CN116745454A - 用于盘式制动器的奥氏体高锰钢 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于盘式制动器的高锰钢，并且公开了具有优异的摩擦系数的用于盘式制动器的高锰奥氏体钢。根据公开的高锰奥氏体钢的一个实施方案，所述高锰奥氏体钢以重量％计包含：0.2％至1.8％的C、8％至30％的Mn以及余量的Fe和不可避免的杂质，其显微组织以面积分数计包含90％或更多的奥氏体，并且奥氏体的晶粒长度可以为每100μm²单位面积1μm或更大。

Description

用于盘式制动器的奥氏体高锰钢

技术领域

本发明涉及用于盘式制动器的奥氏体高锰钢，并且更特别地，涉及具有优异的摩擦系数的奥氏体高锰钢。

背景技术

为了解决日益严重的全球变暖问题，对二氧化碳排放的法规正在加强。特别是在汽车工业中，燃油效率法规正在收紧，导致试图减轻车辆重量以提高燃油效率。

因此，已经在各个方面尝试了减轻车体重量的尝试，例如，任何部件都试图在保持相同性能的限度内减小厚度。此外，盘式制动器需要在不影响车体的安全性，例如制动性能的范围内减小厚度。

盘式制动器是通过与制动衬块摩擦来执行制动作用的汽车构件。然而，由于反复摩擦，盘式制动器的厚度会降低，因此使耐磨性的需求成为必需以确保在足够的使用寿命内不存在制动的问题。此外，考虑到盘式制动器的特征，与制动衬块接触的表面会暴露于摩擦热，并且该表面可以被局部加热至高温，这会导致强度降低。换言之，不足的摩擦系数会因此导致伴随着盘式制动器的厚度减小的关键安全问题。

[现有技术文献]

(现有技术1)韩国专利申请公开第10-2008-0058440号(于2008年6月25日公开)。

发明内容

技术问题

为解决前述问题，提供了具有优异的摩擦系数的用于盘式制动器的奥氏体高锰钢。

然而，本发明旨在解决的问题不限于上述问题，并且本领域技术人员将从以下描述清楚地理解未提及的其他问题。

技术方案

作为用于实现上述目的的本发明的一个实施方案，奥氏体高锰钢以重量百分比(重量％)计包含：0.2％至1.8％的碳(C)、8％至30％的锰(Mn)以及剩余部分中的铁(Fe)和不可避免的杂质，并且显微组织以面积分数计包含90％或更多的奥氏体，并且奥氏体晶界的长度可以为每100μm²的单位面积1μm或更大。

此外，根据本发明的一个实施方案，奥氏体高锰钢还可以包含Cr、Mo和W中的至少一者。

此外，根据本发明的一个实施方案，奥氏体高锰钢的Cr、Mo和W的含量总计可以为8％或更少。

此外，根据本发明的一个实施方案，奥氏体晶界处的析出物的面积分数可以为5％或更大。

此外，根据本发明的一个实施方案，奥氏体晶粒长度可以为每100μm²的单位面积30μm至120μm。

此外，根据本发明的一个实施方案，奥氏体高锰钢的摩擦系数可以为0.4或更大。

有益效果

根据本发明，可以通过控制每单位面积的奥氏体晶界的长度来提供具有优异的摩擦系数的用于盘式制动器的奥氏体高锰钢。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本公开内容的实施方案。然而，本公开内容的实施方案可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施方案。相反，提供这些实施方案使得本公开内容将是详尽的和完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本发明的构思。

此外，本文使用的术语仅用于描述特定实施方案。除非另外说明，否则以单数使用的表达涵盖复数的表达。在整个说明书中，诸如“包括”或“具有”的术语旨在表明存在说明书中所公开的特征、操作、功能、组分或其组合，并且不旨在排除可以存在或者可以添加一种或更多种其他特征、操作、功能、组分或其组合的可能性。

同时，除非另外限定，否则本文使用的所有术语均具有与本公开内容所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。因此，除非在本文中明确地如此限定，否则这些术语不应以理想化或过度形式化的含义来解释。如本文所用，除非上下文另外明确说明，否则单数形式也旨在包括复数形式。

整个说明书中使用的术语“约”、“基本上”等意指当提出自然制造和物质可允许误差时，这样的可允许误差对应于一个值或与该值相似，并且这样的值旨在为了清楚地理解本发明或者防止无意识的侵权者非法地使用本发明的公开内容。

本发明的发明人已经对用于需要高温强度的部件例如盘式制动器的钢材进行了研究，并且他们证实了奥氏体钢在高温下具有高强度，并且这使其成为用于盘式制动器的合适材料。具有通常观察到的珠光体、铁素体或高强度马氏体的显微组织的钢由于因反复制动引起的圆盘表面上的热诱导相变而经历制动性能降低。相反地，具有奥氏体显微组织的钢在高温下不经历相变，使其在室温和高温下均保持高强度。然而，在加热盘式制动器的高温下，仅依靠奥氏体钢作为主要显微组织可能不足以保持其在高温下的性能。因此，有必要在钢内形成适当形状和分布的析出物。常规的奥氏体钢通常限制晶界中存在的析出物的量，以抑制延性和冲击韧性的下降。但是，本发明通过促使在晶界处形成析出物，以在晶界处形成析出物的同时防止析出物之间的相互连接，从而提高钢的高温耐磨性。

也就是说，本发明的钢为在晶界处形成大量析出物的奥氏体钢。同时，根据本发明的奥氏体钢的显微组织包含奥氏体和析出物。具体地，显微组织可以包含奥氏体作为主要成分，其中奥氏体的面积分数百分比为90％或更大，优选地为99％或更大。显微组织还包含面积分数百分比为5％或更大的析出物，并且可能另外包含α’-马氏体和ε-马氏体作为制造过程期间可能不可避免地形成的杂质。此外，根据本发明的高锰钢基于奥氏体组织并且具有拥有优异的加工淬透性和耐磨性的优势。因此，在本发明中，当奥氏体面积分数确保在90％或更大时，可以认为形成了奥氏体钢种。

根据本发明的一个实施方案，奥氏体晶界的长度可以为每100μm²的单位面积1μm或更大，优选地为每100μm²的单位面积30μm或更大。晶界(其为析出物(碳化物)可以形成的部位)越大，在碳化物形成温度范围内析出可以越容易发生。为了获得奥氏体高锰钢的高摩擦系数，奥氏体晶界的长度可以为每100μm²的单位面积1μm或更大，优选地每100μm²单位面积30μm或更大。随着晶粒尺寸减小和其数量增加，每单位面积的晶界的长度增加，使优选每单位面积具有更大的长度的晶界。然而，考虑到制造过程的实际限制，根据本发明的一个实施方案，奥氏体晶界长度的上限可以为每100μm²的单位面积120μm。

根据本发明的一个实施方案，奥氏体高锰钢的摩擦系数越高越好。例如，摩擦系数可以为0.4至0.7，优选地0.5至0.8。只有当摩擦系数满足0.4或更高时，奥氏体钢才能应用于盘式制动器。具体地，低摩擦系数可能导致更长的制动距离，而过高的摩擦系数可能导致应力过载和由于突然制动而导致的其他部件中的制动衬块的过度磨损。

根据本发明的一个实施方案，奥氏体高锰钢可以以重量百分比(重量％)计包含0.2％至1.8％的碳(C)、8％至30％的锰(Mn)以及剩余部分中的铁(Fe)和不可避免的杂质。

在下文中，将描述关于本公开内容的实施方案中合金元素的含量的数值限制的原因。在下文中，除非另外说明，否则单位为重量％。

C的含量为从0.2％至1.8％，优选地0.3％至1.5％。

C为添加以获得产品的强度并使奥氏体稳定的元素，允许在室温下形成奥氏体显微组织。特别地，C溶解在奥氏体中以增加加工淬透性，或者通过在晶界处析出来确保高耐磨性，或者作为奥氏体相稳定元素确保非磁性。

在使用C的常规奥氏体高锰产品中，由于过量的C的添加导致的晶界碳化物析出使材料的韧性降低，并且导致钢的脆化，因此限制C的含量以抑制碳化物析出。然而，本发明利用晶界碳化物来改善高温强度和耐磨性。具体地，在本发明中，C用于形成晶界碳化物。碳化物以稳定状态存在于晶界内的温度范围为约400℃至900℃，这与需要高温强度和耐磨性的产品例如盘式制动器的温度范围一致。在此温度范围内，存在于晶界内的碳化物具有通过提高材料的高温强度和耐磨性来显著改善诸如盘式制动器的产品的性能的效果。

考虑到上述效果，在本发明中，C的含量以重量百分比(重量％)计为0.2％或更多。然而，如果C含量过量，则钢材中的碳化物可能以过量的量析出，导致生产率下降。因此，在本发明中，可以将C含量的上限限制为1.8％。

Mn的含量为从8％至30％，优选地10％至25％。

Mn是使奥氏体稳定的元素，并且Mn可以以8％或更多的含量添加以获得奥氏体相作为主要显微组织。然而，过量的Mn含量可能导致诸如淬透性下降、制造过程困难、制造成本增加、抗拉强度降低和加工期间硬化减少的问题。因此，在本发明中，可以将Mn含量的上限限制为30％。

此外，根据本发明的高锰钢除上述合金成分外还可以任选地包含其他合金元素，优选还可以包含Cr、Mo和W中的一种或更多种。

根据一个实例的高锰钢还可以包含按重量％计为8％或更少的总重量的Cr、Mo和W。

根据本发明的高锰钢还可以包含铬(Cr)、钼(Mo)和钨(W)中的一种或更多种，并且其总量可以为8重量％或更少。Cr、Mo、W是提高耐蚀性并且是提供固溶强化效果的元素。特别地，Cr、Mo、W是碳化物形成元素，所形成的碳化物在晶界析出，从而提高高温强度。然而，如果上述组分的总量过多，则制造成本可能增加，并且可能形成铁素体，从而可能无法获得奥氏体作为主要显微组织。

本公开内容的组成的剩余组分为Fe。然而，组成可能包含从原材料或周围环境不可避免地并入的非预期的杂质，并且因此不排除其他合金元素的添加。由于杂质对于制造领域的任何技术人员而言是已知的，因此在本公开内容中未具体地提及杂质。

然而，优选在根据本发明的用于盘式制动器的奥氏体高锰钢中不包含Ni。Ni是非常昂贵的金属，因此其不适用于诸如制动器的消耗品中。因此，根据本发明的用于盘式制动器的奥氏体高锰钢具有提供不含Ni含量的低成本制动材料，同时实现高摩擦系数的优势。

在下文中，将详细描述用于制造根据本发明的奥氏体高锰钢的方法。根据本发明，可以适当地控制制造条件，以满足上述合金组成和显微组织，并且没有特别限制。根据本发明的一个实施方案，奥氏体高锰钢可以通过以下来制造：对板坯再加热、粗轧、并精轧然后热轧、然后冷却、热处理以在奥氏体晶界处析出碳化物，例如，在约400℃至900℃下的热处理，但不限于此。例如，当将根据本发明的高锰钢应用于盘式制动器时，由于制动器可以被加热至碳化物可以析出的约400℃至900℃的温度范围，因此在没有任何单独的热处理的制动器的操作期间也可能形成碳化物。

在下文中，将通过实施例更详细地描述本公开内容。然而，需要注意的是，以下实施例仅旨在更详细地举例说明本公开内容，而不旨在限制本公开内容的范围。这是因为本公开内容的范围由权利要求书中描述的事项和能够由其合理推断的事项确定。

实施例

表1示出了本发明的实施例和比较例的钢的合金组成。除表1中示出的合金元素之外的所有其他组分均为剩余部分的Fe。

[表1]

表2示出了测量以上制备的实施例和比较例的在室温下的奥氏体面积分数、每单位面积的奥氏体晶界的长度、摩擦系数和重量损失。

具体地，奥氏体晶界长度测量为每100μm²单位面积的奥氏体晶界的长度(μm)。

摩擦系数通过销盘(pin-on-disk)试验在450℃的温度下测试24小时来测量。

重量损失是为了确认高温强度和耐磨性，并通过比较摩擦系数试验前和摩擦系数试验后的试样来测量。

[表2]

根据表1和表2，在满足本发明的合金组成的实施例1至4的情况下，每单位面积的奥氏体晶界的长度为32μm或更大，表明奥氏体晶界的形成相对较高，这使其在高温下容易发生碳化物析出。因此，确认了在450℃下摩擦系数高于0.5。重量损失也发现为0.38g或更少，表明优异的高温强度和耐磨性。

在为作为常规制动材料广泛使用的钢材的比较例1的情况下，没有形成奥氏体显微组织，并且形成了铁素体和珠光体组织，并且在450℃下的摩擦系数低至0.3。此外，确认了比较例1的重量损失为5.7g，表明与实施例相比高温强度和耐磨性差。也就是说，根据本发明的实施例与对应于常规制动钢的比较例1相比，显示出优越的性能，表明本发明的材料可以通过减小生产厚度等更经济和更优越。

在比较例2的情况下，C和Mn含量过低，并且材料发生变形，因此摩擦系数和重量损失不可测量。

虽然已经参照示例性实施方案特别地描述了本公开内容，但是本领域技术人员应理解，可以在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下作出形式和细节上的各种变化。

Claims (6)

1.一种奥氏体高锰钢，以重量百分比(重量％)计包含：0.2％至1.8％的碳(C)、8％至30％的锰(Mn)以及剩余部分中的铁(Fe)和不可避免的杂质，并且

其中显微组织以面积分数计包含90％或更多的奥氏体，

其中奥氏体晶界的长度为每100μm²的单位面积1μm或更大。

2.根据权利要求1所述的奥氏体高锰钢，还包含Cr、Mo和W中的至少一者。

3.根据权利要求2所述的奥氏体高锰钢，其中Cr、Mo和W的含量总计为8％或更少。

4.根据权利要求1所述的奥氏体高锰钢，其中奥氏体晶界处的析出物的面积分数为5％或更大。

5.根据权利要求1所述的奥氏体高锰钢，其中奥氏体晶粒长度为每100μm²的单位面积30μm至120μm。

6.根据权利要求1所述的奥氏体高锰钢，其中奥氏体高锰钢的摩擦系数为0.4或更大。