JPS62214149A - 排気バルブ用耐熱合金 - Google Patents

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１ 不発明は徘買バルブ用耐熱合金に関し、さらに詳しくは
、各種の内燃機関に使用される排気バルブ用耐熱合金に
関する。

［従来技術］ 従来において、ガソリンエンジンお上びディーゼルエン
ジン等の排気弁用材料として、Ｓ　ｔＪ　Ｈ３１（０，
４Ｃ−２，Ｏ３ｉ　〜０．５Ｍｎ−１４Ｎ　ｉ　−１５
Ｃｒ−２，５Ｗ）およびこの改良鋼のＨＷＶ（０，２５
Ｃ−］、］４Ｓｉ−１．０Ｍｎ−９Ｎｉ−１９Ｃｒ−１
，５Ｗ〜０．２Ｎｌ］〜０．００５Ｂ　〜０．０６Ｎ）
等か主として用いられている。

しかしなが呟オイルショック後、ディーゼルエンジンに
おいては、燃料が低質化する一万で、高温高圧下で運転
されるようになり、高温腐蝕および高温摩耗の進行が著
しく、使用条件は益々厳しくなってきている。

従って、高温強度に優れ、耐蝕性も良好であるＮｉ基合
金（Ｊ　ＴＳ　ＮＣＦ３０Ａ、ＮＣＦ３０Ａ、Ｎｉｍ。

ｎ１ｃ８０Ａ）が一部で使用されるようになっており、
長時間の使用に耐えることが実証されている。

しカルで、このようにＮｉ合金は優れた特性を有しては
いるが、コストが高いことがら、」二記した５ＵＨ３１
合金およびＨＷＶ合金とＮｉ基合金の中間程度の含有成
分であって、Ｎｉ基合金と同等の性能を有するＦｅ−Ｎ
ｉ基合金（特開昭５６−０２０１４８号公報、電気製鋼
Ｖｏｌ　５２．　Ｎｏ、４．　Ｐ２５４−２６０、電気
製鋼Ｖｏ１５６．Ｎｏ、２４’１１６−１２１）が提案
されているが、この提案されたＦｅ　　Ｎｉ基合金は、
Ｓ　ｔＪ　Ｉ−１合金およびＨＷＶ合金合金比較して性
能は優れているが、Ｎｉ基合金に比較して劣っている。

１発明が解決しようとする問題点１ 本発明は上記に説明した従来における各種エンジンにお
ける排電弁用材料の問題、へに鑑み、不発明者が鋭意研
究を行なった結果、各種エンジンを低質の燃料を使用し
て高温高圧において運転しても、高温強度に優れ、耐蝕
性も良好である徘λバルブ用耐熱合金を開発したのであ
る。

［問題点を解決するための手段１ 本発明に係る排気バルブ用耐熱合金の特徴とするところ
は、 Ｃ０．０１〜０．１５ｗｔ％、Ｓｉ　１，５ｗｔ％以下
、Ｍｎ　３，０ｗｔ％以下、Ｃｒ　２３．５〜３０ａ＋
ｔ％、Ｎｉ３５〜５０す１％、Ｎｂ　Ｏ１５〜１．５ｗ
ｔ％、Ｚｒ　０．００５〜０，３ｗｔ％、Ｂ　０．００
１〜０．０３ｗｔ％、Ｔｉ＋Ａｌ　２．５〜５．０ｗｔ
％を 含有し、かつ、 Ｔｉ／Ａｌ＝２〜１０ であり、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなることにあ
る。

このような構成である本発明に係る排気バルブ用耐熱合
金は、特に、Ｃｒ含有量を２３．５〜３０ｗｔ％とする
ことによって耐高温腐蝕特性を最大限に優れたものとし
、さらに、高温硬度を向上させるという性質ともバラン
スがとれており、また、Ｎｉ１含有量を０．５〜１．５
＋ｌｌｔ％とすることにより、クリープ強度に優れたも
のとし、かつ、製造上問題となる熱間加工性も良好であ
るという特色を有している。

不発明に係る排気バルブ用耐熱合金について以下詳細に
説明する。

先ず、本発明に係る排気バルブ用耐熱合金の含有成分お
よび成分割合について説明する。

ＣはＣｒ％Ｎｂ、Ｔｉ等と結合して炭化物を形成し、常
温および高温硬さ、高温クリープ強度を向上させる元素
であり、含有量が０．０１ｗｔ％未満では高硬度を確保
することがでｂず、また、０．１５ｗｔ％を越えて含有
されると靭性が低下するようになる。よって、Ｃ含有量
は０．０１〜０．１５１１１ｔ％とする。

Ｓｉは脱酸元素として必要な元素であるが、多量に含有
されると靭性およびクリープ強度を低下させる。よって
、Ｓｉ含有量は１．５ｗｔ％以下とする。

Ｍｎは脱酸、脱硫元素として必要であるが、多量に含有
されると高温における耐酸化特性が低下する。よって、
Ｍｎ含有量は３．０ｗｔ％以下とする。

Ｃｒは高温における耐酸化性、耐硫化腐蝕性を保持する
のに不可欠な元素であり、また、炭化物を形成して硬度
および高温クリープ強度を向上させる元素でもあり、含
有量が２３．５ｗｔ％未満ではこのよらな効果は期待す
ることができず、また、３０ｗｔ％を越えて多量に含有
されると、σ相である脆化相が析出し、高温におけるク
リープ強度、靭性が低下するようになる。よって、Ｃｒ
含有量は２３．５〜３０ｗｔ％とする。

ＮｉはマＦリックスを安定なオーステナイＦ相にするた
めに必須の元素であり、また、ＡＩ、　Ｔｉ、Ｎｂと反
応してγ′相（Ｎｉｓ（ＡＩ−Ｔｉ−Ｎｂ）ｌを析出す
るので、Ｎｉ含有量が多い程高温クリープ強度は高くる
が、Ｃｒ含有量との関係から下限は３５ｗｔ％とじ、ま
た、５０ｗ［％を越えて含有されると耐硫化腐蝕特性が
者しく悪化し、かつ、コス）が高くなる。よって、Ｎｉ
含有量は３５〜５０ａ＋　ｔ％とする。

Ｎｂは、上記に説明したようにクリープ強度を向上させ
、かつ、製造上問題となる熱間加工性を良好にする元素
であり、含有量が０，５ｗｔ％未満ではこの上）な効果
は期待できず、また、１．５ｗｔ％を越えて含有される
と効果は飽和してしまう。よって、Ｎｂ含有量は０．５
〜１．５ｗｔ％とする。

Ｚｒは粒界を強化し、高温における延性を改善する効果
を与える元素であり、含有量が０，００５ｗｔ％未満で
はこのようは効果は期待することができず、また、０．
３ｗｔ％を越えて含有されると延性が低下する。よって
、Ｚｒ含有量は０．００５〜０．３ｗｔ％とする。

Ｂは粒界に偏析して延性、高温強度を高めて熱間加工性
を向上させ、かつ、η相の析出を抑制［る元素であり、
含有量が０，０Ｏｈｔ％未満ではこのような効果は期待
で外す、また、０，０３ｕ＋Ｌ％を越えて含有されると
熱間加工性が低下する。よって、Ｂ含有量は０．００１
〜Ｏ１（１３ｗＬ％とする。

ＴｉはＭＣ型の炭化物を形成し、高温強度を向上させ、
また、ＴｉとＡ１はＮｂと共にγ′相を形成して高温強
度およびクリープ強度を高（する元素であり、Ｔｉ＋Ａ
ｌ、Ｔｉ／Ａｌはその値が高い程高温強度は高くなり、
Ｔｉ＋Ａｌ　２，５す１％未満、Ｔｉ／Ａｌ２未満では
このような効果を期待することがで外す、また、Ｔｉ＋
Ａｌ　５，０鴨［％およびＴｉ／Ａｌｌ０を夫々越える
とη相（Ｎｉ３Ｔｉ）という粒界反応型析出物が生成し
、高温強度、靭性が低下する。よって、Ｔｉ＋Ａｌ　２
．５〜５．０ｗｔ％およびＴ；／Ａ１２〜１０とする。

［実　施　例１ 次に本発明に係る排気バルブ用耐熱合金の実施例を説明
する。

実施例 第１表に示す含有成分および成分割合の本発明に係る排
気バルブ用耐熱合金、比較合金を溶製して鋳造して鋳塊
とした。この鋳塊を１１８０℃の温度でソーキング処理
腰高温高速試験を行ない熱間加工性を調査した。

また、ソーキングした鋳塊の一部を１１８０〜９５０　
”Ｃの温度範囲で鍛造し、合金Ｎｏ、１〜１２について
は１０５０°Ｃ×３０分加熱空冷の溶体化処理後、７２
５℃×１５時間加熱空冷の時効処理を行なった。また、
合金Ｎｏ、１３は１０８０℃×３０分加熱空冷の溶体化
処理後、７００℃×１６時間加熱空冷の時効処理を行な
った。合金Ｎｏ。

１４は１１５０℃×３０分加熱空冷の溶体化処理後、８
５０℃×２４時間加熱空冷を行ない、さらに、７００°
Ｃ×２０時間加熱空冷の時効処理を行なった。Ｎｏ、１
５は９６０°Ｃ×３０分加熱空冷の溶体化処理を行なっ
た。

このような処理を行なった後に試験に供した。

なお、Ｎｏ、１〜Ｎｏ、４は本発明に係る排気パルブ用
耐熱合金であり、Ｎｏ、５〜Ｎ００１０は比較合金で、
何れかの成分が本発明に係る排気バルブ用耐熱合金の範
囲から外れた組成であり、Ｎｏ、１１、Ｎｏ、　１２は
特開昭５６−０２０１４８号公報に提案されているＦｅ
−Ｎｉ基合金で、Ｎｏ、１３はＮＣＦ３０Ａ（２０Ｃｒ
　　２，５Ｔｉ−１，５ＡＩ−Ｂａｌ、Ｎｉ）、Ｎｏ。

１４はＮ　ＣＦ　７５１　（１５Ｃｒ−Ｉ　Ｎｂ−２，
３Ｔ　ｉ　−１，２Ａ　１７Ｆｅ−Ｂａ１．Ｎｉ）、Ｎ
ｏ、、１５はＳ　Ｕ　Ｈ３１（０，４Ｃ２Ｓ　ｉ　　０
１５Ｍｎ−１４Ｎ　１−１５Ｃｒ−２，５Ｗ）である。

各種試験結果を第２表に示す。

３皺　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
−ＣＬ、　　　　ＩＩ　　権　−ｌｌ１１　　ζ　々　
々　鞠　ζ　々　　０　毎　々緊 ■−−＋　０　ＩＮΦΦ　−０呼　。

０　＋１　＋　＋　＋＋　ＯＯ＋−１＋−１０、；Ｑ）
　　Ｃ１０（１ｏｃ＋　　ｃｈ　　Ｏｌ　　５　１　　
（１）　　ｌ　　ｃ）　　１ｃ；　ｅ；　ｇ＝　ｃ＝；
　ｃ；　ｃ；　　　＝　　　ｃ；　　　ｃ；　　　≧−
曽Φへ口ωのへ　　　　ω 高’：ｒ　ｃ＞　０　、０６　ｃ＞　５　１　１　１　
１〜１１ｏＣ＋　　０　０　。。０１５　　　　　　　
　　ｃ：寸のむ哨曽ψ０〜〜【−ψ　− 一國トー寸ｃＱ哨ω何寸■　ト　− ２　０．、、、．１．、、ｌ　　　、１　　．１′＋　
０ロー＋−＋　Ｏｘ　＋−１＋＠−ｗ　　０　−次 一　國ＣＯ内ＯＬＩ’）寸さ−ψへ一部　−Ｉ　Ｃ’！
＋′俳−ΦΦωΦΦ■■ΦΦφのω口曽←　４１１．、
＋＋、、１．．．．１ 〜へへへへへへへ〜へ〜へ−へ さｖ′）ω曽り寸膿Ａψ寸０いω叶 −い（−ｔ−（−ｔ−Ｅ−ｔ−Ｃ−トドＣ−Φ膿−＜　
　、０．６．８０９．−、、．１ ００ロ０ｏｏｏロ０ロロＯ％　−１ ５“（−（ｎ　＋１−％、　Ｑ、　＋、　＋−１，ＩＪ
’）、　０−粗−＝第２表より以下説明するように、本
発明に係る排気バルブ用耐熱合金が比較合金および従来
合金より優れていることがわかる。

（１）常温および高温硬さについて。

排気弁棒は、重油中のアルミナ、シリカにより摩耗を受
けるため、高温における硬度の高いことが要求される。

第２表において、本発明に係る排気バルブ用耐熱合金は
常温硬度が高く、８００°Ｃにおける硬度も高く、Ｎｏ
、１３、Ｎｏ、１４の合金に比べても高い硬度を示して
いることがわかる。

（２）高温腐蝕特性について。

ディーゼルエンジンは高温高圧縮比化の傾向にあり、さ
らに、Ａ重油からＣ重油への低質化のため、高温硫酸塩
腐蝕や、バナジウムアタックがバルブの寿命を律則して
いる場合が多くなってきている。

硫化腐蝕試験として、Ｎａ２ＳＯ４９０％＋ＮａＣ１１
０％合成灰、バナジウムアタック試験ではＶ２Ｏ５８５
％十Ｎａ２８０．１５％合成灰を夫々１０Ｘ２０Ｘ４．
ｍ＋＋＋の試験片上に塗布し、夫々１ｌ− ８００℃Ｘ　４０１＋ｒ火気中で加熱し、加熱前後の腐
蝕減量で耐蝕性を評価した。

硫化腐蝕試験では本発明に係る排気バルブ用耐熱合金は
極めて優れた耐蝕性を示しＮｏ、　１３、Ｎｏ、１４の
合金に比べて格段に良好であることを示しており、また
、Ｎｏ、１１、Ｎｏ、１２と比べても約２倍の耐蝕性を
示している。また、バナジウムアタックについては、Ｎ
ｏ、１３、Ｎｏ、１４に比して劣ってはいるが、Ｎｏ、
　１５より格段に優れており、さらに、Ｎｏ、１１、Ｎ
ｏ、１２より優れている。

（３）高温クリープ破断特性について。

実際に使用中におけるバルブは高温部で約８００℃の温
度になっており、高温でのクリープ強度もバルブ特性と
して重要である。

７５０℃、１ｏｏｏｎ４間のクリープ破断強度について
は、不発明に係る排気バルブ用耐熱合金はＮｏ、１３よ
り若干劣っているが、Ｎｏ、１５より約２．５倍、Ｎｏ
、１２に比べて強度が約２　ｋＦｉｆ／１１１１１１２
高く、バルブに要求されるクリープ強度は充分に満足し
ている。

（４）熱間加工性について。

一般に高温で鍛造可能な温度範囲は、鍛造を俣擬した高
温高速引張試験で絞り値が５０％を越える温度を目安と
している。熱間加工性はその温度範囲が広い程良好と考
えられ、製造面からも重要である。本発明に係る排気バ
ルブ用耐熱合金の絞り５０％を越える温度範囲は２９０
℃であり、これに対して、Ｚｒ、Ｂを共に含有していな
いＮｏ、　　８〜Ｎｏ、１０は５０℃以上範囲が狭く、
また、Ｎｂ含有量が１．５ｗｔ％を越えるＮｏ、６、Ｎ
ｏ、７は極めて狭い温度範囲であり、実際には不適当で
ある。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係る排気バルブ用耐熱合
金は上記の構成であるか呟Ｆｅ基合金とＮｉ基合金の中
間成分であり、高Ｃｒ側に成分を設定してＮｂ含有量を
限定することにより、Ｎｉ基合金に比して高温硬さ、耐
硫化腐蝕特性に優れており、また、従来のＦｅ−Ｎｉ基
合金と比較しても高温硬さ、クリープ強度、高温腐蝕特
性に優れ、直性１毛エンジンバルブに要求される緒特性
を瀾足するという効果を有している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｃ０．０１〜０．１５ｗｔ％、Ｓｉ１．５ｗｔ％以下、
   Ｍｎ３．０ｗｔ％以下、Ｃｒ２３．５〜３０ｗｔ％、Ｎ
   ｉ３５〜５０ｗｔ％、Ｎｂ０．５〜１．５ｗｔ％、Ｚｒ
   ０．００５〜０．３ｗｔ％、Ｂ０．００１〜０．０３ｗ
   ｔ％、Ｔｉ＋Ａｌ２．５〜５．０ｗｔ％ を含有し、かつ、 Ｔｉ／Ａｌ＝２〜１０ であり、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなることを特
   徴とする排気バルブ用耐熱合金。