JPS60211028A

JPS60211028A - 排気バルブ用合金

Info

Publication number: JPS60211028A
Application number: JP59065280A
Authority: JP
Inventors: Susumu Isobe; 磯部　晋; Kenkichi Matsunaga; 松永　健吉; Yoshiaki Takagi; 善昭高木; Tokukatsu Sato; 佐藤　徳勝
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1984-04-03
Filing date: 1984-04-03
Publication date: 1985-10-23
Also published as: JPH0478705B2; DE3511860C2; GB8508591D0; US4631169A; GB2158460A; DE3511860A1; GB2158460B

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】（産業上の利用分野）本発明は、各種内燃機関の排気バルブ材として使用され
る排気バルブ用合金に関するものである。

（従来技術）従来、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンの排気バ
ルブ材としては、高マンガンオーステナイト鋼である５
Ｕ）１３６　（Ｆｅ−８，５％Ｍｎ−２１％Ｃｒ−４％
Ｎｉ−０，５％Ｃ−０、４％Ｎ）が多用されてきた。

ところが、近年になってエンジンの高圧縮比。

高出力化の傾向が一段と高まり、エンジンバルブの使用
条件はますます苛酷なものとなっている。

これに応じて、高温強度および耐食性に優れたＮｉ基耐
熱合金であるＮＣＦ７５１　（Ｎｉ　−１５，５％Ｃｒ
−１％Ｎｂ−２，３％Ｔｉ−１，２％Ａ１−７％Ｆｅ）
やＮＣＦ８０Ａ（Ｎｉ−１９，５％Ｃｒ−２，５％Ｔｉ
−１，４ＡＪｌ）が使用されている。

しかしながら、これ等のＮｉ基耐熱合金は、高価なＮｉ
を多量に含有するため、バルブのコストが著しく高くな
るという問題がある。

そこで、苛酷な使用条件に耐え、しかもコストが低廉で
あるバルブ材料を得たいという要求に応えるため、本発
明者らはすでにＦｅ−Ｎｉ基耐熱合金を開発した（特願
昭５８−１５４５０４号）。

（発明の目的）本発明者らは、上述した荀酷な使用条件に耐え、しかも
コストが低廉であるバルブ材料を得ることを目的として
、高温特性におよぼす合金元素の影響についてさらにひ
きつづいて研究を重ねた結果、以下に示す合金組成を採
用することによって、バルブ材に要求される重要な特性
の１つである耐酸化鉛（ＰｂＯ）アタック性が著しく改
善されるうえに、排気バルブ材料として上記Ｎｉ基耐熱
合金とほぼ同等の性能を有することを見い出した。

（発明の構成）本発明による排気／ヘルプ用合金は、重量％で、Ｃ：０
．０１〜０．１５％、Ｓｉ　：２．０％以下、Ｍｎ：２
．５％以下、Ｎｉ：５３〜６５％、Ｃｒ：１５〜２５％
、Ｎｂ：０．３〜３．０％、Ｔ　ｉ　：　２　、　Ｏ〜
３．５％、Ａ文二０．２〜１．５％、Ｂ：０．００１０
　ＮＯ，０２０％、必要に応じて、Ｍｇ：０．００１〜
０．０３０％、Ｃａ：０．００１〜０．０３０％、ＲＥ
Ｍ：０．００１〜０．０５０％のうちの１種または２挿
具ｔ、残部実質的にＦｅからなることを特徴としている
。

次に、本発明による排気バルブ用合金の成分組成範囲（
重量％）の限定理由について説明する。

Ｃ（＊　素）　：０．Ｏｌ　〜０　、１５％ＣはＣｒ、
ＮｂまたはＴｉと結合して炭化物を形成し、高温強度を
高めるのに有効な元素である。そして、このような効果
を得るためには、少なくとも０．０１％の添加が必要で
ある。しかし、多量に添加すると高温における強度およ
び靭延性が低下するため、０．１５％以下に限定した。

Ｓｔ（けい素）：２．０％以下Ｓｉは脱酸元素として必要であるが、多量に添加しすぎ
ると強度および靭延性を低下させるばかりでなく、耐Ｐ
ｂＯアタック性も低下するため、２．０％以下に限定し
た。

Ｍｎ（マンガン）：２．５％以下ＭｎはＳｉと同様に脱酸元素として作用するが、余り多
量になると高温における耐酸化性が低下するので、２．
５％を上限とした。

Ｎｆにッケル）＝５３〜６５％Ｎｉはオーステナイトの安定化に必要であると同時に、
時効処理によりγ′相（Ｎｉ３　（Ａ９−。

Ｔｉ、Ｎｂ））を析出させ、材料に高温強度を付与する
。また、耐ＰｂＯアタック性を高める元素としても重要
である。ただし、５３％未満では耐ＰｂＯアタック性が
十分でないため５３％以上の添加が必要である。しかし
、多量に添加すると材料コストが上昇するばかりでなく
、いおう（Ｓ）が存在するような雰囲気で使用される場
合にはＳアタックを受け易くなるので、６５％以下に限
定した。

Ｃｒ（クロム）；１５〜２５％Ｃｒは高温における耐酸・耐食性を維持するために必須
の元素である。このためには、最低１５％の含有を必要
とするが、多量に添加するとオーステナイト相が不安定
となって、α相やα相等の脆化相を析出し、高温におけ
る強度および靭延性が低下するので、２５％以下とした
。

Ｎｂ：（ニオブ）：０．３〜３．０％Ｎｂは炭化物やγ′相を形成して高温強度を高めるのに
有効な元素である。このような効果を得るためには最低
０．３％の添加が必要であるが、添加しすぎるとδ相（
Ｎｉ３Ｎｂ）やｔａｖｅｓ相（Ｆｅ２Ｎｂ）が析出し、
高温における強度および靭延性が低下するほか、耐酸・
耐食性を劣化させるので、３．０％を上限とした。

Ｔｔ（チタン）：２．Ｏ〜３．５％Ｔｉはγ′相の主形成元素であって、高温強度を維持す
るために゛重要な元素である。しかし、添加量が少なす
ぎるとγ′相の析出量が少なく、十分な高温強度が得ら
れない、一方、添加しすぎるとη相（Ｎｉ３Ｔｉ）が析
出し、強度が低下する。そこで、添加量は２．０〜３．
５％の範囲に限定した。

ＡｆＬ（アルミニウム）：０．２〜１．５％Ａ見はＴｉ
およびＮｂと同様、γ′相の主構成元素である。しかし
、添加量が少なすぎるとγ′相が不安定となってη相が
析出し、強度の低下を招く、そして、これを阻止するた
めには０．２％以上添加することが必要である。

逆に、添加しすぎるとγ′相とヤトリックスとの整合性
が高まって整合型が減少し、十分な短時間強度が得られ
なくなる。また、ＡＭの過剰添加は製造性を著しく低下
させる。これらの理由から、上限を１．５％に限定した
。

Ｂ（ポロン）：０．００１０〜０．０２０％Ｂは結晶粒
界に偏析してクリープ強度を高めるほか、粒界へのη相
の析出を抑制する働きがある。このような効果を得、る
ためには０．００１０％以上添加する必要があるが、添
加しすぎると熱間加工性を極端に低下させるため、上限
を０．０２０％とした。

Ｍｇ（マグネシウム）：０．００１〜０．０３０％、Ｃ
ａ（カルシウム）：０．００１〜０．０３０％、ＲＥＭ
　（希土類元素）：０．００１〜０．０５０％のうちの
１種または２種以上これらの元素は、いずれも、溶解時
に脱酸・脱硫元素として作用するほか、残留いおう（Ｓ
）を硫化物として固定し、熱間加工性を著しく改善する
。また、これと同時にクリープ破断強度および破断伸び
をも向上させる効果がある。さらに、ＲＥＭは耐酸化性
の改善にも役立つ。しかし、いずれの元素も、添加しす
ぎると熱間加工性を著しく損うため、Ｍｇにあってはｏ
、ｏｏｔ〜０．０３０％、Ｃａにあっては０．００１〜
０．０３０％、ＲＥＭにあっては０．００１〜０．０５
０％の範囲に限定した。

（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
Ｆｅ−Ｎｉ基排気バルブ用合金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真空誘導炉で溶製
し、それぞれ３０ｋｇのインゴットに鋳次に、１１５０
℃で１６時間のソーキング処理したインゴットから試験
片を採取し、高速高温引張試験を行って熱間加工性を調
査した。また、ソーキング処理を施したインゴットの一
部を１１５０〜９５０℃の温度域で鍛伸および圧延によ
り直径１６Ｉｌｌｌの丸棒とし、高温引張特性および耐
食性を評価する供試材とした。なお、高温引張特性およ
び耐食性を評価する供試材には固溶化処理（１０５０℃
×３０分加熱→油冷）および時効処理（７５０℃×４時
間加熱→空冷）を施した。

（１）高温引張特性エンジンバルブは作動中にバルブスプリングの反発力に
よって繰返し打撃を受けるため、バルブ材には作動温度
付近における引張特性が優れていることを要求される。

第２表に、本発明合金（Ｎｏ、　１〜７）および比較合
金（Ｎｏ、１１〜ｌ　４）の８００℃における引張試験
結果を示す。

第　２　表第２表に示すように、８００°Ｃにおける本発明合金（
Ｎｏ、１〜７）の０．２％耐力および引張強さは現用Ｎ
ｉ基耐熱合金（Ｎｏ、　１４）　（Ｉｎｃｏｎｅ１７５
１相当）とほぼ同等である。また、本発明合金の強度は
Ｎｂを含有しない比較合金（Ｎｏ、１２）およびＴｉ含
有量の少ない比較合金（Ｎｏ、１３）のそれに比べてま
さっている。

（２）高温耐食性燃料として、オクタン価を高めるために四エチル鉛（（
Ｃ２Ｈ５）ａ　Ｐｂ）を添加したガソリンが使用される
場合がある。このような加鉛ガソリンを使用すると、燃
焼生成物として酸化鉛（ｐｂＯ）ができ、これがバルブ
表面に付着して高温腐食（ＰｂＯアタック）を生じるこ
とがある。そのため、バルブ材においては耐ＰｂＯアタ
ック性も重要な特性とされている。

そこで、本発明合金についてもＰｂＯ中での腐食試験（
９２０’ＯＸ１時間）を行った。その結果を第３表に示
す。

第３表に示すように、本発明合金の＊ｐｂｏアタック性
は現用Ｎｉ基耐熱合金（Ｎｏ、１４）のそれとはほぼ同
等である。

なお、比較合金（Ｎｏ、１１）の腐食減量は著しく多い
。これは耐ＰｂＯアタック性に効果のあるＮｉ含有量が
低いことが原因である。

また、ガソリンとともに、エンジンオイルの一部が燃焼
すると、バルブ表面に付着する燃焼生成物は純粋なＰｂ
Ｏであることは少なく、硫酸鉛（ＰｂＳＯａ）が混在す
ることが多い。しがも、ＰｂＯとＰｂＳＯ４とが共存す
ると、腐食は一段と激しく起るといわれている。

そこで、本発明合金についても、ＰｂｏとＰｂ５Ｃ）ｓ
と（７）混合法（ＰｂＯ：　Ｐｂ５Ｏａ　＝６：４）中
での腐食試験（９２０’ＯＸ　１時間）を行った。その
結果を第４表に示す。

第４表に示すように、本発明合金の耐（ＰｂＯ＋Ｐｂ５
Ｏ４）アタック性は現用Ｎｉ基耐熱合金（Ｎｏ、１４）
に比較して優れている。これは、５ｏ４−２イオンが存
在する場合にはＮｉ量が高い合金はど耐食性が低くなる
ことに起因している。そこで、本発明においては、耐Ｐ
ｂＯと耐（ＰｂＯ＋Ｐｂ５（）ｓ）アタック性との両特
性を考慮してＮｉ量の組成範囲（５３〜６５％）に限定
した。

（３）熱間加工性一般に、グリ−プル試験機による高温高速引張試験にお
いて、絞り値が５０％以上得られる温度域が圧延可能と
いわれている。従って、その温度域が広いほど熱間加工
性が優れていると判断できるので、ここでは本発明合金
Ｎｏ、３．８〜ｌＯについて試験を行い、その温度幅を
めた。その結果を第５表に示す。

第５表第５表に示すように、Ｍｇ、ＣａおよびＲＥＭのいずれ
も含まない合金Ｎｏ、　３に比べ、それらの元素のいず
れかを含む合金Ｎ００８〜１０の熱間加工可能な温度幅
は広く、熱間加工性が大幅に改善されることが明らかで
ある。

（発明の効果）以上説明してきたように、この発明による排気バルブ用
合金は、重量％で、ｃ：ｏ、ｏｉ〜０゜１５％、Ｓｉ：
２．０％以下、Ｍｎ：２．５％以下、Ｎｉ：５３〜６５
％、Ｃｒ：１５〜２５％、Ｎｂ：０．３〜３．０％、Ｔ
ｉ：２．Ｏ〜３．５％、Ａ交二０．２〜１．５％、ｎ：
ｏ、ｏｏｔ。

〜０．０２０％、および必要に応じて、Ｍｇ：０．００
１〜０．０３０％、Ｃａ：０．００１〜０．０３０％、
ＲＥＭ：０．００１〜０．０５０％のうちの１種または
２種以上、残部実質的にＦｅからなるものであるから、
高温強度および高温耐食性とくにＰｂＯ＋ＰｂＳＯ４混
在雰囲気中での耐食性にすぐれ、しかも従来のＮｉ基耐
熱合金はど高価なＮｉを含有せずコストの低下を実現す
ることができるという非常にすぐれた効果を有している
。

特許出願人　大同特殊鋼株式会社同　出願人　本田技研工業株式会社代理人弁理士　小　塩　豊

Claims

【特許請求の範囲】（＋）重量％で、Ｃ：０．０１−０．１５％、Ｓｉ：２
．０％以下、Ｍｎ：２．５％以下、Ｎｉ：５３〜６５％
、Ｃｒ：１５〜２５％、Ｎｂ：０．３〜３．０％、Ｔｉ
：２．０〜３．５％、Ａ文二０．２〜１．５％、Ｂ：０
．０Ｏ１０〜０．０２０％、残部実質的にＦｅからなる
ことを特徴とする排気バルブ用合金。（２）重量％で、Ｃ：Ｏ，Ｏ１〜０．１５％、Ｓｉ：２
．０％以下、Ｍｎ：２．５％以下、Ｎｉ：５３〜６５％
、Ｃｒ：１５〜２５％、Ｎｂ：０．３〜３．０％、Ｔｉ
：２．Ｏ〜３，５％、Ａ文＝０．２〜１．５％、Ｂ：０
．００１０〜０．０２０％、およびＭｇ：０．００１〜
０．０３０％、Ｃａ：０．００１〜０．０３０％、ＲＥ
Ｍ：０．００１〜０．０５０％のうちの１種または２種
以上、残部実質的にＦｅからなることを特徴とする排気
バルブ用合金。