JPH0379426B2

JPH0379426B2 -

Info

Publication number: JPH0379426B2
Application number: JP59202467A
Authority: JP
Inventors: Hajime Ikeda; Kiichi Saito; Takeshi Yoshida; Ko Tajima; Hiromitsu Hoshi
Original assignee: Nippon Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 1984-09-27
Filing date: 1984-09-27
Publication date: 1991-12-18
Also published as: JPS6179751A

Description

【発明の詳細な説明】

＜産業上の利用分野＞この発明は、良好な耐摩耗性確保につながる優
れた焼入れ性を有するとともに、高靭性並びに高
耐食性をも兼備していて、オートバイのブレーキ
デイスク用素材として好適な低炭素マルテンサイ
ト系ステンレス鋼に関するものである。＜従来の技術及びその問題点＞近年、オートバイの需要は益々増加する様相を
呈しているが、それとともに性能や外観等に対す
る需要者の要求よりも一段と高度化する傾向をた
どつている。例えば、制動装置を例にとつてみて
も、これらの要望に応えるべくデイスクブレーキ
の採用が一般化してきており、更にその材質等に
も種々の工夫・改良が加えられてきた。ところで、オートバイに作用されるブレーキデ
イスクには耐摩耗性や靭性に優れていることが要
求されることはもちろんであるが、加えて、使用
環境の多様化や美的要因から、優れた耐食性・耐
銹性を備えていることも欠くことのできない大き
な要件となつてきている。従来、このような状況に対処すべく、オートバ
イ用ブレーキデイスクには高炭素1Cr鋼（0.3重量
％Ｃ−15.5重量％Cr鋼）、或いはSUS 420J2鋼
（0.3重量％Ｃ−13重量％Cr鋼）等の高炭素マルテ
ンサイト系ステンレス鋼が採用され、熱処理によ
つて硬さをH_RC35±３程度に管理して使用に供さ
れていた。ブレーキデイスクの硬さを特に前記の
如き値に調整するのは、耐摩耗性のみを考慮して
硬度を高くしすぎると（デイスクの耐摩耗性はそ
の硬度とほぼ比例関係にあり、硬度が高くなるほ
ど耐摩耗性も向上する）ブレーキ鳴きを生じるよ
うになるばかりか、制動安定性にも悪影響を及ぼ
すからである。ところが、前記従来材ではこの硬さ調整に難点
があり、その改善が強く待たれるものであつて、
必ずしも現状又は近い将来に了とされる品質のも
のではなかつた。なぜなら、オートバイ用ブレーキデイスクに供
されてきた前記高炭素系鋼材は、Ｃ及びCr等の
含有量や焼入れ温度のわずかな変動によつて焼入
れ硬さが大きく変化するものであり、従つて、
“焼入れ”のみでH_RC35±３と言う狭い範囲の硬
度を得るには苛酷なまでに厳しい材質管理と熱処
理管理を必要とし、実際上、安定した品質の製品
を作業性良く製造するのが極めて困難なものであ
つた。そこで、一般には、“焼入れ”のみによる
硬さ調整をあきらめ、焼入れ処理の後に適当な温
度（550〜650℃）での“焼戻し”を施すことで目
標とする硬さを達成すると言う、多段階の工程を
とらざるを得なかつたのである。その上、“焼戻し”を伴う前記方法には次のよ
うな問題点もあつた。即ち、この場合の“焼戻
し”とは冶金学的にはCr炭化物の析出によるマ
ルテンサイトからソルバイトへの変態現象である
が、Cr炭化物の析出周辺では局部的にCr濃度が
低くなることは否めず、それに起因するデイスク
材の耐食性低下をどうすることもできなかつたの
である。このような事情から、最近、“焼入れ”のみに
よつてブレーキデイスクに要求される特性を容易
に得ることができる鋼を目指したところの、Mn
含有量を高めたオートバイデイスクブレーキ用低
炭素マルテンサイト系ステンレス鋼に関する提案
もなされるようになつた（特開昭57−198249号）。しかしながら、特開昭57−198249号として提案
された前記低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼
は、その出願明細書中の実施例の記載からも明ら
かなように、所望の耐食性等を安定して実現する
にはCr含有量を12〜14％程度（以下、％は重量
％とする）と高く設定する必要があり、このため
鋼材の靭性が劣化するばかりか、Mn含有量を高
めたとしてもなおオーステナイトの安定化が不十
分であつて、焼入れ特性や耐食性に難点が残る等
の問題点を有していることが、本発明者等のその
後の研究で明らかとなつたのである。＜問題点を解決するための手段＞そこで、本発明者等は、熱処理条件を厳しく管
理せずとも“焼入れ”のみでH_RC35±３の硬度が
安定かつ容易に得られ、しかもオートバイ用ブレ
ーキデイスク材として十分に満足できる優れた靭
性並びに耐食性を備えた鋼材を提供すべく、様々
な観点からの基礎的試験・研究を続けた結果、 (a) SUS403として規格化されたマルテンサイト
系ステンレス鋼を基本として、そのＣ及びＮの
総量を低く規制するとともにCr含有量をも低
目に抑え、更に適量のMoを添加すると、焼入
れ性、靭性並びに耐食性がバランス良く向上し
た鋼が得られること、 (b) このような鋼材は、通常の焼入れ処理のみで
オートバイ用ブレーキデイスク材として好適な
硬度（H_RC35±３）に安定して調整することが
可能であること、 (c) 該鋼に、適量のNbを更に添加含有せしめる
と、その耐食性が一層向上すること、以上(a)〜(c)に示されるような知見が得られたの
である。この発明は、上記知見に基づいてなされたもの
であり、ステンレス鋼材を、Ｃ：0.08％以下、Ｎ：0.04％以下、（ただし、Ｃ＋Ｎの合量で0.06〜0.09％）、 Si：0.5％以下、Mn：0.4〜1.0％、 Cr：10.0〜11.5％、Ni：0.5〜1.0％、 Mo：0.05〜0.5％、を含有し、更に必要に応じて Nb：0.04〜0.1％、を含有し、残りがFeと不可避不純物からなる成
分組成（以上重量％、以下％は重量％を示す）で
構成することによつて、優れた焼入れ性、靭性並
びに耐食性を兼備する低炭素マルテンサイト鋼と
した点、に特徴を有するものである。次いで、この発明の低炭素マルテンサイト系ス
テンレス鋼において、その成分割合を前記の如く
に数値限定した理由を説明する。 (a) Ｃ及びＮＣ及びＮ成分は、共に鋼の焼入れ硬さを決定
する元素であるが、Ｃ＋Ｎの合量で0.06％を下
回つても、またＣ及びＮがそれぞれ0.08％およ
び0.04％を上回り、かつＣ＋Ｎの合量で0.09％
を上回つても、オーステナイト域からの焼入れ
（通常の焼入れ温度である850〜1000℃からの場
合）の際にH_RC35±３の硬さを得ることができ
なくなる上、Ｃ及びＮの含有量は鋼の靭性にも
著しい影響を及ぼすものであつて、その含有量
がそれぞれＣ：0.08％およびＮ：0.04％を越
え、かつＣ＋Ｎの合量では0.06〜0.09％の範囲
から外れると靭性劣化の傾向をみせることか
ら、その含有量を、Ｃ：0.08％以下、Ｎ：0.04
％以下にして、Ｃ＋Ｎの合量：0.06〜0.09％と
定めた。第１図は、0.3％Si−0.8％Mn−11.5％Cr−
0.8％Ni−0.3％Mo鋼における〔Ｃ＋Ｎ〕量と
焼入れ硬さとの関係を示す線図であり、第２図
は同様の鋼における〔Ｃ＋Ｎ〕量と衝撃値との
関係を示す線図であるが、これらの線図から
も、H_RC35±３の硬度を安定して現実し、かつ
良好な靭性を示す鋼を得るためには、〔Ｃ＋Ｎ〕
量を0.06〜0.09％とする必要があることが明ら
かである。 (b) Si Siは、フエライト生成元素であつて鋼の焼入
れ硬度を低下させるばかりか、靭性にも悪影響
を及ぼすので、合金元素としては好ましくない
ものである。そして、その含有量が0.5％を越
えると特に前記弊害が著しくなることから、Si
含有量はSUSの13Cr鋼（例えばSUS403）と同
様に0.5％以下と定めたが、製鋼上、脱酸が十
分になされるならば低いほど好ましい。 (c) Mn Mn成分には、オーステナイト生成元素であ
ることから焼入れ硬さを安定にする作用があ
り、また脱酸の面からも欠かせないものであ
る。しかし、本発明鋼の場合は、後述する如
く、焼入れ硬化性を安定せしめる元素として
Niを著しい効果を与えており、過剰にMnを添
加しても該効果向上の度合が少ないばかりか経
済性を損うことにもなるため、Mn含有量は1.0
％以下と定めた。なお、Mn含有量は極く微量
であつても所望の効果を得られるが、前記作用
に十分な効果を得るためには0.4％以上の添加
が好ましい。 (d) Cr Cr成分にはステンレス鋼としての耐食性を
確保する作用があるが、その含有量が10.0％未
満では前記作用に所望の効果を得ることができ
ず、一方、11.5％を越えて含有させると靭性の
劣化を来たすことから、Cr含有量は10.0％〜
11.5％と定めた。第３図は、0.3％Si−0.8％Mn−0.8％Ni−0.3
％Mo鋼におけるCr量と耐食性（JIS Z2371に
規定された塩水噴霧試験による10段階評価のレ
イテングナンバーで示した）との関係を示す線
図であり、第４図は同様の鋼におけるCr量と
衝撃値との関係を示す線図であるが、これらの
線図からも、Cr含有量が10.0〜11.5％の範囲で
良好な耐食性と靭性とを兼備することが明らか
である。なお、この発明のマルテンサイト系ステンレ
ス鋼はCr含有量が低いため、Fe−Cr状態図か
らも明らかなように、高温においてもオーステ
ナイト安定度が高く、焼入れ特性、靭性及び耐
食性がともに優れているが、この点もこの発明
の大きな特徴の１つである。 (e) Ni Ni成分は、強いオーステナイト生成元素で
あることから有効な焼入れ安定性向上作用を有
しており、また靭性向上作用をも有している
が、その含有量が0.5％未満では焼入れ安定性
向上作用に所望の効果が得られず、一方1.0％
を越えて含有させてもその効果が飽和してしま
い経済的にも好ましくないことから、Ni含有
量は0.5〜1.0％と定めた。第５図は、0.3％Si−0.8％Mn−11.5％Cr−
0.3％Mo鋼におけるNi量と焼入れ硬さとの関
係を示す線図であり、第６図は同様の鋼におけ
るNi量と衝撃値との関係を示す線図であるが、
これらの線図からも0.5〜1.0％のNi添加が有効
であることは明らかである。 (f) Mo Mo成分は、鋼の耐食性を著しく向上する作
用を有しており、Cr含有量を低減したこの発
明のステンレス鋼ではMo添加による耐食性の
補償は欠かせないものであるが、その含有量が
0.5％を越えると耐食性向上効果が飽和してし
まうことから、Mo含有量は0.5％以下と定め
た。なお、Moは極く微量でもそれなりの耐食
性向上効果を発揮するが、できれば0.05％以上
を含有せしめるのが良い。第７図は、0.3％Si−0.8％Mn−11.5％Cr−
0.8％Ni鋼におけるMo含有量と耐食性（JIS
Z2371に規定された塩水噴霧試験による10段階
評価のレイテングナンバーで示した）との関係
を示す線図であるが、該線図からも、Mo添加
によつて耐食性が著しく向上することがわか
る。 (g) Nb Nb成分にもこの発明のステンレス鋼の耐食
性を向上する作用があるので、より高い耐食性
を要求される場合に添加されるものであるが、
その含有量が0.1％を越えると経済性を著しく
損うばかりか耐食性向上効果が飽和してしまう
ことから、Nb含有量は0.1％以下と定めた。な
お、Nbも極く微量の添加でそれなりの耐食性
向上作用を示すものであるが、好ましくは0.04
％以上を含有せしめるのが良い。この発明の低炭素マルテンサイト系ステンレ
ス鋼は、以上に示した成分組成を特徴とするも
のであり、不可避的に混入する不純物元素は極
力少ない方が良いことは言うまでもないが、特
にＳを低減することが好ましく、0.001％以下
にＳ含有量を抑制することが推奨される。次いで、この発明を実施例により説明する。＜実施例＞まず、第１表に示す如き化学成分組成の鋼を
100Kg高周波溶解炉で大気溶解し、これらに常法
通りの鋼塊皮剥、熱間圧延及び焼鈍を施して厚さ
が６mmの熱延板を得た。次に、これらを750℃にて十分に軟化焼鈍し、

【表】

【表】デイスクブレーキ材及びラボ試験片を採取した。このようにして得られた試験片について、焼入
れ性、靭性及び耐食性を調査し、その結果を第８
図、第９図、第１０図及び第２表に示した。一般に、ブレーキデイスク材では、能率向上や
酸化防止のために高周波焼入れが実施されている
が、第８図に示される本発明鋼１（試験片寸法：
６mmφ×100mm）についての迅速焼入れ試験（昇
温：10秒、均熱時間：７秒、冷却手段：放冷）の
結果は、本発明鋼が極く短時間の昇温並びに均熱
であつても十分に目標とする硬さに達し、しかも
表層部及び中心部ともほぼ均一な硬さとなるなど
極めて優れた焼入れ性を有していることを明示し
ており、この点からもブレーキデイスク材として
好適であることがわかる。なお、このような焼入
れ特性は、本発明鋼１に限られるものではなく、
本発明鋼２〜１５においても同様であることが確
認された。また、ブレーキデイスクへの装飾用材のCuブ
レージング接合と焼入れ用熱処理とを同時に実施
する場合は、1150〜1200℃程度への加熱が必要で
あるが、第８図に示される結果は、このような温
度からの焼入れによつてもH_RC35±３の焼入れ硬
さが得られることを明示するものでもあり、この
ことは、打抜き、装飾用材の付着接合、焼入れ等
の処理を施す側のオートバイメーカー等に材料選
定上大きな自由度を持たせ得ることを意味してい
る。そして、本発明鋼１及び１５、並びに従来鋼１
６についての高温焼入れ試験結果を示す第９図か
らも、これらの事実は明瞭に裏付けられる。これに対して、従来鋼１６は、通常、1100〜
1200℃ではオーステナイト相１相とはならず、フ
エライト相が析出するために焼入れ状態では「マ
ルテンサイト相＋フエライト相」の２相組織とな
つてしまつて十分な“焼き”が入らず、耐食性の
低下や靭性低下をきたすものであつた。なお、本発明鋼が十分に安定した焼入れ硬さを
得られるのは、Cr含有量が低いために1200℃を
越える高温までフエライト相が析出せず、前記温
度範囲ではオーステナイト１相であるので、焼入
れ後も十分にマルテンサイト１相を確保できるか
らである。第１０図は、本発明鋼１及び１５、並びに従来
鋼１６についての焼入れ温度と靭性との関係を示
した線図であるが、本発明鋼は800〜1000℃の焼
入れ温度でいずれも５Kg−ｍ以上の衝撃値を示し
ているのに対して（なお、このことは鋼種１及び
１５以外の本発明鋼についても確認された）、従
来鋼１６は靭性が低く、特に850℃焼入れについ
ては約２Kg−ｍ程度の衝撃値しか示さず、安全性
に支障のあることがわかる。更に、第２表は、本発明鋼１〜１５並びに従来
鋼１６における、各種温度でのシヤルピー衝撃試
験結果（950℃焼入れ）並びに塩水噴霧試験結果
（JIS Ｚ 2371に規定された塩水噴霧試験による
10段階評価のレイテングナンバーで示した）を表
わしたものであるが、該第２表からも、本発明鋼
は−25℃の低温でも十分な靭性を有していて、オ
ートバイデイスクとして使用した場合

【表】の寒冷地での走行を一層安定確実なものとできる
ことがわかり、また耐食性に優れていて銹の発生
が少なく、美観保持性能や耐久性に十分優れてい
ることもわかる。＜総括的な効果＞以上説明したように、この発明によれば、850
〜1200℃程度の広い範囲の温度からの焼入れのみ
で硬さをH_RC35±３に安定して調整し得、また迅
速焼入れによつてもバラツキのない焼入れ硬さが
実現される上、靭性並びに耐食性ともに極めて優
れた、オートバイ用ブレーキデイスク材として好
適な低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼が得ら
れるなど、産業上極めて有用な効果がもたらされ
るのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、〔Ｃ＋Ｎ〕量と焼入れ硬さとの関係
を示す線図、第２図は、〔Ｃ＋Ｎ〕量と衝撃値と
の関係を示す線図、第３図は、Cr含有量と耐食
性との関係を示す線図、第４図は、Cr含有量と
衝撃値との関係を示す線図、第５図は、Ni含有
量と焼入れ硬さとの関係を示す線図、第６図は、
Ni含有量と衝撃値との関係を示す線図、第７図
は、Mo含有量と耐食性との関係を示す線図、第
８図は、迅速焼入れ試験での焼入れ温度と表層
部、中心部の硬さとの関係を示す線図、第９図
は、高温焼入れ試験での焼入れ温度と硬さとの関
係を示す線図、第１０図は、焼入れ温度と靭性と
の関係を示す線図である。

Claims

【特許請求の範囲】１重量％で、Ｃ：0.08％以下、Ｎ：0.04％以下、（ただし、Ｃ＋Ｎの合量で0.06〜0.09％）、 Si：0.5％以下、Mn：0.4〜1.0％、 Cr：10.0〜11.5％、Ni：0.5〜1.0％、 Mo：0.05〜0.5％、を含有し、残りがFeとその他の不可避不純物か
らなる組成を有することを特徴とする、焼入れ
性、靭性、並びに耐食性の優れた低炭素マルテン
サイト系ステンレス鋼。２重量％で、Ｃ：0.08％以下、Ｎ：0.04％以下、（ただし、Ｃ＋Ｎの合量で0.06〜0.09％）、 Si：0.5％以下、Mn：0.4〜1.0％、 Cr：10.0〜11.5％、Ni：0.5〜1.0％、 Mo：0.05〜0.5％、を含有し、さらに、 Nb：0.04〜0.1％、を含有し、残りがFeとその他の不可避不純物か
らなる組成を有することを特徴とする、焼入れ
性、靭性、並びに耐食性の優れた低炭素マルテン
サイト系ステンレス鋼。