KR101473204B1 - 노즐 베인식 터보과급기의 배기 가이드 부품 - Google Patents

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Abstract

터빈에 흐르는 배기의 속도를 엔진 회전수에 따라서 변화시키기 위한 노즐 베인을 구비한 터보과급기에서, 상기 노즐 베인을 구성하기 위한 부품으로서 또한 상기 터빈에 배기를 유도하기 위한 배기 가이드를 구성하고 있는 부품이 질량%로, C:0.08% 이하, Si:2.0 내지 4.0%, Mn:2.0% 이하, Ni:8.0 내지 16.0%, Cr:18.0 내지 20.0%, N:0.04% 이하를 함유하고, 또한 다음의 식, DE값=Cr+1.5Si+0.5Nb+Mo-Ni-0.3Cu-0.5Mn-30(C+N)에 따른 DE값이 5.0 내지 12.0을 만족하도록 이들의 성분을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 오스테나이트계 스테인레스강으로 제작되어 있는 것을 특징으로 하는 노즐 베인식 터보과급기의 배기 가이드 부품이다.
터빈, 노즐 베인, 터보과급기, 배기 가이드, 오스테나이트계 스테인레스강, 배기 가이드 부품

Description

노즐 베인식 터보과급기의 배기 가이드 부품{Exhaust guide part of turbocharger with nozzle vane}
본 발명은, 터빈에 흐르는 배기의 속도를 엔진 회전수에 따라서 변화시키는 노즐 베인을 구비한 터보과급기에 있어서, 그 노즐 베인을 구성하기 위한 부품으로서 또한 상기 터빈에 배기를 유도하기 위한 배기 가이드를 구성하고 있는 배기 가이드 부품에 관한 것이다.
터보과급기에는 웨스트게이트식과 노즐 베인식이 잘 알려져 있다. 웨스트게이트식 터보과급기는 엔진의 출력 개선을 주체로 하였지만, 노즐 베인식 터보과급기는 출력 개선은 물론이거니와 또한 배기가스의 클린화에도 기여하기 때문에, 최근에는 특히 디젤엔진에도 탑재되게 되었다. 후자의 노즐 베인을 구성하기 위한 부품으로서, 터빈에 배기를 유도하기 위한 배기 가이드를 구성하는 부품은 주로 스테인레스강판 예를 들면 SUS310S 등의 내열강판을 사용하여 제작되었다. 특수한 예로서는, 특허문헌 1에는 고크롬 고니켈재에 의해 이와 같은 배기 가이드 어셈블리를 정밀 주조와 절삭 가공을 거쳐서 제작하는 발명이 기재되어 있다.
도 1에 노즐 베인식 터보과급기의 배기 가이드를 구성하는 부품의 일례를 분해도로 도시하였다. 이들은 드라이브 링(1), 드라이브 레버(2), 중간 노즐링(3), 노즐 베인(4) 및 외측 노즐링(5) 등이 있고, 노즐 베인(4)은 이것을 구성하는 복수의 베인(6)과 각 베인(6)을 지지하는 베인축(7)으로 이루어져 있다. 상기 부품 1 내지 5는 동심적으로 조립되어 터보과급기의 터빈 상류측에 설치되지만, 그 조립품은 노즐 베인(4)의 중앙 개구(8)를 통하여 터보과급기의 터빈에 배기를 유도하는 배기 가이드를 형성한다. 노즐 베인(4)의 각 베인(6)은 이들의 축(7)이 일제히 동일 방향으로 축 주위가 회전운동함으로써, 그 회전운동의 정도에 따라서 베인(6)으로 둘러싸이는 중앙 개구(8)의 개구 면적(개방도)을 증감시킨다. 엔진의 회전수가 낮을 때는 배기량도 적고 배기압도 낮지만, 이 상황에서는, 중앙 개구(8)의 개구 면적이 좁아지고, 회전수가 증가하여 배기량이 증가하면, 개구 면적이 넓어지도록 작동한다. 따라서, 터빈에 보내지는 배기의 속도가 이러한 노즐 베인을 갖고 있으면, 노즐 베인을 가지지 않는 경우와 비교하여, 엔진의 회전수에 따라서 회전수가 낮을 때에는 크고, 높을 때에는 작아지도록 작동한다.
이들의 부품은 부품마다 그들에 요구되는 재료 특성이 다음과 같이 다르다.
〔드라이브 링(1)과 드라이브 레버(2)〕
이들 부품은 액추에이터와 연동하여 노즐 베인의 개방도를 정밀도 좋게 조절시키기 위한 것으로, 통상은 프레스로 뚫어 제조되지만, 천공면이 모두 전단(剪斷)파면이 되는 파인 블랭킹(fine blanking)성(정밀 천공 가공성)이 요구된다. 또한, 사용환경에서는 온도가 500℃ 정도로 상승하기 때문에, 중온 영역의 고온 강도가 중요해진다.
〔중간 노즐링(3)과 외측 노즐링(5)〕
이들은 양자 모두 베인축(7)을 원활하게 회전시키기 위한 위치 결정용 구멍을 갖는다. 또한 외측 노즐링(5)에서는 터빈의 형상에 맞춘 형상으로의 구멍 확대 가공(버링 가공)부를 중앙 개구부에 갖는다. 따라서, 절삭성이나 프레스 성형성이 양호한 것이 요구된다. 그리고, 이들은 배기가스의 유도를 겸하는 부재이기도 하기 때문에, 약 800℃의 고온하에서 노출시켜도 양호한 고온 강도와 내산화성을 구비하는 것이 요구된다.
〔노즐 베인(4)〕
노즐 베인(4)은 배기가스 경로의 개구 면적을 컨트롤하는 것이다. 이 때문에 통류하는 배기 가스에 상시 노출되고, 부품 중에서 가장 높은 온도(800 내지 900℃)에도 노출된다. 따라서, 배기가스의 맥동 압력에 견딜 수 있기 위한 고온 강도와, 고온하에서도 원활하게 가동하기 위한 내고온 산화성이 요구된다. 이 요구 특성으로부터, 일반적으로는 SUS310S 등의 내열강판이 적용되지만, SUS310S 강판은 가공성이 부족하다.
이와 같이, 노즐 베인식 터보과급기의 배기 가이드 부품은 부품마다 요구되는 재료 특성이 다르기 때문에, 부품마다 다른 강종류를 사용하고, 또한 성형방법도 다른 공정을 갖는 것이 통상적이다. 그러나, 다른 재료로 이루어지는 부품으로 노즐 베인을 갖는 배기 가이드 어셈블리를 조립하면, 부품간에서 열팽창 계수의 차이나 생성하는 산화 스케일의 정도의 차이에 의해서, 노즐 베인식 터보과급기의 본래의 기능인 배기가스 경로의 개구 면적의 원활한 개방도 조절에 지장을 초래할 우려가 있다. 배기 가이드 부품을 모두 동일한 재료(강종류)를 사용하여 제조하면 이 문제는 해결할 수 있지만, 상기한 바와 같은 개별의 특성을 동시에 또한 충분히 만족시킬 수 있는 재료는 발견되지 않는다. 이 때문에, 각각의 요구 특성을 만족하는 재료로 각 부품을 제조하고 있는 것이 실상이다.
특허문헌 1에는, Pb, Se, Te를 함유한 특수한 고크롬 고니켈의 내열강으로부터 로스트 왁스 주조법을 사용하여 터보과급기의 배기 가이드 어셈블리를 제조하는 발명이 기재되어 있다. 이 발명에서는, 주된 가공은 절삭이나 연마이기 때문에, 강의 성형 가공을 생략할 수 있고, 이 때문에, 강에 요구되는 성형 가공성의 문제는 회피할 수 있다. 그러나, 이 강은 특수한 첨가 원소를 포함하고 또한 정밀 주조를 채용하기 때문에, 특수한 제조 프로세스가 되어, 범용의 제조라인으로 배기 가이드를 제조하는 것과 비교하면 양산성이 결여되고 또한 비용이 증가될 수 밖에 없게 된다. SUS31OS의 강판을 사용하는 경우에는, 더 한층 내고온 산화성이 요구되는 부품에 대해서는 그 강에 크로마이징 처리(강의 표면에 크롬을 확산 침투시키는 처리) 등의 표면 처리를 실시하는 것도 유익하지만, 제조공정이 커져, 코스트 상승이 될 수밖에 없다는 문제가 있다. 이러한 크로마이징 처리로서는 특허문헌 2에 기재된 것이 있다.
특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 2002-332862호
특허문헌 2 : 일본 공개특허공보 제(평)6-10114호
본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하는 것을 과제로 한 것으로, 양호한 내고온 산화성 및 고온 강도를 갖는 터보과급기의 배기 가이드 부품을 동일한 스테인레스강 강판으로 제조성 좋게 제조할 수 있도록 하고, 저가로 내구성이 우수한 배기 가이드 부품을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명에 의하면, 터빈에 흐르는 배기의 속도를 엔진 회전수에 따라서 변화시키기 위한 노즐 베인을 구비한 터보과급기에 있어서, 상기 노즐 베인을 구성하기 위한 부품으로서 또한 상기 터빈에 배기를 유도하기 위한 배기 가이드를 구성하고 있는 부품이, 질량%로, C:0.08% 이하, Si:2.0 내지 4.0%, Mn:2.0% 이하, Ni:8.0 내지 16.0%, Cr:18.0 내지 20.0%, N:0.04% 이하를 함유하고, 또한 하기 식에 따른 DE값(식 중의 원소기호는 강 중의 그 성분의 함유량(질량%)을 도시한다)이 5.0 내지 12.0을 만족하도록 이들의 성분을 함유하고,
DE값=Cr+1.5Si+0.5Nb+-Mo-Ni-0.3Cu-0.5Mn-30(C+N),
잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 오스테나이트계 스테인레스강으로 제작되어 있는 것을 특징으로 하는 노즐 베인식 터보과급기의 배기 가이드 부품을 제공한다.
여기에서, 상기 오스테나이트계 스테인레스강은 Nb와 Ti의 1종 또는 2종을 합계 0.05 내지 1.0 질량%, Mo와 Cu의 1종 또는 2종을 합계 0.50 내지 5.0 질량%, 또한, REM(Y를 포함하는 희토류 원소)과 Ca의 1종 또는 2종을 합계 0.01 내지 0.20질량을 함유할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배기 가이드 부품은 도 1에 예시한 바와 같은 드라이브 링, 드라이브 레버, 노즐링, 노즐 베인의 베인과 그 축의 적어도 1종일 수 있다.
본 발명의 노즐 베인식 터보과급기의 배기 가이드 부품은 특수한 제조법이나 처리를 실시하지 않아도 제작할 수 있고, 내고온 산화성이 양호하고, 고온 강도 및 고온 슬라이딩성(고온 내마모성)도 양호하다.
도 1은 터보과급기의 배기 가이드를 그것을 구성하는 부품으로 분해하여 도시한 분해도.
노즐 베인식 터보과급기의 배기 가이드 부품에는 상기한 바와 같은 특성이 요구되지만, 배기가스에 접하는 부분에서는 고온 강도 및 고온 산화 특성과 같은 내열성이 필요하고, 덧붙여 각 부품에는 그 기능에 따라서 다음과 같은 개별 특성이 필요하게 된다.
노즐링에서는 필요한 구멍 확대 가공성을 유지하기 위해 적절한 가공 경화 특성이 필요하게 된다. 노즐 베인의 베인에서는 윙 형상의 형상을 만들어내기 위한 냉단(冷鍛) 가공이 실시되기 때문에 뛰어난 연성(延性)이 필요하게 된다. 드라이브 링과 드라이브 레버에는 고온에서의 슬라이딩성이 양호해야만 한다.
이러한 여러가지 요구에 대하여 스테인레스강을 적용한 경우에, SUS304로 대표되는 준안정형 오스테나이트계 스테인레스강에서는 천공의 가공을 실시하면 가공면에 가공 유기 마르텐사이트가 생성되고, 그 후에 구멍 확대 가공 등을 실시하면 천공 끝면보다 균열이 발생하기 쉬워진다. 이 때문에, 천공 가공 후의 가공성(버링(burring) 가공성)이 떨어진다. 한편, SUS310S로 대표되는 안정형 오스테나이트계는, 변형 중에 가공 유기 마르텐사이트가 생성되지 않기 때문에, 상기 준안정형 의 오스테나이트강과 비교하여 버링 가공성은 우수하지만, 균일 신장이 떨어진다. 이 때문에, 우수한 구멍 확대성은 얻을 수 없다. 또한, 노즐 베인에 요구되는 냉단성에 있어서도 같은 경향이 있고, 상기한 바와 같이 가공 유기 마르텐사이트의 생성이 현저한 강종류나, 균일 신장이 떨어지는 강종류에서는 소성 유동성이 떨어지기 때문에 노즐 베인의 제조에는 적합하지 않다.
본 발명자 등은 이러한 문제를 해결하기 위해서 여러가지의 시험검토를 하였다. 그 결과, 우선 안정형 오스테나이트계 스테인레스강에 Si를 2.0 내지 4.0 질량% 첨가하는 것으로 소재의 연질화를 유지할 수 있고, 게다가 적절한 가공 경화 특성을 얻을 수 있고, 그리고 신장이 증가하는 동시에 구멍 확대율도 향상되기 때문에 배기 가이드 부품의 제작에 적합한 것을 알았다. 적량의 Si를 첨가함으로써 적층 결함 에너지가 내려가기 때문에, 안정형 오스테나이트계 스테인레스강에 있어서도 가공 경화지수가 상승하는 것이 그 주된 이유이다. 또한, 이러한 Si 첨가는 드라이브 링 및 드라이브 레버에 요구되는 고온에서의 슬라이딩성도 개선되는 것을 알았다. Si 첨가강은 고온에서의 산화 스케일의 생성량이 적고, 생성한 경우에도 내(耐) 박리성이 우수한 스케일을 형성하기 때문에, 슬라이딩에 의한 스케일 박리나 마모가 적고, 우수한 고온 슬라이딩성을 유지할 수 있기 때문이다.
또한, 이와 같은 종류의 스테인레스강에 대한 Nb, Ti, Mo, Cu, REM 및 Ca의 첨가는 고온 강도나 고온 산화 특성 등을 개선할 수 있지만, Si 첨가와의 균형으로 적정하게 첨가시키는 것이 필요하다는 것을 알았다. 즉, 안정형 오스테나이트계에 대한 Si 첨가는 고온역에 있어서 δ페라이트상의 생성을 촉진시키지만, 적절한 δ 페라이트상의 생성은 열간 가공성을 개선할 수 있지만, 과잉의 생성은 반대로 열간 가공성을 저하시켜 이어 노치(ear notch) 등이 발생하기 쉽고, 제조성을 현저히 저하시킨다. Si 첨가에 근거하는 이 문제는 하기 식에 따른 DE값이 5.0 내지 12.0의 범위에 들어가도록, 이들의 원소를 함유시키는 것으로 해결할 수 있고, 양호한 열간 가공성을 유지할 수 있는 것을 알았다. 식 중의 원소기호는 강 중의 그 성분의 함유량(질량%)을 나타낸다. DE값=Cr+1.5Si+0.5Nb+Mo-Ni-0.3Cu-0.5Mn-30(C+N).
본 발명은 이러한 지견사실에 근거하여 이루어진 것으로, 양호한 내고온 산화성 및 고온 강도를 갖는 터보과급기의 배기 가이드 부품을 각 부품에 요구되는 재료 특성을 동시에 만족할 수 있도록 동일 강종류로 제조성 좋게 제작 가능하게 한 것이다. 이와 같이, 배기 가이드의 부품의 모두에 적용 가능한 성질을 갖는 강의 성분 조성을 밝힌 점에 본 발명의 특징이 있다. 강 중 성분의 함유량 한정의 이유의 개요를 설명하면, 다음과 같다.
C는 오스테나이트 생성 원소이고, 강의 고온 강도를 상승시킨다. 그러나, 노즐 베인식 터보과급기의 배기 가이드 부품의 사용환경에서는 C가 0.08 질량%를 초과하면 그 환경하에서의 고온역에서 탄화물을 형성하기 쉽고, 탄화물이 생성되면 고온 강도가 저하되어 버린다. 따라서, C량은 0.08 질량% 이하, 바람직하게는 0.06 질량% 이하로 한다.
Si는 상기한 바와 같이 본 발명에 있어서 중요한 역할을 하는 강 성분이고, Si를 강에 첨가하면 구멍 확대성 및 고온 산화 특성이 개선된다. 이를 위해서는, 적어도 2.0 질량% 이상의 첨가가 필요하지만, 지나친 첨가는 오스테나이트상의 안 정성을 손상시키는 동시에, 반대로 가공성을 악화시킨다. 따라서, Si량은 2.0 내지 4.0 질량%로 한다.
Mn은 2.0 질량%를 넘어 강에 첨가하면 배기 가이드 부품의 사용환경에서의 고온역에서 발생하는 산화 스케일량이 증대하여 상기 부품의 기능을 저하시킨다. 따라서, Mn 함유량은 2.O 질량% 이하로 한다.
Ni는 오스테나이트상을 안정화시키는 원소이고, 이를 위해서 적어도 8.0 질량%를 함유시키지만, 고가이고, 또 지나치게 첨가하면 적절하게 필요한 δ페라이트량을 저하시키기 때문에, Ni량은 8.0 내지 16.0 질량%로 한다.
Cr은 고온에서의 내산화 특성을 안정시키기 때문에, 적어도 18.0 질량% 함유시키는 것이 필요하다. 그러나, 지나치게 첨가하면 제조성을 손상시키는 동시에 δ페라이트량을 지나치게 증대시킨다. 따라서, Cr량은 18.0 내지 20.0 질량%로 한다.
Ti와 Nb는 모두 강 중의 C나 N을 탄질화물로서 고정하고, 이들의 탄질화물이 강 중에 미세하게 분산 석출하는 것으로 강의 고온 강도를 상승시키지만, Ti와 Nb가 지나치게 첨가되면 강의 열간 가공성이나 표면 품질 특성을 저해시킨다. 따라서, 이들의 원소의 1종 또는 2종을 합계 0.05 내지 1.0 질량% 함유시키는 것이 좋다.
Mo와 Cu는 고온 강도 및 고온 습윤하에서의 내산화 특성을 향상시키지만, 과잉의 첨가는 열간 가공성을 저해시킨다. 따라서, Mo와 Cu의 1종 또는 2종은 합계 0.50 내지 5.0 질량% 함유시키는 것이 좋다.
REM(Y를 포함하는 희토류 원소)과 Ca는 고온에서의 입계 산화를 억제하여, 산화 스케일의 박리성을 개선하는 작용을 갖지만, 지나치게 첨가하면 열간 가공성을 저해시킨다. 따라서, REM과 Ca의 1종 또는 2종은 합계 0.01 내지 0.20 질량% 함유시키는 것이 좋다.
이러한 강의 성분 함유량에 있어서, 본 발명에서는 상기 식에 따른 DE값이 5.0 내지 12.0이 되도록 이들의 성분 함유량을 조절하는 것이지만, 이 DE값을 상기한 범위로 조절함으로써, Si를 첨가한 경우에도 양호한 열간 가공성을 유지할 수 있다. 일반적으로 안정형 오스테나이트계강은 열간 압연의 가열온도에 있어서 오스테나이트 단상으로 하면 고온에서의 변형능이 저하되어, 열연(熱延)시에 이어 노치 등이 발생하여, 제조성이 저하된다. 이것을 회피하기 위해서는, 열연 온도로 소량의 δ페라이트상이 생성하는 성분조절을 하는 것이 유익하다. 그러나, 그 경우, δ페라이트상의 생성이 지나치게 적어도, 반대로 지나치게 많아도 열간 가공성이 나빠진다. 본 발명자 등은, 후기한 실시예에 개시한 바와 같이, DE값이 5.0 내지 12.0이면 Si 첨가에 의해서 δ페라이트상의 생성이 촉진되는 경향을 갖는 본 발명에 따른 강에 있어서 양호한 열간 가공성을 유지할 수 있다는 것을 발견하였다. 즉, 적량의 Si 첨가와 DE값의 적정범위의 선정에 의해서, 배기 가이드 부품에 요구되는 가혹한 요구 특성을 동시에 갖는 강을 제조성 좋게 제조할 수 있도록 한 점에 본 발명의 하나의 특징이 있다.
실시예
표 1에 공시한 강(供試鋼)의 화학 성분치 및 DE값을 나타냈다. 이들 강은 30kg의 진공 용해로 용제하고, 얻어진 강 덩어리는 모두 φ15mm의 둥근 막대와 두 께 30mm의 판으로 단조하였다. 얻어진 둥근 막대는 1100℃의 용체화 처리를 실시하였다. 얻어진 단조판은 열간 압연으로 두께 4mm의 열연판으로 하고, 그 열연판으로부터 2종의 시험용 강판을 제조하였다. 한쪽은 상기 열연판을 소둔(燒鈍)한 후, 두께 1.5mm까지의 냉간 압연하여, 최종 소둔을 실시하여 냉간 압연 소둔판으로 하였다. 열연 조건과 소둔 조건은 다음과 같다. 열연 온도:1200℃, 열연판 소둔:1100℃×균열(均熱) 60초, 최종 소둔:1100℃×균열 30초. 다른쪽의 것은 상기 열연판을 상기와 같은 조건으로 소둔 후, 두께 3mm까지 판 표면을 절삭하여, 두께 3mm의 절삭 열연판으로 하였다.
이들 「둥근 막대」, 「냉간 압연 소둔판」 및 「절삭 열연판」으로 소요의 시험편을 제작하여, 각각 다음의 시험에 제공하였다.
(1) 둥근 막대는 고온 인장 시험에 제공하였다. 즉, 얻어진 둥근 막대로부터 평행부의 직경이 10mm의 시험편에 가공하고, 이들을 1000℃에서 10/s의 일그러짐 속도에서의 고속 인장 시험과, JISG056에 준거한 800℃의 고온 인장 시험에 제공하였다. 전자의 고속 인장 시험에서는 (시험 전 시료의 단면적-시험 후 시료의 단면적)/시험 전 시료의 단면적의 값(열간 인장 단면 감소율)을 갖고 열간 가공성을 평가하였다. 열간 인장 단면 감소율이 낮을수록 열간 가공성이 양호하다. 후자의 고온 인장 시험에서는 그 온도에서의 항장력의 값으로 고온 강도를 평가하였다.
(2) 냉간 압연 소둔판은 천공 구멍의 구멍 확대성 시험과 고온 내산화성의 시험에 제공하였다. 즉, 상기 냉연 소둔판으로부터 90mm 각의 시험편을 제작하고, 이 시험편의 중앙에 직경 10mm의 구멍을 천공 가공으로 형성하고, 이 천공 구멍에 개방 각도가 300°의 원추 펀치를 블랭킹 홀딩 패드(Blanking hold pad) 압력 44kN으로 삽입하는 구멍 확대성 시험을 실온에서 행하고, 구멍 확대부의 선단 가장자리에 균열이 발생한 시점에서 펀치의 삽입을 중단하고, 그 시점에서의 구멍 직경을 측정하였다. 그리고, (시험 후 구멍 직경 Dx-시험 전 구멍 직경 Do)/시험 전 구멍 직경 Do의 비로 천공 가공 후의 구멍 확대성(버링 가공성)을 평가하였다. 이 구멍 확대율이 높을수록, 천공 가공 후의 구멍 확대성이 우수하다.
또한, 상기 냉연 소둔판의 전체면을 #400의 연마재를 사용하여 연마하여, 「수증기를 가하여 노점을 +60℃로 조정한 대기 분위기에서 900℃로 25분간의 가열」-「그 분위기에서 실온으로 10분간의 냉각」을 1사이클로 하여, 이것을 1000사이클 실시하여, 시험 전과 시험 후의 질량 변화를 표면적으로 나눈 값을 갖고, 고온 내산화성을 평가하였다. 그 값의 절대치가 작을수록 고온 내산화성이 우수하다. 즉, 부(負)의 값이 크면 산화량이 증대한 것을 의미하고, 또한 정(正)의 값이 커졌을 때에는 산화 스케일이 박리한 현상이 일어난 것을 의미한다.
(3) 절삭 열연판은 고온 슬라이딩성 시험에 제공하였다. 즉, 3mm 두께의 상기 절삭 열연판으로부터 10mm×20mm의 베이스판을 잘라내고, 표면을 #1000의 연마재로 연마하였다. 또한, 마찬가지로 3mm 두께의 상기 절삭 열연판으로부터 10mm(단변)×11mm(장변)의 슬라이딩판을 잘라내고, 그 단변측의 한쪽 근처에 테이퍼 가공을 실시하였다. 테이퍼 가공은 그 근처의 판 두께 중심부가 바깥쪽으로 돌출하는 볼록 가장자리가 되도록(단면에서 보아, R=1.5mm의 볼록 곡면을 갖도록) 절삭 가공하고, 그 표면을 #1000의 연마재로 연마하였다. 그리고, 이 슬라이딩판의 테이퍼 가공변을 상기 베이스판과 직각으로 접촉시킨다. 구체적으로는, 수평으로 둔 베이스판의 중앙부에 슬라이딩판의 테이퍼 가공한 변이 베이스판상을 슬라이딩할 수 있도록 수직으로 싣는다. 시험은 양 판을 800℃에서 1시간 균열(均熱)한 후, 그 온도로 베이스판에 실은 슬라이딩판에 대하여 수직방향에 2N의 하중을 가하면서, 1스트로크가 10mm의 거리를 6초/스트로크의 속도로 왕복 1000회 슬라이딩시켰다. 시험 후의 슬라이딩판에 대해서, 베이스판과 선 접촉한 슬라이딩부의 표면의 조도를 촉침(觸針)식의 표면 조도계를 사용하여 측정하고, 그 조도(Ra)를 갖고 고온 마모량의 평가 지침으로 하였다. Ra가 클수록 고온 슬라이딩성이 나쁘고, 예를 들면 Ra가 1.0㎛를 초과하면, 배기 가이드 부품에 요구되는 고온 슬라이딩성을 얻을 수 없다.
이들의 시험결과를 표2에 나타냈다.
표 1
공시강의 화학 성분(질량%)
Figure 112008082139959-pct00001
표 2 공시강의 특성예
Figure 112008082139959-pct00002
표 2의 결과로부터, DE값이 5 미만인 B2 및 B5와 DE값이 12를 초과하는 B3에서는, 열간 인장 단면 감소율 및 실온 구멍 확대율이 DE값 5 내지 12와 비교하여 모두 낮은 것을 알 수 있다. 따라서, 배기 가이드 부품을 이들의 강판으로 제작하려고 해도 제조성과 성형성이 나쁘기 때문에 적합하지 않다. 또한, Si 함유량이나 2.0 질량% 미만인 B1, B2 및 B4는 고온 인장 강도가 Si량 2.0 내지 4.0 질량%인 것과 비교하여 모두 낮고, 또 고온 내산화성이 나쁘다(반복 산화 시험 중량 변화가 크다). 따라서, 이들의 강판으로 배기 가이드 부품을 제작하여도 요구 특성을 얻을 수 없다. 이에 대하여, DE값이 5 내지 12의 범위에 있는 A1 내지 A10에서는 Si량이 2.0 내지 4.0 질량%이면서 열간 인장 단면 감소율 및 실온 구멍 확대율이 높고, 또한 고온 인장 강도 및 고온 내산화성도 양호하고, 고온 슬라이딩성도 양호하다(고온 마모량이 적다). 따라서, 배기 가이드를 구성하고 있는 각 부품에 요구되는 재료 특성을 동시에 만족시킬 수 있고, 제조성이나 성형성도 양호하다. 이 때문에 동 일 강종류로 이들 각 부품의 전체를 제작하여도 요구 특성을 동시에 만족할 수 있는 배기 가이드 어셈블리를 얻을 수 있다.

Claims (5)

  1. 터빈에 흐르는 배기 속도를 엔진 회전수에 따라서 변화시키기 위한 노즐 베인을 구비한 터보과급기에 있어서,
    상기 노즐 베인을 구성하기 위한 부품으로서 또한 상기 터빈에 배기를 유도하기 위한 배기 가이드를 구성하고 있는 부품이, 질량%로, C:0% 초과 0.08% 이하, Si:2.0 내지 4.0%, Mn:0% 초과 2.0% 이하, Ni:8.0 내지 16.0%, Cr:18.0 내지 20.0%, N:0% 초과 0.04% 이하를 함유하고, 또한 하기 식,
    DE값=Cr+1.5Si+0.5Nb+Mo-Ni-0.3Cu-0.5Mn-30(C+N)
    에 따른 DE값이 5.0 내지 12.0을 만족하도록 이들의 성분을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 오스테나이트계 스테인레스강으로 제작되어 있는 것을 특징으로 하는 노즐 베인식 터보과급기의 배기 가이드 부품.
  2. 제 1 항에 있어서, 오스테나이트계 스테인레스강은 Nb와 Ti의 1종 또는 2종을 합계 0.05 내지 1.O% 추가로 함유하고 있는 노즐 베인식 터보과급기의 배기 가이드 부품.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 오스테나이트계 스테인레스강은 Mo와 Cu의 1종 또는 2종을 합계 0.50 내지 5.0 질량% 추가로 함유하고 있는 노즐 베인식 터보과급기의 배기 가이드 부품.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 오스테나이트계 스테인레스강은 REM(Y를 포함하는 희토류 원소)과 Ca의 1종 또는 2종을 합계 0.01 내지 0.20 질량% 추가로 함유하고 있는 노즐 베인식 터보과급기의 배기 가이드 부품.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 배기 가이드 부품은 드라이브 링, 드라이브 레버, 노즐링, 노즐 베인의 베인과 그 축으로 이루어지는 노즐 베인식 터보과급기의 배기 가이드 부품.
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