JP3378565B2 - 高強度高減衰能Fe−Cr−Mn合金及びその製造方法 - Google Patents
高強度高減衰能Fe−Cr−Mn合金及びその製造方法Info
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Description
衰能を有するFe−Cr−Mn合金及びその製造方法に
関するものである。
度が高く、減衰能が大きい材料の開発が望まれている。
一般の材料では、引張強度が大きい場合は減衰能が小さ
くなる傾向があるので、制振合金の開発では強度と減衰
能の両特性を同時に高めることが求められている。
るものとしては、鋳鉄、Mn−Cu合金、Mg合金(M
g−Zr合金、Mg−Ni合金等)がある。また、圧延
材としては、Al−Zn合金、Fe−Cr−Al合金、
Ti−Ni合金、Cu−Al−Ni合金等が知られてい
る。
金のうち、鋳鉄やMg合金は強度が小さく、また鋳造状
態でしか使用出来ないという欠点があった。また、Mn
−Cu合金は使用上限温度が100℃程度で、それ以上
の温度では減衰能が極端に減少する欠点があった。さら
に、Al−Zn合金では、Al中に固溶したZnが容易
に時効析出しやすく、減衰能が低下する欠点があった。
さらにまた、Fe−Cr−Al合金は、外部磁場や比較
的大きな応力振幅が加わると減衰能が低下する欠点があ
った。
高強度でかつ高減衰能を有するFe−Cr−Mn合金及
びその製造方法を提供しようとするものである。
Fe−Cr−Mn合金は、Cr:9〜15重量%、M
n:18〜26重量%、Fe:残部からなり、εマルテ
ンサイト相が40%以上であることを特徴とするもので
ある。
−Mn合金の製造方法は、Cr:9〜15重量%、M
n:18〜26重量%、必要に応じてN:0.03〜
0.3重量%を含み、残部FeからなるFe−Cr−M
n合金を溶解製造し、溶解製造したFe−Cr−Mn合
金に対し、1000〜1150℃で加熱した後に水冷あ
るいは空冷する溶体化処理を行うことを特徴とするもの
である。
ト相の量と関係があることを見い出し、εマルテンサイ
ト相を多く含み得る成分及び処理を見い出したことに基
づき達成された。すなわち、本発明のFe−Cr−Mn
合金では、Cr:9〜15重量%、Mn:18〜26重
量%、Fe:残部からなる組成において、結晶構造が六
方晶であるεマルテンサイト相を40%以上含ませるこ
とで、高強度と高減衰能との両特性を備える制振合金を
得ている。また、本発明のFe−Cr−Mn合金の製造
方法では、所定組成のFe−Cr−Mn合金に対し、所
定の条件での溶体化処理をすることで、多量のεマルテ
ンサイト相具体的には40%以上のεマルテンサイト相
を析出させ、強度及び減衰能の両者がともに高い制振合
金を製造している。
Nを0.03〜0.3重量%添加させることで、より高
強度、且つ、より高減衰能の制振合金を得ることができ
るため好ましい。また、本発明のFe−Cr−Mn合金
の製造方法において、溶体化処理後圧延率15〜80%
の冷間加工を行うことで、εマルテンサイト相をより多
く析出させることができるため好ましい。
r−Mn合金は、組成をCr:9〜15重量%、Mn:
18〜26重量%、Fe:残部、必要に応じてN:0.
03〜0.3重量%とするとともに、結晶構造において
εマルテンサイト相を40%以上とする。
限定するのは、Crの含有量が9重量%未満であると、
耐食性が劣化して構造部材として使用できなくなるとと
もに、Crの含有量が15重量%を超えると溶体化処理
での急冷で必要量のεマルテンサイト相を析出できない
ためである。Mnの含有量を18〜26重量%と限定す
るのは、Mnの含有量が18重量%未満であると、溶体
化処理での急冷で必要量のεマルテンサイト相を析出で
きないとともに、Mnの含有量が26重量%を超える
と、耐食性が劣化して構造部材として使用できなくなる
ためである。
−Mn合金の製造方法は、Cr:9〜15重量%、M
n:18〜26重量%、必要に応じてN:0.03〜
0.3重量%を含み、残部FeからなるFe−Cr−M
n合金を溶解製造し、溶解製造したFe−Cr−Mn合
金に対し、1000〜1150℃で加熱した後に水冷あ
るいは空冷する溶体化処理を行うか、さらに必要に応じ
て、溶体化処理後のFe−Cr−Mn合金に対し、圧延
率15〜80%の冷間加工を行う。
Cr:9〜15重量%、Mn:18〜26重量%、必要
に応じてN:0.03〜0.3重量%を含み、残部Fe
と限定するのは、上述したようにこの範囲でないとεマ
ルテンサイト相を40%以上析出させることができない
ためである。また、溶体化処理の条件を1000〜11
50℃と限定するのは、1000℃未満であると、固溶
状態にならず溶体化処理の意味がなくなるとともに、1
150℃を超えると、酸化による不具合が発生するとと
もに使用する加熱炉が高温に耐える特殊なものとなり工
業的にメリットがないためである。なお、溶体化処理の
時間は温度に応じて変化しここでは特に限定しないが、
工業的観点から通常10分〜60分の範囲としている。
さらに、好ましい態様として溶体化処理後圧延率15〜
80%の冷間加工を行うのは、15%未満だと所望の減
衰能を得ることができない場合があるとともに、80%
を超えると割れが生じる場合がありその場合は製品を製
造できないためである。
r−Mn合金は、溶体化処理により、あるいは、溶体化
処理と冷間加工の組み合わせにより、結晶構造が六方晶
のεマルテンサイト相が微細に形成され、引張強度及び
減衰能を著しく増加させる。一例として、後述する実施
例から明らかなように、Fe−12%Cr−22%Mn
合金の圧延率50%の冷間加工材では引張強度は113
6MPaとなり、従来のいずれの制振合金より著しく大
きくなっている。また、Fe−Cr−Mn合金の減衰能
は室温より高温で更に増加し、Al−Zn合金、あるい
は、Ti−Ni合金等の形状記憶合金のように高温で減
衰能が減少し、制振合金としての使用が不適当になるこ
とはない。さらに、Fe−Cr−Mn合金は、応力振
幅、外部磁場の影響を受けず、また減衰能が従来最も高
いAl−Zn合金、あるいは、Ti−Ni合金等と同等
あるいはそれ以上の値を示す。さらにまた、CrもMn
も比較的安価な合金元素であり、Fe−Cr−Ni系オ
ーステナイトステンレス鋼と同等あるいはそれ以上安価
な材料であり、製造コストの問題も解決している。
発明内のFe−12%Cr−22%Mn合金と、組成が
本発明外のFe−12%Cr−6%Mn合金、Fe−1
2%Cr−12%Mn合金、Fe−12%Cr−30%
Mn合金とを、高周波溶解炉で溶解製造し、それぞれ5
kgのインゴットを得た。得られたインゴットに対し表
面切削加工を行った後、1200℃で熱間圧延し板厚1
0mmにした後に、冷間圧延を行い、その後1100℃
で30分間加熱し水冷する溶体化処理を行った。一部の
材料は溶体化処理のまま所定の寸法の試験片に加工し、
その他の材料には圧延率10〜50%の冷間加工を行
い、同じく所定の寸法に試験片を加工した。得られた試
験片に対し、内部摩擦試験および引張試験を行った。
化を圧延率(cold work degree)と内耗値(internal fric
tion)との関係で示す。なお、図1において圧延率0%
が溶体化処理のみを行った材料を示す。また、図2に、
図1に示すデータから本発明のFe−12%Cr−22
%Mn合金におけるMn量と内耗値との関係を示す。さ
らに、図3に各合金の溶体化処理後あるいは溶体化処理
と冷間加工を行った後の相状態(各マルテンサイト相毎
の体積率(volume fraction))と内耗値(Q−1)との
関係を示す。さらにまた、以下の表1に、Fe−12%
Cr−22%Mn合金の強度と延性を示す。
%Cr−22%Mn合金はその他の合金と比較して、圧
延率0%の溶体化処理のみを行った材料でも内耗値が高
く、溶体化処理と冷間加工とを行った材料ではそれ以上
に内耗値が高くなり、高い減衰能を示すことがわかっ
た。本発明のFe−12%Cr−22%Mn合金の50
%冷間圧延材が示した内耗値1×10−2は、従来の制
振合金の一例であるAl−Zn合金、あるいは、Ti−
Ni合金等と同等あるいはそれ以上の値である。また、
図2の結果から、溶体化処理のみを行った材料および溶
体化処理と冷間加工を行った材料のいずれでも、Mn量
が18〜26重量%の範囲で高い減衰能を示すことがわ
かった。
ト相をが40%以上の範囲で高い内耗値を示すことがわ
かった。なお、本発明の範囲外のFe−12%Cr−1
2%Mn合金でもεマルテンサイト相40%以上のもの
が存在するが、この合金では40%未満のものも存在す
るため、常にεマルテンサイト相を40%以上とするこ
とはできない。これに対し本発明のFe−12%Cr−
22%Mn合金では、すべての材料においてεマルテン
サイト相を40%以上にすることができることがわかっ
た。さらにまた、表1の結果から、Fe−12%Cr−
22%Mn合金の50%冷間圧延材が示した1136M
Paは、従来のいずれの制振合金の強度よりも大きい値
であることがわかった。
製造方法で作製されたFe−Cr−Mn合金は、Cr:
9〜15重量%、Mn:18〜26重量%、Fe:残部
からなり、εマルテンサイト相が40%以上であるた
め、その強度はどの高減衰能制振合金よりも大きく、減
衰能も従来の高減衰能制振合金と同等あるいはそれ以上
の値を示しており、振動を嫌う超精密加工機械の基板構
造物材料として好適に使用できる。
である。
におけるMn量と内耗値との関係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
Claims (3)
- 【請求項1】Cr:9〜15重量%、Mn:18〜26
重量%、Fe:残部からなり、εマルテンサイト相が4
0%以上であることを特徴とする高強度高減衰能Fe−
Cr−Mn合金。 - 【請求項2】高強度高減衰能Fe−Cr−Mn合金の製
造方法において、Cr:9〜15重量%、Mn:18〜
26重量%、必要に応じてN:0.03〜0.3重量%
を含み、残部FeからなるFe−Cr−Mn合金を溶解
製造し、溶解製造したFe−Cr−Mn合金に対し、1
000〜1150℃で加熱した後に水冷あるいは空冷す
る溶体化処理を行うことを特徴とする高強度高減衰能F
e−Cr−Mn合金の製造方法。 - 【請求項3】溶体化処理後のFe−Cr−Mn合金に対
し、圧延率15〜80%の冷間加工を行う請求項2記載
の高強度高減衰能Fe−Cr−Mn合金の製造方法。
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