JPS619548A - 弁用鋼 - Google Patents
弁用鋼Info
- Publication number
- JPS619548A JPS619548A JP13062884A JP13062884A JPS619548A JP S619548 A JPS619548 A JP S619548A JP 13062884 A JP13062884 A JP 13062884A JP 13062884 A JP13062884 A JP 13062884A JP S619548 A JPS619548 A JP S619548A
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- JP
- Japan
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- steel
- valve steel
- strength
- valve
- matrix
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[技術分野]
本発明は、熱間疲労強度を大きくした弁用鋼に関する。
ここで弁用鋼とは、自動車などの内燃機関に用いられる
吸気弁や排気弁等を構成する材料である。
吸気弁や排気弁等を構成する材料である。
[従来技術]
自動車等の内燃機関に用いられる排気弁や吸気弁は、高
温で弁座等にかなり激しく(りがえして衝突する。従っ
て、排気弁や吸気弁を構成す丞弁用鋼は、熱間疲労強度
の大きいことが要請される。
温で弁座等にかなり激しく(りがえして衝突する。従っ
て、排気弁や吸気弁を構成す丞弁用鋼は、熱間疲労強度
の大きいことが要請される。
そのため従来より弁用鋼として、鉄基の耐熱合金であ8
J lS−8UH35系合金が(Cが0.5%−Orが
21%−N1が4%−Mnが9%−Nが0.45%−残
部鉄)主に用いられていた。
J lS−8UH35系合金が(Cが0.5%−Orが
21%−N1が4%−Mnが9%−Nが0.45%−残
部鉄)主に用いられていた。
ところで近年、熱効率の向上、出力の増大等の要請から
、過給機付きエンジン、1気筒複数バルブエンジン等が
開発され、内燃機関の稼ga渇度はより高温度、具体的
には800〜850℃に上昇しつつある。このように内
燃機関の稼働潤度がより高温になりつつあるといった情
況を鑑みると、従来から使用されているJ l5−8U
I−13!J合金では熱間疲労強度が不足する。そのた
め鉄基耐熱合金であるJ l5−8UH35系合金の代
わりに、鉄をほとんど含まないニッケル基の合金、例え
ばインコネル751 (N t 72.5%、co。
、過給機付きエンジン、1気筒複数バルブエンジン等が
開発され、内燃機関の稼ga渇度はより高温度、具体的
には800〜850℃に上昇しつつある。このように内
燃機関の稼働潤度がより高温になりつつあるといった情
況を鑑みると、従来から使用されているJ l5−8U
I−13!J合金では熱間疲労強度が不足する。そのた
め鉄基耐熱合金であるJ l5−8UH35系合金の代
わりに、鉄をほとんど含まないニッケル基の合金、例え
ばインコネル751 (N t 72.5%、co。
04%、0r15.0%、Fe6.75%、T’ i2
.50%、A11.2%、Si0.20%、Mno、7
0%、)を用いることが近年考えられている。しかし、
この場合には750℃の程度における熱間疲労強度はS
LJ H35系合金に比してがなり大きいものの、゛
より高温領域である800〜850℃においては熱間疲
労強度が5UH35系合金とほとんど差がないといった
問題がある。又インコネル751は、主成分が鉄ではな
くニッケルのためコスト高となる問題もある。
.50%、A11.2%、Si0.20%、Mno、7
0%、)を用いることが近年考えられている。しかし、
この場合には750℃の程度における熱間疲労強度はS
LJ H35系合金に比してがなり大きいものの、゛
より高温領域である800〜850℃においては熱間疲
労強度が5UH35系合金とほとんど差がないといった
問題がある。又インコネル751は、主成分が鉄ではな
くニッケルのためコスト高となる問題もある。
[発明の目的]
本発明は上記した従来技術に鑑みなされたものである。
本発明は、鉄−ニッケル基で熱間疲労強度の大きな弁用
鋼を提供することを目的とする。
鋼を提供することを目的とする。
[発明の構成]
本発明者は、800℃以上の温度でも熱間疲労強度の大
きな材料を得んと多数の合金を検討した結果、本発明を
完成したものである。
きな材料を得んと多数の合金を検討した結果、本発明を
完成したものである。
即ち、本発明の弁用鋼は、重量%で炭素が0゜1%以下
、ケイ素が0.5%以下、マンガンが0゜5%以下、ニ
ッケルが35.0〜45.0%、クロムが20.0〜2
5,0%、ニオブが0.5〜2.0%、チタンが2.0
〜3.0%、アルミニウムが1.0〜2.0%、ホD
ンがo、oo1〜0.0”1%、および不可避の不純物
が含まれ、残部鉄の組成の合金からなることを特徴とす
る熱間疲労強度の大きなものである。
、ケイ素が0.5%以下、マンガンが0゜5%以下、ニ
ッケルが35.0〜45.0%、クロムが20.0〜2
5,0%、ニオブが0.5〜2.0%、チタンが2.0
〜3.0%、アルミニウムが1.0〜2.0%、ホD
ンがo、oo1〜0.0”1%、および不可避の不純物
が含まれ、残部鉄の組成の合金からなることを特徴とす
る熱間疲労強度の大きなものである。
本発明に係る弁用鋼のマトリックスは通常、オーステナ
イト−相である。そして1、時効によって、Ni3(A
INb>、Ni3 Ti といった針状の金属間化合物
がマトリックス中に析出している。
イト−相である。そして1、時効によって、Ni3(A
INb>、Ni3 Ti といった針状の金属間化合物
がマトリックス中に析出している。
この金属間化合物はマトリックスの結晶粒を貫いて存在
している。
している。
以下、本発明に係る弁用鋼の組成の限定理由についての
べる。
べる。
本発明の弁用鋼において、炭素は1部クロムやニオブと
結合して炭化物を形成する。炭素が0゜1%以上含まれ
ると、クロム炭化物がマトリックスの粒界に析出し、強
度を低下させる。そのため炭素は0.1%以下にする。
結合して炭化物を形成する。炭素が0゜1%以上含まれ
ると、クロム炭化物がマトリックスの粒界に析出し、強
度を低下させる。そのため炭素は0.1%以下にする。
ケイ素及びマンガンは、溶解時のI]52酸剤として有
効であるが、両元素共に0.5%を越えるとマトリック
スが脆くなる。
効であるが、両元素共に0.5%を越えるとマトリック
スが脆くなる。
そのためケイ素やマンガンは0.5%以下にする。
必要がある。ニッケルは、オーステナイトを形成する元
素として不可欠である。ニッケルは35%以下では高温
に長時間加熱された場合にη相が肥大凝集化して高温強
度を低下させる。一方45%を越えて(、ニッケルによ
る高温強度の向上は頭打ちとなり、逆に高価なN1含有
量が増すためコスト高となる。クロムは耐食性を向上さ
せる〆元素として弁用鋼には、不可欠である。その為ク
ロムは最低限20%必要である。但し25%を越えると
時効硬さが低下する。低下する理由は、シグマ相が析出
し肥大凝集化するためであると考えられる。本発明の弁
用鋼の特徴の1つは、クロムの成分範囲の規制にあり、
20%以下では望ましい高温疲労強度や引張り強さおよ
び長時間時効硬さが得られない。しかし25%以上では
合金をぜい化させるシグマ相が析出し、長時間加熱によ
りシグマ相が肥大凝集化する事によって熱間における組
織不安定化が起きて弁座部のカッピング現象をひき起す
。ニオブは炭素と結合して微細な炭化物を形成し、結晶
の粗大化抑制に有効である。又ニオブは金属間化合物で
あるNi 3(T’1Nb)を、形成し、高温強度の
維持に効果がある。但し0゜5%以下ではその効果が小
さく2%を越えると脆くなる。そのためニオブは0.5
〜2.0%にする必要がある。チタンおよびアルミニウ
ムは、二ッケルと結合して微細な金属間化合物であるN
13 (AI Ti >を形成し、高温における強度の
確保に有効である。チタンは2.0〜3.0%必要であ
り、アルミニウムは1.0〜2.0%必要である。チタ
ン及びアルミニウムはその含有量以下では高温強度が得
られず、それ以上では熱間における弁用鋼の塑性加工性
を阻害する。ボロンは高温の塑性加工性の改善に有効で
あり、0.001〜0.01%の範囲で有効である。不
可避の不純物としては、P、S、N、O等が考えられる
。不可避の不純物は一般的には0.01%以下がよい。
素として不可欠である。ニッケルは35%以下では高温
に長時間加熱された場合にη相が肥大凝集化して高温強
度を低下させる。一方45%を越えて(、ニッケルによ
る高温強度の向上は頭打ちとなり、逆に高価なN1含有
量が増すためコスト高となる。クロムは耐食性を向上さ
せる〆元素として弁用鋼には、不可欠である。その為ク
ロムは最低限20%必要である。但し25%を越えると
時効硬さが低下する。低下する理由は、シグマ相が析出
し肥大凝集化するためであると考えられる。本発明の弁
用鋼の特徴の1つは、クロムの成分範囲の規制にあり、
20%以下では望ましい高温疲労強度や引張り強さおよ
び長時間時効硬さが得られない。しかし25%以上では
合金をぜい化させるシグマ相が析出し、長時間加熱によ
りシグマ相が肥大凝集化する事によって熱間における組
織不安定化が起きて弁座部のカッピング現象をひき起す
。ニオブは炭素と結合して微細な炭化物を形成し、結晶
の粗大化抑制に有効である。又ニオブは金属間化合物で
あるNi 3(T’1Nb)を、形成し、高温強度の
維持に効果がある。但し0゜5%以下ではその効果が小
さく2%を越えると脆くなる。そのためニオブは0.5
〜2.0%にする必要がある。チタンおよびアルミニウ
ムは、二ッケルと結合して微細な金属間化合物であるN
13 (AI Ti >を形成し、高温における強度の
確保に有効である。チタンは2.0〜3.0%必要であ
り、アルミニウムは1.0〜2.0%必要である。チタ
ン及びアルミニウムはその含有量以下では高温強度が得
られず、それ以上では熱間における弁用鋼の塑性加工性
を阻害する。ボロンは高温の塑性加工性の改善に有効で
あり、0.001〜0.01%の範囲で有効である。不
可避の不純物としては、P、S、N、O等が考えられる
。不可避の不純物は一般的には0.01%以下がよい。
次に、本発明の弁用鋼の代表的な製造方法を説明する。
まず真空誘導炉にて吹製精練後、造塊し、鍛造圧延で所
定の棒鋼を製造する。次に約1050℃に加熱し、ここ
で15分から60分間保持した後、水冷し、これにより
固溶元素をマトリックスに固溶させる。尚、1050℃
とした理由は、加熱が1 QOO℃以下では固溶元素の
溶しプ込み不足となり、一方、1050℃以上では、マ
トリックスの結晶粒が粗大化し、脅威形の際に悪影響を
及ぼすからである。前記したように水冷したら、再び7
50℃に加熱し、ここで4時間保持しその後空冷し、以
て弁用鋼を製造した。
定の棒鋼を製造する。次に約1050℃に加熱し、ここ
で15分から60分間保持した後、水冷し、これにより
固溶元素をマトリックスに固溶させる。尚、1050℃
とした理由は、加熱が1 QOO℃以下では固溶元素の
溶しプ込み不足となり、一方、1050℃以上では、マ
トリックスの結晶粒が粗大化し、脅威形の際に悪影響を
及ぼすからである。前記したように水冷したら、再び7
50℃に加熱し、ここで4時間保持しその後空冷し、以
て弁用鋼を製造した。
[発明の効果]
本発明の弁用鋼は、長時間高温に保持しても熱間疲労強
度が安定することに特徴がある。特に800℃以上にお
いて、熱間疲労強度、長時間保持した後の時効硬さ、高
温における引張り強さが大きい。具体的には、850℃
における熱間疲労強度は17 Jlf /n1m2以上
rアッタ。
度が安定することに特徴がある。特に800℃以上にお
いて、熱間疲労強度、長時間保持した後の時効硬さ、高
温における引張り強さが大きい。具体的には、850℃
における熱間疲労強度は17 Jlf /n1m2以上
rアッタ。
本発明の弁用鋼が上記のような効果を奏する主たる理由
は、本発明の弁用鋼では、金属間化合物がマトリックス
の結晶粒界を貫いて存在しているため、所謂ビン止めの
働きをし、これにより結晶粒界移動がが抑制され、以て
上記効果を奏するものと推察される。
は、本発明の弁用鋼では、金属間化合物がマトリックス
の結晶粒界を貫いて存在しているため、所謂ビン止めの
働きをし、これにより結晶粒界移動がが抑制され、以て
上記効果を奏するものと推察される。
又本発明の弁用鋼では、インコネル751の場合よりも
ニッケル含有量が低いため、コストも抑え得る。本発明
の効果を以下の試験例で立証する。
ニッケル含有量が低いため、コストも抑え得る。本発明
の効果を以下の試験例で立証する。
[試験例]
(1)まず、真空誘導炉にて3k(]のイインボッをつ
くり、鍛造・圧延によって、7種類の外径10mm、長
さ2000mmの試料を作製した。本例では使用し、溶
解後金型に鋳造し、外径50111111のインゴット
を得た。本例では鍛造や圧延は具体的には以下のように
して行なった。即ち、インゴットを1100℃に均一加
熱後20mm角に鍛伸した後、1150℃にて圧延し外
径10IIIIIlの試料を得た。
くり、鍛造・圧延によって、7種類の外径10mm、長
さ2000mmの試料を作製した。本例では使用し、溶
解後金型に鋳造し、外径50111111のインゴット
を得た。本例では鍛造や圧延は具体的には以下のように
して行なった。即ち、インゴットを1100℃に均一加
熱後20mm角に鍛伸した後、1150℃にて圧延し外
径10IIIIIlの試料を得た。
このように作製した7種類の合金組成を第1表に示す。
ここでNo、1〜No、3は本発明品であり、No、4
〜N007は比較例である。比較例のう。
〜N007は比較例である。比較例のう。
ちNo、6は従来弁用鋼として用いられているJIs−
8UH35系合金を示し、又N0.7はNi基合金であ
るインコネル751を示す。
8UH35系合金を示し、又N0.7はNi基合金であ
るインコネル751を示す。
次に、第1表に示すNo、1〜N0.5の試料を105
0℃に加熱して15分間保持した後、又No、7の試料
を1000℃に15分保持した後、それぞれ水冷し75
0℃に加熱して4時間保持し、その後空冷した。
0℃に加熱して15分間保持した後、又No、7の試料
を1000℃に15分保持した後、それぞれ水冷し75
0℃に加熱して4時間保持し、その後空冷した。
(2)次に本発明品および比較例の試料の熱間疲労強度
を調べた。試験温度は850℃で試験方法は小野式回転
曲げ疲労試験である。試験結果を第2表に示す。
を調べた。試験温度は850℃で試験方法は小野式回転
曲げ疲労試験である。試験結果を第2表に示す。
第2表に示すように、850℃におりる熱間疲労強度は
本発明品であるN091〜N093はいずれも19 k
gf /mnu 以上であった。この値はインコネル
751のNo、7より約3kQf/mm2以上高い。
本発明品であるN091〜N093はいずれも19 k
gf /mnu 以上であった。この値はインコネル
751のNo、7より約3kQf/mm2以上高い。
(3)次に本発明品および比較例の試料の900℃にお
ける熱間引張強さを調べた。試験方法は、J l5Z2
201による14@試験片を用い、この試験片を電気炉
中で900°Cで15分間加熱後、3 mm/分の速度
でおこなった。尚前記14号試験片の大きさは具体的に
は平行部径5nv、標点距離25mm、平行部長さ28
mm、全長90aunである。
ける熱間引張強さを調べた。試験方法は、J l5Z2
201による14@試験片を用い、この試験片を電気炉
中で900°Cで15分間加熱後、3 mm/分の速度
でおこなった。尚前記14号試験片の大きさは具体的に
は平行部径5nv、標点距離25mm、平行部長さ28
mm、全長90aunである。
試験結果を第3表に示す。
第3表に示すように、本発明品であるNo、1〜No、
3の場合熱間引張強さはいずれも31゜0kof /+
am2 以上であった。この値は、JIS−8UH3
5系合金であるNo、6よりも10kOf/llm2
以上大きく、又、インコネル751のNo、7よりも
大きい。
3の場合熱間引張強さはいずれも31゜0kof /+
am2 以上であった。この値は、JIS−8UH3
5系合金であるNo、6よりも10kOf/llm2
以上大きく、又、インコネル751のNo、7よりも
大きい。
(4)次に本発明品および比較例の試料を用いて、85
0℃で500時間保持した場合の硬さを調べた。試験方
法は、電気炉で850℃で500時間加熱した後、ロッ
クウェル硬度計のCスケールにて硬さを測定した。試験
結果を第4表に示す。
0℃で500時間保持した場合の硬さを調べた。試験方
法は、電気炉で850℃で500時間加熱した後、ロッ
クウェル硬度計のCスケールにて硬さを測定した。試験
結果を第4表に示す。
第4表に示すように、No。1〜No、3の本発明品は
、500時間時効でHRC29以上であった。この値は
No、7のインコネル751と同等以上又は同等程度で
あった。従ってN091〜゛N0.3の本発明品は、弁
座などに衝突するため耐摩性が要請される弁用鋼として
好適する。
、500時間時効でHRC29以上であった。この値は
No、7のインコネル751と同等以上又は同等程度で
あった。従ってN091〜゛N0.3の本発明品は、弁
座などに衝突するため耐摩性が要請される弁用鋼として
好適する。
(5)第1図は、試料No、1を900℃で100時間
保持した状態の顕微鏡組織を示す写真、第2図は試料N
o、2を900℃で500時間保持第2表 850
℃における熱間疲労強度第3表 900℃における
引張強さ第4表 850℃で500時間保桓した時
効硬さした状態の顕微鏡組織を示す写真である。上記し
た組織では、剣状の金属間化合物であるNi 3(At
Nb >、Ni 3Tiが、マトリックスの結晶粒を
貫いて存在している。従ってこの金属化合物は、所謂ビ
ン止めの働きを行なう。故に、高温で長時間にわたって
繰り返し応力が弁用鋼に作用した場合であっても、結晶
粒界移動は抑制される。
保持した状態の顕微鏡組織を示す写真、第2図は試料N
o、2を900℃で500時間保持第2表 850
℃における熱間疲労強度第3表 900℃における
引張強さ第4表 850℃で500時間保桓した時
効硬さした状態の顕微鏡組織を示す写真である。上記し
た組織では、剣状の金属間化合物であるNi 3(At
Nb >、Ni 3Tiが、マトリックスの結晶粒を
貫いて存在している。従ってこの金属化合物は、所謂ビ
ン止めの働きを行なう。故に、高温で長時間にわたって
繰り返し応力が弁用鋼に作用した場合であっても、結晶
粒界移動は抑制される。
第1図は試料No、1を900℃で100時間保持した
状態の金属組織を示す顕微鏡写真である。 第2図は、試料No、2を900℃で500時間保持し
I〔状態の金属組織を示す顕微鏡写真である。 特許出願人 トヨタ自動車株式会社同 東
北特殊鋼株式会社 同 愛三工業株式会社 代理人 弁理士 大川 宏 同 弁理士 藤谷 修 同 弁理士 丸山明夫
状態の金属組織を示す顕微鏡写真である。 第2図は、試料No、2を900℃で500時間保持し
I〔状態の金属組織を示す顕微鏡写真である。 特許出願人 トヨタ自動車株式会社同 東
北特殊鋼株式会社 同 愛三工業株式会社 代理人 弁理士 大川 宏 同 弁理士 藤谷 修 同 弁理士 丸山明夫
Claims (5)
- (1)重量%で炭素が0.1%以下、ケイ素が0.5%
以下、マンガンが0.5%以下、ニッケルが35.0〜
45.0%、クロムが20.0〜25.0%、ニオブが
0.5〜2.0%、チタンが2.0〜3.0%、アルミ
ニウムが1.0〜2.0%、ボロンが0.001〜0.
01%、および不可避の不純物が含まれ、残部鉄の組成
の合金からなることを特徴とする熱間疲労強度の大きな
弁用鋼。 - (2)850℃における疲労強度は、17kgf/mm
^2以上である特許請求の範囲第1項記載の弁用鋼。 - (3)900℃における引張り強さは、30kgf/m
m^2以上である特許請求の範囲第1項記載の弁用鋼。 - (4)850℃で500時間保持したときの硬さは、H
RC28以上である特許請求の範囲第1項記載の弁用鋼
。 - (5)マトリックスはオーステナイトであり、該マトリ
ックスはNi_3(AlNb)、Ni_3Ti等の金属
間化合物を分散して有しており、該金属間化合物はマト
リックスの結晶粒をつらぬいて存在している特許請求の
範囲第1項記載の弁用鋼。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13062884A JPS619548A (ja) | 1984-06-25 | 1984-06-25 | 弁用鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13062884A JPS619548A (ja) | 1984-06-25 | 1984-06-25 | 弁用鋼 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS619548A true JPS619548A (ja) | 1986-01-17 |
JPH0112827B2 JPH0112827B2 (ja) | 1989-03-02 |
Family
ID=15038786
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13062884A Granted JPS619548A (ja) | 1984-06-25 | 1984-06-25 | 弁用鋼 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS619548A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5567383A (en) * | 1994-06-15 | 1996-10-22 | Daido Tokushuko Kabushiki Kaisha | Heat resisting alloys |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3058794B2 (ja) | 1993-08-19 | 2000-07-04 | 日立金属株式会社 | Fe−Ni−Cr基超耐熱合金、エンジンバルブおよび排ガス触媒用ニットメッシュ |
-
1984
- 1984-06-25 JP JP13062884A patent/JPS619548A/ja active Granted
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5567383A (en) * | 1994-06-15 | 1996-10-22 | Daido Tokushuko Kabushiki Kaisha | Heat resisting alloys |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0112827B2 (ja) | 1989-03-02 |
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