すなわち1000℃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に準拠した切断法により平均結晶粒径を測定した。
【００３１】
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2000以上でかつ残留磁束密度が0.90T以下となり、0.040以上の高い損失係数が得られることがわかる。なお、結晶粒径は張力によって影響をうけず、すべて180μmであった。
【００３２】
【表１】
2007224324.tif 000003
【００３３】
【表２】
2007224324.tif 000004
【実施例２】
【００３４】
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%)、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、平均結晶粒径を調査した。
【００３５】
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、0.040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180〜190μmであった。
【００３６】
【表３】
2007224324.tif 000005
【実施例３】
【００３７】
表4に示す成分を有する鋼スラブを、1140℃に再加熱し、850℃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〜Fを900℃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、900℃が再結晶温度以上であり、オーステナイ変態しない鋼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、結晶粒径を調査した。
【００３８】
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は粒成長性が優れており、0.040以上の高い損失係数を有することがわかる。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い。
【００３９】
【表４】
2007224324.tif 000006
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【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】
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