JPH0693384A

JPH0693384A - 冷鍛用耐熱鋼

Info

Publication number: JPH0693384A
Application number: JP34815691A
Authority: JP
Inventors: Koji Yamaguchi; 耕治山口; Masahiro Oka; 政宏岡; Yasuhisa Fujita; 康久藤田; Satoru Iwase; 悟岩瀬; Katsufumi Miyaji; 勝文宮地
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd; Aichi Steel Corp
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd; Aichi Steel Corp
Priority date: 1991-12-04
Filing date: 1991-12-04
Publication date: 1994-04-05

Abstract

(57)【要約】【構成】重量比にしてC:0.35〜0.42% 、Si:1.80 〜2.
20% 、Mn:0.60%以下、S:0.010%以下、Cr:10.00〜11.00
%、Mo:0.70 〜1.30% 、O:0.010%以下を含有し、残部がF
eおよび不純物元素からなり、 750〜 850℃の温度で焼
鈍することを特徴とする冷鍛用耐熱鋼。【効果】 SUH3に比べ、耐酸化性、強度を損なわずに冷
鍛性を向上させたので、吸気弁等の部品製造時の生産の
効率化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の吸気弁用材
料として適し、冷鍛による成形が可能な耐熱鋼に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】自動車等のガソリンエンジン、ディーゼ
ルエンジンの吸気弁には、Si-Cr-Mo系耐熱鋼(JIS SUH3)
が広く用いられている。吸気弁は通常鍛造加工により製
造されており、その工程は棒状の素材の一端を据込み加
工して、膨大部とし、仕上型打ちして傘部を成形するも
のである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記SUH3を使用して吸
気弁を製造する際には次の問題がある。すなわち、SUH3
は比較的炭素含有量が高く、かつ必要な耐酸化性を確保
するために、Si、Crを多く含有しているので冷鍛性が悪
く、大変形が容易に行える熱間鍛造でなければ製造が不
可能である。

【０００４】熱間鍛造は大歪の変形には優れているが、
加熱設備を必要とするため、多額の設備投資を必要とす
る。従って、もし既存の熱鍛設備の能力を超えた製造の
要求があっても即座に対応することは難しい。そのよう
な状況が生じた際において、冷鍛設備に余裕がある場合
には、前述の工程の内、少なくとも据込みによる膨大部
の成形が冷鍛によって可能となれば、吸気弁の製造に対
し多額の設備投資をすることなしに効率良く製造するこ
とが可能となる。また、冷鍛は熱鍛に比べ歩留、表面性
状、寸法精度の点で大きく優れている。

【０００５】また、冷間鍛造による製造が可能な場合に
は、素材として線材を使用し、ボルトの製造によく使用
される多段自動圧造機を使用することによって、切断か
ら膨大部の形状までの加工を１台の機械で連続して製造
可能になり、従来の熱間鍛造による方法に比べ生産性の
向上が可能となる。

【０００６】しかしながら、従来から製造されているSU
H3を使用して冷鍛を行うと、据込み時に側面に割れが多
数発生するため、冷鍛化による生産の効率化を図ること
ができなかった。

【０００７】すなわち、冷間鍛造を可能とするために
は、必要な耐酸化性、強度（引張強さ75kgf/mm²以上)
を確保しつつ、焼鈍時の硬さをHv290 以下とし、据込み
率70%における割れ率を0%とすることが必要であるが、
従来製造されている吸気弁用耐熱鋼では、割れ率を0%と
することが不可能であった。

【０００８】本発明は、Si-Cr-Mo系耐熱鋼を鍛造して吸
気弁を製造する工程における前記のごとき問題点を解決
すべくなされたもので、前記した硬さ、割れ率の条件を
満足し、膨大部の冷鍛による成形を可能にし、かつ必要
な耐酸化性、強度を確保できる冷鍛用耐熱鋼を提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、Si-Cr-Mo系耐熱鋼の冷鍛性の向上について、鋭意研
究を重ねた。その結果、SUH3の規格に比べて、C 、Si、
Crの含有量を低く規制し、不純物元素であるS およびO
含有量を極力低減し、さらに適切な条件で焼鈍を施した
場合に限り冷間鍛造が可能となることを見出した。

【００１０】また、通常不純物として含有されているN
を通常の含有量に比べ低減すると、材料の延性（伸び、
絞り）が向上し、より冷鍛性が向上することを合わせて
知見した。そして、前記検討の結果得られた鋼が十分な
耐酸化性を有していることを確認し、本発明を完成し
た。

【００１１】すなわち、本発明は、重量比にしてC:0.35
〜0.42% 、Si:1.80 〜2.20% 、Mn:0.60%以下、S:0.010%
以下、Cr:10.00〜11.00%、Mo:0.70 〜1.30% 、O:0.010%
以下を含有し、残部がFeおよび不純物元素からなり、 7
50〜 850℃の温度で焼鈍することを特徴とする冷鍛用耐
熱鋼であり、第２発明は冷鍛性をさらに向上させるた
め、N 含有率の上限を0.010%に規制したものである。

【００１２】

【作用】本発明の冷鍛用鋼は、SUH3に比べ、C 、Si、Cr
量を低く規制し、さらにS 、O等の不純物元素の含有量
を極力低減したので、硫化物系、酸化物系の非金属介在
物が減少し、冷鍛性が著しく改善される。さらに、前記
の化学組成と相まって、熱処理条件として、 750〜 850
℃の温度で焼鈍することにより、冷鍛可能な強度レベル
に下げ、かつ軸部の必要な強度を得ることができる。

【００１３】次に、本発明鋼における化学成分の組成お
よび焼鈍温度の限定理由について説明する。C:0.35〜0.
42%Cは吸気弁の強度を確保するために必要な元素であ
り、その効果を得るためには0.35% 以上添加する必要が
ある。しかし、過度に含有させると冷鍛性が低下するの
で、上限を0.42% とした。

【００１４】Si:1.80 〜2.20%Siは製鋼時の脱酸剤とし
て添加される元素であり、鋼の耐酸化性と強度を確保す
るために必要な元素であり、1.80% 以上の含有が必要で
ある。しかし、多量に含有させると冷鍛性が低下するの
で、上限を2.20% とした。

【００１５】Mn:0.60%以下Mnは製鋼時の脱酸および脱硫
成分として有効な元素であり、強度の向上に寄与する元
素である。しかし、0.60% を越えて含有させると、耐酸
化性を阻害するので、上限を0.60% とした。

【００１６】S:0.010%以下S はMnS 等の硫化物系介在物
を生成し、冷鍛性を阻害する元素であり、極力低減する
ことが必要であるので、上限を0.010%とした。なお、よ
り優れた冷鍛性を得るには、0.002%以下に低減すること
が望ましい。

【００１７】Cr:10.00〜11.00%Crは鋼の耐酸化性を確保
し、強度を向上させるために必要な元素であり、10.00%
以上含有させる必要がある。しかし、多量に含有させて
も前記効果が飽和するとともにコストが上昇し、かつ冷
鍛性が低下するので、上限を11.00%とした。

【００１８】Mo:0.70 〜1.30%Moは高温強度を高める効
果のある元素であり、0.70% 以上含有させる必要があ
る。しかし、1.30% 以上添加するとコスト高となり、靱
性も低下するので、上限を1.30% とした。

【００１９】O:0.010%以下Oは溶解時に大気から不純物
として混入し、鋼中でAl₂O₃などの酸化物系介在物とな
って存在し、冷鍛性を阻害するので、極力低減すること
が必要であり、0.010%以下に規制することとした。な
お、より優れた冷鍛性を得るには、さらに低減して、0.
006%以下とすることが望ましい。

【００２０】N:0.010%以下Nは溶解中に大気から混入
し、不純物として含有する元素であり、通常の溶解では
0.010%を超えて含有している。しかし、 Nは微量の含有
で伸び、絞りを低下し、冷鍛性を阻害するので、特に優
れた冷鍛性を得る場合には極力低減することが望まし
く、必要に応じて0.010%以下に低減することとした。

【００２１】また、本発明において焼鈍温度を 750〜 8
50℃としたのは、 750℃未満の温度では硬さが十分に下
がらず、良好な冷鍛性が得られないからであり、 850℃
を超えると、冷鍛性は向上するが、焼鈍後に軸部の強度
が不足するためである。

【００２２】

【実施例】次に本発明鋼の特徴を、比較鋼、従来鋼と比
較して、実施例でもって明らかにする。表１に実施例で
使用した供試材の化学成分を示す。表１において、１〜
９鋼は本発明鋼で、１〜６鋼は第１発明、７〜９鋼は第
２発明に該当する鋼である。また、10〜14鋼は一部の元
素が本発明の成分範囲外である比較鋼であり、15鋼はSU
H3に相当する従来鋼である。

【００２３】

【表１】

【００２４】まず、表１に示す成分を有する供試材につ
いて、硬さがHv290 以下でかつ75kgf/mm²以上の引張強
さが得られる焼鈍温度を調査した。その結果、本発明鋼
である１〜９鋼の場合、 750〜 850℃とすれば良いこと
が分かった。次に前記調査結果を基に硬さが Hv290以下
となるような温度（本発明鋼では 750〜 850℃、比較
鋼、従来鋼については各々の適切な温度）にて焼鈍を施
した後、冷鍛性、耐酸化性、強度について測定し、結果
を表２に示した。

【００２５】冷鍛性は、据込み加工時の割れ率にて評価
した。据込み試験は日本塑性加工学会冷間鍛造分科会か
ら提案されている方法にて行い、据込み率70% 、73% 、
75%における割れ率を測定した。なお、割れ率は割れの
発生しないものを○、5%未満のものを△、5%以上のもの
を×で示した。

【００２６】

【表２】

【００２７】表２から明らかなように、比較鋼である10
〜14鋼は冷鍛性を阻害する元素が多量に含有されている
ため、据込み率70% にて割れ率を0%とすることができな
いものであり、従来鋼は冷鍛性を阻害する複数の元素が
多量に含有されているため、著しく冷鍛性が劣るもので
ある。

【００２８】これに対して本発明鋼である１〜９鋼は、
据込み率70% における割れ率を0%とすることができ、優
れた冷鍛性を有していることが確認できた。特に、S 、
O の低い４〜６鋼と、S 、O 、N の低い８、９鋼は著し
く冷鍛性に優れ、75% の据込み率でも割れ率を0%にでき
ることが確認できた。

【００２９】また、本発明鋼（表１の１〜９鋼）の耐酸
化性についても、 300℃で 100時間連続酸化し、単位面
積当たりの酸化増量大小で評価を行ったが、全ての鋼に
ついて吸気弁として使用可能な耐酸化性を有しているこ
とが確認できた。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の冷鍛用耐
熱鋼は、SUH3の冷鍛性を改善するため、C 、Si、Crの上
限を低めに抑え、S 、O の含有量を極力低減したので、
硫化物系および酸化物系の介在物が減少し、最適な熱処
理条件を選択したので、優れた冷鍛性を得ることができ
た。また、耐酸化性についてもSUH3と同等以上の性能を
確保することができた。これにより、十分な耐酸化性も
有しつつSi-Cr-Mo系耐熱鋼の冷鍛が可能となるので、吸
気弁に適用した場合には、著しく生産を効率化すること
ができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤田康久愛知県東海市荒尾町ワノ割１番地愛知製鋼株式会社内 (72)発明者岩瀬悟愛知県大府市共和町一丁目１番地愛三工業株式会社内 (72)発明者宮地勝文愛知県大府市共和町一丁目１番地愛三工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比にしてC:0.35〜0.42% 、Si:1.80
〜2.20% 、Mn:0.60%以下、S:0.010%以下、Cr:10.00〜1
1.00%、Mo:0.70 〜1.30% 、O:0.010%以下を含有し、残
部がFeおよび不純物元素からなり、 750〜 850℃の温度
で焼鈍することを特徴とする冷鍛用耐熱鋼。
【請求項２】重量比にしてC:0.35〜0.42% 、Si:1.80
〜2.20% 、Mn:0.60%以下、S:0.010%以下、Cr:10.00〜1
1.00%、Mo:0.70 〜1.30% 、O:0.010%以下と、N:0.010%
以下を含有し、残部がFeおよび不純物元素からなり、 7
50〜 850℃の温度で焼鈍することを特徴とする冷鍛用耐
熱鋼。