JP6417252B2 - ブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼とその製造方法 - Google Patents
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Description
(1)質量%で、C:0.025〜0.080%、Si:0.05%〜0.8%、Mn:0.5〜1.5%、P:0.035%以下、S:0.015%以下、Cr:11.0〜13.5%、Ni:0.01〜0.50%、Cu:0.01〜0.08%、Mo:0.01〜0.30%、V:0.01〜0.10%、Al:0.05%以下、N:0.015〜0.060%含有し、残部Feおよび不可避的不純物であり、(1)式で規定されるDFE値を5以上、30以下、断面組織で観察されるδフェライト分率が面積率で5%以上、30%以下であり、熱延板焼鈍を行わない熱延鋼板、又は、熱延焼鈍鋼板であることを特徴とする二輪車ブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼。
DFE=12(Cr+Si)−430C−460N−20Ni−7Mn−89・・・(1)式
なお、(1)式におけるCr、Si、C、N、Ni、Mnは、それぞれの元素の含有量(質量%)を意味する。
(2)更に、質量%で、Ti:0.03%以下、B:0.0050%以下の1種または2種を含有することを特徴とする(1)に記載の二輪車ブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼。
(3)更に、質量%で、Nb:0.30%以下を含有することを特徴とする(1)または(2)に記載の二輪車ブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼。
(4)更に、質量%で、Sn:0.1%以下、Bi:0.2%以下の1種または2種を含有することを特徴とする(1)〜(3)の何れか1項に記載の二輪車ブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼。
(5)前記二輪車ブレーキディスク用のマルテンサイト系ステンレス鋼であって、粗熱延と仕上熱延の間において粗バーを10℃以上、50℃以下の加熱を行うことを特徴とする(1)〜(4)の何れか1項に記載の二輪車ブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法。
Cは、焼入れ後所定の硬さを得るために必須な元素であり、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。Cの過剰な添加を避けてNの効果を最大限に利用するために、本発明では0.080%を上限とする。これを超えて添加すると硬度が硬すぎて、ブレーキの鳴き、靭性低下等の不具合を生じるからである。硬度制御と耐食性向上の観点から上限は望ましくは、0.060%である。また、一方0.025%未満では、硬さを得るためにNを過剰に添加しなければならないことから、0.025%を下限とする。焼入れ硬度の安定性の点からは0.040%以上とすることが望ましい。
Siは、溶解精錬時における脱酸のために必要であるほか、焼入れ熱処理時の酸化スケール生成を抑制するのにも有用でありその効果は0.05%以上で発現するため、0.05%以上とした。但し、Siは溶銑等の原料から混入するため、過度な低下はコスト増に繋がるため、0.20%以上にすることが望ましい。またSiはオーステナイト単相温度域を狭くし、焼入れ安定性を損ねるために、0.8%以下とした。なお、オーステナイト安定化元素の添加量を低減しコストを下げるためには0.6%以下が望ましい。
Mnは、脱酸剤として添加される元素であるとともに、オーステナイト単相域を拡大し焼入れ性の向上に寄与する。その効果は0.5%以上で明確に現れるため、0.5%以上とする。安定して焼入れ性を確保するためには1.1%以上にすることが望ましい。但し、Mnは焼入れ加熱時の酸化スケールの生成を促進し、その後の研磨負荷を増加させるため、その上限を1.5%以下とした。MnS等の粒化物に起因する耐食性の低下も考慮すると1.3%以下が望ましい。
Pは原料である溶銑やフェロクロム等の主原料中に不純物として含まれる元素である。熱延焼鈍板や焼入れ後の靭性に対しては有害な元素であるため、0.035%以下とする。なお、好ましくは0.030%以下である。過度な低減は高純度原料の使用を必須にするなど、コストの増加に繋がるため好ましくは、Pの下限は0.010%である。
Sは、硫化物系介在物を形成し、鋼材の一般的な耐食性(全面腐食や孔食)を劣化させる、また、熱間加工性を低下させ熱延鋼板の耳割れ感受性を高めるため、その含有量の上限は少ないほうが好ましく、0.015%とする。また、Sの含有量は少ないほど耐食性は良好となるが、低S化には脱硫負荷が増大し、製造コストが増大するので、その下限を0.001%とするのが好ましい。なお、好ましくは0.001〜0.008%である。
Crは、本発明において、耐酸化性や耐食性確保のために必須な元素である。11.0%未満では、これらの効果は発現せず、一方で、13.5%超ではオーステナイト単相域が縮小し焼入れ性を損ねるため、11.0〜13.5%とする。なお、耐食性の安定性やプレス成形性を考慮すると、12.0%〜13.0%が望ましい。
Niは、フェライト系ステンレス鋼の合金原料中に不可避的不純物として混入し、一般的に0.01〜0.10%の範囲で含有される。また、孔食の進展抑制に有効な元素であり、その効果は0.03%以上の添加で安定して発揮されるため下限を0.03%とすることが好ましい。一方、多量の添加は、熱延焼鈍鋼板において固溶強化によるプレス成形性の低下を招くおそれがあるため、その上限を0.50%とする。なお、合金コストを考慮すると0.03〜0.15%が望ましい。
Cuは、δフェライトを含むマルテンサイト組織の耐食性向上に有効であり、その効果は0.01%以上で発現する。また、オーステナイト安定化元素として焼入れ性の向上のために積極的な添加が行われる場合もある。但し、過度な添加は熱間加工性の低下や、原料コストの増加に繋がるために0.08%以下を上限とする。酸性雨による発銹などを考慮すると下限を0.02%以上にすることが望ましい。また熱延板焼鋼板のプレス成形性も考慮すると、0.08%以下が好ましい。
Moは、δフェライトを含むマルテンサイト組織の耐食性向上に有効であり、その効果は0.01%以上で発現するため、下限を0.01%とする。焼き入れ性の向上および焼き入れ後の耐熱性向上にも有効なため0.02%以上が好ましい。ここで焼き入れ後の耐熱性とは焼き入れ後の加熱により焼き戻され、硬度低下が起こるが、その低下代が小さいことを意味する。焼き戻し軟化抵抗とも言われる。ディスクブレーキは焼き入れて使用されるが、使用時のブレーキングでの抵抗発熱によりディスク材は加熱される。そのため、この特性は重要である。
Vは、フェライト系ステンレス鋼の合金原料に不可避的不純物として混入し、精錬工程における除去が困難であるため、一般的に0.01〜0.10%の範囲で含有される。また、微細な炭窒化物を形成し、ブレーキディスクの耐磨耗性を向上させるほか、耐食性の向上にも効果を有するため、必要に応じて、意図的な添加も行われる元素である。その効果は0.02%以上の添加で安定して発現するため、下限を0.02%とすることが好ましい。一方、過剰に添加すると、析出物の粗大化を招くおそれがあり、その結果、焼入れ後の靭性が低下してしまうため、上限を0.10%とする。なお、製造コストや製造性を考慮すると、0.03%〜0.08%とすることが望ましい。
Alは、脱酸元素として添加される他、耐酸化性を向上させる元素である。その効果は0.001%以上で得られるため、下限を0.001%以上にすることが好ましい。一方、固溶強化や大型の酸化物系介在物の形成によりブレーキディスクの靭性を損ねるため、その上限は0.05%とする。好ましくは0.03%以下とすることが望ましい。Alは含有していなくても良い。
Nは、本発明において非常に重要な元素のひとつである。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。また、焼入れ加熱時にオーステナイトとフェライトの二相組織として焼入れる場合にはCr炭化物の析出、すなわち鋭敏化現象が生じやすくなり耐食性が低下することがあるが、窒素はCr炭化物の析出を抑制し耐食性の向上効果を示すことがある。その効果は0.015%以上で発現するため、0.015%以上とする。一方その効果は0.060%で飽和し、気泡系欠陥の形成による歩留まりの低下をもたらすことが危惧されるため、0.060%を上限とする。不動態皮膜の強化による耐食性の向上効果も考慮すると、0.030%以上、0.050%以下の範囲にすることが望ましい。
δフェライトは熱間圧延時においてエッジシーム疵や熱延耳割れの原因となる。δフェライト分率が5%未満になると熱間加工性が低下し耳割れが発生し易くなるため5%以上とする。一方、δフェライト分率が30%を超えると結晶粒径の粗大化によりエッジシーム疵が発生し易くなり、ブレーキディスクの焼き入れ後の研磨工程において、エッジシーム疵を研削除去するために多くの研削厚みが必要になるためδフェライト分率は30%以下とする。なお、熱延時のδフェライトは熱延焼鈍鋼板、熱延鋼板の断面において観察されるものであり、通常の顕微鏡観察で評価するものであるが、δフェライトの組織エッチングは、村上試薬(フェリシアン化カリウムの水溶液)を加熱した溶液に試料を浸漬して行う方法が望ましい。
DFE値が低いとδフェライト量が少なくなり、熱延時の耳割れ発生頻度が増加するため5以上とする。またDFE値が高いと、δフェライトが多くなりエッジシーム疵が出やすくなるため、20以下とする。なお、(1)式におけるCr、Si、C、N、Ni、Mnは、それぞれの元素の含有量(質量%)を意味する。
Tiは、炭窒化物を形成することで、ステンレス鋼におけるクロム炭窒化物の析出による鋭敏化や耐食性の低下を抑制する元素である。0.001%以上が好ましい。しかしながら、ブレーキディスクにおいては、大きいTiNを形成することで、靭性の低下や鳴きの原因になるため、その上限は0.03%以下とする。冬季の靭性を考慮すると0.01%以下にすることが望ましい。Tiは含有していなくても良い。
Bは、熱間加工性の向上に有効な元素であり、その効果は0.0002%以上で発現するため、0.0002%以上添加しても良い。より広い温度域における熱間加工性を向上させるためには0.0010%以上とすることが望ましい。一方、過度な添加は硼化物と炭化物の複合析出により焼入れ性を損ねるため、0.0050%を上限とする。耐食性も考慮すると0.0025%以下が望ましい。
Nbは、炭窒化物を形成することでステンレス鋼におけるクロム炭窒化物の析出による鋭敏化や耐食性の低下を抑制する元素である。0.001%以上が好ましい。さらに、焼き入れ後の耐熱性を大きく向上させる元素である。ここで、耐熱性とは、焼き入れ後、熱を受けたときにどの程度軟化しがたいか、つまり、焼き戻し軟化抵抗とも呼ばれる。
Snは焼入れ後の耐食性向上に有効な元素であり、0.001%以上が好ましく、必要に応じて0.02%以上添加することが好ましい。但し、過度な添加は熱延時の耳割れを促進するため0.10%以下にすることが好ましい。
Biは、耐食性を向上させる元素である。その機構については明確になっていないが、発銹起点となり易いMnSをBi添加により微細化する効果あるため、発銹起点となる確率を低下させると考えている。0.01%以上の添加で効果を発揮する。0.2%超添加しても効果は飽和するだけなので、上限を0.2%とする。
エッジシーム疵の深さが150μm未満を合格とし、目視でエッジシーム疵が確認できなかったものを判定S、目視で確認できたものを判定Aとした。エッジシーム疵は深さ150μm以上のものがあった場合を不合格(判定C)とした。
Claims (5)
- 質量%で、C:0.025〜0.080%、Si:0.05%〜0.8%、Mn:0.5〜1.5%、P:0.035%以下、S:0.015%以下、Cr:11.0〜13.5%、Ni:0.01〜0.50%、Cu:0.01〜0.08%、Mo:0.01〜0.30%、V:0.01〜0.10%、Al:0.05%以下、N:0.015〜0.060%含有し、残部Feおよび不可避的不純物であり、(1)式で規定されるDFE値を5以上、30以下、断面組織で観察されるδフェライト分率が面積率で5%以上、30%以下であり、
熱延板焼鈍を行わない熱延鋼板、又は、熱延焼鈍鋼板であることを特徴とする二輪車ブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼。
DFE=12(Cr+Si)−430C−460N−20Ni−7Mn−89・・・(1)式
なお、(1)式におけるCr、Si、C、N、Ni、Mnは、それぞれの元素の含有量(質量%)を意味する。 - 更に、質量%で、Ti:0.03%以下、B:0.0050%以下の1種または2種を含有することを特徴とする請求項1に記載の二輪車ブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼。
- 更に、質量%で、Nb:0.30%以下を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の二輪車ブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼。
- 更に、質量%で、Sn:0.1%以下、Bi:0.2%以下の1種または2種を含有することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の二輪車ブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼。
- 前記二輪車ブレーキディスク用のマルテンサイト系ステンレス鋼であって、粗熱延と仕上熱延の間において粗バーを10℃以上、50℃以下の加熱を行うことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の二輪車ブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼の製造方法。
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