JP6786418B2

JP6786418B2 - ブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼、およびブレーキディスク

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Publication number: JP6786418B2
Application number: JP2017032060A
Authority: JP
Inventors: 井上　宜治; 宜治井上; 慎一寺岡
Original assignee: Nippon Steel Stainless Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Stainless Steel Corp
Priority date: 2016-03-17
Filing date: 2017-02-23
Publication date: 2020-11-18
Anticipated expiration: 2037-02-23
Also published as: JP2017172038A

Description

本発明は、ブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼、およびブレーキディスクに関し、コストと耐銹性を両立させたブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼、およびそれを用いたブレーキディスクに関する。

二輪車のブレーキディスクには、耐磨耗性、耐銹性、靭性等の特性が要求される。耐磨耗性は一般に硬さが高いほど大きくなる。一方、硬さが高すぎるとブレーキディスクとパッドの間でいわゆるブレーキの鳴きが生じるため、ブレーキディスクの硬さは、３２〜３８ＨＲＣ（ロックウエル硬さＣスケール）が求められる。これらの要求特性から、二輪車のブレーキディスクにはマルテンサイト系ステンレス鋼板が用いられている。

従来、ＳＵＳ４２０Ｊ２を焼入れ焼戻しして所望の硬さに調整し、ブレーキディスクとしていたが、この場合、焼入れと焼戻しの２つの熱処理工程を要する問題があった。これに対し、特許文献１において、ＳＵＳ４２０Ｊ２鋼の従来鋼より広い焼入れ温度範囲で、安定して所望の硬さを得ることができ、かつ、焼入れのままで使用される鋼組成に関する発明が開示された。これは、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４１０Ｓ鋼と同様に低Ｃ化し、かつ、低Ｃ化によるオーステナイト単相温度域の縮小、つまり焼入れ加熱温度域が狭くなることをオーステナイト安定化元素であるＭｎ添加で補ったものである。

また、特許文献２において、低Ｍｎ鋼で焼入れのままで使用されるオートバイブレーキディスク用鋼板に関する発明が開示されている。この鋼板は、Ｍｎを低下させる代わりに、オーステナイト形成元素として同様の効果を持つ、ＮｉおよびＣｕを添加したものである。

近年、二輪車においても車体の軽量化が望まれており、二輪ブレーキディスクの軽量化が検討されている。この場合、課題となるのが制動時の発熱に起因するディスク材軟化によるディスク変形であり、これを解決するためには、ディスク材の耐熱性を向上させる必要がある。この解決策の１つとして、焼戻し軟化抵抗の向上があり、特許文献３において、Ｎｂ、Ｍｏ添加による耐熱性向上法に関する発明が開示された。特許文献４において１０００℃を超える温度からの焼入れ処理を行うことにより優れた耐熱性を有するディスク材に関する発明が開示されている。焼戻し軟化抵抗に優れたブレーキディスクとして、特許文献５には旧オーステナイト粒の平均粒径を８μｍ以上とするマルテンサイト組織を有するブレーキディスクが、特許文献６には焼入れ後の組織の面積率で７５％以上がマルテンサイトであり、Ｎｂを０．１０％以上０．６０％以下とする発明が開示されている。

特開昭５７−１９８２４９号公報特開平８−６０３０９号公報特開２００１−２２０６５４号公報特開２００５−１３３２０４号公報特開２００６−３２２０７１号公報特開２０１１−１２３４３号公報

このような技術により、二輪車のブレーキディスク用材料として普及した低Ｃマルテンサイト系ステンレス鋼であるが、近年では、さらなるコスト低減が要求されている。とはいえ、耐磨耗性、耐銹性、靭性等の特性の要求は満足する必要がある。また、焼入れ性および焼き戻し軟化抵抗も必要である。特に、見栄えに直結する耐銹性の確保が重要である。したがって、コストと耐銹性が両立しう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が求められている。

また、四輪車への適用も検討されるようになってきた。四輪車のブレーキディスクは二輪車用に比べて制動荷重が大きく、より高い硬度が必要なので、これまでは鋳鉄が主に使用されていた。
しかしながら、ホイールのデザイン等の変化から、ディスクブレーキが容易に外から見えるようになり、耐銹性等が求められるようになってきた。また、軽量化の進行した小型車では二輪車用ディスク材と同程度の性能で十分となった。そのため、四輪車でも、コストと耐銹性が両立しうるブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼が求められるようになってきた。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、コストと耐銹性を両立するブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼、および当該ブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼を用いたブレーキディスクを提供することを目的とする。

本発明者等は、低Ｃマルテンサイト系ステンレス鋼のコストと耐銹性の両立を目指し、合金成分およびミクロ組織の詳細な検討を行ってきた。
その結果、硬さを発現させるＣとＮについて、耐銹性を向上させる元素であるＮを主として用いること。また、耐銹性を向上させる元素であるＣｕ、Ｎｉ、Ｍｏは低Ｃｒ鋼ほど微量で効果を発揮すること、さらには、１０μｍ以上の介在物が発銹起点となること等が判明した。

これらの知見に基づいて、コストと耐銹性を両立し、その他の特性、耐磨耗性、靭性、焼入れ性、焼き戻し軟化抵抗等も具備する本発明に到ったのである。

本発明の課題を解決する手段、すなわち、本発明のブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼は以下の通りである。
（１）質量％で、Ｃ：０．０２５〜０．０６０％、Ｓｉ：０．０５％〜０．８％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｃｒ：１０．５〜１２．０％、Ｎｉ：０．０１〜０．２０％、Ｃｕ：０．０１〜０．２０％、Ｍｏ：０．０１〜０．２０％、Ｖ：０．０１〜０．１０％、Ａｌ：０．０５％以下、Ｎ：０．０２５〜０．０６０％、Ｏ：０．０１％以下を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物であり、
Ｃ＋１／２Ｎ：０．０４０〜０．０８０％、Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｍｏ：０．０５〜０．３０％、Ｃｒ＋１０×（Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｍｏ＋Ｎ）≧１２．０（％）を満足し、
さらに、大きさ１０μｍ以上の介在物が、０．２個／ｃｍ²以下であることを特徴とす
るブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼。
ただし、式中の元素記号は各元素の含有量（質量％）をあらわす。
（２）さらに、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）に記載のブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼。
（３）さらに、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）に記載のブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼。
（４）さらに、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）のいずれか１つに記載のブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼。
（５）板厚が３〜８ｍｍの鋼板であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１つに記載のブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼。
（６）ブレーキディスク素材が、（１）〜（５）のいずれか１つに記載のマルテンサイト系ステンレス鋼であることを特徴とするブレーキディスク。
（７）焼き入れ後の硬度がＨＲＣ３２〜３８であることを特徴とする（６）に記載のブレーキディスク。

本発明によれば、コストと耐銹性を両立するブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼、および当該ブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼を用いたブレーキディスクを提供できる。

以下、本発明の実施形態について説明する。まず、本実施形態のブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼の、組成を限定した理由について説明する。なお、組成についての％の表記は、特に断りのない場合は、質量％を意味する。

Ｃ：０．０２５〜０．０６０％
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。本発明では、Ｎの耐銹性を向上させる効果を最大限利用するため、Ｃの過剰な添加を避けて、本発明では０．０６０％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、０．０５０％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ず、焼き戻し軟化抵抗も悪化することから、０．０２５％を下限とする。焼入れ硬度の安定性の点からは０．０３０％以上とすることが好ましい。

Ｓｉ：０．０５％〜０．８％
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％以上にすることが好ましい。また過度なＳｉの添加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％以下が好ましい。

Ｍｎ：０．５〜１．５％
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％以上にすることが好ましい。但し、過度なＭｎの添加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％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％以下が好ましい。

Ｐ：０．０３５％以下
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：０．０１５％以下
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：１０．５〜１２．０％
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。本発明においては、Ｎ等の耐食性向上元素の微量成分活用ならびに介在物制御により、必要とされるＣｒ量を低減することに成功した。しかしながら、１０．５％未満では、本発明をもってしても、耐銹性要求にこたえる水準に到達しない。一方、１２．０％超では本発明を用いなくても十分な耐銹性を維持できる。なお、耐食性の安定性やプレス成形性を考慮すると、１０．８％〜１１．７％が好ましい。

Ｎｉ：０．０１〜０．２０％
Ｎｉは孔食の進展抑制に有効な元素であり、その効果は０．０１％以上の添加で安定して発揮されるため、下限を０．０１％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０．２０％とする。なお、合金コストを考慮すると０．０３〜０．１５％が好ましい。

Ｃｕ：０．０１〜０．２０％
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０．２０％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％以上にすることが好ましい。また熱延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：０．０１〜０．２０％
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食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。ブレーキディスク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。
Ｍｏはフェライト相の安定化元素であり、過度の添加は、オーステナイト単相温度域を狭くすることで焼入れ特性を損ねるため、その上限を０．２０％以下とする。

Ｖ：０．０１〜０．１０％
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。０．０１％未満とすると製鋼コストの上昇を招く。また、Ｖは、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％とすることが好ましい。

Ａｌ：０．０５％以下
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、過剰の添加は大型の酸化物系介在物が形成しやすくなる。本発明では母相の耐銹性をコスト低減のためにぎりぎりまで低減しているため、介在物の存在が大きく、それを小さく、少なくするため、Ａｌの上限を０．０５％とする。本発明では、介在物の影響を受けやすい。そのため、Ａｌを低下させるほど好ましく、脱酸およびコストの兼ね合いから、０．０３％以下とすることが好ましい。もちろん、Ａｌは含有していなくても良い。なお、ここでいうＡｌの含有量はＴ．Ａｌを意味する。

Ｎ：０．０２５〜０．０６０％
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、耐銹性にも優れているため、その効果の発現も期待される。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。
本発明の窒素含有効果は０．０２５％以上で発現すること、および、０．０２５％未満の場合は焼き戻し軟化抵抗が悪化することから、Ｎは０．０２５％以上とする。一方、０．０６０％を超えると、その利点が飽和するだけでなく、気泡系欠陥の生成による歩留まりの低下をもたらすため、０．０６０％を上限とする。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好ましい。

Ｏ：０．０１％以下
介在物を低減するためには、ＡｌとともにＯが重要な元素となる。０．０１％を超えて含有すると、大きな介在物の個数が増え、耐銹性に悪影響を与えるため、０．０１％を上限とする。過度の低減はコスト上昇となるため、０．００１％以上が好ましい。コストと耐銹性のバランスから、０．００１％以上、０．００５％以下が最も好ましい。なお、ここでいうＯの含有量はＴ．Ｏを意味する。

さらに、本発明の各元素は相互に作用するために、ブレーキディスク材として使用できる性能を発揮するために、以下の関係を満たす必要がある。

Ｃ＋１／２Ｎ：０．０４０〜０．０８０％（元素記号は、各元素の含有量（質量％）をあらわす）
ＣとＮは前述したように、焼き入れ後の硬さを決める重要な元素である。その硬さについては詳細に検討したところ、Ｃ＋１／２Ｎに良く従うことが分かった。ブレーキディスクに要求される硬さは、３２〜３８ＨＲＣであるため、Ｃ＋１／２Ｎはそれに合うように決める必要がある。０．０４０％未満であると、３２ＨＲＣ未満となり、焼き戻し軟化抵抗も悪化するため、下限を０．０４０％とする。また、０．０８０％を超えると、３８ＨＲＣを超えて、硬くなりすぎるため、上限を０．０８０％とする。

Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｍｏ：０．０５〜０．３０％（元素記号は、各元素の含有量（質量％）をあらわす）
本発明では低コスト化のため、合金コストを極力低減させようとしているが、Ｃｒ量が１２．０％以下となる領域では、耐銹性に対するＣｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｎ等の効果が著しいことを本発明者は見出した。このうち、Ｎは気泡系欠陥の生成を抑制するために添加量が限定されるために、それ以外のＣｕ、Ｎｉ、Ｍｏの添加で耐銹性を担保する。合計量で、０．０５％未満であるとその効果は発現せず、０．３０％を超えて添加しても、著しい耐銹性の向上は見られず、コストが上昇するだけなので、０．０５〜０．３０％の範囲とする。耐銹性を安定化させるため、０．１０％以上の添加が好ましく、コストも考慮すると、０．１０〜０．２０％の添加が好ましい。

Ｃｒ＋１０×（Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｍｏ＋Ｎ）≧１２．０（元素記号は、各元素の含有量（質量％）をあらわす）
前述したように、ブレーキディスクの耐銹性を保持するためには、耐銹性に効果を発揮する元素であるＣｒとＣｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｎの関係が重要である。本発明者らは、詳細な検討の結果、１２％以下のＣｒ量において、Ｃｒ＋１０×（Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｍｏ＋Ｎ）が１２％以上であると、ブレーキディスクに必要な耐銹性を満足するため、これを下限とする。この式が成立する理由は明らかでないが、発銹の進展を抑制して、実質、発銹を抑制していることから、耐銹性のベースとなるＣｒ濃度のわずかな低下を他の元素が補っているため、微量で大きな効果が得られていると推定している。

本発明では、上記に説明してきた元素に加えて、耐銹性、耐熱性、熱間加工性等を向上させるために、以下の元素を１種または２種以上含有できる。

Ｔｉ：０．０３％以下
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％以下にすることが好ましい。

Ｂ：０．００５０％以下
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％以上とすることが好ましい。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％以下が好ましい。

Ｎｂ：０．３０％以下
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。
しかしながら、Ｎｂを過剰に添加した場合、ブレーキディスクにおいては、ＮｂＮを形成することで、靭性の低下や鳴きの原因になるため、好ましくなく、０．３０％を上限とする。
焼き入れ後の耐熱性の向上にはＭｏとの複合添加が望ましく、同時添加の場合は、Ｍｏ：０．０５〜０．２０％、Ｎｂ：０．０５〜０．２０％が特に好ましい範囲である。

Ｓｎ：０．１％以下
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０．１％以下にすることが好ましい。

Ｂｉ：０．２％以下
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があるため、発銹起点となる確率を低下させると考えられている。Ｂｉは０．０１％以上の添加で効果を発揮する。一方で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。

以上説明した各元素の他にも、本発明の効果を損なわない範囲で他の元素を含有させることができる。一般的な不純物元素である前述のＰ、Ｓを始め、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｓｂ、Ｈ、Ｇａ、Ｔａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｒ、等は可能な限り低減することが好ましい。一方、これらの元素は、本発明の課題を解決する限度において、その含有割合が制御され、必要に応じて、Ｚｎ≦１００ｐｐｍ、Ｐｂ≦１００ｐｐｍ、Ｓｅ≦１００ｐｐｍ、Ｓｂ≦５００ｐｐｍ、Ｈ≦１００ｐｐｍ、Ｇａ≦５００ｐｐｍ、Ｔａ≦５００ｐｐｍ、Ｃａ≦１２０ｐｐｍ、Ｍｇ≦１２０ｐｐｍ、Ｚｒ≦１２０ｐｐｍの１種以上を含有しても良い。

また、本実施形態のブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼は、上記成分を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で形成される。

また、本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼の鋼中に存在する、大きさ１０μｍ以上の介在物の個数を面密度で、０．２個／ｃｍ²以下とする。本発明の鋼板は、合金添加量を極力低減させているため、これまで問題とならなかった介在物が発銹起点となりやすくなる。詳細に調査した結果、大きさが１０μｍ未満の介在物であると、発銹の起点となっても、錆の進行が停止し、実質、無害であることが分かった。よって、その大きさが１０μｍ以上の介在物のみを対象とし、その個数が、０．２個／ｃｍ²を超えると発銹が激しくなり、ブレーキディスク用としての特性を満足しないことから、これを上限とする。また、下限は少ないほど良いため限定しないが、０．０１個／ｃｍ²未満とするには精錬時間の増加などから高コストになるため、０．０１個／ｃｍ²以上が好ましい。なお、介在物の大きさとは、その介在物（集合体も含む）の最大径をその大きさとしている。介在物の測定方法は特に限定しないが、光学顕微鏡を使用する方法が一般的である。鏡面研磨を実施した鋼板表面（圧延方向に平行な鋼板表面、あるいはＺ断面）の一定領域(例えば、５０ｍｍ)を百倍程度の倍率で全領域を観察し、介在物数の大きさおよび個数を求めることができる。

また、本実施形態に係るブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼は、ブレーキディスクとして使用した時の変形を抑制するために、焼き戻し軟化抵抗と呼ばれる特性が必要である。これは制動時に発生する熱による焼き戻しによって起こる軟化を、どの程度抑制できるかという耐熱性を示す評価であり、指標として、ある温度で１ｈ焼き戻した時の硬さを取ることが多い。ブレーキディスクに必要とされる硬さが３２ＨＲＣなので、本実施形態のブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼は５００℃、１ｈの焼き戻しで３２ＨＲＣを下回らないことが好ましい。５３０℃であるとなお好ましい。
このような焼き戻し軟化抵抗は、ブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼を本願の組成範囲とすることにより、得られる。

本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼は、通常用いられるマルテンサイト系ステンレス鋼板の製造方法を用いて、製造可能である。つまり、溶解・鋳造−熱延−熱延板焼鈍により製造される。熱延板焼鈍は省略しても良い。また、最終工程として、ショットブラスト、または、酸洗によりスケールを除去して製品とする。
介在物をできるだけ小さく、少なくするためには、溶解・鋳造工程が重要である。本発明では、ＡｌとＯをできるだけ低減することにより、大きな介在物の存在を抑制している。さらに、溶解工程では、特に規定しないが、攪拌をできるだけ低減することが好ましい。最も単純な制御方法は攪拌時間を通常より延長することであり、その時間は設備により異なるが、１ｍｉｎ〜１時間の間にあることが好ましい。さらに、連続鋳造工程においては、できるだけゆっくり鋳造することにより介在物が浮上する時間を確保できる。その連続鋳造における引き抜き速度は、２ｍ／ｍｉｎ以下が好ましい。

熱延および熱延鋼板焼鈍工程は特に限定しないが、マルテンサイト系ステンレス鋼の定法の製造法を適用できる。熱延工程では、スラブを１１００〜１３００℃に加熱後、粗圧延および仕上げ圧延を行い、板厚３〜８ｍｍの熱延鋼板に仕上げる。熱延鋼板焼鈍工程では、７５０〜９００℃で焼鈍を行う。その後、ショットブラスト仕上げとするか、さらに、酸洗をして、表面のスケールを除去して、製品とする。
この材料をブレーキディスク素材として、使用する場合は、前記マルテンサイト系ステンレス鋼を９００〜１１００℃の温度に加熱後、焼き入れを行う。焼き入れ条件は、加熱方法、炉の形式により異なるが、平均加熱速度が１０〜２００℃／ｓ、保持時間は、０．１ｓ〜１０ｍｉｎ、２００℃までの平均冷却速度が１０〜２００℃／ｓであれば良い。この焼入れ処理により、硬さ３２〜３８ＨＲＣのブレーキディスクを得ることができる。硬さが３２ＨＲＣ未満であると、ブレーキ制動により変形しやすいため好ましくなく、３８ＨＲＣを超えると、ブレーキ制動時にブレーキの鳴きが発生するため好ましくないためである。
また、用いられる鋼板の板厚は３ｍｍ〜８ｍｍが好ましい。３ｍｍ未満であると、製造時のプレスで変形しやすいだけでなく、使用中のブレーキ制動時に変形しやすいため、好ましくなく、８ｍｍを超えると、製造時のプレスで割れやすいだけでなく、重すぎて、制動性能を低下させるため、好ましくないからである。
なお、本発明のマルテンサイト系ステンレス鋼はＣとＮの含有量が比較的低く、焼き戻しをせずに靱性が確保できる。よって、製造工程において焼き入れ後に意図的な焼き戻しをする必要はない。

本発明のブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼は、例えば二輪車ディスクブレーキに適用できる。
ただし、本発明のブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼は、二輪車だけでなく、ディスクブレーキで制動を行う車両全般に適用できるので、三輪車や四輪車のディスクブレーキにも適用できる。
特に、四輪車のディスクブレーキは、これまでホイール内にあり外から見えにくいことと制動荷重が大きいことから、ステンレス鋼製のブレーキディスクでは不十分であり、主に鋳鉄が使用されていた。しかしながら、近年の変化として、デザイン上、ブレーキディスクが外から見える構造が増えてきた。また、車体の軽量化、超小型車の開発が進み、鋳鉄製のブレーキディスクより、ステンレス鋼製のブレーキディスクが求められる環境が整ってきた。これに対し、本発明のブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼は、低コストで耐銹性に優れていることから、四輪車に十分に適用できる。

以下、実施例により本発明の効果を説明するが、本発明は、以下の実施例で用いた条件に限定されるものではない。
本実施例では、まず、表１−１、１−２に示す成分組成の鋼を溶製して２００ｍｍ厚のスラブに鋳造した。この時、合金添加量として、Ｃｒ量が多いか、Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｍｏが高い場合を高コスト鋼として、不合格（×）とし、それ以外を合格（○）とした（表１−３、１−４の「合金添加量」の項）。なお、溶解での攪拌時間は１ｍｉｎ〜１ｈ、連続鋳造での引き抜き速度は２ｍ／ｍｉｎ以下とした。これらのスラブを１１５０〜１２５０℃に加熱後、粗熱延、仕上熱延を経て板厚３．３〜７.６ｍｍの熱延鋼板とした。引き続き熱延鋼板の焼鈍を箱焼鈍で行った。最高加熱温度を８００℃以上、９００℃以下の温度域とした。焼鈍後の鋼板表面のスケールをショットブラストで除去し、酸洗した。

得られた鋼板から、プレス成形により打ち抜きで直径２４０ｍｍ円盤状のブレーキディスクを得て、焼き入れを行った。ブレーキディスクの焼入れの条件は、平均加熱速度を約５０℃／ｓとし、１０００℃まで昇温後に１秒保持し、平均冷却速度約７０℃／ｓで常温まで冷却した。

介在物の測定は炭化物の少なくなる焼入れ後で評価した。この鋼板の一部を採取し、その表面（圧延方向に平行な表面）に鏡面研磨を行い、光学顕微鏡にて、倍率百倍でその表面の５０ｍｍ□の領域の介在物の大きさと個数を測定した。焼入れ前後で介在物の状態はほとんど変化しないと考えられるため、焼き入れ前の介在物測定は行わなかった。

焼き入れ硬度は、表面を＃８０研磨仕上げした後、ＪＩＳ表面硬度（焼入れ硬度）をロックウエル硬度計Ｃスケールで評価し、３２〜３８を合格（○）、それ以外を不合格（×）とした。

また、焼き入れ後の焼き戻し軟化抵抗の評価として、５００℃、１ｈの焼き戻しを行い、表面を＃８０研磨仕上げした後、ＪＩＳ表面硬度（焼入れ硬度）をロックウエル硬度計Ｃスケールで評価し、３２以上を合格（○）とした。また、焼き戻し温度を５３０℃とした試験も同様に行い、３２以上を合格（◎）とした。

耐食性の評価は、鋼板表面を＃６００研磨仕上げした後、塩水噴霧試験を２４時間（ＪＩＳＺ２３７１「塩水噴霧試験方法」）行い、さび面積率を測定し、さび面積率１０％以上を不合格とし、それ未満を合格（○）とした。特にさび面積率がゼロであったものは、合格（◎）とした。なお、２４時間以上塩水噴霧試験を行っても、それ以上錆が進展することは少ないため、２４時間の結果をもって、耐銹性を判断した。

なお、Ａ１に関しては、板厚２ｍｍ、９ｍｍの鋼板も製造したが、プレス成形による打ち抜きで、２ｍｍ材は打ち抜き端面のだれが大きく、９ｍｍ材は割れたため、評価に供しなかった。

表１−１、表１−３から明らかなように、本発明例は介在物が少なく、焼入れ性に優れ、さらに焼き入れ後に優れた耐銹性を示し、焼き戻し軟化特性も問題なく、ブレーキディスク用鋼として、優れた特性を示すことが明らかになった。また、ブレーキディスクとしても、良好であった。

一方、表１−２、表１−４から明らかなように、比較例は、以下のように耐銹性、焼き入れ性、焼き戻し軟化特性のいずれかが不合で、ブレーキディスク用鋼として満足できない鋼か、性能は満足しても合金添加量が過剰あるいは過少で高コストな鋼であった。

具体的には、Ｂ１はＣが適正範囲の上限を外れており、焼き入れ硬度が高くなり過ぎた。
また、Ｂ２はＣが適正範囲の下限を外れており、焼き入れ硬度が低くなり過ぎ、焼き戻し軟化抵抗も不良であった。
Ｂ３はＳｉが適正範囲の上限を外れており、焼き入れ硬度が低くなり過ぎ、焼き戻し軟化抵抗も不良であった。
Ｂ４はＳｉが適正範囲の下限を外れており、焼き入れにより厚い酸化スケールが生成してしまった。

Ｂ５はＭｎが適正範囲の下限を外れており、焼き入れ硬度が低くなり過ぎ、焼き戻し軟化抵抗も不良で、塩水噴霧試験も不合格となった。
Ｂ６はＭｎが適正範囲の上限を外れており、塩水噴霧試験が不合格となり、また焼き入れにより厚い酸化スケールが生成してしまった。

Ｂ７はＰが適正範囲の上限を外れており、塩水噴霧試験が不合格となり、靱性も低下した。
Ｂ８は、Ｓが適正範囲の上限を外れており、塩水噴霧試験が不合格となった。

Ｂ９はＣｒおよびＣｒ＋１０×（Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｍｏ＋Ｎ）が適正範囲を外れており、塩水噴霧試験が不合格となった。
Ｂ１０はＣｒが適正範囲の上限を外れており、コストが高くなってしまった。

Ｂ１１はＮｉ、Ｎｉ＋Ｃｕ＋Ｍｏ、およびＣｒ＋１０×（Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｍｏ＋Ｎ）が適正範囲を外れており、塩水噴霧試験が不合格となった。
Ｂ１２はＮｉおよびＮｉ＋Ｃｕ＋Ｍｏが適正範囲を外れており、コストが高くなってしまった。
Ｂ１３は、Ｃｕ、Ｎｉ＋Ｃｕ＋Ｍｏ、およびＣｒ＋１０×（Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｍｏ＋Ｎ）が適正範囲を外れており、塩水噴霧試験が不合格となった。

Ｂ１４はＣｕおよびＮｉ＋Ｃｕ＋Ｍｏが適正範囲を外れており、コストが高くなってしまった。
Ｂ１５はＭｏおよびＣｒ＋１０×（Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｍｏ＋Ｎ）が適正範囲を外れており、塩水噴霧試験が不合格となった。
Ｂ１６はＭｏおよびＮｉ＋Ｃｕ＋Ｍｏが適正範囲を外れており、コストが高くなってしまった。

Ｂ１７はＶが適正範囲の下限を外れており、コストが高くなってしまった。
Ｂ１８はＶが適正範囲の上限を外れており、コストが高く、かつ靱性が低下した。

Ｂ１９はＮおよびＣ＋１／２Ｎが適正範囲の下限を外れており、コストが高く、焼き入れ硬度が低く、焼き戻し軟化抵抗が不良で塩水噴霧試験が不合格となった。
Ｂ２０は、ＮおよびＣ＋１／２Ｎが適正範囲の上限を外れており、焼き入れ硬度が高くなり過ぎ、塩水噴霧試験が不合格となり、かつ気泡欠陥が生成してしまった。
Ｂ２１は、Ａｌが適正範囲の上限を外れたため介在物の個数が許容範囲を超え、塩水噴霧試験が不合格となった。
Ｂ２２は、Ｎｉ＋Ｃｕ＋Ｍｏが適正範囲を外れており、コストが高くなってしまった。

Ｂ２３は、Ｏが適正範囲の上限を外れており、介在物の個数が許容範囲を超えたため、塩水噴霧試験が不合格となった。
Ｂ２４は、Ｎｉ＋Ｃｕ＋ＭｏおよびＣｒ＋１０×（Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｍｏ＋Ｎ）が適正範囲を外れており、塩水噴霧試験が不合格となった。
Ｂ２５は、Ｃ＋１／２Ｎが適正範囲の上限を外れたためコストが高くなり、焼き入れ硬度が高くなり過ぎた。
Ｂ２６は、Ｃ＋１／２Ｎが適正範囲の下限を外れたため焼き入れ硬度が低くなり過ぎた。

以上の説明から明らかなように、本発明を適用した鋼板を、ブレーキディスクに適用することにより、実用上、十分な性能をもったブレーキディスクを低コストで利用できる。つまりは、本発明は、産業上の利用可能性を十分に有する。

Claims

質量％で、
Ｃ：０．０２５〜０．０６０％、
Ｓｉ：０．０５％〜０．８％、
Ｍｎ：０．５〜１．５％、
Ｐ：０．０３５％以下、
Ｓ：０．０１５％以下、
Ｃｒ：１０．５〜１２．０％、
Ｎｉ：０．０１〜０．２０％、
Ｃｕ：０．０１〜０．２０％、
Ｍｏ：０．０１〜０．２０％、
Ｖ：０．０１〜０．１０％、
Ａｌ：０．０５％以下、
Ｎ：０．０２５〜０．０６０％
Ｏ：０．０１％以下
を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物であり、
Ｃ＋１／２Ｎ：０．０４０〜０．０８０％
Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｍｏ：０．０５〜０．３０％
Ｃｒ＋１０×（Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｍｏ＋Ｎ）≧１２．０（％）
を満足し、
さらに、大きさ１０μｍ以上の介在物が、０．２個／ｃｍ²以下であることを特徴とす
るブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼。
ただし、式中の元素記号は各元素の含有量（質量％）をあらわす。
さらに、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に記載のブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼。
さらに、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または請求項２に記載のブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼。
さらに、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〜請求項３のいずれか１項に記載のブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼。
板厚が３〜８ｍｍの鋼板であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のブレーキディスク用マルテンサイト系ステンレス鋼。
ブレーキディスク素材が、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼であることを特徴とするブレーキディスク。
焼き入れ後の硬度がＨＲＣ３２〜３８であることを特徴とする請求項６に記載のブレーキディスク。