[发明专利]高温强度优异的发动机阀用耐热钢

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有优异的高温疲劳强度的发动机阀用耐热钢，特别是涉及一种在汽车用内燃机中使用的发动机阀用耐热钢。

背景技术

以往，在汽车用发动机阀的排气阀用耐热钢中，广泛使用高温强度、耐氧化性优异且廉价的高Mn系耐热钢的21-4N钢(JIS规格：SUH35)及其改良钢。

发动机阀的面部由于与阀座的间断性的接触，要求高的耐磨耗性。因此，在使用了上述21-4N钢或改良钢的阀的面部，通常进行司太立合金等的堆焊，由此补偿在更高温度下的硬度或耐磨耗性。

另外，通过在负荷更高的部位使用的阀材料中含有大量的Ni，使金属间化合物的γ’〔gamma prime)析出，在一部分中使用提高了高温强度的析出强化型耐热合金或超耐热合金的NCF751。但是，这种合金由于含有大量的Ni，存在成本提高等问题。

但是，随着近年来的环境限制强化，由于汽油发动机的高效化、高输出化带来的燃烧温度的高温化，要求比上述的耐热合金更廉价且高温强度优异的阀用耐热钢。

针对这种情况，在日本特开2001-323323号公报(专利文献1)中提案了下述发动机阀的制造方法，即：以廉价的Fe基耐热钢为基础，除C、N、Mn、Ni、Cr以外，适当添加Mo、Nb、V，由此，使用极力抑制了Ni等高价原料的母材，实施1100～1180℃的固溶化热处理后，对于阀形成，通过以700～1000℃的温度区域进行锻造，储存加工形变，实施以形变实效硬化为目标的时效处理，将发动机阀的面部的硬度提高到400HV以上，在高温区域下的使用中也可抑制过实效软化的发动机阀的制造方法。

另外，在日本特开2002-294411号公报(专利文献2)及日本特开平3-177543号公报(专利文献3)中提案了下述发动机阀材料，即：作为高Mn系耐热钢的21-4N钢的改良材料，添加Mo、W、Nb、V等合金元素而实现固溶强化或析出强化，改善了高温强度或耐磨耗性的发动机阀材料。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-323323号公报

专利文献2：日本特开2002-294411号公报

专利文献3：日本特开平3-177543号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

在上述的专利文献1中公开的合金由于以Fe基耐热钢为基础，因此在原材料成本方面优异。但是，在阀的制造工序中需要在原材料内储存形变，并且因要利用氮化物的析出强化所以需要在高温下的固溶化热处理，要求严格的温度管理或制造管理，反而在成本方面的优越性有可能减弱。

另外，在专利文献2及3中公开的合金虽然具备比现有的21-4N钢更优异的高温强度，但是作为适用于近年来的燃烧温度的高温化的发动机阀材料，其强度不足。

本发明的目的在于，通过用Fe基耐热钢实现不比Ni基耐热合金差的高温强度，提供廉价的发动机阀用耐热钢。

用于解决问题的手段

本发明人以Fe基耐热钢为基础，锐意研究了高温强度和各种合金元素的关系的结果发现，除P、Mo、W、Nb、N的添加量之外，通过严格地管理它们的相互关系，可以得到极其良好的高温强度，直至完成了本发明。

即，本发明的高温强度优异的发动机阀用耐热钢，其特征在于，以质量％计，C：0.20～0.50％、Si：1.0％以下、Mn：5.0％以下、P：0.1～0.5％、Ni：8.0～15.0％、Cr：16.0～25.0％、Cu：0.5％以下、Nb：1.0％以下(含0％)、W：2.0％以下(含0％)、Mo：2.0％以下(含0％)、N：0.02～0.30％、B：0.01％以下、余量由Fe及杂质构成，

并且满足以下的关系式：

156.42P(％)+0.91Mo(％)+0.73W(％)-12.27Nb(％)+220.96N(％)+120.59≥170…(1)式

13.70P(％)-6.97Mo(％)-4.32W(％)-3.29Nb(％)+119.10N(％)+27.75≥25…(2)式。

在本发明中，优选的P、Mo及Nb的范围如下。

P：超过0.15％、0.5％以下

Mo：0.03～1.6％

Nb：0.03～0.2％

其中，关于Mo，更优选的范围为0.03～1.0％。

另外，上述的(1)式及(2)式的优选的值为(1)式：185以上、(2)式：30以上。

发明的效果