WO2009119881A1 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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WO2009119881A1
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steel
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stainless steel
quenching
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井上宜治
寺岡慎一
坂本俊治
秦野正治
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新日鐵住金ステンレス株式会社
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    • C22C38/58Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese

Definitions

  • the present invention relates to martensitic stainless steel for disc brakes of motorcycles, and particularly to martensitic stainless steel having excellent weather resistance.
  • motorcycle disc brakes are required to have excellent characteristics such as wear resistance, weather resistance, and toughness. Abrasion resistance is generally better at higher hardness. On the other hand, if the hardness is too high, a so-called brake squeal occurs between the brake and the pad.
  • martensitic stainless steel is used as a motorcycle disc brake material.
  • S U S 4 2 0 J 2 was quenched and tempered, adjusted to the desired hardness, and used as a brake. In this case, two heat treatment steps, quenching and tempering, are required.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 5 7-1 9 8 2 4 9 discloses a steel composition that stably obtains a desired hardness in a quenching temperature range wider than that of conventional steel. This is a reduction in C and N, and the reduction in the austenite temperature range, that is, the decrease in the quenching temperature range, is compensated by the addition of the austenite forming element Mn. .
  • Japanese Patent Laid-Open No. 8-6 0 3 0 9 discloses that low-Mn steel is quenched and hardened.
  • a steel disc brake steel that can be used as is is disclosed. This steel is made by adding Ni and Cu, which have the same effect as an austenite forming element, instead of reducing M n.
  • martensitic stainless steel as a material for two-fte disk printing is that the steel has excellent weather resistance.
  • the Cr content is about 12% and M n is contained in large amounts.
  • the weather resistance may not be sufficient. This is especially a problem in the harsh chloride environment. It is said that MnS in steel is the starting point for this, but it has not been elucidated.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-155 2 7 60 discloses an invention in which weather resistance is improved by reducing M n and increasing CU.
  • Japanese Patent No. 2 6 94 1 discloses an invention in which weather resistance is improved by adding T i.
  • the gigantic aspect of the present invention is to provide martensitic stainless steel for disc brakes having excellent gun resistance.
  • the gist of the present invention is as follows.
  • N 0. 0 0 5% or more 0.0.50% or less
  • V 1% or less
  • T P defined by the following formula (1) is 80 or more
  • a martensitic stainless steel for disc brakes with excellent weather resistance A martensitic stainless steel for disc brakes with excellent weather resistance.
  • composition according to (1) above further containing 0.5% or less in total by mass% of one or more of P, Sb, and 81 Excellent martensite stainless steel for disc brakes.
  • any one of the above (1) to (4) characterized by containing 1% or 2% by mass%, Mo: 2% or less, and Nb: 1% or less Martensitic high-grade stainless steel for disc brakes with excellent weather resistance.
  • a martensitic stainless steel for disc brakes having excellent weather resistance can be provided.
  • the present inventors have conducted a detailed study on a steel material for a motorcycle disc brake that can be used as it is quenched.
  • the weather resistance we put emphasis not only on the weather resistance after quenching, but also on the weather resistance before quenching when actually mounted on a motorcycle. This is because it occurred during quenching before quenching.
  • the disk sliding surface is ground, so there is almost no problem. However, depending on the disk design, there are parts that are not ground.
  • the inventors of the present invention have studied mainly on the weather resistance in a chloride environment, and as a result of studying means for improving the weather resistance of the disk material not only after quenching but also before quenching, 7 — 3 2 1 2 4 5 As described in the gazette, it was found that the addition of trace amounts of P, A s, S b and B i increases weather resistance. It was. Furthermore, as a result of research, it was found that Sn also has the effect of improving weather resistance.
  • Sn improves weather resistance in a chloride environment. It is also effective to combine with one or more of P, As, Sb, and Bi. However, As is highly toxic and should be used with caution.
  • C is an essential element for obtaining the required hardness after quenching, and is added in combination with N. If added over 0.1%, the hardness will increase too much, causing problems such as brake squealing and deterioration of toughness. Therefore, 0.1% is the upper limit. If C is less than 0.01%, N must be added excessively in order to obtain a predetermined hardness, so 0.01% is made the lower limit.
  • N is an essential element for obtaining a predetermined hardness after quenching, and is added in combination with C. If added over 0.050%, the hardenability will be lowered, so the upper limit is made 0.05%. If N is made less than 0.05%, the steelmaking cost will increase, so 0.05% is made the lower limit.
  • C + N is an amount directly related to the hardness after quenching. 0.06% or more and 0.1% or less in order to obtain a predetermined HR C: 3 2 to 3 8
  • S i is a very powerful element as a ferri cocoon-forming element. It is necessary to suppress the addition amount. Therefore, the addition amount should be 2% or less. In the present invention, S i may not be contained.
  • M n is an element inevitably contained in steel, but is an important austenite forming element. Along with Ni and Cu, it is necessary to add 0.2% or more in order to secure a high steinite phase at high temperature and ensure hardenability. When the added amount exceeds 2.0%, deterioration of weather resistance is observed, so 2.0% is made the upper limit.
  • Cr is a basic element necessary to ensure the weather resistance required for a two-wheel disc brake material. If the content is less than 10%, sufficient weather resistance cannot be obtained, so the lower limit is made 10%. Cr is a ferrite-forming element, so if it is added in excess of 14%, the formation temperature range of the austenite phase decreases, and a ferrite phase that does not transform into the martensite phase is generated in the quenching temperature range. However, after quenching, sufficient hardness cannot be obtained, so the upper limit is 14%.
  • Ni like Mn, is an austenite-forming element, and is an effective element for securing the austenite phase at high temperatures and ensuring hardenability.
  • Ni is an expensive element, we want to suppress its content as much as possible.
  • Ni exceeds 2%, the toughness is reduced, so 2% is the upper limit. In the present invention, Ni may not be contained.
  • a 1 is a very useful element as a deoxidizer. When 1 exceeds 0.1%, deterioration of weather resistance is observed, so 0.1% is the upper limit. In the present invention, A 1 may not be contained.
  • V is an inevitable impurity element, but it is allowed to contain up to about 1%, which does not degrade workability.
  • S is an element inevitably contained in steel. If the content exceeds 0. 0 1 0%, soluble C a S, which is the starting point of initiation, is easily generated. Therefore, the upper limit is 0.0.10%. In order to substantially detoxify the influence of C a S, it is preferably 0.05% or less. If S is less than 0.0 0 1%, the steelmaking cost will be greatly increased, so it is preferable to set the lower limit to 0.0 1%.
  • P is an element inevitably contained in steel and has a tendency to reduce toughness. A small amount is preferable, and the content is less than 0.05%.
  • the present inventors have found that weather resistance is improved by adding a small amount of Sn. The reason for this is unknown, but it is thought that there is a possibility of strengthening the slight amount of Sn force S and the surface passive layer. If it is less than 0.05%, the effect does not appear, and if it exceeds 1%, hot workability may be reduced, so Sn is not less than 0.005% 1% The following. Preferably, it is 0.0 1% or more and 0.7% or less, and more preferably 0.1% or more and 0.5% or less.
  • one or more of P, As, Sb, and Bi can be added in a trace amount to improve weather resistance.
  • As is highly toxic, it is preferable to limit its use, and although it is not added in the present invention, it is acceptable to contain it as an inevitable impurity.
  • the total amount of P, Sb, and Bi is preferably 0.05% or more in order to obtain the effect of addition. If added in excess of 0.5%, the toughness decreases, so the total content is preferably 0.5% or less.
  • C ⁇ , T i, Mo, and Z or N b can be added to further enhance the properties of the disc brake steel.
  • Cu like Mn and Ni, is an element that is effective in securing the austenite phase and ensuring hardenability. Addition of Cu can reduce M n, improving weather resistance. Cu is an element that acts to suppress softening of the disk due to heat generated by braking. Addition If the amount is less than 0.01%, the effect of addition is not remarkable, so 0.01% or more is preferable. However, if it exceeds 2%, the toughness decreases, so 2% or less is preferable.
  • T i is an element that enhances weather resistance. It is estimated that the generation of MnS is suppressed and the weather resistance is improved by the generation of Ti-based sulfides. In order to obtain the improvement effect, addition of 0.01% or more is preferable. However, if T i is added excessively, carbonitrides are formed and C and N are consumed, so the upper limit is 0.5%.
  • Mo is an element that significantly improves the temper softening resistance when added in an appropriate amount. The mechanism of this improvement is not clear, but Mo suppresses the precipitation and coarsening of Cr carbide and suppresses dislocation motion at high temperature, which is thought to improve the temper softening resistance.
  • the addition is less than 0.01%, the effect of addition is not remarkable, so the lower limit is preferably 0.01%. If it exceeds 2%, the toughness decreases, so the upper limit is 2%.
  • Nb is also an important element in the present invention. Addition of an appropriate amount of Nb significantly improves temper softening resistance. Although the mechanism of this improvement is not clear, Nb has a large correlation with N, which suppresses the precipitation and coarsening of Cr nitride and suppresses dislocation movement, and is thought to improve the temper softening resistance.
  • the upper limit is set to 1%, avoiding excessive addition.
  • addition of 0.01% or more is preferable.
  • the following formula (1) is the "casto formula” proposed by castro. It is.
  • the index p defined by the following formula (1) as an index, the present inventors have found that the stability of quenching can be evaluated by rP.
  • ⁇ P is less than 80, even if quenched, the ferrite phase remains and the predetermined hardness level may not be reached.
  • the steel of the present invention can secure a predetermined hardness range even if it is quenched from the temperature range.
  • Steel slabs such as slabs and ingots with the above composition are melted and hot-rolled to form hot-rolled sheets with a thickness of about 2 to 8 mm.
  • This hot-rolled sheet is annealed and softened, and then pickled to obtain a steel sheet for disks. It may be finished with Shot Brass ⁇ without pickling.
  • Steel pieces with a thickness of 200 mm having the composition shown in Table 1 were melted and hot rolled into hot rolled sheets with a thickness of 6 mm.
  • the hot-rolled sheet was softened and annealed by heating to 85 ° C. and gradually cooling. From these steel plates, weather resistance evaluation test pieces and hardenability evaluation test pieces were collected. The remaining steel plates were subjected to a quenching treatment in which they were kept at 95 ° C. to 100 ° C. for 10 minutes and then cooled with water.
  • Scratch resistance is evaluated by the presence or absence of rusting by performing a salt spray test (SST) (conforming to JISZ 2 3 7 1) for 2400 hours on a test piece with both sides polished # 2 40 did. Those that did not occur were accepted and those that did not were accepted.
  • SST salt spray test
  • the hardenability is maintained at a temperature of 85 ° C. to 1 100 ° C. for 10 minutes, followed by water-cooled quenching material and a Rockwell hardness test (HR C) according to JISZ 2 2 4 5 , Evaluated by HR C. In HRC, 3 2 to 3 8 are acceptable.
  • the weather resistance is the same as the material before quenching.
  • the specimen is polished on both sides # 2 40 0 and subjected to a salt spray test for 2400 hours (according to JISZ 2 3 7 1). It was evaluated with. Those that did not occur were accepted, and those that did occur were rejected.
  • Table 2 shows the evaluation results.
  • Steel A to Steel G are steels with varying amounts of Sn.
  • AQ steel comparative steel
  • AQ steel comparative steel
  • a R steel comparative steel
  • C + N the hardness after quenching exceeds the acceptance criteria.
  • a S steel (comparative steel) has low C + N, the hardness after quenching does not meet the standard.
  • AT steel comparative steel
  • AU steel (comparative steel) has a large amount of Cr, a is less than 80 and the hardness after quenching does not reach the acceptance standard.
  • AV steel (comparative steel) has deteriorated toughness because the total amount of P, S b and B i exceeds 0.5%.
  • AW steel (comparative steel) has high Mn, so its toughness has deteriorated.
  • the steel of the present invention is very excellent in weather resistance while satisfying quenching hardness and heat resistance.
  • martensitic stainless steel for disc brakes having excellent weather resistance can be provided. Therefore, according to the present invention, not only a steel manufacturer but also a steel user can obtain a great profit, and the present invention has an extremely high industrial value.

Abstract

質量%で、C:0.01%以上0.10%以下、Si:2%以下、Mn:0.2%以上2.0%以下、S:0.010%以下、P:0.05%未満、N:0.005%以上0.050%以下、Cr:10%以上14%以下、Ni:2%以下、Al:0.1%以下、V:1%以下、C+N:0.06%以上0.1%以下、Sn:0.005%以上1%以下を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなり、さらに、下記式で定義するγp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。γp=420[%C]+470[%N]+23[%Ni]+9[%Cu]+7[%Mn]−11.5[%Cr]−11.5[%Si]−52[%Al]−12[%Mo]−23[%V」−47[%Nb]−49[%Ti]+189

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、 特に、 耐銹性に優れたマルテンサイ 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には、 耐磨耗性、 耐銹性、 靭性等の特 性に優れていることが要求される。 耐磨耗性は、 一般に、 硬さが高 いほど優れている。 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ので、 ブレーキの硬さは
、 3 2〜 3 8 HR C (ロックウェル硬さの 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として、 マ ルテンサイ ト系ステンレス鋼が用いられている。 従来、 S U S 4 2 0 J 2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つの熱処理工程を要するこ とになる。
特開昭 5 7 — 1 9 8 2 4 9号公報には、 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ている。 こ れは、 低 C化、 低 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、 オーステナイ ト 形成元素である M nの添加で補ったものである。
また、 特開平 8 — 6 0 3 0 9号公報には、 低 M n鋼で、 焼入れし たままで使用できるォ―卜バイデイスクブレーキ用鋼が開示されて いる。 この鋼は、 M nを低減する代りに 、 オーステナイ ト形成元素 として 、 同様の効果を持つ、 N i及び C uを添加したものである。 二 fteデイスクプレ キ用の素材として 、 マルテンサイ ト系ステン レス鋼を用いる理由の 1つは 、 該鋼が 、 優れた耐銹性を持っている ことである。
しかし、 C r含有量が 1 2 %程度で、 M nを大量に含有する α
、 耐銹性が十分でない場合がある。 特に、 厳しい塩化物環境に い て、 やや問題となる。 これについては、 鋼中の M n S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 1 0 - 1 5 2 7 6 0号公報には、 M nを低減して、 C Uを 増加することにより、 耐銹性を改善した発明が開示されている □ 特 開 2 0 0 0 ― 2 6 9 4 1号公報には、 T i を添加して、 耐銹性を改 善した発明が開示されている。
特開 2 0 0 7 — 3 2 1 2 4 5号公報には、 P、 A s 、 S b、 B i を微量添加して、 ディスクブレーキ用マルテンサイ ト系ステンレス 鋼の耐銹性を向上させた発明が開示されている。 発明の開示
このように、 二輪ディスクブレーキ用鋼に いては、 耐銹性の改 善が進められてきたが、 いまだ十分でなく、 さらに、 耐銹性を改善 する必要がある。 本発明の巨的は、 優れた耐銃性を有するディスク ブレーキ用マルテンサイ 系ステンレス鋼を提供することである。 本発明の要旨は以下の通 Όである。
( 1 ) 質量%で、
C : 0. 0 1 %以上 0 1 0 %以下、
S i : 2 %以下、 M n : 0. 2 %以上 2. 0 %以下、
S : 0. 0 1 0 %以下、
P : 0. 0 5 %未満
N : 0. 0 0 5 %以上 0. 0 5 0 %以下、
C r : 1 0 %以上 1 4 %以下、
N i : 2 %以下
A 1 : 0. 1 %以下、
V : 1 %以下、
C + N : 0. 0 6 %以上 0. 1 %以下、 及び、
S n : 0. 0 0 5 %以上 1 %以下、
を含み、 残部が F e及び不可避的不純物からなり、 さらに、 下記式 ( 1 ) で定義する T Pが 8 0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 卜系ステンレス鋼。
7 P = 4 2 0 [% C ] + 4 7 0 [% N] + 2 3 [% N i ]
+ 9 [% C u ] + 7 [ % M n ] — 1 1. 5 [% C r ] 一 1 1. 5 [% S i ] - 5 2 [% A 1 ] - 1 2 [% M o ] - 2 3 [% V」 一 4 7 [% N b ] 一 4 9 [% T i ] + 1 8 9
- … ( 1 )
( 2 ) さらに、 質量%で、 P、 S b、 及び、 8 1 の 1種又は 2種 以上を、 合計で 0. 5 %以下含有することを特徴とする前記 ( 1 ) 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。
( 3 ) さらに、 質量%で、 C u : 2 %以下を含有することを特徴 とする前記 ( 1 ) 又は ( 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、 T i : 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、 M o : 2 %以下、 及び、 N b : 1 %以 下の 1種又は 2種を含有することを特徵とする前記 ( 1 ) 〜 ( 4 ) のいずれかに記載の耐銹性に優れたディスクブレーキ用マルテンサ ィ 卜系ステンレス鋼。
本発明により、 優れた耐銹性を備え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、 限定条件について説明す る。
本発明者らは、 焼入れしたままで使用できる二輪車ディスクブレ —キ用の鋼材について、 詳細な検討を行ってきた。 その中で、 耐銹 性に関して、 実際に二輪車に装着して使用する際の、 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、 デイス 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、 殆 ど問題がないが、 ディスクのデザインによっては、 研削されない部 分が存在し、 その場合は、 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、 ディスク材中に炭窒化 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高める手段の検討を 進めた結果、 特開 2 0 0 7 — 3 2 1 2 4 5号公報に記載のとおり、 P、 A s、 S b、 B i の微量添加が、 耐銹性を高めることを見出し た。 さらに、 研究を進めた結果、 S nにも、 同様に、 耐銹性を高め る効果があることを見出した。
即ち、 S nの添加により、 塩化物環境で、 耐銹性が向上する。 ま た、 P、 A s、 S b、 B i の 1種又は 2種以上の添加と組み合わせ ることも有効である。 ただし、 A s は、 毒性が強いので、 その使用 には注意を要する。
また、 この耐銹性向上効果は、 特に、 C u、 T i を含まず、 M n 含有量が多い場合に顕著であるが、 C uや T i と組み合わせた場合 にも有効であることを見出した。
本発明者らは、 以上の知見を基に、 詳細な検討を進め、 本発明を 完成した。
初めに、 成分組成に関する限定条件について説明する。
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、 N と組み合わせて添加する。 0. 1 0 %を超えて添加すると、 硬度が 上昇しすぎて、 ブレーキの鳴き、 靭性の劣化等の不具合が生じるの で、 0. 1 0 %を上限とする。 Cが 0. 0 1 %未満であると、 所定 の硬さを得るため、 Nを過大に添加しなければならないので、 0. 0 1 %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、 Cと組み合わせて添加する。 0. 0 5 0 %を超えて添 加すると、 焼入れ性の低下を招くので、 0. 0 5 0 %を上限とする 。 Nを 0. 0 0 5 %未満にすることは、 製鋼コス トの増大を招くの で、 0. 0 0 5 %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 HR C : 3 2〜 3 8 を得るために、 0. 0 6 %以上 0. 1 %以下とする
S i は、 フェライ 卜形成元素として非常に強力な元素であり、 添 加量を抑制する必要がある。 それ故、 添加量は 2 %以下とする。 本 発明において、 S i は含有しなくてもよい。
M nは、 鋼中に不可避的に含まれる元素であるが、 重要なオース テナイ ト形成元素である。 N i 、 C uとともに、 高温でのォ一ステ ナイ ト相を確保し、 焼入れ性を確保するため、 0. 2 %以上の添加 を必要とする。 添加量が 2. 0 %を超えると、 耐銹性の劣化が見ら れるので、 2. 0 %を上限とする。
C r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 るため必要な基本元素である。 含有量が 1 0 %未満では、 十分な耐 銹性を得ることができないので、 1 0 %を下限とする。 C rは、 フ ェライ ト形成元素であるので、 1 4 %を超えて添加すると、 オース テナイ 卜相の生成温度域が縮小して、 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、 十分な硬さを 得ることができないので、 1 4 %を上限とする。
N i は、 M n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のに有効な元素 である。 しかし、 N i は高価な元素であるので、 含有量は、 できる だけ抑制したい。 また、 N i が 2 %を超えると、 靭性の低下を招く ので、 2 %を上限とする。 本発明において、 N i は、 含有しなくて もよい。
A 1 は、 脱酸剤として非常に有用な元素である。 1 が 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 。 本発明において、 A 1 は、 含有しなくてもよい。
Vは、 不可避的不純物元素であるが、 加工性を劣化させない 1 % 程度までの含有は許容される。
Sは、 鋼中に不可避的に含まれる元素である。 0. 0 1 0 %を超 えて含有すると、 発銹起点となる可溶性の C a Sが生成し易くなる ので、 0. 0 1 0 %を上限とする。 C a Sの影響を実質的に無害化 するためには、 0. 0 0 5 %以下が好ましい。 Sを 0. 0 0 1 %未 満とすることは、 製鋼コス トの非常な増大を招くので、 0. 0 0 1 %を下限とすることが好ましい。
Pは、 鋼中に不可避的に含まれ、 靭性を低下させる傾向をもつ元 素である。 少量が好ましく、 含有量は 0. 0 5 %未満とする。
本発明者らは、 S nの微量添加で、 耐銹性が向上することを見出 した。 この理由は不明であるが、 微量の S n力 S、 表層の不動態層を 強化している可能性があると考えられる。 0. 0 0 5 %未満である と、 その効果が発現せず、 1 %を超えると、 熱間加工性が低下する 可能性があるので、 S nは、 0. 0 0 5 %以上 1 %以下とする。 好 ましくは、 0. 0 1 %以上 0. 7 %以下であり、 より好ましくは、 0. 1 %以上 0. 5 %以下である。
これらの元素に加えて、 P、 A s、 S b、 B i の 1種又は 2種以 上を微量添加して、 耐銹性を高めることができる。 ただし、 A s は 毒性が強いので、 使用を制限することが好ましく、 本発明では添加 しないが、 不可避的不純物として含有する程度の量は許容する。
P、 S b、 B i の添加量は、 添加効果を得るため、 合計で、 0. 0 5 %以上が好ましい。 0. 5 %を超えて添加すると、 靭性が低下 するので、 合計で 0. 5 %以下が好ましい。
これらの元素に加えて、 C υ、 T i 、 M o、 及び Z又は、 N bを 添加して、 ディスクブレーキ用鋼の特性を、 さらに高めることがで きる。
C uは、 M n、 N i と同じく、 オーステナイ ト相を確保して、 焼 入れ性を確保するのに有効な元素である。 C u添加により、 M nを 低減できるので、 耐銹性が向上する。 また、 C uは、 ブレーキ制動 発熱によるディスクの軟化を抑制する作用をなす元素である。 添加 量が 0. 0 1 %未満では、 添加効果が顕著でないので、 0. 0 1 % 以上が好ましい。 しかし、 2 %を超えると、 靭性が低下するので、 2 %以下が好ましい。
T i は、 耐銹性を高める元素である。 T i 系硫化物が生成するこ とで、 M n Sの生成が抑制され、 耐銹性が向上すると推定される。 その向上効果を得るためには、 0. 0 1 %以上の添加が好ましい。 しかし、 T i を過剰に添加すると、 炭窒化物が生成して、 C、 Nを 消費するので、 0. 5 %を上限とする。
M oは、 適量の添加で、 焼戻し軟化抵抗を顕著に向上させる元素 である。 この向上機構は明らかでないが、 M oが、 C r炭化物の析- 出及び粗大化を抑制するとともに、 高温での転位運動を抑制するの で、 焼戻し軟化抵抗が向上すると考えられる。 0. 0 1 %未満の添 加では、 添加効果が顕著でないので、 下限は 0. 0 1 %が好ましい 。 2 %を超えると、 靭性が低下するので、 上限を 2 %とする。
N bも、 本発明において重要な元素である。 N bの適量添加で、 焼戻し軟化抵抗が顕著に向上する。 この向上機構は明らかでないが 、 N bは、 Nと相関が大きく、 C r窒化物の析出及び粗大化を抑制 するとともに、 転位運動を抑制するので、 焼戻し軟化抵抗が向上す ると考えられる。
しかし、 N bは、 N b Nとして析出し易く、 析出すると固溶強化 効果が消失し、 また、 焼入れ性が低下するので、 過剰の添加を避け て、 上限は 1 %とする。 焼戻し軟化抵抗を高めるために、 0. 0 1 %以上の添加が好ましい。
さらに、 上記各元素の添加量については、 9 0 0〜 1 1 0 0 の 温度範囲で、 安定した焼入れを行うため、 下記式 ( 1 ) で定義する ァ pが 8 0以上となるように、 相互に調整する必要がある。
下記式 ( 1 ) は、 カス トロによって提唱された "カス トロの式" である。 本発明者らが、 下記式 ( 1 ) で定義するァ pを指標として 、 焼入れ性を整理したところ、 焼入れの安定性を r Pで評価できる ことが判明した。
即ち、 τ Pが 8 0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。
r P = 4 2 0 [% C ] + 4 7 0 [ N] + 2 3 [% N i ]
+ 9 [ C u ] + 7 [% M n ] - 1 1. 5 [% C r ]
- 1 1. 5 [% S i ] - 5 2 [% A 1 ] - 1 2 ί% M o ]
- 2 3 [% V」 一 4 7 [ % N b ] - 4 9 [ % T i I + 焼入れ温度が高すぎると 、 製造時間の増大、 コス 卜の増加 ので、 焼入れ温度は、 9 0 0 °C以上 1 1 0 0 °C以下が好ましい。 本 発明鋼は、 その温度範囲から焼入れしても、 所定の硬さ範囲を確保 できるものである。
次に、 製造方法について説明する。
上記成分組成のスラブ、 インゴッ ト等の鋼片を溶製し、 熱間圧延 して、 板厚 2〜 8 mm程度の熱延板とする。 この熱延板に焼鈍を施 し、 軟化させた後、 酸洗してディスク用鋼板とする。 酸洗せずに、 ショ ッ トブラス 卜で仕上げてもよい。
ディスク用鋼板をディスク形状に加工した後、 9 0 0〜 1 1 0 0 °Cに加熱して、 焼入れし、 次いで、 両面を研削して、 ブレーキディ スクとする。 実施例
表 1 に示す成分組成を有する厚み 2 0 0 mmの鋼片を溶製し、 熱 間圧延によって、 厚さ 6 mmの熱延板とした。 この熱延板に、 8 5 0 °Cに加熱して徐冷する軟化焼鈍を施した。 これらの鋼板から、 耐銹性評価試験片、 及び、 焼入れ性評価試験 片を採取した。 残りの鋼板には、 9 5 0〜 1 0 0 0 °Cで 1 0分間保 持後、 水冷する焼入れ処理を施した。
耐銹性は、 両面を # 2 4 0研磨した試験片にっき、 2 4 0時間の 塩水噴霧試験 (Salt Spray Test : S S T) ( J I S Z 2 3 7 1 に準拠) を行い、 発銹の有無で評価した。 発銹しないものを合格 、 発銹したものを不合格とした。
焼入れ性は、 8 5 0〜 1 1 0 0 °Cの温度に 1 0分間保持した後、 水冷した焼入れ材にっき、 J I S Z 2 2 4 5に準拠した、 ロッ クウエル硬さ試験 (HR C) を行い、 HR Cで評価した。 H R Cで 、 3 2〜 3 8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、 各種評価試 験を行った。 焼戻し軟化特性に関しては、 5 0 0〜 6 5 0 °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、 ロックゥェ ル試験の結果で評価した。 焼戻し後の硬さが HR C 3 0 を下回わら ない温度を、 耐熱温度と規定した。 耐熱温度 5 0 0 °C以上が合格で ある。
耐銹性は、 焼入れ前の材料と同様に、 両面を # 2 4 0研磨した試 験片にっき、 2 4 0時間の塩水噴霧試験 ( J I S Z 2 3 7 1 に 準拠) を行い、 発銹の有無で評価した。 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鋼から G鋼は、 S n添加量を変化さ せた鋼である。
S n無添加の A鋼 (比較鋼) は、 焼入れ前後の S S Tで発銹して いる。 これに対し、 B鋼から F鋼 (発明鋼) は、 焼入れ前後の耐銹 性が合格であり、 また、 焼入れ硬度及び耐熱温度も合格であり、 非 常に優れた特性を備えている。 S n量の多い G鋼は、 非常に優れた特性を示すが、 熱延及び冷延 時に疵が多発したので、 本発明の範囲外とした。
H鋼から AP鋼は、 焼入れ前後の耐銹性が合格であり、 また、 焼 入れ硬度及び耐熱温度も合格であり、 非常に優れた特性を備えてい る。 これらの鋼のうち、 A s を含む鋼は、 本発明の範囲外として、 参考鋼とした。 それ以外が、 本発明鋼である。
優れた特性を備える本発明鋼に対し、 AQ鋼 (比較鋼) は、 r p が 8 0未満であるため、 焼入れ後の硬度が合格基準に達していない 。 A R鋼 (比較鋼) は、 C + Nが多いために、 焼入れ後の硬度が、 合格基準を超えている。
A S鋼 (比較鋼) は、 C +Nが少ないため、 焼入れ後の硬度が合 格基準に達していない。 AT鋼 (比較鋼) は、 C rが少ないので、 耐銹性が劣っている。 AU鋼 (比較鋼) は、 C rが多いため、 ァ p が 8 0未満となり、 焼入れ後の硬度が合格基準に達していない。
AV鋼 (比較鋼) は、 P、 S b、 B i の合計量が 0. 5 %超であ るため、 靭性が劣化している。 AW鋼 (比較鋼) は、 Mnが多いの で、 靭性が劣化している。
以上から、 本発明鋼が、 焼入れ硬度、 耐熱性を満足しつつ、 非常 に耐銹性に優れているものであることは明らかである。
表 1
Figure imgf000013_0001
表 2
Figure imgf000014_0001
産業上の利用可能性
本発明により、 優れた耐銹性を備え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できる。 よって、 本発明により、 鋼 製造者のみならず、 鋼利用者も、 多大な利益を得ることができ、 本 発明は、 工業的価値が極めて高いものである。

Claims

1. 質量%で、
C : 0. 0 1 %以上 0. 1 0 %以下、
S i : 2 %以下、
M n : 0. 2 %以上 2. 0 %以下、
S : 0. 0 1 0 %以下、
P : 0. 0 5 %未満
N : 0. 0 0 5 %以上 0. 0 5 0 %以下、
C r : 1 0 %以上 1 4 %以下、 範
N i : 2 %以下
A 1 : 0. 1 %以下、
V : 1 %以下、
C + N : 0. 0 6 %以上 0. 1 %以下、 及び、
S n : 0. 0 0 5 %以上 1 %以下、
を含み、 残部が F e及び不可避的不純物からなり、 さらに、 下記式 ( 1 ) で定義する T Pが 8 0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 = 4 2 0 [% C ] + 4 7 0 [% N] + 2 3 [% N i ]
+ 9 [ % C u ] + 7 [% M n ] - 1 1. 5 [ % C r ]
- 1 1. 5 [% S i ] - 5 2 [% A 1 ] — 1 2 [% M o ] - 2 3 [% V J - 4 7 [ % N b ] - 4 9 [% T i ] + 1 8 9
- - - ( 1 )
2. さらに、 質量%で、 P、 S b、 及び、 B i の 1種又は 2種以 上を、 合計で 0. 5 %以下含有することを特徴とする請求の範囲 1 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。
3. さらに、 質量%で、 C u : 2 %以下を含有することを特徴と する請求の範囲 1又は 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、 T i : 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 卜系ステンレス鋼。
5. さらに、 質量%で、 M o : 2 %以下、 及び、 N b 1 %以下 の 1種又は 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。
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