JP4962294B2 - Steel material for brake disc and brake disc - Google Patents

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Description

本発明は、ブレーキディスク用鋼材およびブレーキディスクに関する。詳しくは、自動車や鉄道車両などのディスクブレーキ装置に使用することができる耐亀裂性と耐摩耗性に優れたブレーキディスクおよびそのブレーキディスクの素材として用いるのに好適な焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材に関し、さらに詳しくは、耐亀裂性と耐摩耗性に優れ、250km/h以上の高速走行時の速度制御に好適なブレーキディスクおよびそのブレーキディスクの素材として用いる焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材に関する。   The present invention relates to a steel material for a brake disc and a brake disc. Specifically, for brake discs that are excellent in crack resistance and wear resistance that can be used in disc brake devices such as automobiles and railway vehicles, and for hardened and tempered brake discs that are suitable for use as materials for the brake discs More specifically, steel materials are excellent in crack resistance and wear resistance, and are suitable for speed control at high speeds of 250 km / h or higher, and hardened and tempered steel materials for brake discs used as materials for the brake discs. About.

自動車や鉄道車両などのディスクブレーキ装置は、ブレーキディスクにパッドやライニングと称する摩擦材を圧着させて車輪の回転制動を行う装置である。   A disk brake device such as an automobile or a railway vehicle is a device that performs rotational braking of a wheel by pressing a friction material called a pad or a lining on the brake disk.

ディスクブレーキ装置を構成するブレーキディスクの素材としては、従来一般に自動車用にはJIS G 5501(1995)で規定されたFC250などの鋳鉄が用いられてきた。   As a material of a brake disk constituting the disk brake device, cast iron such as FC250 defined in JIS G 5501 (1995) has been conventionally used for automobiles.

しかし、鋳鉄製のブレーキディスクは、鋳鉄に含まれる黒鉛が潤滑作用をもたらし耐摩耗性に優れる一方で、上記黒鉛が熱亀裂発生の起点となるため耐亀裂性に劣り寿命が短いものである。   However, cast iron brake discs have excellent wear resistance due to the lubricating action of graphite contained in cast iron, while the graphite has a poor crack resistance and a short life because the above-mentioned graphite is the starting point for the occurrence of thermal cracks.

このため、特許文献1に「耐割損性にすぐれたブレーキディスク用鋼」が、また、特許文献2および特許文献3に「ディスクブレーキロータ用鋼」が、さらに特許文献4に「ブレーキディスク用鋼及びディスクブレーキ装置」が提案されている。   For this reason, Patent Document 1 discloses “brake disc steel excellent in breakage resistance”, Patent Document 2 and Patent Document 3 disclose “disc brake rotor steel”, and Patent Document 4 discloses “brake disc steel”. Steel and disc brake devices have been proposed.

特開昭56−44756号公報Japanese Patent Laid-Open No. 56-44756 特開昭60−52561号公報JP-A-60-52561 特開昭60−52562号公報JP 60-52562 A 特開2005−36312号公報JP-A-2005-36312

本発明の目的は、車両速度が大きくなった場合、特に、250km/h以上で高速走行するような場合でも、耐亀裂性と耐摩耗性に優れるためディスクブレーキ装置に使用することができるブレーキディスクおよびそのブレーキディスクの素材として用いるのに好適な焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材を提供することである。   An object of the present invention is to provide a brake disc that can be used in a disc brake device because it has excellent crack resistance and wear resistance even when the vehicle speed increases, particularly when traveling at a high speed of 250 km / h or higher. It is another object of the present invention to provide a hardened and tempered steel material for a brake disc suitable for use as a material for the brake disc.

なお、本発明における耐摩耗性の具体的な目標は、後述の実施例で示すピン試験片に銅系焼結材料を用いたいわゆる「ピンオンディスク摩耗試験」でのディスクの摩耗量が250mm3を下回ることである。 The specific target of wear resistance in the present invention is that the amount of wear of the disk in a so-called “pin-on-disk wear test” using a copper-based sintered material for the pin test piece shown in the examples described later is 250 mm 3. Is below.

また、本発明における耐亀裂性の具体的な目標は、後述の実施例で示す直径が800mmで厚さが20mmの新幹線用ブレーキディスク形状に仕上げ加工した後、摩擦材としての銅系焼結材料との組み合わせで、時速300kmからブレーキを1000回掛けた際に、亀裂が発生しないことである。   Further, a specific target of crack resistance in the present invention is a copper-based sintered material as a friction material after finishing into a shape of a brake disc for a Shinkansen with a diameter of 800 mm and a thickness of 20 mm, which will be described later in the examples. In combination, the crack does not occur when the brake is applied 1000 times from 300 km / h.

前述の特許文献1〜3で提案された鋼は、車両のブレーキディスクに適用されているが、最近の250km/h以上という高速走行時の速度制御の場合はもちろんのこと、200km/h走行時における速度制御の場合にも、寿命が低下する場合があることが想定される。   The steels proposed in the above-mentioned patent documents 1 to 3 are applied to a brake disc of a vehicle. Of course, in the case of speed control at a high speed of more than 250 km / h recently, at the time of 200 km / h Also in the case of speed control at, it is assumed that the life may be reduced.

特許文献4で提案された鋼は、250km/hの高速走行の場合の速度制御には極めて有効であるが、最近の250km/h以上の高速走行時の速度制御、特に、300km/hという超高速走行時の速度制御の場合には、十分に余裕を持った寿命を確保できない可能性があることも想定される。   The steel proposed in Patent Document 4 is extremely effective for speed control in the case of high speed running at 250 km / h. However, the speed control at the time of recent high speed running of 250 km / h or more, particularly, super high speed of 300 km / h. In the case of speed control during high-speed running, it is assumed that there is a possibility that a sufficiently long life cannot be secured.

したがって、産業界からは、寿命を向上させるために、耐摩耗性と耐亀裂性、なかでも耐亀裂性を一層向上させることができる鋼の開発が望まれている。   Therefore, in order to improve the life, the industry has demanded the development of steel that can further improve wear resistance and crack resistance, in particular, crack resistance.

本発明者らは、このような要望に応えるために、ディスクブレーキ装置のブレーキディスクに用いる鋼の化学組成を種々変えるとともに、摩擦材の材質に銅系焼結材料を用いて検討を行った。その結果、先ず、下記(a)の知見を得た。   In order to meet such a demand, the present inventors made various studies on the chemical composition of steel used for the brake disc of the disc brake device, and studied using a copper-based sintered material as the friction material. As a result, first, the following knowledge (a) was obtained.

(a)250km/h以上の高速走行時の速度制御、特に、300km/hという超高速走行時の速度制御の場合には、銅系焼結材料とブレーキディスクとの摺動によって、ブレーキディスクの表面の温度は900℃以上という高温に達する。そして、この900℃以上という高温からの冷却でマルテンサイトが生成しやすい場合に、亀裂が生じやすくなる。   (A) In the case of speed control at a high speed of 250 km / h or more, particularly in the case of speed control at a super-high speed of 300 km / h, the brake disc is slid by sliding between the copper-based sintered material and the brake disc. The surface temperature reaches as high as 900 ° C. or higher. And when martensite is easy to produce | generate by cooling from this high temperature of 900 degreeC or more, it becomes easy to produce a crack.

そこでさらに検討を加えたところ、下記(b)〜(f)の知見が得られた。   Therefore, further studies were made, and the following findings (b) to (f) were obtained.

(b)ブレーキディスクの素材となる鋼のAc3変態点を高めれば、ブレーキディスク表面の温度が900℃以上という高温に達した場合でも冷却の際のマルテンサイトの生成を抑止することができ、特に、鋼のAc3変態点が850℃を超えれば、亀裂が発生しにくくなる。 (B) If the Ac 3 transformation point of the steel that is the material of the brake disc is increased, the formation of martensite during cooling can be suppressed even when the temperature of the brake disc surface reaches a high temperature of 900 ° C. or higher. In particular, if the Ac 3 transformation point of steel exceeds 850 ° C., cracks are unlikely to occur.

(c)成分コストの上昇を抑えて鋼のAc3変態点が850℃を超えるようにするためには、Siの含有量を増やすことが有効である。 (C) Increasing the content of Si is effective in order to suppress the increase in component cost and to make the Ac 3 transformation point of steel exceed 850 ° C.

(d)Si含有量の上昇に伴って一般に靱性が低下する。しかしながら、焼入れ時に350〜250℃の温度域における冷却速度を大きくして焼入れすれば、焼戻し後に良好な靱性を確保することができる。   (D) Toughness generally decreases with increasing Si content. However, if the quenching is performed by increasing the cooling rate in the temperature range of 350 to 250 ° C. during quenching, good toughness can be ensured after tempering.

(e)ブレーキディスクの前記亀裂の発生に対して、未使用状態におけるブレーキディスクのオーステナイト粒度番号と破壊靱性値、換言すれば、所定のブレーキディスク粗形状に熱間鍛造された後、「焼入れ−焼戻し」の熱処理が施された状態でのオーステナイト粒度番号と破壊靱性値が影響を及ぼす。そして、鋼のAc3変態点が850℃を超え、しかも、上記焼入れ・焼戻しされた状態で、オーステナイト粒度番号が6.0以上、かつ破壊靱性値が130MPa・m1/2以上であれば、ブレーキディスク表面の温度が900℃以上という高温に達した場合でも、前述した本発明における耐亀裂性の具体的な目標を達成することができる。 (E) With respect to the occurrence of cracks in the brake disk, the austenite grain number and fracture toughness value of the brake disk in an unused state, in other words, after hot forging into a predetermined brake disk rough shape, The austenite grain size number and fracture toughness value in the state where the heat treatment of “tempering” has been performed have an influence. And, if the Ac 3 transformation point of the steel exceeds 850 ° C., and is in the quenched and tempered state, the austenite grain size number is 6.0 or more and the fracture toughness value is 130 MPa · m 1/2 or more, Even when the temperature of the surface of the brake disk reaches a high temperature of 900 ° C. or higher, the above-described specific target of crack resistance in the present invention can be achieved.

(f)「fn1=15C+10Cr+6Mo+200V−35」の式で表されるfn1の値が0以上を満たす場合に高温での優れた耐摩耗性が確保できる。   (F) When the value of fn1 represented by the formula “fn1 = 15C + 10Cr + 6Mo + 200V−35” satisfies 0 or more, excellent wear resistance at high temperatures can be secured.

本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものである。   The present invention has been completed based on the above findings.

本発明の要旨は、下記(1)および(2)に示す焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材、ならびに(3)に示すブレーキディスクにある。   The gist of the present invention resides in the hardened and tempered steel material for brake discs shown in the following (1) and (2), and the brake disc shown in (3).

(1)質量%で、C:0.1〜0.6%、Si:1.2%を超えて2.0%以下、Mn:0.2〜2.0%、Ni:0.8〜3.0%、Cr:1.0〜5.0%、Mo:0.5〜2.0%、V:0.05〜0.5%、Al:0.001〜0.10%およびN:0.0015〜0.020%を含有し、残部はFeおよび不純物の化学組成からなり、Ac3変態点が850℃を超え、しかも、オーステナイト粒度番号が6.0以上で、かつ130MPa・m1/2以上の破壊靱性値を有することを特徴とする焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材。 (1) By mass%, C: 0.1 to 0.6%, Si: more than 1.2% and 2.0% or less, Mn: 0.2 to 2.0%, Ni: 0.8 to 3.0%, Cr: 1.0-5.0%, Mo: 0.5-2.0%, V: 0.05-0.5%, Al: 0.001-0.10% and N : 0.0015 to 0.020%, the balance is made of a chemical composition of Fe and impurities, the Ac 3 transformation point exceeds 850 ° C., the austenite grain size number is 6.0 or more, and 130 MPa · m Quenched and tempered steel material for brake disks, characterized by having a fracture toughness value of 1/2 or more.

(2)下記(1)式で表されるfn1の値が0以上である化学組成からなることを特徴とする上記(1)に記載の焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材。
fn1=15C+10Cr+6Mo+200V−35・・・・・(1)。
但し、(1)式中の元素記号は、その元素の質量%での鋼中含有量を表す。
(2) The steel material for a brake disc that has been quenched and tempered according to (1) above, having a chemical composition in which a value of fn1 represented by the following formula (1) is 0 or more.
fn1 = 15C + 10Cr + 6Mo + 200V−35 (1).
However, the element symbol in the formula (1) represents the content in steel in mass% of the element.

(3)上記(1)または(2)に記載のブレーキディスク用鋼材を素材とすることを特徴とするブレーキディスク。   (3) A brake disc characterized by using the steel material for a brake disc as described in (1) or (2) above.

以下、上記(1)および(2)の焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材に係る発明、ならびに(3)のブレーキディスクに係る発明を、それぞれ「本発明(1)」〜「本発明(3)」という。また、総称して「本発明」ということがある。   Hereinafter, the invention relating to the steel material for a brake disc which has been quenched and tempered (1) and (2) and the invention relating to the brake disc of (3) are referred to as “present invention (1)” to “present invention (3), respectively. ) ". Also, it may be collectively referred to as “the present invention”.

なお、「焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材」とは、「ブレーキディスク」の素材となるものであって、所定のブレーキディスク粗形状に熱間鍛造された後、「焼入れ−焼戻し」の熱処理が施されたものを指す。   The “quenched and tempered steel material for brake discs” is a material for “brake discs”, and after hot forging into a predetermined brake disc rough shape, heat treatment of “quenching-tempering” Refers to those marked with

オーステナイト粒度番号は、JIS G 0551(2005)に記載の「鋼−結晶粒度の顕微鏡試験方法」によって測定した値を指す。   The austenite grain size number refers to a value measured by “a steel-crystal grain size microscopic test method” described in JIS G 0551 (2005).

また、破壊靱性値は、いわゆる「CT試験片」を用いてJIS G 0564(1999)に記載の方法で室温で行った破壊靱性試験によって測定した値を指す。   The fracture toughness value refers to a value measured by a fracture toughness test performed at room temperature by a method described in JIS G 0564 (1999) using a so-called “CT test piece”.

本発明のブレーキディスクは、耐摩耗性と耐亀裂性に優れるので、車両速度が大きくなって250km/h以上で高速走行するような場合のディスクブレーキ装置に使用することができる。また、本発明の焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材は、上記ブレーキディスクの廉価な素材として用いるのに好適である。   Since the brake disc of the present invention is excellent in wear resistance and crack resistance, it can be used in a disc brake device when the vehicle speed increases and the vehicle runs at a high speed of 250 km / h or higher. Further, the steel material for a brake disc that has been quenched and tempered according to the present invention is suitable for use as an inexpensive material for the brake disc.

以下、本発明の各要件について詳しく説明する。なお、各元素の含有量の「%」表示は「質量%」を意味する。   Hereinafter, each requirement of the present invention will be described in detail. In addition, "%" display of the content of each element means "mass%".

(A)焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材の化学組成
C:0.1〜0.6%
Cは、鋼の焼入れ性を高めて靱性を向上させるとともに、焼戻し時に炭窒化物として2次析出して高温強度を向上させる作用を有する。しかしながら、その含有量が0.1%未満では添加効果に乏しい。一方、0.6%を超えて含有させると、却って靱性の低下を引き起こす。したがって、Cの含有量を0.1〜0.6%とした。なお、望ましいC含有量の範囲は、0.15〜0.3%である。
(A) Chemical composition of quenched and tempered steel for brake disc C: 0.1 to 0.6%
C enhances the hardenability of the steel to improve toughness, and has the effect of improving the high temperature strength by secondary precipitation as carbonitride during tempering. However, if the content is less than 0.1%, the effect of addition is poor. On the other hand, if it exceeds 0.6%, it causes a decrease in toughness. Therefore, the content of C is set to 0.1 to 0.6%. In addition, the range of desirable C content is 0.15-0.3%.

Si:1.2%を超えて2.0%以下
Siには、鋼のAc3変態点を上昇させる作用があり、特に、Siの含有量が1.2%を超えると、鋼のAc3変態点が850℃を超えるようになって、ブレーキディスク表面の温度が900℃以上という高温に達した場合でも冷却の際のマルテンサイトの生成を抑止することができるため、ブレーキディスクにおける亀裂の発生を防止することができる。しかも、マルテンサイトの生成抑止は、ブレーキディスクの素材であるブレーキディスク用鋼材を焼入れする際の焼割れ発生の防止や、焼戻し後の引張応力の低減にも有効である。しかしながら、Siの含有量が2.0%を超えると、靱性および高温強度の低下をきたすので、ブレーキディスクの耐亀裂性が低下する。したがって、Siの含有量を1.2%を超えて2.0%以下とした。なお、望ましいSi含有量の範囲は、1.3〜1.7%である。
Si: More than 1.2% and not more than 2.0% Si has an effect of increasing the Ac 3 transformation point of steel. In particular, when the Si content exceeds 1.2%, the Ac 3 of the steel is increased. Since the transformation point exceeds 850 ° C. and the temperature of the brake disc surface reaches a high temperature of 900 ° C. or higher, the formation of martensite during cooling can be suppressed, so cracks occur in the brake disc. Can be prevented. In addition, the suppression of martensite generation is also effective in preventing the occurrence of tempering cracks when quenching the brake disc steel, which is the material of the brake disc, and reducing the tensile stress after tempering. However, if the Si content exceeds 2.0%, the toughness and high-temperature strength are lowered, so the crack resistance of the brake disk is lowered. Therefore, the Si content is more than 1.2% and not more than 2.0%. In addition, the range of desirable Si content is 1.3 to 1.7%.

Mn:0.2〜2.0%
Mnは、鋼の焼入れ性を向上させて靱性を高めるのに有効な元素である。しかしながら、その含有量が0.2%未満では添加効果が得られず、2.0%を超えると偏析を生じて靱性および強度の低下を招く。したがって、Mnの含有量を0.2〜2.0%とした。なお、望ましいMn含有量の範囲は、0.5〜1.0%である。
Mn: 0.2 to 2.0%
Mn is an element effective in improving the hardenability of steel and increasing toughness. However, if the content is less than 0.2%, the effect of addition cannot be obtained, and if it exceeds 2.0%, segregation occurs and the toughness and strength are reduced. Therefore, the Mn content is set to 0.2 to 2.0%. In addition, the range of desirable Mn content is 0.5 to 1.0%.

Ni:0.8〜3.0%
NiもMnと同様に鋼の焼入れ性を向上させて靱性を改善するのに有効な元素である。しかしながら、Niの含有量が0.8%未満では添加効果に乏しい。一方、その含有量が3.0%を超えると、変態点を下げて高温強度の低下を招く。したがって、Niの含有量を0.8〜3.0%とした。なお、望ましいNi含有量の範囲は、1.0〜1.5%である。
Ni: 0.8-3.0%
Ni, like Mn, is an element effective for improving the hardenability of steel and improving toughness. However, if the Ni content is less than 0.8%, the effect of addition is poor. On the other hand, when the content exceeds 3.0%, the transformation point is lowered and the high temperature strength is lowered. Therefore, the Ni content is set to 0.8 to 3.0%. In addition, the range of desirable Ni content is 1.0 to 1.5%.

Cr:1.0〜5.0%、
Crは、靱性および耐摩耗性の向上に有効な元素である。しかしながら、その含有量が1.0%未満では十分な効果が得られず、逆に含有量が多すぎて5.0%を超えると、却って靱性の低下をきたし、さらに、高温強度の低下も招くようになる。したがって、Crの含有量を1.0〜5.0%とした。なお、望ましいCr含有量の範囲は、1.3〜1.7%である。
Cr: 1.0-5.0%,
Cr is an element effective for improving toughness and wear resistance. However, if the content is less than 1.0%, a sufficient effect cannot be obtained. Conversely, if the content is too much and exceeds 5.0%, the toughness is decreased, and the high temperature strength is also decreased. Will be invited. Therefore, the Cr content is set to 1.0 to 5.0%. In addition, the range of desirable Cr content is 1.3 to 1.7%.

Mo:0.5〜2.0%
Moは、鋼の焼入れ性を高めるとともに焼戻し軟化抵抗を増大させて、靱性および高温強度を高める作用を有する。さらに、Moの炭化物は耐摩耗性を向上させるのに有効である。しかしながら、Moの含有量が0.5%未満では前記の効果が得られない。一方、Moの含有量が2.0%を超えると却って靱性の低下をきたす。したがって、Moの含有量を0.5〜2.0%とした。なお、好ましいMo含有量の範囲は、0.5〜1.0%である。
Mo: 0.5-2.0%
Mo has the effect of increasing the toughness and high temperature strength by increasing the hardenability of the steel and increasing the temper softening resistance. Furthermore, the carbide of Mo is effective in improving the wear resistance. However, if the Mo content is less than 0.5%, the above effect cannot be obtained. On the other hand, if the Mo content exceeds 2.0%, the toughness is lowered. Therefore, the Mo content is set to 0.5 to 2.0%. In addition, the range of preferable Mo content is 0.5 to 1.0%.

V:0.05〜0.5%
Vは、高温強度および耐摩耗性の向上に有効な元素である。Vには、Nと結びついて窒化物を形成し、焼入れ時の結晶粒の粗大化を防ぐ作用もある。しかしながら、Vの含有量が0.05%未満では、これらの効果が得られない。一方、Vの含有量が多くなると靱性が低下し、特に、0.5%を超えると靱性の低下が著しくなる。したがって、Vの含有量を0.05〜0.5%とした。なお、好ましいV含有量の範囲は、0.1〜0.3%である。
V: 0.05-0.5%
V is an element effective for improving high-temperature strength and wear resistance. V also has a function of forming a nitride in combination with N and preventing coarsening of crystal grains during quenching. However, when the V content is less than 0.05%, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the content of V increases, the toughness decreases, and if it exceeds 0.5%, the toughness decreases remarkably. Therefore, the content of V is set to 0.05 to 0.5%. In addition, the range of preferable V content is 0.1 to 0.3%.

Al:0.001〜0.10%
Alは、鋼の脱酸の安定化および均質化を図るのに有効な元素である。Alには、Nと結びついてAlNを形成し、焼入れ時の結晶粒の粗大化を防ぐ作用もある。しかしながら、Alの含有量が0.001%未満では、これらの効果が得られない。一方、Alの含有量が0.10%を超えると、靱性の低下をきたし、また、鋼の地きずの原因となる。したがって、Alの含有量を0.001〜0.10%とした。なお、望ましいAl含有量の範囲は、0.01〜0.08%である。
Al: 0.001 to 0.10%
Al is an effective element for stabilizing and homogenizing deoxidation of steel. Al also has an effect of forming AlN in combination with N and preventing coarsening of crystal grains during quenching. However, when the Al content is less than 0.001%, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the Al content exceeds 0.10%, the toughness is lowered, and it becomes a cause of steel flaws. Therefore, the content of Al is set to 0.001 to 0.10%. In addition, the range of desirable Al content is 0.01 to 0.08%.

N:0.0015〜0.020%
Nは、AlやVと結びついて窒化物を形成し、焼入れ時の結晶粒の粗大化を防ぐ効果を有する。しかしながら、Nの含有量が0.0015%未満では、前記の効果が得られない。一方、Nの含有量が多くなって0.020%を超えると、窒化物の量が増加しすぎて靱性の低下を引き起こす。したがって、Nの含有量を0.0015〜0.020%とした。なお、望ましいN含有量の範囲は、0.0020〜0.010%である。
N: 0.0015 to 0.020%
N combines with Al and V to form a nitride, and has an effect of preventing coarsening of crystal grains during quenching. However, if the N content is less than 0.0015%, the above-described effects cannot be obtained. On the other hand, if the content of N increases and exceeds 0.020%, the amount of nitride increases too much, causing a decrease in toughness. Therefore, the N content is set to 0.0015 to 0.020%. In addition, the range of desirable N content is 0.0020 to 0.010%.

上記の理由から、本発明(1)に係る焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材は、上述した範囲のCからNまでの元素を含有し、残部はFeおよび不純物の化学組成からなることと規定した。   For the reasons described above, the steel material for a brake disc that has been quenched and tempered according to the present invention (1) contains elements from C to N within the above-mentioned range, and the balance is made up of a chemical composition of Fe and impurities. did.

なお、本発明(1)に係る焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材は、前記(1)式で表されるfn1の値、つまり、〔15C+10Cr+6Mo+200V−35〕の値が0以上の場合に、Cr炭化物、Mo炭化物およびV炭化物の存在割合が適正化されて、より一層高温での良好な耐摩耗性が確保される。   In addition, the steel material for brake discs quenched and tempered according to the present invention (1) is obtained when the value of fn1 represented by the above formula (1), that is, the value of [15C + 10Cr + 6Mo + 200V−35] is 0 or more. The abundance ratio of carbide, Mo carbide and V carbide is optimized, and good wear resistance at higher temperatures is ensured.

fn1の値の最大値は、C、Cr、MoおよびVの含有量がそれぞれ、前記した上限値である0.6%、5.0%、2.0%および0.5%の場合の136であってもよい。しかしながら、良好な靱性を確保するためには、fn1の値は10以下とすることが好ましい。   The maximum value of fn1 is 136 when the contents of C, Cr, Mo, and V are 0.6%, 5.0%, 2.0%, and 0.5%, which are the above-described upper limit values, respectively. It may be. However, in order to ensure good toughness, the value of fn1 is preferably 10 or less.

上記の理由から、本発明(2)に係る焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材は、前記本発明(1)に係る焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材のうちで、(1)式で表されるfn1の値が0以上であることと規定した。   For the above reason, the steel material for brake discs according to the present invention (2) is the steel material for brake discs according to the present invention (1), and is represented by the formula (1). The value of fn1 is defined to be 0 or more.

なお、本発明に係る焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材における不純物中のPおよびSの含有量はそれぞれ次のようにすることが好ましい。   In addition, it is preferable that the contents of P and S in the impurities in the quenched and tempered steel for brake disc according to the present invention are as follows.

P:0.03%以下
不純物としてのPは含有量が多いと偏析が大きくなって、靱性や耐亀裂性の低下をきたし、特に、その含有量が0.03%を超えると靱性や耐亀裂性の低下が著しくなる。したがって、Pの含有量は0.03%以下とするのがよく、低ければ低いほどよい。
P: 0.03% or less P as an impurity increases segregation when the content is large, resulting in a decrease in toughness and crack resistance. In particular, when the content exceeds 0.03%, toughness and crack resistance are increased. The fall of the property becomes remarkable. Therefore, the P content is preferably 0.03% or less, and the lower the better.

S:0.03%以下
不純物としてのSは靱性を低下させ、特に、その含有量が0.03%を超えると靱性の低下が著しくなる。したがって、Sの含有量は0.03%以下とするのがよく、低ければ低いほどよい。
S: 0.03% or less S as an impurity reduces toughness, and particularly when its content exceeds 0.03%, the toughness is significantly reduced. Therefore, the S content is preferably 0.03% or less, and the lower the better.

(B)焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材のAc3変態点
焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材のAc3変態点は850℃を超えることが必要である。これは、Ac3変態点が850℃以下の場合には、摩擦材との摺動によってブレーキディスク表面の温度が900℃以上という高温に達すると、その後の冷却過程でマルテンサイトの生成が容易になって、ブレーキディスクに亀裂が発生することを避けられないからである。
(B) Ac 3 transformation point hardening and tempered Ac 3 transformation point of the steel material for brake discs of steel for quenching and tempered brake disk is required to exceed 850 ° C.. This is because when the Ac 3 transformation point is 850 ° C. or lower, when the temperature of the brake disk surface reaches 900 ° C. or higher due to sliding with the friction material, martensite is easily generated in the subsequent cooling process. This is because it is inevitable that the brake disc will crack.

したがって、本発明に係る焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材のAc3変態点は、850℃を超えることと規定した。 Therefore, the Ac 3 transformation point of the quenched and tempered steel material for brake disks according to the present invention is defined to exceed 850 ° C.

(C)焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材のオーステナイト粒度番号
焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材のオーステナイト粒度番号、換言すれば、未使用状態におけるブレーキディスクのオーステナイト粒度番号は、6.0以上でなければならない。これは、オーステナイト粒度番号が6.0未満の場合には、摩擦材との摺動によってブレーキディスク表面の温度が900℃以上の高温になると、本発明における耐亀裂性の目標、すなわち、後述の実施例で示す直径が800mmで厚さが20mmの新幹線用ブレーキディスク形状に仕上げ加工した後、摩擦材としての銅系焼結材料との組み合わせで、時速300kmからブレーキを1000回掛けた際に、亀裂が発生しないことという目標を達成できないからである。
(C) Austenite grain number of quenched and tempered steel for brake discs Austenite grain number of quenched and tempered steel for brake discs, in other words, the austenite grain number of brake discs in an unused state is 6.0 or more Must. This is because when the austenite grain size number is less than 6.0, when the temperature of the brake disc surface becomes a high temperature of 900 ° C. or higher due to sliding with the friction material, the target of crack resistance in the present invention, that is, described later. After finishing into a brake disc shape for Shinkansen with a diameter of 800 mm and a thickness of 20 mm shown in the examples, in combination with a copper-based sintered material as a friction material, when the brake was applied 1000 times per hour from 300 km, This is because the goal of not generating cracks cannot be achieved.

したがって、本発明に係る焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材のオーステナイト粒度番号は6.0以上と規定した。上記のオーステナイト粒度番号は7.0以上であることが望ましい。   Therefore, the austenite grain size number of the steel for brake discs quenched and tempered according to the present invention is defined to be 6.0 or more. The austenite grain size number is preferably 7.0 or more.

なお、既に述べたように、上記のオーステナイト粒度番号とは、JIS G 0551(2005)に記載の「鋼−結晶粒度の顕微鏡試験方法」によって測定した値を指す。   As described above, the austenite grain size number refers to a value measured by the “steel-crystal grain size microscopic test method” described in JIS G 0551 (2005).

前記(A)項に述べた化学組成からなる鋼の場合には、例えば、870〜930℃に加熱してから焼入れすれば、そのオーステナイト粒度番号を6.0以上にすることができる。   In the case of steel having the chemical composition described in the item (A), the austenite grain size number can be made 6.0 or more by, for example, heating to 870 to 930 ° C. and then quenching.

(D)焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材の破壊靱性値
焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材の破壊靱性値、換言すれば、未使用状態におけるブレーキディスクの破壊靱性値は、130MPa・m1/2以上でなければならない。これは、破壊靱性値が130MPa・m1/2未満の場合には、摩擦材との摺動によってブレーキディスク表面の温度が900℃以上の高温になると、本発明における耐亀裂性の目標、すなわち、後述の実施例で示す直径が800mmで厚さが20mmの新幹線用ブレーキディスク形状に仕上げ加工した後、摩擦材としての銅系焼結材料との組み合わせで、時速300kmからブレーキを1000回掛けた際に、亀裂が発生しないことという目標を達成できないからである。
(D) Fracture toughness value of quenched and tempered steel for brake discs Fracture toughness value of quenched and tempered steel for brake discs, in other words, fracture toughness value of brake discs in an unused state is 130 MPa · m 1 Must be greater than / 2 . This is because when the fracture toughness value is less than 130 MPa · m 1/2 , when the surface of the brake disk reaches a high temperature of 900 ° C. or higher due to sliding with the friction material, the target of crack resistance in the present invention, After finishing to a shape of a brake disc for Shinkansen with a diameter of 800 mm and a thickness of 20 mm as shown in the examples described later, the brake was applied 1000 times from 300 km / h in combination with a copper-based sintered material as a friction material. This is because the goal of not generating cracks cannot be achieved.

したがって、本発明に係る焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材の破壊靱性値は、130MPa・m1/2以上であることと規定した。上記の破壊靱性値は、140MPa・m1/2以上であることが望ましい。 Therefore, it was specified that the fracture toughness value of the steel material for brake discs quenched and tempered according to the present invention was 130 MPa · m 1/2 or more. The fracture toughness value is preferably 140 MPa · m 1/2 or more.

なお、既に述べたように、上記の破壊靱性値とは、いわゆる「CT試験片」を用いてJIS G 0564(1999)に記載の方法で室温で行った破壊靱性試験によって測定した値を指す。   In addition, as already stated, the above-mentioned fracture toughness value refers to a value measured by a fracture toughness test performed at room temperature by a method described in JIS G 0564 (1999) using a so-called “CT test piece”.

前記(A)項に述べた化学組成からなる鋼の場合、例えば、焼入れ時の350〜250℃の温度域における冷却速度が0.8℃/s以上となるようにして焼入れすれば、その破壊靱性値を130MPa・m1/2以上にすることができ、上記温度域における冷却速度が大きければ大きいほど破壊靱性値として高い値が得られる。 In the case of steel having the chemical composition described in the section (A), for example, if it is quenched so that the cooling rate in the temperature range of 350 to 250 ° C. during quenching is 0.8 ° C./s or more, the fracture The toughness value can be 130 MPa · m 1/2 or higher, and the higher the cooling rate in the temperature range, the higher the fracture toughness value.

なお、焼入れ時における上記350〜250℃の温度域での0.8℃/s以上の冷却速度は、例えば、前記(C)項で述べた870〜930℃に加熱した後、油温が85℃以下である油中に投入・攪拌する油焼入れを行ったり、水焼入れすることによって得ることができる。   The cooling rate of 0.8 ° C./s or higher in the temperature range of 350 to 250 ° C. during quenching is, for example, an oil temperature of 85 after heating to 870 to 930 ° C. described in the section (C). It can be obtained by performing oil quenching or water quenching in an oil having a temperature of ℃ or less.

(E)ブレーキディスクの構成
本発明(3)に係るブレーキディスクは、前記(A)項に述べた化学組成からなり、(B)〜(D)項で述べたAc3変態点、オーステナイト粒度番号および破壊靱性値を有する本発明(1)または本発明(2)に係るブレーキディスク用鋼材を素材とするものとする。
(E) Configuration of Brake Disc The brake disc according to the present invention (3) has the chemical composition described in the item (A), and has the Ac 3 transformation point and the austenite grain number described in the items (B) to (D). The steel material for brake discs according to the present invention (1) or the present invention (2) having a fracture toughness value is used as a raw material.

これは、その素材に前記本発明(1)または本発明(2)に係るブレーキディスク用鋼材を用いたブレーキディスクは、車両速度が大きくなって250km/h以上で高速走行するような場合であっても、耐摩耗性と耐亀裂性に優れるためである。   This is a case where the brake disc using the steel material for a brake disc according to the present invention (1) or the present invention (2) as a raw material increases in vehicle speed and travels at a high speed of 250 km / h or more. However, it is because it is excellent in abrasion resistance and crack resistance.

したがって、本発明(3)に係るブレーキディスクは、本発明(1)または本発明(2)に係るブレーキディスク用鋼材を素材とすることと規定した。   Therefore, the brake disc according to the present invention (3) is defined as being made of the steel material for a brake disc according to the present invention (1) or the present invention (2).

以下、実施例により本発明を更に詳しく説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

(実施例1)
表1に示す化学組成を有する鋼1〜9を電気炉を用いて溶製した。表1において、鋼1、鋼7および鋼8は、各成分元素の含有量が本発明で規定する範囲内にある本発明例の鋼である。一方、鋼2〜6および鋼9は、成分元素のいずれかの含有量が本発明の規定から外れた比較例の鋼である。なお、表1には前記の(1)式で表されるfn1の値も併せて示した。
Example 1
Steels 1 to 9 having chemical compositions shown in Table 1 were melted using an electric furnace. In Table 1, Steel 1, Steel 7, and Steel 8 are steels of the present invention examples in which the content of each component element is within the range defined by the present invention. On the other hand, Steels 2 to 6 and Steel 9 are steels of comparative examples in which the content of any of the constituent elements is out of the definition of the present invention. Table 1 also shows the value of fn1 represented by the above equation (1).

Figure 0004962294
Figure 0004962294

上記鋼1〜9の各鋼塊から、機械加工によって、直径が3mmで長さが10mmの変態点測定用試験片を作製し、フォーマスタ試験機によって上記の試験片を加熱して、各鋼のAc3変態点を測定した。 From each of the steel ingots of steels 1 to 9, a test piece for measuring the transformation point having a diameter of 3 mm and a length of 10 mm is prepared by machining, and the test piece is heated by a Formaster tester, The Ac 3 transformation point of was measured.

前記の表1に、各鋼のAc3変態点を併せて示す。また、図1に、C、Mn、Ni、Cr、MoおよびVの含有量が同じレベルの鋼1および鋼5〜9について、Ac3変態点とSi含有量の関係を整理して示す。 Table 1 also shows the Ac 3 transformation point of each steel. FIG. 1 shows the relationship between the Ac 3 transformation point and the Si content for Steel 1 and Steels 5 to 9 having the same C, Mn, Ni, Cr, Mo, and V contents.

図1から、他の成分元素の含有量が同じレベルの場合、Siの含有量を多くすれば鋼のAc3変態点を高くできることが明らかである。 From FIG. 1, it is clear that when the content of other constituent elements is the same level, the Ac 3 transformation point of the steel can be increased by increasing the Si content.

(実施例2)
実施例1で溶製した鋼1〜9の各々について、鋼塊の一部を分塊圧延し、次いで、1260℃に加熱してから熱間鍛造して、厚さが45〜100mmの鋼板を作製した。
(Example 2)
For each of the steels 1 to 9 melted in Example 1, a part of the steel ingot is rolled into pieces, then heated to 1260 ° C. and hot forged to obtain a steel plate having a thickness of 45 to 100 mm. Produced.

このようにして得た鋼板を、870〜1000℃に加熱してから油温が85℃以下の油中に投入・攪拌して油焼入れした。なお、各鋼板の板厚中央に熱電対を埋め込んで、焼入れ時の350〜250℃の温度域における冷却速度を測定した。   The steel plate thus obtained was heated to 870 to 1000 ° C., and then put into oil having an oil temperature of 85 ° C. or lower and stirred for oil quenching. In addition, the thermocouple was embedded in the plate | board thickness center of each steel plate, and the cooling rate in the 350-250 degreeC temperature range at the time of quenching was measured.

上記のようにして得た各鋼板から、小型の試料を切り出し、550℃に加熱・保持した後、大気中放冷して焼戻し処理を施した。次いで、鏡面研磨してからピクリン酸飽和水溶液で腐食し、JIS G 0551(2005)に記載の「鋼−結晶粒度の顕微鏡試験方法」に基づいてオーステナイト粒度番号を測定した。   A small sample was cut out from each steel plate obtained as described above, heated and held at 550 ° C., and then allowed to cool in the air and tempered. Next, after mirror polishing, the steel was corroded with a saturated aqueous solution of picric acid, and the austenite grain size number was measured based on the “steel-crystal grain size microscopic test method” described in JIS G 0551 (2005).

さらに、前記試料を切り出した鋼板の残部について、550〜650℃に加熱・保持した後、大気中放冷して焼戻し処理を施し、硬さをブリネル硬さ(HB硬さ)で280〜310に調整した。   Further, the remaining portion of the steel sheet from which the sample was cut was heated and held at 550 to 650 ° C., then allowed to cool in the atmosphere and tempered, and the hardness was adjusted to 280 to 310 in terms of Brinell hardness (HB hardness). It was adjusted.

なお、上記のHB硬さで280〜310という硬さは、新幹線等で用いられているブレーキディスクの硬さに対応するレベルである。   The above HB hardness of 280 to 310 is a level corresponding to the hardness of the brake disc used in the Shinkansen and the like.

上記のようにして得た焼入れ−焼戻し後の各鋼板から、いわゆる「CT試験片(コンパクト試験片)」を切り出して破壊靱性試験を行った。   A so-called “CT test piece (compact test piece)” was cut out from each steel plate after quenching and tempering obtained as described above, and a fracture toughness test was performed.

すなわち、厚さ20mmのT−ST方向の「CT試験片」を用いて、JIS G 0564(1999)に記載の方法で、室温で破壊靱性試験を行った。   That is, a fracture toughness test was performed at room temperature by a method described in JIS G 0564 (1999) using a “CT test piece” having a thickness of 20 mm in the T-ST direction.

また、いわゆる「ピンオンディスク摩耗試験」を行うために、焼入れ−焼戻した一部の鋼板から、直径が175mmで厚さが15mmのディスク試験片を切り出した。   Further, in order to perform a so-called “pin-on-disk wear test”, a disk specimen having a diameter of 175 mm and a thickness of 15 mm was cut out from a part of the quenched and tempered steel sheets.

なお、ピンオンディスク摩耗試験は、銅系焼結材料の直径が10mmで長さが25mmのピン試験片を、上記の直径が175mmで厚さが15mmのディスク試験片に押し付けて次に示す条件で実施し、試験前後のディスクの質量変化から摩耗量を求めた。   The pin-on-disk abrasion test is performed by pressing a copper-based sintered material having a diameter of 10 mm and a length of 25 mm against a disk test piece having a diameter of 175 mm and a thickness of 15 mm. The amount of wear was determined from the mass change of the disk before and after the test.

・押し付け圧:0.9MPa、
・ディスク回転速度:500rpm、
・摺動距離:105m、
・潤滑:無し。
・ Pressing pressure: 0.9 MPa,
-Disk rotation speed: 500 rpm,
・ Sliding distance: 10 5 m
・ Lubrication: None.

表2に、各鋼板の板厚、焼入れ時の加熱温度と350〜250℃の温度域における冷却速度、ならびにオーステナイト粒度番号、破壊靱性値およびピンオンディスク摩耗試験による摩耗量の調査結果をまとめて示す。   Table 2 summarizes the investigation results of the thickness of each steel sheet, the heating temperature during quenching and the cooling rate in the temperature range of 350 to 250 ° C., the austenite grain number, the fracture toughness value, and the wear amount by the pin-on-disk wear test. Show.

なお、表2の「摩耗量」欄における「−」は、ピンオンディスク摩耗試験を行わなかったことを意味する。   Note that “−” in the “Abrasion amount” column in Table 2 means that the pin-on-disk wear test was not performed.

また、図2に、鋼1を用いた試験番号1〜4について、350〜250℃の温度域における冷却速度と破壊靱性値の関係を整理して示す。さらに、図3に、350〜250℃の温度域における冷却速度が0.85℃/sである試験番号2および試験番号8〜12について、Si含有量と破壊靱性値の関係を整理して示す。   Moreover, in FIG. 2, about the test numbers 1-4 using the steel 1, the relationship between the cooling rate in the temperature range of 350-250 degreeC and a fracture toughness value is arranged and shown. Further, FIG. 3 shows the relationship between the Si content and the fracture toughness value for Test No. 2 and Test Nos. 8 to 12 where the cooling rate in the temperature range of 350 to 250 ° C. is 0.85 ° C./s. .

なお、図2および図3においては、上記の試験番号を「No.2」や「No.12」などと表記した。   2 and 3, the above test numbers are indicated as “No. 2”, “No. 12”, and the like.

Figure 0004962294
Figure 0004962294

表2ならびに図2および図3から、オーステナイト結晶粒度番号が同じレベルの場合には、焼入れ時に350〜250℃の温度域における冷却速度を大きくすれば、焼戻し後に大きな破壊靱性値が得られ、しかも、上記冷却速度が0.85℃/sの場合にはSiの含有量が2.0%まで破壊靱性値は低下しないことが明らかである。   From Table 2 and FIGS. 2 and 3, when the austenite grain size number is the same level, if the cooling rate in the temperature range of 350 to 250 ° C. is increased during quenching, a large fracture toughness value can be obtained after tempering. When the cooling rate is 0.85 ° C./s, it is clear that the fracture toughness value does not decrease until the Si content is 2.0%.

また、表2から、本発明例の試験番号1および試験番号2における、本発明で規定する条件を満たす焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材を素材とするディスクの摩耗量は250mm3を下回っており、耐摩耗性に優れていることが明らかである。 Also, from Table 2, the wear amount of the disc made of the steel material for brake disc that has been quenched and tempered satisfying the conditions specified in the present invention in Test No. 1 and Test No. 2 of the present invention is less than 250 mm 3. Therefore, it is clear that the wear resistance is excellent.

(実施例3)
実施例1で溶製した鋼1〜9の各々について、鋼塊の他の一部を分塊圧延して直径360mmの丸鋼に仕上げ、大気中放冷して室温まで冷却した。
(Example 3)
For each of the steels 1 to 9 melted in Example 1, the other part of the steel ingot was divided and rolled into a round steel having a diameter of 360 mm, allowed to cool in the air, and cooled to room temperature.

次いで、上記の直径360mmの丸鋼を、長さ230mmずつに切断し、その後、1260℃に加熱してから、薄肉部の厚さが25〜100mmである新幹線用のブレーキディスクの粗形状に熱間鍛造した。   Next, the above-described round steel having a diameter of 360 mm is cut into lengths of 230 mm, heated to 1260 ° C., and then heated to a rough shape of a Shinkansen brake disk having a thickness of 25 to 100 mm. Forged between.

このようにして熱間鍛造した粗形状材を、900℃または1000℃に加熱した後、実機熱処理ラインで、油温が85℃以下の油中に投入・攪拌する油焼入れ、または水焼入れすることによって、焼入れ処理を行った。すなわち、実機熱処理ラインで、薄肉部の厚さが25〜100mmであるブレーキディスク粗形状材のそれぞれについて、5枚重ねた状態で焼入れ処理した。   After the hot-forged rough shaped material is heated to 900 ° C. or 1000 ° C., oil quenching or water quenching is performed in an actual machine heat treatment line, and the oil temperature is poured into oil having an oil temperature of 85 ° C. or lower. A quenching treatment was performed. That is, in the actual machine heat treatment line, each brake disc rough shaped material having a thin part thickness of 25 to 100 mm was subjected to quenching treatment in a state where five sheets were stacked.

上記のように焼入れした各粗形状材から、小型の試料を切り出し、550℃に加熱・保持した後、大気中放冷して焼戻し処理を施した。次いで、鏡面研磨してからピクリン酸飽和水溶液で腐食し、JIS G 0551(2005)に記載の「鋼−結晶粒度の顕微鏡試験方法」に基づいてオーステナイト粒度番号を測定した。   A small sample was cut out from each of the coarse-shaped materials quenched as described above, heated and held at 550 ° C., and then allowed to cool in the atmosphere to be tempered. Next, after mirror polishing, the steel was corroded with a saturated aqueous solution of picric acid, and the austenite grain size number was measured based on the “steel-crystal grain size microscopic test method” described in JIS G 0551 (2005).

また、他の焼入れした各粗形状材について、550〜650℃に加熱・保持した後、大気中放冷して焼戻し処理を施し、硬さをブリネル硬さ(HB硬さ)で280〜310に調整した。   Moreover, about each other hardened | cured rough shape material, after heating and hold | maintaining to 550-650 degreeC, it stood to cool in air | atmosphere and gave a tempering process, and hardness was 280-310 by Brinell hardness (HB hardness). It was adjusted.

なお、既に述べたように、上記のHB硬さで280〜310という硬さは、新幹線等で用いられているブレーキディスクの硬さに対応するレベルである。   As described above, the HB hardness of 280 to 310 is a level corresponding to the hardness of the brake disc used in the Shinkansen and the like.

次いで、上記の焼戻しした各粗形状材を、直径が800mmで厚さが20mmの新幹線用ブレーキディスク形状に仕上げ加工し、その後、摩擦材としての銅系焼結材料との組み合わせで、時速300kmからブレーキを1000回掛けるブレーキ試験を行い、試験後ブレーキディスクの摺動面における亀裂の有無を目視によって調査した。   Next, each tempered rough shaped material is finished into a Shinkansen brake disk shape with a diameter of 800 mm and a thickness of 20 mm, and then in combination with a copper-based sintered material as a friction material, from 300 km / h A brake test in which the brake was applied 1000 times was performed, and the presence or absence of cracks on the sliding surface of the brake disc was visually examined after the test.

また、上記の試験を行った後、ミクロ組織観察用の断面試験片を切り出し、鏡面研磨した後ナイタルで腐食し、光学顕微鏡観察によってブレーキディスクディスクに生じた白色層(マルテンサイト相)の深さを測定した。   In addition, after conducting the above test, a cross-sectional specimen for microstructural observation was cut out, mirror-polished, then corroded with nital, and the depth of the white layer (martensitic phase) generated in the brake disc disk by optical microscopic observation Was measured.

表3に、焼入れ時の加熱温度、オーステナイト粒度番号、破壊靱性値、ブレーキ試験後のブレーキディスク摺動面における亀裂の有無および白色層深さの調査結果をまとめて示す。   Table 3 summarizes the results of the investigation of the heating temperature, the austenite grain size number, the fracture toughness value, the presence or absence of cracks on the sliding surface of the brake disc after the brake test, and the depth of the white layer.

Figure 0004962294
Figure 0004962294

表3から、本発明例の試験番号14、試験番号15、試験番号23および試験番号24における、本発明で規定する条件を満たす焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材を素材とするブレーキディスクには白色層が無く、さらに、その摺動面には亀裂も生じておらず耐亀裂性に優れていることが明らかである。   From Table 3, the brake discs made of steel materials for brake discs that are quenched and tempered satisfying the conditions specified in the present invention in Test No. 14, Test No. 15, Test No. 23 and Test No. 24 of the present invention. It is clear that there is no white layer and that the sliding surface has no cracks and is excellent in crack resistance.

これに対して、本発明で規定する条件から外れる、焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材を素材とするブレーキディスクの摺動面にはいずれも亀裂が生じており、耐亀裂性に劣ることが明らかである。   On the other hand, any of the sliding surfaces of the brake disc made of a steel material for a brake disc that has been quenched and tempered and deviates from the conditions specified in the present invention has cracks, which may be inferior in crack resistance. it is obvious.

すなわち、試験番号16および試験番号17については、Ac3変態点が850℃を超え、しかも、各成分元素の含有量が本発明で規定する範囲内にある本発明例の鋼1を用いているものの、焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材の破壊靱性値が低く、130MPa・m1/2を下回るため、上記ブレーキディスク用鋼材を素材とするブレーキディスクの摺動面にはいずれも亀裂が生じており、耐亀裂性に劣っている。 That is, for test number 16 and test number 17, the steel 1 of the present invention example in which the Ac 3 transformation point exceeds 850 ° C. and the content of each component element is within the range defined by the present invention is used. However, the fracture toughness value of quenched and tempered steel for brake discs is low and less than 130 MPa · m 1/2 , so cracks occur on the sliding surfaces of brake discs made from the above steel materials for brake discs. It is inferior in crack resistance.

同様に、試験番号26についても、Ac3変態点が850℃を超え、しかも、各成分元素の含有量が本発明で規定する範囲内にある本発明例の鋼1を用いているものの、焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材のオーステナイト粒度番号が小さく6.0を下回るため、上記ブレーキディスク用鋼材を素材とするブレーキディスクの摺動面にはいずれも亀裂が生じており、耐亀裂性に劣っている。 Similarly, with regard to test number 26, although the Ac 3 transformation point exceeds 850 ° C. and the content of each component element is within the range specified by the present invention, the steel 1 of the present invention example is used, but it is quenched.・ Since the austenite grain size number of the tempered brake disc steel is small and less than 6.0, all of the sliding surfaces of the brake disc made of the above-mentioned brake disc steel have cracks, resulting in improved crack resistance. Inferior.

試験番号18については、CrおよびMoの含有量が本発明の規定から外れ、Ac3変態点が816℃と低い鋼2を用いており、しかも、焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材の破壊靱性値が低く、130MPa・m1/2を下回るため、上記ブレーキディスク用鋼材を素材とするブレーキディスクの摺動面には亀裂が生じており、耐亀裂性に劣っている。なお、この試験番号18のブレーキディスクには深さ1.0mmの白色層が認められた。 For test No. 18, steel 2 for which the Cr and Mo contents deviate from the provisions of the present invention and the Ac 3 transformation point is as low as 816 ° C. is used. Since the value is low and less than 130 MPa · m 1/2 , the sliding surface of the brake disk made of the above-mentioned steel material for brake disk is cracked and inferior in crack resistance. A white layer having a depth of 1.0 mm was observed on the brake disk of test number 18.

試験番号19については、SiおよびMoの含有量が本発明の規定から外れ、Ac3変態点が787℃と低い鋼3を用いており、しかも、焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材の破壊靱性値が低く、130MPa・m1/2を下回るため、上記ブレーキディスク用鋼材を素材とするブレーキディスクの摺動面には亀裂が生じており、耐亀裂性に劣っている。なお、この試験番号19のブレーキディスクには深さ2.1mmの白色層が認められた。 For test No. 19, steel 3 is used in which the contents of Si and Mo are not within the scope of the present invention, and the Ac 3 transformation point is as low as 787 ° C., and the steel for brake discs is quenched and tempered. Since the value is low and less than 130 MPa · m 1/2 , the sliding surface of the brake disk made of the above-mentioned steel material for brake disk is cracked and inferior in crack resistance. Note that a white layer having a depth of 2.1 mm was observed on the brake disk of Test No. 19.

試験番号20については、SiおよびNiの含有量が本発明の規定から外れ、Ac3変態点が840℃と低い鋼4を用いており、しかも、焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材の破壊靱性値が低く、130MPa・m1/2を下回るため、上記ブレーキディスク用鋼材を素材とするブレーキディスクの摺動面には亀裂が生じており、耐亀裂性に劣っている。なお、この試験番号20のブレーキディスクには深さ0.2mmの白色層が認められた。 Test No. 20 uses steel 4 in which the contents of Si and Ni deviate from the provisions of the present invention, and the Ac 3 transformation point is as low as 840 ° C., and the fracture toughness of the steel for brake disks that has been quenched and tempered Since the value is low and less than 130 MPa · m 1/2 , the sliding surface of the brake disk made of the above-mentioned steel material for brake disk is cracked and inferior in crack resistance. A white layer having a depth of 0.2 mm was observed on the brake disk of test number 20.

試験番号21および試験番号22については、Siの含有量が本発明の規定から外れ、そのAc3変態点が799℃および840℃と低い鋼5および鋼6を用いているため、上記ブレーキディスク用鋼材を素材とするブレーキディスクの摺動面にはいずれも亀裂が生じており、耐亀裂性に劣っている。なお、これらの試験番号のブレーキディスクにはそれぞれ、深さが1.9mmと0.1mmの白色層が認められた。 For Test No. 21 and Test No. 22, since the content of Si deviates from the definition of the present invention and the Ac 3 transformation points are as low as 799 ° C. and 840 ° C., Steel 5 and Steel 6 are used. All of the sliding surfaces of the brake disk made of steel are cracked and inferior in crack resistance. Note that white layers having a depth of 1.9 mm and a depth of 0.1 mm were observed on the brake disks of these test numbers, respectively.

試験番号25については、Siの含有量が本発明の規定から外れた鋼9を用いており、また、焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材のオーステナイト粒度番号が小さく6.0を下回り、しかも、その破壊靱性値が低く、130MPa・m1/2を下回るため、上記ブレーキディスク用鋼材を素材とするブレーキディスクの摺動面には亀裂が生じており、耐亀裂性に劣っている。 For test number 25, steel 9 whose Si content is not within the scope of the present invention is used, and the austenite grain size number of the quenched and tempered steel material for the brake disc is smaller than 6.0, Since its fracture toughness value is low and below 130 MPa · m 1/2 , cracks are generated on the sliding surface of the brake disc made of the steel material for brake discs, and the crack resistance is poor.

本発明のブレーキディスクは、耐摩耗性と耐亀裂性に優れるので、車両速度が大きくなって250km/h以上で高速走行するような場合のディスクブレーキ装置に使用することができる。また、本発明の焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材は、上記ブレーキディスクの廉価な素材として用いるのに好適である。   Since the brake disc of the present invention is excellent in wear resistance and crack resistance, it can be used in a disc brake device when the vehicle speed increases and the vehicle runs at a high speed of 250 km / h or higher. Further, the steel material for a brake disc that has been quenched and tempered according to the present invention is suitable for use as an inexpensive material for the brake disc.

実施例で用いたC、Mn、Ni、Cr、MoおよびVの含有量が同じレベルの鋼1および鋼5〜9について、Ac3変態点とSi含有量の関係を示す図である。C used in Example, Mn, Ni, Cr, the content of Mo and V for steel 1 and steel 5-9 in the same level is a diagram showing the relationship of Ac 3 transformation point and the Si content. 鋼1を用いた実施例の試験番号1〜4について、350〜250℃の温度域における冷却速度と破壊靱性値の関係を整理して示す図である。なお、図においては、試験番号を「No.1」のように表記した。It is a figure which rearranges and shows the relationship between the cooling rate in the temperature range of 350-250 degreeC, and the fracture toughness value about the test numbers 1-4 of the Example using the steel 1. FIG. In the figure, the test number is represented as “No. 1”. 350〜250℃の温度域における冷却速度が0.85℃/sである実施例の試験番号2および試験番号8〜12について、Si含有量と破壊靱性値の関係を整理して示す図である。なお、図においては、試験番号を「No.2」のように表記した。It is a figure which arranges and shows the relation between Si content and fracture toughness value about test number 2 and test numbers 8-12 of an example whose cooling rate in the temperature range of 350-250 ° C is 0.85 ° C / s. . In the figure, the test number is indicated as “No. 2”.

Claims (3)

質量%で、C:0.1〜0.6%、Si:1.2%を超えて2.0%以下、Mn:0.2〜2.0%、Ni:0.8〜3.0%、Cr:1.0〜5.0%、Mo:0.5〜2.0%、V:0.05〜0.5%、Al:0.001〜0.10%およびN:0.0015〜0.020%を含有し、残部はFeおよび不純物の化学組成からなり、Ac3変態点が850℃を超え、しかも、オーステナイト粒度番号が6.0以上で、かつ130MPa・m1/2以上の破壊靱性値を有することを特徴とする焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材。 In mass%, C: 0.1 to 0.6%, Si: more than 1.2% and 2.0% or less, Mn: 0.2 to 2.0%, Ni: 0.8 to 3.0 %, Cr: 1.0 to 5.0%, Mo: 0.5 to 2.0%, V: 0.05 to 0.5%, Al: 0.001 to 0.10% and N: 0.00. 0015-0.020%, the balance is composed of the chemical composition of Fe and impurities, the Ac 3 transformation point exceeds 850 ° C., the austenite grain size number is 6.0 or more, and 130 MPa · m 1/2 Quenched and tempered steel material for brake discs having the above fracture toughness value. 下記(1)式で表されるfn1の値が0以上である化学組成からなることを特徴とする請求項1に記載の焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材。
fn1=15C+10Cr+6Mo+200V−35・・・・・(1)
但し、(1)式中の元素記号は、その元素の質量%での鋼中含有量を表す。
The steel material for a brake disc that has been quenched and tempered according to claim 1, characterized in that it has a chemical composition in which the value of fn1 represented by the following formula (1) is 0 or more.
fn1 = 15C + 10Cr + 6Mo + 200V−35 (1)
However, the element symbol in the formula (1) represents the content in steel in mass% of the element.
請求項1または2に記載のブレーキディスク用鋼材を素材とすることを特徴とするブレーキディスク。   A brake disc comprising the steel material for a brake disc according to claim 1 or 2 as a raw material.
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