CN101426942A - 抗回火软化性和韧性优良的制动盘 - Google Patents

抗回火软化性和韧性优良的制动盘 Download PDF

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Abstract

本发明提出具有适当的淬火硬度且抗回火软化性和韧性优良的制动盘。具体来说，由以质量％计含有C：0.1％以下、Si：1.0％以下、Mn：2.0％以下、Cr：10.5～15.0％、N：0.1％以下，且满足5Cr+10Si+15Mo+30Nb－9Ni－5Mn－3Cu－225N－270C＜45和0.03≤{(C+N)－(13/92)Nb}≤0.09的组成的不锈钢板加工圆盘状的制动盘用原材，并通过淬火处理而成为原γ粒径在8μm以上且小于15μm的马氏体组织。由此，能够得到具有适当的淬火硬度、且抗回火软化性高、韧性优良的制动盘。另外，为了使抗回火软化性提高，在上述组成的基础上，还可以含有Nb和/或Cu。

Description

抗回火软化性和韧性优良的制动盘
技术领域
本发明涉及可用于摩托车(motorcycles)、汽车(motorcars)、自行车(bicycles)等的制动盘(disc brakes)的圆盘，特别涉及与制动衬片(brakepads)的摩擦部具有适当的淬火硬度、且抗回火软化性(temper softeningresistance)高、抗回火软化性和韧性均优良的制动盘。本发明中所说的“抗回火软化性优良”是指抗回火软化性高，具有利用制动(braking)时的摩擦热(friction heat)保持在高温后的软化少、能维持接近初期的适当硬度的硬度的特性。
背景技术
摩托车、汽车、自行车等制动盘的功能在于，通过制动盘与制动衬片之间的摩擦抑制车轮的旋转并制动车辆。因此，期望制动盘具有适当的硬度(proper hardness)。当硬度软时，制动行为变弱，同时由于与制动衬片的摩擦而迅速磨损，另一方面，当过硬时，存在产生制动噪声(brake squeal)的问题。作为制动盘的适当硬度，推荐HRC为32～38的硬度范围。其中，HRC是JIS Z 2245中规定的洛氏硬度C标尺(Rockwell C hardness)。
作为制动盘用材料，以往从硬度和耐腐蚀性的观点出发使用马氏体不锈钢(martensitic stainless steel)。曾经也对SUS 420J2(JIS Z 4304)等碳量高的马氏体不锈钢实施淬火回火处理而加以使用，但回火处理的负荷大，近年来，如日本特开昭57-198249号公报、日本特开昭60-106951号公报所示，能够在进行淬火后直接使用的低碳马氏体不锈钢正较多地作为制动盘用材料使用。
近年来，从保护地球环境(global environment)的观点出发，要求摩托车、汽车等的燃料效率提高(high fuel efficiency)。为了提高燃料效率，车体重量的轻量化是有效的，因此目标指向车辆的轻量化。作为制动装置(brake mechanism)的制动盘也不例外，为了车辆的更加轻量化，正在寻求制动盘的小型化、厚度的减少(薄型化)等。
但是，该制动盘的小型化、薄型化导致热容(heat capacity)的降低，制动盘的温度上升由于制动时的摩擦热(friction heat)而变得更大。因此，认为随着这种小型化、薄型化倾向，制动时的制动盘温度变为600℃以上，在以往的材料中，担心制动盘因回火而软化且耐久性降低，要求抗回火软化性高、抗回火软化性优良的制动盘。
对于这种要求，例如在日本特开2002-146489号公报中，提出了适量含有Ti、Nb、V、Zr中的1种或2种以上，能够有效抑制伴随制动盘使用中的升温的软化并能抑制硬度降低的低碳马氏体不锈钢板。
而且，在日本专利第3315974号公报(日本特开2001-220654号公报)中，提出了通过适量添加Nb或在Nb的基础上再复合添加适量Ti、V、B，能够有效抑制回火软化的制动盘用不锈钢。
而且，在日本特开2002-121656号公报中，提出了一种廉价的制动盘用钢，通过将钢中的C、N、Ni、Cu、Mn、Cr、Si、Mo、V、Ti及Al的含量关系式GP值调整为50(％)以上、同时含有适当量的Nb、V，从而由使用时的升温引起的材质变差几乎不发生。
但是，在日本特开2002-146489号公报、日本专利第3315974号公报、日本特开2002-121656号公报记载的技术中，必须添加较大量的成本高的合金元素，具有制动盘的制造成本昂贵、且当在600℃下长时间(约1小时)保持时硬度急剧降低的问题。而且，制动盘是在安全行驶方面重要的部件，必须具有不发成脆化断裂的高韧性。
发明内容
本发明的目的在于，提出顺利解决了这些现有技术的问题、具有适当的淬火硬度且抗回火软化性高、抗回火软化性和韧性优良的制动盘。
本发明人为了完成上述课题，对影响马氏体不锈钢板制的制动盘的抗回火软化性的各种因素进行了深入研究。结果新发现了：通过以特定组成的低碳马氏体不锈钢作为用于制动盘的材料，并使制动盘的原奥氏体粒径(prior-austenite grain diameter)为8μm以上，从而具有适当的淬火硬度且抗回火软化性显著提高。图1中针对组成以质量％计由0.055％C-0.1％Si-12％Cr-1.5％Mn-0.01％N-余量Fe构成的低碳马氏体不锈钢，示出了原奥氏体晶粒的平均粒径对抗回火软化性的影响。淬火是在淬火加热温度下保持1分钟后进行空冷(至200℃时平均为10℃/s)。观察淬火后的金属组织并测定原奥氏体(以下也称为原γ)晶粒的平均粒径时，在淬火温度为1000℃的情况下为6μm，在1050℃的情况下为8μm，在1100℃的情况下为12μm。1000℃～1100℃的3个水平的抗回火软化性通过将进行淬火后的试片在600℃的温度下保持1小时后进行空冷(air cooling)，除去表面的氧化层后在表面测定HRC硬度来进行评价。由图1可知，通过使原奥氏体晶粒的平均粒径为8μm以上，而不含特别大量的合金元素，在600℃下保持1小时后，能够维持HRC27以上的高硬度。
到目前为止该现象的机制尚未明确，但本发明人认为如下。
在回火过程中，Cr等合金元素扩散，到达晶界的容易析出，在晶界形成粗大的析出物。在具有微小的原γ晶粒的金属组织中，晶粒内的Cr等合金元素到原γ晶界的距离短，当进行回火时合金元素容易到达原γ晶界而形成粗大的析出物(Cr碳化物)。因此，晶粒内微小析出物的形成变少。而且，由于粗大的析出物对析出强化的帮助小，因此对抗回火软化性的提高没有帮助。
另一方面，在具有粗大的原γ晶粒的金属组织中，由于晶粒内的Cr、Nb等合金元素到原γ晶界的距离长，因此当进行回火时Cr、Nb等合金元素难以到达原γ晶界、且微小的析出物(Cr碳氮化物、Nb碳氮化物等)也在原γ晶粒内析出。该晶粒内的微小析出物成为位错运动(dislocation motion)的阻力而抑制回火时硬度的降低，因此推测在具有粗大的原γ晶粒的金属组织中抗回火软化性增大。
另外，当原γ粒径过度增大时，变得容易脆化，因此认为原γ晶粒的平均粒径必须小于15μm。
本发明在上述见解的基础上，进行了进一步的研究而完成。即，本发明的要点如下：
(1)一种抗回火软化性和韧性优良的制动盘，具有：
以质量％计，以满足下述(1)式和(2)式的方式含有C：0.1％以下、Si：1.0％以下、Mn：2.0％以下、Cr：10.5～15.0％、N：0.1％以下，且余量由Fe及不可避免的杂质构成的组成；和
原奥氏体晶粒的平均粒径在8μm以上且小于15μm的马氏体组织，
5Cr+10Si+15Mo+30Nb-9Ni-5Mn-3Cu-225N-270C<45……(1)
0.03≤{C+N-(13/92)Nb}≤0.09……(2)
(其中，Cr、Si、Mo、Nb、Ni、Mn、Cu、N、C：各元素的质量％含量)。
(2)如(1)所述的制动盘，其中，在所述组成的基础上，以质量％计，还含有Cu：0.01％以上且小于1.0％。
(3)如(1)或(2)所述的制动盘，其中，在600℃下保持1小时的回火处理后的硬度以HRC计在27以上。
(4)如(1)所述的制动盘，其中，在所述组成的基础上，以质量％计，还含有Cu：1.0～3.0％。
(5)如(1)所述的制动盘，其中，在所述组成的基础上，以质量％计，还含有Nb：0.02～0.6％。
(6)如(5)所述的制动盘，其中，作为析出物析出的Nb量即析出Nb与含有的Nb的总量即总Nb之比、析出Nb/总Nb满足下述(3)式，
0.5<(析出Nb/总Nb)≤0.7……(3)
(其中，析出Nb、总Nb：质量％)。
(7)如(5)或(6)所述的制动盘，其中，在所述组成的基础上，以质量％计，还含有Cu：0.01～0.5％。
(8)如(4)～(7)中任一项所述的制动盘，其中，在600℃下保持1小时的回火处理后的硬度以HRC计在30以上。
(9)如(1)～(8)中任一项所述的制动盘，其中，在所述组成的基础上，以质量％计，还含有选自Mo：0.01～2.0％、Ni：0.10～2.0％中的1种或2种。
(10)如(1)～(9)中任一项所述的制动盘，其中，在所述组成的基础上，以质量％计，还含有Co：0.01～1.0％。
(11)如(1)～(10)中任一项所述的制动盘，其中，在所述组成的基础上，以质量％计，还含有选自Ti：0.02～0.3％、V：0.02～0.3％、Zr：0.02～0.3％、Ta：0.02～0.3％中的1种或2种以上。
(12)如(1)～(11)中任一项所述的制动盘，其中，在所述组成的基础上，以质量％计，还含有选自B：0.0005～0.0050％、Ca：0.0005～0.0050％中的1种或2种。
根据本发明，通过使成分组成和原奥氏体粒径处于适当的范围，能够容易且廉价地制造具有HRC32～38的适当淬火硬度且抗回火软化性高、抗回火软化性和韧性优良的制动盘，在产业上具有极大的效果。
附图说明
图1是示出原奥氏体晶粒的平均粒径对抗回火软化性的影响的图。
具体实施方式
制动盘的制造步骤通常如下。
首先，将原材料马氏体不锈钢板冲裁加工成规定尺寸的圆盘，作为制动盘用原材。接着，对该制动盘用原材实施用于释放制动时产生的摩擦热的钻孔等加工后，通过高频诱导加热(high-frequency inductionheating)等对制动盘用原材的规定范围、即制动衬片接触部分的摩擦部实施加热至规定的淬火温度(quenching temperature)后冷却的淬火处理，将规定区域(摩擦部)调整至作为马氏体组织所期望的硬度。随后，根据需要对圆盘表面或冲裁剪切面实施涂装，然后通过磨削(grinding)等除去在淬火处理中形成的摩擦部的氧化层(layer of oxides)，制成产品(制动盘)。
在本发明中，使用满足特定条件的组成的低碳马氏体不锈钢板作为原材料。作为使用的低碳马氏体不锈钢板，优选为具有以质量％计，含有C：0.1％以下、Si：1.0％以下、Mn：2.0％以下、Cr：10.5～15.0％、N：0.1％以下，且以满足下述(1)式和(2)式的方式含有各合金元素的组成的钢板。另外，本发明中所说的“钢板”也包括钢带。而且，钢板可以为热轧钢板、冷轧钢板中的任何一种。
5Cr+10Si+15Mo+30Nb-9Ni-5Mn-3Cu-225N-270C<45……(1)
0.03≤{C+N-(13/92)Nb}≤0.09……(2)
(其中，Cr、Si、Mo、Nb、Ni、Mn、Cu、N、C：各元素的质量％含量)
首先，对本发明中使用的原材料组成的限定原因进行说明。另外，以下将组成中的质量％简记作％。
C：0.1％以下
C是与N一同决定淬火后的制动盘硬度的元素，在本发明中含有0.01％以上，优选含有0.03％以上，但当含量超过0.1％时，形成粗大的Cr碳化物，成为生锈的起点，使耐腐蚀性降低的同时也使韧性降低。从韧性、耐腐蚀性的观点出发，将C限定在0.1％以下。另外，从耐腐蚀性的观点出发，优选小于0.05％。
N：0.1％以下
N与C同样是决定淬火后的制动盘硬度的元素。而且，N在500～700℃的温度范围内形成微小的Cr氮化物(Cr2N)，由于该析出硬化而使抗回火软化性提高。为了得到这种效果，优选以超过0.03％含有N。另一方面，超过0.1％含有时会导致韧性(toughness)降低，因此本发明中将N限定在0.1％以下。
Cr：10.5～15.0％
Cr是提高作为不锈钢的特征的耐腐蚀性的有用元素，为了确保充分的耐腐蚀性，必须含有10.5％以上。另一方面，超过15.0％含有时会使加工性、韧性降低。因此，将Cr限定在10.5～15.0％。另外，从耐腐蚀性的观点出发，优选大于11.5％，且从韧性的观点出发，优选在13.5％以下。
Si：1.0％以下
Si是作为脱氧剂有力的元素，优选含有0.05％以上。而且，Si是稳定铁素体相的元素，超过1.0％过量含有时会使淬火性降低、淬火硬度降低，进而使韧性降低。因此，将Si限定在1.0％以下。另外，从韧性的观点出发，优选在0.5％以下。
Mn：2.0％以下
Mn是用于抑制高温下的δ-铁素体相的生成、提高淬火性、得到稳定的淬火硬度的有用元素，优选含有0.3％以上。另一方面，超过2.0％过量含有时会使耐腐蚀性降低。因此，将Mn限定在2.0％以下。另外，从提高淬火性的观点出发优选在1.0％以上，更加优选在1.5％以上。
在本发明中，上述基本成分在上述范围内且以满足下述(1)和(2)式的方式含有。另外，在(1)式的左边、(2)式的中间项的数值的计算中，将小于0.01％的Cu、小于0.02％的Nb、小于0.01％的Mo、小于0.10％的Ni作为不含有的情况，以零进行计算。
5Cr+10Si+15Mo+30Nb-9Ni-5Mn-3Cu-225N-270C<45……(1)
0.03≤{C+N-(13/92)Nb}≤0.09……(2)
(其中，Cr、Si、Mo、Nb、Ni、Mn、Cu、N、C：各元素的质量％含量)
(1)式是为了确保优良的淬火稳定性的条件。这里所说的“淬火稳定性优良”是指淬火加热时生成75体积％以上的奥氏体(γ)相，在利用空冷以上的快速冷却进行淬火时，奥氏体相相变为马氏体相，从而能稳定确保规定的淬火硬度，并且奥氏体区域广，可以理解为淬火加热度范围广。(1)式的左边为45以上时，淬火加热时不生成75体积％以上的奥氏体相、或生成的温度范围变得极窄，从而不能稳定确保淬火硬度。因此，将(1)式右边值限定为小于45。
(2)式是为了使淬火硬度为规定的适当范围内的硬度的条件。淬火硬度与C、N量密切相关。另一方面，C、N与Nb结合而形成Nb碳化物、Nb氮化物时，变得对硬度没有帮助。因此，淬火后的硬度必须以从钢中的C、N量减去成为析出物而消耗的C、N量后的值进行考虑。(2)式的中间项小于0.03时，制动盘的硬度变得小于规定的适当范围的下限值(HRC32)，另一方面，当超过0.09而变大时，硬度超过上限值(HRC38)而变高。因此，将(2)式中间项的值限定为0.03～0.09的范围。
本发明中使用的原材料在上述基本成分范围的基础上，还优选调整为P：0.04％以下、S：0.010％以下、Al：0.2％以下。
P：0.04％以下
P是使热加工性降低的元素，优选尽量减少，但过度减少会导致制造成本高，因此优选以0.04％作为上限。另外，从制造性的观点出发更加优选使P在0.03％以下。
S：0.010％以下
S与P同样是使热加工性降低的元素，优选尽量减少，但过度减少会导致制造成本高，因此优选以0.010％作为上限。另外，从制造性的观点出发更加优选为0.005％以下。
Al：0.2％以下
Al是作为脱氧剂起作用的元素，在炼钢上作为脱氧剂添加，但作为不可避免的杂质在钢中过量残留时，使耐腐蚀性、韧性降低。因此，优选将Al限定在0.2％以下。另外，从耐腐蚀性的观点出发，更加优选在0.05％以下。
在上述基本成分的基础上，从耐腐蚀性的观点出发，还能够以满足上述(1)和(2)式的方式含有Cu：0.01～不足1.0％。
Cu：0.01～不足1.0％
Cu是具有改善耐腐蚀性效果的元素，优选根据需要以能够得到该效果的0.01％以上且小于1.0％含有。另外，从韧性的观点出发更加优选为小于0.5％。而且，当复合含有Cu和Nb时，由于超过0.5％含有Cu时韧性变差，因此优选将Cu限定在0.01～0.5％的范围内。
通过使原材料为上述基本成分或进一步添加了后述选择成分的范围内的组成，并对与制动衬片的摩擦部实施后述的淬火处理，使其成为原γ晶粒的平均粒径在8μm以上且小于15μm的马氏体组织，从而形成在600℃下保持1小时的回火处理后的硬度在HRC27以上且具有抗回火软化性的制动盘。
原γ晶粒的平均粒径：8μm以上且小于15μm
就本发明的制动盘来说，为了使在600℃下保持1小时的回火处理后的硬度维持在HRC27以上，必须使原γ晶粒的平均粒径为8μm以上。原γ晶粒的平均粒径小于8μm时，如上所述，原γ晶粒内微小析出物的析出少、抗回火软化性的增加少。而且，当原γ晶粒的平均粒径在15μm以上时，脆性断裂(brittle fracture)的断裂表面单位变大、韧性降低。
而且，通过在上述基本成分的基础上再以满足上述(1)和(2)式的方式含有Cu：1.0～3.0％或Nb：0.02～0.6％，能够形成回火处理后的硬度在HRC30以上的制动盘。
Cu：1.0～3.0％
Cu以1.0％以上含有时，在回火处理中作为
Figure A200680054302D0013094312QIETU
微小地析出，是使抗回火软化性提高的元素，可以根据需要含有。但是，当以大于3.0％含有时韧性变差。因此，当以提高抗回火软化性的目的含有时，优选将Cu限定在1.0～3.0％的范围内。
Nb：0.02～0.6％
Nb在保持淬火后约600℃的温度时，通过形成碳氮化物(carbonitride)并析出硬化，起到抑制由保持高温引起的硬度降低的作用，即是使提高抗回火软化性的元素，可以根据需要含有。为了得到这种效果，优选含有0.02％以上的Nb，但含有大于0.6％的Nb时韧性降低。因此，优选将Nb限定为0.02～0.6％的范围。另外，从抗回火软化性的观点出发，优选大于0.08％，从韧性的观点出发，优选小于0.3％。
另外，在本发明中，优选调节作为析出物析出的Nb量即Nb与含有的总Nb量即总Nb之比以使其满足下述(3)式。在淬火前(退火时)的钢板中，(析出Nb/总Nb)在0.9以上，由于淬火处理，析出Nb的一部分固溶。固溶后的Nb在回火时微小地析出，造成析出强化。当不满足(3)式时，即，(析出Nb/总Nb)超过0.7时，固溶Nb量变少，回火时微小析出的Nb量少，抗回火软化性降低。为了使(析出Nb/总Nb)在0.7以下，优选进行超过1000℃、更加优选超过1050℃、进一步优选超过1100℃的高温淬火处理。
0.5<(析出Nb/总Nb)≤0.7  ……(3)
(其中，析出Nb、总Nb：质量％)
另一方面，当(析出Nb/总Nb)不足0.5时，固溶Nb量变多，回火时微小析出的Nb量变得过多，因而抗回火软化性变高，但由于成为断裂起因的析出物过度增加，因此韧性显著变差。另外，对于取自制动盘的试验片，析出Nb量通过利用后述的电解处理提取的电解提取残渣(residual dross of electrolytic extraction)的化学分析进行测定。另外，总Nb量通过通常的化学分析求得。
而且，在本发明中，在上述基本成分或进一步在上述选择成分的范围内，还可以根据需要以满足上述(1)和(2)式的方式含有Mo：0.01～2.0％、Ni：0.10～2.0％中的1种或2种。
选自Mo：0.01～2.0％、Ni：0.10～2.0％中的1种或2种
Mo、Ni均为提高耐腐蚀性的元素，可以根据需要选择地含有。而且，Ni使600℃以上的高温下的Cr碳化物的析出减慢、抑制马氏体组织硬度的降低、且有助于提高抗回火软化性。Mo与Ni同样具有抑制碳氮化物的析出而使抗回火软化性提高的效果。通过含有0.01％以上的Mo、0.10％以上的Ni，可以得到这种效果。另外，从抗回火软化性的观点出发，优选含有Mo：0.02％以上。另一方面，即使含有超过2.0％的Mo、超过2.0％的Ni，提高抗回火软化性的效果饱和，不能期待与含量相应的效果，从而在经济上变得不利。因此，优选限定Mo为0.01～2.0％、Ni为0.10～2.0％的范围。另外，Mo的提高抗回火软化性的效果即使在含量不足0.05％时也充分地表现出来。而且，当含有0.5％以上的Ni时，抗回火软化性进一步提高。
在本发明中，在上述基本成分、选择成分的基础上，还可以根据需要含有选自Co、Ti、V、Zr或Ta中的1种或2种以上，选自B、Ca中的1种或2种。
Co：0.01～1.0％
Co是对提高耐腐蚀性有效的元素，优选根据需要含有0.01％以上。另一方面，超过1.0％含有时会使韧性降低。因此，优选将Co限定在0.01～1.0％的范围内。另外，从韧性的观点出发更加优选为0.3％以下。
选自Ti：0.02～0.3％、V：0.02～0.3％、Zr：0.02～0.3％、Ta：0.02～0.3％中的1种或2种以上
Ti、V、Zr、Ta均为具有通过形成碳氮化物并析出硬化而提高抗回火软化性的作用的元素，可以根据需要选择地含有1种或2种以上。这种效果在分别含有Ti：0.02％以上、V：0.02％以上、Zr：0.02％以上、Ta：0.02％以上时变显著。特别来说，V的提高抗回火软化性效果大，优选含有0.05％以上的V，更加优选含有0.10％以上的V。另一方面，当各自含有超过0.3％的Ti、超过0.3％的V、超过0.3％的Zr、超过0.3％的Ta时，韧性降低变得显著。因此，优选限定为Ti：0.02～0.3％、V：0.02～0.3％、Zr：0.02～0.3％、Ta：0.02～0.3％的范围。
选自B：0.0005～0.0050％、Ca：0.0005～0.0050％中的1种或2种
B、Ca是以微量含有时具有使钢的淬火性提高的作用的元素，可以根据需要选择地含有。为了得到这种效果，可以各自含有B：0.0005％以上、Ca：0.0005％以上，但各自含有超过0.0050％的B、超过0.0050％的Ca时，耐腐蚀性降低。因此，优选限定为B：0.0005～0.0050％、Ca：0.0005～0.0050％的范围。
上述成分以外的余量为Fe及不可避免的杂质。作为不可避免的杂质，即使含有各自为0.05％以下程度的Na等碱金属、Mg、Ba等碱土金属、Y、La等稀土金属、Hf等过渡元素，也并不妨碍本发明的效果。
具有上述组成的原材料的制造方法并没有特别限定，可以应用公知的任意一种制造方法。例如，使用转炉(steel converter)、电炉(electricfurnace)等将上述组成的钢水进行熔炼，再对钢水实施VOD(真空氧气脱碳，Vacuum Oxygen Decarburization)、AOD(氩氧脱碳，Argon OxygenDecarburization)等二次精炼(secondary refining)，然后通过公知的铸造方法(casting process)制成钢原材。从生产率和质量的观点出发，铸造方法优选使用连铸法(continuous casting)。
对于钢原材，优选加热至1100～1250℃，通过热轧制成规定板厚的热轧钢板。作为制动盘用原材料，优选使板厚为约3mm～约8mm。进而对热轧钢板实施热轧板退火，进一步根据需要通过喷丸处理(shotblast)、酸洗等除氧化皮(descale)，制成制动盘用原材料。另外，热轧板退火优选在间歇式箱式炉(batch type box furnace)中，在超过750且在900℃以下的温度下保持约10小时。通过该热轧板退火，使钢板的硬度成为作为制动盘用的原材料优选的HRB(洛氏硬度B标尺)75～88，这样的硬度能够作为制动盘用原材料使用。
通过冲裁(punching)等加工，从原材料得到圆盘状的制动盘用原材。对所得的制动盘用原材的规定区域(与制动衬片的摩擦部(frictionportion))实施淬火处理，从而制成制动盘。本发明中的淬火处理是加热至γ区域内的超过1000℃的淬火加热温度后、以冷却速度：1℃/s以上的冷却速度进行冷却的处理。
淬火加热温度为γ区域内的温度，特别是超过1000℃的温度。其中，优选γ区域为生成75体积％以上的奥氏体(γ)相的区域。通过使淬火加热温度为超过1000℃的温度，在能够确保适当的淬火硬度的同时，能够成为具有平均粒径：8μm以上的原γ晶粒的马氏体组织，能够抑制如上所述的保持高温后的硬度降低，从而显著提高抗回火软化性。当淬火加热温度在1000℃以下时，保持高温后的硬度降低变得显著。另外，从抗回火软化性的观点出发，淬火加热温度优选大于1050℃，更加优选大于1100℃。
并且，当淬火加热温度超过1200℃时，δ-铁素体的生成量增多，不能得到75体积％以上的奥氏体(γ)相的情况增多，温度变得越高、晶粒成长变得越快，原γ晶粒的平均粒径有变为15μm以上的情况，因此优选为1200℃以下。从淬火稳定性的观点出发，优选使淬火加热温度为1150℃以下。
另外，从使由铁素体向奥氏体的相变充分进行的观点出发，优选淬火加热的保持时间为30秒以上。
加热后，以1℃/s以上的冷却速度冷却至Ms点(马氏体生成温度(martensitic transformation starting temperature))以下，优选冷却至200℃以下。
当冷却速度小于1℃/s时，在淬火加热温度下生成的奥氏体相的一部分相变为铁素体相，马氏体相的生成量降低且不能使淬火硬度成为适当范围内的硬度。另外，优选为5～500℃/s。为了确保稳定的淬火硬度，优选以100℃/s以上的冷却速度进行冷却。
这样得到的制动盘具有上述低碳马氏体不锈钢组成，且通过淬火使与制动衬片的摩擦部为原γ晶粒的平均粒径为8μm以上且小于15μm的马氏体组织，其特征在于，抗回火软化性优良的同时韧性也优良。而且，淬火加热方法没有特别的限定，但从生产率的观点出发，优选高频诱导加热。
以下，基于实施例对本发明进行更加详细地说明。
实施例
将表1所示组成的钢水在高频熔炼炉(high frequency meltingfurnace)中进行熔炼，并铸造成为钢原材。接着，通过通常的热轧将这些钢原材制成热轧钢板(板厚：5mm)。进而对这些热轧钢板在800℃下实施8小时的热轧板退火(还原性气体(reducing gas)气氛气，加热后缓慢冷却)。接着对这些热轧钢板实施酸洗处理，除去表面的氧化皮，从而制得制动盘用原材料。
从这些原材料上取试验片(大小：t×30×30mm)，加热(保持：1分钟)至表2所示的淬火加热温度后，在表2所示的冷却速度下进行淬火。淬火后，取试验片，观察金属组织、对析出Nb量进行测定，实施淬火稳定性试验(quenching stability test)、抗回火软化性试验和回火处理后的韧性试验。试验方法如下。
(1)金属组织观察
淬火处理后，取金属组织观察用试验片，对与该试验片的轧制方向平行的板厚方向截面进行研磨，采用村上试液(Murakami reagentsolution)(赤血盐(red prussiate)的碱溶液(alkaline solution)(赤血盐：10g、苛性钾(氢氧化钾(potassium hydrate))：10g、水：100cc)进行腐蚀，使γ晶界呈现，用光学显微镜(optical microscope)(400倍)观察5个视野以上(1视野：0.2×0.2mm)，使用图像分析装置(image analysis device)测定视野内所含的各晶粒的面积并算出圆等效直径，以该各晶粒的圆等效直径的平均值作为各试验片的原γ晶粒的平均粒径。
(2)析出Nb量的测定
淬火处理后，取电解提取用试验片(sample for electrolyticextraction)，对试验片实施使用电解液(electrolyte)：10v/v％乙酰丙酮(acetylacetone)-1w/v％四甲基氯化铵(tetramethylammonium chloride)-甲醇(methanol)(AA型)的电解处理，通过过滤(filter)提取残渣。对于提取的残渣，通过高频电感耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma)发射光谱法(emission spectrometry)测定Nb量，作为析出物的析出Nb量。
(3)淬火稳定性试验
对进行淬火后的试验片实施酸洗处理从而除去表面的氧化皮，然后按照JIS Z 2245的规定使用洛氏硬度计(Rockwell hardness meter)在5个点测定表面硬度(surface hardness)HRC，将其平均值作为淬火硬度。
(4)抗回火软化性试验
对进行淬火后的试验片进一步实施表2所示条件的回火处理(加热保持后空冷)。对实施回火处理后的试验片实施酸洗处理从而除去表面的氧化皮，然后按照JIS Z 2245的规定使用洛氏硬度计在5个点测定表面硬度HRC，求出其平均值，对抗回火软化性进行评价。
(5)回火处理后的韧性试验
对实施表2所示的淬火处理和回火处理后的试验片实施酸洗处理从而除去表面的氧化皮，然后，取5个按照JIS Z 2202的规定的V切口试验片(宽：5mm的小尺寸)。使用这些试验片，按照JIS Z 2242的规定实施夏比冲击试验，测定试验温度为25℃时的夏比冲击值。求出5个试验片的平均值，若该值为50J/cm2以上，则评价为韧性在实际应用方面没有问题。
所得结果如表2所示。
另外，表2中所示的γ区域的最高温度是指生成75体积％以上奥氏体(γ)相的温度的最高温度。超过此温度时，δ相(铁素体相)增加，变得不能确保γ相在75体积％以上。
Figure A200680054302D00201
Figure A200680054302D00211
Figure A200680054302D00231
本发明例的淬火硬度均在HRC32～38的范围内，淬火稳定性均优良，而且均具有高抗回火软化性和优良的韧性。另一方面，偏离本发明范围的比较例，淬火硬度偏离HRC32～38的范围，或者抗回火软化性、韧性降低。在原γ晶粒的平均粒径偏离本发明范围的比较例中，回火后的硬度低，不能满足期望的硬度。
产业上的利用可能性
根据本发明，仅通过使原奥氏体粒径处于适当的范围，能够容易且廉价地制造具有HRC2～38的适当淬火硬度且抗回火软化性高、抗回火软化性和韧性优良的制动盘，在产业上起到极大的效果。

Claims (12)

1.一种抗回火软化性和韧性优良的制动盘，具有：
以质量％计，以满足下述(1)式和(2)式的方式含有C：0.1％以下、Si：1.0％以下、Mn：2.0％以下、Cr：10.5～15.0％、N：0.1％以下，且余量由Fe及不可避免的杂质构成的组成；和
原奥氏体晶粒的平均粒径在8μm以上且小于15μm的马氏体组织，
5Cr+10Si+15Mo+30Nb-9Ni-5Mn-3Cu-225N-270C<45 ……(1)
03≤{C+N-(13/92)Nb}≤0.09 ……(2)
其中，Cr、Si、Mo、Nb、Ni、Mn、Cu、N、C：各元素的质量％含量。
2.如权利要求1所述的制动盘，其中，在所述组成的基础上，以质量％计，还含有Cu：0.01％以上且小于1.0％。
3.如权利要求1或2所述的制动盘，其中，在600℃下保持1小时的回火处理后的硬度以HRC计在27以上。
4.如权利要求1所述的制动盘，其中，在所述组成的基础上，以质量％计，还含有Cu：1.0～3.0％。
5.如权利要求1所述的制动盘，其中，在所述组成的基础上，以质量％计，还含有Nb：0.02～0.6％。
6.如权利要求5所述的制动盘，其中，作为析出物析出的Nb量即析出Nb与含有的Nb的总量即总Nb之比、析出Nb/总Nb满足下述(3)式，
5Cr+10Si+15Mo+30Nb-9Ni-5Mn-3Cu-225N-270C<45 ……(1)
03≤{C+N-(13/92)Nb}≤0.09 ……(2)
5<(析出Nb/总Nb)≤0.7 ……(3)
其中，Cr、Si、Mo、Nb、Ni、Mn、Cu、N、C：各元素的质量％含量，析出Nb、总Nb：质量％。
7.如权利要求5或6所述的制动盘，其中，在所述组成的基础上，以质量％计，还含有Cu：0.01～0.5％。
8.如权利要求4～7中任一项所述的制动盘，其中，在600℃下保持1小时的回火处理后的硬度以HRC计在30以上。
9.如权利要求1～8中任一项所述的制动盘，其中，在所述组成的基础上，以质量％计，还含有选自Mo：0.01～2.0％、Ni：0.10～2.0％中的1种或2种。
10.如权利要求1～9中任一项所述的制动盘，其中，在所述组成的基础上，以质量％计，还含有Co：0.01～1.0％。
11.如权利要求1～10中任一项所述的制动盘，其中，在所述组成的基础上，以质量％计，还含有选自Ti：0.02～0.3％、V：0.02～0.3％、Zr：0.02～0.3％、Ta：0.02～0.3％中的1种或2种以上。
12.如权利要求1～11中任一项所述的制动盘，其中，在所述组成的基础上，以质量％计，还含有选自B：0.0005～0.0050％、Ca：0.0005～0.0050％中的1种或2种。
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