JPH0579749B2

JPH0579749B2 -

Info

Publication number: JPH0579749B2
Application number: JP33183487A
Authority: JP
Inventors: Sumio Yamashita; Masanobu Nishijima; Hikari Aoyanagi; Shigetoshi Sugimoto
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 1987-12-25
Filing date: 1987-12-25
Publication date: 1993-11-04
Also published as: JPH01172551A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明はエンジンバルブ用鋼、特に酸化鉛耐食
性、高温強度の優れたエンジンバルブ用鋼に関す
るものである。（従来技術）従来この種のエンジンバルブ用鋼、特にガソリ
ン機関の排気弁用材料として最も多用されている
ものに、JIS−SUH35（いわゆる21−4N鋼、Fe−
21Cr−9Mn−4Ni−0.5C−0.4N）及びSUH37（い
わゆる21−12N鋼、Fe−21Cr−1.2Mn−12Ni−
0.2C−0.25N）がある。ところが、最近のガソリ
ン機関の排気弁は、800℃以上の高温度で高速に
作動するうえ、特に輸出車においては鉛含有ガソ
リンが使用されることが多く、酸化鉛を含有した
高温腐食性の排気にさらされるなど極めて苛酷な
状態で使用される。しかして、このような条件の
もとでは、前記の21−4N鋼又は21−12N鋼では
酸化鉛に対する耐食性が不十分であり、このため
弁体の弁座に衝突する部分にステライト合金を盛
金する方法が一般的に採用されている。（発明が解決しようとする問題点）しかし、ステライト合金は酸化鉛耐食性におい
ては優れているが、その主成分であるCoが高価
である。また、硬さがHv500程度と高いので、そ
れ自体は磨耗に対して強いが、逆に相手部材であ
る弁座の損耗が激しく、同弁座の寿命を短くする
という欠点がある。このため、高価なステライト
盛金を必要とせず、安価でしかも酸化鉛耐食性に
優れ、かつ適度な硬さを有する弁用材料の開発が
望まれていた。本発明者らは、この種の弁用材料について種々
研究を重ねた結果、弁体の弁座に衝突する部分の
摩耗には大きく分類すると機械的磨耗と腐食性磨
耗の２つの形態があるが、特に腐食性磨耗が大き
く関与することが明らかになつた。このことか
ら、21−4N鋼程度の硬さと高温強度があれば、
機械的磨耗に対しては十分であり、腐食食性特に
酸化鉛耐食性を改善することによつて弁体の磨耗
が減少し、結果としてステライト盛金加工を施す
ことなく、有鉛ガソリン使用の内燃機関の弁用材
料として長期間使用できることを見出した。さらに研究を進めた結果、21−4N鋼のNi含有
量を８％以上に高めること、Ｓ及びAlの含有量
を極力低下させること、さらにMo，Nb，Ｖ及び
Ｗの含有量の総和を低く保つことが、酸化鉛耐食
性を高めるために極めて有効であることを見出し
て、本発明を完成するに至つた。（問題点を解決するための手段）本発明の第１は、化学組成として重量比にし
て、Ｃ：0.3〜0.6％、Si：0.5％以下、Mn：５〜
15％，Ｓ：0.005％以下，Ni：８〜15％，Cr：15
〜25％，Ｎ：0.20〜0.45％，Al：0.01％以下、残
部がFe及び不純物元素からなる酸化鉛耐食性、
高温強度の優れたエンジンバルブ用鋼であり、発
明の第２は第１発明の化学組成の鋼において不純
物中のMo，Nb，Ｖ，Ｗの含有量の総和を0.1％
以下とすることにより、酸化鉛耐食性をさらに改
善したものである。つぎに、本発明鋼の化学成分限定理由について
説明する。Ｃはその一部が地質に固溶して素地を強化する
ほか、炭化物を形成し、高温強度を高めるために
有効な元素であるが、この効果を得るためには少
なくとも0.3％以上の含有が必要である。しかし、
0.6％を越えて含有させると熱間加工性を著しく
害するほか、靭性をも劣化させるので上限を0.6
％とした。 Siは脱酸を目的として添加されるほか、地質に
固溶して素地を強化させる元素であるが、多量に
含有すると酸化鉛耐食性を低下させるので0.5％
以下とした。 MnはNiとともにオーステナイトを安定化させ
るほか、Ｃ，Ｎの固溶量を増して高温強度を高
め、かつ内燃機関排気中の酸化鉛だけでなく硫化
物その他の不純物に対する耐食性も改善する元素
であり、そのためには少なくとも５％以上の含有
が必要である。しかし、15％を越えて含有させる
と熱間加工性を低下させるので上限を15％とし
た。Ｓは本発明者らの研究の結果、酸化鉛耐食性を
著しく害する元素であることが明らかになつたの
で、可能な限り低くおさえるべきであるが、０％
にすることは製造上不可能であるため、害の少な
い限界として0.005％以下とした。 NiはMnと同様にオーステナイトを安定化させ
るとともに酸化鉛耐食性を改善するために最も有
効な元素であり、そのためには少なくとも８％以
上の含有が必要である。しかし、15％を越えて含
有させても効果の向上が小さくまた高価となるの
で、上限を15％とした。 Crは酸化鉛耐食性および耐酸化性の改善に不
可欠な元素であり、そのためには少なくとも15％
の含有が必要である。しかし、25％を越えて含有
させてもその効果の向上が小さく、かつシグマ相
の析出により熱間加工性を劣化させるので上限を
25％とした。Ｎはオーステナイトの安定化に有効であるとと
もに高温強度を高める元素であるが、この効果を
得るためには少なくとも0.2％の含有が必要であ
る。しかし、Ni添加量が増加するとともにＮの
固溶量が減少するので上限を固溶限界の0.45％と
した。 Alは脱酸を目的として添加される元素である
が、本発明者らの研究によるとＳと同様に酸化鉛
耐食性を著しく低下させることが明らかになつ
た。このためAlの含有量を0.005％以下とするこ
とが望ましいが、酸化鉛耐食性改善の効果が顕著
に向上する限界として0.01％以下とした。 Mo，Nb，Ｖ，Ｗは本発明鋼には意図的には添
加しないが、原料から混入する場合がある。しか
し、いずれも酸化鉛耐食性を害する元素であるこ
とが明らかとなつたので、これらの元素の含有量
の総和を0.1％以下とした。（発明の効果）本発明鋼は、従来自動車等の内燃機関の弁用材
料として多量に使用されているSUH35及び
SUH37に比べると、酸化鉛耐食性が格段と優れ
ているので、ステライト合金の盛を必要としな
い。高温引張強さも従来鋼に比べて若干高い値を
示す。また、硬さはステライト合金よりも低いの
で、相手部材である弁座の損耗を減少させること
ができる。以上のとおり、本発明鋼は特に有鉛ガ
ソリン使用の内燃機関の弁用材料として極めて優
れた性能をもち、かつステライト盛金を必要とし
ないので製造費も安価である。（実施例）つぎに、本発明鋼の特徴を従来鋼、比較鋼と比
べ、実施例によつて明らかにする。第１表は本発明鋼、従来鋼及び比較鋼の化学成
分を示し、第２表は第１表に示す各鋼について、
鍜造後、1070℃で30分間固溶化処理を施したのち
水冷し、ついで750℃で４時間効処理を施したも
のの試験結果を示す。

【表】

【表】第１表において、Ａ，Ｂは従来鋼で、Ａは21−
4N鋼、Ｂは21−12N鋼であり、Ｃ〜Ｆは比較鋼、
Ｇ〜Ｊは第１発明鋼、Ｋ〜Ｎは第２発明鋼であ
る。第２表において酸化鉛耐食性については、920
℃に加熱し、溶融した酸化鉛中に試料を１時間浸
漬した場合の単位表面積当たりの腐食減量によつ
て比較し、高温引張強さについては、前記熱処理
を施した平行部直径５mm、同長さ28mmの試片を用
いて900℃で測定した。硬さは前記熱処理を施し
た試料を用いて常温で測定した。第２表から明らかなように、酸化鉛による腐食
減量は、従来鋼のＡ鋼が21.4ｇ／ｄm²ｈ、Ｂ鋼が
32.2ｇ／ｄm²ｈ、また比較鋼（Ｃ〜Ｆ鋼）が16.0
〜20.8ｇ／ｄm²ｈであるのに対して、第１発明鋼
（Ｇ〜Ｊ鋼）が13.3〜14.1ｇ／ｄm²ｈ、第２発明
鋼（Ｋ〜Ｎ鋼）が11.2〜12.9ｇ／ｄm²ｈであつ
て、第１発明鋼、第２発明鋼の順に従来鋼と比べ
て酸化鉛耐食性の顕著な改善が示されている。こ
のような結果が得られた理由としては、従来鋼の
Ａ鋼では本発明鋼に比べてNi含有量が低く、か
つＳ含有量が高いためであり、Ｂ鋼ではＳ含有量
が高くMn含有量が低いことによる。比較鋼のＣ
〜Ｆ鋼では、いずれもＳ含有量が高く、Ni含有
量が低いか、又はAl含有量が高いためである。
また、第２発明鋼が第１発明鋼よりも高い耐食性
を示しているのは、主としてMo，Nb，Ｖ，Ｗの
含有量の総和が0.1％より低いためである。高温における引張強さは、従来鋼のＡ鋼が19.4
Kgｆ／mm²、Ｂ鋼が13.8Kgｆ／mm²、また比較鋼（Ｃ
〜Ｆ鋼）が19.0〜20.1Kgｆ／mm²であるのに対し
て、第１発明鋼（Ｇ〜Ｊ鋼）が19.6〜20.1Kgｆ／
mm²、第２発明鋼（Ｋ〜Ｎ鋼）が19.9〜20.4Kgｆ／
mm²と従来鋼と比べて若干ではあるが高い値となつ
ている。従来鋼のＢ鋼の高温引張強さが低いの
は、主としてＣおよびMnの含有量が低いためで
ある。硬さについては、従来鋼と変わりなく、ステラ
イトよりはいずれもかなり低い値となつている。
なお、Ｂ鋼は引張強さと同じ理由で硬さも極めて
低い。

Claims

【特許請求の範囲】１重量比にして、Ｃ：0.3〜0.6％，Si：0.5％以
下，Mn：５〜15％，Ｓ：0.005％以下，Ni：８
〜15％，Cr：15〜25％，Ｎ：0.20〜0.45％，Al：
0.01％以下、残部がFe及び不純物元素からなるこ
とを特徴とする酸化鉛耐食性、高温強度の優れた
エンジンバルブ用鋼。２重量比にして、Ｃ：0.3〜0.6％，Si：0.5％以
下，Mn：５〜15％，Ｓ：0.005％以下，Ni：８
〜15％，Cr：15〜25％，Ｎ：0.20〜0.45％，Al：
0.01％以下、残部がFe及び不純物元素からなり、
かつ不純物中のMo，Nb，Ｖ，Ｗの含有量の総和
が0.1％以下であることを特徴とする酸化鉛耐食
性、高温強度の優れたエンジンバルブ用鋼。