JPS62196356A

JPS62196356A - マルテンサイト系耐熱ステンレス鋼

Info

Publication number: JPS62196356A
Application number: JP3686286A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kumagai; 憲一熊谷; Yasuhisa Fujita; 康久藤田; Kazuo Uno; 宇野　和夫; Hikari Aoyanagi; 光青柳
Original assignee: Toyota Motor Corp; Aichi Steel Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Aichi Steel Corp
Priority date: 1986-02-20
Filing date: 1986-02-20
Publication date: 1987-08-29

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）本発明は、ディーゼルエンジンの予燃焼室等の材料とし
て好適な耐ヒートチェック性、冷間鍛造性、耐酸化性に
優れたマルテンサイト系耐熱ステンレス鋼に関する。

〈従来技術）ディーゼルエンジンの主燃焼室内で効率的に燃焼が行わ
れるように燃焼ガスを吹き込むための予燃焼室は、８０
０℃程度の高温酸化性雰囲気で使用され、かつ繰り返し
加熱、冷却を受け、さらにシリンダーヘッドによる拘束
を受ける等、苛酷な環境下で用いられるため、予燃焼室
用材料としては耐ヒートチェック性、耐酸化性、高温強
度に優れ、かつ熱膨張が小さいことが要求されでいた。

このため、従来予燃焼室用材料としてＮ１．、Ｃｏ基の
超耐熱合金が使用されていたが、これら合金は高価であ
るとともに加工性が悪く、精密鋳造法で作られており生
産性についても劣るものであった。

近年、前記のＮｉ、　Ｃｏ基合金の欠点を解消するだめ
の耐熱鋼として、マルテンサイ［・系の５Ｄ１１６１６
や、５Ｕ１１６１６のＣ，Ｓｉ、　Ｃｒ含有量を増加さ
せた鋼が一部使用されている。

（解決しようとする問題点）しかしながら、前者のＳ［Ｊｌｌ　６１６は、Ｃｏ、１
基合金に比べて耐ヒートチェック性、高温強度が劣るも
のであり、かつ、後者の鋼は高温強度、耐酸化性につい
ては優れてはいるが、耐ヒートチェック性、冷間鍛造性
については満足し得るものではなかった。

このように、従来鋼には８００℃という高温域での使用
に耐える、優れた耐ヒートチェック性、高温強度、耐酸
化性を有し、かつ複雑な形状を有する予燃焼室を冷間で
成形し得る優れた冷間鍛造性を有する耐熱鋼はなかった
。

（問題点を解決するための手段）本発明は、かかる従来鋼の欠点に鑑みてなしたもので、
本発明者等は１１．５〜１４　Ｃｒ　−０，５Ｍｏ鋼に
おいて、耐ヒートチェ／り性、冷間鍛造性、耐酸化性に
及ばず各種合金元素の影響について調査した結果、第１
図より知られるようにＳｉを０．５０％以上含有させる
とともにＶあるいはＷを０．２０％以上含有することに
より耐ヒートチェック性が大幅に向上することを見い出
した。

これはＳｉを０．５０％以上含有させることにより耐酸
化性が向上し、かつＶあるいはＷを０．２０％以上含有
させることにより高温強度の向上と、変態点が上昇した
ことによるものである。

さらに本発明においては、フェライト量を抑制するため
、Ｃｒ、　Ｓｉｓ　Ｍｏ、■等の含有量の上限を抑制し
、高温強度を高めたものであり、またＡｌ、Ｎｂ、Ｔｉ
、　Ｚｒを通量含有させることにより冷間鍛造性をさら
に高めたものである。

本発明はこれらの知見をもとに、Ｓｉｌを０．５〜１．
５％、ＣｒＱを１１．５〜１４．０とするとともにＶ　
０．２０〜１．０％、Ｗ　０．２０〜１．０％のうち１
種以上を含有させることによって、優れた耐ヒートチェ
７り性、冷間鍛造性および耐酸化性を有し、ディーゼル
エンジンの予燃焼室等の耐熱材料として好適なマルテン
サイト系耐熱ステンレス鋼の開発に成功したものである
。

以下に、本発明鋼について詳述する。

第１発明鋼は、重量比にしてｃ　ｏ、ｏｓ〜０．２０％
、Ｓｉ　０．５０〜１．５％、Ｍｎ　１．０％以下、Ｃ
ｒ　１１．５〜１４．０％、Ｍｏ　０．２０〜１．０％
を含有し、さらに■０．２０〜１．０％、Ｗ　０．２０
〜１．０％のうち１種ないし２種を含有させ、残部Ｆｅ
ならびに不純物元素からなり、第２発明鋼は第１発明鋼
にＮｉ　０．２〜１．０％を含有させ、第１発明鋼の高
温強度を向上させたもので、第３発明鋼は第２発明鋼に
Ａｌ　０．１０〜１．０％を含有させ、第２発明鋼の耐
ヒートチェ。

り性、冷間鍛造性、耐酸化性を向上させたものであり、
第４発明鋼は第２発明鋼にＴｉ　０．２５〜２．０％、
Ｎｂ　０．２５〜２．０　、　Ｚｒ　０．２５〜２．０
％のうち１種ないし２種以上を含有させ、第２発明鋼の
冷間鍛造性をさらに向上させたもので、第５発明鋼は第
３発明鋼にＴｉ　０．２５〜２．０％、Ｎｂ　０．２５
〜２．０％、Ｚｒ　０．２５〜２．０％のうち１種ない
し２種以上を含有させ、第３発明鋼の冷間鍛造性をさら
に向上させたものである。

以下に本発明鋼の成分限定理由について説明する。

Ｃはオーステナイト生成元素であるとともにＣｒ、Ｍｏ
、■等と結合して炭化物を形成し、高温強度を向上させ
るために有効な元素であり、この効果を得るには０．０
５％以上含有させる必要がある。

しかし、Ｃを多量に含有させると冷間鍛造性、耐食性を
損うので上限を０．２０％とした。

Ｓｉは脱酸作用を有するとともに耐酸化性を高めるのに
有効な元素であり、この効果を得るには０．５０％以上
含有させる必要がある。

しかし、Ｓｉを多量に含有させると冷間鍛造性を損うた
め上限を１．５％とした。

ＭｎはＳｉと同様に脱酸作用を有する元素である。

しかし、Ｍｎを多量に含有させると耐酸化性が低下する
ので上限を１．０％とした。

Ｎｉはオーステナイト生成元素であるとともに高温強度
を高めるのに有効な元素であり、この効果を得るには０
．２０％以上含有させる必要がある。しかし、１．０％
を超えて含有させると冷間鍛造性を損うとともに変態点
を下げ、耐ヒートチェック性を害するので上限を１．０
％とした。

Ｃｒは耐熱鋼として要求される耐酸化性と耐食性を確保
するために必要な元素であり、少なくとも１１．５％以
上含有させる必要がある。しかし、Ｃｒを多量に含有さ
せると冷間鍛造性を損うとともにフェライト量が増加し
必要な強度が得られなくなるため上限を１４６０％とし
た。

Ｍｏは炭化物を形成し高温強度を高めるために有効な元
素であり、０．２０％以上含有させる必要がある。しか
し、多量に含有させるとフェライト量が増加し強度が低
下するので上限を１．０％とした。

Ｖ、Ｗは炭化物を形成することによって高温強度を高め
るに有効な元素であり、この効果を得るにはＶ、Ｗとも
に０．２０％以上含有させる必要があり下限を０．２０
％とした。

しかし、ＶｌＷを多量に含有させても効果の向上が小さ
く、かつフェライト量が多くなることによって強度が低
下するので上限を１．０％とした。

ＡｌはＡｌ　Ｏの保護皮膜を生成し、耐酸化性を改善す
るとともに変態点を上げ、耐ヒートチェック性を高め、
かつＡｌＮを生成し、Ｎを固定することによって冷間鍛
造性を改善する元素であり、これらの効果を得るには０
．１０％以上含有させる必要があり、下限を０．１０％
とした。

しかし、Ａｌを多量に含有させると、必要以上にＡｔ　
Ｏが増加し、かえって冷間鍛造性を害するので上限を１
．０％とした。

Ｔｌ５Ｎｂ−、ＺｒはＣ，Ｎと結合し、Ｃ，Ｎを固定化
することによって冷間鍛造性を改善する元素であり、い
ずれも０．２５％以上含有させる必要がある。

しかし、７１％　Ｎｂ５Ｚｒを多量に含有させると強度
が低下するので上限を２．０％とした。

（実施例）つぎに本発明鋼の特徴を従来鋼、比較鋼と比べて実施例
でもって明らかにする。

第１表はこれらの供試鋼の化学成分を示すものである。

第１表久貴〜請く凧下会自部下・朱色第１表においてＡ−Ｕ鋼は本発明鋼で、ｖ、ｙ鋼は比較
鋼で、Ｚ鋼は従来鋼で５ｔｉ１１６１６である。

そして、高周波誘導炉で第１表の化学成分を有する供試
鋼を溶解し、２０ｋｇ鋼塊を製造した。第２表は前記鋼
塊を６０φに鍛伸し、１０００℃で１時間加熱したのち
空冷し、ついで７５０°Ｃで２時間加熱した後、空冷し
、切削により試験片を作製し、耐ヒートチェック性を測
定しその結果を示したものである。

試験片として、外径４０φ×高さ８鶴×内径上端８φ、
下端２７φのテーバ穴を有するものを用い、試験条件と
して、高周波加熱装置を使用し、加熱温度を７５０℃、
８５０℃とし、１サイクル３８．５秒で急速加熱−強制
空冷、１００〜１５０℃で水冷という処理を施し、耐ヒ
ートチェック性は面焼きにより試験片のエツジ部に初期
割れが発生するまでの回数で評価した。

斌Ｔ会白第２表ヮＴＧ６　　　　　　　　怖゛丸山ぺ下Ａト白第２表から知られるように、従来鋼であるＺｔＲの初期
割れ発生までの加熱−冷却の繰り返し回数は７５０℃で
、７２回、８５０℃で３５回と耐ヒートチェック性は劣
っており、比較鋼であるｖ、ｗ、ｙ鋼の初期割れ発生ま
での回数は７５０℃で６０〜６６回、８５０℃で３１〜
３４回と従来鋼と同様低いものであった。

これらに対して、本発明鋼であるＡ−Ｕ鋼の初期割れ発
生までの加熱−冷却の繰り返し数は、７５０℃で１００
〜１４４回、８５０℃で５０〜７８回と従来鋼に比べて
７５０℃、８５０℃ともに多い繰り返し数を示しており
、本発明鋼であるＡ−Ｕ鋼は従来鋼に比べて優れた耐ヒ
ートチェック性ををするものである。

また、第３表は前記と同様に容部した２０ｋｇ鋼塊を１
５φに鍛伸し、前記と同一の熱処理を施した後切削加工
によって１０φＸ１５ｍｍ（７）試験片を作製し、耐酸
化性を測定しその結果を示したものである。

試験方法として、前記試験片を磁性ルツボに入れ、大気
中で７５０℃、８５０℃、９５０℃の各温度において２
０１１ｒ連続加熱した後、酸化増量を測定した。

以下余白第３表）＼員へ１ヒく以下粂白第３表より知られるように、従来鋼であるＹ鋼の酸化増
量は７５０℃で０．３３８　ｍｇ／ｃＪＡ、　８５０℃
で６．７９■／ｃｎ［、９５０℃で３２．４■／　ｃｒ
ｌと各温度とも多く、耐酸化性は劣っていた。

また、比較鋼であるＷ、Ｙ鋼の酸化増量については７５
０℃において０．３９１〜０．３７２　ｍｇ／ｃｎｌ、
　８５０℃において８．１９〜７．０２■／−１９５０
℃において３８、９〜３６．　ｋ　／　ｃｄと多く、ｗ
、Ｙ鋼はともに耐酸酸化性については劣るものである。

これらに対して、本発明鋼であるＡ−Ｕ鋼の酸化増量は
７５０℃で０．１９５〜０．１３２　ｒｒｇ／ｃＩＩ！
、　８５０℃で４．６３〜２．９４ｍｇ／ｃｊＡ、　９
５０℃で２０．１〜１２．に／ｃｄと従来鋼に比べて７
５０℃、８５０℃、９５０℃ともに少なく、本発明鋼で
あるＡ−Ｕ鋼は優れた耐酸化性を有するものである。

また、第４表は前記と同一方法で１５φに鍛伸し、９５
０°Ｃで３時間加熱した後、炉冷、し、切削加工によっ
て試験片を作製し、焼なまし硬さと、絞りを測定し、そ
の結果を示したものである。

絞りについては、ＪＩＳｄ号試験片を用いて測定したも
のである。

以下余白第４表攻］蔓へ羊辷くべ下灸白べ下金白第４表から知られるように、従来鋼であるＺ鋼の硬さは
ＨＲ８９１，３と高いものであり、絞りは５４．１％と
低いものであり、従来鋼は冷間鍛造性について劣るもの
である。

また、比較鋼であるＸ鋼の硬さはＨＲＢ９０．７であり
、絞りは５４．５％と従来鋼と同様に冷間鍛造性につい
ては劣るものである。

これらに対して、本発明鋼であるＡ−Ｕ鋼の硬さはＩＩ
ＲＢ８３．８〜７３．２と従来鋼に比べて低いものであ
り、絞りは７４．３〜８９．２％と従来鋼に比べて高い
ものであり、本発明鋼であるＡ　−Ｕ　鋼は従来鋼に比
べて優れた冷間鍛造性ををするものである。

前記のように、従来鋼であるＺ鋼は耐ヒートチェック性
、耐酸化性および冷間鍛造性が劣るものであり、かつ比
較鋼であるＹ鋼は耐ヒートチェック性が、Ｗ、Ｙ鋼は耐
ヒートチェック性、耐酸化性が劣るものであり、さら番
乙Ｘ鋼は冷間鍛造性が劣るものであるのに対して、本発
明鋼であるＡ〜Ｕ鋼はいずれも耐ヒートチェック性、耐
酸化性、冷間鍛造性のいずれについても優れたものであ
る。

（発明の効果）上述のように本発明鋼は、７５０〜９５０℃という高温
域で優れた耐ヒートチェック性、耐酸化性を有するもの
であり、かつ冷間鍛造性についても大幅に改善したもの
であり、本発明鋼はディーゼルエンジンの予燃焼室等の
８００℃前後の高温酸化性雰囲気で使用する材料として
好適なマルテンサイト系耐熱ステンレス鋼であり高い実
用性を有するものである。

【図面の簡単な説明】

図は７５０℃における割れ発生までの繰り返し数とＶ、
Ｗ量との関係を示した線図である。喪裳特許出願人

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量比にして、Ｃ０．０５〜０．２０％、Ｓｉ０
．５０〜１．５％、Ｍｎ１．０％以下、Ｃｒ１１．５〜
１４．０％、Ｍｏ０．２０〜１．０％を含有し、さらに
Ｖ０．２０〜１．０％、Ｗ０．２０〜１．０％のうち１
種ないし２種を含有し、残部Ｆｅならびに不純物元素か
らなることを特徴とするマルテンサイト系耐熱ステンレ
ス鋼。
（２）重量比にして、Ｃ０．０５〜０．２０％、Ｓｉ０
．５０〜１．５％、Ｍｎ１．０％以下、Ｎｉ０．２０〜
１．０％、Ｃｒ１１．５〜１４．０％、Ｍｏ０．２０〜
１．０％を含有し、さらにＶ０．２０〜１．０％、Ｗ０
．２０〜１．０％のうち１種ないし２種を含有し、残部
Ｆｅならびに不純物元素からなることを特徴とするマル
テンサイト系耐熱ステンレス鋼。
（３）重量比にして、Ｃ０．０５〜０．２０％、Ｓｉ０
．５０〜１．５％、Ｍｎ１．０％以下、Ｎｉ０．２０〜
１．０％、Ｃｒ１１．５〜１４．０％、Ｍｏ０．２０〜
１．０％、Ａｌ０．１０〜１．０％を含有し、さらにＶ
０．２０〜１．０％、Ｗ０．２０〜１．０％のうち１種
ないし２種を含有させ、残部Ｆｅならびに不純物元素か
らなることを特徴とするマルテンサイト系耐熱ステンレ
ス鋼。
（４）重量比にして、Ｃ０．０５〜０．２０％、Ｓｉ０
．５０〜１．５％、Ｍｎ１．０％以下、Ｎｉ、０．２０
〜１．０％、Ｃｒ１１．５〜１４．０％、Ｍｏ０．２０
〜１．０％を含有し、さらにＶ０．２０〜１．０％、Ｗ
０．２０〜１．０％のうち１種ないし２種と、Ｔｉ０．
２５〜２．０％、Ｎｂ０．２５〜２．０％、Ｚｒ０．２
５〜２．０％のうち１種ないし２種以上を含有させ、残
部Ｆｅならびに不純物元素からなることを特徴とするマ
ルテンサイト系耐熱ステンレス鋼。
（５）重量比にして、Ｃ０．０５〜０．２０％、Ｓｉ０
．５０〜１．５％、Ｍｎ１．０％以下、Ｎｉ．０．２０
〜１．０％、Ｃｒ１１．５〜１４．０％、Ｍｏ０．２０
〜１．０％、Ａｌ０．１０〜１．０％を含有し、さらに
Ｖ０．２０〜１．０％、Ｗ０．２０〜１．０％のうち１
種ないし２種と、Ｔｉ０．２５〜２．０％、Ｎｂ０．２
５〜２．０％、Ｚｒ０．２５〜２．０％のうち１種ない
し２種以上を含有させ、残部Ｆｅならびに不純物元素か
らなることを特徴とするマルテンサイト系耐熱ステンレ
ス鋼。