JP3315974B2 - 焼戻し軟化抵抗の高いディスクブレーキ用ステンレス鋼 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、焼戻し軟化抵抗の
高いディスクブレーキ用ステンレス鋼、さらに詳しく
は、二輪車あるいはスノーモービル等のディスクブレー
キ用として必要な硬さ、焼入れ性、耐錆性を満足すると
もにブレーキ使用時の加熱に伴う軟化に対する抵抗力の
高いマルテンサイト系ステンレス鋼に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】二輪車等のディスクブレーキ材には耐摩
耗性、耐錆性、靭性等が要求され、ＳＵＳ４１０系のマ
ルテンサイト系ステンレス鋼が主に使用されている。耐
摩耗性は、一般に硬さが高いほど大きくなるが、高すぎ
るとブレーキとパッドの接触時にいわゆるブレーキの鳴
きと呼ばれる音が生じるため、ディスクブレーキの硬さ
は所定の範囲内に調整されている。

【０００３】焼入れ熱処理後の硬さを所定の範囲内に安
定的に調整させ、さらに十分な靭性、耐錆性を満足させ
るために、Ｃ＋Ｎ含有量をはじめ、Ｍｎ、Ｃｕ量等を調
整した鋼成分が、特開昭５７−１９８２４９公報、特開
昭５９−７０７４８号公報、特公平２−７３９０号公
報、特開平１０−１５２７６０号公報に開示されてい
る。すなわち、鋼中のＭｎ，Ｃｕ含有量を調節して高温
でのオーステナイト相を十分確保した上で、ＣおよびＮ
の含有量を制御して所定の焼入れ後硬さを得る方法であ
る。これらの鋼成分により耐摩耗性、耐錆性、靭性を満
足する二輪車ディスクブレーキ材を供給することができ
るようになった。

【０００４】一方、最近の二輪車の性能向上から、より
高速からの高いブレーキ制動力が要求されており、５０
０℃を超えるブレーキ制動時の加熱に対してディスクブ
レーキ材の材質低下、特に硬さ低下が無いことが求めら
れてきている。しかし、上記鋼はいずれも素地がマルテ
ンサイト相であるため、５００℃を超える温度に加熱さ
れると焼戻し軟化が生じる性質を有し、上記要求を満足
するディスクブレーキ材の開発が切望されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来鋼の有
する耐摩耗性、耐錆性、靭性を維持しつつ、５００℃を
超えるブレーキ制動時の加熱に対してディスクブレーキ
材の材質低下、特に硬さ低下が少ないディスクブレーキ
用ステンレス鋼を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成させるた
めに、ディスクブレーキに必要な本来の性能を損なうこ
となく、さらに大幅なコスト上昇にならないような成分
および添加元素を調査、実験検討した。そして、耐摩耗
性に関係する焼入れ後の硬さが３０〜４０ＨＲＣ（ロッ
クウェル硬さＣスケール）、望ましくは３２〜３８ＨＲ
Ｃを維持し、耐錆性および靭性を劣化させないように成
分範囲を規定した上に焼戻し軟化を抑制するＮｂを適量
添加することにより、ＨＲＣ３０を下回る焼戻し軟化温
度を３０〜１００℃以上上昇できることを見いだした。

【０００７】本発明は、かかる知見に基づき完成された
ものであって、その要旨とするところは以下の通りであ
る。 （１）質量％で、 Ｃ：０．０１〜０．１％、 Ｎ ：０．０３％以
下、 Ｃ＋Ｎ：０．０４〜０．１％、 Ｓｉ：１％以下、 Ｍｎ：２％以下、 Ｎｉ：０．５％未満、 Ｃｒ：１０〜１５％、 Ｎｂ：０．０２〜０．５％、を含有し 、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、焼入
れ熱処理後の硬さがＨＲＣ３０〜４０を満足し、ＨＲＣ
３０を下回る焼戻し温度が５３０℃以上であることを特
徴とする、焼戻し軟化抵抗の高いディスクブレーキ用ス
テンレス鋼。

【０００８】（２）質量％で、 Ｃｕ：０．１〜２％、 Ｍｏ：０．１〜１％ の１種または２種を、さらに含有することを特徴とす
る、前記（１）に記載の焼戻し軟化抵抗の高いディスク
ブレーキ用ステンレス鋼。

【０００９】（３）質量％で、 Ｔｉ：０．０１〜０．５％、 Ｖ ：０．０４〜０．
５％、 Ｂ ：０．０００５〜０．０１％ の１種または２種以上を、さらに含有することを特徴と
する、前記（１）または（２）に記載の焼戻し軟化抵抗
の高いディスクブレーキ用ステンレス鋼。

【００１０】（４）鋼成分から計算される下記γｐが７
０％以上であることを特徴とする、前記（１）ないし
（３）のいずれかに記載の焼戻し軟化抵抗の高いディス
クブレーキ用ステンレス鋼。 γｐ＝４２０×［％Ｃ］＋４７０×［％Ｎ］＋２３×［％Ｎｉ］ ＋９×［％Ｃｕ］＋７×［％Ｍｎ］−１１．５×［％Ｃｒ］ −１１．５×［％Ｓｉ］−１２×［％Ｍｏ］−４７×［％Ｎｂ］ −５２×［％Ａｌ］−４９×［％Ｔｉ］−２３×［％Ｖ］ −５００×［％Ｂ］＋１８９

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態と限定条
件について詳細に説明する。Ｃは、焼入れ後所定の硬さ
を得るためには必須の元素であり、所定の硬度レベルに
なるようにＮと組み合わせて添加する。しかし、０．１
％を超えて添加すると硬度が高すぎて、ブレーキの鳴
き、靭性劣化等の不具合が生じることから０．１％を上
限とした。また、０．０１％未満では硬さを得るために
Ｎを過大に添加しなければならないことから下限とし
た。

【００１２】Ｎは、Ｃと同様に焼入れ後に所定の硬度を
得るためには必須の元素であり、所定の硬度レベルにな
るようにＣと組み合わせて添加する。しかし、０．０３
％を超えて添加するとブレーキ制動時の加熱時に微細な
Ｎｂ窒化物が析出し、靭性が大きく劣化するためにこれ
を上限とした。

【００１３】Ｃ＋Ｎは、焼入れ後の硬さに直接関係する
量であり、所定の硬さレベルに調整するためには０．０
４％以上、０．１％以下とする必要がある。

【００１４】Ｓｉは、鋼中に不可避的に含まれる成分で
あり、脱酸成分としも有効である。しかし、１％を超え
て添加すると焼入れ熱処理後の靭性が著しく低下するた
めに１％を上限とした。

【００１５】Ｍｎは、鋼中に不可避的に含まれる成分
で、高温でのオーステナイト相を確保して焼入れ性を確
保するために有効な元素であるが、２％を超えて添加す
ると耐錆性が低下するためにこれを上限とした。

【００１６】Ｎｉは、工業的な溶製時に微量含まれる不
可避的成分であり、Ｍｎと同様に高温でのオーステナイ
ト相を確保して焼入れ性を確保するために有効な元素で
あるが、０．５％以上添加するとオーステナイト相を著
しく安定化するため、熱処理後に緩冷却しても焼入れ硬
化し、ディスクブレーキ加工時に焼戻し軟化をすること
が困難になる。そのために０．５％未満を上限とした。

【００１７】Ｃｒは、二輪車ディスクブレーキとして必
要な耐錆性を維持するために必要な基本元素であり、そ
の含有量が１０％未満では十分な耐錆性を得ることがで
きない。１５％を超えて添加すると高温でオーステナイ
ト相生成温度域が縮小し、焼入れ温度域でマルテンサイ
ト相に変態しないフェライト相が生成し、焼入れ後の硬
さを満足することができなくなる。そのため１５％を上
限とした。

【００１８】Ｎｂは、ブレーキ制動時の加熱による焼戻
し軟化を抑制する重要な元素であり、本発明の目的を達
成するために必要不可欠な添加元素である。その効果を
発現させるためには、０．０２％以上の添加量が必要で
あるが、０．５％を超えて添加すると靭性低下を招く。
そのため０．５％を上限とした。

【００１９】Ｎｂによる焼戻し軟化抑制は、マルテンサ
イト変態時に導入された多数の転位が加熱により消失
し、素地が軟化する回復現象を抑制するともに、微細な
Ｎｂ炭窒化物生成により、Ｃｒの粗大な炭窒化物が形成
し軟化することも抑制するものと考えられる。

【００２０】図１は、Ｎｂを０．０６％および０．１４
％添加した鋼（実施例表１中の記号ＤおよびＥで示す
鋼）の焼戻し温度と硬さの関係を無添加（実施例表１中
の記号Ｕ）のものと比較した結果である。本図からＮｂ
を微量添加することにより焼戻し軟化温度が著しく上昇
することが確認できる。

【００２１】Ｃｕは、ＭｎあるいはＮｉと同様に高温で
のオーステナイト相を確保して、焼入れ性を確保するた
めに有効な元素であり、０．１％以上の添加で有意な効
果が認められるが、２％を超えて添加すると焼戻し加熱
時に逆に硬化し、靭性が著しく低下するために上限とし
た。

【００２２】Ｍｏは、Ｃｒと同様に耐錆性を向上させる
元素であり、さらに焼戻し時に靭性が若干低下すること
を抑制するため、ディスクブレーキの品質をさらに高め
ることができる。その効果発現のためには、０．１％以
上の添加量が必要であるが、１％を超えて添加するとＣ
ｒと同様に高温でオーステナイト相生成温度域が縮小
し、焼入れ温度域でマルテンサイト相に変態しないフェ
ライト相が生成し、焼入れ後の硬さを満足することがで
きなくなる。

【００２３】Ｔｉ，Ｖ，Ｂは、Ｎｂのように顕著な焼戻
し軟化抑制効果はないが、Ｎｂと複合して適量添加する
ことにより焼戻し軟化抑制効果をさらに大きくすること
ができる。その効果を発現させるためにはＴｉは０．０
１％以上、Ｖは０．０４％以上、Ｂは０．０００５％以
上の添加が必要であるが、Ｔｉ及びＶでそれぞれ０．５
％、Ｂで０．０１％を超えて添加すると靭性低下が著し
くなるため、Ｔｉ，Ｖ：０．５％、Ｂ：０．０１％を上
限とした。

【００２４】個々の成分についての範囲と限定理由は上
記の通りであるが、焼入れ後の硬さを所定の範囲内に安
定的に収めるためには、個々の成分範囲の規定ととも
に、高温でのオーステナイト域を左右する成分バランス
を調整することが必要である。そのオーステナイト域を
把握する指標として次式で表されるγｐが有効である。
本式で計算されるγｐが７０以上となるように成分を調
整することにより、高温でのオーステナイト相生成温度
域を確保できるが、工業熱処理上十分な焼入れ温度域を
確保し、焼入れ後の硬さを安定的に所定の範囲内に収め
るためにはγｐが８０以上とすることが望ましい。 γｐ＝４２０×［％Ｃ］＋４７０×［％Ｎ］＋２３×［％Ｎｉ］ ＋９×［％Ｃｕ］＋７×［％Ｍｎ］−１１．５×［％Ｃｒ］ −１１．５×［％Ｓｉ］−１２×［％Ｍｏ］−４７×［％Ｎｂ］ −５２×［％Ａｌ］−４９×［％Ｔｉ］−２３×［％Ｖ］ −５００×［％Ｂ］＋１８９

【００２５】その他の不可避的不純物については以下の
範囲に調整することが望ましい。Ｓは硫化物を、Ｏは酸
化物を形成し、錆発生の原因となるため、いずれの含有
量も０．０２％以下に抑制することが望ましい。

【００２６】Ｐは、焼入れ時および焼戻し加熱時の靭性
を低下するため、その含有量は０．０５％以下に抑制す
ることが望ましい。

【００２７】Ａｌは脱酸元素として有効であるが、過度
に添加すると溶製時にスラグと反応し、鋼中のＣａＳ系
の介在物が増加し、錆発生の原因となるため、その含有
量は０．０３％以下に抑えることが望ましい。

【００２８】

【実施例】表１に示す化学成分を有する鋼塊を作製し、
厚さ５mmまで熱間圧延した。８５０℃まで加熱し除冷す
る軟化熱処理を施した後に各種熱処理用鋼板を切り出
し、各々に対して９５０℃に加熱し、１０分間保持後水
冷する焼入れ熱処理を行った。焼入れままの鋼板から硬
さ測定試験片、耐錆性評価試験片、ＪＩＳ４号サブサイ
ズ衝撃試験片を加工した。さらに、焼入れた鋼板を４０
０〜７００℃に加熱し、１時間保持後空冷する熱処理を
施し、軟化特性を調べるための硬さ試験片ならびに耐錆
性評価試験片、ＪＩＳ４号サブサイズ衝撃試験片を同様
に加工した。

【００２９】軟化特性については、ロックウェル硬さ試
験方法（ＪＩＳ Ｚ ２２４５）で硬さ測定し、ＨＲＣ
３０を下回る焼戻し温度で評価した。耐錆性について
は、上記試験片表面を＃４００研磨し、１００時間の塩
水噴霧試験（ＪＩＳ Ｚ ２３７１）にて評価した。靭
性については、上記シャルピー試験片を２５℃の室温に
おいて衝撃試験（ＪＩＳ Ｚ ２２４２）し、シャルピ
ー衝撃値で評価した。その結果を表２に示す。

【００３０】これらの表から、本発明条件を満たす鋼は
いずれも焼戻し軟化温度が高く、ＨＲＣ３０以上を保持
する焼戻し温度がいずれも５３０℃を超えている。ま
た、衝撃値および耐錆性も優れていることがわかる。Ｎ
ｂを適量添加していない比較鋼は焼戻し軟化温度が５０
０℃程度と低く、またＮｂの添加量あるいは他の成分が
適正でない比較鋼は、焼入れ時の硬さが不十分であった
り、靭性が低い等でディスクブレーキ材として不適切で
ある。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】

【発明の効果】本発明により、ブレーキ制動時の加熱に
伴う焼戻し軟化抵抗に優れ、さらにディスクブレーキ材
に必要な焼入れ性、耐錆性、靭性も満足する鋼を提供す
ることができ、高いブレーキ制動能力を求められる二輪
車にも適用でき、製造者のみならず本鋼を利用する者に
とっても多大な利益がもたらされ、工業的価値は極めて
高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｎｂを０．０６％あるいは０．１４％添加した
鋼の焼戻し温度と硬さの関係をＮｂ無添加の従来鋼と比
較した図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田上 利男 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日 本製鐵株式会社内 (72)発明者 山地 清 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新日本製鐵株式会社 八幡製鐵所内 (56)参考文献 特開 平11−279713（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−230961（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−70748（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−78751（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 302 C22C 38/58 F16D 65/12

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 質量％で、 Ｃ ：０．０１〜０．１％、 Ｎ ：０．０３％以下、 Ｃ＋Ｎ：０．０４〜０．１％、 Ｓｉ：１％以下、 Ｍｎ：２％以下、 Ｎｉ：０．５％未満、 Ｃｒ：１０〜１５％、 Ｎｂ：０．０２〜０．５％を含有し 、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、焼入
   れ熱処理後の硬さがＨＲＣ３０〜４０を満足し、ＨＲＣ
   ３０を下回る焼戻し温度が５３０℃以上であることを特
   徴とする、焼戻し軟化抵抗の高いディスクブレーキ用ス
   テンレス鋼。
2. 【請求項２】 質量％で、 Ｃｕ：０．１〜２％、 Ｍｏ：０．１〜１％ の１種または２種を、さらに含有することを特徴とす
   る、請求項１に記載の焼戻し軟化抵抗の高いディスクブ
   レーキ用ステンレス鋼。
3. 【請求項３】 質量％で、 Ｔｉ：０．０１〜０．５％、Ｖ ：０．０４〜０．５％、 Ｂ ：０．０００５〜０．０１％ の１種または２種以上を、さらに含有することを特徴と
   する、請求項１または２に記載の焼戻し軟化抵抗の高い
   ディスクブレーキ用ステンレス鋼。
4. 【請求項４】 鋼成分から計算される下記γｐが７０％
   以上であることを特徴とする、請求項１ないし３のいず
   れか１項に記載の焼戻し軟化抵抗の高いディスクブレー
   キ用ステンレス鋼。 γｐ＝４２０×［％Ｃ］＋４７０×［％Ｎ］＋２３×［％Ｎｉ］ ＋９×［％Ｃｕ］＋７×［％Ｍｎ］−１１．５×［％Ｃｒ］ −１１．５×［％Ｓｉ］−１２×［％Ｍｏ］−４７×［％Ｎｂ］ −５２×［％Ａｌ］−４９×［％Ｔｉ］−２３×［％Ｖ］ −５００×［％Ｂ］＋１８９