KR100440641B1

KR100440641B1 - 디스크 브레이크 로터용 스테인레스강, 이 강으로 만들어진 디스크 브레이크 로터, 및 이 로터가 구비된 차량과 자전거

Info

Publication number: KR100440641B1
Application number: KR10-2001-0063890A
Authority: KR
Inventors: 쯔게신지; 마쯔다다까아끼; 오까다야스따까; 사까시따쯔요시; 나고다이스께
Original assignee: 스미토모 긴조쿠 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2000-10-18
Filing date: 2001-10-17
Publication date: 2004-07-21
Also published as: EP1199374A1; CN1497058A; US20020066627A1; JP2002121656A; US6386342B1; CN1152973C; EP1199374B1; JP3491030B2; CN1303243C; TW574381B; KR20020033420A; CN1354272A

Abstract

질량 퍼센트로,

C: 0.04 - 0.10%, Si: 1.0%이하, Mn: 0.1 - 2.0%,

P: 0.04%이하, S: 0.01%이하, Cr: 11.5%초과 13.5%이하,

Al: 0.1%이하, N: 0.04%이하, Cu: 0 - 1.0%,

Ni: 0 - 1.0%, Ti: 0 - 0.03% 인 원소들과, 또한 Nb: 0.01 - 0.08% 과 V: 0.05 - 0.5% 중 1종 이상을 포함하며,

하기 식으로 표현되는 GP값이 50(%) 이상인 디스크 브레이크 로터용 마르텐사이트계 스테인레스강.

GP(%) = 700C(%) + 800N(%) + 20Ni(%) +10{Cu(%) + Mn(%)} - 6.2Cr(%) -

9.2Si(%) - 9.3Mo(%) - 14V(%) - 74.4Ti(%) - 37.2Al(%) + 63.2

Description

디스크 브레이크 로터용 스테인레스강, 이 강으로 만들어진 디스크 브레이크 로터, 및 이 로터가 구비된 차량과 자전거 {STAINLESS STEEL FOR A DISC BRAKE ROTOR, A DISK BRAKE ROTOR MADE FROM THE STEEL, AND A VEHICLE AND A BICYCLE EQUIPPED WITH THE ROTOR}

본 발명은 디스크 브레이크 로터의 제조에 적합한 마르텐사이트계 스테인레스 강에 관한 것이다. 상기 강으로 형성된 디스크 브레이크 로터는, 제동시에 발생되는 열로 인해 500 - 550℃까지 올라 갈 수 있는 가혹한 표면온도의 조건하에서도 탁월한 경도, 인성 및 내부식성을 유지하면서 안정적으로 기능할 수 있다. 상기 강은 또한 광범위한 균열온도 및 냉각속도를 이용하여 제조될 수 있다.

특히, 본 발명이 제공하는 마르텐사이트계 스테인레스강은, 강이 공기 냉각보다 느린 냉각속도로 경화되는 경우라도 탁월한 특성을 갖는 디스크 브레이크 로터를 제조하는데 사용될 수 있다.

과거에는, H_RC 30 - 45 의 경도를 갖는 "13% Cr 강" 이라고 불리는 SUS 403, 410 또는 420 타입과 같은 마르텐사이트계 스테인레스강이 모터사이클용 디스크 브레이크 로터로 사용되었다 (이하, 성분 비율을 표현하는데 사용된 퍼센트는 질량퍼센트임).

상기 디스크 브레이크 로터의 경도를 전술한 범위로 한 이유는, 디스크 브레이크 로터의 경도가 너무 낮으면 디스크 브레이크 로터에 필요한 내마모성을 얻을 수 없고, 반면 내마모성만을 고려하여 상기 경도를 너무 높게 하면 제동 안정성에 역효과를 주기 때문이다.

따라서, 디스크 브레이크 로터용 재료를 위해서는 경화처리 후의 규정된 경도가 필요하고, 동시에 상기 재료는 내부식성, 인성 및 경화처리 후의 경도에 대한 안정성등의 탁월한 특성을 필요로 한다. 여기서 안정성이란, 냉각속도의 변화에 관계없이 특정 레벨의 경도를 얻을 수 있는 강의 능력을 말한다.

제동시 발생되는 열로 인해 디스크 브레이크 로터의 표면은 500℃ 이상의 고온에 이를 수 있기 때문에 안정성은 중요하다. 그러한 온도에서는, 상기 디스크 브레이크 로터의 표면과 상기 브레이크 패드 간의 작용 또는 상기 디스크 브레이크 로터의 표면과 대기의 산화작용이 문제가 되고, 또한 상기 로터의 연화(softening) 또는 내부식성의 감소와 같은 재료특성의 변화가 일어나는 경향이 있다.

디스크 브레이크 로터는 높은 평탄성을 요구한다. 따라서, 최근 수년간에는 평탄성에 영향을 줄 수 있는 경화처리시에 변형의 발생을 최소화하기 위해 공기냉각보다 더 느린 냉각속도로 경화처리를 하는 것이 바람직하게 되었다.

생산성을 높히기 위해서, 다수의 디스크 브레이크 로터들을 쌓아 올려 경화처리하는 것이 일반적이다. 또한 이러한 방식으로 경화처리하는 것은 냉각속도의 감소로 이어진다.

그러나, 종래의 디스크 브레이크 로터용 재료에 있어서, 낮은 냉각속도로 경화처리를 할 경우, 내부식성 및 인성이 저하되었다.

일본 특허공개공보 10-152760호는 디스크 브레이크 로터에 요구되는 개선된 특성을 지닌 재료를 개시하고 있다. 이 재료는 경화처리의 온도 범위를 확장시키고 제동시 발생되는 열에 의한 연화를 방지하기 위하여 0.5 - 2.5%의 구리를 포함하는 마르텐사이트계 스테인레스강이다. 이 강은 연화에 대한 탁월한 저항성을 가지므로, 제동시 발생하는 템퍼링을 모사하여 600℃에서 10분간 열처리를 할 때, 대략 H_RC 35의 경도를 갖는 재료는 경도 감소가 10 미만이다. 따라서, 상기 재료는 제동력의 감소를 방지할 수 있다고 한다.

그러나, 상기 공보는 로터 제조시 경화처리 동안의 저냉각속도로 인한 내부식성의 감소 또는 템퍼 연화에 의해 야기되는 내부식성의 감소를 고려하지 않고 있는데, 이러한 감소는 사용시 어느 정도 발생하게 되어 있으므로 (제동시 올라 간 온도로 인해), 전술한 강은 이러한 특성에 대하여 개선의 여지가 있다.

일본 특허공고공보 제 3-79426호는, Cr의 함량을 10.0 - 11.5%까지 감소시키면서 0.05 - 0.5%의 Mo을 첨가하여 내부식성을 보장하는 기술을 개시하고 있고, 디스크 브레이크 로터용 마르텐사이트계 스테인레스강의 내부식성을 개선하기 위한 제안으로서 필요할 경우, 0.04 - 0.1%의 Nb를 첨가할 것을 개시하고 있다.

Mo을 첨가하면 스테인레스강의 내부식성이 증가된다. Mo는 Cr보다 카바이드를 형성하는 경향이 작고, 따라서 카바이드의 석출로 인한 내부식성의 저하를 억제하기 위하여 첨가된다. 그러나, Mo는 고가이므로 상기 공보 제 3-79426호에 기술된 마르텐사이트계 스테인레스강은 가격면에서 완전히 만족스러운 것은 아니다.

따라서, 보다 신뢰성 있는 디스크 브레이크 로터를 제공하기 위해 디스크 브레이크 로터용 강의 특성 중 안정성 면에서 여전히 개선의 필요성이 있다.

전술한 바와 같이, 종래 디스크 브레이크 로터용 재료에 있어서, 변형을 감소시키기 위해 또는 생산성 향상을 위해 경화처리시 다수의 디스크를 쌓아 처리할 수 있도록 경화처리를 느린 냉각속도로 실시하면, 상기 강의 내부식성 또는 인성은 감소하게 된다. 또한, 사용중에(제동시) 강이 고온에 노출되어 재료 특성의 저하(경도의 감소, 내부식성의 저하)가 쉽게 발생하므로 종래의 재료는 최종 디스크 브레이크 로터의 신뢰성에서 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 저렴한 디스크 브레이크 로터용 강을 제공하는 것으로서, 이 강은 경화처리 후 만족스러운 경도, 인성 및 내부식성을 가지고, 사용하는 동안(제동시) 고온에 기인한 재료 특성의 변화 (경도의 감소, 내부식성의 저하)가 거의 없으며, 또한 경화처리시 광범위한 균열온도 및 냉각속도를 이용하여 제조될 수 있는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 그러한 강으로부터 제조된 디스크 브레이크 로터 및 이러한 디스크 브레이크 로터가 구비된 차량을 제공하는 것이다.

도 1 은 본 발명의 실시로 제조된 디스크 브레이크용 로터의 평면도.

도 2 는 본 발명의 실시예로 제조된 다소 다른 형상의 디스크 브레이크용 로터의 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 허브 11 : 중앙 구멍 12 : 설치 구멍 13 : 환상 림

14 : 연결 아암 15 : 무게감소를 위한 구멍 20 : 허브 21 : 중앙 구멍

22: 설치 구멍 23 : 환상 림 24 : 연결 암 25 : 무게감소를 위한 구멍

본 발명자들은, 13% Cr 마르텐사이트계 스테인레스강으로부터 만들어진 냉간압연 강판의 경도, 내부식성 및 인성을 평가하여 다음의 발견을 하였는데, 상기 강판은 다량의 탄소를 함유하였고, 900 - 1050℃ 범위의 온도로부터 냉각되고 200 - 600℃ 범위에서 템퍼링 되는 등의 경화처리를 받은 것들이었다.

(a) 경화처리시의 냉각속도가 공기 냉각에 해당하는 초당 5℃의 속도 아래로 떨어질 때, 상기 강의 경화시의 내부식성은 감소한다. 이러한 내부식성의 감소는 강의 탄소함량이 증가함에 따라 더욱 두드러진다.

(b) 냉각속도가 초당 0.5℃로 떨어질 때, 강중의 탄소함량이 0.1%이하로 떨어진다면, 비교적 높은 탄소함량을 가진 재료에 비하여 상당히 좋은 내부식성을 얻을 수 있다. 그러나 이 경우라도, 강의 내부식성이 공기 냉각된 재료의 수준까지 향상되는 것은 아니다.

(c) 강의 Cr함량이 11.5%를 초과하고, 미량의 Nb 또는 V가 첨가되고, 강내의 C, N, Ni, Cu, Mn, Cr, Si, Mo, V, Ti 및 Al의 전체함량을 조절한다면, 경화시 초당 0.5℃의 속도로 점점 냉각되어 그 결과 얻어진 내부식성은 현저히 향상된다.

경화시 저냉각속도의 조건하에서 탁월한 내부식성을 보장하는 효과를 분명히 하기 위해서는, 조직이 고온에서 높은 오스테나이트 비율을 갖도록 제어를 할 필요가 있다. 이러한 목적을 위해, 강내의 C, N, Ni, Cu, Mn, Cr, Si, Mo, V, Ti 및 Al의 전체함량을 조절할 필요가 있다. 특히, 하기식에 의해 주어지는 GP값이 최소한 50(%)가 되도록 강의 조성을 조절할 필요가 있다.

GP(%) = 700C(%) + 800N(%) + 20Ni(%) +10[Cu(%) + Mn(%)] - 6.2Cr(%) -

9.2Si(%) - 9.3Mo(%) - 14V(%) - 74.4Ti(%) - 37.2Al(%) + 63.2

(d) 강의 인성은 경화처리 후의 경도가 감소함에 따라 증가하는 경향이 있다. 점진적인 냉각으로 경화후의 경도를 유지하면서 높은 인성을 보장하기 위해서는, Cr 탄-질화물의 석출을 제어하는 Nb 및 V 를 첨가하고 GP값이 최소한 50(%)가 되도록 화학적 조성을 조절하는 것이 유리하다.

(e) 전술한 대로 조절된 화학적 조성을 갖는 경화 강은 종래의 강과 비교하여 500 - 550℃에서의 템퍼 연화에 대한 탁월한 저항성을 갖고, 이 온도 범위에서의 경도 및 내부식성의 감소가 극히 작다.

본 발명은 이러한 발견에 기초하여 완성되었다. 따라서, 제 1 발명은, 질량 퍼센트로,

C: 0.04 - 0.10%, Si: 1.0%이하, Mn: 0.1 - 2.0%,

P: 0.04%이하, S: 0.01%이하, Cr: 11.5%초과 13.5%이하,

Al: 0.1%이하, N: 0.04%이하, Cu: 0 - 1.0%,

Ni: 0 - 1.0%, Ti: 0 - 0.03% 의 원소들과, Nb: 0.01 - 0.08% 과 V: 0.05 - 0.5% 중 1종 이상을 포함하며,

하기 식으로 표현되는 GP값이 최소한 50%인 디스크 브레이크 로터용 마르텐사이트계 스테인레스강이다.

GP(%) = 700C(%) + 800N(%) + 20Ni(%) +10[Cu(%) + Mn(%)] - 6.2Cr(%) -

9.2Si(%) - 9.3Mo(%) - 14V(%) - 74.4Ti(%) - 37.2Al(%) + 63.2

상기 강은 또한 0.05 - 1.0%의 Mo을 포함할 수도 있다.

또한, 상기 강은 B, Ca 및 Mg 중 1종 이상을 총량 0.0003 - 0.005%로 그리고/또는 La, Ce 및 Y 중 1종 이상을 총량 0.003 - 0.05% 로 포함할 수 있다.

본 발명의 강은 특정한 종류의 디스크 브레이크 로터에만 그 사용이 국한되는 것은 아니다. 본 발명의 작용 실시예에서, 자전거용 디스크 브레이크 로터의 제조에 본 발명의 강이 사용되는 경우가 설명될 것이다. 본 발명이 적용될 수 있는 다른 종류의 디스크 브레이크 로터의 예를 들면, 모터 사이클, 자동차 및 산악 자전거와 같은 탈것이 있다.

< 바람직한 실시예 >

이하에서는, 본 발명에서 강의 다양한 구성원소에 대한 함량범위를 제한하는 이유 및 이들 구성원소들의 기능을 기술할 것이다.

(a) C

C는 강에 높은 강도를 주기 위해 첨가된다. 디스크 브레이크 로터 재료로서 필요한 강도를 보장하기 위해서 강은 최소한 0.04%의 C를 함유할 필요가 있다. 그러나, C가 너무 많이 첨가되면 강의 내부식성은 저하되고, 그 함량이 0.10%을 초과하면 경화시의 냉각속도가 느릴 때 Cr 탄-질화물이 입계에 석출되고, 바람직한 내부식성을 보장하는 것은 불가능해진다. 따라서, C함량은 0.04 - 0.10%로 정해지고, 바람직하게는 0.05 - 0.09%이다.

(b) Si

Si는 강의 탈산에 필수적인 원소이나, Si에 의한 탈산작용이 전적으로 Al에 의해 이루어진다면 Si를 첨가할 필요는 없다. 너무 많은 Si의 첨가는 델타 페라이트의 형성 또는 고용체 경화로 인한 강의 인성 감소를 초래하므로, Si함량은 1%이하로 하고, 바람직하게는 0.50%미만으로 제한된다.

(c) Mn

Mn은 강의 탈산과 관련된 필수적인 원소이다. 이는 또한 고온에서 오스테나이트 형성을 촉진하고 경화능을 증대시킨다. 이러한 목적으로, Mn 의 함량은 최소한 0.1% 이어야 한다. 그러나, 과도한 Mn의 첨가는 수용액 환경에서 황함유물의 용해도를 증가시키고, 강의 내부식성을 낮추기 때문에 Mn함량의 상한선은 2.0%가 된다. 바람직하게는 0.25 - 1.60%가 된다.

(d) P

P는 강의 인성을 감소시키는 불순물이므로, 그 함량은 가능한 한 작을수록 바람직하다. 통상의 조건하에서, P함량은 0.04%이하가 된다.

(e) S

S는 강의 고온 가공성, 내부식성 및 인성을 감소시키는 불순물이므로, 그 함량은 가능한 한 작을수록 바람직하다. 통상의 조건하에서, S함량은 0.01%이하가 된다.

(f) Cr

Cr은 스테인레스강의 내부식성을 유지하기 위한 중요한 원소이다. 고가의 Mo 을 첨가하지 않아도 디스크 브레이크 로터 재료에 필요한 내부식성을 얻기 위해서는, Cr함량은 11.5%를 초과할 것이 요구된다. 한편, 과량의 Cr은 델타 페라이트의 석출을 촉진시키고, 강의 취화(embrittlement)를 초래하므로, 비용면에서 그리고 이러한 취화를 억제하기 위한 면에서, Cr함량의 상한선은 13.5%가 된다.

(g) Al

Al은 선택적 원소이다. 이는 강의 탈산을 위하여 의도적으로 첨가될 수도 있다. 그러나, 이의 탈산 능력은 약 0.1%에서 포화되므로, Al함량은 0.1%이하로 된다.

(h) N

C와 함께, N는 강의 경화처리 후 경도를 증가시킨다. C와 N의 총량을 조정함으로써, 경화처리 후의 경도를 제어할 수 있다. 그러나, 과량의 N를 첨가하면, 강의 인성이 저하되므로, N함량은 0.04%이하가 된다.

(i) Cu

Cu는 강의 내부식성과 강도를 추가적으로 증가시키는 효과를 가지므로, 원하는 경우 첨가할 수 있다. 그 함량이 1.0%를 초과한다면, 비용 상승을 초래하므로, Cu함량은 0 - 1.0%가 된다.

(j) Ni

Ni은 내부식성과 인성을 향상시키는 효과를 가지므로, 원하는 경우 첨가할 수 있다. 그러나, Ni함량이 1.0%를 초과한다면, 비용 상승에 상응하는 효과를 기대할 수 없으므로, Ni함량은 0 - 1.0%로 정해진다.

(k) Ti

Ti은 N와 C에 대하여 극히 강한 친화성을 갖는다. 미세 탄-질화물을 형성함으로써 미세조직을 제어하기 위하여, 그리고 인성을 증가시키기 위하여 원하는 경우 첨가할 수 있다. Ti함량이 0.03%를 초과한다면, 조대한(coarse) TiN이 형성되고 인성이 현저히 감소하며, 강의 경도 또한 감소한다. 따라서, Ti함량은 0 - 0.03%가 된다.

(l) Nb 및 V

본 발명에서, Nb 및 V 중 1종 이상을 첨가하는 것은, 디스크 브레이크 로터 재료에 필요한 내부식성을 보장하기 위해 필수적이다. Nb 및 V 은 N와 C에 대하여 극히 강한 친화성을 갖는다. 디스크 브레이크 로터 재료의 경화시, 냉각과정 중에 오스테나이트 입계에 Nb와 V가 편석되어, 이들 원소의 석출은 C, N 와 상호인력작용을 일으켜 Cr 탄화물의 입계 석출을 늦추어 준다. 그 결과, Cr의 고갈로 인한 내부식성의 저하가 억제되고, 본 발명은 느린 냉각속도 하에서도 원하는 내부식성을 보장할 수 있다.

다양한 실험의 결과, 본 발명자들은, 규정량 이상의 델타 페라이트가 존재하는 강에서는 전술한 Nb와 V의 효과를 기대할 수 없다는 점을 발견했다.

다시 말해서, 전술한 GP값을 50(%) 이상으로 하고, 이러한 조건하에서 0.01%이상의 Nb와 0.05% 이상의 V 중 1종 이상을 첨가함으로써, Cr 탄-질화물의 석출을 억제할 수 있고, 탁월한 내부식성을 보장할 수 있다.

한편, Nb 또는 V의 함량이 규정량을 초과하면, Nb 탄-질화물 또는 V 탄-질화물이 석출되고, 경화처리시 균열온도에서 조대화되어, 강의 인성이 감소되고 경화처리 후의 경도가 감소된다.

C와 N의 전체함량은 높은 편이고 경화처리 온도는 대략 1000℃ 인 경우, 경화처리 후의 경도가 감소되기 시작할 때의 Nb의 함량은 대략 0.08%이다. C와 N의 전체함량이 낮은 편인 경우, 경화처리 후의 경도가 감소되기 시작할 때의 Nb함량은 0.1%보다 크지만, 다량의 Nb를 첨가하는 것은 강의 가격을 상승시킨다. 따라서, Nb의 함량은 0.01 - 0.08%가 된다.

0.5%를 초과한 양의 V를 첨가하면, 강의 인성은 감소한다. 따라서, V의 함량은 0.05 - 0.5%가 된다.

전술한 바와 같이, Nb와 V는 동일한 효과를 가지나, V가 Nb보다 Cr 탄-질화물의 석출속도를 억제하는데 덜 효과적인 반면, 강내에서의 용해도는 Nb보다 더 크다. 따라서, Nb보다 V의 함량을 더 크게 함으로써, 내부식성이 증가되는 효과를 얻을 수 있다.

(m) GP

GP는 다음 식으로 표현된다.

GP(%) = 700C(%) + 800N(%) + 20Ni(%) +10[Cu(%) + Mn(%)] - 6.2Cr(%) -

9.2Si(%) - 9.3Mo(%) - 14V(%) - 74.4Ti(%) - 37.2Al(%) + 63.2

이는, 본 발명에 따른 강의, 고온에서의 오스테나이트상 비율을 정성적으로 나타내는 지수이다. GP를 50(%) 이상으로 하고, 이에 의하여 오스테나이트상 비율을 증가시킴으로써, 경화된 강에 있어서 원하는 내부식성과 인성을 보장할 수 있다. GP가 50(%) 아래이면, 델타 페라이트의 양이 증가하고, 경화시의 냉각속도가 느리면, 입계에 Cr 탄화물이 석출되어 형성된 Cr 고갈층으로 인해 강의 내부식성이 감소하며, 동시에 인성이 저하된다.

(n) Mo

Mo은 스테인레스강의 내부식성 및 템퍼 저항성을 증가시키는데 아주 효과적이다. 본 발명의 강에서도, Mo을 첨가하여 내부식성 및 템퍼 저항성을 증가시킬 수 있다.

Mo을 첨가하여 내부식성 및 템퍼 저항성의 향상을 가져 오기 위해서는, Mo의 함량이 최소한 0.05%라야 한다. 디스크 로터 재료의 허용가능한 비용을 고려해 볼 때, Mo함량의 상한선은 1.0%가 되는 것이 바람직하다.

따라서, Mo이 첨가될 때, 그 함량은 0.05 - 1.0%가 되나, Mo 첨가에 의해 확실한 효과를 보장받기 위해서는 그 함량이 최소한 0.1%가 되는 것이 바람직하다.

(o) B, Ca, Mg, La, Ce 및 Y

본 발명에 따른 강의 고온 가공성을 증가시키기 위해서, 이들 중 1종 이상을첨가하는 것이 바람직하다. B, Ca 및 Mg의 총함량은 0.0003 - 0.005%가 바람직한 반면, La, Ce 및 Y의 총함량은 0.003 - 0.05%가 바람직하다.

강을 제조하는 동안 불가피하게 혼합되는 산소는 강의 인성을 감소시키므로, Si 또는 Al 등을 이용한 탈산작용에 의해 가능한 한 그 함량을 줄일 필요가 있다. 산소함량은 0.006% 이하로 감소시키는 것이 바람직하다. 산소함량이 이 범위로감소되면, 본 발명에 따른 강은 디스크 브레이크 로터 재료로서 아주 만족스러운 인성을 나타낼 수 있다.

이하에서는, 하기 실시예로 본 발명이 보다 구체적으로 기술될 것이고, 이는 단지 예시일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하려는 의도는 아님을 밝혀 둔다.

< 실시예 >

(실시예 1)

우선, 표 1에 나타난 조성을 갖는 스테인레스강이 진공 고주파 유도 로(furnace) 에서 준비되었고, 25Kg의 둥근 잉곳이 주조되었다.

[표 1]

다음으로, 1.8 mm의 두께를 갖는 냉간압연 강판을 얻기 위해서 종래의 방법에 의해, 열간단조, 열간압연, 템퍼 어닐링, 및 냉간압연이 행해졌다.

경화 열처리를 위해, 두께 1.8 mm, 너비 50 mm, 길이가 25 mm인 시편이 개개의 냉간압연 강판으로부터 취하여졌고, 적외선 가열을 하는 노안에서 3분 동안 1000℃에서 숙성된 후, 초당 0.5℃의 느린 냉각속도로 냉각되면서 경화 열처리가 행해졌다.

이러한 경화 열처리에 의해 얻어진 경화상태(as-hardened)의 강판 특성이 조사되었다.

2 mm 크기의 V형 노치를 갖는 보조 크기의 샤르피 시편(두께 1.8 mm ×너비 55 mm ×길이 10 mm)을 충격특성 평가를 위해 전술한 냉간압연 강판으로부터 취하였고, 동일한 방법으로 경화 열처리를 행하였다.

경화상태의 강판의 특성을 평가하기 위해서, 경화 열처리를 받은 재료의 단면경도, 점부식전위(pitting potential) 및 충격치(impact value)을 평가하였다.

단면 경도는 98 N의 하중에서 비커스(Vickers) 경도 테스트로 측정되었고, 5점 평균으로 평가되었다.

점부식전위는, JIS G 0577에 설명된 테스트 용액을 35℃의 0.5% NaCl으로 대신하여 평가되었고, 포화칼로멜전극(SCE)이 기준 전극으로 사용되었으며, 3개의 점부식전위 V_C'(100)의 평균으로 평가되었다.

경화 열처리를 한 후 두께가 3.6 mm인 시편을 얻기 위해 두 개의 보조 크기 샤르피 시편을 양면 테이프로 붙여서 충격치를 평가하였고, 충격시험은 0℃에서 행해졌다.

측정결과는 표 2에 나타나 있다.

[표 2]

이 실시예에서는, 디스크 브레이크 로터를 사용(제동시)하는 동안의 조건들이 모의되었고, 이들 조건으로부터 유발되는 재료특성의 변화를 평가하기 위하여, 경화 열처리 및 템퍼링 처리를 받은 상기 강판의 특성 또한 조사되었다.

템퍼링 후의 강판 특성을 평가하기 위하여, 500℃에서 한 시간 동안 유지된 후 공기냉각으로 템퍼링 처리를 받은 재료의 단면 경도(H_v), 그리고 550℃에서 한 시간 동안 유지된 후 공기냉각으로 템퍼링 처리를 받은 재료의 단면 경도(H_v) 및 경화상태의 재료와 550℃에서 템퍼링된 재료 간의 경도차이(ΔH_v), 그리고 500℃에서 한 시간 동안 유지된 후 공기냉각으로 템퍼링 처리를 받은 재료의 점부식전위 [V_C'(100)]가 평가되었다.

이 측정결과 또한 표 2에 나타나 있다.

표 2에 나타난 결과로부터 명백하듯이, 본 발명에 따른 마르텐사이트계 스테인레스강은, 점부식전위가 0.1V(vsSCE) 이상인 경화상태 내부식성을 가지며, 50 J/㎠ 를 넘는 높은 충격치를 갖는다.

또한, 경화 열처리 후 550℃까지 온도가 상승하여 유발되는 경도감소(ΔH_v)는 15보다 작았고, 경화 열처리 다음에 행해진 500℃에서의 열처리 후의 내부식성 또한 양호한 수준을 유지했다.

이들 결과로부터, 본 발명에 따른 마르텐사이트계 스테인레스강은 디스크 브레이크 로터 재료로서 탁월한 특성을 가졌음은 명백하다.

(실시예 2)

개개의 강종에 대하여, 실시예 1 에 기술된 방식으로 준비된 1.8 mm 두께의 냉간압연 강판으로부터, 도 1과 2에 도시된 형상을 가진 다수의 디스크 브레이크 로터들이 펀칭되어 만들어졌다.

또한, 상업적으로 이용가능한 SUS 420J2 강판으로부터, 도 1에 도시된 형상을 가진 다수의 디스크 브레이크 로터들이 펀칭되어 만들어졌다.

도 1에 도시된 로터는 허브(10), 환상림 (13) 및 상기 허브를 이 림에 강성적으로 연결하는 다수의 아암 (14) 을 포함하며, 상기 허브는 중앙 구멍(11) 및 이 중앙 구멍(11) 주위에 일정한 간격으로 배치된 복수의 설치 구멍(12) 을 갖는다. 무게를 줄이기 위한, 다양한 크기와 형상의 구멍(15)들은 허브(10)와 림(13) 중 어느 하나 또는 모두에 형성될 수 있다. 이와 유사하게, 도 2의 로터 역시 중앙 구멍 (21) 과 설치구멍 (22) 를 갖는 허브(20), 환상림(23), 허브 (20) 를 림 (23) 에 강성적으로 연결하는 아암(24), 그리고 무게를 줄이기 위해 허브(20)와 림(23)에 형성된 구멍(25)들을 가진다. 예시된 로터들은 본 발명에 따른 강이 적용될 수 있는 많은 가능한 형태의 로터들 중 단진 두가지 예인 것이다.

이어서, 이러한 로터들은 경화 열처리를 받았다.

경화 열처리 전에, 경화로 인해 평탄성이 저하되는 것을 억제하기 위해서 100개의 로터를 쌓아 다발을 형성하였고, 이 다발은 스테인레스강 볼트와 너트에 의해 고정되었다. 쌓인 로터 다발은 160 mm의 외경과 대략 180mm의 높이를 가진 원기둥 블록의 형상이었다.

1020℃의 온도를 갖는 분위기 중에 한 시간 동안 균열시키기 위하여, 로터가 쌓인 원기둥 블록을 가열 노안에 위치시켜 경화 열처리를 하였고, 그 후 가스 냉각을 실시하였다. 이 때, 900 - 600℃로부터의 냉각 속도는 대략 분당 30℃였다.

이어서, 최종적인 디스크 브레이크 로터들을 얻기 위해, 로터들은 평탄화 공정 및 표면연마 공정을 거쳤다.

그 후, 로터들의 내부식성, 강도 및 연성이 평가되었다.

전술한 로터들을 시험재료로 사용하여 내부식성을 평가하였는데, JIS Z 2371에 설명된 염 분무 시험법에 따라, 35℃의 3.5% NaCl 수용액을 24시간 동안 살포한 후에, 상대비교법에 의하여 로터 표면에 형성된 녹의 정도를 결정하였다.

강도 및 연성의 경우, 로터의 안쪽 부분에 형성된 6개의 설치 구멍 및 너트에 볼트를 끼워, 도 1과 도 2에 도시된 형상을 갖는 로터들을 고정된 부재에 볼트로 고정함으로써 측정되었다. 피팅(fitting)은 바깥쪽 부분에 위치(회전축으로부터 75.5 mm 거리에 위치)한 1개의 구멍에 설치되었다. 이 피팅을 원주방향으로 강제 변위시켰으며 변위 대 토크 곡선을 측정해 보았다. 파손으로 인해 토크가 급감하는 때의 변위가 측정되었다.

로터가 전술한 대로 원주방향으로 힘을 가하여 변위되었을 때, 원주방향의 변위가 증가함에 따라, 토크는 초기에 선형적으로 증가하지만, 허브와 림을 연결하는 아암이 좌굴을 일으키기 시작하면서 감소하게 되고, 원주 방향으로 소정량 변위했을 때 아암이 파손되면 급격히 감소하게 된다.

표 1에 나타난 개개의 강으로 만들어진, 도 1에 도시된 형상을 갖는 10개의로터들과, 표 1 에 나타난 개개의 강으로 만들어진 도 2에 도시된 형상을 갖는 10개의 로터들에 대하여, 파손으로 인해 토크가 급감하는 때의 변위가 측정되었다.

본 발명에 따른 강(표 1의 강 1 - 19)으로 된 로터들의 표면에 점모양을 한 소량의 녹이 발생한 것이 발견되었으나, 극히 작은 점들이었고, 이들은 선형상의 녹으로 되지는 않았다.

비교예 중에서, 표 1의 강 21, 22 및 28로 만들어진 로터들은, 본 발명에 따라 만들어진 강으로 된 로터들과 동일한 내부식성을 지녔다.

이와 대조적으로, 표 1의 비교예 중 스틸 21, 22 및 28을 제외한 것들로부터 만들어진 로터들에서는 녹발생의 정도가 증가하였고, 강 30으로부터 만들어진 로터들에서는 선형상의 녹을 수반하는 점식피팅(pitting)이 관찰되었다.

강도 및 연성의 평가결과는 다음과 같았다.

본 발명에 따른 강(표 1의 강 1 - 19)으로 만들어진 로터들은, 최대 토크값을 넘어선 이후에도 20 mm까지는 연성변형하였고, 따라서 이들이 적당한 강도와 연성을 지녔음을 확인하였다.

이와 대조적으로, 표 1의 비교예 중 강 20과 23을 제외한 것들로부터 만들어진 로터들 중에는, 변위가 20 mm에 이르기 전에 가장 취약한 암이 파손되는 것들이 있었다. 연한 재료일수록 연성이 더 높은 경향이 있고, 표 1에서 20과 23을 제외한, 충격치 50 J/㎠ 이하의 강에 있어서, 동일한 경도에서 비교한다면 언제나 인성과 직접적인 상관관계를 갖는 것은 아니지만, 20 mm까지 변위가 일어나는 동안 아암의 파손으로 인해 토크가 급격히 증가하는 강들이 있는데, 발생 가능성은 작다.

상기 실험결과로부터, 실제 사용 조건하에서 본 발명에 따른 강으로 제조된 디스크 브레이크 로터가 탁월한 내부식성, 강도 및 연성을 보여주는 것은 분명하다.

위에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 디스크 브레이크 로터를 얻기 위한 경화 열처리의 냉각속도의 범위는 저속쪽으로 확장될 수 있고, 제동시 발생한 열로 인해 디스크 브레이크 로터의 온도가 500 - 550℃까지 상승하는 경우에도 탁월한 내부식성이 유지될 수 있다.

따라서, 경화 열처리에 의해 유발되는 변형을 감소시키기 위해 로터를 서서히 냉각시킬 때, 또는 다수의 로터들을 다발로 결합하여 서서히 냉각시킬 필요가 있을 때, 또는 로터의 단면이 두꺼워 경화 열처리시 느린 냉각이 필요한 때에도 탁월한 내부식성, 인성 및 경도를 안정적으로 보장할 수 있는 로터의 제조에 사용될 수 있는 마르텐사이트계 스테인레스강을 저렴한 가격에 공급할 수 있다는 점에서, 본 발명은 산업상 유용한 효과를 가지고 있다.

Claims

질량 퍼센트로,

C: 0.04 - 0.10%, Si: 1.0%이하, Mn: 0.1 - 2.0%,

P: 0.04%이하, S: 0.01%이하, Cr: 11.5%초과 13.5%이하,

Al: 0.1%이하, N: 0.04%이하, O : 0.006% 이하,

또한, Nb: 0.01 - 0.08% 과 V: 0.05 - 0.5% 중 1종 이상을 포함하고,

하기 식으로 표현되는 GP값이 50(%) 이상인 디스크 브레이크 로터용 마르텐사이트계 스테인레스강.

GP(%) = 700C(%) + 800N(%) + 20Ni(%) +10[Cu(%) + Mn(%)] - 6.2Cr(%) -

9.2Si(%) - 9.3Mo(%) - 14V(%) - 74.4Ti(%) - 37.2Al(%) + 63.2
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
제 1 항에 있어서, Cu: 0.01 - 1.0%, Ni: 0.05 - 1.0%, 및 Ti: 0.001 - 0.03% 중 1종 이상을 추가로 포함한 마르텐사이트계 스테인레스강.
제 1 항에 있어서, 0.05 - 1.0%의 Mo을 추가로 포함한 마르텐사이트계 스테인레스강.
제 13 항에 있어서, 0.05 - 1.0%의 Mo을 추가로 포함한 마르텐사이트계 스테인레스강.
제 1 항에 있어서, B, Ca 및 Mg 중 1종 이상을 총량 0.0003 - 0.005% 로 그리고 La, Ce 및 Y 중 1종 이상을 총량 0.003 - 0.05% 로 추가 포함한 마르텐사이트계 스테인레스강.
제 13 항에 있어서, B, Ca 및 Mg 중 1종 이상을 총량 0.0003 - 0.005% 로 그리고 La, Ce 및 Y 중 1종 이상을 총량 0.003 - 0.05% 로 추가 포함한 마르텐사이트계 스테인레스강.
제 14 항에 있어서, B, Ca 및 Mg 중 1종 이상을 총량 0.0003 - 0.005% 로 그리고 La, Ce 및 Y 중 1종 이상을 총량 0.003 - 0.05% 로 추가 포함한 마르텐사이트계 스테인레스강.
제 15 항에 있어서, B, Ca 및 Mg 중 1종 이상을 총량 0.0003 - 0.005% 로 그리고 La, Ce 및 Y 중 1종 이상을 총량 0.003 - 0.05% 로 추가 포함한 마르텐사이트계 스테인레스강.
제 1 항, 제 13 항 내지 제 19 항 중의 어느 한 항의 강으로 만들어진 디스크 브레이크 로터.
제 20 항의 디스크 브레이크 로터가 구비된 차량.
제 20 항의 디스크 브레이크 로터가 구비된 자전거.