JPS5927369B2 - ディ−ゼルエンジンのバルブおよびバルブシ−ト用Ｃｏ基合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、すぐれた高温硬さ、耐熱衝撃性。

および耐バナジウムアタック性を有し、特にディーゼル
エンジンのバルブおよびバルブシートの製造に際して、
鋳物用あるいは肉盛溶接用として使用するのに適したＣ
ｏ基合金に関するものである。

従来、ディーゼルエンジンのバルブやバルブジ−トリ肉
盛溶接用合金としては、アメリカ溶接絡合規格５．１３
ＲＣｏＣｒ −Ａ （Ｃ：０．９〜１．４％Ｓｉ：２
．０％以下 Ｍｎ ：１．０ ％以下、Ｗ：３０〜６．
０％、Ｃｒ ：２６〜３２％、Ｎｉ ：３．０％以下
Ｆｅ：３．０％以下 Ｍｏ ：１．０ ％以下 Ｃ。

および不可避不純物：残り）や、同５．１３ ＲＣｏＣ
ｒ−Ｂ （Ｃ： １．２〜１．７チ、Ｓｉ：２．０％以
下胤：１．０％以下 Ｗニア、θ〜９．５チ Ｃｒ：２
６〜３２％、Ｃｏおよび不可避不純物：残り２以上重量
％）などのＣｏ基合金（以下従来Ｃｏ基合金という）が
知られ、多く使用されてきた。

一方、近年、ディーゼルエンジンの高性能化がはかられ
るようになるにしたがって、エンジンバルブやバルブシ
ートにも、よりすぐれた特性を具備することが要求され
るようになっており、一般に、いずれも肉盛溶接状態で
、温度８００℃におけるビッカース硬さが２８５以上の
高温硬さ、および温度７００℃に１５分間保持した後水
冷の操作を繰り返し行なった場合、肉盛溶接部に割れが
発生するまでの前記操作回数が７回以上の耐熱衝撃性、
さらに大型のディーゼルエンジンには、主燃料としてＶ
の含有量が高い低質重油が使用されるが、この場合、燃
料油中にＳおよびＮａが存在すると、生成したＮａ ２
８０４が灰分中のＶ２Ｏ５の融点を下げ、このＶ２Ｏ，
によって腐食が助長されるようになるといわれており、
このようにＶ２Ｏ５が主因子として作用する複雑な腐食
現象、すなわちバナジウムアタック性に対する抵抗（耐
バナジウムアタック性）を具備することが要求されるよ
うになっている。

これらの特性は鋳造により製造されたディーゼルエンジ
ンのパルプ鋳物やバルブシート鋳物においても同様に要
求されることは勿論である。

しかしながら、上記従来Ｃｏ基合金は、高温硬さの点で
上記要求条件を満足するものの、耐熱衝撃性および耐バ
ナジウムアタック性においては、これを満足する性質を
もたず、したがって高性能ディーゼルエンジンのバルフ
ヤバルブシートの肉盛溶接用として、またこれらの鋳物
用として使用した場合に十分満足する使用寿命を示さな
いのが現状である。

この発明は、上述のような観点から、上記従来Ｃｏ基合
金のもつ問題点を解決したＣｏ基合金を提供するもので
、重量係で、Ｃ”、 １．ｏ〜３．５％。

Ｓｉ：０．１〜２．０％ｔ Ｍ ｎ ：０．１〜２．０
％、Ｗ：５〜２０％、Ｃｒ 、’ ２０〜４０％、Ｎｉ
：２５％超〜５０ ％ ｔ Ｍ ｏ ：ｏ、 １〜１
．９９％を含有し、さらに必要に応じてＦｅ：１〜３０
係を含有し、残りがＣｏおよび不可避不純物からなる組
成を有すると共に、特にディーゼルエンジンのパルプお
よびバルブシートの肉盛溶接用および鋳物用材料に要求
される上記の条件を満足するすぐれた高温硬さ、耐熱衝
撃性、および耐バナジウムアタック性を有し、しかもＦ
ｅを含有した場合には耐熱衝撃性が一段と向上したもの
となるＣｏ基合金に特徴を有するものである。

ついで、この発明のＣｏ基合金において成分組成範囲を
上記の通りに限定した理由を説明する。

伍）Ｃ Ｃ成分には、Ｃｒ、Ｗ、およびＭｏなどと炭化物を形成
して常温および高温硬さを向上させる作用があるが、そ
の含有量が１．０％未満では、前記作用に所望の効果が
得られず、一方３．５チを超えて含有させると、耐熱衝
撃性が低下するようになることから、その含有量を１．
０〜３．５％と定めた。

（ｂ）Ｓｉ 所望の脱酸効果、鋳造性、肉盛溶接性、および湯流れ性
などを確保するためには最低０．１ ％の含有が必要で
あり、一方２．０係を越えて含有させてもより一層の改
善効果は期待できないことから、その含有量を０．１〜
２．０％と定めた。

（ｃ） Ｍｎ Ｍｎ成分には、脱酸脱硫作用のほか、肉盛溶接性を改善
する作用があるが、その含有量が０．１％未満では前記
作用に所望の効果が得られず、一方２．０％を越えて含
有させてもより一層の改善効果は期待できないことから
、その含有量を０．１〜２．０チと定めた。

（ｄ） Ｗ Ｗ成分には、炭化物を微細化すると共に、素地を固溶強
化し、この結果として合金の高温硬さおよび高温強度を
向上させる作用があるが、その含有量が５％未満では、
前記作用に所望の効果が得られず、一方２０チを越えて
含有させると、肉盛溶接性や切削性が劣化するようにな
ることから、その含有量を５〜２０％と定めた。

（ｅ）Ｃｒ Ｃｒ成分には、素地を固溶強化し、高温硬さ、耐酸化性
および耐食性を向上させる作用がある。

しかし２０％未満の含有では所望の作用効果が確保でき
ないので２０係以上の含有が必要であるが、４０％を越
えて含有させると、脆化するようになることから、４０
％を越えて含有させてはならない。

（ｆ）Ｎｉ Ｎｉ成分には素地を固溶強化し、Ｃｒ成分との共存にお
いて合金の耐熱衝撃性および耐酸化性を改善する作用が
あるが、その含有量が２５係以下では前記作用に所望の
効果を得ることができず、一方５０チを越えて含有させ
ると、高温硬さに低下傾向が現われるようになることか
ら、その含有量を２５％超〜５０％と定めた。

（ｇ）Ｍ。

ＭＯＣ成分は、合金の耐バナジウムアタック性および高
温硬さを著しく向上させる作用があるが、その含有量が
０．１％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一
方１．９９％を越えて含有させると、高温硬さの改善が
見られる反面、耐バナジウムアタック性が低下するよう
になることから、その含有量を０．１〜１．９９％と定
めた。

（ｈ）Ｆｅ Ｆｅ成分には、合金の耐熱衝撃性をさらに一段と向上さ
せる作用があるが、その含有量が１チ未満では前記作用
に所望の効果が得られず、一方３０％を越えて含有させ
ると高温硬さが低下するようになり、温度８００℃にお
けるビッカース硬さ１２８５以上を保持することができ
なくなることから、その含有量を１〜３０チと定めた。

つぎに、この発明のＣＯ基合金を実施例により説明する
。

まず、通常の溶解鋳造法により、本発明合金溶接棒１〜
２０．成分組成がこの発明の範囲から外れた比較合金溶
接棒１〜１０．および上記従来Ｃ。

基合金に相当する成分組成をもった従来合金溶接棒１，
２をそれぞれ製造した。

これら溶接棒の成分組成を第１表に示した。

ついで、これら溶接棒を用い、ＴＩＧ自動溶接機にて、
直径１２０叫φ×厚さ２０ｍｍの寸法をもったステンレ
ス鋼（ＳＵＳ３１６）製台金の表面に、外径１００ｍｍ
Ｘ幅２０ｗｒＬ×厚さ６閣の円環状ビードを２層肉盛溶
接した。

つぎに、上記台金上の円環状ビードについて、常温にお
けるロックウェル硬さくＣスケール）および温度８００
℃におけるビッカース硬さを測定すると共に、前記円環
状ビードを形成した合金に対して、温度７００℃に加熱
して１５分間保持後水冷の操作を繰り返し行ない、前記
円環状ビードに割れが発生するまでの前記操作回数を測
定する耐熱衝撃性試験を行ない、さらに直径１５閣φ×
長さ１００ｗｎの肉盛材より直径１２ｒＩｒｒＩＬφ×
高さ１２ｍｍの寸法をもった試験片を削し出し、温度９
００℃に加熱した溶融腐食法（Ｖ２Ｏ３：８５］量％、
Ｎａ２ＳＯ４：１５重量％）：５（Ｈ’中に前記試験片
を３時間浸漬、並びに同じく温度８００℃の前記溶融腐
食灰中に２０時間浸漬した後、その重量減をそれぞれ測
定する高温腐食試験（耐バナジウムアタック性試験）を
行なった。

これらの測定結果を第１表に合せて示した。

第１表に示されるように、本発明合金１〜２゜は、従来
合金１，２に比して一段ちすぐれた高温硬さ、耐熱衝撃
性、および耐バナジウムアタック性ヲもつものであり、
ディーゼルエンジンのパルプやバルブシートに要求され
る条件を余裕をもって満足する特性をもつものである。

また、本発明合金２，１４，１５と比較合金γとを見る
に、Ｎｌ成分の含有量が増加するにしたがって高温硬さ
を高い状態に保持した上で耐熱衝撃性が向上することが
わかる。

しかし、この場合Ｎｉ含有量が２５％以下では耐熱衝撃
性の改善が不十分である。

同様に、ＭＯの含有量をこの発明の範囲内で変化させた
本発明合金２，１６．１７と、この発明の範囲から外れ
たＭｏ含有量の比較合金８，９に示される結果から、Ｍ
ｏをこの発明の範囲内で含有する場合にはすぐれた耐バ
ナジウムアタック性を示すが、この発明の範囲から低い
方に外れたＭｏ含有量、並びに同じく高い方に外れたＭ
ｏ含有量では、所望の耐バナジウムアタック性の改善は
見られないことがわかる。

さらに、Ｆｅを含有しない本発明合金２、Ｆｅの含有量
をこの発明の範囲内で変化させた本発明合金１８〜２０
、およびこの発明の範囲から高い方に外れた比較合金１
０について見るに、Ｆｅを含有させると一段と耐熱衝撃
性が向上するようになるが、３０％を越えて含有させる
と高温硬さの低下が著しいことがわかる。

なお、上記実施例では、この発明のＣｏ基合金を肉盛溶
接用として使用した場合について述べたが、これを鋳物
用として使用しても、肉盛接の場合と同様なすぐれた特
性を示すことは勿論である。

上述のように、この発明のＣｏ基合金は、すぐれた高温
硬さ、耐熱衝撃性、および耐バナジウムアタック性を具
備しているので、ディーゼル機関、特にＶ、ＳおよびＮ
ａを含有する燃料油を使用するディーゼルエンジンのバ
ルブおよびバルブシートの肉盛溶接用および鋳物用とし
て使用するのに適するものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＩＣ：１．０．〜３．５チ、Ｓｉ ：０．１〜２．０％
   。 Ｍｎ ：０．１〜２．０％、Ｗ：５〜２０％、Ｃｒ ：
   ２０〜４０％、Ｎｉ：２５％超〜５０％ 、Ｍｏ ：
   ０．１〜１．９９％、Ｃｏおよび不可避不純物：残りか
   らなる組成（以上重量係）を有することを特徴とする高
   温硬さ、耐熱衝撃性、および耐バナジウムアタック性に
   すぐれたディーゼルエンジンのバルブおよびバルブシー
   ト用Ｃｏ基合金。 ２Ｃ：１．０〜３，５％、Ｓｉ ：Ｑ、１〜２．０％。 Ｍｎ：０．１〜２．０係、Ｗ：５〜２０係、Ｃｒ：２０
   〜４０％ 、Ｎｉ ：２５％超〜５０％、Ｍｏ”、０．
   １〜１．９９％、Ｆｅ ：１〜３０％、Ｃｏおよび不可
   避不純物：残りからなる組成（以上重量係）からなる組
   成を有することを特徴とする高温硬さ、耐熱衝撃性、お
   よび耐バナジウムアタック性にすぐれたディーゼルエン
   ジンのバルブおよびバルブシート用Ｃｏ基合金。