WO2007129651A1

WO2007129651A1 - 耐銹性に優れたディスクブレーキ用マルテンサイト系ステンレス鋼

Info

Publication number: WO2007129651A1
Application number: PCT/JP2007/059344
Authority: WO
Inventors: Yoshiharu Inoue; Hotaka Homma
Original assignee: Nippon Steel & Sumikin Stainless Steel Corporation
Priority date: 2006-05-01
Filing date: 2007-04-24
Publication date: 2007-11-15
Also published as: CN101321886A; KR101011879B1; JP2007321245A; CN101321886B; JP5191679B2; KR20080011397A

Description

明細書耐銹性に優れたディスクブレーキ用マルテンサイト系ステンレス鋼技術分野

本発明は、二輪車のディスクブレーキ用マルテンサイト系ステンレス鋼に関し、耐銹性に優れたディスクブレーキ用マルテンサイト系ステンレス鋼に関するものである。背景技術

二輪車のディスクブレーキは、耐磨耗性、耐銹性、靱性等の特性が要求される。耐磨耗性は、一般に、硬さが高いほど、大きくなる。一方、硬さが高すぎると、ブレーキとパッドの間で、いわゆる、ブレーキの鳴きが生じるため、ブレーキの硬さは、 32〜38HRC ( J I S Z 2245に準拠。ロックウェル硬さ Cスケール）が求められる。これらの要求特性から、二輪車ディスクブレーキ材料には、マルテンサイト系ステンレス鋼が用いられている。

従来、 SUS420 J 2 ( J I S G 4304規定）を焼入れ焼戻しして所望の硬さに調節し、ブレーキとしていたが、この場合、焼入れと焼戻しの 2つの熱処理工程を必要とする。そこで、特開昭 57— 198249号公報において、それまでの従来鋼より広い焼入れ温度域で、安定して所望の硬さを得る鋼組成が開示された。

これは、成分系を、低 C , N化し、かつ、それによるオーステナイト温度域の縮小、つまり、焼入れ温度域が狭くなることを、ォーステナイト形成元素である Mn添加で補ったものである。

また、特開平 08— 060309号公報において、低 Mil鋼で焼入れままで使用できるオートバイディスクブレーキ用鋼が開示されている。この鋼は、 Milを低下させる代わりに、ォ一ステナイト形成元素として同様の効果を持つ、 Niおよび Cuを添加したものである。

二輪ディスクブレーキ用にマルテンサイト系ステンレス鋼が用いられている理由の 1つは、優れた耐銹性を持っていることである。しかし、 Cr含有量が 12%程度で、 Mnを大量に含有する場合、その耐銹性が十分でない場合がある。例えば、特に厳しい塩化物環境において、その耐銹性が問題となる。これは、鋼中の MnSが発銹起点となっていると言われているが、解明されているわけではない。

特開平 10— 152760号公報には、 Mnを低減して、 Cuを増加することにより、耐銹性を改善する発明が開示されている。さらに、特開 20 00— 026941号公報には、 Πを添加することにより、耐銹性を改善することが開示されている。発明の開示

しかしながら、特開昭 57— 198249号公報、特開平 08— 060309号公報、特開平 10— 号公報、および、特開 2000— 026941号公報に記載の発明では、耐銹性の改善は見られるものの、いまだ十分ではなく、さらに耐銹性を改善した二輪ディスクブレーキ用鋼が求められている。

そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を有利に解決して、耐銹性に優れたディスクブレーキ用マルテンサイト系ステンレス鋼を提供することを目的とする。

本発明の要旨は以下の通りである。

( 1 ) 質量％で、 C : 0, 以上 0. 10%以下、 Sし · 0.05%以上 2 %以下、 Mil： 0.2%以上 2.0%以下、 S ： 0.0】％以下、 N ： 0.005% 以上 0.025%以下、 Cr : 10%以上 14%以下、 N 0, 02%以上 2 %以下、 A1 ： 0.001%以上 0.1%以下、 V ： 0.5%以下、 C + N ： 0.06% 以上 0. 1%以下を含有し、さらに、 P， As, Sb, Biのうちの 1種または 2種以上を、その合計量で、 0.05%以上 0.5%以下含有し、残部 Feおよび不可避的不純物からなり、下記（式 1 ) で表されるァ p が 80以上であることを特徴とする耐銹性に優れたディスクブレーキ用マルテンサイト系ステンレス鋼。

r P = 420 [% C ] + 470 [% N] + 23 [ Ni] + 9 [%Cu] + 7 [ %Mnl - 11.5 [%Cr] - 11.5 [%Si] -52 [%ΑΠ - 12 [%Mo] 一 23 [% V] -47 [%Nb] + 189 … （式 1 )

( 2 ) 質量％で、 C ： 0.01%以上 0.10%以下、 Si： 0.05%以上 2 %以下、 Mn： 0.2%以上 2.0%以下、 S ： 0.01%以下、 N ： 0.005 % 以上 0.025%以下、 Cr： 10%以上 14%以下、 Ni ： 0.02%以上 2 %以下、 A1 ： 0.001%以上 0. 1%以下、 V ： 0.5%以下、 C + N ： 0.06% 以上 0. 1%以下を含有し、さらに、 P : 0, 005%以上 0.05%未満、 Bi ： 0.005%以上 0.05%未満、かつ、 P +Bi ： 0.01%以上 0.05%未満を含有し、残部 Feおよび不可避的不純物からなり、下記（式 1 ) で表される T Pが 80以上であることを特徴とする耐銹性に優れたディスクブレーキ用マルテンサイト系ステンレス鋼。

r P =420 [¾ C ] + 470 [%N] +23 [%Ni] + 9 [%Cu] 4- 7 [ %Mn - 11.5 [ Cr] - 11.5 [%Si] -52. [%A1] 一 12 [%Mo] 一 23 [ V] -47 [%Nb] + 189 … （式 1 )

( 3 ) さらに、質量％で、 Cu： 0.01%以上 2 %以下を含有することを特徴とする前記（ 1 ) または（ 2 ) に記載の耐銹性に優れたデイスクブレーキ用マルテンサイ卜系ステンレス鋼。

( 4 ) さらに、質量％で、 Ti ： 0.01%以上 0.5%以下を含有することを特徴とする前記（ 1 ) 〜（ 3 ) のいずれかに記載の耐銹性に優れたディスクブレーキ用マルテンサイト系ステンレス鋼。

( 5 ) さらに、質量％で、 Mo： 0.01%以上 2 %以下、 Nb： 0.01% 以上 1 %以下のうちの 1種または 2種を含有することを特徴とする前記（ 1 ) 〜（ 4 ) のいずれかに記載の耐銹性に優れたディスクプレーキ用マルテンサイト系ステンレス鋼。

本発明により、優れた耐銹性を有するディスクブレーキ用マルテンサイト系ステンレス鋼を提供することができる。発明を実施するための最良の形態

本発明を実施するための最良の形態と限定条件について、詳細に説明する。

本発明者らは、焼入れままで使用できる二輪車ディスクブレーキ材料について、詳細な検討を行った。その中で、耐銹性に関する検討では、実際に二輪車に装着して使用する時の焼入れ後の耐銹性だけでなく、焼入れ前の耐銹性も重要視した。これは、ディスク製造時に、焼入れ前に発銹することがあつたからである。

ディスクの製造において、ディスク摺動面は研削されるので、焼入れ前の発銹は、問題ない場合がほとんどであるが、ディスクのデザインによっては、研削されない部分が存在する場合がある。その場合、焼入れ前の発銹が問題となる。

焼入れ前後でのディスク材の耐銹性を比較すると、焼入れ前のデイスク材が劣位となるようである。これは、ディスク材では、炭窒化物が多いことによると考えられる。

本発明者らは、塩化物環境での耐銹性を中心に検討し、焼入れ後のみならず、焼入れ前のディスク材の耐銹性を向上する手段の検討を進めた結果、 P， As , Sb, B iの微量添加が、耐銹性を高めることを見出した。すなわち、 P， As , Sb, B iの 1種または 2種以上を、微量添加することにより、塩化物環境での耐銹性が向上することを見出した。この効果は、特に、 Cu, Tiを含まず、 Mn含有量が多い場合に、顕著であるが、 Cuや Tiと組み合わせも有効であることも見出した。さらなる検討の後、 Pと Biの組み合わせでは、極微量の添加においても、この耐銹性向上効果が発現することを確認した。

本発明者らは、以上の知見を基に詳細な検討を進め、発明を完成した。

初めに、各成分に関する限定条件を述べる。なお、％は質量％を意味する。

Cは、焼入れ後、所定の硬さを得るために必須の元素であり、所定の硬度レベルになるように、 Nと組み合わせて添加する。 0. 10% を超えて添加すると、硬度が硬すぎて、ブレーキの鳴き、靭性劣化等の不具合を生じるので、 0. 10%を上限とする。また、 0.01%未満では、硬さを得るために、 Nを過大に添加しなければならないので、 0.01%を下限とする。

Nは、 Cと同様に、焼入れ後に、所定の硬度を得るために必須の元素であり、所定の硬度レベルになるように、 Cと組み合わせて添加する。しかし、 0.025%を超えて添加すると、焼入れ性の低下を招くので、 0.025%を上限とする。また、 Nを 0.005%未満とすることは、製鋼コストの増大を招くので、 0.005 %を下限とする。

C + Nは、焼入れ後の硬さに直接関係する量である。所定の HRC ： 32〜38を得るためには、 0.06%以上 0. 1%以下とする必要がある

Siは、脱酸材として有用であるので、 0.05%以上添加する。しかし、フェライト形成元素として非常に強力であり、 r Pを相互調整するためには、抑制する必要があり、その上限を 2 %とする。コスト低減のため、 Mn， Cu, Ni等のオーステナイト形成元素の合計量を抑制する場合は、その上限は 1 %が好ましい。 Mnは、鋼中に不可避的に含まれる成分であるが、重要なオーステナイト形成元素である。本発明では、 Ni，とともに、高温でのォーステナイト相を確保して、焼入れ性を確保するため、 0.2%以上の添加を必要とする。 2.0%を超えると、本発明をもってしても、耐銹性の劣化が見られるので、 2.0%を上限とする。

Crは、二輪ディスクブレーキ材料として必要な耐銹性を確保するための基本元素であり、その含有量が 10%未満では、本発明をもつてしても、十分な耐銹性を得ることができない。また、 Crは、フエライト形成元素であるため、 14%を超えて添加すると、オーステナイト相生成温度域が縮小し、焼入れ温度域で、マルテンサイト相に変態しないフェライト相が生成し、焼入れ後の硬さを満足することができなくなる。よって、 Cr添加量は、 10%以上 14%以下とする。

Niは、 Mnと同じくオーステナイト形成元素であり、高温でオーステナイト相を確保して、焼入れ性を確保するために有効な元素である。その効果を得るためには、 0.02%以上の添加が必要である。しかし、 Niは高価であるため、製造コスト上は、その含有量をできるだけ抑制した方が好ましく、また、 2 %を超えて添加すると、靭性の低下を招くので、 2 %を上限とする。

A1は、脱酸剤として非常に有用である。その効果を得るためには、 0.001%以上の添加が必要である。しかし、 0.1%を超えると耐銹性の低下が見られるので、 0.1%を上限とする。

Sは、鋼中に不可避的に含まれる成分であるが、本発明で、 0.01 %を超えると、 CaSが生成し易いので、 0.01%を上限とする。また、 Sを 0.001%未満とすることは、製鋼コストの増大を招くので、 0 .001%を下限とすることが好ましい。

Vは、不可避的不純物であるが、加工性を劣化させない 0.5%程度までの含有は、許容される。本発明者らは、 P， As, Sb， Biを微量添加することにより、耐銹性を向上させることができることを見出した。この理由は明確でないが、耐食性を劣化させる MnSと関係があると考えられる。すなわち、 P， As, Sb， Biが、 MnSの析出を抑制していると考えられる。

これらの元素は、単独で添加しても、組み合わせて添加しても、有効であり、 1種または 2種以上添加することにより、耐銹性を向上させることができる。これらの元素は、その効果を発現するためには、合計で 0.05%以上の添加が必要であるが、靭性を確保するため、合計で 0.5%以下とする。

また、 Pと Biの両方を添加すると、相乗効果が現れ、極微量でも、上記耐銹性向上効果が発現することを見出した。この機構については不明であるが、 Pは、 0.005%以上 0.05%未満、 Biは 0.005 %以上 0.05%未満で、 P +Biは、 0.01%以上 0.05%未満とする。 P , Bi それぞれが 0.005%未満であると、耐銹性向上効果が発現しない。 P +Biが 0.05%以上であると、 P， Biそれぞれが単独で耐銹性向上効果を発現し、 P， Biの両方を添加することによる相乗効果が小さくなる。

これらの成分に加えて、 Cu， Ti， Mo, Nbの添加により、さらに、ディスクブレーキ用鋼としての特性を向上させることができる。

は、 Mn, Niと同じく、オーステナイト相を確保し、焼入れ性を確保するために有効な元素である。 Cu添加により、 Mnを低減することができるので、耐銹性が向上する。また、 Cuは、ブレーキ制動発熱によるディスクの軟化を抑制することに効果的である。 0.01%未満の含有量では、添加効果が顕著でなく、 2 %を超えると、靭性が劣化するので、 Cuは、 0.01%以上 2 %以下が好ましい。

Πは、耐銹性を向上させる元素である。 Ti系硫化物を形成して、 MnSの形成を抑制するためと推定している。その効果発現のためには、 0.01%以上の含有が好ましい。しかし、 Πを過剰に添加すると、炭窒化物を形成し、 C， Nを消費するので、好ましくない。したがって、 Tiの上限は、 0.5%が好ましい。

Moは、適量添加により、焼戻し軟化抵抗を顕著に向上させることができる元素である。この機構はいまだ明らかではないが、 Cr炭化物の析出および粗大化を抑制し、高温でも転位運動を抑制可能で、焼戻し軟化抵抗を向上させていると考えられる。しかし、 0.01%未満では添加効果が顕著でないので、下限は 0.01%が好ましい。一方、 2 %を超える添加は、靭性を劣化させるので、上限は 2 %が好ましい。

Nbも、 Nとともに、 0.01%以上の添加で、焼戻し軟化抵抗を顕著に向上させることができる元素である。この機構は、いまだ明らかではないが、 Nbは、 Nと相関が大きく、 Cr窒化物の析出おょぴ粗大化を抑制し、転位運動を抑制し、焼戻し軟化抵抗を向上させていると考えられる。

しかし、 NbNの形で析出し易く、この形で析出すると、 NbNには、強化機能がなく、さらに、 NbNとして Nが消費されることに伴って、 Nの固溶強化効果を減少させるので、また、さらには、焼入れ性を減少させる原因となるので、 1 %を超える過剰の添加は避けるのが好ましい。

さらに、以上の各元素は、その成分範囲の中で、 900〜1100°Cの温度範囲で、安定して焼入れを行うために、次の（式 1 ) で表されるァ Pが、 80以上となるよう相互に調整される必要がある。

r pが 80未満であると、焼入れしてもフェライト相が残り、所定の硬度レベルに達しない場合がある。

7 P = 420 [% C] + 470 [ N] +23 [ Ni] + 9 [%Cu] + 7 [ Mn] 一 11.5 [%Cr] - 11.5 [%Si] -52 [ ΑΠ 一 12 [%Μο] - 23 [ % V ] - 47 [ % Nb] + 1 89 … （式 1 )

焼入れ温度は、高温すぎると、製造時間の増大、コストの増加を招くので、 900 °C以上 1 100°C以下が好ましい。その温度範囲からの焼入れでも、本発明鋼は、所定の硬さ範囲を満足する。

次に、製造方法について、詳細に説明する。

以上述べてきた成分と残部 Feおよび不可避的不純物を含むスラブ、インゴット等の鋼片（以下、単にスラブともいう。）を溶製し、熱間圧延によって、 2〜 8 mm程度の熱延板とした後、 7 50°C〜 900°C の範囲で焼鈍を行って、軟化させた後、酸洗して製品とする。

酸洗せずに、ショットプラストによる仕上げでもよい。また、酸洗せずに、焼鈍ままで製品とする場合もある。

これらは、ディスク製造工程において、ディスク形状に加工された後、 900〜1 100°Cに加熱されてから、焼入れられ、両面を研削されて、ブレーキディスクとなる。実施例

以下、実施例に従って、さらに、詳細に本発明を説明する。

(実施例 1 )

表 1 に示す化学成分を有する、厚み 200iamの鋼片を溶製した後、熱間圧延によって、厚さ 6 mmの熱延板を得た。さらに、 850 °Cまで加熱して徐冷する、軟化焼鈍を施した。

^ β ^ β ^0§

表 1 ：質量％)

*表中 0. 0 (質量％)は、無添加で分析検出限界以下の不可避的不純物としての含有を示す。

表 1 (続き） (質量％)

これらの鋼板から、耐銹性評価試験片、焼入れ性評価試験片を採取し、残りの鋼板には、 950〜 1000°Cで 10分間保持後、水冷する焼入れ処理を施した。

耐銹性評価試験は、試験片両面を、 # 240研磨し、 240時間の塩水噴霧試験（Sa l t Spr ay Tes t： SSTともいう。）（J I S Z 2371準拠）を行い、発銹程度を調査した。発銹しないものを合格、発銹したものを不合格とした。

焼入れ性評価試験は、 850〜1100°Cの温度に 10分間保持した後に、水冷した焼入れ材を、 J IS Z 2245に準拠した、ロックウェル硬さ試験（HRC) で行った。 HRCで 32から 38が合格である。

焼入れ処理を施した鋼板から、各種試験片を採取し、評価試験を行った。焼戻し軟化特性に関しては、 500°Cから 650°Cで 1時間の焼戻しを行った後、焼入れ材の硬さ試験と同様に、ロックウェル試験で評価した。焼戻し後の硬さ力を下回わらない温度を、耐熱温度と規定した。耐熱温度 500°C以上が合格である。

また、耐銹性試験は、焼入れ前の材料と同様に試験片両面を、 # 240研磨し、 240時間の塩水噴霧試験（J I S Z 2371準拠）を行い、発銹程度を調査した。発銹しないものを合格、発銹したものを不合格とした。

表 2に評価結果を示す。 A鋼〜 J鋼は、請求の範囲 1 に記載の本発明鋼であり、焼入れ前後の耐銹性は合格であり、焼入れ硬度および耐熱温度も合格であり、非常に優れた性質を示している。 2

K鋼〜 T鋼は、請求の範囲 2に記載の本発明鋼であり、添加が特徴である。これらの鋼も、焼入れ前後の耐銹性は合格であり、焼入れ硬度および耐熱温度も合格であり、非常に優れた性質を示している。

U鋼〜 Ζ鋼、 ΑΑ鋼〜 AD鋼は、請求の範囲 3に記載の本発明鋼であり、 T i添加が特徴である。これらの鋼も、焼入れ前後の耐銹性は合格であり、焼入れ硬度および耐熱温度も合格であり、非常に優れた性質を示している。

AE鋼〜 AN鋼は、請求の範囲 4に記載の本発明鋼であり、 Mo， Nbの添加が特徴である。これらの鋼も、焼入れ前後の耐銹性は合格である。また、焼入れ硬度も合格である。さらには、 Mo, Nb添加により、耐熱温度が、無添加の鋼に対して上昇しており、非常に優れた性質を示している。

これら本発明鋼に対し、比較鋼である、 AO鋼は、 P， As , Sb, B i の合計量が 0. 05 %未満であるため、耐銹性が劣っている。 AP鋼、 AQ 鋼は、それぞれ、 Cu, T i添加であるため、焼入れ後の耐銹性は合格であるが、 P， As , Sb, B iの合計量が 0. 05 %未満であるため、焼入れ前の耐銹性が劣っている。 AR鋼は、ァ pが 80以下であるため、焼入れ後の硬度が、合格基準に達せず好ましくない。

AS鋼は、 C + Nが多いために、焼入れ後の硬度が合格基準より硬くなり過ぎ、好ましくない。 AT鋼は、 C + Nが少ないため、焼入れ後の硬度が合格基準に達せず、好ましくない。 AU鋼は、 Crが少ないため、耐銹性が劣っている。 AV鋼は、 C rが多いために、 r pが 80以下となり、焼入れ後の硬度が合格基準に達せず、好ましくない。

AW鋼は、 P， As , Sb, B iの合計量が 0. 5 %超であるため、靭性劣化を引き起こし、好ましくない。 AX鋼は、 Mnが多いため、靭性劣化を引き起こし、好ましくない。以上から、本発明鋼は、焼入れ硬度、および、耐熱性を満足しつつ、非常に耐銹性に優れていることが明らかである。

(実施例 2 )

表 3に示す化学成分を有する厚み 200MIの鋼片を溶製した。 Pおよび B iを極微量含む成分系である。 As， Sbは無添加である。その後、実施例 1 と同様の方法で各種評価試験片を作製した。また、実施例 1 と同様の方法で、耐銹性試験、焼入れ性試験、焼戻し軟化試験を行った。評価結果を表 4に示す。

表 3 (質量％)

表 4

BA鋼から BL鋼は、本発明鋼であり、焼入れ前後の耐銹性は合格であり、焼入れ硬度および耐熱温度も合格であり、非常に優れた性質を示している。これに対し、比較鋼である BM鋼は、 Pおよび B i添加量が少なすぎるため、耐銹性向上効果が発現せず、耐銹性が劣っている。

以上から、本発明鋼は、焼入れ硬度、および、耐熱性を満足しつつ、非常に耐銹性に優れていることが明らかである。産業上の利用可能性

本発明により、優れた耐銹性を有するディスクブレーキ用マルテンサイト系ステンレス鋼を提供することができる。したがって、製造者のみならず、本発明鋼を利用する者は、多大な利益を得ることができるので、本発明の工業的価値は、極めて高い。

Claims

1. 質量％で、

C ： 0.01%以上 0.10%以下、

Si ： 0.05%以上 2 %以下、

Mn： 0.2%以上 2.0%以下、

請

S ： 0.01%以下、

N ： 0.005%以上 0.025%以下、

Cr： 10%以上 14%以下、の

i ： 0.02%以上 2 %以下、範

A1 ： 0.001%以上 0.1%以下、囲

V ： 0.5%以下、

C + N ： 0.06%以上 0.1%以下を含有し、

さらに、 P , As, Sb, Biのうちの 1種または 2種以上を、その合計量で、 0.05%以上 0.5%以下含有し、残部 Feおよび不可避的不純物からなり、下記（式 1 ) で表される r Pが 80以上であることを特徵とする耐銹性に優れたディスクブレーキ用マルテンサイト系ステンレス鋼。

r P = 420 [% C] + 470 [%N] +23 [%Ni] + 9 [%Cu] + 7 [ %Mn] - 11.5 [ Cr] - 11.5 [%Si] -52 [%A1] - 12 [%Mo] ― 23 [% V] -47 [%Nb] + 189 … （式 1 )

2. 質量％で、

C ： 0.01%以上 0.10%以下、

Si ： 0.05%以上 2 %以下、

Mn： 0.2%以上 2.0%以下、

S ： 0.01%以下、

N ： 0.005 %以上 0.025 %以下、 Cr： 10%以上 14%以下、

Ni： 0.02%以上 2 %以下、

A1 ： 0.001%以上 0. 1%以下、

V ： 0.5%以下、

C + N : 0.06%以上 0. 1%以下を含有し、

さらに、

P ： 0.005 %以上 0.05%未満、

Bi ： 0.005 %以上 0.05%未満、かつ、

P +Bi ： 0.01%以上 0.05%未満を含有し、残部 Feおよび不可避的不純物からなり、下記（式 1 ) で表される r Pが 80以上であることを特徴とする耐銹性に優れたディスクブレーキ用マルテンサイト系ステンレス鋼。

r P = 420 [% C ] + 470 [% N〕 + 23 [%Ni] + 9 [%Cu] + 7 [ %Mn] - 11.5 [%Cr] - 11.5 [%Si] -52 [%A1] 一 12 [%Mo] 一 23 [% V] -47 [%Nb] + 189 … (式 1 )

3. さらに、質量％で、 Cu： 0.01%以上 2 %以下を含有することを特徴とする請求の範囲 1 または 2に記載の耐銹性に優れたディスクブレーキ用マルテンサイト系ステンレス鋼。

4. さらに、質量％で、 Ti : 0.01%以上 0.5%以下を含有することを特徴とする請求の範囲 1〜 3のいずれかに記載の耐銹性に優れたディスクブレーキ用マルテンサイト系ステンレス鋼。

5. さらに、質量％で、 Mo： 0.01%以上 2 %以下、 Nb : 0.01%以上 1 %以下のうちの 1種または 2種を含有することを特徴とする請求の範囲 1 〜 4のいずれかに記載の耐銹性に優れたディスクブレーキ用マルテンサイト系ステンレス鋼。