TW201444985A - 不鏽鋼鋼板 - Google Patents

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Abstract

本發明所提供的不鏽鋼鋼板，係藉由改良成形性，即便由嚴苛加工形成的汽車用煞車碟片亦能製造。本發明的不鏽鋼鋼板係依質量%計含有：C：0.015%以上且未滿0.100%、Si：0.01%以上且1.00%以下、Mn：0.01%以上且2.00%以下、P：0.040%以下、S：0.030%以下、Cr：10.0%以上且未滿14.0%、Ni：0.01%以上且0.70%以下、Al：0.001%以上且0.200%以下、N：0.005%以上且0.080%以下、O：0.0060%以下、B：0.0002%以上且0.0030%以下、以及V：(10×B含有量(%))%以上且0.300%以下，其餘係由Fe及不可避免的雜質所成。

Description

不鏽鋼鋼板
本發明係關於利用淬火(quenching)形成麻田散鐵組織(martensite structure)的不鏽鋼鋼板(stainless steel sheet)。本發明的不鏽鋼鋼板能適當地使用於煞車碟片(brake disc)之製造。
近年，利用淬火形成麻田散鐵組織的不鏽鋼鋼板(以下稱「不鏽鋼鋼板」)，係使用於機車(motorcycles)與腳踏車(bicycles)的煞車碟片。例如專利文獻1、2有揭示能適用為機車與腳踏車之煞車碟片的不鏽鋼鋼板，係利用將鋼成分最佳化，而使經淬火後的回火軟化抵抗(temper softening resistance)優異之不鏽鋼鋼板。
但是，目前汽車用煞車碟片材並非使用不鏽鋼鋼板而是使用鑄鐵(cast iron)。汽車用的形狀係不同於機車用與腳踏車用的形狀，當由板材製造汽車用煞車碟片的情況，必需施行嚴苛的加工(例如變形量較大的加工)。所以，如專利文獻1與2所記載的不鏽鋼鋼板因為加工性不足而無法使用。
但是，因為不鏽鋼鋼板的耐熱性較優於鑄鐵，因而若使用不鏽鋼鋼板，則煞車碟片材可小型化，俾能使汽車輕量化(weight saving)。又，不鏽鋼鋼板除具有較優於鑄鐵的耐熱性之外，尚且耐蝕性(corrosion resistance)較高，不易生鏽。所以，由不鏽鋼鋼板構成的煞車碟片在美觀上亦被認為優秀。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開2002-146489號公報
專利文獻2：日本專利特開2004-346425號公報
本發明係為解決上述問題而完成，目的在於提供：改良成形性，即便由嚴苛加工形成的汽車用煞車碟片亦能製造之不鏽鋼鋼板。
本發明者等為解決上述問題，著眼於製造中的不鏽鋼鋼板之鋼組織、與製造後的不鏽鋼鋼板之鋼組織進行深入鑽研。此處，所謂「製造中的不鏽鋼鋼板之鋼組織」係指鑄造、熱軋等在高溫中進行製造時的肥粒鐵組織(ferrite structure)與沃斯田鐵組織(austenite structure)之雙相組織(dual-phase microstructure)。又，所謂「製造後的不鏽鋼鋼板之鋼組織」係指肥粒鐵組織。前者因為雙相組織的各相會有高溫強度與變形能力的差異，因而特別在熱軋時較容易於晶界(grain boundary)處發生龜裂(crack)。為抑制該龜裂，有在不鏽鋼鋼板中添加B俾強化晶界的方法。但是，因B的添加，會有肥粒鐵組織狀態下的成形性(formability)降低之問題。
本發明者等發現藉由對B添加特定量的V，則利用B添加便可維持防止肥粒鐵組織與沃斯田鐵組織在雙相組織狀態下出現龜裂的效果，並抑制因肥粒鐵組織狀態下的B而導致成形性降低，可獲 得高成形性，遂完成本發明。更具體而言，本發明係提供下述。
(1)一種不鏽鋼鋼板，係可利用淬火形成麻田散鐵組織的不鏽鋼鋼板，其中，依質量%計含有：C：0.015%以上且未滿0.100%、Si：0.01%以上且1.00%以下、Mn：0.01%以上且2.00%以下、P：0.040%以下、S：0.030%以下、Cr：10.0%以上且未滿14.0%、Ni：0.01%以上且0.70%以下、Al：0.001%以上且0.200%以下、N：0.005%以上且0.080%以下、O：0.0060%以下、B：0.0002%以上且0.0030%以下、以及V：(10×B含有量(%))%以上且0.300%以下，其餘係由Fe及不可避免的雜質所成。
(2)如(1)所記載的不鏽鋼鋼板，其中，上述V含有量係(20×B含有量(%))以上且0.200%以下。
(3)如(1)所記載的不鏽鋼鋼板，其中，上述V含有量係(20×B含有量(%))以上且0.050%以下。
(4)如(1)~(3)中任一項所記載的不鏽鋼鋼板，其中，更進一步依質量%計含有從：Nb：0.01%以上且0.40%以下、及Ti：0.010%以上且0.40%以下之中選擇至少1種。
(5)如(1)~(4)中任一項所記載的不鏽鋼鋼板，其中，更進一步依質量%計含有從：Mo：0.01%以上且0.30%以下、Cu：0.01%以上且1.20%以下、及Co：0.01%以上且0.20%以下之中選擇至少1種。
(6)如(1)~(5)中任一項所記載的不鏽鋼鋼板，其中，更進一步依質量%計含有Ca：0.0003%以上且0.0030%以下。
本發明的不鏽鋼鋼板係成形性優異。所以，若使用本發明的不鏽鋼鋼板，即便利用嚴苛加工形成的汽車用煞車碟片亦可製造。
本發明的不鏽鋼鋼板係依質量%計含有：C：0.015%以上且未滿0.100%、Si：0.01%以上且1.00%以下、Mn：0.01%以上且2.00%以下、P：0.040%以下、S：0.030%以下、Cr：10.0%以上且未滿14.0%、Ni：0.01%以上且0.70%以下、Al：0.001%以上且0.200%以下、N：0.005%以上且0.080%以下O：0.0060%以下、B：0.0002%以上且0.0030%以下、以及V：(10×B含有量(%))%以上且0.300%以下，其餘係由Fe及不可避免的雜質所成。以下，針對各成分進行說明。另外，以下所示成分含有量單位的「%」分別係指「質量%」。
C：0.015%以上且未滿0.100%
若C未滿0.015%，便無法獲得經淬火後當作煞車碟片所必要的硬度，使用中容易出現煞車碟片遭磨耗或變形。又，若C含有量達0.100%以上，則淬火後會變為過硬，導致煞車碟片使用時會發生煞車尖銳聲。所以，C含有量係設定為0.015%以上且未滿0.100%的範圍。較佳係0.020%以上且0.083%以下。
Si：0.01%以上且1.00%以下
Si係有效使用為脫氧材(deoxidizing agent)。此項效果係藉由Si含有量達0.01%以上才能獲得。但是，若Si含有量超過1.00%，便會損及成形性。所以，Si含有量係設定為0.01%以上且1.00%以下的範圍。較佳係0.10%以上且0.50%以下。更佳係0.10%以上且0.43%以下。特 佳係0.25%以上且0.30%以下。
Mn：0.01%以上且2.00%以下
Mn係有效使用為脫氧材。此項效果係藉由Mn含有量達0.01%以上才能獲得。又，藉由含有Mn，便可促進高溫下的沃斯田鐵組織生成，俾提升淬火性(hardenability)。但是，若Mn含有量超過2.00%，則耐蝕性會降低。所以，Mn含有量係設定為0.01%以上且2.00%以下的範圍。較佳係0.20%以上且1.80%以下。
P：0.040%以下
若P含有一定量以上，會有熱加工性(hot workability)容易降低的傾向。若熱加工性降低，則煞車碟片的製造趨於困難。所以，P含有量係設定為0.040%以下。較佳係0.030%以下。
S：0.030%以下
若S含有一定量以上，則耐蝕性會降低，因而S含有量係設定在0.030%以下。較佳係0.010%以下。
Cr：10.0%以上且未滿14.0%
Cr係對耐蝕性提升具貢獻的元素。為能獲得此項效果，Cr含有量必需達10.0%以上。然而，若Cr含有量達14.0%以上，則經淬火熱處理後，無法獲得充分量的麻田散鐵組織。所以，Cr量係設定為10.0%以上且未滿14.0%的範圍。較佳係10.5%以上且13.0%以下。
Ni：0.01%以上且0.70%以下
Ni係使耐蝕性提升、且使經淬火後的韌性(toughness)提升。此項效果係藉由Ni含有量達0.01%以上才能獲得。但是，Ni係屬於高價位元素，且若超過0.70%則該等效果便達飽和。所以，Ni量係設定為0.01%以上且0.70%以下的範圍。較佳係0.01%以上且0.40%以下的範圍。更佳係0.01%以上且0.20%以下的範圍。
Al：0.001%以上且0.200%以下
Al係有效使用為脫氧材。此項效果係藉由Al含有量達0.001%以上才能獲得。但是，若Al含有量超過0.200%，則淬火性會降低。所以，Al含有量係設定為0.001%以上且0.200%以下的範圍。較佳係0.001%以上且0.008%以下。
N：0.005%以上且0.080%以下
N係與C同樣地對淬火後的硬度提升具有貢獻。若N含有量未滿0.005%，則經淬火後無法獲得當作煞車碟片用的必要硬度。硬度不足的煞車碟片在使用中容易變形。又，若N含有量超過0.080%，則鑄造時在鋼內部會生成氣泡(blowhole)導致發生表面缺陷(surface defect)。所以，N含有量係設定為0.005%以上且0.080%以下的範圍。
O：0.0060%以下
若含有O則會在鋼中形成夾雜物(inclusion)。若有夾雜物形成，則不鏽鋼鋼板的成形性會降低。所以，將O含有量設定在0.0060%以下。較佳係0.0045%以下。
B：0.0002%以上且0.0030%以下
B係在鑄造時對熱軋時的熱加工性提升具有效的元素。藉由含有達0.0002%以上的B，在肥粒鐵組織結晶粒與沃斯田鐵組織結晶粒的晶界處會有B偏析。藉由此偏析便會提高晶界強度(grain boundary strength)，俾防止熱加工時發生龜裂情形。但是，若含有超過0.0030%的B，則不鏽鋼鋼板的成形性與韌性會降低，故非屬較佳。所以，B含有量係設定為0.0002%以上且0.0030%以下。較佳係0.0002%以上且0.0020%以下。
V：(10×B(B含有量(%)))%以上且0.300%以下
通常藉由B的添加會提升熱加工性，且會提高鋼的強度。但是，藉由B的添加會導致延展性降低。所以，當煞車碟片係在室溫下成形時，會有不鏽鋼鋼板的成形性降低之傾向。V係屬於緩和此種因B對成形性造成不良影響的重要元素。藉由V含有達(10×B)%以上，便會提升不鏽鋼鋼板的成形性。V含有量更佳係達(20×B)%以上。若有添加B，則在晶界與粒內會形成BN。判斷該BN係當室溫下施行加工時會導致成形性降低。藉由V的添加，便會形成VN。藉由該VN，便會減少會對不鏽鋼鋼板成形性造成不良影響的BN，因而判斷會提升成形性。另一方面，含有V超過0.300%的鋼會硬質化，反會導致成形性降低。所以，V量係設定為10×B~0.300%的範圍。較佳係20×B~0.200%。更佳係20×B~0.050%。
除上述必要成分之外，本發明的不鏽鋼鋼板較佳係添加從Nb及Ti之中選擇至少一種。
Nb：0.01%以上且0.40%以下
Nb係提升鋼經淬火後之回火軟化抵抗的元素。此項效果係藉由Nb含有量達0.01%以上才能獲得。但是，若Nb含有量超過0.40%，則淬火後的硬度會降低。所以，當有添加Nb的情況，Nb含有量係設定為0.01%以上且0.40%以下。較佳係0.01%以上且0.10%以下。
Ti：0.01%以上且0.40%以下
Ti係提升鋼經淬火後之耐蝕性的元素。此項效果係藉由Ti含有量達0.01%以上才能獲得。但是，若Ti含有量超過0.40%，則淬火後的硬度會降低。所以，當有添加Ti的情況，Ti含有量係設定為0.01%以上且0.40%以下。較佳係0.01%以上且0.10%以下。
除上述成分之外，本發明的不鏽鋼鋼板中最好更進一步添加從Mo、Cu及Co之中選擇至少一種。
Mo：0.01%以上且0.30%以下
Mo係提升耐蝕性的元素。此項效果係藉由Mo含有量達0.01%以上才能獲得。但是，若Mo含有量超過0.30%，則會抑制高溫下的沃斯田鐵組織生成，導致淬火性降低。所以，當有添加Mo的情況，Mo含有量係設定為0.01%以上且0.30%以下的範圍。較佳係0.01%以上且0.20%以下。更佳係0.01~0.10%。
Cu：0.01%以上且1.20%以下
Cu係提升鋼經淬火後之回火軟化抵抗的元素。此項效果係藉由Cu 含有量達0.01%以上才能獲得。但是，若Cu含有量超過1.20%，則耐蝕性會降低。所以，當有添加Cu的情況，Cu含有量係設定為0.01%~1.20%的範圍。
Co：0.01%以上且0.20%以下
Co係提升韌性的元素。此項效果係藉由Co含有量達0.01%以上才能獲得。另一方面，若Co含有量超過0.20%，則不鏽鋼鋼板的成形性會降低。所以，當有添加Co的情況，Co含有量係設定為0.01%以上且0.20%以下的範圍。
除上述成分之外，本發明的不鏽鋼鋼板中最好更進一步添加Ca。
Ca：0.0003%以上且0.0030%以下
Ca會在熔鋼中形成CaS，抑制因鑄造含Ti之鋼時際產生的TiS而造成噴嘴堵塞情形。此項效果係藉由Ca含有量達0.0003%以上才能獲得。但是，若Ca含有量超過0.0030%，則耐蝕性會降低。所以，當有添加Ca的情況，Ca含有量係設定為0.0003%以上且0.0030%以下的範圍。
其餘係Fe及不可避免的雜質
上述必要成分及上述任意成分以外的其餘部分係Fe及不可避免的雜質。
其次，針對不鏽鋼鋼板的製造方法進行說明。
例如利用轉爐或電爐等製造具有上述成分組成的熔 鋼。接著，將該熔鋼利用VOD(Vacuum Oxygen Decarburization，真空吹氧脫碳)、或AOD(Argon Oxygen Decarburization，氬-氧脫碳)等施行二次精煉，再利用公知鑄造方法形成鋼素材。
然後，將上述鋼素材加熱至1100~1300℃。接著，對經加熱後的鋼素材施行熱軋，形成既定板厚的熱軋鋼板。另外，該熱軋鋼板便是本發明的不鏽鋼鋼板。一般板厚3~8mm左右的熱軋鋼板係使用於煞車碟片的製造。
上述鋼素材在1100~1300℃的加熱中，呈現依體積%計為10~50%肥粒鐵組織、與其餘部分的沃斯田鐵組織。當具有上述雙相組織的情況，因為各相的高溫強度與變形能力差異，導致容易發生晶界龜裂(intercrystalline crack)。為防止此種晶界龜裂，判斷利用900~1100℃下的加熱施行熱軋而形成沃斯田鐵單相組織係屬有效。但是，若熱軋時的加工溫度(working temperature)偏低，則變形阻力(deformation resistance)較大，不得不降低軋縮率(rolling reduction)，所以無法獲得3~8mm的熱軋鋼板。
但是，本發明因為在特定成分組成中含有一定量以上的B，因而經1100~1300℃加熱後，即便施行熱軋的情況，晶界仍被強化，可防止晶界龜裂。
最好將對該熱軋鋼板視需要經施行在700~900℃溫度下保持5~15小時之熱軋板退火者，當作不鏽鋼鋼板。亦可更進一步視需要施行酸洗(pickling)、珠粒噴擊(shot blasting)等，亦可施行脫鏽皮。
另外，亦可將對上述熱軋鋼板施行冷軋後，再施行600~800℃的退火、與視需要的酸洗處理者，當作不鏽鋼鋼板。
依如上述獲得的不鏽鋼鋼板(熱軋鋼板、冷軋鋼板)之鋼 組織，在常溫下係肥粒鐵組織。藉由肥粒鐵組織，便使成形趨於容易。亦可少量肥粒鐵組織以外的相。例如肥粒鐵組織以外，亦可含有麻田散鐵組織與沃斯田鐵組織合計在10體積%以下。
另外，因為鋼素材在高溫狀態下具有上述雙相組織，因而施行上述熱軋時亦是容易發生晶界龜裂。本發明則如上述，因為在特定成分組成中含有一定量以上的B，因而可抑制晶界龜裂。
其次，針對從不鏽鋼鋼板製造煞車碟片的方法進行說明。對不鏽鋼鋼板(冷軋鋼板或熱軋鋼板)利用衝孔加工(punching)等成形為所需形狀。
一般而言，含有一定量(能抑制上述晶界龜裂之程度量)以上B的不鏽鋼鋼板，成形性較低。此現象可認為係因為生成BN所致。本發明因為含有一定量以上的V因而會生成VN，並抑制BN生成，所以可認為能成為成形性優異的不鏽鋼鋼板。
如上述，因為本發明的不鏽鋼鋼板具有優異成形性，因而即便施行嚴苛加工的情況，仍不易發生成形不良。例如即便適用於汽車的帽型(hat type)煞車碟片亦可成形。
帽(hat)型煞車碟片係由中心部位的撐壓部分、與其外周具一定寬度的凸緣狀部分構成。在中心部位的撐壓部分固定於旋轉軸(axis of rotation)，而煞車來令片係壓抵於凸緣狀部分。帽型煞車碟片(hat type)係將圓盤狀(disk-shaped)不鏽鋼鋼板的內周部依朝垂直延伸方式施行加工而製造。本發明的不鏽鋼鋼板不管用途如何，在形成環狀(circularity)不鏽鋼鋼板後，可成形為內側端部朝垂直延伸的形狀。
其次，對依如上述所成形的煞車碟片，施行利用高頻感應加熱(high-frequency induction heating)等加熱至既定淬火溫度後再冷 卻的淬火處理，而調整為所需硬度。利用淬火處理，鋼組織便成為麻田散鐵組織而變硬。
硬度程度係配合用途而異，當汽車用煞車碟片的情況，淬火後的硬度較佳係HRC(Rockwell Hardness C-Scale)20~45。
汽車用煞車碟片的情況，上述淬火處理最好係加熱至從900~1100℃範圍中選擇的既定溫度，再於該溫度下保持30~600秒，再依1~100℃/sec以下的冷卻速度施行冷卻的處理。
另外，一般係將因上述淬火處理而在煞車碟片表面上所生成的鏽皮(scale)，利用珠粒噴擊等予以除去，更視需要在煞車來令片會壓抵地方以外的部分、及衝孔裁剪面(punching shear surface)施行塗裝，最後為能獲得機械精度(mechanical accuracy)，便對上述摩擦部施行機械研削(machining operations)形成製品(煞車碟片)。
[實施例]
以下，針對本發明利用實施例進行具體說明。另外，本發明並不僅侷限於以下實施例。
熔製表1所示成分的鋼，依鋼組織成為肥粒鐵組織的方式，依1200℃施行加熱後，利用熱軋製作板厚5mm的熱軋鋼板。在830℃下施行10小時的退火而漸冷。針對該等熱軋退火板施行以下的評價試驗。
拉伸試驗
從上述熱軋退火板製作標點間距離(gauge length)50mm的JIS5號試驗片，使用該試驗片依夾頭速度(crosshead speed)10mm/min的條件測定斷裂拉伸值(fracture elongation value)。測定結果如表2所示。另外，本發明中，若斷裂拉伸達30%以上，便評為良好。
蘭弗得值(Lankford value)(r值)之測定
與上述拉伸試驗方法同樣實施，在15%應變(strain)時結束，測定平行部(parallel portion)的板寬變化、板厚變化，計算出r值。計算結果如表2所示。另外，本發明中，若蘭弗得值達1.0以上便評為良好。
擴孔試驗
將前端角(point angle)60度的衝孔(punch)壓入直徑10mm衝孔洞(punching hole)中，測定發生龜裂時的擴孔率(hole expansion ratio)(λ)。擴孔率係依下式求取。測定結果如表2所示。另外，本發明中，若λ達140%以上便評為良好。
λ(%)={(d-do)/do}×100
上式中的d係表示發生龜裂時的孔直徑(mm)，do係表示初始的孔直徑(mm)。
熱加工性試驗
將板厚100mm、板寬100mm的鑄片於1200℃下加熱1小時後，利用3軋道施行熱軋直到板厚20mm為止，調查側面(厚20mm×長 200mm範圍)的龜裂狀況。將長5mm以上的龜裂有發現3個以上的鋼評為「×(不合格)」，未滿3個者評為「○(合格)」。
耐蝕性試驗
上述熱軋鋼板在1000℃下加熱1分鐘後，空冷，施行利用0.5%NaCl(35℃)的孔蝕電位測定(pitting potential measurement)。將孔蝕電位為100(mV vs.SCE)者評為「○(合格)」，100(mV vs.SCE)者評為「×(不合格)」。
本發明例相對於比較例之下，斷裂拉伸、r值、及擴孔率(λ)均優異，且具有良好的成形性。若本發明例，即便帽型煞車碟片亦可製造。所以，若將上述熱軋退火板成形為帽型煞車碟片的形狀， 再施行淬火，便可獲得帽型煞車碟片。
(產業上之可利用性)
本發明係關於成形性良好的不鏽鋼鋼板。用途領域係經成形後施行淬火，而依麻田散鐵組織狀態使用的煞車碟片等。不僅適用為機車、腳踏車，就連汽車用(包括電氣汽車(electric vehicle)、油電混合式車輛(hybrid automobile)等)帽形狀等成形較困難的煞車碟片素材亦均可適用。不管熱軋退火板或冷軋退火板均可發揮充分效果。

Claims (6)

  1. 一種不鏽鋼鋼板，係可利用淬火形成麻田散鐵組織的不鏽鋼鋼板，其中，依質量%計含有：C：0.015%以上且未滿0.100%、Si：0.01%以上且1.00%以下、Mn：0.01%以上且2.00%以下、P：0.040%以下、S：0.030%以下、Cr：10.0%以上且未滿14.0%、Ni：0.01%以上且0.70%以下、Al：0.001%以上且0.200%以下、N：0.005%以上且0.080%以下、O：0.0060%以下、B：0.0002%以上且0.0030%以下、以及V：(10×B含有量(%))%以上且0.300%以下，其餘係由Fe及不可避免的雜質所成。
  2. 如申請專利範圍第1項之不鏽鋼鋼板，其中，上述V含有量係(20×B含有量(%))以上且0.200%以下。
  3. 如申請專利範圍第1項之不鏽鋼鋼板，其中，上述V含有量係(20×B含有量(%))以上且0.050%以下。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之不鏽鋼鋼板，其中，更進一步依質量%計含有從：Nb：0.01%以上且0.40%以下、及Ti：0.01%以上且0.40%以下之中選擇至少1種。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之不鏽鋼鋼板，其中，更進一步依質量%計含有從：Mo：0.01%以上且0.30%以下、Cu：0.01%以上且1.20%以下、及Co：0.01%以上且0.20%以下之中選擇至少1種。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之不鏽鋼鋼板，其中，更進一步依質量%計含有Ca：0.0003%以上且0.0030%以下。
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