TWI810810B - 煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板、煞車碟盤轉子、及煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板的製造方法 - Google Patents

煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板、煞車碟盤轉子、及煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板的製造方法 Download PDF

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Abstract

一種煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板，其特徵在於：含有預定成分，並且，存在於母相中且粒徑2μm以下之析出物是以0.01~20個/μm 2之密度來存在。透過熱軋中及熱軋板退火中微細存在析出物，藉此可提升淬火時之生產性，可提升作為零件使用時之抗回火軟化性，可抑制熱壓印中的裂紋，更可抑制高溫強度的降低。藉此便能獲得一種可適用於碟盤轉子且抗回火軟化性、淬火性、成形性、高溫強度優異的麻田散鐵系不鏽鋼板。

Description

煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板、煞車碟盤轉子、及煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板的製造方法
發明領域 本發明是有關於一種淬火性、成形性、抗回火軟化性、高溫強度優異的煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板、煞車碟盤轉子、及煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板的製造方法，並且是有關於下述不鏽鋼，其具有優異生產性、能實現減低襯墊磨耗量、具有穩定硬度，且適合使用在需要薄壁輕量化的碟盤轉子等。
發明背景 廣泛使用碟盤煞車作為煞車系統之一。碟盤煞車具有：與輪胎結合且被稱為碟盤轉子的圓盤狀結構物。藉由煞車襯墊將該碟盤轉子按壓夾緊，透過摩擦將動能轉變成熱能來降低汽車、兩輪車之速度。以下亦將碟盤煞車用碟盤轉子稱為「煞車碟盤轉子」。
在汽車中，就碟盤轉子之材質而言，從熱傳導率、成本等來看，一直是使用片狀石墨鑄鐵(以下稱為鑄鐵)。鑄鐵由於並未添加能使耐蝕性提升的元素，故其耐蝕性差，一放置就馬上產生紅鏽。以往由於碟盤轉子位置低於視線及車輪形狀，故該紅鏽並不太顯目。惟，隨著近年來提升燃油效率之要求而使車輪材質鋁化，又，車輪幅條(spoke)變細因而碟盤轉子變得醒目，進而變得無法忽視碟盤轉子的生鏽，故期望改善碟盤轉子之耐蝕性。
此外，隨著近年來環境規定強化而越加期望提升汽車之燃油效率，為此就必須使碟盤轉子薄壁輕量化。惟，鑄鐵之強度低，又因為鑄造製作在薄壁化上有極限。再加上，據說汽車煞車作動時所到達溫度最高會到將近700℃。又，在山路等頻繁煞車之行駛條件中，到達溫度有時會達300℃。鑄鐵之高溫強度低，並且，薄壁化之後在高溫下並無法確保作為碟盤轉子所需之強度，因而有著無法薄壁輕量化之課題。又，鑄鐵由於是透過鑄造來成型，一旦使碟盤轉子薄壁化，則鑄造流動性會變差，有時會無法成型。
作為耐蝕性優異材料來說有不鏽鋼，在機車等兩輪車中，是廣泛使用麻田散鐵系不鏽鋼之SUS410系材料。這是因為兩輪車的碟盤轉子裸露，容易引人注目而使耐蝕性受到重視。另一方面，不鏽鋼則有熱傳導性比鑄鐵差之課題。在兩輪車中，由於煞車系統裸露而冷卻性優異，因此在一般使用上，即使使用不鏽鋼也無問題。但是，即使是兩輪車，於競速等嚴酷制動情況下，碟盤轉子會被過度加熱而有煞車襯墊之磨耗量增大的課題。
另一方面，就汽車之情況而言，包含輪胎在內的煞車系統是收納在輪罩內，故碟盤轉子難以冷卻。因此，不鏽鋼其熱傳導性低就成為課題之一，不鏽鋼並不適用於汽車之碟盤轉子。不過，近年來EV、FCV、HV車等中，正急速進展採用「再生煞車」，其係將行駛時之動能轉變成電能來加以回收。透過此種應用，碟盤轉子與襯墊摩擦所產生的摩擦熱會減少，因此，即使是熱傳導率比鑄鐵差的不鏽鋼，其可應用性也增大。
妨礙不鏽鋼應用至汽車之碟盤煞車的另一課題是成形性。兩輪車之碟盤轉子為環狀的圓盤形，並且由於是從板狀不鏽鋼進行衝孔加工後，透過高頻淬火來製造，因而並無大幅加工。另一方面，目前汽車的碟盤轉子是一種被稱為帽形狀的這種對圓盤中央進行引伸後的形狀，其透過鑄造來製造。若想以不鏽鋼板作為素材來加工、成形出此種形狀物，就必須進行深引伸加工。但是，兩輪車一直以來所使用的不鏽鋼為麻田散鐵系不鏽鋼，其硬度非常高，而難以對其進行深引伸加工。作為解決該問題的一種方法，近年來是廣泛使用在高溫下進行壓製成形的熱壓印。藉此，即使是不鏽鋼也能精度良好地成形為帽形狀。
在如此之背景下，為了近年來汽車對於美觀或成形性、薄壁輕量化之要求，就必須使碟盤轉子不鏽鋼化。
如前所述，在汽車之情況下，包含輪胎在內的煞車系統是收納在輪罩內，故碟盤轉子難以冷卻，熱傳導性低。又，即使是兩輪車，於競速等嚴酷制動狀況下，碟盤轉子會被過度加熱。惟，麻田散鐵系不鏽鋼保持在高溫下會發生C、N析出或差排回復，發生回火軟化。一旦發生回火軟化，就會有襯墊磨耗量過高之課題。又，碟盤轉子及煞車襯墊發生異常磨耗時，會導致煞車作用變得不穩或變得短命。亦即，為了將麻田散鐵系不鏽鋼應用至汽車之碟盤轉子，就必須應對減低煞車襯墊磨耗量之要求。
關於不鏽鋼製碟盤轉子，有文獻1(特許第4569360號公報)、文獻2(國際公開WO2008/044299號)。此等文獻所記載的鋼，是規定了舊沃斯田鐵粒徑與析出Nb並改善了抗回火軟化性。該文獻是有關於一種改善了600℃下之抗回火軟化性的發明。又，文獻3(國際公開WO2007/122754號)、文獻4(特許第5200332號公報)所記載的鋼，是規定了舊沃斯田鐵粒徑與析出Nb、Cu並改善了抗回火軟化性。該文獻是有關於改善650℃下之抗回火軟化性的發明。又，這些發明也都作為零件來使用，並活用在制動導致暴露於高溫時所析出的析出物。暴露在高溫的時間若為短時間，則有時會無法達到析出所需時間。
發明概要 本發明是有關於一種淬火性、成形性、抗回火軟化性、高溫強度優異的煞車碟盤轉子用不鏽鋼板。本發明所解決課題的對象零件為制動相關零件，尤其是碟盤轉子。
如前所述，關於從不鏽鋼板加工成碟盤轉子，就兩輪車而言，由於並未大幅加工而能以高頻淬火來製造；就汽車用途而言，則是透過高溫下進行壓製的熱壓印來施行。熱壓印用不鏽鋼板是透過熱軋與熱軋板退火來製造。熱壓印之高溫處理還兼具淬火處理。從生產性之觀點來看，淬火熱處理宜為低溫且短時間。惟，以往的麻田散鐵系不鏽鋼中，在製造不鏽鋼板時之熱軋板退火中會析出粗大的Cr碳氮化物。為了獲得作為碟盤轉子所需足夠的硬度，就必須確保固溶C、N。因此，就必須透過淬火熱處理時之高溫來加熱，使不鏽鋼板中析出的粗大的Cr碳氮化物熔解。亦即，現有的麻田散鐵系不鏽鋼在成形時需要透過高溫來加熱，若想提升生產性就必須提升淬火性。現有麻田散鐵系不鏽鋼在生產性上的課題，可舉例如下：即使透過低溫且短時間之熱處理也能使Cr碳氮化物熔解並確保優異淬火性。
汽車之碟盤轉子由於為帽形狀，故對於鋼板會要求成形性。具體而言，在用以成形為帽形狀之熱壓印時，需要高溫下的壓製成形性。
使用鋼板作為煞車碟盤轉子時，需要優異的抗回火軟化性。一般的兩輪車其到達溫度最高為500℃左右，故可適用麻田散鐵系不鏽鋼，不過，四輪車、競速專用兩輪車之煞車碟盤由於到達溫度高，故會顯著發生回火軟化而難以適用。文獻1~4雖揭示了600℃、650℃下的抗回火軟化性，然而不論是任一文獻皆未記載到本發明所需之700℃下的抗回火軟化性。
此外，使用鋼板作為煞車碟盤轉子時，需要優異的高溫強度。關於到達溫度，由於一般市區行駛時為100℃左右，山路行駛時則為300℃左右且最高將近達700℃，為了薄壁化則會要求在中溫區域~高溫區域下的強度。
本發明提供一種煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板、使用其之煞車碟盤轉子、及煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板的製造方法；該煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板在鋼板加工成煞車碟盤轉子時具有優異淬火性、成形性，同時，在使用作為煞車碟盤轉子時具有優異抗回火軟化性、高溫強度。
為了解決上述課題，本案發明人等著眼於不鏽鋼板之析出物進行詳細調查。本發明對象，即煞車碟盤轉子用途所使用之鋼板，是經由熱軋與熱軋板退火來製造。在熱軋階段、熱軋板退火階段，析出物會於鋼板中析出。就析出物而言，存在有Cr碳氮化物、與此以外之成分。這些析出物中，關於Cr碳氮化物析出物，透過適切控制其尺寸及分散狀態，使其在進行加熱來成形時，會在低溫、短時間熔解而提升淬火性，並提升生產性。又，Cr碳氮化物以外之析出物在進行加熱來成形時，並不會熔解，而會微細存在於製品中，藉此，在作為零件使用時，析出物會阻礙差排的回復而提升抗回火軟化性。惟，Cr碳氮化物析出物若粗大，則在熔解上就需要高溫、長時間而會降低生產性。又，Cr碳氮化物以外之析出物若粗大，則在熱壓印成形時及使用時就會變得容易產生裂紋，也不會提升抗回火軟化性，而高溫強度可能會降低。於是可認為，透過適切控制鋼成分及熱軋條件來使鋼板中的此等析出物微細化，結果就能透過提升淬火性而提升生產性，並可抑制熱壓印時之裂紋，作為零件使用時可確保抗回火軟化性，同時抑制高溫強度降低。然後，為了達成相關目的而反覆進行各種檢討，結果獲得以下見解。
適切控制鋼成分，並且將熱軋前之加熱溫度設為1000~1200℃，熱軋精加工溫度設為800℃以下，冷卻速度設為10℃/sec以上，捲取溫度設為550℃以下，藉此會抑制熱軋中差排的回復，使熱軋及熱軋板退火中析出的析出物微細化。透過使熱軋中及熱軋板退火中的析出物微細化，首先，Cr碳氮化物析出物的微細化會提升淬火性，淬火時即使以低溫、短時間加熱而析出物也會熔解，而能確保作為碟盤轉子所需足夠的淬火硬度。又，透過Cr碳氮化物以外之析出物的微細化，可提升作為零件使用時之抗回火軟化性，可抑制熱壓印中的裂紋，更可抑制高溫強度降低。由於作為製品板即零件使用前，析出物就一直存在，因此，即使在不會發生回火軟化之溫度區域也能發揮高強度。另外，熱軋中及熱軋板退火中之析出物主要為Fe、Ti、Nb、V、Cu、Mo、W、Zr、Ta、Hf等的碳氮化物、金屬間化合物及金屬Cu。藉此便能成功提供一種可適用於碟盤轉子且抗回火軟化性、淬火性、成形性、高溫強度優異的不鏽鋼板。
解決上述課題之本發明要點，乃如以下所述。 (1)一種煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板，其特徵在於以質量%計含有： C：0.001~0.500%、N：0.001~0.500%、Si：0.01~5.00%、Mn：0.010~12.000%、P：0.001~0.100%、S：0.0001~1.0000%、Cr：10.0~35.0%、Ni：0.010~5.000%、Cu：0.0010~3.0000%、Mo：0.0010~3.0000%、Nb：0.0010~1.0000%、V：0.0010~1.0000%，且 剩餘部分為Fe及不純物； 存在於母相中之析出物其平均粒徑為2μm以下，析出物以0.01~20個/μm 2之密度來存在； 下述式所示之淬火硬度指標A為200~800； A=2566[%C]+1282[%N]-12[%Si]+4[%Cu]-6[%Mo]-184[%Nb]-125[%V]+239。
(2)如(1)所記載的煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板，其以質量%計進一步含有下述之1種以上來取代前述Fe之一部分： Ti：0.001~1.00%、B：0.0001~0.0100%、Al：0.001~4.0%、W：0.001~3.0%、Sn：0.001~1.00%、Mg：0.0001~0.0100%、Sb：0.001~0.50%、Zr：0.001~1.000%、Ta：0.001~1.00%、Hf：0.001~1.000%、Co：0.001~1.00%、Ca：0.0001~0.0200%、REM：0.001~0.50%、Ga：0.0001~0.5000%。
(3)如(1)或(2)所記載的煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板，其在1050℃下之致斷拉伸率達50%以上。
(4)如(1)至(3)中任1者所記載的煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板，其中，相對於施予熱壓印模擬熱處理(以下僅稱為「擬似熱處理」)後之硬度，在前述擬似熱處理後進一步於700℃進行回火10分鐘後之硬度的降低量以Hv計為150以下；所述擬似熱處理是加熱至1050℃後滯留5秒以上，之後進行水冷。
(5)如(1)至(4)中任1者所記載的煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板，其中，於施予熱壓印模擬熱處理(以下僅稱為「擬似熱處理」)後，材料在700℃下的0.2%偏位降伏強度達50MPa以上；所述擬似熱處理是加熱至1050℃後滯留5秒以上，之後進行水冷。
(6)一種煞車碟盤轉子，是使用如(1)至(5)中任1者所記載的煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板而成者。
(7)一種煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板的製造方法，是製造如(1)至(5)中任1者所記載的煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板的方法，其特徵在於：熱軋時之精加工溫度設為800℃以下，捲取溫度設為550℃以下。
依照本發明，就能提供一種材料，其提升了不鏽鋼板之淬火性、成形性，並提升了不鏽鋼板進行擬似熱處理後的抗回火軟化性、高溫強度，而適合汽車、兩輪車的碟盤轉子，在提升外觀或各種環境下安全的制動方面可獲得顯著的效果。
本發明的實施形態 以下，針對鋼中成分含量之規定根據說明於下。
在此所謂麻田散鐵系不鏽鋼板是指：在對鋼板施予淬火處理後，麻田散鐵相達80面積%以上的不鏽鋼板。關於麻田散鐵系不鏽鋼板，在熱軋板(熱軋退火前之不鏽鋼板)中麻田散鐵相佔其大半，在熱軋退火板(本發明之不鏽鋼板)中則是肥粒鐵相佔其大半，透過熱壓印施行淬火處理後(本發明之煞車碟盤轉子)則會變成麻田散鐵相或者麻田散鐵相+肥粒鐵相的組織。又，有時也會殘留些許沃斯田鐵相。
以下說明本發明之不鏽鋼板適宜的成分組成(質量%)。
C會固溶於母相而是一種對硬度帶來顯著影響的元素。透過熱處理會生成碳化物，且會使成形性、耐蝕性劣化，導致高溫強度降低，故設為(A)的含量。又，過度減低會牽動精煉成本增加，故宜為(B)的含量。更宜設為(C)的含量。 (A)＝0.001~0.500%， (B)＝0.010~0.300%， (C)＝0.030~0.070%。
關於N，其與C同樣會固溶於母相而是一種對硬度帶來顯著影響的元素。透過熱處理會生成氮化物，且會使成形性、耐蝕性劣化，導致高溫強度降低，故設為(A)的含量。又，過度減低會牽動精煉成本增加，故宜為(B)的含量。更宜設為(C)的含量。 (A)＝0.001~0.500%， (B)＝0.010~0.100%， (C)＝0.020~0.050%。
Si作為脫氧劑來說是有用的元素，其同時也是會改善耐氧化性及耐高溫鹽害性的元素。惟，過度添加會使常溫延展性降低，故設為(A)的含量。不過，若考量酸洗性、韌性，則宜為(B)的含量。若進一步考量製造性，則宜為(C)的含量。 (A)＝0.01~5.00%， (B)＝0.10~1.00%， (C)＝0.20~0.40%。
Mn是被添加作為脫氧劑的元素，同時其有助於提高在中溫區域下的高溫強度。惟，添加過量會使Mn系氧化物在高溫下形成於表層，而變得容易產生鏽皮附著性不良、異常氧化。尤其是當複合添加Mo、W時，對於Mn量會有容易產生異常氧化之傾向，故設為(A)的含量。若進一步考量鋼板製造中的酸洗性、常溫延展性，則宜為(B)的含量。更宜設為(C)的含量。 (A)＝0.010~12.000%， (B)＝0.400~2.000%， (C)＝1.000~1.500%。
P主要是在製鋼精煉時從原料混進來的不純物，其含量若增高，則韌性、熔接性會降低。因此，宜盡力減低；不過，若想要使其小於0.001%，便會因為使用低P原料導致成本增加，故在本發明中是設為0.001%以上。另一方面，透過含有大於0.100%會有顯著硬質化之外，耐蝕性、韌性及酸洗性會劣化，故以0.100%設為上限。若考量原料成本，則宜設為0.008~0.080%，更宜設為0.010~0.050%。
S雖是會使耐蝕性、耐氧化性劣化的元素，不過，其不僅會與Ti、C結合而提升加工性，還會與Cr、Mn等結合形成硫化物，是一種會發揮出潤滑性的元素。該效果由於從0.0001%起開始展現出來，故下限設為0.0001%。另一方面，隨著過度添加會與Ti、C結合而使固溶Ti量減低，同時還導致析出物粗大化，使高溫強度降低，故上限設為1.0000%。若進一步考量精煉成本、高溫酸化特性，則宜設為0.0005~0.0500%。更宜設為0.0010~0.0100%。
Cr在本發明中是用以確保耐氧化性、耐蝕性確保所必須的元素。含量低時，尤其無法確保耐氧化性；隨著添加過量會導致加工性降低、韌性劣化，故設為(A)的含量。若進一步考量製造性、鏽皮剝離性，則宜為(B)的含量。更宜設為(C)的含量。 (A)＝10.0~35.0%， (B)＝10.5~15.0%， (C)＝11.0~13.0%。
Ni是會提升耐氧化性或韌性、高溫強度的元素，雖視需要添加，但添加過量會使成本增高，故設為(A)的含量。若考量製造性，則宜為(B)的含量。更宜設為(C)的含量。 (A)＝0.010~5.000%， (B)＝0.030~0.600%， (C)＝0.050~0.080%。
Cu是對於提升耐蝕性的很有效的元素。ε-Cu析出所帶來的析出強化會提升抗回火軟化性、高溫強度，但過度添加則會使熱加工性降低，故設為(A)的含量。若進一步考量熱疲勞特性、製造性及熔接性，則宜為(B)的含量。更宜設為(C)的含量。 (A)＝0.0010~3.0000%， (B)＝0.0100~2.0000%， (C)＝0.2000~1.6000%。
Mo是對於高溫下的固溶強化很有效的元素，同時也會提升抗回火軟化性、耐蝕性及耐高溫鹽害性，因而會予以添加。添加過量會使常溫延展性、耐氧化性顯著劣化，故設為(A)的含量。若進一步考量熱疲勞特性、製造性，則宜為(B)的含量。更宜設為(C)的含量。 (A)＝0.0010~3.0000%， (B)＝0.0100~1.0000%， (C)＝0.0300~0.5000%。
Nb是對於下述很有效的元素：其會透過固溶強化、及微細析出物之析出強化來提升抗回火軟化性、提升高溫強度。其還會將C、N以碳氮化物形式來固定，亦扮演有助於下述再結晶集合組織發達的角色，該再結晶集合組織會對製品板(熱軋退火板)之耐蝕性、r值有影響。添加過量會顯著硬質化之外，製造性也會劣化，故設為(A)的含量。若進一步還考量原料成本、韌性，則宜為(B)的含量。更宜設為(C)的含量。 (A)＝0.0010~1.0000%， (B)＝0.0100~0.7000%， (C)＝0.1000~0.5000%。
V是會提升耐蝕性的元素，但添加過量時，析出物會粗大化而抗回火軟化性、高溫強度會降低，此外耐氧化性還會劣化，故設為(A)的含量。若進一步考量製造成本、製造性，則宜為(B)的含量。更宜設為(C)的含量。 (A)＝0.0010~1.0000%， (B)＝0.0030~0.5000%， (C)＝0.1000~0.4000%。
本發明之鋼板進一步的特徵在於：從成分含量來看，下述式所示之淬火硬度指標A為200~800。在下述式中，[%元素符號]意指：該元素的含量(質量%)。淬火硬度指標A為200以上，藉此能獲得作為煞車碟盤轉子使用時充分的硬度。淬火硬度指標A若大於800，則淬火硬度過度增大而在使用時韌性會變得不足。 A=2566[%C]+1282[%N]-12[%Si]+4[%Cu]-6[%Mo]-184[%Nb]-125[%V]+239
本發明之剩餘部分為Fe及不純物。進一步亦可視需要而含有以下成分來取代前述Fe之一部分。
Ti是一種會與C、N、S結合而提升耐蝕性、耐晶界腐蝕性、常溫延展性或深引伸性的元素。又，在與Nb、Mo的複合添加中，透過適量添加會帶來熱軋退火時Nb、Mo之固溶量增加、高溫強度提升，且會提升抗回火軟化性、熱疲勞特性。該效果是從0.001%以上起開始展現出來，故下限設為0.001%。另一方面，添加大於1.00%會使固溶Ti量增加而使常溫延展性降低，此外還會形成粗大Ti系析出物而成為擴孔加工時裂紋之起點，使得壓製成形性劣化。又，耐氧化性也會劣化，故Ti添加量設為1.00%以下。若進一步考量產生表面瑕疵、韌性，則宜為0.001~0.20%。
B是一種會提升製品在壓製成形時之2次加工性或高溫強度、提升熱疲勞特性的元素。B會帶來Laves相等的微細析出，並使此等的析出強化展現出長期穩定性，而有助於抑制強度降低或有助於提升熱疲勞壽命。該效果在0.0001%以上會展現出來。另一方面，過度添加會帶來硬質化並使晶界腐蝕性與耐氧化性劣化，此外還會產生熔接裂紋，故設為0.0100%以下。若進一步考量耐蝕性、製造成本，則宜為0.0001~0.0050%。更宜為0.0001~0.0020%。
Al除了添加作為脫氧元素之外，其還是會提升耐氧化性的元素。又，作為固溶強化元素而言，其對於提升高溫強度、提升抗回火軟化性很有用。該作用從0.001%開始穩定展現出來。另一方面，添加過量會硬質化而使均一拉伸顯著降低，此外韌性會顯著降低，故上限設為4.0%。若進一步考量產生表面瑕疵或熔接性、製造性，則宜為0.003~2.0%。
關於W，其與Mo同樣是對於高溫下的固溶強化來說很有效的元素，同時其會生成Laves相(Fe 2W)而帶來析出強化作用。尤其在與Nb、Mo來複合添加時，雖會析出Fe 2(Nb, Mo, W)的Laves相，不過若添加W，則可抑制該Laves相之粗大化而提升析出強化能力，也會提升抗回火軟化性。此點在添加0.001%以上時發揮作用。另一方面，添加大於3.0%時，會導致成本增高，同時常溫延展性會降低，故上限設為3.0%。若進一步考量製造性、低溫韌性及耐氧化性，則W添加量宜為0.001~1.5%。
Sn是會提升耐蝕性的元素，其會提升中溫區域的高溫強度，故視需要而添加。此等效果在0.001%以上會展現出來。另一方面，若添加大於1.00%，則製造性及韌性會顯著降低，故設為1.00%以下。若進一步考量耐氧化性、製造成本，則宜為0.01~0.10%。
Mg除了添加作為脫氧元素之外，其會使鋼胚之組織微細化，而是有助於提升成形性的元素。又，Mg氧化物會成為Ti(C, N)、Nb(C, N)等碳氮化物的析出位點，而具有使此等微細分散析出之效果。該作用在0.0001%以上會展現出來並有助於提升韌性。不過，過度添加會牽連至熔接性、耐蝕性及表面品質劣化，故上限設為0.0100%。若考量精煉成本，則宜為0.0003~0.0010%。
Sb有助於提升耐蝕性與高溫強度，故視需要而添加0.001%以上。添加大於0.50%，有時會使鋼板製造時產生鋼胚裂紋或延展性過度降低，故上限設為0.50%。若進一步考量精煉成本、製造性，則宜為0.01~0.30%。
關於Zr，其與Ti、Nb同樣是碳氮化物形成元素，且是提升耐蝕性、深引伸性的元素，視需要而添加。此等效果在0.001%以上會展現出來。另一方面，添加大於1.000%會使製造性顯著劣化，故設為1.000%以下。若進一步考量成本、表面品質，則宜為0.001~0.200%。
關於Ta及Hf，其等會與C、N結合而有助於提升韌性，故視需要而添加0.001%以上。不過，添加大於1.00%會使成本增加，此外還會使製造性顯著劣化，故上限設為1.00%。若進一步考量精煉成本、製造性，則宜為0.01~0.08%。
Co有助於提升高溫強度，故視需要而添加0.001%以上。添加大於1.00%會牽連至韌性劣化，故上限設為1.00%。若進一步考量精煉成本、製造性，則宜為0.01~0.10%。更宜設為0.01~0.03%。
有時會為了脫硫而添加Ca，該效果在0.0001%以上會展現出來。惟，添加大於0.0200%會生成粗大CaS，使韌性、耐蝕性劣化，故上限設為0.0200%。若進一步考量精煉成本、製造性，則宜為0.0003~0.0020%。
從各種析出物微細化來提升韌性、提升耐氧化性之觀點來看，有時會視需要而添加REM，該效果在0.001%以上會展現出來。惟，添加大於0.50%會使鑄造性顯著變差，此外還會帶來延展性降低，從此點來看，將上限設為0.50%。若進一步考量精煉成本、製造性，則宜為0.001~0.05%。關於REM(稀土族元素)，依據一般的定義，是指：鈧(Sc)、釔(Y)這2種元素、以及鑭(La)至鎦(Lu)這15種元素(鑭系元素)的總稱。可單獨添加，亦可為混合物。
Ga會提升耐蝕性、抑制氫脆化，故亦可添加0.5000%以下。從形成硫化物、氫化物之觀點來看，下限宜設為0.0001%。進一步從製造性、成本之觀點，還有延展性、韌性之觀點來看，宜為0.0020%以下。
至於其他成分，在本發明中並不特別規定，不過在本發明中，亦可視需要而添加0.001~0.1%的Bi等。另外，As、Pb等一般有害元素或不純物元素則宜盡可能減低。
在本發明中，從成形時之生產性(淬火性)、成形性、以及使用中之抗回火軟化性與高溫強度的觀點來看，重要的是，製品板(熱軋退火板)中析出物是微細地存在。為此，若適切控制各元素之成分，並且，使差排在熱軋時難以回復，並使差排為成核位置即可。為了抑制差排在熱軋時回復，熱軋之精加工溫度設為800℃以下，冷卻速度設為10℃/sec以上，捲取溫度設為550℃以下。吾人還獲得以下見解：在製品板(熱軋退火板)中析出物必須以特定大小、密度來存在。另外，析出物是分類成：Cr碳氮化物析出物、及此以外之析出物。所謂此以外之析出物，主要是Fe、Ti、Nb、V、Cu、Mo、W、Zr、Ta、Hf等的碳氮化物、金屬間化合物及金屬Cu。
具體而言，在煞車碟盤轉子用不鏽鋼板(熱軋板退火後)中規定：存在於母相中之析出物其平均粒徑為2μm以下，析出物以0.01~20個/μm 2之密度來存在。另外，就析出物來說包含：在淬火熱處理之溫度下會熔解者、及不熔解者；Cr碳氮化物會熔解，其他析出物則幾乎不熔解。
加工成碟盤轉子時，是透過熱壓印、高頻淬火來進行；一般而言，基於生產性，淬火熱處理所用的加熱時間非常短。為了獲得作為碟盤轉子所需足夠的硬度，必須作到：即使以短時間加熱，在熱軋中或在熱軋板退火中所析出的Cr碳氮化物仍會熔解，而能確保固溶C、N。Cr碳氮化物微細地存在，因而容易熔解，並有助於確保固溶C、N而提升淬火性。存在於母相中之析出物其平均粒徑為2μm以下，析出物以0.01~20個/μm 2之密度而微細地存在，藉此，Cr碳氮化物即使以淬火熱處理之短時間加熱也會熔解。平均粒徑若大於2μm，則透過淬火熱處理時之短時間加熱，是沒有辦法使Cr碳氮化物完全熔解，而無法確保充分的固溶C、N，且淬火硬度會變得不足。若使加熱時間變成長時間，就會阻礙生產性。
Cr碳氮化物以外的析出物在淬火熱處理所用的加熱中幾乎不會熔解，並且會微細地存在於成形完成及淬火完成的製品中，從而會阻礙差排移動，因此有助於提升抗回火軟化性、抑制高溫強度降低。又，隨著析出物微細化，會變得難以形成加工中裂紋之起點，而能提升成形性。
亦即，存在於母相中之析出物其平均粒徑為2μm以下，析出物以0.01~20個/μm 2之密度而微細地存在，藉此析出物會有效阻礙差排移動，而有助於提升抗回火軟化性及高溫強度。
析出物之平均粒徑若大於2μm，就難以成為差排移動時阻抗，對於提升抗回火軟化性及高溫強度之助益就會變低。又，熱壓印時或使用時，容易形成裂紋之起點而阻礙成形性。析出物之密度若小於0.01個/μm 2，則釘住差排的間隔變廣因而難以成為差排移動的阻抗。又，析出物之密度若大於20個/μm 2，則強度過度提升而變得容易產生裂紋。如上所述，析出物在熱軋板退火後是規定為：存在於母相中之析出物其平均粒徑為2μm以下，析出物以0.01~20個/μm 2之密度來存在。
析出物之平均粒徑宜為5nm以上且1.5μm以下。更宜為5nm以上且1.0μm以下。析出物之密度宜為0.1個/μm 2以上且20個/μm 2以下。更宜為1個/μm 2以上且20個/μm 2以下。
藉此便能成功提供一種可適用於碟盤轉子的不鏽鋼板。
就析出物之判別方法而言，可使用穿透式電子顯微鏡(機種例如：日本電子製之200kV場發射式穿透電子顯微鏡JEM2100F)進行觀察、及透過其所附屬的EDS裝置(機種例如：日本電子製之200kV場發射式穿透電子顯微鏡JEM2100F)進行分析，藉此即可作判別。樣品則是透過離子銑削法(ion milling method)，以能觀察鋼板厚度方向t/4深度(t為鋼板厚度)之方式來採取，並以5萬倍觀察任意10個部位來分析。以該倍率便能大致均勻觀察析出物之狀態。又，在同一個觀察部位中，透過EDS裝置，將Fe、Cr、Si、Mn、Ti、Nb、V、Cu、Mo、W、Zr、Ta、Hf之組成以質量%計而予以定量化；在檢測出鋼板成分之添加量以上的數值時，當作析出物。關於析出物粒徑及密度的計算，則是以相同方法觀察樣品，在觀察這些部位之後，僅就析出物上色並進行影像處理，之後使用NIH公司製之影像解析軟體『ImageJ』，以等效圓直徑來計算出各粒子之粒徑，並計算出5個視野的平均粒徑及平均密度。
本發明之煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板，其特徵在於：在1050℃下之致斷拉伸率達50%以上。藉此，能實現作為鋼板時優異的成形性。
本發明之煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板，其特徵在於：相對於施予熱壓印模擬熱處理(擬似熱處理)後之硬度，在前述擬似熱處理後進一步於700℃進行回火10分鐘後之硬度的降低量以Hv計為150以下；所述擬似熱處理是加熱至1050℃後滯留5秒以上，之後進行水冷。藉此，能實現作為煞車碟盤轉子時優異的抗回火軟化性。
本發明之煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板，其特徵在於：施予前述擬似熱處理後，材料在700℃下的0.2%偏位降伏強度達50MPa以上。藉此，能實現作為煞車碟盤轉子時優異的高溫強度。
本發明之煞車碟盤轉子是使用上述本發明之煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板而成者。具體而言，是使用本發明之煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板，施行熱壓印成形來成形為煞車碟盤轉子之形狀，並透過熱壓印成形時之熱處理來淬火。其具有優異的抗回火軟化性與優異的高溫強度。
接著，說明製造方法。
本發明之煞車碟盤轉子用不鏽鋼板的製造方法是由製鋼-熱輥軋-退火-酸洗之各步驟所構成。在製鋼中宜為以下方法：轉爐熔煉出含有前述必須成分及視需要添加成分的鋼，接著進行2次精煉。所熔煉出的鋼液依據習知鑄造方法(連續鑄造)作成鋼胚。
關於鋼胚，是加熱至預定溫度，並以連續輥軋進行熱輥軋至預定板厚。關於熱輥軋，是透過複數個軋台所構成之熱輥軋機進行輥軋後，再進行捲取。透過使熱軋後之退火中所析出之碳氮化物微細析出，即使在熱壓印時進行短時間加熱，也能使碳氮化物固溶於母相中。為了使碳氮化物微細析出，只要使差排在熱軋時難以回復並使差排為成核位置即可。為了抑制熱軋時差排的回復，熱軋之精加工溫度設為800℃以下，捲取溫度設為550℃以下。較宜的是，從生產性觀點來看，精加工溫度設為750℃以下，捲取溫度設為500℃以下。更宜的是，精加工溫度設為700℃以下，捲取溫度設為450℃以下，就精加工溫度而言較佳為小於700℃。又，精加工-捲取之間的冷卻速度宜為10℃/sec以上且小於25℃/sec。
關於捲取後的熱軋捲材，是使用退火爐在預定溫度進行退火，之後進行酸洗。退火溫度設為820℃以上且900℃以下，並設為3小時以上且5小時以下。至於酸洗方法，應用現有酸洗方法即可。
以此方式所製造出的煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板，其能夠以2.0mm以上且15.0mm以下之板厚來使用。若也還考量到煞車碟盤轉子用途之剛性、重量等，則宜為3.0mm以上且13.0mm以下，較宜為4.1mm以上且9.0mm以下。 實施例
熔煉出表1、表2所示成分組成的鋼並鑄造成鑄錠，將鑄錠進行熱輥軋而作成厚度6mm的熱軋板。採用表3、4所示熱軋精加工溫度與熱軋捲取溫度，精加工-捲取之間的冷卻速度定為12℃/sec。所獲得之熱軋板在850℃保持4小時再冷卻至室溫而作成熱軋板退火板。表1、表2的No.A1~A34為本發明鋼，表2的No.B1~B13為比較鋼。落於本發明之外的數值劃上底線。
針對熱壓印前之熱軋退火板，為了評價在高溫下的壓製成形性，是以使輥軋方向為抗拉方向之方式，從熱軋退火板採取高溫抗拉試驗片，並在1050℃實施抗拉試驗，測定致斷拉伸率(依據JIS G 0567，數值是將小數點以下作四捨五入)。在此，若1050℃下之致斷拉伸率為50%以上，就能成形為帽形狀，因此，具有1050℃下之致斷拉伸率為50%以上者，定為合格(在表3、表4中之「壓製成形性」記載「A」之印記)。針對不合格者，是在表3、表4中記載「X」之印記。下述鋼板之淬火性、熱壓印後之抗回火軟化性、高溫強度的評價中亦同。
對於熱軋退火板施予熱壓印模擬熱處理(以下僅稱為「擬似熱處理」)，所述擬似熱處理是加熱至1050℃為止之後滯留5秒以上，然後進行水冷。擬似熱處理後，對鋼板施予酸洗。透過評價擬似熱處理後之鋼板，來評價鋼板之淬火性、熱壓印後之抗回火軟化性、高溫強度。
為了評價淬火性，是施行下述熱處理：在900℃×1sec保持後進行水冷的熱處理、及在1100℃×1sec保持後進行水冷的熱處理，製作出試驗片(以下稱為「900℃淬火熱處理材」、「1100℃淬火熱處理材」)，並採取維氏硬度(依據JIS Z 2244，t/2部、荷重5kg、n＝5之平均值定為硬度；數值是將小數點以下作四捨五入)。在此，若900℃淬火熱處理材之硬度與1100℃淬火熱處理材之硬度的差值以Hv計為50以下，就能應用於一般的碟盤轉子，因此，900℃淬火熱處理材與1100℃淬火熱處理材之硬度的差值以Hv計為50以下者，定為合格(在表3、表4中之「淬火性」記載「A」之印記)。
為了評價抗回火軟化性，製作出擬似熱處理材並製作出下述試驗片：對於擬似熱處理材在700℃施予10分鐘的回火處理(以下稱為「回火軟化處理材」)，再採取維氏硬度(依據JIS Z 2244，t/2部、荷重5kg、n＝5之平均值定為硬度；數值是將小數點以下作四捨五入)。在此，若擬似熱處理材之硬度與回火軟化處理材之硬度的差值以Hv計為150以下，就能應用於一般的碟盤轉子，因此，擬似熱處理材之硬度與回火軟化處理材之硬度的差值以Hv計為150以下者，定為合格(在表3、表4中之「抗回火軟化性」記載「A」之印記)。
為了評價使用時之強度，是以使輥軋方向為抗拉方向之方式，從擬似熱處理材採取高溫抗拉試驗片，並在700℃實施抗拉試驗，測定0.2%偏位降伏強度(依據JIS G 0567，數值是將小數點以下作四捨五入)。在此，若在700℃下的0.2%偏位降伏強度為50MPa以上，就能應用於一般的碟盤轉子且能薄壁化，因此，在700℃下的0.2%偏位降伏強度為50MPa以上者，定為合格(在表3、表4中之「高溫強度」記載「A」之印記)。 [表1] [表2] [表3] [表4]
由表3、表4明顯可知，關於鋼板之淬火性、壓製成形性、擬似熱處理後之抗回火軟化性及在700℃下的0.2%偏位降伏強度，相較於比較例，本發明例較為優異。上述900℃淬火硬度與1100℃淬火硬度的差值、回火前後之硬度差值、在1050℃下之致斷拉伸率、在700℃下的0.2%偏位降伏強度中只要任一者不合格時，即判斷為不適合應用作為碟盤轉子。由此可知，本發明所規定之鋼其淬火性、抗回火軟化性、成形性、高溫強度優異。
關於比較例B1、B2，由於C、N濃度分別都超出上限而大量析出粗大碳氮化物，故Cr碳化物經過擬似熱處理仍未充分固溶，抗回火軟化性不佳。又，粗大碳氮化物無助於析出強化，又會成為裂紋起點，故在700℃下的0.2%偏位降伏強度及壓製成形性不佳。
關於比較例B3，其Si濃度超出上限。Si會提高C的活性(activity)，因而會析出粗大碳化物，而抗回火軟化性、在700℃下的0.2%偏位降伏強度、壓製成形性不足。
關於比較例B4，其Mn濃度超出下限，在700℃下的0.2%偏位降伏強度不足。
關於比較例B5，其P濃度超出上限而大量析出粗大磷化物，故在700℃下的0.2%偏位降伏強度不足。還因為硬質化而壓製成形性不足。
關於比較例B6，其S濃度超出上而使Ti系析出物變得粗大，在700℃下的0.2%偏位降伏強度不足。
關於比較例B7，其Cr濃度超出上限而大量析出粗大Cr碳氮化物，故淬火性、抗回火軟化性、在700℃下的0.2%偏位降伏強度不足。還因為硬質化而壓製成形性不佳。
關於比較例B8，其Cu濃度超出下限而未充分發生Cu析出，其析出強化變得不足，而抗回火軟化性及在700℃下的0.2%偏位降伏強度不足。
關於比較例B9、10、11，其等Mo、Nb、V濃度分別超出下限而未充分析出含有各元素的析出物，其析出強化變得不足，而抗回火軟化性及在700℃下的0.2%偏位降伏強度不足。
關於比較例B12，其熱軋精加工溫度及熱軋捲取溫度超出上限，Cr碳氮化物及析出物過度粗大化，而抗回火軟化性、在700℃下的0.2%偏位降伏強度、壓製成形性不佳。
關於比較例B13，其Ni濃度超出下限，而在700℃下的0.2%偏位降伏強度不足。
(無)

Claims (7)

  1. 一種煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板，其特徵在於以質量%計含有：C：0.001~0.500%、N：0.001~0.500%、Si：0.01~5.00%、Mn：0.010~12.000%、P：0.001~0.100%、S：0.0001~1.0000%、Cr：10.0~35.0%、Ni：0.010~5.000%、Cu：0.0010~3.0000%、Mo：0.0010~3.0000%、Nb：0.0010~1.0000%、V：0.0010~1.0000%，且剩餘部分為Fe及不純物；並且存在於母相中之析出物其平均粒徑為2μm以下，析出物以0.01~20個/μm2之密度來存在；下述式所示之淬火硬度指標A為200~800；A=2566[%C]+1282[%N]-12[%Si]+4[%Cu]-6[%Mo]-184[%Nb]-125[%V]+239。
  2. 如請求項1之煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板，其以質量%計進一步含有下述之1種以上來取代前述Fe之一部分：Ti：0.001~1.00%、 B：0.0001~0.0100%、Al：0.001~4.0%、W：0.001~3.0%、Sn：0.001~1.00%、Mg：0.0001~0.0100%、Sb：0.001~0.50%、Zr：0.001~1.000%、Ta：0.001~1.00%、Hf：0.001~1.000%、Co：0.001~1.00%、Ca：0.0001~0.0200%、REM：0.001~0.50%、Ga：0.0001~0.5000%。
  3. 如請求項1或請求項2之煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板，其在1050℃下之致斷拉伸率達50%以上。
  4. 如請求項1或請求項2之煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板，其中，相對於施予熱壓印模擬熱處理(以下僅稱為「擬似熱處理」)後之硬度，在前述擬似熱處理後進一步於700℃進行回火10分鐘後之硬度的降低量以Hv計為150以下；所述擬似熱處理是加熱至1050℃後滯留5秒以上，之後進行水冷。
  5. 如請求項1或請求項2之煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板，其中，於施予熱壓印模擬熱處理(以下僅稱為「擬似熱處理」)後，材料在700℃下的0.2%偏位降伏強度達50MPa以上；所述擬似熱處理是加熱至1050℃後滯留5秒以上，之後進行水冷。
  6. 一種煞車碟盤轉子，是使用如請求項1至請求項5中任1項之煞 車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板而成者。
  7. 一種煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板的製造方法，是製造如請求項1至請求項5中任1項之煞車碟盤轉子用麻田散鐵系不鏽鋼板的方法，其特徵在於：熱軋時之精加工溫度設為800℃以下，捲取溫度設為550℃以下。
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