JP2717967B2 - Materials for metal gaskets - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は金属ガスケット用材料、特に内燃機関のシリ
ンダヘッドとシリンダブロックとの接合面に介在させ、
燃焼ガス、冷却水及び潤滑油等のリークを防止するため
に使用される金属ガスケット用材料に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to a material for a metal gasket, in particular, a metal gasket interposed at a joint surface between a cylinder head and a cylinder block of an internal combustion engine.
The present invention relates to a material for a metal gasket used to prevent leakage of a combustion gas, cooling water, lubricating oil, and the like.
（従来の技術） 内燃機関には、シリンダヘッドとシリンダブロックと
の接合面に金属ガスケットを介在させてシール機能を付
与している。(Prior Art) In an internal combustion engine, a sealing function is provided by interposing a metal gasket on a joint surface between a cylinder head and a cylinder block.
この際、使用する金属ガスケットの基板にはビードを
設け、ボルトの締結力の大小、燃焼ガス圧力及び機関熱
等により燃焼室孔周縁のデッキ面に生じる間隔を補償す
るようになされている。At this time, a bead is provided on the substrate of the metal gasket to be used so as to compensate for the gap generated on the deck surface around the combustion chamber hole due to the magnitude of the bolt fastening force, combustion gas pressure, engine heat and the like.
又、デッキ面に生じる間隙はエンジンの作動状態によ
って複雑に変動するため、この種の間隙の変動に対して
形状、構造面からの対策及び材質面からの対策が種々提
案されている。Further, since the gap generated on the deck surface fluctuates in a complicated manner depending on the operation state of the engine, various countermeasures have been proposed for such a change in the gap, from the viewpoint of shape, structure and material.
とりわけ材質面ではJISにおいて、第１表に示す化学
成分値が決められており、従ってこの規格材料を用いて
金属ガスケットが作られている。In particular, in terms of the material, the chemical component values shown in Table 1 are determined in JIS, and accordingly, metal gaskets are made using this standard material.
なお、第１表は化学成分として、C,Si,Mn,P,S,Ni,Cr
の７つの成分のみを示しているのは、JISG4313−1988
（ばね用ステンレス鋼）により、SUS301に対して表示す
るように求められているものが前記７元素だからであ
る。したがって残部にはFeと不可避不純物とがある（以
下の各成分表も同じ）。Table 1 shows C, Si, Mn, P, S, Ni, Cr
JISG4313-1988 shows only the seven components
(Stainless steel for springs) is required to be displayed on SUS301 because of the above seven elements. Therefore, the balance includes Fe and unavoidable impurities (the same applies to the following component tables).
（発明が解決しようとする課題） 最近ではエンジンの高性能化による小形軽量化が進
み、熱によるシリンダブロックの歪、軽量化による撓み
及び高性能化による爆発圧力の上昇等が問題になり、特
にこれらの全ての総合条件に対応するためには、従来の
規定材料では対応しきれない事態に至っている。ここで
金属ガスケット用材料に求められる代表的な特性として
は、疲れ強さ、耐へたり性、耐食性（発銹，応力
腐食割れ）等があるが、これらの特性の改良をしなけれ
ば、これらの最終用途範囲は限られたものとなってしま
う。 (Problems to be Solved by the Invention) Recently, miniaturization and weight reduction due to high performance of the engine have progressed, and distortion of the cylinder block due to heat, bending due to weight reduction and increase in explosion pressure due to high performance have become problems. In order to cope with all of these overall conditions, it has become impossible for conventional specified materials to cope with them. Here, typical characteristics required for a metal gasket material include fatigue strength, sag resistance, corrosion resistance (rust, stress corrosion cracking), and the like. End use range is limited.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、苛酷
なエンジン条件に対応することの可能な金属ガスケット
用材料を提供することを目的としている。The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a material for a metal gasket that can cope with severe engine conditions.
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明ではＣ（炭素）とSi
（珪素）とMn（マンガン）とＰ（燐）とＳ（硫黄）とNi
（ニッケル）とCr（クロム）とを主として含有する鋼か
らなる金属ガスケット用材料において、前記各含有パー
セントをＣ（0.25以下）、Si（1.00以下）、Mn（8.00〜
18.00）、Ｐ（0.060以下）、Ｓ（0.030以下）、Ni（1.0
0〜6.00）、Cr（15.00〜20.00）とすると共に、Ｎ（窒
素）を（0.10〜0.50）とした。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention employs C (carbon) and Si
(Silicon), Mn (manganese), P (phosphorus), S (sulfur), and Ni
In a material for a metal gasket made of steel mainly containing (nickel) and Cr (chromium), the content percentages are C (0.25 or less), Si (1.00 or less), and Mn (8.00 or less).
18.00), P (0.060 or less), S (0.030 or less), Ni (1.0
0 to 6.00), Cr (15.00 to 20.00) and N (nitrogen) to (0.10 to 0.50).
次に、本鋼の成分、組成の限定理由について述べる。 Next, the reasons for limiting the composition and composition of the steel will be described.
C :Cはオーステナイト生成元素であり、オーステナイト
組織の安定化をはかるためと同時に、固溶強化による材
料強度増加のために添加する。しかし、その含有量が0.
25％を超えると結晶粒界に多量の炭化物が析出し、その
結果、耐蝕性や加工性の劣化を生ずる。従って、その含
有量の上限を0.25％とした。C: C is an austenite forming element and is added to stabilize the austenite structure and to increase the material strength by solid solution strengthening. However, its content is 0.
If it exceeds 25%, a large amount of carbides precipitate at the grain boundaries, resulting in deterioration of corrosion resistance and workability. Therefore, the upper limit of the content is set to 0.25%.
Si:Siは脱酸剤の役割をすると同時に、耐蝕性を増加す
る効果もある。しかし、フェライト生成元素であり、
又、1.00％を超えた過剰添加は熱間加工性を害する他、
シグマ相生成傾向を助長し好ましくないので、その上限
を1.00％とした。Si: Si acts as a deoxidizing agent and also has the effect of increasing corrosion resistance. However, it is a ferrite forming element,
Excessive addition exceeding 1.00% impairs hot workability,
Since the sigma phase formation tendency is promoted, which is not preferable, the upper limit is set to 1.00%.
Mn:Mnは、この鋼が後出の重要元素であるＮを多量に含
有することができるようＮ固溶限を増加させる元素であ
ると共に、オーステナイト生成元素でもあり、オーステ
ナイト組織安定化に有効であるが、そのためには8.00％
以上含有させる必要がある。しかし、18.00％を超える
と、熱間加工性や耐蝕性を劣化させる虞れがあるため、
本鋼ではMn含有量の上限を18.00％、下限を8.00％とし
た。Mn: Mn is an element that increases the solid solubility limit of N so that the steel can contain a large amount of N, which will be described later, and is also an austenite-forming element, and is effective in stabilizing the austenite structure. There is, but for that 8.00%
It is necessary to contain the above. However, if it exceeds 18.00%, there is a risk of deteriorating hot workability and corrosion resistance,
In this steel, the upper limit of the Mn content was 18.00% and the lower limit was 8.00%.
P :Pは0.060％を超えると、耐蝕性や熱間加工性を劣化
させるので、その上限を0.060％とした。If P: P exceeds 0.060%, corrosion resistance and hot workability deteriorate, so the upper limit was made 0.060%.
S :Sは0.030％を超えると介在物が増加し、又、耐発銹
性の劣化をもたらす他、熱間加工に際して、割れ感受性
を著しく高めるので、その上限を0.030％とした。S: If S exceeds 0.030%, inclusions increase and rust resistance is deteriorated, and cracking susceptibility is significantly increased during hot working. Therefore, the upper limit is set to 0.030%.
Cr:CrはＮ固溶限を増加させる元素であると共に、ステ
ンレス鋼の耐蝕性を高めるのに最も有効な元素の一つで
もあるが、そのためには少なくとも13.00％以上の添加
が必要であり、実用上好ましくは15.00％以上が望まれ
る。しかし、20.00％を超えると、フェライト生成や熱
間加工性低下をもたらし好ましくない。従って、Crの上
限を20.00％、下限を15.00％とした。Cr: Cr is an element that increases the solid solubility limit of N and is also one of the most effective elements for improving the corrosion resistance of stainless steel. For that purpose, at least 13.00% or more must be added. Practically, 15.00% or more is desired. However, when it exceeds 20.00%, ferrite is formed and hot workability is deteriorated, which is not preferable. Therefore, the upper limit of Cr is set to 20.00%, and the lower limit is set to 15.00%.
Ni:Niはオーステナイト組織を安定にし、又靱性の向上
に有効であるが、このような効果を有効に発揮させるた
めには、1.00％以上の添加が必要である。しかし、本鋼
のような高Mn材料においては、6.00％を超えて過剰添加
しても、このような効果は飽和状態となり、又経済性も
損なうので、Niの添加料の上限を6.00％、下限を1.00％
とした。Ni: Ni is effective for stabilizing the austenite structure and improving the toughness. However, in order to exhibit such effects effectively, it is necessary to add 1.00% or more. However, in a high-Mn material such as the present steel, even if it is excessively added in excess of 6.00%, such an effect is saturated, and the economy is impaired. Therefore, the upper limit of the Ni additive is 6.00%, 1.00% lower limit
And
N :NはＣと同様、オーステナイトの安定化と同時に、固
溶強化による材料強度上昇及びオーステナイト系ステン
レス鋼における耐食性の向上にも寄与する元素である
が、その効果を十分なものとするためには、少なくとも
0.10％以上の添加が必要である。しかし、0.50％を超え
た過剰添加は、造塊中のブローホール発生の虞れがあり
好ましくない。そのため、Ｎ含有量の上限を0.50％、下
限を0.10％とした。N: Like N, N is an element that contributes to the stabilization of austenite, the increase in material strength by solid solution strengthening and the improvement of corrosion resistance in austenitic stainless steel, but in order to make its effect sufficient. Is at least
It is necessary to add 0.10% or more. However, excessive addition exceeding 0.50% is not preferable because blowholes may be generated during ingot making. Therefore, the upper limit of the N content is set to 0.50% and the lower limit is set to 0.10%.
（実施例） 本発明者らは鋭意研究の結果、Ｃ（炭素）、Mn（マン
ガン）、Ｐ（燐）、Ni（ニッケル）の各成分値を変化さ
せ、かつＮ（窒素）を新たに付加すれば、従来の材料に
比して格段に優れた金属ガスケット用材料が得られるこ
とを知得した。(Examples) As a result of earnest studies, the present inventors changed the component values of C (carbon), Mn (manganese), P (phosphorus), and Ni (nickel), and newly added N (nitrogen). Then, it was found that a material for a metal gasket which was much superior to a conventional material could be obtained.
実験に使用した材料の成分値は、以下に示す第２表の
通りであった。The component values of the materials used in the experiment were as shown in Table 2 below.
なお、第２表において○印をつけた成分は、従来値を
変更したことを示し、この内N4は新たに付加したもので
ある。 The components marked with a circle in Table 2 indicate that the conventional values have been changed, and N4 is a newly added component.
この場合で特徴的なことは、Mn成分を極端に増加させ
たこと、逆にNi成分をかなり低下させたこと及びＮを新
たに付加したことであり、これらは前記第１表及び第２
表の対比にて明らかである。What is characteristic in this case is that the Mn component has been extremely increased, the Ni component has been considerably reduced, and N has been newly added, as shown in Tables 1 and 2 above.
This is clear from the comparison in the table.
以上、第２表の成分値の鋼は、その材質中のＣ、Ｎ、
Mn、Ni等からなるように、所謂オーステナイト系である
ことには変りはない。As described above, the steels having the component values shown in Table 2 represent C, N,
There is no change in what is called an austenitic system such as Mn, Ni or the like.
そして本実施例の鋼について各種の特性を試験し、そ
の結果を従来のもの（JISに規格された成分値を有する
鋼）と対比して以下に示す。Various characteristics of the steel of this example were tested, and the results are shown below in comparison with a conventional steel (steel having a component value specified in JIS).
以上の各試験結果表において、（ ）を付した部分が
特性として顕著に改善されたものである。 In each of the test result tables described above, the portions marked in parentheses are markedly improved as characteristics.
即ち、物理的性質はどの試験種別もそれほど差がない
が、耐蝕性において応力腐蝕割れ時間がＵベンド法で８
から512と極めて増大したこと、更に機械的性質におい
て、耐力が153から184へと増大したこと、107疲れ強さ
が51から65へ、105疲れ強さが70から91へ、そしてKb値
（バネ限界値）が55から92へ増大したことが特筆され
る。That is, although the physical properties are not so different in any test type, the stress corrosion cracking time in corrosion resistance is 8 in U-bend method.
512 extremely increased it from, the further mechanical properties, the yield strength is increased from 153 to 184, from 10 7 fatigue strength of 51 to 65, to 10 5 fatigue from strength of 70 91 Then, K b It is noteworthy that the value (spring limit) has increased from 55 to 92.
なお、前記試験結果として挙げたロ耐蝕性に示す応力
腐蝕割れとは、オーステナイト系ステンレス鋼の腐蝕形
態の一つで、塩化物イオン（Cl-）が溶存している水溶
液中に、ばねやプレス成形品のような引張応力（外力、
内力共）が存在している物がおかれている場合、これに
割れが発生する現象であり、同表の（512）は割れ時間
（ｈ）である。又、ハ機械的性質に示す「as cold roll
ed」は「圧延のまま」を意味し、更に「従来鋼Ｈ材担
当」とは従来鋼（SUS301）のＨ（ハード）材相当を意味
する。即ち、JISG4313−1988（ばね用ステンレス鋼に規
定される、JIS301csp−Ｈ（硬さHv≧430,引張強さ≧135
Kg/mm2,耐力≧105Kg/mm2）相当を意味する。The stress corrosion cracking shown in the above test results in corrosion resistance is a form of corrosion of austenitic stainless steel, and a spring or a press is used in an aqueous solution in which chloride ions (Cl − ) are dissolved. Tensile stress (external force,
This is a phenomenon in which cracks occur when an object in which an internal force is present is placed, and (512) in the table is the cracking time (h). In addition, "as cold roll"
“ed” means “as-rolled”, and “responsible for conventional steel H material” means equivalent to H (hard) material of conventional steel (SUS301). That is, JIS G 4313-1988 (specified for stainless steel for spring, JIS 301 csp-H (hardness Hv ≧ 430, tensile strength ≧ 135
Kg / mm 2 , proof stress ≧ 105Kg / mm 2 ).
従って、本発明による鋼を用いてガスケットとした場
合の特徴は、以下のようになる。Therefore, the characteristics of the gasket made of steel according to the present invention are as follows.
耐へたり性（Kb値、耐力）が従来のものに比して非常
に大であるため、金属ガスケットの性能向上にとって最
適である。Since the sag resistance (Kb value, proof stress) is much larger than that of conventional ones, it is optimal for improving the performance of metal gaskets.
疲れ強さ、耐応力腐蝕割れ特性が従来のものに比して
非常に大きく、従って従来以上の長時間の使用に耐え得
るものとなる。Fatigue strength and stress corrosion cracking resistance are much higher than those of the prior art, so that they can withstand longer use than before.
上記実施例では、その成分値を第２表に示されるもの
にて行なったがせ、これに限定されるものではなく、第
３表に示されるものであっても良いことを確認した。In the above example, the component values are shown in Table 2. However, the present invention is not limited to this, and it has been confirmed that the component values shown in Table 3 may be used.
［発明の効果］ 以上説明した如く本発明によれば、JIS 301に規定さ
れる成分のステンレス鋼において、特に化学成分Ｃを0.
25％以下、Mnを8.00〜18.00％、Niを1.00〜6.00％及び
Ｎを0.10〜0.50の各成分値とするように限定した結果、
従来のものでは得ることのできない寿命延長を可能に
し、又、極めてバネ性（強度、耐へたり性）に優れた金
属ガスケット用材料が提供できる。 [Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, in the case of stainless steel having a component specified in JIS 301, particularly, the chemical component C is set to 0.1%
25% or less, as a result of limiting Mn to 8.00 to 18.00%, Ni to 1.00 to 6.00%, and N to 0.10 to 0.50 for each component value,
It is possible to provide a material for a metal gasket which can extend the life which cannot be obtained with the conventional one and which is extremely excellent in spring properties (strength and sag resistance).
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新井 宏 東京都新宿区西新宿２丁目１番１号 日 本金属工業株式会社内 (72)発明者 関口 力 東京都新宿区西新宿２丁目１番１号 日 本金属工業株式会社内 (72)発明者 芳賀 稔 東京都新宿区西新宿２丁目１番１号 日 本金属工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−294130（ＪＰ，Ａ) 特公 昭47−8690（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭51−16889（ＪＰ，Ｂ２) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hiroshi Arai 2-1-1 Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Inside Nihon Kinzoku Kogyo Co., Ltd. (72) Riki Sekiguchi 2-1-1 Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo No. 1 Inside Nihon Kinzoku Kogyo Co., Ltd. (72) Inventor Minoru Haga 2-1-1 Nishi Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Nihon Kinzoku Kogyo Co., Ltd. (56) References JP-A-62-294130 Japanese Patent Publication No. 47-8690 (JP, B1) Japanese Patent Publication No. 51-16889 (JP, B2)
Claims (1)
とＰ（燐）とＳ（硫黄）とNi（ニッケル）とCr（クロ
ム）を含有し、残部がFe（鉄）と不可避不純物とからな
る金属ガスケット用材料において、前記各含有パーセン
トをＣ（0.25以下）,Si（1.00以下）,Mn（8.00〜18.0
0）,P（0.060以下）,S（0.030以下）,Ni（1.00〜6.0
0）,Cr（15.00〜20.00）とすると共に、Ｎ（窒素）を
（0.10〜0.50）とすることを特徴とする金属ガスケット
用材料。1. C (carbon), Si (silicon) and Mn (manganese)
, P (phosphorus), S (sulfur), Ni (nickel), and Cr (chromium), and the balance is Fe (iron) and unavoidable impurities. Below), Si (less than 1.00), Mn (8.00-18.0)
0), P (0.060 or less), S (0.030 or less), Ni (1.00 to 6.0)
0), Cr (15.00 to 20.00) and N (nitrogen) to (0.10 to 0.50).
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