JPS6052553A - デイスクブレ−キロ−タ用鋼 - Google Patents

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。

周知の如くディヌクブレーキとは、車軸に固定したロー
タをその両面側からパッド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
、フ”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υ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、！１ｌｌＶ′
Ｃ対パッ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、これはロー
タとして要求てれる上記性能のうち耐熱亀裂性が著しく
劣シ、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（Ｓ４５Ｃ）製とする技術を提案した。

鍛鋼槽のロータは、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。

ところがこの鍛鋼槽のものは、ブレーキ性能、つｇフェ
ード性、対パッド性能の点で劣り、その点不十分なもの
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、とぐに鍛鋼製
ロータのすぐれた耐熱亀裂性に着目し、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
々夾験、研究を行った結果、鍛鋼材料１／ｍＮｉ或いＨ
更１ｃＡｔ、　Ｃ！ｕ、　Ｔｉ、、　Ｍｏ　ノ耐酸化性
向上元素を適曾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。

すなわち本発明げ、ＣＯ，ｌ〜Ｑ６ｗｔ％、ＳＬｏ、８
ｗｔ％未満、Ｍｎ　ａ、　Ｏｗｔ％以下、Ｎｉ　０．２
−５．０　ｗｔ％、ｐＱ、９５ｗｔ％以下、ｓＱ、９５
ｗｔ％以下を含み、更に必要に応じＩ’Ｊ！、　０．５
−５．０　ＶＪｅ％、Ｃｕ　Ｏ，１−８，０ｗｔ％、Ｔ
ｉ、　０．２−８．０　ｗｔ％、ＭＯ０，１〜５．０　
ｗｔ％の１種または２種以上を含有し、残部はＦｅおよ
び不可避的不純物よ、！ｌｌｌすることを特徴とするデ
ィヌクブレーキロータ用鋼を要旨とする。

一般にロータは、使用時パッドとの接触摩擦によシ発熱
し、その表面に酸化スケ−／Ｉ／を生じるものであるが
、ブレーキ性能にこの表面７ケールの形態、特性に依存
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（
３）の模式断面説明図に示す（（イ）、（ロ）、（ハ）
の成長過程を経る。すなわち、初期の段階でまず、Ｆｅ
Ｏが生成しく（イ）図）、次いでこれがその表面側から
Ｆｅ　ＪＯａ　、更にはＪｊ”６．２０３に変化してゆ
くとともに（（ツ図）、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υ、やがて表面がＦｅ２Ｏ２となってその内側に
ＦｅＯが主体でＦｅ　Ｊ　Ｏｐが混在した厚みの大きな
層が存在する形となる（Ｃ９図）。要するに一般鍛鋼製
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、高温流動性の大きい、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Ｎ１或いは更にＡｔ。

Ｃｕ、　Ｔｌ−、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、Ｆｅコ０３．　Ｆｅ５０グのＦｅ
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（Ｅ３）ＶＣ示す
如く、まず当初値かなＦ１１３０が生成すると（（イ）
図）、その段階でＦｅ０層の内側にＮ１富化層或いは更
１ｃ　Ａ１．ｒＯ３皮膜、Ｃｕ冨化層、Ｔｊ−Ｏｘ皮膜
、Ｍ００コ皮膜が生成する（幹）図）。この生成した皮
膜は、その後の鋼板素地からの７ケーρ中へのＦｅＲ給
を遮断する役目を果し、その結果新たなＦｅ酸化が阻止
δれ既にろる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，ＦＩＥＩＪＯグ主体の
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Ｑ
、　ｌ　ｗｔ％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。

Ｓｌ：脱酸元素として使用でれる元素でおるが、０．８
ｗｔ％以上は不要である。

Ｍｎ　：　Ｓｉ−同様脱酸に必要な元素であるが、ｇ、
ｏ　ｗｔ％以下に止めないと、対パッド性能（パッド摩
耗量）に悪影響が出る。

Ｎｉ、　：　［ｉＪ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、Ｎ
１富化層を形成して鋼素地表面を覆い酸化を防ぐ機能を
発揮するものでおり、このような効果を得るには少なく
とも０．２ＷｔｔＸ必要である。ただしこれが５　ｗｔ
％をこえると効果は飽和し、経済的に不利となるばかり
である。

Ｐ、Ｓ：不可避的不純物元素であり、何れも０．０５ｗ
ｔ％以下に抑えないと、熱間加工性を害する。

Ａｔ、　Ｃｕ、　Ｔｉ　、ＭＯ：何れζし化性向上元素
であり、１種を必要に応じ選択使用するものでおる。Ａ
２はＡ１．２０３皮膜を形成して、ＣｕばＣｕ富化層の
形で、またＴｉ−、ＭｏはそれぞれＴｉＯ，ｚ、　Ｍｏ
０−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。ただしこれらはその添加だけで
は酸化抑制上不十分でるり、前記Ｎ１との複合使用が前
提となる。かかる効果はＡｔＦｊ、０．５　ｗｔ、９６
以上、Ｃｕ　ｕ　ｏ、　１　ｗｔ％以上、Ｔ１ば０．２
　ｗｔ％以上、そしてＭＯばＱ、　ｌ　ｗｔ％以上でそ
れぞれ顕著であり、更にまたこの範囲において、Ａｔは
靭性向上に寄与し、Ｃｕは成形性改善をもたらし、セし
てＴ１は表面肌、靭性の改善に効果を示す。しかしなが
ら、Ａｔが５，０ｗｔ％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シ、ｃｕ　３．□　ｗｔ％ご
えでは逆に成形性の悪化を来たし、そしてＴ１も３．０
影響を及ぼすことになシ、更ＶＣＭＯは５．　Ｑ　ｗｔ
％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図は大型自動軍用鍛鋼製ロータを示したもの（（八
は正面図（右半部省略）、（ト）は縦断側面図）で、（
１）は下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
、前記地利部先端（１）に溶接材けきれている。

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（２１−０１）鋼（（２）は
従来例、（３）〜０１）は本発明例）を用い下記の方法
で製造した。

〈製造方法〉 ■取付部：ＳＳ４．１或いは５Ｍ４１Ｂの鋼板（厚で２
２　ＩＩＭ）から３８０１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→９５０Ｃ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）〜（２１）の各鋼を熔解→鍛造
（圧延）→熱処理（調質Ｑ、、Ｔ、焼入れ：８２０〜９
００ｉＷＱｏｒＯＱ、焼戻し：５５０−７００℃ＡＣＯ
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
した。

く耐熱亀裂性試験〉 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５８Ｑｒｐｍ、慣性モーメン）（Ｉ’）　１００
　＃ｆ−ｒｎ−ｓｅａ’　テ回転３セテオ＠、コノ摺動
部をパッドで挟圧して減速ａｏ、２ｇ（ｇ：重力加速度
）で制動するブレーキング操作を１０００回（鋳鉄ロー
タ（１）Ｖｌ、８５０回）繰返し行い（制動開始温度は
つねに１５０℃）、この試験でロータ摺動向に生じた亀
裂の最大長さを調査する。

くフェード・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・リカバリー試験捷で行う。

（ブレーキ操作） 回転数８　］　９　ｒｐｍ　、　Ｉ　＝　８５　ｋＱｆ
−ｍ−ＢｅＣ’　テ回転するロータを減速度０．３ｇ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℃）（ベースゾーン）→引続き回
転数４２５　ｒＩ）ｍ、Ｉ　＝　８５　ｋＱｆ−ｍ、Ｂ
ｅｃ’　テ回転するロータを減速度０．３ｇ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Ｂ　１９　ｒｌｌ）ｍ、■−８５ｋ
ｇｆ−ｍ−ｓｅＣ’で回転するロータを減速度０．３ｇ
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フエード
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
動における役作油圧（ＰｍａＸ　）　２検出し、下式、 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・リカバリー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　２　表 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、Ｎ１の含有量がきわ
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、Ｎ１．または更にん乙Ｃｕ、Ｔｉ
。

Ｍｏの１種以上を添加した本発明例（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）を表わしておシ、図中Ｐ４：従
来例（２）（鍛鋼）　、Ｐａ　：本発明例（５）、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
可能で爾後その傾向が残ることになるが、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δないことが理解てれよう。

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Ｒ
Ｊ熱亀裂性を兼ね備えるものでメジ、ロータの耐久性を
飛躍的に向上せしめ得るものである。

【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ヌケー
ルの成長過程を示す模式説明図で、（Ａ）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３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 第　ｌ　図 （イ）　（０）　（ハ） （イ）　（ロ）　（ハ） 第２図 （ｍｍ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　ＣＯ，１−ｏ、６ｗｔ％、Ｓｉｎ、８ｗｔ％未
   満、Ｍｎ　３．０ｗｔ％以下、Ｎｊ−０，２〜５．０ｗ
   ｔ％、Ｐｏ、０５ｗｔ％以下、Ｓｏ、０５ｗｔ％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
   特徴とするディヌクブレーキロータ用鋼 （２１ＣＯ，１〜０．６ｗｔ％、Ｓｉ、　０．８　ｗｔ
   ％未満、Ｍｎ　８．０ｗｔ％以下、ＮｉＯ，２〜５，０
   ｗｔ％、Ｐｏ、０５ｗｔ％以下、Ｓｏ、０５ｗｔ％以下
   を含み、更にＡｔ０．５〜５．０ｗｔ％、Ｃｕ　ｏ、　
   １−８．Ｏｗｔ％、Ｔｉ、　０．２−８．０　ｗｔ％、
   Ｍｏ０．１〜５．□ｗｔＸの工種または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
   徴とするディヌクブレーキロータ用鋼