(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：0.30〜1.2 ％、            Si：1.00％以下、
Mn：1.00％以下、              Cr：12.0〜22.0％、
Co：2.0 〜10.0％
を含み、さらにMo：1.50％以下
を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する多気筒エンジン排気管継手用シーリング材を使用したことを特徴とする多気筒エンジン排気管継手用シールリング。
【請求項２】
質量％で、
Ｃ：0.30〜1.2 ％、            Si：1.00％以下、
Mn：1.00％以下、              Cr：12.0〜22.0％、
Co：2.0 〜10.0％
を含み、さらに、Mo：1.50％以下およびＶ：0.20％以下
を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する多気筒エンジン排気管継手用シーリング材を使用したことを特徴とする多気筒エンジン排気管継手用シールリング。
【請求項３】
前記組成に加えてさらに、質量％で、Ni：1.50％以下を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の多気筒エンジン排気管継手用シールリング。
【請求項４】
質量％で、
Ｃ：0.30〜1.2 ％、            Si：1.00％以下、
Mn：1.00％以下、              Cr：12.0〜22.0％、
Co：2.0 〜10.0％
を含み、さらにMo：1.50％以下
を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する多気筒エンジン排気管継手用シーリング材を使用したことを特徴とする多気筒エンジン排気管継手用バックアップリング。
【請求項５】
質量％で、
Ｃ：0.30〜1.2 ％、            Si：1.00％以下、
Mn：1.00％以下、              Cr：12.0〜22.0％、
Co：2.0 〜10.0％
を含み、さらに、Mo：1.50％以下およびＶ：0.20％以下
を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する多気筒エンジン排気管継手用シーリング材を使用したことを特徴とする多気筒エンジン排気管継手用バックアップリング。
【請求項６】
前記組成に加えてさらに、質量％で、Ni：1.50％以下を含有することを特徴とする請求項４または５に記載の多気筒エンジン排気管継手用バックアップリング。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多気筒エンジン用排気管継手のシーリングに用いて好適な排気管用シーリング材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トラック用ディーゼルエンジンなどのように比較的高出力の多気筒ディーゼルエンジンでは、複数気筒用の排気管が、エンジン長手方向に分割された複数の分割排気管から構成されていることが多い。
図２に、分割排気管の継手部の例を示す。
【０００３】
１はシリンダヘッドであり、図示しないクランクケースに装着されている。シリンダヘッドは、温度変化に基づく熱的伸縮に対処するため、通常は２以上の適切な数気筒毎に分割されて各々クランクケースに装着されている。２ａ、２ｂはエンジンの長手方向に分割されて形成された分割排気管である。隣接する分割排気管２ａ、２ｂは、一方の分割排気管２ａの端部に形成された嵌合孔２１内に、他方の分割排気管２ｂの端部２２が挿入されることにより連結される。
【０００４】
分割排気管２ｂの端部２２の外周面には、リング溝２３が削設される。このリング溝２３は、軸方向に間隔を有して、複数個設けるのがよいとされている。リング溝２３には、シールリング３が嵌装される。
シールリング３は、通常金属材料製とされ、半径方向外方に押圧されて、嵌合孔２１の内周面に弾性的に圧接されている。シールリング３を嵌合孔２１の内周面に弾性的に圧接するには、図３に示すように、▲１▼シールリング３自体に張力を付与する自己張力型と、例えば、図４（ａ）に示すように、▲２▼バックアップリング（エキスパンダリング）３１を使用し、バックアップリング３１に張力を付与しシールリング３を押圧するバックアップ型が考えられている。
【０００５】
しかし、図３、図４（ａ）に示す構成では、シールリング３の外周面と嵌合孔２１の内周面との間のシール性は良好であるが、シールリング３の側面とリング溝２３の側壁面との間のシール性は不十分であり、漏れ排ガス流４ｄとして、漏洩する。図３に示すように、エンジンの各気筒からの排ガス流４の一部は、分割排気管２ｂと２ａのクリアランス５１を通り、排ガス流４ａとなり、さらにリング溝２３の底面２３ａ  とシールリング３との間を通過し、排ガス流４ｂとなる。さらにリング溝２３の側壁面２３ｂ  とシールリング３の側面との間のシール性が不十分の場合には、この間を通過し、クリアランス５２から漏れ排ガス流４ｄとして、排気管外へ流出する。
【０００６】
このような問題に対し、特公平６−６０５７２  号公報には、図４（ｂ）に示すように、内周面を円錐面に形成したシールリングを、断面円形の線材からなるエキスパンダリング３１により押圧することにより、リング溝の側壁面とシールリングの側面との間のシール性を改善した排気管が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図２〜図４に示すようなシールリングや、バックアップリング等のシール部材に使用されるシーリング材としては、従来から、鋳鉄や、耐熱鋼が使用されている。しかしながら、エンジンの高出力化により排ガス温度が上昇し、分割排気管では、５００  〜７００  ℃といった高温環境下に晒される。そのため、上記したいずれのシール構造においても、鋳鉄製や、耐熱鋼製のシールリングやバックアップリングに付与された張力の一部または全部が解放され、シールリング３の外周面と嵌合孔２１の内周面との間のシール性や、シールリング３の側面とリング溝２３の側壁面との間のシール性が低下し、漏れ排ガスが増加するという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記した従来技術の問題を解決し、高温に晒される環境下で使用される場合でも、排気管のシール性が低下しない、多気筒エンジン排気管継手用シーリング材を使用した自己張力型のシールリングや、シールリングに押圧力を付与するために張力付与されるバックアップリングを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、多気筒エンジン排気管継手用シーリング材の張力低下率について各種添加元素の影響を調査した。その結果、Coの添加がシーリング材の張力低下率を著しく小さくすることを見いだした。
本発明の基礎となった実験について説明する。
【００１０】
鋳鉄（3.8 質量％Ｃ−2.5 質量％Si−0.8 質量％Mn−0.5 質量％Ｐ）、耐熱鋼（0.83質量％Ｃ−0.3 質量％Si−0.3 質量％Mn−4.0 質量％Cr−5.0 質量％Mo−2.0 質量％Ｖ−0.02質量％Ｐ）、Co含有鋼（0.9 質量％Ｃ−0.4 質量％Si−0.3 質量％Mn−17.5質量％Cr−1.1 質量％Mo−0.1 質量％Ｖ−3.9 質量％Co）の３種の鋼材から試験片（100 mmφ−２mm厚）を採取し、リングカーブにより張力を付与し、300 〜700 ℃の間の各温度に加熱保持して、５hr経過後の付与した張力の低下率（張力低下率＝（張力低下量）／（付与張力）×100 ％）張力低下率）を求めた。その結果を、図１に示す。
【００１１】
図１から、従来材である鋳鉄では、加熱温度500 ℃で付与した張力が完全に解放されている。また、従来材である耐熱鋼は、鋳鉄にくらべ、張力低下率は少ないが、しかし、加熱温度700 ℃では、張力低下率が70％となっている。これに対し、Co含有鋼は加熱温度700 ℃でも張力低下率が45％と少ない。
このように、Coを添加した鋼材は、高温まで、付与した張力の解放が少なく、高温でのシール性を要求される多気筒エンジン排気管継手のシーリング材として好適であるという知見を得た。
【００１２】
本発明は、上記した知見に基づき構成されたものである。
すなわち、本発明は、質量％で、Ｃ：0.30〜1.2 ％、Si：1.00％以下、Mn：1.00％以下、Cr：12.0〜22.0％、Co：2.0 〜10.0％を含み、さらにMo：1.50％以下を含有し、あるいはさらにNi：1.50％以下を含有し、好ましくはＰ：0.04％以下、Ｓ：0.04％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する多気筒エンジン排気管継手用シーリング材により作製されたことを特徴とする多気筒エンジン排気管継手用シールリングである。
【００１３】
また、本発明は、質量％で、Ｃ：0.30〜1.2 ％、Si：1.00％以下、Mn：1.00％以下、Cr：12.0〜22.0％、Co：2.0 〜10.0％を含み、さらに、Mo：1.50％以下およびＶ：0.20％以下を含有し、あるいはさらにNi：1.50％以下を含有し、好ましくはＰ：0.04％以下、Ｓ：0.04％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する多気筒エンジン排気管継手用シーリング材により作製されたことを特徴とする多気筒エンジン排気管継手用シールリングである。
【００１４】
また、本発明は、上記した各組成を有する多気筒エンジン排気管継手用シーリング材により作製されたことを特徴とする多気筒エンジン排気管継手用バックアップリングである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明で使用する多気筒エンジン排気管継手用シーリング材における成分組成の限定理由について説明する。
Ｃ：0.30〜1.2 ％
Ｃは、組織をマルテンサイト化し、鋼の強度を増加させる元素であり、また炭化物形成元素と結合し炭化物を形成し、強度、とくに高温強度を増加させる。本発明では、高温強度の向上を介し、耐摩耗性、シール性の向上のために0.30％以上含有させる。また、耐腐食性を著しく低下させないために0.6 ％以上含有させるのが好ましい。しかし、1.2 ％を超える含有は、粗大炭化物を形成する傾向が強くなり、靱性、延性を低下させる。このため、Ｃは0.30〜1.2 ％の範囲に限定した。なお、好ましくは耐腐食性の観点から0.7 〜1.0 ％である。
【００１６】
Ｓｉ：１．００％以下
Ｓｉは、鋼に固溶し強度を増加させる元素であり、このため０．１５％以上含有させるのが好ましい。しかし、１．００％を超える含有は、焼入温度が低温側となり、延性が低下する。このため、Ｓｉは１．００％以下に限定した。なお、生産性の観点から好ましくは０．１５〜０．５  ％である。
【００１７】
Ｍｎ：１．００％以下
Ｍｎは、鋼に固溶し強度を増加させるとともに、熱間加工性を増加させる元素であり、このため０．２  ％以上含有させるのが好ましい。しかし、１．００％を超える含有は、ＭｎＳ  が残留し、延性が低下する。このため、Ｍｎは１．００％以下に限定した。なお、生産性の観点から好ましくは０．２５〜０．５  ％である。
【００１８】
Cr：12.0〜22.0％
Crは、鋼の焼入れ性を増加させるとともに、鋼の耐食性を増加させる。また、炭化物形成元素であり、高温強度を増加させる効果を有し、高温でのシール性、耐摩耗性、耐食性を向上させるために重要な元素である。本発明では、多気筒エンジン排気管継手用シーリング材として700 ℃で張力低下率を50％以下とするため、および耐摩耗性を維持するために、Crは、12.0％以上の含有が必要となる。また、22.0％を超える含有は、加工性が低下し、小断面積製品の製造が困難となる。このため、Crは12.0〜22.0％の範囲に限定した。
【００１９】
Co：2.0 〜10.0％
Coは、多気筒エンジン排気管継手用シーリング材の高温での張力低下率を抑えるために、重要な役割を有する元素である。Coの含有量が2.0 ％未満では、張力低下率の抑制が不十分であり、シーリング材のシール性が低下する。一方、10.0％を超える含有は、加工性が低下し生産性が低下するという問題がある。このため、Coは2.0 〜10.0％の範囲に限定した。なお、好ましくは、経済性の観点から2.0 〜4.0 ％である。
【００２０】
Ｍｏ：１．５０％以下
Ｍｏは、鋼の焼入れ性を増加させ鋼の強度を増加させる。また、炭化物形成元素であり、高温強度も増加させる。このため、本発明では、Ｍｏ、を高温強度の増加および、疲労強度の向上を図り、高温でのシール性の低下を抑制する目的で添加する。このためには、少なくとも１．０  ％以上含有するのが好ましい。一方、１．５０％を超える含有は、切削性が低下する。このため、Ｍｏは１．５０％以下に限定した。なお、好ましくは、生産性の観点から  ０．８〜１．３  ％である。
【００２１】
Ｖ：０．２０％以下
Ｖは、Ｍｏと同様、鋼の強度を増加させ、さらに高温強度を増加させる。本発明では、炭化物の増加、硬度の増加、高温でのシール性の低下を抑制する目的で必要に応じ添加できる。このような目的から、好ましくは０．０５％以上、含有させるのが好ましい。しかし、０．２０％を超える含有は、脆化が著しくなるという問題がある。このため、Ｖは０．２０％以下に限定するのが好ましい。なお、好ましくは、延性低下の観点から０．１  〜  ０．１５  ％である。
【００２２】
Ni：1.50％以下
Niは、強度、靱性の増加を目的として、必要に応じ添加できる。しかし、1.50％を超える含有は、窒化性が低下し、表面改質の観点から好ましくない。このため、Niは1.50％以下とするのが好ましい。
本発明で使用する多気筒エンジン排気管継手用シーリング材は、上記した成分以外は残部Feおよび不可避的不純物である。なお、不可避的不純物としては、とくに、Ｐ、Ｓは、Ｐ：0.04％以下、Ｓ：0.04％以下が許容できる。
【００２３】
Ｐ：0.04％以下
Ｐは、強度は増加させるが、延性を著しく低下させる。このため、できるだけ低減するのが好ましい。本発明で使用する多気筒エンジン排気管継手用シーリング材では0.04％まで許容できる。なお、さらに好ましくは0.03％以下である。
Ｓ：0.04％以下
Ｓは、介在物となり、延性を低下させるためできるだけ低減するのが好ましい。本発明で使用する多気筒エンジン排気管継手用シーリング材では0.04％まで許容できる。なお、さらに好ましくは0 .03 ％以下である。
【００２４】
つぎに、本発明で使用する多気筒エンジン排気管継手用シーリング材の製造方法について説明する。
上記した組成の溶鋼を通常公知の溶製方法で溶製し、通常公知の方法で凝固させて素材とする。これら素材を熱間圧延または冷間圧延により線材としたのち、曲げ加工、研磨等を施し、応用除去等の熱処理を施し、さらに切削、研摩等の加工により所望の形状の製品（シールリング、バックアップリング）とする。
【００２５】
熱間加工条件は、とくに限定する必要はない。
熱処理条件としては、所定の特性を得るために、必要に応じ適宜選択できるが、リングカーブを損なうことのないよう歪取処理等を行うのが好ましい。
【００２６】
【実施例】
表１に示す組成の鋼材を使用し、自己張力付与型のシールリング（大きさ：１００  φ×２ｍｍ）を製作し、分割排気管継手部のシール性を６００  ℃、および７００  ℃で評価した。シール性の評価は、張力減退率（＝評価後張力／初期張力）に依った。その結果を表２に示す。
【００２７】
【表１】
0003562986.tif 000002
【００２８】
【表２】
0003562986.tif 000003
【００２９】
本発明例のシール性は、いずれも700 ℃という高温でも低下は少なく、多気筒エンジン排気管継手用シールリング材として有用であることがわかる。これに対し、本発明の範囲を外れる比較例、および従来例では、シール性の低下が著しい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の多気筒エンジン排気管継手用シールリングは、高温に晒される環境下で使用しても多気筒エンジン排気管継手のシール性が低下せず、排気管継手からの漏れガスが顕著に減少するという産業上格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】シーリング材の張力低下率と加熱温度の関係を示すグラフである。
【図２】分割排気管の継手部近傍の構造の１例を示す部分断面図である。
【図３】分割排気管の継手部近傍の構造と漏れ排ガス流の流れを示す模式図である。
【図４】分割排気管のシール構造の例を示す模式図であり、（ａ）は自己張力型のシールリング、（ｂ）はバックアップ型のシールリングの例を示す。
【符号の説明】
１  シリンダヘッド
２ａ、２ｂ  分割排気管
２１    嵌合孔
２２    端部
２３    リング溝
２３ａ  リング溝底面
２３ｂ  リング溝側壁面
３    シールリング
３１      バックアップリング（エキスパンダリング）
４    排ガス流
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ        漏れ排ガス流
５１、５２    クレアランス
【図１】
0003562986.tif 000004
【図２】
0003562986.tif 000005
【図３】
0003562986.tif 000006
【図４】
0003562986.tif 000007