KR20070087166A - 내열성과 내식성이 우수한 디스크 브레이크용 스테인리스강판 - Google Patents

Abstract

내열성 및 내식성이 우수한 디스크 브레이크용 스테인리스 강판을 제안한다. 구체적인 해결 수단은, mass％ 로, C : 0.10％ 미만, Si : 1.0％ 이하, Mn : 1.0 ∼ 2.5％, P : 0.04％ 이하, S : 0.01％ 이하, Cr : 11.5％ 초과 15.0％ 이하, Ni : 0.1 ∼ 1.0％, Al : 0.10％ 이하, Nb : 0.08％ 초과 0.6％ 이하, V : 0.02 ∼ 0.3％, N : 0.03％ 초과 0.10％ 이하를, 0.03 ≤ {C + N - (13 / 93)Nb} ≤ 0.10, (5Cr + 10Si + 15Mo + 30Nb + 50V - 9Ni - 5Mn - 3Cu - 225N - 270C) ≤ 45, {(14 / 50)V + (14 / 90)Nb} < N (여기에, Cr, Si, Mo, Nb, Ni, Mn, Cu, V, N, C : 각 원소의 함유량 (질량％)) 을 만족하도록 함유한다. 이로써, 내열성과 뜨임 후의 내식성도 우수한 디스크 브레이크용 스테인리스 강판이 된다.

Description

내열성과 내식성이 우수한 디스크 브레이크용 스테인리스 강판{STAINLESS STEEL SHEET FOR DISC BRAKE EXCELLENT IN HEAT RESISTANCE AND CORROSION RESISTANCE}

본 발명은, 오토바이, 자동차, 자전거 등의 디스크 브레이크의 디스크 (회전반) 용으로서 바람직한 스테인리스 강판에 관한 것으로, 특히 적정한 담금질 경도가 얻어지고, 또한 제동시의 마찰열에 의해 고온에서 뜨임된 후에도, 연화가 적어 적정한 경도를 유지할 수 있고, 또한 내식성의 저하가 작은, 내열성과 내식성이 우수한 디스크 브레이크용 스테인리스 강판에 관한 것이다. 또한, 본 발명에서 말하는 강판에는 스틸 스트립도 포함하는 것으로 한다.

오토바이, 자동차, 자전거 등의 디스크 브레이크의 기능은, 브레이크 디스크와 브레이크 패드의 마찰에 의해 차륜의 회전을 억제하여 차량을 제동하는 것에 있다. 이 때문에, 브레이크 디스크에는 적정 경도를 갖는 것이 요망되고 있다. 경도가 부족하면 브레이크의 효과가 약해짐과 함께 브레이크 패드와의 마찰에 의해 빠르게 마모되고, 한편, 지나치게 딱딱하면 브레이크 소음이 발생하기 쉬워진다는 문제가 생긴다. 브레이크 디스크의 적정 경도로는, HRC 32 ∼ 38 의 경도 범위가 추천되고 있다. 여기서, HRC 는 JISZ2245 에 규정되어 있는 록웰 경도 (C 스케일) 이다.

브레이크 디스크용 재료로는, 종래부터 경도와 내식성의 관점에서 마르텐사이트계 스테인리스 강판이 사용되어 왔다. 한 때, SUS420J2 등의, 탄소량이 높은 마르텐사이트계 스테인리스 강판에, 담금질 뜨임 처리를 실시하여 사용되는 경우도 있었으나, 제조상의 부하가 크고, 최근에는 특허 문헌 1 이나, 특허 문헌 2 에 나타내는 바와 같은, 담금질 그대로 사용할 수 있는 저탄소 마르텐사이트계 스테인리스 강판이 브레이크 디스크용 재료로서 많이 사용되게 되었다.

최근, 지구 환경 보전의 관점에서 오토바이나 자동차 등의 연비 향상이 요망되고 있다. 연비 향상에는 차체 중량의 경량화가 유효하여, 차량의 경량화가 지향되고 있다. 제동 장치인 디스크 브레이크도 예외는 아니고 차량의 추가적인 경량화를 위하여, 브레이크 디스크의 소형화, 두께의 저감 (박육화) 등이 도모되고 있다. 그러나, 이 브레이크 디스크의 소형화, 박육화는, 열 용량의 저하를 초래하여, 제동시의 마찰열에 의한 브레이크 디스크의 온도 상승이 보다 커진다. 이 때문에, 이러한 소형화, 박육화 경향에 수반하여, 제동시의 브레이크 디스크 온도가 600℃ 정도까지 상승하는 것을 생각할 수 있다. 이 때문에, 종래의 재료에서는, 브레이크 디스크가 뜨임되어 연화되고 내구성이 저하됨과 함께 내식성도 저하되는 것이 염려되어, 내열성 및 내식성이 우수한 브레이크 디스크용 재료가 요망되고 있다.

이러한 요망에 대하여, 예를 들어 특허 문헌 3 에는, Ti, Nb, V, Zr 중 1 종 또는 2 종 이상을 적정량 함유하고, 디스크 브레이크 사용 중의 승온에 수반하는 연화를 효과적으로 억제하여 경도 저하를 억제할 수 있는, 저탄소 마르텐사이트계 스테인리스 강판이 제안되고 있다. 또, 특허 문헌 4 에는 Nb, 혹은 Nb 에 더하여 추가로 Ti, V, B 를 복합하여 적정량 첨가함으로써, 뜨임 연화를 효과적으로 억제할 수 있다는 디스크 브레이크용 스테인리스강이 제안되고 있다.

또, 특허 문헌 5 에는, 강 중의 C, N, Ni, Cu, Mn, Cr, Si, Mo, V, Ti 및 Al 의 함유량의 관계식인 GP 치를 50(％) 이상으로 조정함과 함께, Nb, V 를 적정량으로 함으로써, 사용시의 승온에 의한 재질 열화를 거의 일으키지 않는, 염가의 디스크 브레이크 로터용 강이 제안되고 있다. 또, 특허 문헌 6 에는, C + N 양을 특정 범위로 제한하고, 오스테나이트 형성 원소인 Mn, Ni, Cu 를 적당량, 추가로 Nb 를 적당량 함유하고, Zr, Ti, Ta 중 1 종 또는 2 종 이상을 함유하여, 담금질한 채로 원하는 경도를 확보할 수 있고, 뜨임 연화 저항을 갖는, 제동 발열 연화 저항이 높은 디스크 브레이크용 마르텐사이트계 스테인리스강이 제안되어 있다.

특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 소57-198249호

특허 문헌 2 : 일본 공개특허공보 소60-106951호

특허 문헌 3 : 일본 공개특허공보 2002-146489호

특허 문헌 4 : 일본 특허공보 제3315974호

특허 문헌 5 : 일본 공개특허공보 2002-121656호

특허 문헌 6 : 일본 공개특허공보 2001-192779호

발명의 개시

그러나, 특허 문헌 3, 특허 문헌 4, 특허 문헌 5, 특허 문헌 6 에 기재된 기술에서는, 고가의 합금 원소를 비교적 다량으로 첨가할 필요가 있어, 디스크 브레이크의 제조 비용이 상승하는 데다, 600℃ 에서 장시간 (2시간 정도) 유지되면, 경도가 급격하게 저하되고, 동시에 내식성도 저하된다는 문제가 있었다. 본 발명은, 이러한 종래 기술의 문제를 유리하게 해결하여, 적정한 담금질 경도를 확보할 수 있음과 함께, 600℃ 에서 2시간 유지한 후의 경도가, JISZ2245 에서 규정된 HRC (록웰 경도 C 스케일) 로 32 이상을 확보할 수 있고, 내식성의 저하도 적은 내열성 및 내식성이 우수한 디스크 브레이크용 스테인리스 강판을 제안하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기한 과제를 달성하기 위하여, 마르텐사이트계 스테인리스 강판의 내열성의 지표가 되는 뜨임 연화 저항 및 내식성에 미치는 합금 원소의 영향에 대하여 예의 검토하였다. 그 결과, Nb 및 Ni 를 적정량 함유하고, 추가로 V 를 첨가하고, 고 N 화하여 상대적으로 저 C 로 함으로써, 600℃ 에서 2시간 정도 뜨임된 후에도, HRC 로 32 이상의 높은 경도를 유지할 수 있음과 함께, 내식성의 저하도 적은 것을 지견하였다.

본 발명은, 상기한 지견에 기초하여, 더욱 검토를 추가하여 완성된 것이다. 즉, 본 발명의 요지는 다음과 같다.

(1) 질량％ 로, C : 0.02％ 이상 0.10％ 미만, Si : 0.05％ 이상 1.0％ 이하, Mn : 1.0％ 이상 2.5％ 이하, P : 0.04％ 이하, S : 0.01％ 이하, Cr : 11.5％ 초과 15.0％ 이하, Ni : 0.1％ 이상 1.0％ 이하, Al : 0.10％ 이하, Nb : 0.08％ 초과 0.6％ 이하, V : 0.02 이상 0.3％ 이하, N : 0.03％ 초과 0.10％ 이하를, 아래의 (1) ∼ (3) 식

0.03 ≤ {C + N - (13 / 93)Nb} ≤ 0.10 …… (1)

(5Cr + 10Si + 15Mo + 30Nb + 50V - 9Ni - 5Mn - 3Cu - 225N - 270C) ≤ 45

…… (2)

{(14 / 50)V + (14 / 90)Nb} < N …… (3)

(여기서, Cr, Si, Mo, Nb, Ni, Mn, Cu, V, N, C : 각 원소의 함유량 (mass％))

을 만족하도록 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 내열성 및 내식성이 우수한 디스크 브레이크용 스테인리스 강판.

(2) (1) 에 있어서, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, Cu : 0.05％ 이상 0.5％ 이하, Mo : 0.01％ 이상 2.0％ 이하, Co : 0.01％ 이상 2.0％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크용 스테인리스 강판.

(3) (1) 또는 (2) 에 기재된 디스크 브레이크용 스테인리스 강판을 소재로 하여, 1000℃ 이하로 가열해 담금질하여 이루어지는 브레이크용 디스크.

본 발명에 의하면, 내식성이 우수하고, HRC 32 ∼ 38 이라는 적정한 담금질 경도를 확보할 수 있고, 또한, 600℃ 에서 2시간 유지의 뜨임 후에도 또한, HRC 32 이상의 고경도를 유지할 수 있음과 함께, 내식성의 저하도 적은, 내열성 및 내식성이 우수한 브레이크 디스크용 스테인리스 강판을 용이하게 게다가 염가로 제조할 수 있어, 산업상 각별한 효과를 나타낸다. 본 발명에 의하면, 내구성이 우수한 오토바이, 자동차, 자전거, 스노우 모빌 등의 디스크 브레이크용 디스크 (회전반) 를 염가로 제조할 수 있다는 효과도 있다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

먼저, 본 발명의 브레이크 디스크용 스테인리스 강판의 조성 한정 이유에 대하여 설명한다. 또한, 이하, 조성에 있어서의 질량％ 는 간단히 ％ 라고 기재한다.

C : 0.02％ 이상 0.10％ 미만

C 는, 담금질 후의 경도를 결정하는 원소이고, HRC 32 ∼ 38 의 범위의 적정한 담금질 경도를 확보하기 위하여, 본 발명에서는, 0.02％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편, 0.10％ 이상 함유하면, 고온에서 뜨임되었을 때에 조대한 Cr 탄화물을 형성하기 때문에, 녹 발생의 기점이 되어, 내식성을 저하시킴과 함께 인성 (靭性) 을 저하시킨다. 이 때문에, C 는 0.10％ 미만으로 한정하였다. 또한, 내식성의 관점에서 바람직하게는 0.05％ 미만이다.

Si : 0.05％ 이상 1.0％ 이하

Si 는, 탈산제로서 작용하는 원소이고, 본 발명에서는 0.05％ 이상 함유하는 것이 바람직하지만, Si 는 페라이트상을 안정화시키는 원소로, 1.0％ 를 초과하는 과잉 함유는 담금질 경도를 저하시키고, 나아가서는 인성을 저하시킨다. 이 때문에, Si 는 1.0％ 이하로 한정하였다. 또한, 인성의 관점에서 바람직하게는 0.3％ 이하이다.

Mn : 1.0％ 이상 2.5％ 이하

Mn 은, 고온에서의 페라이트상의 생성을 억제하고, 담금질성을 향상시켜, 안정적인 담금질 경도를 얻기 위하여 유용한 원소이고, 1.0％ 이상 함유한다. 한편, 2.5％ 를 초과하는 과잉 함유는 내식성을 저하시킨다. 이 때문에, Mn 은 1.0 ∼ 2.5％ 의 범위로 한정하였다. 또한, 담금질성의 관점에서 바람직하게는 1.5％ 이상이다.

P : 0.04％ 이하

P 는, 열간 가공성을 저하시키는 원소이고, 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하지만, 과잉 저감은 제조 비용의 상승을 초래하기 때문에, 0.04％ 를 상한으로 하였다. 또한, 제조성의 관점에서는 바람직하게는 0.02％ 이하이다.

S : 0.01％ 이하

S 는, P 와 마찬가지로 열간 가공성을 저하시키는 원소이고, 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하지만, 과잉 저감은 제조 비용의 상승을 초래하기 때문에 0.01％ 를 상한으로 하였다. 또한, 제조성의 관점에서는 바람직하게는 0.005％ 이하이다.

Cr : 11.5％ 초과 15.0％ 이하

Cr 은, 스테인리스강의 특징인 내식성을 향상시키는 유용한 원소이고 충분한 내식성을 확보하기 위해서는, 11.5％ 를 초과하는 함유를 필요로 한다. 한편, 15.0％ 를 초과하는 함유는, 가공성, 인성을 저하시킨다. 이 때문에, Cr 은 11.5％ 초과 15.0％ 이하로 한정하였다. 또한, 내식성의 관점에서 바람직하게는 12.0％ 이상, 인성의 관점에서 13.5％ 이하이다.

Ni : 0.1％ 이상 1.0％ 이

Ni 는, 내식성을 향상시키는 원소이고, 0.1％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 1.0％ 를 초과하는 함유는, Cr 의 확산 속도를 저하시켜 열연판의 연화 풀림에 장시간을 필요로 하게 되어 생산성이 저하된다. 이 때문에, 본 발명에서는 Ni 는 0.1 ∼ 1.0％ 의 범위로 한정하였다. 또한, 바람직하게는 내식성의 관점에서 0.3％ 이상, 생산성의 관점에서는 0.8％ 이하이다.

Al : 0.10％ 이하

Al 은, 탈산제로서 작용하는 원소이고, 제강상 탈산제로서 첨가하지만, 강 중에 과잉으로 잔류시키면, 가공성, 인성을 저하시킨다. 이 때문에, Al 은 0.10％ 이하로 한정하였다. 또한, 바람직하게는 0.01％ 미만이다.

Nb : 0.08％ 초과 0.6％ 이하

Nb 는, C, N 과 강한 결합력을 갖고, Nb 탄화물, Nb 질화물을 형성하고, 담금질 후 600℃ 부근의 온도로 유지되었을 때의 변형의 회복 (담금질시에 도입된 변형의 회복) 을 억제하고, 뜨임 연화 저항을 증가시켜 내열성을 개선한다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.08％ 를 초과하여 함유할 필요가 있으나, 0.6％ 를 초과하여 함유하면 인성이 저하된다. 이 때문에, Nb 는 0.08％ 초과 0.6％ 이하의 범위로 한정하였다. 또한, 바람직하게는, 내열성의 관점에서 0.11％ 이상, 인성의 관점에서 0.3％ 미만이다.

V : 0.02 이상 0.3％ 이하

V 는, 600 ∼ 700℃ 에서 미세한 탄화물 (VC), 질화물 (VN) 을 형성하고, 석출 경화에 의해 뜨임 연화 저항을 증가시켜 내열성을 개선하는 원소이고, 본 발명에서는 0.02％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 특히 VN 의 내열성 개선 효과는 현저하고, V 는 고 N 과 조합하면, 더욱 큰 효과를 발휘한다. 한편, 0.3％ 를 초과하는 함유는 인성을 저하시킨다. 이 때문에, V 는 0.02 ∼ 0.3％ 의 범위로 한정하였다. 또한, 내열성의 관점에서 바람직하게는 0.05％ 이상, 보다 바람직하게는 0.10％ 이상이다.

N : 0.03％ 초과 0.10％ 이하

N 은, C 와 마찬가지로 담금질 후의 경도를 결정하는 원소이다. 또, 고용 N 은 내식성을 향상시키는 효과를 가진다. 또한, N 은 500 ∼ 700℃ 의 온도 범위에서 미세한 Cr 질화물을 형성하고, 석출 경화 작용에 의해 뜨임 연화 저항을 상승시켜, 강판 (디스크) 의 내열성을 향상시킨다. 또, 뜨임시에 석출되는 Cr 탄화물은 조대하여 녹 발생의 기점이 되지만, Cr 질화물은 미세하여 녹 발생의 기점이 되지 않아, 뜨임 후의 내식성의 저하가 적다. 따라서, 고 N 화하고, 상대적으로 저 C 화로 하는 편이 동일한 담금질 경도라도, 내열성, 내식성은 우수하게 된다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, N 은 0.03％ 를 초과하여 함유할 필요가 있다. 한편, 0.10％ 를 초과하는 함유는 인성의 저하를 초래한다. 이 때문에, 본 발명에서는 N 은 0.03％ 초과 0.10％ 이하로 한정하였다. 또한, 내열성 및 내식성의 관점에서 바람직하게는 0.040％ 이상이다.

본 발명에서는, 상기한 기본 성분을 상기한 범위 내에서, 또한 다음 (1) ∼ (3) 식

0.03 ≤ {C + N - (13 / 93)Nb} ≤ 0.10 …… (1)

(5Cr + 10Si + 15Mo + 30Nb + 50V - 9Ni - 5Mn - 3Cu - 225N - 270C) ≤ 45

…… (2)

{(14 / 50)V + (14 / 90)Nb} < N …… (3)

(여기서, Cr, Si, Mo, Nb, V, Ni, Mn, Cu, N, C : 각 합금 원소의 함유량 (질량％))

을 만족하도록 함유한다. 또한, (2) 식의 좌변값의 계산에 있어서는, Mo 함유량이 0.01％ 미만, Cu 함유량이 0.05％ 미만의 경우에는, 각각 Mo, Cu 를 0 으로 하여 계산하는 것으로 한다.

(1) 식은, 담금질 경도를 소정의 적정 범위 내의 경도로 하기 위한 조건이다. 담금질 경도는 고용 C, N 양과 강한 상관이 있다. C, N 이 Nb 와 결합하여 Nb 탄화물, Nb 질화물을 형성하면, 경도에는 기여하지 않게 된다. 그 때문에, 담금질 후의 경도는, 강 중의 C, N 양으로부터 석출물로 되어 소비된 C, N 양을 뺀 값으로 생각할 필요가 있다. 또한, Cr 탄질화물 및 V 탄질화물은, 담금질 가열시에는 분해되어 고용되기 때문에, Cr 및 V 는 담금질 경도에 영향을 미치는 C, N 을 소비하는 경우는 없다. (1) 식의 중간항이 0.03 미만에서는, 담금질 경도가 소정의 적정 범위의 하한치 (HRC 32) 미만이 되고, 한편, 0.10 을 초과하여 커지면, 상한치 (HRC 38) 를 초과하여 높아진다. 이 때문에, (1) 식의 중간항의 값을 0.03 ∼ 0.10 의 범위로 한정하였다.

(2) 식은, 우수한 담금질 안정성을 확보하기 위한 조건이다. 여기서 말하는「담금질 안정성이 우수하다」란, 담금질 가열시에 오스테나이트상이 80 체적％ 이상 생성되어, 공랭 이상의 냉각에 의한 담금질시에, 마르텐사이트상으로 변태되어 안정적으로 소정의 담금질 경도를 확보할 수 있는 것을 의미한다. (2) 식의 좌변이 45 를 초과하면, 담금질 가열시에 오스테나이트상이 80 체적％ 이상 생성되는 온도 범위가 좁아져, 안정적인 담금질 경도를 확보할 수 없게 된다. 이 때문에, (2) 식의 좌변값을 45 이하로 한정하였다.

(3) 식은, 경도와 내식성을 향상시키는 고용 N 의 안정 확보와, 질화물에 의한 내열성 향상을 위한 조건으로서, N 함유량이 (3) 식을 만족하지 않는 경우에는, 뜨임시에 Nb 혹은 V 의 질화물을 생성하기 위한 N 이 부족하여, Nb 질화물, V 질화물 및 Cr 질화물이 충분히 석출되지 않아 내열성이 낮아진다. 또, 석출물을 만들지 않아 남는 고용 N 양이 적어지기 때문에, 내식성도 낮아진다.

또, 본 발명에서는, 상기한 기본 성분 범위로 하고, 선택 성분으로서 추가로 필요에 따라, Cu : 0.05％ 이상 0.5％ 이하, Mo : 0.01％ 이상 2.0％ 이하, Co : 0.01％ 이상 2.0％ 이하 중 1 종 또는 2 종 이상을, 상기 (1) ∼ (3) 식을 만족하도록 함유할 수 있다. Cu, Mo, Co 는 모두 내식성을 향상시키는 원소이고 필요에 따라 선택하여 1 종 또는 2 종 이상을 함유할 수 있다.

Cu 는, 내식성을 향상시키는 원소이고, 함유하는 경우에는 0.05％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 0.5％ 를 초과하여 함유하여도, 효과가 포화되어 함유량에 알맞은 효과를 기대할 수 없게 되어, 경제적으로 불리해진다. 이 때문에, Cu 는 0.05 ∼ 0.5％ 의 범위로 한정하는 것이 바람직하다.

Mo, Co 도 내식성을 향상시키는 원소이고, 함유하는 경우에는, Mo, Co 모두 0.01％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편, Mo 가 2.0％, Co 가 2.0％ 를 초과하여 함유하여도, 내식성 향상 효과가 포화되어 함유량에 알맞은 효과를 기대할 수 없게 되어, 경제적으로 불리해진다. 이 때문에, Mo 는 0.01 ∼ 2.0％, Co 는 0.01 ∼ 2.0％ 의 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 내식성의 관점에서는 Mo, Co 모두 0.5％ 이상 1.0％ 미만으로 하는 것이 보다 바람직하다.

상기한 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물이다. 불가피적 불순물로는, Na 등의 알칼리 금속, Mg, Ba 등의 알칼리 토금속, Y, La 등의 희토류 원소, Hf 등의 전이 원소가 0.05％ 이하 정도 함유되어 있어도, 본 발명의 효과를 하등 방해하는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 스테인리스 강판은, 열연 강판 혹은 냉연 강판 중 어느 것이어도 된다.

본 발명의 스테인리스 강판의 제조 방법은, 특별히 한정되지 않고, 일반적으로 채용되고 있는 스테인리스 강판의 제조 방법을 모두 적용할 수 있지만, 예를 들어, 다음과 같은 제조 방법으로 하는 것이 바람직하다.

상기한 조성의 용강을 전로, 전기로 등으로 용제하고, 추가로 용강에 VOD (Vacuum Oxygen Decarburization), AOD (Argon Oxygen Decarburization) 등의 2 차 정련을 실시한 후, 공지된 주조 방법으로 강 소재가 된다. 주조 방법으로는 연속 주조법으로 하는 것이, 생산성 및 품질의 관점에서 바람직하다.

이어서, 강 소재는, 바람직하게는 1100 ∼ 1250℃ 로 가열되어, 열간 압연에 의해 소정 판두께의 열연 강판이 된다. 브레이크 디스크용으로는 판두께 3 ∼ 8㎜ 정도로 하는 것이 바람직하다. 열연 강판은, 추가로 열연판 풀림을 실시하고, 또한 필요에 따라 숏블라스트, 산 세정 등에 의해 탈스케일되어, 브레이크 디스크용 소재 재료로 하는 것이 바람직하다. 이 열연판 풀림에 의해, 열연 강판의 경도는 브레이크 디스크용 소재로서 바람직한, JISZ2245 에서 규정되는 HRB (록웰 경도 B 스케일) 로 75 ∼ 88 이 되어, 이대로의 경도로 브레이크 디스크용 소재 재료로서 사용할 수 있다. 또한, 열연판 풀림 후에, 형상 교정을 위하여 레벨러나 스킨 패스를 실시해도 된다. 또, 열연판 풀림은 750℃ 초과 900℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.

열연판 풀림은, 풀림 온도에서의 수 시간 이상의 유지를 필요로 하기 때문에, 뱃치식 상자형 노를 사용하는 것이 바람직하다. 풀림 온도에서의 유지가 종료된 후, 상자형 노 내에서 서냉되지만, 생산성의 관점에서 냉각 속도는 풀림 온도부터 500℃ 까지를 20℃/h 보다 크게 하는 것이 바람직하다.

또한, 브레이크 디스크의 두께가 얇은 (대략 3㎜ 미만) 경우에는, 상기한 열연 강판에 추가로 냉간 압연을 실시하고, 필요에 따라 풀림과, 추가로 필요에 따라 산 세정 등의 탈스케일을 행하여 브레이크 디스크용 소재 재료로 할 수 있다.

브레이크 디스크의 제조 순서는 통상, 다음과 같다. 상기한 스테인리스 강판을 소재 재료로 하고, 그 스테인리스 강판으로부터 소정 치수의 원반을 펀칭 가공하여, 브레이크 디스크용 소재로 한다. 이어서, 이 브레이크 디스크용 소재에, 제동시에 발생하는 마찰열을 빠져나가게 하는 구멍을 뚫는 등의 가공을 실시한 후, 브레이크 디스크용 소재의 소정 영역, 즉 브레이크 패드가 접촉하는 부분인 마찰부에, 고주파 유도 가열 등에 의해 소정의 담금질 가열 온도로 가열한 후 냉각시키는 담금질 처리를 실시하여, 소정 영역 (마찰부) 을 원하는 경도로 조정한다. 또한, 본 발명의 스테인리스 강판이라면, 담금질 가열 온도를 통상적인 담금질 가열 온도인 900 ∼ 1000℃ 의 범위의 온도로 해도, 충분히 적정한 담금질 경도를 확보할 수 있어, 우수한 내열성과 내식성을 겸비할 수 있다.

이어서, 필요에 따라 담금질 처리로 형성된 산화 스케일 등을 연삭 등에 의해 제거하고, 혹은 추가로 필요에 따라 마찰부 이외의 영역에 도장을 실시한 후, 마찰면 등을 연마하여 제품 (브레이크 디스크) 으로 한다. 이하, 실시예에 기초하여, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

표 1-1, 표 1-2 에 나타낸 조성의 용강을 고주파 노에서 용해시키고, 100kgf 의 강괴 (강 소재) 로 하였다. 이어서, 이들 강 소재를 통상적인 열간 압연에 의해 열연판 (판두께 : 5㎜) 으로 하였다. 또한 이들 열연판에 800℃ × 8시간 의 열연판 풀림 (환원성 가스 분위기, 가열 후 서냉) 을 실시하였다. 이어서 이들 열연판에 산 세정 처리를 실시하여, 표면의 스케일을 제거하고 브레이크 디스크용 소재 재료로 하였다.

이들 소재 재료로부터, 시험재 (크기 : 5 × 30 × 30㎜) 를 채취하고, 표 2-1, 표 2-2 에 나타낸 담금질 가열 온도로 가열 (유지 : 10min) 한 후, 공랭하는 담금질 처리를 실시하였다. 담금질 처리 후, 담금질 안정성 시험, 내열성 시험을 실시하였다. 시험 방법은 다음과 같이 하였다.

(1) 담금질 안정성 시험

담금질 후의 시험편 (크기 : 5 × 30 × 30㎜) 에, 연삭에 의해 표면의 스케일을 제거한 후, JISZ2245 의 규정에 준거하여 록웰 경도계로 표면 경도 HRC 를 5 점 측정하고, 그 평균치를 그 재료의 담금질 경도로 하였다. 담금질 경도가, HRC 로 32 ∼ 38 인 경우, 양호라고 평가하여 ○ 로 나타내었다. 담금질 경도가, HRC 로 32 ∼ 38 이외인 경우, 불량이라고 평가하여 × 로 나타내었다.

(2) 내열성 시험

담금질 후의 시험편 (크기 : 5 × 30 × 30㎜) 에, 추가로 600℃ × 2시간 의 뜨임 처리 (처리 후 공냉) 를 실시하였다. 뜨임 처리한 시험편에, 연삭에 의해 표면의 스케일을 제거한 후, JISZ2245 의 규정에 준거하여 록웰 경도계로 표면 경도 HRC 를 5 점 측정하고, 그 평균치를 구하여 내열성을 평가하였다.

또, 이들 소재 재료로부터 시험재를 2 장씩 채취하고, 그 시험재에, 1000℃ 로 가열 (유지 : 10min) 한 후 공랭하는 담금질 처리를 실시하였다. 이어서 그 중 1 장에 600℃ 에서 2시간 유지하는 뜨임 처리 (처리 후 공냉) 를 실시하였다. 이상의 담금질만 한 것, 및 뜨임 처리 후의 시험재에 내식성 시험을 실시하였다. 시험 방법은 다음과 같이 하였다.

(3) 내식성 시험

시험재로부터, 시험편 (크기 : 5 × 70 × 150㎜) 을 채취하고, 표면을 #320 에머리 연마지로 습식 연마한 후, 복합 사이클 부식 시험 (CCT : Cyclic Corrosion Test) 을 실시하였다. CCT 조건은, 0.5 질량％ NaCl 수용액의 분무 (실온 35℃) 를 2.5시간, 이어서 건조 (실온 60℃) 를 1.0시간, 이어서 습윤 (실온 50℃, 습도 95％) 을 1.0시간 을 1 사이클로 하여, 4 사이클의 시험으로 하였다. 시험 후, 시험편 표면을 육안으로 관찰하여 녹 발생점의 수를 측정하였다. 녹 발생점 없음을 ○, 녹 발생점의 수 1 ∼ 4 개를 △, 녹 발생점의 수 5 개 이상을 × 로 나타내었다. △, ○ 를 내식성이 우수한 것으로서 평가하였다. 얻어진 결과를 표 2-1, 표 2-2 에 나타내었다.

[표 1-1]

[표 1-2]

[표 2-1]

[표 2-2]

본 발명예는 모두, 담금질 경도가 HRC 32 ∼ 38 의 범위 내에 있고, 담금질 안정성이 우수하고, 또한 600℃ × 2시간 의 뜨임 처리 후에 HRC 32 이상의 우수한 내열성을 갖고, 또한 담금질 자체 및 뜨임 처리 후의 내식성도 우수하다. 한편, 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예는, 담금질 경도가 HRC 32 ∼ 38 의 범위를 벗어나거나, 혹은 내열성, 또는 담금질 그대로 혹은 뜨임 처리 후의 내식성이 낮다.

Claims (3)

1. 질량％ 로,

   C : 0.02％ 이상 0.10％ 미만, Si : 0.05％ 이상 1.0％ 이하,

   Mn : 1.0％ 이상 2.5％ 이하, P : 0.04％ 이하,

   S : 0.01％ 이하, Cr : 11.5％ 초과 15.0％ 이하,

   Ni : 0.1％ 이상 1.0％ 이하, Al : 0.10％ 이하,

   Nb : 0.08％ 초과 0.6％ 이하, V : 0.02 이상 0.3％ 이하,

   N : 0.03％ 초과 0.10％ 이하

   를, 아래의 (1) ∼ (3) 식을 만족하도록 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 내열성 및 내식성이 우수한 디스크 브레이크용 스테인리스 강판.

   0.03 ≤ {C + N - (13 / 93)Nb} ≤ 0.10 …… (1)

   (5Cr + 10Si + 15Mo + 30Nb + 50V - 9Ni - 5Mn - 3Cu - 225N - 270C) ≤ 45

   …… (2)

   {(14 / 50)V + (14 / 90)Nb} < N …… (3)

   여기서, Cr, Si, Mo, Nb, Ni, Mn, Cu, V, N, C : 각 원소의 함유량 (질량％)
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, Cu : 0.05％ 이상 0.5％ 이하, Mo :

   0.01％ 이상 2.0％ 이하, Co : 0.01％ 이상 2.0％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크용 스테인리스 강판.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 디스크 브레이크용 스테인리스 강판을 소재로 하여, 1000℃ 이하로 가열해 담금질하여 이루어지는 브레이크용 디스크.