JP4984272B2 - Steel with excellent vibration damping performance, method for producing the same, and damping body including the steel - Google Patents

Steel with excellent vibration damping performance, method for producing the same, and damping body including the steel Download PDF

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本発明は、高強度、優れた靭性及び優れた冷間加工性を有する制振性に優れた鋼その製造方法及び該鋼を含んで構成される制振体に関する。  TECHNICAL FIELD The present invention relates to a steel having excellent vibration damping properties having high strength, excellent toughness, and excellent cold workability, a method for producing the same, and a vibration damping body including the steel.

従来から、自動車、精密機器、電子機器、医療機器、工作機器、交通機関等の分野で、振動や騒音を軽減する機能をもつ材料が求められている。
これに応えるものとして振動減衰能のある材料として、鋳鉄、Mn−Cu合金、Mg−Zr合金、Mg−Ni合金、Al−Zn合金、Fe−Al−Cr合金、Ni−Ti合金、Cu−Al−Ni合金等が知られている。
これらの内、鋳鉄やMg系合金は強度が低いという欠点がある。
Mn−Cu系合金は、強度が低い上に100℃以上では減衰能が極端に減少する欠点がある。
Fe−Al−Cr合金は、歪によって減衰能が低下するという欠点がある。
これらの材料は、振動減衰能は比較的優れているが、高価な元素を多く含んでいるため、合金材料の価格上昇となり工業的用途が制限されている。
Conventionally, materials having a function of reducing vibration and noise have been demanded in the fields of automobiles, precision equipment, electronic equipment, medical equipment, machine tools, transportation, and the like.
In response to this, materials having vibration damping ability include cast iron, Mn-Cu alloy, Mg-Zr alloy, Mg-Ni alloy, Al-Zn alloy, Fe-Al-Cr alloy, Ni-Ti alloy, Cu-Al -Ni alloys and the like are known.
Of these, cast iron and Mg-based alloys have the disadvantage of low strength.
Mn—Cu alloys have low strength and have the drawback that the damping capacity is extremely reduced at 100 ° C. or higher.
The Fe—Al—Cr alloy has a drawback that the damping capacity is reduced by strain.
These materials are relatively excellent in vibration damping capability, but contain a lot of expensive elements, which increases the price of alloy materials and limits industrial applications.

液化天然ガス(沸点:−164℃)、液体酸素(沸点:−183℃)、液体窒素(沸点:−196℃)など、液化ガス雰囲気の低温で使用可能な材料としては、従来からJIS SUS304等のオーステナイト系ステンレス鋼或いはJIS 5000系等のアルミニウム合金が使用されている。
ここで、リニアモーター用材料等の交通機関に使用される鋼材には低温靭性に加えて騒音等の環境問題から放射音を吸収低減する新機能の制振性に優れた鋼が求められている。
自動車やオートバイ等では衝突安全性のために衝撃振動吸収が優れ、かつ、安価で制振性に優れた鋼が求められている。
As materials that can be used at low temperatures in a liquefied gas atmosphere such as liquefied natural gas (boiling point: -164 ° C), liquid oxygen (boiling point: -183 ° C), liquid nitrogen (boiling point: -196 ° C), JIS SUS304, etc. An austenitic stainless steel or an aluminum alloy such as JIS 5000 series is used.
Here, steel materials used for transportation such as materials for linear motors are required to be steel with excellent vibration damping properties with new functions that absorb and reduce radiated sound due to environmental problems such as noise in addition to low temperature toughness. .
For automobiles, motorcycles, and the like, there is a demand for steel that is excellent in shock vibration absorption, low in cost, and excellent in vibration damping properties for collision safety.

上記の問題を解決するために、高価なニッケルやアルミニウムを多用しない低温用材料として、ニッケル系ステンレス鋼においては高価な元素であるニッケルをマンガンに置換えた高マンガン鋼が提案され、大型放射光施設、核融合炉、超伝導モーターや超電導リニアモーターで使用される材料として検討されている。  In order to solve the above problems, high-manganese steel in which nickel, which is an expensive element in nickel-based stainless steel, is replaced with manganese as a low-temperature material that does not use expensive nickel and aluminum is proposed. It is being studied as a material used in fusion reactors, superconducting motors and superconducting linear motors.

また、例えば、工具用支持体或いはボルト・ナット等においては、その基本特性である高強度・高靭性という条件を満たした、優れた制振性を有する鋼が求められている。  In addition, for example, for tool supports or bolts and nuts, steel having excellent vibration damping properties that satisfy the conditions of high strength and high toughness, which are basic characteristics thereof, is required.

上記の問題を解決するために、例えば、特許文献3によれば、機械的強度が高く、振動減衰能を有する材料として、高強度高減衰能Fe−Cr−Mn合金及びその製造方法が開示されている。この特許には、クロム質量百分率9〜15%、マンガン質量百分率18〜26%、残部鉄からなり、イプシロン・マルテンサイト相が40%以上である高強度高減衰能Fe−Cr−Mn合金及びその製造方法が開示されている。上記Fe−Cr−Mn合金は、組成的にステンレス鋼をベースとしたものであり、その機械的性質はステンレス鋼とほぼ同等であり、かつ、制振性に優れているので上記の問題点を解決する発明である。In order to solve the above problem, for example, according to Patent Document 3, a high-strength and high-damping capacity Fe—Cr—Mn alloy and a method for manufacturing the same are disclosed as materials having high mechanical strength and vibration damping capacity. ing. This patent includes a high-strength, high-damping capacity Fe-Cr-Mn alloy having a chromium mass percentage of 9-15%, a manganese mass percentage of 18-26%, the balance iron, and an epsilon-martensite phase of 40% or more and its A manufacturing method is disclosed. The Fe-Cr-Mn alloy is based on stainless steel in terms of composition, its mechanical properties are almost the same as stainless steel, and it has excellent vibration damping properties. It is an invention to be solved.

しかしながら、特許文献3によって開示された技術によれば、マンガン質量百分率18〜26%であると開示されているが、この材料を溶製する場合、マンガン成分が蒸発し易いため添加するマンガン合金の歩留まりが悪く、かつ、マンガンは鋼の溶製時に用いられる耐火物の溶損を著しく増大させるという難点があるので、溶製コストが高くなるために上記の工業的用途が極めて制限されるという問題点がある。そして、マンガン成分が多いと材料自体が極めて硬くなるために熱間加工時の割れ発生や冷間加工時にコストがかかるという問題点がある。However, according to the technique disclosed in Patent Document 3, it is disclosed that the manganese mass percentage is 18 to 26%. However, when this material is melted, the manganese component easily evaporates, so Yield is poor, and manganese has the disadvantage of significantly increasing the refractory loss of refractories used in the melting of steel, so the cost of melting increases and the above industrial applications are extremely limited. There is a point. And when there are many manganese components, since material itself will become very hard, there exists a problem that cost occurs at the time of the crack generation at the time of hot processing, and cold processing.

一方、本発明者らは、特許文献2に示すように、振動減衰能のある材料として、炭素質量百分率0.05%以下、マンガン質量百分率13〜18%、クロム質量百分率9〜15%、ニッケル質量百分率0.01〜6.0%、アルミニウム質量百分率0.01〜0.05%、窒素質量百分率0.01%以下、残部鉄からなる材料を冷間加工によって、マトリックスであるオーステナイト相(以下、「γ−相」という。)中にイプシロン・マルテンサイト相(以下、「ε−Ms相」という。)を体積百分率10%以上生成させることを特徴とする高強度高減衰能Fe−Mn−Cr−Ni合金を提案している。
しかしながら、特許文献2においては、冷間加工による方法によって高強度高減衰能合金を推奨しているが、振動減衰能が安定して得られないばかりか、母材の靱性を著しく低下させるので、上記記載の用途が限定されるという問題が生じる場合があることが判明してきた。
On the other hand, as shown in Patent Document 2, the present inventors, as a material having vibration damping ability, have a carbon mass percentage of 0.05% or less, a manganese mass percentage of 13 to 18%, a chromium mass percentage of 9 to 15%, nickel, mass percentage from 0.01 to 6.0%, aluminum mass percentage from 0.01 to 0.05%, 0.01% nitrogen by weight percent or less, by cold working the material the balance being iron, austenite phase is the matrix (hereinafter High-strength and high-damping capacity Fe-Mn-, characterized in that an epsilon martensite phase (hereinafter referred to as "ε-Ms phase") is produced in a volume percentage of 10% or more. A Cr-Ni alloy is proposed.
However, in Patent Document 2, a high-strength and high-damping ability alloy is recommended by a method by cold working, but not only the vibration damping ability is not stably obtained, but also the toughness of the base material is significantly reduced. It has been found that there may be a problem that the applications described above are limited.

特許文献2においては、ニッケル質量百分率0.01〜6.0%添加することによって、マンガン質量百分率13〜18%とマンガン量を少なくすることができるというものである。
この技術は、ニッケル添加によってマンガン成分を低くすることで製造コストを低減するための対策技術ではあるが、高価なニッケルを添加して冷間加工性を向上しようとする対応策である。原料コストの観点に立てば、むしろ、コストが嵩むことともなる技術であり、総合的製造コストの原理原則に立ち返って検討し直すことが必要であった。
In patent document 2, manganese mass percentage 13-18% and manganese amount can be decreased by adding nickel mass percentage 0.01-6.0%.
Although this technique is a countermeasure technique for reducing the manufacturing cost by lowering the manganese component by adding nickel, it is a countermeasure for improving the cold workability by adding expensive nickel. From the viewpoint of raw material costs, it is rather a technology that increases costs, and it is necessary to return to the principle of the principle of total manufacturing costs and reexamine.

特許文献8によって開示された技術によれば、炭素質量百分率0.01〜0.25%、シリコン質量百分率0.01〜0.5%、マンガン質量百分率15〜40%、クロム質量百分率0.5〜10%の主要な化学組成を特許要件として、ε−Ms相の体積パーセントを特定な範囲とすることによって低温靱性等の特性に優れた高マンガン鋼材を提案されている。
しかしながら、特許文献8におけるマンガン質量百分率は、15〜40%と高いため、熱間加工及び冷間加工においてコスト高となり製造技術的に問題がある。
そして、特許文献8は、鋼の制振性発現に関するものではない。
According to the technique disclosed in Patent Document 8, carbon mass percentage 0.01-0.25%, silicon mass percentage 0.01-0.5%, manganese mass percentage 15-40%, chromium mass percentage 0.5. With a main chemical composition of -10% as a patent requirement, a high manganese steel material excellent in properties such as low temperature toughness has been proposed by setting the volume percentage of the ε-Ms phase within a specific range.
However, since the manganese mass percentage in Patent Document 8 is as high as 15 to 40%, there is a problem in manufacturing technology because of high costs in hot working and cold working.
And patent document 8 is not related with the vibration damping expression of steel.

本発明者らは、上記の課題を解決するために検討した結果、熱処理又は冷間加工によってε−Ms相が生成し易い度合いを示す積層欠陥エネルギーSFE(mJ/m)(数式1、非特許文献1及び2参照)(以下、「SFE」という。)に着目し、SFEを20mJ/m以下に保持した上で、マンガンの効果をシリコンの微量添加によって一部置換えることによってマンガン量の低減ができることを見出し、その効果を実証する知見を得て特許文献9を出願した。
[数式1]
SFE(mJ/m)=
25.7+2×[%Ni]+410×[%C]−0.9×[%Cr]
−77×[%N]−13×[%Si]−1.2×[%Mn] (1)
As a result of investigations to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that the stacking fault energy SFE (mJ / m 2 ) (Formula 1, non-existence) indicating the degree to which the ε-Ms phase is easily generated by heat treatment or cold working. (See Patent Documents 1 and 2) (hereinafter referred to as “SFE”). While maintaining SFE at 20 mJ / m 2 or less, the amount of manganese is obtained by partially replacing the effect of manganese by adding a small amount of silicon. As a result, it was found that the effect can be reduced.
[Formula 1]
SFE (mJ / m 2 ) =
25.7 + 2 × [% Ni] + 410 × [% C] −0.9 × [% Cr]
−77 × [% N] −13 × [% Si] −1.2 × [% Mn] (1)

本発明者らは、高強度・高靱性という条件を満たした上で、優れた制振性を有する制振性鋼の開発という新たな要請に応えるための研究をした。製造コストを上げずに高強度の鋼を得るには、炭素質量百分率を増す方法がある。しかしながら、炭素、特に、固溶炭素はε−Ms相の振動吸収能を阻害するので、本発明者らは、今迄は一貫して炭素質量百分率を0.10%以下に制限してきた。
ここで、高強度を得るために、炭素質量百分率が0.10%を超えて添加した上で、良好な靱性と良好な制振を得るために、700℃近傍の温度で熱処理を施すことによって、炭素をクロム炭化物の形にして、固溶炭素を低減する技術を想致した(非特許文献3参照)。この様な熱処理をした時には、固溶炭素質量百分率としては[%]で表現することになるので、前述の数式1は数式2とするのが妥当である。
具体的な熱処理条件については、後の項で詳述する。
即ち、
数式2
SFE(mJ/m)=25.7+2×[%Ni]+410×[%]−0.9×[%Cr]−77×[%N]−13×[%Si]−1.2×[%Mn] ・・・(2)
The present inventors have studied to meet the new demand for the development of damping steel having excellent damping properties while satisfying the conditions of high strength and high toughness. In order to obtain high strength steel without increasing the manufacturing cost, there is a method of increasing the carbon mass percentage. However, since carbon, particularly solute carbon, inhibits the vibrational absorption ability of the ε-Ms phase, the present inventors have consistently limited the carbon mass percentage to 0.10% or less.
Here, in order to obtain high strength, by adding a carbon mass percentage exceeding 0.10%, in order to obtain good toughness and good vibration control, heat treatment is performed at a temperature near 700 ° C. I devised a technique for reducing solid solution carbon by making carbon into the form of chromium carbide (see Non-Patent Document 3). When such heat treatment is performed, the solid solution carbon mass percentage is expressed by [% C ], and therefore, it is appropriate that the above-described Equation 1 is Equation 2.
Specific heat treatment conditions will be described in detail later.
That is,
[ Formula 2 ]
SFE (mJ / m 2 ) = 25.7 + 2 × [% Ni] + 410 × [% C ] −0.9 × [% Cr] −77 × [% N] −13 × [% Si] −1.2 × [% Mn] (2)

本願発明に係る制振性に優れた制振性鋼は、数式(2)式によって計算される積層欠陥エネルギー(SFE)(mJ/m)が、数式(3)を満足することを特徴とする。
この数式(3)によって計算される積層欠陥エネルギー(SFE)(mJ/m)は、ε−Ms相が生成し易い度合いを示す尺度(指標、メルクマール)であり、数式(3)を満足することは、制振性に優れることを意味する。
[数式3]
−20(mJ/m) ≦ SFE ≦ 20(mJ/m) (3)
The damping steel excellent in damping performance according to the present invention is characterized in that the stacking fault energy (SFE) (mJ / m 2 ) calculated by the formula (2) satisfies the formula (3). To do.
The stacking fault energy (SFE) (mJ / m 2 ) calculated by the mathematical formula (3) is a scale (index, Merckmar) indicating the degree of easy generation of the ε-Ms phase, and satisfies the mathematical formula (3). This means that vibration damping is excellent.
[Formula 3]
−20 (mJ / m 2 ) ≦ SFE ≦ 20 (mJ / m 2 ) (3)

本願発明に係る制振性に優れた制振性鋼は、X線回折法によって測定されたイプシロン・マルテンサイト相の体積百分率[%ε−Ms相]が、数式(4)を満足することを特徴とする。このX線回折法によって測定されたイプシロン・マルテンサイト相の体積百分率[%ε−Ms相]は、鋼の金属組織から特定する鋼の制振性を示す尺度(指標、メルクマール)であり、数式(4)を満足することは、制振性に優れることを意味する。
[数式4]
10体積% ≦ [%ε−Ms相] ≦ 50体積% (4)
The damping steel excellent in damping properties according to the present invention is that the volume percentage of the epsilon-martensite phase [% ε-Ms phase] measured by the X-ray diffraction method satisfies the formula (4). Features. The volume percentage [% ε-Ms phase] of the epsilon-martensite phase measured by the X-ray diffraction method is a scale (index, Merckmar) indicating the vibration damping property of the steel specified from the metal structure of the steel. Satisfying (4) means excellent vibration damping properties.
[Formula 4]
10% by volume ≦ [% ε-Ms phase] ≦ 50% by volume (4)

本願発明に係る制振性に優れた制振性鋼は、片持ち梁法によって測定した制振性を表す損失係数(η)が、数式(5)を満足することを特徴とする。
この片持ち梁法によって測定した制振性を表す損失係数(η)は、鋼の制振性を示す尺度(指標、メルクマール)であり、数式(5)を満足することは、制振性に優れることを意味する。
[数式5]
0.005 ≦ η ≦ 0.10 (5)
The damping steel excellent in damping performance according to the present invention is characterized in that a loss coefficient (η) representing damping performance measured by the cantilever method satisfies the formula (5).
The loss factor (η) representing the vibration damping property measured by the cantilever method is a scale (index, Merckmar) indicating the vibration damping property of steel, and satisfying Equation (5) Means excellent.
[Formula 5]
0.005 ≦ η ≦ 0.10 (5)

本願発明に係る制振性に優れた制振性鋼は、日本工業規格(JIS Z 2242:2005 金属材料のシャルピー衝撃試験方法)に規定する試験方法に従って、−196℃の雰囲気のシャルピー試験(Charpy test)において、ハンマ重量W[N]、回転軸中心線からハンマ重心までの距離R[m]、持上げ角度α[deg]の条件で、試験片の切り欠き背面にハンマで衝撃荷重を与えたときに、その後の振り上がり角度β[deg]から数式(6)により計算される試験片のシャルピー吸収エネルギーvE−196℃[J]が、数式(7)を満足することを特徴とする。
[数式6]
vE−196℃ = W × R × (cosβ−cosα) (6)
[数式7]
50(J) ≦ vE−196℃ ≦ 280(J) (7)
The vibration-damping steel excellent in vibration damping according to the present invention is a Charpy test (Charpy test) in an atmosphere of −196 ° C. in accordance with a test method specified in Japanese Industrial Standard (JIS Z 2242: 2005 Charpy impact test method for metal materials). test), an impact load was applied to the back of the notch of the test piece with a hammer under the conditions of a hammer weight W [N], a distance R [m] from the rotation axis center line to the center of gravity of the hammer, and a lifting angle α [deg]. Sometimes, Charpy absorbed energy vE−196 ° C. [J] of the test piece calculated from the subsequent swing angle β [deg] according to Expression (6) satisfies Expression (7).
[Formula 6]
vE-196 ° C. = W × R × (cos β-cos α) (6)
[Formula 7]
50 (J) ≦ vE-196 ° C. ≦ 280 (J) (7)

本発明に係わる制振体は、鋼球、ころがり軸受、ボルト・ナット、切削工具支持体、HDD用サスペンション、板ばね、コイルばね、自動車排気管、自動車補強材、建造物免震支持体、超電導体冷却用冷媒液体容器に適用されることを特徴とする。  The damping body according to the present invention includes steel balls, rolling bearings, bolts and nuts, cutting tool supports, HDD suspensions, leaf springs, coil springs, automobile exhaust pipes, automobile reinforcements, building seismic isolation supports, superconductivity It is applied to a body cooling refrigerant liquid container.

[表1]及び[表2]に、本願発明と特許文献1〜7及び非特許文献1について、発明特定事項(発明の構成要件)と、発明の効果(作用効果)を対比した対比表を示した。
[表1]及び[表2]に示す如く、本願発明の発明特定事項(発明の構成要件)における特徴は、特許文献1〜7及び非特許文献1と比較して、Si質量百分率を相対的に高い値に設定することにより、Mn、Cr、及び、Niの質量百分率を顕著に低い値に設定することを実現できたことである。
[表1]及び[表2]に示す如く、本願発明の効果(作用効果)における特徴の一つは、Mnの質量百分率を低い値とすることにより、冷間加工性を顕著に向上することができたことである。
[表1]及び[表2]に示す如く、本願発明の効果(作用効果)における特徴の一つは、Crの質量百分率を低い値とすることにより、冷間加工性を顕著に向上することができたことである。
[表1]及び[表2]に示す如く、本願発明の効果(作用効果)における特徴の一つは、Niの質量百分率を0とすることにより、顕著にコストダウンを実現できたことである。
In [Table 1] and [Table 2], for the present invention, Patent Documents 1 to 7 and Non-Patent Document 1, a comparison table comparing the invention specific matters (configuration requirements of the invention) and the effects (effects) of the invention is shown. Indicated.
As shown in [Table 1] and [Table 2], the features of the invention-specific matters (constituent requirements of the invention) of the present invention are relative to the mass percentage of Si in comparison with Patent Documents 1 to 7 and Non-Patent Document 1. By setting the value to a high value, the mass percentage of Mn, Cr, and Ni can be set to a significantly low value.
As shown in [Table 1] and [Table 2], one of the features in the effect (effect) of the present invention is that the cold workability is remarkably improved by setting the mass percentage of Mn to a low value. It was possible.
As shown in [Table 1] and [Table 2], one of the features in the effect (effect) of the present invention is that the cold workability is remarkably improved by setting the mass percentage of Cr to a low value. It was possible.
As shown in [Table 1] and [Table 2], one of the features of the effect (action effect) of the present invention is that the cost can be significantly reduced by setting the mass percentage of Ni to 0. .

Figure 0004984272
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Figure 0004984272
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特開2009−155719号公報JP 2009-155719 A 特開2007−321243号公報JP2007-32143A 特開2002−121651号公報(特許第3378565号公報)JP 2002-121651 A (Patent No. 3378565) 特開平07−150300号公報JP 07-150300 A 特開平05−255813号公報Japanese Patent Laid-Open No. 05-255813 特開平04−232228号公報Japanese Patent Laid-Open No. 04-232228 特開平04−063243号公報Japanese Patent Laid-Open No. 04-063243 特開2007−126715号公報JP 2007-126715 A 特開2010−090472号公報JP 2010-090472 A

文部科学省、先端研究施設共用イノベション創出事業成果報告会報告、平成21年3月3日、「ステンレス系材料の制振性発現機構の解明」、有限会社TKテクノコンサルティングによる口頭報告(後日に同省によってインターネット公表された。)。Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology, report on the results of the joint research project for creating innovative research facilities, March 3, 2009, “Elucidation of the mechanism of vibration damping of stainless steel materials”, oral report by TK Techno Consulting Co., Ltd. Published on the Internet.) Pickering:Proc.Conf.Stainless Steels,Gothenburg,Sept.(1984)Pickering: Proc. Conf. Stainless Steels, Gothenburg, Sept. (1984) 新井宏:鉄と鋼,56(1970),No1,p.44.Hiroshi Arai: Iron and Steel, 56 (1970), No. 1, p. 44.

本発明は、上述した技術背景において、振動、騒音低減、衝突安全の要請に応えることができる、高強度で良好な靭性を付与可能な制振性に優れた制振性鋼、その製造方法及び該鋼を含んで構成される制振体を提供することを目的とする。  The present invention, in the above-described technical background, can respond to vibration, noise reduction, collision safety requirements, can provide high strength and good toughness, vibration-damping steel excellent in damping properties, a method for producing the same, and It aims at providing the damping body comprised including this steel.

本発明者らは、特許文献9に示す制振性に優れた鋼材において、制振性発現機構と靭性発現機構との関係について深く考察した。
即ち、上記の制振性に優れた鋼材は、鋼材内部の組織であるε−Ms相が外部から加えられた衝撃的或いは継続的振動を効果的に吸収するので制振性発現として作用しているものである。
ここで、その制振性発現機構がその鋼材の靭性発現にも繋がっていると考えることができる。
The inventors of the present invention have deeply considered the relationship between the vibration damping performance mechanism and the toughness development mechanism in the steel material having excellent vibration damping performance shown in Patent Document 9.
That is, the steel material having excellent vibration damping property acts as a vibration damping expression because the ε-Ms phase, which is a structure inside the steel material, effectively absorbs shock or continuous vibration applied from the outside. It is what.
Here, it can be considered that the vibration damping expression mechanism also leads to the toughness expression of the steel material.

図1に、本願発明に係る鋼材の透過型電子顕微鏡写真(以下、「TEM写真」という。)を示した。
図1から、熱処理又は冷間加工によって生成したε−Ms相の微細な組織が外的衝撃による振動を吸収することによって靭性を発現すると考えることができる。
FIG. 1 shows a transmission electron micrograph (hereinafter referred to as “TEM photograph”) of the steel material according to the present invention.
From FIG. 1, it can be considered that the fine structure of the ε-Ms phase generated by heat treatment or cold working expresses toughness by absorbing vibration due to external impact.

図2のTEM写真は、本願発明に係る鋼のγ−相内の積層欠陥転位を示すが、この積層欠陥転位の集合体がε−Ms相である。
即ち、図2に示す積層欠陥転位の振動が外部からの振動又は衝撃エネルギーを吸収すると考えることができる。
The TEM photograph of FIG. 2 shows the stacking fault dislocations in the γ-phase of the steel according to the present invention, and the aggregate of the stacking fault dislocations is the ε-Ms phase.
That is, it can be considered that the vibration of the stacking fault dislocation shown in FIG. 2 absorbs external vibration or impact energy.

鋼の靭性を表すシャルピー吸収エネルギー(W)は、母材自体の有する衝撃破壊吸収エネルギー(W)と鋼中に生成させたε−Ms相による衝撃振動吸収エネルギー(W)の和と考えることができる(数式8)。
即ち、
Charpy absorbed energy (W 0 ) representing the toughness of steel is the sum of impact fracture absorbed energy (W 1 ) of the base metal itself and shock vibration absorbed energy (W 2 ) due to the ε-Ms phase generated in the steel. (Formula 8).
That is,

[数式8]
(J)=W(J)+W(J) (8)
数式(8)において、Jは吸収エネルギーの単位(ジュール)である。
ここで、衝撃振動吸収エネルギー(W)は、数式9で表わすことができる。
即ち、注目する試験片体積(V)の内部に存在する転位密度(ρ)の転位が、外部からの衝撃によって距離(Δ)だけn回振動し、積層欠陥エネルギー(SFE)だけ振動エネルギーとして消費される。
[Formula 8]
W 0 (J) = W 1 (J) + W 2 (J) (8)
In Equation (8), J is a unit of absorbed energy (joule).
Here, the impact vibration absorption energy (W 2 ) can be expressed by Equation 9.
That is, the dislocation density (ρ) existing inside the specimen volume (V) of interest vibrates n times by a distance (Δ) due to an external impact, and only stacking fault energy (SFE) is consumed as vibration energy. Is done.

[数式9]
(J)=V(m)・ρ(m/m)・Δ(m)・n(回)・SFE(J/m) (9)
[Formula 9]
W 2 (J) = V (m 3 ) · ρ (m / m 3 ) · Δ (m) · n (times) · SFE (J / m 2 ) (9)

積層欠陥転位がシャルピー試験における衝撃エネルギーを吸収するという思考過程を半定量的に表示したものを表3に示した。  Table 3 shows a semi-quantitative representation of the thought process that stacking fault dislocations absorb impact energy in the Charpy test.

Figure 0004984272
Figure 0004984272

表3の(1)項に示すシャルピー試験片に衝撃を与えると、(2)項に示す形状ファクタFから計算される3kHzの共振周波数、減衰時間0.003秒の振動が発生する。これより、衝撃から破壊までにこの振動は10回程度起こると計算される。
(3)項に示すように振動に寄与する転位の密度ρ(m/m)は、1016(m/m)程度と推定して、転移の総長L(m)は、(5)項に示すように5.5×1010(m)と計算できる。
この転位が積層欠陥幅(Δ)だけ振動するので転移の振動の総面積S(m)は、5.0×10(m)となる。
表3に示すこれらの数値、即ち、V:5.5×10−6(m)(シャルピー試験片寸法、10×10×55mm)、ρ:1016(m/m)、Δ:10−8(m)、n:10(回)、SFE:20(mJ/m)を数式(8)に代入すると、W:110(J)となる。
このことは、試験片内部に存在するε−Ms相中の積層欠陥転位がシャルピー試験において加えられた衝撃振動エネルギーを110(J)だけ吸収することによって靭性向上に寄与することが理論的試算によって推測することができる。
これらは、制振性発現機構と靭性発現機構との関係を思考する過程を半定量的に示す概算値であるが、後に実験例によって実証する。
When an impact is applied to the Charpy test piece shown in item (1) of Table 3, a vibration with a resonance frequency of 3 kHz calculated from the shape factor F shown in item (2) and a decay time of 0.003 seconds is generated. From this, it is calculated that this vibration occurs about 10 times from impact to destruction.
As shown in the section (3), the density ρ (m / m 3 ) of dislocations contributing to vibration is estimated to be about 10 16 (m / m 3 ), and the total length L (m) of the transition is (5) It can be calculated as 5.5 × 10 10 (m) as shown in the section.
Since this dislocation vibrates by the stacking fault width (Δ), the total area S (m 2 ) of the vibration of the transition is 5.0 × 10 3 (m 2 ).
These numerical values shown in Table 3, namely, V: 5.5 × 10 −6 (m 3 ) (Charpy specimen size, 10 × 10 × 55 mm), ρ: 10 16 (m / m 3 ), Δ: 10 Substituting −8 (m), n: 10 (times), and SFE: 20 (mJ / m 2 ) into Expression (8) yields W 2 : 110 (J).
It is theoretically calculated that the stacking fault dislocation in the ε-Ms phase existing inside the test piece contributes to the improvement of toughness by absorbing the impact vibration energy applied in the Charpy test by 110 (J). Can be guessed.
These are approximate values that semi-quantitatively show the process of thinking about the relationship between the vibration control mechanism and the toughness mechanism, which will be demonstrated later by experimental examples.

特許文献2及び、3においては、材料に制振性を発現させるために、主として冷間加工によってε−Ms相を生成させる方法を推奨している。
これは、例えば、制振性のあるばね材の場合には、ばね性と制振性付与が冷間加工によって同時に実現されるので最適な方法である。しかし、冷間加工を施すと母材そのものの靭性が損なわれ数式8のWが低下する。
本発明の目的を実現するためには、本発明に示す熱処理法、即ち、急速冷却によって熱誘起ε−Ms相を生成した後、これに、必要に応じて靭性を損なわなく且つ所望の機械的性質を得る程度の冷間加工を施すという新しい製造技術によって上記の問題を解決する本発明を想到するに至った。
In Patent Documents 2 and 3, a method of generating an ε-Ms phase mainly by cold working is recommended in order to make the material exhibit damping properties.
For example, in the case of a spring material having damping properties, this is an optimum method because the spring property and damping properties are simultaneously realized by cold working. However, when cold working is performed, the toughness of the base material itself is impaired, and W 1 in Formula 8 is lowered.
In order to realize the object of the present invention, after the heat-induced ε-Ms phase is generated by the heat treatment method shown in the present invention, that is, by rapid cooling, the desired mechanical properties can be obtained without impairing toughness as necessary. The present inventors have come up with the present invention that solves the above problems by a new manufacturing technique in which cold working is performed to obtain properties.

前述したように、切削工具支持体(シャンク)或いはボルト・ナット等においては、高強度で、且つ、高靭性の制振性鋼が求められている。このためには、炭素を多くする方法があるが、固溶状態の炭素はε−Ms相の効果的振動吸収能を阻害することが分かっている。
本発明は、上記の問題を解決する方法として、特定の熱処理方法によって固溶状態の炭素をクロム炭化物とすることによって解決する技術を提示している。
As described above, damping tools with high strength and high toughness are required for cutting tool supports (shanks) or bolts and nuts. For this purpose, there is a method of increasing the amount of carbon, but it is known that carbon in a solid solution state inhibits the effective vibration absorbing ability of the ε-Ms phase.
As a method for solving the above-described problems, the present invention proposes a technique that solves the problem by making solid solution carbon into chromium carbide by a specific heat treatment method.

本出願に係る発明は、「特許請求の範囲」の請求項1乃至7に記載した事項によって特定される。
[特許請求の範囲]
[請求項1]
炭素の質量百分率[%C]を0.001〜0.10[%]、
シリコンの質量百分率[%Si]を0.10〜3.0[%]、
マンガンの質量百分率[%Mn]を5.0〜18.0[%]、
クロムの質量百分率[%Cr]を0.01〜20.0[%]、
アルミニウムの質量百分率[%Al]を0.001〜0.10[%]、
残部が鉄及び不可避的不純物を含む鋼であって
数式1によって計算される積層欠陥エネルギー(SFE)(mJ/m)が、数式3を満足し、
X線回折法によって測定されたイプシロン・マルテンサイト相の体積パーセント[%ε−Ms相]が数式4を満足する、
優れた靱性、優れた冷間加工性、及び、優れた制振性を有することを特徴とする制振性鋼。
数式1
SFE(mJ/m)=25.7+2×[%Ni]+410×[%C]−0.9×[%Cr]−77×[%N]−13×[%Si]−1.2×[%Mn] ・・・(1)
ここで、数式1にある[%Ni]は、ニッケルの質量百分率[%Ni]であり、[%N]は、窒素の質量百分率[%N]である。
[数式3]
−20(mJ/m) ≦ SFE ≦ 20(mJ/m)・・・(3)
[数式4]
10[体積%] ≦ [ε−Ms相] ≦ 50[体積%] ・・・(4)
[請求項2]
炭素の質量百分率[%C]を0.10を超えて〜0.20[%]、
シリコンの質量百分率[%Si]を0.10〜3.0[%]、
マンガンの質量百分率[%Mn]を5.0〜18.0[%]、
クロムの質量百分率[%Cr]を0.01〜20.0[%]、
アルミニウムの質量百分率[%Al]を0.001〜0.10[%]、
残部が鉄及び不可避的不純物からなり、500〜800℃で、1〜60分間、クロム炭化物析出のための熱処理を施す鋼であって、
数式2によって計算される積層欠陥エネルギー(SFE)(mJ/m)が、数式3を満足し、
X線回折法によって測定されたイプシロン・マルテンサイト相の体積パーセント[%ε−Ms相]が数式4を満足する、
高強度で、優れた靱性、優れた冷間加工性、及び、優れた制振性を有することを特徴とする制振性鋼。
数式2
SFE(mJ/m)=25.7+2×[%Ni]+410×[%]−0.9×[%Cr]−77×[%N]−13×[%Si]−1.2×[%Mn] ・・・(2)
ここで、数式2にある[%Ni]は、ニッケルの質量百分率[%Ni]であり、[%N]は、窒素の質量百分率[%N]、[%]は、500〜800℃で、1〜60分間、クロム炭化物析出のための熱処理をした鋼の固溶炭素質量百分率[%である。
[数式3]
−20(mJ/m) ≦ SFE ≦ 20(mJ/m)・・・(3)
[数式4]
10[体積%] ≦ [ε−Ms相] ≦ 50[体積%] ・・・(4)
[請求項3]
片持ち梁法によって測定した制振性を表す損失係数(η)が、数式5を満足することを特徴とする、請求項1乃至2の何れかに記載した制振性鋼。
[数式5]
0.005 ≦ η ≦ 0.10 ・・・(5)
[請求項4]
日本工業規格(JIS Z 2242:2005 金属材料のシャルピー衝撃試験方法)に規定する試験方法に従って、−196℃の試験温度でのシャルピー試験(Charpy test)において、ハンマ重量W[N]、回転中心軸からハンマ重心までの距離R[m]、持上げ角度α[deg]の条件で、試験片の切欠き背面にハンマで衝撃荷重を与えたときに、その後の振り上がり角度β[deg]に基づいて、数式6により計算される試験片が吸収したエネルギーであって、鋼の低温靱性の尺度であるシャルピー吸収エネルギーvE−196℃[J]が、数式7を満足することを特徴とする、請求項1乃至3の何れかに記載した制振性鋼。
[数式6]
vE−196℃ =W×R×(cosβ−cosα) ・・・・(6)
[数式7]
50(J)≦ vE−196℃ ≦ 280(J) ・・・(7)
[請求項5]
炭素の質量百分率[%C]を0.001〜0.20[%]、
シリコンの質量百分率[%Si]を0.10〜3.0[%]、
マンガンの質量百分率[%Mn]を5.0〜18.0[%]、
クロムの質量百分率[%Cr]を0.01〜20.0[%]、
アルミニウムの質量百分率[%Al]を0.001〜0.10[%]、
残部が鉄及び不可避的不純物を含む鋼を
第1工程として、950〜1200℃で、1〜5時間、加熱する工程、
第2工程として、加工仕上がり温度750〜950℃で、熱間加工する工程、
第3工程として、冷間加工する工程、
第4工程として、800〜1100℃で、1〜60分間、溶体化熱処理をした後、500℃から20℃までの温度領域を、10〜50(℃/sec)の冷却速度で急速冷却する工程、
第5工程として、炭素の質量百分率が0.10を超えて〜0.20[%]の場合は、500〜800℃で、1〜60分間、熱処理をした後、500℃から20℃までの温度領域を、10〜50(℃/sec)の冷却速度で急速冷却する工程、
第6工程として、冷却のまま、又は、冷間加工率1〜30%の冷間加工を施す工程、
を含んで構成されることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載した制振性鋼の製造方法。
[請求項6]
炭素の質量百分率[%C]を0.10〜0.20[%]、
シリコンの質量百分率[%Si]を0.10〜3.0[%]、
マンガンの質量百分率[%Mn]を5.0〜18.0[%]、
クロムの質量百分率[%Cr]を0.01〜20.0[%]、
アルミニウムの質量百分率[%Al]を0.001〜0.10[%]、
残部が鉄及び不可避的不純物を含む鋼を
第1工程として、950〜1200℃で、1〜5時間、加熱する工程、
第2工程として、加工仕上がり温度750〜950℃で、熱間加工する工程、
第3工程として、800〜1100℃で、1〜60分間、溶体化熱処理をした後、500℃から20℃までの温度領域を、10〜50(℃/sec)の冷却速度で急速冷却する工程、
第4工程として、炭素の質量百分率が0.10を超えて〜0.20[%]の場合は、500〜800℃で、1〜60分間、熱処理した後、500℃から20℃までの温度領域を、10〜50(℃/sec)の冷却速度で急速冷却する工程、
第5工程として、冷却のまま、又は、冷間加工率1〜30%の冷間加工を施す工程、
を含んで構成されることを特徴とする、請求項1乃至4の何れかに記載した制振性鋼の製造方法。
[請求項7]
鋼球、ころがり軸受、ボルト・ナット、切削工具支持体、HDD用サスペンション、板ばね、自動車排気菅、自動車補強材、建造物免震支持体、超伝導体用冷媒体容器に適用されることを特徴とする、請求項1乃至の何れかに記載した制振性鋼によって構成される制振体。
The invention according to the present application is specified by the matters described in claims 1 to 7 of the claims.
[Claims]
[Claim 1]
Carbon mass percentage [% C] 0.001-0.10 [%],
The silicon mass percentage [% Si] is 0.10 to 3.0 [%],
Manganese mass percentage [% Mn] of 5.0-18.0 [%],
Chromium mass percentage [% Cr] 0.01-20.0 [%],
0.001 to 0.10 [%] of mass percentage [% Al] of aluminum,
The balance is steel containing iron and inevitable impurities ,
The stacking fault energy (SFE) (mJ / m 2 ) calculated by Equation 1 satisfies Equation 3,
The volume percent [% ε-Ms phase] of the epsilon-martensite phase measured by X-ray diffraction satisfies Expression 4.
A damping steel characterized by having excellent toughness, excellent cold workability, and excellent damping properties.
[ Formula 1 ]
SFE (mJ / m 2 ) = 25.7 + 2 × [% Ni] + 410 × [% C] −0.9 × [% Cr] −77 × [% N] −13 × [% Si] −1.2 × [% Mn] (1)
Here, [% Ni] in Formula 1 is a mass percentage [% Ni] of nickel, and [% N] is a mass percentage [% N] of nitrogen.
[Formula 3]
−20 (mJ / m 2 ) ≦ SFE ≦ 20 (mJ / m 2 ) (3)
[Formula 4]
10 [volume%] ≦ [ε-Ms phase] ≦ 50 [volume%] (4)
[Claim 2]
The mass percentage of carbon [% C] exceeds 0.10 to 0.20 [%],
The silicon mass percentage [% Si] is 0.10 to 3.0 [%],
Manganese mass percentage [% Mn] of 5.0-18.0 [%],
Chromium mass percentage [% Cr] 0.01-20.0 [%],
0.001 to 0.10 [%] of mass percentage [% Al] of aluminum,
The balance consists of iron and inevitable impurities and is subjected to heat treatment for precipitation of chromium carbide at 500 to 800 ° C. for 1 to 60 minutes,
The stacking fault energy (SFE) (mJ / m 2 ) calculated by Equation 2 satisfies Equation 3,
The volume percent [% ε-Ms phase] of the epsilon-martensite phase measured by X-ray diffraction satisfies Expression 4.
A damping steel characterized by having high strength, excellent toughness, excellent cold workability, and excellent vibration damping.
[ Formula 2 ]
SFE (mJ / m 2 ) = 25.7 + 2 × [% Ni] + 410 × [% C ] −0.9 × [% Cr] −77 × [% N] −13 × [% Si] −1.2 × [% Mn] (2)
Here, [% Ni] in Equation 2 is the mass percentage of nickel [% Ni], [% N] is the mass percentage of nitrogen [% N], and [% C ] is 500 to 800 ° C. The solid solution carbon mass percentage [% C ] of the heat-treated steel for chromium carbide precipitation for 1 to 60 minutes .
[Formula 3]
−20 (mJ / m 2 ) ≦ SFE ≦ 20 (mJ / m 2 ) (3)
[Formula 4]
10 [volume%] ≦ [ε-Ms phase] ≦ 50 [volume%] (4)
[Claim 3]
The damping steel according to any one of claims 1 to 2, wherein a loss coefficient (η) representing damping performance measured by a cantilever method satisfies Formula 5.
[Formula 5]
0.005 ≦ η ≦ 0.10 (5)
[Claim 4]
In accordance with a test method specified in Japanese Industrial Standard (JIS Z 2242: 2005 Charpy impact test method for metal materials), in a Charpy test at a test temperature of −196 ° C., a hammer weight W [N], a rotation center axis When the impact load is applied to the notch back surface of the test piece with a hammer under the condition of the distance R [m] from the center of gravity to the hammer center and the lifting angle α [deg], based on the subsequent swing angle β [deg] The Charpy absorbed energy vE −196 ° C. [J], which is the energy absorbed by the test piece calculated by Equation 6 and is a measure of the low temperature toughness of the steel, satisfies Equation 7. Damping steel described in any one of 1 to 3.
[Formula 6]
vE-196 ° C. = W × R × (cos β-cos α) (6)
[Formula 7]
50 (J) ≦ vE−196 ° C. ≦ 280 (J) (7)
[Claim 5]
Carbon mass percentage [% C] is 0.001 to 0.20 [%],
The silicon mass percentage [% Si] is 0.10 to 3.0 [%],
Manganese mass percentage [% Mn] of 5.0-18.0 [%],
Chromium mass percentage [% Cr] 0.01-20.0 [%],
0.001 to 0.10 [%] of mass percentage [% Al] of aluminum,
Steel with the balance containing iron and inevitable impurities
As a first step, a step of heating at 950 to 1200 ° C. for 1 to 5 hours,
As a second step, a step of hot working at a finishing temperature of 750 to 950 ° C.,
As a third step, a cold working step,
As a fourth step, after a solution heat treatment at 800 to 1100 ° C. for 1 to 60 minutes, a temperature range from 500 ° C. to 20 ° C. is rapidly cooled at a cooling rate of 10 to 50 (° C./sec). ,
As a 5th process, when the mass percentage of carbon exceeds 0.10 and it is -0.20 [%], after heat-treating at 500-800 degreeC for 1 to 60 minutes, from 500 degreeC to 20 degreeC A step of rapidly cooling the temperature region at a cooling rate of 10 to 50 (° C./sec);
As a sixth step, the step of performing cold working with cooling or with a cold working rate of 1 to 30%,
The method for producing vibration-damping steel according to claim 1, comprising:
[Claim 6]
The carbon mass percentage [% C] is 0.10 to 0.20 [%],
The silicon mass percentage [% Si] is 0.10 to 3.0 [%],
Manganese mass percentage [% Mn] of 5.0-18.0 [%],
Chromium mass percentage [% Cr] 0.01-20.0 [%],
0.001 to 0.10 [%] of mass percentage [% Al] of aluminum,
Steel with the balance containing iron and inevitable impurities
As a first step, a step of heating at 950 to 1200 ° C. for 1 to 5 hours,
As a second step, a step of hot working at a finishing temperature of 750 to 950 ° C.,
As a third step, after a solution heat treatment at 800 to 1100 ° C. for 1 to 60 minutes, a temperature range from 500 ° C. to 20 ° C. is rapidly cooled at a cooling rate of 10 to 50 (° C./sec). ,
As a 4th process, when the mass percentage of carbon exceeds 0.10 and is ~ 0.20 [%], after heat-treating at 500-800 degreeC for 1 to 60 minutes, the temperature from 500 degreeC to 20 degreeC Rapidly cooling the region at a cooling rate of 10 to 50 (° C./sec);
As a fifth step, the step of performing cold working with cooling or with a cold working rate of 1 to 30%,
The method for producing vibration-damping steel according to claim 1, comprising:
[Claim 7]
Applicable to steel balls, rolling bearings, bolts / nuts, cutting tool supports, HDD suspensions, leaf springs, automobile exhausts, automobile reinforcements, building seismic isolation supports, superconducting refrigerant containers A damping body comprising the damping steel according to any one of claims 1 to 4 .

本発明による制振性に優れた鋼は、振動、騒音低減、衝突安全の要請に応えることができ、かつ、高強度化、或いは、靭性を付与することができるので衝撃振動吸収能に優れた制振性に優れた鋼、その製造方法及び該鋼で構成される制振体を提供することができる。
具体的には、鋼球、ころがり軸受、ボルト・ナット、切削工具支持体、HDD用サスペンション、板ばね、コイルばね、自動車排気管、自動車補強材、自動車シート、建造物免震支持体、超電導体冷却用冷媒液体容器に適用される制振体を提供できる。
本発明により、制振性に優れた鋼を製造するために必須の元素であるマンガン重量百分率を顕著に低減することが実現できることから、製造コストを顕著に低減することを可能とし、これにより、制振性に優れた鋼を安価に大量に提供することを可能とする。
Steel excellent in vibration damping according to the present invention can meet the demands of vibration, noise reduction and collision safety, and has high shock absorption capability because it can increase strength or impart toughness. It is possible to provide a steel excellent in damping properties, a method for producing the same, and a damping body made of the steel.
Specifically, steel balls, rolling bearings, bolts and nuts, cutting tool supports, HDD suspensions, leaf springs, coil springs, automobile exhaust pipes, automobile reinforcements, automobile seats, building seismic isolation supports, superconductors The vibration damping body applied to the cooling refrigerant liquid container can be provided.
According to the present invention, it is possible to remarkably reduce the weight percentage of manganese, which is an essential element for producing steel having excellent vibration damping properties, and thus it is possible to significantly reduce the production cost. It is possible to provide a large amount of steel with excellent vibration damping properties at low cost.

以下に、本発明に係わる制振性鋼、その製造方法及び該鋼を含んで構成された制振体について具体的に説明する。
図3に、本発明における製造プロセスを示す。
Hereinafter, the vibration-damping steel according to the present invention, the manufacturing method thereof, and the vibration-damping body including the steel will be specifically described.
FIG. 3 shows a manufacturing process in the present invention.

本発明の請求項1及び2において、シリコンの質量百分率を0.10〜3.0%、マンガンの質量百分率を5.0〜18.0質量%としている。
これは、良好な制振性発現能を持ちながら、微量のシリコンを添加することによってマンガン量を低く抑えることができることを開示している。
即ち、請求項1及び2記載事項において、熱処理或いは冷間加工によってε−Ms相が生成し易い度合いを示す積層欠陥エネルギーSFE(mJ/m)の関係式(数式1及び)において、マンガンの項は−1.2×[%Mn]であり、シリコンの項は−13×[%Si]であることから、シリコンはマンガンの約十倍のSFEの低下効果があることを示している。
即ち、SFEを20mJ/m以下に保持する上で、微量の0.10〜3.0質量%のシリコン添加によってマンガン質量百分率を5.0〜18.0質量%と少なく抑えられている。
これは、高マンガン鋼において、優れた冷間加工性を得るために極めて重要な発明である。
即ち、マンガン質量百分率が5.0%未満であると、制振性発現が不十分となるためであり、18.0%以上になると冷間加工性が悪くなり製造コストが上がるためである。好ましくは、マンガン質量百分率は10.0〜18.0質量%である。
In Claims 1 and 2 of the present invention, the mass percentage of silicon is 0.10 to 3.0%, and the mass percentage of manganese is 5.0 to 18.0 mass %.
This discloses that the amount of manganese can be kept low by adding a small amount of silicon while having good damping performance.
That is, in the matters described in claims 1 and 2, in the relational expression (Formulas 1 and 2 ) of the stacking fault energy SFE (mJ / m 2 ) indicating the degree to which an ε-Ms phase is easily generated by heat treatment or cold working, Since the term of −1.2 × [% Mn] and the term of silicon is −13 × [% Si], silicon has an effect of lowering SFE about 10 times that of manganese. .
That is, in order to keep SFE at 20 mJ / m 2 or less, the manganese mass percentage is suppressed to a small value of 5.0 to 18.0 mass % by adding a small amount of 0.10 to 3.0 mass % of silicon.
This is an extremely important invention for obtaining excellent cold workability in high manganese steel.
That is, if the manganese mass percentage is less than 5.0%, the vibration damping performance is insufficient, and if it is 18.0% or more, the cold workability deteriorates and the manufacturing cost increases. Preferably, the manganese mass percentage is 10.0 to 18.0 mass %.

ここで、積層欠陥エネルギーを20mJ/m以下としたのは、急速冷却によるε−Ms相をより生成し易しくするためであり、この値が20mJ/mを超えると ε−Ms相の生成が不十分となるためであり、好ましくは、10mJ/m以下である。
更に、シリコンを0.10質量%以上としたのは、0.10質量%未満ではシリコン添加効果が少なくなるためであり、3.0質量%を超えるとシリコンによる固溶体硬化によって材料が硬くなり過ぎるためであり、好ましくはシリコン質量百分率0.5〜1.0質量%である。
マンガンについては、マンガン質量百分率が5.0%未満では、制振性発現効果が少なく、また、18.0質量%以上では、冷間加工性が不良となり、製造 コストが高くなるためである。
Here, the reason why the stacking fault energy is set to 20 mJ / m 2 or less is to make it easier to generate the ε-Ms phase by rapid cooling, and when this value exceeds 20 mJ / m 2 , the generation of the ε-Ms phase is generated. Is insufficient, and is preferably 10 mJ / m 2 or less.
Furthermore, it had the silicon is 0.10 mass% or more is because the silicon additive effect less than 0.10% by mass decreases, the material becomes too hard and the solid solution hardening of silicon exceeds 3.0 wt% Therefore, the silicon mass percentage is preferably 0.5 to 1.0 mass %.
With respect to manganese, if the manganese mass percentage is less than 5.0%, the vibration damping effect is small, and if it is 18.0% by mass or more, the cold workability becomes poor and the manufacturing cost increases.

本発明の請求項1及び2において、上記に加えて、クロム質量百分率0.01〜20.0質量%としている。
これは、本発明の基本となるγ−相の生成に関するものである。
図4に、Fe−Cr−Mn−Ni鋼の状態図を示した。
図4から明らかなように、クロムが20.0質量%を超える領域ではオーステナイト相(γ−相)とフェライト相(α−相)の2相が生成するので、クロムを20.0質量%以下、好ましくは、15.0質量%以下とする。
クロムの下限については、積層欠陥エネルギーSFE(mJ/m)(数式1或いは2)を20(mJ/m)以下とする条件を満たす範囲を設定することによって、クロムとマンガンの相乗効果によって効果的にε−Ms相を生成させる領域を広くとることができる。
ここで、特許文献2との比較では、ニッケルのε−Ms相生成の役割をシリコン、マンガン及びクロムが効果的に果しているので、制振性発現の観点からは高価なニッケルは必ずしも必要なくなっている。即ち、本発明においては、制振性発現以外の必要がない限り、ニッケルの意図的な添加の必要はない。
In Claims 1 and 2 of the present invention, in addition to the above, the chromium mass percentage is 0.01 to 20.0 mass %.
This relates to the generation of the γ-phase which is the basis of the present invention.
FIG. 4 shows a phase diagram of the Fe—Cr—Mn—Ni steel.
Figure 4 As is apparent from, the chromium 2-phase austenite phase (.gamma.-phase) and ferrite phase (alpha-phase) is generated in a region of more than 20.0 wt%, chromium less 20.0 wt% Preferably, it is 15.0 mass % or less.
Regarding the lower limit of chromium, by setting the range satisfying the condition that the stacking fault energy SFE (mJ / m 2 ) (Equation 1 or 2) is 20 (mJ / m 2 ) or less, the synergistic effect of chromium and manganese A region where the ε-Ms phase is effectively generated can be widened.
Here, in comparison with Patent Document 2, the role of epsilon-Ms phase generation nickel silicon, because manganese and chromium plays effective, expensive nickel in terms of vibration damping property expression had disappeared necessarily Yes. That is, in the present invention, there is no need to intentionally add nickel unless there is a need other than the expression of vibration damping properties.

本発明の請求項1及び2記載事項において、X線回折法によって測定されたε−Ms相の体積百分率が10〜50体積%であることを開示している。
これは、本発明の基本的な制振発現の必要条件である金属組織、即ち、ε−Ms相の定量的表現であり、10体積%以下では制振性と靭性が不十分となるためであり、50体積%を超えるとε−Ms相が相互に絡みあって逆に上記の制振特性を低下させることが分かったものである。
好ましくは、ε−Ms相の体積百分率が20〜40体積%である。
Claims 1 and 2 of the present invention disclose that the volume percentage of the ε-Ms phase measured by the X-ray diffraction method is 10 to 50% by volume.
This is a quantitative expression of the metal structure, that is, the ε-Ms phase, which is a necessary condition for the basic damping expression of the present invention, and the damping property and toughness become insufficient at 10% by volume or less. In addition, it has been found that when the volume exceeds 50% by volume, the ε-Ms phases are entangled with each other and the vibration damping characteristics are reduced.
Preferably, the volume percentage of the ε-Ms phase is 20 to 40% by volume.

本発明の請求項2において、炭素を0.10を超えて〜0.20質量%とするのは、製造コストを上げずに高強度で優れた制振性を付与するためである。
この場合、炭素、特に、固溶炭素が多くなると振動吸収能を阻害するので、特定の熱処理を施すことによって、炭素をクロム炭化物の形にして固溶炭素を低減する技術を開示したものである。
以下に、この技術を詳述する。
図5は、500、600及び700℃で熱処理した時の、全炭素質量百分率[%C]と固溶炭素質量百分率[%]の関係を示す。
即ち、各温度における固溶限を超える炭素量はクロム炭化物として大きな形状の析出物となり制振性発現への阻害を無くすことができる。
図6は、クロム炭化物を析出する領域を示す、温度−時間関係図である。
図6に示すように、800〜1100℃の固溶化熱処理の後に急速冷却して、炭素を粒内に微細に残留した後、500〜800℃に熱処理してクロム炭化物を結晶粒内に析出させて、しかる後に急速冷却する。
図7は、クロム炭化物析出処理した後の顕微鏡写真である。
図7−2示すように急速冷却することにより、結晶粒界にはクロム炭化物の析出が見られない。
In the second aspect of the present invention, the reason why the carbon content exceeds 0.10 to ˜0.20 mass% is to impart high strength and excellent vibration damping properties without increasing the manufacturing cost.
In this case, since the vibration absorption capacity is inhibited when carbon, particularly, solid solution carbon increases, a technique for reducing the solid solution carbon into a chromium carbide form by performing a specific heat treatment is disclosed. .
This technique will be described in detail below.
FIG. 5 shows the relationship between the total carbon mass percentage [% C] and the solute carbon mass percentage [% C ] when heat-treated at 500, 600 and 700 ° C.
That is, the amount of carbon exceeding the solid solubility limit at each temperature becomes a precipitate having a large shape as chromium carbide, and obstruction to the damping performance can be eliminated.
FIG. 6 is a temperature-time relationship diagram showing a region in which chromium carbide is precipitated.
As shown in FIG. 6, after rapid solution heat treatment at 800 to 1100 ° C., carbon is finely left in the grains, and then heat treated at 500 to 800 ° C. to precipitate chromium carbide in the crystal grains. Then, cool it down quickly.
FIG. 7 is a photomicrograph after chromium carbide precipitation treatment.
By rapid cooling as shown in FIG. 7-2, no precipitation of chromium carbide is observed at the grain boundaries.

炭素と同様の影響を及ぼす窒素は、溶解製造時に大気中より窒素質量百分率0.010〜0.100%程度が不可避的に混入して振動減衰能を低下させるものであるが、アルミニウムを0.001〜0.10質量%とすることによって鋼中の窒素をAlNの大きい介在物の形にすることによって制振性発現への阻害を無くするものである。
即ち、アルミニウムが0.001質量%未満であると上記の鋼中窒素と結合するに必要なアルミニウム含有量が不足する場合がり、0.10質量%を越えると過剰のアルミニウムによって鋼材の表面や内部にアルミナ系の欠陥が発生しやすくなる危険があるためである。
Nitrogen, which has the same effect as carbon, is inevitably mixed at about 0.010 to 0.100% by mass from the atmosphere during melting and production, and the vibration damping capacity is reduced. By making the content of 001 to 0.10% by mass , the nitrogen in the steel is made into the form of inclusions with a large AlN, thereby obstructing the damping performance.
In other words, rising when aluminum is insufficient aluminum content required to bind less than 0.001 wt% and above of steel in nitrogen, the surface and inside of the steel by an excess of aluminum exceeds 0.10 mass% This is because there is a risk that alumina-based defects are likely to occur.

本発明の請求項3記載事項において、片持ち梁方式によって測定された損失係数(η)が0.005〜0.10であることを開示しているが、これは制振性に優れた鋼材としての基本的な条件である。
ここで、本発明になる鋼材の振動減衰能は振動歪依存が大きいので、損失係数(η)測定方法は、振動歪みを約10−4以上にする必要があるため、これを可能にする方法として片持ち梁方式を選択した。
測定値においては、損失係数(η)が0.005未満であると制振性に優れた鋼としての振動減衰機能が不十分となるためであり、0.10を超えるための製造条件では鋼材の機械的性質が上記記載の用途に適さなくなるためである。
In the matter described in claim 3 of the present invention, it is disclosed that the loss coefficient (η) measured by the cantilever method is 0.005 to 0.10, which is a steel material having excellent vibration damping properties. As a basic condition.
Here, since the vibration damping capability of the steel material according to the present invention is highly dependent on vibration strain, the loss factor (η) measurement method needs to make the vibration strain about 10 −4 or more. The cantilever method was selected.
In the measured value, if the loss factor (η) is less than 0.005, the vibration damping function as steel having excellent vibration damping properties becomes insufficient, and the steel is used in the production conditions for exceeding 0.10. This is because the mechanical properties of are not suitable for the above-described applications.

本発明の請求項4記載事項において、JISによって規定された靭性を表す−196℃におけるシャルピー吸収エネルギー(vE−196℃) が50〜280ジュールであることを開示している。
ここで、シャルピー吸収エネルギー(vE−196℃) を50ジュール以上としたのは、50ジュール未満では、例えば、超電導冷却液体窒素用の仕様を満足しないためである。
280ジュール以下としたのは、280ジュールを超える靭性値を得るためにはニッケル等の高価な元素添加が必要になり鋼のコストを不必要に上げることになるためである。
In the matter described in claim 4 of the present invention, it is disclosed that Charpy absorbed energy (vE-196 ° C. ) at −196 ° C. representing toughness defined by JIS is 50 to 280 Joules.
Here, the reason why the Charpy absorbed energy (vE-196 ° C. ) is set to 50 joules or more is that, if it is less than 50 joules, for example, the specifications for superconducting cooling liquid nitrogen are not satisfied.
The reason why it is set to 280 joules or less is that, in order to obtain a toughness value exceeding 280 joules, it is necessary to add an expensive element such as nickel, which unnecessarily increases the cost of steel.

本発明の請求項5記載事項において、請求項1或いは2で規定される化学組成を有する鋼を、
第1工程として、950〜1200℃で、1〜5時間、加熱する工程、
第2工程として、加工仕上がり温度750〜950℃で、熱間加工する工程、
第3工程として、冷間加工する工程、
第4工程として、800〜1100℃で、1〜60分間、溶体化熱処理をした後、500℃から20℃までの温度領域を、10〜50(℃/sec)の冷却速度で急速冷却する工程、
第5工程として、必要に応じて、500〜800℃で、1〜60分間の、クロム炭化物析出処理した後、500℃から20℃までの温度領域を、10〜50(℃/sec)の冷却速度で急速冷却する工程、
第6工程として、必要に応じて、冷間加工率1〜30%の冷間加工を施す工程、
を含んでなる工程によって、制振性に優れた鋼の製造方法を提案している。
ここで、特に、本発明における重要な工程は、第4工程、第5工程及び第6工程である。
第4工程は、所謂、固溶体化熱処理であり、熱処理温度を800〜1100℃としたのは、800℃未満の温度では冷間加工歪除去及びオーステナイト化が不十分となるためであるために制振性発現が不十分となるためであり、1100℃を超えるとオーステナイト結晶粒度が粗大化して機械的性質が不良となるためである。
第4及び5工程において急速冷却する理由は、γ−相からε−Ms相への相転移に於いて、効果的に熱誘起ε−Ms相を生成させるためであり、これを10〜50℃/secとした。10℃/sec未満の冷却速度ではε−Ms相の生成が不十分となる為である。
第6工程において、この鋼を更に1〜30%以下の冷間加工を施すことによってε−Ms相の体積%を増大させること又は冷間加工によって鋼の強度を上げる製造方法を開示している。
これは、用途によって必要な制振性や機械的性質或いは硬さを得るために必要に応じて選択することができる。
ここで、冷間加工率を1〜30%としたのは、冷間加工率が30%を超えると生成するε−Ms相の体積%が50%を超えるために、逆に有効なε−Ms相の振動が阻害されるので制振性が低下するためである。
In the matter described in claim 5 of the present invention, a steel having a chemical composition defined in claim 1 or 2,
As a first step, a step of heating at 950 to 1200 ° C. for 1 to 5 hours,
As a second step, a step of hot working at a finishing temperature of 750 to 950 ° C.,
As a third step, a cold working step,
As a fourth step, after a solution heat treatment at 800 to 1100 ° C. for 1 to 60 minutes, a temperature range from 500 ° C. to 20 ° C. is rapidly cooled at a cooling rate of 10 to 50 (° C./sec). ,
As a fifth step, after performing chromium carbide precipitation treatment at 500 to 800 ° C. for 1 to 60 minutes as necessary, the temperature range from 500 ° C. to 20 ° C. is cooled to 10 to 50 (° C./sec). Rapid cooling at a speed,
As a sixth step, if necessary, a step of performing cold working with a cold working rate of 1 to 30%,
Has proposed a method for producing steel with excellent vibration damping properties.
Here, in particular, the important steps in the present invention are the fourth step, the fifth step, and the sixth step.
The fourth step is a so-called solid solution heat treatment. The reason why the heat treatment temperature is set to 800 to 1100 ° C. is that cold work strain removal and austenitization become insufficient at temperatures below 800 ° C. This is because the expression of vibration becomes insufficient, and when it exceeds 1100 ° C., the austenite crystal grain size becomes coarse and the mechanical properties become poor.
The reason for rapid cooling in the fourth and fifth steps is to effectively generate a thermally induced ε-Ms phase in the phase transition from the γ-phase to the ε-Ms phase, and this is performed at 10 to 50 ° C. / Sec. This is because the generation of the ε-Ms phase becomes insufficient at a cooling rate of less than 10 ° C / sec.
In the sixth step, a manufacturing method is disclosed in which the steel is further subjected to cold working of 1 to 30% or less to increase the volume% of the ε-Ms phase or to increase the strength of the steel by cold working. .
This can be selected according to need in order to obtain vibration damping properties, mechanical properties, or hardness necessary for the application.
Here, the cold working rate is set to 1 to 30% because the volume% of the ε-Ms phase generated when the cold working rate exceeds 30% exceeds 50%. This is because the vibration damping property is deteriorated because the vibration of the Ms phase is inhibited.

本発明の請求項6の記載事項は、熱間圧延のみで所望の形状に仕上げる場合を記載したものであり、技術思想は請求項5と同様である。  The matters described in claim 6 of the present invention describe the case of finishing to a desired shape only by hot rolling, and the technical idea is the same as in claim 5.

本発明の請求項7の記載事項において、鋼球、ころがり軸受、ボルト・ナット、切削工具支持体、HDD用サスペンション、板ばね、コイルばね、自動車排気管、自動車補強材、自動車シート、建造物免震支持体、超電導体冷却用冷媒液体容器に適用されることを特徴とする、請求項1乃至4の何れかに記載した制振性に優れた鋼によって構成される制振体を開示している。
ここで、本発明になる制振性に優れた鋼を使用する場合に留意すべきことは、本発明の鋼材形状を適用される振動環境に合わせた1次共振周波数にすることによって初めて、効果的に振動吸収効果を発揮することができる。この指標を基に適用環境において効果的な制振性を発揮できるようにする適用指針を提示することは、本発明の極めて重要な発明要素である。
個々に適用される制振体についての説明は、実験例4によって詳述する。
In the seventh aspect of the present invention, steel balls, rolling bearings, bolts and nuts, cutting tool supports, HDD suspensions, leaf springs, coil springs, automobile exhaust pipes, automobile reinforcements, automobile seats, building exemptions A damping body made of steel having excellent damping performance according to any one of claims 1 to 4, wherein the damping body is applied to a seismic support body and a refrigerant liquid container for cooling a superconductor. Yes.
Here, what should be noted when using the steel having excellent vibration damping properties according to the present invention is effective only when the shape of the steel material of the present invention is set to the primary resonance frequency according to the vibration environment to which the steel material is applied. The vibration absorbing effect can be exhibited. It is an extremely important invention element of the present invention to present an application guideline that enables effective vibration suppression in an application environment based on this index.
The description of the damping body applied individually will be described in detail in Experimental Example 4.

本発明は、冷間加工性を向上させて、製造コストを抑制して、高強度で良好な低温靭性を付与可能な制振性に優れた鋼及びその製造方法を提示するものである。この制振性に優れた鋼の使用目的によっては、ばね性、加工性、耐高温酸化性、耐腐食性及び磁性等の振動減衰能以外の特性を付与する必要がある場合には、本発明の基本要件である化学組成以外に、例えば、元素記号表示で、Ni、Mo、Nb、V、Cu、Co、REM、Zr、B或いはCa等の元素を適宜添加することができるが、これらは本発明の範囲内である。
「REM」は、希土類元素一般を示す。
The present invention provides a steel having excellent vibration damping properties and a method for producing the same that can improve cold workability, suppress production costs, and provide high strength and good low temperature toughness. Depending on the purpose of use of the steel having excellent vibration damping properties, the present invention may be used in the case where it is necessary to impart properties other than vibration damping ability such as spring property, workability, high temperature oxidation resistance, corrosion resistance and magnetism. In addition to the chemical composition that is the basic requirement of the element, for example, elements such as Ni, Mo, Nb, V, Cu, Co, REM, Zr, B, or Ca can be appropriately added in terms of element symbols. It is within the scope of the present invention.
“REM” indicates rare earth elements in general.

以下、本発明を実験例によって説明する。Hereinafter, the present invention will be described by experimental examples.

[実験例1]
実験例1として、表4に示す組成の鋼を溶製した。
ここで、表4に記載されていない元素について説明すると、窒素は、溶製時に不可避的に侵入するもので0.008〜0.10%の範囲とした。
リン(P)及び硫黄(S)はいずれも0.01%以下とした。
ニッケル(Ni)は、SUS304以外では意図的には添加しなかった。
これを1000℃で2時間加熱し、仕上げ温度850℃で熱間加工して10mm厚の熱延鋼板とした。
これを、これを、950℃で真空中で1時間熱処理して急速冷却して10mm角×50mmのシャルピー試験片とした。
更に、半分の供試材を1.0mm厚まで冷間加工して、真空中で950℃、1時間の熱処理を行った後に急速冷却した。
このとき、500℃から常温までの冷却速度は20℃/秒であった。
さらに、クロム炭化物の析出処理として、700℃で30分間の熱処理を行った後、水中に急速冷却した。
この材料の積層欠陥エネルギーSFE(mJ/m)を数式2によって計算した。数式中の固溶炭素重量百分率[%]は、前述の図5の関係から読み取った値を使用した。
鋼中のε−Ms相の体積%をX線回折法によって求めた。
更に、片持ち梁方式によって損失係数(η)を測定した。
損失係数(η)の測定方法は一端をクランプで固定し振動部のサイズは1.0mm厚×50mm幅×100mm長であり固定部を3G(3×980mm/s)の加速度で衝撃を与え自由減衰時間及び振動周波数を測定して損失係数(η)を求めた。このときの振動歪は10−4レベルであった。
冷間加工性は、試験用圧延機によって供試用サンプルを試作する際に次の熱処理が必要となるまでの冷間圧延率によって評価した。
冷間加工性評価の具体的な方法と結果については、実験例3に詳述する。
特に、表4において、本発明例14と比較例9は同一の化学組成の材料であるが、本発明例14は、クロム炭化物析出処理を施した場合であり、比較例9はそれをしなかった場合の各特性を比較したものである。
これによって、高強度を目的として採用する、炭素重量百分率が0.10〜0.20%の比較的高い領域でのクロム炭化物析出処理の効果を比較することができる。
総合評価として、優良(◎)、良好(○)及び不可(×)の記号によって表わした。
[Experimental Example 1]
As Experimental Example 1, steel having the composition shown in Table 4 was melted.
Here, elements not described in Table 4 will be described. Nitrogen inevitably invades during melting and is in the range of 0.008 to 0.10%.
Both phosphorus (P) and sulfur (S) were made 0.01% or less.
Nickel (Ni) was not intentionally added except for SUS304.
This was heated at 1000 ° C. for 2 hours and hot worked at a finishing temperature of 850 ° C. to obtain a hot rolled steel sheet having a thickness of 10 mm.
This was heat-treated in a vacuum at 950 ° C. for 1 hour and rapidly cooled to obtain a 10 mm square × 50 mm Charpy test piece.
Further, half of the test materials were cold worked to a thickness of 1.0 mm, subjected to heat treatment in vacuum at 950 ° C. for 1 hour, and then rapidly cooled.
At this time, the cooling rate from 500 ° C. to room temperature was 20 ° C./second.
Further, as a chromium carbide precipitation treatment, heat treatment was performed at 700 ° C. for 30 minutes, and then rapidly cooled in water.
The stacking fault energy SFE (mJ / m 2 ) of this material was calculated by Equation 2. As the solid solution carbon weight percentage [% C ] in the mathematical formula, the value read from the relationship of FIG. 5 described above was used.
The volume% of the ε-Ms phase in the steel was determined by the X-ray diffraction method.
Furthermore, the loss factor (η) was measured by the cantilever method.
The loss factor (η) is measured by fixing one end with a clamp and the size of the vibrating part is 1.0 mm thick x 50 mm wide x 100 mm long. The fixed part is impacted at an acceleration of 3 G (3 x 980 mm / s 2 ). The loss factor (η) was determined by measuring the free decay time and vibration frequency. The vibration strain at this time was 10 −4 level.
The cold workability was evaluated based on the cold rolling rate until the next heat treatment was required when the sample for the test was prototyped with the test rolling mill.
A specific method and result of the cold workability evaluation will be described in detail in Experimental Example 3.
In particular, in Table 4, Invention Example 14 and Comparative Example 9 are materials having the same chemical composition, but Invention Example 14 is a case where chromium carbide precipitation treatment is performed, and Comparative Example 9 does not. This is a comparison of the characteristics of each case.
This makes it possible to compare the effects of chromium carbide precipitation treatment in a relatively high region where the carbon weight percentage is 0.10 to 0.20%, which is employed for the purpose of high strength.
As comprehensive evaluation, it represented by the symbol of excellent ((double-circle)), favorable ((circle)), and improper (x).

Figure 0004984272
Figure 0004984272

以下、表4について詳述する。
本発明例1〜14は、シリコンを本発明の推奨範囲内である0.5〜1.0質量%を添加した例である。
ここで、本発明例1〜2は、SFE値は、10mJ/m以下であり、ε−Ms相体積%は、本発明の請求範囲内であるので損失係数(η)、冷間加工性及び低温靱性は極めて良好である。本発明例3においては、シリコンを0,6質量%添加しているので、クロムが6.0質量%でもSFEの条件を満たせば極めて良好な制振性を示すことが確認できた。
次に、本発明例〜14は、SFE値が20mJ/m以下でありε−Ms相体積%は本発明の請求範囲内であるので、損失係数(η)及び靱性は良好である。特に、クロムについては、SFEの条件を満足する範囲である、7.0質量%(本発明例5,7及び9)或いは5.0質量%(本発明例12)においても良好な制振性発現が確認された。
比較例1及び2については、SFE、ε−Ms相体積%及び損失係数(η)の指標からの判断では、良好(○)であるが、マンガン量が22.0及び19.0質量%と高いために材料が硬く冷間加工性の観点から量産出来ないので総合評価は不可としており、これは、実験例3の項において詳述する。
比較例3は、シリコン無添加のために制振性が不良である。
比較例4は、シリコン量が過大なので、材料が硬く加工コスト高いので実生産ができない。
比較例5は、マンガン量が不足しているため制振性が不良である。
比較例6は、クロム量が過大のため、母相がγ−相及びα−相の2相域となっているために、ε−Ms相の生成量が少ないので損失係数(η)も不十分である。
比較例7は、窒素をAlNの形に固定するに必要なAlが不足しているために、ε−Ms相の作用を阻害している。
比較例8は、炭素量が0.20質量%を超えているために、制振性及び低温靱性が不良である。
比較例9は、クロム炭化物析出の熱処理をしなかった例であり、過剰の固溶炭素がε−Ms相の制振性発揮を阻害している。即ち、本発明例との比較によって、クロム炭化物析出処理による高炭素領域での制振性改善効果が顕著である。
比較例10は、SUS304であり、制振性は発現していないが、低温靱性に優れている量産材なので比較のために掲載した。
Hereinafter, Table 4 will be described in detail.
Inventive Examples 1 to 14 are examples in which silicon is added in an amount of 0.5 to 1.0% by mass , which is within the recommended range of the present invention.
Here, the inventive examples 1 and 2 have an SFE value of 10 mJ / m 2 or less, and the ε-Ms phase volume% is within the scope of the present invention, so that the loss factor (η), cold workability And the low temperature toughness is very good. In Example 3 of the present invention, since 0.6 % by mass of silicon was added, it was confirmed that even if the chromium content was 6.0% by mass, extremely good vibration damping properties were exhibited if the SFE conditions were satisfied.
Next, since Examples 3 to 14 of the present invention have an SFE value of 20 mJ / m 2 or less and an ε-Ms phase volume% within the scope of the present invention, the loss factor (η) and toughness are good. In particular, with regard to chromium, good damping properties are also obtained at 7.0% by mass (Invention Examples 5, 7 and 9) or 5.0% by mass (Invention Example 12), which are ranges satisfying the SFE conditions. Expression was confirmed.
About Comparative Examples 1 and 2, although judged from the indicators of SFE, ε-Ms phase volume% and loss factor (η) is good (◯), the amount of manganese is 22.0 and 19.0 mass %. Since the material is hard and cannot be mass-produced from the viewpoint of cold workability, comprehensive evaluation is impossible. This will be described in detail in the section of Experimental Example 3.
In Comparative Example 3, the vibration damping property is poor because no silicon is added.
In Comparative Example 4, since the amount of silicon is excessive, the material is hard and the processing cost is high, so actual production cannot be performed.
In Comparative Example 5, since the amount of manganese is insufficient, the vibration damping performance is poor.
In Comparative Example 6, since the amount of chromium is excessive and the parent phase is a two-phase region of γ-phase and α-phase, the amount of ε-Ms phase generated is small, so the loss factor (η) is also low. It is enough.
In Comparative Example 7, since the Al necessary for fixing nitrogen in the AlN form is insufficient, the action of the ε-Ms phase is inhibited.
Since the carbon amount exceeds 0.20 mass %, the comparative example 8 is inferior in damping property and low temperature toughness.
Comparative Example 9 is an example in which the heat treatment for precipitation of chromium carbide was not performed, and excessive solute carbon hinders the vibration damping performance of the ε-Ms phase. That is, the effect of improving the vibration damping in the high carbon region by the chromium carbide precipitation treatment is remarkable by comparison with the examples of the present invention.
Comparative Example 10 is SUS304, which does not exhibit vibration damping properties, but is listed for comparison because it is a mass-produced material with excellent low-temperature toughness.

更に、表4をグラフ化した図8、9及び10によって詳細に説明する。
図8は、SFEとε−Ms相体積%との関係を示すが、比較例6は、クロム組成比21質量%の場合であり、γ−相及びα−相の2相域となっているために、ε−Ms相の生成量が少ないので損失係数(η)も不十分である。
図9は、ε−Ms相体積%と損失係数(η)との関係を示すが、比較例7は、アルミニウムの添加量が過少のために固溶している窒素が損失係数(η)を低下させている為にε−Ms相体積%と損失係数(η)との関係が外れている。
図10は、マンガン及びシリコン含有量とε−Ms相体積%との関係を示しているが、比較例のシリコン無添加に対して本発明例はシリコンを0.5〜1.0質量%の微量添加によってマンガン量が18質量%未満であっても必要なε−Ms相の生成領域を増大することができることを示したものであり本発明の主要な効果を示している。
これらから明らかなように、例えば、本発明例1〜14は、優れた制振性とSUS304並の優れた低温靱性を発揮することが確認され、本発明の正当性を実証できた。
図11は、本発明の代表例として、本発明例1と比較例10(SUS304)の制振性能(損失係数(η))機械的性質、低温靱性(シャルピー吸収エネルギー)及び自由振動減衰波形を比較したものである。
Further, described in detail by FIGS. 8, 9 and 10 a graph of Table 4.
FIG. 8 shows the relationship between SFE and ε-Ms phase volume%, but Comparative Example 6 is a case where the chromium composition ratio is 21 mass %, which is a two-phase region of γ-phase and α-phase. Therefore, since the amount of ε-Ms phase generated is small, the loss coefficient (η) is also insufficient.
FIG. 9 shows the relationship between the ε-Ms phase volume% and the loss factor (η), but in Comparative Example 7, nitrogen dissolved in a small amount due to an excessive amount of aluminum added has a loss factor (η). Since it is lowered, the relationship between the ε-Ms phase volume% and the loss factor (η) is deviated.
FIG. 10 shows the relationship between the manganese and silicon contents and the ε-Ms phase volume%. In contrast to the silicon-free additive of the comparative example, the present invention example contains 0.5 to 1.0 mass % of silicon. This shows that even if the amount of manganese is less than 18% by mass, the necessary region of ε-Ms phase can be increased, and the main effect of the present invention is shown.
As is clear from these, for example, Examples 1 to 14 of the present invention were confirmed to exhibit excellent vibration damping properties and excellent low-temperature toughness comparable to SUS304, thus demonstrating the validity of the present invention.
FIG. 11 shows, as a representative example of the present invention, vibration damping performance (loss factor (η)) mechanical properties, low temperature toughness (Charpy absorbed energy) and free vibration attenuation waveform of Invention Example 1 and Comparative Example 10 (SUS304). It is a comparison.

[実験例2]
実験例2は、本発明の請求項5及び6関するものである。
即ち、損失係数(η)を発現するε−Ms相を効果的に生成させ、かつ、良好な低温靭性を持つ鋼を得るための製造条件に関するものであり、本発明の主要な要件を実証するものである。
表4に記載した本発明例1の材料を用いた。
これを1000℃で2時間加熱し、加工仕上げ温度850℃で熱間加工して10mm厚の熱延鋼板とした。これを、800℃×1hr、真空中で溶体化熱処理を行った後、表5に示す条件で冷却及び冷間加工を施した。これらより、5mm角×500mmの小型シャルピー試験片を採取した。
械的性質及び損失係数(η)の測定には、上記の10mm厚の熱延板を冷間圧延によって、1.0mm厚の冷間圧延板として、これを、同様に、800℃×1hr、真空中で溶体化熱処理を行った後、表5に示す条件で冷却及び冷間加工を施した。
冷却条件としては、水冷条件は、20℃/秒であり、空冷条件は、0.06℃/秒であった。
表5に、これらの機械的性質、制振性(損失係数(η))及び低温靭性(vE−196℃)の測定結果を示す。
低温靭性を付加した制振性に優れた鋼は、損失係数(η)と低温靭性(vE−196℃)が重要である。
一方、ばね性を付与した制振性に優れた鋼は、損失係数(η)と機械的性質(ばね性)が重要である。
[Experiment 2]
Experimental Example 2 relates to claims 5 and 6 of the present invention.
That is, the present invention relates to production conditions for effectively generating an ε-Ms phase that expresses a loss factor (η) and obtaining steel having good low temperature toughness, and demonstrates the main requirements of the present invention. Is.
The material of Invention Example 1 listed in Table 4 was used.
This was heated at 1000 ° C. for 2 hours and hot worked at a work finishing temperature of 850 ° C. to obtain a 10 mm thick hot rolled steel sheet. This was subjected to solution heat treatment in vacuum at 800 ° C. × 1 hr, and then subjected to cooling and cold working under the conditions shown in Table 5. From these, a small Charpy test piece of 5 mm square × 500 mm was collected.
For the measurement of mechanical properties and loss factor (η), the 10 mm thick hot-rolled sheet was cold-rolled into a 1.0 mm-thick cold rolled sheet, and this was similarly treated at 800 ° C. × 1 hr. After performing solution heat treatment in vacuum, cooling and cold working were performed under the conditions shown in Table 5.
As cooling conditions, water cooling conditions were 20 ° C./second, and air cooling conditions were 0.06 ° C./second.
Table 5 shows the measurement results of these mechanical properties, damping properties (loss factor (η)) and low temperature toughness (vE-196 ° C ).
A steel having excellent vibration damping properties to which low temperature toughness is added is important for loss factor (η) and low temperature toughness (vE-196 ° C. ).
On the other hand, the loss factor (η) and the mechanical properties (spring property) are important for steel with excellent spring damping properties.

Figure 0004984272
Figure 0004984272

表5について詳細に説明する。
試験No.1−1〜1−5は、800℃で溶体化熱処理後に水中に急冷した場合である。
試験No.2−1〜2−5は、800℃で溶体化熱処理後に空冷した場合である。
試験No.1−1及び1−2に示すように、800℃で熱処理後水中急冷のまま又はこれに5%程度の軽い冷間加工を加えたときに、制振性及び低温靭性にすぐれた鋼を得ることができる。
試験No.1−3及び1−4は、使用目的によって引張り強度を必要とした場合を想定したものであるが、低温靭性は冷間加工によって当然低下するが制振性は優れている。
このように、熱処理後に急冷することによって、熱誘起ε−Ms相を生成させる製造方法は様々な用途に対応できる。
ただし、35%程度の冷間加工を加えると制振性も劣化する。
一方、試験No.2−1〜2−5の場合は、800℃で熱処理後に徐冷した場合であるが、熱処理のまま、或いは、軽加工を加えた程度では制振性の発現が不十分であり、制振性と低温靭性が共に優れる条件を見出すことが出来ない。
このことは、急速冷却処理をすることによって始めて、制振性及び低温靭性共に優れた鋼を安定して製造できることを示している。
Table 5 will be described in detail.
Test No. 1-1 to 1-5 are cases of quenching in water after solution heat treatment at 800 ° C.
Test No. 2-1 to 2-5 are cases in which air cooling is performed after solution heat treatment at 800 ° C.
Test No. As shown in 1-1 and 1-2, a steel excellent in vibration damping and low temperature toughness is obtained when it is quenched in water after heat treatment at 800 ° C. or when light cold working of about 5% is added thereto. be able to.
Test No. 1-3 and 1-4 assume the case where tensile strength is required depending on the purpose of use, but the low-temperature toughness is naturally reduced by cold working, but the vibration damping property is excellent.
Thus, the manufacturing method which produces | generates a heat induction (epsilon) -Ms phase by quenching after heat processing can respond to various uses.
However, if cold working of about 35% is applied, the vibration damping performance is also degraded.
On the other hand, test no. In the case of 2-1 to 2-5, it is a case where it is gradually cooled after heat treatment at 800 ° C., but the expression of vibration damping properties is insufficient with the heat treatment or the degree of light processing applied, It is impossible to find a condition in which both the strength and the low temperature toughness are excellent.
This indicates that a steel having excellent vibration damping properties and low temperature toughness can be stably produced only by rapid cooling treatment.

[実験例3]
実験例3は、本発明の制振性に優れた鋼の冷間加工性の評価に関するものである。
表6は、本発明例1(Mn:16%)、本発明例8(Mn:8%)、比較例1(Mn:22%)及び比較例10(Mn:1%、SUS304)のマンガン(Mn)含有量の異なる鋼について、試験圧延機(ワークロール径85mmφの4段圧延機)によって、2.0mmから約0.03mm厚までの冷間圧延における中間熱処理回数と次の熱処理が必要となるまでの冷間圧延率を測定したものである。
本発明例1又は8は、2.0mmから約0.03mmまでに中間熱処理回数は3回であり、次の中間熱処理までの平均冷間圧延率は63〜70%である。これはSUS304(比較例10)と同等であることが確認され、実生産可能との総合評価である。
これに対して、比較例1(Mn:22%)は、9回の中間熱処理が必要となり、次の中間熱処理までの平均冷間圧延率は35%である。これは、実生産における冷間加工のコストが過大となるために実用化が阻害されていることが明白に示されている。
[Experiment 3]
Experimental Example 3 relates to the evaluation of the cold workability of the steel excellent in vibration damping properties of the present invention.
Table 6 shows manganese (inventive example 1 (Mn: 16%), inventive example 8 (Mn: 8%), comparative example 1 (Mn: 22%) and comparative example 10 (Mn: 1%, SUS304). For steels with different Mn content, the number of intermediate heat treatments and the following heat treatment are required in cold rolling from 2.0 mm to about 0.03 mm thickness by a test rolling mill (4-high rolling mill with a work roll diameter of 85 mmφ). This is a measure of the cold rolling rate until it becomes.
In Invention Example 1 or 8, the number of intermediate heat treatments is 3 times from 2.0 mm to about 0.03 mm, and the average cold rolling ratio until the next intermediate heat treatment is 63 to 70%. This is confirmed to be equivalent to SUS304 (Comparative Example 10), and is a comprehensive evaluation that actual production is possible.
On the other hand, Comparative Example 1 (Mn: 22%) requires nine intermediate heat treatments, and the average cold rolling ratio until the next intermediate heat treatment is 35%. This clearly shows that practical use is hindered due to excessive cold working costs in actual production.

Figure 0004984272
Figure 0004984272

[実験例4]
本発明に係る鋼をその制振性能を効果的に発揮させるには、その制振体の1次共振周波数を、適用する振動環境に適するようにした制振体の構造にする必要がある。
そこで、本発明者らは、本発明になる鋼について、箔、板及び棒の単純な断面積の様々な寸法と1次共振周波数との関係を図9に示す実験によって求めた。
図10は、1次共振周波数を求めるための周波数応答関数の1例である。
サンプル(振動部)の横断面積S(mm)、長さをL(mm)から数式8によって求められる形状ファクタF(以下、「形状ファクタF」という。)と1次共振周波数fnとの関係を試行錯誤によって求めた。
結果を表7及び図14に示す。
これによって、下記の実験式(数式9)の関係が導出された。
即ち、fn=C×Fの関係にあることがわかった。
ただし、数式9における係数(C)は、本発明に係る制振性に優れた鋼にのみ適用されるものであり、他の材料では別途測定しなければならない。
また上記の関係は、Fが0.0001〜1.0の広い範囲で適用できることが確認された。
本発明に係る制振性に優れた鋼において、形状ファクタFは数式8により算出され、1次共振周波数fn(Hz)は、数式9により算出される。
[Experimental Example 4]
In order for the steel according to the present invention to exhibit its damping performance effectively, it is necessary to make the primary resonance frequency of the damping body suitable for the vibration environment to be applied.
Therefore, the present inventors obtained the relationship between various dimensions of simple cross-sectional areas of foils, plates, and bars and the primary resonance frequency for the steel according to the present invention by experiments shown in FIG.
FIG. 10 is an example of a frequency response function for obtaining the primary resonance frequency.
The relationship between the primary resonance frequency fn and the shape factor F (hereinafter referred to as “shape factor F”) obtained from the cross-sectional area S (mm 2 ) and the length L (mm) of the sample (vibrating part) according to Formula 8 Was determined by trial and error.
The results are shown in Table 7 and FIG.
Thereby, the relationship of the following empirical formula (Formula 9) was derived.
That is, it was found that fn = C × F.
However, the coefficient (C) in Formula 9 is applied only to the steel excellent in vibration damping according to the present invention, and must be measured separately for other materials.
Further, it was confirmed that the above relationship can be applied in a wide range of F from 0.0001 to 1.0.
In the steel having excellent vibration damping properties according to the present invention, the shape factor F is calculated by Expression 8, and the primary resonance frequency fn (Hz) is calculated by Expression 9.

[数式8]
F=S/L (8)
[数式9]
fn(Hz)=1.0×10×F (9)
[Formula 8]
F = S / L 2 (8)
[Formula 9]
fn (Hz) = 1.0 × 10 5 × F (9)

Figure 0004984272
Figure 0004984272

表8は、本発明に係る制振性に優れた鋼を制振体として適用した例である。
そのときの制振体の形状ファクタF及び1次共振周波数を併せて記載した。
ここで、複雑な断面形状や長さ方向で断面形状が変化するような用途の場合には、本発明の技術思想を基にして最も適した実験によって見かけの1次共振周波数を測定することによって、本発明の思想を適用することができる。
Table 8 is an example in which steel having excellent vibration damping properties according to the present invention is applied as a vibration damping body.
The shape factor F and the primary resonance frequency of the damping body at that time are also described.
Here, in the case of an application where the cross-sectional shape changes in a complicated cross-sectional shape or in the length direction, the apparent primary resonance frequency is measured by the most suitable experiment based on the technical idea of the present invention. The idea of the present invention can be applied.

Figure 0004984272
Figure 0004984272

表9は、該制振性に優れた鋼を制振体に適用するに際しての振動環境、制振体の1次共振周波数及びそれを得るための制振体の寸法設計の考え方、さらに、その適用結果の評価を記載した。
これによると、本発明になる制振性に優れた鋼は、各々の適用分野において、上記の関係を適用することによって振動吸収が効果的に発現するに必要な振動振幅となり、優れた制振性能を発揮することが明らかとなった。
Table 9 shows the vibration environment, the primary resonance frequency of the damping body, and the dimensional design concept of the damping body for obtaining the vibration environment when applying the steel having excellent damping properties to the damping body. The evaluation of the application result was described.
According to this, the steel having excellent vibration damping properties according to the present invention has a vibration amplitude necessary for effectively expressing vibration absorption by applying the above relationship in each application field, and has excellent vibration damping. It became clear that it demonstrated performance.

Figure 0004984272
Figure 0004984272

以上の記述より明らかなように、本発明による制振性に優れた鋼は、振動・騒音低減、衝突安全の要請に応えることができる、靭性を付加することが出来、かつ、衝撃振動吸収能を有する制振鋼、その製造方法及び該鋼によって構成される制振体を提供することができる。
制振体の具体例は、鋼球、ころがり軸受、ボールねじ、ボルト・ナット、切削工具支持体、HDD用サスペンション、板ばね、コイルばね、自動車排気管、自動車補強材、自動車シート、建造物免震支持体、超電導体冷却用冷媒液体容器である。
本発明により、制振性にすぐれた鋼を製造するためには必須な元素であるマンガンの含有量を顕著に低減することが実現できることから、製造コストを顕著に低減することを可能とし、さらには、制振に優れた鋼を安価に大量に提供することを可能とするので、産業上の利用価値が高い。
As is clear from the above description, the steel excellent in vibration damping according to the present invention can add toughness that can meet the demands of vibration and noise reduction and collision safety, and can absorb shock vibration. Can be provided, a method of manufacturing the same, and a damping body constituted by the steel.
Specific examples of damping bodies include steel balls, rolling bearings, ball screws, bolts and nuts, cutting tool supports, HDD suspensions, leaf springs, coil springs, automobile exhaust pipes, automobile reinforcements, automobile seats, building exemptions A seismic support, a superconducting coolant liquid container.
According to the present invention, it is possible to remarkably reduce the content of manganese, which is an essential element for producing steel with excellent vibration damping properties, and thus it is possible to significantly reduce production costs, Since it is possible to provide a large amount of steel with excellent vibration suppression at a low cost, it has a high industrial utility value.

本発明例の透過型電子顕微鏡(TEM)写真  Transmission electron microscope (TEM) photograph of an example of the present invention 積層欠陥転位の透過型電子顕微鏡(TEM)写真  Transmission electron microscope (TEM) photograph of stacking fault dislocations 制振性と靱性に優れた鋼材の製造プロセス  Steel manufacturing process with excellent vibration damping and toughness Fe−Mn−Cr−Ni鋼の状態図  Phase diagram of Fe-Mn-Cr-Ni steel クロム炭化物生成熱処理後の固溶炭素質量百分率[%]と全炭素質量百分率[%C]との関係Relationship between solid solution carbon mass percentage [% C ] and total carbon mass percentage [% C] after heat treatment to form chromium carbide クロム炭化物生成熱処理の方法  Method of heat treatment for producing chromium carbide 熱処理条件とクロム炭化物の関係を示す顕微鏡組織  Microstructure showing the relationship between heat treatment conditions and chromium carbide 積層欠陥エネルギー(SFE)とε−Ms相体積百分率(%)との関係を示した図  Diagram showing the relationship between stacking fault energy (SFE) and ε-Ms phase volume percentage (%) ε−Ms相体積百分率(%)と損失係数(η)との関係を示した図  The figure which showed the relationship between the volume percentage (%) of ε-Ms phase and the loss factor (η) マンガン質量(%)とε−Ms相体積百分率(%)との関係を示した図Figure showing the relationship between manganese mass (%) and ε-Ms phase volume percentage (%) 本発明例と比較例の自由振動減衰波形、機械的性質及びシャルピー吸収エネルギーを示す図  The figure which shows the free vibration damping waveform, mechanical property, and Charpy absorbed energy of an example of the present invention and a comparative example 1次共振周波数測定のための実験方法  Experimental method for primary resonance frequency measurement 周波数応答関数の測定例  Frequency response function measurement example 形状ファクタFと1次共振周波数との関係  Relationship between form factor F and primary resonance frequency

Claims (7)

炭素の質量百分率[%C]を0.001〜0.10[%]、
シリコンの質量百分率[%Si]を0.10〜3.0[%]、
マンガンの質量百分率[%Mn]を5.0〜18.0[%]、
クロムの質量百分率[%Cr]を0.01〜20.0[%]、
アルミニウムの質量百分率[%Al]を0.001〜0.10[%]、
残部が鉄及び不可避的不純物からなる鋼であって
数式1によって計算される積層欠陥エネルギー(SFE)(mJ/m)が、数式3を満足し、
X線回折法によって測定されたイプシロン・マルテンサイト相の体積パーセント[%ε−Ms相]が数式4を満足する、
優れた靱性、優れた冷間加工性、及び、優れた制振性を有することを特徴とする制振性鋼。
[数式1]
SFE(mJ/m)=25.7+2×[%Ni]+410×[%C]−0.9×[%Cr]−77×[%N]−13×[%Si]−1.2×[%Mn] ・・・(1)
ここで、数式1にある[%Ni]は、ニッケルの質量百分率[%Ni]であり、[%N]は、窒素の質量百分率[%N]である。
[数式3]
−20(mJ/m) ≦ SFE ≦ 20(mJ/m)・・・(3)
[数式4]
10[体積%] ≦ [ε−Ms相] ≦ 50[体積%] ・・・(4)
Carbon mass percentage [% C] 0.001-0.10 [%],
The silicon mass percentage [% Si] is 0.10 to 3.0 [%],
Manganese mass percentage [% Mn] of 5.0-18.0 [%],
Chromium mass percentage [% Cr] 0.01-20.0 [%],
0.001 to 0.10 [%] of mass percentage [% Al] of aluminum,
The balance is steel consisting of iron and inevitable impurities ,
The stacking fault energy (SFE) (mJ / m 2 ) calculated by Equation 1 satisfies Equation 3,
The volume percent [% ε-Ms phase] of the epsilon-martensite phase measured by X-ray diffraction satisfies Expression 4.
A damping steel characterized by having excellent toughness, excellent cold workability, and excellent damping properties.
[Formula 1]
SFE (mJ / m 2 ) = 25.7 + 2 × [% Ni] + 410 × [% C] −0.9 × [% Cr] −77 × [% N] −13 × [% Si] −1.2 × [% Mn] (1)
Here, [% Ni] in Formula 1 is a mass percentage [% Ni] of nickel, and [% N] is a mass percentage [% N] of nitrogen.
[Formula 3]
−20 (mJ / m 2 ) ≦ SFE ≦ 20 (mJ / m 2 ) (3)
[Formula 4]
10 [volume%] ≦ [ε-Ms phase] ≦ 50 [volume%] (4)
炭素の質量百分率[%C]を0.10を超えて〜0.20[%]、
シリコンの質量百分率[%Si]を0.10〜3.0[%]、
マンガンの質量百分率[%Mn]を5.0〜18.0[%]、
クロムの質量百分率[%Cr]を0.01〜20.0[%]、
アルミニウムの質量百分率[%Al]を0.001〜0.10[%]、
残部が鉄及び不可避的不純物からなり、500〜800℃で、1〜60分間、クロム炭化物析出のための熱処理を施す鋼であって、
数式2によって計算される積層欠陥エネルギー(SFE)(mJ/m)が、数式3を満足し、
X線回折法によって測定されたイプシロン・マルテンサイト相の体積パーセント[%ε−Ms相]が数式4を満足する、
高強度で、優れた靱性、優れた冷間加工性、及び、優れた制振性を有することを特徴とする制振性鋼。
[数式2]
SFE(mJ/m)=25.7+2×[%Ni]+410×[%]−0.9×[%Cr]−77×[%N]−13×[%Si]−1.2×[%Mn] ・・・(2)
ここで、数式2にある[%Ni]は、ニッケルの質量百分率[%Ni]であり、[%N]は、窒素の質量百分率「%N」、[%]は、500〜800℃で、1〜60分間、クロム炭化物析出のための熱処理をした鋼の固溶炭素質量百分率[%である。
[数式3]
−20(mJ/m) ≦ SFE ≦ 20(mJ/m)・・・(3)
[数式4]
10[体積%] ≦ [ε−Ms相] ≦ 50[体積%] ・・・(4)
The mass percentage of carbon [% C] exceeds 0.10 to 0.20 [%],
The silicon mass percentage [% Si] is 0.10 to 3.0 [%],
Manganese mass percentage [% Mn] of 5.0-18.0 [%],
Chromium mass percentage [% Cr] 0.01-20.0 [%],
0.001 to 0.10 [%] of mass percentage [% Al] of aluminum,
The balance consists of iron and inevitable impurities and is subjected to heat treatment for precipitation of chromium carbide at 500 to 800 ° C. for 1 to 60 minutes,
The stacking fault energy (SFE) (mJ / m 2 ) calculated by Equation 2 satisfies Equation 3,
The volume percent [% ε-Ms phase] of the epsilon-martensite phase measured by X-ray diffraction satisfies Expression 4.
A damping steel characterized by having high strength, excellent toughness, excellent cold workability, and excellent vibration damping.
[Formula 2]
SFE (mJ / m 2 ) = 25.7 + 2 × [% Ni] + 410 × [% C ] −0.9 × [% Cr] −77 × [% N] −13 × [% Si] −1.2 × [% Mn] (2)
Here, [% Ni] in Formula 2 is the mass percentage of nickel [% Ni], [% N] is the mass percentage of nitrogen “% N”, and [% C ] is 500 to 800 ° C. The solid solution carbon mass percentage [% C ] of the heat-treated steel for chromium carbide precipitation for 1 to 60 minutes .
[Formula 3]
−20 (mJ / m 2 ) ≦ SFE ≦ 20 (mJ / m 2 ) (3)
[Formula 4]
10 [volume%] ≦ [ε-Ms phase] ≦ 50 [volume%] (4)
片持ち梁法によって測定した制振性を表す損失係数(η)が、数式5を満足することを特徴とする、請求項1乃至2の何れかに記載した制振性鋼。
[数式5]
0.005 ≦ η ≦ 0.10 ・・・(5)
The damping steel according to any one of claims 1 to 2, wherein a loss coefficient (η) representing damping performance measured by a cantilever method satisfies Formula 5.
[Formula 5]
0.005 ≦ η ≦ 0.10 (5)
日本工業規格(JIS Z 2242:2005 金属材料のシャルピー衝撃試験方法)に規定する試験方法に従って、−196℃の試験温度でのシャルピー試験(Charpy test)において、ハンマ重量W[N]、回転中心軸からハンマ重心までの距離R[m]、持上げ角度α[deg]の条件で、試験片の切欠き背面にハンマで衝撃荷重を与えたときに、その後の振り上がり角度β[deg]に基づいて、数式6により計算される試験片が吸収したエネルギーであって、
鋼の低温靱性の尺度であるシャルピー吸収エネルギーvE196℃[J]が、数式7を満足することを特徴とする、請求項1乃至3の何れかに記載した制振性鋼。
[数式6]
vE−196℃ =W×R×(cosβ−cosα) ・・・・(6)
[数式7]
50(J)≦ vE−196℃ ≦ 280(J) ・・・(7)
In accordance with a test method specified in Japanese Industrial Standard (JIS Z 2242: 2005 Charpy impact test method for metal materials), in a Charpy test at a test temperature of −196 ° C., a hammer weight W [N], a rotation center axis When the impact load is applied to the notch back surface of the test piece with a hammer under the condition of the distance R [m] from the center of gravity to the hammer center and the lifting angle α [deg], based on the subsequent swing angle β [deg] , The energy absorbed by the test piece calculated by Equation 6,
4. The damping steel according to claim 1, wherein Charpy absorbed energy vE 196 ° C. [J], which is a measure of low-temperature toughness of the steel, satisfies Expression 7. 7.
[Formula 6]
vE-196 ° C. = W × R × (cos β-cos α) (6)
[Formula 7]
50 (J) ≦ vE−196 ° C. ≦ 280 (J) (7)
炭素の質量百分率[%C]を0.001〜0.20[%]、
シリコンの質量百分率[%Si]を0.10〜3.0[%]、
マンガンの質量百分率[%Mn]を5.0〜18.0[%]、
クロムの質量百分率[%Cr]を0.01〜20.0[%]、
アルミニウムの質量百分率[%Al]を0.001〜0.10[%]、
残部が鉄及び不可避的不純物からなる鋼を
第1工程として、950〜1200℃で、1〜5時間、加熱する工程、
第2工程として、加工仕上がり温度750〜950℃で、熱間加工する工程、
第3工程として、冷間加工する工程、
第4工程として、800〜1100℃で、1〜60分間、溶体化熱処理をした後、500℃から20℃までの温度領域を、10〜50(℃/sec)の冷却速度で急速冷却する工程、
第5工程として、炭素の質量百分率が0.10を超えて〜0.20[%]の場合は、500〜800℃で、1〜60分間、熱処理をした後、500℃から20℃までの温度領域を、10〜50(℃/sec)の冷却速度で急速冷却する工程、
第6工程として、冷却のまま、又は、冷間加工率1〜30%の冷間加工を施す工程、
を含んで構成されることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載した制振性鋼の製造方法。
Carbon mass percentage [% C] is 0.001 to 0.20 [%],
The silicon mass percentage [% Si] is 0.10 to 3.0 [%],
Manganese mass percentage [% Mn] of 5.0-18.0 [%],
Chromium mass percentage [% Cr] 0.01-20.0 [%],
0.001 to 0.10 [%] of mass percentage [% Al] of aluminum,
Steel with the balance of iron and inevitable impurities
As a first step, a step of heating at 950 to 1200 ° C. for 1 to 5 hours,
As a second step, a step of hot working at a finishing temperature of 750 to 950 ° C.,
As a third step, a cold working step,
As a fourth step, after a solution heat treatment at 800 to 1100 ° C. for 1 to 60 minutes, a temperature range from 500 ° C. to 20 ° C. is rapidly cooled at a cooling rate of 10 to 50 (° C./sec). ,
As a 5th process, when the mass percentage of carbon exceeds 0.10 and it is -0.20 [%], after heat-treating at 500-800 degreeC for 1 to 60 minutes, from 500 degreeC to 20 degreeC A step of rapidly cooling the temperature region at a cooling rate of 10 to 50 (° C./sec);
As a sixth step, the step of performing cold working with cooling or with a cold working rate of 1 to 30%,
The method for producing vibration-damping steel according to claim 1, comprising:
炭素の質量百分率[%C]を0.001〜0.20[%]、
シリコンの質量百分率[%Si]を0.10〜3.0[%]、
マンガンの質量百分率[%Mn]を5.0〜18.0[%]、
クロムの質量百分率[%Cr]を0.01〜20.0[%]、
アルミニウムの質量百分率[%Al]を0.001〜0.10[%]、
残部が鉄及び不可避的不純物からなる鋼を
第1工程として、950〜1200℃で、1〜5時間、加熱する工程、
第2工程として、加工仕上がり温度750〜950℃で、熱間加工する工程、
第3工程として、800〜1100℃で、1〜60分間、溶体化熱処理をした後、500℃から20℃までの温度領域を、10〜50(℃/sec)の冷却速度で急速冷却する工程、
第4工程として、炭素の質量百分率が0.10を超えて〜0.20[%]の場合は、500〜800℃で、1〜60分間、熱処理した後、500℃から20℃までの温度領域を、10〜50(℃/sec)の冷却速度で急速冷却する工程、
第5工程として、冷却のまま、又は、冷間加工率1〜30%の冷間加工を施す工程、
を含んで構成されることを特徴とする、請求項1乃至4の何れかに記載した制振性鋼の製造方法。
Carbon mass percentage [% C] is 0.001 to 0.20 [%],
The silicon mass percentage [% Si] is 0.10 to 3.0 [%],
Manganese mass percentage [% Mn] of 5.0-18.0 [%],
Chromium mass percentage [% Cr] 0.01-20.0 [%],
0.001 to 0.10 [%] of mass percentage [% Al] of aluminum,
Steel with the balance of iron and inevitable impurities
As a first step, a step of heating at 950 to 1200 ° C. for 1 to 5 hours,
As a second step, a step of hot working at a finishing temperature of 750 to 950 ° C.,
As a third step, after a solution heat treatment at 800 to 1100 ° C. for 1 to 60 minutes, a temperature range from 500 ° C. to 20 ° C. is rapidly cooled at a cooling rate of 10 to 50 (° C./sec). ,
As a 4th process, when the mass percentage of carbon exceeds 0.10 and is ~ 0.20 [%], after heat-treating at 500-800 degreeC for 1 to 60 minutes, the temperature from 500 degreeC to 20 degreeC Rapidly cooling the region at a cooling rate of 10 to 50 (° C./sec);
As a fifth step, the step of performing cold working with cooling or with a cold working rate of 1 to 30%,
The method for producing vibration-damping steel according to claim 1, comprising:
鋼球、ころがり軸受、ボルト・ナット、切削工具支持体、HDD用サスペンション、板ばね、自動車排気菅、自動車補強材、建造物免震支持体、超伝導体用冷媒体容器に適用されることを特徴とする、請求項1乃至の何れかに記載した制振性鋼によって構成される制振体。Applicable to steel balls, rolling bearings, bolts / nuts, cutting tool supports, HDD suspensions, leaf springs, automobile exhausts, automobile reinforcements, building seismic isolation supports, superconducting refrigerant containers A damping body comprising the damping steel according to any one of claims 1 to 4 .
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