JP2000109956A - 高温耐摩耗性の優れたステンレス鋼 - Google Patents

高温耐摩耗性の優れたステンレス鋼

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JP2000109956A
JP2000109956A JP10282193A JP28219398A JP2000109956A JP 2000109956 A JP2000109956 A JP 2000109956A JP 10282193 A JP10282193 A JP 10282193A JP 28219398 A JP28219398 A JP 28219398A JP 2000109956 A JP2000109956 A JP 2000109956A
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Seiichi Yarimizu
誠一 鑓水
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レース用オートバイのディスクブレーキなど
に使用することができる高温耐摩耗性、すなわち、常温
硬度がHRC32〜38であり、700℃付近に加熱及
び冷却を繰り返しても軟化することがなく、かつ耐摩耗
性が優れており、更に熱膨張率の低いステンレス鋼を提
供すること。 【解決手段】 重量%で、C:0.40〜0.60%、
Si:2.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.0
40%以下、S:0.030%以下、Cu:0.50%
以下、Ni:3.0〜5.0%、Cr:16.0〜2
0.0%、Mo:0.1〜1.0%を含み、残部Feお
よび不純物からなる高温耐摩耗性の優れたステンレス
鋼。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温耐摩耗性の優
れたステンレス鋼、詳細には、オートバイディスクブレ
ーキなどに適した高温耐摩耗性の優れたステンレス鋼に
関する。
【0002】
【従来の技術】オートバイのディスクブレーキは、従来
S45C、鋳鉄などで製造されていたが、近年外観性、
制動性の面からステンレス化が進んでおり、現在フロン
ト用にはJIS SUS410(C:0.15%以下、
Si:1.0%以下、Mn:1.0%以下、P:0.0
40%以下、S:0.030%以下、Cr:11.5〜
13.5%を含み、残部Fe及び不純物)系からなるス
テンレス鋼の高周波焼入れ材が使用され、リアー用には
JIS SUS420J2(C:0.26〜0.40
%、Si:1.0%以下、Mn:1.0%以下、P:
0.040%以下、S:0.030%以下、Ni:0.
6%以下、Cr:12.0〜14.0%を含み、残部F
e及び不純物)の焼入れ焼戻し材が使用されている。
【0003】また、オートバイのディスクブレーキ用と
してC+N:0.04〜0.10%、Mn:0.5〜
2.5%、Cr:10.0〜14.5%、B:0.00
05〜0.010%含み、必要に応じてREM:0.2
0%以下、Ca:0.010%以下並びにV:0.05
0%以下、Nb:0.050%以下およびTi:0.5
0%以下のうちから選ばれる少なくとも1種を含有し、
残余は不可避な混入成分及びFeの組成よりなり、焼入
れ処理のままで十分に低い延性ー脆性遷移温度を有する
オートバイのディスクブレーキ用のじん性に優れた低炭
素マルテンサイト系ステンレス鋼熱延板が知られている
(特開昭59ー70748号公報)。
【0004】しかし、レース用オートバイのディスクブ
レーキは、使用環境が厳しくブレーキ制動時に更に高温
になるため、従来使用していたSUS410、SUS4
20J2などを使用することができず、700℃の使用
環境下でも使用することができる高温耐摩耗性の優れた
ステンレス鋼の開発が望まれていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、レース用オ
ートバイのディスクブレーキなどに使用することができ
る高温耐摩耗性、すなわち、常温硬度がHRC32〜3
8であり、700℃付近の温度に加熱及び冷却を繰り返
しても軟化することがなく、かつ耐摩耗性に優れてお
り、更に熱膨張率の低いステンレス鋼を提供することを
課題としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本発明者は、高温耐摩耗性の優れたステンレス鋼を
開発すべく、化学成分、製造方法、熱処理方法について
研究していたところ、主成分をC:0.40〜0.60
%、Ni:3.0〜5.0%、Cr:16.0〜20.
0%、Mo:0.1〜1.0%にすると、常温硬度がH
RC32〜38であり、700℃付近に加熱及び冷却を
繰り返しても軟化することがなく、かつ耐摩耗性などに
優れたものになるとの知見を得て本発明をなしたもので
ある。
【0007】すなわち、上記課題を達成するため、本発
明のレース用オートバイのディスクブレーキ材などに適
した高温耐摩耗性の優れたステンレス鋼においては、
C:0.40〜0.60%、Si:2.0%以下、M
n:2.0%以下、P:0.040%以下、S:0.0
30%以下、Cu:0.50%以下、Ni:3.0〜
5.0%、Cr:16.0〜20.0%、Mo:0.1
〜1.0%を含み、残部Feおよび不純物からなるもの
としたことである。
【0008】次に、本発明について詳細に説明する。本
発明のレース用オートバイのディスクブレーキ用などの
高温耐摩耗性の優れたステンレス鋼は、成分組成を上記
のように限定しているが、その限定理由は次のとおりで
ある。 C:0.40〜0.60% Cは、鋼の硬度を高めるともに焼戻し軟化抵抗を大きく
し、かつ熱膨張率を小さくするために含有させる元素
で、これら効果を得るためには0.40%以上含有させ
る必要があり、0.60%を超えると靭性を低下するの
で、その含有範囲を0.40〜0.60%とする。
【0009】Si:2.0%以下 Siは、通常脱酸剤として、また耐酸化性を高めるため
に含有させる元素であるが、2.0%を超えると基地の
靭性を低下するので、その含有量を2.0%以下とす
る。 Mn:2.0%以下 Mnは、通常脱酸剤および脱硫剤として、また焼入性を
向上させて基地を強化させるために含有させる元素であ
るが、2.0%を超えると熱間加工性を阻害するので、
その含有量を2.0%以下とする。
【0010】P:0.040%以下 Pは、不純物であるので少ないほうが好ましいが、0.
040%以下であれば耐食性、耐熱疲労性などに及ぼす
影響が少ないので、その含有量を0.040%以下とす
る。 S:0.030%以下 Sは、Pと同様に不純物であるので少ないほうが好まし
いが、0.030%以下であれば耐食性、耐熱疲労性、
靱性などに及ぼす影響が少ないので、その含有量を0.
030%以下とする。 Cu:0.50%以下 Cuは、不純物であるので少ないほうが好ましいが、
0.50%以下であれば熱膨張率、熱脆性などに及ぼす
影響が少ないので、その含有量を0.50%以下とす
る。
【0011】Ni:3.0〜5.0% Niは、耐食性および靱性を高めるとともに焼戻し軟化
抵抗を大きくし、かつオーステナイの析出量を増加させ
るために含有させる元素で、3.0%より少ないとその
効果がなく、5.0%を超えるとオーステナイトが安定
し、その後の熱処理によってもマルテンサイトになり難
いので、その含有範囲を3.0〜5.0%とする。 Cr:16.0〜20.0% Crは、耐食性を高めるとともに高温での硬度を高く
し、かつ熱膨張率を小さくするために含有させる元素
で、16.0%より少ないと耐食性の効果が少なく、2
0.0%を超えると一次炭化物が粗大化し、またσ相が
析出して靱性が低下する恐れがあるので、その含有範囲
を16.0〜20.0%とする。
【0012】Mo:0.1〜1.0% Moは、焼入性を大きくするとともに耐食性を向上させ
るために含有させる元素で、0.1%より少ないとその
効果がなく、1.0%を超えると熱間加工性を阻害する
ので、その含有範囲を0.1〜1.0%とする。
【0013】次に、本発明の高温耐摩耗性の優れたステ
ンレス鋼の製造方法について説明する。本発明の高温耐
摩耗性の優れたステンレス鋼は、通常の溶製方法で溶解
・鋳造した後、分塊鍛造、熱間圧延などによって素材を
製造し、焼入れ焼戻しをした後プレス加工、機械加工な
どによりディスクなどを形成して使用するものである。
焼入れは、この種のステンレス鋼において行われる通常
の温度である950〜1100℃に加熱し、水冷するこ
とによって行うことができる。また、焼戻しは、600
〜800℃に加熱し空冷することよって行うことができ
る。ただ、本発明の高温耐摩耗性の優れたステンレス鋼
は、成分組成、焼入れ温度、冷却速度などが僅かに変化
してもその焼戻し硬度が大きく変化するので、焼入れ後
に例えばー73℃に冷却してサブゼロ処理をすることに
よってこれらの影響を小さくすることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例について説
明する。 実施例1 下記表1に示す成分組成の本発明材及び比較材を高周波
誘導溶解炉で溶解し、鋳造した後分塊鍛造、熱間圧延し
て熱間圧延材を製造した。これらのステンレス鋼の熱間
圧延材より試験片素材を採取し、それぞれの試験片素材
を表2の下に記載した条件で焼入れおよび焼戻しして試
験片とした。これらの試験片を用いて硬さ、0.2%耐
力、引張強さ、伸びおよび絞りを測定した。その結果を
下記表2に示す。
【0015】
【表1】
【0016】
【表2】
【0017】これらの結果より、本発明材 No.1〜3
は、Ni含有量が本発明より少ない比較材 No.5と比較
すると、伸びおよび絞りは低くなっているが、硬度、
0.2%耐力および引張強さが大幅に高くなっている。
また比較材 No.5の硬度は、HRC29で、レース用オ
ートバイのディスクブレーキに必要な常温硬度のHRC
32〜38を満たしていない。
【0018】さらに、本発明材 No.1〜3を用いて95
0℃と1050℃で焼入れし、それぞれ700℃と80
0℃に1時間加熱した後空冷して焼戻した場合と105
0℃で焼入れした後サブゼロ処理をし、その後700℃
に1時間加熱した後空冷して焼戻した場合の硬さを表3
に示す。また700℃で焼戻した後、レース用オートバ
イのディスクブレーキとして使用した場合を想定して7
00℃に1時間加熱した後空冷して焼戻し処理をした場
合の硬さおよび更にこの焼戻し処理を繰り返した場合の
硬さの変化を図1に示す。
【0019】
【表3】
【0020】これらの結果より、本発明材は、サブゼロ
処理をすることによって成分組成の相違による硬さのバ
ラツキが殆どなくなり、レース用オートバイのディスク
の要求硬さHRC32〜38を満足し、また焼戻し処理
を繰り返しても硬さの低下は僅かである。また、本発明
材 No.1〜3の熱間圧延材を1050℃から水冷して焼
入れし、700℃で1Hr加熱した後空冷して焼戻しし
たもの及び比較材 No.6を900℃から水冷して焼入れ
したものからφ5×50Lの試験片を作成し、熱膨張係
数を測定した。その結果を図2に示す。これらの結果よ
り、本発明材1〜3の熱膨張係数は、比較材である従来
のものの約85%以下である。
【0021】実施例2 下記表4に示す成分組成のステンレス鋼の熱間圧延材よ
り孔食電位測定用の試験片を採取して1050℃から水
冷して焼入れし、700℃で1Hr加熱した後空冷して
焼戻ししたものをJIS G 0577のステンレス鋼の孔食電位
測定法により孔食電位を測定し、その結果を図3に示
す。なお、横軸はPI(ピッテングインデックス、Cr
+3.3 Mo+16N)である。また、上記表1に示した本
発明材 No.1〜3のステンレス鋼の熱間圧延材より摩耗
試験用の試験片素材を採取し、1050℃から水冷して
焼入れし、700℃で1Hr加熱した後空冷して焼戻し
て試験片とし、また比較例 No.8,9については900
℃から水冷して焼入れし、700℃で1Hr加熱した後
空冷して焼戻して試験片とした。この試験片を回転する
円筒に押し付ける大越式摩耗試験機を用いて摩耗量(ピ
ット状摩耗痕の面積)を測定し、その結果を下記表5に
示す。
【0022】
【表4】
【0023】
【表5】
【0024】これらの結果より、本発明材 No.2のステ
ンレス鋼は、孔食電位が比較材 No.8,9と比較して約
2倍以上であり、また本発明材 No.1〜3のステンレス
鋼は、耐摩耗量がいずれの試験条件においても大幅に改
善されている。
【0025】
【発明の効果】本発明のステンレス鋼は、上記成分組成
にしたことにより、常温硬度がHRC32〜38であ
り、700℃に加熱と冷却を繰り返しても軟化すること
がなく、かつ耐摩耗性が優れており、更に熱膨張係数も
低く、レース用オートバイのディスクブレーキなどに適
したものとなるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明材の焼戻し回数などと硬さとの関係を示
すグラフである。
【図2】本発明材及び比較材の測定温度と熱膨張係数と
の関係を示すグラフである。
【図3】本発明材及び比較材のPI(ピッテングインデ
ックス)と孔食電位の関係を示すグラフである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で(以下同じ)、C:0.40〜
    0.60%、Si:2.0%以下、Mn:2.0%以
    下、P:0.040%以下、S:0.030%以下、C
    u:0.50%以下、Ni:3.0〜5.0%、Cr:
    16.0〜20.0%、Mo:0.1〜1.0%を含
    み、残部Feおよび不純物からなることを特徴とする高
    温耐摩耗性の優れたステンレス鋼。
  2. 【請求項2】 C:0.40〜0.60%、Si:2.
    0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.040%以
    下、S:0.030%以下、Cu:0.50%以下、N
    i:3.0〜5.0%、Cr:16.0〜20.0%、
    Mo:0.1〜1.0%を含み、残部Feおよび不純物
    からなることを特徴とするオートバイのディスクブレー
    キ材。
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