DE69110372T2 - Hitzebeständiger austenitischer Gussstahl und daraus hergestellte Bauteile eines Auspuffsystems. - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft einen hitzebeständigen Gußstahl, der sich für Bauteile für Auspuffsysteme von Kraftfahrzeugen u.dgl. eignet, und insbesondere einen hitzebeständigen austenitischen Gußstahl mit ausgezeichneter Hochtemperaturfestigkeit, insbesondere bei 900 ºC oder darüber, sowie Bauteile für Auspuffsysteme, die aus einem derartigen hitzebeständigen Gußstahl hergestellt sind.
• Herkömmliches hitzebeständiges Gußeisen und herkömmliche hitzebeständige Gußstähle weisen Zusammensetzungen auf, wie sie in Tabelle 1 als Vergleichsbeispiele angegeben sind. Für Bauteile von Auspuffsystemen von Kraftfahrzeugen, wie etwa Auspuffkrümmer, Turboladergehäuse u.dgl., werden hitzebeständiges Gußeisen, wie etwa Gußeisen mit Kugelgraphit und hohem Si-Gehalt, Ni-Resist-Gußeisen (austenitisches Ni-Cr-Cu-Gußeisen), hitzebeständiger Gußstahl, wie etwa ferritischer Gußstahl, u.dgl. verwendet, die in Tabelle 1 angegeben sind, da diese Materialien unter extrem schwierigen Betriebsbedingungen bei hohen Temperaturen eingesetzt werden können.
• Es wurden ferner Versuche unternommen, verschiedene hitzebeständige austenitische Gußstähle anzugeben. So ist beispielsweise in JP-A-61-87852 ein hitzebeständiger austenitischer Gußstahl beschrieben, der im wesentlichen aus C, Si, Mn, N, Ni, Cr, V, Nb, Ti, B, W und Fe besteht und verbesserte Dauerdehngrenze und verbesserte technische Streckgrenze aufweist. In JP-A-61-177352 ist ferner ein hitzebeständiger austenitischer Gußstahl beschrieben, der im wesentlichen aus C, Si, Mn, Cr, Ni, Al, Ti, B, Nb und Fe besteht und aufgrund der Wahl eines besonderen Sauerstoffgehalts und der Reinheit verbesserte Hochtemperatur- und Raumtemperatureigenschaften aufweist. Aus JP-A-57-8183 ist ferner ein hitzebeständiger austenitischer Gußstahl mit verbesserter Hochtemperaturfestigkeit bekannt, bei dem der Kohlenstoffgehalt des aus einer Fe-Ni-Cr-Legierung und durch Zusatz von Nb und Co hergestellten hitzebeständigen austenitischen Gußstahls erhöht ist und bei dem das Problem einer Verringerung der Hochtemperatur-Oxidationsbeständigkeit nicht auftritt.
• Von diesen herkömmlichen hitzebeständigen Gußeisen und Guß stählen weist beispielsweise Kugelgraphitguß mit hohem Si- Gehalt eine relativ gute Festigkeit bei Raumtemperatur auf, besitzt jedoch bei hohen Temperaturen nur geringe Festigkeit und geringe Oxidationsbeständigkeit. Ni-Resist-Gußstahl besitzt bei hohen Temperaturen bis zu 900ºC eine relativ gute Festigkeit, weist jedoch bei Temperaturen von 900ºC oder darüber nur eine geringe Haltbarkeit auf. Aufgrund des hohen Ni-Gehalts ist dieser Stahl auch teuer. Hitzebeständiger ferritischer Gußstahl besitzt andererseits bei Temperaturen von 900ºC oder darüber extrem schlechte Hochtemperaturfestigkeit.
• Da der in JP-A-61-87852 beschriebene hitzebeständige austenitische Gußstahl einen relativ niedrigen C-Gehalt von 0,15 Gew.-% oder darunter aufweist, besitzt der resultierende Gußstahl nur ungenügende Hochtemperaturfestigkeit bei 900 ºC oder darüber. Da dieser Stahl außerdem 0,002 bis 0,5 Gew.-% Ti enthält, können ferner durch Schmelzen unter normaler Atmosphäre schädliche nichtmetallische Einschlüsse gebildet werden.
• Da ferner der in JP-A-61-177352 beschriebene hitzebeständige austenitische Gußstahl einen hohen Ni-Gehalt aufweist, können beim Einsatz in einer Schwefel (S) enthaltenden Atmosphäre bei hohen Temperaturen Risse auftreten.
• Da zudem der in JP-A-57-8183 beschriebene hitzebeständige austenitische Gußstahl einen hohen Gehalt an Kohlenstoff (C) aufweist, kann das Material beim Langzeiteinsatz bei hohen Temperaturen brüchig werden.
Gegenstand und Zusammenfassung der Erfindung
• Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen hitzebeständigen austenitischen Gußstahl mit ausgezeichneter Hochtemperaturfestigkeit anzugeben, der mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann und mit dem sich die oben erläuterten, mit herkömmlichen hitzebeständigen Gußeisen und Gußstählen verbundenen Probleme lösen lassen. Darüber hinaus sollen Bauteile für Auspuffsysteme angegeben werden, die aus einem derartigen hitzebeständigen Gußstahl bestehen.
• Die obige Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen.
• Als Ergebnis umfangreicher Untersuchungen im Hinblick auf die obige Aufgabe wurde von den Erfindern festgestellt, daß durch Zusatz geeigneter Mengen an W, Nb und B und wahlweise Mo und/oder Co zu dem austenitischen Gußstahl auf Ni-Cr-Basis die Hochtemperaturfestigkeit des Gußstahls verbessert werden kann. Die vorliegende Erfindung beruht auf dieser Feststellung.
• Der erfindungsgemäße hitzebeständige austenitische Gußstahl besitzt dementsprechend folgende gewichtsbezogene Zusammensetzung:
• C: 0,20 - 0,60 %,
• Si: 2,0 % oder weniger,
• Mn: 1,0 % oder weniger,
• Ni: 8,0 - 20,0 %,
• Cr: 15,0 - 30,0 %,
• W: 2,0 - 6,0 %,
• Nb: 0,2 - 1,0 % und
• B: 0,001 - 0,01 %,
• sowie gegebenenfalls
• Mo: 0,2 - 1,0 % und/oder
• Co: 20,0 % oder weniger,
• wobei der Rest aus Eisen plus unvermeidlichen Verunreinigungen besteht.
• Ein hitzebeständiger austenitischer Gußstahl gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt folgende gewichtsbezogene Zusammensetzung:
• C: 0,20 - 0,60 %,
• Si: 2,0 % oder weniger,
• Mn: 1,0 % oder weniger,
• Ni: 8,0 - 20,0 %,
• Cr: 15,0 - 30,0 %,
• W: 2,0 - 6,0 %,
• Nb: 0,2 - 1,0 %,
• B: 0,001 - 0,01 % und
• Mo: 0,2 - 1,0 %,
• wobei der Rest aus Eisen plus unvermeidlichen Verunreinigungen besteht.
• Ein hitzebeständiger austenitischer Gußstahl gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt folgende gewichtsbezogene Zusammensetzung:
• C: 0,20 - 0,60 %,
• Si: 2,0 % oder weniger,
• Mn: 1,0 % oder weniger,
• Ni: 8,0 - 20,0 %,
• Cr: 15,0 - 30,0 %,
• W: 2,0 - 6,0 %,
• Nb: 0,2 - 1,0 %,
• B: 0,001 - 0,01 % und
• Co: 20,0 % oder weniger,
• wobei der Rest aus Eisen plus unvermeidlichen Verunreinigungen besteht.
• Ein hitzebeständiger austenitischer Gußstahl gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt folgende gewichtsbezogene Zusammensetzung:
• C: 0,20 - 0,60 %,
• Si: 2,0 % oder weniger,
• Mn: 1,0 % oder weniger,
• Ni: 8,0 - 20,0 %,
• Cr: 15,0 - 30,0 %,
• W: 2,0 - 6,0 %,
• Nb: 0,2 - 1,0 %,
• B: 0,001 - 0,01 %,
• Mo: 0,2 - 1,0 % und
• Co: 20,0 % oder weniger,
• wobei der Rest aus Eisen plus unvermeidlichen Verunreinigungen besteht.
• Die Bauteile für Auspuffsysteme gemäß der vorliegenden Erfindung sind aus einem der oben angeführten hitzebeständigen austenitischen Gußstähle hergestellt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung wird im folgenden im einzelnen erläutert.
• Aufgrund des Zusatzes von 2,0 bis 6,0 Gew.-% W, 0,2 bis 1,0 Gew.-% Nb und 0,001 bis 0,1 Gew.-% B sowie wahlweise geeigneten Mengen an No und Co allein oder in Kombination besitzt der resultierende hitzebeständige austenitische Gußstahl ausgezeichnete Hochtemperaturfestigkeit.
• Im folgenden werden die Gründe für die eingeschränkten Mengenbereiche für jedes Legierungselement im erfindungsgemäßen austenitischen Gußstahl erläutert.
• Beim hitzebeständigen austenitischen Gußstahl der vorliegenden Erfindung stellen C, Si, Mn, Ni, Cr, W, Nb und B zwingende Legierungselemente dar.
(1) C (Kohlenstoff): 0,20 bis 0,60 %
• C hat die Funktion einer Verbesserung der Fließfähigkeit und Gießbarkeit einer Schmelze und löst sich auch teilweise in die Matrixphase hinein, wodurch eine Verstärkung der Lösung erzielt wird. Daneben bildet der Kohlenstoff primäre Carbide, durch welche die Hochtemperaturfestigkeit verbessert wird. Zur wirksamen Erzielung dieser Funktionen sollte der Anteil an C 0,20 % oder mehr betragen. Auf der anderen Seite werden übermäßig sekundäre Carbide ausgefällt, wenn der Anteil an C 0,60 % übersteigt. Dementsprechend beträgt der Anteil an C 0,20 bis 0,60 %. Der bevorzugte Mengenanteil an C beträgt 0,20 bis 0,50 %.
(2) Si (Silicium): 2,0 % oder weniger
• Si wirkt als Entoxidationsmittel und verbessert die Oxidationsbeständigkeit. Wenn allerdings der Zusatz an Si übermäßig hoch ist, wird das austenitische Gefüge des Gußstahls instabil, was zu einer schlechten Hochtemperaturfestigkeit führt. Der Mengenanteil an Si sollte daher 2,0 % oder weniger betragen. Der bevorzugte Mengenanteil an Si beträgt 0,50 bis 1,50 %.
(3) Mn (Mangan): 1,0 % oder weniger
• Mn wirkt wie Si als Entoxidationsmittel für die Schmelze. Wenn allerdings übermäßig viel Mn zugesetzt wird, wird die Oxidationsbeständigkeit verschlechtert. Daher beträgt der Mengenanteil an Mn 1,0 % oder weniger. Der bevorzugte Mengenanteil an Mn beträgt 0,30 bis 0,80 %.
(4) Ni (Nickel): 8,0 bis 20,0 %
• Nickel ist ein Element, das bei der Bildung und Stabilisierung des austenitischen Gefüges des hitzebeständigen Guß stahls gemäß der vorliegenden Erfindung, zusammen mit Co und Cr, wirksam ist; hierdurch wird die Hochtemperaturfestigkeit verbessert. Insbesondere zur Erzielung einer guten Hochtemperaturfestigkeit bei 900ºC oder darüber sollte der Mengenanteil an Ni 8,0 % oder mehr betragen. Mit steigendem Ni-Gehalt werden diese Effekte verstärkt. Wenn der Ni-Gehalt allerdings 20,0 % übersteigt, werden diese Effekte nicht mehr verstärkt. Dies bedeutet, daß Ni-Gehalte über 20,0 % wirtschaftlich nachteilig sind. Daher beträgt der Mengenanteil an Ni 8,0 bis 20,0 %. Der bevorzugte Mengenanteil an Ni beträgt 8,0 bis 15,0 %.
(5) Cr (Chrom): 15,0 bis 30,0 %
• Cr ist ein Element, das, wenn es zusammen mit Ni und Co vorliegt, dem Gußstahl austenitisches Gefüge verleiht und die Hochtemperaturfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit verbessert. Es bildet ferner Carbide, wodurch die Hochtemperaturfestigkeit weiter verbessert wird. Zur wirksamen Erzielung dieser Effekte bei hohen Temperaturen von 900 ºC oder darüber sollte der Mengenanteil an Cr 15,0 % oder mehr betragen. Wenn der Mengenanteil an Cr andererseits 30,0 % überschreitet, werden übermäßig sekundäre Carbide sowie eine brüchige δ-Phase, etc., ausgefällt, was zu einer extremen Brüchigkeit führt. Der Mengenanteil an Cr sollte daher 15,0 bis 30,0 % betragen. Der bevorzugte Mengenanteil an Cr beträgt 15,0 bis 25,0 %.
(6) W (Wolfram): 2,0 bis 6,0 %
• W hat die Wirkung einer Verbesserung der Hochtemperaturfestigkeit. Zur wirksamen Erzielung dieses Effekts sollte der Mengenanteil an W 2,0 % oder mehr betragen. Wenn allerdings übermäßig viel W zugesetzt wird, wird die Oxidationsbeständigkeit verschlechtert. Daher beträgt die Obergrenze des Mengenanteils an W 6,0 %. Der Mengenanteil an W beträgt daher 2,0 bis 6,0 %. Der bevorzugte Mengenanteil an W beträgt 2,0 bis 4,0 %.
(7) Nb (Niob): 0,2 bis 1,0 %
• Nb bildet in Kombination mit C feine Carbide, wodurch die Hochtemperaturfestigkeit erhöht wird. Durch Unterdrückung der Bildung der Cr-Carbide verbessert Nb ferner die Oxidationsbeständigkeit. Zu diesem Zweck sollte der Mengenanteil an Nb 0,2 % oder mehr betragen. Wenn allerdings übermäßig viel Nb zugesetzt wird, wird die Zähigkeit des resultierenden austenitischen Gußstahls verschlechtert. Daher beträgt die Obergrenze des Nb-Gehalts 1,0 %. Der Mengenanteil an Nb sollte daher 0,2 bis 1,0 % betragen. Der bevorzugte Mengenanteil an Nb beträgt 0,2 bis 0,8 %.
(8) B (Bor): 0,001 bis 0,01 %
• B hat die Funktion einer Verfestigung der Kristall-Korngrenzen des Gußstahls und der Erzeugung feinerer Carbide an den Korngrenzen, wobei ferner die Agglomeration und das Wachstum solcher Carbide verhindert wird; hierdurch werden die Hochtemperaturfestigkeit und die Zähigkeit des wärmebeständigen austenitischen Gußstahls verbessert. Der Mengenanteil an B beträgt daher günstigerweise 0,001 % oder mehr. Wenn allerdings ein übermäßiger Mengenanteil an B zugesetzt wird, werden Boride ausgefällt, was zu einer schlechten Hochtemperaturfestigkeit führt. Die Obergrenze des B-Gehalts beträgt daher 0,01 %. Der Mengenanteil an B beträgt daher 0,001 bis 0,01 %. Der bevorzugte Mengenanteil an B beträgt 0,001 bis 0,007 %.
• In den bevorzugten Ausführungsformen können Mo und Co allein oder in Kombination mit den obigen zwingenden Legierungselementen eingesetzt werden.
(9) No (Molybdän): 0,2 bis 1,0 %
• No hat ähnliche Wirkungen wie W. Bei Zusatz von No allein werden allerdings geringere Effekte erzielt als in Fällen, in denen W allein eingesetzt wird. Zur Erzielung synergistischer Effekte mit W sollte daher der Mengenanteil an Mo 0,2 bis 1,0 % betragen.
• Der bevorzugte Mengenanteil an Mo beträgt 0,3 bis 0,8 %.
(10) Co (Cobalt): 20,0 % oder weniger
• Co ist ein Element, das ähnlich wie Ni das austenitische Gefüge stabilisiert, wodurch die Hochtemperaturfestigkeit verbessert wird. Insbesondere beim Zusatz von Co zusammen mit Ni resultiert eine weitere Stabilisierung des austenitischen Gefüges. Da ferner Ni die Tendenz zeigt, beim Einsatz in einer S enthaltenden Atmosphäre ein niedrigschmelzendes Sulfid zu bilden, wird entsprechend der Einsatz von Co mehr bevorzugt. Wenn die Gesamtmenge an Ni + Co 30 % überschreitet, wird keine weitere Verbesserung mehr erzielt, was wirtschaftlich nachteilig ist. Daher sollte die Gesamtmenge an Ni + Co 8,0 bis 30,0 % betragen. Co-Gehalte über 20,0 % führen allerdings nicht zu einer weiteren Verbesserung, was wiederum einen wirtschaftlichen Nachteil mit sich bringt. Der Mengenanteil an Co sollte daher 8,0 bis 20,0 % betragen. Der bevorzugte Mengenanteil an Co beträgt 3,0 bis 15,0 %.
• Der erfindungsgemäße hitzebeständige austenitische Gußstahl eignet sich insbesondere für dünnwandige Bauteile, wie Bauteile für Auspuffsysteme, Auspuffkrümmer, Turboladergehäuse, etc., insbesondere für Kraftfahrzeugmotoren, die unter den Bedingungen wiederholter Aufheiz- und Abkühlzyklen hohe Beständigkeit ohne Auftreten von Rissen aufweisen.
• Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachstehenden Beispiele näher erläutert.
Beispiele 1 bis 19 und vergleichsbeispiele 1 bis 5
• Aus hitzebeständigen austenitischen Gußstählen der in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen wurden Y-Block- Prüfkörper (Nr. B gemäß JIS) durch Gießen hergestellt. Der Guß wurde durch Schmelzen des Stahls unter normaler Atmosphäre in einem 100 kg-Hochfrequenzofen, Entnahme der resultierenden Schmelze aus dem Ofen bei einer Temperatur von 1550 ºC oder darüber und Gießen in eine Form bei etwa 1500 ºC oder darüber hergestellt. Die erfindungsgemäßen hitzebeständigen austenitischen Gußstähle (Beispiele 1 bis 19) zeigten gute Fließfähigkeit beim Guß, wodurch Gußdefekte wie Lunker vermieden wurden. Tabelle 1 Zugesetzte Komponente (Gew.-%) Beispiel Nr. Vergleichsbeispiel Nr. Fortsetzung Tabelle 1 Zugesetzte Komponente (Gew.-%) Beispiel Nr. Vergleichsbeispiel Nr.
• Dann wurden die Prüfkörper (Y-Blöcke) der Beispiele 1 bis 19 und der Vergleichsbeispiele 3, 4 und 5 einer Hitzebehandlung unterzogen, bei der sie 2 h auf 1000 ºC erhitzt und dann an Luft abgekühlt wurden. Auf der anderen Seite wurde der Prüfkörper von Vergleichsbeispiel 1 in dem Zustand, wie er vom Guß erhalten wurde, für die Tests eingesetzt. Der Prüfkörper von Vergleichsbeispiel 2 wurde einer Wärmebehandlung unterzogen, bei der er 2 h in einem Ofen auf 800 ºC erhitzt und dann an Luft abkühlen gelassen wurde.
• Die Prüfkörper der Vergleichsbeispiele 1 bis 5 in Tabelle 1 entsprechen Legierungen, wie sie für hitzebeständige Bauteile, wie Turboladergehäuse, Auspuffkrümmer, etc., für Kraftfahrzeuge verwendet werden. Der Prüfkörper von Vergleichsbeispiel 1 ist ein Kugelgraphit-Gußeisen mit hohem Si-Gehalt. Der Prüfkörper von Vergleichsbeispiel 2 ist eine CB-30-Legierung nach den ACI-(Alloy Casting Institute-) Normen. Die Prüfkörper der Vergleichsbeispiele 3 und 4 bestehen aus D2- und D5S-Ni-Resist-Gußeisen. Der Prüfkörper von Vergleichsbeispiel 5 ist ein herkömmlicher austenitischer Gußstahl SCH-12 nach JIS (japanische Norm).
• Danach wurden mit jedem Prüfkörper die nachstehend angegebenen Tests durchgeführt.
(1) Zugfähigkeitstest bei Raumtemperatur
• Der Test wurde an einem stabförmigen Prüfkörper mit einer Parallelendmaß-Länge von 50 mm und einem kalibrierten Durchmesser von 14 mm (Prüfkörper Nr. 4 nach JIS) durchgeführt.
(2) Zugfähigkeitstest bei hoher Temperatur
• Der Test wurde an einem mit Flanschen versehenen Prüfkörper mit einer Parallelendmaß-Länge von 50 mm und einem kalibrierten Durchmesser von 100 mm bei Temperaturen von 900 bzw. 1050 ºC durchgeführt.
(3) Test der thermischen Ermüdung
• Ein stabförmiger Prüfkörper mit einer Parallelendmaß-Länge von 20 mm und einem kalibrierten Durchmesser von 10 mm wurde wiederholten Temperaturzyklen durch Aufheizen und Abkühlen unterzogen, um thermischen Ermüdungsbruch in einem Zustand hervorzurufen, in dem die durch Erhitzen und Abkühlen hervorgerufene Ausdehnung bzw. Schrumpfung durch mechanisches Einspannen vollständig verhindert waren. Der Test wurde unter folgenden Bedingungen durchgeführt:
• Niedrigste Temperatur: 150 ºC.
• Höchste Temperatur: 1000 ºC.
• Dauer eines Zyklus: jeweils 12 min.
• Für den Test wurde ein Testgerät zur Ermittlung der thermischen Ermüdung vom elektrohydraulischen Servotyp verwendet.
(4) Oxidationstest
• Ein stabförmiger Prüfkörper mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Länge von 20 mm wurde 200 h an Luft auf 1000 ºC gehalten. Anschließend wurde der Oxidzunder durch Sandstrahlen entfernt, wonach die Gewichtsänderung pro Flächeneinheit gemessen wurde. Durch Berechnung des oxidationsbedingten Gewichtsverlustes (mg/cm²) nach dem Oxidationstest wurde die Oxidationsbeständigkeit ermittelt.
• Die Ergebnisse des Zugfähigkeitstests bei Raumtemperatur sind in Tabelle 2 aufgeführt; die Ergebnisse des Zugfestigkeitstests bei hoher Temperatur gehen aus Tabelle 3 hervor; die Ergebnisse des Tests zur thermischen Ermüdung und des Oxidationstests sind in Tabelle 4 zusammengefaßt. Tabelle 2 Tests bei Raumtemperatur Dehngrenze Zugfestigkeit Dehnung Härte Beispiel Nr. Vergleichsbeispiel Nr. Tabelle 3 Tests bei ºC Dehngrenze Zugfestigkeit Dehnung Beispiel Nr. Fortsetzung Tabelle 3 Tests bei ºC Dehngrenze Zugfestigkeit Dehnung Beispiel Nr. Vergleichsbespiel Nr. Tabelle 4 Lebensdauer bei thermischer Ermüdung (Zyklen) Gewichtsverlust durch Oxidation Beispiel Nr. Vergleichsbeispiel Nr.
• Wie aus den Tabellen 2 bis 4 ersichtlich ist, sind die Prüfkörper der Beispiele 1 bis 19 mit denen der Vergleichsbeispiele 3 und 4 (Ni-Resist D2 und D5S) vergleichbar oder sogar besser hinsichtlich der Eigenschaften bei Raumtemperatur und besonders deutlich besser hinsichtlich der Hochtemperaturfestigkeit bei 900 ºC oder darüber. Die Prüfkörper der Beispiele 1 bis 19 sind ferner gegenüber dem Prüfkörper von Vergleichsbeispiel 5 (SCH12) hinsichtlich der Hochtemperaturfestigkeit bei 1000 ºC besser. Wie ferner aus Tabelle 2 hervorgeht, zeigen die Prüfkörper der Beispiele 1 bis 19 eine relativ geringe Härte (HB) von 170 bis 223. Dies bedeutet, daß sie ausgezeichnete Bearbeitbarkeit besitzen.
• Darüber hinaus wurden durch Gießen der hitzebeständigen austenitischen Gußstähle der Beispiele 5, 15 und 19 Auspuffkrümmer (Wandstärke: 2,5 bis 3,4 mm) und Turboladergehäuse (Wandstärke: 2,7 bis 4,1 mm) hergestellt. Alle aus dem resultierenden hitzebeständigen Gußstahl hergestellten Teile waren frei von Gußdefekten. Diese Gußteile wurden zur Ermittlung ihrer Bearbeitbarkeit spanabhebend bearbeitet. Bei keinem der Teile ergaben sich dabei Probleme.
• Die Auspuffkrümmer und Turboladergehäuse wurden anschließend zur Durchführung eines Dauerhaftigkeitstests an einem Hochleistungs-Benzinmotor mit einem Hubraum von 2 l (Vierzylinder-Reihenmotor, Testmaschine) angebracht. Der Test wurde durch Wiederholung von 500 Aufheiz- und Abkühl-(Go- Stop)-Zyklen durchgeführt, die jeweils aus einem kontinuierlichen Vollastbetrieb bei einer Drehzahl von 6000 min&supmin;¹ (14 min), Leerlauf (1 min), vollständigem Stillstand (14 min) und Leerlauf (1 min) in dieser Reihenfolge bestanden. Die Abgastemperatur unter Vollast betrug 1050 ºC am Einlaß des Turboladergehäuses. Unter diesen Bedingungen betrug die höchste Oberflächentemperatur des Auspuffkrümmers etwa 980 ºC in dem Bereich, in dem die einzelnen Rohre zusammenlaufen, während die höchste Oberflächentemperatur des Turboladergehäuses im verengten Einlaßbereich etwa 1020 ºC betrug.
• Im Ergebnis dieser Tests wurden keine Gaslecks und keine thermische Rißbildung festgestellt. Es wurde entsprechend bestätigt, daß der Auspuffkrümmer und das Turboladergehäuse, die aus dem erfindungsgemäßen hitzebeständigen austenitischen Gußstahl hergestellt waren, ausgezeichnete Dauerhaftigkeit und Betriebszuverlässigkeit aufwiesen.
• Wie oben im Detail erläutert, besitzt der erfindungsgemäße hitzebeständige austenitische Gußstahl ausgezeichnete Hochtemperaturfestigkeit, insbesondere bei 900 ºC oder darüber, ohne Verschlechterung der Duktilität bei Raumtemperatur; er kann ferner unter niedrigen Gestehungskosten hergestellt werden. Der erfindungsgemäße hitzebeständige austenitische Gußstahl eignet sich insbesondere für Bauteile des Abgassystems von Kraftfahrzeugmotoren, u.dgl., wie etwa für Auspuffkrümmer, Turboladergehäuse, etc. . Die aus dem erfindungsgemäßen hitzebeständigen austenitischen Gußstahl hergestellten Bauteile von Auspuffsystemen besitzen ausgezeichnete Hochtemperaturfestigkeit und dadurch extrem hohe Dauerhaftigkeit.

Claims (8)

1. Hitzebeständiger austenitischer Gußstahl mit folgender gewichtsbezogener Zusammensetzung:

C: 0,20 - 0,60 %,

Si: 2,0 oder weniger,

Mn: 1,0 oder weniger,

Ni: 8,0 - 20,0 %,

Cr: 15,0 - 30,0 %,

W: 2,0 - 6,0 %,

Nb: 0,2 - 1,0 % und

B: 0,001 - 0,01 %,

sowie gegebenenfalls

Mo: 0,2 - 1,0 % und/oder

Co: 20,0 % oder weniger,

wobei der Rest aus Eisen plus unvermeidlichen Verunreinigungen besteht.

2. Hitzebeständiger austenitischer Gußstahl nach Anspruch 1 mit folgender gewichtsbezogener Zusammensetzung:

C: 0,20 - 0,60 %,

Si: 2,0 % oder weniger,

Mn: 1,0 % oder weniger,

Ni: 8,0 - 20,0 %,

Cr: 15,0 - 30,0 %,

W: 2,0 - 6,0 %,

Nb: 0,2 - 1,0 %,

B: 0,001 - 0,01 % und

Mo: 0,2 - 1,0 %,

wobei der Rest aus Eisen plus unvermeidlichen Verunreinigungen besteht.

3. Hitzebeständiger austenitischer Gußstahl nach Anspruch 1 mit folgender gewichtsbezogener Zusammensetzung:

C: 0,20 - 0,60 %,

Si: 2,0 oder weniger,

Mn: 1,0 oder weniger,

Ni: 8,0 - 20,0 %,

Cr: 15,0 - 30,0 %,

W: 2,0 - 6,0 %,

Nb: 0,2 - 1,0 %,

B: 0,001 - 0,01 % und

Co: 20,0 oder weniger,

wobei der Rest aus Eisen plus unvermeidlichen Verunreinigungen besteht.

4. Hitzebeständiger austenitischer Gußstahl nach Anspruch 1 mit folgender gewichtsbezogener Zusammensetzung:

C: 0,20 - 0,60 %,

Si: 2,0 oder weniger,

Mn: 1,0 oder weniger,

Ni: 8,0 - 20,0 %,

Cr: 15,0 - 30,0 %,

W: 2,0 - 6,0 %,

Nb: 0,2 - 1,0 %,

B: 0,001 - 0,01 %,

Mo: 0,2 - 1,0 % und

Co: 20,0 % oder weniger,

wobei der Rest aus Eisen plus unvermeidlichen Verunreinigungen besteht.

5. Hitzebeständiger austenitischer Gußstahl nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein oder mehrere der folgenden Zusammensetzungsmerkmale:

C: 0,20 - 0,60 % (gewichtsbezogen),

Si: 0,50 - 1,50 %,

Mn: 0,30 - 0,80 %,

Ni: 8,0 - 15,0 %,

Cr: 15,0 - 25,0 %,

W: 2,0 - 4,0 %,

Nb: 0,2 - 0,8 %,

B: 0,001 - 0,007 %,

Mo: 0,3 - 0,8,

Co: 3,0 - 15 %.

6. Bauteil für Auspuffsysteme, das aus einem hitzebeständigen austenitischen Gußstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellt ist.

7. Bauteil für Auspuffsysteme nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um einen Auspuffkrümmer handelt.

8. Bauteil für Auspuffsysteme nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um ein Turbinengehäuse handelt.