JPH03120328A - 排気バルブ合金 - Google Patents

排気バルブ合金

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JPH03120328A
JPH03120328A JP26036490A JP26036490A JPH03120328A JP H03120328 A JPH03120328 A JP H03120328A JP 26036490 A JP26036490 A JP 26036490A JP 26036490 A JP26036490 A JP 26036490A JP H03120328 A JPH03120328 A JP H03120328A
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JP
Japan
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alloy
exhaust valve
marine diesel
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exhaust
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JP26036490A
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English (en)
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Carol Henry White
キャロル、ヘンリー、ホワイト
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Inco Alloys Ltd
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Inco Alloys Ltd
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C19/00Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/058Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium without Mo and W
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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  • Metallurgy (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ディーゼル排気システム、特に大きい船用デ
ーゼルエンジンのディーゼル排気システムの部品に関す
る。
発明の概要 過去20年前後、ディーゼルエンジン排気バルブおよび
ディーゼルエンジン排気システムの他の部品に好適な合
金に関する多数の示唆がなされている。表Iに記、載の
文献は、これらの示唆の多くを含む。
表1 特許番号 米国特許第3,573,901号明細書米国特許第3,
972,713号明細書米国特許第4,379,120
号明細書米国特許第4,631,169号明細書米国特
許第4,714,501号明細書米国特許第4.715
,909号明細書特開昭60−101589号公報 A11oy Digest PyroIlet、 19
77年12月31日これらの文献の示唆は確実であり且
つ有用であることがあるが、ディーゼル排気部品を不良
な等級の船用ディーゼル燃料の船雰囲気中での内燃から
生ずる熱(例えば、650℃よりも高温)ディーゼル排
気流にさらす時に存在する激しい高温エロージョンおよ
び腐食の継続的問題を満足には解決してはいない。
船用燃料の仕様は、InternationalOrg
anization  f’or  5tandard
1zatlon  PetroleumProduct
s−Fuels (クラスF)、船用燃料の仕様、l5
O8217J 1987 (E) (1987)および
International Council on 
Combust1onE口gfnes  (CIMAC
)によって確立されている。
これらの協会によって明記されるような最不良の等級の
船用ディーゼル燃料の仕様を表Hに示す。
表■ 15℃での密度檀/!I 80℃での動粘度(CSt) 100℃での粘度(C8t) 引火点℃ 流動点℃冬品質 夏品質 コンラドソン炭素残渣4 灰(紋   4 水分(故幻    4 硫黄素ff1(最大)  V% バナジウム含量(最幻vppw アルミニウム含量(最ねvp障 0.991  0.991/1.01030 555 060 030 030 222 0.2      0.2 1.0      1.0 5.0      5.0 eoo       so。
0 表Hに示すような船用ディーゼル燃料の等級は、留出物
燃料ではない点で、大抵の自動車、トラックおよび陸を
ベースとする車両および機械使用法で使用されているデ
ィーゼル燃料とは区別される。
かくて、留出物燃料に太いには存在しない汚染物、特に
硫黄およびバナジウムは、一般に、ディーゼル推進船に
燃料を積み込むことがある産地の特性である。要するに
、船が燃料をピックアップする場所に応じて、搭載する
ディーゼル燃料は、特にバナジウム含量に関して合理的
な等級から非常に不良な等級までを有することがある。
従って、船用ディーゼルエンジンの排気システムは、遭
遇するらしい代表的等級の燃料の船雰囲気中での燃焼の
生成物に抵抗性である部品からなるべきである。
知られている限りでは、従来技術は、このような部品を
満足な方法で与えるという問題を解決してはいない。
本明細書の目的で、「鉛雰囲気」なる用語は、海洋波の
波頭に対する風の作用によって一般に生成する海塩のエ
ーロゾルサイズまたは大きい粒子を含有する雰囲気空気
を意味する。風は、海洋波の波頭を引き裂こうとして、
海塩を含有する水の粒子を追い出す。これらの粒子の若
干は、スプレーとして海洋に落下して戻る一方、他のも
のは液体としてか完全乾燥(または半乾燥)固体の固体
粒子として空気中に浮遊したままである傾向がある。か
くて、鉛雰囲気は、多量の水蒸気を含有するだけではな
く、有意量のナトリウム、カリウムおよび他の金属(主
として塩化物の形態)も含有する。すべての実用目的で
、船用ディーゼルエンジンは、これらの金属を含有する
空気で燃料を連続的に燃焼している。
発明の開示 本発明は、炭素0.02〜0.07%、クロム24〜3
2%、チタン0,7〜3.0%、アルミニウム0.7〜
1゜5%、ニオブ0.7〜1.5%、ジルコニウム0〜
0,1%、ホウ素0〜0.006%、鉄0〜1%(通常
の量の付随的な元素および不純物元素と一緒に残部は本
質上ニッケルである)を含むことを特徴とする合金から
作られる少なくとも排気接触表面を有する船用ディーゼ
ルエンジン、特に排気バルブの排気システムの部品を意
図する。より詳細には、船用ディーゼルエンジンの全排
気部品は、鋳造/鍛錬形態にすることができるか電力冶
金または他の方法によって作ることができる本発明の合
金から作る。−旦合金を作り、所望の排気システム部品
に成形すると、合金は、好ましくは約1000℃を超え
る温度での溶体化処理後に約り75℃〜約725℃の範
囲内で約2〜約48時間時効硬化によって熱処理できる
。当業者は、他の時効処理が使用できることを認識する
であろう。例えば、時効硬化は、時効硬化温度範囲を通
しての徐冷により、または2以上の工程(合金を各工程
で特定の温度で特定の時間保持する)の使用により達成
できる。
技術が後述のような合金化元素の範囲を記載する際に出
願人の意向を特に知らせるために、本発明の合金を構成
し且つ本発明で使用する各元素の特定量は、本発明の範
囲内の合金範囲が表■に示す各値および値毎から組み立
てることができるという条件で、表■に示す。
表■ 元素 炭素       0.02  0.03クロム   
  2425 チタン      0.7  1.2 アルミニウム   0.7  0.9 ニオブ     0.7  0.9 ジルコニウム   OO,02 ホウ素     0   0.001 鉄        0O02 ニッケル 重量% 0.04  ’0.05  0.08 26   2B    30 1.8  2.0  2.4 1.1  1.3   t、!+ 1.1  1.3  1.5 0.04  0.08  0.08 0.002 0.003 0.004 0.4  0.60.8 残部本質上ニッケル 合金および本発明の合金から作られる排気システム部品
を処方する際に、合金の鉄含量は、約1重量%以下に維
持することが肝要である。換言すれば、鉄は、溶融装入
物を調製する際などのスクラップの使用によって不注意
に導入されることがある量を超えるべきではない。後述
のように、本発明の合金と同様であるが1%を超える鉄
を含有0.07 2 0、QO8 する合金の腐食速度は、酸化物形態でバナジウムを含有
する合成灰との接触において約700℃を超える温度で
試験する時に本発明の合金のものと比較して有意に増大
される。表Hに記載のようなディーゼル燃料の燃焼から
生ずる残留燃料灰デポジットは、一般に、表■に示すよ
うな組成(重量%)を有する。
表■ 成分        範囲      典型V 205
38〜75%    42%Na2O4〜11%   
 11% Ca04〜9%     7% Fe2O31〜10%    7% NiO5〜11%     9% SO311〜22%   18% ここに明記の灰腐食試験結果は、温度650℃〜750
℃でv20540%、N a V 、0310%、Na
2SO420%、N t S 0415%およびCaS
O415%を含有する合成灰の場合に得られた。後述の
データによって明らかにされるように、鉄は、温度的7
00”C以上でこの合成灰中での耐食性に非常に有害で
ある。
本発明の例 表Vに示すような平均組成(重量%)を有する例1の5
個の鋳造品および例2の4個の鋳造品を作った。
元素 I r b i 2「 i 表V 例1      例2 0、03    0.03 1、32    0.77 24、9    29.9 1、3B     0.72 2、67    1.60 0、08    0.07 0.004   0.004 残部       残部 fIJlおよび例2の合金の鋳造品を鍛造して棒ストッ
クとし、船用ディーゼルエンジン排気バルブとした。合
金を1080℃で2時間熱処理した後、空冷し、その後
、700℃で16時間時効した後、空冷した。硫黄含量
最大3.6%、バナジウム含量最大380ppm、アル
ミニウム含量最大31)I)m%および最大級0.1%
(すべて重量単位)を有する残留燃料5SF7を使用し
て、これらのバルブを実際の船用エンジン使用法で試験
したところ、非常に満足であることが見出された。これ
らのバルブの試験は、船用ディーゼルエンジンサービス
での実際的実用性の完全な指示を与えた。
例1および2の合金の鋳造品の生産前に、船用ディーゼ
ル排気バルブに選ばれる現在最良の合金(合金A)およ
び例1および2の実験室ヒート(heat)を前記のよ
うに鋳造し、鍛造し、熱処理した。これらの実験室ヒー
トの実際の組成(重量%)を表■に示す。
元素 t n I C。
C「 e O b i a i 2「 u 合金A 表■ 例1 0.05 0、Ol 1.55 0.01 19.87 0.04 0.02 0、Ol 1.35 0.02 24.90 0.10 0.02 1.20 Bat(78,36)  Ba1(69,81)0、O
l 2.55 0、Ol O,01 0,001 0、OI O,002 2,48 0,01 O102 0,0B5 0.03 0.004 例2 0.01 0.01 O177 0,01 31,24 0,05 0,01 O574 Bal (85,52) 1.82 0.01 0.001 0.01 0.002 表■に明記の合金の鍛造機械加工試料の引張性を表■に
示す。
表■ 271 109 085 086 047 67 29 25.4 23.2 23.2 20.5 17.9 17.9 17.9 39.1 44.5 41.0 32.1 23.5 21.1 23゜0 例1 274 135 183 135 098 008 72 25.9 21.4 17.9 13.4 9.8 7.1 8.3 38.6 31.1 30.3 17.3 14.3 9.7 IO02 例2 31.3 25.9 23.2 18.8 11.8 10.7 45.6 44.2 36.4 2B、1 14.5 13.6 表■は、例1および2(特に例1)の合金の引張性が従
来技術の合金Aの引張性と比較して船用ディーゼルエン
ジン排気バルブとして使用するのにより高く適当である
ことを示す。例1および2の実験室ヒートの引張性は、
室温および550”Cで試験した時に排気バルブを作る
ために使用した比較用のヒートの引張性と合理的にマツ
チした。
前記のように熱処理した例1および2の合金の19龍の
鍛造棒試料の動的ヤング率は、N/−×103の単位で
、室温で約217.7であり且つ600℃で約182.
7に減少した。これらの値は、これらの温度での合金A
の動的ヤング率よりも有意に高い。例1および2の合金
の20”Cがら600℃程度の温度までの平均熱膨張係
数は、合金Aの平均熱膨張係数よりもわずかに低がった
合金Aおよび例1および2の合金のすべての物理的試験
および機械的試験は、強度、熱膨張、熱伝導率および耐
摩耗性および耐疲労性の見地がら、合金Aおよび例1お
よび2の合金が船用ディーゼル排気バルブ使用法に同等
によく適していたことを示した。
合金Aと例1および2の合金との有意差は、船用エンジ
ンディーゼル排気バルブを作動する環境における耐食性
である。船用ディーゼルエンジン排気バルブにおけるひ
ずみの計算ff1(過度のひずみを4酌してさえ)は、
合金Aから作られたこのようなバルブが破損しないらし
いことを示す。しかしながら、経験は、腐食が低サイク
ルおよび高サイクル疲労条件下で割れ開始を促進するの
で、この予測が不完全であることを証明した。−旦1個
以上の割れが開始されると、排気バルブの破損が、迅速
に随伴する。
表■は、二酸化物または二酸化物として硫黄酸化物0.
2%を含有する空気を使用して650℃で500時間試
験した時に空気および合成灰(前記)との接触において
実験室条件下で合金Aおよび例1および2の試料の相対
腐食に関するデータを示す。
表■ 合金A      136±50 例1      74±15 例2      57±21 ★平均プラスまたはマイナス2標準偏差表Iに示すよう
な従来技術の多くの教示と対照的に、本発明の合金は、
700℃を超える温度で表■に示すような優秀な耐食性
を示すために鉄約1%以下を含有しなければならないこ
とを認めることが肝要である。表■に示すデータを得る
際に使用する腐食試験条件と同様の腐食試験条件下で、
Cr  25%、Ti2.5%、Al  l、25%、
Nb1.25%(残部本質上ニッケル)を含有する本発
明の合金およびニッケルの代わりにそれぞれ鉄10%お
よび20%を含有する本発明の範囲外の2種の合金は、
表■に示すデータを与えた。
スケール除 去目減り” Fe%  (Ig/cシ) 0    49.0 48.5 表■ 表面損失” (+i+) 0.06 0.00 最大針入度” (關) 0.085 0.0115 0 58.9 0.07 0.095 61.5     0.07     0.09520
    82.8     0.10     0.1
2589.0     0.11     0.135
★これらのデータは50時間露出の場合である。
合成灰および空気への露出時間が750℃で50時間を
超えて延長される時、例えば、300時間である時には
、鉄を含有する合金のスケール除去目減りは、表■に開
示のものよりも本発明の無鉄合金のスケール除去目減り
に比例して一層大きい。同じ現象は、腐食の判定基準が
攻撃の合計深さである時に明らかである。
開示のように、本発明の合金は、非留出物燃料、特にバ
ナジウムで汚染されたこのような燃料を使用する船用デ
ィーゼルエンジンおよび他のディーゼルエンジン用の排
気バルブおよび部品、例えば、フェーシング、被覆物、
複合排気バルブの外部および他の排気接触品として特に
有用である。本発明の合金はクロム24〜32%を含有
することを意図するが、例2の合金と比較して例1の合
金の場合に表■に開示の比較的より良い引張特性によっ
て明らかなように、最良の結果は、クロム24〜28%
を含有する合金を使用して得られることに留意すべきで
ある。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、重量%で、炭素0.02〜0.07%、クロム24
    〜32%、チタン0.7〜3.0%、アルミニウム0.
    7〜1.5%、ニオブ0.7〜1.5%、ジルコニウム
    0〜1%、ホウ素0〜0.006%、鉄0〜1%を含有
    し、残部が実質的にニッケルおよび付随的不純物からな
    ることを特徴とする、高温で腐食条件下で使用するのに
    特に適した合金。 2、クロム約24〜28%を含有する、請求項1に記載
    の合金。 3、クロム約25%を含有する、請求項1に記載の合金
    。 4、少なくとも一部分請求項1に記載の合金を含むこと
    を特徴とする船用ディーゼル排気システムの部品。 5、排気バルブからなる、請求項4に記載の部品。 6、実質上全部請求項1に記載の合金から作られた、請
    求項5に記載の排気バルブ。 7、全部または一部分請求項1に記載の合金から作られ
    た船用ディーゼル排気システム用部品。
JP26036490A 1989-10-02 1990-09-28 排気バルブ合金 Pending JPH03120328A (ja)

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