JP4073844B2 - オートバイブレーキディスク用ステンレス鋼 - Google Patents
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Description
(a) 焼入れ温度を低くした場合における未固溶CのCr炭化物析出は、Nb添加により抑制され、特に0.010〜0.10%のNbを添加するとその析出が大幅に抑制され、耐食性が低下しないだけでなく、焼入れ硬度も安定する。
(b) CuおよびMoは必ずしも添加する必要はなく、上記量のNb、およびC、Si、Mn、Ni、Nを基本成分とし、各成分の含有量を、それぞれ、0.030〜0.060%、0.5%以下、11.0〜14.0%、0.3〜4.0%、0.007〜0.030%に制限した上で、下記の(1)式を満たし、かつ下記の(2)式で求められるHcの値が31〜37の範囲になるよう各成分の含有量を相互に調整した化学組成をもつ鋼にすると、その焼入れ硬度は900℃以上で安定し、900℃からの焼入れ硬度は実測硬度とほぼ完全に一致し、オーステナイト組織が不安定になる1150℃からの短時間加熱焼入れ硬度でも、その実測硬度の平均値はHcの±1の範囲内に収まる。
Hc=145C−0.1Cr+0.8Mn+1.8Ni+6.8Nb+120N+26.8…(2)
(c) また、その焼入れ硬度の部分的な硬度差は、ブレーキディスクと同等の直径300mm、幅40mmの試験片の場合で、平均値に対して、標準偏差0.3で極めて小さい。
(d) 上記したように、CuおよびMoは必ずしも添加する必要はないが、Cu、Moともに添加すれば焼入れ硬度を安定にする作用を有する。特に、0.1〜2.0%のCuおよび/または0.05〜1.0%のMoを、下記の(3)式を満たし、かつ下記の(4)式で求められるHcの値が31〜37の範囲になるように添加すると、焼入れ硬度がより一層安定し、部分的な硬度差もより小さくなる。
Hc=145C−0.1Cr+0.8Mn+1.8Ni+6.8Nb+120N+1.3Cu−1.0Mo+26.8…(4)
なお、(1)式〜(4)式中の元素記号は鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)である。
Hc=145C−0.1Cr+0.8Mn+1.8Ni+6.8Nb+120N+26.8…(2)
上記のオートバイブレーキディスク用ステンレス鋼は、Feの一部に代えて、Cu:0.1〜2.0%およびMo:0.05〜1.0%のいずれか一方または両方を含むものであってもよい。ただし、この場合には(1)式と(2)式の代わりに、下記の(3)式および(4)式が用いられる。
Hc=145C−0.1Cr+0.8Mn+1.8Ni+6.8Nb+120N+1.3Cu−1.0Mo+26.8…(4)
ここで、上記の(1)式〜(4)式中の元素記号は、前述したように、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)である。
Cは焼入れ硬度を高めるために必須の元素であり、焼入れ硬さHRC31〜37を得るためには最低でも0.030%の含有量が必要である。一方、0.060%を超えると、粒界などへのCr炭化物析出により耐食性が低下する。このため、C含有量は0.030〜0.060%とした。下限として好ましいのは0.035%である。また、上限として好ましいのは0.055%である。
Siは脱酸剤として有効であり、また鋼中に固溶して強度を高めるので添加する。しかし、過剰なSiは靱性低下を招くだけでなく、フェライト形成元素であるために焼入れ性をも低下させる。このため、Si含有量は0.5%以下とした。好ましいのは0.4%以下である。
Mnは上記のSiと同様に脱酸剤として有効な元素であり、低温焼入れ硬度を安定化させる効果もある。しかし、0.5%未満の含有量では前記の効果が得られない。一方、2.0%を超えると、靭性低下を招くだけでなく、MnSを形成し、耐食性低下の要因となる。このため、Mn含有量は0.5〜2.0%とした。上限として好ましいのは1.5%、より好ましいのは1.0%である。
Crは錆の発生を抑制し、ブレーキディスクの外観を美しく保つために必須の元素であり、日常環境での錆防止のためには最低でも11.0%の含有量が必要である。一方、14.0%を超えると、高温でのオーステナイト組織が不安定になり、δ−フェライトが残留して耐食性および靭性を低下させる要因となる。よって、Cr含有量は11.0〜14.0%とした。下限として好ましいのは11.5%である。また、上限として好ましいのは13.5%である。
Niは低温での焼入れ性を高めるのに最も効果の高い元素であるが、0.3%未満の含有量ではその効果が得られない。一方、4.0%を超えると、Niは焼戻し軟化を抑制する元素であるため、熱延板焼鈍をおこなっても充分軟化しなくなる。また、Niは高価な元素でもある。このため、Ni含有量は0.3〜4.0%とした。下限として好ましいのは0.35%である。また、上限として好ましいのは2.5%、より好ましいのは2.0%である。
NbはCとの親和力が強く、Nb炭窒化物を形成して鋼中に分散析出することで鋼の強度を高める働きがある。また、Nbは900〜1000℃程度の焼入れでその硬度を高める作用があり、さらにCr炭窒化物の析出を遅らせることで固溶CがCr炭化物として析出するのを抑制して低温焼入れ時の耐食性を高める働きがある。これらの効果を得るためには最低でも0.01%の含有量が必要である。しかし、その含有量が0.10%を超えると、Nb炭窒化物として固定されるC、Nが多くなりすぎて低温での焼入れ性が低下する。このため、Nb含有量は0.01〜0.10とした。下限として好ましいのは0.02%、より好ましいのは0.03%である。
NはCとともに焼入れ硬度への寄与度が大きい元素であり、特に低温焼入れでの寄与がCに比べて大きいことから0.007%以上添加する。しかし、必要以上に添加すると熱間での変形抵抗を大きくし、加工性を低めることから製造性が低下する。そこで上限を0.03%とした。望ましいのは0.010〜0.020%である。
Cuは低温での焼入れ硬度を安定化させる作用があり、その効果はMn、Niとの複合添加時により顕著になる。このため、この効果を得たい場合に添加してもよいが、0.1%未満の含有量では前記の効果は得られない。一方、2.0%を超えると、熱延板焼純時にε−Cuとして析出し、靭性を低下させる場合がある。また、ε−Cuの析出量が多い場合には、ブレーキディスク製造工程において放熱用の孔やスリットを打抜く際にミクロクラックが発生することがあり、生産性を阻害する要因となる。したがって、添加する場合のCu含有量は0.1〜2.0%とするのがよい。
Moは上記のCuと同様に焼入れ硬度を安定化させる作用有する、すなわち、Moは焼戻し軟化を抑制する作用を有し、特に高温焼入れ時に冷却速度が遅くなった場合における焼入れ硬度を安定化させる効果があるとともに、不動態皮膜を強固にして耐食性を向上させる作用がある。このため、これらの効果を得たい場合に添加してもよいが、0.05%未満の含有量では前記の効果は得られない。一方、1.0%を超えると、Crの場合と同様に、δ−フェライトが残留し、耐食性および靭性を低下させる要因となる。したがって、添加する場合のMo含有量は0.05〜1.0%とするのがよい。
MnおよびNi、並びに必要により添加するCuは、オーステナイト相を安定にし、1000℃以下、特に900℃からの低温焼入れ性を高める作用を有するが、その含有量「Mn+4.1Ni」または「Mn+4.1Ni+1.5Cu」が2.5%未満ではその効果が得られないため、2.5%以上と定めた。すなわち、「Mn+4.1Ni(+1.5Cu)」量が2.5%を下回る場合には、900℃焼入れによる実測硬度と次に述べるHcとの差が大きくなり、焼入れ硬度が安定しない。このことは、後述する実施例からも明らかである。
前述した(1)式〜(4)式は、本発明者らが予めおこなった実験結果に基づいて各成分の焼入れ硬度に及ぼす寄与度を多重回帰計算して求めて定めたもので、これらの式で求められるHcの値が31〜37の範囲内になるように各成分の含有量を相互に調整することで、900〜1150℃の低温から高温まで安定して必要とさせる焼入れ硬度が得られる。このことも、後述する実施例からも明らかである。
鋼材を40mm幅×150mm長さに切断して焼入れ試験片とした。鋼材表面に熱電対を取り付けて加熱炉中に投入し、鋼板の表面温度が所定の温度に到達してから60秒後に取り出し水冷の焼入れ処理をおこなった。
鋼材を40mm幅×150mm長さに切断して焼入れ試験片とした。焼入れ試験と同一の方法で900℃焼入れをおこない、さらに鋼材の板厚中心まで研削して2.0mmに減厚した後、表面を#400のエメリーペーパーで研磨仕上げして試験片とした。
鋼材を40mm幅×150mm長さに切断して焼入れ試験片とした。鋼材表面に熱電対を取り付けて加熱炉中に投入し、鋼板の表面温度が所定の温度に到達してから60秒後に取り出して水冷した。加熱炉の雰囲気は大気とし、焼入れ温度は850〜1100℃まで25℃刻みで実施した。
焼入れ試験と同一形状の鋼材を同一の方法で900℃で焼入れをおこない、さらに鋼材の板厚中心まで研削して3.0mmに滅厚した後、表面を#400のエメリーペーパーで研磨仕上げして試験片とした。
Claims (1)
- 質量%で、C:0.030〜0.060%、Si:0.5%以下、Mn:0.5〜2.0%、Cr:11.5〜14.0%、Ni:0.35〜4.0%、Nb:0.010〜0.10%、N:0.007〜0.030%並びにCu:0.1〜2.0%およびMo:0.05〜1.0%のいずれか一方または両方を含有し、残部はFeおよび不純物からなり、下記の(3)式を満たすとともに下記の(4)式で計算されるHcの値が31〜37であることを特徴とするオートバイブレーキディスク用ステンレス鋼。
Mn+4.1Ni+1.5Cu≧2.5%…(3)
Hc=145C−0.1Cr+0.8Mn+1.8Ni+6.8Nb+120N+1.3Cu−1.0Mo+26.8…(4)
ただし、(3)式および(4)式中の元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)である。
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