KR20230144607A - 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판, 브레이크 디스크 로터 및 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판의 제조 방법 - Google Patents

브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판, 브레이크 디스크 로터 및 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판의 제조 방법 Download PDF

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도시키 요시자와
준이치 하마다
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닛테츠 스테인레스 가부시키가이샤
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Abstract

소정의 성분을 함유하고, 모상에 존재하는 입경 2㎛ 이하의 석출물이 0.01 내지 20개/㎛2의 밀도로 존재하는 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판. 열연 중 및 열연판 어닐링 중의 석출물이 미세하게 존재함으로써, ?칭 시의 생산성을 향상시키고, 부품으로서 사용 중의 템퍼링 연화 저항이 향상되어, 핫 스탬프 중의 균열을 억제하고, 또한 고온 강도의 저하를 억제할 수 있다. 이에 의해, 디스크 로터에 적용 가능한 템퍼링 연화 저항, ?칭성, 성형성, 고온 강도가 우수한 마르텐사이트계 스테인리스 강판이 얻어진다.

Description

브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판, 브레이크 디스크 로터 및 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판의 제조 방법
본 발명은 ?칭성, 성형성, 템퍼링 연화 저항, 고온 강도가 우수한, 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판, 브레이크 디스크 로터 및 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판의 제조 방법에 관한 것이고, 우수한 생산성을 갖고, 패드 마모량의 저감을 실현하고, 안정된 경도를 갖는 박육 경량화가 필요한 디스크 로터 등의 사용에 적합한 스테인리스 강판에 관한 것이다.
브레이크 시스템의 하나로서 디스크 브레이크가 널리 사용되고 있다. 디스크 브레이크는, 타이어와 결합된 디스크 로터라고 불리는 원반상의 구조물을 갖는다. 이 디스크 로터를 브레이크 패드 사이에서 밀어 누름으로써, 마찰에 의해 운동에너지를 열에너지로 변환하고, 자동차나 이륜차의 속도를 저하시키는 것이다. 디스크 브레이크용의 디스크 로터를, 이하 「브레이크 디스크 로터」라고도 칭한다.
자동차에서는 디스크 로터의 재질에는 열전도율이나 비용 등으로부터 편상 흑연 주철(이하, 주철이라고 칭함)이 사용되고 있다. 주철은 내식성을 향상시키는 원소가 첨가되어 있지 않으므로 내식성이 떨어지고, 방치하면 바로 붉은 녹이 발생한다. 종래, 디스크 로터의 위치가 시선보다 낮은 점, 및 휠의 형상으로부터, 이 붉은 녹은 그다지 눈에 띄지 않았다. 그러나, 최근 연비 향상의 요청에 의해 휠 재질이 알루미늄화되고, 또한 휠의 스포크가 가늘어짐으로써 디스크 로터가 눈에 띄게 되어, 디스크 로터의 녹을 무시할 수 없게 되었으므로, 디스크 로터의 내식성의 개선이 요망되어 오고 있다.
또한 최근 환경 규제 강화에 수반하여, 자동차의 연비 향상이 강하게 요망되고 있고, 그 때문에 디스크 로터의 박육 경량화가 필요해진다. 그러나 주철은 강도가 낮고, 또한 주조로 제작되기 때문에 박육화에 한계가 있다. 덧붙여 자동차의 브레이크 작동 시의 도달 온도는 최고 700℃ 근방에 도달한다고 하고 있다. 또한 산길 등의 브레이크를 다용하는 주행 조건에 있어서의 도달 온도는 300℃가 되는 경우가 있다. 주철은 고온 강도가 낮고, 박육화하였을 때에 고온에서는 디스크 로터로서 필요한 강도를 확보할 수 없기 때문에, 박육 경량화할 수 없다고 하는 과제가 있었다. 또한 주철은 주조에 의해 성형되기 때문에, 디스크 로터를 박육화하면 탕흐름이 나빠져 성형할 수 없는 경우가 있다.
내식성이 우수한 재료로서 스테인리스강이 있고, 바이크 등의 이륜차에는 마르텐사이트계 스테인리스강인 SUS410계의 재료가 널리 사용되고 있다. 이것은 이륜차의 디스크 로터가 노출되어 눈에 띄기 쉬워 내식성이 중시되기 때문이다. 한편 스테인리스강은 열전도성이 주철보다도 떨어지는 과제가 있다. 이륜차에 있어서는 브레이크 시스템이 노출되어, 냉각성이 우수하기 때문에 통상의 사용에 있어서는 스테인리스강으로도 문제없이 사용되고 있다. 단, 이륜차에 있어서도 레이스 등의 가혹한 제동 상황에 있어서는 디스크 로터가 과도하게 가열되어 브레이크 패드의 마모량이 커지는 과제가 있다.
한편, 자동차의 경우는 타이어를 포함하는 브레이크 시스템이 타이어 하우스 내에 수용되어 있으므로, 디스크 로터가 냉각되기 어렵다. 그 때문에, 스테인리스강은 열전도성이 낮은 것이 과제의 하나가 되어, 스테인리스강은 자동차의 디스크 로터에 적용되어 오지 않았다. 그러나 최근 EV, FCV, HV차 등에서는, 주행 시의 운동에너지를 전기에너지로 변환시켜 회수하는 「회생 브레이크」의 채용이 급격하게 늘고 있다. 이 적용에 의해, 디스크 로터와 패드의 마찰로 발생하였던 마찰열이 저감하므로, 주철보다도 열전도율이 떨어지는 스테인리스강으로도 적용의 가능성이 확대되고 있다.
자동차의 디스크 브레이크에 대한 스테인리스강의 적용을 방해하고 있던 또 하나의 과제는 성형성이다. 이륜차의 디스크 로터는 링 형상의 원반형이고, 판 형상의 스테인리스강으로부터 펀칭 가공되고, 그 후, 고주파 ?칭에 의해 제조되기 때문에 큰 가공은 없다. 한편, 현상의 자동차의 디스크 로터는, 해트 형상이라고 불리는, 원반의 중앙을 드로잉한 형상이고, 주조에 의해 제조되어 있다. 이러한 형상의 것을, 스테인리스 강판을 소재로서 가공하여 성형하기 위해서는 딥 드로잉 가공이 필요해진다. 단 이륜차에서 사용되어 온 스테인리스강은 마르텐사이트계 스테인리스강이고, 매우 경도가 높고, 이것을 딥 드로잉 가공하는 것이 곤란하였다. 이 문제를 해결하는 하나의 방법으로서, 고온에서 프레스 성형하는 핫 스탬프가 최근 확산되고 있다. 이에 의해 스테인리스강도 고정밀도로 해트 형상을 성형할 수 있게 되어 왔다.
이러한 배경 속에서, 자동차에 있어서의 최근의 미관이나 성형성, 박육 경량화의 요청에 대응하기 위해서는, 디스크 로터의 스테인리스강화가 필요해진다.
전술한 바와 같이, 자동차의 경우는 타이어를 포함하는 브레이크 시스템이 타이어 하우스 내에 수용되어 있으므로, 디스크 로터가 냉각되기 어려워, 열전도성이 낮다. 또한 이륜차에서도 레이스 등의 가혹한 제동 상황에서는 디스크 로터가 과도하게 가열된다. 그러나 마르텐사이트계 스테인리스강은 고온에서의 유지에 의해 C, N의 석출이나 전위의 회복이 일어나, 템퍼링 연화가 발생한다. 템퍼링 연화가 발생하면 패드 마모량이 과잉으로 많아지는 과제가 있었다. 또한 디스크 로터 및 브레이크 패드의 이상 마모가 발생하면, 브레이크의 효능의 불안정화나 수명 단축도 초래한다. 즉, 마르텐사이트계 스테인리스강을 자동차의 디스크 로터에 적용하기 위해서는, 브레이크 패드 마모량 저감의 요청에 대응할 필요가 있다.
스테인리스강제 디스크 로터에 관하여 특허문헌 1, 2가 있다. 이들 문헌에는, 구 오스테나이트 입경과 석출 Nb를 규정하고 템퍼링 연화 저항을 개선한 강에 대해서 기재되어 있다. 당해 문헌은 600℃에서의 템퍼링 연화 저항을 개선한 발명에 관한 것이다. 또한, 특허문헌 3, 4에는, 구 오스테나이트 입경과 석출 Nb, Cu를 규정하고 템퍼링 연화 저항을 개선한 강에 대해서 기재되어 있다. 당해 문헌 은 650℃에서의 템퍼링 연화 저항을 개선한 발명에 관한 것이다. 또한, 어느 발명도 부품으로서 사용하고, 제동에 의해 고온에 노출될 때에 석출되는 석출물을 활용하고 있다. 고온에 노출되는 시간이 단시간인 경우, 석출에 요하는 시간에 도달하지 않는 경우가 있다.
일본 특허 제4569360호 공보 국제 공개 WO2008/044299호 국제 공개 WO2007/122754호 일본 특허 제5200332호 공보
본 발명은 ?칭성, 성형성, 템퍼링 연화 저항, 고온 강도가 우수한 브레이크 디스크 로터용 스테인리스 강판에 관한 것이다. 본 발명이 해결하고자 하는 과제의 대상이 되는 부품은, 제동계 부품, 특히 디스크 로터이다.
전술한 바와 같이, 스테인리스 강판으로부터 디스크 로터로의 가공은, 이륜차에서는 큰 가공이 없으므로 고주파 ?칭으로 제조되고, 자동차용에 대해서는 고온에서 프레스하는 핫 스탬프에 의해 행해진다. 핫 스탬프용의 스테인리스 강판은 열연과 열연판 어닐링에 의해 제조된다. 핫 스탬프의 고온 처리가 ?칭 처리를 겸하고 있다. 생산성의 관점에서, ?칭 열처리는 저온이면서 단시간이 바람직하다. 그러나, 종래의 마르텐사이트계 스테인리스강에서는, 스테인리스 강판을 제조할 때의 열연판 어닐링 중에 조대한 Cr 탄질화물이 석출된다. 디스크 로터로서 충분한 경도를 얻기 위해서는 고용 C, N을 확보할 필요가 있다. 그 때문에, ?칭 열처리 시의 고온에서의 가열에 의해, 스테인리스 강판 중에 석출된 조대한 Cr 탄질화물을 용해시킬 필요가 있었다. 즉, 기존의 마르텐사이트계 스테인리스강은 성형 시에 고온에서의 가열이 필요하고, 생산성 향상에는 ?칭성 향상이 필요하였다. 저온이면서 단시간의 열처리에서도 Cr 탄질화물이 용해되는, 우수한 ?칭성을 확보하는 것을 기존의 마르텐사이트계 스테인리스강의 생산성 과제로서 들 수 있다.
자동차의 디스크 로터는 해트 형상이므로, 강판에는 성형성이 요구된다. 구체적으로는, 해트 형상으로 성형하는 핫 스탬프 시의 고온에서의 프레스 성형성이 필요해진다.
강판을 브레이크 디스크 로터로서 사용할 때에 우수한 템퍼링 연화 저항이 필요해진다. 일반적인 이륜차의 도달 온도는 최고 500℃ 정도이기 때문에 마르텐사이트계 스테인리스강을 적용할 수 있었지만, 4륜차나 레이스용 이륜차의 브레이크 디스크는 도달 온도가 높기 때문에 템퍼링 연화가 현저하게 발생하고, 적용이 어려웠다. 특허문헌 1 내지 4에는, 600℃, 650℃에서의 템퍼링 연화 저항에 대해서는 개시되어 있지만, 본 발명에서 필요로 하는, 700℃에서의 템퍼링 연화 저항에 대해서는 어느 문헌에도 기재되어 있지 않다.
또한 강판을 브레이크 디스크 로터로서 사용할 때에 우수한 고온 강도가 필요해진다. 도달 온도는 일반적인 시가지 주행에서는 100℃ 정도, 산길의 주행에서는 300℃ 정도, 최고 700℃ 근방에 도달하므로, 박육화를 위해서는 중온역 내지 고온역에 있어서의 강도가 요구된다.
본 발명은 강판을 브레이크 디스크 로터로 가공할 때에 있어서의 우수한 ?칭성, 성형성을 가짐과 함께, 브레이크 디스크 로터로서 사용할 때에 있어서의 우수한 템퍼링 연화 저항, 고온 강도를 갖는 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판, 그것을 사용한 브레이크 디스크 로터 및 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명자들은 스테인리스 강판의 석출물에 착안하여 상세하게 조사하였다. 본 발명이 대상으로 하는, 브레이크 디스크 로터용으로서 사용되는 강판은, 열연과 열연판 어닐링을 거쳐서 제조된다. 열연 단계, 열연판 어닐링 단계에서 강판 중에 석출물이 석출된다. 석출물로서는, Cr 탄질화물과 그 이외의 것이 존재하고 있다. 이들 석출물 중, Cr 탄질화물 석출물은 그 치수 및 분산 상태를 적절하게 제어함으로써, 성형을 위한 가열 시에 저온, 단시간에 용해되어 ?칭성을 향상시켜, 생산성을 향상시킨다. 또한, Cr 탄질화물 이외의 석출물은 성형을 위한 가열 시에는 용해되지 않고, 제품 중에 미세하게 존재함으로써 부품으로서 사용할 때에 석출물이 전위의 회복을 방해하여, 템퍼링 연화 저항을 향상시킨다. 그러나, Cr 탄질화물 석출물이 조대하면, 용해에 고온이나 장시간을 요하여 생산성이 저하된다. 또한, Cr 탄질화물 이외의 석출물이 조대하면, 핫 스탬프 성형 시 및 사용 시에 균열이 발생하기 쉬워지거나, 템퍼링 연화 저항도 향상되지 않아, 고온 강도가 저하될 가능성이 있다. 그래서, 강 성분 및 열연 조건을 적절하게 제어함으로써, 강판 중에 있어서의 이들 석출물을 미세화하고, 그 결과로서, ?칭성의 향상에 의해 생산성을 향상시키고, 핫 스탬프 시의 균열을 억제하고, 부품으로서 사용할 때에 템퍼링 연화 저항을 확보하면서, 고온 강도의 저하를 억제할 수 있다고 생각하였다. 그리고, 이러한 목적을 달성하기 위해 다양한 검토를 거듭한 결과, 이하의 지견을 얻었다.
강 성분을 적절하게 제어하고, 또한 열연 전의 가열 온도를 1000 내지 1200℃로 하고, 열연 마무리 온도를 800℃ 이하로 하고, 냉각 속도를 10℃/sec 이상으로 하고, 권취 온도를 550℃ 이하로 함으로써, 열연 중의 전위의 회복을 억제하고, 열연 및 열연판 어닐링 중에 석출되는 석출물을 미세화시킨다. 열연 중 및 열연판 어닐링 중의 석출물이 미세화됨으로써, 먼저 Cr 탄질화물 석출물의 미세화에 의해 ?칭성이 향상되고, ?칭 시에 저온, 단시간의 가열에서도 석출물이 용해되어, 디스크 로터로서 충분한 ?칭 경도를 확보할 수 있다. 또한 Cr 탄질화물 이외의 석출물의 미세화에 의해, 부품으로서 사용 중의 템퍼링 연화 저항이 향상되고, 핫 스탬프 중의 균열을 억제하고, 또한 고온 강도의 저하를 억제할 수 있다. 제품판, 즉 부품으로서 사용하기 전부터 석출물이 존재하고 있으므로, 템퍼링 연화가 발생하지 않는 온도역에서도 고강도가 발휘된다. 또한, 열연 중 및 열연판 어닐링 중의 석출물은 주로 Fe, Ti, Nb, V, Cu, Mo, W, Zr, Ta, Hf 등의 탄질화물, 금속간 화합물 및 금속 Cu이다. 이에 의해, 디스크 로터에 적용 가능한 템퍼링 연화 저항, ?칭성, 성형성, 고온 강도가 우수한 스테인리스 강판을 제공하는 것에 성공하였다.
상기 과제를 해결하는 본 발명의 요지는, 이하와 같다.
(1) 질량％로,
C: 0.001 내지 0.500％,
N: 0.001 내지 0.500％,
Si: 0.01 내지 5.00％,
Mn: 0.010 내지 12.000％,
P: 0.001 내지 0.100％,
S: 0.0001 내지 1.0000％,
Cr: 10.0 내지 35.0％,
Ni: 0.010 내지 5.000％,
Cu: 0.0010 내지 3.0000％,
Mo: 0.0010 내지 3.0000％,
Nb: 0.0010 내지 1.0000％,
V: 0.0010 내지 1.0000％를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불순물이고, 모상에 존재하는 석출물의 평균 입경이 2㎛ 이하이고, 석출물이 0.01 내지 20개/㎛2의 밀도로 존재하고, 하기 식으로 표시되는 ?칭 경도 지표 A가 200 내지 800인 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판.
(2) 상기 Fe의 일부에 대체하여, 질량％로,
Ti: 0.001 내지 1.00％,
B: 0.0001 내지 0.0100％,
Al: 0.001 내지 4.0％,
W: 0.001 내지 3.0％,
Sn: 0.001 내지 1.00％,
Mg: 0.0001 내지 0.0100％,
Sb: 0.001 내지 0.50％,
Zr: 0.001 내지 1.000％,
Ta: 0.001 내지 1.00％,
Hf: 0.001 내지 1.000％,
Co: 0.001 내지 1.00％,
Ca: 0.0001 내지 0.0200％,
REM: 0.001 내지 0.50％,
Ga: 0.0001 내지 0.5000％
의 1종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판.
(3) 1050℃에서의 파단 연신율이 50％ 이상으로 되는 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재된 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판.
(4) (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판이며, 1050℃로 가열 후에 5초 이상 체류시키고, 그 후 수냉하는 핫 스탬프 모의 열처리(이하 단순히 「의사 열처리」라고 함)를 실시하였을 때의 경도에 대하여, 상기 의사 열처리 후에 또한 700℃에서 10분 템퍼링 후의 경도의 저하값이 Hv로 150 이하인 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판.
(5) (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판이며, 1050℃로 가열 후에 5초 이상 체류시키고, 그 후 수냉하는 핫 스탬프 모의 열처리(이하 단순히 「의사 열처리」라고 함)를 실시하였을 때, 재료의 700℃에서의 0.2％ 내력이 50㎫ 이상이 되는 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판.
(6) (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판을 사용하여 이루어지는 브레이크 디스크 로터.
(7) 열연 시의 마무리 온도를 800℃ 이하, 권취 온도를 550℃ 이하로 하는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.
본 발명에 따르면 스테인리스 강판의 ?칭성, 성형성을 향상시키고, 스테인리스 강판을 의사 열처리한 후의 템퍼링 연화 저항, 고온 강도를 향상시켜, 자동차나 이륜차의 디스크 로터에 적합한 재료를 제공하고, 외관의 향상이나 여러 가지 환경에 있어서의 안전한 제동 등에 큰 효과가 얻어진다.
이하, 강 중의 성분 함유량을 규정한 근거에 대하여 이하에 설명한다.
여기서 마르텐사이트계 스테인리스 강판이란, 강판에 ?칭 처리를 실시하였을 때에 있어서 마르텐사이트상이 80면적％ 이상으로 되는 스테인리스 강판을 의미한다. 마르텐사이트계 스테인리스 강판은 열연판(열연 어닐링 전의 스테인리스 강판)에서는 마르텐사이트상, 열연 어닐링판(본 발명의 스테인리스 강판)에서는 페라이트상이 그 대부분을 차지하고, 핫 스탬프에 의한 ?칭 처리 후(본 발명의 브레이크 디스크 로터)에서는, 마르텐사이트상, 또는 마르텐사이트상+페라이트상의 조직이 된다. 또한, 약간 오스테나이트상이 잔류하는 경우도 있다.
이하에 본 발명의 스테인리스 강판의 바람직한 성분 조성(질량％)에 대해서 설명한다.
C는 모상에 고용되어 경도에 큰 영향을 주는 원소이다. 열처리에 의해서는 탄화물을 생성하고, 성형성이나 내식성을 열화시켜, 고온 강도의 저하를 초래하므로 (A)의 함유량으로 하였다. 또한 과도한 저감은 정련 비용의 증가로 이어지므로 (B)의 함유량이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 (C)의 함유량으로 한다.
(A)=0.001 내지 0.500％,
(B)=0.010 내지 0.300％,
(C)=0.030 내지 0.070％.
N은 C와 마찬가지로, 모상에 고용되어 경도에 큰 영향을 주는 원소이다. 열처리에 의해서는 질화물을 생성하고, 성형성이나 내식성을 열화시켜, 고온 강도의 저하를 초래하므로 (A)의 함유량으로 하였다. 또한 과도한 저감은 정련 비용의 증가로 이어지므로 (B)의 함유량이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 (C)의 함유량으로 한다.
(A)=0.001 내지 0.500％,
(B)=0.010 내지 0.100％,
(C)=0.020 내지 0.050％.
Si는 탈산제로서도 유용한 원소임과 함께, 내산화성 및 내고온 염해성을 개선하는 원소이다. 그러나, 과도의 첨가는 상온 연성을 저하시키므로 (A)의 함유량으로 하였다. 단, 산세성이나 인성을 고려하면 (B)의 함유량이 바람직하다. 또한 제조성을 고려하면 (C)의 함유량이 바람직하다.
(A)=0.01 내지 5.00％,
(B)=0.10 내지 1.00％,
(C)=0.20 내지 0.40％.
Mn은 탈산제로서 첨가되는 원소임과 함께, 중온역에서의 고온 강도 상승에 기여한다. 그러나, 과잉 첨가에 의해 고온에서 Mn계 산화물을 표층에 형성하여, 스케일 밀착성 불량이나 이상 산화가 발생하기 쉬워진다. 특히, Mo나 W와 복합 첨가한 경우는, Mn량에 대하여 이상 산화가 발생하기 쉬워지는 경향이 있으므로 (A)의 함유량으로 하였다. 또한, 강판 제조에 있어서의 산세성이나 상온 연성을 고려하면, (B)의 함유량이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 (C)의 함유량으로 한다.
(A)=0.010 내지 12.000％,
(B)=0.400 내지 2.000％,
(C)=1.000 내지 1.500％.
P는 제강 정련 시에 주로 원료로부터 혼입되어 오는 불순물이고, 함유량이 높아지면, 인성이나 용접성이 저하된다. 이 때문에, 최대한 저감하는 것이 바람직하지만, 0.001％ 미만으로 하기 위해서는, 저P 원료의 사용에 의한 비용 상승이 발생하므로, 본 발명에서는 0.001％ 이상으로 한다. 한편, 0.100％ 초과의 함유에 의해 현저하게 경질화하는 것 외에, 내식성, 인성 및 산세성이 열화되므로, 0.100％를 상한으로 한다. 원료 비용을 고려하면 0.008 내지 0.080％가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.010 내지 0.050％로 한다.
S는 내식성이나 내산화성을 열화시키는 원소이지만, Ti나 C와 결합하여 가공성을 향상시킬 뿐만 아니라, Cr이나 Mn 등과 결합함으로써 황화물을 형성하고 윤활성을 발휘하는 원소이다. 그 효과는 0.0001％부터 발현되므로, 하한을 0.0001％로 하였다. 한편, 과도의 첨가에 의해 Ti나 C와 결합하여 고용 Ti량을 저감시킴과 함께 석출물의 조대화를 초래하여, 고온 강도가 저하되므로, 상한을 1.0000％로 하였다. 또한, 정련 비용이나 고온 산화 특성을 고려하면 0.0005 내지 0.0500％가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0.0010 내지 0.0100％로 한다.
Cr은, 본 발명에 있어서, 내산화성이나 내식성 확보를 위해 필수적인 원소이다. 함유량이 적은 경우, 특히 내산화성을 확보할 수 없고, 과잉의 첨가에 의해 가공성의 저하나 인성의 열화를 초래하므로, (A)의 함유량으로 하였다. 또한, 제조성이나 스케일 박리성을 고려하면, (B)의 함유량이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 (C)의 함유량으로 한다.
(A)=10.0 내지 35.0％,
(B)=10.5 내지 15.0％,
(C)=11.0 내지 13.0％.
Ni는 내산화성이나 인성, 고온 강도를 향상시키는 원소이고, 필요에 따라서 첨가하지만, 과잉의 첨가는 고비용이 되므로, (A)의 함유량으로 하였다. 제조성을 고려하면, (B)의 함유량이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 (C)의 함유량으로 한다.
(A)=0.010 내지 5.000％,
(B)=0.030 내지 0.600％,
(C)=0.050 내지 0.080％.
Cu는 내식성 향상에 유효한 원소이다. ε-Cu 석출에 의한 석출 강화에 의해 템퍼링 연화 저항이나 고온 강도를 향상시키지만, 과도의 첨가는 열간 가공성을 저하시키므로, (A)의 함유량으로 하였다. 또한, 열피로 특성, 제조성 및 용접성을 고려하면, (B)의 함유량이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 (C)의 함유량으로 한다.
(A)=0.0010 내지 3.0000％,
(B)=0.0100 내지 2.0000％,
(C)=0.2000 내지 1.6000％.
Mo는 고온에서의 고용 강화에 유효한 원소임과 함께, 템퍼링 연화 저항, 내식성 및 내고온 염해성을 향상시키기 위해 첨가한다. 과잉의 첨가는 상온 연성과 내산화성이 현저하게 열화되므로, (A)의 함유량으로 하였다. 또한, 열피로 특성이나 제조성을 고려하면, (B)의 함유량이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 (C)의 함유량으로 한다.
(A)=0.0010 내지 3.0000％,
(B)=0.0100 내지 1.0000％,
(C)=0.0300 내지 0.5000％.
Nb는 고용 강화 및 미세 석출물의 석출 강화에 의한 템퍼링 연화 저항의 향상이나 고온 강도 향상에 유효한 원소이다. 또한, C나 N을 탄질화물로서 고정하고, 제품판(열연 어닐링판)의 내식성이나 r값에 영향을 미치는 재결정 집합 조직의 발달에 기여하는 역할도 있다. 과잉의 첨가는 현저하게 경질화하는 것 외에, 제조성도 열화시키므로, (A)의 함유량으로 하였다. 또한, 원료 비용이나 인성을 고려하면, (B)의 함유량이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 (C)의 함유량으로 한다.
(A)=0.0010 내지 1.0000％,
(B)=0.0100 내지 0.7000％,
(C)=0.1000 내지 0.5000％.
V는 내식성을 향상시키는 원소이지만, 과잉으로 첨가하면 석출물이 조대화되어 템퍼링 연화 저항이나 고온 강도가 저하되는 것 외에, 내산화성이 열화되므로, (A)의 함유량으로 하였다. 또한, 제조 비용이나 제조성을 고려하면, (B)의 함유량이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 (C)의 함유량으로 한다.
(A)=0.0010 내지 1.0000％,
(B)=0.0030 내지 0.5000％,
(C)=0.1000 내지 0.4000％.
본 발명의 강판은 또한, 성분 함유량으로부터 하기 식으로 표시되는 ?칭 경도 지표 A가 200 내지 800인 것을 특징으로 한다. 하기 식에 있어서, [％ 원소 기호]는 당해 원소의 함유량(질량％)을 의미한다. ?칭 경도 지표 A가 200 이상임으로써, 브레이크 디스크 로터로서 사용하기에 충분한 경도를 얻을 수 있다. ?칭 경도 지표 A가 800 초과이면, ?칭 경도가 과도하게 커져 사용 시에 인성이 부족해진다.
본 발명은 잔부가 Fe 및 불순물이다. 또한 필요에 따라서, 상기 Fe의 일부에 대체하여, 이하의 성분을 함유하는 것으로 해도 된다.
Ti는 C, N, S와 결합하여 내식성, 내입계 부식성, 상온 연성이나 딥 드로잉성을 향상시키는 원소이다. 또한, Nb, Mo와의 복합 첨가에 있어서, 적량 첨가함으로써 열연 어닐링 시의 Nb, Mo의 고용량 증가, 고온 강도의 향상을 초래하여, 템퍼링 연화 저항이나 열피로 특성을 향상시킨다. 그 효과는 0.001％ 이상부터 발현되므로, 하한을 0.001％로 하였다. 한편, 1.00％ 초과의 첨가에 의해, 고용 Ti량이 증가하여 상온 연성이 저하되는 것 외에, 조대한 Ti계 석출물을 형성하여, 구멍 확장 가공 시의 균열의 기점이 되어, 프레스 성형성을 열화시킨다. 또한, 내산화성도 열화되므로, Ti 첨가량은 1.00％ 이하로 하였다. 또한, 표면 손상의 발생이나 인성을 고려하면 0.001 내지 0.20％가 바람직하다.
B는 제품의 프레스 성형 시에 2차 가공성이나 고온 강도, 열피로 특성을 향상시키는 원소이다. B는 Laves상 등의 미세 석출을 초래하고, 이들 석출 강화의 장기 안정성을 발현시켜, 강도 저하의 억제나 열피로 수명의 향상에 기여한다. 이 효과는 0.0001％ 이상에서 발현된다. 한편, 과도의 첨가는 경질화를 초래하여, 입계 부식성과 내산화성을 열화시키는 것 외에, 용접 균열이 발생하므로, 0.0100％ 이하로 하였다. 또한, 내식성이나 제조 비용을 고려하면, 0.0001 내지 0.0050％가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0.0001 내지 0.0020％로 한다.
Al은 탈산 원소로서 첨가되는 것 외에, 내산화성을 향상시키는 원소이다. 또한, 고용 강화 원소로서 고온 강도 향상이나 템퍼링 연화 저항 향상에 유용하다. 그 작용은 0.001％로부터 안정적으로 발현된다. 한편, 과도의 첨가는 경질화하여 균일 신장을 현저하게 저하시키는 것 외에, 인성이 현저하게 저하되므로, 상한을 4.0％로 하였다. 또한, 표면 손상의 발생이나 용접성, 제조성을 고려하면, 0.003 내지 2.0％가 바람직하다.
W도 Mo 마찬가지로, 고온에서의 고용 강화로서 유효한 원소임과 함께, Laves상(Fe2W)을 생성하여 석출 강화의 작용을 초래한다. 특히, Nb나 Mo와 복합 첨가한 경우, Fe2(Nb, Mo, W)의 Laves상이 석출되지만, W를 첨가하면 이 Laves상의 조대화가 억제되어 석출 강화능이 향상되고, 템퍼링 연화 저항도 향상된다. 이것은 0.001％ 이상의 첨가로 작용한다. 한편, 3.0％ 초과의 첨가에서는 비용이 높아짐과 함께, 상온 연성이 저하되기 때문에, 상한을 3.0％로 하였다. 또한, 제조성, 저온 인성 및 내산화성을 고려하면, W 첨가량은 0.001 내지 1.5％가 바람직하다.
Sn은 내식성을 향상시키는 원소이고, 중온역의 고온 강도를 향상시키므로, 필요에 따라서 첨가한다. 이들 효과는 0.001％ 이상에서 발현된다. 한편, 1.00％ 초과 첨가하면 제조성 및 인성이 현저하게 저하되므로, 1.00％ 이하로 하였다. 또한, 내산화성이나 제조 비용을 고려하면, 0.01 내지 0.10％가 바람직하다.
Mg는 탈산 원소로서 첨가시키는 경우가 있는 것 외에, 슬래브의 조직을 미세화시켜, 성형성 향상에 기여하는 원소이다. 또한, Mg 산화물은 Ti(C, N)나 Nb(C, N) 등의 탄질화물의 석출 사이트가 되고, 이들을 미세 분산 석출시키는 효과가 있다. 이 작용은 0.0001％ 이상에서 발현되어, 인성 향상에 기여한다. 단, 과도의 첨가는 용접성, 내식성 및 표면 품질의 열화로 이어지므로, 상한을 0.0100％로 하였다. 정련 비용을 고려하면, 0.0003 내지 0.0010％가 바람직하다.
Sb는 내식성과 고온 강도의 향상에 기여하므로, 필요에 따라서 0.001％ 이상 첨가한다. 0.50％ 초과의 첨가에 의해 강판 제조 시의 슬래브 균열이나 연성 저하가 과도하게 발생하는 경우가 있으므로 상한을 0.50％로 한다. 또한, 정련 비용이나 제조성을 고려하면, 0.01 내지 0.30％가 바람직하다.
Zr은 Ti나 Nb와 마찬가지로 탄질화물 형성 원소이고, 내식성, 딥 드로잉성을 향상시키는 원소이고, 필요에 따라서 첨가한다. 이들 효과는 0.001％ 이상에서 발현된다. 한편, 1.000％ 초과의 첨가에 의해 제조성의 열화가 현저하기 때문에, 1.000％ 이하로 하였다. 또한, 비용이나 표면 품위를 고려하면, 0.001 내지 0.200％가 바람직하다.
Ta 및 Hf는 C나 N과 결합하여 인성의 향상에 기여하므로, 필요에 따라서 0.001％ 이상 첨가한다. 단, 1.00％ 초과의 첨가에 의해 비용 증가가 되는 것 외에, 제조성을 현저하게 열화시키므로, 상한을 1.00％로 한다. 또한, 정련 비용이나 제조성을 고려하면, 0.01 내지 0.08％가 바람직하다.
Co는 고온 강도의 향상에 기여하므로, 필요에 따라서 0.001％ 이상 첨가한다. 1.00％ 초과의 첨가에 의해 인성 열화로 이어지므로, 상한을 1.00％로 한다. 또한, 정련 비용이나 제조성을 고려하면, 0.01 내지 0.10％가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.03％로 한다.
Ca는 탈황을 위해 첨가되는 경우가 있고, 이 효과는 0.0001％ 이상에서 발현된다. 그러나, 0.0200％ 초과의 첨가에 의해 조대한 CaS가 생성되고, 인성이나 내식성을 열화시키므로, 상한을 0.0200％로 하였다. 또한, 정련 비용이나 제조성을 고려하면, 0.0003 내지 0.0020％가 바람직하다.
REM은 다양한 석출물의 미세화에 의한 인성 향상이나 내산화성의 향상의 관점에서 필요에 따라서 첨가되는 경우가 있고, 이 효과는 0.001％ 이상에서 발현된다. 그러나, 0.50％ 초과의 첨가에 의해 주조성이 현저하게 나빠지는 것 외에, 연성의 저하를 초래하는 점에서 상한을 0.50％로 하였다. 또한, 정련 비용이나 제조성을 고려하면, 0.001 내지 0.05％가 바람직하다. REM(희토류 원소)은 일반적인 정의에 따라, 스칸듐(Sc), 이트륨(Y)의 2원소와, 란탄(La)으로부터 루테튬(Lu)까지의 15원소(란타노이드)의 총칭을 가리킨다. 단독으로 첨가해도 되고, 혼합물이어도 된다.
Ga는 내식성 향상이나 수소 취화 억제를 위해, 0.5000％ 이하로 첨가해도 된다. 황화물이나 수소화물 형성의 관점에서 하한은 0.0001％로 하면 바람직하다. 또한, 제조성이나 비용의 관점 그리고, 연성이나 인성의 관점에서 0.0020％ 이하가 바람직하다.
그 밖의 성분에 대하여 본 발명에서는 특별히 규정하는 것은 아니지만, 본 발명에 있어서는 Bi 등을 필요에 따라서, 0.001 내지 0.1％ 첨가해도 된다. 또한, As, Pb 등의 일반적인 유해한 원소나 불순물 원소는 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 성형 시의 생산성(?칭성), 성형성 및 사용 중의 템퍼링 연화 저항과 고온 강도의 관점에서, 제품판(열연 어닐링판)에 있어서의 석출물이 미세하게 존재하는 것이 중요하다. 그를 위해서는 각 원소의 성분을 적절하게 제어하고, 또한 열연 시에 전위를 회복하기 어렵게 하여, 전위를 핵 생성 사이트로 하면 된다. 열연 시의 전위의 회복을 억제하기 위해, 열연의 마무리 온도는 800℃ 이하, 냉각 속도는 10℃/sec 이상, 권취 온도는 550℃ 이하로 한다. 또한 제품판(열연 어닐링판)에 있어서 석출물이 특정 크기, 밀도로 존재할 필요가 있는 것을 알아냈다. 또한 석출물은 Cr 탄질화물 석출물과 그 이외의 석출물로 분류된다. 그 이외의 석출물이란 주로 Fe, Ti, Nb, V, Cu, Mo, W, Zr, Ta, Hf 등의 탄질화물, 금속간 화합물 및 금속 Cu이다.
구체적으로는, 브레이크 디스크 로터용 스테인리스 강판(열연판 어닐링 후)에 있어서, 모상에 존재하는 석출물의 평균 입경이 2㎛ 이하이고, 석출물이 0.01 내지 20개/㎛2의 밀도로 존재하는 것으로 규정한다. 또한 석출물에는 ?칭 열처리의 온도에서 용해되는 것과, 용해되지 않는 것이 있고, Cr 탄질화물은 용해되고, 그 밖의 석출물은 거의 용해되지 않는다.
디스크 로터로의 가공은 핫 스탬프나 고주파 ?칭에 의해 행해지고, 일반적으로 ?칭 열처리를 위한 가열 시간은 생산성을 위해 매우 짧다. 디스크 로터로서 충분한 경도를 얻기 위해서는 단시간의 가열에서도, 열연 중 또는 열연판 어닐링 중에 석출되는 Cr 탄질화물이 용해되고, 고용 C, N을 확보할 수 없으면 안된다. Cr 탄질화물은 미세하게 존재함으로써 용이하게 용해되고 고용 C, N의 확보에 기여하여 ?칭성을 향상시킨다. 모상에 존재하는 석출물의 평균 입경이 2㎛ 이하이고, 석출물이 0.01 내지 20개/㎛2의 밀도로 미세하게 존재함으로써, Cr 탄질화물이 ?칭 열처리의 단시간 가열에서도 용해된다. 평균 입경이 2㎛을 초과하면, ?칭 열처리 시에 단시간의 가열에서는 Cr 탄질화물이 전부 용해되지 않고, 충분한 고용 C, N을 확보할 수 없어, ?칭 경도가 불충분해진다. 가열 시간을 장시간화하면 생산성을 저해하게 된다.
Cr 탄질화물 이외의 석출물은 ?칭 열처리를 위한 가열에서는 거의 용해되지 않고, 성형 및 ?칭이 완료된 제품 중에 미세하게 존재함으로써 전위의 이동을 방해하므로, 템퍼링 연화 저항의 향상, 고온 강도의 저하 억제에 기여한다. 또한, 석출물의 미세화에 의해 가공 중의 균열의 기점이 되기 어려워, 성형성을 향상할 수 있다.
즉, 모상에 존재하는 석출물의 평균 입경이 2㎛ 이하이고, 석출물이 0.01 내지 20개/㎛2의 밀도로 미세하게 존재함으로써, 석출물이 전위의 이동을 효과적으로 방해하여, 템퍼링 연화 저항 및 고온 강도의 향상에 기여한다.
석출물의 평균 입경이 2㎛를 초과하면 전위의 이동 시의 저항이 되기 어려워, 템퍼링 연화 저항 및 고온 강도의 향상에의 기여가 작아진다. 또한 핫 스탬프 시나 사용 시에 있어서의 균열의 기점이 되기 쉬워, 성형성을 저해한다. 석출물의 밀도가 0.01개/㎛2 미만이면 전위의 피닝 간격이 넓어지므로 전위의 이동 저항이 되기 어렵다. 또한 석출물의 밀도가 20개/㎛2 초과이면 강도가 과도하게 향상되어 균열이 발생하기 쉬워진다. 상기로부터 석출물은, 열연판 어닐링 후에 있어서, 모상에 존재하는 석출물의 평균 입경이 2㎛ 이하이고, 석출물이 0.01 내지 20개/㎛2의 밀도로 존재하는 것으로 규정한다.
석출물의 평균 입경은 5㎚ 이상, 1.5㎛ 이하가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 5㎚ 이상, 1.0㎛ 이하이다. 석출물의 밀도는 0.1개/㎛2 이상, 20개/㎛2 이하가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 1개/㎛2 이상, 20개/㎛2 이하이다.
이에 의해 디스크 로터에 적용 가능한 스테인리스 강판을 제공하는 것에 성공하였다.
석출물의 판별 방법으로서는, 투과형 전자 현미경(기종으로서 예를 들어, 니혼덴시제의 200kV 전계 방출형 투과 전자 현미경 JEM2100F) 관찰 및 부속의 EDS 장치(기종으로서 예를 들어, 니혼덴시제의 200kV 전계 방출형 투과 전자 현미경 JEM2100F)에서의 분석을 사용하여 판별할 수 있다. 샘플은 이온 밀링법으로 강판의 두께 방향 t/4 깊이(t는 강판의 두께)를 관찰할 수 있도록 채취하고, 5만배로 임의의 10군데를 관찰하여 분석하였다. 이 배율로, 석출물의 상태를 거의 균일하게 관찰하는 것이 가능하다. 또한, 동 관찰 개소에 있어서, EDS 장치에서 Fe, Cr, Si, Mn, Ti, Nb, V, Cu, Mo, W, Zr, Ta, Hf의 조성을 질량％로 정량화하고, 강판 성분의 첨가량 이상의 값이 검출된 경우에 석출물로 하였다. 석출물의 입경 및 밀도의 산출은, 마찬가지의 방법으로 샘플을 관찰하고, 이들 개소를 관찰한 후에 석출물에만 색칠하여 화상 처리한 후에 NIH사제의 화상 해석 소프트웨어 『ImageJ』를 사용하여 각 입자의 입경을 원 상당 직경으로 산출하고, 5시야의 평균 입경 및 평균 밀도를 산출하였다.
본 발명의 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판은, 1050℃에서의 파단 연신율이 50％ 이상으로 되는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 강판으로서 우수한 성형성을 실현할 수 있다.
본 발명의 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판은, 1050℃로 가열 후에 5초 이상 체류시키고, 그 후 수냉하는 핫 스탬프 모의 열처리(의사 열처리)를 실시하였을 때의 경도에 대하여, 상기 의사 열처리 후에 또한 700℃에서 10분 템퍼링 후의 경도의 저하값이 Hv로 150 이하인 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 브레이크 디스크 로터로서 우수한 템퍼링 연화 저항을 실현할 수 있다.
본 발명의 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판은, 상기 의사 열처리를 실시하였을 때, 재료의 700℃에서의 0.2％ 내력이 50㎫ 이상이 되는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 브레이크 디스크 로터로서 우수한 고온 강도를 실현할 수 있다.
본 발명의 브레이크 디스크 로터는, 상기 본 발명의 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판을 사용하여 이루어진다. 구체적으로는, 본 발명의 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판을 사용하여 핫 스탬프 성형을 행함으로써 브레이크 디스크 로터의 형상으로 성형하고, 핫 스탬프 성형 시의 열처리로 ?칭된다. 우수한 템퍼링 연화 저항과 우수한 고온 강도를 갖고 있다.
다음으로 제조 방법에 대해서 설명한다.
본 발명의 브레이크 디스크 로터용 스테인리스 강판의 제조 방법은, 제강-열간 압연-어닐링-산세의 각 공정으로 이루어진다. 제강에 있어서는, 상기 필수 성분 및 필요에 따라서 첨가되는 성분을 함유하는 강을, 전로 용제하여 계속해서 2차 정련을 행하는 방법이 적합하다. 용제한 용강은, 공지된 주조 방법(연속 주조)에 따라서 슬래브로 한다.
슬래브는 소정의 온도로 가열되고, 소정의 판 두께로 연속 압연으로 열간 압연된다. 열간 압연은 복수 스탠드로 이루어지는 열간 압연기로 압연된 후에 권취된다. 열연 후의 어닐링에서 석출되는 탄질화물을 미세하게 석출시킴으로써 핫 스탬프 시의 단시간의 가열에서도 탄질화물을 모상에 고용시킬 수 있다. 탄질화물을 미세하게 석출시키기 위해서는, 열연 시에 전위를 회복하기 어렵게 하고, 전위를 핵 생성 사이트로 하면 된다. 열연 시의 전위의 회복을 억제하기 위해, 열연의 마무리 온도는 800℃ 이하, 권취 온도는 550℃ 이하로 한다. 바람직하게는, 생산성의 관점에서 처리 온도는 750℃ 이하, 권취 온도는 500℃ 이하로 한다. 더욱 바람직하게는, 마무리 온도는 700℃ 이하, 권취 온도는 450℃ 이하이고, 마무리 온도에 있어서는 700℃ 미만이 보다 바람직하다. 또한 마무리-권취간의 냉각 속도는 10℃/sec 이상 25℃/sec 미만이 바람직하다.
권취된 열연 코일은 어닐링로를 사용하여 소정의 온도에서 어닐링된 후 산세된다. 어닐링 온도는 820℃ 이상 900℃ 이하에서 3시간 이상 5시간 이하로 한다. 산세 방법에 대해서는, 기존의 산세 방법을 적용하면 된다.
이와 같이 하여 제조한 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판은 2.0㎜ 이상 15.0㎜ 이하의 판 두께로 사용하는 것이 가능하다. 브레이크 디스크 로터용의 강성이나 중량 등도 고려하면, 3.0㎜ 이상 13.0㎜ 이하가 바람직하고, 4.1㎜ 이상 9.0㎜ 이하가 보다 바람직하다.
실시예
표 1, 표 2에 나타내는 성분 조성의 강을 용제하여 잉곳으로 주조하고, 잉곳을 열간 압연하여 6㎜ 두께의 열연판으로 하였다. 표 3, 표 4에 나타내는 열연 마무리 온도와 열연 권취 온도를 사용하고, 마무리-권취 사이의 냉각 속도는 12℃/sec로 하였다. 얻어진 열연판을 850℃에서 4시간 유지하고 실온까지 냉각하여 열연판 어닐링판으로 하였다. 표 1, 표 2의 No.A1 내지 A34는 본 발명 강, 표 2의 No.B1 내지 B13은 비교 강이다. 본 발명으로부터 벗어난 수치에 밑줄을 긋고 있다.
핫 스탬프 전의 열연 어닐링판에 대해서, 고온에서의 프레스 성형성을 평가하기 위해, 열연 어닐링판으로부터 압연 방향이 인장 방향이 되도록 고온 인장 시험편을 채취하고, 1050℃에서 인장 시험을 실시하고, 파단 연신율을 측정하였다(JIS G 0567에 준거, 수치는 소수점 이하를 반올림). 여기서, 1050℃에서의 파단 연신율이 50％ 이상이면 해트 형상으로 성형 가능하므로, 1050℃에서의 파단 연신율을 50％ 이상 갖는 것을 합격(표 3, 표 4 중의 「프레스 성형성」에서 「A」 표시를 기재)으로 하였다. 합격이 아니었던 것에 대해서는 표 3, 표 4 중에서 「X」 표시를 기재하였다. 하기 강판의 ?칭성, 핫 스탬프 후의 템퍼링 연화 저항, 고온 강도의 평가에서도 마찬가지이다.
열연 어닐링판에는 1050℃까지 가열 후에 5초 이상 체류시키고, 그 후 수냉하는 핫 스탬프 모의 열처리(이하 단순히 「의사 열처리」라고 함)를 실시하였다. 의사 열처리 후, 강판에 산세를 실시하였다. 의사 열처리 후의 강판의 평가에 의해, 강판의 ?칭성, 핫 스탬프 후의 템퍼링 연화 저항, 고온 강도의 평가를 행하였다.
?칭성을 평가하기 위해, 900℃×1sec 유지 후에 수냉하는 열처리 및 1100℃×1sec 유지 후에 수냉하는 열처리를 실시한 시험편(이하 「900℃ ?칭 열처리재」, 「1100℃ ?칭 열처리재」라고 함)을 제작하여 비커스 경도를 채취하였다(JIS Z 2244에 준거, t/2부, 하중 5kg, n=5의 평균값을 경도로 한다. 수치는 소수점 이하를 반올림). 여기서, 900℃ ?칭 열처리재의 경도와 1100℃ ?칭 열처리재의 경도차가 Hv로 50 이하이면 일반적인 디스크 로터에의 적용이 가능하므로, 900℃ ?칭 열처리재와 1100℃ ?칭 열처리재의 경도차가 Hv로 50 이하인 것을 합격(표 3, 표 4 중의 「?칭성」에서 「A」 표시를 기재)로 하였다.
템퍼링 연화 저항을 평가하기 위해, 의사 열처리재와, 의사 열처리재에 700℃에서 10분의 템퍼링 처리를 실시한 시험편(이하 「템퍼링 연화 처리재」라고 함)을 제작하여 비커스 경도를 채취하였다(JIS Z 2244에 준거, t/2부, 하중 5kg, n=5의 평균값을 경도로 한다. 수치는 소수점 이하를 반올림). 여기서, 의사 열처리재의 경도와 템퍼링 연화 처리재의 경도차가 Hv로 150 이하이면 일반적인 디스크 로터에의 적용이 가능하므로, 의사 열처리재의 경도와 템퍼링 연화 처리재의 경도차가 Hv에서 150 이하인 것을 합격(표 3, 표 4 중의 「템퍼링 연화 저항」에서 「A」 표시를 기재)으로 하였다.
사용 시의 강도를 평가하기 위해 의사 열처리재로부터 압연 방향이 인장 방향이 되도록 고온 인장 시험편을 채취하고, 700℃에서 인장 시험을 실시하고, 0.2％ 내력을 측정하였다(JIS G 0567에 준거, 수치는 소수점 이하를 반올림). 여기서, 700℃에서의 0.2％ 내력이 50㎫ 이상이면, 일반적인 디스크 로터에의 적용 및 박육화가 가능하므로, 700℃에서의 0.2％ 내력이 50㎫ 이상인 것을 합격(표 3, 표 4 중의 「고온 강도」에서 「A」 표시를 기재)으로 하였다.
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
Figure pct00006
표 3, 표 4로부터 명백한 바와 같이, 강판의 ?칭성, 프레스 성형성, 의사 열처리 후의 템퍼링 연화 저항 및 700℃에서의 0.2％ 내력은, 본 발명예가 비교예에 비해 우수하다. 상기의 900℃ ?칭 경도와 1100℃ ?칭 경도의 차, 템퍼링 전후의 경도의 차, 1050℃에서의 파단 연신율, 700℃에서의 0.2％ 내력 중 어느 하나에서도 불합격인 경우, 디스크 로터로서의 적용이 부적당하다고 판단하였다. 이에 의해, 본 발명에서 규정되는 강은, ?칭성, 템퍼링 연화 저항, 성형성, 고온 강도가 우수한 것을 알 수 있다.
비교예 B1, B2는, 각각 C, N 농도가 상한을 벗어나, 조대한 탄질화물이 다량으로 석출되었기 때문에, 의사 열처리에 의해 Cr 탄화물이 충분히 고용되지 않아 템퍼링 연화 저항이 불량이었다. 또한 조대한 탄질화물은 석출 강화에 기여하지 않고, 균열의 기점이 되기도 하므로, 700℃에서의 0.2％ 내력 및 프레스 성형성이 불량이었다.
비교예 B3은 Si 농도가 상한을 벗어났다. Si는 C의 활동도를 높이기 때문에 조대한 탄화물이 석출되어, 템퍼링 연화 저항, 700℃에서의 0.2％ 내력, 프레스 성형성이 부족하였다.
비교예 B4는 Mn 농도가 하한을 벗어나, 700℃에서의 0.2％ 내력이 부족하였다.
비교예 B5는 P 농도가 상한을 벗어나, 조대한 인화물이 다량으로 석출되었기 때문에, 700℃에서의 0.2％ 내력이 부족하였다. 또한 경질화에 의해 프레스 성형성이 부족하였다.
비교예 B6은 S 농도가 상한을 벗어나, Ti계의 석출물을 조대화시켜, 700℃에서의 0.2％ 내력이 부족하였다.
비교예 B7은 Cr 농도가 상한을 벗어나, 조대한 Cr 탄질화물이 다량으로 석출되었기 때문에, ?칭성, 템퍼링 연화 저항, 700℃에서의 0.2％ 내력이 부족하였다. 또한 경질화에 의해 프레스 성형성이 불량하였다.
비교예 B8은 Cu 농도가 하한을 벗어나, Cu 석출이 충분히 발생하지 않고, 석출 강화가 불충분해져 템퍼링 연화 저항 및 700℃에서의 0.2％ 내력이 부족하였다.
비교예 B9, 10, 11은 각각 Mo, Nb, V 농도가 하한을 벗어나, 각 원소를 포함하는 석출물이 충분히 석출되지 않아, 석출 강화가 불충분해져 템퍼링 연화 저항 및 700℃에서의 0.2％ 내력이 부족하였다.
비교예 B12는 열연 마무리 온도 및 열연 권취 온도가 상한을 벗어나, Cr 탄질화물 및 석출물이 과도하게 조대화되어, 템퍼링 연화 저항, 700℃에서의 0.2％ 내력, 프레스 성형성이 불량이었다.
비교예 B13은 Ni 농도가 하한을 벗어나, 700℃에서의 0.2％ 내력이 부족하였다.

Claims (7)

  1. 질량％로,
    C: 0.001 내지 0.500％,
    N: 0.001 내지 0.500％,
    Si: 0.01 내지 5.00％,
    Mn: 0.010 내지 12.000％,
    P: 0.001 내지 0.100％,
    S: 0.0001 내지 1.0000％,
    Cr: 10.0 내지 35.0％,
    Ni: 0.010 내지 5.000％,
    Cu: 0.0010 내지 3.0000％,
    Mo: 0.0010 내지 3.0000％,
    Nb: 0.0010 내지 1.0000％,
    V: 0.0010 내지 1.0000％를 함유하고,
    잔부가 Fe 및 불순물이고, 모상에 존재하는 석출물의 평균 입경이 2㎛ 이하이고, 석출물이 0.01 내지 20개/㎛2의 밀도로 존재하고, 하기 식으로 표시되는 ?칭 경도 지표 A가 200 내지 800인 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 Fe의 일부에 대체하여, 질량％로,
    Ti: 0.001 내지 1.00％,
    B: 0.0001 내지 0.0100％,
    Al: 0.001 내지 4.0％,
    W: 0.001 내지 3.0％,
    Sn: 0.001 내지 1.00％,
    Mg: 0.0001 내지 0.0100％,
    Sb: 0.001 내지 0.50％,
    Zr: 0.001 내지 1.000％,
    Ta: 0.001 내지 1.00％,
    Hf: 0.001 내지 1.000％,
    Co: 0.001 내지 1.00％,
    Ca: 0.0001 내지 0.0200％,
    REM: 0.001 내지 0.50％,
    Ga: 0.0001 내지 0.5000％
    의 1종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    1050℃에서의 파단 연신율이 50％ 이상으로 되는 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판이며, 1050℃로 가열 후에 5초 이상 체류시키고, 그 후 수냉하는 핫 스탬프 모의 열처리(이하 단순히 「의사 열처리」라고 함)를 실시하였을 때의 경도에 대하여, 상기 의사 열처리 후에 또한 700℃에서 10분 템퍼링 후의 경도의 저하값이 Hv로 150 이하인 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판이며, 1050℃로 가열 후에 5초 이상 체류시키고, 그 후 수냉하는 핫 스탬프 모의 열처리(이하 단순히 「의사 열처리」라고 함)를 실시하였을 때, 재료의 700℃에서의 0.2％ 내력이 50㎫ 이상이 되는 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판을 사용하여 이루어지는 브레이크 디스크 로터.
  7. 열연 시의 마무리 온도를 800℃ 이하, 권취 온도를 550℃ 이하로 하는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 브레이크 디스크 로터용 마르텐사이트계 스테인리스 강판의 제조 방법.
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