JP4760987B2

JP4760987B2 - ブレーキディスク用鋼板およびブレーキディスク

Info

Publication number: JP4760987B2
Application number: JP2010125381A
Authority: JP
Inventors: 克久山内; 光幸藤澤; 康加藤; 裕樹太田; 英哉古澤; 工宇城
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2009-06-01
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2030-05-31
Also published as: CN102449181B; WO2010140696A1; EP2439304A4; BRPI1012584A2; CN102449181A; EP2439304B1; KR101248317B1; US20120125724A1; KR20120023096A; US8607941B2; JP2011012343A; MY156080A; EP2439304A1

Description

本発明は、主にオートバイや自転車をはじめとする二輪車などのブレーキディスクに用いられる鋼板に関し、耐食性に優れ、焼入れ後に適正な硬さを有し、制動時の発熱に対する焼戻し軟化抵抗にも優れた低炭素マルテンサイト系クロム含有鋼板、および該鋼板を用いたブレーキディスクに関する。

オートバイ、自転車など二輪車のブレーキシステムとして、ディスクブレーキが多く採用されている。ディスクブレーキは、タイヤに取り付けられタイヤと共に回転するブレーキディスクをブレーキパッドで挟み、ブレーキディスク−ブレーキパッド間の摩擦で制動する。ここで、上記摩擦によりブレーキディスクは500℃以上の温度域まで繰り返し昇温するため、ブレーキディスクには、このような制動時の発熱に対して軟質化せず、変形や摩耗が少ないこと、すなわち、高い焼戻し軟化抵抗が要求される。例えば、オートバイ用ディスクブレーキのブレーキディスクにおける硬さの適正範囲は、通常、30〜40HRC程度であり、より好ましい範囲としては32〜38HRCとされ、繰り返し制動時の発熱を受けた後もこの適正範囲内の硬さを維持することが求められる。硬さがこの適正範囲よりも低い場合には、ブレーキディスクの変形や摩耗に起因する制動力の低下やブレーキディスクの割れが懸念され、硬さがこの適正範囲よりも高い場合には、ブレーキ鳴きや摩擦係数の低下に起因する制動力やパッド寿命の低下等、種々の問題が発生し易くなる。また、外観上、更には制動力を確保する上で、ブレーキディスクには耐食性（耐錆性）も要求される。以上の理由により、ブレーキディスクの素材としては、主にCrを12〜13%含有するマルテンサイト系ステンレス鋼板が使用されている。また、中でも、焼入れ処理のみで容易に適正な硬さが得られるため、Cが0.1%以下である低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼板を素材とすることが主流となっている。

一方、ブレーキディスクには、制動時の発熱に対する冷却性、摩耗屑などの排出、軽量化やデザイン性などを目的として、孔や溝が多数設けられる。これらの孔や溝は、打ち抜き加工や切削加工により形成されるため、加工を施す際の素材は軟質であることが要求される。そのため、鋼板からブレーキディスクを製造する場合には、鋼板に焼鈍を施してその硬さをHRB（ロックウェル硬さのＢスケール）で95HRB以下とし、ディスク形状に加工した後、900〜1100℃で1〜10分程度保持後に冷却する焼入れ処理を施して硬さを適正範囲とし、更に研磨や防食処理を施して最終製品とする。そして上記鋼板としては、ブレーキディスクを500℃で60分間保持した場合においても焼戻し軟化量が小さく、HRC（ロックウェル硬さのＣスケール）で30HRC以上の硬さが維持できるような鋼板が使用されている。

また、近年の二輪車の走行性能向上に伴いブレーキ性能の更なる向上が求められており、より高い焼戻し軟化抵抗（耐熱性）を有するブレーキディスク用鋼板の開発が進められている。例えば、特許文献１〜４には、C、N、Nb、V、Cu、Ti、Mo、Bなどの焼入れ性を高め、安定した焼入れ硬さを得たり、焼戻し軟化抵抗を高める効果がある元素を添加し、500℃を超える温度での焼戻し処理に対しても、硬さが30HRC以上となるような高耐熱鋼板が開示されている。

特開２００１−２２０６５４号公報特開２００２−１２１６５６号公報特開２００３−１４７４９１号公報国際公開ＷＯ０２／１８６６６Ａ１公報

特許文献１〜４に開示された高耐熱鋼板では比較的優れた耐熱性を有し、500〜550℃で60分程度保持した場合における耐熱性評価では良好な結果が得られる。しかしながら、上記温度域において更に長時間（例えば２４０分程度）保持すると、硬さおよび／または耐食性の急激な低下が確認された。すなわち、これら従来の高耐熱鋼板を用いたブレーキディスクでは、長時間使用時の耐食性や耐熱安定性が不十分であることが判明した。

本発明は、上記現状を鑑みなされたものであり、ブレーキディスク素材として用いた場合において、長時間（例えば２４０分程度）使用しても安定した耐食性と耐熱安定性を有する鋼板の提供を目的とする。具体的には、焼入れ後の硬さが適正範囲（32〜40HRC JIS Z 2245）となる焼入性を有し、且つ、焼入れ後および焼戻し後の耐食性に関し、48時間の塩水噴霧試験（SST試験）後の発錆点が４個以下である鋼板、および該鋼板を使用したブレーキディスクの提供を目的とする。また更には、焼入れ後の硬さが32〜40HRCであり、550℃×60分で焼戻し処理を施した後の硬さが30〜40HRC、550℃×240分で焼戻し処理を施した後の硬さが28〜40HRCとなるような優れた焼戻し軟化抵抗を有し、更に、焼入れ後および焼戻し後の耐食性に関し、48時間のSST試験後の発錆点が４個以下である鋼板、および該鋼板を使用したブレーキディスクの提供を目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明者らは、種々の組成を有する鋼板について、焼入性、耐熱性（具体的には焼戻し軟化抵抗）および耐食性に関する詳細な検討を行った。その結果、耐熱性向上を目的としてNb、Ti、V、Moなどの強化元素を過度に含有させると、これらの元素がフェライト形成元素であるため、焼入れ処理時にフェライト相が多く形成され、焼入れ後および焼戻し後の硬さが低下する要因となることが判明した。また、上記強化元素の含有に伴い、オーステナイト形成元素であるNi、Mnなどの含有量を増加させると、フェライト相の形成を抑制することは可能であるものの、更に焼戻し後の硬さを長時間にわたり維持することは困難で、ブレーキディスクの交換を行わざるを得ない場合があることが判明した。しかしながら、Nb、NおよびBを適量含有することにより、焼戻し処理後の硬さを長時間（例えば２４０分程度）維持する効果が確認され、焼戻し処理後の耐食性向上効果が高いことも確認された。

そこで、本発明者らは、焼入れ後、焼戻し後の硬さを先述の適正範囲とし、焼戻し温度に長時間保持した場合であっても高硬度且つ優れた耐食性を示す鋼組成について更に検討した。その結果、低炭素マルテンサイト系クロム含有鋼において、適量のNb、NおよびBを複合して含有すること、更には、所定の関係式を満足する鋼組成とすることにより、上記所望の特性が得られることを見出した。

本発明は上記知見に基づきなされたものであり、その要旨構成は次のとおりである。
（１）質量%で、
C：0.02%以上0.10%未満、
Si：0.6%以下、
Mn：0.5%超え2.0%以下、
P：0.06%以下、
S：0.01%以下、
Al：0.05%以下、
Cr：11.0%以上13.5%以下、
Ni：0.01%以上0.30%以下、
Nb：0.10%以上0.60%以下、
N：0.03%以上0.10%未満および
B：0.0010%超え0.0060%以下
を含有し、更に下記(1)〜(3)式を満足し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有し、焼入れ後の硬さがHRC（ロックウェル硬さのＣスケール）で32HRC以上40HRC以下であることを特徴とするブレーキディスク用鋼板。
記
420C+470N+23Ni+9Cu+7Mn-11.5Cr-11.5Si-12Mo-47Nb-52Al-49Ti-23V+189≧85・・・・(1)
0.04≦C+N-13(Nb/93+Ti/48+Zr/91+V/51)-14B/11≦0.09・・・・・(2)
C-12(Nb/93+Ti/48+Zr/91+V/51+Mo/96+Ta/181+W/184)≦0.045・・・・・(3)
ただし、上記(1)〜(3)式中の各元素記号は、鋼板に含有される各元素の質量%を表す。

（２）更に
Co：0.01%以上0.10%以下、
Cu：0.01%以上0.30%以下、
V：0.01%以上0.15%未満、
Mo：0.01%以上0.10%以下、
Ti：0.01%以上0.10%以下、
Zr：0.01%以上0.10%以下、
Ta：0.01%以上0.10%以下、および
W：0.01%以上0.10%以下
の中から選択される一種以上を含有することを特徴とする上記（１）に記載のブレーキディスク用鋼板。

（３）焼入れ後の組織の面積率で75%以上がマルテンサイト組織であることを特徴とする上記（１）または（２）に記載のブレーキディスク用鋼板。

（４）550℃で240分の焼戻し処理を施した後の硬さが、HRC（ロックウェル硬さのＣスケール）で28HRC以上40HRC以下である上記（１）〜（３）のいずれか１項に記載のブレーキディスク用鋼板。

（５）焼入れ前の硬度がHRB（ロックウェル硬さのBスケール）で75HRB以上95HRB以下である上記（１）〜（４）のいずれか１項に記載のブレーキディスク用鋼板。

（６）Bの含有量が、0.0016%以上0.0060%以下である上記（１）〜（５）のいずれか１項に記載のブレーキディスク用鋼板。

（７）上記（１）〜（６）のいずれか１項に記載のブレーキディスク用鋼板を使用したブレーキディスク。

本発明によれば、耐食性に優れ、550℃での焼戻し軟化抵抗が高く、硬さの低下が少ない低炭素マルテンサイト系クロム含有鋼板を提供することができる。したがって、本発明の鋼板をオートバイや自転車などの二輪車のブレーキディスクとして使用する場合、耐食性に優れ、且つ制動時の発熱に起因するディスクの変形が生じ難いため、従来よりも走行性能が高い車種においても長時間にわたり制動安定性を維持することが可能となる。

(1)式と、焼入れ処理後における鋼のマルテンサイト量との関係を示すグラフ。焼入れ処理後における鋼のマルテンサイト量と、焼入れ後および焼戻し後における鋼の硬さとの関係を示すグラフ。 (2)式と、焼入れ後および焼戻し後における鋼の硬さとの関係を示すグラフ。 (3)式と、焼入れ後および焼戻し後における鋼の耐食性との関係を示すグラフ。 (3)式と、焼入れ後および焼戻し後における鋼の硬さとの関係を示すグラフ。 B含有量と、550℃×240分で焼戻し処理を施した後の硬さとの関係を示すグラフ。

以下、本発明について具体的に説明する。
まず、本発明において所望の焼入性、耐熱性および耐食性を得るための成分組成の限定理由について説明する。なお、鋼板中の元素の含有量の単位は何れも「質量%」であるが、以下、特に断らない限り、単に「%」で示す。
C：0.02%以上0.10%未満
Cは、固溶または析出物（特に、炭化物と炭窒化物）を形成して、焼入れ後・焼戻し後の鋼板の硬さを大きく左右する主要な元素である。焼入れ後に適正な硬さを確保する上では0.02%以上含有することが必要である。しかし、その含有量が0.10%以上であると、耐食性が著しく低下する。また、焼戻し中の上記Cの析出物の成長が著しく速まり、粗大な上記Cの析出物が多数形成し易くなるため、耐熱寿命（高温環境使用下における長寿命化）や耐食性が著しく低下する。以上の理由によりCの含有量を0.02%以上0.10%未満とする。なお、耐熱性の観点からは0.04%以上、耐錆性の観点からは0.08%以下とすることが好ましい。更に、より良好な耐食性を確保するためには0.06%以下とすることが好ましい。

Si：0.6%以下
Siは、脱酸剤として作用する元素である。しかし、その含有量が0.6%を超えると焼入れ処理時に十分なマルテンサイト相が生成せず、鋼板の焼入れ後の硬さ低下を招く。また、過剰に含有すると靱性の低下にもつながるため、0.6%以下に規定する。なお、脱酸作用の観点からは0.05%以上含有することが好ましい。

Mn：0.5%超え2.0%以下
Mnは、高温でのフェライト相の生成を抑制する元素である。そのため、900〜1300℃の広い温度範囲を安定オーステナイト域とし、十分な焼入性を確保する上で有用な元素であり、係る効果を得るためには0.5%を超えて含有する必要がある。しかし、その含有量が2.0%を超えると、加工性や耐食性が著しく低下するため、Mnの含有量を0.5%超え2.0%以下とする。なお、焼入性の観点からはその含有量を1.0%超えとすることが好ましく、更に1.5%以上とすることが好ましい。

Al：0.05%以下
Alは、Siと同様に脱酸剤として作用する元素であるが、過剰に含有すると硬質の介在物や析出物が増加して表面疵等の欠陥の原因となるため、その含有量を0.05%以下とする。なお、脱酸剤としてSiを共に含有する場合には、介在物や析出物の増加を抑えるためにAlの含有量を低減することが好ましい。例えば、Siが0.05%以上であればAlを0.03%以下とすることが好ましく、Siが0.10%以上であればAlを0.01%以下とすることが好ましい。

Cr：11.0%以上13.5%以下
Crは、鋼板の耐食性を向上させる主要な元素であり、ブレーキディスク素材として十分な耐食性を確保する上で11.0%以上含有することが必要である。しかし、その含有量が13.5%を超えると焼入れ処理後にδフェライト相が多く生成して適正な硬さが得られなくなる上、加工性や靱性も低下する。よって、Crの含有量を11.0%以上13.5%以下とする。なお、耐食性の観点からはその含有量を11.5%以上とすることが好ましく、加工性の観点からはその含有量を13.0%未満とすることが好ましい。

Ni：0.01%以上0.30%以下
Niは、その含有量を0.01%以上とすることにより鋼板の焼入性や耐食性を向上させる。しかし、0.30%を超えて含有するとCrの拡散速度が大きく低下するため、鋼板をブレーキディスク形状に加工する際の軟化焼鈍に長時間の熱処理を要し、生産効率の低下やスケール増加に伴う欠陥発生の原因になる。また、Niは高価な元素であるため、素材コストの増加につながる。よって、Niの含有量を0.30%以下とする。なお、本発明においては、他の元素含有量を調整することによりδフェライト相の生成を抑えて耐食性の向上を図っているため、Niの含有量は0.1%以下としてもよい。

Nb：0.10%以上0.60%以下
Nbは、後述するNとBと同様に、本発明において極めて重要な元素である。Nbは、CやNと析出物（特に、炭化物、窒化物および炭窒化物）を形成して転位の回復を遅らせることにより、鋼板の耐熱性を向上させる元素である。本発明が目的とする耐熱性（550℃×60分で焼戻し処理を施した後の硬さ：30〜40 HRC、550℃×240分で焼戻し処理を施した後の硬さ：28〜40 HRC）を確保するためには、Nbを0.10%以上含有する必要がある。しかし、その含有量が0.60%を超えると、上記CやNとの析出物の形成が促進され、短時間でのこれら析出物の粗大化を招く。その結果、特に鋼板中の固溶C量が減少し、却って鋼板の焼入れ後の硬さを低下させたり、焼戻し処理後の硬さ低下を早める原因となる。よって、Nbの含有量を0.10%以上0.60%以下とする。なお、より好ましい含有量は0.10%以上0.40%以下である。さらに好ましい含有量は、0.16％以上0.30％以下である。

N：0.03%以上0.10%未満
Nは、Nbと同様に、本発明において極めて重要な元素である。Nは、Cと同様に焼入れ後、焼戻し後の鋼板に適正な硬さを確保する上で必要な元素である。また、粗大なCの析出物（特に、炭化物と炭窒化物）の析出を抑制する効果を有すると共に、Cよりも析出物（特に、窒化物と炭窒化物）を形成し難く、その析出物も微細のままであるため、焼戻し軟化を長時間にわたり抑制する効果が高い。更に、耐食性向上効果も大きく、これらの効果を得るためには、Nを0.03%以上含有することが有効である。しかし、その含有量が0.10%以上となると、熱間延性や靱性の著しい低下をもたらすため、Nの含有量を0.03%以上0.10%未満とする。なお、安定した耐熱性・耐食性を得るためには、Nを0.04%以上含有することが好ましい。さらに好ましくは、0.045％以上である。

B：0.0010%超え0.0060%以下
Bは、NbおよびNと同様に、本発明において極めて重要な元素である。Bは、結晶粒界に偏在し易く、組織を整粒化すると共に、粒界での粗大な析出物（特に、Cおよび／またはNにより形成された析出物、中でも、前述した炭化物、窒化物および炭窒化物）の生成を抑制するため、鋼板の耐熱性が向上し、高温環境使用下における長寿命化を図る上で有効な元素である。これらの効果を得るためには、Bを0.0010%を超えて含有する必要がある。しかし、その含有量が0.0060%を超えると、BがFeやCrと化合物を形成することにより、鋳造性や熱間延性が著しく低下し、また、高温環境使用下における長寿命化も図れなくなる。よって、Bの含有量を0.0010%超え0.0060%以下とする。なお、Bは鋼中で偏在し易いため、上記効果を鋼板全体に亘り安定的に得るためには、その含有量を0.0016%以上とすることが好ましい。さらに好ましくは、0.0020％以上である。

図６に、(11.3〜13.1)%Cr-(0.0030〜0.0071)%C-(0.07〜0.30)%Si-(0.85〜1.84)%Mn-(0.001〜0.016)%Al-(0.02〜0.29)%Ni-Nb-N-B-(Cu,Zr,Mo,V,Ti,Co,Ta,W)の成分系の鋼および(1)式、(2)式および(3)式を満足する鋼（表１および表２の鋼No.：1〜12, 17, 18, 27, 29〜32）において、NbおよびNの2元素を適正範囲に複合して含有した場合と、NbおよびNの2元素の内、1種以上が適正範囲に含有されていない場合の550℃で240分の焼戻し後における硬さを示す。
Nb,NおよびBの3元素を適正範囲に複合して含有した場合は、550℃で240分経過しても硬さが28HRC以上確保されているのに対して、Nb,NおよびBの3元素の内、1種でも適正範囲に含有されていない場合には、550℃で240分経過するといずれも27HRC以下に低下しているのが分かる。以上のことから、Nb，NおよびBの３元素を適正範囲に複合して含有した場合は、５５０℃で２４０分保持しても硬さが２８ＨＲＣ以上確保されるという従来にない予期せぬ格段の効果が得られた。

P：0.06%以下
Pは、0.01%以上含有すると耐食性の向上に寄与するが、0.06%を超えて含有すると熱間延性や靱性の低下を招き、鋼板の製造を困難にする。よって、Pの含有量を0.06%以下とする。なお、好ましくは0.01%以上0.04%以下とする。

S：0.01%以下
Sは、0.0005%以上含有すると鋼板の打ち抜き加工性の向上に寄与するが、0.01%を超えて含有すると、熱間延性や耐食性を著しく低下させる。よって、Sの含有量を0.01%以下とする。また、好ましくは0.0005%以上0.006%以下である。更に好ましくは0.004%以下である。

また、本発明において、より優れた耐熱性および耐食性を具えた鋼板を得るためには、上記組成を満足することに加え、下記(1)〜(3)式を満足する鋼板組成とすることが必要である。
記
420C+470N+23Ni+9Cu+7Mn-11.5Cr-11.5Si-12Mo-47Nb-52Al-49Ti-23V+189≧85・・・・(1)
0.04≦C+N-13(Nb/93+Ti/48+Zr/91+V/51)-14B/11≦0.09・・・・・(2)
C-12(Nb/93+Ti/48+Zr/91+V/51+Mo/96+Ta/181+W/184)≦0.045・・・・・(3)
ただし、上記(1)〜(3)式中の各元素記号は、鋼板に含有される各元素の質量%を表す。

上記(1)式の左辺は、鋼のオーステナイト形成能を示す。
図１は、Cr-0.06%C-0.1%Si-1.6%Mn-0.002%Al-0.05%Ni-0.2%Nb-0.04%N-0.003%B鋼において、Cr量を11.8〜13.4%に変化させた鋼板に対して、1050℃で5分間の焼入れ処理を行った後の鋼中でのマルテンサイト量を測定した結果を示したものである。なお、図１に横軸は、上記（１）式の左辺の値を示す。図１に示すように、（１）式の左辺の値を85以上とすることで、鋼板の焼入れ後における鋼板組織を面積率で75％以上のマルテンサイト相とすることができる。なお、マルテンサイト相以外の組織として、オーステナイト相およびフェライト相の１種以上を合計２５％未満含んでも良い。

更に、図２は、図１に示す鋼板に関し、焼入れ後および550℃で焼戻し処理後の硬さを示したものである。図２に示すように、鋼板の焼入れ後における鋼板組織の75%以上をマルテンサイト相として、焼入れ後の硬さ（図２の○印）を32〜40HRCの適正範囲とし、更には焼入れ後に550℃×60分で焼戻し処理を施した後の硬さ（図２の黒三角印）を30〜40HRCに維持することが可能となる。また、図１に示すように、上記(1)式の左辺の値が大きいほど、マルテンサイト相の量も多くなると共に、焼戻しされ難いマルテンサイト相が得られ、鋼板の焼入れ後における鋼板組織を面積率で75％以上のマルテンサイト相とすることで、550℃×240分で焼戻し処理を施した後の硬さ（図２の黒四角印）を28〜40HRCに維持することが可能となる。なお、図２からマルテンサイト相の割合は８０％以上が好ましく、９０％以上がより好ましいので、図１から上記(1)式の左辺の値はそれぞれ88以上であることが好ましく、93以上であることがより好ましい。ただし、この値が大きすぎると、焼入れ前の鋼板の硬さを打ち抜き加工に適した硬さ範囲（75〜95HRB）とすることが困難になるため、上記(1)式の左辺の値は100以下であることが好ましい。

上記(2)式は、焼入れ後および焼戻し後のマルテンサイト相の硬さを適正な範囲とする際に有効な条件式である。鋼板中のCおよびNは、一部はCr、Nb、Ti、Zr、V、Bなどと炭化物、窒化物または炭窒化物（以降は、これら３種を総称して炭窒化物等と記す）を形成し、残りは固溶Cおよび固溶Nとして存在する。ここで、焼入れ後および焼戻し後のマルテンサイト相の硬さを決定するのは主に固溶Cと固溶Nの合計量であるため、本発明においては、中でも焼入れままの状態で炭窒化物等が存在、或いは焼戻しの初期に炭窒化物等を形成し易いNb、Ti、Zr、V、Bに対するCおよびNの含有量を十分に確保した上、その指標としてC+N-13(Nb/93+Ti/48+Zr/91+V/51)-14B/11を所定の範囲に規定する。図３は、上記(2)式の値（横軸）と焼入れ後の硬さ（図３の○印）および長時間焼戻し（550℃で240分）後の硬さ（図３の黒四角印）との関係を示したものである。上記(1)式を満足し、11.4〜13.4%Cr-0.03〜0.09%C-0.1%Si-1.0〜1.6%Mn-0.002%Al-0.01〜0.30%Ni-0.10〜0.60%Nb-0.03〜0.06%N-0.002%Bの成分組成を有する鋼板に対して、1050℃で5分間の焼入れ処理を施し、更に、550℃で240分間の焼戻し処理を施した。図３に示すグラフの横軸は上記(2)式の左辺であり、縦軸は焼入れ後および焼戻し後の硬さである。図３より明らかであるように、上記(2)式の値が0.04%未満である場合は、焼入れ後の硬さ（図３の○印）が不足するか、または、焼戻し時間による硬さ低下が大きいため、240分焼戻し後の硬さ（図３の黒四角印）が不足する。一方、上記(2)式の値が0.09%を超える場合は、焼入れ後の硬さ（図３の○印）の上限値（４０ＨＲＣ）、或いは240分焼戻し後の硬さ（図３の黒四角印）の下限値（２８ＨＲＣ）から外れる。このため、上記(2)式の値は0.04%以上0.09%以下とする。より好ましくは、0.05%以上0.08%以下である。

上記(3)式は、鋼板を焼戻し温度に長時間保持した場合であっても高硬度且つ優れた耐食性を確保する際に有効な条件式である。鋼板を焼戻し温度に長時間保持すると、鋼板に含有されるCおよびNは、上述のようなNb、Ti、Zr、V、Bの炭窒化物等を増加させるほか、Cr、Mo、Ta、Wの炭窒化物等も増加させる。ここで、形成された炭窒化物等は、その大きさが微細であれば焼戻し過程におけるマルテンサイトの軟化を抑制するため、長時間の焼戻し処理を施した場合であっても鋼板の硬さを適正範囲内に維持することができる。また、上記炭窒化物等が微細であれば、耐食性を向上する効果も得られる。しかしながら、C含有量が多い場合には、固溶Cが多くなり耐食性が低下するとともに、これらの炭窒化物等が焼戻し中に粗大化し易くなるため（特にCr炭化物が粗大化）、長時間の焼戻し処理を施した場合、硬さや耐食性が低下する。

図４は、上記(3)式の左辺の値（横軸）と焼入れ後の耐食性（図４の○印）および長時間焼戻し（550℃で240分）後の耐食性（図４の黒三角印）との関係を示したものである。図５は、上記(3)式の左辺の値（横軸）と焼入れ後の硬さ（図５の○印）および長時間焼戻し（550℃で240分）後の硬さ（図５の黒四角印）との関係を示したものである。上記(1)および(2)式を満足し、12.0〜12.7%Cr-0.05〜0.09%C-0.3%Si-1.5%Mn-0.002%Al-0.05〜0.30%Ni-0.1〜0.30%Nb-0.03%N-0.003%B-(V,Mo,Ti,Zr,Ta)の成分組成を有する鋼板（ただし、V,Mo,Ti,Zr,Ta各々の含有量は0.01%以上0.10%以下）に対して、1050℃で5分間の焼入れ処理を施し、更に、550℃で240分の焼戻し処理を施した。焼入れ後および焼戻し後の鋼板から70×120mmの試料を採取し、表面を#600の研磨紙で湿式研磨した後、JIS Z 2371の規定に準拠した条件で48時間の塩水噴霧試験（SST試験）を行い、各試料について、幅が0.5mm以上の発錆点の数を目視で測定した。また、焼入れ後および焼戻し後の硬さ測定を行った。図４に示すグラフの横軸は上記(3)式の左辺であり、縦軸は測定された発錆点の数である。また、図５に示すグラフの横軸は上記(3)式の左辺であり、縦軸は焼入れ後および焼戻し後の硬さである。焼入れ後の耐食性と硬さおよび焼戻し後の耐食性と硬さが、上記(3)式の値に大きく依存することが図４および図５から確認される。そこで、本発明においては、固溶Cの量や焼戻し中に形成される粗大な炭窒化物等量の指標として、C-12(Nb/93+Ti/48+Zr/91+V/51+Mo/96+Ta/181+W/184)を所定範囲に限定する。耐食性と耐熱寿命を向上するためには、上記(3)式の値を0.045%以下とする必要があり、0.04%以下とすることが好ましい。

また、本発明においては上記基本成分に加え、耐熱性・耐食性の更なる向上を図る目的で、必要に応じて以下の元素を含有することができる。
Co：0.01%以上0.10%以下
Coは、Niと同様に鋼板の焼入性を高めたり、炭窒化物等の析出を抑制して焼戻し軟化抵抗を高める効果を有し、この効果を得るには0.01％以上含有することが好ましい。しかし、0.10%を超えて含有しても、焼入れ前の硬さが高くなるため、ブレーキディスク形状に形成する際の加工が困難になる。また、Coは非常に高価な元素であり素材コストの増加に繋がるため、その含有量を0.10%以下とする。

Cu：0.01%以上0.30%以下
Cuは、鋼板の耐食性を向上する効果、並びに、500〜600℃の焼戻し温度で微細に析出して焼戻し軟化抵抗を高める効果を有する。この効果を得るためには0.01%以上の含有が好ましいが、Cuを過剰に含有すると熱間延性が低下し、熱間圧延時に割れやヘゲの原因となる。また、ブレーキディスク形状に加工する前の熱延鋼板の軟質化焼鈍処理に要する時間が長くなるため生産効率が低下し、更には焼戻し後の硬さ超過をも招く。よって、Cuの含有量を0.30%以下とする。

Mo、Ti、Zr、TaおよびW：各々0.01%以上0.10%以下、V：0.01%以上0.15%未満
V、Mo、Ti、Zr、TaおよびWは、いずれも鋼板の耐熱性を高める元素である。この効果を得るためには0.01%以上の含有が好ましいが、炭窒化物等を形成するこれらの元素を過剰に含有すると、炭窒化物等の著しい硬質化あるいは軟質化を招き、焼入れ後、焼戻し後の鋼板の硬さが適正範囲から外れる原因となる。よって、Mo、Ti、Zr、TaおよびWの含有量を各々0.10%以下、Vの含有量を0.15%未満とする。また、焼入れ後、焼戻し後の鋼板の硬さを適正範囲に収めるには、これらの元素の合計含有量を0.30%以下とすることが好ましい。更に、550℃を超える温度域において安定した耐熱性を確保する上では、これらの元素の合計含有量を0.11%以上とすることが好ましい。

なお、本発明においては上記元素に加え、更に、熱間圧延時の加工性を向上すべく、Ca及び／またはMgを各々0.0003%以上0.030%以下、あるいは、鋼板の耐熱性、耐錆性および製造性の観点から、Hfや希土類元素（REM）を0.001%以上0.02%以下含有することも有効である。

本発明においては、鋼板の組成を上記の成分組成とその関係式に限定することにより、鋼板に所望の焼入性、耐熱性および耐食性を付与することが可能となる。それゆえ、本発明によれば、通常の焼入れ処理を施すことにより、優れた耐熱性および耐食性を有する上、焼入れ後の組織の75%以上がマルテンサイト相であり、焼入れ後の硬さが適正範囲（32〜40 HRC）である、ブレーキディスクに適した鋼板を得ることができる。

また、焼入れ前の鋼製素材には打ち抜き加工を施すため、ある程度軟質化する必要がある。軟質化のための焼鈍方法については後述するが、焼入れ前素材の硬度が95HRBを超えると硬質なため打ち抜き時に、素材に割れが生じやすくなる。一方、75HRB未満にまで軟質化すると、打ち抜き時に素材にダレが生じやすくなる。よって、焼入れ前の素材の良好な硬度は75〜95HRBである。同様の理由で、80〜90HRBがより好ましい範囲である。

次に、本発明のブレーキディスク用鋼板の製造方法について説明する。
鋼板の製造方法は特に限定する必要はなく、公知の方法を用いることができる。例えば、上記成分組成を有する鋼を、転炉や電気炉で溶製し、VODやAODで精錬した後、連続鋳造等で鋼塊とする。さらに、1050〜1250℃で加熱して熱間圧延を行い、所定の板厚の熱延鋼板とする。次いで、ブレーキディスク形状への加工を容易にすることを目的として、鋼板に軟化焼鈍を施し、鋼板の硬さを75〜95HRB、好ましくは80〜90HRBにする。軟化焼鈍条件としては、例えば箱型焼鈍炉・連続焼鈍炉等により650〜880℃で4時間以上保持した後、徐冷する等が挙げられる。これにより、マルテンサイト相は十分焼き戻され、フェライト相が生成し、炭窒化物等が粗大化するため、鋼板が軟質化する。また、必要に応じてレベラーなどによる形状矯正、研削や酸洗などによるスケール除去を行う。更に、冷間圧延を施した後、焼鈍、スケール除去等を行ってもよい。さらに必要に応じて、スキンパス圧延などの形状矯正を行ってもよい。以上のようにして、ブレーキディスク用鋼板を得る。

焼入れ前の鋼板の組織は、焼戻しマルテンサイト相、フェライト相、残留オーステナイト相および炭窒化物等などで形成される。各相の硬度は焼き戻し過程中に変化していくため、相分率から一義的に鋼板の硬度は規定されないが、少なくとも、フェライト相が面積率で75%以上であれば、他の相の合計が面積率で25%未満含んでいても焼入れ前の鋼板として良好な硬度が得られる。なお、焼入れ前の組織の観察は、後述の焼入れ性試験のマルテンサイトの面積率の測定方法に準拠して測定できる。

続いて、上記ブレーキディスク用鋼板を用いたブレーキディスクの製造方法について説明する。
上記ブレーキディスク用鋼板に、打ち抜き加工や切削加工を施してブレーキディスク形状に加工した後、焼入れ処理を施し、硬さを32〜40HRCの適正範囲内に収める。焼入れ処理は、一般的に実施されているように、900〜1300℃に加熱し、その最高到達温度で1秒〜30分程度保持した後、空冷以上の冷却速度で冷却することにより行う。なお、上記加熱温度を900〜1100℃とし、保持時間を10分以内とすることがより好ましい。焼入れの方法についても特に限定する必要はなく、所定温度の大気炉や雰囲気炉に挿入する方法、あるいは、短時間で昇温する高周波加熱炉を用いる方法など一般的な方法を用いることができる。冷却方法についても焼入れ後に所望の硬さ・組織が得られるのであれば方法を問わず、水冷、油冷、ガス冷却、空冷、あるいは形状矯正と冷却を兼ねた金型プレス（プレス焼入れ）による方法などを用いることができる。

表１に示す成分組成の鋼No.1〜32を、高周波溶解炉で溶解・鋳造し、厚さ170mmの鋼塊とした。この鋼塊に1150℃で30分以上の均熱処理を施した後、通常の方法で熱間圧延を施すことにより厚さ4〜6mmの熱延鋼板とした。次いで、700〜850℃の温度域で8時間以上の焼鈍後、20℃/h以下の冷却速度で徐冷することにより、熱延焼鈍板を得た。

上記により得られた熱延焼鈍板を用いて、次の評価試験を行った。
（１）焼入れ性試験
上記熱延焼鈍板から、20〜30mmの小片を切り出し、表２に示す条件で焼入れ処理を行い、サンプルNo.1〜32の焼入れ試料を作製した。ここで、焼入れ処理条件は、加熱温度を950〜1200℃とし、各々のサンプルについて設定された加熱温度±10℃での保持時間を1〜600秒とし、その後空冷する条件とした。焼入れ処理後の試料を研磨して表面のスケールを完全に除去した後、試料表面についてJIS Z 2245の規定に準拠し、ロックウェル硬度計を用いてCスケールの硬さ測定を行った。測定値が32〜40HRCであれば、焼入れ処理後の硬さが良好であるものと評価した。なお、極めて良好な範囲は33〜38HRCである。また、上記焼入れ処理後の試料について、マルテンサイト量（面積率）(%)を測定した。マルテンサイト量（面積率）の測定は、試料断面を研磨、村上試薬で腐食した後、画像解析により行った。１サンプルについて5点測定を行い、平均値をそのサンプルのマルテンサイト量（面積率）とした。

（２）耐熱性試験
上記の焼入れ試料について、更に表２に示す条件で焼戻し処理を行い、サンプルNo.1〜32の焼戻し試料を作製した。焼戻し条件は、加熱温度を550℃とし、この加熱温度における保持時間を60分および240分とし、その後空冷する条件とした。焼戻し処理後の試料を研磨して表面のスケールを完全に除去した後、試料表面について上記（１）の焼入れ性試験と同様にしてロックウェル硬さ測定を行った。60分保持後の試料では、測定値が30〜40HRCであれば、耐熱性が良好であるものと評価した。また、240分保持後の試料では、測定値が28〜40HRCであれば、耐熱性が良好であるものと評価した。なお、極めて良好な範囲は30〜38HRCである。

（３）耐食性試験
上記熱延焼鈍板から、70×120mmの試料を採取し、表２に示す条件で焼入れ処理を行った後の試料、および、焼入れ処理に続き表２に示す条件で焼戻し処理を行った後の試料について、表面を#600の研磨紙で湿式研磨し、JIS Z 2371の規定に準拠した条件で48時間の塩水噴霧試験（SST試験）を行った。各試料について、幅が0.5mm以上の発錆点の数を目視で測定し、発錆点0〜1個を「○」、2〜4個を「△」、5個以上を「×」として評価した。

以上の評価結果を表２に示す。発明例のサンプルNo.1〜12，29，30は、焼入れ処理後の硬さが何れも32HRC以上であった。更に、発明例のサンプルNo.1〜12，29，30に関しては、550℃で60分保持する焼戻し処理後の硬さが何れも30HRC以上であり、550℃で240分保持する焼戻し処理後も28HRC以上の硬さを維持しており、良好な耐熱性を示した。一方、比較例のサンプルNo.13〜28，31，32は、焼入れ処理後の硬さ、焼戻し処理後の硬さ、耐食性の何れかが劣り、本発明の目的とする特性を満足しなかった。

ブレーキディスク素材として用いた場合において、長時間使用しても安定した耐食性と耐熱性（耐熱安定性）を有する鋼板、および、該鋼板より製造されたブレーキディスクを提供する。

Claims

質量%で、
C：0.02%以上0.10%未満、
Si：0.6%以下、
Mn：0.5%超え2.0%以下、
P：0.06%以下、
S：0.01%以下、
Al：0.05%以下、
Cr：11.0%以上13.5%以下、
Ni：0.01%以上0.30%以下、
Nb：0.10%以上0.60%以下、
N：0.03%以上0.10%未満、および
B：0.0010%超え0.0060%以下
を含有し、更に下記(1)〜(3)式を満足し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有し、焼入れ後の硬さがHRC（ロックウェル硬さのＣスケール）で32HRC以上40HRC以下であることを特徴とするブレーキディスク用鋼板。
記
420C+470N+23Ni+9Cu+7Mn-11.5Cr-11.5Si-12Mo-47Nb-52Al-49Ti-23V+189≧85・・・・(1)
0.04≦C+N-13(Nb/93+Ti/48+Zr/91+V/51)-14B/11≦0.09・・・・・(2)
C-12(Nb/93+Ti/48+Zr/91+V/51+Mo/96+Ta/181+W/184)≦0.045・・・・・(3)
ただし、上記(1)〜(3)式中の各元素記号は、鋼板に含有される各元素の質量%を表す。
更に
Co：0.01%以上0.10%以下、
Cu：0.01%以上0.30%以下、
V：0.01%以上0.15%未満、
Mo：0.01%以上0.10%以下、
Ti：0.01%以上0.10%以下、
Zr：0.01%以上0.10%以下、
Ta：0.01%以上0.10%以下、および
W：0.01%以上0.10%以下
の中から選択される一種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載のブレーキディスク用鋼板。
焼入れ後の組織の面積率で75%以上がマルテンサイト組織であることを特徴とする請求項１または２に記載のブレーキディスク用鋼板。
550℃で240分の焼戻し処理を施した後の硬さが、HRC（ロックウェル硬さのＣスケール）で28HRC以上40HRC以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載のブレーキディスク用鋼板。
焼入れ前の硬度がHRB（ロックウェル硬さのBスケール）で75HRB以上95HRB以下である請求項１〜４のいずれか１項に記載のブレーキディスク用鋼板。
Bの含有量が、0.0016%以上0.0060%以下である請求項１〜５のいずれか１項に記載のブレーキディスク用鋼板。
請求項１〜６のいずれか１項に記載のブレーキディスク用鋼板を使用したブレーキディスク。