(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．０１〜０．１０ｍａｓｓ％、
Ｓｉ：０．５ｍａｓｓ％以下、
Ｍｎ：０．３〜２．５ｍａｓｓ％、
Ｐ：０．０４ｍａｓｓ％以下、
Ｓ：０．００８ｍａｓｓ％以下、
Ｃｒ：１０．５〜１４．５ｍａｓｓ％、
Ａｌ：０．１０ｍａｓｓ％以下、
Ｎ：０．０３０〜０．０８０ｍａｓｓ％、
Ｎｂ：０．０５〜０．６０ｍａｓｓ％、
Ｎｉ：０．１〜１．５ｍａｓｓ％、さらに、
Ｂ：０．００５０ｍａｓｓ％以下かつＢ／Ｎ≧０．０３０を満たして含有し、
さらに、Ｃｕ，Ｖ，Ｍｏ，Ｗ，ＴａおよびＴｉのうちから選ばれる１種または２種以上を合計で０．０５〜２．５ｍａｓｓ％含有し、かつ、Ｎｉを０．５×Ｃｕｍａｓｓ％以上を満たして含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるブレーキディスク用高耐熱Ｃｒ含有鋼。
【請求項２】
上記Ｃｕを、０．３０ｍａｓｓ％超〜２．５ｍａｓｓ％含有することを特徴とする請求項１に記載の高耐熱Ｃｒ含有鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オートバイや自転車等のブレーキディスクのローター部（ブレーキ摺動部）に用いられる、適正な焼入れ硬さと焼戻し軟化抵抗を有し、耐食性にも優れる低炭素マルテンサイト系の高耐熱Ｃｒ含有鋼に関し、特に、熱間加工性に優れるブレーキディスク用高耐熱Ｃｒ含有鋼に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
オートバイや自転車等のブレーキディスクのローター部には、耐錆性と耐熱性が必要とされる。特に、耐熱性に関しては、ブレーキ制動時のパッドとディスクとの摩擦によって、５００℃を超える温度域まで繰り返し昇温されるため、このようなブレーキ制動時の発熱によっても軟質化せず、変形や磨耗が生じ難い特性が求められる。
【０００３】
このような特性を満たす材料としては、従来、Ｃｒを１２〜１３ｍａｓｓ％含有するＳＵＳ４１０系の低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼が多く採用されており、通常、焼入れした状態で使用されている。ローター部は、焼入れた状態において、硬さがＨＲＣ（ロックウェル硬さのＣスケール）で３０〜４５の範囲が適正とされ、また、５００℃で１時間の焼戻しを受けても軟化せず、同レベルの硬さを保持するように成分設計がなされている。
【０００４】
さらに、近年では、ブレーキの性能向上やブレーキディスクの軽量化の要望を受けて、より高い耐熱性を有する高耐熱鋼が開発され、使用されるようになってきている。例えば、特許文献１〜４に開示されたような、Ｃ，Ｎ，Ｎｂ，Ｖ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｍｏなどのブレーキ制動時の発熱に対する焼戻し軟化抵抗を高める元素を添加し、または添加量を増加して、焼入れ後や５５０〜６５０℃×１時間の焼戻し後においても、ＨＲＣ硬さで３０〜４５を維持できるような高耐熱鋼が開発されている。
【特許文献１】特開２００１−２２０６５４号公報
【特許文献２】特開２００２−１２１６５６号公報
【特許文献３】特開２００２−１４６４８９号公報
【特許文献４】特開２００４−３４６４２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１〜４に開示されたような、焼戻し軟化抵抗を高める元素を多く含有させた高耐熱鋼は、極めて熱間加工性に乏しいという問題がある。このため、熱間圧延等の製造工程において、鋼板に耳割れやへげ等の欠陥が発生し易く、製造歩留りの低下を招くと共に、その欠陥に起因して、使用時（走行時）にディスクが割れる原因となることもある。中でも、Ｎを０．０３０ｍａｓｓ％以上含有する高Ｎの高耐熱鋼は、５５０℃を超える耐熱性が安定的に得られ、耐錆性にも優れる反面、９００〜１１００℃の温度域における熱間延性が極めて低く、欠陥が発生し易いという問題を抱えている。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、熱間圧延工程における耳割れやへげ等の欠陥発生を有効に防止することができるブレーキディスク用の高耐熱Ｃｒ含有鋼を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明が対象とする高耐熱性の低炭素マルテンサイト系Ｃｒ含有鋼は、通常、７００〜１２００℃の温度域で熱間圧延を行って、鋼板とされる。そこで、発明者らは、まず、この温度域における熱間引張試験による断面減少率（ＲＡ）と欠陥発生との関係を調査した。その結果、９００〜１１００℃の温度範囲でＲＡが４０％を下回る材料は、熱間圧延方法の如何に関わらず、耳割れやへげ発生率が極めて高いことが判明した。
【０００８】
そこでさらに、成分組成と熱間延性との関係について検討を進めた結果、含有するＮ量に応じてＢを適正量添加すれば、耐熱性や耐錆性を劣化させることなく、熱間延性をも向上し、ひいては熱間圧延時の欠陥発生を防止できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、Ｃ：０．０１〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．５ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：０．３〜２．５ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０４ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００８ｍａｓｓ％以下、Ｃｒ：１０．５〜１４．５ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．１０ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．０３０〜０．０８０ｍａｓｓ％、Ｎｂ：０．０５〜０．６０ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．１〜１．５ｍａｓｓ％、さらに、Ｂ：０．００５０ｍａｓｓ％以下かつＢ／Ｎ≧０．０３０を満たして含有し、さらに、Ｃｕ，Ｖ，Ｍｏ，Ｗ，ＴａおよびＴｉのうちから選ばれる１種または２種以上を合計で０．０５〜２．５ｍａｓｓ％含有し、かつ、Ｎｉを０．５×Ｃｕｍａｓｓ％以上を満たして含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるブレーキディスク用高耐熱Ｃｒ含有鋼である。
【００１０】
本発明の高耐熱Ｃｒ含有鋼は、上記Ｃｕを、０．３０ｍａｓｓ％超〜２．５ｍａｓｓ％含有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、オートバイや自転車等のブレーキディスクのローター部に使用される高耐熱Ｃｒ含有鋼の熱間加工性を向上し、欠陥の発生を防止することができる。したがって、本発明によれが、上記鋼を歩留りよく安定して製造できるようになると共に、ローター部の走行中における割れ発生の防止できるので安全性の向上にも寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を開発する契機となった実験について説明する。
Ｃ：０．０４ｍａｓｓ％、Ｍｎ：１．５ｍａｓｓ％、Ｎ：０．０５ｍａｓｓ％、Ｎｂ：０．１５ｍａｓｓ％、Ｃｒ：１２ｍａｓｓ％、残部が実質的にＦｅよりなる組成の低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼において、Ｂの添加量を変えてＢ／Ｎ比を変化させた鋼を溶製し、この鋼について、熱間圧延温度域である９００〜１１００℃の間で熱間引張試験を行い、Ｂ／Ｎ比と断面減少率（ＲＡ）との関係を調べた。
【００１３】
図１は、上記試験の結果を示したものである。Ｂ無添加の場合、断面減少率ＲＡは、９００〜１１００℃の間で凹型に低下し、１０００℃近傍では４０％を下回っている。しかし、これにＢを添加してＢ／Ｎを高めていくと、ＲＡは上昇して４０％を上回るようになるが、Ｂを添加し過ぎると、却ってＲＡを減少させる。即ち、ＲＡを改善するには、Ｂ／Ｎを適正範囲に制御する必要があることがわかる。そこで、発明者らは、上記知見にさらに、その他成分の適正組成範囲についても検討を重ねて本発明を完成させた。
【００１４】
次に、本発明のブレーキディスク用の高耐熱Ｃｒ含有鋼について説明する。
本発明が対象とする高耐熱Ｃｒ含有鋼は、ブレーキディスク用材料として十分な耐錆性を有し、ローターに仕上げた状態（通常は焼入れ状態であるが、歪取り焼鈍や若干の焼戻しを行った状態の場合もある）での硬さが、ＨＲＣで３０〜４５であり、また、５５０℃以上の温度で１時間の焼戻し処理後でも、同様の硬さを維持できるように成分設計した、高耐熱性を有する低炭素マルテンサイト系Ｃｒ含有鋼である。
【００１５】
上記特性を有する本発明の高耐熱Ｃｒ含有鋼は、Ｃ：０．０１〜０．１０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．３〜２．５ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．５ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．０４ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００８ｍａｓｓ％以下、Ｃｒ：１０．５〜１４．５ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．１０ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．０３０〜０．０８０ｍａｓｓ％、Ｎｂ：０．０５〜０．６０ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．１〜１．５ｍａｓｓ％を含有し、さらに、Ｂを０．００５０ｍａｓｓ％以下かつＢ／Ｎ≧０．０３０を満たして添加した成分系を基本とし、これにさらに、Ｃｕ，Ｖ，Ｍｏ，Ｗ，ＴａおよびＴｉのうちから選ばれる１種または２種以上を合計で０．０５〜２．５ｍａｓｓ％添加したものである。
以下、各成分の組成範囲の限定理由について説明する。
【００１６】
Ｃ：０．０１〜０．１０ｍａｓｓ％
Ｃは、鋼の焼入れ後、焼戻し後の硬さを決定する重要な元素であり、適正な硬さ範囲を確保するためには、０．０１ｍａｓｓ％以上の含有が必要である。しかし、０．１０％を超えて含有すると、粗大な炭化物が多数生成して、発錆の起点となり、耐錆性が低下する。よって、Ｃの範囲は０．０１〜０．１０ｍａｓｓ％とする。なお、より耐錆性を向上する観点からは、Ｃは０．０５０ｍａｓｓ％未満とするのが好ましい。
【００１７】
Ｓｉ：０．５ｍａｓｓ％以下
Ｓｉは、脱酸剤として添加される元素であり、０．０５ｍａｓｓ％以上含有することが望ましい。しかし、０．５ｍａｓｓ％を超えて添加すると、焼入れ後に十分なマルテンサイト相が生成せず、焼入れ後の硬さの低下や靭性の低下を招くため、０．５ｍａｓｓ％以下とする。
【００１８】
Ｍｎ：０．３〜２．５ｍａｓｓ％
Ｍｎは、高温でのフェライト相の生成を抑制して焼入れ性を向上し、焼入れ後の硬さを安定して所定の範囲に制御するのに有用な元素であり、この効果を得るためには、０．３ｍａｓｓ％以上の添加が必要である。しかし、２．５ｍａｓｓ％を超えて添加すると、加工性や耐錆性が低下するため、０．３〜２．５ｍａｓｓ％とする。なお、焼入れ性を向上する観点からは０．５ｍａｓｓ％以上、一方、加工性や耐錆性を向上する観点からは２．０ｍａｓｓ％以下とするのが好ましい。
【００１９】
Ｐ：０．０４ｍａｓｓ％以下
Ｐは、鋼の熱間加工性や靭性を低下させるため、できる限り低減することが望ましい。しかし、Ｐの極度の低減は、製鋼コストの上昇を招くため、本発明では、０．０４ｍａｓｓ％以下とする。好ましくは、０．０３ｍａｓｓ％以下である。
【００２０】
Ｓ：０．００８ｍａｓｓ％以下
Ｓは、鋼の熱間加工性や耐錆性を低下させるため、できる限り低減することが望ましい。しかし、Ｓの極度の低減は、製鋼コストの上昇を招くため、０．００８ｍａｓｓ％以下とする。好ましくは、０．００３ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは０．００１ｍａｓｓ％以下である。
【００２１】
Ｃｒ：１０．５〜１４．５ｍａｓｓ％
Ｃｒは、鋼の耐錆性を向上する主たる元素であり、ディスクブレーキ材としての十分な耐錆性を確保するためには、１０．５ｍａｓｓ％以上の添加が必要である。一方、１４．５ｍａｓｓ％を超えて含有すると、十分な量のマルテンサイト相が生成せず、焼入れ後に適正な硬さを確保できなくなる他、加工性や靭性の低下も起こるようになる。よって、本発明では、Ｃｒは１０．５〜１４．５ｍａｓｓ％の範囲とする。なお、耐錆性をより高めるためには１１．５ｍａｓｓ％以上、一方、加工性や靭性をより向上するためには１３．５ｍａｓｓ％未満が好ましい。
【００２２】
Ａｌ：０．１０ｍａｓｓ％以下
Ａｌは、Ｓｉと同様に、通常、脱酸剤として添加されるが、過剰に含有すると、硬質の介在物や析出物が増加して、表面痕などの欠陥の発生原因となるので、本発明では０．１０ｍａｓｓ％以下とする。なお、脱酸剤としてＳｉも添加する場合には、介在物や析出物の増加を抑えるため、Ａｌの添加量は少なくした方が好ましく、Ｓｉが０．０５ｍａｓｓ％以上０．１０ｍａｓｓ％未満であれば、Ａｌは０．０３ｍａｓｓ％以下、Ｓｉが０．１０ｍａｓｓ％以上であれば、Ａｌは０．０１ｍａｓｓ％以下が好ましい。
【００２３】
Ｎ：０．０３０〜０．０８０ｍａｓｓ％
Ｎは、Ｃと同様、焼入れ後、焼戻し後の硬さを決定する重要な元素であり、特に、微細な窒化物を形成し、５５０〜７００℃の温度範囲での焼戻し軟化抵抗を向上する効果が大きい。適正な硬さ範囲を保持するために、０．０３０ｍａｓｓ％以上の添加が必要である。一方、過度の添加は、熱間加工性の低下をもたらすため、上限は０．０８０ｍａｓｓ％とする。
【００２４】
Ｎｂ：０．０５〜０．６０ｍａｓｓ％
Ｎｂは、Ｎと析出物を形成し、５５０〜７００℃での焼戻し軟化抵抗を向上する効果が大きいため、本発明の高耐熱鋼では、必須元素の一つである。この効果を得るためには、０．０５ｍａｓｓ％以上の添加が必要である。しかし、過度に添加すると、靭性が低下するため、上限は０．６０％とする。
【００２５】
Ｎｉ：０．１〜１．５ｍａｓｓ％
Ｎｉは、鋼の耐食性を向上する元素であり、この効果を得るためには、０．１ｍａｓｓ％以上添加することが必要である。しかし、過剰に添加すると、熱間圧延後の軟化焼鈍に長時間が必要となり、生産性が低下するので、上限は１．５ｍａｓｓ％とする。
【００２６】
Ｂ：０．０３０×Ｎ〜０．００５０ｍａｓｓ％
本発明の高耐熱Ｃｒ含有鋼は、上記成分組成に加えて、Ｂを適正量添加することよって、熱間加工性を向上させるところに特徴がある。Ｂは、粒界や相境界に集積して、それらの強度を高める一方、有害なＳやＰの集積を抑制し、さらには、析出物の粗大化をも抑制することによって、熱間延性を高める効果がある。特に、Ｂは、Ｎとの関係において、Ｂ／Ｎが０．０３０以上になると、熱間延性が向上する効果が得られ０．０３５以上になるとその効果が顕著となり、熱間圧延での耳割れやへげの発生を軽減することができる。Ｂ／Ｎが０．０５０を超えると、その効果がより大きくなり、熱間圧延での耳割れやへげの発生が殆どなくなる。しかし、Ｂ／Ｎが０．１００以上になるか、Ｂの添加量が０．００４５ｍａｓｓ％を超えると、その効果がやや低下し、さらに、Ｂの添加量が０．００５０ｍａｓｓ％を超えると、熱間延性が逆に低下する。この原因は、ＢＮの析出量が過剰となり、粒界強度を低下させるためと考えられる。よって、本発明では、Ｂは、Ｂ：０．００５０ｍａｓｓ％以下かつＢ／Ｎ≧０．０３０の範囲で添加する必要がある。Ｂ／Ｎは、好ましくは０．０３５以上０．１００未満、さらに好ましくは０．０５０超０．１００未満である。
【００２７】
Ｃｕ，Ｖ，Ｍｏ，Ｗ，ＴａおよびＴｉのうちから選ばれる１種または２種以上を合計で０．０５〜２．５ｍａｓｓ％
Ｃｕ，Ｖ，Ｍｏ，Ｗ，ＴａおよびＴｉは、何れも焼入れ性を高め、焼入れや焼戻し後の硬さを安定的に確保するの有用な元素であり、１種以上を合計で０．０５以上添加する必要がある。しかし、過剰に添加すると、必要以上の硬さ増加あるいは低下を招き、硬さの適正範囲から外れる原因となるため、合計で２．５ｍａｓｓ％以下とする。
【００２８】
Ｃｕ：０．３０ｍａｓｓ％超〜２．５ｍａｓｓ％、Ｎｉ：０．５×Ｃｕｍａｓｓ％以上
なお、上記元素のうち、Ｃｕを添加する場合には、その添加量に応じて、Ｎｉを複合添加することが望ましい。というのは、Ｃｕは、鋳造後の鋼片中に、低融点の富Ｃｕ相を形成し、熱間加工性を著しく低下させる場合があるが、Ｎｉは、これら富Ｃｕ相の融点を高め、熱間加工性の低下を抑制する効果があるからである。特に、Ｃｕの添加量が０．３０ｍａｓｓ％を超えると、粗大な富Ｃｕ相の量が増加し、熱間加工性の低下が著しくなるため、ＮｉをＣｕ添加量の１／２以上添加することが望ましい。
【００２９】
本発明の高耐熱Ｃｒ含有鋼は、上記成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物からなるものである。ただし、本発明の効果を害しない範囲であれば、耐熱性、耐錆性の向上および製造性を改善する観点から、Ｃｏ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｈｆ，Ｙ，Ｚｒ等を合計で０．５ｍａｓｓ％以下の範囲で添加してもよい。
【実施例】
【００３０】
表１に示した各種成分組成を有するＮｏ．１〜１９の鋼を高周波溶解炉で溶解し、厚さ１７０ｍｍの鋳塊を作製し、この鋳塊を、１２００℃×１時間加熱し、熱間圧延して板厚が３〜６ｍｍの熱延板とした。この熱延板について、鋼板端部に発生した割れの長さを測定し、この結果から、１０ｍｍ超を、熱間加工性をＤ、５〜１０ｍｍをＣ、５ｍｍ未満をＢ、さらに３ｍｍ未満をＡと評価した。
【００３１】
また、上記鋳塊からは、別途、熱間引張試験用として、平行部の直径が１０ｍｍφの試験片を採取し、グリーブル試験機を用いて、熱間引張試験を行い、熱間延性を評価した。なお、熱間引張試験は、上記試験片を、１２００℃×３０分の加熱後、５０℃／分で所定の温度まで冷却し、１０秒間保持し、その後、引張速度１００ｍｍ／秒（歪み速度１０／秒）で変形を加える条件で行った。試験温度は、９００℃から５０℃間隔で１１００℃まで行い、各温度で５本ずつ断面減少率を測定し、最大値と最小値を除いた３本の平均値を求めた。その結果、断面減少率ＲＡの最小値（各温度での３本の平均値の最小値）が４０％未満であれば熱間延性がＤ、４５％未満であれば熱間延性がＣ、４５〜５０％であれば熱間延性がＢ、５０％超えであれば熱間延性がＡと評価した。
【００３２】
上記熱間加工性（欠陥評価）および熱間引張試験（熱間延性）の評価結果について、表１に併記して示した。表１から、本発明の成分組成に適合するＮｏ．１〜１２（ただし、Ｎｏ．５，７，８および１２は参考例）の鋼は、いずれも欠陥評価および熱間延性の評価がＡまたはＢが得られており、熱間加工性に優れていることがわかる。これに対して、本発明の成分組成を満たさないＮｏ．１３〜１９の鋼は、いずれも欠陥評価および延性評価がＣまたはＤであり、熱間加工性に劣ることがわかる。
【００３３】
なお、上記の熱間圧延して得た熱延板は、その後、７００〜８５０℃の温度で４〜２０時間の焼鈍を施し、軟質化してから、９５０〜１２５０℃×１〜１０分加熱後、空冷する焼入処理を施し、硬さを測定した。その結果、いずれの鋼板も、ＨＲＣで３０〜４５の適正な範囲となることを確認した。
【００３４】
【表１】
0004788421.tif 000002
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】ＢとＮの比（Ｂ／Ｎ）が、熱間引張試験の断面減少率ＲＡに及ぼす影響を示すグラフである。
【図１】
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