KR20100116684A

KR20100116684A - 방청성이 우수한 디스크 브레이크용 마르텐사이트계 스테인리스강

Info

Publication number: KR20100116684A
Application number: KR1020107021221A
Authority: KR
Inventors: 요시하루 이노우에; 신이찌 데라오까; 지 사까모또; 마사하루 하따노
Original assignee: 닛폰 스틸 앤드 스미킨 스테인레스 스틸 코포레이션
Priority date: 2008-03-27
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2010-11-01
Also published as: WO2009119881A1; CN101981217A; JP2009256787A

Abstract

질량％로, C : 0.01％ 이상 0.10％ 이하, Si : 2％ 이하, Mn : 0.2％ 이상 2.0％ 이하, S : 0.010％ 이하, P : 0.05％ 미만, N : 0.005％ 이상 0.050％ 이하, Cr : 10％ 이상 14％ 이하, Ni : 2％ 이하, Al : 0.1％ 이하, V : 1％ 이하, C＋N : 0.06％ 이상 0.1％ 이하, Sn : 0.005％ 이상 1％ 이하를 포함하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 또한 하기 수학식에서 정의하는 γp가 80 이상인 것을 특징으로 하는 방청성이 우수한 디스크 브레이크용 마르텐사이트계 스테인리스강.

Description

방청성이 우수한 디스크 브레이크용 마르텐사이트계 스테인리스강 {MARTENSITIC STAINLESS STEEL FOR DISK BRAKE WITH EXCELLENT NON－RUSTING PROPERTY}

본 발명은 이륜차의 디스크 브레이크용 마르텐사이트계 스테인리스강, 특히 방청성이 우수한 마르텐사이트계 스테인리스강에 관한 것이다.

이륜차의 디스크 브레이크에는 내마모성, 방청성, 인성 등의 특성이 우수한 것이 요구된다. 내마모성은, 일반적으로 경도가 높을수록 우수하다. 한편, 경도가 지나치게 높으면, 브레이크와 패드 사이에서, 소위 브레이크의 울림이 발생하므로, 브레이크의 경도는 32 내지 38HRC(로크웰 경도의 C스케일)가 요구된다.

이들 요구 특성으로부터, 이륜차 디스크 브레이크 재료로서, 마르텐사이트계 스테인리스강이 사용되고 있다. 종래, SUS420J2를 켄칭 템퍼링하여, 원하는 경도로 조절하여, 브레이크로 하고 있었지만, 이 경우, 켄칭과 템퍼링의 2개의 열처리 공정을 필요로 하게 된다.

일본공개특허 소57－198249호 공보에는 종래 강보다 넓은 켄칭 온도 영역에서, 안정적으로, 원하는 경도를 얻는 강 조성이 개시되어 있다. 이는, 저C화, 저N화하고, 또한 그것에 의한 오스테나이트 온도 영역의 축소, 즉 켄칭 온도 영역이 좁아지는 것을, 오스테나이트 형성 원소인 Mn의 첨가로 보충한 것이다.

또한, 일본공개특허 평8－60309호 공보에는 저Mn강으로, 켄칭한 채로 사용할 수 있는 오토바이 디스크 브레이크용 강이 개시되어 있다. 이 강은 Mn을 저감시키는 대신에, 오스테나이트 형성 원소로서, 동일한 효과를 갖는, Ni 및 Cu를 첨가한 것이다.

이륜 디스크 브레이크용 소재로서, 마르텐사이트계 스테인리스강을 사용하는 이유 중 하나는, 상기 강이 우수한 방청성을 갖고 있는 것이다.

그러나, Cr 함유량이 12％ 정도이고, Mn을 대량으로 함유하는 경우, 방청성이 충분하지 않은 경우가 있다. 특히, 엄격한 염화물 환경에 있어서, 약간 문제가 된다. 이것에 대해서는, 강 중의 MnS가 발청 기점으로 되어 있다고 알려져 있지만, 해명되어 있는 것은 아니다.

일본공개특허 평10－152760호 공보에는 Mn을 저감시키고, Cu를 증가시킴으로써, 방청성을 개선한 발명이 개시되어 있다. 일본공개특허 제2000-26941호 공보에는, Ti를 첨가하여 방청성을 개선한 발명이 개시되어 있다.

일본공개특허 제2007-321245호 공보에는, P, As, Sb, Bi를 미량 첨가하여, 디스크 브레이크용 마르텐사이트계 스테인리스강의 방청성을 향상시킨 발명이 개시되어 있다.

이와 같이, 이륜 디스크 브레이크용 강에 있어서는, 방청성의 개선이 진행되어 왔지만, 아직 충분하지 않고, 더욱 방청성을 개선할 필요가 있다. 본 발명의 목적은 우수한 방청성을 갖는 디스크 브레이크용 마르텐사이트계 스테인리스강을 제공하는 것이다.

본 발명의 요지는 이하와 같다.

(1) 질량％로,

C : 0.01％ 이상 0.10％ 이하,

Si : 2％ 이하,

Mn : 0.2％ 이상 2.0％ 이하,

S : 0.010％ 이하,

P : 0.05％ 미만,

N : 0.005％ 이상 0.050％ 이하,

Cr : 10％ 이상 14％ 이하,

Ni : 2％ 이하,

Al : 0.1％ 이하,

V : 1％ 이하,

C＋N : 0.06％ 이상 0.1％ 이하 및,

Sn : 0.005％ 이상 1％ 이하

를 포함하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 또한,

하기 [수학식 1]에서 정의하는 γp가 80 이상인 것을 특징으로 하는 방청성이 우수한 디스크 브레이크용 마르텐사이트계 스테인리스강.

[수학식 1]

(2) 질량％로, P, Sb 및 Bi의 1종 또는 2종 이상을, 합계로 0.5％ 이하 더 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 방청성이 우수한 디스크 브레이크용 마르텐사이트계 스테인리스강.

(3) 질량％로, Cu : 2％ 이하를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 방청성이 우수한 디스크 브레이크용 마르텐사이트계 스테인리스강.

(4) 질량％로, Ti : 0.5％ 이하를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 방청성이 우수한 디스크 브레이크용 마르텐사이트계 스테인리스강.

(5) 질량％로, Mo : 2％ 이하 및 Nb : 1％ 이하의 1종 또는 2종을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 방청성이 우수한 디스크 브레이크용 마르텐사이트계 스테인리스강.

본 발명에 의해, 우수한 방청성을 구비하는 디스크 브레이크용 마르텐사이트계 스테인리스강을 제공할 수 있다.

본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태와, 한정 조건에 대해 설명한다.

본 발명자들은 켄칭한 채로 사용할 수 있는 이륜차 디스크 브레이크용 강재에 대해, 상세한 검토를 행하여 왔다. 그 중에서, 방청성에 관하여, 실제로 이륜차에 장착하여 사용할 때의, 켄칭 후의 방청성뿐만 아니라, 켄칭 전의 방청성도 중요시했다. 이는, 디스크 제조 시에, 켄칭 전에 발청하는 경우가 있었기 때문이다.

디스크의 제조에 있어서, 디스크 미끄럼 이동면은 연삭되므로, 거의 문제가 없지만, 디스크의 디자인에 따라서는, 연삭되지 않는 부분이 존재하고, 그 경우에는 켄칭 전의 발청이 문제가 된다.

켄칭 전후에서의 디스크재의 방청성을 비교하면, 켄칭 전의 디스크재가 열위로 된다. 이는, 디스크재 중에 탄질화물이 많은 것에 의한다고 생각된다.

본 발명자들은 염화물 환경에서의 방청성을 중심으로 검토하여, 켄칭 후뿐만 아니라, 켄칭 전의 디스크재의 방청성을 높이는 수단의 검토를 진행시킨 결과, 일본공개특허 제2007-321245호 공보에 기재된 바와 같이, P, As, Sb, Bi의 미량 첨가가 방청성을 높이는 것을 발견하였다. 또한, 연구를 진행시킨 결과, Sn에도 마찬가지로, 방청성을 높이는 효과가 있는 것을 발견하였다.

즉, Sn의 첨가에 의해, 염화물 환경에서 방청성이 향상된다. 또한, P, As, Sb, Bi의 1종 또는 2종 이상의 첨가와 조합하는 것도 유효하다. 단, As는 독성이 강하므로, 그 사용에는 주의를 필요로 한다.

또한, 이 방청성 향상 효과는, 특히 Cu, Ti를 포함하지 않고, Mn 함유량이 많은 경우에 현저하지만, Cu나 Ti와 조합한 경우에도 유효한 것을 발견하였다.

본 발명자들은 이상의 지식을 기초로, 상세한 검토를 진행시켜 본 발명을 완성하였다.

처음에, 성분 조성에 관한 한정 조건에 대해 설명한다.

C는, 켄칭 후, 소정의 경도를 얻기 위해 필수적인 원소로, N과 조합하여 첨가한다. 0.10％를 초과하여 첨가하면, 경도가 지나치게 상승하여 브레이크의 울림, 인성의 열화 등의 문제가 발생하므로, 0.10％를 상한으로 한다. C가 0.01％ 미만이면, 소정의 경도를 얻기 위해, N을 과대하게 첨가해야만 하므로, 0.01％를 하한으로 한다.

N은, C와 마찬가지로, 켄칭 후에, 소정의 경도를 얻기 위해 필수적인 원소로, C와 조합하여 첨가한다. 0.050％를 초과하여 첨가하면, 켄칭성의 저하를 초래하므로, 0.050％를 상한으로 한다. N을 0.005％ 미만으로 하는 것은, 제강 비용의 증대를 초래하므로, 0.005％를 하한으로 한다.

C＋N은, 켄칭 후의 경도에 직접 관계되는 양이다. 소정의 HRC : 32 내지 38을 얻기 위해, 0.06％ 이상 0.1％ 이하로 한다.

Si는, 페라이트 형성 원소로서 매우 강력한 원소로, 첨가량을 억제할 필요가 있다. 그로 인해, 첨가량은 2％ 이하로 한다. 본 발명에 있어서, Si는 함유하지 않아도 좋다.

Mn은, 강 중에 불가피하게 포함되는 원소이지만, 중요한 오스테나이트 형성 원소이다. Ni, Cu와 함께, 고온에서의 오스테나이트상을 확보하고, 켄칭성을 확보하기 위해, 0.2％ 이상의 첨가를 필요로 한다. 첨가량이 2.0％를 초과하면, 방청성의 열화가 보이므로, 2.0％를 상한으로 한다.

Cr은, 이륜 디스크 브레이크 재료로서 필요한 방청성을 확보하기 위해 필요한 기본 원소이다. 함유량이 10％ 미만에서는, 충분한 방청성을 얻을 수 없으므로, 10％를 하한으로 한다. Cr은 페라이트 형성 원소이므로, 14％를 초과하여 첨가하면, 오스테나이트상의 생성 온도 영역이 축소되고, 켄칭 온도 영역에서 마르텐사이트상으로 변태되지 않는 페라이트상이 생성되어, 켄칭 후, 충분한 경도를 얻을 수 없으므로, 14％를 상한으로 한다.

Ni는, Mn과 마찬가지로 오스테나이트 형성 원소로, 고온에서 오스테나이트상을 확보하고, 켄칭성을 확보하는 데 유효한 원소이다. 그러나, Ni는 고가의 원소이므로, 함유량은 가능한 한 억제하는 것이 좋다. 또한, Ni가 2％를 초과하면, 인성의 저하를 초래하므로, 2％를 상한으로 한다. 본 발명에 있어서, Ni는 함유하지 않아도 좋다.

Al은 탈산제로서 매우 유용한 원소이다. Al이 0.1％를 초과하면, 방청성의 저하가 보이므로, 0.1％를 상한으로 한다. 본 발명에 있어서, Al은 함유하지 않아도 좋다.

V는, 불가피적 불순물 원소이지만, 가공성을 열화시키지 않는 1％ 정도까지의 함유는 허용된다.

S는, 강 중에 불가피하게 포함되는 원소이다. 0.010％를 초과하여 함유하면, 발청 기점이 되는 가용성의 CaS가 생성되기 쉬워지므로, 0.010％를 상한으로 한다. CaS의 영향을 실질적으로 무해화하기 위해서는, 0.005％ 이하가 바람직하다. S를 0.001％ 미만으로 하는 것은, 제강 비용의 큰 증대를 초래하므로, 0.001％를 하한으로 하는 것이 바람직하다.

P는, 강 중에 불가피하게 포함되어, 인성을 저하시키는 경향을 갖는 원소이다. 소량이 바람직하고, 함유량은 0.05％ 미만으로 한다.

본 발명자들은 Sn의 미량 첨가로, 방청성이 향상되는 것을 발견하였다. 그 이유는 불분명하지만, 미량의 Sn이 표층의 부동태층을 강화하고 있을 가능성이 있다고 생각된다. 0.005％ 미만이면, 그 효과가 발현되지 않고, 1％를 초과하면, 열간 가공성이 저하될 가능성이 있으므로, Sn은 0.005％ 이상 1％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.01％ 이상 0.7％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.1％ 이상 0.5％ 이하이다.

이들 원소에 추가하여, P, As, Sb, Bi의 1종 또는 2종 이상을 미량 첨가하여 방청성을 높일 수 있다. 단, As는 독성이 강하므로, 사용을 제한하는 것이 바람직하고, 본 발명에서는 첨가하지 않지만, 불가피적 불순물로서 함유하는 정도의 양은 허용한다.

P, Sb, Bi의 첨가량은 첨가 효과를 얻기 위해, 합계로 0.05％ 이상이 바람직하다. 0.5％를 초과하여 첨가하면, 인성이 저하되므로, 합계로 0.5％ 이하가 바람직하다.

이들 원소에 추가하여, Cu, Ti, Mo 및/또는 Nb를 첨가하여 디스크 브레이크용 강의 특성을 더욱 높일 수 있다.

Cu는, Mn, Ni와 마찬가지로, 오스테나이트상을 확보하고, 켄칭성을 확보하는 데 유효한 원소이다. Cu 첨가에 의해, Mn을 저감시킬 수 있으므로, 방청성이 향상된다. 또한, Cu는 브레이크 제동 발열에 의한 디스크의 연화를 억제하는 작용을 하는 원소이다. 첨가량이 0.01％ 미만에서는 첨가 효과가 현저하지 않으므로, 0.01％ 이상이 바람직하다. 그러나, 2％를 초과하면, 인성이 저하되므로, 2％ 이하가 바람직하다.

Ti는 방청성을 높이는 원소이다. Ti계 황화물이 생성됨으로써, MnS의 생성이 억제되어, 방청성이 향상되는 것이라고 추정된다. 그 향상 효과를 얻기 위해서는, 0.01％ 이상의 첨가가 바람직하다. 그러나, Ti를 과잉으로 첨가하면, 탄질화물이 생성되어, C, N을 소비하므로, 0.5％를 상한으로 한다.

Mo는, 적당량의 첨가로, 템퍼링 연화 저항을 현저하게 향상시키는 원소이다. 이 향상 기구는 명확하지 않지만, Mo가 Cr 탄화물의 석출 및 조대화를 억제하는 동시에, 고온에서의 전위 운동을 억제하므로, 템퍼링 연화 저항이 향상된다고 생각된다. 0.01％ 미만의 첨가에서는, 첨가 효과가 현저하지 않으므로, 하한은 0.01％가 바람직하다. 2％를 초과하면, 인성이 저하되므로, 상한을 2％로 한다.

Nb도, 본 발명에 있어서 중요한 원소이다. Nb의 적당량 첨가로, 템퍼링 연화 저항이 현저하게 향상된다. 이 향상 기구는 명확하지 않지만, Nb는 N과 상관이 크고, Cr 질화물의 석출 및 조대화를 억제하는 동시에, 전위 운동을 억제하므로, 템퍼링 연화 저항이 향상된다고 생각된다.

그러나, Nb는 NbN으로서 석출되기 쉽고, 석출되면 고용 강화 효과가 소실되고, 또한 켄칭성이 저하되므로, 과잉의 첨가를 피하고, 상한은 1％로 한다. 템퍼링 연화 저항을 높이기 위해, 0.01％ 이상의 첨가가 바람직하다.

또한, 상기 각 원소의 첨가량에 대해서는, 900 내지 1100℃의 온도 범위에서, 안정된 켄칭을 행하기 위해, 하기 [수학식 1]에서 정의하는 γp가 80 이상으로 되도록 서로 조정할 필요가 있다.

하기 [수학식 1]은 카스트로에 의해 제창된 "카스트로의 식"이다. 본 발명자들이 하기 [수학식 1]에서 정의하는 γp를 지표로 하여, 켄칭성을 정리한 바, 켄칭의 안정성을 γp로 평가할 수 있는 것이 판명되었다.

즉, γp가 80 미만이면, 켄칭해도, 페라이트상이 남아, 소정의 경도 레벨에 도달하지 않는 경우가 있다.

[수학식 1]

켄칭 온도가 지나치게 높으면, 제조 시간의 증대, 비용의 증가를 초래하므로, 켄칭 온도는 900℃ 이상 1100℃ 이하가 바람직하다. 본 발명강은 그 온도 범위로부터 켄칭해도, 소정의 경도 범위를 확보할 수 있는 것이다.

다음에, 제조 방법에 대해 설명한다.

상기 성분 조성의 슬래브, 잉곳 등의 강편을 용제하고, 열간 압연하여, 판 두께 2 내지 8㎜ 정도의 열연판으로 한다. 이 열연판에 어닐링을 실시하여, 연화시킨 후, 산세하여 디스크용 강판으로 한다. 산세하지 않고, 숏블라스트로 마무리해도 좋다.

디스크용 강판을 디스크 형상으로 가공한 후, 900 내지 1100℃로 가열하여, 켄칭하고, 계속해서 양면을 연삭하여 브레이크 디스크로 한다.

(실시예)

표 1에 나타내는 성분 조성을 갖는 두께 200㎜의 강편을 용제하고, 열간 압연에 의해 두께 6㎜의 열연판으로 하였다. 이 열연판에, 850℃로 가열하여 서냉하는 연화 어닐링을 실시하였다.

이들 강판으로부터, 방청성 평가 시험편 및 켄칭성 평가 시험편을 채취하였다. 남은 강판에는 950 내지 1000℃로 10분간 유지 후, 수냉하는 켄칭 처리를 실시하였다.

방청성은, 양면을 #240 연마한 시험편에 대해, 240시간의 염수 분무 시험(Salt Spray Test : SST)(JIS Z 2371에 준거)을 행하여, 발청의 유무로 평가하였다. 발청하지 않은 것을 합격, 발청한 것을 불합격으로 하였다.

켄칭성은 850 내지 1100℃의 온도로 10분간 유지한 후, 수냉한 켄칭재에 대해, JIS Z 2245에 준거한, 로크웰 경도 시험(HRC)을 행하여 HRC로 평가하였다. HRC로, 32 내지 38이 합격이다.

켄칭 처리를 실시한 강판으로부터, 각종 시험편을 채취하여, 각종 평가 시험을 행하였다. 템퍼링 연화 특성에 관해서는, 500 내지 650℃로 1시간의 템퍼링을 행한 후, 켄칭재의 경도 시험과 마찬가지로, 로크웰 시험의 결과로 평가하였다. 템퍼링 후의 경도가 HRC 30을 하회하지 않는 온도를 내열 온도로 규정하였다. 내열 온도 500℃ 이상이 합격이다.

방청성은 켄칭 전의 재료와 마찬가지로, 양면을 #240 연마한 시험편에 대해, 240시간의 염수 분무 시험(JIS Z 2371에 준거)을 행하여, 발청의 유무로 평가하였다. 발청하지 않은 것을 합격, 발청한 것을 불합격으로 하였다.

표 2에 평가 결과를 나타낸다. A강으로부터 G강은 Sn 첨가량을 변화시킨 강이다.

Sn 무첨가의 A강(비교강)은 켄칭 전후의 SST에서 발청하고 있다. 이에 대해, B강으로부터 F강(발명강)은 켄칭 전후의 방청성이 합격이고, 또한 켄칭 경도 및 내열 온도도 합격으로, 매우 우수한 특성을 구비하고 있다.

Sn량이 많은 G강은 매우 우수한 특성을 나타내지만, 열간 압연 및 냉간 압연 시에 결함이 다발하였으므로, 본 발명의 범위 외로 하였다.

H강으로부터 AP강은 켄칭 전후의 방청성이 합격이고, 또한 켄칭 경도 및 내열 온도도 합격이고, 매우 우수한 특성을 구비하고 있다. 이들 강 중, As를 포함하는 강은 본 발명의 범위 외로서, 참고강으로 하였다. 그 이외가, 본 발명강이다.

우수한 특성을 구비하는 본 발명강에 대해, AQ강(비교강)은 γp가 80 미만이므로, 켄칭 후의 경도가 합격 기준에 도달하고 있지 않다. AR강(비교강)은 C＋N이 많으므로, 켄칭 후의 경도가 합격 기준을 초과하고 있다.

AS강(비교강)은 C＋N이 적으므로, 켄칭 후의 경도가 합격 기준에 도달하고 있지 않다. AT강(비교강)은 Cr이 적으므로, 방청성이 떨어져 있다. AU강(비교강)은 Cr이 많으므로, γp가 80 미만으로 되어, 켄칭 후의 경도가 합격 기준에 도달하고 있지 않다.

AV강(비교강)은 P, Sb, Bi의 합계량이 0.5％ 초과이므로, 인성이 열화되어 있다. AW강(비교강)은 Mn이 많으므로, 인성이 열화되어 있다.

이상으로부터, 본 발명강이 켄칭 경도, 내열성을 만족시키면서, 매우 방청성이 우수한 것인 것은 명백하다.

본 발명에 의해, 우수한 방청성을 구비하는 디스크 브레이크용 마르텐사이트계 스테인리스강을 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의해, 강 제조자뿐만 아니라, 강 이용자도, 큰 이익을 얻을 수 있어, 본 발명은 공업적 가치가 극히 높은 것이다.

Claims

질량％로,
C : 0.01％ 이상 0.10％ 이하,
Si : 2％ 이하,
Mn : 0.2％ 이상 2.0％ 이하,
S : 0.010％ 이하,
P : 0.05％ 미만,
N : 0.005％ 이상 0.050％ 이하,
Cr : 10％ 이상 14％ 이하,
Ni : 2％ 이하,
Al : 0.1％ 이하,
V : 1％ 이하,
C＋N : 0.06％ 이상 0.1％ 이하 및,
Sn : 0.005％ 이상 1％ 이하
를 포함하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 또한,
하기 [수학식 1]에서 정의하는 γp가 80 이상인 것을 특징으로 하는, 방청성이 우수한 디스크 브레이크용 마르텐사이트계 스테인리스강.
[수학식 1]
제1항에 있어서, 질량％로, P, Sb 및 Bi의 1종 또는 2종 이상을, 합계로 0.5％ 이하 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 방청성이 우수한 디스크 브레이크용 마르텐사이트계 스테인리스강.
제1항 또는 제2항에 있어서, 질량％로, Cu : 2％ 이하를 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 방청성이 우수한 디스크 브레이크용 마르텐사이트계 스테인리스강.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 질량％로, Ti : 0.5％ 이하를 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 방청성이 우수한 디스크 브레이크용 마르텐사이트계 스테인리스강.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 질량％로, Mo : 2％ 이하 및 Nb : 1％ 이하의 1종 또는 2종을 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 방청성이 우수한 디스크 브레이크용 마르텐사이트계 스테인리스강.