JPS6052559A - 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、単に口〜夕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
れたブレーキ性能か要求される。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
＠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
段に良好であシ、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、りまクツ
ニード性、対パッド性能の点で劣り、その点本十分なも
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９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
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
々笑験、研究を行った結果、鍛鋼材料に８１およびＯｒ
を複合添加し、或いは更にＡｔ・Ｃｕ、　’ｆ’ｉ、　
ＭＯの耐酸化性向上元素を適量添加することによ−リ、
本来のｍＪ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、Ｃ０１１〜０．６　ｗｔ％、Ｓｉ　
Ｏ，８〜５、Ｏｗｔ％、Ｍｎ　８．　（ｌ　ＶＪｔ’Ｊ
Ｅ以下、Ｃｒ　１．０−１１．０ｗｔ％、Ｐｏ、０５ｗ
ｔ％以下、ｓｏ、９５ｗｔ％以下を含み、更に必要に応
じＡ１．０．５−５．１　ｗｔ％、ＣｕＯ０１〜１０ｗ
ｔ％、Ｔ’ｌＯ，２〜ａ、ｏｗｔ％、ＭＯＱ、１〜５．
０ｗｔ％の１種または２種以上を含有することを特徴と
するディスクブレーキロータ用鋼を要旨とする。

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１
（Ａ）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
Ｆｅ５０り、更にはＦｅコ０３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Ｆｅ５Ｏ３となってその内側にＦｅＯが
主体でＦｅＪＯグが混在した厚みの大＠な層が存在する
形となる（（／つ図）。要するに一般鍛鋼製ロータの場
合には、表面ヌケ−／Ｌ’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お
る。

しかるに、本発明に基いてＳｌおよびＣｒ或いは更にｐ
、ｔ、　Ｃｕ、　Ｔｉ、　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、Ｆ６１．２０ｉ　＋　Ｆ
ｅ　Ｊ○夕の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１Ｎ
０）に示す如く、まず当初値かなＦｅＯが生成すると（
（６）図）、その段階でＦｅ０層の内側ｖＣ３ｉＯ，２
とＯｒλ０３の皮膜が、或いは更にＡｔ、２０３皮膜、
Ｃｕ富化層、Ｔ１０λ皮膜、ＭＯｏ、２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Ｆｅ供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れ既にあるＦｅＯの酸化のみ進行する
形となり、最終的に表面ヌケ−＃Ｔｄ、　Ｆｅ、２０３
．　Ｆｅ７０４を主体のものとｙｚ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面４
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
．　Ｉ　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：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Ｏｒとの複合作用によシ著しい効果
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６．Ｂ　ｗｔ　Ｘ必要である。ただしこれが５，９ｗ
ｔ％をこえると、効果が飽和するばかりでなく、機械的
性質、破壊靭性値が悪化し、ロータ材としての使用が困
難となる。

１ｖｌｎ：脱酸に必要な元素であるが、３．Ｑｗｔ％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。

ｃｒ　：　ｓｌとの複合使用下で耐高温酸化性に対し著
効を示す元素である。基本的には、ロータの使用条件下
で酸化皮膜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アク・このような効果を得る
にはＣｒ　１０　ｗｔ％以上必要である。ただしこれが
１１．０　ｗｔ％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アシ、何れも０．０５ｗ
ｔ％以下に抑えないと、熱間加工性を害する。

Ａ４Ｃｕ、Ｔｊ−、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。

Ａｌ　ｉｊ　Ａｆ、、２０　Ｊ皮膜を形成して、Ｃｕ４
ｊＣｕ富化Ｓの形で、まｉ　Ｔｉ　、　Ｍｏ　Ｕそれぞ
れＴｉ０．２．　ＭｏＯｘ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十分なものではなく
、前記Ｓｉ、Ｃｒとの複合使用が前提となる。かかる効
果ＵＡｔは０．５ｗｔ％以上、ＣｕはＱ、　ｌ　ｗｔ％
以上、Ｔｉ　ｉ　０．２ｗｔ％以上、そしてＭＯは０．
　Ｉ、　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、ＡＡは靭性向上に寄与し、Ｃｕは成
形性改善をもたらし、そして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．Ｑｗｔ％を
こえると却って生成表面スケールの剥曙がおこり易くな
り、Ｃｕ　８．　Ｑ　ｗｔ％ごえでは逆に成形性の悪化
を来たし、そしてＴ１も３．　Ｑ　ｗｔ％以下に止めな
いとむしろ表面肌、靭性に悪影響を及ぼすことになり、
更にＭ。

は、５．０　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図に大型自動軍用鍛鋼製ロータを示したもの（（Ａ
）は正面図（右半部省略）、ａ３は縦断仙１面図）で、
（１）は車軸側のハブに取イ（１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（寸法二同図図示）を、摺動部（
２）の材料として第１表の（２Ｊ−Ｇ！１）鋼（（２）
は従来例、（３）〜Ｑ１）は本発明例）を用い下記の方
法で製造した。

く製造方法〉 ■取付部：５Ｓ４１或いは５Ｍ４１Ｂの鋼板（厚芒２２
　ａｙ　）から３８０闘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］）の各鋼を溶解→鍛造（
圧延）→熱処理（調質Ｑ、Ｔ、焼入れ＝８２０〜９００
ｂＷＱｏｒＯＱ、、焼戻し：５５０−７００℃ＡＣＯｒ
急冷）→ガス切断にて孔あき円盤切出し■上記の、■で
得た取付部と摺動部を浴接→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つの試験を突流
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５８　Ｏｒｐｍ、慣性モーメント（Ｉ）　１００
　ｋｑｆ−ｒｎ、ｓｅａ’　テ回＊伝−Ａせてお＠、コ
ノ摺動部をパッドで挟圧して減速度０．２ｇ（ｇ：重力
加速度）で制動するブレーキ操作を１０００回（鋳鉄ロ
ータ（１）は３５０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面に生じた亀裂
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・リカバリー試験まで行う。

（ブレーキ操作） 回転数３１９　ｒｐｍ、■＝　８５　＃ｆ−ｍ−ｓｅａ
’で回転するロータを減速度ｏ、ａｇ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
９５０ｔＥ）（ベースゾーン）→引続き回転数４２５　
ｒｐｍ、工＝＝Ｂ　５　ｋｇｆ−ｍ−８ｅ＆で回転する
ロータを減速ｆｆ０．８ｇ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８１９　ｒｐｍ、より８５　ｋｇｆ＋ｍｅ　Ｓｅｅ’
で回転するロータを減速度ｏ、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ＣＰ／）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、 フェード率＝炸叫漏すシＸ１００（％〕Ｐ／ にてフェード率を算定する。

く対パッド性能試験〉 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　２　表 第１表において、鋳鉄ロータ（１）ＩＩ′ｊ、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、Ｓｌ。

Ｃｒの含イ１■１がきわめて低い従来例（２）ば、上記
鋳鉄ロータとは逆に、耐熱亀裂性はすこぶる良好でおる
が、フェード率、パッド摩耗量で示δ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Ｏｒを複合添加し、或いに
更にＡＡ、　Ｃｕ、　’ｒｉ−，ＭＯの１種以上を添加
した本発明例（３）〜ａｌ）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Ｐｌ：従
来例（２）（鍛鋼）、Ｐコニ本発明例αの、の各場合を
示す。

同図から、従来鍛鋼ロータに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を残すことになるが、本発明鋼の鍛
鋼口〜夕ではりｇ鋼のものと同様、フェードそのものを
殆ど示σ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乏）υ、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スケー
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、に）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、■＝取付部、２：摺動部 第　１１！１ （イ）　（０）　（ハ） （イ）　（０）　（ハ） 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃｏ、１〜０．６ｗｔ％、８１０．８〜５．０　
   ｗｔ％、Ｍｎ３、　Ｑ　ｗｔ％以下、Ｏｒ　］、、０−
   １１．Ｏｗｔ％、Ｐｏ、０５ｗｔ％以下、ｓｃ＋、ｏ５
   ｗｔ％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 （２Ｊ　ＣＯ，１〜０．６ｗｔ％、ＳｉＯ，８〜５．６
   ｗｔ％、Ｍｎ３．９ｗｔ％以下、Ｃｒ　１．、０〜］、
   　１．Ｏｗｔ％、Ｐｏ、０５ｗｔ、％以下、Ｓｏ、０５
   ｗｔ％以下を含み、Ａｔ　Ｏ１５〜５，９ｗｔ％、Ｃｕ
   　Ｏ，１−８，０ｗｔ％、Ｔｉ−０，２〜８．０　ｗｔ
   ％、ＭＯ０，１〜５，９ｗｔ％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
   を特徴とするディヌクブレーキロータ用鋼