JPH0143019B2

JPH0143019B2 -

Info

Publication number: JPH0143019B2
Application number: JP61297297A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Kato; Norioki Uehara; Kenkichi Matsunaga; Hisao Kamya; Yasu Koyanagi; Masaki Matsuno; Masanori Iizuka
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1986-12-12
Filing date: 1986-12-12
Publication date: 1989-09-18
Also published as: JPS62142815A

Description

【発明の詳細な説明】

〈産業上の利用分野〉この発明は内燃機関、気体圧縮機関などの吸気
バルブに用いられる鋼材の改良に関する。〈従来の技術〉例えば、内燃機関には一般に第２図の動弁機構
図にみられるような排気バルブ１と吸気バルブ２
が用いられている。このうち排気側は作動温度が
600〜850℃と高く、したがつて排気バルブ自体に
は、耐熱性、耐食性、耐摩耗性等厳しい特性が要
求されるため高温特性の良好なオーステナイト系
耐熱鋼が用いられている。一方吸気側は温度が上
昇していないガスを常に吸入するため作動温度は
200〜450℃と低く、したがつて吸気バルブ自体は
排気バルブほど高温特性が要求されないため、一
般に、フエライト系耐熱鋼、たとえばSUH3、
SUH11等が使用されている。しかしながら最近吸気バルブの耐焼付き性およ
び耐摩耗性を向上させる処理法として、熱処理歪
が少ない軟窒化処理が注目され実用化されつつあ
る。〈発明が解決しようとする問題点〉ところが従来の吸気バルブに用いられていた
SUH3、SUH11等のフエライト系耐熱鋼では組
成的に軟窒化処理性が充分でなく、深い表面硬化
層を形成させるためにはきわめて長時間の軟窒化
処理が必要となる難点がある。〈問題点を解決するための手段〉そこで、本発明者等は軟窒化処理性が良好で、
しかも吸気バルブとして要求される諸特性を充分
に満足しうる鋼を開発するために種々検討した結
果、以下に示した成分組成を有する鋼はきわめて
効果的であり、当該鋼を用いてバルブ粗形とし軟
窒化処理を施して深い表面硬化層を形成させた吸
気バルブは、従来の吸気バルブにくらべて耐焼付
き性および耐摩耗性が良好であり、かつ安価に製
造できることを確認した。すなわち、本発明によ
る吸気バルブ用鋼材は、Ｃ：0.10〜0.60％、Si：
0.10〜2.0％、Mn：0.20〜2.0％、Cr：0.50〜5.0
％、Mo：0.10〜2.0％、Ni：1.5％以下を含有し、
残部が実質的にFeからなり、軟窒化処理を施し
て表面硬化層を形成させた高耐摩耗性を有するこ
とを特徴とする。次に本発明の吸気バルブ用鋼材（以下単に本発
明鋼材という）の成分、組成範囲の限定理由を述
べる。Ｃ：0.10〜0.60％Ｃは母材の強度を向上させるために有効な元
素であり少なくとも0.10％以上添加する必要が
ある。しかし多量に添加すると靭性及び軟窒化
性が劣化するため0.60％以下が好ましい。 Si：0.10〜2.0％ Siは脱酸精錬剤として溶解時に有効であると
ともに、軟窒化処理により母材中に窒化ケイ素
を析出させ、硬化層の形成に補助的な役割りを
はたすため0.1％以上必要である。しかし多量
に添加すると靭性が低下し、かつ被削性が劣化
するので2.0％以下とした。 Mn：0.20〜2.0％ Mnは脱酸、脱硫精錬剤として、また鋼の焼
入性を向上させるのに有効な元素であつて0.20
％以上添加する必要があるが、多量に添加する
と熱間加工性が劣化し、アプセツト鍛造による
バルブの製造が不可能になるので2.0％以下と
した。 Cr：0.5〜5.0％ Crは本発明鋼材において最も基本的な元素
の１つである。Crは、軟窒化処理により母材
内部にクロム炭（窒）化物を析出させ高い表面
硬さと厚い硬化層を形成させるので、バルブの
耐焼付性、耐摩耗性を向上させるのに極めて有
効な元素である。0.5％以下ではその効果が期
待されず５％以上では硬化層の深さがむしろ浅
くなるので５％以下とした。 Mo：0.1〜2.0％ Moは本発明鋼材において最も基本的な元素
の１つである。Moは450℃以上の焼もどしに
よりMo₂Cを形成し二次硬化に寄与する元素で
あり軟窒化処理後の硬さをH_RC35以上にするた
めに少なくとも0.1％以上の添加が必要である。しかし２％以上のMoの添加は経済性がない
ばかりでなく熱間加工性も劣化し有害となるの
で2.0％以下とした。 Ni：2.0％以下 Niは母材中に固溶して軟化抵抗性を増し、
基本鋼のMoと同様の役割をはたす。Niは2.0
％以上でその効果の増加の割合が小さくなる。次に本発明鋼材の一実施例を、実験例を基に所
定の比較材と比較しつつ説明する。実施例は第１表に試供材Ｓとして示されるもの
であり、その成分組成は、Ｃ：0.43％、Si：1.53
％、Mnb0.62％、Cr：1.59％、Mo：0.52％、
Ni：0.51％である。この試供材Ｓにおいては、
Niの含有により固溶体強化が図られ、軟窒化処
理によつて表面に硬化層が形成されている。また、比較材としては、試供材Ｓと成分を共通
にする、第１表に示す成分組成からなるA1
（SUH3に相当するもの）、A2（SUH11に相当する
もの）を用いた。以下の各実験例は試供材Ｓ、比較材A1、A2を
高周波誘導炉で溶解し、各種特性値を調査したも
のである。実験例１ (1) 軟窒化処理による表面かたさ第１表の試供材Ｓ、比較材A1、A2について
鍛造加工により直径20mmの棒材とした後焼入れ
（1025℃×１時間）し、さらにKCN、NaCN、
KCNO、NaCNOの混合溶液中で塩浴軟化処理
（570℃×90分油冷）を施した。 (2) 軟窒化処理による硬化層深さ（第１図）つぎに軟窒化処理を施した試供材Ｓ、比較材
A1、A2の表面かたさ分布測定結果に基づい
て、ビツカースかたさHv700が得られる深さを
求め、その結果を第１図に示した。この時の軟窒化処理条件は、NH₃と吸熱反応
型ガス（RXガス）との混合ガス中で590℃で１
時間保持して行なつた。第１図より、試供材Ｓは、比較材A1、A2に比
べてビツカースかたさHv700が得られる表面から
の距離が深い。すなわち、本実施例の鋼材は軟窒化処理におけ
る硬化性がきわめて優れていることを確認すると
ともに、吸気バルブに用いた場合、より長寿命で
あることが期待される。実験例２ (1) 実機試験における耐摩耗特性（第２表）試供材Ｓと比較材A1を用いて、軟窒化処理
を施した吸気バルブを製造し、これを４サイク
ルエンジンに組込んで実機試験を行なつた。試
験条件および試験結果を第２表に示す。同表にみられるごとく短時間の試験ではある
が、試供材Ｓを用いて製造した吸気バルブは、比
較材A1を用いて製造した吸気バルブにくらべて
軸端部の摩耗が少なく、かつ全長伸びも少ないこ
とがわかる。軸端部は、ロツカアームで繰り返し打撃を受け
る部分であり、耐摩耗性を必要とし、吸気バルブ
の寿命を左右する重要な部分である。従つて、軸端部の摩耗が少ないことによつて、
吸気バルブの長寿命化が図れる。又、全長伸びは吸気バルブのクリープの発生と
密接な関係を有すると考えられるため、全長伸び
が少ないことから、クリープに対する強度が高く
なるといえる。なお、試供材Ｓは、いわゆる低合金であるため
安価であり、又、AOD等の特殊精練が不要で高
Cr材に比べて圧延性が良好であるなど製造性が
良好であるという利点も有する。上記のごとく試供材Ｓを用いた吸気バルブは、
従来の吸気バルブにくらべて実用時における耐久
性が優れていることを確認した。

【表】

【表】〈発明の効果〉以上の実施例にみられるごとく、本発明鋼材は
特に深い表面硬化層を形成し、高耐摩耗性を発揮
することが期待できる。さらに上記素材からバルブ粗形を加工仕上げ
し、軟窒化処理を施して製造した吸気バルブは、
従来の吸気バルブにくらべて実用時における耐久
性も優れていることを確認した。以上のごとく本
発明は吸気バルブ用としては新規な低合金鋼を用
いて、熱処理歪が少ない軟窒化処理を施して表面
硬化層を形成させたものであり、製造性が良好で
しかも安価である等工業的価値は多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は試供材と比較材における軟窒化処理後
の硬化深さを示す図、第２図は内燃機関の弁機構
を示す図、である。

Claims

【特許請求の範囲】

１Ｃ：0.10〜0.60％、Si：0.10〜2.0％、Mn：
0.20〜2.0％、Cr：0.50〜5.0％、Mo：0.10〜2.0
％、Ni：1.5％以下を含有し、残部が実質的にFe
からなり、軟窒化処理を施して表面硬化層を形成
させた高耐摩耗性を有する吸気バルブ用鋼材。