JP2000109957A

JP2000109957A - ガスケット用ステンレス鋼およびその製造方法

Info

Publication number: JP2000109957A
Application number: JP10282758A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Adachi; 和彦安達; Kazuyoshi Fujisawa; 一芳藤沢; Kenichi Goshokubo; 賢一御所窪; Yoshio Yamada; 好男山田; Yuichi Kinoshita; 裕一木下
Original assignee: Ishikawa Gasket Co Ltd; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Ishikawa Gasket Co Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-10-05
Filing date: 1998-10-05
Publication date: 2000-04-18
Also published as: KR100385342B1; US6277215B1; KR20000028813A; SG82645A1; EP0994199B1; DE69929017T2; DE69929017D1; EP0994199A1

Abstract

(57)【要約】【課題】高性能かつ安価なエンジンガスケットを安定
供給すべく、焼入れたままの仕上げで高強度かつ加工
性、耐食性が確保されるマルテンサイト系ステンレス鋼
を開発する。【解決手段】鋼組成を、Ｃ＋Ｎ：0.1 〜0.3 ％、Si：
0.5 ％以下、Mn：0.7％以下、Cr：10〜17％、Ni：０〜
0.6 ％とする。組織を、40％以上80％以下のマルテンサ
イト相と残部フェライト相とする。硬さを、300 以上50
0 以下のビッカース硬度とする。製造に際しては、所定
の厚みに加工した後、850 〜1000℃からの焼入れで仕上
げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高硬度かつ加工性
および耐食性に優れる安価なガスケット用マルテンサイ
ト系ステンレス鋼およびその製造方法に関するもので、
またさらに自動車等のエンジンガスケットに関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンガスケットはシリンダヘッドと
ブロック間に設けられる重要部品であって、図１(a) 、
(b) 示すように基本的にはビード加工された凸部が両者
の隙間を塞ぐことで燃焼ガス、冷却水、潤滑油の漏れを
防止するシール部品である。なお、図１(b) は図１(a)
の枠部分を切り出したときのエンジンガスケットの部分
斜視図である。したがって、ガスケット用材料には高強
度 (高硬度) かつ加工性、耐食性に優れること等が要求
される。

【０００３】従来、ガスケット用材料にはCr、Niを主成
分とするSUS301ステンレス鋼を中心とした準安定オース
テナイト系ステンレス鋼が使用されてきた。これらは変
形にともない高硬度のマルテンサイト相への変態を起こ
すため、加工硬化率が大きく、加工性にも優れるからで
ある。

【０００４】しかし、加工後の硬度が加工率、加工温度
に強く依存するため、品質上のバラツキが大きいという
問題があった。また、応力腐食割れを生じ易いという問
題もあった。さらに、高価なNiを多量に含有し、製品も
また高価となっていた。

【０００５】このような問題の解決策として、最近、特
開平７−278758号公報において、Crを主成分とする焼戻
しマルテンサイト組織からなるステンレス鋼が提案され
ている。マルテンサイト系ステンレス鋼は上記のオース
テナイト系ステンレス鋼に比べて一般的に応力腐食割れ
性に優れ、焼入れ熱処理による高硬度のマルテンサイト
相への変態を利用することで比較的容易に高硬度が得ら
れる。また、高価なNiをほとんど含有しないため安価で
ある。

【０００６】しかし、伸び低下による加工性の劣化等の
ために焼戻し熱処理が不可避であり、このことが炭化物
析出による脆化やCr欠乏相発生による耐食性劣化の原因
になるとともに、製造コストも上昇させていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高性能かつ
安価なエンジンガスケット用ステンレス鋼の安定供給に
関わり、従来のオーステナイト系ステンレス鋼とは異な
り、マルテンサイト系を改良した焼入れたままの仕上げ
で高強度かつ加工性、耐食性に優れ、安価なマルテンサ
イト系ステンレス鋼の開発を目指すものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、高温での
オーステナイト単相域ではなくオーステナイト＋フェラ
イトの二相領域からの焼入れを行い、そのときのオース
テナイト相を高硬度のマルテンサイト相へ変態させるこ
とで焼入れ後の材料の組織をマルテンサイト相＋フェラ
イト相とし焼戻し処理を行うことなく、その硬度とマル
テンサイト量の関係より高硬度を維持した上でガスケッ
トに必要な加工性が得られることを見出し、そのような
効果が得られる鋼組成範囲および優れた耐食性が得られ
る熱処理条件を明確にすることで本発明を完成した。

【０００９】したがって、本発明では鋼材成分とともに
硬度、マルテンサイト量およびその製造方法を規定して
いる。また本発明によれば、高価なNi等の添加量も極力
低減させることで、より安価な材料が提供可能となる。

【００１０】すなわち、本発明は、重量％で、Ｃ＋Ｎ：
0.1 〜0.3 ％、Si：0.5 ％以下、Mn：0.7 ％以下、Cr：
10〜17％、Ni：０〜0.6 ％を含む鋼組成を有し、40％以
上80％以下のマルテンサイト相と残部フェライト相から
なる組織を示し、300 以上500 以下のビッカース硬度を
有することを特徴とするガスケット用ステンレス鋼であ
る。

【００１１】本発明は、別の面からは、上記鋼組成を有
する鋼を所定の厚みに加工した後、850 〜1000℃に加熱
する焼入れ熱処理で仕上げることを特徴とするガスケッ
ト用ステンレス鋼の製造方法である。

【００１２】さらに別の面からは、本発明は、重量％
で、Ｃ＋Ｎ：0.1 〜0.3 ％、Si：0.5 ％以下、Mn：0.7
％以下、Cr：10〜17％、Ni：０〜0.6 ％を含む鋼組成を
有し、40％以上80％以下のマルテンサイト相と残部フェ
ライト相からなる組織を示し、300 以上500 以下のビッ
カース硬度を有することを特徴とするエンジンガスケッ
トである。

【００１３】また、さらに別の面からは、本発明は40％
以上80％以下のマルテンサイト相と残部フェライト相か
らなるマルテンサイト系組織を示し、300 以上500 以下
のビッカース硬度を有することを特徴とするエンジンガ
スケットである。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態についてさら
に詳細に説明する。まず、本発明において鋼組成を上述
のように成分限定した理由について説明する。

【００１５】Ｃ＋Ｎ：0.1 〜0.3 ％Ｃ、Ｎは、マルテンサイト相を少量で硬化させる元素で
あり、それらの効果はＣ、Ｎで同等と考えられる。Ｃ＋
Ｎの合計量が0.1 ％未満では焼入れ後にHv 300以上の必
要な硬度が得られず、0.3 ％を越えると硬化し過ぎ、加
工性不十分となる。したがって、Ｃ＋Ｎの含有量は、合
計量で、0.1 ％以上、0.3 ％以下とした。

【００１６】Si：0.5 ％以下 Siは、マルテンサイト相を硬化する元素であり、0.5 ％
を越えると加工性が不十分となる。したがって、Si含有
量は0.5 ％以下とした。好ましくは、0.4 ％以下であ
る。

【００１７】Mn：0.7 ％以下 Mnは、高温でのオーステナイト相領域を拡大する元素で
あり、より低温まで同相を安定させ、焼入れ後のマルテ
ンサイト量を増加させる作用を有する。Mnが0.7 ％を越
えるとマルテンサイト単相となり加工性不芳となる。さ
らに、過度に添加した場合には残留オーステナイト相の
出現を招き、必要な硬度が得られなくなる。したがっ
て、Mn含有量は0.7 ％以下とした。好ましくは、0.5 ％
以下である。

【００１８】Cr：10〜17％ Crはステンレス鋼の基本添加元素であり、有効な耐食性
を得るためには少なくとも10％以上の添加が必要であ
る。また、Crの存在は、高温でのオーステナイト相の変
態を遅らせると考えられ、17％を越えると残留オーステ
ナイト相の出現を招き、必要な硬度が得られなくなる。
したがって、Cr含有量は10％以上、17％以下とした。好
ましくは、12〜15％である。

【００１９】Ni：０〜0.6 ％ Niも、Mnと同様に高温でのオーステナイト相領域を拡大
する元素であり、所望により0.6 ％以下添加することで
より低温まで同相を安定化させ、焼入れ後のマルテンサ
イト量を増加させる。しかし、0.6 ％を越えるとマルテ
ンサイト単相となり加工性不芳となる。したがって、Ni
を添加する場合、Ni含有量は0.6 ％以下とした。好まし
くは、0.5 ％以下である。

【００２０】このように、本発明にかかる鋼は、主に
Ｃ、Ｎ、Siによりマルテンサイト相の硬度、Cr、Mn、Ni
によりマルテンサイト量を調整するものであり、そのよ
うな観点からそれぞれ添加元素量を規定した。その他、
強度改善のため必要によりNb、Ｖ、Tiなどの少量の元素
の少なくとも１種、合計で０〜2.0 ％添加は許容する
が、通常、残部はFeおよび不可避的不純物元素からな
る。

【００２１】次に、材料の硬度およびマルテンサイト量
の限定理由について実験結果を用いて説明する。表１は
ここで用いたFe−13Cr鋼から成る薄板材の成分分析の結
果を示す。かかる鋼組成を有する鋼を溶製後、熱間圧
延、冷間圧延して所定厚さ (通常0.3 〜0.1 mm、本例で
は0.2 mm) にしてから焼入れ温度を変えることでマルテ
ンサイト量および硬度を変え、それぞれ得られた材料か
ら試験片を切り出した。

【００２２】図２に短冊状の同薄板材試験片でのビード
部の形状を示す。図中の数字は寸法(mm)を示す。図３に
は圧縮試験機を用いてビード加工後の試験片を全屈状態
から解放した後のビード高さに及ぼす材料の硬度の影響
を示す。出発時のビード高さは0.3 mmであったが、試験
後には0.06〜0.15mmとなった。

【００２３】ビード高さはHv300 以上で0.10mm以上と特
に増加する。これらは同値以上で有効なシール性が得ら
れることを示すものである。このため、材料の硬度の下
限値をHv300 とした。また、Hv500 を越えた場合、一部
の試験片にビード加工時の割れが確認された。

【００２４】図４に金型プレスを使ったビード加工時の
割れ発生有無に及ぼすマルテンサイト量および材料の硬
度の影響を示す。基本的にマルテンサイト量の増加に伴
う硬化が認められるものの、それらには大きな幅があ
り、マルテンサイト量が80％を越える場合、それに比べ
てマルテンサイト量が低くても材料の硬度がHv500 を越
える場合にそれぞれ割れが多発する。

【００２５】これらの事実からは加工性に対してマルテ
ンサイト相自体の硬度とその量が影響し、それらの適正
な関係があることを示すものと考えられる。また、マル
テンサイト量が40％未満の場合、Hv300 の硬度の下限値
を得ることが困難となる。

【００２６】以上より、本発明においては、必要な硬度
をHv300 以上、Hv500 以下、その上で必要な加工性が得
られる範囲を明確にするためにマルテンサイト量を40％
以上、80％以下と規定した。なお、本明細書においてマ
ルテンサイト相、フェライト相の組織割合は体積％で示
すものとする。

【００２７】最後に、製造方法の限定理由について実験
結果を用いて説明する。図５に、塩水噴霧試験(JIS-Z-2
371)での、Fe−13Cr鋼から成る薄板材試験片の耐食性に
及ぼす熱処理温度の影響を示す。焼入れ温度が800 ℃以
下の場合、レイティングNo.(R.No.)が大きく減少し、耐
食性は急激に劣化する。

【００２８】また、1000℃での焼入れ後に焼戻しを施し
た場合にも耐食性が急激に劣化することを確認した。こ
れらは炭化物析出によりCr欠乏相が発生したことに起因
すると推定される。

【００２９】なお、焼入れ温度が1000℃を越える場合、
高温での組織がオーステナイト単相になると考えられ、
焼入れ後の組織はマルテンサイト量が80％を越え (表
２、No.B6)、加工性が劣化する。

【００３０】以上より、焼入れ温度は850 ℃以上、1000
℃以下とした。なお、鋼材成分、焼入れ温度等による違
いがあるものの、保持時間は10秒以上、焼入れ時の冷却
速度は10℃／秒以上が望ましい。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【実施例】表２に示す組成からなるステンレス鋼を10kg
の真空溶解炉にて溶製し、熱間圧延、焼鈍、脱スケール
(酸洗) 後、厚さ0.2 mmにまで冷間圧延して薄板材を作
成し、750 〜1050℃加熱にて10秒保持後、空冷にて焼入
れを施した。

【００３３】その後、得られた薄板材を用いて、硬度、
マルテンサイト量、塩水噴霧試験での耐食性金型プレス
により図２と同様のビードを加工後の割れの有無、塩水
噴霧試験での耐食性を調査した。

【００３４】表２にそれらの調査結果を示す。割れ発生
率は５本の試験片についての割れが発生した本数で、耐
食性はJIS Z2371によるR.No. で、それぞれ評価した。

【００３５】同表に示す試験結果より明らかなように、
マルテンサイト量が90％を越え、硬度もHv500 を越える
No.D4 、F4、G4、H4はビード加工時に割れが多発し、硬
度のみがHv500 を越えるNo.E4 でも割れが発生する。ま
た、加熱温度が1000℃を越えるNo.B6 も同様であり、85
0 ℃未満のNo.A1 、B1はHv300 以上の必要な硬度が得ら
れず、耐食性も大きく劣化する。これらに対して、本発
明例であるNo.A2 〜５、B2〜５は高硬度、高耐食性を示
し、割れの発生率も極めて低い。

【００３６】

【表２】

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、自動車等に使用される
エンジンガスケット用素材として高性能かつ安価なステ
ンレス鋼板を安定供給することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１(a) 、(b) は、それぞれガスケットの配置
形態および基本的構造を示す説明図である。

【図２】Fe−13Cr鋼から成る短冊状の薄板材試験片での
ビード部の形状を示す断面図である。

【図３】圧縮試験機でのビード加工後の試験片を全屈状
態から解放した後のビード高さに及ぼす材料の硬度の影
響を示すグラフである。

【図４】ビード加工時の割れ発生有無に及ぼすマルテン
サイト量および材料の硬度の影響を示すグラフである。

【図５】塩水噴霧試験(JIS-Z-2371)でのFe−13Cr薄板材
試験片の耐食性に及ぼす熱処理温度の影響を示すグラフ
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤沢一芳大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者御所窪賢一大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者山田好男栃木県宇都宮市清原工業団地21番３号石川ガスケット株式会社技術研究所内 (72)発明者木下裕一栃木県宇都宮市清原工業団地21番３号石川ガスケット株式会社技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ＋Ｎ：0.1 〜0.3 ％、Si：0.5 ％以下、Mn：0.7 ％以
下、Cr：10〜17％、 Ni：０〜0.6 ％を含む鋼組成を有し、40％以上80％以下
のマルテンサイト相と残部フェライト相からなる組織を
示し、300 以上500 以下のビッカース硬度を有すること
を特徴とするガスケット用マルテンサイト系ステンレス
鋼。
【請求項２】請求項１に記載された鋼組成を有する鋼
を、所定の厚みに加工した後、850 〜1000℃に加熱して
焼入れる熱処理で仕上げることを特徴とするガスケット
用ステンレス鋼の製造方法。
【請求項３】重量％で、Ｃ＋Ｎ：0.1 〜0.3 ％、Si：0.5 ％以下、Mn：0.7 ％以
下、Cr：10〜17％、 Ni：０〜0.6 ％を含む鋼組成を有し、40％以上80％以下
のマルテンサイト相と残部フェライト相からなる組織を
示し、300 以上500 以下のビッカース硬度を有すること
を特徴とするエンジンガスケット。
【請求項４】 40％以上80％以下のマルテンサイト相と
残部フェライト相からなるマルテンサイト系組織を示
し、300 以上500 以下のビッカース硬度を有することを
特徴とするエンジンガスケット。