JPS6389645A - 弁用鋼 - Google Patents

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］ 本発明は有鉛ガソリンに対する耐腐食性、耐摩耗性に優
れた弁用鋼に関する。ここで弁用鋼とは、自＃車等の内
燃機関に用いられる吸気弁、排気弁等を構成する材料で
ある。

［従来の技術］ 自動車等の内燃機関の燃料にはガソリン系が高い比率で
使用され、国内的には無鉛ガソリンにほぼ移行した。し
かし国外では、有鉛ガソリンの使用が認可されており、
輸出用型では有鉛ガソリン仕様のエンジンが搭載されて
いる。この場合エンジンのバルブは、ガソリン燃料中に
含まれる鉛（Ｐｂ）による腐食に起因する摩耗が発生す
るために、バルブフェース面にステライト系の異種金属
を溶着して用いられることが多い。特に高負荷エンジン
では、弁用鋼として通常５（ＪＨ３５系合金が使用され
、この表面にステライト（＾Ｃｏ−高Ｏｒ合金）の肉盛
りが行われている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記従来の有鉛ガソリン仕様エンジンのバルブでは、ス
テライト合金が使用されているが、ステライト合金は多
量のコバルト（ＣＯ）を含有しており、ｃｏの原料供給
事情が不安定であるという問題があった。またバルブフ
ェース面にステライト合金を肉盛りする工程が増えるた
め、製造工程が複雑化し、生産コストも上昇するという
問題点があった。

本発明は上記した問題点に鑑みなされたものであり、そ
の目的は鉄基で有鉛ガソリンに対する耐腐食性、耐摩耗
性に優れた弁用鋼を捉供することにある。

し問題点を解決するための手段］ 本発明者は、有鉛ガソリン対応の耐ＰｂＯ性の良好な材
料を得んとして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
．５０％、珪素が０．４０％以下、マンガンが５．０〜
１５．０％、ニッケルが５．０〜１５．０％、クロムが
１８，０〜２７．０％、モリブデン及びタングステンの
少なくとも一種が０゜５〜２．０％、ニオブ及びバナジ
ウムの少なくとも一種が０．１〜１．０％、コバルトが
５．０％以下、窒素が０．３５〜０．５５％、および不
可避の不純物が含まれ、残部鉄の合金からなることを特
徴とする有鉛ガソリンに対する耐腐食性、耐摩耗性に優
れたものである。

本発明の弁用鋼は、時効によって炭窒化物等を組織中に
析出させ、これによって機械的性質が強化される合金で
ある。

本発明において炭素は窒素と作用して炭窒化物を生成し
て、組織を強化する為に不可欠である。

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０．２５〜０．５０％にする必要があ
る。

珪素は耐酸化鉛性に非常に有害な元素であり、含有量は
少ない事が望ましいが溶解時の脱酸剤として有効なので
必要最低限の添加が望ましく０゜４０％以下とした。

マンガンはオーステナイトを安定化させ、高価なニッケ
ルの代替元素として作用する。マンガンは有鉛ガソリン
燃料時に生ずる酸化鉛に対し有効に作用し、最低限５％
必要である。但し１５％を越えると高温の耐酸化性が劣
化する。ニッケルはオーステナイト生成元素で最低５％
は必要で、１５％以上では強度が低下する。

クロムは弁用鋼の耐腐食性向上に不可欠な元素で、最低
限１８％必要である。但し２７％を越えるとシグマ相が
多量に析出して脆くなる。

モリブデン、タングステンは基地に固溶すると同時に一
部炭窒化物を形成して高温の強度を維持する。そのため
モリブデン及びタングステンの少なくとも一種は最低限
０．５％が必要であり、２゜０％で効果は飽和する。

ニオブとバナジウムは微細な炭窒化物を形成し、オース
テナイトの結晶粒粗大化を防止して、高温強度の低下に
有効に作用する。そのためニオブ及びバナジウムの少な
くとも一種は０．１〜１．０％にする必要がある。

コバルトは、本発明合金の中で特に顕著な作用をもたら
す元素で耐ＰｂＯ性の向上に寄与する。

コバルトは、添加量に比例して上記効果を発揮するが、
５％以上では効果が飽和する。

窒素は炭素と作用して炭窒化物を形成して高温の強度を
維持する。そのため窒素は最低限０．３５％必要である
。但し０．５５％以上は本発明合金に固溶しない。

本発明の弁用鋼は上記した主要元素と不可避の不純物と
残部Ｆｅから構成される合金である。

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、大気溶解炉にて溶解精錬後、造塊し、鍛造、圧延で
所定の棒鋼を製造する。次に棒鋼を１１００℃にて１５
分から６０分保持した後水冷する。この処理は固溶化処
理であり、炭窒化物を地に固溶させるために行う。そし
て水冷した後再び７５０℃に加熱して４時間保持しその
後空冷する。

し発明の効果〕 本発明の弁用鋼は、耐腐食性（耐ＰｂＯ性）、耐摩耗性
に優れたものである。従って有鉛ガソリン仕様エンジン
の弁フェースに使用した場合でも、摩耗量が少ないもの
となる。即ちＰｂＯ腐食量は９２０℃ＸＩＨで１００ｍ
Ｑ／ａ１−　Ｈ以下、ＪＩｓ−３ＵＨ３５系合金の約半
分であり、高ｃ。

−高Ｃｒ系のステライトＮ００６とほぼ同等の値を示す
。しかして、有鉛ガソリン仕様の排気弁用鋼として、肉
盛りをしなくても使用出来る。

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３ｋＱのインゴットをつくり、鍛
造、圧延によって７種類の試料を作製した。７種類の試
料の合金組成は第１表に示す。ここで試料Ｎ００１〜Ｎ
００３は本発明品であり、試料Ｎｏ、４〜Ｎｏ、７は比
較例である。比較例のうち試料Ｎｏ、６は従来弁用鋼と
して用いられているＪ　ｌ５−８ＵＨ３５系合金であり
、又試料Ｎｏ、７はステライト合金Ｎｏ、６である。

そして第１表に示す組成の各試料を約１１ｏＯ℃に３０
分保持した後水冷した。次に再び７５０℃に加熱して４
時間保持した後空冷した。

まず本発明品及び比較例を用いて耐Ｐｂｏ腐食試験を行
った。試験方法は、アルミナルツボ中に一酸化鉛を９２
０℃に加熱し、φ１０ｘｌＯＪの各試料を１時間浸漬し
腐食減量を測定した。結果を第２表に示す。

本発明品である試料Ｎ０１１〜Ｎｏ、３の場合ＰｂＯ腐
食減回は８０〜１００ｍｇ／ｃｍ２−Ｈであり、これに
対し試料Ｎｏ、６の場合には２３０ｍＱ／Ｃ１１ｚ−Ｈ
と大きかった。試料Ｎ０９７は５０ｍΩ／Ｃ１・Ｈであ
り、本発明品は、ステライト合金ＮＯ３６に匹敵する腐
食減量である。

本発明品を排気弁に成形し、有鉛ガソリン仕様エンジン
にて実機評価を行った。試験条件は回転数６６０Ｏｒｐ
ｍ、２００ｈｒｔ’あり、排気弁の作動温度は７８０〜
８３０℃であった。試験の結果を図に示す。

試験後のバルブフェース摩耗量は、本発明品では平均１
５μｍ〜２５μｍ１比較材の５ＵＨ３５系合金では平均
４０μｍ１肉盛りパルプ（ＳＵＨ３５系合金にステライ
ト合金Ｎ０８６を溶着）では平均１０μｍであった。

図に示すバルブフェース摩耗量と耐ＰｂＯ性とは明らか
に相関が認められ、耐ＰｂＯ性の向上により耐摩耗性の
向上が計られる。よって本発明品は十分な耐摩耗性を有
しており、バルブフェースに肉盛りを行わなくとも有鉛
燃料用のバルブとしての性能を確保出来る。

次に本発明品および比較例を用いて熱間疲労強度を調べ
た。試験温度は８５０℃とし、試験方法は小野式回転曲
げ疲労試験により行なった。試験結果を第３表に示す。

（以下余白） 第　　２　　表　　　　　　　９２０℃に於（プる耐Ｐ
ｂｏ性第　　３　　表　　　　　８５０℃に於ける熱間
疲労強度本発明品である試料Ｎｏ、１〜Ｎ００３の場合
いずれも１５ｋＯｆ／ｍｓ２以上であった。この値は汎
用弁用鋼であるＪＩＳ−８ＵＨ３５系合金と同等以上で
ある。

【図面の簡単な説明】

図はｐｂｏ＊食減量とバルブフェース摩耗量との関係を
示すグラフである。 特許出願人　　　トヨタ自動車株式会社同　　　　　東
北特殊鋼株式会社 同　　　　　愛三工業株式会社 代理人　　　　弁理士　大川　宏 同　　　　　弁理士　丸山明夫

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で炭素が０．２５〜０．５０％、珪素が０
   ．４０％以下、マンガンが５．０〜１５．０％、ニッケ
   ルが５．０〜１５．０％、クロムが１８．０〜２７．０
   ％、モリブデン及びタングステンの少なくとも一種が０
   ．５〜２．０％、ニオブ及びバナジウムの少なくとも一
   種が０．１〜１００％、コバルトが５．０％以下、窒素
   が０．３５〜０．５５％、および不可避の不純物が含ま
   れ残部鉄の合金からなることを特徴とする有鉛ガソリン
   に対する耐腐食性、耐摩耗性に優れた弁用鋼。
2. （２）９２０℃で１時間保持したときの耐酸化鉛腐食減
   量は１００ｍｇ／ｃｍ＾２・Ｈ以下である特許請求の範
   囲第１項記載の弁用鋼。
3. （３）８５０℃に於ける疲労強度は１５ｋｇｆ／ｍｍ＾
   ２以上である特許請求の範囲第１項記載の弁用鋼。