JPS60155645A - デイスクブレ−キロ−タ用鋼 - Google Patents

デイスクブレ−キロ−タ用鋼

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JPS60155645A
JPS60155645A JP15933083A JP15933083A JPS60155645A JP S60155645 A JPS60155645 A JP S60155645A JP 15933083 A JP15933083 A JP 15933083A JP 15933083 A JP15933083 A JP 15933083A JP S60155645 A JPS60155645 A JP S60155645A
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JP
Japan
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rotor
steel
braking
resistance
brake rotor
Prior art date
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Pending
Application number
JP15933083A
Other languages
English (en)
Inventor
Takayuki Tani
谷 隆之
Yasuo Otani
大谷 泰夫
Junichiro Murayama
村山 順一郎
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、自動車、鉄道車両等のディスクブレーキロ
ータ(以下、単にロータと云えばこれを指す)用として
好適な材料に関する。
周知の如くディスクブレーキとは、車軸に固定したロー
タをその両面側からバットで挾んで制動する形式であり
、そのロータには、耐摩耗性、耐熱亀裂性、そしてすぐ
れたブレーキ性能が要求される。ここに、耐熱亀裂性は
、ブレーキの繰返しによる発熱に起因する熱亀裂を防ぐ
ために必要とされる。ブレーキ性能とは、ブレーキの繰
返しによって制動面の摩擦係数に低下をパ来たしブレー
キの効きが悪化する、いわゆるフェード現象を呈する度
合い、つまりフェード性、更には制動面を挟圧するパッ
ドに摩耗を与える度合い(ここでは、仮りに対バンド性
能と呼ぶこととする)を意味し、この性能が実際使用上
重要なことは説明する迄もない。
このロータ用材料として、従来量も通例的なものと云え
ば、FC25〜28のような鋳鉄であるが、これは!−
夕として要求される上記性能のうち耐熱亀裂性が著しく
劣り、この材料を用いたものでは短期間の使用で制動面
に著しい亀裂を生じ、ロータ寿命は摩耗による以前に亀
裂の点から決定されてしまい、短期間の使用で交換を余
儀なくされる憾みがあった。
この問題を解決すべく、本発明者らは先に、ロータを鍛
鋼(845C)製とする技術を提案した。鍛鋼製のロー
タは、上記鋳鉄製にくらべ耐熱亀裂性が格段に良好であ
り、この点では確かに有利なものである◎ところがこの
鍛鋼製のものは、ブレーキ性能、つまりフェード性、対
パッド性能の点で劣り、その点茶十分なものであった。
すなわち、現在のところ、耐熱亀裂性とブレーキ性能の
両立を図り得るロータ材は見当らず、したがってその開
発が望まれていた。
かかる要請に応えるため、本発明者らは、とくに鍛鋼製
・−夕のすぐれた耐熱亀裂性に着目上、この性能を生か
−ししかもそのブレーキ性能を高める有効策について、
種々実験、研究を行なった結果、鍛鋼材料にSiおよび
Niを複合添加し、或いは更にAJ、 Cus Ti%
Moの耐酸化性向上元素を適量添加することにより、本
来の耐熱亀裂性を損うことなくそのブレーキ性能を鋳鉄
と同等のレベル以上に改善し得ることを見い出した。
すなわち本発明は、(、(11〜α6wt%、Siα8
〜50wt %、Mn 3.0wt%以下、Niα2〜
aowt%、Pα05wt係以下、50.05wt%以
下を含み、更に必要に応じAA O,5−aowt%、
Cu O,1−40wt%、’l’i Q2−31)w
tlkMOCI−五〇 wtf)の1種または2種以上
全含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなるこ
とを特徴とするディスクブレーキロータ用鋼を要旨とす
る〇 一般にロータは、使用時パッドとの接触摩擦により発熱
し、その表面に酸化スケールを生じるものであるが、ブ
レーキ性能はこの表面スケールの形態、特注に依存する
ことになる・ 一般鍛鋼製のロータでは、この表面スケールは第1図(
2)の模式断面説明図に示す0)、(ロ)、(ハ)の成
長過程を経る。すなわち、初期の段階でまず、Fe。
が生成[(4)図λ次いでこれがその表面側からFe、
04、更にはFe2O3に変化してゆくとともに((ロ
)図)、このスケール中へ鋼索地側からFe分が次々と
供給されFeOの生成も進行してゆくこととなり、やが
て表面がFe2O,となってその内側にFeOが主体で
Fe3O4が混在した厚みの大きな層が存在する形とな
る(tzl)図)。要するに一層鍛鋼製ロータの場合に
は、表面スケールはFeOが主体で、厚みが大きく、剥
離し易く、高温流動性の太きい、そのような特性をもつ
ものを生成し、このために良好なブレーキ性能(フェー
ド性、対パッド性能〕を発揮し得ないものである。
しかるに、本発明に基いてSiおよびNi或いは更にA
J% Cu、Tis Moの耐酸化性向上元素を添加し
た鋼からなるロータでは、Fe2O3、Fe3O4のF
e酸化度の高い酸化物を主体とした薄い表面スケールが
生じ、これがブレーキ性能を良好に維持する形になる。
すなわち、同ロータの場合には、第1図(2)に示す如
く、まず当初値かなFeOが生成すると(0)図)、そ
の段階でFe0層の内側にSiO2とNiリッチの層が
、或いは更にAl2O3皮膜、Cu富化層%T10□皮
膜、1viの、皮膜が生成する((ロ)図)。この生成
した皮膜は、その後の鋼板素地からのスケール中へのF
e供給を遮断する役目を果し、その結果新たたなFe酸
化が阻止され既にあるFeOの酸化のみ進行する形とな
り、最終的に表面スケールはFe2O3、Fe3O4主
体のものとなって安定するものである。
しかもこのロータは、鍛鋼製本来のすぐれた耐熱亀裂性
をも併せ持つものである。
次に、本発明における鋼成分限定の理由について説明す
る。
C:強度確保上必要な元素であり、その意味において0
.1wt%未満では不十分である。また0、6wt’%
をこえると、加工性に悪影響が出る。
Si:耐高温酸化性を維持する最も重要な元素である。
先に述べたとおりロータの使用条件下で、酸化皮膜とな
って鋼素地表面を覆い酸化を防ぐ機能を発揮するもので
あり、とくに後述のNiとの複合作用により著しい効果
を示すものである。このような効果を得るには少なくと
も0.8wt%必要である。
ただしこれが50wt%をこえると、効果が飽和するば
かりでなく、機械的性質、破壊靭性値か悪化し、ロータ
材としての使用が困難となる。
Mn:脱酸に必要な元素であるが、30wt%以下に止
めおかないと、対パッド性能(パッド摩耗量)に悪影響
が出る。
Ni:Siとの複合使用下で耐高温酸化性に対し舊効を
示す元素である。基本的には、ロータの使用条件下でN
i富化層を形成して鋼素地表面を覆い酸化促進を防止す
る機能を発揮するものであり、このような効果を得るに
はNi02wt%以上必要である。
ただしこれが5wt%をこえると効果は飽和し、むしろ
経済的不利を招来する。
P、S:不可避的不純物元素であり、何れも005wt
4以下に抑えないと、熱同加工性を害する。
A1.、Cu、 Tin Mo :何れも耐酸化性向上
元素であり、1種以上を必要に応じ選択使用するもので
ある。
AJはN2O3皮膜を形成して、CuばCu富化層の形
で、またT 1 s MOはそれぞれTt02 s M
o0zの皮膜となって、それぞれ鋼素地を覆い酸化促進
の防止に効果を発揮する。ただしこれらはそれだけの添
加では酸化抑制上十分でなく、前記Si、Niとの複合
使用が前提となる。かかる効果はNはC15wt係以上
、■は01wt%以上、TiはQ2wtチ以上、そして
■は11wt1以上でそれぞれ顕著であり、更にまたこ
の範囲において、AIは靭性向上に寄与し、Cuは成形
性改善をもたらし、そしてTiは表面肌、靭性の改善に
効果を示す。しかしながら、AIがaowt%をこえる
と却って生成表面スケールの剥離がおこり易くなり、C
uaOwt%ごえでは逆に成形性の悪化を来だし、そし
てTiも3.0wt%以下に止めないとむしろ表面肌、
−初回に悪影響を及ぼすことになり、更にMoはaOw
t%ごえでは酸化に対する効果が飽和し経済的不利のみ
招来する。
次に、本発明の効果を実施例を掲げて説明する。
第2図は大型自動車用鍛鋼製ロータを示したもの((3
)は正面図(右半部省略)、(6)は縦断側面図)で、
(1〕は車軸側のハブに取付けるフランジ部をもつ取付
部、(2)はパッドによる挟圧を受ける円盤状の摺動部
で、前記取付部先端(1)に溶接付けされている。
このような鍛鋼ロータ(寸法:同図図示)を、摺動部(
2)の材料として第1表の(2)〜Q◇鋼((2)は従
来例、(3)〜■℃は本発明例)を用い下記の方法で製
造したO く製造方法〉 ■取付部: 5S41或いは5M41Bの鋼板(厚さ2
2薗)から38011II+径の円板をガス切断にて切
出し→冷間絞り(コニカル成形)でおわん形に加工→お
わん形の頂部をガス切断にて開口→950°Cに加熱→
バーリング加工でフランジ部並びに全体形状を形成→摺
動部取付端を開先加工。
■摺動部:第1表(2)〜Q])の6鋼を溶解→鍛造(
圧延)→熱処理(調質Q−T、焼入れ二820〜900
℃閾、or OQ、焼戻し=550〜700°CACo
r急冷)→ガス切断にて孔あき円盤切出し。
■上記■、■で得た取付部と摺動部を溶接→応力除去焼
鈍(S、R処理)→仕上加工。
得られた各鍛鋼ロータ並びに別途作製した鋳鉄ロータ(
第1表(1)の成分)について、下記3つの試験を実施
しだ。
〈耐熱亀裂性試験〉 ブレーキダイナモ試験機(パッド;第2表に示す材質の
セミメタリックパッド)の回転軸にロータをセットし、
回転数53 Orpmt慣性モーメント(1) 100
kp−rrr 5ee2で回転させておき、この摺動部
をパッドで挟圧して減速度aztct :重力加速度)
で制動するブレーキ操作を1000回(鋳鉄ロータ18
21)は350回)繰返し行い(制動開始温度はつねに
150′C)、この試験でロータ摺動面に生じた亀裂の
最大長さを調査する。
〈フェード・リカバリー性試験〉 同上試験機を用い、下記のブレーキ操作を4回、すなわ
ち第4フエード・リカバリー試験まで行う。
〔ブレーキ操作〕
回転数 319 rpm s’I−85ky−m−se
c2で回転するロータを減速度0.3 fで制動する操
作を3回繰返す(制動開始温度は1回目常温、2.3回
目は950°C)→引続き回転数425 rpm。
I=85にグーm’5ec2で回転するロータを減速度
03?で制動する操作を60秒間隔で20回繰返す(フ
ェードゾーン)→3分間放置→回転数319rpm s
 I =s sky−m−sec2で回転するロータを
減速度0.3 fで制動する操作を3分間隔で20回繰
返す(リカバリーゾーン)。
このフェード・リカバリー試験において、第4フェード
ゾーンの第1回目の制動に要した油圧(P)と当該フェ
ードゾーン全体を通じて最も大きな制動力を要した制動
における設定油圧(Pmax)を検出し、下式、 7−[−−ト率=Pmax’lX100(%)にてフェ
ード率を算定する。
〈対パッド性能試験〉 上記第4フエードまでのブレーキ試験によるパッド摩耗
量を調査する。
試験結果を、第1表の後段に示した。
第1表において、鋳鉄ロータ(1)はフェード率、パッ
ド摩耗量の点ではすぐれるものの、耐熱亀裂性が極端に
劣っている・また鍛鋼ロータでも、Si。
Niの含有量が何れもきわめて低い従来例(2)は、上
記鋳鉄ロータとは逆に、耐熱亀裂性はすこぶる良好であ
るが、フェード率、パッド摩耗量で示されるブレーキ性
能が著しく劣っている。
これら従来例に対し、SlとNiを複合添加し、或いは
更にM%C,usTisMoの1種以上を添力6した本
発明例(3)〜Q1)は何れも、鍛鋼ロータとして、鋳
鉄製に匹敵乃至はこれをしのぐブレーキ性能を有し、し
かも耐熱亀裂性の点でも鍛鋼本来のきわめて良好な性能
を示している。
第3図は本発明の効果を更に明確にする意味で掲げたも
ので、これは前記フェード性試験における制動油圧の推
移(第3フエード試験)を表わしており、図中P1:従
来例(2)(鍛鋼)、P2:本発明例(3)、の各場合
を示す。
同図から、従来鍛鋼ロータはフェードの傾向が著しくつ
よく、一旦フエート現象を呈するとその完全な回復は不
可能で爾後にその傾向を残すことになるが、本発明鋼の
鍛鋼ロータでは鋳鋼のものと同様、フェードそのものを
殆んど示さないことが理解されよう。
以上に説明のとおり本発明鋼は、ディスクブレーキのロ
ータとしてすぐれたブレーキ性能に、きわめて良好な耐
熱亀裂性を兼ね備えるものであり、ロータの耐久性を飛
躍的に向上せしめ得るものである0
【図面の簡単な説明】
第1図はディスクブレーキのロータにおける表面スケー
ルの成長過程を示す模式説明図で、(ト)は一般鍛鋼製
ロータ、(2)は本発明鋼75\らなるロータ、の各場
合を示している。第2図は実施例における供試ロータの
形状、寸法を示す正面図、縦断(lit面図、である。 図中 1:取付部、2:摺動部 第1図 (イ) (0) (ハ) 第2図 (m爪2 第3図 )pPJ1/gJrA奴(回) 手続補正書(方式) %式% 1、事件の表示 昭和58年特許願第159880号 2、発明の名称 ディスクブレーキロータ用鋼 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 大阪市東区北浜5丁目15番地名 称 (21
1)住友金属工業株式会社代表者 熊谷典文 4、代理人 6、補正の対象 明細併の「図面の簡単な説明」の欄 7、補正の内容 (1)明細書の14頁末行「第1図は・・・」から15
頁7行「2:摺動部」とあるまでを下記に補正します。 「第1図はディスクブレーキのロータにおける表面ヌヶ
ールの成長過程を示す模式説明図で、(8)は一般鍛鋼
製ロータ、[相]は本発明鋼からなるロータ、の各場合
を示している。第2図は実施例における供試ロータの形
状、寸法を示す正面図、縦断側面図、第8図は本発明鋼
からなるロータと従来のロータについてフェード・リカ
バリー試験を行ったその結果の1つを示す線図、である
。 図中、1:取付部、2:摺動部」 以 上

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) CQI−06wt%、Siα8−41wt%、
    Mn30wt%以下、Niα2〜aOwt%、2005
    wt%以下、SQO5wtチ以下を含み、残部はFeお
    よび不可避的不純物からなることを特徴とするディスク
    ブレーキロータ用鋼0
  2. (2) CQI−α6wt%、5iO8〜5.0Wtq
    I)、Mn30wt%以下、N1Q2〜5[wtチ、p
    o、05wt%以下、30.05wt1以下を含み、A
    Io、5〜aowt%、Cuα1− a Owtチ、T
    i Q2〜&Owtチ、■α1〜aowt%の1種また
    は2種以上を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物
    からなることを特徴とするディスクブレーキロータ用鋼
JP15933083A 1983-08-31 1983-08-31 デイスクブレ−キロ−タ用鋼 Pending JPS60155645A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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