JP4042102B2

JP4042102B2 - Exhaust gas recirculation system parts

Info

Publication number: JP4042102B2
Application number: JP2002303380A
Authority: JP
Inventors: 進桂木; 高志服部; 誠一遠藤
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2001-10-18
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2022-10-17
Also published as: JP2003193205A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のエンジンの排気側から分岐して吸気側の間に配設される排気ガス再循環系部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンを搭載した自動車などにおいては、一般に、排気ガスの一部を吸気系に還流、いわゆる排気ガス再循環（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ、略して「ＥＧＲ」という）することで、燃焼温度を低く抑えてＮＯｘの生成を抑制している。この排気ガス再循環系部品（以下、「ＥＧＲ系部品」という）のひとつとして排気ガス再循環バルブ（以下、「ＥＧＲバルブ」という）がある。図６は、ＥＧＲバルブが取り付けられたディーゼルエンジンの模式平面図である。図６に示すように、ＥＧＲバルブ４０は、排気マニホルド５２から分岐して吸気マニホルド５３に接続するＥＧＲ通路５４に設けられ、エンジンの回転速度および負荷に応じて、コントローラ５５で制御されている。また、ＥＧＲバルブ４０前にＥＧＲクーラ５６を設けて再循環ガスを冷却し、体積を減少してから吸気マニホルド５３に供給することによって、シリンダ５７内に供給する空気量を確保している。また、狭いエンジンルーム内にＥＧＲバルブ４０を取り付けるため、弁箱４１での弁口４１ａから出口４１ｂまでのＥＧＲ流路４１ｃは、Ｌ字、Ｓ字、Ｚ字のような曲がり部が形成されている。なお、５８は燃焼噴射ノズル、５９はタービンハウジング、６０ａ，６０ｂは排気ガス浄化用触媒およびフィルタ、６１は排気ガス、６２は過給機、６３は吸入空気を示す。
【０００３】
図５は、従来のＥＧＲバルブ４０の一例の断面図である。図５で、ＥＧＲバルブ４０は、弁口４１ａから出口４１ｂまで略Ｌ字に曲がるＥＧＲ流路４１ｃが形成された弁箱４１と、弁口４１ａにホルダ４２を介して取り付けられた弁座４３と、この弁座４３に離着座する弁棒４４ａと一体となった弁体４４を有する。また、弁棒４４ａは弁箱４１に固定されたガイド４５で摺動自在に支承され、弁箱４１の上部にはコントローラ（図示せず）で制御されて圧縮空気で作動するアクチュエータ４６を有する。また、ＥＧＲクーラ５６で冷却しきれなかった場合の再循環ガスによるＥＧＲバルブ４０への熱影響を低減するため、ＥＧＲ流路４１ｃの周囲には冷却水循環路４７が設けられている。そして、アクチュエータ４６が作動しない状態では、スプリング室４８のスプリング４８ａにより弁体４４で弁口４１ａを塞ぎ、エンジンの定常走行時には弁口４１ａの開度を増減調整して、排気ガスの一部を吸気側に混合して再循環させ、再循環ガスの持つ熱容量により燃焼温度を低下させてＮＯｘを低減している。
【０００４】
図５のようなＥＧＲバルブ４０は、弁箱４１の軽量化を図るため（ＪＩＳＨ５２０２）ＡＣ４ＣＨなどのアルミニウム合金鋳物とし、この弁箱４１にホルダ４２を（ＪＩＳＧ５５０２）ＦＣＤ４５０などの球状黒鉛鋳鉄として鋳包み、さらに、ホルダ４２に（ＪＩＳＧ４３０３）ＳＵＳ３０４のステンレス鋼の弁座４３を圧入している。または、ホルダ４２無しで、アルミニウム合金鋳物の弁箱４１にステンレス鋼の弁座４３を圧入して構成している。
【０００５】
一方、図６で、ＥＧＲ通路５４の途中にＥＧＲクーラ５６を設置して高温の再循環ガスを冷却すると、ＥＧＲクーラ５６を通過した再循環ガス中の水分が凝縮して凝縮水となり、この凝縮水が燃料中に含まれる硫黄分と結合して硫酸水となる。そして、硫酸水は、弁箱４１のＥＧＲ流路４１ｃの曲がり部付近に衝突して次第に溜まってくる。
【０００６】
ＥＧＲバルブ４０を構成する弁箱４１が（ＪＩＳＨ５２０２）ＡＣ４ＣＨなどのアルミニウム合金鋳物であると、強酸の硫酸水によりＥＧＲ流路４１ｃの曲がり部が腐食されて多数の凹状部４１ｄが形成される。そして、凹状部４１ｄに再循環ガス中の煤（すす）が付着すると硫酸水がさらに凝縮濃化して腐食を進行させ、ＥＧＲ流路４１ｃが薄肉であると貫通孔があいて再循環ガスが洩れるおそれがある。
【０００７】
そこで、耐硫酸腐食性を得るため、ＥＧＲバルブ４０の材料を、質量比で、Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：２．００％以下、Ｍｎ：２．００％以下、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０４０％以下、Ｎｉ：８．００〜１１．００％、Ｃｒ：１８．００〜２１．００％を含むステンレス鋼鋳鋼品とする試みも行われている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００８】
一方、重量％で、Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｎｉ：１２〜２７％、Ｃｒ：１６〜２６％、Ｃｕ：３．０％を超えて８．０％以下、Ｍｏ：０．５〜５．０％、Ａｌ：０．０１〜０．５％、Ｎ：０．０５％未満、Ｐ：０．０４％以下およびＳ：０．００５％以下を含み、残部はＦｅおよび不可避不純物とし、さらに、鋼中に析出している金属Ｃｕの量が面積割合で０．１％以上とした耐硫酸露点腐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼として、高濃度の硫酸が凝結する環境での耐食性を向上し、火力発電用ボイラや産業用ボイラなどの排ガス系部材、例えば、熱交換器、煙道や煙突などの部材に使用することができるとする開示がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
また、ＥＧＲバルブで、弁箱のＥＧＲ流路の入口の内壁面を覆い隠すように、弁箱より耐食性が優れたステンレスの薄板を円筒状に成形した遮蔽体を装着することで、再循環ガスがＥＧＲ通路の入口壁面に触れることを無くし、弁口の腐食を少なくできるとする開示がある（例えば、特許文献２参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−１７５５号公報（第２頁第１欄第２〜１１行、第７頁第１２欄第３５〜３９行）
【特許文献２】
国際公開第９９／２０８８６号公報（第１３頁第２〜１３行、図１）
【非特許文献１】
（ＪＩＳＧ５１２１）ステンレス鋼鋳鋼品種類の記号ＳＣＳ１３
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
さて、近年、ＮＯｘの生成をさらに抑制することが求められ、これに従いＥＧＲ系部品を通過させる再循環ガスの流量も増加し、強酸の硫酸水がＥＧＲ通路５４やＥＧＲ流路４１ｃに凝縮する量も増加している。そして、凝縮する硫酸水の濃度は自動車のエンジン型式や部位により変るので、ＥＧＲ系部品には広範囲の硫酸濃度に対する耐腐食性が要求されてきている。
【００１２】
しかしながら、前述した非特許文献１のような材料は、高濃度の硫酸水に対しては良好な耐硫酸腐食性を示すものの、低濃度から５０％程度と中濃度までの硫酸水に対しては著しく腐食性を損なうため、硫酸腐食が進行してＥＧＲ通路５４やＥＧＲ流路４１ｃが大きく減量し、再循環ガスが洩れるおそれがある。
【００１３】
また、特許文献１は、その第２頁の特許請求の範囲に「Ｃ：０．０５％以下」、また第６頁の段落番号００４６に「鋼の鋼塊を通常の方法で熱間鍛造、熱間圧延し、更に、１１００℃で固溶化熱処理して、厚さ６ｍｍ×幅１００ｍｍ×長さ７００ｍｍの板材を製造した」と記載のように、低Ｃ組成での熱間加工などのプロセスを含むオーステナイト系ステンレス鋼である。ところが、ＥＧＲ系部品には、一部の肉厚を３ｍｍ以下と薄肉にして軽量化を図り、また、図５に示すようなＥＧＲバルブ４０は、冷却水循環路４７やスプリング室４８を形成して複雑形状にし、さらに低コストにすることが求められているので、鋳造により製造するのが好適である。しかし、特許文献１に開示された低Ｃの組成では、鋳造により製造することが難しい。
【００１４】
また、特許文献２では、入口の内壁面以外のＥＧＲ流路が硫酸水で腐食して貫通孔になると、再循環ガスが洩れるおそれがある。また、弁箱より耐食性が優れたステンレス薄板でも、強酸の硫酸水で腐食が進行して、弁口付近のステンレス薄板に欠損ができると、ＥＧＲバルブの動作不良を起こすおそれがある。
【００１５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、強酸の硫酸水による腐食の進行を少なくして再循環ガスの洩れを抑制できる、耐硫酸腐食性に優れるＥＧＲ系部品を得ることにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ＥＧＲ系部品の材質としてステンレス鋳鋼に着目し、その中でも、Ｃｒ−Ｎｉ系のオーステナイト系ステンレス鋳鋼に着目し、これにＭｏ、Ｃｕ、Ｎｂを始めとする各元素の添加、含有量を最適化することで、低濃度から高濃度までの広範囲の濃度の硫酸水に対して優れた耐腐食性が得られることを見出し、本発明に想到した。
【００１７】
すなわち、第１発明のＥＧＲ系部品は、質量比で、Ｃ：０．０８％を超え０．３％以下、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ：３％以下、Ｓ：０．２％以下、Ｎｉ：８〜１８％、Ｃｒ：１２〜２５％、Ｍｏ：０．１〜４％、Ｗ：０〜２％で、かつ（Ｍｏ＋０．５Ｗ）：０．１〜４％、Ｃｕ：０．５〜６％で、かつ（Ｎｉ／Ｃｕ）：２以上、Ｎｂ：０〜２．５％、残部：Ｆｅおよび不可避的不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋳鋼からなり、硫酸濃度０〜１００％に６０℃で５時間浸漬後の腐食減量が１００ｇ／（ｍ ² ・ｈ）以下であることを特徴とする。
【００１８】
第２発明のＥＧＲ系部品は、第１発明において、質量比で、Ｃ：０．０８％を超え０．３％以下、Ｓｉ：０．５〜１．５％、Ｍｎ：０．５〜２％、Ｓ：０．００５〜０．１５％、Ｎｉ：１０〜１４％、Ｃｒ：１２〜２０％、Ｍｏ：１．５〜２．５％、Ｃｕ：１〜５％で、かつ（Ｎｉ／Ｃｕ）：２以上、Ｎｂ：０．３〜１．５％、残部：Ｆｅおよび不可避的不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋳鋼からなることを特徴とする。
【００１９】
第３発明のＥＧＲ系部品は、第１発明において、質量比で、Ｃ：０．０８％を超え０．３％以下、Ｓｉ：０．５〜１．５％、Ｍｎ：０．５〜２％、Ｓ：０．００５〜０．１５％、Ｎｉ：８〜１１％、Ｃｒ：１７〜２２％、Ｍｏ：０．１〜１．５％、Ｃｕ：０．５〜３％で、かつ（Ｎｉ／Ｃｕ）：２以上、Ｎｂ：０．３〜１．５％、残部：Ｆｅおよび不可避的不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋳鋼からなることを特徴とする。
【００２０】
第４発明のＥＧＲ系部品は、第１発明乃至第３発明の何れかにおいて、質量比で、Ｎ：０．２％以下およびＢ：０．０１％以下の少なくとも１つを含有することを特徴とする。
【００２１】
なお、本発明のＥＧＲ系部品において、オーステナイト系ステンレス鋳鋼とは、基地はオーステナイト組織であるが、組成によって基地中にフェライト相や炭化物などの晶出物や析出物が若干含まれるオーステナイト系ステンレス鋳鋼も含まれる。
【００２２】
第５発明のＥＧＲ系部品は、第１発明乃至第４発明の何れかにおいて、鋳造後、１０５０〜１１５０℃で固溶化熱処理を施して得られること特徴とする。
【００２３】
第６発明のＥＧＲ系部品は、第１発明乃至第５発明の何れかにおいて、硫酸濃度０〜１００％に６０℃で５時間浸漬後の腐食減量が５０ｇ／（ｍ²・ｈ）以下であることを特徴とする。
【００２４】
第７発明のＥＧＲ系部品は、第１発明乃至第４発明の何れかにおいて、硫酸を主体として、蟻酸、酢酸、硝酸、塩酸の少なくとも１を含む、ｐＨ２〜−（マイナス）１の範囲の強酸に６０℃で５時間浸漬後の腐食減量が１０ｇ／（ｍ^２・ｈ）以下であることを特徴とする。
【００２５】
第８発明のＥＧＲ系部品は、第１発明乃至第７発明の何れかにおいて、薄肉の曲がり部を有し、前記曲がり部の少なくとも一部が３ｍｍ以下の肉厚であることを特徴とする。
【００２６】
第９発明のＥＧＲ系部品は、第１発明乃至第８発明の何れかにおいて、エンジンの排気側から分岐して吸気側の間に配設され、弁口とこの弁口からの排気ガス再循環通路を有する弁箱と、前記弁口に形成した弁座と、アクチュエータにより前記弁座に離着座する弁体とを有する排気ガス再循環バルブでの、前記弁箱であることを特徴とする。
【００２７】
次に、第１発明乃至第９発明のＥＧＲ系部品での限定理由を説明する。
【００２８】
（１）Ｃ：０．０８％を超え０．３％以下
Ｃは、溶湯の流動性、すなわち鋳造性を良くする非常に重要な元素であるので添加する。一方、Ｃが０．５％を超えて添加されると、Ｃｒ炭化物を形成して、表面のＣｒを中心とした酸化皮膜の形成を阻害して耐硫酸腐食性を大きく低下させ、ＥＧＲ系部品として使用する場合、損傷する危険性がある。従って、Ｃは０．５％以下、好ましくは、Ｃは０．０５％を超え０．３％以下とする。ＥＧＲ系部品が、一部の肉厚が３ｍｍ以下と薄肉で複雑形状な場合など、より鋳造性を確保したい場合には、さらに好ましくは、Ｃは０．０８％を超え０．３％以下とする。
【００２９】
（２）Ｓｉ：２％以下、好ましくは０．５〜１．５％
Ｓｉは、溶湯の脱酸剤としての役割を有するほか、Ｃｒを中心とした不動態酸化皮膜を保護、強化する役割を担い、耐硫酸腐食性を向上させる。一方、Ｓｉは２％を超えて過剰に添加されると、フェライト相の形成により、耐硫酸腐食性が低下する危険性がある。従って、Ｓｉは２％以下、好ましくは、Ｓｉは０．５〜１．５％とする。
【００３０】
（３）Ｍｎ：３％以下、好ましくは０．５〜２％
Ｍｎは、溶湯の脱酸作用およびオーステナイト形成元素であるため添加する。しかし、Ｍｎは３％を超えて添加されると、Ｓと結びついて粗大な非金属介在物を形成する。そして、この非金属介在物が硫酸を主としたＥＧＲ系部品の雰囲気に対し溶解することで、腐食の進行を促進させる危険性がある。従って、Ｍｎは３％以下、好ましくは、Ｍｎは０．５〜２％とする。
【００３１】
（４）Ｓ：０．２％以下、好ましくは０．００５〜０．１５％
Ｓは、ＣｒおよびＭｎと結びつかせて非金属介在物を形成して切削性を向上させるため意図的に添加する。しかし一方で、Ｓ系の非金属介在物の存在は硫酸を主とした腐食雰囲気での耐食性を悪化させるので、Ｓは０．２％以下の添加が良い。従って、Ｓは０．２％以下、好ましくは、Ｓは０．００５〜０．１５％とする。
【００３２】
（５）Ｎｉ：８〜１８％、好ましくは１０〜１４％、或いは好ましくは８〜１１％
Ｎｉは、硫酸を主とした腐食雰囲気のＥＧＲ系部品としての耐食性を向上させ、かつオーステナイト相を安定にする効果があるため、８％以上必要である。一方、Ｎｉは、高価な元素であるために１８％以下が良い。従って、Ｎｉは８〜１８％、好ましくは、Ｎｉは１０〜１４％とする。一方、耐食性を重視する場合、Ｎｉは高い方が好ましいが、より鋳造性や溶接性などの製造性が重視されるＥＧＲ系部品においては、Ｃｒを多め、Ｎｉを少なめにしてフェライト相を少し含んだオーステナイト基地組織にすることが良く、そのような場合は、Ｎｉは８〜１１％が好ましい。
【００３３】
（６）Ｃｒ：１２〜２５％、好ましくは１２〜２０％、或いは好ましくは１７〜２２％
Ｃｒは、多量に添加することで、基地表面に緻密で密着性の良い安定な不動態酸化皮膜を形成し、硫酸を主とした雰囲気においての耐食性を向上させる効果があるので、少なくとも１２％以上必要である。一方、Ｃｒが２５％を超えて添加されると、多量のフェライト相の晶出もしくは析出により、耐硫酸腐食性を低下させる危険性がある。従って、Ｃｒは１２〜２５％、好ましくは、Ｃｒは１２〜２０％とする。一方、より鋳造性や溶接性などの製造性が重視されるＥＧＲ系部品においては、Ｃｒをやや多め、Ｎｉを少なめにしてフェライト相を少し含んだオーステナイト基地組織にすることが良く、そのような場合は、Ｃｒは１７〜２２％が好ましい。
【００３４】
（７）Ｍｏ：０．１〜４％、Ｗ：０〜２％で、かつ（Ｍｏ＋０．５Ｗ）：０．１〜４％、好ましくは１．５〜２．５％、或いは好ましくはＭｏ：０．１〜１．５％
Ｍｏは、Ｃｒの不動態酸化皮膜に濃縮して耐硫酸腐食性をさらに向上させる効果があるため、特に厳しい硫酸腐食が要求される場合に、Ｗとの兼ね合いで添加すると良い。一方、Ｍｏが４％を超えて添加されると、Ｃｒと同様にフェライト相の晶出もしくは析出により耐硫酸腐食性が大きく低下する危険性がある。従って、Ｍｏは０．１〜４％、好ましくは、Ｍｏは１．５〜２．５％とする。また、Ｍｏが１に対しＷが０．５でＭｏと同等の効果を示すため、ＭｏおよびＷの何れか１つ以上を（Ｍｏ＋０．５Ｗ）で０．１〜４％として、Ｍｏ単独添加と同等の効果を得る。一方、Ｗは、非常に高価な元素であるため、多量に添加することは、いたずらに材料のコストを上げるだけなので、Ｗは０〜２％の範囲が好ましい。一方、ＥＧＲ系部品を鋳造で作製し、このＥＧＲ系部品と別のパイプ材とを溶接する場合、Ｍｏを多量に添加すると、溶接性や耐食性などの諸特性に悪影響を与えるため、そのような場合には、Ｍｏは０．１〜１．５％と少なめに添加するのが好ましい。
【００３５】
（８）Ｃｕ：０．５〜６％で、かつ（Ｎｉ／Ｃｕ）：２以上、好ましくはＣｕ：１〜５％で、かつ（Ｎｉ／Ｃｕ）：２以上、或いは好ましくはＣｕ：０．５〜３％で、かつ（Ｎｉ／Ｃｕ）：２以上
Ｃｕは、基地に固溶してオーステナイト相を安定化させると共に耐硫酸腐食性に最も寄与する元素であり、所望の効果を得るためには、Ｎｉとの関係において０．５％以上の添加が必要である。一方、Ｃｕは、６％を超えて添加すると、基地のオーステナイト相に固溶できずに析出、もしくはＥＧＲ系部品の温度の上昇により析出する可能性がある。そして、Ｃｕが基地表面に析出してくると耐硫酸腐食性を損なうおそれがある。従って、Ｃｕは０．５〜６％で、かつ（Ｎｉ／Ｃｕ）が２以上、好ましくは、Ｃｕは１〜５％で、かつ（Ｎｉ／Ｃｕ）が２以上とする。一方、ＥＧＲ系部品を鋳造で作製し、このＥＧＲ系部品と別のパイプ材とを溶接する場合、Ｃｕを多量に添加すると、溶接性や耐食性などの諸特性に悪影響を与えるため、そのような場合には、Ｃｕは０．５〜３％と少なめに添加し、かつ（Ｎｉ／Ｃｕ）が２以上とするのが好ましい。
【００３６】
（９）Ｎｂ：０〜２．５％、好ましくは０．３〜１．５％
Ｎｂを始めとするＴｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｈｆ、ＺｒといったＩＶａ族、Ｖａ族の元素は、Ｃと結びついて炭化物を形成し、Ｃｒ炭化物を形成することを妨げることで、間接的に耐食性を向上させる効果がある。しかし、これらの元素の中で、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆは鋳造性を悪化させ、Ｖ、Ｔａは高価である。これらの元素の中では、鋳造性、被削性を向上させるために、Ｎｂを添加するのが最も好ましい。一方、Ｎｂは２．５％を超え含有させると、凝固時のフェライト相形成により耐食性を低下させる危険性がある。従って、Ｎｂは０〜２．５％、好ましくは、Ｎｂは０．３〜１．５％とする。
【００３７】
（１０）Ｎ：０．２％以下およびＢ：０．０１％以下の少なくとも１つを含有
上記した組成に加え、硫酸を始めとした酸における耐食性を向上させる元素として、ＮおよびＢの少なくとも１つを添加する。Ｎは、Ｃｒとの兼ね合いで添加量が決まるが、多量に添加すると、鋳造時にガス欠陥を形成し、鋳造性を損なうので、０．２％以下とする。またＢは、Ｃｒの不動態酸化皮膜に濃縮して耐食性を向上させるため、０．０１％以下添加する。
【００３８】
また、本発明のＥＧＲ系部品は、上記組成のほか、鋳造性、切削性、良好な耐硫酸腐食性を損なわない範囲で、Ｃｏ：０．５％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｍｇ：０．０１％以下、Ｃａ：０．０１％以下、Ａｌ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０５％以下、Ｖ：０．０５％以下を、添加、含有させることもできる。
【００３９】
（１１）オーステナイト系ステンレス鋳鋼
本発明のＥＧＲ系部品は、基本的にはオーステナイト単相であることが望ましいが、要求される耐硫酸腐食性を確保して、同時に鋳造性や溶接性などの製造性を向上するためには、基地中にフェライト相や炭化物などの晶出物や析出物を少量含んでもよい。
【００４０】
なお、ＥＧＲ系部品のサイズが大きかったり、サイズが小さくても厚肉部を有する場合、凝固後の冷却過程で冷却速度が小さいために、Ｃｒ炭化物が析出しやすく耐食性が低下するおそれがある。このような場合には、上記組成により鋳造した後、さらに固溶化処理と呼ばれる熱処理を施すことが望ましい。固溶化処理は、鋳造の際に形成される表面の浸炭層による硬さの上昇を低減させることと、鋳造後の冷却でＣｒと結びついて形成された炭化物を基地に固溶させるため、Ｃ量に応じて、１０５０〜１１５０℃で行うのが好ましい。そして、固溶化処理されたＥＧＲ系部品は、強酸の硫酸水が付着しても腐食が少なく、優れた耐久性を有する。
【００４１】
（１２）硫酸濃度０〜１００％に６０℃で５時間浸漬後の腐食減量が１００ｇ／（ｍ^２・ｈ）以下、好ましくは５０ｇ／（ｍ^２・ｈ）以下
硫酸濃度０〜１００％に６０℃で５時間浸漬後の腐食減量が１００ｇ／(ｍ^２・ｈ)以下であれば、後述するような曲がり部の少なくとも一部が３ｍｍ以下の肉厚を有するＥＧＲ系部品での耐硫酸腐食性が良いと評価できる。なお、いっそう厳しい条件下での耐硫酸腐食性を示す特性は、硫酸濃度０〜１００％に６０℃で５時間浸漬後の腐食減量が５０ｇ／（ｍ^２・ｈ）以下である。
【００４２】
（１３）硫酸を主体として、蟻酸、酢酸、硝酸、塩酸の少なくとも１を含む、ｐＨ２〜−（マイナス）１の範囲の強酸に６０℃で５時間浸漬後の腐食減量が１０ｇ／（ｍ^２・ｈ）以下
ＥＧＲ系部品は、実際に使用される環境下では、硫酸を主体とした凝縮水（混酸）の濃縮によるｐＨの低下が原因で基地が部分的に溶解し、腐食が発生すると言われている。その硫酸を含む凝縮水（混酸）は、一般的に硫酸の他に蟻酸、酢酸、硝酸、塩酸の少なくとも１を含む、ｐＨ２〜−（マイナス）１の範囲の強酸である。ｐＨ２〜−（マイナス）１の範囲の強酸に６０℃で５時間浸漬後の腐食減量が１０ｇ／（ｍ^２・ｈ）以下であれば、ＥＧＲ系部品の腐食の進行を少なくして再循環ガスの洩れを抑制できる。
【００４３】
（１４）曲がり部の少なくとも一部が３ｍｍ以下の肉厚
上記組成および腐食減量であれば、曲がり部の少なくとも一部が３ｍｍ以下の肉厚のＥＧＲ系部品で、硫酸水に腐食されても貫通孔が開くことなく、再循環ガスが洩れるおそれは無く、また３ｍｍ以下であれば軽量となる。
【００４４】
（１５）ＥＧＲ系部品がＥＧＲバルブでの弁箱
ＥＧＲ系部品としては、ＥＧＲクーラ前後の配管や継ぎ手などがあるが、好適なＥＧＲ系部品は、ＥＧＲバルブでの弁箱である。
【００４５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施の形態に基づき詳細に説明する。
（試験片の作製）
表１（表１−１と表１−２に分割）に示す各組成でＹブロック型に鋳造した。鋳造にあたっては、１００ｋｇ用高周波炉を用いて大気溶解し、１５５０℃以上で出湯し、１５００℃以上で注湯した。その後、Ｃ量に応じて、鋳造材に１０５０〜１１５０℃の範囲で１時間保持、水冷する固溶化処理を施した後、機械加工し、直径１０ｍｍで長さ２０ｍｍの円柱形状の試験片とした。
【００４６】
表１で、発明例２、３、５、６および参考例７は第１発明の組成のものであり、発明例１、４、８は第２発明の組成のものである。発明例１はＣを多く、発明例２はＳを多く、発明例３はＣｒを多く、発明例４はＣｕを多く、発明例５はＣｕを少なく、発明例６はＭｏに加えてＷを含有、参考例７はＭｏ、Ｗとも含有させないものを示し、少量のフェライト相を含む組織としたものである。また、発明例９は第４発明でのＢのみ含有、発明例１０は第４発明でのＮのみ含有するものを示す。また、発明例１１〜１５は、第３発明の組成範囲を変えたものを示す。
【００４７】
一方、従来例１１は（ＪＩＳＧ５１２１）ＳＣＳ１３相当、従来例１２は（ＪＩＳＧ５１２１）ＳＣＳ１６相当のものである。また比較例１３〜１７は、第１発明乃至第４発明の組成から外れたもので、比較例１３はＣｕが少なすぎ、比較例１４はＣｕが多すぎ、比較例１５は（Ｎｉ／Ｃｕ）が２未満、比較例１６はＮｉが少なすぎるもの、比較例１７はＣが多すぎるものを示す。なお、発明例８および従来例１１、１２については、固溶化処理を行わない試験片も作製した。
【００４８】
［表１−１］
C Si Mn S Ni Cr Mo W
発明例 1 0.30 1.24 1.52 0.015 12.52 17.24 1.85 -
発明例 2 0.16 1.38 1.62 0.165 12.16 17.35 2.31 -
発明例 3 0.18 1.31 1.52 0.015 12.05 21.95 2.05 -
発明例 4 0.21 1.38 1.75 0.012 12.28 17.25 2.38 -
発明例 5 0.12 1.42 1.65 0.009 11.96 17.18 2.21 -
発明例 6 0.23 1.24 1.58 0.015 12.06 17.02 1.31 1.51
参考例 7 0.06 0.96 0.95 0.012 9.08 19.17 - -
発明例 8 0.15 1.17 1.62 0.008 12.34 16.95 1.85 -
発明例 9 0.16 1.15 1.49 0.012 11.97 17.52 1.89 -
発明例10 0.14 1.23 1.54 0.018 12.04 18.54 2.04 -
発明例11 0.17 1.05 0.92 0.012 9.58 19.43 0.32 -
発明例12 0.15 1.12 0.85 0.015 8.93 17.65 1.16 -
発明例13 0.18 0.99 0.98 0.014 10.93 18.03 0.59 -
発明例14 0.09 1.05 0.94 0.016 9.51 19.48 0.51 -
発明例15 0.16 1.15 1.05 0.016 9.62 19.05 1.38 -
従来例11 0.08 1.25 1.52 0.005 9.45 19.52 - -
従来例12 0.03 1.35 1.62 0.008 12.05 17.05 2.53 -
比較例13 0.12 1.32 1.58 0.014 11.26 17.52 2.08 -
比較例14 0.15 1.25 1.59 0.008 16.25 16.98 1.98 -
比較例15 0.09 1.19 1.62 0.012 9.25 16.23 2.13 -
比較例16 0.08 1.22 1.38 0.014 7.41 17.23 2.25 -
比較例17 0.54 1.35 1.82 0.009 12.36 16.98 2.24 -
【００４９】
［表１−２（表１−１のつづき）］
Cu Ni/Cu Nb B N Fe
発明例 1 2.28 5.49 0.72 - - 残部
発明例 2 2.17 5.60 0.68 - - 残部
発明例 3 1.89 6.38 0.70 - - 残部
発明例 4 4.99 2.36 0.68 - - 残部
発明例 5 1.35 8.86 0.69 - - 残部
発明例 6 1.95 6.18 0.71 - - 残部
参考例 7 2.03 4.47 - - - 残部
発明例 8 2.25 5.48 0.75 - - 残部
発明例 9 2.15 5.57 0.74 0.005 - 残部
発明例10 2.01 5.99 0.67 - 0.105 残部
発明例11 1.95 4.91 0.74 - - 残部
発明例12 0.87 10.26 0.82 - - 残部
発明例13 2.07 5.28 0.70 - - 残部
発明例14 0.53 17.94 0.68 - - 残部
発明例15 2.04 4.72 0.77 - - 残部
従来例11 - - - - - 残部
従来例12 - - - - - 残部
比較例13 0.25 45.04 0.68 - - 残部
比較例14 7.00 2.32 0.75 - - 残部
比較例15 5.50 1.68 0.78 - - 残部
比較例16 2.26 3.28 0.79 - - 残部
比較例17 2.05 6.03 0.72 - - 残部
【００５０】
（耐硫酸腐食性の評価）
次に、上記試験片を硫酸濃度０〜１００％に６０℃で５時間浸漬した後の腐食減量［ｇ／（ｍ^２・ｈ）］を測定することで耐硫酸腐食性を評価した。硫酸は（ＪＩＳ）Ｋ８９５１に規定される特級品を用い、試験は５〜９６％(原液)の範囲で７種類ほど濃度を変えた浸漬試験を行うことで、耐硫酸腐食性を調べた。その結果を表２に、硫酸濃度ごとの各試験片の腐食減量として示す。また、図２にも、表２を纏めて示す。なお、表２で、固溶化処理を施した試験片を有（◇）、固溶化処理をしない試験片を無（△）としている。
【００５１】
［表２］
固溶化処理各硫酸濃度 (%) ごとの腐食減量 [g/(m ² ・ h)]
有 ( ◇ ) ・無 ( △ ) 5% 10% 20% 40% 60% 80% 96%
発明例 1 ◇ 0.05 0.72 0.81 0.84 4.04 3.57 0.06
発明例 2 ◇ 0.12 2.54 7.82 11.89 33.43 1.27 0.11
発明例 3 ◇ 6.92 15.25 27.97 38.25 23.23 5.21 0.09
発明例 4 ◇ 0.01 0.21 0.24 0.56 0.28 0.28 0.03
発明例 5 ◇ 0.06 3.58 11.56 27.95 35.68 7.21 0.12
発明例 6 ◇ 0.02 0.68 0.72 5.21 15.48 3.51 0.18
参考例 7 ◇ 18.52 34.86 73.69 89.52 77.94 1.85 0.07
発明例 8 ◇ 0.01 0.70 0.78 3.85 12.41 2.25 0.20
発明例 9 ◇ 0.03 0.65 0.70 3.58 11.65 3.18 0.15
発明例10 ◇ 0.02 0.48 0.58 3.25 10.85 2.96 0.21
発明例11 ◇ 2.51 3.21 5.42 25.62 60.35 1.25 0.08
発明例12 ◇ 3.25 3.98 6.21 35.85 63.85 2.85 0.12
発明例13 ◇ 0.02 0.58 0.62 9.68 31.85 3.37 0.12
発明例14 ◇ 2.84 3.56 4.62 33.24 75.68 1.35 0.07
発明例15 ◇ 2.12 3.26 4.62 19.95 48.93 1.55 0.07
従来例11 ◇ 307.23 488.71 556.40 802.73 97.07 15.21 0.31
従来例12 ◇ 1.21 2.20 8.74 402.01 177.94 10.85 0.78
比較例13 ◇ 0.05 1.01 1.08 252.42 125.63 12.25 0.65
比較例14 ◇ 0.01 0.18 0.24 26.84 109.52 15.68 0.01
比較例15 ◇ 0.15 4.23 22.52 108.95 68.75 8.25 0.06
比較例16 ◇ 0.58 1.05 86.78 196.38 52.96 8.52 0.26
比較例17 ◇ 0.15 1.43 2.13 42.65 108.69 51.36 0.04
発明例 8 △ 0.01 0.70 0.78 4.55 13.01 2.96 0.24
従来例11 △ 171.50 264.41 655.06 696.81 130.16 12.76 0.29
従来例12 △ 0.42 1.35 4.48 187.24 190.72 11.19 0.95
【００５２】
表２および図２から、発明例１〜１０は、硫酸濃度５〜９６％の全範囲において腐食減量が１００ｇ／(ｍ^２・ｈ)以下、好ましいものは５０ｇ／(ｍ^２・ｈ)以下となって、耐硫酸腐食性に優れていることがわかる。一方、従来例１１、１２、および比較例１３〜１７は、硫酸濃度の違いにより腐食減量が大きくなるものがあり、硫酸濃度０〜１００％の全範囲では耐食性が良好でないことがわかる。特に、従来例１１［(ＪＩＳＧ５１２１)ＳＣＳ１３相当］は硫酸濃度５〜４０％での腐食減量が大きく、従来例１２［(ＪＩＳ５１２３１)ＳＣＳ１６相当］は硫酸濃度４０〜６０％中濃度付近での腐食減量が大きく、耐硫酸腐食性が不十分であることがわかる。
【００５３】
図３は、表２での硫酸濃度６０％における、各組成と腐食減量の関係を示す図である。
【００５４】
表２および図３から、Ｃは、０．５％以下含有の発明例１と発明例８は腐食減量が共に少なく同等であるが、Ｃが０．５％を超えて含有する比較例１７は腐食減量が１００ｇ／（ｍ^２・ｈ）を超え上昇しており、Ｃは０．５％以下であれば良いことがわかる。
【００５５】
Ｓは、発明例２と発明例８の比較から、その増加に伴い腐食減量も増加する傾向にあり、Ｓは０．２％以下で耐硫酸腐食性が確保できると予想される。
【００５６】
Ｃｒは、図３では示さないが表２での発明例３と発明例８の比較から、Ｃｒの増加は耐硫酸腐食性を損なうおそれがあることがわかる。
【００５７】
Ｃｕは、発明例４、５、８に示すように、Ｃｕが１％以上から増加するに従って腐食減量が少なく、最も腐食が激しい中濃度(４０％および６０％)の硫酸濃度においても腐食減量は４０ｇ／（ｍ²・ｈ）となっている。特にＣｕを５％付近まで添加させた発明例４では腐食減量が殆どなく、非常に優れた耐硫酸腐食性を示していることがわかる。また、表２で、Ｍｏ、Ｗとも含有させずにＣｕを２％添加した参考例７は、（ＪＩＳＧ５１２１）ＳＣＳ１３相当の従来例１１に比較して、硫酸濃度４０％において腐食減量が約１／１０に減少していることからも、Ｃｕは耐硫酸腐食性の向上に大きく寄与することがわかる。一方、Ｃｕが１％未満と少ない比較例１３は腐食減量が多くなっており、また一方で、Ｃｕが６％を超える比較例１４も腐食減量が多くなっており、Ｃｕは１〜６％が耐硫酸腐食性での好適な範囲である。ただし、Ｃｕが１〜６％の範囲内であっても、比較例１５のように（Ｎｉ／Ｃｕ）が２より小さいと、腐食減量が増大することから、（Ｎｉ／Ｃｕ）を２以上として、Ｃｕと同時にＮｉを制御する必要がある。
【００５８】
表２で、Ｎｉ含有量を８％未満と少なくした比較例１６は、腐食減量が大きくなっていることから、Ｎｉの添加は耐硫酸腐食性の向上に有効であることがわかる。
【００５９】
Ｍｏは、表２での発明例１１と発明例１５の比較から、Ｍｏの増加により、腐食減量が小さくなっていることから、Ｍｏの添加は耐硫酸腐食性の向上に有効であることが分かる。また、Ｍｏの一部をＷで置換して添加した発明例６も良好な耐硫酸腐食性を示している。さらに、発明例９と発明例１０のＢまたはＮの添加も良好な耐硫酸腐食性を示している。参考例７、発明例１１、１２、１４、１５は、オーステナイト基地に若干のフェライト組織を含んでいるが、従来例１１の（ＪＩＳＧ５１２１）ＳＣＳ１３相当と比較してＣｕ添加の効果により耐硫酸腐食性が大きく向上している。発明例１１〜１４は、ＭｏおよびＣｕの含有を少なくしたものであるが、特に低濃度域における耐硫酸腐食性が向上している。
【００６０】
また、表２で、発明例８、従来例１１［（ＪＩＳＧ５１２１）ＳＣＳ１３相当］、および従来例１２［（ＪＩＳＧ５１２１）ＳＣＳ１６相当］の固溶化処理を施さない試験片（△）の硫酸腐食減量は、固溶化処理を施した試験片（◇）と同等である。特に、発明例８は固溶化処理の有無に拘わらず非常に良好な耐硫酸腐食性を示しており、固溶化処理を施さなくても、ＥＧＲ系部品として耐硫酸腐食性が確保されていることがわかる。
【００６１】
（再循環ガスからの凝縮水（混酸）による耐食性の評価）
実機エンジンを運転して、再循環ガスから硫酸を含む凝縮水（混酸）を採取し、さらにｐＨ−（マイナス）１．０程度の強酸に調整した。そして、この凝縮水（混酸）の強酸に、発明例８、発明例１１、従来例１１［（ＪＩＳＧ５１２１）ＳＣＳ１３相当］を、６０℃で５時間浸漬して腐食減量を測定した。腐食減量［ｇ／（ｍ^２・ｈ）］の測定結果を図４に示す。図４で、従来例１１は全面腐食となって大きな腐食減量値を示した。一方、発明例８、発明例１１は何れも腐食減量が５ｇ／（ｍ^２・ｈｒ）以下で、従来例１１の約１／１００と極めて優れた耐食性の評価結果が得られた。
【００６２】
【実施例】
図１は、ＥＧＲ系部品のひとつの、ＥＧＲバルブの断面図である。図１で、ＥＧＲバルブ１０は、弁口１１ａから出口１１ｂまでＥＧＲ流路１１ｃが形成された弁箱１１と、弁口１１ａに取り付けられた弁座１３と、この弁座１３に離着座する弁棒１４ａと一体となった弁体１４とを有する。また、弁棒１４ａは弁箱１１に固定されたガイド１５で摺動自在に支承され、弁箱１１の上部にはコントローラ（図示せず）で制御された圧縮空気で作動するアクチュエータ１６を有する。また、ＥＧＲクーラで冷却しきれなかった再循環ガスによるＥＧＲバルブ１０への熱影響を低減するため、ＥＧＲ流路１１ｃの周囲には冷却水循環路１７を設けている。そして、アクチュエータ１６が作動しない状態では、スプリング室１８のスプリング１８ａにより弁体１４で弁口１１ａを塞ぎ、エンジンの定常走行時には弁口１１ａの開度を増減調整して、排気ガスの一部を吸気側に混合して再循環させ、再循環ガスの持つ熱容量により燃焼温度を低下させてＮＯｘを低減している。
【００６３】
弁箱１１は、以下のようにして作製した。先ず、ＥＧＲ流路１１ｃの最小肉厚ｔ１１が３ｍｍ以下の２．５ｍｍとなるキャビティを持つ鋳型を準備した。一方、実施の形態の表１での発明例８の組成となるオーステナイト系ステンレス鋳鋼で、図１のＥＧＲバルブ１０での弁箱１１を鋳造した。なお、鋳造にあたっては、１００ｋｇ用高周波炉を用いて大気溶解し、直ちに１５５０℃以上で出湯し、鋳型に１５００℃以上で注湯して行った。そして、鋳造凝固後、鋳仕上げを行い、所要部位に機械加工を行い、１０５０〜１１５０℃の温度範囲で固溶化処理を施した。鋳造時の湯流れは良く、鋳造欠陥の発生は見られず健全なものであった。また、機械加工においても切削性において問題は生じなかった。そして、弁座１３を弁箱１１に圧入すると共に、ほかの部品も組み立ててＥＧＲバルブ１０とした。
【００６４】
ＥＧＲバルブ１０を実車に搭載した結果、弁箱１１のＥＧＲ流路１１ｃの肉厚ｔ１１を３ｍｍ以下の２．５ｍｍとしているので軽量であり、また、弁箱１１の耐硫酸腐食性は向上していて強酸の硫酸水での腐食の進行が少なく、再循環ガスが洩れるのを抑制できた。
【００６５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明のとおり、本発明のＥＧＲ系部品は、耐硫酸腐食性に優れるので、強酸の硫酸水による腐食の進行を少なくして再循環ガスの洩れを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態でのＥＧＲバルブの断面図である。
【図２】硫酸濃度ごとの各試験片の腐食減量を示す図である。
【図３】表２での硫酸濃度６０％における、各組成と腐食減量の関係を示す図である。
【図４】再循環ガスからの凝縮水（混酸）による、各組成と腐食減量の関係を示す図である。
【図５】従来のＥＧＲバルブ４０の一例の断面図である。
【図６】ＥＧＲバルブが取り付けられたディーゼルエンジンの模式平面図である。
【符号の説明】
１０、４０：ＥＧＲ（排気ガス再循環）バルブ
１１、４１：弁箱
１１ａ、４１ａ：弁口
１１ｂ、４１ｂ：出口
１１ｃ、４１ｃ：ＥＧＲ流路
４１ｄ：凹状部
４２：ホルダ
１３、４３：弁座
１４、４４：弁体
１４ａ、４４ａ：弁棒
１５、４５：ガイド
１６、４６：アクチュエータ
１７、４７：冷却水循環路
１８、４８：スプリング室
１８ａ、４８ａ：スプリング
５２：排気マニホルド
５３：吸気マニホルド
５４：ＥＧＲ通路
５５：コントローラ
５６：ＥＧＲクーラ
５７：シリンダ
５８：燃料噴射ノズル
５９：タービンハウジング
６０ａ、６０ｂ：排気ガス浄化用触媒およびフィルタ
６１：排気ガス
６２：過給機
６３：吸入空気[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas recirculation system component branched from an exhaust side of an automobile engine and disposed between intake sides.
[0002]
[Prior art]
In automobiles equipped with diesel engines, in general, a part of the exhaust gas is recirculated to the intake system, so-called exhaust gas recirculation (abbreviated as “EGR” for short), thereby reducing the combustion temperature. Generation of NOx is suppressed. As one of the exhaust gas recirculation system parts (hereinafter referred to as “EGR system parts”), there is an exhaust gas recirculation valve (hereinafter referred to as “EGR valve”). FIG. 6 is a schematic plan view of a diesel engine to which an EGR valve is attached. As shown in FIG. 6, the EGR valve 40 is provided in an EGR passage 54 branched from the exhaust manifold 52 and connected to the intake manifold 53, and is controlled by the controller 55 in accordance with the rotational speed and load of the engine. In addition, an EGR cooler 56 is provided in front of the EGR valve 40 to cool the recirculation gas, and after reducing the volume, the air is supplied to the intake manifold 53 to secure the amount of air supplied into the cylinder 57. Further, since the EGR valve 40 is mounted in a narrow engine room, the EGR flow path 41c from the valve port 41a to the outlet 41b in the valve box 41 has a bent portion such as an L shape, an S shape, or a Z shape. Yes. In addition, 58 is a combustion injection nozzle, 59 is a turbine housing, 60a and 60b are exhaust gas purification catalysts and filters, 61 is exhaust gas, 62 is a supercharger, and 63 is intake air.
[0003]
FIG. 5 is a cross-sectional view of an example of a conventional EGR valve 40. In FIG. 5, an EGR valve 40 includes a valve box 41 in which an EGR channel 41c that bends substantially L-shaped from a valve port 41a to an outlet 41b, and a valve seat 43 attached to the valve port 41a via a holder 42. The valve body 44 is integrated with a valve rod 44 a that is attached to and detached from the valve seat 43. The valve stem 44a is slidably supported by a guide 45 fixed to the valve box 41, and has an actuator 46 which is controlled by a controller (not shown) and is operated by compressed air. In addition, a cooling water circulation path 47 is provided around the EGR flow path 41c in order to reduce the thermal influence on the EGR valve 40 due to the recirculation gas when the EGR cooler 56 cannot cool down. In a state where the actuator 46 is not activated, the valve opening 41a is closed by the valve body 44 by the spring 48a of the spring chamber 48, and the opening degree of the valve opening 41a is adjusted to increase or decrease during steady running of the engine, so that part of the exhaust gas is removed. The mixture is recirculated by mixing on the intake side, and the NOx is reduced by lowering the combustion temperature by the heat capacity of the recirculated gas.
[0004]
In order to reduce the weight of the valve box 41 (JIS H5202), the EGR valve 40 shown in FIG. In addition, a stainless steel valve seat 43 of (JIS G 4303) SUS304 is press-fitted into the holder 42. Alternatively, a stainless steel valve seat 43 is press-fitted into an aluminum alloy cast valve box 41 without the holder 42.
[0005]
On the other hand, in FIG. 6, when the EGR cooler 56 is installed in the middle of the EGR passage 54 and the high-temperature recirculation gas is cooled, the water in the recirculation gas that has passed through the EGR cooler 56 is condensed into condensed water. Water combines with sulfur contained in the fuel to become sulfuric acid water. Then, the sulfuric acid water collides with the vicinity of the bent portion of the EGR flow path 41c of the valve box 41 and gradually accumulates.
[0006]
When the valve box 41 constituting the EGR valve 40 is an aluminum alloy casting such as (JIS H 5202) AC4CH, the bent portion of the EGR flow path 41c is corroded by sulfuric acid of strong acid to form a large number of concave portions 41d. . When soot in the recirculation gas adheres to the concave portion 41d, the sulfuric acid solution further condenses and advances corrosion, and if the EGR flow path 41c is thin, there is a through hole and the recirculation gas leaks. There is a fear.
[0007]
Therefore, in order to obtain sulfuric acid corrosion resistance, the mass ratio of materials of the EGR valve 40 is C: 0.08% or less, Si: 2.00% or less, Mn: 2.00% or less, P: 0.040. %, S: 0.040% or less, Ni: 8.00 to 11.00%, Cr: 18.00 to 21.00%, and attempts to make stainless steel cast products (for example, non- Patent Document 1).
[0008]
On the other hand, by weight percent, C: 0.05% or less, Si: 0.05-1.0%, Mn: 0.1-2.0%, Ni: 12-27%, Cr: 16-26%, Cu: more than 3.0% to 8.0% or less, Mo: 0.5 to 5.0%, Al: 0.01 to 0.5%, N: less than 0.05%, P: 0.04 % And S: 0.005% or less, the balance being Fe and inevitable impurities, and the amount of metal Cu precipitated in the steel being 0.1% or more in area ratio, sulfuric acid dew point corrosion resistance As an austenitic stainless steel that excels in corrosion resistance, it has improved corrosion resistance in an environment where high-concentration sulfuric acid condenses, and exhaust gas components such as thermal power generation boilers and industrial boilers, such as heat exchangers, flue and chimneys, etc. There is a disclosure that it can be used for a member (see, for example, Patent Document 1).
[0009]
In addition, the EGR valve is fitted with a shield made of a thin stainless steel plate that is more corrosion resistant than the valve box so as to cover the inner wall surface of the inlet of the EGR flow path of the valve box. Has disclosed that it is possible to eliminate contact with the inlet wall surface of the EGR passage and reduce corrosion of the valve opening (see, for example, Patent Document 2).
[0010]
[Patent Document 1]
JP 2000-1755 A (page 2, column 1, lines 2 to 11, page 7, column 12, lines 35 to 39)
[Patent Document 2]
International Publication No. 99/20886 (page 13, lines 2-13, FIG. 1)
[Non-Patent Document 1]
(JIS G 5121) Stainless steel cast steel type symbol SCS13
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, it has been required to further suppress the generation of NOx, and the flow rate of the recirculation gas passing through the EGR system parts is increased accordingly, and the amount of strong acid sulfuric acid water condensed in the EGR passage 54 and the EGR passage 41c. Has also increased. Since the concentration of the condensed sulfuric acid varies depending on the engine type and part of the automobile, the EGR system parts are required to have corrosion resistance against a wide range of sulfuric acid concentrations.
[0012]
However, although the material such as Non-Patent Document 1 described above shows good sulfuric acid corrosion resistance against high-concentration sulfuric acid water, it is not suitable for sulfuric acid water from low concentration to about 50% and medium concentration. Since the corrosiveness is remarkably impaired, sulfuric acid corrosion progresses and the EGR passage 54 and the EGR passage 41c are greatly reduced, and there is a possibility that the recirculated gas leaks.
[0013]
In addition, Patent Document 1 states that “C: 0.05% or less” in the claims on the second page, and paragraph “0046” on page 6, “A steel ingot is hot forged by a normal method. Hot rolled and then solution heat treated at 1100 ° C. to produce a plate with a thickness of 6 mm × width of 100 mm × length of 700 mm ”as described in a process such as hot working at a low C composition. Austenitic stainless steel. However, some parts of the EGR system are reduced in thickness to 3 mm or less, and the EGR valve 40 as shown in FIG. 5 has a cooling water circulation path 47 and a spring chamber 48. Since it is required to have a complicated shape and lower cost, it is preferable to manufacture by casting. However, the low C composition disclosed in Patent Document 1 is difficult to manufacture by casting.
[0014]
Further, in Patent Document 2, if the EGR channel other than the inner wall surface of the inlet corrodes with sulfuric acid water and becomes a through hole, the recirculation gas may leak. Moreover, even if a stainless steel plate having a higher corrosion resistance than the valve box is corroded by sulfuric acid of strong acid and the stainless steel plate near the valve opening is damaged, the EGR valve may malfunction.
[0015]
The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to obtain an EGR-based component excellent in sulfuric acid corrosion resistance, which can suppress leakage of recirculated gas by reducing the progress of corrosion by sulfuric acid of strong acid.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors pay attention to stainless cast steel as a material of EGR-based parts, and among them, pay attention to Cr-Ni-based austenitic stainless cast steel, to which addition of each element including Mo, Cu, Nb, The inventors have found that by optimizing the content, excellent corrosion resistance can be obtained with respect to sulfuric acid water in a wide range of concentration from low concentration to high concentration.
[0017]
That is, the EGR system component of the first invention is a mass ratio,C: more than 0.08% and 0.3% or less, Si: 2% or less, Mn: 3% or less, S: 0.2% or less, Ni: 8-18%, Cr: 12-25%, Mo:0.1-4%, W: 0-2% and (Mo + 0.5W):0.1-4%, Cu: 0.5-6%, and (Ni / Cu): 2 or more, Nb: 0-2.5%, balance: Fe and inevitable impuritiesThe corrosion weight loss after immersion for 5 hours at 60 ° C. in a sulfuric acid concentration of 0 to 100% is 100 g / (m ² ・ H)It is characterized by that.
[0018]
The EGR system part of the second invention is the mass ratio in the first invention,C: Over 0.08%0.3% or less, Si: 0.5-1.5%, Mn: 0.5-2%, S: 0.005-0.15%, Ni: 10-14%, Cr: 12-20% Mo: 1.5-2.5%, Cu: 1-5%, and (Ni / Cu): 2 or more, Nb: 0.3-1.5%, balance: Fe and inevitable impuritiesConsist ofIt consists of austenitic stainless cast steel.
[0019]
The EGR system part of the third invention is the mass ratio in the first invention,C: Over 0.08%0.3% or less, Si: 0.5-1.5%, Mn: 0.5-2%, S: 0.005-0.15%, Ni: 8-11%, Cr: 17-22% Mo: 0.1-1.5%, Cu: 0.5-3%, and (Ni / Cu): 2 or more, Nb: 0.3-1.5%, balance: Fe and inevitable impuritiesConsist ofIt consists of austenitic stainless cast steel.
[0020]
The EGR system part of the 4th invention contains at least one of N: 0.2% or less and B: 0.01% or less by mass ratio in any of the 1st invention to the 3rd invention. And
[0021]
In the EGR system parts of the present inventionThe-Austenitic stainless cast steel is an austenitic stainless cast steel whose base has an austenitic structure, but depending on the composition, some crystals and precipitates such as ferrite phase and carbide are contained in the base.Is also included.
[0022]
In any one of the first to fourth inventions, the EGR system component of the fifth invention is obtained by performing a solution heat treatment at 1050 to 1150 ° C. after casting.
[0023]
The EGR system part of the sixth invention isAny one of the first to fifth inventionsThe corrosion weight loss after immersion for 5 hours at 60 ° C. in a sulfuric acid concentration of 0 to 100% is 50 g / (m²-H) It is characterized by the following.
[0024]
The EGR system part of the seventh invention is a strong acid in the range of pH 2 to-(minus) 1, comprising sulfuric acid as a main component and at least one of formic acid, acetic acid, nitric acid, and hydrochloric acid in any one of the first to fourth inventions. Corrosion loss after immersion for 5 hours at 60 ° C. is 10 g / (m²-H) It is characterized by the following.
[0025]
The EGR system part of the eighth invention is characterized in that, in any one of the first to seventh inventions, the EGR system part has a thin bent portion, and at least a part of the bent portion has a thickness of 3 mm or less.
[0026]
The EGR system component according to a ninth aspect of the present invention is the engine according to any one of the first to eighth aspects, wherein the EGR system part branches from the exhaust side of the engine and is disposed between the intake side and the exhaust port for recirculation of exhaust gas from the valve port. The valve box is an exhaust gas recirculation valve having a valve box having a passage, a valve seat formed at the valve port, and a valve body that is attached to and detached from the valve seat by an actuator.
[0027]
Next, the reasons for limitation in the EGR system parts of the first invention to the ninth invention will be described.
[0028]
(1)C: more than 0.08% and 0.3% or less
C is a very important element that improves the fluidity of the molten metal, that is, the castability, and is added. On the other hand, when C is added in excess of 0.5%, Cr carbide is formed, and the formation of an oxide film centered on Cr on the surface is hindered to greatly reduce sulfuric acid corrosion resistance. When used as a risk of damage. Therefore, C is 0.5% or less, preferably C is more than 0.05% and 0.3% or less. In the case where it is desired to ensure more castability, such as when the EGR system part is thin and partly thin with a thickness of 3 mm or less, more preferably, C exceeds 0.08% and is 0.3% or less. To do.
[0029]
(2) Si: 2% or less, preferably 0.5 to 1.5%
In addition to having a role as a deoxidizer for molten metal, Si plays a role in protecting and strengthening a passive oxide film centered on Cr, and improves sulfuric acid corrosion resistance. On the other hand, if Si is added excessively in excess of 2%, there is a risk that the sulfuric acid corrosion resistance is lowered due to the formation of a ferrite phase. Therefore, Si is 2% or less, preferably, Si is 0.5 to 1.5%.
[0030]
(3) Mn: 3% or less, preferably 0.5-2%
Mn is added because it is a deoxidizing action and austenite forming element of the molten metal. However, if Mn is added in excess of 3%, it combines with S to form coarse non-metallic inclusions. The non-metallic inclusions are dissolved in the atmosphere of the EGR system part mainly composed of sulfuric acid, and there is a risk of promoting the progress of corrosion. Therefore, Mn is 3% or less, preferably, Mn is 0.5 to 2%.
[0031]
(4) S: 0.2% or less, preferably 0.005 to 0.15%
S is intentionally added in order to combine with Cr and Mn to form non-metallic inclusions and improve machinability. On the other hand, however, the presence of S-based non-metallic inclusions deteriorates the corrosion resistance in a corrosive atmosphere mainly composed of sulfuric acid. Therefore, S is 0.2% or less, preferably S is 0.005 to 0.15%.
[0032]
(5) Ni: 8-18%, preferably 10-14%, or preferably 8-11%
Ni needs to be 8% or more because it has the effect of improving the corrosion resistance as an EGR-based component in a corrosive atmosphere mainly composed of sulfuric acid and stabilizing the austenite phase. On the other hand, since Ni is an expensive element, 18% or less is good. Therefore, Ni is 8 to 18%, preferably, Ni is 10 to 14%. On the other hand, when emphasizing corrosion resistance, higher Ni is preferable, but in EGR parts where emphasis is placed on manufacturability such as castability and weldability, Cr is included more and Ni is less, and a little ferrite phase is included. It is preferable to use an austenite base structure. In such a case, Ni is preferably 8 to 11%.
[0033]
(6) Cr: 12-25%, preferably 12-20%, or preferably 17-22%
By adding a large amount of Cr, a stable passive oxide film having a dense and good adhesion is formed on the base surface, and has an effect of improving the corrosion resistance in an atmosphere mainly composed of sulfuric acid. Therefore, at least 12% or more is necessary. On the other hand, if Cr is added in an amount exceeding 25%, there is a risk that sulfuric acid corrosion resistance is lowered due to crystallization or precipitation of a large amount of ferrite phase. Therefore, Cr is 12 to 25%, preferably, Cr is 12 to 20%. On the other hand, in EGR-based parts where manufacturability such as castability and weldability is more important, it is better to have an austenite base structure that contains a little more ferrite, less Ni, and a little ferrite phase. In the case, Cr is preferably 17 to 22%.
[0034]
(7) Mo:0.1-4%, W: 0-2% and (Mo + 0.5W):0.1-4%, preferably 1.5-2.5%, or preferably Mo: 0.1-1.5%
Mo has the effect of concentrating on the passive oxide film of Cr and further improving the sulfuric acid corrosion resistance. Therefore, when particularly severe sulfuric acid corrosion is required, it is preferable to add Mo in balance with W. On the other hand, if Mo is added in excess of 4%, there is a risk that the sulfuric acid corrosion resistance is greatly lowered due to crystallization or precipitation of the ferrite phase as in Cr. Therefore, Mo is0.1-4%, preferably Mo is 1.5-2.5%. In addition, since Mo is 1 and W is 0.5 and the same effect as Mo is shown, at least one of Mo and W is (Mo + 0.5W).0.1˜4%, the same effect as Mo addition alone is obtained. On the other hand, since W is a very expensive element, adding a large amount only unnecessarily increases the cost of the material, so W is preferably in the range of 0 to 2%. On the other hand, when an EGR system part is produced by casting and welding this EGR system part and another pipe material, adding a large amount of Mo adversely affects various properties such as weldability and corrosion resistance. In some cases, Mo is preferably added in a small amount of 0.1 to 1.5%.
[0035]
(8) Cu: 0.5 to 6% and (Ni / Cu): 2 or more, preferably Cu: 1 to 5% and (Ni / Cu): 2 or more, or preferably Cu: 0.00. 5 to 3% and (Ni / Cu): 2 or more
Cu is an element that solidifies in the matrix to stabilize the austenite phase and contributes most to sulfuric acid corrosion resistance. In order to obtain a desired effect, addition of 0.5% or more in relation to Ni is necessary. is necessary. On the other hand, if Cu is added in excess of 6%, it may not be dissolved in the austenite phase of the matrix, but may precipitate, or may precipitate due to an increase in the temperature of the EGR system component. And if Cu is deposited on the surface of the base, the sulfuric acid corrosion resistance may be impaired. Therefore, Cu is 0.5 to 6% and (Ni / Cu) is 2 or more, preferably, Cu is 1 to 5% and (Ni / Cu) is 2 or more. On the other hand, when an EGR system part is produced by casting and this EGR system part and another pipe material are welded, adding a large amount of Cu adversely affects various characteristics such as weldability and corrosion resistance. In this case, it is preferable that Cu is added in a small amount of 0.5 to 3%, and (Ni / Cu) is 2 or more.
[0036]
(9) Nb: 0 to 2.5%, preferably 0.3 to 1.5%
IVa group and Va group elements such as Nb, Ti, Ta, V, Hf, and Zr form carbides by combining with C and indirectly improve the corrosion resistance by preventing the formation of Cr carbides. There is an effect to make. However, among these elements, Ti, Zr, and Hf deteriorate castability, and V and Ta are expensive. Among these elements, it is most preferable to add Nb in order to improve castability and machinability. On the other hand, if Nb is contained in an amount exceeding 2.5%, there is a risk that the corrosion resistance is lowered due to the formation of a ferrite phase during solidification. Therefore, Nb is 0 to 2.5%, preferably Nb is 0.3 to 1.5%.
[0037]
(10) Contains at least one of N: 0.2% or less and B: 0.01% or less
In addition to the above composition, at least one of N and B is added as an element that improves the corrosion resistance of acids such as sulfuric acid. The amount of N is determined depending on the balance with Cr, but if added in a large amount, a gas defect is formed during casting and the castability is impaired. Further, B is added in an amount of 0.01% or less in order to concentrate on the passive oxide film of Cr and improve the corrosion resistance.
[0038]
In addition to the above composition, the EGR-based component of the present invention has Co: 0.5% or less, P: 0.04% or less, Mg, within a range that does not impair castability, machinability, and good sulfuric acid corrosion resistance. : 0.01% or less, Ca: 0.01% or less, Al: 0.1% or less, Ti: 0.05% or less, V: 0.05% or less can be added and contained.
[0039]
(11) Austenitic cast stainless steel
The EGR system parts of the present invention are basically desirably austenite single phase, but in order to ensure the required sulfuric acid corrosion resistance and at the same time improve the manufacturability such as castability and weldability. , Small amount of crystallized and precipitated materials such as ferrite phase and carbide in the baseMay be included.
[0040]
In addition, when the size of the EGR system part is large or has a thick part even if the size is small, the cooling rate is low in the cooling process after solidification, so that Cr carbide is likely to precipitate and the corrosion resistance may be lowered. In such a case, it is desirable to perform a heat treatment called a solution treatment after casting with the above composition. The solution treatment reduces the increase in hardness due to the carburized layer on the surface formed during casting, and the carbide formed in combination with Cr by cooling after casting dissolves in the base, so the amount of C It is preferable to carry out at 1050-1150 degreeC according to. And the EGR type | system | group components by which the solution treatment was carried out have little durability, even if the strong acid sulfuric acid water adheres, and have the outstanding durability.
[0041]
(12) Corrosion loss after immersion in sulfuric acid concentration 0 to 100% at 60 ° C. for 5 hours is 100 g / (m²H) or less, preferably 50 g / (m²・ H) Below
Corrosion loss after immersion in sulfuric acid concentration 0-100% at 60 ° C for 5 hours is 100 g / (m²H) If it is below, it can be evaluated that sulfuric acid corrosion resistance is good in an EGR-based part in which at least a part of a bent part as described later has a thickness of 3 mm or less. In addition, the characteristic showing sulfuric acid corrosion resistance under more severe conditions is that the corrosion weight loss after immersion for 5 hours at 60 ° C. in a sulfuric acid concentration of 0 to 100% is 50 g / (m²H) The following.
[0042]
(13) Corrosion loss after immersion for 5 hours at 60 ° C. in strong acid in the range of pH 2 to (minus) 1 containing at least one of formic acid, acetic acid, nitric acid, and hydrochloric acid mainly composed of sulfuric acid is 10 g / (m²・ H) Below
In an environment where EGR parts are actually used, it is said that the base partially dissolves due to a decrease in pH due to concentration of condensed water (mixed acid) mainly composed of sulfuric acid, and corrosion occurs. The condensed water (mixed acid) containing sulfuric acid is a strong acid in the range of pH 2 to-(minus) 1, generally containing at least one of formic acid, acetic acid, nitric acid and hydrochloric acid in addition to sulfuric acid. Corrosion weight loss after immersion in strong acid in the range of pH 2- (minus) 1 at 60 ° C. for 5 hours is 10 g / (m²H) If it is below, the progress of corrosion of the EGR system parts can be reduced and leakage of recirculated gas can be suppressed.
[0043]
(14) At least part of the bent portion is 3 mm or less thick
With the above composition and corrosion weight loss, at least a part of the bent portion is an EGR system part having a thickness of 3 mm or less, and even if it is corroded by sulfuric acid water, there is no risk of recirculation gas leaking without opening a through hole, Moreover, if it is 3 mm or less, it will become lightweight.
[0044]
(15) Valve box where EGR system parts are EGR valves
The EGR system parts include pipes and joints before and after the EGR cooler, and a suitable EGR system part is a valve box of an EGR valve.
[0045]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Preparation of test piece)
Cast into a Y block mold with each composition shown in Table 1 (divided into Table 1-1 and Table 1-2). In casting, the steel was melted in the air using a high-frequency furnace for 100 kg, poured out at 1550 ° C. or higher, and poured at 1500 ° C. or higher. Then, according to the amount of C, the cast material was held in a range of 1050 to 1150 ° C. for 1 hour and subjected to a solid solution treatment with water cooling, and then machined to obtain a cylindrical test piece having a diameter of 10 mm and a length of 20 mm. .
[0046]
In Table 1,Invention Examples 2, 3, 5, 6 and Reference Example 7Are those of the composition of the first invention, and Examples 1, 4, and 8 are those of the composition of the second invention. Invention Example 1 has more C, Invention Example 2 has more S, Invention Example 3 has more Cr, Invention Example 4 has more Cu, Invention Example 5 has less Cu, and Invention Example 6 has W in addition to Mo. Containing,Reference Example 7Indicates that neither Mo nor W is contained, and has a structure containing a small amount of ferrite phase. Inventive Example 9 contains only B in the fourth invention, and Inventive Example 10 contains only N in the fourth invention. Inventive Examples 11 to 15 show the composition range of the third invention changed.
[0047]
On the other hand, Conventional Example 11 is equivalent to (JIS G 5121) SCS13, and Conventional Example 12 is equivalent to (JIS G 5121) SCS16. Further, Comparative Examples 13 to 17 deviate from the compositions of the first to fourth inventions. Comparative Example 13 has too little Cu, Comparative Example 14 has too much Cu, and Comparative Example 15 has (Ni / Cu). Is less than 2, Comparative Example 16 shows too little Ni, and Comparative Example 17 shows too much C. For Invention Example 8 and Conventional Examples 11 and 12, test pieces that were not subjected to the solution treatment were also produced.
[0048]
[Table 1-1]
           C    Si   Mn   S    Ni   Cr     Mo   W
Invention Example 1 0.30 1.24 1.52 0.015 12.52 17.24 1.85-
Invention Example 2 0.16 1.38 1.62 0.165 12.16 17.35 2.31-
Invention Example 3 0.18 1.31 1.52 0.015 12.05 21.95 2.05-
Invention Example 4 0.21 1.38 1.75 0.012 12.28 17.25 2.38-
Invention Example 5 0.12 1.42 1.65 0.009 11.96 17.18 2.21-
Invention Example 6 0.23 1.24 1.58 0.015 12.06 17.02 1.31 1.51
Reference example 7   0.06 0.96 0.95 0.012 9.08 19.17--
Invention Example 8 0.15 1.17 1.62 0.008 12.34 16.95 1.85-
Invention Example 9 0.16 1.15 1.49 0.012 11.97 17.52 1.89-
Invention Example 10 0.14 1.23 1.54 0.018 12.04 18.54 2.04-
Invention Example 11 0.17 1.05 0.92 0.012 9.58 19.43 0.32-
Invention Example 12 0.15 1.12 0.85 0.015 8.93 17.65 1.16-
Invention Example 13 0.18 0.99 0.98 0.014 10.93 18.03 0.59-
Invention Example 14 0.09 1.05 0.94 0.016 9.51 19.48 0.51-
Invention Example 15 0.16 1.15 1.05 0.016 9.62 19.05 1.38-
Conventional example 11 0.08 1.25 1.52 0.005 9.45 19.52--
Conventional example 12 0.03 1.35 1.62 0.008 12.05 17.05 2.53-
Comparative Example 13 0.12 1.32 1.58 0.014 11.26 17.52 2.08-
Comparative Example 14 0.15 1.25 1.59 0.008 16.25 16.98 1.98-
Comparative Example 15 0.09 1.19 1.62 0.012 9.25 16.23 2.13-
Comparative Example 16 0.08 1.22 1.38 0.014 7.41 17.23 2.25-
Comparative Example 17 0.54 1.35 1.82 0.009 12.36 16.98 2.24-
[0049]
[Table 1-2 (continued from Table 1-1)]
           Cu    Ni / Cu   Nb    B     N       Fe
Invention Example 1 2.28 5.49 0.72--Remainder
Invention Example 2 2.17 5.60 0.68--Remainder
Invention Example 3 1.89 6.38 0.70--Remainder
Invention Example 4 4.99 2.36 0.68--Remainder
Invention Example 5 1.35 8.86 0.69--Balance
Invention Example 6 1.95 6.18 0.71--Balance
Reference example 7   2.03 4.47---The rest
Invention Example 8 2.25 5.48 0.75--Balance
Invention Example 9 2.15 5.57 0.74 0.005-balance
Invention Example 10 2.01 5.99 0.67-0.105 balance
Invention Example 11 1.95 4.91 0.74--Balance
Invention Example 12 0.87 10.26 0.82--Balance
Invention Example 13 2.07 5.28 0.70--Balance
Invention Example 14 0.53 17.94 0.68--Balance
Invention Example 15 2.04 4.72 0.77--Balance
Conventional example 11-----Remainder
Conventional example 12-----Remainder
Comparative Example 13 0.25 45.04 0.68--balance
Comparative Example 14 7.00 2.32 0.75--balance
Comparative Example 15 5.50 1.68 0.78--balance
Comparative Example 16 2.26 3.28 0.79--balance
Comparative Example 17 2.05 6.03 0.72--balance
[0050]
(Evaluation of sulfuric acid corrosion resistance)
Next, the weight loss of corrosion after the test piece was immersed in sulfuric acid concentration 0 to 100% at 60 ° C. for 5 hours [g / (m²H)] was measured to evaluate sulfuric acid corrosion resistance. For sulfuric acid, a special grade specified in (JIS) K8951 was used, and the test was conducted for a sulfuric acid corrosion resistance by conducting an immersion test in which the concentration was changed by about 7 types within a range of 5 to 96% (stock solution). The results are shown in Table 2 as the corrosion weight loss of each test piece for each sulfuric acid concentration. FIG. 2 also shows Table 2 together. In Table 2, the test piece subjected to the solution treatment is present (◇), and the test piece not subjected to the solution treatment is absent (Δ).
[0051]
[Table 2]
       Solution treatment      Each sulfuric acid concentration (%) Corrosion weight loss per [g / (m ² ・ h)]
      Yes ( ◇ ) ·Nothing ( △ ) Five%  Ten%    20%    40%    60%    80%   96%
Invention Example 1 ◇ 0.05 0.72 0.81 0.84 4.04 3.57 0.06
Invention Example 2 ◇ 0.12 2.54 7.82 11.89 33.43 1.27 0.11
Invention Example 3 ◇ 6.92 15.25 27.97 38.25 23.23 5.21 0.09
Invention Example 4 ◇ 0.01 0.21 0.24 0.56 0.28 0.28 0.03
Invention Example 5 ◇ 0.06 3.58 11.56 27.95 35.68 7.21 0.12
Invention Example 6 ◇ 0.02 0.68 0.72 5.21 15.48 3.51 0.18
Reference example 7    ◇ 18.52 34.86 73.69 89.52 77.94 1.85 0.07
Invention Example 8 ◇ 0.01 0.70 0.78 3.85 12.41 2.25 0.20
Invention Example 9 ◇ 0.03 0.65 0.70 3.58 11.65 3.18 0.15
Invention Example 10 ◇ 0.02 0.48 0.58 3.25 10.85 2.96 0.21
Invention Example 11 ◇ 2.51 3.21 5.42 25.62 60.35 1.25 0.08
Invention Example 12 ◇ 3.25 3.98 6.21 35.85 63.85 2.85 0.12
Invention Example 13 ◇ 0.02 0.58 0.62 9.68 31.85 3.37 0.12
Invention Example 14 ◇ 2.84 3.56 4.62 33.24 75.68 1.35 0.07
Invention Example 15 ◇ 2.12 3.26 4.62 19.95 48.93 1.55 0.07
Conventional Example 11 ◇ 307.23 488.71 556.40 802.73 97.07 15.21 0.31
Conventional Example 12 ◇ 1.21 2.20 8.74 402.01 177.94 10.85 0.78
Comparative Example 13 ◇ 0.05 1.01 1.08 252.42 125.63 12.25 0.65
Comparative Example 14 ◇ 0.01 0.18 0.24 26.84 109.52 15.68 0.01
Comparative Example 15 ◇ 0.15 4.23 22.52 108.95 68.75 8.25 0.06
Comparative Example 16 ◇ 0.58 1.05 86.78 196.38 52.96 8.52 0.26
Comparative Example 17 ◇ 0.15 1.43 2.13 42.65 108.69 51.36 0.04
Invention Example 8 △ 0.01 0.70 0.78 4.55 13.01 2.96 0.24
Conventional example 11 △ 171.50 264.41 655.06 696.81 130.16 12.76 0.29
Conventional example 12 △ 0.42 1.35 4.48 187.24 190.72 11.19 0.95
[0052]
From Table 2 and FIG. 2, Invention Examples 1 to 10 have a corrosion weight loss of 100 g / (m in the entire range of sulfuric acid concentration of 5 to 96%.²H) Below, 50 g / (m is preferable²-H) The following shows that the sulfuric acid corrosion resistance is excellent. On the other hand, it can be seen that the conventional examples 11 and 12 and the comparative examples 13 to 17 have large corrosion weight loss due to the difference in the sulfuric acid concentration, and the corrosion resistance is not good in the entire range of the sulfuric acid concentration of 0 to 100%. In particular, the conventional example 11 [equivalent to (JIS G 5121) SCS13] has a large corrosion weight loss at a sulfuric acid concentration of 5 to 40%, and the conventional example 12 [equivalent to (JIS 51231) SCS16] is around a sulfuric acid concentration of 40 to 60%. It can be seen that the corrosion weight loss is large and the sulfuric acid corrosion resistance is insufficient.
[0053]
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between each composition and corrosion weight loss at a sulfuric acid concentration of 60% in Table 2.
[0054]
From Table 2 and FIG. 3, the invention example 1 and the invention example 8 containing 0.5% or less of C are equivalent to each other with little corrosion weight loss, but the comparative example 17 containing C exceeding 0.5% is Corrosion weight loss is 100 g / (m²・ It has risen over h), and it can be seen that C should be 0.5% or less.
[0055]
From the comparison of Invention Example 2 and Invention Example 8, S tends to increase the corrosion weight loss as it increases, and it is expected that S is 0.2% or less and the sulfuric acid corrosion resistance can be secured.
[0056]
Although Cr is not shown in FIG. 3, it can be seen from the comparison between Invention Example 3 and Invention Example 8 in Table 2 that an increase in Cr may impair the sulfuric acid corrosion resistance.
[0057]
As shown in Invention Examples 4, 5, and 8, corrosion loss decreases as Cu increases from 1% or more, and even at medium concentrations (40% and 60%) of sulfuric acid where corrosion is most severe, corrosion weight loss is 40 g / (m²・ It is h). In particular, it can be seen that Inventive Example 4 in which Cu is added up to about 5% has almost no corrosion weight loss and exhibits very excellent sulfuric acid corrosion resistance. In Table 2, 2% Cu was added without containing Mo and W.Reference Example 7Compared to the conventional example 11 equivalent to (JIS G5121) SCS13, since the corrosion weight loss is reduced to about 1/10 at a sulfuric acid concentration of 40%, Cu greatly contributes to the improvement of the sulfuric acid corrosion resistance. I understand that. On the other hand, Comparative Example 13 with less than 1% Cu has a high corrosion weight loss. On the other hand, Comparative Example 14 with Cu more than 6% also has a high corrosion weight loss, and Cu is 1 to 6%. This is a preferable range in resistance to sulfuric acid corrosion. However, even if Cu is in the range of 1 to 6%, if (Ni / Cu) is smaller than 2 as in Comparative Example 15, corrosion weight loss increases, so (Ni / Cu) is set to 2 or more. It is necessary to control Ni simultaneously with Cu.
[0058]
In Table 2, since Comparative Example 16 in which the Ni content is less than 8% has a large corrosion weight loss, it can be seen that the addition of Ni is effective in improving the resistance to sulfuric acid corrosion.
[0059]
From the comparison between Invention Example 11 and Invention Example 15 in Table 2, it can be seen that the addition of Mo is effective in improving the sulfuric acid corrosion resistance because the increase in Mo reduces the corrosion weight loss. . Inventive Example 6 in which a part of Mo is added by replacing with W also shows good sulfuric acid corrosion resistance. Furthermore, the addition of B or N in Invention Example 9 and Invention Example 10 also shows good sulfuric acid corrosion resistance.Reference Example 7, Invention Examples 11, 12, 14, 15Has a slight ferrite structure in the austenite base, but the sulfuric acid corrosion resistance is greatly improved by the effect of Cu addition as compared with (JIS G 5121) SCS13 equivalent to Conventional Example 11. Inventive Examples 11 to 14 are those in which the contents of Mo and Cu are reduced, but the sulfuric acid corrosion resistance is improved particularly in a low concentration range.
[0060]
Also, in Table 2, sulfuric acid corrosion of the test piece (Δ) not subjected to the solution treatment of Invention Example 8, Conventional Example 11 [equivalent to (JIS G5121) SCS13], and Conventional Example 12 [equivalent to (JIS G5121) SCS16]. The weight loss is equivalent to that of the test piece (◇) subjected to the solution treatment. In particular, Invention Example 8 shows very good sulfuric acid corrosion resistance regardless of the presence or absence of the solution treatment, and the sulfuric acid corrosion resistance is ensured as an EGR system part without performing the solution treatment. I understand.
[0061]
(Evaluation of corrosion resistance by condensed water (mixed acid) from recirculated gas)
The actual engine was operated, and condensed water (mixed acid) containing sulfuric acid was collected from the recirculated gas, and further adjusted to a strong acid of about pH- (minus) 1.0. Then, Invention Example 8, Invention Example 11 and Conventional Example 11 [corresponding to (JIS G 5121) SCS13] were immersed in the strong acid of this condensed water (mixed acid) at 60 ° C. for 5 hours to measure the corrosion weight loss. Corrosion weight loss [g / (m²The measurement result of h)] is shown in FIG. In FIG. 4, Conventional Example 11 is a general corrosion and shows a large corrosion weight loss value. On the other hand, in both Invention Example 8 and Invention Example 11, the corrosion weight loss was 5 g / (m²Hr) Below, an extremely excellent evaluation result of about 1/100 of the conventional example 11 was obtained.
[0062]
【Example】
FIG. 1 is a cross-sectional view of an EGR valve, which is one of EGR system components. In FIG. 1, an EGR valve 10 includes a valve box 11 in which an EGR flow path 11c is formed from a valve port 11a to an outlet 11b, a valve seat 13 attached to the valve port 11a, and a valve that is attached to and detached from the valve seat 13. It has the valve body 14 united with the rod 14a. The valve stem 14a is slidably supported by a guide 15 fixed to the valve box 11, and has an actuator 16 that operates on compressed air controlled by a controller (not shown) at the upper part of the valve box 11. Further, a cooling water circulation path 17 is provided around the EGR flow path 11c in order to reduce the thermal influence on the EGR valve 10 due to the recirculation gas that could not be cooled by the EGR cooler. In a state where the actuator 16 is not activated, the valve port 11a is closed by the valve body 14 by the spring 18a of the spring chamber 18, and the opening degree of the valve port 11a is adjusted to increase or decrease during steady running of the engine, so that a part of the exhaust gas is removed. The mixture is recirculated by mixing on the intake side, and the NOx is reduced by lowering the combustion temperature by the heat capacity of the recirculated gas.
[0063]
The valve box 11 was produced as follows. First, a mold having a cavity in which the minimum thickness t11 of the EGR channel 11c is 2.5 mm, which is 3 mm or less, was prepared. On the other hand, the valve box 11 in the EGR valve 10 of FIG. 1 was cast with the austenitic stainless cast steel having the composition of Invention Example 8 in Table 1 of the embodiment. The casting was performed by melting in the atmosphere using a 100 kg high frequency furnace, immediately pouring hot water at 1550 ° C. or higher, and pouring the mold at 1500 ° C. or higher. And after casting solidification, it cast-finished, performed the required site | part, and performed the solution treatment in the temperature range of 1050-1150 degreeC. The hot water flow at the time of casting was good, and no casting defects were observed, and it was sound. Further, no problem in machinability occurred in machining. Then, the valve seat 13 was press-fitted into the valve box 11 and other parts were assembled to form the EGR valve 10.
[0064]
As a result of mounting the EGR valve 10 on the actual vehicle, the thickness t11 of the EGR flow path 11c of the valve box 11 is 2.5 mm which is 3 mm or less, so that it is lightweight, and the sulfuric acid corrosion resistance of the valve box 11 is improved. As a result, the corrosion of the strong acid with sulfuric acid solution was small and the leakage of recirculated gas could be suppressed.
[0065]
【The invention's effect】
As described above in detail, the EGR system part of the present invention is excellent in sulfuric acid corrosion resistance, and therefore, it is possible to reduce leakage of recirculated gas by reducing the progress of corrosion by sulfuric acid of strong acid.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an EGR valve in an embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing the corrosion weight loss of each test piece for each sulfuric acid concentration.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between each composition and corrosion weight loss at a sulfuric acid concentration of 60% in Table 2.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between each composition and corrosion weight loss due to condensed water (mixed acid) from recirculated gas.
5 is a cross-sectional view of an example of a conventional EGR valve 40. FIG.
FIG. 6 is a schematic plan view of a diesel engine to which an EGR valve is attached.
[Explanation of symbols]
10, 40: EGR (exhaust gas recirculation) valve
11, 41: Valve box
11a, 41a: Valve mouth
11b, 41b: Exit
11c, 41c: EGR flow path
41d: concave portion
42: Holder
13, 43: Valve seat
14, 44: Valve body
14a, 44a: valve stem
15, 45: Guide
16, 46: Actuator
17, 47: Cooling water circuit
18, 48: Spring chamber
18a, 48a: Spring
52: Exhaust manifold
53: Intake manifold
54: EGR passage
55: Controller
56: EGR cooler
57: Cylinder
58: Fuel injection nozzle
59: Turbine housing
60a, 60b: exhaust gas purifying catalyst and filter
61: exhaust gas
62: Supercharger
63: Intake air

Claims

By mass ratio, C: more than 0.08% and 0.3% or less, Si: 2% or less, Mn: 3% or less, S: 0.2% or less, Ni: 8-18%, Cr: 12-25 %, Mo: 0.1 to 4%, W: 0 to 2%, and (Mo + 0.5W): 0.1 to 4%, Cu: 0.5 to 6%, and (Ni / Cu): 2 or more, Nb: 0 to 2.5%, balance: Fe and an austenitic stainless cast steel consisting of inevitable impurities, corrosion weight loss after immersion in sulfuric acid concentration 0 to 100% at 60 ° C for 5 hours is 100 g / (m ²・ h) Exhaust gas recirculation system parts characterized by the following.

By mass ratio, C: more than 0.08% and 0.3% or less, Si: 0.5-1.5%, Mn: 0.5-2%, S: 0.005-0.15%, Ni : 10-14%, Cr: 12-20%, Mo: 1.5-2.5%, Cu: 1-5%, and (Ni / Cu): 2 or more, Nb: 0.3-1. 2. The exhaust gas recirculation system component according to claim 1, wherein the exhaust gas recirculation system component is made of austenitic stainless cast steel composed of 5%, balance: Fe and inevitable impurities.

By mass ratio, C: more than 0.08% and 0.3% or less, Si: 0.5-1.5%, Mn: 0.5-2%, S: 0.005-0.15%, Ni : 8-11%, Cr: 17-22%, Mo: 0.1-1.5%, Cu: 0.5-3%, and (Ni / Cu): 2 or more, Nb: 0.3- 2. The exhaust gas recirculation system component according to claim 1, wherein the exhaust gas recirculation system component is made of an austenitic stainless cast steel composed of 1.5% and the balance: Fe and inevitable impurities.

The exhaust gas recirculation system component according to any one of claims 1 to 3, characterized by containing at least one of N: 0.2% or less and B: 0.01% or less by mass ratio. .

The exhaust gas recirculation system component according to any one of claims 1 to 4, wherein the exhaust gas recirculation system component is obtained by performing a solution heat treatment at 1050 to 1150 ° C after casting.

6. The exhaust gas recirculation system component according to claim 1, wherein the corrosion weight loss is 50 g / (m ² · h) or less.

The exhaust gas recirculation system component has a corrosion weight loss after being immersed in a strong acid in the range of pH 2 to (minus) 1 at 60 ° C. for 5 hours mainly containing sulfuric acid and containing at least one of formic acid, acetic acid, nitric acid and hydrochloric acid. The exhaust gas recirculation system component according to any one of claims 1 to 4, wherein the exhaust gas recirculation system component is 10 g / (m ² · h) or less.

The exhaust gas recirculation system component has a thin bent portion, and at least a part of the bent portion has a thickness of 3 mm or less. Exhaust gas recirculation system parts.

The exhaust gas recirculation system part is branched from the exhaust side of the engine and disposed between the intake side, a valve box having an exhaust gas recirculation passage from the valve port, and formed in the valve port 9. The valve box according to claim 1, wherein the valve box is an exhaust gas recirculation valve having a valve seat and a valve body that is attached to and detached from the valve seat by an actuator. Exhaust gas circulation system parts.