KR20080110623A

KR20080110623A - 템퍼링 연화 저항이 큰 브레이크 디스크

Info

Publication number: KR20080110623A
Application number: KR1020087025090A
Authority: KR
Inventors: 쥰이치로 히라사와; 타카코 야마시타; 노리코 마키이시; 에츠오 하마다; 타쿠미 우지로; 오사무 후루키미
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2006-10-05
Publication date: 2008-12-18
Also published as: CN101426941A; WO2007122754A1; RU2008141688A; US20090162240A1; EP2011891A1

Abstract

적정한 경도를 가짐과 아울러, 템퍼링 연화 저항이 큰 브레이크 디스크를 제공한다. 구체적으로는, C:0.1mass% 이하, Si:1.0mass% 이하, Mn:2.0mass% 이하, Cr:10.5∼15.0mass%, Ni:2.0mass% 이하, Cu:0.5 초과∼4.0mass%, Nb:0.02∼0.3mass%, N:0.1mass% 이하를 함유하고, 또한, C, N, Nb, Cr, Si, Ni, Mn, Mo 및, Cu를, 하기 (1)식 및 (2)식;

5Cr+10Si+15Mo+30Nb-9Ni-5Mn-3Cu-225N-270C<45 … (1)

0.03≤{(C+N)-(13/93)Nb}≤0.09 … (2)

를 만족시켜 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, 그리고 구 오스테나이트 입자의 평균 입경이 8㎛ 이상인 마르텐사이트 조직을 갖고, 경도가 HRC로 32∼38인 것을 특징으로 하는 템퍼링 연화 저항이 큰 브레이크 디스크이다.

브레이크 디스크, 경도, 템퍼링

Description

템퍼링 연화 저항이 큰 브레이크 디스크 {BRAKE DISK HAVING HIGH TEMPER SOFTENING RESISTANCE}

본 발명은, 오토바이(motorcycles)나 자동차(motorcars), 자전거(bicycles) 등의 디스크 브레이크(disc brakes)에 이용되는 브레이크 디스크에 관한 것으로, 특히 적정한 경도를 가짐과 아울러, 템퍼링 연화 저항(temper softening resistance)이 큰 브레이크 디스크에 관한 것이다. 여기서, 본 발명에서 말하는, 「템퍼링 연화 저항이 크다」란, 고온으로 유지된 후의 연화가 작아, 초기의 적정 경도에 가까운 경도를 유지할 수 있는 특성의 것이다.

오토바이나 자동차 등에 채용되고 있는 디스크 브레이크는, 브레이크 디스크와 브레이크 패드와의 마찰에 의해, 운동에너지를 열에너지로 변환하여 차륜의 회전을 억제하고, 제동하는 것이다. 그 때문에, 상기 브레이크 디스크에는, 적정한 경도(proper hardness)를 가짐과 아울러 내마모성이나 인성(toughness) 등도 우수한 것이 요구된다. 특히, 브레이크 디스크의 경도가 낮은 경우에는, 브레이크 패드와의 마찰에 의한 마모가 진행되기 쉬워지는 것 외에, 브레이크의 성능(제동성)이 나빠진다. 한편, 브레이크 디스크가 너무 단단한 경우에는, 소위 브레이크 소음(brake squeal)의 원인이 된다. 그 때문에, 브레이크 디스크의 경도는, JIS Z2245에서 규정된 로크웰 C 경도(Rockwell C hardness)(HRC)로 32∼38 정도로 관리되고 있다.

브레이크 디스크에 이용되는 소재로서는, 경도와 내식성의 관점에서, 종래, 마르텐사이트계 스테인리스 강(martensitic stainless steel)이 주로 사용되고 있다. 이 마르텐사이트계 스테인리스 강으로서는, 한 때, SUS420J2(JIS Z 4304) 등의 탄소량이 많은 스테인리스 강을 켄칭(quenching)하고, 템퍼링 처리하여 사용하고 있었지만, 템퍼링 처리 등의 제조상의 부하가 크다는 문제가 있었던 점에서, 최근에는, 일본공개특허공보 소57-198249호나, 일본공개특허공보 소60-106951호에 개시되어 있는 바와 같은, 켄칭한 채로 사용 가능한 저(低)탄소 마르텐사이트계 스테인리스 강이 사용되도록 되고 있다.

한편, 최근에는, 지구 환경(global environment)을 보호하는 관점에서, 오토바이나 자동차 등의 연비 향상(high fuel effciency)이 강하게 요구되고 있다. 연비를 향상하려면, 차체 중량의 경감이 유효하기 때문에, 차량의 경량화가 진행되고 있다. 제동 장치(brake mechanism)인 디스크 브레이크도 예외는 아니며, 브레이크 디스크의 소형화나 두께의 저감(박육화)이 행해지고 있다. 그러나, 브레이크 디스크의 소형화, 박육화는, 브레이크 디스크 자체의 열용량(heat capacity)의 저하를 초래하기 때문에, 브레이크 디스크의 온도는, 제동시의 마찰열(friction heat)에 의해 650℃ 이상으로 상승하는 경우가 있다. 그 때문에, 종래의 마르텐사이트계 스테인리스 강을 소재로 한 브레이크 디스크에서는, 상기 마찰열에 의해 템퍼링되고 연화하여, 내구성이 저하한다는 문제가 있었다.

이러한 문제에 대해서는, 예를 들면, 일본공개특허공보 2002-146489호에는, Ti, Nb, V, Zr 중의 1종 또는 2종 이상과 N를 함유시킴으로써, 디스크 브레이크 제동중의 승온에 따른 연화를 억제하는 저탄소 마르텐사이트계 스테인리스 강이 제안되고 있다. 또한, 일본특허 제3315974호 공보(일본공개특허공보 2001-220654호)에는, Nb 혹은, Nb과 함께, Ti, V, B 중의 1종 또는 2종 이상을 복합하여 첨가하고, 템퍼링 연화를 억제하는 디스크 브레이크용 스테인리스 강이 제안되고 있다. 또한, 일본공개특허공보 2002-121656호에는, 강 중의 C, N, Ni, Cu, Mn, Cr, Si, Mo, V, Ti 및, Al의 관계식으로 나타나는 GP치(고온에서의 오스테나이트 비율)를 50% 이상으로 조정함과 아울러, Nb, V 중의 1종 또는 2종을 첨가함으로써, 제동시의 승온에 의한 템퍼링 연화를 억제하는 디스크 브레이크 로터용 강이 제안되고 있다.

그러나, 일본공개특허공보 2002-146489호, 일본특허 제3315974호 공보, 일본공개특허공보 2002-121656호에 기재된 브레이크 디스크용 스테인리스 강은, 고가인 합금 원소를 다량으로 첨가하는 점에서 제조 비용이 높고, 또한, 브레이크 제동시의 마찰력에 의한 템퍼링 연화 저항도 충분하지 않기 때문에, 650℃ 이상의 온도에서 장시간 유지되면, 경도가 급격하게 저하한다는 문제를 갖는 것이었다. 그래서, 본발명의 목적은, 종래 기술이 안고 있는 상기 문제점을 해결하고, 적정한 경도를 가짐과 아울러, 템퍼링 연화 저항이 큰 브레이크 디스크를 제공하는 것에 있다.

(발명의 개시)

본 발명자들은, 상기 과제를 달성하기 위해, 마르텐사이트계 스테인리스 강을 이용하여 제조한 브레이크 디스크의 템퍼링 연화 저항에 영향을 미치는 각종 요인에 대하여 상세하게 조사했다. 그 결과, 브레이크 디스크용 소재로서 특정의 성분 조성을 갖는 저탄소 마르텐사이트계 스테인리스 강을 이용함과 아울러, 켄칭 후의 구(舊) 오스테나이트 입자(prior-austenite grain)의 평균 입경(average grain diameter)을 8㎛ 이상으로 하는, 및/또는, 켄칭 후의 석출 Nb량을 전(全) Nb량에 대하여 소정값 이하로 조정함으로써, 경도가 적정 범위(HRC:32∼38)임과 아울러, 템퍼링 연화 저항도 우수한(650℃×1hr의 템퍼링 후의 경도가 HRC:30 이상) 브레이크 디스크가 얻어지는 것을 발견했다.

또한, 본 발명자들은, 저탄소 마르텐사이트계 스테인리스 강의 템퍼링 연화 저항의 향상을 도모하려면, 켄칭 후의 마르텐사이트 조직 중에 내재하는 전위(dislocation)의 밀도를 적정 범위로 제어함과 아울러, Cu 등의 전위상에 우선적으로 미세 석출하는 원소를 첨가하여 전위의 회복을 억제하고, 템퍼링 후의 마르텐사이트 조직 중에 내재하는 전위 밀도(dislocation density)를 적정 범위로 제어하는 것이 유효한 것을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다.

즉, 본 발명은, C:0.1mass% 이하, Si:1.0mass% 이하, Mn:2.0mass% 이하, Cr:10.5∼15.0mass%, Ni:2.0mass% 이하, Cu:0.5 초과∼4.0mass%, Nb:0.02∼0.3mass%, N:0.1mass% 이하를 함유하고, 또한, C, N, Nb, Cr, Si, Ni, Mn, Mo 및, Cu를, 하기 (1)식 및 (2)식;

5Cr+10Si+15Mo+30Nb-9Ni-5Mn-3Cu-225N-270C<45 ……(1)

0.03≤{C+N-(13/93)Nb}≤0.09 ……(2)

을 만족시켜 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, 그리고 구 오스테나이트 입자의 평균 입경이 8㎛ 이상인 마르텐사이트 조직을 갖고, 경도가 HRC로 32∼38인 것을 특징으로 하는 템퍼링 연화 저항이 큰 브레이크 디스크이다.

또한, 본 발명은, 추가로, 석출한 Nb의 양과 함유하는 전(全) Nb의 양과의 비(석출 Nb량/전 Nb량)가 0.75 미만인 브레이크 디스크이다.

본 발명의 상기 브레이크 디스크는, 마르텐사이트 조직 중에 내재하는 전위의 밀도(

)의 제곱근(

)이 0.8∼1.3×10⁸m^-1인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 브레이크 디스크는, 650℃로 1hr 유지하는 템퍼링 후의 경도가 HRC로 30이상 인 것, 혹은, 650℃로 1hr 유지하는 템퍼링 후의 마르텐사이트 조직 중에 내재하는 전위의 밀도(

)의 제곱근(

)이 0.6∼1.3×10⁸m^-1로서, 당해 전위상에는 Cu가 미세 석출하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 브레이크 디스크는, 상기 성분 조성에 더하여 추가로, 하기 A∼C군 중의 적어도 1군의 성분을 함유하는 것을 특징으로 한다.

기(記)

A군; Mo:0.01∼2.0mass%, Co:0.01∼1.0mass% 중 어느 1종 또는 2종

B군; Ti:0.02∼0.3mass%, V:0.02∼0.3mass%, Zr:0.02∼0.3mass% 및 Ta:0.02∼0.3mass% 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상

C군; B:0.0005∼0.0050mass%, Ca:0.0005∼0.0050mass% 중 어느 1종 또는 2종

본 발명에 의하면, 경도가 HRC:32∼38을 가짐과 아울러, 650℃에서 1hr 유지하는 템퍼링 후의 경도가 HRC:30 이상인 템퍼링 연화 저항이 큰 브레이크 디스크를, 다량의 합금 원소를 첨가하는 일 없이 저렴하게 제공할 수 있다.

도1 은 켄칭 후 및 템퍼링 후의 경도(HRC)에 미치는 구 오스테나이트 입자의 평균 입경의 영향을 나타내는 그래프이다.

도2 는 템퍼링 후의 경도(HRC)에 미치는 (석출 Nb량/전 Nb량)의 영향을 나타내는 그래프이다.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)

본 발명을 개발하는 계기가 된 실험에 대하여 설명한다.

C:0.04mass% 이하, Cr:12mass%, Si:0.1mass%, Mn:1.5mass%, N:0.04mass%, Nb:0.12mass%, Ni:0.7mass%, Cu:1.0mass% 및, 잔부가 실질적으로 Fe로 이루어지는 저탄소 마르텐사이트계 스테인리스 강판을, 가열 온도를 1000∼1150℃의 사이에서 4수준으로 변화시켜 가열하고, 1분간 유지하고 나서, 200℃까지를 평균 냉각 속도 10℃/sec로 공랭하는 켄칭 처리를 행했다. 이 켄칭 후의 강판 단면의 금속 조직을 관찰하여, 구(舊) 오스테나이트(이하, 「구 γ」라고도 함) 입자의 평균 입경을 측정한 바, 켄칭 온도가 1000℃에서 5㎛, 1050℃에서 8㎛, 1100℃에서 10㎛, 1150℃에서 15㎛이었다. 그 후, 상기 켄칭 후의 강판을, 650℃의 온도로 1hr 유지하고 나서 공랭하는 템퍼링 처리를 행했다. 상기와 같이 하여 얻은 템퍼링 처리 전의 강판 및 템퍼링 처리 후의 강판에 대하여, 표층의 산화층을 제거하고 나서, 로크웰 경도계(Rockwell hardness meter)로 표면의 경도(surface hardness)(HRC)를 측정했다.

도1 은, 구 오스테나이트(구 γ) 입자의 평균 입경이, 강판 표면의 경도(HRC)에 미치는 영향을 나타낸 것이다. 도1 로부터, 상기 성분 조성의 스테인리스 강판에 있어서는, 합금 원소를 다량으로 첨가하고 있지 않음에도 불구하고, 구 γ입자의 평균 입경을 8㎛ 이상으로 한 경우에는, 켄칭 후의 경도가 HRC:32∼38임과 아울러, 650℃에서 1hr 유지하는 템퍼링 처리를 행한 후라도, HRC로 30 이상의 경도를 유지할 수 있는 것을 알 수 있다. 이 결과로부터, 켄칭 후의 경도를 HRC로 32∼38로 하고, 또한, 650℃에서 1hr의 템퍼링 후의 경도를 HRC로 30 이상으로 하기 위해서는, 켄칭 후의 구 γ입자의 평균 입경이 8㎛ 이상의 마르텐사이트 조직으로 하는 것이 중요한 것을 알았다.

상기와 같이, 켄칭 후의 구 γ입자가 클수록 템퍼링 연화 저항이 커지는 원인에 대해서는, 아직 충분히 밝혀지고 있지 않지만, 다음과 같이 생각하고 있다. 일반적으로, 켄칭 후의 템퍼링 과정에서는, 결정립 내에 고용(固溶)하고 있는 Cr, Nb 등의 합금 원소가 확산하여, 결정립(crystal grain) 내에 미세한 석출물(Cr 탄화물(Cr carbide), Nb 탄질화물(Nb carbonitride) 등)을 생성함과 아울러, 결정립계에 도달한 합금 원소는, 입계(grain boundary)에 조대한 석출물을 형성한다. 여기서, 구 γ입자가 미세한 금속 조직에서는, 입자 내의 합금 원소가 구 γ입계까지 도달하는 데에 필요한 확산 거리(diffusion length)가 짧기 때문에, 템퍼링을 받으 면, 용이하게 구 γ입계에 조대한 석출물(Cr 탄화물)을 형성한다. 그 결과, 결정립 내에 석출하는 미세한 석출물이 감소하여, 충분한 석출 강화를 얻을 수 없게 된다. 게다가, 입계에 석출한 조대한 석출물은, 석출 강화로의 기여가 작다. 한편, 구 γ입자가 조대한 금속 조직에서는, 결정립 내에 고용하고 있는 Cr, Nb 등의 합금 원소가, 구 γ입계까지 도달하는 확산 거리가 길어진다. 그 때문에, 템퍼링을 받았을 때에, 합금 원소는, 구 γ입계까지 도달하기 어려워, 구 γ입자 내에 미세한 석출물로 되어 석출한다. 이 석출물은, 전위 운동의 저항으로 되기 때문에, 템퍼링 연화 저항이 커지는 것으로 추측된다.

다음으로, C:0.04mass%, Cr:12.1mass%, Si:0.2mass%, Mn:1.6mass%, N:0.04mass%, Nb:0.13mass%, Ni:0.6mass%, Cu:1.0mass% 및, 잔부가 실질적으로 Fe로 이루어지는 저탄소 마르텐사이트계 스테인리스 강판을, 가열 온도를 900∼1150℃의 사이에서 6수준으로 변화시켜 가열하고, 1분간 유지하고 나서, 200℃까지를 평균 냉각 속도 10℃/sec로 공랭하는 켄칭 처리를 행하고, 이 켄칭 후의 강판에 대하여, 석출물로서 석출한 석출 Nb량과, 함유하는 전(全) Nb량을 측정하고, 그들의 비(석출 Nb량/전 Nb량)를 구했다. 그 후, 상기 켄칭 후의 강판을, 650℃의 온도로 1hr 유지하고 나서 공랭하는 템퍼링 처리를 행하고 난 후, 표층의 산화층(layer of oxides)을 제거하고, 로크웰 경도계로 표면의 경도(HRC)를 측정했다. 또한, 상기 석출 Nb량은, 전해 추출한 잔사를 화학 분석하여 측정하고, 또한, 전 Nb량은, 통상의 화학 분석에 의해 구했다.

도2 는, 상기 결과를 바탕으로, 켄칭 후의 (석출 Nb량/전 Nb량)이 템퍼링 처 리 후의 강판의 경도에 미치는 영향에 대하여 나타낸 것이다. 도2 로부터, 650℃에서 1hr 유지하는 템퍼링 처리 후에 있어서도 HRC:30 이상을 유지할 수 있는 템퍼링 연화 저항을 확보하기 위해서는, 켄칭 후의 (석출 Nb량/전 Nb량)이 0.75 미만인 것이 필요하다는 것을 알 수 있다.

켄칭 후의 (석출 Nb량/전 Nb량)이 낮은 쪽이, 템퍼링 연화 저항이 큰 이유는, 이하와 같이 생각된다. 켄칭을 행하기 전의 강판에서는, 첨가되어 있는 Nb의 대부분이 석출물로서 존재하기 때문에, (석출 Nb량/전 Nb량)은, 통상, 0.9 이상이다. 그러나, 켄칭 처리에 있어서의 가열에 의해, 상기 석출 Nb의 일부가 고용(固溶)하고, 이 고용한 Nb은, 켄칭 후의 템퍼링시에 미세하게 석출하여, 석출 강화에 기여한다. 그러나, 켄칭시의 가열이 충분하지 않은 경우에는, 석출 Nb의 용해가 불충분해져, 켄칭 후의 고용 Nb량이 감소하기 때문에, 그 후의 템퍼링으로 석출하는 Nb 석출물의 양이 적어져, 템퍼링 연화 저항이 저하하는 것으로 생각된다.

그런데, 켄칭에 의해 얻어지는 마르텐사이트 조직은, 내부에 고(高)밀도의 전위를 내재한 조직이며, 이 전위 밀도가 높을수록, 단단해지는 것은 잘 알려져 있다. 그래서, 발명자들은, 강(steel)의 마르텐사이트 중에 내재하고 있는 전위 밀도와, 브레이크 디스크의 경도와의 관계를 조사했다. 그 결과, 경도와 마르텐사이트 중의 전위 밀도와는 밀접한 관계가 있어, 마르텐사이트 중의 전위 밀도를 적정 범위로 조정함으로써, 브레이크 디스크의 경도를 적정 범위로 제어하는 것이 가능하다는 것, 그리고, 브레이크 디스크의 템퍼링에 의한 연화를 방지하기 위해서는, 어떠한 수단에 의해, 마르텐사이트 조직 중의 전위의 회복을 억제하여, 전위 밀도 를 적정 범위로 유지하는 것이 유효하다는 것을 발견했다. 또한, 전위의 회복을 저해(阻害)하는 수단에 대하여 검토한 결과, 강 성분으로서 Cu를 첨가하여, 템퍼링을 받았을 때에, Cu를 전위상에 미세하게 석출시킴으로써, 전위의 회복을 현저하게 억제할 수 있는 것을 발견했다.

본 발명은, 상기 인식에 기초하여 개발한 것이다.

다음으로, 본 발명의 브레이크 디스크의 성분 조성을, 상기 범위로 제한하는 이유에 대하여 설명한다.

C:0.1mass% 이하

C는, 브레이크 디스크의 경도를 결정하는 원소로서, 켄칭 후에 적정한 경도(HRC:32∼38)를 확보하기 위해서는, 0.03mass% 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, 0.1mass%를 초과하여 함유하면, 조대한 Cr 탄화물(Cr₂₃C₆)을 형성하여 녹발생을 야기하게 되고, 내식성을 저하시키는 것 외에, 인성도 저하시키기 때문에, C는, 0.1mass% 이하로 할 필요가 있다. 또한, 내식성의 관점에서는, 0.05mass% 미만으로 하는 것이 바람직하다.

Si:1.0mass% 이하

Si는, 탈산제로서 첨가되는 원소로서, 0.05mass% 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, Si는, 페라이트상(相) 안정화 원소로서, 1.0mass%를 초과하는 과잉한 첨가는, 켄칭성을 저해하여 켄칭 경도를 저하시키는 것 외에, 인성을 열화시킨다. 그 때문에, Si는 1.0mass% 이하로 한정한다. 인성을 유지하는 관점에서는, 0.5mass% 이하가 바람직하다.

Mn:2.0mass% 이하

Mn은, 고온에서의

-페라이트상의 생성을 억제하여 켄칭성을 향상시키기 때문에, 안정된 켄칭 경도를 얻는데에 유용한 원소로서, 0.3mass% 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, 2.0mass%를 초과하여 함유하면, S과 결합하여 MnS을 형성해, 내식성을 저하시키는 점에서, 2.0mass% 이하로 제한한다. 켄칭성을 보다 향상시키기 위해서는, 1.0mass% 초과가 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.2mass% 초과이다.

Cr:10.5∼15.0mass%

Cr은, 스테인리스 강의 특징인 내식성을 확보하는데에 필수 원소로서, 충분한 내식성을 확보하려면 10.5mass% 이상 함유하는 것이 필요하다. 한편, 15.0mass%를 초과하여 함유하면, 가공성, 인성이 저하되게 된다. 그 때문에, Cr은, 10.5∼15.0mass%의 범위로 제한한다. 또한, 충분한 내식성을 얻는 관점에서는 11.5mass% 초과, 인성을 확보하는 관점에서는 13.0mass% 미만으로 하는 것이 바람직하다.

Ni:2.0mass% 이하

Ni은, 내식성을 향상함과 아울러, 650℃를 초과하는 고온에서의 Cr 탄화물의 석출을 지연시켜, C를 과포화로 포함하는 마르텐사이트상의 경도의 저하를 억제하고, 템퍼링 연화 저항을 향상하는 효과가 있다. 또한, 스테인리스 강의 특징인 내식성을 향상함과 아울러, 인성의 개선에도 기여한다. 그들의 효과는, 0.1mass% 이 상의 첨가로 확인된다. 그러나, 2.0mass%를 초과하여 첨가해도, 템퍼링 연화 저항의 향상 효과는 포화하여, 함유량에 걸맞는 효과가 얻어지지 않게 되기 때문에, 2.0mass% 이하로 제한한다. 또한, 템퍼링 연화 저항을 향상하는 관점에서는, 0.5mass% 이상 첨가하는 것이 바람직하다.

Cu:0.5초과∼4.0mass%

Cu는, 템퍼링을 받았을 때에, 마르텐사이트 조직 중에 존재하는 전위상에

-Cu로서 미세하게 석출하여, 템퍼링 연화 저항을 현저하게 향상시키는 원소로서, 그 효과를 얻기 위해서는 0.5mass% 초과하여 첨가할 필요가 있다. 그러나, 4.0mass%를 초과하여 첨가하면, 인성의 열화를 초래한다. 따라서, Cu는, 0.5 초과∼4.0mass%의 범위에서 첨가한다. 또한, 인성을 확보하는 관점에서는, 1.5mass% 미만으로 함유하는 것이 바람직하다.

Nb:0.02∼0.3mass%

Nb은, 켄칭 후, 650℃ 정도의 고온으로 유지되었을 때에, 탄질화물을 형성하고 석출 경화하여, 템퍼링 연화 저항을 향상시키는 원소이다. 그 효과를 얻기 위해서는, 0.02mass% 이상 첨가할 필요가 있다. 한편, 0.3mass% 초과하여 첨가하면 인성이 저하되기 때문에, Nb은, 0.02∼0.3mass%의 범위로 제한한다. 또한, 템퍼링 연화 저항을 향상하는 관점에서는, 바람직하게는 0.08mass% 초과하고, 더욱 바람직하게는 0.11mass% 이상 첨가하는 것이 좋다. 그러나, 인성을 확보하는 관점에서는 0.2mass% 이하로 하는 것이 바람직하다.

N:0.1mass% 이하

N는, C와 동일하게, 켄칭 후의 강의 경도를 높이는 원소이다. 특히, N는, 500∼700℃의 온도 범위에서 미세한 Cr 질화물(Cr₂N)을 형성하고, 그 석출 경화 작용에 의해 템퍼링 연화 저항을 향상시키는 효과가 있다. 이 효과를 얻기 위해서는, N를 0.03mass%를 초과하여 함유하는 것이 바람직하다. 한편, N의 과도한 첨가는, 인성의 저하를 초래하기 때문에, 0.1mass% 이하로 제한할 필요가 있다.

본 발명의 브레이크 디스크는, 상기 기본 성분이, 상기 범위로 함유하고 있는 것 외에, 하기 (1) 및 (2)식;

5Cr+10Si+15Mo+30Nb-9Ni-5Mn-3Cu-225N-270C<45 ……(1)

0.03≤{C+N-(13/93)Nb}≤0.09 ……(2)

여기서, Cr, Si, Mo, Nb, Ni, Mn, Cu, N 및, C는, 각 합금 성분의 함유량(mass%)

을 만족시켜 함유하고 있는 것이 필요하다. 또한, 상기 (1)식의 좌변 및 (2)식의 중간항을 계산하는데에 있어서, Cu:0.1mass% 미만, Nb:0.02mass% 미만, Mo:0.01mass% 미만, Ni:0.1mass% 미만의 경우에는, 그 원소의 함유량은 0(제로)으로서 행한다.

5Cr+10Si+15Mo+30Nb-9Ni-5Mn-3Cu-225N-270C<45 ……(1)

(1)식은, 우수한 켄칭 안정성을 확보하는 조건을 나타내는 것이다. 여기서 「우수한 켄칭 안정성」이란, 오스테나이트 영역 및 켄칭 온도 범위가 넓고, 켄칭 가열시에 오스테나이트(γ)상이 75vol% 이상 생성하여, 공랭(air cooling) 이상의 속도로 냉각하는 켄칭을 행할 때에, 오스테나이트상이 마르텐사이트상으로 변태하여 소정의 켄칭 경도를 안정되게 확보할 수 있는 것을 의미한다. 상기 (1)식의 좌변의 값이 45 이상에서는, 켄칭 가열했을 때에, 오스테나이트상이 75vol% 이상 생성하지 않거나, 혹은 생성하는 온도 범위가 극단적으로 좁아져, 안정되게 켄칭 경도를 확보할 수 없게 되기 때문에, (1)식의 좌변의 값은 45 미만으로 규제할 필요가 있다.

0.03≤{C+N-(13/93)Nb}≤0.09 …(2)

(2)식은, 켄칭 경도를 소정의 적정 범위 내로 하는 조건을 나타내는 것이다. 켄칭 경도는, C, N의 함유량과 강한 상관이 있다. 그러나, Nb과 결합하여 탄질화물을 형성한 C, N는 켄칭 후의 경도의 향상에는 기여하지 않게 된다. 그 때문에, 켄칭 후의 경도는, 강 중의 전(全) C, N량으로부터 석출물로서 석출한 C, N량을 빼낸, (2)식의 중간항{C+N-(13/93)Nb}으로 생각할 필요가 있다. (2)식의 중간항의 값이 0.03 미만에서는, 켄칭 후의 경도가 HRC:32를 하회하고, 역으로, 0.09를 초과하면, 경도가 HRC:38을 상회하게 된다. 따라서, 켄칭 후의 브레이크 디스크의 경도를 적정한 경도(HRC:32∼38)로 하기 위해서는, (1)식의 중간항을 0.03∼0.09의 범위로 제한할 필요가 있다.

또한, 본 발명의 브레이크 디스크는, 전술한 기본 성분 이외에, 필요에 따라, 하기의 성분을 첨가할 수 있다.

Mo: 0.01∼2.0mass%, Co:0.01∼1.0mass% 중의 1종 또는 2종

Mo, Co는, 모두 내식성의 향상에 유효한 성분으로서, 필요에 따라 0.01mass% 이상 첨가할 수 있다. 특히, Mo은, 탄질화물의 석출을 억제하여, 템퍼링 연화 저항을 향상시키는 효과가 크다. 이들의 효과를 안정되게 얻기 위해서는, 0.02mass% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, Mo의 템퍼링 연화 저항의 향상 효과는, 0.05mass% 미만의 첨가라도 충분히 얻을 수 있다. 한편, Mo이 2.0mass%, Co가 1.0mass%를 초과하여 함유해도, Mo, Co의 내식성 향상 효과나 Mo의 템퍼링 연화 저항의 향상 효과가 포화해 버린다. 그 때문에, Mo은 2.0mass%, Co는 1.0mass%를 상한으로 하는 것이 바람직하다.

Ti:0.02∼0.3mass%, V:0.02∼0.3mass%, Zr:0.02∼0.3mass%, Ta:0.02∼0.3mass% 중의 1종 또는 2종 이상

Ti, V, Zr 및, Ta은 모두, Nb과 동일하게, 탄질화물을 형성하여 석출하고, 템퍼링 연화 저항을 높이는 원소로서, 필요에 따라 첨가할 수 있다. 이 템퍼링 연화 저항을 높이는 효과는, Ti, V, Zr 및, Ta의 각 원소 모두, 0.02mass% 이상의 첨가로 얻을 수 있다. 특히, V의 효과는 크기 때문에, V를 0.05mass% 이상, 보다 바람직하게는 0.10mass% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 한편, Ti, V, Zr 및, Ta의 각 원소의 첨가량이 0.3mass%를 초과하면 인성의 저하가 현저해진다. 그 때문에, Ti, V, Zr 및, Ta는, Ti:0.02∼0.3mass%, V:0.02∼0.3mass%, Zr:0.02∼0.3mass% 및, Ta:0.02∼0.3mass%의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다.

B:0.0005∼0.0050mass%, Ca:0.0005∼0.0050mass% 중의 1종 또는 2종

B, Ca은, 미량의 첨가에 의해, 강의 켄칭성, 인성을 높이는 효과가 있어, 필요에 따라 각각 0.0005mass% 이상 첨가할 수 있다. 그러나, 0.0050mass%를 초과하 여 첨가해도, 상기 효과가 포화하는 것 외에, 내식성도 저하시키기 때문에, 각각 0.0050mass%를 상한으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 브레이크 디스크는, 상기 성분 이외는, Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 단, 불가피적 불순물로서의 P, S 및 Al은, 하기의 범위인 것이 바람직하다.

P:0.04mass% 이하

P는, 열간 가공성을 저하시키는 원소로서, 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다. 그러나, 과잉한 P의 저감은, 제조 비용의 상승을 초래하기 때문에 0.04mass%를 상한으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 열간 압연성을 확보하는 관점에서는, P의 함유량을 0.03mass% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

S:0.010mass% 이하

S은, P과 동일하게, 열간 가공성을 저하시키기 때문에 낮을수록 바람직하지만, 제강에서의 탈S비용과의 균형을 맞추는 점에서, 0.010mass% 이하로 하는 것이 바람직하다. 열간 가공성을 확보하는 관점에서는, S함유량이 0.005mass% 이하가 보다 바람직하다.

Al: 0.2mass% 이하

Al은, 탈산제로서 첨가하는 원소이지만, 불순물로서 과잉하게 잔류하고 있으면, 내식성, 인성 및, 표면성상(surface property)을 열화시킨다. 그 때문에, Al은 0.2mass% 이하로 제한하는 것이 바람직하며, 또한 충분한 내식성을 얻기 위해서는, 0.05mass% 이하가 보다 바람직하다.

또한, 본 발명의 브레이크 디스크는, 상기 불가피적 불순물 이외의 성분으로서, Na, Li 등의 알칼리 금속, Mg, Ba 등의 알칼리토류 금속, Y, La 등의 희토류 원소 및, Hf 등의 전이 금속 등이 각각 0.05mass% 이하 함유되어 있어도, 본 발명의 효과를 조금도 방해하는 것은 아니다.

다음으로, 본 발명의 브레이크 디스크가 갖는 금속 조직에 대하여 설명한다.

구 γ입자의 평균 입경: 8㎛ 이상

본 발명의 브레이크 디스크는, 소재 강판(마르텐사이트계 스테인리스 강판)의 성분 조성을 상기 범위로 함으로써, 켄칭 후의 경도를 HRC:32∼38의 범위로 제어할 수 있다. 그러나, 또한, 650℃에서 1hr 유지하는 템퍼링 처리 후에 있어서도 HRC:30 이상을 확보할 수 있는 템퍼링 연화 저항을 갖기 위해서는, 앞서 서술한 도1 에 나타낸 바와 같이, 구 γ입자의 평균 입경을 8㎛ 이상의 마르텐사이트 조직을 갖는 것으로 할 필요가 있다. 구 γ입자의 평균 입경이 8㎛ 미만에서는, 구 γ입자 내에 석출하는 미세한 석출물이 너무 적어, 큰 템퍼링 연화 저항이 얻어지지 않기 때문이다. 내(耐)템퍼링 연화 저항을 보다 안정되게 확보하는 관점에서, 구 γ입자의 평균 입경은 10㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는, 15㎛ 이상이다. 또한, 구 γ입경이 30㎛를 초과하면, 취성 파괴(brittle fracture)의 파면(破面) 단위가 커져 인성이 저하하기 때문에, 구 γ입경은, 30㎛ 이하가 바람직하다.

켄칭 후의 (석출 Nb량/전 Nb량): 0.75 미만

또한, 본 발명의 브레이크 디스크는, 650℃에서 1hr 유지하는 템퍼링 처리 후에 있어서도 HRC로 30 이상인 템퍼링 연화 저항을 갖기 위해서는, 앞서 서술한 도2 에 나타낸 바와 같이, (석출 Nb량/전 Nb량)이 0.75 미만인 것이 필요하다. 켄칭 후의 (석출 Nb량/전 Nb량)이 0.75 이상의 경우에는, 입자 내에 고용하고 있는 Nb의 양이 너무 적어, 충분한 템퍼링 연화 저항이 얻어지지 않기 때문이다. 보다 높은 템퍼링 연화 저항을 얻기 위해서, (석출 Nb량/전 Nb량)은 0.5 이하로 하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.4 이하이다. 한편, (석출 Nb량/전 Nb량)이 0.1 미만에서는, 고용 Nb량이 많아지고, 템퍼링시에 미세하게 석출하는 Nb량이 너무 많아져서, 템퍼링 연화 저항은 높아지지만, 파괴의 기점이 되는 석출물이 과도하게 증가하기 때문에, 인성이 현저하게 열화한다. 인성을 확보하기 위해서는, 0.1 이상, 더욱 바람직하게는, 0.2 이상이 바람직하다. 또한, 석출 Nb량은, 브레이크 디스크로부터 채취한 시료에 대하여, 후술하는 전해 처리에 의해 추출된 전해 추출 잔사(residual dross of electrolytic extraction)의 화학 분석에 의해 측정한 것으로 한다. 또한, 전 Nb량은 통상의 화학 분석에 의해 구하는 것으로 한다.

마르텐사이트 조직 중의 전위 밀도

본 발명의 브레이크 디스크는, 켄칭 후의 경도가 HRC로 32∼38의 범위에 있는 것이 필요하며, 그러기 위해서, 켄칭 후의 브레이크 디스크의 마르텐사이트 조직 중에 내재하는 전위 밀도(

)의 제곱근(

)은, 0.8×10⁸∼1.3×10⁸m^-1의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 브레이크 디스크는, 650℃에서 1hr 유지하는 템퍼링 후의 경도가 HRC로 30 이상인 것이 바람직하고, 그러기 위해서, 상기 템 퍼링 후의 마르텐사이트 조직 중에 내재하는 전위의 밀도(

)의 제곱근(

)은, 0.6×10⁸∼1.3×10⁸m^-1의 범위인 것이 바람직하다. 그리고, 템퍼링 후의 상기 전위 밀도는, 템퍼링시에 전위상에 Cu가 미세하게 석출함으로써 실현된다.

다음으로, 본 발명의 브레이크 디스크의 소재가 되는 마르텐사이트계 스테인리스 강판의 제조 방법에 대하여 설명한다. 또한, 상기 스테인리스 강판은, 본 발명의 조건을 만족시키는 한, 열연강판(hot-rolled steel sheet), 냉연강판(cold-rolled steel sheet)의 어느 것이라도 좋다.

본 발명의 브레이크 디스크에 이용하는 마르텐사이트계 스테인리스 강판은, 전술한 성분 조성에 적합하는 강을, 통상 공지의 방법, 예를 들면, 전로(steel converter) 혹은 전기로(electric furnace) 등으로 용제하고, 그 후, VOD(Vacuum Oxygen Decarburization)이나 AOD(Argon Oxygen Decarburization) 등으로 2차 정련(secondary refining)하고, 주조하여, 강 소재(슬래브)로 하는 것이 바람직하다. 또한, 강 소재를 제조하는 방법에는, 조괴-분괴법(ingot making-slabbing process)과 연속 주조법(continuous casting)이 일반적이지만, 생산성 및 품질면에서는, 연속 주조법으로 제조하는 것이 바람직하다.

상기와 같이, 브레이크 디스크의 소재에는, 마르텐사이트계 스테인리스 강의 열연강판, 냉연강판 모두 이용할 수 있지만, 오토바이나 자동차 등의 브레이크 디스크에는, 일반적으로, 판두께가 3∼8mm 정도의 열연강판이 이용되는 경우가 많다. 이 경우에는, 상기 강 소재를, 1100∼1250℃로 재가열한 후 열간 압연하여 소정의 판두께의 열연강대(hot rolled steel strip)(강판)로 하고, 추가로 필요에 따라, 배치식(batch-type) 로 등에서, 750℃ 초과∼900℃의 온도로 10h 정도의 열연판 어닐링을 행하여, 브레이크 디스크의 소재로 하는 것이 바람직하다. 또한 필요에 따라, 산세척이나 숏 블라스트(shot blast) 등의 탈 스케일(descale)을 행해도 좋다.

또한, 자동차용 등의 브레이크 디스크에는, 그 두께가 2mm 정도인 점에서, 일반적으로, 냉연강판이 이용된다. 이 경우에는, 상기 열연강대(hot rolled steel strip)를 추가로 냉간 압연한 후, 600∼800℃의 어닐링 후, 필요에 따라 추가로 산세척 처리를 행하여, 디스크 소재로서 이용하는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 마르텐사이트계 스테인리스 강판의 디스크 소재로부터, 본 발명의 브레이크 디스크를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.

상기에 설명한 마르텐사이트계 스테인리스 강의 열연강판 혹은 냉연강판의 디스크 소재를, 펀칭(punching) 가공 등에 의해 소정의 치수의 디스크 형상으로 가공하고, 또한, 제동시에 발생하는 마찰열을 방산(dissipation)하여 제동성을 높이는 효과를 갖는 냉각 구멍 등을 가공하고 나서, 브레이크 패드가 닿는 마찰부(friction portion)를, 고주파 유도 가열(high-frequency induction heating) 등으로 소정의 켄칭 온도(quenching temperature)까지 가열하고, 소정의 시간 유지하고 나서 실온까지 냉각하는 켄칭 처리를 행하여 HRC로 32∼38의 경도로 조정하고, 그 후, 상기 켄칭 처리로 표면에 생성한 스케일을 숏 블라스트 등으로 제거하고, 또한 필요에 따라, 원반 표면이나 펀칭 전단면(sheared surface)에 도장을 행하고, 최후에, 기계적 정밀도의 향상을 목적으로서, 상기 마찰부를 기계 연삭하여 제품 (브레이크 디스크)으로 하는 것이 일반적이다.

여기서, 본 발명의 브레이크 디스크를 제조하기 위해서는, 상기 켄칭 처리 조건을 이하의 조건으로 행하는 것이 바람직하다.

켄칭 온도: 1000℃ 초과

켄칭 온도(켄칭시의 가열 온도)는, γ영역 내의 온도인 1000℃ 초과의 온도로 하는 것이 바람직하다. 여기서, γ영역이란, 오스테나이트상의 분율이 75 vol% 이상 생성하는 온도 영역을 말한다. 켄칭 온도를 1000℃ 초과함으로써, 켄칭후의 경도를 적정 범위(HRC 32∼38)에 넣을 수 있음과 아울러, 구 γ입자의 평균 입경을 8㎛ 이상 및/또는 (석출 Nb량/전 Nb량)을 0.75 미만으로 할 수 있다. 그 결과, 템퍼링 연화 저항이 현저하게 향상하여, 650℃의 고온에서 1hr 템퍼링된 경우라도, 경도의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 켄칭 온도가 1000℃ 이하의 경우라도, 유지 시간을 길게 함으로써, 구 γ입경을 크게 하고, 및/또는, 석출 Nb량을 감소시켜, 템퍼링 연화 저항을 향상시킬 수 있는 경우가 있지만, 생산성이 저하되기 때문에 바람직하지 않다. 템퍼링 연화 저항을 보다 높이기 위해서는, 켄칭 온도가, 1050℃ 이상인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1100℃ 이상이다. 한편, 켄칭 온도가 1200℃를 초과하면,

-페라이트(

-ferrite)의 생성량이 많아지고, 75vol% 이상의 오스테나이트(γ)상을 확보할 수 없게 되는 경우가 있기 때문에, 켄칭 온도는 1200℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 켄칭 안정성을 확보하는 관점에서는, 1150℃ 이하가 보다 바람직하다. 또한, 켄칭 온도에서의 유지 시간은, 페라이트상에서 오스테나이트상으로의 변태를 충분히 행하게 하는 관점에서는, 30초 이상으로 하는 것이 바람직하다. 켄칭을 위한 가열 방법은, 특별히 한정하지 않지만, 생산성의 관점에서는, 고주파 유도 가열이 바람직하다.

냉각 속도 : 1℃/sec 이상

상기 켄칭 온도로 가열한 후는, 냉각 속도 1℃/sec 이상으로 Ms점(마르텐사이트 생성 온도(martensitc transformation starting temperature)) 이하, 바람직하게는 200℃ 이하까지 냉각하는 것이 바람직하다. 냉각 속도가 1℃/sec 미만에서는, 켄칭 온도로 생성한 오스테나이트상의 일부가 페라이트상으로 변태하고, 마르텐사이트상의 생성량이 저하하여, 켄칭 후의 경도를 적정 범위(HRC:32∼38)로 할 수 없게 된다. 바람직한 냉각 속도는, 5∼500℃/sec의 범위이지만, 안정된 켄칭 경도를 얻기 위해서는, 100℃/sec 이상인 것이 보다 바람직하다.

이와 같이 하여 얻어지는 본 발명의 마르텐사이트계 스테인리스 강제의 브레이크 디스크는, 경도가 HRC:32∼38의 범위 내이며, 그리고, 구 γ입자의 평균 입경이 8㎛ 이상 및/또는 (석출 Nb량/전 Nb량)이 0.75 미만이기 때문에, 650℃에서 1hr 유지하는 템퍼링 후라도 HRC:30 이상의 경도를 유지할 수 있다는 우수한 템퍼링 연화 저항을 갖는 것으로 된다.

(실시예)

표1 에 나타낸 A∼S의 다른 성분 조성을 갖는 19종의 마르텐사이트계 스테인리스 강을, 고주파 용해로(high-frequency melting furnace)에서 용제하고, 주조하여 50kg 강괴로 하고, 그 후, 통상 공지의 조건에서 열간 압연을 행하여, 두께 5mm의 열연강으로 하고, 이어서, 이들의 열연판에, 환원성 분위기 중에서 800℃×8hr 의 어닐링을 행하는 열연판 어닐링을 행하고 나서 서냉하고, 산세척하여 표면의 스케일을 제거해, 열연 어닐링판으로 했다. 이들의 열연 어닐링판으로부터, 판두께×30mm×30mm의 시험편을 채취하고, 그 시험편에 대하여, 표2-1∼3 에 나타낸 조건에서, 켄칭 처리를 행했다. 이 켄칭 후의 시험편에 대하여, 하기의 요령으로, 금속 조직 관찰, 석출 Nb량의 측정, 켄칭 안정성 시험, 템퍼링 연화 시험 및, 켄칭 후와 템퍼링 후의 전위 밀도의 측정을 행하였다. 또한, 표2-1∼3 중에 나타내는 「γ영역의 최고 온도」란, 오스테나이트(γ)상이 75vol% 이상 생성하는 최고 온도인 것이며, 그 이상의 온도에서는,

상(페라이트상)이 증가하여, γ상을 75vol% 이상 확보할 수 없게 되는 것을 의미한다.

<금속 조직 관찰>

켄칭 후의 시험편에서, 금속 조직 관찰용 시험편을 채취하여, 압연 방향과 평행한 판두께 방향 단면을 연마하고, 무라카미 시액(Murakami reagent solution)(적혈염(red prussiate)의 알칼리 용액(alkaline solution)(적혈염:10g, 수산화칼륨(potassuium hydrate):10g, 물:100ml))으로 부식하여 구 γ입계를 현출시키고 나서, 광학 현미경(optical microscope)을 이용하여 400배로 5시야 이상 관찰(1시야:0.2×0.2mm)하고, 화상 해석 장치(image analysis device)를 이용하여, 상기 시야 내에 포함되는 각 입자의 면적을 측정해 원 상당 지름(직경)으로 환산하여, 그들의 평균치를, 각 시험편의 구 γ입자의 평균 입경으로 했다.

<석출 Nb량의 측정>

켄칭 처리 후의 시험편에서, 전해 추출용 시험편(sample for electrolytic extraction)을 채취하여, 이 시험편을, 아세틸 아세톤(acetylacetone)(10vol%)-염화테트라메틸암모늄(tetramethylammonium chloride)(1g/100ml)-메탄올(methanol)로 이루어지는 전해액(electrolyte)을 이용하여 전해 처리하고 나서, 멤브레인 필터(membrane-filter)(구멍 지름 0.2㎛)를 이용하여 여과한 후 세정하여, 잔사를 추출했다. 이 추출한 잔사(residual dross)에 대하여, 고주파 유도 결합 플라즈마(Inductively Couped Plasma) 발광 분광 분석 장치(emission spectrometry)를 이용해 Nb량을 측정하여, 이 값을 석출 Nb량으로 했다.

<켄칭 안정성 시험>

상기 켄칭 후의 시험편을 산세척하여, 표면의 스케일을 제거하고 나서, JIS Z 2245에 준거하여 로크웰 경도계(Rockwell hardness meter)로 시험편 표면의 경도(HRC)를 각 5점씩 측정하여, 그 평균치를 켄칭 경도로 했다. 그리고, 이 경도가 HRC:32∼38의 범위 내이면, 충분한 켄칭 안정성을 구비하고 있다고 평가했다.

<템퍼링 연화 시험>

상기 켄칭 후의 시험편을, 추가로, 가열 온도 650℃에서, 표2∼표4 에 나타내는 유지 시간으로, 가열 유지하여, 공랭하는 템퍼링 처리를 행하고 나서, 이 시험편을 산세척하여 표면의 스케일을 제거하고, JIS Z2245에 준거하여 로크웰 경도계로 시험편 표면의 경도(HRC)를 각 5점씩 측정하여, 그 평균치를 구하고, 그 경도가 HRC: 30 이상이라면, 충분한 템퍼링 연화 저항을 구비하고 있다고 평가했다.

<전위 밀도의 측정>

전위 밀도(

)는, 상기 켄칭 후의 시험편과, 650℃에서 템퍼링 후의 시험편 에 대하여, X선 해석(X-ray analysis)에 의해 구했다. X선 회절(X-ray diffraction)은, X선원(X-ray source)에 Co 관구(bulb)를 이용하여, 집중 광학계, 스텝 폭 0.01°의 스텝 스캔, 발산 슬릿 1°, 수광 슬릿 0.15mm의 조건에서, 측정하는 회절선의 피크 카운트가 수천 카운트의 강도가 되도록 각 피크의 계측 시간을 조정하여 행하였다. 또한, 전위 밀도의 산출에는, {200}을 제외하고, 면지수(plane indices) {100}, {211}, {220}의 3개의 피크(본 강종의 성분에서는, 마르텐사이트이어도 입방정(cubic crystal))를 이용했다. 또한, MDI사 제조의 X선 회절 패턴 해석 프로그램 JADE 5.0을 이용하여, 각 피크의 K_α1과 K_α2를 분리한 후, 이 반값폭(half-value width)을, 어닐링한 Si 분말을 변형이 없는 이상(理想) 시료로 하여 측정한 장치에 의한 반값폭의 퍼짐(spread)으로 보정하여, 정확한 반값폭을 구하였다. 이와 같이 하여 얻은 정확한 반값폭으로부터, Willamson·Hall법에 의해, 불균일 변형(nonuniformity strain)(

)을 산출하고, 하기 식;

=14.4

²/b²(단, b:베르거 스펙트럼(Berger spectrum)의 크기=0.25nm)

를 이용하여 전위 밀도를 산출했다.

상기 시험의 결과를, 표2∼표4 안에 병기하여 나타냈다. 본 발명의 조건을 만족시킨 실시예(발명예)는 모두, 켄칭 경도가 HRC 32∼38의 범위 내로, 켄칭 안정성이 우수함과 아울러, 템퍼링 후의 경도도 HR:30 이상이 얻어지고 있어, 충분한 템퍼링 연화 저항을 갖고 있다. 한편, 본 발명의 조건을 벗어난 비교예는, 켄칭 경도가 HRC 32∼38의 범위를 벗어나던가, 혹은 템퍼링 후의 경도가 HRC: 30 미만으로 저하하고 있어, 템퍼링 연화 저항이 떨어지고 있는 것을 알 수 있다.

본 발명의 기술은, 높은 템퍼링 연화 저항이 필요시 되는, 터빈 날개 등에 이용되는 내열강이나, 스프링, 공구 등에 이용되는 고강도 강의 분야에도 적용할 수 있다.

Claims

C:0.1mass% 이하, Si:1.0mass% 이하, Mn:2.0mass% 이하, Cr:10.5∼15.0mass%, Ni:2.0mass% 이하, Cu:0.5 초과∼4.0mass%, Nb:0.02∼0.3mass%, N:0.1mass% 이하를 함유하고, 또한, C, N, Nb, Cr, Si, Ni, Mn, Mo 및, Cu를, 하기 (1)식 및 (2)식을 만족시켜 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, 그리고 구(舊) 오스테나이트 입자의 평균 입경이 8㎛ 이상인 마르텐사이트 조직을 갖고, 경도가 HRC로 32∼38인 템퍼링 연화 저항이 큰 브레이크 디스크.

기(記)

5Cr+10Si+15Mo+30Nb-9Ni-5Mn-3Cu-225N-270C<45 ……(1)

0.03≤{C+N-(13/93)Nb}≤0.09 ……(2)
제1항에 있어서,

추가로, 석출한 Nb의 양과 함유하는 전(全) Nb의 양과의 비(석출 Nb량/전 Nb량)가 0.75 미만인 브레이크 디스크.

기

5Cr+10Si+15Mo+30Nb-9Ni-5Mn-3Cu-225N-270C<45 ……(1)

0.03≤{C+N-(13/93)Nb}≤0.09 ……(2)
제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,

마르텐사이트 조직 중에 내재하는 전위(dislocation)의 밀도(
)의 제곱근(
)이 0.8×10⁸∼1.3×10⁸m^-1인 브레이크 디스크.
제1∼3항 중 어느 한 항에 있어서,

650℃에서 1hr 유지하는 템퍼링 후의 경도가 HRC로 30이상인 브레이크 디스크.
제1∼3항 중 어느 한 항에 있어서,

650℃에서 1hr 유지하는 템퍼링 후의 마르텐사이트 조직 중에 내재하는 전위의 밀도(
)의 제곱근(
)이 0.6×10⁸∼1.3×10⁸m^-1이며, 당해 전위상에는 Cu가 미세 석출하여 이루어지는 브레이크 디스크.
제1∼5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 성분 조성에 더하여 추가로, Mo:0.01∼2.0mass%, Co:0.01∼1.0mass% 중에서 선택된 1종 또는 2종을 함유하는 브레이크 디스크.
제1∼6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 성분 조성에 더하여 추가로, Ti:0.02∼0.3mass%, V:0.02∼0.3mass%, Zr:0.02∼0.3mass%, Ta:0.02∼0.3mass% 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 브레이크 디스크.
제1∼7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 성분 조성에 더하여 추가로, B:0.0005∼0.0050mass%, Ca:0.0005∼0.0050mass%의 1종 또는 2종을 함유하는 브레이크 디스크.