JPH05255814A - 制振性に優れたステンレス鋼薄板とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、ステンレス鋼の特徴である優れた
耐食性、耐熱性、機械的性質を何ら損うことなく、高い
制振性を具備したステンレス鋼薄板を提供する。 【構成】 オーステナイト相中にマルテンサイト相が体
積率で１〜２０％分散した組織で、オーステナイト結晶
粒径が５μｍ以下であるステンレス鋼薄板。前記ステン
レス鋼薄板は、準安定オーステナイト系ステンレス鋼に
８０％以上の冷間圧延を加えたのち、６００〜８００℃
でオーステナイト化熱処理を行い、さらに２〜１５％の
冷間圧延を加えることにより製造できる。本薄板は精密
機器の振動を低減する用途に好適である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、制振性に優れたステン
レス鋼薄板とその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、精密機器の振動対策のうえから、
制振性を有する金属薄板の需要が拡大しつつある。この
中で高い機械的強度と耐食性及び耐熱性が必要とされる
用途には、ステンレス鋼の制振材料が必要となる。

【０００３】ステンレス鋼の制振性については従来より
よく研究されており、焼きなまし状態のフェライト系ス
テンレス鋼が優れた制振性を示すことが知られている。
しかしながらフェライト系ステンレス鋼の場合には、磁
区壁の非可逆移動に伴うエネルギーの消費を利用して制
振性を得ているため、内部応力や歪みに敏感で、プレス
加工等により僅かな歪みを加えても制振性が急減してし
まうほか、磁場中では制振性が発揮できない等の問題点
を有していた。

【０００４】この問題点を解消するため、特開昭５２−
６３８３４号公報に開示されているように、鋼板表層部
分の結晶粒界を腐食する方法が提案されている。しかし
ながらフェライト系ステンレス鋼はもともと切欠感受性
が高いため、伸びや疲労強度が著しく低下し実用上問題
である。

【０００５】これに対し、もともと切欠感受性の低いオ
ーステナイト系ステンレス鋼に、粒界腐食を施す方法が
特開昭５４−１２３５１７号公報に開示されている。し
かしながら板厚の半分程度の深さの粒界腐食層を有して
いるため、強度・剛性等の機械的性質が粒界腐食を行う
前に比べて半減してしまうという実用上別の問題が生じ
ている。

【０００６】また、ステンレス鋼の制振性を高めるため
の一般的な方法として、ゴムやプラスチック等のダンパ
ー材をステンレス鋼板表面に張りつけたり、二枚の鋼板
の間に挾持させる方法が行われている。この方法は極め
て高い制振性を付与することができるが、ステンレス鋼
の特徴である耐熱性が損なわれるほか、プレス、曲げ等
の加工性が低下する等実用上の問題点がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、制振ステン
レス鋼における上記のような問題点を解決するためにな
されたものであって、ステンレス鋼の特徴である優れた
耐食性、耐熱性、機械的強度・剛性、加工性等を、何ら
損なうことのない、優れた制振性を具備したステンレス
鋼薄板及びその製造方法を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、オーステナイ
ト相中にマルテンサイト相が分散した組織で、体積率で
１〜２０％マルテンサイト相と、残部が実質的にオース
テナイト相よりなり、オーステナイト結晶粒径が５μｍ
以下であることを特徴とする制振性に優れたステンレス
鋼薄板である。

【０００９】また、前記のステンレス鋼薄板の製造方法
で、準安定オーステナイト系ステンレス鋼に、累積圧下
率で８０％以上の冷間圧延（一次冷間圧延）を加えたの
ち、６００〜８００℃の温度で３０秒〜３０分間のオー
ステナイト化熱処理を行い、さらに累積圧下率２〜１５
％の冷間圧延（二次冷間圧延）を加えることを特徴とす
る方法である。

【００１０】本発明のステンレス鋼薄板の組織は、実質
的にオーステナイト相で構成されるマトリックス中に、
マルテンサイト相が均一に分散したもので、良好な制振
性を確保するためには、マルテンサイト相が体積率で１
％以上存在する必要がある。しかし、２０％を超えて過
剰に存在した場合にも制振性は低下してしまう。このた
めマルテンサイト相の体積率を１〜２０％、好ましくは
２〜１０％とした。なお、マルテンサイト相は、Ｘ線回
折または飽和磁化の測定により容易に定量することがで
きる。

【００１１】また、マトリックスの組織は、実質的にオ
ーステナイト相であればよく、マトリックス中に占める
割合が体積率で２０％以下であれば、イプシロン相、炭
化物相等、他の相がオーステナイト相中に混在していて
もよい。

【００１２】ステンレス鋼薄板のオーステナイト結晶粒
径は、制振性を支配する重要な因子であり、小さくすれ
ばするほど制振性は向上する。また、結晶粒径が小さく
なるにつれて強度・靭性等の機械的性質も向上する。そ
のため上限値を５μｍとした。なお、前述のように結晶
粒径は小さいほど好ましいが、現状の製造技術から判断
すると、結晶粒径の下限は０．５μｍ程度と考えられ
る。

【００１３】ステンレス鋼薄板の板厚は、直接制振性性
能に影響を及ぼすものではなく、用途に応じて適正な板
厚を選択すればよい。しかしながら、板厚が極端に薄く
なると、圧延工程の途中で数度の焼鈍工程が必要とな
り、著しいコスト高になるほか、機械的強度の絶対値が
低下し、構造用部材として使用できない。また、厚すぎ
る場合には、後述の一次冷間圧延の圧下率を十分に確保
することができず、オーステナイト結晶粒径を微細化す
ることが困難となる。このため本発明鋼板の板厚として
は０．０５mm〜１．０mm程度とすることが望ましい。

【００１４】続いて製造条件について説明する。本発明
のステンレス鋼薄板の製造プロセスは、加工誘起変態と
逆変態を利用したものであり、そのため素材としては準
安定オーステナイト系ステンレス鋼が用いられる。準安
定オーステナイト系ステンレス鋼とは、焼鈍状態の組織
はオーステナイト相であるが、塑性歪みを加えると加工
誘起変態によって、オーステナイト相がマルテンサイト
相に変態するステンレス鋼で、具体的にはＪＩＳ規格の
ＳＵＳ３０４鋼等に代表される。成分的には、Ｃｒ：１
２〜２０重量％、Ｎｉ：４〜１２重量％を含み、その他
Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｍｏ，Ｎ等の元素が必要に応じて特性
改善のために選択して添加されている。

【００１５】加工条件としては、一次冷間圧延の圧下率
が小さすぎると、次の熱処理工程を経て生成するオース
テナイト結晶粒が微細化しない。このため、累積圧下率
の下限値を８０％、好ましくは９０％以上とした。

【００１６】その後のオーステナイト化熱処理の温度と
しては、温度が低すぎるとマルテンサイト相がオーステ
ナイト相に完全に変態せず、また、高すぎる場合にはオ
ーステナイト結晶粒が粗大化してしまう。このため熱処
理温度を６００〜８００℃、好ましくは６５０〜７５０
℃とした。熱処理時間もオーステナイト結晶粒径を支配
する重要な因子で、極端に短い場合は、変態が完了せ
ず、長すぎる場合は結晶粒が粗大化してしまう。このた
め熱処理時間を３０秒〜３０分間、好ましくは１〜１０
分間とすることがよい。

【００１７】オーステナイト化熱処理に二次冷間圧延を
行うが、その際の圧下率にほぼ比例してオーステナイト
相からマルテンサイト相への変態量が増加する。したが
って、圧下率が小さすぎると、制振性を確保するに十分
な量のマルテンサイト相が得られなくなる。また大きす
ぎると、オーステナイト相が加工硬化してしまうため制
振性は低下してしまう。このため累積圧下率を２〜１５
％、好ましくは３〜１０％とした。なお、オーステナイ
ト相がマルテンサイト相に変態してもオーステナイト結
晶粒界はそのまま残存するため、結晶粒径は変化しな
い。

【００１８】

【作用】本発明に係わるステンレス鋼薄板の最大の特徴
は、組織がオーステナイト相とマルテンサイト相の二相
になっていることである。組織を二相にすることによっ
て、制振性が発揮される材料としては、ねずみ鋳鉄が古
くから知られている。ねずみ鋳鉄は、強くて靭性のある
基地中に軟らかい第二相が混合した組織になっており、
振動に際し基地と第二相の界面で塑性流動が生じてエネ
ルギーが消費されると説明されている。

【００１９】本発明の場合には、相対的に軟らかいオー
ステナイト相と相対的に硬いマルテンサイト相が混在し
ており、両相の界面で同様の制振機構が働くものと考え
られる。しかしながら、単に組織を二相にしただけで実
用十分な制振性が得られるわけではなく、オーステナイ
ト結晶粒を微細化することにより、制振性がさらに向上
したものと考えられる。

【００２０】結晶粒を微細化することにより制振性が向
上する理由として、二つのことが考えられる。第一は、
結晶粒界そのものに振動吸収作用があることで、結晶粒
を微細化すればするほど粒界面積が増大し、制振性は向
上する。第二は、結晶粒を微細化することにより、マル
テンサイト相が微細かつ均一に分散するようになること
である。

【００２１】すなわち、本発明のマルテンサイト相は、
常温では熱力学的に不安定なオーステナイト（準安定オ
ーステナイト）相が塑性加工によって安定相に変態す
る、いわゆる加工誘起変態によって現出させたものであ
るが、この加工誘起マルテンサイト相はオーステナイト
結晶粒界を核として生成するため、結晶粒が小さくなる
ほど微細かつ均一に分散するようになる。

【００２２】マルテンサイト相がこのように分散すれ
ば、オーステナイト相との界面面積が増大し、制振性は
向上する。但し、界面面積を増大させる目的で、塑性加
工量を高めマルテンサイト量を増加させると、加工硬化
によってオーステナイト相の強度が高まり、マルテンサ
イト相との強度差が小さくなるため、制振性はかえって
低下してしまう。

【００２３】オーステナイト結晶粒を超微細化する方法
としては、逆変態加工熱処理法を用いた。この方法は、
準安定オーステナイト系ステンレス鋼に、強度の冷間圧
延（一次冷間圧延）を加え、オーステナイト相をほぼ完
全にマルテンサイト相に変態させるとともに、そのマル
テンサイト相に強度の加工歪みを導入したのち、熱処理
により再びオーステナイト相に逆変態させるもので、１
μｍ以下の超微細なオーステナイト結晶粒が得られる場
合があることが知られている。

【００２４】本発明に係わる製造方法は、このプロセス
に再度冷間圧延（二次冷間圧延）を加えたもので、一次
冷間圧延の圧下率を可能な限り大きくし、熱処理を変態
温度以上のできるだけ低い温度で短時間行い、さらに二
次冷間圧延の圧下率を適正に制御することにより、オー
ステナイト結晶粒が超微細で、マルテンサイト相が微細
かつ均一に適量分散した組織とした。このようにして製
造した本発明のステンレス鋼薄板は、制振性が著しく向
上することを明らかにしたものである。

【００２５】本発明の制振性に優れたステンレス鋼薄板
は、精密機器、例えばパーソナルコンピューターの記憶
装置であるハードディスク装置のサスペンションアーム
等に用い、振動を低減するに適している。その他制振性
を要求される用途に好適である。

【００２６】

【実施例】表１の記号Ａ〜Ｄに示す化学組成の鋼を溶製
し、熱間圧延を行い板厚４mmの熱延板とした。この熱延
板を１１００℃で３０分間焼鈍し、酸洗した後、冷間圧
延を行い板厚０．５mmの薄板とした。この薄板に７００
℃で１０分間のオーステナイト化熱処理を施した後、さ
らに累積圧下率５％の冷間圧延を行い、板厚０．４７mm
の薄板を得た。

【００２７】得られた薄板より幅１０mm、長さ１００mm
の試験片を切り出し、レーザードップラー法により損失
係数を測定した。また、組織観察、飽和磁化測定、引張
試験を行い、オーステナイト結晶粒径、マルテンサイト
体積率、引張強度を求めた。その結果を表２に示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】比較例は板厚０．５mmの市販のステンレス
鋼であるが、これら市販の鋼材と比較し、実施例の損失
係数は２．５倍以上で、優れた制振性を有していること
がわかる。また、引張強度も比較例に比べて優れてい
る。

【００３１】表１の記号Ａに示す化学組成の鋼を溶製
し、熱間圧延を行い板厚４mmの熱延板とした。この熱延
板を１１００℃で３０分間焼鈍し、酸洗した後、冷間圧
延を行い板厚０．５mmの薄板とした。この薄板に５００
〜９００℃の温度で１０分間のオーステナイト化熱処理
を施した後、累積圧下率０〜２０％の二次冷間圧延を施
した。得られた薄板より幅１０mm、長さ１００mmの試験
片を切り出し、レーザードップラー法により損失係数を
測定した。

【００３２】図１はオーステナイト化熱処理を７００℃
１０分間にして、二次冷間圧延の累積圧下率と損失係数
との関係を見た図で、累積圧下率２〜１５％の範囲内で
損失係数０．００５以上の制振性に優れたステンレス鋼
薄板が得られた。また、図２は二次冷間圧延の累積圧下
率を６％にして、オーステナイト化温度と損失係数の関
係を見た図で、オーステナイト化温度６００〜８００℃
の範囲内で損失係数０．００５以上の制振性に優れたス
テンレス鋼薄板が得られた。

【００３３】

【発明の効果】本発明は、ステンレス鋼のもつ優れた耐
食性、耐熱性、機械的強度・剛性、加工性等を何ら損な
うことなく、制振性を著しく向上させたものであり、精
密機器の構造部材に適用して、その精度、性能を著しく
高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】二次冷間圧延の累積圧下率と損失係数の関係を
表す図表である。

【図２】オーステナイト化熱処理温度と損失係数の関係
を表す図表である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オーステナイト相中にマルテンサイト相
   が分散した組織で、体積率で１〜２０％のマルテンサイ
   ト相と、残部が実質的にオーステナイト相よりなり、オ
   ーステナイト結晶粒径が５μｍ以下であることを特徴と
   する制振性に優れたステンレス鋼薄板。
2. 【請求項２】 準安定オーステナイト系ステンレス鋼
   に、累積圧下率８０％以上の冷間圧延を加えたのち、６
   ００〜８００℃の温度で３０秒〜３０分間のオーステナ
   イト化熱処理を行い、さらに累積圧下率２〜１５％の冷
   間圧延を加えることを特徴とする制振性に優れたステン
   レス鋼薄板の製造方法。