CN103534377B - 自行车的盘形制动转子用马氏体系不锈钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种作为自行车的盘形制动转子具有优良的制动特性、振鸣抑制性能的能以淬火原状使用的自行车的盘形制动转子用马氏体系不锈钢板。本发明的马氏体系不锈钢板的要点是C：0.070～0.120%、N：0.015～0.060%，满足C＋N：0.09～0.15%的低碳、低氮不锈钢，其特征在于，Cu：0.1%以下且Mn：1.0～1.4%，表示热轧时的相平衡的指标即γp满足80～120，剩余部分为Fe及不可避免的杂质，淬火后的硬度按HRC计为38～44。
Description
技术领域
本发明涉及作为自行车的盘形制动转子的制动器的制动特性优良、以及加工为转子形状时的压制成形性优良的马氏体系不锈钢板及其制造方法。
背景技术
对于自行车用盘形制动转子，要求耐磨损性、耐锈性、轻量性等特性。因此，一直采用马氏体系的不锈钢或马氏体系不锈钢与氧化铝的复合材料。在马氏体系的不锈钢中，一般使用SUS420J1、SUS420J2。关于盘形制动转子，通过对不锈钢进行热轧、在退火后进行冷轧而调整了形状和硬度后，通过压制成形加工成规定的形状，通过淬火、回火等热处理调整到所希望的硬度，然后经由研磨或涂装等工序来制造盘形制动转子。
在摩托车的盘形制动器用途中也可使用同样的马氏体系不锈钢。与自行车相比，属于高速行驶、且大重量的车体，因此需要高的制动力。因此，在将马氏体系不锈钢的热轧钢板退火、压制成形后通过淬火来制造。关于耐磨损性，一般来说钢的硬度越高耐磨损性越提高，但如果硬度过高，则在制动转子与垫片之间产生所谓的制动器的“振鸣（Brakenoise）”。因此，摩托车的盘形制动转子的硬度不能太高，要求在34±3HRC（洛氏硬度C级）。
对于摩托车的盘形制动转子的制造，为了省略淬火后的回火工序，低碳（C）、低氮（N）化的不锈钢的应用在发展，例如在专利文献1中，作为摩托车盘形制动器用材料，公开了按重量比规定为C＋N：0.04～0.10%，并添加了1.0～2.5%的Mn的低碳马氏体系不锈钢。
此外，在专利文献2中，公开了为提高热轧板的除氧化皮性，将Mn规定为1.0%以下，且将用下式表示的计算值H规定在32～40的范围的摩托车盘形制动器用材料。
H＝223C－2.6Si＋2.8Mn＋9.2Ni－4.6Cr＋3.6Cu＋188N＋74.0（各元素符号表示该元素的重量%的数值。）
该计算值H与最高淬火硬度的实测值良好地对应。
可是，这些公报中所述的钢具有适合摩托车的盘形制动器用途的特性，相反，作为自行车的盘形制动转子用的材料是不合适的，没有进行适用。这起因于以下诸问题。
如果采用为摩托车的盘形制动器用途而开发的马氏体系不锈钢作为自行车的盘形制动转子，则磨损大，因磨损造成的表面损伤会影响行走性能。也就是说，在淬火硬度为32～40的范围时，硬度低，作为自行车、例如山地自行车的盘形制动转子，不能得到充分的制动力。
为了提高制动力，如SUS420J1、3113420J2这样通过提高C量来提高淬火硬度是有效的。可是，对于为摩托车的盘形制动器用途而开发的低碳马氏体系不锈钢，在通过提高碳（C）量来提高硬度时，尽管改善制动力，但是存在制动时发生振鸣等损害制动性能的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭57-198249号公报
专利文献2：日本特开昭60-106951号公报
发明内容
发明要解决的问题
以往，一般自行车用盘形制动转子所使用的SUS420J1、SUS420J2在淬火原状时因硬度为50HRC以上而需要回火处理。因而工序长，其生产性的提高成为课题。
另一方面，摩托车用的马氏体系不锈钢，如前所述，淬火硬度不足，不能作为自行车用盘形制动转子使用。此外，如果为提高淬火硬度而增加碳（C），则有容易发生振鸣的问题。
因此，有在不进行回火处理的情况下，即以淬火原状得到具有适用于自行车用盘形制动转子的硬度的马氏体系不锈钢的课题。
本发明的目的在于，有利地解决上述现有技术所具有的课题，提供一 种对制动时发生的振鸣进行抑制、制动器制动特性优良、以淬火原状供于使用的自行车的盘形制动转子用马氏体系不锈钢板及其制造方法。
用于解决课题的手段
本发明者们为解决上述课题进行了锐意研究，得到以下见识，由此完成了本发明。
自行车的盘形制动转子用的马氏体系不锈钢为了得到其必要的制动力，使其硬度在38HRC以上是必要的。其特征是该硬度高于摩托车的盘形制动转子所需的硬度32HRC以上。
另一方面，如果为提高制动力而提高淬火硬度，则在自行车的盘形制动转子中，伴有被称为“振鸣（Brake noise）”的振动的异常噪音成为问题。可通过对SUS420J1、SUS420J2等不锈钢进行淬火回火、使硬度在43HRC以下来抑制振鸣。可是，对于省略回火的技术，假如使用摩托车的盘形制动转子用的不锈钢，即使在38HRC也产生振鸣，所以不能实现使制动力和振鸣防止得以兼顾的硬度范围。
这类似于在摩托车的盘形制动转子中成为问题的被称为振鸣的滑动音（异常噪音）的问题。在摩托车的盘形制动转子中，为了防止振鸣，一般使硬度在38HRC以下，将硬度控制在为了得到制动力所需的32HRC以上，且在开始产生振鸣的38HRC以下。
在自行车中，为了得到必要的制动力，盘形制动转子的硬度在38HRC以上是必要的。如果考虑到淬火后的硬度的偏差，作为硬度范围，认为38～43HRC是必要的。
研究了在该硬度范围抑制振鸣的方法，结果发现：滑动时经由形成于盘形制动转子表面的微少的氧化被膜，母材成分产生影响；要抑制振鸣，将母材的Cu量限制为0.1%以下，同时使Mn量在1.0～1.4%的范围是必要的。另外，为了提高盘形制动转子的耐蚀性，优选将淬火后的组织形成为在马氏体基体中稍微分散有碳化物的组织，其析出量按Fe的重量%计在0.04%以下是必要的。
基于上述见识而完成的本发明的要点在于下述的自行车的盘形制动转子用马氏体系不锈钢板及其制造方法。
（1）一种自行车的盘形制动转子用马氏体系不锈钢板，其特征在于， 以质量%计，含有C：0.070～0.120%、N：0.015～0.060%、Si：0.10～0.50%、Mn：1.0～1.4%、P：0.035%以下、S：0.015%以下、Ni：0.3%以下、Cr：11.5～13.5%、Cu：0.1%以下、V：0.3%以下、Al：0.001%～0.010%，满足C＋N：0.09～0.15%，且用下式（1）表示的表示热轧时的相平衡的指标即γp满足80～120，剩余部分为Fe及不可避免的杂质，淬火后的硬度按HRC计为38～44。
γp＝420[%C]＋470[%N]＋23[%Ni]＋9[%Cu]＋7[%Mn]－11.5[%Cr]－11.5[%Si]－52[%Al]－12[%Mo]－47[%Nb]－7[%Sn]－49[%Ti]－48[%Zr]－49[%V]＋189 （1）
这里，[%C]表示碳（C）的含量（质量%）。
以下同样，[%N][%Ni][%Cu][%Mn][%Cr][%Si][%Al][%Mo][%Nb][%Sn][%Ti][%Zr][%V]分别表示N、Ni、Cu、Mn、Cr、Si、Al、Mo、Nb、Sn、Ti、Zr、V的含量（质量%）。
在不含元素时作为0。
（2）根据上述（1）所述的自行车的盘形制动转子用马氏体系不锈钢板，其特征在于，以质量%计进一步含有Mo：0.05～0.5%、Sn：0.003～0.5%、Ti：0.05%以下、Zr：0.05%以下、B：0.0005～0.0030%中的1种以上。
（3）一种自行车的盘形制动转子用马氏体系不锈钢板，其特征在于，在通过对具有上述（1）或（2）所述的钢组成的马氏体系不锈钢板进行淬火而形成自行车的盘形制动转子时，未固溶碳化物的析出量作为其Fe的量计为0.04%以下。
（4）一种自行车的盘形制动转子用马氏体系不锈钢板的制造方法，其特征在于，在将具有上述（1）或（2）所述的成分的不锈钢的热轧板退火后，进行1次总压下率为20～70%的冷轧或夹着中间退火地进行2次冷轧，同时将精冷轧的冷轧率规定为20%以上，将冷轧制品或冷轧后实施了退火及酸洗的制品的硬度规定为220HV～260HV。
发明效果
如以上所述，根据本发明，能够廉价地提供一种自行车的盘形制动转子用马氏体系不锈钢板，其作为自行车盘形制动转子具有优良的制动特性，例如优良的制动力及振鸣抑制性能，能以淬火原状供于使用，因此工业上 的效果是非常大的。
附图说明
图1是表示成分C＋N对将本实施方式中的马氏体系不锈钢冷轧制品淬火而制造的自行车盘形制动转子的制动器制动性能及钢板硬度的影响的图示。图1（a）是表示C＋N与洛氏硬度的关系的图示，图1（b）是表示C＋N与自行车的制动器制动性能或振鸣的关系的图示。
图2是表示精冷轧的压下率（轧制率）对本实施方式中的马氏体系不锈钢冷轧制品的维氏硬度和压制成形时的压陷的影响的曲线图。图2（a）是表示精冷轧的压下率与钢板硬度（维氏硬度）的关系的图示，图2（b）是表示精冷轧的压下率与冲孔的压陷的关系的图示。
图3是表示由本实施方式中的马氏体系不锈钢冷轧制品制造的自行车盘形制动转子中的未固溶碳化物的析出量（析出Fe量）与盐水喷雾试验中的生锈率的关系的图示。
具体实施方式
以下，对本发明进行详细说明。
首先，对本发明的自行车的盘形制动转子用马氏体系不锈钢板的钢组成的限定理由进行说明。再者，关于组成，%的表示在不特别说明时意味为质量%。
（C：0.070～0.120%）
C提高淬火时的硬度，同时在淬火加热时提高奥氏体相分率，使淬火后的马氏体量增加。为了对自行车盘形制动转子赋予必要的硬度和制动力，0.070%以上是必要的。可是，如果C含量过多则因淬火硬度增加而容易产生振鸣，所以规定为0.120%以下。为了稳定地确保作为目标的硬度，规定为0.070～0.100%，优选规定为0.080%～0.100%，更优选规定为0.080～0.090%。
（N：0.015～0.060%）
N与C同样，是提高淬火时的马氏体的硬度，同时作为强力的奥氏体形成元素，为赋予充分的马氏体量的成分。因此，0.015%以上是必要的。可是，如果N含量过多则氮化物的量增大，因粗大化而使固溶化温度提高，固溶化时间延长，所以损害淬火稳定性。此外，铸造时形成气泡系缺陷，损害耐蚀性，所以将N含量的上限规定为0.060%以下。为了稳定地得到作为目标的硬度，优选将下限规定为0.018%，将上限规定为0.045%。更优选将下限规定为0.019%，将上限规定为0.040%。
（Si：0.10～0.50%）
Si是使淬火时的马氏体量减少、同时使韧性降低的元素，将其上限规定为0.50%。可是，对于炼钢时的脱氧及铸造时的钢水流动性的提高是优选的元素，提高操作性及表面品质。因而，将下限规定为0.10%。但是，如果考虑到降低原料成本及通过缩短精炼时间而提高生产性，优选将下限规定为0.20%，将上限规定为0.40%。更优选将下限规定为0.25%，将上限规定为0.35%。
（Mn：1.0～1.4%）
Mn与Ni或Cu同样，为奥氏体形成元素，使淬火时的马氏体量增加。此外，作为Mn独自的效果，具有形成非金属夹杂物（MnS）、提高热加工性的效果。另外，具有提高氮在钢水中的溶解度的效果，在大量添加氮时显示出抑制形成气泡系缺陷的作用。除此以外，与Si同样地还具有作为炼钢时的脱氧元素的效果。为了得到如此的效果，将Mn含量规定为至少1.0%以上。可是，如果大量含有Mn，则淬火加热时的氧化扩展，难除去氧化膜，此外因MnS的粗大化而使原材料的表面品质下降。另外，如果大量含有Mn，则有使制动时的振鸣发生硬度（发生振鸣的最低硬度）降低的问题。因此，将Mn含量规定为1.4%以下。如果考虑到降低原料成本或依赖于奥氏体平衡的热轧时的高温延展性，则优选将下限规定为1.1%、将上限规定为1.3%。更优选将下限规定为1.15%、将上限规定为1.25%。
（P：0.035%以下）
P是固溶强化能力大的元素，且为铁素体形成元素。而且是对耐蚀性或韧性有害的元素，因此优选尽量少。
P作为杂质含在作为不锈钢原料的铬铁中，但从不锈钢的钢水进行脱P是非常困难的，因此优选规定为0.010%以上。此外，P含量大致由所使用的铬铁原料的纯度和量决定。P是有害的元素，所以优选铬铁原料中的P 的纯度低，但低P的铬铁价格高，所以将其限制为不太使材质及耐蚀性劣化的范围即0.035%以下。再者，优选限制为0.030%以下。
（S：0.015%以下）
S形成粒化物系夹杂物，使钢材的一般的耐蚀性（点腐蚀）劣化，因此优选其含量的上限低，限制为0.015%以下。此外，由于S含量越少耐蚀性越良好，因此优选尽可能地低。可是，低S化增加脱硫负荷，使制造成本增大，同时与脱硫的强化同时地形成于炉渣中的CaS混入钢中，损害耐蚀性，因此优选将其下限规定为0.001%。再者，优选将上限规定为0.010%。更优选将上限规定为0.008%。
（Ni：0.3%以下）
Ni与Mn、Cu同样为奥氏体形成元素，使淬火时的马氏体量增加。可是，Ni是高价元素，在本发明中停留在从废料混入的程度，将可容许的上限规定为0.3%。但是，由于是对抑制点腐蚀的进展有效的元素，同时过度的降低需要使用高纯度原料，导致增加原料成本，所以优选将下限规定为0.01%以上。再者，如果考虑到提高淬火后的韧性，则优选为0.05～0.15%。
（Cr：11.5～13.5%）
为确保制动器圆盘所需的耐蚀性，Cr为11.5%以上是必要的。可是，因是铁素体形成元素，需要通过添加与Cr量相应的奥氏体形成元素（Ni、Cu、Mn）来确保淬火加热时的奥氏体相分率。可是，因上述或下记所示的种种理由，利用奥氏体形成元素调整相平衡具有界限。因而，将Cr含量的上限规定为13.5%。再者，如果考虑到制造性及高温延展性，则优选将下限规定为11.8%、将上限规定为13.2%。更优选将下限规定为12.0%、将上限规定为13.0%。
（Cu：0.1%以下）
Cu与Mn或Ni同样，为奥氏体形成元素，使淬火时的马氏体量增加，使硬度提高。可是，有使滑动时因发热而形成的氧化膜变化、使盘形制动转子的振鸣发生硬度降低的问题，因此将其含量限制为0.1%以下。可是，Cu在其它合金原料中作为杂质混入，因此极度的降低需要使用高纯度原料，是不优选的，因此优选将下限规定为0.01%以上。如果考虑到制造时的成分管理的效率，则优选规定为0.02～0.05%。
（V：0.3%以下）
V是从合金原料中作为不可避免的杂质而混入的元素。过度的降低需要使用高纯度原料，使原料成本增加，因此优选将下限规定为0.01%。另一方面，过度的含有使得通过形成碳氮化物而带来马氏体的硬度降低，所以将0.3%作为上限。为了抑制伴随着大型碳氮化物形成的盘形制动转子的振鸣，更优选使其在0.1%以下。
（Al：0.001～0.010%）
Al是强力脱氧元素，同时调整精炼时的炉渣碱度并提高炉渣的脱硫能力。从0.001%开始可稳定地得到其作用，所以将下限规定为0.001%。另一方面，过度的添加会提高炉渣的碱度，水溶性的夹杂物CaS结晶析出，因而严重损害耐蚀性，所以将其上限规定为0.010%以下。为了稳定地得到精炼时的脱氧能力，更优选使其在0.003%～0.008%。
（C＋N：0.09～0.15%）
C和N是支配马氏体的硬度的元素，为了达到对于得到自行车盘形制动转子所需的制动力不可缺的硬度即HRC38～44，C＋N为0.09%以上且0.15%以下是必要的。优选C＋N的下限为0.095%、上限为0.13%，更优选下限为0.10%、上限为0.12%。再者，如果考虑到由担心作为不可避免的杂质而混入的碳氮化物形成元素所导致的固溶C、N的降低，或由固溶、析出强化元素所导致的马氏体的强度上升，则优选为0.11～0.14%，更优选为0.11～0.13%。
（表示热轧加热时的相平衡的指标即γp=80～120）
γp的下式（1）是表示淬火加热温度或制造原材料的热轧加热时的相平衡的指标。如果γp降低，则铁素体分率增加，淬火时的马氏体量减少，淬火硬度下降，盘形制动转子的磨损速度提高，制动器制动性下降。而且，热轧时的铁素体分率增加，因δ铁素体与奥氏体的强度差、变形能力的差异，在δ铁素体和奥氏体的界面产生裂纹，成为边部裂纹的原因。所以，为了提高淬火硬度，提高热加工性，将γp规定为80以上，优选规定为85以上，更优选规定为90以上。
另一方面，如果γp过高，则在热轧时，因S在奥氏体晶界处偏析，产生晶界脆化而容易发生边部裂纹。因此，在通过固溶使S无害化时，最小限度的δ铁素体的存在是必要的。因此，将γp的上限规定为120以下，优选规定为110以下，更优选规定为105以下。
γp＝420[%C]＋470[%N]＋23[%Ni]＋9[%Cu]＋7[%Mn]－11.5[%Cr]－11.5[%Si]－52[%Al]－12[%Mo]－47[%Nb]－7[%Sn]－49[%Ti]－48[%Zr]－49[%V]＋189 （1）
这里，上述式中所述的成分意味着钢中所含成分的质量%。
再者，γp的式（1）是表示1100℃加热时生成的奥氏体量的最大值的指标，是对文献“Metal Treatment”1964，p.230～245中介绍的Castro的公式的改进，作为推断γ相的最大相分率的经验公式是公知的公式。
此外，在本发明中，除了上述元素，优选添加Mo：0.05～0.5%、Sn：0.003～0.5%、Ti：0.05%以下、Zr：0.05%以下、B：0.0005～0.0030%中的1种以上，或通过使用高纯度原料进行上限限制。
（Mo：0.05～0.5%）
Mo为了提高耐蚀性可以根据需要添加，为了发挥其效果，优选将下限规定为0.05%。另一方面，Mo与Cr同样为铁素体形成元素，过度的添加使淬火加热时的奥氏体分率降低，使淬火硬度下降，所以规定为0.5%以下。但是，Mo是高价的元素，为了发挥与添加相符的提高耐蚀性的效果，同时抑制原料成本增加，优选为0.1%～0.3%。
（Sn：0.003～0.5%）
Sn为了提高耐蚀性可以根据需要添加，为了发挥其效果将下限规定为0.003%，优选规定为0.03%。另一方面，Sn与Cr、Mo同样为铁素体形成元素，过度的添加使淬火加热时的奥氏体分率降低，使淬火硬度下降，所以规定为0.5%以下。但是，Sn是高价的元素，为了发挥与添加相符的提高耐蚀性的效果，同时抑制原料成本增加，优选为0.01%～0.3%。
（Ti：0.05%以下）
Ti通过作为硬质的粗大的氮化物TiN析出，促进盘形制动转子的振鸣，因此优选根据需要对其上限进行限制。为了抑制粗大的TiN析出，优选将上限规定为0.05%以下。但是，由于作为杂质含在其它合金原料中，所以极度的降低导致必须使用高纯度原料，关系到原料成本的增加，所以优选将下限规定为0.0005%。
（Zr：0.05%以下）
Zr作为硬质的粗大的氮化物ZrN析出，促进盘形制动转子的振鸣，因此优选根据需要对其上限进行限制。为了抑制粗大的ZrN析出，优选将上限规定为0.05%以下。但是，由于作为杂质含在其它合金原料中，所以极度的降低导致必须使用高纯度原料，关系到原料成本的增加，因此优选将下限规定为0.0005%。
（B：0.0005%～0.0030%）
B提高热轧时的高温延展性，降低热轧板的由边部裂纹造成的成品率的下降，因此可以根据需添加，为了发挥其效果，优选将下限规定为0.0005%以上。可是，过度的添加因Cr2B、（Cr、Fe）23（C、B）6的析出而损害韧性及耐蚀性，因此将其上限规定为0.0030%。再者，如果考虑到加工性或制造成本，则更优选规定为0.0008～0.0015%。
（未固溶碳化物的析出量作为其Fe的量为0.04%以下）
此外，在本发明中除上述元素以外，优选将淬火后的马氏体相中的未固溶碳化物量作为以碳化物析出的Fe的量控制在0.04%以下。由此，能够提高盘形制动转子的耐蚀性，提高制动性。
也就是说，在淬火后的未固溶碳化物[（FeCr）23C6]少时，固溶C量增加，马氏体的硬度提高。此外，还可抑制起因于伴随着碳化物析出的锐敏化（碳化物向晶界的析出所导致的不锈钢对晶界腐蚀的敏感性）的耐蚀性的下降，因此是优选的。为了得到其效果，作为碳化物的以Fe的析出量计优选为0.04%以下。另外，在作为碳化物析出的Fe的量的测定中，采用利用了非水溶剂系电解液的恒电位电解腐蚀法（SPEED法）。再者，如果不考虑耐蚀性，则即使超过0.04%也无问题，但硬度降低，接近目标硬度的下限值，所以优选规定为0.04%以下。为了使未固溶碳化物[（FeCr）23C6]的析出量作为其Fe的量计在0.04%以下，只要在800～600℃的温度区以0.3℃/s以上、优选以3℃/s以上、更优选以10℃/s以上的冷却速度进行冷却即可。
接着，对本实施方式中的马氏体系不锈钢板的制造方法进行说明。
作为本实施方式的马氏体系不锈钢板的制造方法，炼制具有上述钢组成的马氏体系不锈钢，炼钢后，对铸造的钢坯（板坯）进行热轧，然后进行热轧板退火，在酸洗后进行冷轧。在冷轧工序中，根据需要进行中间退 火-酸洗、成品退火-酸洗。
在本实施方式中的炼钢中，适合采用对含有上述必需成分及根据需要添加的成分的钢进行通过转炉中的精炼和接着进行的二次精炼的熔炼方法。
接着，按照公知的铸造方法（连续铸造）将熔炼的钢水形成板坯。然后，在规定的温度下对该板坯进行加热，热轧到规定的板厚，形成热轧钢板（热轧板）。再者，将热轧的精轧结束温度规定为800～950℃的范围。
接着，在精轧后，将热轧钢板卷取成卷状。为了缩短热轧板退火时间，优选将直到卷取为止的冷却规定为空冷，使卷取温度在700～900℃的范围。热轧钢板在热轧原状时比较硬，难以进行冷轧，因此例如用间歇式的退火炉进行退火。关于退火温度，将其最高到达温度规定为800～900℃，在最冷点超过800℃后，退火1小时～10小时，然后在退火炉内冷却一定时间后移到炉外，冷却到常温。所谓该最冷点，意味是在间歇式的退火炉中的加热对象物中温度最难提高的部位，在热轧卷中，表示在卷的长度方向中央部、且与炉底部相接的部位。然后，通过喷丸清理等机械式除鳞和利用酸的化学除鳞除去表面的氧化皮，接着进行冷轧，由此形成冷轧制品。关于冷轧制品，为了使其硬度达到220～260HV而调整冷轧率，但也可以对冷轧板进行成品退火，通过退火温度调整硬度。优选将此时的退火温度规定为650～750℃的范围。此外，根据热轧板的板厚在冷轧时进行中间退火-酸洗，但是即使在此种情况下，也可通过控制精冷轧的冷轧率来调整硬度。关于中间退火，如果总冷轧压下率提高，则因加工硬化而使硬度增高，因此可考虑冷轧机的能力进行，但也可根据冷轧机的能力将中间退火省略，通过一次冷轧进行制造。此外，中间退火还具有提高板厚精度的效果。再者，有根据硬度的水平来测定适当的硬度的方法。再者，在本发明中分别使用维氏硬度（HV）和洛氏硬度（HRC）。
以下，对本实施方式中的冷轧率的限定理由进行说明。
在本实施方式中，将一次或分二次进行的冷轧的总冷轧率规定为20～70%，同时将其中的精冷轧的冷轧率规定为20%以上，将冷轧制品或冷轧-退火-酸洗制品的硬度规定为220HV～260HV。再者，按热轧板的板厚、制品的板厚而适宜选择实施一次或分二次进行的冷轧。此外，为了提高板厚 精度，有时也进行二次冷轧。另外，能够根据使用的设备或生产量适宜选择一次或二次的冷轧。
此外，冷轧制品意味着以冷轧原状发货的制品，一般被称为硬质材。酸洗制品意味着在冷轧后进行了退火、酸洗的精加工制品（精加工为2D或2B精加工，参照JIS G4305）。关于制品的硬度，可通过冷轧时的加工硬化控制硬度，或者通过退火温度控制硬度，用其中任一种方法都能控制硬度。
通过进行冷轧，制品的板厚精度提高，可提高压制成形为盘形制动转子的形状时的板厚尺寸精度。为了将马氏体系不锈钢的板厚精度提高到50μm以下，优选使总冷轧率在20%以上。板厚精度的提高在淬火后的研磨工序中可提高作业效率。过度地提高冷轧率使生产性降低，所以使总冷轧率在70%以下。
此外，为了提高压制成形时的尺寸精度，优选使冷轧板或冷轧、退火、酸洗板的硬度在220～260HV。所谓压制成形时的尺寸精度，为根据压制成形（冲裁加工）时的剪断面的压陷量进行评价的尺寸精度。与对硬度为130～200HV的退火酸洗材进行压制成形时的压陷量相比较，通过使硬度在220HV以上，可将压陷的量降低到1/2以下。作为使硬度在220HV以上的方法，可将精冷轧的冷轧率规定为20%以上，或将冷轧率为20%以上的冷轧与退火组合。但是，如果硬度过度提高，则模具的磨损加快，所以使其在260HV以下。此外，优选使精冷轧压下率在60%以下。关于用于控制硬度的退火，例如，优选在650～780℃的范围，按10～120秒的时间范围进行。
以下，示出用于对如此的成分（C＋N）范围、冷轧率范围、制品的硬度范围、淬火后的未固溶碳化物量的限定理由进行说明的调査结果。
图1中，在使本实施方式的马氏体系不锈钢的C＋N量变化后，在铸造成多个钢锭后，将精热轧温度规定为850℃，热轧到板厚4mm。然后，在780℃进行卷取，随后在850℃进行4小时的热轧板退火，在炉内缓慢冷却到常温。在通过对热轧钢板进行喷丸清理、硫酸酸洗进行了除鳞后，通过冷轧形成板厚1.8mm的冷轧制品。在由制品压制成形为自行车用的盘形制动转子形状后，进行淬火处理及表面研磨，形成盘形制动转子。用洛氏硬度计测定了淬火后的硬度。此外，通过实车行走试验进行盘形制动器的制 动性的评价，按3阶段对制动性、振鸣特性进行评级。这里，关于制动性的评价，是在由JIS D9301规定的制动性试验中，关于以25km/h行走的制动距离，通过新转子状态的制动距离L0和以制动器油压1.0MPa、车轮转速2rps进行了相当于5km的负荷试验后的制动距离LB进行了比较。关于L0与LB的比，将L0/LB低于0.7时规定为X（不合格），将0.7以上且低于0.9时规定为〇（不合格），将0.9以上时规定为◎（为合格水平，优良）。关于振鸣的评价，在制动油压为1.0MPa、车轮的转速为2rps时，将在45dB的环境下听到振鸣声时规定为×（不合格），将在30dB的噪音下没有听到时规定为◎（为合格水平，优良），将在其之间的规定为〇（不合格）。
由图1清楚地的得知：通过将C＋N规定为0.09%以上，淬火后的硬度达到38HRC以上，制动力提高。此外，得知：如果C＋N超过0.015%，则硬度达到44HRC以上，同时发生振鸣。在本发明中，将淬火后的硬度为38～44HRC作为目标。
再者，为调查图1所示的关系而使用的马氏体系不锈钢的钢组成为12.3%Cr、0.3%Si、1.1%Mn、0.04～0.14%C、0.02%N、0.027%P、0.008%S、0.2%Ni、0.02%Cu、0.04%V、0.008%Al。
图2中，在将本实施方式的马氏体系不锈钢铸造成钢锭后，将精热轧温度规定为850℃，热轧到板厚5mm。然后，在780℃进行卷取，随后在850℃进行4小时的热轧板退火，在炉内缓慢冷却到常温。在通过对热轧钢板进行喷丸清理、硫酸酸洗进行了除鳞后，通过研磨表面而形成1.8～5.0mm。接着通过冷轧形成板厚1.8mm的冷轧制品。用洛氏硬度计测定了制品的表面硬度。在由制品压制成形为自行车用的盘形制动转子形状后，测定压制孔的压陷量。关于压陷量的评价，在按冲杆外径为18mm、模具内径为19mm、间隙0.5mm且以700mm/min的冲裁速度进行了压制试验后，跨越整个圆周地测定压陷的高度，求出其平均。将压陷的平均高度为100μm以上的规定为×（不合格），将50μm以上且低于100μm的规定为〇（不合格），将低于50μm的规定为◎（合格水平，优良）。
由图2清楚地的得知：通过将冷轧规定为20%以上，制品的硬度达到220HV以上，同时压陷的量降低。硬度随着冷轧率的增加而提高，在冷轧率为70%时达到270HV，因此，压制成形时施加给模具的负荷增大，是不 优选的。
再者，为调查图2所示的关系而使用的马氏体系不锈钢的钢组成为12.3%Cr、0.3%Si、1.1%Mn、0.08%C、0.02%N、0.026%P、0.008%S、0.2%Ni、0.02%Cu、0.04%V、0.003%Al。
图3中，在将本实施方式的马氏体系不锈钢铸造成钢锭后，将精热轧温度规定为850℃，热轧到板厚4mm。然后，在780℃进行卷取，随后在850℃进行4小时的热轧板退火，在炉内缓慢冷却到常温。在通过对热轧钢板进行喷丸清理、硫酸酸洗进行了除鳞后，通过冷轧形成板厚1.8mm的冷轧制品。在由制品压制成形为自行车用的盘形制动转子形状后，在多种加热温度、时间、冷却速度下进行淬火处理，进行表面研磨，形成盘形制动转子。从盘形制动转子中切下20×30mm的板材，在用600号的砂纸研磨了整面后，用SPEED法提取析出物，对提取的析出物进行化学分析，测定析出中的Fe、Cr量。根据24小时的盐水喷雾试验后的锈的面积率对盘形制动器的耐蚀性进行评级。盐水喷雾试验按照JIS Z2371进行。关于锈的面积率，将低于10%的规定为◎（合格水平，优良），将10%以上且低于30%的规定为〇（不合格），将30%以上的规定为×（不合格）。
如图3明示，如果Fe析出物的量增高，则盐水喷雾试验中的生锈率提高，耐蚀性的等级下降。
再者，为调查图3所示的关系而使用的马氏体系不锈钢的钢组成为13.1%Cr、0.3%Si、1.4%Mn、0.2Ni、0.085%C、0.015%N、0.017%P、0.003%S、0.1%Ni、0.2%Cu、0.01%V、0.01%Al。
如上所述，根据本发明的马氏体系不锈钢，由于将C＋N规定为0.09%～0.15%，所以能够使淬火硬度在38HRC～44HRC。其结果是，能够确保作为自行车盘形制动转子所必要的制动性及振鸣降低。
根据本发明的马氏体系不锈钢的制造方法，通过使冷轧率最佳化，控制压制成形前的硬度，能够降低压制成形时的压陷，降低淬火后的研磨量。此外，能够使研磨负荷均衡化等，可提高生产性。
关于淬火处理，可以在加热温度范围为800℃以上，优选为950℃以上，更优选为1000℃以上且1100℃以下，保温时间为1秒～20分钟，冷却速度为0.1～1000℃/s的条件下进行。例如，在真空炉的情况下，能够以800～ 1100℃（加热温度）×1秒～20分钟（保温时间）、0.1～10℃/s的冷却速度进行。在连续退火炉的情况下，能够以800～1100℃（加热温度）×1～600秒（保温时间），以0.5～70℃/s的冷却速度、或通过油冷、水冷、模具淬火而进行。
本发明的马氏体系不锈钢的盘形制动转子中，通过控制未固溶碳化物[（FeCr）23C6]的量，可提高耐蚀性，能够提高制动性能以外的附加价值。
实施例
以下，通过实施例对本发明的效果进行说明，但本发明并不限定于以下的实施例中所使用的条件。
在本发明中，首先熔炼具有表1、2所示的成分组成的钢（剩余部分为Fe及不可避免的杂质），铸造成板坯。在表1、2中，关于成分，将满足本发明的作为本发明例。再者，钢材No.37～41、37-2、39-2中，可选元素（Mo、Sn、B、Ti）的含量超过不可避免的杂质水平，而且还超出可选元素的含量的上限。在将该板坯加热至1230℃后，将精轧温度规定在800～950℃的范围内，热轧到板厚2.5～5.0mm，在780℃卷取，形成热轧钢带。
接着，在850℃对热轧钢板进行4小时的热轧板退火，然后在炉内进行缓慢冷却。通过对热轧退火板进行喷丸清理、硫酸酸洗除去氧化皮。然后进行冷轧形成1.8mm的冷轧制品。冷轧时，对于一部分材料，在750℃进行中间退火，然后进行酸洗。此外，对一部分材料，在冷轧后在700℃进行成品退火，然后进行酸洗。表2中示出它们的制造条件。对如此制造的冷轧制品、冷轧退火酸洗制品，用洛氏硬度计测定表面硬度。按照JIS Z2245进行洛氏硬度试验。
由冷轧制品、冷轧退火酸洗制品压制成形为自行车的盘形制动转子。测定冲孔的压陷，根据比较评价划分等级。另外，按表3、4所示的各种条件进行淬火，研磨表面，然后安装附带部件，形成自行车的盘形制动转子。通过实车行走试验评价制动特性。所谓制动特性，评价了制动力、振鸣。此外，通过24小时的盐水喷雾试验评价盘形制动转子的耐蚀性。盐水喷雾试验按照JIS Z2371进行。关于它们的评价试验方法及评级，采用上述方法。以上的制造条件及评价结果见表3、4。
表3
表4
成品退火温度以（1）600～700℃、（2）700～800℃进行。
由表3、4清楚地得知：在按采用本发明的成分组成制造的本发明例（试验No.1～32、54～83）时，与比较例相比，制动器制动性、振鸣特性良好。此外，得知盘形制动器的耐蚀性优良。此外，得知：在除本发明的成分组成以外、还满足冷轧条件的实施例中，除制动器制动性、振鸣特性、耐蚀性以外，压制成形时的压陷少，生产性也优良。也就是说，根据采用了本发明的成分、制造方法，能够得到自行车的盘形制动转子所需的淬火后的制动特性以及耐蚀性优良、模压形成性也优良的马氏体系不锈钢冷轧制品、冷轧-退火-酸洗制品。
另一方面，在偏离本发明的比较例（试验No.33～53、84～95）中，冷轧制品或冷轧-退火-酸洗制品的淬火后的硬度、作为自行车的盘形制动转子的制动器制动性、振鸣特性、耐蚀性中的至少一项低。由此得知：比较例中的马氏体系不锈钢板的作为自行车的盘形制动转子原材料的性能降低。
具体地对比较例中的特性值和成分、制造条件的对应进行说明。
试验No.（以下简记为No.）33、No.84中，由于淬火条件不合适（淬火加热时间短且冷却速度慢，即在1030℃加热1秒后以0.5℃/s进行冷却），所以析出Fe量增大，淬火硬度降低。因此，制动器制动性能下降，此外耐蚀性也劣化。No.34中，因C量低而使淬火硬度下降，制动器制动性能降低。No.85中因C量高而使淬火硬度过高，振鸣特性劣化。No.35中因Si量低而使精炼时间延长，生产性降低。No.36、No.86中因Si量高，No.37、No.87中因Mn量低，No.42、No.91中因Cr量高，No.49、No.95中因Mo量高，而使γp降低，淬火后残存铁素体，使淬火硬度降低，使制动器制动性能下降。No.38中因Mn量高而使振鸣特性降低，同时使耐蚀性下降。No.39、No.88中因P高而使热轧退火板的韧性降低。No.40、No.89中因S、B高而使耐蚀性降低。No.41、No.90中因Cr量低而使耐蚀性不良。另外，因C＋N高而使淬火硬度过高，振鸣特性劣化。No.43中因Ni量高，No.50中因Sn高，而使原料成本增高。No.44、No.92中因Al量高而使炉渣的碱度增高，水溶性的夹杂物CaS在钢中结晶析出，使耐蚀性降低。No.45、No.93中因V量高而通过硬质的V碳化物使振鸣特性劣化。No.46中因氮低而使C＋N降低，使淬火硬度下降，使制动器制动性能劣化。No.47、No.94中因氮高而在板坯产生气泡系缺陷，使制品的表面品质劣化。此外，因C＋N量过高而使淬火硬度增高，使振鸣特性劣化。No.48中因Cu量高而使振鸣特性劣化。No.52中因Ti高，No.53中因Zr高，而使振鸣特性劣化。
从这些结果能够确认上述的见识，此外，能够支持限定上述各钢组成及构成的依据。
产业上的可利用性
如以上说明，根据本发明的马氏体系不锈钢的钢组成、制造方法，可提高自行车的盘形制动转子的制动性能，此外，能够在自行车的盘形制动转子的制造工序中提高生产性，同时还可提高盘形制动转子的耐蚀性等附加价值。也就是说，本发明在产业上充分具有利用价值。
Claims (7)
1.一种自行车的盘形制动转子用马氏体系不锈钢板，其特征在于，以质量％计，组成为C：0.070～0.120％、N：0.015～0.060％、Si：0.10～0.50％、Mn：1.0～1.4％、P：0.035％以下、S：0.015％以下、Ni：0.3％以下、Cr：11.5～13.5％、Cu：0.01％～0.1％、V：0.3％以下、Al：0.001～0.010％，满足C+N：0.09～0.15％，且用下式(1)表示的表示热轧时的相平衡的指标即γp满足80～120，剩余部分为Fe及不可避免的杂质，淬火后的硬度按HRC计为38～44，
当形成盘形制动转子时，在制动油压为1.0MPa、车轮的转速为2rps时，在30dB的噪音下听不到振鸣声，
γp＝420[％C]+470[％N]+23[％Ni]+9[％Cu]+7[％Mn]－11.5[％Cr]－11.5[％Si]－52[％Al]－12[％Mo]－47[％Nb]－7[％Sn]－49[％Ti]－48[％Zr]－49[％V]+189 (1)
其中，[％C]表示碳即C的含量，单位为质量％，
以下同样，[％N]、[％Ni]、[％Cu]、[％Mn]、[％Cr]、[％Si]、[％Al]、[％Mo]、[％Nb]、[％Sn]、[％Ti]、[％Zr]、[％V]分别表示N、Ni、Cu、Mn、Cr、Si、Al、Mo、Nb、Sn、Ti、Zr、V的含量，单位为质量％，
在不含元素时设为0。
2.根据权利要求1所述的自行车的盘形制动转子用马氏体系不锈钢板，其特征在于，以质量％计C+N为0.11～0.13％。
3.根据权利要求1或2所述的自行车的盘形制动转子用马氏体系不锈钢板，其特征在于，以质量％计进一步含有Mo：0.05～0.5％、Sn：0.003～0.5％、Ti：0.05％以下、Zr：0.05％以下、B：0.0005～0.0030％中的1种以上。
4.一种自行车的盘形制动转子用马氏体系不锈钢板，其特征在于，在通过对具有权利要求1或2所述的钢组成的马氏体系不锈钢板进行淬火而形成自行车的盘形制动转子时，未固溶碳化物的析出量作为其Fe的量计为0.04％以下。
5.一种自行车的盘形制动转子用马氏体系不锈钢板，其特征在于，在通过对具有权利要求3所述的钢组成的马氏体系不锈钢板进行淬火而形成自行车的盘形制动转子时，未固溶碳化物的析出量作为其Fe的量计为0.04％以下。
6.一种自行车的盘形制动转子用马氏体系不锈钢板的制造方法，其特征在于，在将具有权利要求1或2所述的成分的不锈钢的热轧板退火后，进行总压下率为20～70％的1次冷轧或夹着中间退火进行的2次冷轧，同时将精冷轧的冷轧率规定为20％以上，将冷轧制品或冷轧后实施了退火及酸洗的制品的硬度规定为220HV～260HV。
7.一种自行车的盘形制动转子用马氏体系不锈钢板的制造方法，其特征在于，在将具有权利要求3所述的成分的不锈钢的热轧板退火后，进行总压下率为20～70％的1次冷轧或夹着中间退火进行的2次冷轧，同时将精冷轧的冷轧率规定为20％以上，将冷轧制品或冷轧后实施了退火及酸洗的制品的硬度规定为220HV～260HV。
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