WO2007122754A1

WO2007122754A1 - 焼戻し軟化抵抗の大きいブレーキディスク

Info

Publication number: WO2007122754A1
Application number: PCT/JP2006/320358
Authority: WO
Inventors: Junichiro Hirasawa; Takako Yamashita; Noriko Makiishi; Etsuo Hamada; Takumi Ujiro; Osamu Furukimi
Original assignee: Jfe Steel Corporation
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2006-10-05
Publication date: 2007-11-01
Also published as: CN101426941A; EP2011891A1; KR20080110623A; RU2008141688A; US20090162240A1

Abstract

適正な硬さを有すると共に、焼戻し軟化抵抗の大きいブレーキディスクを提供する。具体的には、Ｃ：０．１ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：１．０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：２．０ｍａｓｓ％以下、Ｃｒ：１０．５～１５．０ｍａｓｓ％、Ｎｉ：２．０ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ：０．５超～４．０ｍａｓｓ％、Ｎｂ：０．０２～０．３　ｍａｓｓ％、Ｎ：０．１ｍａｓｓ％以下を含有し、さらに、Ｃ，Ｎ，Ｎｂ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｎｉ，Ｍｎ，ＭｏおよびＣｕを、下記（１）式および（２）式；５Ｃｒ＋１０Ｓｉ＋１５Ｍｏ＋３０Ｎｂ−９Ｎｉ−５Ｍｎ−３Ｃｕ−２２５Ｎ−２７０Ｃ＜４５　・・・（１）０．０３≦｛Ｃ＋Ｎ−（１３／９３）Ｎｂ｝≦０．０９　・・・（２）を満たして含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、かつ旧オーステナイト粒の平均粒径が８μｍ以上であるマルテンサイト組織を有し、硬さがＨＲＣで３２～３８であることを特徴とする焼戻し軟化抵抗の大きいブレーキディスクである。

Description

明細書

焼夂化撤の大きレヽブレーキディスク

自転車 (bicycles)などのディスグブレーキ (disc brakes)に用いら; ブレーキディスクに関し、特に適正な硬さを有すると共に、 !¾ L軟ィ l^g 抗 (temper softening resistance)の大きレ、ブレーキディスクに関すものである。ここで、本発明でレ、う「焼欠ィ ΰ¾ΐの大きレ、」とは、高温に髓されたのちの軟化が小さぐ初期の正硬さ ( !、硬さを維持できる特生のことである。背景鎌

オートノや自動車等に採用され XV、るデイス —キは、ブレーキディスクとブレーキパッドとの纖なって、垂ルギーレギ—に変換して ΐ¾の回転を抑え、制動するものである。そのため、上記ブレーキディスクには、'適正な硬さ roper handness)を有すると共に耐磨耗性ゃ樹生等にも優; Η¾ことが求めら; ^。特に、ブレーキディスクの硬さが低い齢には、ブレーキパッドとの鎌 ( る磨耗が進行し^ Τくなる ί 、ブレーキの利き淛動性 )カ悪くなる。一方、ブレーキディスク力すぎるには、いわゆるブレーキ鳴き (brake squeakの原因となる。そのため、ブレーキディスクの硬さは、 JIS Z2245で ¾ ^されたロックゥ K¾Mさ (Rodwell C hardness) (HRC) で 32〜38禾にされヽる。 .

ブレーキディスクに用、ら; 素材としては、硬さと耐食性のから、従来、マノイト系ステンレス鋼 dnartensMc stainless steeDが主に鶴され χ ヽる。このマ/！^^イト系ステンレス鋼としては、一時、 SUS420J2(]ISZ 4304)などの炭素量が高いステンレス鋼を;^ A U ' L^MLX 観し T 、たが、焼 L麵等の製 i _hの負荷が大きヽとレ、う問題があったことから、近年では、特開昭 57— 198249号公報や特開昭 60— 106951号公報に開示されて、るような、； ^A tたままで翻可能な低炭素マノ ^"イト系ステンレス鋼が使用さ^ 5ようになつてき T 、る。一方、醉では、 ±i^¾gbbal enviroment) 護すから、オートノ^ fや自動車等の燃費向上 (½ifel efficiency)が強く求められ XV、る。燃費を向上するには、車体重量の軽減が^)であるため、車両の軽量化が進められ Tヽる。制動装置 (brake mechanism)であるディス^ 7、'レーキも例外ではなぐブレーキディスクの/ J 化や厚みの纖 (薄肉化)力れ TV、る。しかし、ブレーキディスクの/ 化、薄肉化は、ブレーキディスク自体の熱容量 eat capacity)の低下を招くため、ブレーキディスクの赎ま、制動時の雜脑 ction heat)はって 650°C以上に上昇することがある。そのため、従来のマ/^、^イト系ステンレス鋼を素材としたフ:レーキディスクでは、上言熱により !¾ Lされ T¾化し、耐久性が低下するという問題が fe · ,

このような問題に対しては、例えば、特開 2002_1464$9号には、 Ti， Nb, V, Ζΐのうちの 1 たは以上 iiN¾r^有させること〖なり、ディス^ 7 —キ制動中の〖なる軟化を抑制す ' る低炭素マ/ ^"イト系ステンレス鋼が験さ TV、る。 'また、特許第 3315974号公報（特開 2001-220654号公報）には、 Nbあるレヽ ( と共に、 Ti， V, Bのうちの 1¾*たは难以上を複合して添し、 I^ L軟化を抑制するデイス yレーキ用ステンレス鋼が提案され Tヽる。また、特開 2 002— 121656号報には、鋼中の C， N, Ni, Cu, Mn, Cr, Si, Mo, V, Tiおよび Alの関係式で表さ; n¾GP値 (高温でのオーステナイト比率)を 50%以上に霞すると共に、 Nb, Vのうちの 1種または 2ffiを添ロすることにより、制動時の觸なる; ½ 夂化抑制するデイス" —キロータ用鋼が験され T、る。 .

しかしながら、特開 2002— 146489号公報、特許第 3315974号公 ¾、開 2002— 121656号公報に記されたブレーキディスク用ステンレス鋼は、高価始素を多量に添カロすることから製造コストが高ぐまた、ブレーキ制動時の^熱〖なる焼 L軟化 ί¾¾十分ではないため、 65 0°C以上のに長時間麟さ; ½と、硬さが急激に低下するとレ、う問題を有するもので ¾ そこで、本発明の目的は、従 *Μが抱える上記問題点 ¾ ^決し、適正な硬さを有すると共に、焼 Lf化観の大きいブレーキディスクを徵することにある。発明の開示 .発明者らは、上記讓¾#決するため、マノ / "イト系ステンレス鋼を用い造したブレー 'キディスクの膝 ^itds ^に影数及ぼす各觀因にっレヽ τΐ¥細に調査しその結果、フーキディスク用素材として特定の成滅を有する低炭素マノイト系ステンレス鋼を用いると共に、 ¾A l の旧才ーステナイト粒 (prior¾ustenite grain)の平 i¾¾¾ avera e grain diameter)を 8 _Mm以上とする、および/または、；の析出 Nb量 ¾r^Nb量に対して所定値以下に難することり'、硬さが適確囲 (HRC： 32-38)であると共に、 ;½ L軟: f a«にも優 (65 0°C X Ihrの焼 L後の硬さ力 ¾RC： 30以上)ブレーキディスカ ^ことを見出し . さらに、発明者らは、低炭素マノ / ト系ステンレス鋼の焼戻し軟ィの向上を図るには、 ¾Λ後のマ / ^イト糸锇中に内在する fef立 (dislocation)の密度 ¾1正範囲に制御すると共に、 Cu等の ^fi に優先的に猶田析出する元素を添 ΙΊΓ^ (立の回復を抑制し、'焼 L後のマルテンサイト, 中に内在する転位密度 (dislocation 4ensity)¾i正範囲に制御することが^]であることを見出し、本発明を^させ

すなわち、本発明は、 C:0. lmass%以下、 Si: l. Qmass%以下、 Mri: 2. Qmass%以下、 Cr: l 0. 5〜15. Qmass%, Ni:2. Qmass%以下、 Gu:0. 5超〜 4. Qmass%、 Nb:0.. 02—0. 3 mas s%、N:0. lmass%以下 ¾r ^有し、さらに、 C, N, Nb, Cr， Si, Ni， Mn， Moおよび Cuを、下記' .(1)式おょぴ (2)式；

5Cr+ 10Si+ 15Mo+ 30Nb-9Ni- 5Mn- 3Cu-225N-270C<45 …（1)

0. 03≤ {C+N— (13/93) N¾}≤0. 09 · · · (2)

を満たして章有し、襟 15が eおよび不可避的不純物からなる成分糸城を有し、かつ旧オーステナイト粒の平: ¾Γ維が 8 μ m以上で &5マ/ ^ Μト繊を有し、'硬さが ¾RCで 32〜38である tとを赚とする；¾ Li^l^¾の大きいブレーキディスクで fe¾。 '

また、本発明は、さらに、析出し Nbの量有する^ bの量との比 (析出 Nb¾ ^ b量)が 0. 75未満であるブレーキディス^^ある。 · . 本発明の上記ブレーキディスクは、マノレテト組織中に内在する立の密度の平方根 T )力 . 8〜1. 3 X 10¾n一¹であることを赚とする。まだ、本発明の上記ブレーキディスクは、 650°Cで lhrf¾ i~る焼 ύ後の硬さ力 ¾RCで 30以 ' 上であること、あるレ、ほ、 650°Cで lhr|¾ ^る^ L後のマイト «中に内する転位 . の密度の平: が 0. 6〜1. 3Χ 10¾ ¹であり、藤 ii±には «田析出してなることとする。 '

また、本発明の上記ブレーキディスクは、上記成分糸滅に加えてさらに、下 |SA〜C群のうちの少なく.とも 1群の成分 Sr ^有することを難とする。

記

A群; Mo:0. 01〜2. Qmass%、 Co:0. 01〜1. Qmass%のレ、ずれか 1歡たほ 2¾

B群; Ti:0. 02〜0. 3mass%, V:0. 02—0. 3mass%, Zr:0. 02-vO. 3mass%およひ Ta:0. 02

〜0. 3mass⁰/₀のうちから選ばれた 1¾¾たは 2¾以上

C群; B:0. 0005〜0. 005Qmass%、Ca:0. 0005〜0· 0'050mass%のいずれか:^ ほ 2g 本発明 (なれば、硬さが ¾RC:32〜38を有すると共に、 650°Cで： φτ (親する!^ 後の硬さ力 ¾RC: 30以上である; ^ 欠餓抗の大きレ、ブレーキディスクを、多量の合素をすることなく安価に徹することができる。 . 図面の簡^ ¾説明

図 1： ^および; ¾ b後の硬さ (HRC)に及ぼす旧オーステナイト粒の平: ^粒径の影響标すダラ: ある。

図 2： L後の硬さ (H C)に及ぼす (析出 N ¾/^Nb量)の灘すグラフであ^)。発明を^するための巖良の形態

本明を開発する^ iとなった実験にっヽ rm明する。

C:0. 0 mass⁰/o、 Cr: 12mass%、 Si:0. lmass%、 Mn: l. 5mass%, N:0. 0 mass%、 Nb:0. 12mass°ん Ni:0. 7mass%、 Cu: l. Qmass⁰/₀およ Ό ^細が実質的に Feからなる低炭素マノンサイト系ステンレス鋼板を、加を 1000〜1150°Cの間で 4 準に変化させ T¾卩熱し、 1分間麟してから、 200。C¾1?を平均冷却赚 10°C/secで空 ίΪΓ "る^ A l処理を施しこの;^ Λ の纖反断面の紙織を観察し、旧オーステナイト (以下、「【日 γ」ともレヽう)粒の平埒雖を '測定したところ、が 1000°Cで 5/ιιη、 1050°Cで 8/im、 1100。Cで 10μπι、 1150°Cで 15μπιであつ：^その後、上記; ^A l^の鍵反を、 650でのに lhri ^してから空る焼理を施し;^上記のようにして得 fe^ U処理前の赚および; ^ L処理後の鋼板にっ、

harxfaess) (HRC)を測定し:^

図 1は、旧オーステナイト (旧 γ )粒の平；^雖が、鋼板表面の硬さ (HRC)に及ぼす影したものである。図 1'から、上記成分糸膽のステンレス鋼板においては、合^素を量に添口し TV、ないにも拘わらず、旧 γ粒の平均粒径を 8 !11以上とした^には、；½^1^の硬さカ¾¾ C: 32〜38で ^:あると共に、 650°Cで lhr|¾ ^る;^ L処理を施した後でも、. H Cで 30以上の硬さを膽できることがわ力。この結 ¾0も、；の硬さを HRCで 32〜38とし、さらに、 650°Cで . lhrの! ¾ L後の硬さを HRCで 30以上とするためには、; ¾A l の旧 γ.粒の平均腿が 8μπι 以上のマノ^/ 1 ト繊とすることが重要であることがわ力

上記のように、! ½A l^の旧 γ粒が大きいほど; E^L軟が大きくなる原因については、まだ十分に明らかになつ XV、ないが、次にように考え XVヽる。一般に、.^ A l^の娠し過程では、結晶粒内こ固溶し Tヽる Cr, Nb等の合^ ¾素は ¾έ¾して、結晶粒内に^!田な析出物 (Cr炭化物 (Cr carbide), N炭窒化物 carbonfeide)等)をすると共に、結晶粒界に達した合^ ¾素は、粒界〖¾ ^な析出物?^成する。ここで、旧 γ. 細な金属紙織では、粒内合 ^素が旧 γ粒界ま Ι ~るのに必要な tem»(«onl_ength)力 S短いため、 ^ L¾r受けると、容易に旧 γ粒界に ¾^な析出物 (Q:炭化物) ¾f成する。その結果、 ·結晶粒内に析出す田な析出物力 S減少して、十分な析出強化が得らよくなる。しかも、粒界に析出した) な析出物は、析出強化への寄与が小さい。一方、旧 γ粒がな^ 織では、結晶粒内に固溶し T、る Cr, N b等の合 ^素が、旧 γ粒界^ lj旨るが長くなる。そのため、焼 Lを受« こときに、合^素は、旧 γ粒界 «¾L¾く、旧 γ粒内に微細な析出物となって析出する。この析出物は、 ^iiSftのとなるため、 ^[^が大きくなるものと推察さ;½。次、 C:0. 0 mass%、 Cr: 12. lmass%、 Si:0. 2mass%, Mn: l. 6mass%、 N:0. 0 mas s^o/o、Nb:0. 13mass°/_0s Ni:0. 6mass%、 Cu: 1. Qmass⁰/₀およ ^実質的 iO¾からなる低炭素マノイト系ステンレス鋼板を、加熱を900〜1150°〇の間で 6水準に変化させ T¾口熱し、 1分間麟してから、 200。Cまでを平均？^艇 10°C/secで空財る; ¾Λ ^処理を施し、この; ¾A ^の鋼板について、析出物として析出した析出 Nb量と、含有する^ b量を測定し、その比〈析出 Nb¾ ¾ b*)を求め^その後、上記; の纖反を、 650°Cのに lhr 麟してから空針る焼 L処理を施してから、鶴の酸輝] ayer of oxides)を除去し、ロックゥェル献計で表面の硬さ (HRC)を測定しなお、上言浙出量は、勸出した残渣を化学分折して測定し、また、量は、通常の化学分析により求め^ . . ,

図 2は、上果をもとに、の浙出 Nb¾/^Nb量)力処理後の鋼板の硬さに及ぼす影響ついて示したものである。図 2から、 650°Cャ lhrS 1~る焼 L処理後においても HRC： 30以上を麟できる i¾ML^化滅を確保するためには、の浙 ¾*/^Ν b4)力 . 75未満であることが必要であることがわ力。

^の浙出 Nb¾/ 量)が低レヽ方が、 ¾gL軟ィ杭が大きレ、理由は、以下のように考えら。前の謹では、添カロされ T、る Nbのほとんどが析出物としてするため、浙出 ¾fi ¾ *)は、通常、 0. 9以上である。しかし、;^ における加熱はり、上 fB^出 Nbの一部が固溶し、この固は、 ^A ^の; ½ L時に猶田に析出して、析出強化に寄与する。しかし、時の加熱が十分でない齢には、析出 Nbの溶解が不十分となり、焼の固^ b量が減少するため、その後の焼 bで析出する Nb析出物の量が少なくなり、 i^ UM^Cが低下するものと考えら; ½。

ところで、 ^はって得ら^^マノ /^ィト繊は、内部に高密度の fei立を内在し,。繊であり、この立密度が高い程、硬くなることはよく知られ T、る。そこで、発明者らは、鋼のマノ ^イト中に内在し TV、る転位密度と、ブレーキディスクの硬さとの関係を調査し^ oその結果、硬さとマノ^ ト中の^ (立密度とは密接な関係があり、マノ^^"イト中の ^(立密度 ¾i 囲に調整することにより、ブレーキディスクの硬さ ¾ 正範囲に制御することが可能であること、そして、ブレーキディスクの^ こよる軟化を防止するためには、何らかの手段〖って、マ/ イト糸 I哉中の^ (立の回復を抑制し、転位密度 ¾g正範囲に維^ 1"ること力 f¾であることを見出しきらに、繊の回復を阻害する手段について検討し, 果、鋼成分として cuを励し ' u^ 受けた際に、 cuを ¾fi に猶田に析出させることで、転位の回復を κ抑制できることを見出し .

本楽明は、上記知見〖 ¾き開発したもので fc¾。

次に、本発明のブレーキディスクの成分糸城を、上言 ¾5囲に制限する理由につい n¾明する。

C:0. lmass%以下

Cは、ブレーキディスクの硬さを決定する元素であり.、に適正な硬き (HRC:32〜38)を確保するためには、 O.O3piass%以上含有することが好ましい。しかし、 0. lmass⁰/oを齢て含有すると、

耐食性を低下させる〖¾¾ゝ、靭'! ¾ 低下させるので、 Cは、 0. .lmass%以下とする必要があるなお、耐食性のからは、 0. 05mas s%未満とすることが好まし、。

Si:l. Qmass%以下

' Siは、脱翻として添口さ 5元素であり、 0. 05禱 s%以上含有することが望ましレ、。しかし、 S iは、フェライト相安定化元素であり、 1. Omass%¾ ^る删な脑ま、生を阻害して焼

そのため、 Siは、 L Qmass。以下に限定する。靭性を点からは； 0. 5mass%以下が好ましい。

' Mn:2. Qmass°/。以下

Mnは、 i 温での δ—フェライト相の^^を抑制して i^A^性を向上するので、安定し c^A ；さを 5のに有用な元素であり、 0. 3mass%以上含有することが望ましい。しかし、 2. Qmas s%をて含有すると、 Sと^し TMnS¾ ^成し、耐食性を低下させることから、 2. Qmass% 下に制限する。 ^性をより向上するためには、 1. Qmass%超えが好ましく、より好ましくは 1. 2

Cr: 10. 5〜15. Qmass%

Crは、ステンレス鋼のある耐食性を確保するのに必須の元素であり、な耐食性を確保するには 10. 5mass%以上含有することが必要である。一方、 15. Qmass⁰/₀ えて含有すると、加工性、靭性が低下するようになる。そのため、 Crほ、 10. 5-15. (Ma ⁰ /₀の範囲に制限する。 'なお、な耐食性を ¾m ^からは 11. 5mass%超、靭性を確保す ¾^ ^からは 1 . Omass% 未満とすることが好ましい。 .

Ni:2. Qmass%以下

Niは、 H "食' 14を向上すると共に、 650°Cをる高温での Q:炭化物の析出 ¾1らせて、 C¾i ' 飽和に^ ^"イト相の硬さの低下を抑制し、 ;¾ L軟ィ t«tを向上する効果がある。さらに、ステンレス鋼のある耐食性を向上すると共に、靭性 p改善にも寄与する。その効果は、 0. lmass%以上の励口で認めら; ½。しかし、 2..Qmass% ^^て添カロしても、; ¾ L軟化抵抗の向上効果舊口し、含有量に見 5効果がくなるため、 2. Qmass%以下に制限する。なお、 ;¾ L軟を向上す ^からは、 0. ^nass%以上添カロすること力 S好ましい。

Cu:0. 5超〜 4. (¾nass%

Cuは、焼 L¾S 1?こ際に、マ/ ^ イト紙織中に被する ¾(ϋιに ε—Cuとして鶴田に析出し、し軟ィ抗を K向上する元素であり、その効果をためには 0. 5mass% 添卩する必要がある。しかし、 4. Qmass%¾ ^て添カ卩すると、軔性の劣化を招く。よって、〇μは、 0. 5超〜 4. Qmass%の範囲でする。なお、靭性を確保す確点からは、， 1. 5匪 s%未満で含有することが好ましい。 .

Nb:0. 02~0. 3mass%

Nbは、 ' Τ^ , 650°C@ の高温に ^^された際に、炭窒化物成し T ^出硬化し、焼夂ィ ¾5ΐを向上する元素で ¾¾。その効果を ¾ためには、 0. 02mass%以上する必要力 Sある。一方、 0. 3mass%¾ ^て励口すると靭性が低下するため、 Nbは、 0. 02-0. 3mass% の範囲に制限する。なお、軟ィを向上すからは、好ましくは。. 08mass% 、さらに好ましくは 0. llmass⁰/o以上添口するの力ない。しかし、靭性を確保す纖からは 0. 2ma ss%以下にすることが好ましい。 .

N:0. lmass%以下

Nは、 Cと同様に、後の鋼の硬さを高める元素である。特に、 Νは、 500〜700°Cの? 範囲で猶田な C 化物 (Q¾ 娜成し、その析出硬化作用によって; ¾ 欠化抵抗を向上する効果がある。この効果をためには、 Ν¾Ό. 03mass%^L含有することが望ましい。一方、 Nの過度の卩は、靭性の低下を招くので、 0. lmass%以下に制限する必要がある。

本発明のブレーキディスクは、上言成分が、上記範囲で含有し XVヽることのほか、下記 (1) および (2)式；

5Cr+10Si+15Mo+30Nb—9Ni—5Mn—3Cu_225N—270C<45 …ひ）

0. 03≤{C+N- (13/93) Nb}≤0. 09 · ' · (2)

ことで、 Cr， Si, Mo, Nb, Ni, Mn, Cu, Nおよび Cは、各合^ ¾分の含有量 (mass%) を満たして含有し TV、ることが必要である。なお、上記左辺おょぴ (2)式の中間項を計算するに当たっては、 Oi:0. lmass⁰ /。未満、 Nb:0. 02mass⁰ /。未満、 Μο:0· 01mass%未満、 Ni:0. lmass%未満の飾こは、その元素の含有量は。 (ゼロ)として fi¾ .

5Cr+10Si+15 o+30N -9Ni-5Mn-3C-u-225N-270C<45 · · · (1)

(1)式は、優れ, ^A安定 1·生を確保する条件を¾¾1^のである。ここで「優れ ^ x安定 14」とは、ステナイト領域および;^ 範囲力 s広くて、；加熱時ーステナイト（ γ )相が 75_Yol%以上^ ¾し、 ^Kair cooling以上のStで卩する行った際に、オーステナイト相力 sマノト相に変態して所定の; ¾Λ^_1さ力 s安定し τ¾保できることを意味する。上記 (1) 左辺の値力 5以上では、加熱した際に、オーステナイ相が 75vol%以上よいか、あるいはする Si 範囲が極端に^ <なり、安定して; ½A½gさを確保できなくなるため、（1)式の左辺の値は 45未満に規制する必要がある。 '

0. 03≤{C+'N- (13/93) }≤0. 09 · · · (2)

(2)式は、

C, N の含有量と強い相関が fe¾。しかし、 Nbと結合して炭窒化物^ F铖した C， Nは： ½Λ ^の硬さの向上には寄与なる。そのため、 !¾Λ½の硬さは、鋼中の全 C， N*¾、¾W出物とし出した C, N量を差し引いた、（2) 中間項 {C+N— (13/93)Nb}で考える必要がある。（2)式の中間項の値が 0. 03未満では、 !^A l^の硬さ力 ¾RC:32を下回り、逆に、 0. 09 えると、硬さが HRC: 38を上回るようになる。 ¾έ て、後のブレーキディスクの硬さ ¾1正な硬さ (H C:32〜 38)とするためには、（1)¾ 中間項を 0. 03-0. 09の範囲に制限する必要がある。まだ、本発明のブレーキディスクは、前述し^:成分以外に、必要じて、下記の成分を添カロすること力 Sできる。

Mo:0. 01 2. Qmass%、 Co:0. 01〜1. Qmass%のうちの 1¾Sたは 2@

Mo, Coは、いずれも耐食性の向上に ¾Jな成分であり、必要に応じて 0. 01mass%以上添加することができる。特に、 MOは、炭窒化物の析出を抑制し、焼を向上する効果が大きい。の効 ¾S ^定して ¾ためには、 0. 02mass%以上添カロすること力子ましい。なお、 M oの膝錄抗の向上効果は、 0. 05mass%未満の 'でも十分に 5ことができる。一太 Moが 2. Qmass%、 Coが 1. Qmass%¾®えて含有しても、 Mo, Co 耐食性向上効^ Moの焼 L$ ΰδ杭の向上効果が飽和してしまう。そのため、 Moは 2. Qmass%、 Coは 1: Qmass%を上限とするのが好ましい。

Ti:0. 02~0. 3mass%、V:0. 02〜0. 3mass%.、 Zr:0. 02—0. 3讓 s%、Ta:0. 02〜0. 3m ass%のうちのたは 2®以上: Ti, V， Zrおよひ Taはいずれも、 1?と同様に、炭窒化物 ¾f城して析出し、 !¾ L$:feib«:を高める元素であり、必要に応じてカロすることができる。この焼 ML 軟を高める効果は、 Ti, V, Zrおよひ ¾の各元素とも、 0. 02mass%以上の添口で 5ことができる。特に、 Vの効果は大きレ、ので、 Vを 0. 05mass。/。以上、より好ましくは 0. 10mass%以上添口することが好ましい。一方、 Ti, V, Zrおよひ Taの各元素の添口量が Q.+3mass%を歉ると朝性の低下が著しくなる。そのため、 Ti, V, Zrおよひ Taは、 Ti:0. 02〜0. 3mass%, V. . 02〜0. 3mass% Zr:0. 02〜0. 3mass%、 Ta:0. 02—0. 3mass⁰/₀の範囲で励口すること力好ましい。

B:0. 0005~0. 005Qmass%、 Ca:0. 0005〜0. 005Qmass%の 1¾ ^こは 2¾

B, Caは、微量のなつて、鋼の ^Λ 生、靭性を高める効果があり、必要に応じてそ; W o. 0005mass%以上添力 Bすることができる。しかし、 0. 0050mass⁰/₀¾r¾iて添卩しても、上記効果が飽和する他、耐食性をも低下させるので、

005Qmass%を上限とするのが好ましい。 · .

本発明のブレーキディスクは、上記成分以外は、 Feおよび不可避的不純物からなる。ただ I、不可避的不純物としての P, Sおよび A1は、下記の範囲であることが好ましい。

P:0. 0 mass° /。以下 Pは、熱間加工性を低下させる元素であり、できる限り繊することが好ましい。しかし、 ii¾な P ' 纖は、纖コストの上昇を招くため 0. O4mass⁰/oを上限とすることが好ましい。さら.に、熱閒圧延性を確保す ¾^ ^からは、有量 ¾). 03ma_SS%以下にすること力 Sより好ましレヽ。

S :0. 01Qmass°/。以下

Sは、 Pと同様に、熱間加工性を低下させるため低レヽほど好まし!/、が、譲での脱 Sコストとの兼ね合いからく- 0· 010mass%以下とするの力 S好ましい。熱間加工性を確保すからは、 S含有量は 0. 005mass%以下がより好ましい。 '

A1:0. 2mass%¾下

A1は、脱酸剤として添 .口する元素であるが、不純物として羅' Jに残留し XV、ると、耐食性、靱 ("生および表面十生状 ¾ ^ヽ化させる。そのため、 A1は 0. 2ma_SS%以下に制限すること力好ましく、さらに十分な耐食 '1¾を ¾ためには、 0. 05mass%以下がより好ましい。

なお、本発明のブレークディスクは、上記不可避的不純物の成分として、 Na, L薄のアルカリ雄、 Mg, Ba等のアルカリ土類金擧、 Y, La等の希 i ^元素およひ Hf等のなどがそれぞ lO. 05mass%以卞含有され T、ても、本宪明の効果を f可ら妨げるものではない。

. "次に、本楽明のブレーキディスクが有する紙織につい T|¾明する。.，

旧 _Ί粒の平埒雖： 8 μ m以上

本発明のブレーキディスクは、素材鍵反 (マノ ^イト系ステンレス鋼板)の成分誠を上記範囲とする；と〖り、^ Λ ^の硬さを HRC:32〜38の範囲に制御することができる。しかし、さらに、 650。Cで lhr^fる^ b鍵後にぉレ、ても HRC: 30以上を確保できる; ¾ L軟を有するためには、先述した図: U したように、旧 y粒の平坩粒径が 8 μιη以上のマノ :/^ィト糸赚を有するものとする必要がある。旧粒の平雖が 8 /zm*満では、旧 γ粒内に析出する微細な析出物が少; ¾ ぎて、大きな; が得ら; | よいからで fe¾。耐; ¾ し軟化抵抗をより安定し T¾保すかは、旧 _Ί粒の平埒雖は 10 z m以上とすること力 S好ましぐさらに好ましくは 15 μπι以上である。貌、旧 γ難が 30 mを ¾ると、脆生破墩 brittle fecture)の破面単位が大きくなり靭性が低下するので、、旧 γ粒径は、 30 以下が好ましい。； ^A l^の浙出 Nb¾ ^Nb :0. 75未満 · . ·

• また、本発明のブレーキディスクは、 650°Cで lhr^Tる膝し処理後にぉレ、ても HRCで 30 以上で ¾¾¾ L¾bffi:を有するためには、錢した図 2 しうに、浙出 Nb^/^Nb 量)が 0. 75未満であることが必要である。;^ の (析出 ¾* ^ b*)が 0. 75以上のには、粒内に固溶し Tヽる Nbの量が少¾ ぎて、十分な! ¾ し軟 ί^δ抗がヽからである。より高い焼戻 L$欠化灘を得るためには、（析出 Nb¾ ^Nb量)は 0. 5以下とすること力 S好ましく、さらと好ましくは 0. 4以下である。一方、（析出 bZ全 Nb)が 0. 1未満では、固溶 Nb *¾S多くなり、 ;¾ L時に鶴田に析出する Nb量が多くなりすぎて、焼文化難は高くなが、職の起点となる析出物力 S過度に増加するため、靭性が K劣化す。靭'生を確保するためには、 0. 1以上、さらに好ましくは、 0. 2以上が好ましレヽ。なお、析出 b量は、ブレーディスクから採取した試料にっレヽて、後述する獻军麵なり抽出された β ^糊出残 ®¾sidual dross of electrolytic extraction)の化学分析なり測定するものとする。なお、全 b量は通常の化学分析 t り求めるものとする。マ/ ンサイト繊中の雖密度

本発明のブレーキディスクは、!^ A l^の硬さが ¾RCで 32〜38の範囲にあることが必要であり、そのためには、焼のブレーキディスクのマノンサイト組織中に内在する転位密度 p の平施 (ΛΓ Ρ )は、 0. '8Χ10⁸〜1. 3 Χ 10¾η一¹の範囲であることが好ましい。た、本発明のブレーキディスクは、 650°Cで lhri¾f1~る焼 L後の硬さが HRCで 30以上であることが好ましぐそのためには、上記焼 b後のマルテト組織中に内在する転位の密度 βの平方根 T p )は、 0. 6

X io⁸〜i. 3x ιο¾ι一¹の範囲あること力子ましい。そして、 ;½ U後の上密度は、に^ L に Cu«田に析出することはって難さ; |½。次に、本発明のブレーキディスクの素材となるマノト系ステンレス鋼板の製 3 ¾†去につい Τϊ¾明する。なお、上 Ι5 テンレス鋼板は、本発明の条 fe満たす限り、 i^!H板 (hot rolled steel sheet),冷^！板 (colchdled steel sheet)のレヽずれでもよレヽ。

本発明のブレーキディスクに用レヽるマ/^ "イト系ステンレス鍵反は、 ^した成分糸城に適合する鋼を、通常^ Pの方法、例えば、 ¾) steel converter)あるいは電^^ (electric tace)等で溶製し、の後、 VOD (Vacuum Oxygen Deca burization) ^AOD (Argon Oxygen Decarbu

鋼素材 (スラブ)とするのが好ましい。なお、鋼素材をる方法には、造塊一分塊法 i¾^ ∞ntinu₀us cas が一般的であるが、生産性および品質面からは、法で^ fることが好ましレヽ。

上記のように、ブレーキディスクの素材には、マ/ 1Μト系ステンレス鋼の板、冷麵板のレ、ずれも用レ、ることができるが、オートノ^ fや自動車等のブレーキディスクには、一般に、 W が 3〜& nm禾 li の熱反が用レヽらこと力 S多い。このには、上素材を、 1100-125 0°Cに再加熱したち熱間圧延して所定の轉の熱纖帯 (鍵反)とし、さら ^、要に応じて、バッチ式炉等で、 750°C超〜 900°Cの温度で 10hr@Sの熱^^ 施して、ブレーキディスクの素材とするのが好ましい。さらに必要に応じて、酸¾^ンョトブラスト等のケールを行ってもよい。また、自転車用等ブレーキディスクには、その厚さが 0mmS¾であることから、一般に、冷延鋼板が用いら;^。このこは、.上記熱縣 ot rolled steel strip)をさらに冷間圧延したのち、 6 00〜800。Cの纖後、必要に応じてさらに酸難理を行ヽ、ディスク素材として用!/、るのが好ましレ、。

' 次に、上記マ/ ンサイト系ステンレスま赚のディスク素材から、本発明のブレーキディスクを製 +造する方法にっヽ Tl¾明する。

上記に説明したマノ >^ィト系ステンレス鋼の «板あるいは冷¾¾»反のディスク素材を、打ち抜き加工等り所定の寸法のディスク形状ロェし、きらに、制動こ発生する纖熱を放散して制動性を高める効果を有する^穴等を加工してから、ブレーキパッドが当たる ^¾ (Kction portion)を、

temperature)まで加熱し、所定の時間鰣してから室温までする処理を施し THRCで 32 〜38の硬さに醒し、その後、上 ¾AW理で表面にしケールをットプラスト等で除去し、さら〖、要に応じて、円盤表面や打抜き剪断面に^^施し、最後に、灘的精度の向上を目的として、上言を誰研削し T#品 (ブレーキディスク)とするのが一般的であるここで、本発明のブレーキディスクを製造するためには、上記; ¾Λ«^ 以下の条件で行うことが好ましい。

' ;¾Λ (； ^ ofl#の加熱は、 _y領域内ので ¾¾1000°0齢のとすることが好ましい。ここで、 γ領域とは、オーステナィ H の分率が 75vol%以上生成する領: l¾¾r言う。

を 1000°C®^Lとすることり、 ί¾λ^の硬さ ¾1 囲 (H C32〜38)に収めること力 Sできると共に、旧 0；粒の平埒雖を 8 m以上および Zまたは (析出 ^^Nb*)¾0. 75 未満とすることがでる。その結果、焼 Ι^ίΰδ抗が K向上して、 650°Cの高温で lhr¹焼き戻しされた # ^でも、硬さの低下を抑制すること力 Sできる。なお、；力 SlOOO°C以下のも、時間を長くすことなり、旧 γ粒径を大きくし、および/ こは、析出 N量を棒少させて、軟ィを向上することができるがあるが、生産性が低下するので好ましくない。麵し軟化雖をより高めるためには、；は、 1050°C以上であること力 S好ましぐさらに好ましくは 1100°C以上であ。一方、が 1200°C%®える、 ,δ一.フェライト（ δ— ferrite)の^ ¾量が多くなり、 75vol%以上のオース^"イト（γ )相を確保できなくなるがあるため、^ ' Μ^^ は 1200°C以下とすることが好ましい。錄入安定 [·生を確保す ¾m ^からは、 1150°C以下がより好ましい。なお、 λ での ί維時間は、フェライト相からオーステナイト相への変分に fi¾ せ ¾m点からは、 30秒以上とすることが望ましい。 !¾λ^ための加 ^^法は、特に P ¾L¾いが、 .顿生のからは、高周麵導加熱が好ましレ \

蔽: l°C/sec以上

上記; ¾A dJ口熱した後は、髓 l。CZsec¾上で Ms点 (マノイト & ¾ dnartensitc transfonnation starting temperature))以下、望ましくは 200°C以下までするの力 S好ましい。 i¾¾P¾ が l⁰C/sec では、 ^XS! で U^"—ステナイ 1 目の一カフェライ卜ネ目に変態し、マノイト相の^ 量が低 TUて、 ;½λ^の硬さ囲 (H C:32〜38)とすることができなくなる。好ましい艘は、 5〜500°C/secの範囲でが、安定し f:^A ^ 硬さをためには、 100°C/sec以上であることがより好ましレ、。

このようにして得ら; ½本発明のマノ 1 ト系ステンレス隱のブレーキディスクは、硬さ力 ¾ RC:32〜38の範囲内であり、かつ、旧粒の平¾ ^が以上および/または (析出 Nb量 /^ b4)を 0. 75未満であるため、 650°Cで lhrf¾ Tる焼 L後でも HRC： 30以上の硬さが維持できるという優れ颜 Ι^ίΰ^ΐを有するものとなる。難例 1

表： tA〜Sの^ ¾る成分糸!^を有する 19種のマノ！^ ト系ステンレス鋼を、高周波溶解炉 frequency meMngiimace)で灘し、鎌して 50 塊とし、その後、通常^ Pの条件で熱間圧延を行レ \厚さ 5讓の熱纖とし、次レ、で、の熱應に、還元性雰囲気中で 80 0。CX8hrの職を熱幾を施してから徐冷し、難して表面のスケールを除去し、艇鎌板とし ^1 ^の熱鄉励も、.娜 X3QmmX30mmの試^ tを採取し、その試に対して、表 2— 1〜

この；^ の試^ について、下記の要領で、雄鶴観察、析出 N量の測定、； ¾A L安定性纖、；她纖および焼 Λ τ^と焼後の立密度の測^:行っなお、表 2— 1〜3中〖す「y領域の最高? とは、オーステナイト )相力 S75vol% 上生成する最高の'ことであり、それ以上のでは、 5相 (フェライト相)力 S増加し、 γ相を 75vol%以上確保できなくなることを意味する。

< 繊観察 >

血塩: 10g、水酸ィリウム (potassium hydrate)： 10g、水： lQQml).)で腐食して旧 γ .粒出させてから、光学顕^ (opticalmkroscope)を用いて 400 (咅で 5視野以上観察 (1視野: 0. 2X0. 2m m)し、画翻?^置 (image analysis device)を用レヽて、上記視野內に含各粒の麵を測定して円相当径 (直径)に換算し、それらの平均値を、各試験片の旧 γ粒の平均^とした。

く析出 Nb量の測定〉

;¾AtL^¾後のから、議糊出用試^ t(sample for electrolytic extaction)を採取し、この試験片を、ァセチルァセト acetylacetone) (10vol%)一塩化テトラメチルアンモ -ゥム

(tetrame hyknmonium chloride) (lg/ 100ml)一メタノーノ M]methanoi)0らなる ¾ ^军液 (electrotyte)¾r用、て军処理してから、メラ /7イルク (membrane^fflter ) (Ji . 2 μ m)を用レ、てろ過してから洗浄し、維を抽出し, この抽出した^ feidual dross)について、高周義導結合プラズマ (Jndu ctively Coupled Plasma)発光分光分 ί ^霞 emission spectromety)を用い TNb量を測定し、この値を析出 ¾量とし, "

<;½A b安定生纖>

上記; ^A l^の^ 洗し、表面のスケールを除去して力ち、 JIS Ζ2245に βしてロックウエル艇計で表面の硬さ (HRC) 点ずつ測定し、その平均値を; ^ΛΜΙさとしそして、この硬さ力 ¾RC: 32〜38の範囲内であれば、な; ½Λ ^安定 I"生を具え TV、ると諮 ¾L †Zo . ·

ぐ焼 L*文化試験 >

上記^ の試^ tを、さらに、加熱 a¾650°Cで、表 2〜表す^ F時間で、加熱、麟し、空る ¾L雜を施してから、この試嫩して表面のスケールを除去し、 JIS Z2245に職してロックゥレ硬度計 "^ 表面の硬さ (HRC) 5点ずつ測定し、その平均値を求め、その硬さ力 ¾RC： 30以上なば、十分な焼 M MMftを具え T、ると言 ffiU ' く転位密度の測定〉

転位密度 pは、上記^Λϋの験片と、 650°Cで焼 L後の^ i†につレ、て、

.(X-ray anaJ sjs!Hなり求め^ l泉回 ^KX- ray difoct n)は、.难源 (X- ray source)に Co管球を用レヽ、集中光学系、ステップ幅 0. 01。のステップスキャン、発 ffc リット 1° 、受光スリット。. 15画の条件で、測定する回折線のピークカウントが数千カウントの献になるように各ピークの計測時間を調整し Τί亍っ Coなお、立密度の算出には、 {200}を!^して、面指数 (plane indices) {100}、 {21 1}、 {220}の 3本のピーク (本鋼種の成分では、マノ!^ トで fc ても立方晶)を用い: feoまた、 MDrf環の难回折パター^)?プログラム JADE5. 0を用いて、各ピークの Κ_α1έΚ_α2を分離した後、の面幅 (haMuewidfli)を、難した S総 ¾ ^のない鹏纖として測定し置はる^ ffi幅の広がりで ¾Eし、真の ¥ 5幅を求め^ oこのようにして得 c¾の嘛畐から、 Wfllamso irHall法なり、不均ー歪 ( onuntaity strain) ( ε )を算出し、下記式；

ρ = 14. 4 ε ²Zb² (ただ〕ン、 b:パーガースべクトル <Berger spectrum)の大きさ =0. 25nm) を用いて ¾f立密度を算出し

表 2

表 3

表 4

上記^ ¾の結果を、表 2〜表 4中に ί掃己して示し本発明の条 ίΦ¾τ満たした難例 (発明 '例)はいずれも、 ;¾A ^Mさ力 ¾RC:32〜38の範囲内で、 !^Atv安定性に優れ TV、ると共に、焼 L後の硬さも HR:30以ょが ¾れており、

一方、本発明の条 ί恃外れ, d;匕較例は、 i^AMgさ力 ¾RC:32〜38の範囲を外; ½か、あるいは、; ^ L後の硬さ力 ¾RC: 30未満に低 TUており、 L$欠b¾杭が劣つ TV、ることがわ力。産業上の利用可能性

本発明の技術は、高い麵し軟ィ杭が必要とさ; ½、タービ^などにいら; ^»耐や、ばね、ェどに用いら高弓娘鋼の分野にも翻することができる。

Claims

請求の範囲

1. C:0. lmass%以下、 Si: 1. Omass%以下、 n: 2. Qmass%以下、 Cr: 10： 5〜15. Qmass% Ni:2. Qmass% 下、 Cu:0. 5超〜 4. Qmass%、 N :0. 02〜0. 3 mass%、N:0. lmass%以下 ¾ ^有し、さらに、 C, N, Nb, Cr, Si, Ni， Mn, Moおよび Cuを、下記 (1)式おょぴ (2)¾¾満たして含有し、 «が Feおよび不 ¾Γ避的不純物からなる成^ を ¾t、かつ旧オース^^イト粒の平: ¾¾¾が 8 μ m以上であるマト糸纖を有し、硬さが ¾RCで 32〜38である

f^S^の大きレ、ブレーキディスク。

. 記

5Cr+10Si+15Mo+30Nb-9Ni-5Mn-3Cu-225N-270C.<45 · · · (1)

0. 03≤{C+N- (13/93) Nb}≤0. 09 · ' · (2)

2. 請求項 1におレ、て、さらに、析出し fcNbの量有する^ Nbの暈との比浙出

*)が 0. 75未満であるブレーキデスク。

' 記 ■

5Cr+10Si+15Mo+30Nb-9Ni-5Mn-3Cu-225N-270C<45 …（1) . . 0. 03≤{C+N- (13/93) Nb}≤0. 09 …（2)

3. マノ^^イト紙織中に内在する転位の密度 _P

Ρ )が 0. 8X 10⁸〜1. 3X 10⁸ m— ¹である言章求項 1〜2 の!/、ずれか 1項に記載のブレーキディスク。

4. 650°Cで lhrf¾ Tる^ ML後の硬さ力 ¾RCで 30以上である請求項 1〜3 のいずれか 1 項に記載のブレーキディスク。

5. 650°Cで lhri¾tする; ¾ L後のマノ!^ ト! ^中に内在する^ ί立の密度 ρの平方根 (ΛΓ _Ρ )力 . 6 X 10⁸〜1. 3 X 10¾α一¹であり、 ¾fi±には Cu^猶田析出してなる請求項: L〜₃ の、ずれか 1項に記載のブレーキディスク。

6. 上記成^ IE ^に加えてさらに、 Mo: 0. 01 2. Qmass%, Co:0. 01 1. Qmass%の中か選ばれた 1®¾たは '2@¾ ^有する請求項 1~5 の！/、ずれか 1項に記載のブレーキディスク。

7. ' 上記成分誠 (dJ口えてさらに、 Ti:0. 02 0. 3mass%, V:0. 02~0. 3mass%, Zr;0. 02 0. 3mass。ん Ta:0. 02-0. 3mass%のうちから選ばれた 1¾¾たは 2S以上 ^^有する請求項 1 6 .の!/、ずれか 1項に記載のブレーキディスク。

8. 上記成分糸城に加えてさらに、 B:0. 0005 0. 005Qmass%, Ca:0. 0005 0. 005Qmas s%の 1®¾たは 2®¾r ^有する請求項；!〜 7 のレ、ずれか 1項に記載のブレーキディスク。