KR101248317B1

KR101248317B1 - 브레이크 디스크용 강판 및 브레이크 디스크

Info

Publication number: KR101248317B1
Application number: KR1020117029960A
Authority: KR
Inventors: 가츠히사 야마우치; 미츠유키 후지사와; 야스시 가토; 히로키 오타; 히데야 후루사와; 다쿠미 우지로
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2009-06-01
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2013-03-27
Also published as: WO2010140696A1; CN102449181B; US8607941B2; EP2439304B1; EP2439304A1; MY156080A; KR20120023096A; JP4760987B2; US20120125724A1; EP2439304A4; BRPI1012584A2; CN102449181A; JP2011012343A

Abstract

브레이크 디스크 소재로서 사용한 경우에 있어서, 장시간 사용해도 안정적인 내식성과 내열 안정성을 갖는 강판 및 그 강판으로부터 제조된 브레이크 디스크를 제공한다. 구체적으로는, 질량％ 로, C : 0.02 ％ 이상 0.10 ％ 미만, Si : 0.6 ％ 이하, Mn : 0.5 ％ 초과 2.0 ％ 이하, P : 0.06 ％ 이하, S : 0.01 ％ 이하, Al : 0.05 ％ 이하, Cr : 11.0 ％ 이상 13.5 ％ 이하, Ni : 0.01 ％ 이상 0.30 ％ 이하, Nb : 0.10 ％ 이상 0.60 ％ 이하, N : 0.03 ％ 이상 0.10 ％ 미만 및 B : 0.0016 ％ 이상 0.0060 ％ 이하를 함유하고, 또한 원하는 관계식을 만족시키고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고, 담금질 후의 경도가 32 ∼ 40 HRC 인 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크용 강판을 제공한다.

Description

브레이크 디스크용 강판 및 브레이크 디스크{STEEL SHEET FOR BRAKE DISC, AND BRAKE DISC}

본 발명은, 주로 오토바이 (motorcycles) 나 자전거 (bicycles) 를 비롯한 이륜차 (two-wheel vehicle) 등의 브레이크 디스크 (brake discs) 에 사용되는 강판에 관한 것으로, 내식성 (corrosion resistance) 이 우수하고, 담금질 (quenching) 후에 적정한 경도 (hardness) 를 갖고, 제동 (braking) 시의 발열 (exothermic heat) 에 대한 템퍼링 연화 저항 (temper softening resistance) 도 우수한 저탄소 마텐자이트계 크롬 함유 강판 (low carbon martensitic chromium containing steel), 및 그 강판을 사용한 브레이크 디스크에 관한 것이다.

오토바이, 자전거 등 이륜차의 브레이크 시스템 (brake system) 으로서 디스크 브레이크 (disc brakes) 가 많이 채용되고 있다. 디스크 브레이크는, 타이어 (tire) 에 장착되어 타이어와 함께 회전하는 브레이크 디스크를 브레이크 패드 (brake pads) 사이에 끼우고, 브레이크 디스크-브레이크 패드 사이의 마찰 (friction) 로 제동한다. 여기서, 상기 마찰에 의해 브레이크 디스크는 500 ℃ 이상의 온도역까지 반복하여 승온되기 때문에, 브레이크 디스크에는, 이와 같은 제동시의 발열에 대해 연질화 (softening) 되지 않고, 변형 (change of shape) 이나 마모 (galling) 가 적은 것, 즉, 높은 템퍼링 연화 저항이 요구된다. 예를 들어, 오토바이용 디스크 브레이크의 브레이크 디스크에 있어서의 경도의 적정 범위는, 통상적으로, HRC (로크웰 경도의 C 스케일 (Rockwell hardness scale C)) 로 30 ∼ 40 HRC 정도이고, 보다 바람직한 범위로는 32 ∼ 38 HRC 가 되고, 반복 제동시의 발열을 받은 후에도 이 적정 범위 내의 경도를 유지하는 것이 요구된다. 경도가 이 적정 범위보다 낮은 경우에는, 브레이크 디스크의 변형이나 마모에서 기인되는 제동력 (braking force) 의 저하나 브레이크 디스크의 균열이 우려되고, 경도가 이 적정 범위보다 높은 경우에는 브레이크 울림 (brake squeal) 이나 마찰 계수 (coefficient of friction) 의 저하에서 기인되는 제동력이나 패드 수명의 저하 등, 여러 문제가 발생하기 쉬워진다. 또한, 외관상, 나아가서는 제동력을 확보하는데 있어서, 브레이크 디스크에는 내식성 (녹 내성) 도 요구된다. 이상의 이유에 의해, 브레이크 디스크의 소재로는, 주로 Cr 을 12 ∼ 13 ％ 함유하는 마텐자이트계 스테인리스 강판이 사용되고 있다. 또한, 그 중에서도, 담금질 처리 (quenching process) 만으로 용이하게 적정한 경도가 얻어지기 때문에 C 가 0.1 ％ 이하인 저탄소 마텐자이트계 스테인리스 강판을 소재로 하는 것이 주류가 되어 있다.

한편, 브레이크 디스크에는, 제동시의 발열에 대한 냉각성 (cooling capability), 마모 부스러기 (wear debris) 등의 배출, 경량화 (weight saving) 나 디자인성 등을 목적으로 하여, 구멍 (opening) 이나 홈 (chase) 이 다수 형성된다. 이들 구멍이나 홈은, 펀칭 가공 (punching work) 이나 절삭 가공 (cutting work) 에 의해 형성되기 때문에, 가공을 실시할 때의 소재는 연질인 것이 요구된다. 그 때문에, 강판으로부터 브레이크 디스크를 제조하는 경우에는, 강판에 소둔을 실시하여 그 경도를 HRB (로크웰 경도의 B 스케일) 로 95 HRB 이하로 하고, 디스크 형상으로 가공한 후, 900 ∼ 1100 ℃ 에서 1 ∼ 10 분 정도 유지 후에 냉각하는 담금질 처리를 실시하여 경도를 적정 범위로 하고, 추가로 연마 (grind) 나 방식 처리 (rust-proofing) 를 실시하여 최종 제품 (end product) 으로 한다. 그리고 상기 강판으로는, 브레이크 디스크를 500 ℃ 에서 60 분간 유지했을 경우에 있어서도 템퍼링 연화량이 작고, 30 HRC 이상의 경도를 유지할 수 있는 강판이 사용되고 있다.

또한, 최근의 이륜차의 주행 성능 (travelling performance) 의 향상에 수반하여 브레이크 성능의 추가적인 향상이 요구되고 있고, 보다 높은 템퍼링 연화 저항 (내열성) 을 갖는 브레이크 디스크용 강판의 개발이 진행되고 있다. 예를 들어, 특허문헌 1 ∼ 4 에는, C, N, Nb, V, Cu, Ti, Mo, B 등의, 담금질성을 높여 안정적인 담금질 경도를 얻거나, 또는 템퍼링 연화 저항을 높이는 효과가 있는 원소를 첨가하여, 500 ℃ 를 초과하는 온도에서의 템퍼링 처리에 대해서도, 경도가 30 HRC 이상이 되는 고내열 강판이 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 2001-220654호 일본 공개특허공보 2002-121656호 일본 공개특허공보 2003-147491호 국제 공개 WO02/18666 A1 공보 특허문헌 1 ∼ 4 에 개시된 고내열 강판 (high temperature heat resistant steel sheet) 에서는 비교적 우수한 내열성을 갖고, 500 ∼ 550 ℃ 에서 60 분 정도 유지했을 경우에 있어서의 내열성 평가 (heat resistance evaluation) 에서는 양호한 결과가 얻어진다. 그러나, 상기 온도역에 있어서 더욱 장시간 (예를 들어 240 분 정도) 유지하면 경도 및/또는 내식성의 급격한 저하가 확인되었다. 즉, 이들 종래의 고내열 강판을 사용한 브레이크 디스크에서는, 장시간 사용시 (예를 들어 240 분 정도) 의 내식성이나 내열 안정성 (stability of heat resistance) 이 불충분한 것이 판명되었다.

본 발명은, 상기 현상황을 감안하여 이루어진 것으로, 브레이크 디스크 소재로서 사용한 경우에 있어서, 장시간 (예를 들어 240 분 정도) 사용해도 안정적인 내식성과 내열 안정성을 갖는 강판의 제공을 목적으로 한다. 구체적으로는, 담금질 후의 경도가 적정 범위 (32 ∼ 40 HRC JIS Z 2245) 가 되는 담금질성 (hardenability) 을 갖고, 또한, 담금질 후 및 템퍼링 후의 내식성에 관하여, 48 시간의 염수 분무 시험 (SST 시험) (salt spray test) 후의 녹 발생점이 4 개 이하인 강판, 및 그 강판을 사용한 브레이크 디스크의 제공을 목적으로 한다. 또 나아가서는, 담금질 후의 경도가 32 ∼ 40 HRC 이고, 550 ℃ × 60 분 동안 템퍼링 처리를 실시한 후의 경도가 30 ∼ 40 HRC, 550 ℃ × 240 분 동안 템퍼링 처리를 실시한 후의 경도가 28 ∼ 40 HRC 가 되는 우수한 템퍼링 연화 저항을 갖고, 또한, 담금질 후 및 템퍼링 후의 내식성에 관하여, 48 시간의 SST 시험 후의 녹 발생점 (rust point) 이 4 개 이하인 강판, 및 그 강판을 사용한 브레이크 디스크의 제공을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명자들은, 여러 조성을 갖는 강판에 대하여, 담금질성, 내열성 (구체적으로는 템퍼링 연화 저항) 및 내식성에 관한 상세한 검토를 실시하였다. 그 결과, 내열성 향상을 목적으로 하여 Nb, Ti, V, Mo등의 강화 원소 (reinforced elements) 를 과도하게 함유시키면, 이들 원소가 페라이트 형성 원소 (ferrite formation elements) 이기 때문에, 담금질 처리시에 페라이트상 (ferrite phase) 이 많이 형성되어 담금질 후 및 템퍼링 후의 경도가 저하되는 요인이 되는 것이 판명되었다. 또한, 상기 강화 원소의 함유에 수반하여, 오스테나이트 형성 원소 (austenite formation elements) 인 Ni, Mn 등의 함유량을 증가시키면, 페라이트상의 형성을 억제하는 것은 가능하지만, 추가로 템퍼링 후의 경도를 장시간에 걸쳐 유지하는 것은 곤란하여, 브레이크 디스크의 교환을 실시하지 않을 수 없는 경우가 있음이 판명되었다. 그러나, Nb, N 및 B 를 적당량 함유함으로써, 템퍼링 처리 후의 경도를 장시간 (예를 들어 240 분 정도) 유지하는 효과가 확인되고, 템퍼링 처리 후의 내식성 향상 효과가 높은 것도 확인되었다.

그래서, 본 발명자들은, 담금질 후, 템퍼링 후의 경도를 상기 서술한 적정 범위로 하고, 템퍼링 온도로 장시간 유지했을 경우여도 고경도 또한 우수한 내식성을 나타내는 강 조성에 대해 더욱 검토하였다. 그 결과, 저탄소 마텐자이트계 크롬 함유 강에 있어서, 적당량의 Nb, N 및 B 를 복합하여 함유함으로써, 나아가서는, 소정의 관계식을 만족시키는 강 조성으로 함으로써, 상기 원하는 특성이 얻어짐을 알아냈다.

본 발명은 상기 지견에 근거하여 이루어진 것으로, 그 요지 구성은 다음과 같다.

(1) 질량％ 로,

C : 0.02 ％ 이상 0.10 ％ 미만,

Si : 0.6 ％ 이하,

Mn : 0.5 ％ 초과 2.0 ％ 이하,

P : 0.06 ％ 이하,

S : 0.01 ％ 이하,

Al : 0.05 ％ 이하,

Cr : 11.0 ％ 이상 13.5 ％ 이하,

Ni : 0.01 ％ 이상 0.30 ％ 이하,

Nb : 0.10 ％ 이상 0.60 ％ 이하,

N : 0.03 ％ 이상 0.10 ％ 미만 및

B : 0.0010 ％ 초과 0.0060 ％ 이하를 함유하고, 또한 하기 (1) ∼ (3) 식을 만족시키고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고, 담금질 후의 경도가 HRC (로크웰 경도의 C 스케일) 로 32 HRC 이상 40 HRC 이하인 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크용 강판.

기

420 C ＋ 470 N ＋ 23 Ni ＋ 9 Cu ＋ 7 Mn － 11.5 Cr － 11.5 Si － 12 Mo － 47 Nb － 52 Al － 49 Ti － 23 V ＋ 189 ≥ 85········(1)

0.04 ≤ C ＋ N － 13(Nb/93 ＋ Ti/48 ＋ Zr/91 ＋ V/51) － 14 B/11 ≤ 0.09·········(2)

C － 12(Nb/93 ＋ Ti/48 ＋ Zr/91 ＋ V/51 ＋ Mo/96 ＋ Ta/181 ＋ W/184) ≤ 0.045········(3)

단, 상기 (1) ∼ (3) 식 중의 각 원소 기호는, 강판에 함유되는 각 원소의 질량％ 를 나타낸다.

(2) 상기 (1) 에 기재된 브레이크 디스크용 강판에 있어서, 추가로

Co : 0.01 ％ 이상 0.10 ％ 이하,

Cu : 0.01 ％ 이상 0.30 ％ 이하,

V : 0.01 ％ 이상 0.15 ％ 미만,

Mo : 0.01 ％ 이상 0.10 ％ 이하,

Ti : 0.01 ％ 이상 0.10 ％ 이하,

Zr : 0.01 ％ 이상 0.10 ％ 이하,

Ta : 0.01 ％ 이상 0.10 ％ 이하 및

W : 0.01 ％ 이상 0.10 ％ 이하

중에서 선택되는 1 종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크용 강판.

(3) 상기 (1) 또는 (2) 에 기재된 브레이크 디스크용 강판에 있어서, 담금질 후의 조직이, 면적률로 75 ％ 이상의 마텐자이트 조직을 포함하는 브레이크 디스크용 강판.

(4) 550 ℃ 에서 240 분 유지하는 템퍼링 후의 경도가 HRC (로크웰 경도의 C 스케일) 로 28 HRC 이상 40 HRC 이하인 상기 (1) ∼ (3) 중 어느 것에 기재된 브레이크 디스크용 강판.

(5) 상기 (1) ∼ (4) 중 어느 것에 기재된 브레이크 디스크용 강판에 있어서, 담금질 전의 경도가 HRB (로크웰 경도의 B 스케일) 로 75 HRB 이상 95 HRB 이하인 브레이크 디스크용 강판.

(6) B 의 함유량이, 0.0016 ％ 이상 0.0060 ％ 이하인 상기 (1) ∼ (5) 중 어느 것에 기재된 브레이크 디스크용 강판.

(7) 상기 (1) ∼ (6) 중 어느 것에 기재된 브레이크 디스크용 강판을 사용한 브레이크 디스크.

본 발명에 의하면, 내식성이 우수하고, 550 ℃ 에서의 템퍼링 연화 저항이 높고, 경도의 저하가 적은 저탄소 마텐자이트계 크롬 함유 강판을 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 강판을 오토바이나 자전거 등의 이륜차의 브레이크 디스크로서 사용하는 경우, 내식성이 우수하고, 또한 제동시의 발열에서 기인되는 디스크의 변형이 생기기 어렵기 때문에, 종래보다 주행 성능이 높은 차종에 있어서도 장시간에 걸쳐 제동 안정성을 유지할 수 있게 된다.

도 1 은 (1) 식과, 담금질 처리 후에 있어서의 강의 마텐자이트량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2 는 담금질 처리 후에 있어서의 강의 마텐자이트량과, 담금질 후 및 템퍼링 후에 있어서의 강의 경도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3 은 (2) 식과, 담금질 후 및 템퍼링 후에 있어서의 강의 경도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4 는 (3) 식과, 담금질 후 및 템퍼링 후에 있어서의 강의 내식성의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5 는 (3) 식과, 담금질 후 및 템퍼링 후에 있어서의 강의 경도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6 은 B 함유량과, 550 ℃ 에서 240 분 유지하는 템퍼링 후의 경도의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명에 대해 구체적으로 설명한다.

먼저, 본 발명에 있어서 원하는 담금질성, 내열성 및 내식성을 얻기 위한 성분 조성의 한정 이유에 대해 설명한다. 또한, 강판 중의 원소 함유량의 단위는 모두 「질량％」이지만, 이하, 특별히 언급하지 않는 한 간단히 「％」로 나타낸다.

C : 0.02 ％ 이상 0.10 ％ 미만

C 는, 고용 (solid solution) 또는 석출물 (탄화물, 탄질화물, 혹은, 이들의 혼합물) 을 형성하여, 담금질 후·템퍼링 후의 강판의 경도를 크게 좌우하는 주요한 원소이다. 담금질 후에 적정한 경도를 확보하는데 있어서는 0.02 ％ 이상 함유하는 것이 필요하다. 그러나, 그 함유량이 0.10 ％ 이상이면, 내식성이 현저하게 저하된다. 또한, 템퍼링 중의 상기 C 의 석출물의 성장이 현저하게 빨라져, 조대한 상기 C 의 석출물이 다수 형성되기 쉬워지기 때문에, 내열 수명 (heat life) (고온 환경 (high-temperature environment) 사용하에 있어서의 장기 수명화) 이나 내식성이 현저하게 저하된다. 이상의 이유에 의해 C 의 함유량을 0.02 ％ 이상 0.10 ％ 미만으로 한다. 또한, 내열성의 관점에서는 0.04 ％ 이상, 녹 내성의 관점에서는 0.08 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 양호한 내식성을 확보하기 위해서는 0.06 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

Si : 0.6 ％ 이하

Si 는, 탈산제 (deoxidizing agent) 로서 작용하는 원소이다. 그러나, 그 함유량이 0.6 ％ 를 초과하면 담금질 처리시에 충분한 마텐자이트상 (martensitic phase) 이 생성되지 않고, 강판의 담금질 후의 경도 저하를 초래한다. 또한, 과잉으로 함유하면 인성 (toughness) 의 저하로도 이어지기 때문에, 0.6 ％ 이하로 규정한다. 또한, 탈산 작용의 관점에서는 0.05 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다.

Mn : 0.5 ％ 초과 2.0 ％ 이하

Mn 은, 고온에서의 페라이트상의 생성을 억제하는 원소이다. 그 때문에, 900 ∼ 1300 ℃ 의 넓은 온도 범위를 안정 오스테나이트역 (stable austenite zone) 으로 하고, 충분한 담금질성을 확보하는데 있어서 유용한 원소이며, 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.5 ％ 를 초과하여 함유할 필요가 있다. 그러나, 그 함유량이 2.0 ％ 를 초과하면, 가공성 (formability) 이나 내식성이 현저하게 저하되기 때문에, Mn 의 함유량을 0.5 ％ 초과 2.0 ％ 이하로 한다. 또한, 담금질성의 관점에서는 그 함유량을 1.0 ％ 초과로 하는 것이 바람직하고, 또한 1.5 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

Al : 0.05 ％ 이하

Al 은, Si 와 동일하게 탈산제로서 작용하는 원소이지만, 과잉으로 함유하면 경질의 개재물 (hard inclusion) 이나 석출물이 증가하여 표면 흠집 (surface flaw) 등의 결함의 원인이 되기 때문에, 그 함유량을 0.05 ％ 이하로 한다.

또한, 탈산제로서 Si 를 함께 함유하는 경우에는, 개재물이나 석출물의 증가를 억제하기 위해서 Al 의 함유량을 저감시키는 것이 바람직하다. 예를 들어, Si 가 0.05 ％ 이상이면 Al 을 0.03 ％ 이하로 하는 것이 바람직하고, Si 가 0.10 ％ 이상이면 Al 을 0.01 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

Cr : 11.0 ％ 이상 13.5 ％ 이하

Cr 은, 강판의 내식성을 향상시키는 주요한 원소이고, 브레이크 디스크 소재로서 충분한 내식성을 확보하는데 있어서 11.0 ％ 이상 함유하는 것이 필요하다. 그러나, 그 함유량이 13.5 ％ 를 초과하면 담금질 처리 후에 δ 페라이트상이 많이 생성되어 적정한 경도를 얻을 수 없게 되는 데다가, 가공성이나 인성도 저하된다. 따라서, Cr 의 함유량을 11.0 ％ 이상 13.5 ％ 이하로 한다. 또한, 내식성의 관점에서는 그 함유량을 11.5 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 가공성의 관점에서는 그 함유량을 13.0 ％ 미만으로 하는 것이 바람직하다.

Ni : 0.01 ％ 이상 0.30 ％ 이하

Ni 는, 그 함유량을 0.01 ％ 이상으로 함으로써 강판의 담금질성이나 내식성을 향상시킨다.

그러나, 0.30 ％ 를 초과하여 함유하면 Cr 의 확산 속도 (diffusion velocity) 가 크게 저하되기 때문에, 강판을 브레이크 디스크 형상으로 가공할 때의 연화 소둔 (softening annealing) 에 장시간의 열처리 (heat treatment) 를 필요로 하여, 생산 효율 (production efficiency) 의 저하나 스케일 (scale) 증가에 수반되는 결함 발생의 원인이 된다. 또한, Ni 는 고가의 원소이기 때문에, 소재 비용의 증가로 이어진다. 따라서, Ni 의 함유량을 0.30 ％ 이하로 한다. 또한, 본 발명에 있어서는, 다른 원소 함유량을 조정함으로써 δ 페라이트상의 생성을 억제하여 내식성의 향상을 도모하고 있기 때문에, Ni 의 함유량은 0.1 ％ 이하로 해도 된다.

Nb : 0.10 ％ 이상 0.60 ％ 이하

Nb 는, 후술하는 N 과 B 와 동일하게, 본 발명에 매우 중요한 원소이다. Nb 는, C 나 N 과 석출물 (질화물, 탄화물, 탄질화물, 혹은, 이들 2 종 이상의 혼합물을 말한다) 을 형성하여 전위 (dislocation) 의 회복을 늦춤으로써, 강판의 내열성을 향상시키는 원소이다. 본 발명이 목적으로 하는 내열성 (550 ℃ × 60 분 동안 템퍼링 처리 (tempering treatment) 를 실시한 후의 경도 : 30 ∼ 40 HRC, 550 ℃ × 240 분 동안 템퍼링 처리를 실시한 후의 경도 : 28 ∼ 40 HRC) 을 확보하기 위해서는 Nb 를 0.10 ％ 이상 함유할 필요가 있다. 그러나, 그 함유량이 0.60 ％ 를 초과하면, 상기 C 나 N 과의 석출물의 형성이 촉진되어 단시간에서의 이들 석출물의 조대화를 초래한다. 그 결과, 특히 강판 중의 고용 C 량이 감소하여, 오히려 강판의 담금질 후의 경도를 저하시키거나, 템퍼링 처리 후의 경도 저하를 앞당기는 원인이 된다. 따라서, Nb 의 함유량을 0.10 ％ 이상 0.60 ％ 이하로 한다. 또한, 보다 바람직한 함유량은 0.10 ％ 이상 0.40 ％ 이하이다. 더욱 바람직한 함유량은 0.16 ％ 이상 0.30 ％ 이하이다.

N : 0.03 ％ 이상 0.10 ％ 미만

N 은, Nb 와 동일하게, 본 발명에 매우 중요한 원소이다. N 은, C 와 동일하게 담금질 후, 템퍼링 후의 강판에 적정한 경도를 확보하는데 있어서 필요한 원소이다. 또한, 조대한 C 의 석출물 (탄화물, 탄질화물, 혹은, 이들의 혼합물) 의 석출을 억제하는 효과를 가짐과 함께, C 보다 석출물 (질화물과 탄질화물, 혹은, 이들의 혼합물) 을 형성하기 어렵고, 그 석출물도 미세한 그대로이므로, Nb 및 B 의 복합 첨가에 의해, 템퍼링 연화를 장시간에 걸쳐 억제하는 효과가 높다. 또한, 내식성 향상 효과도 크고, 이들 효과를 얻기 위해서는 N 을 0.03 ％ 이상 함유하는 것이 유효하다. 그러나, 그 함유량이 0.10 ％ 이상이 되면, 열간 연성이나 인성의 현저한 저하를 초래하기 때문에, N 의 함유량을 0.03 ％ 이상 0.10 ％ 미만으로 한다. 또한, 안정적인 내열성·내식성을 얻기 위해서는, N 을 0.04 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 0.045 ％ 이상이다.

B : 0.0010 ％ 초과 0.0060 ％ 이하

B 는, Nb 및 N 과 동일하게, 본 발명에 매우 중요한 원소이다. B 는, 결정 입계 (crystal grain boundary) 에 편재하기 쉽고, 조직을 정립화 (granulating) 함과 함께, 입계에서의 조대한 석출물 (특히, C 및/또는 N 에 의해 형성된 석출물, 그 중에서도, 전술한 탄화물, 질화물, 탄질화물 혹은, 이들 2 종 이상의 혼합물) 의 생성을 억제하기 때문에, Nb 및 N 의 복합 첨가에 의해, 강판의 내열성이 향상되고, 고온 환경 사용하에 있어서의 장기 수명화를 도모하는데 유효한 원소이다. 이들 효과를 얻기 위해서는 B 를 0.0010 ％ 를 초과하여 함유할 필요가 있다. 그러나, 그 함유량이 0.0060 ％ 를 초과하면, B 가 Fe 나 Cr 과화합물을 형성함으로써, 주조성이나 열간 연성이 현저하게 저하되고, 또한, 고온 환경 사용하에 있어서의 장기 수명화도 도모할 수 없어진다. 따라서, B 의 함유량을 0.0010 초과 0.0060 ％ 이하로 한다. 또한, B 는 강 중에서 편재하기 쉽기 때문에, 상기 효과를 강판 전체에 걸쳐 안정적으로 얻기 위해서는, 그 함유량을 0.0016 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 0.0020 ％ 이상이다.

도 6 에, (11.3 ∼ 13.1) ％ Cr － (0.0030 ∼ 0.0071) ％ C － (0.07 ∼ 0.30) ％ Si － (0.85 ∼ 1.84) ％ Mn － (0.001 ∼ 0.016) ％ Al － (0.02 ∼ 0.29) ％ Ni － Nb － N － B － (Cu, Zr, Mo, V, Ti, Co, Ta, W) 의 성분계의 강 및 (1) 식, (2) 식 및 (3) 식을 만족시키는 강 (표 1 및 표 2 의 강 No.: 1 ∼ 12, 17, 18, 27, 29 ∼ 32) 에 있어서, Nb 및 N 의 2 원소를 적정 범위로 복합 첨가했을 경우와, Nb 및 N 의 2 원소 중, 1 종 이상이 적정 범위로 첨가되어 있지 않은 경우의, 550 ℃ 에서 240 분 유지하는 템퍼링 후의 경도에 미치는 B 의 영향을 나타낸다.

Nb, N 및 B 의 3 원소를 적정 범위로 복합 첨가한 경우에는, 550 ℃ 에서 240 분 경과해도 경도가 28 HRC 이상 확보되고 있는데 비해, Nb, N 및 B 의 3 원소중, 1 종이라도 적정 범위로 첨가되어 있지 않은 경우에는, 550 ℃ 에서 240 분 경과하면 전부 27 HRC 이하로 저하되고 있는 것을 알 수 있다.

이상의 점에서, Nb, N 및 B 의 3 원소를 적정 범위로 복합 함유한 경우에는, 550 ℃ 에서 240 분 유지해도 경도가 28 HRC 이상 확보된다는 종래에 없는 예기치 못한 각별한 효과를 얻을 수 있었다.

P : 0.06 ％ 이하

P 는, 0.01 ％ 이상 함유하면 내식성의 향상에 기여하지만, 0.06 ％ 를 초과하여 함유하면 열간 연성이나 인성의 저하를 초래하여, 강판의 제조를 곤란하게 한다. 따라서, P 의 함유량을 0.06 ％ 이하로 한다. 또한, 바람직하게는 0.01 ％ 이상 0.04 ％ 이하로 한다.

S : 0.01 ％ 이하

S 는, 0.0005 ％ 이상 함유하면 강판의 펀칭 가공성의 향상에 기여하지만, 0.01 ％ 를 초과하여 함유하면 열간 연성이나 내식성을 현저하게 저하시킨다. 따라서, S 의 함유량을 0.01 ％ 이하로 한다. 또한, 바람직하게는 0.0005 ％ 이상, 0.006 ％ 이하이다. 더욱 바람직하게는 0.004 ％ 이하이다.

또한, 본 발명에 있어서, 보다 우수한 내열성 및 내식성을 갖춘 강판을 얻기 위해서는, 상기 조성을 만족시키는 것에 추가하여 하기 (1) ∼ (3) 식을 만족시키는 강판 조성으로 하는 것이 필요하다.

기

420 C ＋ 470 N ＋ 23 Ni ＋ 9 Cu ＋ 7 Mn － 11.5 Cr － 11.5 Si － 12 Mo － 47 Nb － 52 Al － 49 Ti － 23 V ＋ 189 ≥ 85····(1)

0.04 ≤ C ＋ N － 13(Nb/93 ＋ Ti/48 ＋ Zr/91 ＋ V/51) － 14 B/11 ≤ 0.09·····(2)

C － 12(Nb/93 ＋ Ti/48 ＋ Zr/91 ＋ V/51 ＋ Mo/96 ＋ Ta/181 ＋ W/184) ≤ 0.045·····(3)

상기 (1) 식의 좌변은, 강의 오스테나이트 형성능 (austenite forming ability) 을 나타낸다.

도 1 은, Cr － 0.06 ％ C － 0.1 ％ Si － 1.6 ％ Mn － 0.002 ％ Al － 0.05 ％ Ni － 0.2 ％ Nb － 0.04 ％ N － 0.003 ％ B 강에 있어서, Cr 량을 11.8 ∼ 13.4 ％ 로 변화시킨 강판에 대해, 1050 ℃ 에서 5 분간의 담금질 처리를 실시한 후의 강 중에서의 마텐자이트량을 측정한 결과를 나타낸 것이다. 또한, 도 1 의 가로축은, 상기 (1) 식의 좌변의 값을 나타낸다. 도 1 에 나타내는 바와 같이 (1) 식의 좌변의 값을 85 이상으로 함으로써, 강판의 담금질 후에 있어서의 강판 조직을 면적률로 75 ％ 이상의 마텐자이트상으로 할 수 있다. 또한, 마텐자이트상 이외의 조직으로서 오스테나이트상 및 페라이트상의 1 종 이상을 합계로 25 ％ 미만 함유해도 된다.

또한, 도 2 는, 도 1 에 나타내는 강판에 관한 것으로, 담금질 후 및 550 ℃ 에서 템퍼링 처리 후의 경도를 나타낸 것이다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 강판의 담금질 후에 있어서의 강판 조직의 75 ％ 이상을 마텐자이트상으로 하고 담금질 후의 경도 (도 2 의 ○ 표시) 를 32 ∼ 40 HRC 의 적정 범위로 하고, 나아가서는 담금질 후에 550 ℃ × 60 분 동안 템퍼링 처리를 실시한 후의 경도 (도 2 의 ▲ 표시) 를 30 ∼ 40 HRC 로 유지할 수 있게 된다. 또한, 도 1 에 나타내는 바와 같이 상기 (1) 식의 좌변의 값이 클수록, 마텐자이트상의 양도 많아짐과 함께, 템퍼링되기 어려운 마텐자이트상을 얻을 수 있고, 강판의 담금질 후에 있어서의 강판 조직을 면적률로 75 ％ 이상의 마텐자이트상으로 함으로써 550 ℃ × 240 분 동안 템퍼링 처리를 실시한 후의 경도 (도 2 의 ■ 표시) 를 28 ∼ 40 HRC 로 유지할 수 있게 된다.

또한, 도 2 로부터 마텐자이트량은, 80 ％ 이상이 바람직하고, 또한 90 ％ 이상이 보다 바람직하기 때문에, 도 1 로부터 상기 (1) 식의 좌변의 값은 각각 88 이상인 것이 바람직하고, 93 이상인 것이 보다 바람직하다. 단, 이 값이 지나치게 크면, 담금질 전의 강판의 경도를 펀칭 가공에 적절한 경도 범위 (75 ∼ 95 HRB) 로 하는 것이 곤란해지기 때문에 상기 (1) 식의 좌변의 값은 100 이하인 것이 바람직하다.

상기 (2) 식은, 담금질 후 및 템퍼링 후의 마텐자이트상의 경도를 적정한 범위로 할 때에 유효한 조건식이다. 강판 중의 C 및 N 은, 일부는 Cr, Nb, Ti, Zr, V, B 등과 탄화물, 질화물, 탄질화물 혹은, 이들 2 종 이상의 혼합물 (이후에는, 이들 3 종을 총칭하여 탄질화물 등으로 적는다) 을 형성하고, 나머지는 고용 C 및 고용 N 으로서 존재한다. 여기서, 담금질 후 및 템퍼링 후의 마텐자이트상의 경도를 결정하는 것은 주로 고용 C 와 고용 N 의 합계량이기 때문에, 본 발명에 있어서는, 그 중에서도 담금질한 그대로의 상태로 탄질화물 등이 존재, 혹은 템퍼링의 초기에 탄질화물 등을 형성하기 쉬운 Nb, Ti, Zr, V, B 에 대한 C 및 N 의 함유량을 충분히 확보한 후, 그 지표로서 C ＋ N － 13(Nb/93 ＋ Ti/48 ＋ Zr/91 ＋ V/51) － 14 B/11 을 소정의 범위로 규정한다. 도 3 은, 상기 (2) 식의 값 (가로축) 과 담금질 후의 경도 (도 3 의 ○ 표시) 및 장시간 템퍼링 (550 ℃ 에서 240 분 유지) 후의 경도 (도 3 의 ■ 표시) 의 관계를 나타낸 것이다. 상기 (1) 식을 만족시키고, 11.4 ∼ 13.4 ％ Cr － 0.03 ∼ 0.09 ％ C － 0.1 ％ Si － 1.0 ∼ 1.6 ％ Mn － 0.002 ％ Al － 0.01 ∼ 0.30 ％ Ni － 0.10 ∼ 0.60 ％ Nb － 0.03 ∼ 0.06 ％ N － 0.002 ％ B 의 성분 조성을 갖는 강판에 대해, 1050 ℃ 에서 5 분간의 담금질 처리를 실시하고, 또한, 550 ℃ 에서 240 분 유지로 템퍼링 처리를 실시하였다. 도 3 에 나타내는 그래프 (graph) 의 가로축 (horizontal axes) 은 상기 (2) 식의 좌변이고, 세로축 (vertical axes) 은 담금질 후 및 템퍼링 후의 경도이다. 도 3 으로부터 분명한 바와 같이, 상기 (2) 식의 값이 0.04 ％ 미만인 경우에는, 담금질 후의 경도 (도 3 의 ○ 표시) 가 부족하거나, 또는, 템퍼링 시간에 따른 경도 저하가 크기 때문에, 240 분 템퍼링 후의 경도 (도 3 의 ■ 표시) 가 부족하다. 한편, 상기 (2) 식의 값이 0.09 ％ 를 초과하는 경우에는, 담금질 후의 경도 (도 3 의 ○ 표시) 의 상한치 (40 HRC) 로부터 벗어난다. 혹은 240 분 템퍼링 후의 경도 (도 3 의 ■ 표시) 의 하한치 (28 HRC) 로부터 벗어난다. 이 때문에, 상기 (2) 식의 값은 0.04 ％ 이상 0.09 ％ 이하로 한다. 보다 바람직하게는, 0.05 ％ 이상 0.08 ％ 이하이다.

상기 (3) 식은, 강판을 템퍼링 온도로 장시간 유지했을 경우여도 고경도 또한 우수한 내식성을 확보할 때에 유효한 조건식이다. 강판을 템퍼링 온도로 장시간 유지하면 강판에 함유되는 C 및 N 은, 상기 서술한 바와 같은 Nb, Ti, Zr, V, B 의 탄질화물 등을 증가시키는 것 외에 Cr, Mo, Ta, W 의 탄질화물 등도 증가시킨다. 여기서, 형성된 탄질화물 등은, 그 크기가 미세하면 템퍼링 과정에 있어서의 마텐자이트의 연화를 억제하기 때문에, 장시간의 템퍼링 처리를 실시한 경우여도 강판의 경도를 적정 범위 내로 유지할 수 있다. 또한, 상기 탄질화물 등이 미세하면, 내식성을 향상시키는 효과도 얻어진다. 그러나, C 함유량이 많은 경우에는, 고용 C 가 많아져 내식성이 저하됨과 함께, 이들의 탄질화물 등이 템퍼링 중에 조대화하기 쉬워지기 때문에 (특히 Cr 탄화물이 조대화), 장시간의 템퍼링 처리를 실시했을 경우, 경도나 내식성이 저하된다.

도 4 는, 상기 (3) 식의 값 (가로축) 과, 담금질 후의 내식성 (도 4 의 ○ 표시) 및 장시간 템퍼링 (550 ℃ 에서 240 분 유지) 후의 내식성 (도 4 의 ▲ 표시) 의 관계를 나타낸 것이다. 도 5 는, 상기 (3) 식의 값 (가로축) 과, 담금질 후의 경도 (도 5 의 ○ 표시) 및 장시간 템퍼링 (550 ℃ 에서 240 분 유지) 후의 경도 (도 5 의 ■ 표시) 의 관계를 나타낸 것이다. 상기 (1) 및 (2) 식을 만족시키고 12.0 ∼ 12.7 ％ Cr － 0.05 ∼ 0.09 ％ C － 0.3 ％ Si － 1.5 ％ Mn － 0.002 ％ Al － 0.05 ∼ 0.30 ％ Ni － 0.1 ∼ 0.30 ％ Nb － 0.03 ％ N － 0.003 ％ B － (V, Mo, Ti, Zr, Ta) 의 성분 조성을 갖는 강판 (단, V, Mo, Ti, Zr, Ta 각각의 함유량은 0.01 ％ 이상 0.10 ％ 이하) 에 대해, 1050 ℃ 에서 5 분간의 담금질 처리를 실시하고, 또한, 550 ℃ 에서 240 분 유지로 템퍼링 처리를 실시하였다. 담금질 후의 강판 (○) 및 템퍼링 후의 강판 (▲) 으로부터 70 × 120 ㎜ 의 시료를 채취하고, 표면을 ＃600 의 연마지 (abrasive paper) 로 습식 연마한 후, JIS Z 2371 의 규정에 준거한 조건으로 48 시간의 염수 분무 시험 (SST 시험) 을 실시하고, 각 시료에 대해, 폭이 0.5 ㎜ 이상인 녹 발생점의 수를 육안으로 측정하였다. 또한, 담금질 후 강판의 경도 (○) 및 템퍼링 후의 강판의 경도 (■) 측정을 실시하였다. 도 4 에 나타내는 그래프의 가로축은 상기 (3) 식의 좌변이고, 세로축은 측정된 녹 발생점의 수이다. 또한, 도 5 에 나타내는 그래프의 가로축은 상기 (3) 식의 좌변이고, 세로축은 담금질 후의 강판의 경도 (○) 및 템퍼링 후의 강판의 경도 (■) 이다. 담금질 후의 내식성 (○) 과 경도 (○) 및 템퍼링 후의 내식성 (▲) 과 경도 (■) 가, 상기 (3) 식의 값에 크게 의존하는 것이 도 4 및 도 5 로부터 확인된다. 그래서, 본 발명에 있어서는, 고용 C 의 양이나 템퍼링 중에 형성되는 조대한 탄질화물 등의 양의 지표로서 C － 12(Nb/93 ＋ Ti/48 ＋ Zr/91 ＋ V/51 ＋ Mo/96 ＋ Ta/181 ＋ W/184) 를 소정 범위로 한정한다. 내식성과 내열 수명을 향상시키기 위해서는, 상기 (3) 식의 값을 0.045 ％ 이하로 할 필요가 있고, 0.04 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서는 상기 기본 성분에 추가하여 내열성·내식성의 추가적인 향상을 도모할 목적으로, 필요에 따라 이하의 원소를 함유할 수 있다.

Co : 0.01 ％ 이상 0.10 ％ 이하

Co 는, Ni 와 동일하게 강판의 담금질성을 높이거나 탄질화물 등의 석출을 억제하여 템퍼링 연화 저항을 높이는 효과를 갖고, 이 효과를 얻으려면 0.01 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, 0.10 ％ 를 초과하여 함유해도, 담금질 전의 경도가 높아지기 때문에 브레이크 디스크 형상으로 형성할 때의 가공이 곤란해진다. 또한, Co 는 매우 고가의 원소여서 소재 비용의 증가로 이어지기 때문에, 그 함유량을 0.10 ％ 이하로 한다.

Cu : 0.01 ％ 이상 0.30 ％ 이하

Cu 는, 강판의 내식성을 향상시키는 효과, 그리고, 500 ∼ 600 ℃ 의 템퍼링 온도에서 미세하게 석출되어 템퍼링 연화 저항을 높이는 효과를 갖는다. 이 효과를 얻기 위해서는 0.01 ％ 이상의 함유가 바람직하지만, Cu 를 과잉으로 함유하면 열간 연성이 저하되어, 열간 압연시에 균열이나 박락 (scab) 의 원인이 된다. 또한, 브레이크 디스크 형상으로 가공하기 전의 열연 강판의 연질화 소둔 처리에 필요로 하는 시간이 길어지기 때문에 생산 효율이 저하되고, 나아가서는 템퍼링 후의 경도 초과도 초래한다. 따라서, Cu 의 함유량을 0.30 ％ 이하로 한다.

Mo, Ti, Zr, Ta 및 W : 각각 0.01 ％ 이상 0.10 ％ 이하, V : 0.01 ％ 이상 0.15 ％ 미만

V, Mo, Ti, Zr, Ta 및 W 는, 전부 강판의 내열성을 높이는 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는 0.01 ％ 이상의 함유가 바람직하지만, 탄질화물 등을 형성하는 이들 원소를 과잉으로 함유하면 탄질화물 등의 현저한 경질화 혹은 연질화를 초래하여, 담금질 후, 템퍼링 후의 강판의 경도가 적정 범위로부터 벗어나는 원인이 된다. 따라서, Mo, Ti, Zr, Ta 및 W 의 함유량을 각각 0.10 ％ 이하, V 의 함유량을 0.15 ％ 미만으로 한다. 또한, 담금질 후, 템퍼링 후의 강판의 경도를 적정 범위로 넣으려면, 이들 원소의 합계 함유량을 0.30 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 550 ℃ 를 초과하는 온도역에 있어서 안정적인 내열성을 확보하는데 있어서는, 이들 원소의 합계 함유량을 0.11 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서는 상기 원소에 더하여, 추가로, 열간 압연시의 가공성을 향상시키기 위하여, Ca 및/또는 Mg 를 각각 0.0003 ％ 이상 0.030 ％ 이하, 혹은, 강판의 내열성, 녹 내성 및 제조성의 관점에서, Hf 나 희토류 원소 (REM) 를 0.001 ％ 이상 0.02 ％ 이하 함유하는 것도 유효하다.

본 발명에 있어서는, 강판의 조성을 상기의 성분 조성과 그 관계식으로 한정함으로써, 강판에 원하는 담금질성, 내열성 및 내식성을 부여할 수 있게 된다. 그러므로, 본 발명에 의하면, 통상적인 담금질 처리를 실시함으로써, 우수한 내열성 및 내식성을 가지는 데다가, 담금질 후의 조직의 75 ％ 이상이 마텐자이트상이고, 담금질 후의 경도가 적정 범위 (32 ∼ 40 HRC) 인, 브레이크 디스크에 적절한 강판을 얻을 수 있다.

또한, 담금질 전의 소재에는 펀칭 가공을 실시하기 때문에 어느 정도 연질화할 필요가 있다. 연질화를 위한 소둔 방법에 대해서는 후술하는데, 담금질 전 소재의 경도가 95 HRB 를 초과하면 경질이기 때문에 펀칭시에, 소재에 균열이 발생되기 쉬워진다. 한편, 75 HRB 미만으로까지 연질화하면, 펀칭시에 소재에 새깅이 발생되기 쉬워진다. 따라서, 담금질 전의 소재의 양호한 경도는 75 ∼ 95 HRB이다. 동일한 이유로, 80 ∼ 90 HRB 가 보다 바람직한 범위이다.

다음으로, 본 발명의 브레이크 디스크용 강판의 제조 방법에 대해 설명한다.

강판의 제조 방법은 특별히 한정할 필요는 없고, 공지된 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 성분 조성을 갖는 강을, 전로 (steel converter) 나 전기로 (electric furnace) 로 용제하고, VOD (Vacuum Oxygen Decarburization) 나 AOD (Argon Oxygen Decarburization) 로 정련한 후, 연속 주조 (continuous casting) 등으로 강괴로 한다. 또한, 1050 ∼ 1250 ℃ 에서 가열하여 열간 압연을 실시하여, 소정 판두께의 열연 강판으로 한다. 이어서, 브레이크 디스크 형상으로의 가공을 용이하게 하는 것을 목적으로 하여, 강판에 연화 소둔을 실시하고, 강판의 경도를 75 ∼ 95 HRB, 바람직하게는 80 ∼ 90 HRB 로 한다. 연화 소둔 조건으로는, 예를 들어 상자형 소둔로·연속 소둔로 등에 의해 650 ∼ 880 ℃ 에서 4 시간 이상 유지한 후, 서랭하는 것 등을 들 수 있다. 이로써, 마텐자이트상은 충분히 템퍼링되어 페라이트상이 생성되고, 탄질화물 등이 조대화되기 때문에 연질화된다.

또한, 필요에 따라 레벨러 (leveler) 등에 의한 형상 교정 (hot leveling), 연삭 (grinding) 이나 산세정 (pickling) 등에 의한 스케일 제거 (descaling) 를 실시한다. 또한, 냉간 압연을 실시한 후, 소둔, 스케일 제거 등을 실시해도 된다. 또한 필요에 따라 스킨 패스 압연 (skin pass rolling) 등의 형상 교정을 실시해도 된다. 이상과 같이 하여, 브레이크 디스크용 강판을 얻는다.

담금질 전의 강판의 조직은, 템퍼링 마텐자이트상, 페라이트상, 잔류 오스테나이트상 및 탄질화물 등으로 형성된다. 각 상의 경도는 템퍼링 과정 중에 변화되어 가기 때문에, 상분율로부터 일의적으로 강판의 경도는 규정되지 않지만, 적어도, 페라이트상이 면적률로 75 ％ 이상이면, 다른 상의 합계가 면적률로 25 ％ 미만 함유되어 있어도 담금질 전의 강판으로서 양호한 경도가 얻어진다.

또한, 담금질 전의 조직의 관찰은, 후술하는 담금질성 시험의 마텐자이트의 면적률의 측정 방법에 준거하여 측정할 수 있다.

계속해서, 상기 브레이크 디스크용 강판을 사용한 브레이크 디스크의 제조 방법에 대해 설명한다.

상기 브레이크 디스크용 강판에, 펀칭 가공 (punching work) 이나 절삭 가공 (cutting work) 을 실시하여 브레이크 디스크 형상으로 가공한 후, 담금질 처리를 실시하여, 경도를 32 ∼ 40 HRC 의 적정 범위 내로 넣는다. 담금질 처리는, 일반적으로 실시되고 있는 바와 같이, 900 ∼ 1300 ℃ 로 가열하고, 그 최고 도달 온도에서 1 초 ∼ 30 분 정도 유지한 후, 공랭 이상의 냉각 속도로 냉각함으로써 실시한다. 또한, 상기 가열 온도를 900 ∼ 1100 ℃ 로 하고, 유지 시간 (holding time) 을 10 분 이내로 하는 것이 보다 바람직하다. 담금질 방법에 대해서도 특별히 한정할 필요는 없고, 소정 온도의 대기로 (air furnace) 나 분위기로 (atmosphere furnace) 에 삽입하는 방법, 혹은, 단시간에 승온시키는 고주파 가열로 (radio-frequency heating furnace) 를 사용하는 방법 등 일반적인 방법을 사용할 수 있다. 냉각 방법에 대해서도 담금질 후에 원하는 경도·조직이 얻어지는 것이면 방법에 상관없이, 수랭 (water cooling), 유랭 (oil cooling), 가스 냉각 (gas cooling), 공랭 (air cooling), 혹은 형상 교정과 냉각을 겸한 금형 프레스 (die press) (프레스 담금질 (press quenching)) 에 의한 방법 등을 사용할 수 있다.

실시예

표 1 에 나타내는 성분 조성의 강 No. 1 ∼ 32 를, 고주파 용해로 (high-frequency melting furnace) 로 용해·주조하여, 두께 170 ㎜ 의 강괴로 하였다. 이 강괴에 1150 ℃ 에서 30 분 이상의 균열 (均熱) 처리를 실시한 후, 통상적인 방법으로 열간 압연을 실시함으로써 두께 4 ∼ 6 ㎜ 의 열연 강판으로 하였다. 이어서, 700 ∼ 850 ℃ 의 온도역에서 8 시간 이상의 소둔 후, 20 ℃／h 이하의 냉각 속도로 서랭함으로써, 열연 소둔판을 얻었다.

상기에 의해 얻어진 열연 소둔판을 사용하여, 다음의 평가 시험을 실시하였다.

(1) 담금질성 시험 (hardenability test)

상기 열연 소둔판으로부터, 20 ∼ 30 ㎜ 의 작은 조각을 잘라내고, 표 2 에 나타내는 조건으로 담금질 처리를 실시하여, 샘플 No. 1 ∼ 32 의 담금질 시료를 제작하였다. 여기서, 담금질 처리 조건은, 가열 온도를 950 ∼ 1200 ℃ 로 하고, 각각의 샘플에 대해 설정된 가열 온도 ± 10 ℃ 에서의 유지 시간을 1 ∼ 600 초로 하고, 그 후 공랭하는 조건으로 하였다. 담금질 처리 후의 시료를 연마하여 표면의 스케일을 완전히 제거한 후, 시료 표면에 대해 JIS Z 2245 의 규정에 준거하여, 로크웰 경도계를 사용하여 C 스케일의 경도 측정을 실시하였다. 측정치가 32 ∼ 40 HRC 이면, 담금질 처리 후의 경도가 양호한 것으로 평가하였다. 또한, 매우 양호한 범위는 33 ∼ 38 HRC 이다. 또한, 상기 담금질 처리 후의 시료에 대해, 마텐자이트량 (면적률) (％) 을 측정하였다. 마텐자이트량 (면적률) 의 측정은, 시료 단면을 연마, 무라카미 시약 (murakami test reagent) 으로 부식시킨 후, 화상 해석 (imaging analysis) 에 의해 실시하였다. 1 샘플에 대해 5 점 측정을 실시하고, 평균치를 그 샘플의 마텐자이트량 (면적률) 으로 하였다.

(2) 내열성 시험

상기의 담금질 시료에 대해, 추가로 표 2 에 나타내는 조건으로 템퍼링 처리를 실시하고, 샘플 No. 1 ∼ 32 의 템퍼링 시료를 제작하였다. 템퍼링 조건은, 가열 온도를 550 ℃ 로 하고, 이 가열 온도에 있어서의 유지 시간을 60 분 및 240 분으로 하고, 그 후 공랭하는 조건으로 하였다. 템퍼링 처리 후의 시료를 연마하여 표면의 스케일을 완전히 제거한 후, 시료 표면에 대해 상기 (1) 의 담금질성 시험과 동일하게 하여 로크웰 경도 측정을 실시하였다. 60 분 유지 후의 시료에서는, 측정치가 30 ∼ 40 HRC 이면, 내열성이 양호한 것으로 평가하였다. 또한, 240 분 유지 후의 시료에서는, 측정치가 28 ∼ 40 HRC 이면, 내열성이 양호한 것으로 평가하였다. 또한, 매우 양호한 범위는 30 ∼ 38 HRC 이다.

(3) 내식성 시험

상기 열연 소둔판으로부터, 70 × 120 ㎜ 의 시료를 채취하고, 표 2 에 나타내는 조건으로 담금질 처리를 실시한 후의 시료, 및, 담금질 처리에 이어 표 2 에 나타내는 조건으로 템퍼링 처리를 실시한 후의 시료에 대해, 표면을 ＃600 의 연마지로 습식 연마하고, JIS Z 2371 의 규정에 준거한 조건으로 48 시간의 염수 분무 시험 (SST 시험) 을 실시하였다. 각 시료에 대해, 폭이 0.5 ㎜ 이상인 녹 발생점의 수를 육안으로 측정하여, 녹 발생점 0 ∼ 1 개를 「○ (good)」, 2 ∼ 4 개를 「△ (pass)」, 5 개 이상을 「× (bad)」로 하여 평가하였다.

이상의 평가 결과를 표 2 에 나타낸다. 발명예의 샘플 No. 1 ∼ 12, 29 ∼ 30 은, 담금질 처리 후의 경도가 모두 32 HRC 이상이었다. 또한, 발명예의 샘플 No. 1 ∼ 12, 29 ∼ 30 에 관해서는, 550 ℃ 에서 60 분 유지하는 템퍼링 처리 후의 경도가 모두 30 HRC 이상이고, 550 ℃ 에서 240 분 유지하는 템퍼링 처리 후에도 28 HRC 이상의 경도를 유지하고 있어, 양호한 내열성을 나타냈다. 한편, 비교예의 샘플 No. 13 ∼ 28, 31 ∼ 32 는, 담금질 처리 후의 경도, 템퍼링 처리 후의 경도, 내식성 모두가 떨어져, 본 발명의 목적으로 하는 특성을 만족시키지 않았다.

산업상 이용가능성

브레이크 디스크 소재로서 사용한 경우에 있어서, 장시간 사용해도 안정적인 내식성과 내열성 (내열 안정성) 을 갖는 강판, 및, 그 강판으로부터 제조된 브레이

크 디스크를 제공한다.

Claims

질량％ 로,
C : 0.02 ％ 이상 0.10 ％ 미만,
Si : 0 % 초과 0.6 ％ 이하,
Mn : 0.5 ％ 초과 2.0 ％ 이하,
P : 0 % 초과 0.06 ％ 이하,
S : 0 % 초과 0.01 ％ 이하,
Al : 0 % 초과 0.05 ％ 이하,
Cr : 11.0 ％ 이상 13.5 ％ 이하,
Ni : 0.01 ％ 이상 0.30 ％ 이하,
Nb : 0.10 ％ 이상 0.60 ％ 이하,
N : 0.03 ％ 이상 0.10 ％ 미만 및
B : 0.0010 ％ 초과 0.0060 ％ 이하
를 함유하고, 또한 하기 (1) ∼ (3) 식을 만족시키고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고, 담금질 후의 경도가 HRC 로 32 HRC 이상 40 HRC 이하이고,
담금질 후의 조직이, 면적률로 75 ％ 이상의 마텐자이트 조직을 포함하는 브레이크 디스크용 강판.
기
420 C ＋ 470 N ＋ 23 Ni ＋ 9 Cu ＋ 7 Mn － 11.5 Cr － 11.5 Si － 12 Mo － 47 Nb － 52 Al － 49 Ti － 23 V ＋ 189 ≥ 85········(1)
0.04 ≤ C ＋ N － 13(Nb/93 ＋ Ti/48 ＋ Zr/91 ＋ V/51) － 14 B/11 ≤ 0.09·········(2)
C － 12(Nb/93 ＋ Ti/48 ＋ Zr/91 ＋ V/51 ＋ Mo/96 ＋ Ta/181 ＋ W/184) ≤ 0.045········(3)
단, 상기 (1) ∼ (3) 식 중의 각 원소 기호는, 강판에 함유되는 각 원소의 질량％ 를 나타낸다.
제 1 항에 있어서, 추가로 하기의 그룹 (A), (B) 중 1 종 또는 2 종을 함유하는 브레이크 디스크용 강판.
(A) Co : 0.01 ％ 이상 0.10 ％ 이하,
Cu : 0.01 ％ 이상 0.30 ％ 이하,
V : 0.01 ％ 이상 0.15 ％ 미만,
Mo : 0.01 ％ 이상 0.10 ％ 이하,
Ti : 0.01 ％ 이상 0.10 ％ 이하,
Zr : 0.01 ％ 이상 0.10 ％ 이하,
Ta : 0.01 ％ 이상 0.10 ％ 이하 및
W : 0.01 ％ 이상 0.10 ％ 이하 중에서 선택되는 1 종 이상
(B) B 의 함유량이 0.0016 ％ 이상 0.0060 ％ 이하
삭제
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
550 ℃ 에서 240 분 유지하는 템퍼링 후의 경도가 HRC 로 28 HRC 이상 40 HRC 이하인 브레이크 디스크용 강판.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 담금질 전의 경도가 HRB 로 75 HRB 이상 95 HRB 이하인 브레이크 디스크용 강판.
삭제
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 브레이크 디스크용 강판을 사용한 브레이크 디스크.
삭제
삭제
제 4 항에 있어서, 담금질 전의 경도가 HRB 로 75 HRB 이상 95 HRB 이하인 브레이크 디스크용 강판.
삭제
삭제
제 4 항에 기재된 브레이크 디스크용 강판을 사용한 브레이크 디스크.
제 5 항에 기재된 브레이크 디스크용 강판을 사용한 브레이크 디스크.
삭제
삭제
제 10 항에 기재된 브레이크 디스크용 강판을 사용한 브레이크 디스크.