CN101981217A - 耐锈性优良的盘式制动器用马氏体系不锈钢 - Google Patents

Abstract

本发明的耐锈性优良的盘式制动器用马氏体系不锈钢的特征在于，以质量％计，包含：C：0.01％以上且0.10％以下、Si：2％以下、Mn：0.2％以上且2.0％以下、S：0.010％以下、P：低于0.05％、N：0.005％以上且0.050％以下、Cr：10％以上且14％以下、Ni：2％以下、Al：0.1％以下、V：1％以下、C+N：0.06％以上且0.1％以下、Sn：0.005％以上且1％以下，剩余部分为Fe及不可避免的杂质，进而，下述式定义的γp为80以上。γp＝420[％C]+470[％N]+23[％Ni]+9[％Cu]+7[％Mn]-11.5[％Cr]-11.5[％Si]-52[％Al]-12[％Mo]-23[％V]-47[％Nb]-49[％Ti]+189。

Description

耐锈性优良的盘式制动器用马氏体系不锈钢

技术领域

本发明涉及二轮车的盘式制动器用马氏体系不锈钢，尤其涉及耐锈性优良的马氏体系不锈钢。

背景技术

对于二轮车的盘式制动器，要求耐磨损性、耐锈性、韧性等特性优良。一般硬度越高，耐磨损性越优良。另一方面，若硬度过高，制动器与制动块之间产生所谓的制动器的响声，因此，制动器的硬度要求为32～38HRC(洛氏硬度的C等级)。

从这些要求特性考虑，作为二轮车盘式制动器材料，使用马氏体系不锈钢。以往，对SUS420J2进行淬火回火，调节成所希望的硬度，形成制动器，但是，此时，需要淬火与回火两个热处理工序。

在日本特开昭57-198249号公报中公开了在比以往钢宽的淬火温度区域中稳定地得到所希望的硬度的钢组成。其是进行低C化、低N化，并通过添加作为奥氏体形成元素的Mn来补偿由低C化、低N化引起的奥氏体温度区域的缩小、即淬火温度区域变窄。

此外，在日本特开平8-60309号公报中公开了作为低Mn钢的能以淬火后的状态直接使用的摩托车盘式制动器用钢。该钢添加具有同样的效果的Ni及Cu作为奥氏体形成元素来代替Mn的降低。

作为二轮盘式制动器用的原料，使用马氏体系不锈钢的理由之一是该钢具有优良的耐锈性。

但是，在Cr含量为12％左右、并大量含有Mn的情况下，有时耐锈性不够。特别是在苛刻的氯化物环境中，稍微成为问题。对此，可以说钢中的MnS成为生锈起点，但是并未阐明。

在日本特开平10-152760号公报中公开了通过降低Mn并增加Cu来改善耐锈性的发明。在日本特开2000-26941号公报中公开了添加Ti而改善耐锈性的发明。

在日本特开2007-321245号公报中公开了微量添加P、As、Sb、Bi而使盘式制动器用马氏体系不锈钢的耐锈性提高的发明。

发明内容

这样，在二轮盘式制动器用钢中，虽然进行了耐锈性的改善，但是还不充分，需要进一步改善耐锈性。本发明的目的是提供具有优良的耐锈性的盘式制动器用马氏体系不锈钢。

本发明的要旨如下所述。

(1)一种耐锈性优良的盘式制动器用马氏体系不锈钢，其特征在于，以质量％计，包含：

C：0.01％以上且0.10％以下、

Si：2％以下、

Mn：0.2％以上且2.0％以下、

S：0.010％以下、

P：低于0.05％、

N：0.005％以上且0.050％以下、

Cr：10％以上且14％以下、

Ni：2％以下、

Al：0.1％以下、

V：1％以下、

C+N：0.06％以上且0.1％以下、及

Sn：0.005％以上且1％以下，

剩余部分为Fe及不可避免的杂质，进而，

下述式(1)定义的γp为80以上，

γp＝420[％C]+470[％N]+23[％Ni]+9[％Cu]+7[％Mn]-11.5[％Cr]-11.5[％Si]-52[％Al]-12[％Mo]-23[％V]-47[％Nb]-49[％Ti]+189                    (1)。

(2)根据上述(1)所述的耐锈性优良的盘式制动器用马氏体系不锈钢，其特征在于，以质量％计，进一步含有合计为0.5％以下的选自P、Sb、和Bi中的1种或2种以上的元素。

(3)根据上述(1)或(2)所述的耐锈性优良的盘式制动器用马氏体系不锈钢，其特征在于，以质量％计，进一步含有Cu：2％以下。

(4)根据上述(1)～(3)中任一项所述的耐锈性优良的盘式制动器用马氏体系不锈钢，其特征在于，以质量％计，进一步含有Ti：0.5％以下。

(5)根据上述(1)～(4)中任一项所述的耐锈性优良的盘式制动器用马氏体系不锈钢，其特征在于，以质量％计，进一步含有选自Mo：2％以下和Nb：1％以下中的1种或2种。

根据本发明，能够提供具备优良的耐锈性的盘式制动器用马氏体系不锈钢。

具体实施方式

对用于实施本发明的最佳方式及限定条件进行说明。

本发明者们对能以淬火的状态直接使用的二轮车盘式制动器用钢材进行了详细研究。其中，关于耐锈性，实际上不仅要重视安装于二轮车进行使用时的淬火后的耐锈性，也要重视淬火前的耐锈性。这是因为在制造盘时，有时在淬火前生锈。

在盘的制造中，盘滑动面被磨削，因此基本上没有问题，但是，根据盘的设计，存在未磨削的部分，此时，淬火前的生锈成为问题。

若将淬火前后的盘材的耐锈性进行比较，则淬火前的盘材变差。认为这是由盘材中碳氮化物多引起的。

本发明者们以在氯化物环境下的耐锈性为中心进行了研究，对不仅使淬火后、且使淬火前的盘材的耐锈性提高的手段进行了研究，结果发现根据日本特开2007-321245号公报中的记载，微量添加P、As、Sb、Bi能提高耐锈性。进而，进行研究的结果发现Sn也同样具有提高耐锈性的效果。

即，通过添加Sn，在氯化物环境下耐锈性提高。此外，与P、As、Sb、Bi中的1种或2种以上的添加相组合也是有效的。但是，As的毒性强，因此在其使用中需要注意。

此外，发现该耐锈性提高效果特别是在不含Cu、Ti而Mn含量高的情况下更为显著，但是在与Cu或Ti组合的情况下也是有效的。

本发明者们以上述见解为基础，进行了详细研究，完成了本发明。

首先，对与成分组成相关的限定条件进行说明。

C是为了在淬火后得到规定的硬度而必需的元素，与N组合添加。若添加超过0.10％，则硬度过度上升，发生制动器的响声、韧性的劣化等不良情况，因此将0.10％作为上限。若C低于0.01％，则为了得到规定的硬度，必需大量添加N，因此将0.01％作为下限。

N与C同样，是为了在淬火后得到规定的硬度而必需的元素，与C组合添加。若添加超过0.050％，则招致淬火性低下，因此将0.050％设为上限。将N设为低于0.005％会招致炼钢成本的增大，因此，将0.005％作为下限。

C+N是与淬火后的硬度直接相关的量。为了得到规定的HRC：32～38，设定为0.06％以上且0.1％以下。

Si是作为铁素体形成元素非常有力的元素，需要抑制添加量。因此，将添加量设为2％以下。在本发明中，也可以不含有Si。

Mn是钢中不可避免地含有的元素，但是，为重要的奥氏体形成元素。为了与Ni、Cu一起确保高温下的奥氏体相，确保淬火性，需要添加0.2％以上。若添加量超过2.0％，则发现耐锈性劣化，因此将2.0％作为上限。

Cr是用于确保作为二轮盘式制动器材料必需的耐锈性所需要的基本元素。若含量低于10％，无法得到充分的耐锈性，因此将10％设定为下限。Cr是铁素体形成元素，因此，若添加超过14％，则奥氏体相的生成温度区域缩小，在淬火温度区域生成不相变成马氏体相的铁素体相，淬火后，无法得到充分的硬度，因此，将14％设定为上限。

Ni与Mn相同，是奥氏体形成元素，是对于在高温下确保奥氏体相、确保淬火性有效的元素。但是，Ni是高价的元素，因此希望尽量抑制含量。此外，若Ni超过2％，则招致韧性的降低，因此，将2％设定为上限。本发明中，Ni也可以不含有。

Al是作为脱氧剂非常有用的元素。若Al超过0.1％，则发现耐锈性的降低，因此，将0.1％设定为上限。在本发明中，Al也可以不含有。

V是不可避免的杂质元素，但是，允许含有至不使加工性劣化的1％左右为止。

S是在钢中不可避免地含有的元素。若含有超过0.010％，则容易生成作为生锈起点的可溶性的CaS，因此，将0.010％设定为上限。为了使CaS的影响实质上无害化，优选为0.005％以下。将S设定为低于0.001％招致炼钢成本的大幅度提高，因此，优选将0.001％设定为下限。

P在钢中不可避免地含有，是具有使韧性降低的倾向的元素。优选为少量，含量设定为低于0.05％。

本发明者们通过添加微量的Sn，发现耐锈性提高。其理由不明确，但是，可以认为微量的Sn有将表层的钝态层强化的可能性。若低于0.005％，则无法体现该效果，若超过1％，则有热加工性降低的可能性，因此，Sn设定为0.005％以上且1％以下。优选为0.01％以上且0.7％以下，更优选为0.1％以上且0.5％以下。

除了这些元素之外，微量添加P、As、Sb、Bi中的1种或2种以上，能够提高耐锈性。但是，As毒性强，因此优选限制使用，在本发明中不添加，但是，作为不可避免的杂质含有的程度的量是允许的。

为了得到添加效果，P、Sb、Bi的添加量优选合计为0.05％以上。若添加超过0.5％，则韧性降低，优选合计为0.5％以下。

除了这些元素之外，添加Cu、Ti、Mo、及/或Nb，能进一步提高盘式制动器用钢的特性。

Cu与Mn、Ni相同，是对于确保奥氏体相、确保淬火性有效的元素。通过添加Cu，能够降低Mn，因此耐锈性提高。此外，Cu是起抑制由制动器制动发热引起的盘的软化的作用的元素。若添加量低于0.01％，则添加效果不显著，因此，优选为0.01％以上。但是，若超过2％，则韧性降低，因此，优选为2％以下。

Ti是提高耐锈性的元素。可以推定通过生成Ti系硫化物，MnS的生成被抑制，耐锈性提高。为了得到该提高效果，优选添加0.01％以上。但是，若过量添加Ti，则生成碳氮化物，消耗C、N，因此将0.5％设定为上限。

Mo是通过适量添加而使回火软化阻力显著提高的元素。该提高机理不清楚，但是，可以认为Mo抑制Cr碳化物的析出及粗大化，并抑制高温下的位错运动，从而使回火软化阻力提高。在添加低于0.01％的情况下，添加效果不显著，从而优选下限为0.01％。若超过2％，则韧性降低，因而将上限设定为2％。

Nb也是本发明中重要的元素。通过添加适量的Nb，回火软化阻力显著提高。其提高机理不明确，但是，可以认为Nb与N非常相关，抑制Cr氮化物的析出及粗大化，并抑制位错运动，因而回火软化阻力提高。

但是，Nb容易以NbN的形式析出，若析出，则固溶强化效果消失，并且淬火性低下，从而避免过量添加，将上限设定为1％。为了提高回火软化阻力，优选添加0.01％以上。

进而，对于上述各元素的添加量，为了在900～1100℃的温度范围中进行稳定的淬火，需要以下述式(1)定义的γp成为80以上的方式进行相互调整。

下述式(1)为卡斯特罗(カストロ)提倡的“卡斯特罗式”。本发明者们判明了将下述式(1)定义的γp作为指标，在调整了淬火性后，可以通过γp来评价淬火的稳定性。

即，若γp低于80，则即使进行淬火，铁素体相也残留，有时无法达到规定的硬度水平。

γp＝420[％C]+470[％N]+23[％Ni]+9[％Cu]+7[％Mn]-11.5[％Cr]-11.5[％Si]-52[％Al]-12[％Mo]-23[％V]-47[％Nb]-49[％Ti]+189                    (1)

若淬火温度过高，则招致制造时间增长、成本增加，因此，淬火温度优选为900℃以上且1100℃以下。本发明钢即使从该温度范围开始进行淬火，也能确保规定的硬度范围。

接着，对制造方法进行说明。

将上述成分组成的铸坯、铸锭等钢片熔炼，进行热轧，制成板厚为2～8mm左右的热轧板。对该热轧板实施退火并软化之后，进行酸洗，制成盘用钢板。也可以不酸洗，通过喷丸处理进行精加工。

在将盘用钢板加工成盘形状之后，加热至900～1100℃，进行淬火，接着，对两面进行磨削，制成制动器盘。

实施例

将具有表1所示的成分组成的厚度为200mm的钢片熔炼，通过热轧，制成厚度为6mm的热轧板。对该热延板实施加热至850℃并缓慢冷却的软化退火。

从这些钢板采取耐锈性评价试验片及淬火性评价试验片。对剩余的钢板实施在950～1000℃下保持10分钟后进行水冷的淬火处理。

耐锈性是对将两面进行了#240研磨的试验片实施240小时的盐水喷雾试验(Salt Spray Test：SST)(基于JIS Z 2371)，通过有无生锈来进行评价。将没有生锈的评价为合格，将生锈的评价为不合格。

淬火性是在850～1100℃的温度下保持10分钟后，对于进行了水冷的淬火材料实施基于JIS Z 2245的洛氏硬度试验(HRC)，通过HRC来进行评价。在HRC中，32～38为合格。

从实施了淬火处理的钢板采取各种试验片，进行各种评价试验。关于回火软化特性，在500～650℃下进行了1小时的回火后，与淬火材料的硬度试验同样地，根据洛氏试验的结果来进行评价。将回火后的硬度不低于HRC30的温度规定为耐热温度。耐热温度500℃以上为合格。

耐锈性与淬火前的材料同样，对于将两面进行了#240研磨的试验片，实施240小时的盐水喷雾试验(基于JIS Z 2371)，根据有无生锈来进行评价。将不生锈的评价为合格，将生锈的评价为不合格。

评价结果示于表2。A钢至G钢为改变了Sn添加量的钢。

Sn未添加的A钢(比较钢)在淬火前后的SST中生锈。相对于此，B钢至F钢(发明钢)的淬火前后的耐锈性合格，并且淬火硬度及耐热温度也合格，具备非常优良的特性。

Sn量多的G钢显示非常优良的特性，但是，在热轧及冷轧时瑕疵多发，因此在本发明的范围之外。

H钢至AP钢的淬火前后の耐锈性合格，并且淬火硬度及耐热温度也合格，具备非常优良的特性。这些钢中，包含As的钢在本发明的范围之外，设定为参考钢。除此之外为本发明钢。

相对于具备优良的特性的本发明钢，AQ钢(比较钢)由于γp低于80，因此，淬火后的硬度未达到合格基准。AR钢(比较钢)由于C+N多，因此淬火后的硬度超过合格基准。

AS钢(比较钢)由于C+N少，因而淬火后的硬度未达到合格基准。AT钢(比较钢)由于Cr少，因而耐锈性变差。AU钢(比较钢)由于Cr，因而γp低于80，淬火后的硬度未达到合格基准。

AV钢(比较钢)由于P、Sb、Bi的合计量超过0.5％，从而韧性变差。AW钢(比较钢)由于Mn多，从而韧性变差。

从以上内容可以看出，本发明钢是满足淬火硬度、耐热性、并且耐锈性非常优良的钢。

表1

表2

根据本发明，能提供具备优良的耐锈性的盘式制动器用马氏体系不锈钢。因此，根据本发明，不仅钢制造者、而且钢利用者也能获得巨大的利益，本发明的工业价值极高。

Claims (5)

1.一种耐锈性优良的盘式制动器用马氏体系不锈钢，其特征在于，以质量％计，包含：

C：0.01％以上且0.10％以下、

Si：2％以下、

Mn：0.2％以上且2.0％以下、

S：0.010％以下、

P：低于0.05％、

N：0.005％以上且0.050％以下、

Cr：10％以上且14％以下、

Ni：2％以下、

Al：0.1％以下、

V：1％以下、

C+N：0.06％以上且0.1％以下、及

Sn：0.005％以上且1％以下，

剩余部分为Fe及不可避免的杂质，进而，

下述式(1)定义的γp为80以上，

γp＝420[％C]+470[％N]+23[％Ni]+9[％Cu]+7[％Mn]-11.5[％Cr]-11.5[％Si]-52[％Al]-12[％Mo]-23[％V]-47[％Nb]-49[％Ti]+189                    (1)。

2.根据权利要求1所述的耐锈性优良的盘式制动器用马氏体系不锈钢，其特征在于，以质量％计，进一步含有合计为0.5％以下的选自P、Sb和Bi中的1种或2种以上的元素。

3.根据权利要求1或2所述的耐锈性优良的盘式制动器用马氏体系不锈钢，其特征在于，以质量％计，进一步含有Cu：2％以下。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的耐锈性优良的盘式制动器用马氏体系不锈钢，其特征在于，以质量％计，进一步含有Ti：0.5％以下。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的耐锈性优良的盘式制动器用马氏体系不锈钢，其特征在于，以质量％计，进一步含有选自Mo：2％以下和Nb：1％以下中的1种或2种。