JP4380194B2

JP4380194B2 - 打ち抜き加工性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼板の製造方法およびディスクブレーキ用マルテンサイト系ステンレス鋼板

Info

Publication number: JP4380194B2
Application number: JP2003084589A
Authority: JP
Inventors: 利広笠茂; 隆塩川; 節雄柿原
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: JP2004292859A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスクブレーキ用マルテンサイト系ステンレス鋼板および打ち抜き加工性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼板の製造方法に関し、詳しくは、二輪車等の輸送用車両のディスクブレーキ用材料として焼入れたままで用いられて、必要な焼入れ硬度のほか、特に焼入れ前に優れた打ち抜き加工性を発現するディスクブレーキ用マルテンサイト系ステンレス鋼板、およびそれを有利に製造しうる打ち抜き加工性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼板の製造方法に関する。なお、「硬度」は「硬さ」と同義である。本文でのマルテンサイト系ステンレス鋼とは、JIS(G4304,G4305 等）で定義されるマルテンサイト系ステンレス鋼をいう。
【０００２】
【従来の技術】
オートバイ等の二輪車のディスクブレーキ材には耐摩耗性、耐錆性が要求される。耐摩耗性は一般に硬さが高いほど大きくなるが、ブレーキのパッドとの関係からＨ_RＣ35±5 の硬さが求められている。これらの要求を満足させるために、ディスクブレーキ用素材としては、SUS420J2等のマルテンサイト系ステンレス鋼板が用いられてきた。しかし、SUS420J2等のマルテンサイト系ステンレス鋼板では焼入れ後の焼戻し時に低Cr域が発生し、耐錆性に劣るという問題点があった。
【０００３】
一方、特許文献１に示されるような低Cr高Mnのマルテンサイト系ステンレス鋼板では、焼入れのみで所定の硬さが得られ、焼戻しが不要となる。しかし、この材料を用いてディスクブレーキを製造する際の焼入れ前の打ち抜き工程で、打ち抜き時のダレ（図１参照）が発生し、加工精度を低下させるという問題が残されていた。このダレが発生すると、ブレーキパッドとの摺動時にビビリが発生するため、その後の工程でダレがなくなるまで切削、研磨作業を行う必要があり、工程負荷の増大と歩留りロスを招いていた。このため、特許文献２では、焼鈍‐酸洗後に圧下率５〜15％の冷間圧延を施し、鋼板の硬度を上げて打ち抜き時のダレを低減させる製造方法が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５７−１７８２４９号公報
【特許文献２】
特開平１０−２５９４５８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の低Cr高Mnのマルテンサイト系ステンレス鋼板には、焼入れのままで所定の硬さが得られ、熱処理管理が容易であるという利点があるが、焼入れ前の打ち抜き加工時にダレが生じるという問題があった。また、特許文献２に記載された技術では、焼鈍‐酸洗後の鋼帯に冷間圧延を施すことから、酸洗によるコストアップが生じるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題を解決し、所定の焼入れ硬さが安定して得られ、焼入れ前の打ち抜き加工時のダレが低減し、しかも低コストで製造しうる打ち抜き加工性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼板の製造方法およびディスクブレーキ用マルテンサイト系ステンレス鋼板を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討し、その結果、熱間圧延‐焼鈍‐冷間圧延後のマルテンサイト系ステンレス鋼板において、鋼組成、ロックウェル硬さおよび鋼板表面に形成した黒皮の厚みが特定の範囲にあれば、所定の焼入れ硬さが安定して得られると共に、焼入れ前の打ち抜き加工時のダレを顕著に低減させることができ、しかも、打ち抜き加工用工具（金型等）の寿命を縮めることもないという知見を得て、本発明をなした。本発明にいう黒皮とは、熱間圧延‐焼鈍工程で鋼板表面に形成されたマグネタイト主体の緻密な黒色酸化層を意味する。
【０００８】
すなわち、本発明に係る打ち抜き加工性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼板の製造方法は、質量％で、Ｃ＋Ｎ：０．０４％超〜０．１０％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５〜２．５％（好ましくは１．０〜２．５％）、Ｃｒ：１０．０％超〜１４．５％、Ｃｕ：１．０％以下、Ｎｉ：１．５％以下を含有する鋼素材を熱間圧延し、次いで焼鈍し、次いでロール粗度がＲａ２μｍ以下のワークロールを用いて圧下率２〜１５％で冷間圧延するというものである。すなわち、熱間圧延‐焼鈍後の黒皮鋼板（鋼帯）に、ロール粗度がＲａ２μｍ以下のワークロールを用いて圧下率２〜１５％で冷間圧延を施し、加工硬化作用により鋼板の硬さを好ましくはＨ_ＲＢで８３〜１００に向上させ、かつ伸びを低下させて、打ち抜き加工時のダレを低減させる。
【０００９】
なお、本発明の目的を損なわない範囲で、耐食性等の特性を向上させるために、３％以下のＭｏや、１％以下のＴｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ等の１種または２種以上を前記鋼素材の組成に添加してもよい。
また、本発明に係るディスクブレーキ用マルテンサイト系ステンレス鋼板は、質量％で、Ｃ＋Ｎ：０．０４％超〜０．１０％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５〜２．５％（好ましくは１．０〜２．５％）、Ｃｒ：１０．０％超〜１４．５％、Ｃｕ：１．０％以下、Ｎｉ：１．５％以下を含有し、あるいはさらに、Ｍｏ：３％以下、Ｔｉ：１％以下、Ｎｂ：１％以下、Ｖ：１％以下、Ｚｒ：１％以下のうち１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、硬さ（Ｈ_ＲＢ）が８３〜１００であり、表面に厚み３０〜１００ μｍの黒皮を有するものである。
【００１０】
さらに、現在のディスクブレーキ用ロータには、フラットタイプのほか、一般にオフセットタイプと呼ばれる絞り加工を施したタイプがある。オフセットタイプの場合、絞り加工時に、割れを防止するためにあるレベル以上の伸びが必要である。したがって、オフセットタイプ用の鋼板については絞り加工が可能なレベルの伸びにコントロールする必要がある。
【００１１】
また、鋼帯の表面粗さが粗いと打ち抜き時の剪断荷重が高くなり、ダレが大きくなるだけでなく金型の寿命が短くなる。これを有効に防止するために、冷間圧延時のロール粗度をＲａ２μｍ以下とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明における化学組成の限定理由を述べる。
Ｃ＋Ｎ：
ＣおよびＮは硬度を高め耐摩耗性を向上させるに有効な元素であり、本発明では後述の理由で0.5 〜2.5 ％のMnが不可欠であるが、この範囲のMn量において焼入れ時の硬度（Ｈ_RＣ）を30〜40にするためのＣ＋Ｎ量は0.04％超〜0.10％の範囲にする必要があるのでこの範囲に限定した。この範囲では焼入れ時の靭性も良好であり焼割れも発生しない。
【００１３】
Ｓｉ：
Ｓｉは高温においてフェライトを生成させる元素であり、０．５％超のＳｉ添加は焼入れ硬度を低下させるのみならず靭性に悪影響を与えるのでその上限を０．５％としたがその量は少ないほど好ましい。
Ｍｎ：
Ｍｎは高温においてもδ‐フェライトの生成を防止する有効な元素であり、０．５％未満の場合は、９００〜１０５０℃の温度範囲でも特にＣ＋Ｎ量が低い場合にはδ‐フェライトが生成し、Ｈ_ＲＣ３０〜４０の焼入れ硬度が得られなくなる。したがって、ＨＲＣ３０〜４０の硬度を付与するに必要なＣ＋Ｎ量は高濃度に移行させる必要がある。しかし適正なＣ＋Ｎ量の濃度範囲が著しく狭くなるため、製鋼工程においてその濃度範囲を安定して制御することが困難となる。またＭｎが低いとＨ_ＲＣ３０〜４０の硬度を付与するための焼入れ熱処理温度が極端に狭小となるため、その温度管理も難しくなるのでその下限を０．５％とした。なお、Ｈ_ＲＣ３０〜４０の焼入れ硬度をより安定して得るにはＭｎは１．０％以上が好ましい。また、Ｍｎが２．５％を超えると高温での耐酸化性が低下し、鋼板製造工程におけるスケール生成が多くなって黒皮厚みを本発明範囲（３０〜１００ μｍ）に管理するのが困難となるのでその上限を２．５％とした。
【００１４】
Cr：
Crは耐食性を確保するために最低10.0％が不可欠である。しかしCrが14.5％を超えるとMn、後述のNiおよびCuのそれぞれ上限量を添加しても850 〜1050℃の焼入れ温度範囲においてもδ‐フェライトが出現するようになり、Ｈ_RＣ30〜40の焼入れ硬度が得られなくなるのでその上限を14.5％とした。
【００１５】
Cu:
CuはMnと同様、高温においてδ‐フェライトの出現を防止するのに有効であるが、本発明ではMnの添加があるので特に添加する必要はないとはいえ、製鋼工程においてスクラップから混入するCuが1.0 ％を超えると高温での熱間加工性を害し、鋼板の製造工程における歩留りを著しく低下するので上限を1.0 ％とした。
【００１６】
Ni：
NiはMnと同じ効果があり、焼入れ温度範囲を広げる効果をもつ。したがって焼入れ性安定させるのに有効であるが、高価な元素であるためその上限を1.5 ％とする。
Mo、Ti、Nb、Ｖ、Zr：
これらは耐食性等を向上させるために必要に応じて単独あるいは複合添加することができるが、過剰に含有するとヘゲ等を生じて熱間圧延後の表面性状を損なうので、Moは３％以下、Ti、Nb、Ｖ、Zrはそれぞれ１％以下とした。
【００１７】
なお、上記成分元素およびFe以外の不純物として鋼組成中に含有される主たる元素として、Ｐは靭性の点から極力低下させ、Ｓは耐銹性の点から低下させることが望ましい。またＯは靭性および耐銹性に対して有害なのでAl脱酸等により極力低減することが望ましい。
次に、硬さ（Ｈ_RＢ）および黒皮厚みの限定理由を述べる。
【００１８】
硬さ（Ｈ_RＢ）：
例えば図３に示すように硬さ（Ｈ_RＢ）が83以上では硬さが高くなるにつれてダレは小さくなるのでダレ低減のためには硬さ（Ｈ_RＢ）を83以上とすることが好ましいが、HRB で100 超の硬さになると打ち抜き加工用金型が著しく摩耗することが経験上分かっているので好ましくない。したがって硬さ（Ｈ_RＢ）は83〜100 とした。なお、好ましくは86〜95である。本硬さＨ_RＢは、打ち抜き後のダレを評価する指標であるが、本発明範囲内の硬さ（83〜 100）であれば、ディスクブレーキ製品の硬さ指標：Ｈ_RＣ＝30〜40を満足する。
【００１９】
黒皮厚み：
黒皮は基地鋼板よりも硬いためダレを低減する効果があるが、厚みが３μｍに満たないとその効果に乏しく、一方１００ μｍを超える厚みになると打ち抜き加工用金型を著しく損耗するので３〜１００ μｍとするとよいが、本発明では３０〜１００μｍとした。
次に、製造方法について述べる。
【００２０】
熱間圧延‐焼鈍：
熱間圧延‐焼鈍条件は特に限定しないが、黒皮厚みを本発明範囲内に安定して確保する観点から、熱間圧延では、加熱温度を1100〜1250℃とすることが好ましく、また、焼鈍では、焼鈍温度を700 〜950 ℃とすることが好ましい。
冷間圧延：
例えば図２に示すように、冷間圧下率が増加するにつれて硬さ（Ｈ_RＢ）は増大する。同図より前記のように硬さ（Ｈ_RＢ）を83〜100 の範囲に制御してダレを低減するには圧下率を２〜15％とすればよいことがわかる。よって、冷間圧延の圧下率は２〜15％とした。なお、好ましくは圧下率２〜10％である。
【００２１】
また、圧下率を５％とし、ワークロールのロール粗度を変化させて冷間圧延して得た鋼帯を打ち抜いた時の剪断荷重を図５に示す。図示のようにロール粗度Raが２μm を超えると剪断荷重が顕著に増大することがわかった。このことから冷間圧延ではロール粗度Raを２μm 以下にすることが好ましい。なお、圧下率を本発明範囲内で変化させても同様にロール粗度Raが２μm を超えると剪断荷重が顕著に増大した。
【００２２】
なお、本発明に係る鋼板をオフセットタイプのブレーキディスク用材料とする際には、例えば図４に示すような伸びと冷間圧下率の関係から絞り加工が可能な伸びレベルになる圧下率を決定し、その圧下率で冷間圧延を行えばよい。
【００２３】
【実施例】
質量％でＣ＋Ｎ：0.06％、Si：0.30％、Mn：1.5 ％、Cu：0.1 ％、Cr：12.5％、Ni：0.30％を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼スラブを1200℃に加熱後熱間圧延して板厚５mmの鋼帯コイルとなし、これを800 ℃×24時間の条件で焼鈍して、硬さ（Ｈ_RＢ）＝81、黒皮厚み＝30μm の鋼板（黒皮鋼板）を得た。この黒皮鋼板を表１に示す種々の圧下率で冷間圧延した後、硬さ（Ｈ_RＢ）を測定すると共に、直径30mmφの穴を打ち抜く打ち抜き加工を行ない、そのときのダレの量を測定した。なお、この冷間圧延ではロール粗度Ra＝１μm とした。また、この打ち抜き加工後の黒皮鋼板から切り出した試験片を1000℃に１分間保持後水冷し、黒皮を研削除去後、硬さ（Ｈ_RＣ）を測定した。
【００２４】
これらの結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】

【００２６】
表１より、本発明例ではダレが低減するとともに、水冷（焼入れ）後の硬さ（Ｈ_RＣ）もディスクブレーキ用材料のマルテンサイト組織を有するステンレス鋼として十分なレベルに達した。
さらに、前記熱間圧延‐焼鈍後の黒皮鋼板を圧下率５％で冷間圧延し、その際、ロール粗度Raを0.1 〜５μm と変化させて圧延し、得られた鋼板について前記打ち抜き加工を行ってダレの量を測定したところ、図６に示すように、ロール粗度Ra≦２μm においてダレが顕著に低減した。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、焼入れのみで所定の硬さが安定して得られることに加え、安価な黒皮鋼帯で焼入れ前の打ち抜き加工時のダレを低減させることが可能になり、したがって、ディスクブレーキ用ロータ製造時の生産性向上、歩留り向上および素材コスト削減に大きく寄与するという産業上有益な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】打ち抜き時のダレの概念を示す断面図である。
【図２】冷間圧下率と硬さ（Ｈ_RＢ）の関係を示すグラフである。
【図３】硬さ（Ｈ_RＢ）とダレの関係を示すグラフである。
【図４】冷間圧下率と伸びの関係を示すグラフである。
【図５】ロール粗度と打ち抜き時の剪断荷重の関係を示すグラフである。
【図６】ロール粗度と打ち抜き時のダレの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１鋼板
２打ち抜き方向

Claims

質量％で、Ｃ＋Ｎ：０．０４％超〜０．１０％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｃｒ：１０．０％超〜１４．５％、Ｃｕ：１．０％以下、Ｎｉ：１．５％以下を含有する鋼素材を熱間圧延し、次いで焼鈍し、次いでロール粗度がＲａ２μｍ以下のワークロールを用いて圧下率２〜１５％で冷間圧延することを特徴とする打ち抜き加工性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼板の製造方法。
冷間圧延後の鋼板の硬さ（Ｈ_ＲＢ）が８３〜１００であることを特徴とする請求項１記載の打ち抜き加工性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼板の製造方法。
質量％で、Ｃ＋Ｎ：０．０４％超〜０．１０％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｃｒ：１０．０％超〜１４．５％、Ｃｕ：１．０％以下、Ｎｉ：１．５％以下を含有し、あるいはさらに、Ｍｏ：３％以下、Ｔｉ：１％以下、Ｎｂ：１％以下、Ｖ：１％以下、Ｚｒ：１％以下のうち１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、硬さ（Ｈ_ＲＢ）が８３〜１００であり、表面に厚み３０〜１００ μｍの黒皮を有することを特徴とするディスクブレーキ用マルテンサイト系ステンレス鋼板。