JPH0456748A - 振動減衰特性に優れた溶接構造用鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、溶接構造物の部材に用いて好適な溶接構造
用鋼に関し、特に振動や騒音を抑制し得る振動減衰特性
に優れる、引張強度が４１　ｋｇｆ／　ｍ”以上の溶接
構造用鋼を提案しようとするものである。

近年、鉄道橋梁や自動車用道路橋など大重量の通過車両
の移動に伴う激しい振動をはじめとして、特に居住地域
に近接して立地した工場や作業場などの施設ないしは機
械構造物に生じる振動ないしはそれらに伴われる騒音が
、社会問題とされる風潮が著しい。

このための対策としては、吸音材料や遮音材料あるいは
振動絶縁材料を使用したり、また構造物の剛性を増大さ
せて共鳴を回避したりする種々な手法が講ぜられている
けれども、実際にはその騒音源となる振動は複雑で、そ
の原因を排除することは一般には困難である。

そこで構造部材としての材料自体に振動減衰特性いわゆ
る制振性を付与して、それによる構造物の振動、騒音の
抜本的な改善を図ろうとする方法が注目されている。

（従来の技術） 上記の制振性を付与した鋼材について、既にいくつかの
提案が行われている。

例えば特公昭６０−２６８１３号公報には、低降伏点で
かつ粗大粒とする防振鋼材の製造方法が提案されている
。

しかしこの鋼材は、低強度でありまたじん性が劣るため
に構造部材としては使用できない。

また特開昭５２−１４４３１７号公報には、３〜４０ｗ
ｔ％（以下単に％で示す）ＣｒでさらにＴｉ、　ＡＩを
添加した防振鋼が、さらに特開昭５７−１８１３６０号
公報には、１．５〜９％Ａｔを含有する制振厚鋼板が、
そして特公昭５７−２２９８１号公報には、４〜７％Ｃ
ｒ、３〜５％Ａｔを含有する制振性を有する鋼材がそれ
ぞれ開示されている。

しかしいずれの鋼材も溶接性に難点があったり、じん性
の改善を必要としたり、また制振性が十分でなかったり
、合金成分が多量に添加されて高価であるという問題を
残していた。

以上のべたほか特開昭５３−１６２１号公報には、粒界
酸化により振動減衰特性を付与した１８−８ステンレス
網が提案されているが、溶接性に問題がありまた大量生
産には適さないという問題があった。

（発明が解決しようとする課題） 量産が可能であり、高い制振性を有し、しかも溶接構造
用鋼材として必要な溶接性を具備してしかもしん性に優
れる、比較的安価な、振動減衰特性に優れた引張強度が
４１　ｋｇｆ／　ｍｍ２以上の溶接構造用鋼を提案する
ことがこの発明の目的である。

（課題を解決するための手段） さて強磁性体の鋼では、磁気スピンが揃うのに対応して
結晶格子には歪（磁歪）が生じていて、主にこの影響を
受けて内部は磁区に分割されている。

かような鋼に外力（振動）が加わると、磁歪との相互作
用によって磁区壁が移動する。すると強磁性体内部に生
じるこの磁区壁の移動すなわち磁化の変化を打ち消すよ
うに渦電流が生し、この渦電流は、逆に磁歪を通じて歪
を引き起こす。この歪は、外力に対して位相が遅れるの
で、いわゆる磁気−力学的ヒステリシス型の内部摩擦に
より振動減衰特性があられれる。これについては、例え
ば純鉄が制振性に優れることについて知られているとお
りである。

しかし純鉄は、強度が低く、またじん性の面からも構造
用部材としての適用は不可能である。

これに対し発明者らは先に、Ｍｎ量を０．０８％以下に
低減したほぼ純鉄の組成になる鋼にＣｕを添加すること
で、純鉄の高い振動減衰能を維持しつつ、しかも溶接構
造用鋼材としての強度とじん性とをも兼ね備える鋼板を
提案した（特願平１−２４６５７５号明細書参照）。

発明者は、上記の鋼の振動減衰特性を更に向上させるべ
く種々検討を重ねた結果、上記の鋼にＡｔを１％以上添
加するのが有効であること、さらにＴｉ、　Ｎｂ及び■
は、それぞれ炭化物としてＣｕと同様に制振性を低下さ
せることなく高強度化に寄与することを見出し、この発
明を完成させた。

すなわちコノ発明は、Ｃ：　０．１５％以下、Ｓｉ　：
　０．１％以下、Ｍｎ　：　０．４％以下、八１　：　
１．０〜７．０％及びＮ　：　０．００８％以下を含み
、かッＴｉ　：　０．００５〜０．２％、Ｎｂ　：　０
．００５〜０．２％及びＶ　：　０．００５〜０．２％
のうち１種又は２種以上を含有し、さらにＣを、次式　
　α≦Ｃ≦α十０．０２　（％）、ここでを満足する範
囲で含有し、残部はＦｅ及び不可避的不純物よりなる振
動減衰特性に優れた溶接構造用鋼（第１発明）及び この第１発明の綱にＣｕを０４０５〜１．５％加えた、
Ｃ：　０．１５％以下、Ｓｉ　：　０．１％以下、Ｍｎ
　：　０．４％以下、Ｃｕ　：　０．０５〜１．５％、
Ａｌ　：　１．０〜７．０％及びＮ：ｏ、ｏｏｓ％以下
を含み、かつＴｉ　：　０．００５〜０．２％、Ｎｂ　
：　０．００５〜０．２％及びＶ　：　０．００５〜０
．２％のうち１種又は２種以上を含有し、さらにＣを、
次式％式％） を満足する範囲で含有し、残部はＦｅ及び不可避的不純
物よりなる振動減衰特性に優れた溶接構造用鋼（第２発
明）及び この第２発明の綱にＮｉを０．０５〜１．５％加えた、
Ｃ：　０．１５％以下、Ｓｉ　：　０．１％以下、Ｍｎ
　：　０．４％以下、Ｃｕ　　：　　０．０５〜１．５
　　％、　Ｎｉ　　：　　０．０５〜１．５　　％、　
Ａｌ　　二　１．０〜７．０％及びＮ　：　０．００８
％以下を含み、がっＴｉ：０．００５〜０．２％、Ｎｂ
　：　０．００５〜０．２％及び■：０．００５〜０．
２％のうち１種又は２種以上を含有し、ざらにＣを、次
式 ％式％） を満足する範囲で含有し、残部はＦｅ及び不可避的不純
物よりなる振動減衰特性に優れた溶接構造用鋼（第３発
明）である。

（作　用） この発明の振動減衰特性に優れた溶接構造用鋼において
、成分組成を上記の範囲に限定した理由について説明す
る。

Ｃ：０．１５％以下、かつα≦Ｃ≦α十０．０２　（％
）、ここで Ｃは、その量が固溶した状態で０．０２％を超えると制
振性を著しく劣化させる。またこの発明ではＴｉ、　Ｎ
ｂ及びＶの炭化物の析出によって鋼を強化することに特
徴がある。したがって炭化物としてのＣ量すなわちαを
確保した上で、固溶Ｃ量を０．０２％以下となるように
Ｃ量を制限することが必要である。Ｃの上限の具体的数
値は、Ｔｉ、　Ｎｂ及びＶの各上限値から算出されるα
上限値に、固溶Ｃとしての上限値すなわち０．０２％を
加えた値つまり０．１５％である。一方下限は、炭化物
による析出強化に必要な量としてαである。

Ｓｉ　：　０．１％以下 Ｓｉは、０．１％を超えて含有させると、制振性を劣化
させるので、０．１％を上限とした。

Ｍｎ　：　０．４％以下 Ｍｎは、制振性に悪影響を与えるので、その含有量は低
いほど好ましく、０．４％を超えて含有させると制振性
を著しく劣化させるので０．４％をその上限とした。

Ａｌ　７１．０〜７．０％ ＡＩは、Ｍｎを低減し、はぼ純鉄の組成になる鋼におい
て振動減衰特性を向上させるがその含有量が１．０％に
満たないとその効果がなく、一方７．０％を超える含有
では、溶接部のしん性が劣化するのでＡ１含有量は１．
０〜７．０％の範囲とした。

Ｎ　：　０．００８％以下 Ｎは、その含有量が低いほうが母材及び溶接部のしん性
の面から好ましく、許容できる上限は、ｏ、ｏｏｓ％で
ある。

Ｔｉ　：　０．００５〜０．２％、Ｎｂ　：　０．００
５〜０．２％及びＶ：　０．００５〜０．２％ Ｔｉ、　Ｎｂ及びＶは、いずれも炭化物として析出し、
前述のように制振性を劣化させることなく高強度化に寄
与することから同効成分であり、これらの１種又は２種
以上を含有させる。それぞれ０．００５％に満たないと
、この効果がなく、またそれぞれ０．２％を超えて含有
させると鋼のじん性を劣化させるので上限は０．２％で
ある。

この発明の鋼は、第２発明において、以上の成分に加え
てさらにＣｕを０．０５〜１．５％含有させることで、
さらなる高強度が可能となる。

Ｃｕは、時効処理により微細なε−Ｃｕとして析出させ
て、綱を強化させる成分であり、Ｍｎ含有量を低下させ
た鋼にＣｕを含有させることにより、制振性を損なうこ
となしに強度とじん性とを両立させることができる。Ｃ
ｕ含有量が０．０５％に満たないとその効果に乏しく、
一方１．５％を超えて含有させると熱間割れを生じるお
それがあるので０．０５〜１．５％の範囲とした。

この発明の綱は、第３発明において、第２発明の成分に
加えてさらにＮｉを０．０５〜１．５％含有させる。

Ｎｉは、Ｃｕの添加に由来する熱間割れの傾向を制振性
を損なうことなしに抑えることができる。Ｎｉ量が０．
０５％に満たないとその効果に乏しく、一方１．５％を
超えると経済的でないという不都合が生じるのでＮｉ含
有量は、０．０５〜１．５％の範囲とした。

上記の成分のほか、この発明では不純物成分としてＰ、
Ｓをそれぞれ０．０１％、０．００５％まで許容できる
。

Ｐは、その含有量の増加とともに制振性を劣化させるが
、０．０１％までは許容できるので上限を０，０１％と
する。

Ｓは、Ｐ同様、制振性に好ましくない成分であり、その
含有量が０．００５％を超えると制振性が特に劣化する
。したがってＳ含有量は０．００５％を上限とする。

この発明の材料は、転炉、電気炉など通常の溶製、次い
で連続鋳造、造塊等の鋳造、さらに圧延により厚鋼板と
することができる。また厚鋼板に限らず薄鋼板、形鋼、
棒鋼、線材などにも用いることができる。なおＣｕを含
有させる場合には、Ｃｕの析出のために通常の焼もどし
を施すのが好ましい。

（寞施例） 表１に示す種々の成分組成になる鋼を転炉で溶製した後
、鋳造し、さらに通常の熱間圧延にて厚さ２５ｍｍの厚
鋼板とした。Ｃｕを含有した綱は更に析出時効処理とし
て５７５°Ｃで１ｈの熱処理を行った。

表１において、記号Ａ−Ｚはこの発明の鋼の成分組成に
なる鋼板であり、Ａ−ＦＳ　Ｉ−Ｎ、Ｐ〜Ｕ及びＺは第
１発明、Ｇ、０、■及びＷは第２発明、Ｈ，Ｘ及びＹは
第３発明の鋼板である。

一方記号静〜ＦＦは比較例であり、ＡＡはＡ】の含有量
が少ないもの、ＢＢはＴｉ、　Ｎｂ又は■の何れも含ま
ないもの、ＣＣはＭｎ量が高いもの、ＤＤはＮ量が高い
もの、ＥＥはＣ量が高いもの、ＦＦはＳｉ量が高いもの
である。

また記号ＧＧに従来例としてｓｓ　４１１７４を示した
。

さてこれらの鋼板について、母材の引張特性、衝撃特性
、溶接部のしん性及び内部摩擦Ｑ−’を測定し、得られ
た結果を表２に示す。なお溶接部のしん性については、
大熱量１０ｋＪ／＊＊のサブマージアーク溶接を行って
、溶接継手ポンド部について測定したものである。

同表から明らかなように、この発明の成分組成範囲にな
る鋼Ａ−Ｚは、いずれも溶接構造用鋼板として要求され
る引張強度４１ｋｇｆ１０ｎ２以上を満足し、じん性も
０°Ｃの吸収エネルギー５ｋｇｆ−ｍ以上を母材、溶接
部共に満足している。また従来例ＧＧのＳＳ　４１鋼に
比較して格段に優れた内部摩擦値を示し、制振性が向上
している。

これに対して、この発明の成分組成範囲を満足しない比
較例Ａへは内部摩擦値が、ＢＢは強度が、ＣＣは内部摩
擦値が、ＤＤは溶接部じん性が、ＥＥ及びＦＦは内部摩
擦値がそれぞれ劣り、この発明の目的を達成することが
できなかった。

（発明の効果） この発明の鋼は、優れた制振性と、構造用材料として十
分なしん性及び引張強度が４１　ｋｇｆ／　ｍｍ”以上
の強度を有し、しかも溶接可能で溶接部しん性も優れて
いるという工業上有用な特性を有する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ：０．１５ｗｔ％以下、 Ｓｉ：０．１ｗｔ％以下、 Ｍｎ：０．４ｗｔ％以下、 Ａｌ：１．０〜７．０ｗｔ％及び Ｎ：０．００８ｗｔ％以下 を含み、かつ Ｔｉ：０．００５〜０．２ｗｔ％、 Ｎｂ：０．００５〜０．２ｗｔ％及び Ｖ：０．００５〜０．２ｗｔ％ のうち１種又は２種以上を含有し、さらに Ｃを、次式 α≦Ｃ≦α＋０．０２（ｗｔ％）、ここで α＝［Ｔｉ］／４＋［Ｎｂ］／７．７＋［Ｖ］／４．３
   （ｗｔ％）を満足する範囲で含有し、残部はＦｅ及び不
   可避的不純物よりなる振動減衰特性に優れた溶接構造用
   鋼。 ２、Ｃ：０．１５ｗｔ％以下、 Ｓｉ：０．１ｗｔ％以下、 Ｍｎ：０．４ｗｔ％以下、 Ｃｕ：０．０５〜１．５ｗｔ％、 Ａｌ：１．０〜７．０ｗｔ％及び Ｎ：０．００８ｗｔ％以下 を含み、かつ Ｔｉ：０．００５〜０．２ｗｔ％、 Ｎｂ：０．００５〜０．２ｗｔ％及び Ｖ：０．００５〜０．２ｗｔ％ のうち１種又は２種以上を含有し、さらに Ｃを、次式 α≦Ｃ≦α＋０．０２（ｗｔ％）、ここで α＝［Ｔｉ］／４＋［Ｎｂ］／７．７＋［ｖ］／４．３
   （ｗｔ％）を満足する範囲で含有し、残部はＦｅ及び不
   可避的不純物よりなる振動減衰特性に優れた溶接構造用
   鋼。 ３、Ｃ：０．１５ｗｔ％以下、 Ｓｉ：０．１ｗｔ％以下、 Ｍｎ：０．４ｗｔ％以下、 Ｃｕ：０．０５〜１．５ｗｔ％、 Ｎｉ：０．０５〜１．５ｗｔ％、 Ａｌ：１．０〜７．０ｗｔ％及び Ｎ：０．００８ｗｔ％以下 を含み、かつ Ｔｉ：０．００５〜０．２ｗｔ％、 Ｎｂ：０．００５〜０．２ｗｔ％及び Ｖ：０．００５〜０．２ｗｔ％ のうち１種又は２種以上を含有し、さらに Ｃを、次式 α≦Ｃ≦α＋０．０２（ｗｔ％）、ここで α＝［Ｔｉ］／４＋［Ｎｂ］／７．７＋［Ｖ］／４．３
   （ｗｔ％）を満足する範囲で含有し、残部はＦｅ及び不
   可避的不純物よりなる振動減衰特性に優れた溶接構造用
   鋼。