JPS6179751A - 低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼 - 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、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ィスク用素材として
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
もより一段と高度化する傾向をたどっている。例えば、
制動装置を例にとってみても、これらの要望に応えるべ
くディ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、オートバイに使用されるブレーキディスクに
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・耐誘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ってきている。

従来、このような状況に対処すべく、オートバイ用ブレ
ーキディスク（＝は高炭素１　ＳＣｒ鋼（０，３重量％
Ｃ−１５，５重ｉ％Ｃｒ鋼）、或いは５ＵＳ４２０Ｊ２
鋼Ｃ０１３重Ｊｉ％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
って硬さをＨＲＣ３５±３程度に管理して使用に供され
ていた。ブレーキディ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Ｃディ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（＝
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（二難点があり
、その改善が強く待たれるものであって、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ィスクに供されてき
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って焼入６硬さが大きく変化す
るものであり、従って、゛焼入れ”のみでＨＲＣ３５±
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
あった。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０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
ったのである。

その上、゛焼戻し”を伴う前記方法には次のような問題
点もあった。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
するディスク材の耐食性低下をどうすることもできなか
ったのである。

このような事情から、最近、“焼入れ”のみによってブ
レーキディスクに要求される特性を容易に４ることかで
きる鋼を自損したところの、Ｍｎ含有量を高めたオート
バイディ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った（特開昭５
７−１９８２４９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１
２〜１４％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って、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ったのである。

く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ＨＲＣ３５±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ィスク材と
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脅研究
を続けた結果、（ａｌ　　Ｓ　Ｕ　Ｓ　４０３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」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、 （ｂｌ　　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ィ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、 ｆｃｌ　　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（ａｌ〜（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＋Ｎ：０．０６〜０．０９％。

Ｓｉ：０．５ｉ以下、　　　　Ｍｎ　：　１．０％以下
。

Ｃ’ｒ　：’　１０．　ＯＳｌ　１．５％。

Ｎｌ　：　０．５　％　１．　Ｏ９５、、ＭＯ：　０．
５　ｆＶｙ以下を含有するとともに、必要により更に、
Ｎｂ　：　０．　Ｌ　％以下 をも含み、残部が実質的にＦｅより成る成分組成で構成
することによって、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Ｎ Ｃ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）として計算したこれらの含有量が０
．０６９５を下回っても、或いは０１０９％を上回って
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ＨＲＣ３
５±３の硬度を得ることができなくなる上、（Ｃ＋Ｎ）
の値は鋼の靭性にも著しい影響を及ぼすものであって、
その値が０．０６〜０．０１Ｊｆの範囲を外れると靭性
劣化の傾向をみせることから、Ｃ及びＮの含有量を、〔
Ｃ＋Ｎ）の値で０．０６へ０．０９４ｉと定めた。

第１図は、０．３％５ｔ−０，８％Ｍｎ−１１，５％Ｃ
ｒ−０，８％Ｎｉ−〇、３％ＭＯ鋼における（：Ｃ＋Ｎ
Ｅ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＋ＮＥ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、ＨＲＣ３５±３の
硬度を安定して実現し、かつ良好な靭性を示す鋼を得る
ためには、［Ｃ＋Ｎ］量を００６〜００９％とする必要
のあることが明らかである。

ｂ）　　３ｉ Ｓｉは、フェライト生成元素であっ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ｌが０．５％を越えると特に前記弊害が著しくなる
ことから、Ｓｔ含有量はＳＵＳの１３Ｃｒ鋼（例えば５
ＵＳ４０３）と同様に０５％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、オースブ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っても所望の効果
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（ＪＩ
Ｓ　　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％０ｒ　−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０５〜１０％のＮｉ添加が有効であること
は明らかである。

ｆ）　　ＭＯ ＭＯ酸成分、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、Ｍ。

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％以とを含有せしめるのが良い。

第７図は、０．３％８ｉ　−０，８％Ｍｎ−１１，５％
Ｃｒ　−０，８％Ｎｉ鋼におけるＭＯ含有量と耐食性（
ＪＩＳＺ２３７１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１　ＭＯ添加によって
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
してしまうことがら、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１００　Ｋ
ｑ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６閣の熱延板を
得た。

次に、これらを７５０℃にて十分に軟化焼鈍し、ディス
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、ブレーキディスク材では、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：６咽ダＸ　１００　ａ
ｒｍ　）についての迅速焼入れ試験（昇温：１０秒、均
熱時間ニア秒、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っ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ィスク材とし
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、ブレーキディ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、１
１５０〜１２００．℃程度への加熱力を必要であるが、
第８図に示される結果は、このような温度からの焼入れ
（：よってもＨＲＣ３５±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ノ（
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（；従来鋼１６につ
いての高温焼入れ試験結果を示す第９図力為らも、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、１１００〜１２０
０℃ではオーステナイト相１相とはならず、フェライト
相が析出するため（二焼入れ状態では［マルテンサイト
相＋フェライト相」の２相組織となってしまって十分な
”焼き”が入らず、耐食性の低下や靭性低下をきたすも
のであった。

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含有号が低いために１２００℃を越える高温
までフェ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５　Ｋｇ　−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、各種温度でのン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、本発明鋼は一２５℃の低温でも十
分な靭性を有していて、オートバイディスクとして使用
した場合第　　　２　　表 （注１）　「従」は「従来鋼」であることを示す。

（注２）　塩水噴霧試験結果の数値は、１０段階評価の
レイテングナンバーである（ｒｌＯＪが最良値である）
。

（注３）　焼入れ条件＝９５０℃ＸＩＯ分均熱後油焼入
れ。

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。

く総括的な効果〉 以上説明したように、この発明によれば、８５０〜１２
００℃程度の広い範囲の温度がらの焼入れのみで硬さを
ＨＲＣ３５±３に安定して調整し得、また迅速焼入れに
よっ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
ーキディ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＋ＮＥ量と焼入れ硬さとの関係を示す線
図、 第２図は、（Ｃ＋ＮＥ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ｌ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。 出願人　　日本ステンレス株式会社 代理人　　富　１）和　夫　はか１名 第１囮 鍍２図 ｒｃ＋ＮＪ景（！量％Ｊ 乍３図 葉４図 Ｃｒ含有量（！量％λ 濃５図 事６因 Ｎｒｆｗ量（！ｔ％］ 第７囚 ＭＱ含有量（１量％） 茂入温蔗　（０ｃ） 獲Ｔ撃傅（Ｋｇ−ｒｎ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量割合にて、 Ｃ＋Ｎ：０．０６〜０．０９％、 Ｓｉ：０．５％以下、 Ｍｎ：１．０％以下、 Ｃｒ：１０．０〜１１．５％、 Ｎｉ：０．５〜１．０％、 Ｍｏ：０．５％以下 を含有するとともに、残部が実質的にＦｅより成ること
   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. （２）重量割合にて、 Ｃ＋Ｎ：０．０６〜０．０９％、 Ｓｉ：０．５％以下、 Ｍｎ：１．０％以下、 Ｃｒ：１０．０〜１１．５％、 Ｎｉ：０．５〜１．０％、 Ｍｏ：０．５％以下 を含有するとともに、更に Ｎｂ：０．１％以下 をも含み、残部が実質的にＦｅより成ることを特徴とす
   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。