JPS6213428B2 - - Google Patents
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- JPS6213428B2 JPS6213428B2 JP18565083A JP18565083A JPS6213428B2 JP S6213428 B2 JPS6213428 B2 JP S6213428B2 JP 18565083 A JP18565083 A JP 18565083A JP 18565083 A JP18565083 A JP 18565083A JP S6213428 B2 JPS6213428 B2 JP S6213428B2
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Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
- Lift Valve (AREA)
Description
［技術分野］
本発明は、熱間疲労強度の大きな弁用鋼に関す
る。 ［従来技術］ 自動車等の内燃機関の排気弁や吸気弁は、高温
で弁座等にかなり激しくくりかえして衝突する。
従つて、排気弁や吸気弁を構成する弁用鋼は、特
に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対熱合金である
JIS―SUH35系合金が用いられていた。 ところで近年、熱効率の向上、出力の増大等の
要請から、内燃機関の稼働温度はより高温度、例
えば800〜850℃に上昇しつつある。このように内
燃機関の稼働温度がより高温になりつつあるとい
つた状況を鑑みると、弁用鋼としては、JIS―
SUH35系合金よりも熱間疲労強度の大きな材料
を用いる必要がある。そのため鉄基合金の代わり
に、鉄をほとんど含まないニツケル基合金、例え
ばインコネル751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SUH35系合金に比してかなり
大きいものの、800〜850℃においてはSUH35系
合金とほとんど差がないといつた問題がある。又
主成分が鉄ではなくニツ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。 ［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鉄基合金を検討し
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0.25
〜0.35％、珪素が0.1〜1.0％、マンガンが5.0〜
15.0％、ニツケルが5.0〜10.0％、クロムが18.0〜
25.0％、銅が0.2〜1.0％、モリブデンが1.0〜3.0
％、ニオブが0.5〜1.5％、窒素が0.35〜0.55％、
ボロンが0.0005〜0.01％、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ものである。 本発明の弁用鋼は、時効によつて炭窒化物等を
組織中に析出させ、これによつて機械的性質が強
化される析出硬化型合金である。 本発明において炭素は、炭窒化物を生成して組
織を強化するために不可欠である。炭素は少なす
ぎても多すぎても、弁用鋼の強度は低下する。そ
のため炭素は0.25〜0.35％にする必要がある。 珪素は高温酸化に対する抵抗を増すため、又溶
解時における脱酸剤として必要である。そのため
珪素は最低限0.1％は必要である。但し珪素が１
％を越えると、弁用鋼は脆くなる。 ニツケルはオーステナイト生成元素であり、オ
ーステナイト組織を常温で安定させるものであ
る。そのためニツケルは最低限５％は必要であ
る。但しニツケルが10％を越えると、高温におけ
る硬さの低下を招く。 マンガンはニツケルと同様にオーステナイト生
成元素であり、高価なニツケルの代替元素として
使用されている。又、マンガンはイオウによる浸
食を軽減する。更にマンガンは有鉛ガソリンによ
るPbo浸食の防止に効果的である。そのためマン
ガンは最低限５％必要である。但し、マンガンは
15％を越えると、弁用鋼は高温酸化しやすくな
る。 クロムは耐食性を向上させる元素として弁用鋼
では不可欠である。そのためクロムは最低限18％
必要である。但し、25％を越えると、高温におけ
る塑性変形が困難となる。 モリブデンは、基地に固溶して基地を強化す
る。又、モリブデンは、安定炭窒化物や炭化物を
形成する作用がある。そのためモリブデンは最低
限1.0％〜3.0％は必要である。但し、モリブデン
の添加による効果は３％で飽和に達する。尚上記
した安定炭窒化物としては（MoW）2（CN）があ
る。 ニオブは微細な炭窒化物や炭化物を形成する作
用がある。そのため高温におけるオーステナイト
結晶の成長抑制に有効で高温における強度低下を
防ぐ。そのためニオブは0.5〜1.5％にする必要が
ある。 窒素は炭窒化物形成の基礎となる。従つて、窒
素は高温における強度低下を防ぐ。そのため窒素
は最低限0.35％必要である。但し、0.55％以上は
含有しにくい。 ボロンは、高温における強度の確保、高温にお
ける塑性加工の改善に有効である。そのためボロ
ンは最低限0.0005％必要である。但し、0.01％を
越えると、ボロンは結晶粒界に凝集し、この結果
加工性を劣化させたり、高温における強度を低下
させたりする。 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、大気溶解炉にて吹精精錬後、造塊
し、鍛造圧延で所定の棒鋼を製造する。次に1100
℃に加熱し、ここで15分から60分保持する。1100
℃で保持する理由は、主として、合金元素、炭窒
化物、炭化物を高温のオーステナイトに固溶する
ためである。次に水冷する。水冷した後再び750
℃に加熱し、ここで４時間保持し、その後空冷す
る。 ［発明の効果］ 本発明の弁用鋼は、熱間疲労強度が大きなもの
となる。特に800℃以上においては、疲労強度は
インコネル751よりも大きい。即ち、850℃におけ
る熱間疲労強度は17Kgｆ／mm2以上である。 更に本発明の弁用鋼は、高温における引張り強
さも大きい。又高温酸化い少ない。更に高温にお
ける加工性も優れている。 本発明の効果を以下の試験例で立証する。 ［試験例］ まず、大気高周波炉にて３Kgのインゴツトをつ
くり、鍛造、圧延によつて９種類の試料を作製し
た。９種類の試料の合金組成は第１表に示す。こ
こでNo.１〜No.３は本発明品であり、No.４〜No.９は
比較例である。比較例のうち、No.８は従来弁用鋼
として用いられているJIS―SUH35系合金であ
り、又、No.９はNi基合金であるインコネル751で
ある。そして第１表に示す組成の試料を、約1100
℃に30分保持した後、水冷した。次に再び750℃
に加熱して４時間保持した。そしてその後空冷し
た。 まず、本発明品及び比較例を用いて熱間疲労強
度を調べた。試験温度は750℃と850℃である。試
験方法は、小野式回転曲げ疲労である。試験結果
を第２表に示す。750℃における熱間疲労強度
は、本発明品であるNo.１〜No.３の場合いずれも21
Kgｆ／mm2以上であつた。この値は、No.８とNo.９の
場合の中間の値である。850℃における熱間疲労
強度は、本発明品であるNo.１〜No.３の場合いずれ
も17Kgｆ／mm2以上であつた。 これに対して850℃における熱間疲労強度はNo.
８の場合は15.3Kgｆ／mm2であり、No.９の場合には
16.3Kgｆ／mm2であつた。このことから、本発明品
では、JIS―SUH35系合金よりも750℃における
熱間疲労強度、850℃における熱間疲労強度が大
きいことがわかる。又、本発明では、750℃にお
ける熱間疲労強度はインコネル751の場合よりも
小さいが、850℃における熱間疲労強度は、溶体
化処理を省略したインコネル751の場合よりも10
％程度大きいことがわかる。 次に本発明及び比較例を用いて900℃における
熱間引張り強さを調べた。試験方法は平行部φ５
のJISZ2201による14A号試験片を電気炉中で900
℃15分加熱保持後３mm／分の速度でおこなつた。
試験結果を第３表に示す。本発明品であるNo.１〜
No.３の場合、熱間引張り強さはいずれも22Kgｆ／
mm2以上であつた。この値は、JIS―SUH35系合金
であるNo.８の場合よりも大きい。 次に本発明品及び比較例を用いて、850℃で100
時間保持した場合の時効の硬さを調べた。試験方
法は、電気炉で加熱した後ロツクウエル硬度計の
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。本発明品であるNo.１〜No.３の場合、い
ずれもHRC29以上であつた。この値はNo.８の場
合よりも大きい。従つて本発明品は、弁座に衝突
するため耐摩滅性が要請される弁用鋼として適す
る。 次に本発明品及び比較例を用いて、900℃で300
時間保持した場合の酸化度合いを調べた。試験方
法はφ８×15mm形状の試料を1000℃１時間空焼き
した磁性ルツボに入れ、電気炉にて大気中所定の
時間加熱後取り出して秤量し、試料の酸化増量を
算出した。試験結果を第５表に示す。本発明品で
あるNo.１〜No.３の場合、酸化増量は2.20〜3.22
mg／cm2であつた。これに対してNo.８の場合には
3.73mg／cm2と大きかつた。 次に本発明品及び比較例（No.８及びNo.９）を用
いて、限界加工率を調べた。この場合、直径10
mm、高さ10mmの丸棒状の試料を製造し、その試料
の両面から32Kgのハンマーで叩いて圧縮加工を行
つた。そしてハンマーの振り上げ角度を順次変
え、試料に割れが発生したときの圧縮加工率を限
界加工率とした。この試験は、弁の加工温度であ
る950℃〜1200℃の範囲内で温度を種々変更して
行つた。試験結果を図に示す。図に示すように、
本発明品であるNo.１の場合には、試験温度が1050
℃以上ならば、限界加工率は70％以上の値を示し
た。図から明らかなようにこの値はJIS―SUH35
系合金であるNo.８の値よりもかなり大きい。一
方、インコネル751であるNo.９の場合には、限界
加工率は48〜64％程度とかなり低い。特にインコ
ネル751であるNo.９の限界加工率は、最高値でも
64％しかなかつた。
る。 ［従来技術］ 自動車等の内燃機関の排気弁や吸気弁は、高温
で弁座等にかなり激しくくりかえして衝突する。
従つて、排気弁や吸気弁を構成する弁用鋼は、特
に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対熱合金である
JIS―SUH35系合金が用いられていた。 ところで近年、熱効率の向上、出力の増大等の
要請から、内燃機関の稼働温度はより高温度、例
えば800〜850℃に上昇しつつある。このように内
燃機関の稼働温度がより高温になりつつあるとい
つた状況を鑑みると、弁用鋼としては、JIS―
SUH35系合金よりも熱間疲労強度の大きな材料
を用いる必要がある。そのため鉄基合金の代わり
に、鉄をほとんど含まないニツケル基合金、例え
ばインコネル751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SUH35系合金に比してかなり
大きいものの、800〜850℃においてはSUH35系
合金とほとんど差がないといつた問題がある。又
主成分が鉄ではなくニツ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。 ［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鉄基合金を検討し
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0.25
〜0.35％、珪素が0.1〜1.0％、マンガンが5.0〜
15.0％、ニツケルが5.0〜10.0％、クロムが18.0〜
25.0％、銅が0.2〜1.0％、モリブデンが1.0〜3.0
％、ニオブが0.5〜1.5％、窒素が0.35〜0.55％、
ボロンが0.0005〜0.01％、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ものである。 本発明の弁用鋼は、時効によつて炭窒化物等を
組織中に析出させ、これによつて機械的性質が強
化される析出硬化型合金である。 本発明において炭素は、炭窒化物を生成して組
織を強化するために不可欠である。炭素は少なす
ぎても多すぎても、弁用鋼の強度は低下する。そ
のため炭素は0.25〜0.35％にする必要がある。 珪素は高温酸化に対する抵抗を増すため、又溶
解時における脱酸剤として必要である。そのため
珪素は最低限0.1％は必要である。但し珪素が１
％を越えると、弁用鋼は脆くなる。 ニツケルはオーステナイト生成元素であり、オ
ーステナイト組織を常温で安定させるものであ
る。そのためニツケルは最低限５％は必要であ
る。但しニツケルが10％を越えると、高温におけ
る硬さの低下を招く。 マンガンはニツケルと同様にオーステナイト生
成元素であり、高価なニツケルの代替元素として
使用されている。又、マンガンはイオウによる浸
食を軽減する。更にマンガンは有鉛ガソリンによ
るPbo浸食の防止に効果的である。そのためマン
ガンは最低限５％必要である。但し、マンガンは
15％を越えると、弁用鋼は高温酸化しやすくな
る。 クロムは耐食性を向上させる元素として弁用鋼
では不可欠である。そのためクロムは最低限18％
必要である。但し、25％を越えると、高温におけ
る塑性変形が困難となる。 モリブデンは、基地に固溶して基地を強化す
る。又、モリブデンは、安定炭窒化物や炭化物を
形成する作用がある。そのためモリブデンは最低
限1.0％〜3.0％は必要である。但し、モリブデン
の添加による効果は３％で飽和に達する。尚上記
した安定炭窒化物としては（MoW）2（CN）があ
る。 ニオブは微細な炭窒化物や炭化物を形成する作
用がある。そのため高温におけるオーステナイト
結晶の成長抑制に有効で高温における強度低下を
防ぐ。そのためニオブは0.5〜1.5％にする必要が
ある。 窒素は炭窒化物形成の基礎となる。従つて、窒
素は高温における強度低下を防ぐ。そのため窒素
は最低限0.35％必要である。但し、0.55％以上は
含有しにくい。 ボロンは、高温における強度の確保、高温にお
ける塑性加工の改善に有効である。そのためボロ
ンは最低限0.0005％必要である。但し、0.01％を
越えると、ボロンは結晶粒界に凝集し、この結果
加工性を劣化させたり、高温における強度を低下
させたりする。 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、大気溶解炉にて吹精精錬後、造塊
し、鍛造圧延で所定の棒鋼を製造する。次に1100
℃に加熱し、ここで15分から60分保持する。1100
℃で保持する理由は、主として、合金元素、炭窒
化物、炭化物を高温のオーステナイトに固溶する
ためである。次に水冷する。水冷した後再び750
℃に加熱し、ここで４時間保持し、その後空冷す
る。 ［発明の効果］ 本発明の弁用鋼は、熱間疲労強度が大きなもの
となる。特に800℃以上においては、疲労強度は
インコネル751よりも大きい。即ち、850℃におけ
る熱間疲労強度は17Kgｆ／mm2以上である。 更に本発明の弁用鋼は、高温における引張り強
さも大きい。又高温酸化い少ない。更に高温にお
ける加工性も優れている。 本発明の効果を以下の試験例で立証する。 ［試験例］ まず、大気高周波炉にて３Kgのインゴツトをつ
くり、鍛造、圧延によつて９種類の試料を作製し
た。９種類の試料の合金組成は第１表に示す。こ
こでNo.１〜No.３は本発明品であり、No.４〜No.９は
比較例である。比較例のうち、No.８は従来弁用鋼
として用いられているJIS―SUH35系合金であ
り、又、No.９はNi基合金であるインコネル751で
ある。そして第１表に示す組成の試料を、約1100
℃に30分保持した後、水冷した。次に再び750℃
に加熱して４時間保持した。そしてその後空冷し
た。 まず、本発明品及び比較例を用いて熱間疲労強
度を調べた。試験温度は750℃と850℃である。試
験方法は、小野式回転曲げ疲労である。試験結果
を第２表に示す。750℃における熱間疲労強度
は、本発明品であるNo.１〜No.３の場合いずれも21
Kgｆ／mm2以上であつた。この値は、No.８とNo.９の
場合の中間の値である。850℃における熱間疲労
強度は、本発明品であるNo.１〜No.３の場合いずれ
も17Kgｆ／mm2以上であつた。 これに対して850℃における熱間疲労強度はNo.
８の場合は15.3Kgｆ／mm2であり、No.９の場合には
16.3Kgｆ／mm2であつた。このことから、本発明品
では、JIS―SUH35系合金よりも750℃における
熱間疲労強度、850℃における熱間疲労強度が大
きいことがわかる。又、本発明では、750℃にお
ける熱間疲労強度はインコネル751の場合よりも
小さいが、850℃における熱間疲労強度は、溶体
化処理を省略したインコネル751の場合よりも10
％程度大きいことがわかる。 次に本発明及び比較例を用いて900℃における
熱間引張り強さを調べた。試験方法は平行部φ５
のJISZ2201による14A号試験片を電気炉中で900
℃15分加熱保持後３mm／分の速度でおこなつた。
試験結果を第３表に示す。本発明品であるNo.１〜
No.３の場合、熱間引張り強さはいずれも22Kgｆ／
mm2以上であつた。この値は、JIS―SUH35系合金
であるNo.８の場合よりも大きい。 次に本発明品及び比較例を用いて、850℃で100
時間保持した場合の時効の硬さを調べた。試験方
法は、電気炉で加熱した後ロツクウエル硬度計の
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。本発明品であるNo.１〜No.３の場合、い
ずれもHRC29以上であつた。この値はNo.８の場
合よりも大きい。従つて本発明品は、弁座に衝突
するため耐摩滅性が要請される弁用鋼として適す
る。 次に本発明品及び比較例を用いて、900℃で300
時間保持した場合の酸化度合いを調べた。試験方
法はφ８×15mm形状の試料を1000℃１時間空焼き
した磁性ルツボに入れ、電気炉にて大気中所定の
時間加熱後取り出して秤量し、試料の酸化増量を
算出した。試験結果を第５表に示す。本発明品で
あるNo.１〜No.３の場合、酸化増量は2.20〜3.22
mg／cm2であつた。これに対してNo.８の場合には
3.73mg／cm2と大きかつた。 次に本発明品及び比較例（No.８及びNo.９）を用
いて、限界加工率を調べた。この場合、直径10
mm、高さ10mmの丸棒状の試料を製造し、その試料
の両面から32Kgのハンマーで叩いて圧縮加工を行
つた。そしてハンマーの振り上げ角度を順次変
え、試料に割れが発生したときの圧縮加工率を限
界加工率とした。この試験は、弁の加工温度であ
る950℃〜1200℃の範囲内で温度を種々変更して
行つた。試験結果を図に示す。図に示すように、
本発明品であるNo.１の場合には、試験温度が1050
℃以上ならば、限界加工率は70％以上の値を示し
た。図から明らかなようにこの値はJIS―SUH35
系合金であるNo.８の値よりもかなり大きい。一
方、インコネル751であるNo.９の場合には、限界
加工率は48〜64％程度とかなり低い。特にインコ
ネル751であるNo.９の限界加工率は、最高値でも
64％しかなかつた。
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
図は、加工温度と限界加工率との関係を示すグ
ラフである。
ラフである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 重量％で炭素が0.25〜0.35％、珪素が0.1〜
1.0％、マンガンが5.0〜15.0％、ニツケルが5.0〜
10.0％、クロムが18.0〜25.0％、銅が0.2〜1.0
％、モリブデンが1.0〜3.0％、ニオブが0.5〜1.5
％、窒素が0.35〜0.55％、ボロンが0.0005〜0.01
％、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／mm2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、22Kgｆ／mm2以
上である特許請求の範囲第１項記載の弁用鋼。 ４ 900℃で300時間保持したときの酸化増量は、
2.2mg／cm2以上であ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 |
|---|---|---|---|
| JP18565083A JPS6077964A (ja) | 1983-10-04 | 1983-10-04 | 弁用鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18565083A JPS6077964A (ja) | 1983-10-04 | 1983-10-04 | 弁用鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6077964A JPS6077964A (ja) | 1985-05-02 |
| JPS6213428B2 true JPS6213428B2 (ja) | 1987-03-26 |
Family
ID=16174475
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18565083A Granted JPS6077964A (ja) | 1983-10-04 | 1983-10-04 | 弁用鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6077964A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6389645A (ja) * | 1986-10-01 | 1988-04-20 | Toyota Motor Corp | 弁用鋼 |
| JP2543417B2 (ja) * | 1989-12-05 | 1996-10-16 | トヨタ自動車株式会社 | 弁用鋼 |
| US5257453A (en) * | 1991-07-31 | 1993-11-02 | Trw Inc. | Process for making exhaust valves |
| CN111041386B (zh) * | 2018-10-12 | 2022-07-29 | 博格华纳公司 | 用于涡轮增压器的奥氏体合金 |
-
1983
- 1983-10-04 JP JP18565083A patent/JPS6077964A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6077964A (ja) | 1985-05-02 |
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