JPS5945752B2 - 強析出硬化型オ−ステナイト系耐熱鋼 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は冷間成型性および被削性に優れかつ高温にお
ける強度および靭性が高い析出硬化型オーステナイト系
耐熱鋼に関するものである。

自動車の排気バルブ等のように冷開成型され、機械加
工され高温で使用される部品には溶体化後の硬さが低く
、時効処理後、高温において高い強度を有する析出硬化
型オーステナイト系耐熱鋼が用いられる。

この種の耐熱鋼としてはＡ２８６（ＡＩＳＩ６６０）
Ｐｙｒｏｍｅｔ１５（ＡＭ５７６１）が性能上すぐれて
いるが、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ等高価な元素が多量に含むた
め高価であって汎用性にとぼしく、また、機械加工性が
悪いという問題点を有している。

そこで、本発明者はＡ２８６に比較し、安価で同等以
上の高温強度を有し、かつ被剛性の良好な析出硬化型熱
鋼を得たいという要求に応えるため仔細に研究したとこ
ろ、高価なＮｉ１Ｍｏ、ＶにかえてＣｕおよびＺｒの添
加により良好な冷鍛性およびすぐれた高温強度をもつ析
出硬化型の耐熱鋼を得られろことを確認した。 また、
Ｓ、Ｍｇの添加により熱間加工性および高温強度を損う
ことなく被剛性が高められることをも確認した。

すなわち、本発明による強析出型快削オーステナイト
系耐熱鋼は、Ｃ：０．００５〜００１５％、Ｓｉ：２．
０％以下、Ｍｎ■ ４．０％以下、Ｎｉ■１０．０〜２
０．０％、Ｃｒ■ １０．０〜１８．０％、Ｃｕ■ １
．０−５．０％、Ｔｉ■ １．０〜５．０％、Ａｌ：０
．００１〜１００％、Ｂ ： ０．０００５〜０５０５
％、Ｚｒ■ ０．００１〜０．５％、Ｓ：０．５％以下
、Ｍｇ：００１％以下から残余実質的に鉄からなること
を特徴としている。

次いで本発明による耐熱鋼の成分範囲の限定理由につ
いてのべる。

Ｃ：０．００５〜０｜１５％ 高温強度を高めるために有効な元素であり、このよう
な効果を得るためには少なくとも０．００５％以上必要
である。

しかし、多量に添加するとＴｉと結びつき未溶解炭化物
を形成し冷鍛性が損なわれるとともに析出硬化に寄与す
るＮｉ３（ ＡＩ，Ｔｉ）の量を減するため０、１５％
以下に限定した。

Ｓｉ：２．０％以下 溶解精錬時の脱酸元素として必要であるが、２．０％を
超えろと鋼の靭延性を害するため上限を２．０％に限定
した。

Ｍｎ： ４．０％以下 Ｓｉと同様溶解時の脱酸元素として作用し、また熱間脆
性を防止することに有効な元素である。

またオーステナイトを安定化する元素であるため少量の
Ｎｉと置換できる。しかし、４％以上添加すると鋼の靭
延性を害する。Ｎｉ： １０．０〜２０．０％ オーステナイトを安定化しＮｉ３（ＡＩ，Ｔｉ）による
析出硬化をもたらす必須元素であるが１０．０％以下で
はその効果は十分でない。

しかし、２０．０％以上添加しても効果は飽和し材料コ
ストが上昇するだけである。Ｃｒ： １０．０〜１８．
０％ Ｃｒは高温における耐酸化性を維持するための必須元素
である。

このためには最低１０．０％の含有を必要とするが１８
．０％以上でぱオーステナイト相が不安定となるため上
限を１８．０％に限定した。Ｃｕ： １．０〜５．０％ 加工硬化を少なくして冷間における成型性を改善する。

また、Ｎｉ３（ＡＩ，Ｔｉ）の析出を促進し時効硬化量
を大きくする。しかし、１．０％以下ではその効果がな
＜５．０％以上を超えると熱間加工性を損うので上限を
５．０％に限定した。Ｔｉ： １．０〜５．０％Ｎｉお
よびＡＩとともにＮｔ３（ＡＩ、Ｔｉ）の主要形成元素
であって、析出硬化をもたらす必須元素である。

１．０％以下では析出量が少なく、５．０％を超えると
熱間加工が困難となる。

Ａｌ：０．００５〜１，θ％ＮｉおよびＴｉとともにＮ
ｉ３（Ａｌ，Ｔｉ）を形成して析出硬化をもたらす必須
元素である。

０．００５％以下では時効硬化が遅く、１．０％以上で
は過時効しやすくなるので０．００５〜１．０％に限定
した。

Ｂ：０．０００５〜０．０５％ Ｂは結晶粒界を強化して熱間加工性を改善し、また、高
温強度を高める働きがある。

このような効果を得るためには０．０００５％以上添加
する必要があるが、０．０５％以上では逆に熱間加工性
が低下するため０．０００５〜０．０５％に限定した。
Ｚｒ： ０．００１〜０．５％Ｂと同様、結晶粒度を強
化して熱間加工性を改善し高温強度を高めろ働きがある
。

０．００１％以下では効果は少なく、０．５％以上では
化合物を形成し、逆に熱間加工性および高温強度を損う
。

Ｓ：０．５％以下被剛性を改善する働きをもつ、しかし
、０．５％以上添加すると熱間加工性を害する。

Ｍｇ： ０．１％以下 微量の添加で熱間加工性を改善する。

しかし、その効果は０．１％で飽和する。実施例 次に、本発明の実施例を比較例とともにあげて、本発明
の耐熱鋼の特性を具体的に説明する。

第１表に示す化学成分の合金を高周波誘導炉にて溶解精
錬して溶製し、鍛造により直径１０朋の丸棒とした。そ
の後９８０℃で１時間溶体化処理を行い、直径７．８５
ｍｍ高さ１２．５１ｎｒ＋＋の試験片を作製し、硬さお
よび圧縮試１験用の試料とした。（１）溶体化処理後の
硬さと圧縮成型性第２表に溶体化処理後の硬さを、第３
表に溶体化処理後の圧縮試験結果を示す。

第２表によれば、本発明鋼（試料／１６１、２）はＨＶ
２ＯＯ以下であって、Ａ２８６（／ｌ’６：４）と同等
である。

圧縮試験は前記試験片（７．８５φＭｍＸｌ２、５朋）
の高さが４ｍｍおよび３ｍｍになるまで圧縮し、そのと
きの圧縮荷重と圧縮後の硬さを示してある。

表３によれは、本発明鋼（／Ｉ６ｌ）はＡ２８６と同等
以上の冷開成型性を示している。

２）クリープラプチャ一強度 第１図に試験結果を示す。

第１表に示した供試材からクリープ試験片を作製し、第
１図中に示す温度で溶体化処理および時効処理を行い６
５０℃でＪＩＪ−プ試験を実施した。

図１にみられるように、本発明鋼（ Ａ６ｌ、２）はＡ
２８６に比較して１５０時間以上の長時間側で高いクリ
ープラプチャ一強度を有している。

また、Ｓ単独添加鋼（／１６１）に比してＳ，Ｍｇ複合
添加鋼（／１６．２）が良好な傾向を示した。１）被削
性 第４表に試験結果を示す。

９８０℃で１時間溶体化処理を行い、６７５℃で１時間
時効処理を行った。

旋盤およびエンドミルにより被削注を調査した。

工具および切削条件は第４表中に示した。

工具寿命はＶＢ（工具摩耗量） 一Ｑ．４ｉｎに達する
までの切削時間で判定した。

本発明鋼ぱＳを含有しない／Ｉ６３に比較して約２倍の
工具寿命をもつことがわかる。

（４）熱間加工性 第１表（後図なし）に供試材とともに示す。

溶解鋳造したインゴットを加熱、鍛造後、鋼材（ビレッ
ト）の表面を約（１１ｍｍグラインダー研削（黒皮除去
）し表面の割れ状況を目視観察した。′ 第１表中の
表示○はひきつづき行う熱間加工（たとえば熱間で行う
製品鍛造）上支障のないもの、△印はビレットを若干疵
覗りを行い、ひきつづきＸ印は熱間加工は可能であるも
のの疵取りに歩留が１０％程度低下したものである。

Ｓ単独添加した発明鋼（ＡＩ）は高価なＮｉ、ＭＯ，Ｖ
等を省略しかつ被削性を大巾に改善を図っているためＡ
２８６を採用する場合に比し材料歩留が低下するが総合
的には収益は得られる。Ｓ，Ｍｇを複合添加した発明鋼
（，４６Ｌ１）は歩留低下も問題な（ （ Ａ６３、４
と同等）より大きな経済的な効果が得られる。

以上説明したようにこの発明による耐熱鋼はＡ２８６に
比較し冷開成型性および高温強度が同等以上で、かつ機
械加工性に優れた安価な材料であるから各種エンジンバ
ルブや耐熱部品・へ有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図（後図なし）は発明鋼および比較鋼の６５０℃に
おけるクリープラプチャ一強度を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｃ：０．００５〜０．１５％、Ｓｉ：２．０％以下
   、Ｍｎ：４．０％以下、Ｎｉ：１０〜２０．０％、Ｃｒ
   ：１０．０〜１８．０％、Ｃｕ：１．０〜５．０％、Ｔ
   ｉ：１．０〜５．０％、Ａｌ：０．００１〜１．０％、
   Ｂ：０．００５〜０．０５０％、Ｚｒ：０．００１〜０
   ．５％、Ｓ：０．５％以下を含有し残余実質的鉄からな
   る強析出硬化型快削オーステナイト系耐熱鋼。 ２ Ｃ：０．００５〜０．１５％、Ｓｉ：２．０％以下
   、Ｍｎ：４．０％以下、Ｎｉ：１０〜２０．０％、Ｃｒ
   ：１０．０〜１８．０％、Ｃｕ：１．０〜５．０％、Ｔ
   ｉ：１．０〜５．０％、Ａｌ：０．００１〜１．０％、
   Ｂ：０．００５〜０．０５０％、Ｚｒ０．００１〜０．
   ５％、Ｓ：０．５％以下、Ｍｇ：０．１％以下を含有し
   残余実質的鉄からなる強析出硬化快削オーステナイト系
   耐熱鋼。