JPS6052562A - 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。

周仰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ン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
、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
返し罠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バンド
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」二
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云え
ば、ＦＣ２５〜２８のような鋳鉄であるが、これはロー
タとして請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
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Ｓｉ、Ｃｒお
よびＮｉを複合添加し、或いは更にＡ４、Ｃｕ、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」−に改善しｔ！７ることを見い１−
１刊−だ。

すなわち本発明は、Ｃ０，１〜ｏ、　６　ｗ　ｔ％、Ｓ
ｉ０．８〜５０ｗｔ％、Ｍｎ　３．０ｗｔ％以下、Ｃｒ
１０−１１．０　ｗｔ％、ＮｉＯ２〜５．０ｗｔ％、Ｐ
Ｏ，Ｏ！５ｗｔ％以下、Ｓ　ｏ　ｏ　ｓｗＭ含み、更に
必要に応じＡ７ＩＯ，５−！ｉｏｗｉ％、Ｃｕ　Ｏ，１
−３，０ｗｔ％、ＴｉＯ，２−３，０ｗｔ％、Ｍｏ　ｏ
、　１．、−ａｏｗｔ％の１種または２種以上を含有し
７、残部ば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。

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、特性に依拝する
ことになる。

一般鍛鋼製のロータでは、この表向スケールは第１図（
５）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Ｋ（
（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（（〕勺図）。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５ｈＣｒおよびＮｉ或いは更
にＡ７１．　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、＠１図（へ）
に示す如く、まず当初僅かなＦｅＯが生成すると（０）
図）、その段階でＦｅ０層の内側にＳｉＯ２，Ｃｒ２Ｏ
。

およびＮｉリッチの層が、或いは更にＡ７１２０３皮膜
、α富化層、Ｔｉ　Ｏ２皮膜、ＭｏＯ２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
中への職供給を遮断する役目を果し、その結果性たなＦ
ｅ酸化が１１１」屯され既にある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Ｆｅ２０１、Ｆ
ｅ３Ｏ４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チ未満では不十分である。まだ０．６ｗｔ係を
こえると、加工性に悪影響が出る。

Ｓｉ：ｉｔＩ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Ｃｒや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５
．０ｗｔ％をこえると、効果が飽和するばかりでなく、
機械的訃質、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。

ＩＶＩｎ　：脱酸に必要な元素であるが、３［ｗｔ係以
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：　Ｓｉ、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　１．　Ｏｗｔ％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。

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てＮｉ富化層を形成して１ｆ
ｆ！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」−記Ｓｉｓ　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ｉ”Ｊｉｏ、２ｗｔ係以上必要であるが、５ｗｔ％を
こえると効果の飽和を来たし、経済的に不利と々るばか
りである。

ｐ、ｓ：不可避的不純物元素であり、何れも００５ｗｔ
％以下に抑えないと、熱間加工性を害する。

Ｎ、Ｃｕ、Ｔｌ、Ａ４ｏ　：何れも耐酸化性向」二元素
であり、１神具−１−を必要に応じ選択使用するもので
ある。

ＮはＡ１１２０３皮膜を形成して、ＣｏばＣｕ富化層の
形で、まだＴ＋　１ＭｏはそれぞれＴｉ　Ｏ２，１ＶＩ
ｏ０２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」−十分でなく、前記Ｓｒｓ　Ｃｒおよび
Ｎｉとの複合使用が前提となる。かかる効果はＮは０．
５ｗｔ％以−１ニー１−１Ｃ１ｌ］、ｗｔ％以」二、Ｔ
ｉは０．２ｗｔ％以」二、そしてＭＯは゛０．１ｗｔ％
以上でそれぞれ顕著であり、更にまたこの範囲において
、Ａβは靭性向」−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、　Ａ７１が５０ｗｔ％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ｓ　Ｃｕ　３
．Ｏｗｔ係と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、靭
性に悪影響を及ぼすことになり、更にＭｏば５．０ｗｔ
％と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図は大型自動屯用鍛ボ製ロータを示したもの（（Ａ
）は正面図（右半部省略）、（２）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（ｆ）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）〜（イ）鋼（（２）は
従来例、（３）〜（イ）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５Ｍ４１Ｂの鋼板（厚さ２２
調）から３８０關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。

■運動部：第１表（２）〜（イ）の各鋼を溶解→鍛造（
圧延）→熱処理（調質Ｑ−Ｔ、焼入れ＝８２０〜９００
°ＣＷＱ　ｏｒ　ＯＱｓ焼戻し：　５５０−７００°Ｃ
ＡＣｏｒ急冷）→ガス切断にて孔あき円盤切出し。

■」二記■、■で１υだ取付部と摺動部を溶接一応力除
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５３０　ｒｐｍｓ慣性モーメントσ）　１００
　ｋ７−ｍ−ｓｅｃ２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０２ｆ（ｉｔ’：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１５
０°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・リカバリー試験まで行う。

（ブレーキ操作） 回転数　３１９　ｒ　ｐｌｎ　ｓ丁−８５に９−ｍ　”
　５ｅＣ２で回転するロータを減速度０３グで制動する
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４２５ｒｐｍｘ］：
　＝８５ｋｇ−ｍ　”　５ｅＣ２で回転するロータを減
速度０３２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３１９　ｒｐ
ｍ、Ｉ＝８ｓｋｚｆ−ｍ−ｓｅｃ２で回転するロータを
減速度α３グで制動する操作を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
における設定油圧（Ｐｍａｘ）を検出し、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フエードまでのブレーキ試験忙よるバンド摩耗
量を調奔する。

試験結果を、第１表の後段に示した。

第１表において、菊鉄ロータ（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、Ｓｌ、Ｃｒ、Ｎｉの
含有鼠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、バンド摩耗量で示されるブレ−キ性能が著
しく劣っている。

これら従来例に対し、５ｉｓＣｒとＮｉを複合添加し、
或いは更にＡ７Ｉ、Ｃｕ、Ｔｉ１■の１種以上を添加し
た本発明１３’１Ｊ（３）〜翰は何れも、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Ｐ□：前
出従来例（１）　（鋳鉄）、Ｐ２：従来例（２）（鍛鋼
）、Ｐ３、Ｐ４：本発明例（４）、（７）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Ｋ、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スケー
ルの成長過程を示す模式説明図で、（ＡＪｔ／ｉ一般鍛
鋼製ロータ、■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　１　図 （イ）　（０）　（ハ） 第３図 ｊ：：「■「■ 特開昭ＧＯ−５２５６２（７） 第２図 ブ１．。［１北　、−′１に　１１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１，）　ＣＯ，］、−００，６ｗｔ％Ｓｉ　Ｏ，８−
   ａｏｗｔ％、Ｍｎ　：（０ｗｔ％以下、Ｃｒ１．０−１
   １０ｗｔ％、Ｎｉ　０２−ａ［ｗｔ％、　Ｐ　００５ｗ
   ｔ％以下、５０．０５ｗｔ％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スク
   ブレーキロータ用鋼。 （２）　Ｃ０，１−０，６ｗｔ％、Ｓｉ　Ｏ８−ａＯｗ
   ｔ％、＋ｌＪｎ　ｉｗｔ％以下、Ｃｒ　ｔｏ−ｔ　ｔｏ
   ｗｔｑ／）、ＮｉＯ２−ａｏｗｔ％、Ｐ（１０５ｗｔｑ
   ６以下、５ｎｏｓｗｔ％以下を含み、ＡＭ　０．５−５
   ０ｗｔチ、ＣＬＩ　Ｏ，１−３，０ｗｔ％、Ｔｉ　Ｏ，
   ’２−３．Ｏｗｔ％、Ｍｏ０．１−ａ。 ｗｔ％の１種まだは２挿具」−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。