JPS60116741A

JPS60116741A - 耐食合金

Info

Publication number: JPS60116741A
Application number: JP22325183A
Authority: JP
Inventors: Takashi Oguro; 大黒　貴; Masato Zama; 座間　正人; Kazuo Hiromatsu; 廣松　一男; Takeo Takaishi; 高石　武夫; Shizuo Kawanami; 河波　静男
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1983-11-29
Filing date: 1983-11-29
Publication date: 1985-06-24

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、高温での繰返し圧着抵抗にすぐれた耐食合金
に関する。より詳しくは、内燃機関、特忙粗悪油を用い
るディーゼル機関の排気弁および排気弁座用合金に関す
る。

従来弁を内燃機関の排気弁について説明すると、第１図
に示すように、排気弁ａは高温、高圧の燃焼ガスまたは
排ガスに暴露されて高温のかつ激しい腐食環境下にある
。また、排気弁ａのシート部分３は、排気弁座すのシー
ト部分６と頻繁に接離を繰返して摩耗し易くなつＣいる
ため、一般に排気弁のシート部分３及び排気弁座のシー
ト部分６には、弁母材（ステへ部１、傘部２）よりも耐
腐食性、耐摩耗性のすぐれた材料がシート部材４（排気
弁座すに対してシート部材５）Ｋ溶接肉盛して、燃焼ガ
スの漏洩がないようにしている。

ところで、内燃機関の排気弁ａにおいては、機関の高負
荷運転中に、前記のシート部材４が燃焼ガスまたは排ガ
スにより加熱され高温になり、硬さが低下し耐摩耗性、
耐食性が低下する。

また、排気弁のシート部分６が排気弁座のシート部分６
に着座した際に、排ガス中に混在している燃焼残渣をシ
ート都合４及び５０度に咬込んで圧痕（凹み）を生じる
ことがあり、その圧痕がシート部材４及び５０幅方向に
連続したり、圧痕が腐食により、弁着座時に燃焼ガスが
この圧痕による弁シート部分３，６の隙間から吹抜けて
弁の気密性が損われることになる。そこで、従来は、こ
の排気弁ａのシート部材４、および排気弁座すのシート
部材５として、高強度および高耐食性のすぐれたコバル
ト基合金中Ｎ１基合金を溶接肉盛していた。表１は、こ
れらの代表的なシート部材４，５の化学成分を示す。

表　１これらの材料は、硬さ、も高く、耐食性もすぐれている
ため、広く排気青電および弁座すのシート部材４，５に
用いられてきた。

しかしながら、最近になって、ディーゼル機関の出力が
太き（なるにつれて、排気非色に対する熱負荷が増大す
るとともに、燃料の高騰に伴なってバナジウムを多く含
む粗悪油が使用されるようになり、排気弁ａのシート部
分３に損傷が多くみられるようになってきた。上記シー
ト部分３の損傷は、初期には小さいものであるが、次第
に大きさが増え、ついには高温の燃焼ガスが通過するよ
うになり、最後には、吹き抜けに到るようになる。

この損傷の原因は多くあるが、材料側の要因をあげれば
次の通りである。

（１）　燃焼ガスおよび燃焼残渣による高温腐食に対す
る抵抗が、充分ではない。

（２）　圧着の繰返しに対する抵抗が、充分でない。

そこで、本発明の目的は、上記従来のものの欠点を解消
し、（１）燃焼ガスおよび燃焼残ｔによる高温腐食に対
する抵抗が太き（、（２）高温腐食８囲気での圧着の繰
返しに対する抵抗が大きいことを特徴とする内燃機関の
排気弁および排気弁座用合金を提供することである。

本発明は、重量基準で、０．２％以下の０．２％以下の
Ｆｅ、１％以丁の８１．２％以下のＷ、２％以下のＭｎ
、　Ｔ１５％を越え４５％以下の卯、１％以下のＮｉ、
および通常含まれる不純物の他は、本質的にＧＯから成
ることを特、徴とする、高温での繰返し圧着抵抗にすぐ
れた耐食合金、および重量基準で、０．２％以下のＧ、
２％以下のＦｅ。

１％以下の８１，２％以下のＷ、２％以下のＭｎ。

３５％を越え４５％以下のＯｒ、、　１％以下のＮｉ。

４％以下のＴ１．２％以下のＮｂ、　４％以下のＡ／。

および通常含まれる不純物の他は４、本質的ＫＯ。

から成ることを特徴とする、高温での繰返し圧着抵抗に
すぐれた耐食合金に関する。

本発明の合金は、船用、陸用の内燃機関の排気弁、排気
弁座、吸気弁、内燃機関の燃料噴射弁、ガスタービンの
高温部材、ブレード、各種ボイラーの高温部材（再熱器
′＃）および過熱器管のスペーサー、支持具）、アスフ
ァルト加熱器等に適用できる。

次に、本発明の合金における各構成成分およびその作用
、ならびにその成分量について説明する。

先ず、本発明の第１発明に示す様態について述べる。、
尚、以下の説明でパーセントは全て重量パーセントを示
す。

ピ）ａ：、ｏ、ｚ％以下本発明合金では、ｃｒ含有量をＴ１５〜４５％と従来の
合金よりも高くしているので、靭性な確保するために、
Ｃ含有量を０．２％以下にする。

（ロＪＳｉ：１％以下Ｓｌは、溶解時の脱酸剤、鋳造時の流動性確保のために
坐賛な元素であるが、１％を越えて添加すると、靭性が
低下するだけでなく、耐食性が悪くなるので、その添Ｍ
Ｊｉを１％以下とする。

（／ｉ　、Ｍ、ｎ：　２％以下Ｍｎは、脱酸剤として用いられるが、２％を越えて添加
しても効果は著しくは上昇しないので、２％以下とする
。

（−＝ｌＣｒ：３５を越え４５％以下本発明合金の最も重要な成分であり、高温腐食に対する
抵抗の増加に寄与する。Ｃａｒを３５％以下にすると、
耐食性が低下するとともに必要な強度が得られない。一
方、Ｏｒを４５％を越えて添加すると、非常に脆くなる
ので、Ｏｒ含有量の上限は、４５％以下とする。

（別　Ｎ１：１％以下本発明合金のもう一つの特徴は、Ｎｉの含有量を１％以
下と制限したことである。これは、Ｎ１が１％以上添加
されると、耐食性が低下することが明らかになったから
である。

（ＡＩＦｅ：２％以下Ｆｅは、多数に添加すると非常に脆くなるので、２％以
下とする。

（ト＋Ｗ：２％以下Ｗは、耐食性上有害な元素なので、２％以下とする。

（ト）　ｃｏ＝残部本発明合金中、Ｏｒと同様に重要な元素で、Ｎ１基合金
よりも燃焼ガスおよび燃焼残渣による高温腐食に対する
抵抗を大きくする元素である。

また、本発明の第２発明に示す様態について説明する。

この様態においては、上記第１発明に示した様態に添加
された成分の他に、Ｔｉ、Ａ４およびＮｂを添加する。

ＴｉおよびＡ／は、単独又は複合して添加することによ
り、高温腐食雰囲気での圧着の繰返しに対する抵抗をよ
り一層増加することができるが、ともに４％を越えると
脆くなるので、その添加量は４％以下とする。また、Ｎ
ｂを添加すると、８００℃に加熱すると硬さが増加し、
高温腐食雰囲気での圧着繰返しに対する抵抗がより一層
増加するが、２％を越えて添加すると脆（なるので、そ
の添加量は２％以下とする。

本発明の合金により得られる効果は、下記に示す簡９で
ある。

（１）　本発明合金は、高温に曝される排気弁および排
気弁座のシート部材として、鋳造、鍛造、肉盛あるいは
焼結の例れの方法をも採用できる。これは、耐食性、強
度、靭性および溶解作することも可能である。

又、高温耐食性がきわめてすぐれているので、排気弁の
触火面１）１１１に肉盛あるいは鋳造、鍛造、焼結など
の方法で作った円板なろうづけすることもできる。

弁又は弁座のシート部材とし工用いる場合は、必要な断
面形状を有するドーナツを鋳造、鍛造あるいは焼結によ
り形成し、その後、ろ５づけ、酸素、アセチレン又は高
周波加熱によって、シート部に接合することができる。

（２）　本発明合金は、１，００１）〜１，３００℃に
おいて溶体化処理後、６００へ９００℃において時効処
理をすることができる。溶体化処理状態では、その硬さ
は２５０〜２６０　Ｈｖ　であるが、時効処理を行なう
ことによって３５０Ｈｖ　までも硬さを高めることがで
きる。

（３）　本発明合金は、とくに燃焼ガスあるいは、排ガ
ス中において、燃焼残渣が共存する雰囲気にあって、圧
Ｍ離脱を繰返す部材としては最適のように合金設計され
ている。

（４）本発明合金は、ＳおよびＶ含有量が高い燃料を用
いた場合も、その燃焼ガスおよび燃焼残渣中において、
０ｒ−Ｎｉ　合金よりも高い耐−食性を示すので、各種
ボイラーの過熱器や再熱器の支持金具、スペーサ〜にも
用いることができる。と（に、強度も高いので、燃料中
の灰分が直接衝突するよ５な場合に対してもすぐれた抵
抗を示す。

以下忙、本発明の実施例を示す。

実施例供試材料表２に示す成分の合金を、特記ない限り大気溶解高周波
炉で浴ｊｆＩＣ１０ｋｌ／チャージ）し金型に鋳込んだ
。このインゴットから、後述する各種の試験片を切出し
試験に供した。表２において、ナイモニツク８０Ａの試
験片は市販された丸棒を、ステライト４１２は市販され
ている溶接棒により肉盛りしたものを、Ｓ、ＵＨ３１は
市販され”Ｃいる鍛造俸を夫々比較材として用いた。

るつぼ試験（その１〕アルミナ製るつぼの中に、３■ＸＸ１０１１１Ｘ１０の
直方体の試験片を特別に人工的に生成した燃焼残渣の粉
末中に埋没させた。この人工燃焼残渣の成分は、次の通
りであった。

Ｃａ５Ｏａ　：　２０モル％Ｎａ２５ｏ４：　２０モル％ｖ２０５：６０モル％このるつぼを人工的に雰囲気を調整した炉中に装入して
、腐食試験を行なった。人工的に調整した雰囲気は、次
の通りであった。

０２　：　１５　ＶＯ／％００２　４−５　Ｖ　ｏ　ｊ！’％８０２　０．５　Ｖｏ１％Ｎ２：残り上述の雰囲気において、６５０℃において２００時間加
熱保持した後の重量変化を調べた結果は、表３の通りで
あった。

但し、腐食速１遣は重量減から計算忙よってめた。

るつぼ試験（その２）燃焼残液の組成が高温腐食に及ぼす影響は、非常に大き
いので、下記の組成の人工燃焼残渣を用いて、前記るつ
ぼ試験と同じような高温腐食試験を行なった。

０ｈＥ３０ａ　：　５０モル％Ｎａ２ＳＯ４：２５モル％ｖ２０５：２５モル％人工残渣組成以外はるつぼ試験（その１）と同じであっ
た。その試験結果を表４に示す。

但し、腐食速度は重量減から計算によってめた。

排気弁高温腐食試験第２図に示す排気弁高温腐食試験装置を用いて、腐食試
験を行なった。＠２惑において、相対向する基台１／お
よび２′は、夫々実機における排気弁および排気弁座に
相当する。基台１′罠は、試験片６′がとりつけられて
いるが、これは排気弁のシート部材に相当する。弁座の
シート部は基台２′の受台７・に相当するが、本試験で
は、ステライトＡ６を肉盛して用いた。基台１′は、ロ
ードセル４′を介しロッド５１に接続されており、軸芯
回りに回転用能であり、上下動機構１４′に−よって上
下動できる。基台２′は、円柱状をなし、軸芯方向に燃
焼残渣供給用孔１５’があけられており、試験片６′の
まわりに燃焼残渣を供給できるようになっている。筒状
のヒーター８′の上下端には、シール板１６′がとりつ
けられており、人工燃焼ガスはガス供給管９′より供給
され、ガス排出管１０′より排出される。これらの各部
材は台１・２′および支柱１５／に支持支承されている
。

上記の排気弁高温腐食試験装置を用いて、腐食試験を行
なった。試験条件は、下記の通りであった。

試験片６′の形状：直径１０ｍ、長さ２０ｍの円柱状試
験片試験温度　２６５０℃ 試験時間　：　２００　Ｈｒｓ圧着荷重　”　２０ＯｋＰ／ｍ２圧漬繰返し数　：　６．５　Ｘ　１０　回人工燃焼残渣
組成（ｗｔ、％）Ｎａ２Ｓ０４：６５％ｖ２０５：２５％５ｉｏ２：　ｓ％Ａ１０：、５　％３人工排ガス組成　（ｖＯ／％）ｏ２　：１５　％Ｃｏ２：　４．５％ｓｏ２：０．５％Ｎ２：　残り試験結果を表５に示す。

表　５腐食速度は寸法変化から計算でめた。

表３〜表５の結果より、本発明合金が高温耐食性にすぐ
れていることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の内燃機関の排気弁および排気弁座の使
用形態の説明図である。第２図は、本発明の実施例で使
用した排気弁高温腐食試験装置の説明図である。第１図、、第２図 − □ １６′−

Claims

【特許請求の範囲】（ｌ　Ｍ量基準で、０．２％以下のＣ，２％以下のＦｅ
、１％以下の８１，２％以下のＷ、２％以下のＭｎ、　
５５％を越え４５％以下のＯｒ、　１％以下のＮｉ、お
よび通常含まれる不純物の他は、本質的ＶｃＯｏ　から
成ることを％徴とする、高温での繰返し圧着抵抗にすぐ
れた耐食台金。（２）　重量基準で、０．２％以下のＣ，２％以下のＦ
ｅ、１％以下の８１，２％以下のＷ、２％以下のＭｎ、
　３５％を越え４５％以下のＯｒ、　１％以下のＮｉ、
　４％以下のＴｉ、２％以下のＮｂ、　４％以下のＡ／
、および通常含まれる不純物の他は、本質的にＧｏから
成ることを特徴どする、高温での縁返し圧沼抵抗にすぐ
れた耐食合金。