JP6370275B2 - 制振性フェライト系ステンレス鋼材および製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献2には、SiとCoを多量に含有させた鋼材を用いて制振性を付与する技術が開示されている。Crは磁歪を向上させる効果が顕著であるが、9%を超えるとかえって損失係数を低下させると教示されている(段落0015)。
特許文献3には、Al、Si、Crなどの合金元素を多量に添加することなく、結晶粒径、最大比透磁率、残留磁束密度を制御することにより制振性を付与する技術が記載されている。結晶粒径については加工時の肌荒れを考慮して300μm以下としている(段落0023)。
特許文献4には、CrとGaを多量に含有する鉄合金を用いて制振性を付与することが記載されている。
本発明は、制振性に優れたフェライト系ステンレス鋼材を提供することを目的とする。
自動車排ガス経路部材といった耐熱性が要求される用途においては、大気中900℃で200h保持したときの酸化増量が2.5mg/cm2以下となる化学組成に調整されている鋼種を適用することが好ましい。なお、上記大気中での酸化試験温度900℃は、耐酸化性を厳しく評価するための条件を規定したものであり、本発明に従う鋼材は、それよりも低温域にある強磁性領域で優れた制振性を発揮する。
本発明では、常温でフェライト単相からなるマトリックス(金属素地)が得られるフェライト系ステンレス鋼種を対象とする。各合金成分の含有量は上述の範囲で設定することができる。P、Sは不可避的不純物であるが、P含有量は0.040%まで、またS含有量は0.030%まで許容できる。規格鋼種としては、上述の成分組成を満たす範囲において、例えばJIS G4305:2012の表5に示されている各種フェライト系ステンレス鋼種に属する鋼を採用することができる。
(A)質量%で、C:0.001〜0.03%、Si:0.1〜1.0%、Mn:0.7〜1.5%、Ni:0.01〜0.6%、Cr:17.5〜19.5%、N:0.001〜0.03%、Nb:0.3〜0.8%、Ti:0〜0.5%、Cu:0〜1.0%、Mo:1.5〜2.5%、V:0〜1.0%、Al:0〜0.3%、Zr:0〜0.3%、Co:0〜0.6%、REM(希土類元素):0〜0.1%、Ca:0〜0.1%、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼。
本発明に従う鋼材においては、マトリックス(金属素地)を構成しているフェライト再結晶粒の平均結晶粒径が0.3〜3.0mmと非常に大きくなっていることが重要である。0.35mm以上であることがより好ましい。強磁性型の制振材料は、磁区壁の移動によって振動エネルギーを吸収する。結晶粒界は磁区壁の移動を妨げる障害物となるので、一般的に結晶粒径が大きいことは制振性の向上に有利であるとされる。しかしながら、フェライト系ステンレス鋼材の場合、100μm程度の平均結晶粒径では良好な制振性が得られないことが多く、安定して高い制振性を付与する手法が明確にされていなかった。発明者らは種々検討の結果、平均結晶粒径を0.3mm以上に非常に大きくすることによってフェライト系ステンレス鋼材の制振性が向上することを見いだした。その理由については現時点で明確ではないが、フェライト系ステンレス鋼材のマトリックスを構成するフェライト再結晶粒には、サイズの大きいものと小さいものが混在しており、そのうち特にサイズの小さいものが磁区壁の移動に不利に働いていたものと考えられる。平均結晶粒径が0.3mm以上、より好ましくは0.35mm以上と極めて大きくなるような熱処理を施すことによって、サイズの小さい再結晶粒も磁区壁移動を阻害しないサイズに成長し、鋼材全体において制振減衰機構が向上するのではないかと推察される。
磁区壁の移動をスムーズに行わせるためにはフェライト結晶格子の歪が少ないことも重要である。結晶中の歪の大きさは、磁気特性における残留磁束密度に反映される。すなわち、同じ組成の材料であれば、残留磁束密度が小さいものは結晶格子の歪が小さいと評価できる。発明者らの検討によれば、常温での残留磁束密度が45mT(450G)以下であるフェライト系ステンレス鋼材において、良好な制振性が得られる。残留磁束密度が30mT(300G)以下であることがより好ましい。下限は特に限定されないが、通常、12mT(120G)以上となる。
結晶の歪を評価するためには、X線回折ピークの半価幅を測定する手法も有効である。具体的には、Co−Kα線を用いたX線回折パターン(横軸は回折角2θ)において、フェライト結晶(211)面の回折ピークの1/2半価幅を指標とすることができる。発明者らの検討によると、この半価幅が0.160°以下であるフェライト系ステンレス鋼材において、良好な制振性が得られている。結晶の歪を評価する指標として、上述の残留磁束密度に代えて、あるいは加えて、(211)結晶面のX線回折ピーク半価幅を採用することができる。
本発明では、フェライト系ステンレス鋼材の最終焼鈍においてフェライト再結晶粒を成長させ、制振性を付与する。
最終焼鈍に供するための鋼材を得るまでの工程は、従来一般的な製造工程を利用することができる。例えば、常法により製造されたフェライト系ステンレス鋼の冷延焼鈍酸洗鋼板や調質圧延仕上鋼板などを素材として所定の部材へ加工する。部材への加工としては、金型を用いた各種プレス加工、曲げ加工、溶接加工などが挙げられる。
〔最大冷却速度条件〕
○印:最高到達温度から200℃までの最大冷却速度が5℃/sec以下であるもの。
×印:最高到達温度から200℃までの最大冷却速度が5℃/secを超えるもの。
〔中間温度域の平均冷却速度条件〕
○印:850℃から400℃までの平均冷却速度が0.3℃/sec以上であるもの。
×印:850℃から400℃までの平均冷却速度が0.3℃/sec未満であるもの。
表2中に示す一部の例については後処理として圧延方向に10%の引張歪を付与した。以上のようにして供試材を得た。
〔平均結晶粒径の測定〕
圧延方向および板厚方向に平行な断面(L断面)の金属組織を光学顕微鏡で観察し、前述の切片法により平均結晶粒径を測定した。
図1にNo.1、図2にNo.3、図3にNo.6の金属組織写真をそれぞれ例示する。
圧延方向を長手方向とする250mm×20mm×t(tは板厚;約1.8〜2mm)の試験片について、直流磁気測定装置(リケン電子社製のB−Hトレーサー)により磁気測定を行った。使用コイルはφ62.5mm×160mm、100巻のソレノイドコイルである。得られたB−H曲線から最大磁束密度Bm、残留磁束密度Br、保磁力Hcを求めた。
X線回折装置(リガク社製;RINT2500H)を用いて、Co管球、40kV、200mAの条件でX線回折パターンを測定し、フェライト結晶(211)面の回折ピークの1/2半価幅(°)を求めた。
圧延方向を長手方向とする250mm×20mm×t(tは板厚;約1.8〜2mm)の試験片について、JIS K7391:2008に従い中央支持定常加振法にて常温での周波数応答関数を求め、得られた周波数応答関数の共振ピークから3dB低減した位置での半値幅を読み取ってJIS K7391:2008の式(1)によりηを算出し、種々の周波数で得られたηの平均値をその材料の損失係数ηとして定めた。
これらの結果を表3に示す。
Claims (9)
- 質量%で、C:0.001〜0.03%、Si:0.1〜1.0%、Mn:0.1〜2.0%、Ni:0.01〜0.6%、Cr:10.5〜24.0%、N:0.001〜0.03%、Cu:2.0%以下、Mo:2.5%以下、Al:0.3%以下を含有し、Nb:0〜0.8%、残部Feおよび不可避的不純物である化学組成を有し、マトリックスがフェライト単相であり、フェライト結晶粒の平均結晶粒径が0.3〜3.0mmである金属組織を有し、残留磁束密度が45mT以下である制振性フェライト系ステンレス鋼材。
- Co−Kα線を用いたX線回折パターンにおいて、フェライト結晶(211)面の回折ピークの1/2半価幅が0.160°以下である請求項1に記載の制振性フェライト系ステンレス鋼材。
- 質量%で、C:0.001〜0.03%、Si:0.1〜1.0%、Mn:0.7〜1.5%、Ni:0.01〜0.6%、Cr:17.5〜19.5%、N:0.001〜0.03%、Nb:0.3〜0.8%、Cu:2.0%以下、Mo:2.5%以下、Al:0.3%以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物である化学組成を有し、マトリックスがフェライト単相であり、フェライト結晶粒の平均結晶粒径が0.3〜3.0mmである金属組織を有し、残留磁束密度が45mT以下である制振性フェライト系ステンレス鋼材。
- 大気中900℃で200h保持したときの酸化増量が2.5mg/cm2以下である請求項3に記載の制振性フェライト系ステンレス鋼材。
- Co−Kα線を用いたX線回折パターンにおいて、フェライト結晶(211)面の回折ピークの1/2半価幅が0.160°以下である請求項3または4に記載の制振性フェライト系ステンレス鋼材。
- 前記残留磁束密度が30mT以下である請求項3〜5のいずれか1項に記載の制振性フェライト系ステンレス鋼材。
- 質量%で、C:0.001〜0.03%、Si:0.1〜1.0%、Mn:0.1〜2.0%、Ni:0.01〜0.6%、Cr:10.5〜24.0%、N:0.001〜0.03%、Cu:2.0%以下、Mo:2.5%以下、Al:0.3%以下を含有し、Nb:0〜0.8%、残部Feおよび不可避的不純物である化学組成を有する鋼材に対して、非酸化性雰囲気中900〜1250℃の温度範囲に10min以上保持してフェライト結晶粒の平均結晶粒径を0.3〜3.0mmとしたのち、最高到達材料温度から200℃までの最大冷却速度を5℃/sec以下、かつ850℃から400℃までの平均冷却速度を0.3℃/sec以上として200℃以下の温度まで冷却する条件で最終焼鈍を施す、請求項1または2に記載の制振性フェライト系ステンレス鋼材の製造方法。
- 質量%で、C:0.001〜0.03%、Si:0.1〜1.0%、Mn:0.7〜1.5%、Ni:0.01〜0.6%、Cr:17.5〜19.5%、N:0.001〜0.03%、Nb:0.3〜0.8%、Cu:2.0%以下、Mo:2.5%以下、Al:0.3%以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物である化学組成を有する鋼材に対して、非酸化性雰囲気中900〜1250℃の温度範囲に10min以上保持してフェライト結晶粒の平均結晶粒径を0.3〜3.0mmとしたのち、最高到達材料温度から200℃までの最大冷却速度を5℃/sec以下、かつ850℃から400℃までの平均冷却速度を0.3℃/sec以上として200℃以下の温度まで冷却する条件で最終焼鈍を施す、請求項3〜6のいずれか1項に記載の制振性フェライト系ステンレス鋼材の製造方法。
- 最終焼鈍の雰囲気を非酸化性雰囲気に代えて大気雰囲気とし、最終焼鈍後に酸洗を施す、請求項7または8に記載の制振性フェライト系ステンレス鋼材の製造方法。
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