(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１％、Ｓｉ：０．２〜２．０％、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．０６〜０．１２％、Ｃｒ：９〜１７％、Ａｌ：０．３〜１．４％、Ｍｎ：０．５〜１．０％、かつ、Ｍｎ、ＮｉおよびＣｕの１種以上が合計で０．５〜１．５％であり、残部が鉄および不可避的不純物からなる被削性に優れた高制振性鋳鋼。
【請求項２】
請求項１に記載の組成を有する素材を５００〜１１００℃の温度で加熱後徐冷することを特徴とする被削性に優れた高制振性鋳鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドリル加工等の被削性に優れた高制振性鋳鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
精密機械や測定機器等の構成要素として採用されている制振材料には、様々な種類がある。これらの制振材料は、大きく分類して合金系と複合系がある。合金系には、特開平４−９９１４８号公報および特開平４−２１８６１４号公報に見られるような圧延用合金、特開平１−２８３３４１号公報、特開平１−１９５２５８号公報に見られるようなオーステナイト鋳鉄材料やＦＣ１００等のねずみ鋳鉄、および特開平７−２７８７５３号公報に見られるようなクロム含有鋳鋼等がある。また、複合系には、例えば特開昭６３−１８８０４０号公報に記載されているように、鋼と粘弾性樹脂等を組み合わせたものがある。本発明は、前者の合金系を対象とするものである。
【０００３】
一般に、鋼にＡｌやＣｒを添加すると、フェライト組織が安定化し、かつ磁気的な性質の向上にともない制振性が大きくなることが知られている。例えば、いわゆるＳＵＳ４０３等の１２〜１３％Ｃｒ鋼は一般的に制振鋼として産業界で使用されており、このＣｒ鋼に制振性向上元素としてＡｌを添加すると、さらに高い制振性が得られることが知られている。しかしながら、このような合金は圧延材として厚板、コイル、棒および線材として成形することは可能であるが、溶湯の流動性が悪く比較的大型の鋳物や薄肉の鋳物として鋳造することは困難である。また、Ａｌの添加によりドリル加工等の被削性は著しく劣化し、製品の製作コストが高くなってしまうという問題がある。一方、鋳造性の良好なオーステナイト鋳鉄やねずみ鋳鉄は片状黒鉛の析出により制振性が非常に優れており、また被削性も良好であるが、組織中に片状黒鉛が多量に存在するために強度の低下を招いている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、大型の鋳物や薄肉の鋳物として鋳造することができ、片状黒鉛の析出による強度の低下が生じず、ドリル加工等の被削性に優れた高制振性鋳鋼およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鋳物として鋳造可能であり、黒鉛の析出による強度の低下が生じず、ドリル加工等の被削性に優れた含クロム鋳鋼について鋭意研究を進めた結果、最適な合金成分範囲を見出し、完成されたものである。すなわち、本発明は、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１％、Ｓｉ：０．２〜２．０％、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．０６〜０．１２％、Ｃｒ：９〜１７％、Ａｌ：０．３〜１．４％、Ｍｎ：０．５〜１．０％、かつ、Ｍｎ、ＮｉおよびＣｕの１種以上が合計で０．５〜１．５％であり、残部が鉄および不可避的不純物からなる被削性に優れた高制振性鋳鋼を提供する。
【０００６】
また、本発明は、上記の組成を有する素材を５００〜１１００℃の温度で加熱後徐冷することを特徴とする被削性に優れた高制振性鋳鋼の製造方法を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の高制振性鋳鋼は、制振性、被削性、鋳造性、強度を兼備するために最適な組成範囲を規定するものであり、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１％、Ｓｉ：０．２〜２．０％、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．０６〜０．１２％、Ｃｒ：９〜１７％、Ａｌ：０．３〜１．４％、Ｍｎ：０．５〜１．０％、かつ、Ｍｎ、ＮｉおよびＣｕの１種以上が合計で０．５〜１．５％であり、残部が鉄および不可避的不純物からなる組成を有している。以下、組成をこのように規定した理由について説明する。
【０００８】
Ｃ：０．０１〜０．１％
Ｃは、鋳造性および機械的性質を得るためには不可欠な合金元素であり、０．０１％以上必要である。一方、Ｃは原子半径が小さい代表的な侵入型固溶元素であり、材料の制振性を維持するために必要な磁壁の易動度を減少させる作用があるため、上限を０．１％とした。
【０００９】
Ｓｉ：０．２〜２．０％
Ｓｉは、脱酸元素として鋼中に含まれるが、フェライト化元素としても有益であり、Ｃ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｕ等の含有による組織のオーステナイト化を抑制する作用を有する。さらに、Ｓｉは鋳造時の溶湯に流動性を付与する作用を有する。しかし、０．２％未満では、鋼中の脱酸が不十分でブローホール等の欠陥を生じ易くなり、２．０％を超えると延性の著しい低下を招く。したがって、Ｓｉ量を０．２〜２．０％とする。ただし、構造用部材等に用いられる合金には延性が必要とされることから、１．０％以下とすることが望ましい。
【００１０】
Ｐ：０．１％以下
Ｐは、鋼中に不純物として含有されるが、多量に含まれると粒界に存在して材料の強度低下をもたらすため、その含有量は少ない方が望ましい。このような強度低下はＰが０．１％を超えると顕著となるため、Ｐの上限を０．１％とする。
【００１１】
Ｓ：０．０６〜０．１２％
Ｓは、ＭｎやＣｒと化合物を形成して鋼中に分散することで、被削性向上に寄与する元素であるが、多量に含まれると延性の低下をもたらす。０．０６％未満の含有量では、被削性に有効なＣｒやＭｎとの化合物の生成量が十分でなく被削性改善の効果が得られない。一方、０．１２％を超えると著しい延性の低下をもたらす。このため、Ｓ量を０．０６〜０．１２％とする。
【００１２】
Ｃｒ：９〜１７％
Ｃｒは、制振性を付与するために不可欠な合金元素である。また、Ｓと化合物を形成して被削性を向上させるためにも、欠くことができない重要な元素である。しかし、Ｃｒ量が９％未満であるか、または１７％を超えると所望の制振性が得られない。したがって、Ｃｒ量を９〜１７％とする。Ｃｒ量が約１１〜１３％の付近で最も制振性が良好となる。
【００１３】
Ａｌ：０．３〜１．４％
Ａｌは、制振性を付与するために不可欠な合金元素である。しかしながら、Ａｌが大量に含まれると溶湯の酸化皮膜の形成が著しくなり、特に鋳造性に悪い影響を及ぼす。Ａｌが０．３％未満では所定の制振性が得られず、また、１．４％を超えると溶湯の湯流れ性が著しく低下し、特に大型の鋳物を鋳造する場合に表面欠陥や湯回り不良を生じ易くなる。このため、Ａｌの範囲を０．３〜１．４％とする。
【００１４】
Ｍｎ：０．５〜１．０％
Ｍｎは、Ｃｒと同様に、Ｓと化合物を形成して被削性を向上する。このためには０．５％以上を必要とする。一方、１．０％を超えるとフェライト相が不安定となり、制振性が著しく低下する。このため、Ｍｎを０．５〜１．０％とする。
【００１５】
Ｍｎ、ＮｉおよびＣｕの１種以上が合計で０．５〜１．５％
上記Ｍｎは被削性を向上する効果に加えて、合金の強度を向上する効果も有しており、さらにＮｉおよびＣｕも同様に合金の強度向上効果を有する。しかしながら、いずれの元素もオーステナイト形成元素であるため、これらの元素が合計で１．５％を超えて過剰に含まれるとフェライト組織が不安定になり制振性を損なうため、これらの合計量を１．５％以下とする。また、ＮｉおよびＣｕは０％であってもよいが、Ｍｎは被削性を向上するために少なくとも０．５％添加されることから、これらの元素の合計量を０．５％以上とする。
【００１６】
上記組成を有する本発明における合金の残部は、鉄および不可避的不純物からなる。
【００１７】
以上のような本発明の合金は、上記組成を有する溶融金属を鋳型に鋳込んで製造される鋳造合金であるが、鋳造に際しては、溶湯の流動性が高いので、従来の制振性材料では困難であった大型や薄肉の鋳物として鋳造することが可能である。このように本発明の合金は鋳造状態で用いられることから、圧延合金材料に比べ加工歪が非常に少なく、歪取り熱処理なしでも高い制振性が得られる。製造条件は特に限定されるものではないが、鋳造後５００〜１１００℃の所定の温度で加熱後徐冷する熱処理を施すことが好ましい。このような熱処理により、残留した歪を開放することができ、更に制振性の向上を図ることができる。このように熱処理の加熱温度を５００〜１１００℃とするのは、加熱温度が５００℃未満ではその効果が不十分で、１１００℃を超えてもそれ以上の効果が望めないことに加えて、一部介在物の溶融が開始されて割れの起点となることも有り得るからである。
【００１８】
本発明の合金は、精密機械、計測機器等の構成要素として使用することで、当該精密機械や計測機器等で発生する微小な振動を急速に減衰させることができ、これにより当該精密機械、計測機器等の性能を飛躍的に向上させることができる。しかも、本発明の合金は被削制に優れているので鋳物として製造した後に容易に切削加工を施すことができ、これにより低い加工コストで前記構成要素を製造することが可能となる。
【００１９】
【実施例】
本発明の実施例について、述べる。
３０ｋＶＡ高周波電気炉により、表１に示す化学組成の供試材料を溶解し、溶湯温度１５７０℃で鋳型に鋳造した。鋳型はＣＯ２ケイ砂型で、ＪＩＳ  Ｇ  ５１２２Ｂ号試験片（以下Ｂ号試験片と記述）と２５×６０×２５０ｍｍの被削性試験片を鋳造した。鋳造時の鋳型の温度は室温である。また、Ｎｏ．２Ｈ，５Ｈ，７Ｈの合金では、以上のようにして鋳造された試験片に、表２に示す熱処理を施した。
【００２０】
Ｂ号試験片からは、機械加工で１５×１８０×６ｍｍの制振性測定試験片（以下制振性試験片と記述）とＪＩＳに準拠した評点間距離５０ｍｍの引張試験片を採取した。なお、制振性測定は下記の方法で求めた損失係数により評価した。二点吊りした制振性試験片にハンマーでインパルス力を与えて制振性試験片に自由振動を起こさせて、その時の加振力と応答波形をＦＦＴアナライザー（高速フーリエ変換分析器）を用いて、加速度／力の伝達関数より損失係数を測定した。測定した損失係数が１．３０×１０−２を超える値を示した場合、制振性が良好であるとした。被削性試験片は、６０×２５０ｍｍの二面を研削盤にて表面を平滑に加工して作成した。その際鋳物表面から１．５ｍｍ研削しても湯じわの発生により鋳肌が残留した場合は、鋳造性不良とした。被削性試験は、ドリル穿孔試験にて行った。φ５ｍｍの高速度鋼ドリルを用いて、回転数１２７４ＲＰＭ、送り０．２ｍｍ／回、潤滑なし、穴深さ１０ｍｍの試験条件で実施し、５０個以上穿孔可能であった場合、被削性が良好であるとした。引張試験は室温にて実施した。表２に各種試験の結果をまとめて示す。
【００２１】
【表１】
0004253101.tif 000002
【００２２】
【表２】
0004253101.tif 000003
【００２３】
表２より明らかなように、本発明材であるＮｏ．１〜９の合金は、優れた被削性および制振性と、十分な延性および鋳造性とを兼備していた。また、鋳造後、所定の温度に加熱後徐冷したＮｏ．２Ｈ，５Ｈ，７Ｈの合金は、いずれも鋳造ままの状態よりも損失係数の値が大きくなっており、制振性が一層向上していた。
【００２４】
これに対して、比較例であるＮｏ．１０〜１９の合金では、いずれかの特性が劣っていた。すなわち、Ｎｏ．１０はＳｉの含有量が本発明の範囲よりも多く含有されているため、Ｎｏ．１１はＳの含有量が本発明の範囲よりも多く含まれているため、著しい延性の低下が生じた。Ｎｏ．１２はＭｎ＋Ｎｉ＋Ｃｕの含有量が本発明の範囲よりも多く含有されているため、またＮｏ．１３はＣの含有量が本発明の範囲よりも多く含まれているため、いずれの場合も安定したフェライト組織が得られず、制振性が劣っていた。Ｎｏ．１４はＡｌの含有量が本発明の範囲よりも少ないため、Ｎｏ．１５，１６はＣｒが本発明の範囲外であるため、いずれの場合も所望の制振性が得られていない。さらにＮｏ．１６は被削性も劣っている。Ｎｏ．１７は、Ａｌが本発明の範囲よりも多く含まれているため、深い湯じわが発生し鋳造性が不良となった。Ｎｏ．１８は、Ａｌの含有量が本発明の範囲よりも多く、かつＳの含有量が本発明の範囲よりも少ない場合であって、ここでは深い湯じわが発生して鋳造性が不良となっており、かつ被削性が劣化していた。Ｎｏ．１９は、Ｓの含有量が本発明の範囲よりも少ないため、被削性が劣化していた。Ｎｏ．２０は、ＭｎおよびＳの含有量が、それぞれ本発明の範囲よりも少ないため、被削性が劣化していた。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、大型の鋳物や薄肉の鋳物として鋳造することができ、片状黒鉛の析出による強度の低下が生じず、ドリル加工等の被削性に優れた高制振性鋳鋼およびその製造方法を提供することができる。