(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．１〜０．６％、Ｓｉ：１．２％を超えて２．０％以下、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｎｉ：０．８〜３．０％、Ｃｒ：１．０〜５．０％、Ｍｏ：０．５〜２．０％、Ｖ：０．０５〜０．５％、Ａｌ：０．００１〜０．１０％およびＮ：０．００１５〜０．０２０％を含有し、残部はＦｅおよび不純物の化学組成からなり、Ａｃ3変態点が８５０℃を超え、しかも、オーステナイト粒度番号が６．０以上で、かつ１３０ＭＰａ・ｍ1/2以上の破壊靱性値を有することを特徴とする焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材。
【請求項２】
下記(1)式で表されるｆｎ１の値が０以上である化学組成からなることを特徴とする請求項１に記載の焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材。
ｆｎ１＝１５Ｃ＋１０Ｃｒ＋６Ｍｏ＋２００Ｖ−３５・・・・・(1)
但し、(1)式中の元素記号は、その元素の質量％での鋼中含有量を表す。
【請求項３】
請求項１または２に記載のブレーキディスク用鋼材を素材とすることを特徴とするブレーキディスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブレーキディスク用鋼材およびブレーキディスクに関する。詳しくは、自動車や鉄道車両などのディスクブレーキ装置に使用することができる耐亀裂性と耐摩耗性に優れたブレーキディスクおよびそのブレーキディスクの素材として用いるのに好適な焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材に関し、さらに詳しくは、耐亀裂性と耐摩耗性に優れ、２５０ｋｍ／ｈ以上の高速走行時の速度制御に好適なブレーキディスクおよびそのブレーキディスクの素材として用いる焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や鉄道車両などのディスクブレーキ装置は、ブレーキディスクにパッドやライニングと称する摩擦材を圧着させて車輪の回転制動を行う装置である。
【０００３】
ディスクブレーキ装置を構成するブレーキディスクの素材としては、従来一般に自動車用にはＪＩＳ  Ｇ  ５５０１（１９９５）で規定されたＦＣ２５０などの鋳鉄が用いられてきた。
【０００４】
しかし、鋳鉄製のブレーキディスクは、鋳鉄に含まれる黒鉛が潤滑作用をもたらし耐摩耗性に優れる一方で、上記黒鉛が熱亀裂発生の起点となるため耐亀裂性に劣り寿命が短いものである。
【０００５】
このため、特許文献１に「耐割損性にすぐれたブレーキディスク用鋼」が、また、特許文献２および特許文献３に「ディスクブレーキロータ用鋼」が、さらに特許文献４に「ブレーキディスク用鋼及びディスクブレーキ装置」が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５６−４４７５６号公報
【特許文献２】特開昭６０−５２５６１号公報
【特許文献３】特開昭６０−５２５６２号公報
【特許文献４】特開２００５−３６３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、車両速度が大きくなった場合、特に、２５０ｋｍ／ｈ以上で高速走行するような場合でも、耐亀裂性と耐摩耗性に優れるためディスクブレーキ装置に使用することができるブレーキディスクおよびそのブレーキディスクの素材として用いるのに好適な焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材を提供することである。
【０００８】
なお、本発明における耐摩耗性の具体的な目標は、後述の実施例で示すピン試験片に銅系焼結材料を用いたいわゆる「ピンオンディスク摩耗試験」でのディスクの摩耗量が２５０ｍｍ3を下回ることである。
【０００９】
また、本発明における耐亀裂性の具体的な目標は、後述の実施例で示す直径が８００ｍｍで厚さが２０ｍｍの新幹線用ブレーキディスク形状に仕上げ加工した後、摩擦材としての銅系焼結材料との組み合わせで、時速３００ｋｍからブレーキを１０００回掛けた際に、亀裂が発生しないことである。
【００１０】
前述の特許文献１〜３で提案された鋼は、車両のブレーキディスクに適用されているが、最近の２５０ｋｍ／ｈ以上という高速走行時の速度制御の場合はもちろんのこと、２００ｋｍ／ｈ走行時における速度制御の場合にも、寿命が低下する場合があることが想定される。
【００１１】
特許文献４で提案された鋼は、２５０ｋｍ／ｈの高速走行の場合の速度制御には極めて有効であるが、最近の２５０ｋｍ／ｈ以上の高速走行時の速度制御、特に、３００ｋｍ／ｈという超高速走行時の速度制御の場合には、十分に余裕を持った寿命を確保できない可能性があることも想定される。
【００１２】
したがって、産業界からは、寿命を向上させるために、耐摩耗性と耐亀裂性、なかでも耐亀裂性を一層向上させることができる鋼の開発が望まれている。
【００１３】
本発明者らは、このような要望に応えるために、ディスクブレーキ装置のブレーキディスクに用いる鋼の化学組成を種々変えるとともに、摩擦材の材質に銅系焼結材料を用いて検討を行った。その結果、先ず、下記（ａ）の知見を得た。
【００１４】
（ａ）２５０ｋｍ／ｈ以上の高速走行時の速度制御、特に、３００ｋｍ／ｈという超高速走行時の速度制御の場合には、銅系焼結材料とブレーキディスクとの摺動によって、ブレーキディスクの表面の温度は９００℃以上という高温に達する。そして、この９００℃以上という高温からの冷却でマルテンサイトが生成しやすい場合に、亀裂が生じやすくなる。
【００１５】
そこでさらに検討を加えたところ、下記（ｂ）〜（ｆ）の知見が得られた。
【００１６】
（ｂ）ブレーキディスクの素材となる鋼のＡｃ3変態点を高めれば、ブレーキディスク表面の温度が９００℃以上という高温に達した場合でも冷却の際のマルテンサイトの生成を抑止することができ、特に、鋼のＡｃ3変態点が８５０℃を超えれば、亀裂が発生しにくくなる。
【００１７】
（ｃ）成分コストの上昇を抑えて鋼のＡｃ3変態点が８５０℃を超えるようにするためには、Ｓｉの含有量を増やすことが有効である。
【００１８】
（ｄ）Ｓｉ含有量の上昇に伴って一般に靱性が低下する。しかしながら、焼入れ時に３５０〜２５０℃の温度域における冷却速度を大きくして焼入れすれば、焼戻し後に良好な靱性を確保することができる。
【００１９】
（ｅ）ブレーキディスクの前記亀裂の発生に対して、未使用状態におけるブレーキディスクのオーステナイト粒度番号と破壊靱性値、換言すれば、所定のブレーキディスク粗形状に熱間鍛造された後、「焼入れ−焼戻し」の熱処理が施された状態でのオーステナイト粒度番号と破壊靱性値が影響を及ぼす。そして、鋼のＡｃ3変態点が８５０℃を超え、しかも、上記焼入れ・焼戻しされた状態で、オーステナイト粒度番号が６．０以上、かつ破壊靱性値が１３０ＭＰａ・ｍ1/2以上であれば、ブレーキディスク表面の温度が９００℃以上という高温に達した場合でも、前述した本発明における耐亀裂性の具体的な目標を達成することができる。
【００２０】
（ｆ）「ｆｎ１＝１５Ｃ＋１０Ｃｒ＋６Ｍｏ＋２００Ｖ−３５」の式で表されるｆｎ１の値が０以上を満たす場合に高温での優れた耐摩耗性が確保できる。
【００２１】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の要旨は、下記（１）および（２）に示す焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材、ならびに（３）に示すブレーキディスクにある。
【００２３】
（１）質量％で、Ｃ：０．１〜０．６％、Ｓｉ：１．２％を超えて２．０％以下、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｎｉ：０．８〜３．０％、Ｃｒ：１．０〜５．０％、Ｍｏ：０．５〜２．０％、Ｖ：０．０５〜０．５％、Ａｌ：０．００１〜０．１０％およびＮ：０．００１５〜０．０２０％を含有し、残部はＦｅおよび不純物の化学組成からなり、Ａｃ3変態点が８５０℃を超え、しかも、オーステナイト粒度番号が６．０以上で、かつ１３０ＭＰａ・ｍ1/2以上の破壊靱性値を有することを特徴とする焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材。
【００２４】
（２）下記(1)式で表されるｆｎ１の値が０以上である化学組成からなることを特徴とする上記（１）に記載の焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材。
ｆｎ１＝１５Ｃ＋１０Ｃｒ＋６Ｍｏ＋２００Ｖ−３５・・・・・(1)。
但し、(1)式中の元素記号は、その元素の質量％での鋼中含有量を表す。
【００２５】
（３）上記（１）または（２）に記載のブレーキディスク用鋼材を素材とすることを特徴とするブレーキディスク。
【００２６】
以下、上記（１）および（２）の焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材に係る発明、ならびに（３）のブレーキディスクに係る発明を、それぞれ「本発明（１）」〜「本発明（３）」という。また、総称して「本発明」ということがある。
【００２７】
なお、「焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材」とは、「ブレーキディスク」の素材となるものであって、所定のブレーキディスク粗形状に熱間鍛造された後、「焼入れ−焼戻し」の熱処理が施されたものを指す。
【００２８】
オーステナイト粒度番号は、ＪＩＳ  Ｇ  ０５５１（２００５）に記載の「鋼−結晶粒度の顕微鏡試験方法」によって測定した値を指す。
【００２９】
また、破壊靱性値は、いわゆる「ＣＴ試験片」を用いてＪＩＳ  Ｇ  ０５６４（１９９９）に記載の方法で室温で行った破壊靱性試験によって測定した値を指す。
【発明の効果】
【００３０】
本発明のブレーキディスクは、耐摩耗性と耐亀裂性に優れるので、車両速度が大きくなって２５０ｋｍ／ｈ以上で高速走行するような場合のディスクブレーキ装置に使用することができる。また、本発明の焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材は、上記ブレーキディスクの廉価な素材として用いるのに好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の各要件について詳しく説明する。なお、各元素の含有量の「％」表示は「質量％」を意味する。
【００３２】
（Ａ）焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材の化学組成
Ｃ：０．１〜０．６％
Ｃは、鋼の焼入れ性を高めて靱性を向上させるとともに、焼戻し時に炭窒化物として２次析出して高温強度を向上させる作用を有する。しかしながら、その含有量が０．１％未満では添加効果に乏しい。一方、０．６％を超えて含有させると、却って靱性の低下を引き起こす。したがって、Ｃの含有量を０．１〜０．６％とした。なお、望ましいＣ含有量の範囲は、０．１５〜０．３％である。
【００３３】
Ｓｉ：１．２％を超えて２．０％以下
Ｓｉには、鋼のＡｃ3変態点を上昇させる作用があり、特に、Ｓｉの含有量が１．２％を超えると、鋼のＡｃ3変態点が８５０℃を超えるようになって、ブレーキディスク表面の温度が９００℃以上という高温に達した場合でも冷却の際のマルテンサイトの生成を抑止することができるため、ブレーキディスクにおける亀裂の発生を防止することができる。しかも、マルテンサイトの生成抑止は、ブレーキディスクの素材であるブレーキディスク用鋼材を焼入れする際の焼割れ発生の防止や、焼戻し後の引張応力の低減にも有効である。しかしながら、Ｓｉの含有量が２．０％を超えると、靱性および高温強度の低下をきたすので、ブレーキディスクの耐亀裂性が低下する。したがって、Ｓｉの含有量を１．２％を超えて２．０％以下とした。なお、望ましいＳｉ含有量の範囲は、１．３〜１．７％である。
【００３４】
Ｍｎ：０．２〜２．０％
Ｍｎは、鋼の焼入れ性を向上させて靱性を高めるのに有効な元素である。しかしながら、その含有量が０．２％未満では添加効果が得られず、２．０％を超えると偏析を生じて靱性および強度の低下を招く。したがって、Ｍｎの含有量を０．２〜２．０％とした。なお、望ましいＭｎ含有量の範囲は、０．５〜１．０％である。
【００３５】
Ｎｉ：０．８〜３．０％
ＮｉもＭｎと同様に鋼の焼入れ性を向上させて靱性を改善するのに有効な元素である。しかしながら、Ｎｉの含有量が０．８％未満では添加効果に乏しい。一方、その含有量が３．０％を超えると、変態点を下げて高温強度の低下を招く。したがって、Ｎｉの含有量を０．８〜３．０％とした。なお、望ましいＮｉ含有量の範囲は、１．０〜１．５％である。
【００３６】
Ｃｒ：１．０〜５．０％、
Ｃｒは、靱性および耐摩耗性の向上に有効な元素である。しかしながら、その含有量が１．０％未満では十分な効果が得られず、逆に含有量が多すぎて５．０％を超えると、却って靱性の低下をきたし、さらに、高温強度の低下も招くようになる。したがって、Ｃｒの含有量を１．０〜５．０％とした。なお、望ましいＣｒ含有量の範囲は、１．３〜１．７％である。
【００３７】
Ｍｏ：０．５〜２．０％
Ｍｏは、鋼の焼入れ性を高めるとともに焼戻し軟化抵抗を増大させて、靱性および高温強度を高める作用を有する。さらに、Ｍｏの炭化物は耐摩耗性を向上させるのに有効である。しかしながら、Ｍｏの含有量が０．５％未満では前記の効果が得られない。一方、Ｍｏの含有量が２．０％を超えると却って靱性の低下をきたす。したがって、Ｍｏの含有量を０．５〜２．０％とした。なお、好ましいＭｏ含有量の範囲は、０．５〜１．０％である。
【００３８】
Ｖ：０．０５〜０．５％
Ｖは、高温強度および耐摩耗性の向上に有効な元素である。Ｖには、Ｎと結びついて窒化物を形成し、焼入れ時の結晶粒の粗大化を防ぐ作用もある。しかしながら、Ｖの含有量が０．０５％未満では、これらの効果が得られない。一方、Ｖの含有量が多くなると靱性が低下し、特に、０．５％を超えると靱性の低下が著しくなる。したがって、Ｖの含有量を０．０５〜０．５％とした。なお、好ましいＶ含有量の範囲は、０．１〜０．３％である。
【００３９】
Ａｌ：０．００１〜０．１０％
Ａｌは、鋼の脱酸の安定化および均質化を図るのに有効な元素である。Ａｌには、Ｎと結びついてＡｌＮを形成し、焼入れ時の結晶粒の粗大化を防ぐ作用もある。しかしながら、Ａｌの含有量が０．００１％未満では、これらの効果が得られない。一方、Ａｌの含有量が０．１０％を超えると、靱性の低下をきたし、また、鋼の地きずの原因となる。したがって、Ａｌの含有量を０．００１〜０．１０％とした。なお、望ましいＡｌ含有量の範囲は、０．０１〜０．０８％である。
【００４０】
Ｎ：０．００１５〜０．０２０％
Ｎは、ＡｌやＶと結びついて窒化物を形成し、焼入れ時の結晶粒の粗大化を防ぐ効果を有する。しかしながら、Ｎの含有量が０．００１５％未満では、前記の効果が得られない。一方、Ｎの含有量が多くなって０．０２０％を超えると、窒化物の量が増加しすぎて靱性の低下を引き起こす。したがって、Ｎの含有量を０．００１５〜０．０２０％とした。なお、望ましいＮ含有量の範囲は、０．００２０〜０．０１０％である。
【００４１】
上記の理由から、本発明（１）に係る焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材は、上述した範囲のＣからＮまでの元素を含有し、残部はＦｅおよび不純物の化学組成からなることと規定した。
【００４２】
なお、本発明（１）に係る焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材は、前記(1)式で表されるｆｎ１の値、つまり、〔１５Ｃ＋１０Ｃｒ＋６Ｍｏ＋２００Ｖ−３５〕の値が０以上の場合に、Ｃｒ炭化物、Ｍｏ炭化物およびＶ炭化物の存在割合が適正化されて、より一層高温での良好な耐摩耗性が確保される。
【００４３】
ｆｎ１の値の最大値は、Ｃ、Ｃｒ、ＭｏおよびＶの含有量がそれぞれ、前記した上限値である０．６％、５．０％、２．０％および０．５％の場合の１３６であってもよい。しかしながら、良好な靱性を確保するためには、ｆｎ１の値は１０以下とすることが好ましい。
【００４４】
上記の理由から、本発明（２）に係る焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材は、前記本発明（１）に係る焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材のうちで、(1)式で表されるｆｎ１の値が０以上であることと規定した。
【００４５】
なお、本発明に係る焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材における不純物中のＰおよびＳの含有量はそれぞれ次のようにすることが好ましい。
【００４６】
Ｐ：０．０３％以下
不純物としてのＰは含有量が多いと偏析が大きくなって、靱性や耐亀裂性の低下をきたし、特に、その含有量が０．０３％を超えると靱性や耐亀裂性の低下が著しくなる。したがって、Ｐの含有量は０．０３％以下とするのがよく、低ければ低いほどよい。
【００４７】
Ｓ：０．０３％以下
不純物としてのＳは靱性を低下させ、特に、その含有量が０．０３％を超えると靱性の低下が著しくなる。したがって、Ｓの含有量は０．０３％以下とするのがよく、低ければ低いほどよい。
【００４８】
（Ｂ）焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材のＡｃ3変態点
焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材のＡｃ3変態点は８５０℃を超えることが必要である。これは、Ａｃ3変態点が８５０℃以下の場合には、摩擦材との摺動によってブレーキディスク表面の温度が９００℃以上という高温に達すると、その後の冷却過程でマルテンサイトの生成が容易になって、ブレーキディスクに亀裂が発生することを避けられないからである。
【００４９】
したがって、本発明に係る焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材のＡｃ3変態点は、８５０℃を超えることと規定した。
【００５０】
（Ｃ）焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材のオーステナイト粒度番号
焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材のオーステナイト粒度番号、換言すれば、未使用状態におけるブレーキディスクのオーステナイト粒度番号は、６．０以上でなければならない。これは、オーステナイト粒度番号が６．０未満の場合には、摩擦材との摺動によってブレーキディスク表面の温度が９００℃以上の高温になると、本発明における耐亀裂性の目標、すなわち、後述の実施例で示す直径が８００ｍｍで厚さが２０ｍｍの新幹線用ブレーキディスク形状に仕上げ加工した後、摩擦材としての銅系焼結材料との組み合わせで、時速３００ｋｍからブレーキを１０００回掛けた際に、亀裂が発生しないことという目標を達成できないからである。
【００５１】
したがって、本発明に係る焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材のオーステナイト粒度番号は６．０以上と規定した。上記のオーステナイト粒度番号は７．０以上であることが望ましい。
【００５２】
なお、既に述べたように、上記のオーステナイト粒度番号とは、ＪＩＳ  Ｇ  ０５５１（２００５）に記載の「鋼−結晶粒度の顕微鏡試験方法」によって測定した値を指す。
【００５３】
前記（Ａ）項に述べた化学組成からなる鋼の場合には、例えば、８７０〜９３０℃に加熱してから焼入れすれば、そのオーステナイト粒度番号を６．０以上にすることができる。
【００５４】
（Ｄ）焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材の破壊靱性値
焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材の破壊靱性値、換言すれば、未使用状態におけるブレーキディスクの破壊靱性値は、１３０ＭＰａ・ｍ1/2以上でなければならない。これは、破壊靱性値が１３０ＭＰａ・ｍ1/2未満の場合には、摩擦材との摺動によってブレーキディスク表面の温度が９００℃以上の高温になると、本発明における耐亀裂性の目標、すなわち、後述の実施例で示す直径が８００ｍｍで厚さが２０ｍｍの新幹線用ブレーキディスク形状に仕上げ加工した後、摩擦材としての銅系焼結材料との組み合わせで、時速３００ｋｍからブレーキを１０００回掛けた際に、亀裂が発生しないことという目標を達成できないからである。
【００５５】
したがって、本発明に係る焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材の破壊靱性値は、１３０ＭＰａ・ｍ1/2以上であることと規定した。上記の破壊靱性値は、１４０ＭＰａ・ｍ1/2以上であることが望ましい。
【００５６】
なお、既に述べたように、上記の破壊靱性値とは、いわゆる「ＣＴ試験片」を用いてＪＩＳ  Ｇ  ０５６４（１９９９）に記載の方法で室温で行った破壊靱性試験によって測定した値を指す。
【００５７】
前記（Ａ）項に述べた化学組成からなる鋼の場合、例えば、焼入れ時の３５０〜２５０℃の温度域における冷却速度が０．８℃／ｓ以上となるようにして焼入れすれば、その破壊靱性値を１３０ＭＰａ・ｍ1/2以上にすることができ、上記温度域における冷却速度が大きければ大きいほど破壊靱性値として高い値が得られる。
【００５８】
なお、焼入れ時における上記３５０〜２５０℃の温度域での０．８℃／ｓ以上の冷却速度は、例えば、前記（Ｃ）項で述べた８７０〜９３０℃に加熱した後、油温が８５℃以下である油中に投入・攪拌する油焼入れを行ったり、水焼入れすることによって得ることができる。
【００５９】
（Ｅ）ブレーキディスクの構成
本発明（３）に係るブレーキディスクは、前記（Ａ）項に述べた化学組成からなり、（Ｂ）〜（Ｄ）項で述べたＡｃ3変態点、オーステナイト粒度番号および破壊靱性値を有する本発明（１）または本発明（２）に係るブレーキディスク用鋼材を素材とするものとする。
【００６０】
これは、その素材に前記本発明（１）または本発明（２）に係るブレーキディスク用鋼材を用いたブレーキディスクは、車両速度が大きくなって２５０ｋｍ／ｈ以上で高速走行するような場合であっても、耐摩耗性と耐亀裂性に優れるためである。
【００６１】
したがって、本発明（３）に係るブレーキディスクは、本発明（１）または本発明（２）に係るブレーキディスク用鋼材を素材とすることと規定した。
【００６２】
以下、実施例により本発明を更に詳しく説明する。
【実施例】
【００６３】
（実施例１）
表１に示す化学組成を有する鋼１〜９を電気炉を用いて溶製した。表１において、鋼１、鋼７および鋼８は、各成分元素の含有量が本発明で規定する範囲内にある本発明例の鋼である。一方、鋼２〜６および鋼９は、成分元素のいずれかの含有量が本発明の規定から外れた比較例の鋼である。なお、表１には前記の(1)式で表されるｆｎ１の値も併せて示した。
【００６４】
【表１】
0004962294.tif 000002
【００６５】
上記鋼１〜９の各鋼塊から、機械加工によって、直径が３ｍｍで長さが１０ｍｍの変態点測定用試験片を作製し、フォーマスタ試験機によって上記の試験片を加熱して、各鋼のＡｃ3変態点を測定した。
【００６６】
前記の表１に、各鋼のＡｃ3変態点を併せて示す。また、図１に、Ｃ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＭｏおよびＶの含有量が同じレベルの鋼１および鋼５〜９について、Ａｃ3変態点とＳｉ含有量の関係を整理して示す。
【００６７】
図１から、他の成分元素の含有量が同じレベルの場合、Ｓｉの含有量を多くすれば鋼のＡｃ3変態点を高くできることが明らかである。
【００６８】
（実施例２）
実施例１で溶製した鋼１〜９の各々について、鋼塊の一部を分塊圧延し、次いで、１２６０℃に加熱してから熱間鍛造して、厚さが４５〜１００ｍｍの鋼板を作製した。
【００６９】
このようにして得た鋼板を、８７０〜１０００℃に加熱してから油温が８５℃以下の油中に投入・攪拌して油焼入れした。なお、各鋼板の板厚中央に熱電対を埋め込んで、焼入れ時の３５０〜２５０℃の温度域における冷却速度を測定した。
【００７０】
上記のようにして得た各鋼板から、小型の試料を切り出し、５５０℃に加熱・保持した後、大気中放冷して焼戻し処理を施した。次いで、鏡面研磨してからピクリン酸飽和水溶液で腐食し、ＪＩＳ  Ｇ  ０５５１（２００５）に記載の「鋼−結晶粒度の顕微鏡試験方法」に基づいてオーステナイト粒度番号を測定した。
【００７１】
さらに、前記試料を切り出した鋼板の残部について、５５０〜６５０℃に加熱・保持した後、大気中放冷して焼戻し処理を施し、硬さをブリネル硬さ（ＨＢ硬さ）で２８０〜３１０に調整した。
【００７２】
なお、上記のＨＢ硬さで２８０〜３１０という硬さは、新幹線等で用いられているブレーキディスクの硬さに対応するレベルである。
【００７３】
上記のようにして得た焼入れ−焼戻し後の各鋼板から、いわゆる「ＣＴ試験片（コンパクト試験片）」を切り出して破壊靱性試験を行った。
【００７４】
すなわち、厚さ２０ｍｍのＴ−ＳＴ方向の「ＣＴ試験片」を用いて、ＪＩＳ  Ｇ  ０５６４（１９９９）に記載の方法で、室温で破壊靱性試験を行った。
【００７５】
また、いわゆる「ピンオンディスク摩耗試験」を行うために、焼入れ−焼戻した一部の鋼板から、直径が１７５ｍｍで厚さが１５ｍｍのディスク試験片を切り出した。
【００７６】
なお、ピンオンディスク摩耗試験は、銅系焼結材料の直径が１０ｍｍで長さが２５ｍｍのピン試験片を、上記の直径が１７５ｍｍで厚さが１５ｍｍのディスク試験片に押し付けて次に示す条件で実施し、試験前後のディスクの質量変化から摩耗量を求めた。
【００７７】
・押し付け圧：０．９ＭＰａ、
・ディスク回転速度：５００ｒｐｍ、
・摺動距離：１０5ｍ、
・潤滑：無し。
【００７８】
表２に、各鋼板の板厚、焼入れ時の加熱温度と３５０〜２５０℃の温度域における冷却速度、ならびにオーステナイト粒度番号、破壊靱性値およびピンオンディスク摩耗試験による摩耗量の調査結果をまとめて示す。
【００７９】
なお、表２の「摩耗量」欄における「−」は、ピンオンディスク摩耗試験を行わなかったことを意味する。
【００８０】
また、図２に、鋼１を用いた試験番号１〜４について、３５０〜２５０℃の温度域における冷却速度と破壊靱性値の関係を整理して示す。さらに、図３に、３５０〜２５０℃の温度域における冷却速度が０．８５℃／ｓである試験番号２および試験番号８〜１２について、Ｓｉ含有量と破壊靱性値の関係を整理して示す。
【００８１】
なお、図２および図３においては、上記の試験番号を「Ｎｏ．２」や「Ｎｏ．１２」などと表記した。
【００８２】
【表２】
0004962294.tif 000003
【００８３】
表２ならびに図２および図３から、オーステナイト結晶粒度番号が同じレベルの場合には、焼入れ時に３５０〜２５０℃の温度域における冷却速度を大きくすれば、焼戻し後に大きな破壊靱性値が得られ、しかも、上記冷却速度が０．８５℃／ｓの場合にはＳｉの含有量が２．０％まで破壊靱性値は低下しないことが明らかである。
【００８４】
また、表２から、本発明例の試験番号１および試験番号２における、本発明で規定する条件を満たす焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材を素材とするディスクの摩耗量は２５０ｍｍ3を下回っており、耐摩耗性に優れていることが明らかである。
【００８５】
（実施例３）
実施例１で溶製した鋼１〜９の各々について、鋼塊の他の一部を分塊圧延して直径３６０ｍｍの丸鋼に仕上げ、大気中放冷して室温まで冷却した。
【００８６】
次いで、上記の直径３６０ｍｍの丸鋼を、長さ２３０ｍｍずつに切断し、その後、１２６０℃に加熱してから、薄肉部の厚さが２５〜１００ｍｍである新幹線用のブレーキディスクの粗形状に熱間鍛造した。
【００８７】
このようにして熱間鍛造した粗形状材を、９００℃または１０００℃に加熱した後、実機熱処理ラインで、油温が８５℃以下の油中に投入・攪拌する油焼入れ、または水焼入れすることによって、焼入れ処理を行った。すなわち、実機熱処理ラインで、薄肉部の厚さが２５〜１００ｍｍであるブレーキディスク粗形状材のそれぞれについて、５枚重ねた状態で焼入れ処理した。
【００８８】
上記のように焼入れした各粗形状材から、小型の試料を切り出し、５５０℃に加熱・保持した後、大気中放冷して焼戻し処理を施した。次いで、鏡面研磨してからピクリン酸飽和水溶液で腐食し、ＪＩＳ  Ｇ  ０５５１（２００５）に記載の「鋼−結晶粒度の顕微鏡試験方法」に基づいてオーステナイト粒度番号を測定した。
【００８９】
また、他の焼入れした各粗形状材について、５５０〜６５０℃に加熱・保持した後、大気中放冷して焼戻し処理を施し、硬さをブリネル硬さ（ＨＢ硬さ）で２８０〜３１０に調整した。
【００９０】
なお、既に述べたように、上記のＨＢ硬さで２８０〜３１０という硬さは、新幹線等で用いられているブレーキディスクの硬さに対応するレベルである。
【００９１】
次いで、上記の焼戻しした各粗形状材を、直径が８００ｍｍで厚さが２０ｍｍの新幹線用ブレーキディスク形状に仕上げ加工し、その後、摩擦材としての銅系焼結材料との組み合わせで、時速３００ｋｍからブレーキを１０００回掛けるブレーキ試験を行い、試験後ブレーキディスクの摺動面における亀裂の有無を目視によって調査した。
【００９２】
また、上記の試験を行った後、ミクロ組織観察用の断面試験片を切り出し、鏡面研磨した後ナイタルで腐食し、光学顕微鏡観察によってブレーキディスクディスクに生じた白色層（マルテンサイト相）の深さを測定した。
【００９３】
表３に、焼入れ時の加熱温度、オーステナイト粒度番号、破壊靱性値、ブレーキ試験後のブレーキディスク摺動面における亀裂の有無および白色層深さの調査結果をまとめて示す。
【００９４】
【表３】
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【００９５】
表３から、本発明例の試験番号１４、試験番号１５、試験番号２３および試験番号２４における、本発明で規定する条件を満たす焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材を素材とするブレーキディスクには白色層が無く、さらに、その摺動面には亀裂も生じておらず耐亀裂性に優れていることが明らかである。
【００９６】
これに対して、本発明で規定する条件から外れる、焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材を素材とするブレーキディスクの摺動面にはいずれも亀裂が生じており、耐亀裂性に劣ることが明らかである。
【００９７】
すなわち、試験番号１６および試験番号１７については、Ａｃ3変態点が８５０℃を超え、しかも、各成分元素の含有量が本発明で規定する範囲内にある本発明例の鋼１を用いているものの、焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材の破壊靱性値が低く、１３０ＭＰａ・ｍ1/2を下回るため、上記ブレーキディスク用鋼材を素材とするブレーキディスクの摺動面にはいずれも亀裂が生じており、耐亀裂性に劣っている。
【００９８】
同様に、試験番号２６についても、Ａｃ3変態点が８５０℃を超え、しかも、各成分元素の含有量が本発明で規定する範囲内にある本発明例の鋼１を用いているものの、焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材のオーステナイト粒度番号が小さく６．０を下回るため、上記ブレーキディスク用鋼材を素材とするブレーキディスクの摺動面にはいずれも亀裂が生じており、耐亀裂性に劣っている。
【００９９】
試験番号１８については、ＣｒおよびＭｏの含有量が本発明の規定から外れ、Ａｃ3変態点が８１６℃と低い鋼２を用いており、しかも、焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材の破壊靱性値が低く、１３０ＭＰａ・ｍ1/2を下回るため、上記ブレーキディスク用鋼材を素材とするブレーキディスクの摺動面には亀裂が生じており、耐亀裂性に劣っている。なお、この試験番号１８のブレーキディスクには深さ１．０ｍｍの白色層が認められた。
【０１００】
試験番号１９については、ＳｉおよびＭｏの含有量が本発明の規定から外れ、Ａｃ3変態点が７８７℃と低い鋼３を用いており、しかも、焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材の破壊靱性値が低く、１３０ＭＰａ・ｍ1/2を下回るため、上記ブレーキディスク用鋼材を素材とするブレーキディスクの摺動面には亀裂が生じており、耐亀裂性に劣っている。なお、この試験番号１９のブレーキディスクには深さ２．１ｍｍの白色層が認められた。
【０１０１】
試験番号２０については、ＳｉおよびＮｉの含有量が本発明の規定から外れ、Ａｃ3変態点が８４０℃と低い鋼４を用いており、しかも、焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材の破壊靱性値が低く、１３０ＭＰａ・ｍ1/2を下回るため、上記ブレーキディスク用鋼材を素材とするブレーキディスクの摺動面には亀裂が生じており、耐亀裂性に劣っている。なお、この試験番号２０のブレーキディスクには深さ０．２ｍｍの白色層が認められた。
【０１０２】
試験番号２１および試験番号２２については、Ｓｉの含有量が本発明の規定から外れ、そのＡｃ3変態点が７９９℃および８４０℃と低い鋼５および鋼６を用いているため、上記ブレーキディスク用鋼材を素材とするブレーキディスクの摺動面にはいずれも亀裂が生じており、耐亀裂性に劣っている。なお、これらの試験番号のブレーキディスクにはそれぞれ、深さが１．９ｍｍと０．１ｍｍの白色層が認められた。
【０１０３】
試験番号２５については、Ｓｉの含有量が本発明の規定から外れた鋼９を用いており、また、焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材のオーステナイト粒度番号が小さく６．０を下回り、しかも、その破壊靱性値が低く、１３０ＭＰａ・ｍ1/2を下回るため、上記ブレーキディスク用鋼材を素材とするブレーキディスクの摺動面には亀裂が生じており、耐亀裂性に劣っている。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明のブレーキディスクは、耐摩耗性と耐亀裂性に優れるので、車両速度が大きくなって２５０ｋｍ／ｈ以上で高速走行するような場合のディスクブレーキ装置に使用することができる。また、本発明の焼入れ・焼戻しされたブレーキディスク用鋼材は、上記ブレーキディスクの廉価な素材として用いるのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】実施例で用いたＣ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＭｏおよびＶの含有量が同じレベルの鋼１および鋼５〜９について、Ａｃ3変態点とＳｉ含有量の関係を示す図である。
【図２】鋼１を用いた実施例の試験番号１〜４について、３５０〜２５０℃の温度域における冷却速度と破壊靱性値の関係を整理して示す図である。なお、図においては、試験番号を「Ｎｏ．１」のように表記した。
【図３】３５０〜２５０℃の温度域における冷却速度が０．８５℃／ｓである実施例の試験番号２および試験番号８〜１２について、Ｓｉ含有量と破壊靱性値の関係を整理して示す図である。なお、図においては、試験番号を「Ｎｏ．２」のように表記した。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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