JPS6052561A - 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、単にロータと言えばこれを指す）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け、車軸に固定したロー
タをその両面側からパッドで挟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、つ捷りフェード性、更には制動面を挟圧するパッド
に摩耗を学える度合い（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、従来最も通例的なものと言え
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、この利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（３４５Ｃ）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、その煮干十分なも
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、しだがってその開
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
々実験、研究を行なった結果、鍛鋼材料にＣｒおよびＮ
ｉを複合添加し、或いは更にＡＩ、　Ｃｕ　、　Ｔｉ　
、　Ｍｏの耐酸化性向」−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
だ。

すなわち本発明は、Ｃ０，１〜０．６ｗｔ％、　Ｓｉ　
Ｑ、８ｗｔ％未満、　Ｍｎ　３．Ｑｗｔ％以下、　Ｃｒ
　１．○〜］　１−．０ｗｔ％、Ｎｉ００２〜５．Ｑｗ
ｔ％＊　ＰＯ，０５ｗｔ％以下、　Ｓ　Ｑ、Ｑ５ｗｔ％
以下を含み、更に必要に応じＡＩ　０．５〜５．Ｑ　ｗ
ｔ％、　Ｃｕ　Ｑ、］〜３．Ｑｗｔ％、ＴｉＱ、２〜３
．Ｑｗｔ％、　Ｍｏ　Ｏ，１〜５．Ｑ　ｗｔ％の１種ま
たは２種以」二を含有し、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（
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、ＦｅＯ
が生成しく（イ）図）、次いでこれがその表面側からＦ
ｅ３Ｏ４、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Ｆｅ２Ｏ３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（（ハ）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ＣｒおよびＮｉ或いは更にＡ
ｌ　、　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、Ｆｅ２Ｏ３，Ｆｅ３
Ｏ４のＦｅ酸化度の高い酸化物を主体としだ薄い表面ス
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（Ｂ）
に示す如く、まず当初値かなＦｅＯが生成すると（（イ
）図）、その段階でＦｅ０層の内側にＣｒ２Ｏ３および
Ｎｉリッチの層が、或いは更にＭ２Ｏ３皮膜。

Ｃｕ富化層、　Ｔｉｅ２皮膜２Ｍ０Ｏ２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１にされ既にある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Ｆ
ｅ２０３　、　Ｆｅ５０．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」二必要な元素であり、その意味において
Ｑ、１ｗｔ％未満では不十分である。またＱ、５ｗｔ％
をこえると、加工性に悪影響が出る。

Ｓｉ：脱酸元素として有効な元素であるが、０．８ｗｔ
％以上は不必要である。

Ｍｎ　：　Ｓｉ同様脱酸に必要な元素であるが、３．Ｑ
　ｗｔ％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　：　Ｎｉ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あり、このような効果を得る
にはＣｒ　ｌ、Ｑｗｔ％以上必要である。

ただしこれが１１．０ｗｔ％をこえると効果は飽和し、
むしろ経済的不利を招来する。

Ｎｉ：これも耐高温酸化性を高める元素である。基本的
には、ロータの使用条件下でＮｉ富化層を形成して鋼素
地表面を覆い酸化促進を防ぐ機能を発揮するもので、そ
の効果はとくに上記Ｃｒとの複合添加の条件下で顕著で
ある。かかる効果の発現を維持するにはＮｉＱ、２ｗｔ
％以上必要であるが、５ｗｔ％をこえると効果の飽和を
来たし、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。

Ａ７？、　Ｃｕ　、　Ｔｉ　、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はＡＩ！２０３皮膜を形成して、Ｃｕは
Ｃｕ富化層の形で、またＴｉ　、　ＭｏはそれぞれＴｉ
Ｏ３９Ｍ００□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で々く、前記Ｃｒ　、　Ｎｉ
との複合使用が前提となる。かかる効果はＭは０．５上
、そしてＭＯは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、Ｍ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、Ａｆが５．Ｑ
ｗｔ％をこえると却って生成表面ヌヶ−ルの剥離がおこ
り易くなり、Ｃｕ　３．Ｑｗｔ％ごえでは逆に成形性の
悪化を来たし、そしてＴｉも３．Ｑｗｔ％以下に止めな
いとむ１〜ろ表面肌、靭性に悪影響を及ぼすことになり
、更にＭｏは５．Ｑｗｔ％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だもの（（Ａ
）は正面図（右半部省略）、（Ｂ）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（ＴＪ法：同図図示）を、摺動部
（２）の材料として第１表の（２）〜（２１）鋼（（２
）は従来例、（３）〜（２１）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：　５ｓ４１或いは５Ｍ４．　］、　Ｂの鋼板
（厚さ２２Ｍ）から３８０票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ロ→９５０℃ニ加熱→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）
の各鋼を溶解→鍛造（圧延）→熱処理（調質Ｑ−Ｔ、焼
入れ：８２０〜９００℃ＷＱＯｒＯＱ、焼戻し：５５０
〜７００°ＣＡＣＯｒ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。

〈耐熱亀裂性試験〉 ブレーキダイナモ試験機（パッド：第２表に示ス材質の
セミメタリックパッド）の回ｋ　軸にロータをセラｌ−
１，、回転数５３０ｒｐｍ、慣性モーメント（Ｉ）　１
００ＫｉｉＩｆ−ｍ−５ｅｃ２で［［］転させておき、
この摺動部をパッドで挟圧して減速度０．２ｇ（！７　
：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）は３５０回）繰返し行ない（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。

くフェード・リカバリー性試験〉 同」二試験機を用い、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なう。

（ブレーキ操作） 回転数３１９　ｒ’ｐｍ　、　Ｔ−８５Ｋｙｆ−ｍ−５
ｅｃ２で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°Ｃ）（ベースゾーン）→引続き回転数４２
！５ｒｐｍ　、　Ｉ　＝　８５　ＫＳＩ−ｍ　−５ｅｅ
２で回転するロータを一度０．３９で制動する操作を６
０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　、　Ｉ　＝　８５　ＫＩｉｌ
ｆ−ｍ−５ｅｅ２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（６）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、 Ｐｍａｘ　−ＰＨ フェード率＝　Ｘ　１００　（％） １ にてフェード率を算定する。

〈対パッド性能試験〉 」二記第４フェ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表の後段に示しだ。

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、Ｃｒ。

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１．　＜劣っている。

これら従来例に対し、ＣｒとＮｉを複合添加し、或いは
更にＡＩ！、　Ｃｕ　、、　Ｔｉ　、　Ｍｏの１種以上
を添加鋳鉄製に匹適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：Ｐ＋　
：Ｉ従来例（２）　（鍛ｗＩ）　、Ｐ２　：　２Ｅｉ明
例（４）、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、−代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−ヒ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。

【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、（Ｂ）　Ｆｉ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ビータについてフェード・リ
カバリー試験を行なったその結果の１つを示す線図、で
ある。図中、１：取付部　２：摺動部 第　１　図 （イ）　（０）　（ハ） 第２図 （爪ｍ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１ＣＯ，１〜０．６ｗｔ％、　Ｓｉ　Ｑ、８ｗｔ％
   未満、　Ｍｎ　３．Ｑｗｔ％以下、　Ｃｒ　１．０〜］
   、　１．．０ｗｔ％、　Ｎｉ　Ｏ，２〜５．Ｏｗｔ％。 ＰＱ、Ｑ５ｗｔ％以下、　Ｓ　Ｑ、Ｑ５ｗｔ％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。 ｆ２１　Ｃ０，１〜０．６ｗｔ％、　Ｓｉ　Ｏ，８ｗｔ
   ％未満、　Ｍｎ３．Ｑｗｔ％以下、　Ｃｒ　１．０〜１
   １．．０ｗｔ％、　Ｎｉ　Ｏ，２〜５．Ｏｗｔ％。 ＰＱ、Ｑ５ｗｔ％以下、　Ｓ　Ｑ、Ｑ５ｗｔ％以下を含
   み、ＭＯ，５〜５．０　ｗｔ％、　Ｃｕ　Ｑ、ｌ〜３．
   Ｑｗｔ％、　Ｔｉ　Ｏ，２〜３．Ｑ　ｗｔ％、ＭＯＱ、
   ｌ〜５．Ｑｗｔ％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。