KR20160091833A - 대형 선박용 엔진 배기 밸브 및 그 제조 방법 - Google Patents

대형 선박용 엔진 배기 밸브 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20160091833A
KR20160091833A KR1020160007877A KR20160007877A KR20160091833A KR 20160091833 A KR20160091833 A KR 20160091833A KR 1020160007877 A KR1020160007877 A KR 1020160007877A KR 20160007877 A KR20160007877 A KR 20160007877A KR 20160091833 A KR20160091833 A KR 20160091833A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
less
exhaust valve
billet
hardness
mechanical strength
Prior art date
Application number
KR1020160007877A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102062031B1 (ko
Inventor
슈헤이 카와구치
코이치 우노
모토츠구 오사키
Original Assignee
다이도 토쿠슈코 카부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 다이도 토쿠슈코 카부시키가이샤 filed Critical 다이도 토쿠슈코 카부시키가이샤
Publication of KR20160091833A publication Critical patent/KR20160091833A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102062031B1 publication Critical patent/KR102062031B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/02—Selecting particular materials for valve-members or valve-seats; Valve-members or valve-seats composed of two or more materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/001—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass valves or valve housings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/058—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium without Mo and W
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/10—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Abstract

본 발명은 대형 선박용 디젤 엔진의 배기 밸브에 관한 것으로, 서로 일체로 형성되고 Ni-Cr-Al 시스템 Ni-계 시효 침강성 합금으로 만들어진 샤프트부 및 우산부를 포함하고, 배기 밸브는 전체적으로 600HV 이하의 경도 및 층 구조를 갖고, 층 구조는 피크 기계적 강도를 넘어 시효된 150nm 이상의 두께를 갖는 α-Cr 위상으로 형성된 층을 포함한다.

Description

대형 선박용 엔진 배기 밸브 및 그 제조 방법{ENGINE EXHAUST VALVE FOR LARGE SHIP AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 대형 선박(large ship)용 디젤 엔진에 사용되는 엔진 배기 밸브 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 Ni-Cr-Al 시스템 Ni-계 시효(age)-precipitated(침강성) 합금을 포함하는, 대형 선박용 엔진 배기 밸브 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
대형 선박용 디젤 엔진은 주로 중유를 연료로 사용하고, 이에 따라, 엔진의 연소실에서 배출되는 배기 가스가 높은 부식성의 황화물 등을 많은 양 포함한다. 이러한 이유로, 이러한 배기 가스 흐름과 접촉하여 야기되는, S 어택(S attack) 또는 V 어택(V attack)이라 불리는 고온 부식에 높은 저항성을 갖는 금속 재료가 배기 밸브에 사용되었다. 우수한 고온 내식성을 갖는 재료의 예들로서, 니모닉(Nimonic) 80A 및 인코넬(Inconel) 718과 같은 Ni-Cr-Al 시스템 Ni-계 합금, 및 스텔라이트(Stellite)와 같은 Co-계 합금이 공지되어 있다("니모닉", "인코넬" 및 "스텔라이트"는 상표로 등록되어 있다).
디젤 엔진의 배기 밸브는 불 접촉면과 시트면을 포함하는 우산부(디스크부) 및 샤프트부를 갖는다. 우산부는 고온 환경에서 내식성 및 내마모성과 같은 높은 인성(toughness)을 갖는 것이 필요하다. 한편, 샤프트부는 엔진에 포함되기 위한 어느 정도의 절삭성(machinablility)을 갖는 것, 즉 너무 증가되지 않은 인성을 갖는 것이 바람직하다고 여겨진다. 이러한 이유로, 우산부에만 이러한 높은 내식성 합금을 사용하는 하이브리드형 엔진 밸브가 제안되었다. 한편, 제조의 용이성을 고려하면, 서로 일체로 형성된 샤프트부와 우산부를 갖는 일체형 배기 밸브가 유리하고, 기계적인 특성이 샤프트부와 우산부 각각에서 조정되는 경사(gradient) 재료 타입의 일체형 배기 밸브도 제안된다.
예를 들어, 특허문헌 1은 디젤 엔진용 배기 밸브로서, 우산부의 접하는 표면(face surface)에, 약 20%의 Cr을 함유하는 니모닉 80A보다 많은 양의 Cr을 함유하는 Ni-Cr-Al 시스템 합금을 사용하여, 냉간 가공(cold working)을 가하여 그 기계적 강도가 부분적으로 증가하고 우수한 고온 내식성을 갖는 일체형 배기 밸브를 개시한다. 구체적으로, 배기 밸브의 개요는, 중량%로, C:≤0.1%, Si:≤1.0%, Mn:≤1.0%, Cr:25 이상부터 32%까지, Ti: 2.0 이상부터 3.0%까지, Al: 1.0 내지 2.0% 및 Co: 12 내지 20%의 구성요소 조성을 갖는 Ni-계 합금을 사용하여 얻어지고, 그 후 냉간 가공이 우산부의 접하는 표면에 가해져, 접하는 표면의 기계적 강도가 부분적으로 증가한다.
특허문헌 2는 소형 선박이나 발전기에 사용되는 증속 또는 고속 타입 디젤 엔진용 배기 밸브로서, 기계적 강도가 필요한 지점의 기계적 강도가 덧붙임 용접(build-up welding)에 의해 부분적으로 증가되는 일체형 배기 밸브를 개시한다. 특허문헌 2에서, 우산부는 샤프트부를 포함하는 배기 밸브의 개요를 얻기 위해 석출 경화된(precipitation-hardened) Ni-Cr-Al 시스템 합금을 사용하여 형단조(die forging)에 의해 형성되고, 제1열처리가 기계적 강도(주로, 경도)의 피크를 초과하고 연화될 때까지, 즉 소위 과시효(overaging)에 도달할 때까지 배기 밸브에 인가된다. 우산부의 접하는 표면은 그루빙(grooving)되고, 그 위에 덧붙임 용접이 수행되고, 이어서 제2열처리가 수행된다. 그 결과, 샤프트부는 과시효되고, 이에 따라, 그 경도가 피크값보다 감소되고, 추가적으로 절삭성이 개선된다. 이는 엔진 장착 프로세스와 같이 필요에 따라 수행되는 절단을 용이하게 한다. 한편, 접하는 표면 상의 덧붙임 용접된 부분은 제2열처리에 의해 고온에서 내식성이 개선될 수 있다. 그 결과, 밀봉 특성이 향상될 수 있다.
일본 공개특허공보 제2000-328163호 일본 공개특허공보 제2014-169631호
상술한 바와 같이, 서로 일체로 형성된 샤프트부와 우산부를 갖는 배기 밸브에서, 우산부에 필요한 기계적 강도가 현 상태에서 샤프트부에 주어지는 경우, 엔진 장착 프로세스와 같이 필요에 따라 요구되는 샤프트부의 처리에서 필요한 작업성을 확보하기가 어려워진다. 이에 반해, 부분적 냉간 가공이나 용접이 인가되어 기계적 특성이 샤프트부와 우산부에서 별개로 조정되는 경우, 제조 공정이 복잡해지는 경향이 있어, 제조 비용의 증가를 가져온다.
본 발명은 이러한 상황을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 서로 일체로 형성된 샤프트부와 우산부를 갖는 배기 밸브로, 대형 선박용의 용이하게 제조가능한 엔진 배기 밸브 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 대형 선박용 엔진 배기 밸브는, 서로 일체로 형성된 샤프트부와 우산부를 포함하고, Ni-Cr-Al 시스템 Ni-계 시효-침강성 합금으로 만들어진 대형 선박용 디젤 엔진의 배기 밸브로, 배기 밸브는 층 구조를 갖고 전체적으로 600HV 또는 그 이하의 경도(hardness)를 갖고, 층 구조는 피크 기계적 강도를 넘어 시효된(aged) 150nm 또는 그 이상의 두께를 갖는 α-Cr 위상으로 형성된 층을 포함한다.
본 발명에 따르면, 대형 선박용 엔진 배기 밸브가 서로 일체로 형성된 샤프트부와 우산부를 갖는 배기 밸브라도, 배기 밸브가 충분한 기계적 강도를 갖고, 등시에, 샤프트부에서 절삭성도 얻어진다. 다시 말해, 이 배기 밸브는 니모닉 80A로 만들어진 종래의 배기 밸브와 동일하거나 그보다 높은 기계적 강도를 갖고, 샤프트부의 절삭성도 갖는다.
상술한 본 발명에서, 합금은, 질량%로:
Cr: 32 내지 50%,
Al: 0.5 내지 10.0%, 및
Fe: 0.1 내지 20.0%
를 포함하는 필수적 구성요소,
Si: 5% 이하,
B: 0.01% 이하,
C: 0.1% 이하,
Cu: 5% 이하,
Ti: 0.1% 이하,
Nb: 0.1% 이하,
Ta: 0.1% 이하, 및
V: 0.1% 이하
를 포함하되, Ti + Nb + Ta + V는 0.1% 이하인 선택적 구성요소, 및
불가피분술물과 Ni의 잔여성분을 포함하는 구성요소 조성을 가질 수 있다.
이 양태에 따르면, 고온 내식성은 니모닉 80A로 만들어진 종래의 배기 밸브와 동일하거나 그 이상의 기계적 강도 및 샤프트부의 절삭성에 추가로 얻어진다.
본 발명에 따른 대형 선박용 엔진 배기 밸브를 제조하는 방법은, Ni-Cr-Al 시스템 Ni-계 시효 침강성 합금으로 만들어지고 서로 일체로 형성된 샤프트부와 우산부를 포함하는 대형 선박용 디젤 엔진의 배기 밸브를 제조하는 방법으로:
강괴(steel ingot)를 얻기 위해 원재료를 진공 용해(vacuum melting)하는 용해 단계,
강괴로부터 단조 작업(forge working)용 빌릿(billet)을 얻는 빌릿 단계,
150nm 이상의 두께를 갖는 α-Cr 위상으로 형성된 층을 포함하는 층 구조를 주기 위해 피크 기계적 강도를 넘어 빌릿을 시효 열처리하에 놓는 시효 열처리 단계,
샤프트부와 우산부과 일체로 형성된 상태에서 빌릿을 단조 작업하는 단조 작업 단계, 및
α-Cr 위상으로 형성된 층의 두께를 유지하면서 전체적으로 600HV 이하의 경도를 제공하는 열처리 조정 단계를 포함하고,
용해 단계에서 시효 열처리 단계까지는 적어도 600℃ 이상의 온도를 유지하면서 수행된다.
본 발명에 따르면, 상기 방법은, 배기 밸브가 서로 일체로 형성된 샤프트부와 우산부를 포함하는 배기 밸브이더라도, 복잡한 단계를 포함하지 않고 충분한 기계적 강도와 동시에 샤프트부의 절삭성을 갖는 대형 선박용 엔진 배기 밸브를 제공한다. 다시 말해, 이 방법은, 밸브 일부의 기계적 강도를 개선하기 위한 부분적 작업 단계를 포함하지 않고, 니모닉 80A로 만들어진 종래의 배기 밸브에 맞먹는 기계적 강도를 엔진 배기 밸브에 주고 샤프트부에 절삭성을 준다.
상술한 발명에서, 빌릿 단계는 뜨거운 표면을 그라인딩(grinding)하기 위해 강괴를 사전-압연(pre-rolling)한 후, 압연을 유지하는 단계를 포함할 수 있다.
이 양태에 따르면, 이 방법은 제조하는 동안 크랙을 방지할 수 있고, 또한 밸브 일부의 기계적 강도를 개선하기 위한 부분적 작업 단계를 포함하지 않고, 엔진 배기 밸브에 니모닉 80A로 만들어진 종래 배기 밸브와 맞먹는 기계적 강도를 주고 샤프트부에 절삭성을 줄 수 있다.
상술한 본 발명에서, 합금은, 질량%로:
Cr: 32 내지 50%,
Al: 0.5 내지 10.0%, 및
Fe: 0.1 내지 20.0%
를 포함하는 필수적 구성요소,
Si: 5% 이하,
B: 0.01% 이하,
C: 0.1% 이하,
Cu: 5% 이하,
Ti: 0.1% 이하,
Nb: 0.1% 이하,
Ta: 0.1% 이하, 및
V: 0.1% 이하
를 포함하되, Ti + Nb + Ta + V는 0.1% 이하인 선택적 구성요소, 및
불가피분술물과 Ni의 잔여성분을 포함하는 구성요소 조성을 가질 수 있다.
이 양태에 따르면, 이 방법은 복잡한 단계를 포함하지 않고, 샤프트부의 절삭성 및 니모닉 80A로 만들어진 종래의 배기 밸브와 동등하거나 그 이상의 기계적 강도에 추가로 고온 내식성을 갖는 배기 밸브를 제공할 수 있다.
상술한 발명에서, 빌릿 단계는 제1단계로서 10시간 이상 동안 1,100℃ 이상에서 강괴를 유지하는 열 균등 처리 단계를 포함할 수 있다.
더욱이, 상술한 발명에서, 빌릿 단계는 800℃ 이상의 온도를 유지하면서 수행될 수 있다.
이 양태에 따르면, 이 방법은 빌릿 단계에서 강괴나 빌릿의 변형 저항을 과도하게 증가시키지 않고 빌릿하는 동안 크랙을 방지할 수 있고, 추가적으로 밸브 일부의 기계적 강도를 개선하기 위한 부분적 작업 단계를 포함하지 않고, 샤프트부에 절삭성과 엔진 배기 밸브에 니모닉 80A로 만들어진 종래의 배기 밸브와 맞먹는 기계적 강도를 줄 수 있다.
본 발명은 또한, 서로 일체로 형성되고 Ni-Cr-Al 시스템 Ni-계 시효-침강성 합금으로 만들어진 샤프트부와 우산부를 포함하는 배기 밸브인 대형 선박용 디젤 엔진의 배기 밸브를 아우르고, 배기 밸브는 상술한 제조 방법들 중 하나로 얻어지고, 전체적으로 600HV 이하의 경도 및 층 구조를 갖고, 층 구조는 피크 기계적 강도를 넘어 시효된 150nm 이상의 두께를 갖는 α-Cr 위상으로 형성된 층을 포함한다.
본 발명에 따르면, 크랙이 방지되는 제조 프로세스에 의해 배기 밸브가 얻어지고, 이 배기 밸브는 니모닉 80A로 만들어진 종래 배기 밸브와 동등하거나 그 이상의 기계적 강도를 갖고, 샤프트부의 절삭성도 갖는다.
도 1은 배기 밸브의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 배기 밸브를 제조하는 방법을 도시하는 프로세스 차트이다.
도 3은 배기 밸브를 제조하는 방법의 일 단계에서 단조된 강철 재료를 도시하는 측면도이다.
도 4a 및 도 4b는 배기 밸브를 제조하는 방법의 일 단계를 도시하는 횡단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 실시예1 및 2에서 배기 밸브의 고온 인장 테스트 결과를 도시하는 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 피크 기계적 강도를 나타낼 때 배기 밸브의 (주사전자현미경:SEM) 횡단면 구조 사진이다.
도 7은 배기 밸브의 고온 경도 테스트 결과를 도시하는 그래프이다.
도 8은 Ni-Cr-Al 시스템 Ni-베이스 시효-침강성 합금의 연속 냉각 변태(CCT) 곡선을 도시하는 그래프이다.
디젤 엔진의 배기 밸브를, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예로서 이하에 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 배기 밸브(1)는, 우수한 고온 내식성을 갖는 Ni-Cr-Al 시스템 Ni-계 시효-침강성 합금으로 만들어진, 선박용 디젤 엔진 배기 밸브이다. 배기 밸브(1)는 서로 일체로 형성된 샤프트부(2) 및 우산부(umbrella part, 3)를 포함하고, 우산부(3)를 단조 등에 의해 로드(rod)-형상의 샤프트부(2)의 선단(tip)에 마련하여 일체로 형성된다. 우산부(3)에는 샤프트부(2)의 일측에 곡면을 갖는 접하는 표면(face surface, 4)과 그에 대항하는 불 접촉면(5)이 마련된다.
Ni-계 시효-침강성 합금은 주어진 시효 열처리로 결정립에서 α-Cr 위상으로 형성된 층을 포함하는 층 구조(층상구조(lamellar structure))를 제공한다. 배기 밸브(1)에서도, 결정립에서 150nm 이상의 두께를 갖는 α-Cr 위상으로 형성된 층을 포함하는 층 구조가 전체적으로 관찰된다. 이는 이하에 설명한다. 시효 열처리에 의한 기계적 강도의 피크에서, α-Cr 위상으로 형성된 층의 두께(폭)은 약 150nm 이다. 다시 말해, 배기 밸브(1)는 과시효(overaged)된 상태이고 피크 강도에서 600HV 이하로 감소된 경도를 갖는다. 따라서, 샤프트부(2)는 엔진에 포함되는데 필요한 절삭성을 갖고, 동시에 배기 밸브(1)는 작업성을 확보하면서 니모닉 80A로 만들어진 배기 밸브와 동등하거나 그 이상의 기계적 강도를 얻는다.
Ni-계 시효-침강성 합금은 Ni에, 질량%로, Cr:32 내지 50%, A: 0.5 내지 10.0% 및 Fe: 0.1 내지 20.0%를 포함하는 구성요소 조성을 가질 수 있다. 일반적으로, Ni-계 시효-침강성 합금은 Ni: 57%, Cr: 38%, Fe: 0.5% 이하, 및 A: 3.8%를 포함한다. 이 구성요소 조성에서, 합금은 930℃ 이하에서 시효 열처리에 의해 결정립에 α-Cr 위상으로 형성된 층을 포함하는 층 구조를 나타내고, γ-위상이 침강되고 과시효를 만들도록 성장할 때 배기 밸브와 같이 기결정된 기계적 강도를 제공할 수 있다.
상술한 구성요소 조성을 갖는 Ni-계 시효-침강성 합금은 고온 내식성의 지표인 S 어택(attack) 저항 부식 무게 감소가, 예를 들어 니모닉 80A 및 인코넬 718보다 작고 인코넬 625와 동등한 값을 나타낸다. 상술한 구성요소 조성을 갖는 Ni-계 시효-침강성 합금은 상술한 3개의 합금 각각보다 작은 V 어택 저항 부식 무게 감소를 나타낸다. 한편, S 어택 저항 및 V 어택 저항은 거의 경도에 의존하지 않는다. 상기 구성요소 조성은 기계적 강도, 내식성 등을 크게 억제하지 않고 선택적인 추가 요소를 포함할 수 있고, 이하에서 설명한다.
상술한 배기 밸브(1)를 제조하는 방법을 이하 도 2, 3, 4a, 4b 및 8을 참조하여 설명한다.
도 2를 참조하면, 먼저, 기결정된 구성요소 조성을 갖는 Ni-계 합금으로 만들어진 강괴가 진동 유도로(vacuum induction furnace)에서 용해(melt)된다(S0). 용해 후의 강괴는 온도가 감소하기 전에 몰드 모양으로 만들어지고, 600℃ 이상의 온도를 유지하면서 전달되고 압연(rolling)을 위해 열 균등로(heat equalizing furnace)에 놓인다. 온도를 유지하기 위해, 전달 작업은 짧은 기간 동안 수행될 수 있고, 또는, 예를 들어, 강괴가 몰드 모양으로 만들어진 직후 세라믹 파이버와 같은 내화물(refractory)로 만들어진 시트-형상 또는 박스 형상의 절연 재료로 피복되고, 열 균등로로 전달되는 동안 강괴 표면의 온도가 감소되는 것을 억제하여, 온도를 유지한다.
이어서, 강괴가 필요에 따라 블루밍(blooming)되고, 단조 작업용 빌릿이 압연에 의해 생성된다(S1). 특히, 대형 선박용 디젤 엔진에 사용되는 바와 같이 60mm 또는 그 이상의 샤프트부 직경을 갖는 배기 밸브를 생산하는 경우, 빌릿의 직경은 100mm보다 크게 만들어진다.
빌릿 단계(S1)에서, 강괴는 열 균등로에서 압연을 위해 열 균등 처리 대상이 된다(S1-1). 열 균등 처리에서, 강괴는 일반적으로 10시간 이상 동안 1,100℃ 이상의 온도로 가열 및 유지된다. 바람직하게는, 강괴는 1,150℃로 가열된다. 이어서, 가열 및 유지된 강괴는 사전 압연될 수 있다(S1-2). 사전 압연에서, 강괴는 필요에 따라 블루밍 대상이 되고, 이하에서 설명하는 주 압연의 작업량보다 작은 작업량으로 압연된다. 계속하여, 사전 압연된 강괴는 사전 압연 단계에서 발생된 표면 상의 스크레치를 제거하기 위해 고온 표면 그라인딩 대상이 된다(S1-3). 이어서 강괴가 빌릿을 얻기 위해 주 압연의 대상이 된다(S1-4). 사전 압연 단계(S1-2), 표면 그라인딩 단계(S1-3) 및 주 압연 단계(S1-4) 각각에서, 온도는 단조 완료 온도보다 높게 유지된다. 단조 완료 온도는 일반적으로는 800℃ 이상이고, 바람직하게는 약 850℃이다. 강괴는 온도를 유지하기 위해 필요에 따라 열 균등로에서 재가열될 수 있다. 더욱이, 온도를 유지하기 위해, 예를 들어, 블루밍된 강철 피스 또는 강괴 주위가 세라믹 파이버와 같은 절연 재료로 피복되고 압연 설비로 전달될 수 있고, 또는 강괴 또는 블루밍된 강철 피스가 절연 재료로 피복된 형태로 압연이 수행될 수 있어, 압연하는 동안 강괴 또는 블루밍된 강철 피스의 표면 온도가 감소되는 것을 억제한다.
특히, 도 8과 함께 도 2를 참조하면, 용해(S0) 후에 압연을 위해 열 균등로로 강괴를 전달하는 단계에서, 강괴의 온도는 표면 부분과 내측 사이의 온도차가 감소하도록 600℃ (873K) 이상으로 유지되어, 강괴의 크랙을 방지한다. 용해(S0)후의 이 전달에서, γ'-위상은 강괴 표면 부근에서 석출될 수 있다. 그러나, γ'-위상의 석출은 강괴 전체적으로 온도 감소를 억제하는 것에 의해 강괴 내측에서 특히 억제된다. 더욱이, 빌릿 단계(S1)에서, γ'-위상의 석출은 1,100℃ (1,373K) 이상의 온도에서의 열 균등 처리(S1-1)에서 방지될 수 있고, 강괴 또는 강철 피스 내측에서 γ'-위상의 석출은, 온도가 모두 800℃ (1,073K) 이상으로 유지되는, 사전-압연 단계(S1-2), 표면 그라인딩 단계(S1-3) 및 주 압연 단계(S1-4)에서 억제될 수 있다. 따라서, 강괴 또는 스틸 피스의 크랙은 압연하는 동안 변형 저항의 과도한 증가 없이 방지될 수 있다. 더욱이, 강괴 또는 스틸 피스의 크랙은 표면 그라인딩 단게(S1-3)에서 스크레치 제거로도 방지될 수 있다. 이에 따라 빌릿이 마련될 수 있다.
계속하여, 마련된 빌릿이 시효 열처리 대상이 된다(S2). 빌릿이 직접 공냉(air-cooled)되면, 크랙이 발생하는 경향이 있다. 따라서, 빌릿이 시효 열처리 온도로 직접적으로 유지되는 것이 바람직하다. 다시 말해, 시효 열처리가 상술한 바와 같이 용해 단계(S0)부터 빌릿 단계(S1)까지 유지된 온도인 600℃ 이상으로, 바람직하게는 압연 완료 온도인 800℃ 이상으로, 유지되면서 수행된다. 시효 열처리 단계(S2)에서, 시효 열처리가 시효-침강성 합금에서 강화 입자(γ'-위상)의 시효 침강성에 의해 얻어지는 기계적 강도의 피크(예를 들어, 약 700HV의 경도에 상응)를 넘어 더욱 수행된다. 즉, 과시효 상태가 형성된다. 밸브의 경도는 이하에 설명하는 열처리 조정 단계(S5)에 의해 600HV 이하로 조정된다. 약 150nm의 두께를 갖는 α-Cr 위상으로 형성된 층을 포함하는 층 구조가 기계적 강도의 피크에서 빌릿의 횡단면 관찰에 의해 관찰되는 결정립의 구조에서 관찰된다. 따라서, 시효 열처리가 이 상태를 넘어 수행되는 경우, α-Cr 위상의 층의 두께가 크게 증가한다. 시효 열처리는, 공냉에 이어서, 일반적으로 빌릿을 약 16시간 동안 약 850℃로 유지하여 수행된다.
다음으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 계단식 환봉(stepped round bar, 1')이 약 1,050℃의 가열 온도에서 일반적으로 고온 단조(거친 단조)에 의해 마련된다(S3). 계단식 환봉(1')은 환봉 형상의 샤프트부(2), 환봉 형상의 샤프트부(2)로부터 연속적으로 증가하는 직경을 갖는 접속부(2a) 및 접속부(2a)의 선단에서 샤프트부(2)의 직경보다 큰 직경을 갖는 작업부(3')를 포함하는 바 형상 제품이다. 계단식 환봉(1')은 필요에 따라 기계가공될 수 있다.
다음으로, 계단식 환봉(1')이 작업부(3')를 변형하기 위해 약 1,050℃의 가열 온도에서 일반적으로 모양이 만들어지고 단조 작업되어, 우산부(3)가 마련되고, 샤프트부와 우산부가 일체로 형성된 거의 밸브 형상으로 가공된다(S4).
구체적으로, 도 4a에 도시된 바와 같이, 먼저, 얻어질 배기 밸브(1)의 우산부(3)의 접하는 표면(4)의 일측에서 곡면에 상응하도록 형성된 작업된 표면(9a)을 갖는 단조 다이(9)가 마련된다. 계단식 환봉(1')의 샤프트부(1)가 작업된 표면(9a)의 일측으로부터 단조 다이(9)의 중앙 관통홀(9b) 내로 삽입된다. 샤프트부(2)는 홀더(12)에 의해 유지되고, 접속부(2a)의 적어도 일부가 단조 다이(9)의 작업된 표면(9a)과 접촉하게 될 때까지 밀린다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 작업될 작업부(3')의 단부는 앤빌(anvil, 10)과 접촉하게 되고, 단조 다이(9)는 성형 및 단조 작업을 수행하도록 계단식 환봉(1')의 샤프트 축을 따라 앤빌(10)에 접근하도록 된다. 그 결과, 우산부(3)를 갖는 밸브 형상 재료가 얻어질 수 있다.
다음으로, 얻어진 밸브 형상 재료가 외부 가열로에 놓이고 공냉에 이어서 약 21시간 동안 약 800℃로 일반적으로 유지되는 열처리 대상이 되어, 구조, 주로 경도를 조정하기 위한 열처리 조정 단계가 수행된다(S5). 이 열처리에서, 밸브 형상 재료는 시효 열처리와 함께 과시효 열처리 대상이 되고(과시효 처리(S2)), 즉, 밸브 형상 재료는 그 피크를 초과하는 기계적 강도에 도달하고 기결정된 경도에 도달할 때까지 연화된다. 이 경우, 150nm 이상의 두께를 갖는 α-Cr 위상으로 형성된 층을 포함하고 시효 열처리(S2)에 의해 얻어지는, 결정립의 층 구조가 유지된다. 기결정된 경도는 600HV 이하이고, 바람직하게는 380HV 내지 430HV이다. 상기와 같이 경도를 조정하여, 니모닉 80A로 만들어진 종래 배기 밸브와 동등하거나 그 이상의 기계적 강도 및 절삭성이 밸브 형상 재료에 마련될 수 있다.
본 발명에 따른 제조 방법에서, 열처리 조정 단계(S5) 전에, 카바이드나 금속간 화합물 고체-용해(solid-dissolve)와 같은 침전물을 만드는 용화 열처리(solution heat treatment)를 수행하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 밸브 형상 재료는, 공냉에 이어서, 약 1시간 동안 약 1,050℃로 유지된다.
(평가 테스트)
상술한 제조 방법으로 얻어진 배기 밸브(1)를 제조하여 수행된 평가 테스트를 이하에 설명한다.
먼저, 표 1에 도시된 구성요소 조성을 갖는 Ni-Cr-Al 시스템 Ni-계 시효 침강성 합금으로 만들어진 강괴가 주조되고(cast), 배기 밸브(1)가 상술한 제조 방법으로 제조되었다.
구성요소 분석 Cr Al Fe Si C B Cu Ti Nb Ni
질량%
 38.39 3.87 0.30 0.04 0.014 0.0036 0.01 0.01 0.03 57.15
총 4 종류의 배기 밸브(1)가 4 종류의 열처리 이력을 인가하여 제조되었다. 즉, 배기 밸브(1)는 열처리 조정 단계(시효 열처리(S5)) 전에 용화 열처리를 미리 수행하거나 수행하지 않고 제조되었고, 어느 경우에도, 16시간 동안 800℃로 유지되거나 21시간 동안 800℃로 유지되어 열처리 조정 단계(시효 열처리(S5))가 수행되었다.
평가 테스트에서, 인장 테스트 피스가 각 배기 밸브(1)의 샤프트부(2)의 일단(우산부(3)에 대응하는 측) 부근에서 길이방향을 따라 절단되었고, 추가적으로 이하에 설명하는 실시예 1 및 2에서, 인장 테스트 피스가 우산부(3)의 외주 부근으로부터 원주 방향을 따라 추가적으로 절단되었다. 이러한 테스트 피스들은 통상 온도에서 인장 테스트 대상이 되었다. 더욱이, 경도 테스트 피스가 각 인장 테스트 피스의 어깨 잔여 재료로부터 절단되었고, 경도 테스트 피스의 브리넬(Brinell) 경도 및 비커스(Vickers) 경도가 측정되었다. 비커스 경도 테스트는 통상 온도에서 미러(mirror)-연마된 테스트 피스의 연마된 표면 상의 5개의 지점에서 수행되었고, 그 평균값이 측정값으로 사용되었다. 이 테스트 결과가 표 2에 도시된다. 표 2의 "처리 조건"에서, "AG"는 시효 열처리(S5)가 용화 열처리를 수행하지 않고 수행되었다는 것을 나타내고, "ST-AG"는 시효 열처리(S5)가 수행되기 전에 용화 열처리가 수행되었다는 것을 나타내고, "/16"은 시효 열처리(S5)에서 유지 시간이 16시간이었다는 것을 나타내고, "/21"은 시효 열처리(S5)에서 유지 시간이 21시간이었다는 것을 나타낸다. 즉, 시효 열처리(S5)에서 유지 시간은 실시예 1 및 2에서는 21시간이었고, 실시예 3 및 4에서는 16시간이었다. 경도 테스트 피스의 어깨 잔여 재료의 구간별 구조는 이하에 설명하는 바와 같이 관찰되었다.
Figure pat00001
니모닉 80A는 일반적으로 800N/mm2 이상의 0.2% 내력 및 1,200N/mm2 이상의 인장 강도를 갖는다. 따라서, 이 값들이 인장 테스트에서 0.2% 내력 및 인장 강도의 표적값으로 사용되었다. 또한, 샤프트부에서 필요한 절삭성을 고려하면, 신장이 5% 이상이고 면적 감소가 5% 이상이면 충분하다. 신장은 바람직하게는 7% 이상이고 면적 감소는 바람직하게는 7% 이상이다. 따라서, 이 값들이 표적값으로 사용되었다. 신장은 더욱 바람직하게는 15% 이상이고 면적 감소는 더욱 바람직하게는 25% 이상이다. 경도의 표적값은, 배기 밸브의 사프트부의 더욱 바람직한 절삭성을 얻고 우산부의 내마모성을 추가적으로 고려하기 위해, 비커스 경도로 380 내지 430HV의 범위 및 브리넬 경도로 352HBW 이상으로 설정되었다.
표 2를 참조하면, 각 실시예에서, 인장 테스트 및 경도 테스트의 모든 결과값이 표적값을 만족하였다. 다시 말해, 상기 실시예들에서, 경도는 380 내지 430HV 범위 내로 조정될 수 있고, 배기 밸브의 샤프트부의 바람직한 절삭성을 확보하면서 배기 밸브에 필요한 기계적 강도가 얻어질 수 있다.
특히, 신장 및 면적 감소는, 배기 밸브가 시효 열처리(S5)에서 16시간 동안 유지되는 실시예 3 및 4에 비해 배기 밸브가 시효 열처리(S5)에서 등온선상으로 21시간 동안 유지되는 실시예 1 및 2에서 크게 개선되었다. 더욱이, 실시예 1 및 2에서 0.2% 내력 및 인장 강도가 실시예 3 및 4에 비해 약간 감소되었으나, 표적값으로는 충분하다.
우산부(3)는 샤프트부(2)에 비해 더 큰 경도(비커스 경도)를 나타내었다. 다시 말해, 실시예1에서 우산부(3)는, 샤프트부(2)의 390HV보다 높은, 397HV의 경도를 나타냈다. 실시예2에서 우산부(3)는, 샤프트부(2)의 414HV보다 높은, 425HV의 경도를 나타냈다. 그 이유로는, 성형 및 단조가 우산부(3)에서 수행되었기 때문에 우산부(3)의 경도가 증가된 것으로 고려된다.
실시예 1 및 2의 배기 밸브는 열처리 조정 단계(S5)의 시효 열처리를 21시간 동안 등온선상으로 유지하는 배기 밸브로 제조되었다. 실시예 1 및 2의 이러한 배기 밸브 각각에 대해, 고온 인장 테스트 피스가 인장 테스트 피스에서 절단된 샤프트부(2)의 단부로부터 추가적으로 절단되었고, 고온 인장 테스트에 놓였다. 테스트는 20분 동안 500℃로 고온 인장 테스트 피스를 유지한 후 로드를 인가하여 수행되었다. 고온 인장 테스트 결과를 표 3에 도시한다.
Figure pat00002
도 5a 및 도 5b와 함께 표 3을 참조하면, 실시예 1 및 2의 테스트 결과는 동일한 조건 하에서 테스트된 니모닉 80A로 만들어진 배기 밸브의 테스트 결과의 가변 범위와 동일한 정도 내에 있다. 다시 말해, 실시예 1 및 2의 배기 밸브는, 니모닉 80A로 만들어진 배기 밸브와 동등하거나 그 이상의, 0.2% 내력, 인장 강도, 신장 및 면적 감소를 나타냈다. 구체적으로, 니모닉 80A로 만들어진 배기 밸브는 약 740 내지 910N/mm2 범위로 분포된 0.2% 내력을 나타낸 반면, 실시예 1 및 2의 배기 밸브는 각각, 니모닉 80A로 만들어진 배기 밸브와 동등하거나 그 이상인, 755N/mm2 및 936N/mm2을 나타냈다. 유사하게, 니모닉 80A로 만들어진 배기 밸브는 약 1,040 내지 1,240N/mm2 범위로 분포된 인장 강도를 나타낸 반면, 실시예 1 및 2의 배기 밸브는 각각, 니모닉 80A로 만들어진 배기 밸브와 동등한, 1,048N/mm2 및 1,213N/mm2을 나타냈다. 더욱이, 니모닉 80A로 만들어진 배기 밸브는 약 7 내지 21% 범위로 분포된 신장을 나타낸 반면, 실시예 1 및 2의 배기 밸브는 각각, 니모닉 80A로 만들어진 배기 밸브와 동등하거나 그 이상인, 22% 및 9%를 나타냈다. 또한, 니모닉 80A로 만들어진 배기 밸브는 약 7 내지 33%의 범위로 분포된 면적 감소를 나타낸 반면, 실시예 1 및 2의 배기 밸브는 각각, 니모닉 80A로 만들어진 배기 밸브와 동등하거나 그 이상인, 34% 및 9%를 나타냈다. 다시 말해, 실시예 1 및 2에 따르면, 본 발명의 배기 밸브는 니모닉 80A로 만들어진 배기 밸브와 동등하거나 그 이상인 고온 인장 강도를 얻을 수 있다는 것으로 이해된다.
도 6a 및 도 6b는 배기 밸브가 피크 기계적 강도에 도달할 때, 즉 경도가 약 700HV였을 때, 상술한 실시예들에서 사용된 합금으로 만들어진 배기 밸브의 단면 구조의 SEM 관찰 사진을 도시한다. 관찰은 절단 표면이 미러-연마되고 표면이 10%의 옥살산 용액으로 에칭되어 형성된 표면 상에서 수행되었다. SEM 관찰 사진에 명확히 나타난 바와 같이, α-Cr 위상으로 형성된 층을 포함하는 층 구조가 결정립에서 관찰되었고, α-Cr 위상의 두께는 약 150nm였다. 다시 말해, 상술한 실시예들에서 배기 밸브는 결정립에서 150nm 이상의 두께로 성장된 α-Cr 위상으로 형성된 층을 포함하는 층 구조를 갖고, 소위 "과시효된" 상태에 있었다.
실시예 2의 배기 밸브와 관련하여, 경도 테스트 피스가 우산부(3)로부터 절단되고 고온 경도 테스트 하에 놓였다. 구체적으로, 복수의 경도 테스트 피스가 실시예 2의 배기 밸브의 우산부(3)의 접하는 표면 근방으로부터 절단되었고, 공냉에 이어서, 배기 밸브의 사용 환경을 고려하여 100시간 동안 400℃에서 유지되었다. 그 후, 도 7에 도시된 바와 같이, 각 테스트 온도로 유지된 테스트 피스에 경도 테스트를 수행하였다. 비교를 위해, 니모닉 80A로 만들어진 배기 밸브에 유사하게 경도 테스트를 수행하였다. 실시예 2의 경도 테스트 피스는 각 테스트 온도에서 니모닉 80A와 동등하거나 그 이상의 고온 경도를 나타냈다. 따라서, 본 발명의 배기 밸브는 대형 선박용 엔진에 사용된 후에도 니모닉 80A와 동등하거나 그 이상의 고온 경도를 얻을 수 있다는 것으로 이해된다.
상술한 평가 테스트 결과로 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 4에 따르면, 샤프트부(2)의 작업에 필요한 절삭성을 확보하면서, 니모닉 80A로 만들어진 배기 밸브와 동등하거나 그 이상의 기계적 강도를 갖는 사프트부(2)와 우산부(3)를 포함하는 배기 밸브(1)를 얻을 수 있다. 또한, 실시예들에 사용된 합금은 니모닉 80A, 인코넬 718 및 인코넬 625에 비해 S 어택 저항 및 V 어택 저항에서 우수하고, 배기 밸브에서 요구되는 충분한 고온 내식성을 갖는다. 다시 말해, 필요한 기계적 강도 및 고온 내식성을 갖는 일체형 배기 밸브가 부분적 작업, 예를 들어 제조 프로세스에서 우산부에만 경도를 증가시키는 작업을 수행하지 않고 제조될 수 있다. 즉, 대형 선박용으로 용이하게 제조가능한 엔진 배기 밸브가 얻어질 수 있다.
상기 평가 테스트에서 배기 밸브(1)에 사용되는 합금과 거의 동등한 기계적 강도 및 고온 내식성을 제공하고 유지할 수 있는 합금의 조성 범위는 이하와 같이 결정될 수 있다. 즉, 합금은, 질량 %로, Cr: 32 내지 50%, Al: 0.5 내지 10.0%, 및 Fe: 0.1 내지 20.0%를 포함하는 필수적 구성요소, Si: 5% 이하, B: 0.01% 이하, C: 0.1% 이하, Cu: 5% 이하, Ti: 0.1% 이하, Nb: 0.1% 이하, Ta: 0.1% 이하, 및 V: 0.1% 이하를 포함하되, Ti + Nb + Ta + V는 0.1% 이하인 선택적 구성요소, 및 불가피분술물과 Ni의 잔여성분을 포함하는 구성요소 조성을 가질 수 있다. 필수적 구성요소인 Cr, Al 및 Fe를 이하에 설명한다.
Cr은 α-Cr 위상을 형성하고 경도를 증가시키고, 추가적으로 결정립의 결정립 조대화(coarsening)를 억제하는 것으로 여겨진다. 더욱이, Cr은 특정 추가 범위에서 V 어택 저항이나 S 어택 저항과 같은 고온 내식성을 증가시킬 수 있다. 한편, Cr이 과도하게 추가된 경우, 단조 저항이 너무 증가되어 단조 작업을 수행할 수 없다. 이를 고려하여, Cr은 질량%로 32 내지 50%의 양으로 추가될 수 있고, 바람직하게는 35 내지 45%이다.
Al은 Ni-시스템 금속간 화합물이고, Ni-계 시효-침강성 합금에서 보강 메카니즘에 기여하는 시효 경화 위상인 γ'-위상을 형성하며, 고온에서 기계적 강도를 증가시킬 수 있다. 더욱이, Al은 특정 추가 범위에서 고온 내식성을 증가시킬 수 있다. 한편, γ'-위상의 과도한 석출은 취성(brittleness)을 가속화한다. 이를 고려하여, Al은 질량%로 0.5 내지 10.0%의 양으로 추가될 수 있고, 바람직하게는 3.4 내지 5.0%이다.
Fe는 Ni의 대체물로서 추가된다. Fe는 α-Cr 위상과 함께 γ-위상 내측에서 미세하게 침강된 γ'-위상을 포함하는 층 구조의 석출을 가속화하고, 과시효 처리 시간 및 시효 처리 시간을 단축할 수 있다. 한편, 추가되는 Fe의 양이 너무 많은 경우, 고온 내식성이 악화된다. 따라서, Fe는 질량%로 0.1 내지 20.0%의 양으로 추가될 수 있고, 바람직하게는 0.5 내지 5%이다.
합금은 이하에 설명하는 바와 같이 선택적 구성요소인 Si, B, C, Cu, Ti, Nb, Ta 및 V를 포함할 수 있다.
A1과 유사하게, Si는 고온에서 기계적 강도에 영향을 주는 미립자 금속 금속간 화합물을 형성하고, 고온에서 내식성을 추가적으로 향상시킬 수 있다. 한편, 금속간 화합물 위상의 과도한 석출은 취성을 유도한다. 따라서, Si는 질량%로 5% 이하의 양이 추가될 수 있고, 바람직하게는 3.5% 이하이다.
B는 결정립계의 기계적 강도에 영향을 준다. 본 발명에서, B는 질량%로 0.01% 이하의 양이 추가될 수 있고, 바람직하게는 0.005% 이하이다.
C는 고온에서 내식성에 영향을 주고, C와 이하에 설명하는 기결정된 요소 사이의 카바이드가 침전되도록 하고, 기계적 강도에 영향을 줄 수 있다. 본 발명에서, C는 질량%로 0.1% 이하의 양이 추가될 수 있다.
Cu는 γ-위상에서 용해되고 기계적 강도에 영향을 준다. 본 발명에서, Cu는 질량%로 5% 이하의 량이 추가될 수 있고, 바람직하게는 1% 이하이다.
Ti, Nb, Ta 및 V 각각은 카바이드를 형성하기 위해 C에 결합하고, 기계적 강도에 영향을 주며, 고온에서 내식성에 추가적인 영향을 준다. Ti는 질량%로 0.1% 이하의 양이 추가되고, Nb는 질량%로 0.1% 이항의 양이 추가되고, Ta는 질량%로 0.1% 이하의 양이 추가되고, V는 질량%로 0.1% 이항의 양이 추가되며, Ti + Nb + Ta + V는 0.1% 이하인 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
본 발명을 특정 실시형태를 참조하여 상세히 설명하였으나, 다양한 변형이나 변경이 본 발명의 사상 및 범위를 벋어나지 않는 한 이루어질 수 있음은 당업자에게 자명하다.
본 출원은 2015년 1월 26일자로 출원된 일본 특허출원 제2015-012257호 및 2015년 10월 14일자로 출원된 일본 특허출원 제2015-203272호에 기초한 것으로, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.
1: 배기 밸브
2: 샤프트부
3: 우산부

Claims (13)

  1. 대형 선박용 디젤 엔진의 배기 밸브로,
    서로 일체로 형성되고 Ni-Cr-Al 시스템 Ni-계 시효 침강성 합금으로 만들어진 샤프트부 및 우산부를 포함하고,
    상기 배기 밸브는 전체적으로 600HV 이하의 경도 및 층 구조를 갖고,
    상기 층 구조는 피크 기계적 강도를 넘어 시효된 150nm 이상의 두께를 갖는 α-Cr 위상으로 형성된 층을 포함하는 배기 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 합금은, 질량%로:
    Cr: 32 내지 50%,
    Al: 0.5 내지 10.0%, 및
    Fe: 0.1 내지 20.0%
    를 포함하는 필수적 구성요소,
    Si: 5% 이하,
    B: 0.01% 이하,
    C: 0.1% 이하,
    Cu: 5% 이하,
    Ti: 0.1% 이하,
    Nb: 0.1% 이하,
    Ta: 0.1% 이하, 및
    V: 0.1% 이하
    를 포함하되, Ti + Nb + Ta + V는 0.1% 이하인 선택적 구성요소, 및
    불가피분술물과 Ni의 잔여성분을 포함하는 구성요소 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 배기 밸브.
  3. 대형 선박용 디젤 엔진의 배기 밸브를 제조하는 방법으로,
    상기 배기 밸브는 서로 일체로 형성되고 Ni-Cr-Al 시스템 Ni-계 시효 침강성 합금으로 만들어진 샤프트부 및 우산부를 포함하고,
    상기 방법은:
    강괴를 얻기 위해 원 재료를 진공 용해하는 용해 단계;
    강괴로부터 단조 작업을 위해 빌릿을 얻는 빌릿 단계;
    150nm 이상의 두께를 갖는 α-Cr 위상으로 형성된 층을 포함하는 층 구조를 마련하기 위해 피크 기계적 강도를 넘어 빌릿을 시효 열처리하는 시효 열처리 단계;
    샤프트부와 우산부가 일체로 형성된 상태에서 빌릿을 단조 작업하는 단조 작업 단계; 및
    α-Cr 위상으로 형성된 층의 두께를 유지하면서 전체적으로 600HV 이하의 경도를 제공하는 열처리 조정 단계를 포함하고,
    상기 용해 단계에서 시효 열처리 단계까지는 적어도 600℃ 이상의 온도를 유지하면서 수행되는 것을 특징으로 하는 배기 밸브의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 빌릿 단계는, 고온 표면을 그라인딩한 후 압연을 유지하기 위해, 강괴를 사전 압연하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 밸브의 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 합금은, 질량%로:
    Cr: 32 내지 50%,
    Al: 0.5 내지 10.0%, 및
    Fe: 0.1 내지 20.0%
    를 포함하는 필수적 구성요소,
    Si: 5% 이하,
    B: 0.01% 이하,
    C: 0.1% 이하,
    Cu: 5% 이하,
    Ti: 0.1% 이하,
    Nb: 0.1% 이하,
    Ta: 0.1% 이하, 및
    V: 0.1% 이하
    를 포함하되, Ti + Nb + Ta + V는 0.1% 이하인 선택적 구성요소, 및
    불가피분술물과 Ni의 잔여성분을 포함하는 구성요소 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 배기 밸브의 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 합금은, 질량%로:
    Cr: 32 내지 50%,
    Al: 0.5 내지 10.0%, 및
    Fe: 0.1 내지 20.0%
    를 포함하는 필수적 구성요소,
    Si: 5% 이하,
    B: 0.01% 이하,
    C: 0.1% 이하,
    Cu: 5% 이하,
    Ti: 0.1% 이하,
    Nb: 0.1% 이하,
    Ta: 0.1% 이하, 및
    V: 0.1% 이하
    를 포함하되, Ti + Nb + Ta + V는 0.1% 이하인 선택적 구성요소, 및
    불가피분술물과 Ni의 잔여성분을 포함하는 구성요소 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 배기 밸브의 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 빌릿 단계는, 강괴를 제1단계로서 10시간 이상 동안 1,100℃ 이상으로 유지하는 열 균등 처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 밸브의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 빌릿 단계는, 강괴를 제1단계로서 10시간 이상 동안 1,100℃ 이상으로 유지하는 열 균등 처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 밸브의 제조 방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 빌릿 단계는, 800℃ 이상의 온도를 유지하면서 수행되는 것을 특징으로 하는 배기 밸브의 제조 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 빌릿 단계는, 800℃ 이상의 온도를 유지하면서 수행되는 것을 특징으로 하는 배기 밸브의 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 빌릿 단계는, 800℃ 이상의 온도를 유지하면서 수행되는 것을 특징으로 하는 배기 밸브의 제조 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 빌릿 단계는, 800℃ 이상의 온도를 유지하면서 수행되는 것을 특징으로 하는 배기 밸브의 제조 방법.
  13. 대형 선박용 디젤 엔진의 배기 밸브로,
    서로 일체로 형성되고 Ni-Cr-Al 시스템 Ni-계 시효 침강성 합금으로 만들어진 샤프트부 및 우산부를 포함하고,
    상기 배기 밸브는 제3항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 제조 방법으로 얻어지고, 전체적으로 600HV 이하의 경도 및 층 구조를 갖고,
    상기 층 구조는 피크 기계적 강도를 넘어 시효된 150nm 이상의 두께를 갖는 α-Cr 위상으로 형성된 층을 포함하는 배기 밸브.
KR1020160007877A 2015-01-26 2016-01-22 대형 선박용 엔진 배기 밸브 및 그 제조 방법 KR102062031B1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2015-012257 2015-01-26
JP2015012257 2015-01-26
JP2015203272A JP6638308B2 (ja) 2015-01-26 2015-10-14 大型船舶用エンジン排気バルブ及びその製造方法
JPJP-P-2015-203272 2015-10-14

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160091833A true KR20160091833A (ko) 2016-08-03
KR102062031B1 KR102062031B1 (ko) 2020-01-03

Family

ID=56559947

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160007877A KR102062031B1 (ko) 2015-01-26 2016-01-22 대형 선박용 엔진 배기 밸브 및 그 제조 방법

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP6638308B2 (ko)
KR (1) KR102062031B1 (ko)
CN (1) CN105817836B (ko)
NO (1) NO3048178T3 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110814662B (zh) * 2019-11-22 2021-08-17 重庆跃进机械厂有限公司 一种柴油机气门毛坯的加工方法
CN111519070A (zh) * 2020-06-11 2020-08-11 南京中远海运船舶设备配件有限公司 高铬镍基超合金、柴油机气阀与柴油机气阀制造工艺
CN114015909B (zh) * 2021-11-16 2022-05-17 南京中远海运船舶设备配件有限公司 一种大规格柴油机气阀及其制造方法
CN116732390B (zh) * 2023-06-30 2024-02-09 江西宝顺昌特种合金制造有限公司 一种80a合金及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000328163A (ja) 1999-05-21 2000-11-28 Daido Steel Co Ltd ディーゼルエンジン用排気バルブ合金及び排気バルブの製造方法
JP2014169631A (ja) 2013-03-01 2014-09-18 Daido Steel Co Ltd ディーゼルエンジン排気バルブの製造方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5413073A (en) * 1993-04-01 1995-05-09 Eaton Corporation Ultra light engine valve
JP2001234313A (ja) * 2000-02-23 2001-08-31 Fuji Oozx Inc チタン合金製エンジンバルブの製造方法
JP3916484B2 (ja) * 2002-03-05 2007-05-16 独立行政法人科学技術振興機構 耐高温酸化性に優れたＮｉ合金耐熱材料およびその製造方法
CN101429608B (zh) * 2007-11-06 2010-09-29 江苏兴海特钢有限公司 排气阀用耐热合金的生产工艺
JP2012045604A (ja) * 2010-08-30 2012-03-08 Daido Steel Co Ltd 船舶用エンジンバルブの製造方法
DK177487B1 (en) * 2012-07-06 2013-07-15 Man Diesel & Turbo Deutschland An exhaust valve spindle for an exhaust valve in an internal combustion engine

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000328163A (ja) 1999-05-21 2000-11-28 Daido Steel Co Ltd ディーゼルエンジン用排気バルブ合金及び排気バルブの製造方法
JP2014169631A (ja) 2013-03-01 2014-09-18 Daido Steel Co Ltd ディーゼルエンジン排気バルブの製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP6638308B2 (ja) 2020-01-29
KR102062031B1 (ko) 2020-01-03
CN105817836A (zh) 2016-08-03
NO3048178T3 (ko) 2018-01-13
CN105817836B (zh) 2018-11-20
JP2016138543A (ja) 2016-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6793689B2 (ja) Ｎｉ基合金部材の製造方法
EP2009123B1 (en) Nickel-based heat-resistant alloy for gas turbine combustor
EP3543369A1 (en) Method for producing nickel-based alloy high temperature material
CN103348029B (zh) 疲劳强度优异的耐磨损性钛合金构件
US7824606B2 (en) Nickel-based alloys and articles made therefrom
TWI403595B (zh) 製造內燃機閥的方法以及由此方法製得的閥
JP4517095B2 (ja) 高強度チタン合金製自動車用エンジンバルブ
RU2695852C2 (ru) α-β ТИТАНОВЫЙ СПЛАВ
KR102062031B1 (ko) 대형 선박용 엔진 배기 밸브 및 그 제조 방법
WO2020195049A1 (ja) Ｎｉ基超耐熱合金の製造方法およびＮｉ基超耐熱合金
JP7223121B2 (ja) 鍛造チタン合金による高強度のファスナ素材及びその製造方法
JP3580441B2 (ja) Ｎｉ基超耐熱合金
CN111819300A (zh) 航空器发动机壳体用Ni基超耐热合金及由其制成的航空器发动机壳体
WO2020031579A1 (ja) Ｎｉ基超耐熱合金の製造方法およびＮｉ基超耐熱合金
JP2012214833A (ja) 冷間工具鋼
JP5437669B2 (ja) 温熱間鍛造用金型
WO2022219991A1 (ja) 鍛造用ＴｉＡｌ合金、ＴｉＡｌ合金材及びＴｉＡｌ合金材の製造方法
EP3048178B1 (en) Engine exhaust valve for large ship and method for manufacturing the same
JP2014169631A (ja) ディーゼルエンジン排気バルブの製造方法
JP6485692B2 (ja) 高温強度に優れた耐熱合金およびその製造方法と耐熱合金ばね
JP2008179864A (ja) Ｎｉ基合金の製造方法
JP2000204449A (ja) 冷間加工性と高温加熱安定性に優れたＦｅ基耐熱合金
JP4463709B2 (ja) 冷間加工用鋼および該鋼からなる機関弁の製造方法
RU2777099C1 (ru) Жаропрочный свариваемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него
JP6931112B2 (ja) ニッケル基合金金型および該金型の補修方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right