JPH02175841A - 鋳造性および耐熱疲労性に優れるエキゾーストマニホールドおよび自動車用タービンハウジング - 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、耐熱鋳鋼に関し、詳しくは優れた耐熱疲労性
、耐酸化性といった耐久性を有するとともに、ＩＩ造性
、加工性にも優れ安価なコストで製造可能な耐熱鋳鋼に
関する。

〔従来の技術〕

従来の耐熱箭鉄、鋳鋼としては、例えば第１表に比較材
として示すようなものがある。

自動車用エンノンのエキゾーストマニホールド、ターボ
チャージャ用タービンハウジング、ディーゼルエンジン
用予燃焼室、排気ガス浄化装置用部品等の排気系部品に
おいては、使用条件が高温苛酷となることがら、第１表
に示すような高Ｓｉ球状黒鉛債鉄、ニレジス）箭鉄、Ａ
Ｉ鋳鉄等の耐熱舞鉄や、特例的にはオーステナイト系ス
テンレス情調等の高価な高合金耐熱鋳鋼が採用されてい
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来の耐熱債鉄、鋳鋼にあっ
ては、例えば高Ｓｉ球状黒鉛箭鉄、ニレノスト僑鉄、Ｃ
Ｂ−３０（＾１ｌｏｙ　ＣａｓｔｉｎｇｌＨｊｉｔｕｔ
ｅ規格）のような７エライト系ステンレス鋳鋼において
は、比較的、僑造性や加工性等の生産性は良好であるも
のの、耐熱疲労性あるいは耐酸化性といった耐久性が劣
ることから、８００°Ｃ以上の高温となる部材には適用
できず、またＡ１債鉄やオーステナイト系ステンレス鋳
鋼等の高合會耐熱債鋼においては、８００℃以上での耐
久性には優れているものの、匍造性が悪く債遣時にひけ
巣、湯廻り不良等の債造欠陥が発生し易いこと、機械加
工性が悪いことなどその生産性が劣るという問題点があ
った。

本発明は、上記問題点を解決することを目的とするもの
である。

〔課題を解決するための手段〕

特許請求の範囲ｆＪＩＪ１項記載の発明は、このような
従来の問題点に着目してなされたもので、重量比率でＣ
：０，０６〜０．２０％、Ｎ　：０゜０１−０．１０％
、Ｓｉ　：　０，４〜２．０％、Ｍｎ二０．３〜１．０
％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ　：０．０４％以下、　Ｃ
ｒ：１５−２２％、Ｎｂ：０．０１〜２．０％、残部Ｆ
ｅおよび不可避的不純物からなる組成を有し、箭遺後に
２相混合域以下の温度で焼準処理を施したことを特徴と
するものである。

また、特許請求の範囲第２項記載の発明も、同様な従来
の問題点に着目してなされたもので、重量比率でＣ：０
０Ｏ６〜０．２０％、Ｎ：０゜０１−０．１０％、Ｓｉ
　：　０．４〜２．０％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｐ
：０．０４％以下、Ｓ　：０．０４％以下、　Ｃｒ：１
５〜２２％、Ｎｂ：０．０１−２．０％、　Ｍｏ：０．
２〜！、０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる
組成を有し、債造後に２相混合域以下の温度で焼準処理
を施したことを特徴とするものである。

また、特許請求の範囲第３項記載の発明も、同様な従来
の問題点に着目してなされたもので、重量比率でＣ：０
，０６〜０．２０％、Ｎ：０゜０１−０．１０％、Ｓｉ
　：　０．４〜２．０％、Ｍｎ二０．３〜１．０％、Ｐ
：０．０４％以下、Ｓ　二０．０４％以下、　Ｃｒ：４
５−２２％、Ｔｉ：０．０１−０．１０％、　Ｍｏ　　
：　　０．２−１．０％、Ｎｉ　：　０，０１〜１，０
％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有し
、猜遺後に２相混合域以下の温度で焼準処理を施したこ
とを特徴とするものである。

また、特許請求の範囲第４項記載の発明も、同様な従来
の問題点に着目してなされたもので、重量比率でＣ：　
０，０６〜０．２０％、Ｎ：０゜０１〜０．１０％、Ｓ
ｉ　：　０，４−２．０％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、
Ｐ　：　０．０４％以下、Ｓ　二０．０４％以下、　Ｃ
ｒ：１５〜２２％、Ｎｂ：０．０１−２．０％、Ｔｉ　
：　０．０１−０．１０％、Ｍｏ　：　０．２−　１．
０％、Ｎｉ　：０，０１−１．０％、残部Ｆｅおよび不
可避的不純物からなる組成を有し、舞造後に２相混合域
以下の温度で焼準処理を施したことを特徴とするもので
ある。

本発明において、従来の問題点を解決するための手段と
して耐熱疲労性および耐酸化性の要因分析を行なった結
果、その構成を上述のような組成範囲としたものである
。

このような組成としたことにより、耐熱鋳鉄と同等の鋳
造性、加工性、低価格性等といった生産性特性を保有さ
せた上で、従来のステンレス鋳鋼などのような高合金耐
熱鋳鋼と同等の耐熱疲労性および同等以上の耐酸化性を
付与することができたものである。

以下、本発明の耐熱情調に含有する各合金元素の組成範
囲の限定理由について説明する。

Ｃ（炭素）：０，０６〜０．２０％ まず、耐熱疲労性について第１表および第２表のデータ
をもとに重回帰分析を行なった結果、フェライト系ステ
ンレス鋳鋼においては従来から重要性が指摘されていた
破断伸びよりも高温における強度が支配要因であること
が明らかとなった。

そのためには、Ｃ含有量を黒鉛化しない範囲で増す必要
がある。

また、Ｃは溶湯の流動性（鋳造性）を改善させることか
ら０．０６％以上は必要である。

しかし一方、後述の主にＣｒ含有量との関係からα−γ
相変態に伴なう局部熱応力による耐熱疲労性の低下を防
ぐ目的でＣは０．２０％以下とする。

また、上記の低Ｃ範囲とすることにより耐酸化性の向上
および耐食性および加工性の低下を引き起こすＣｒ炭化
物の析出を抑制することができる。

Ｎ　（窒素）：　０．０１〜０．１０％ＮはＣと同様に
高温強度を改善し耐熱疲労性を改善することが本データ
より明らかとなった重要な元素であり、含有ｆ１０．０
１％以上で効果があられれるが、一方、製造の安定性を
確保するためとＣｒ２Ｎ析出による脆化を避けるために
０．１０％以下とした。

Ｓｉ（けい素）：　０．４〜２．０％ Ｓｉは本Ｆｅ−Ｃｒ系合金系のγ相範囲を狭め組織安定
性を増し、耐酸化性の改善効果もある。

さらに、鋳造性を改善し、脱酸剤として働き漬物のピン
ホール欠陥を減らす効果もあるため０．４％以上とする
。

しかし一方で、Ｃとのバランス　（炭素当ＩＬ）により
１次炭化物を粗大化させて加工性を悪化し、また、フェ
ライト基地組織中のＳｉ含有量が過多となって靭性の低
下を起こしたり、高温でのσ相形成を助長するため　２
．０％以下とした。

Ｍｎ（ｖン〃ン）：０，３−１．０％ Ｍ１はパーライト組織の形成元素であることから、本発
明材のように基地組織を７工ライト組織とした耐熱匍鋼
にはあまり好ましくない元素であるが、Ｓｉ　と同様に
溶湯の脱酸剤として有効であり、債造時の湯流れ性を向
上させて生産性を改善させるため０．３〜１゜０％とす
る。

Ｐ　（リン）：０，０４％以下 ０．０４％を超えて含有するとパーライト化やステダイ
ト晶出による加工性の悪化や、不純物として耐食性およ
び耐熱疲労性を低下させるため０．０４％以下とする。

Ｓ　（イオウ）：０．０４％以下 ＳはＭｎＳ晶出による加工性の改善は期待できるが、不
純物として耐食性および耐熱疲労性を低下させるため０
．０４％以下とする。

Ｃｒ（クロム）：１５−２２％ Ｃ「は耐酸化性を改善し、共析変態温度を上昇させ、主
にＣ含有量との関係から実用高温域でのａ−γ相変態を
防止し、組織安定性を狙う目的で１５％以上とする。

しかし一方で、多量の添加はＣｒの１次炭化物を粗大化
させＷ１械加工性を悪化させることと、高温でのσ相形
成を助長し着しく脆化を起こすため・２２％以下とする
。

Ｎｂ（ニオブ）：　０，０１〜２．０％ＮｂはＣと結合
して微細な炭化物を生成し、高温での引張強さ並びに熱
疲労強さを増大させ−る。またＣｒｊ％炭化物の生成を
抑制することによって耐食性と被切削性を向上させる目
的で０．０１％以上とする。

しかし一方で、多量の添加は結晶粒界に炭化物を形成し
、靭性を低下させるため２．０％以下とする。

Ｍｏ（モリブデン）　　：０，２〜１．０％ＭｏはＣ，
Ｎと同様に７エライト基地を強化して高温強度を向上さ
せる作用をもつ。

従って、耐クリープ性と耐熱疲労性の向上の目的で　０
．２％以上とする。

しかし、含有量が１．０％を超えると共晶粗大炭化物が
生成されて機械加工性を悪化させ、脆化も起こす。　ま
た、１．０％を超えて含有してもクリープ強度の増加割
合は小さくなり、さらに、耐酸化性をも悪化させるため
その上限を１．０％とする。

Ｔｉ（チタン）：　０，０１〜０．１０％Ｔｉは共析変
態温度の上昇に有効であると同時に僑造時にＣｒより優
先的に炭化物を形成させるため加工性を悪化させる１次
Ｃｒ炭化物の形成を抑制し、また高温における２次Ｃｒ
炭化物の析出を抑制することから高温靭性、耐酸化性、
耐食性を向上させるため０．０１％以上とする。

しかし一方で、多量の添加は大気溶解では酸化が激しく
鋳造性を者しく害するため、Ｃ含有量との関係から０．
１％以下とする。

Ｎｉにッケル）：　　ｏ、ｏ　ｉ〜１．０％Ｎｉは靭性
の改善と耐食性の改善に有効であるが、高温での組繊安
定性、コストを勘案して０．０１〜１．０％とする。

〔実施例１〕 以下、この発明を実施例により説明する。

第１表は、特許請求の範囲第１項記載の発明の実施例を
示す表である。

本発明材の各種の特性を評価するために第１表のような
３種類の本発明材■〜■およ１４種類の比較材■〜■の
供試材を鋳造により製造した。

なお、各供試材の鋳造に当たっては、１００ｋｇ用高周
波炉を用いて大気溶解し、直ちに　１５５０℃以上で出
湯して１５００°Ｃ以上で注湯し、ＪＩＳ規格Ａ号のＹ
ブロック形状に鋳造した。

ついで、上述により債遺されたＹブロックを加熱炉中に
て８００℃で２８ｒ保持後、空冷する焼準処理を行なっ
た。

なお第１表において、比較材■〜■は自動車用ターボチ
ャージャ・ハウジングや排気マニホールドなどの耐熱部
品に使用されているもので、比較材■は高Ｓｉ球状黒鉛
鋳鉄であり、比較材■はニレノスト球状黒鉛箭鉄であり
、比較材■はＡＣＩ（＾１ｌｏｙ　ＣａｓＬｉｎｇ　Ｉ
ｎ５ｔｉｔｕｔｅ　）規格のＣＢ−３０であり、また比
較材■はオーステナイト系耐熱鋳鋼（ＪＩＳ規格５ＣＨ
２１相当）と称されるものの１種である。

また、第１表の（−）は未分析を表わす。

上述により鋳造した第１表に示すような組成を有する各
供試材を用いて、以下に述べるような各種の評価試験を
行なった。

まず、電気−油圧サーボ方式の熱疲労試験機を用いて、
上述の各供試材に対して熱疲労試験を実施した。

なお、熱疲労試験は、標点間距離が２０ｍｍ、標点間の
直径が１０１Ｉ１１の丸棒試験片を用いて、試験片の加
熱による伸びを機械的に完全拘束した状態で下限温度を
１００℃、上限温度を９００℃とし、１サイクル１２分
として加熱冷却サイクルの繰り返しにより熱疲労破壊さ
せた。

また、耐熱疲労性を支配する要因解析をする目的で各供
試材に対して９００°Ｃでの高温引張試験およびφ１４
Ｘ８０＋ｍの丸棒試験片を製作し、９００℃において２
００時間の大気中保持による酸化試験を実施した。

なお、この酸化試験での試験結果の評価方法としては酸
化試験後にショツトブラスト処理を施して酸化スケール
を除去し、酸化試験前後の単位表面積当たりの重量変化
（酸化減量：　Ｉｌｌ？／ｃＩＩ２）により評価した。

以上の熱疲労試験、高温引張試験、酸化試験の結果を第
２表に示す。

第２表から明らかなように、本発明材■〜■は、いずれ
も従来材である比較材■〜■と比較すると耐熱疲労性、
耐酸化性は同等以上の性能を有していることがわかる。

次に、本発明材を用いて１．８１ターボチヤーツヤガソ
リンエンジン用の排気マニホールドを鋳造により製造し
たところ、湯廻り不良やピンホールなとの鋳造不良を発
生させることなく、ｉＩ造歩留まりも５０％以上とする
ことができ、生産性に優れていることを確認することが
できた。

また、本発明材の機械加工性については、鋳造後に２相
混合域以下の温度で焼準処理を施すことによって硬さを
ＨＢ２００以下とすることがでさ、この硬さは、球状黒
鉛債鉄（ＪＩＳ規格ＦＣＤ４０）材と同等であり、機械
加工性においても同等問題のない耐熱情調である。

ついで本発明材および比較材による１、８１ターボチヤ
ーツヤ〃ソリンエンジン用の排気マニホールドをエンノ
ンに搭載してエンジン台上耐久試験により排気マニホー
ルドとしての耐熱疲労性を評価した。

第３表に耐久用の排気マニホールドの各化学成分を示す
。

なお、第３表において、比較材■はニレジスト球状黒鉛
僑鉄であり、比較材■は商Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄であり、ま
た比較材■はＡＣＩ規格のＣＢ−３０と称されるものの
１種である。

エンノン台上耐久試験は、最高回転数を５６００ｒｐ輸
として全負荷条件での冷熱サイクル耐久試験にて５００
サイクルまで実施し、熱疲労亀裂の発生の有無により、
その耐久性の評価を行なった。

その結果、本発明材によりｇ１逍した排気マニホールド
　（本発明品■と■）では、５００サイクルの試験終了
まで熱疲労亀裂の発生が認められなかったのに対して、
比較品■は４２１サイクルで、比較品■は３６５サイク
ルで、また比較品■は４３２サイクルで肉厚を貫通する
熱疲労亀裂が発生した。

以上の結果から、本発明材により製造された排気マニホ
ールド　（本発明品■と■）は、従来村により製造され
た排気マニホールド　（比較品■〜■）に比べて、熱負
荷の厳しい排気マニホールドとして優れた耐熱疲労性を
有していることが明らかとなった。

〔実施例２〕 第４表は、特許請求の範囲第２項記載の発明の実施例を
示す表である。

本発明材の各種の特性を評価するために第４表のような
３種類の本発明材■〜■お上１４１１類の比較材■〜■
の供試材を鋳造により製造した。

なお、各供試材の鋳造に当たっては、１００ｋｇ用高周
波炉を用いて大気溶解し、直ちに１５５０℃以上で出湯
して１５００℃以上で注湯し、ＪＩＳ規格Ａ号のＹブロ
ック形状に鋳造した。

ついで、上述によ’）ＩＩ造されたＹブロックを加熱炉
中にてｓ　ｏ　ｏ　’ｃで２８ｒ保持後、空冷する焼準
処理を行なった。

なお第４表において、比較材■〜■は自動車用ターボチ
ャーツヤのタービンハウジングや排気マニホールドなど
の耐熱部品に使用されているもので、比較材■は高５ｉ
ｌｊｉ状黒鉛鋳鉄であり、比較材■はニレジスト球状黒
鉛債鉄であり、比較材■はＡＣＩ（＾１ｌｏｙ　Ｃａｓ
ｔｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕＬｅ）規格のＣＢ−３０であり
、また比較材■はオーステナイト系耐熱鋳鋼（ＪＩＳ規
格５ＣＨ２ｉ相当）と称されるものの１種である。

また、第４表の（−）は未分析を表わす。

上述によ’）ＩＩ）遺した＠４表に示すような組成を有
する各供試材を用いて、以下に述べるような各種の評価
試験を行なった。

まず、クリープ試験機を用いて、上述の各供試材に対し
てクリープ試験を実施した。試験片は標点間距離が５０
ｍ５＋、標点間の直径が１０ｍｍであって、これを８５
０℃の不活性〃ス雰囲気中で０　、６４　ｋｇ／　ｓｒ
ｓ”の一定応力を負荷して２００時間保持し、クリープ
量を測定した。

次に、電気−油圧サーボ方式の熱疲労試験機を用いて、
上述の各供試材に対して熱疲労試験を実施した。

なお、熱疲労試験は、標点間距離が２０ｍｍ、標点間の
直径が１０ｍｍの丸棒試験片を用いて、試験片の加熱に
よる伸びを機械的に完全拘束した状態で下限温度を１０
０℃、上限温度を９００℃とし、１サイクル１２分とし
て加熱冷却サイクルの繰り返しにより熱疲労破壊させた
。

また、耐熱疲労性を支配する要因解析をする目的で各供
試材に対して９００　’Ｃでの高温引張試験および　φ
１４Ｘ８０ａ＋ｍの丸棒試験片を製作し、９００″Ｃに
おいて２００時間の大気中保持による酸化試験を実施し
た。

なお、この酸化試験での試験結果の評価方法としては酸
化試験後にシ１ットブラスト処理を施して酸化スケール
を除去し、酸化試験前後の単位表面積出たりの重量変化
（Ｒ化減ｆｆｉ：ｍｇ／ｃ１１２）により評価した。

以上のクリープ試験、熱疲労試験、高温引張試験、酸化
試験の結果を第５表に示す。

第５表から明らかなように、本発明材■〜■は、いずれ
も従来材である比較材■〜■と比較すると耐クリープ性
、耐熱疲労性、Ｉｔ酸化性は同等以上の性能を有してい
ることがわかる。

次に、本発明材を用いて　１．８１ターボチヤージヤガ
ソリンエンジン用の排気マニホールドとタービンハウジ
ングを箭造により製造したところ、湯廻り不良やピンホ
ールなどの債遣不良を発生させることなく、鋳造歩留ま
りも５０％以上とすることができ、生産性に優れている
ことを確認することができた。

また、本発明材の機械加工性については、箭遺後に２相
混合域以下の温度で焼準処理を施すことによって硬さを
ＨＢ２００以下とすることができ、この硬さは、球状黒
鉛債鉄（ＪＩＳ規格ＦＣＤ４０）材と同等であり、機械
加工性においても同等問題のない耐熱債鋼である。

ついで本発明材および比較材による１、８１ターボチヤ
ーツヤガソリンエンジン用の排気マニホールトトタービ
ンハウジングをエンジン１こ搭載してエンジン台上耐久
試験により、排気マニホールドおよびタービンハウジン
グとしての耐熱疲労性と耐熱変形性を評価した。

第６表に耐久用の排気マニホールドとタービンハウジン
グの各化学成分を示す。

なお、第６表において、比較材■はニレジスト球状黒鉛
舞鉄であり、比較材■は高Ｓｉ球状黒鉛僑鉄であり、ま
た比較材■はＡＣＩ規格のＣＢ−３０と称されるものの
１種である。

エンノン台上耐久試験は、最高回転数を５６００　ｒｐ
ｍとして全負荷条件での冷熱サイクル耐久試験にて５０
０サイクルまで実施し、熱疲労亀裂の発生の有無によ・
す、その耐久性の評価を行なった。

耐久用の排気マニホールドとタービンハウジングは同村
のものを組み合わせてエンジンに搭載した。５００サイ
クルの途中でどちらかの部品が不具合を生じた場合には
、不具合を生じた部品のみ同村のものと交換してそのま
ま試験を続行した。

その結果、本発明材により製造した排気マニホールド　
（本発明品■と■）では、５００サイクルの試験終了ま
で熱疲労亀裂の発生が認められなかったのに対して、比
較品■は４２１サイクルで、比較品■は３６５サイクル
で、また比較品■は４５２サイクルで肉厚を貫通する熱
疲労亀裂が発生した。

また本発明材により製造されたタービンハウジング（本
発明品■と■）では、５００サイクルの試験終了まで者
しい変形はなくかつ熱疲労亀裂の発生も全（認められな
かったのに対して、比較品■は４３５サイクルで肉厚を
貫通する熱疲労亀裂が発生した。

比較品■は３１８サイクルで、ハウジングが大きく変形
してロータ外周とハウジング内面が干渉して異音を発す
る不共合を生じた。

さらに、不共合を生じたタービンハウジングを分解して
内外面を観察したところ、酸化スケールがかなり生成し
ており、酷い所では１０１０ｍｍＸ１０の範囲で生成し
た酸化スケールが脱落した所がみられた。

比較品■は４４９サイクルで、ハウジングが大さく変形
してロータ外周とハウノング内面が干渉して異音を発す
る不具合を生じた。しかし、酸化スケールはほとんど生
じていなかった。

以上の結果から、本発明材により製造された排気マニホ
ールドとタービンハウジング（本発明品のと■）は、従
来村により製造された排気マニホールドとタービンハウ
ジング（比較品■〜■）に比べて、熱負荷の厳しい排気
マニホールドとタービンハウジングとして優れた耐熱疲
労性並びに耐クリープ性を有していることが明らかとな
った。

〔実施例３〕 第７表は、特許請求の範囲第３項記載の発明の実施例を
示す表である。

本発明材の各種の特性を評価するために第７表のような
１６種類の本発明材■〜［株］および３種類の比較材■
〜■の供試材を箭遣により製造した。

なお、各供試材の匍造に当たっては、１００ｋｇ用高周
波炉を用いて大気溶解し、直ちに　１５５０℃以上で出
湯して１５００℃以上や注湯し、ＪＩＳ規格Ａ号のＹブ
ロック形状にｇ１遺した。

ついで、上述により債造されたＹブロックを加熱炉中に
て８００℃で２８ｒ保持後、空冷する焼準処理を行なっ
た。

なお第７表において、比較材■〜■は自動車用ターボチ
ャーツヤ・ハウジングや排気マニホールドなどの耐熱部
品に使用されているもので、比較材のはニレジスト球状
黒鉛鋳鉄であり、比較材■はオーステナイト系耐熱鋳鋼
（ＪＩＳ規格５ＣＨ２１相当）であり、比較材■は高Ｓ
ｉ球状黒鉛債鉄と称されるものの１種である。

また、第７表の（−）は未分析を表わす。

上述により清造した第７表に示すような組成を有する各
供試材を用いて、以下に述べるような各種の評価試験を
行なった。

まず、電気−油圧サーボ方式の熱疲労試験機を用いて、
上述の各供試材に対して熱疲労試験を実施した。

なお、熱疲労試験は、標点間距離が２０ｍｍ、標点間の
直径が１０−一の丸棒試験片を用いて、試験片の加熱に
よる伸びを機械的に完全拘束した状態で下限温度を１０
０℃、上限温度を９００℃とし、１サイクル１２分とし
て加熱冷却サイクルの繰り返しにより熱疲労破壊させた
。

また、耐熱疲労性を支配する要因解析をする目的で各供
試材に対して９００℃での高温引張試験および　φ１４
Ｘ８０ｍｍの丸棒試験片を製作し、９００℃において２
００時間の大気中保持による酸化試験を実施した。

なお、この酸化試験での試験結果の評価方法としては酸
化試験後にシ器ツＹプラ入ト処理を施して酸化スケール
を除去し、酸化試験前後の単位表面積当たりの重量変化
（酸化減ｉＬ　：　ｔａｇ／ｃ−２）により評価した。

以上の熱疲労試験、高温引張試験、酸化試験の結果を第
８表に示す。

第８表から明らかなように、本発明材■〜［相］は、い
ずれも従来材である比較材■〜■と比較すると耐熱疲労
性、耐酸化性は同等以上の性能を有していることがわか
る。

また、特に耐熱疲労性について、化学成分と物理、機械
的特性との相関を重回帰分析等により統計解析を行なっ
た結果は第１〜４図のとおりである。

すなわち、第１図は後記の重回帰式により求めた推定熱
疲労寿命と実測熱疲労寿命との相関を示すグラフであり
、第２図は９００　’Ｃ高温引張強さと実測熱疲労寿命
との相関を示すグラフであり、第３図は９００℃高温耐
力と実測熱疲労寿命との相関を示すグラフであり、第４
図は９００℃高温破断伸びと実測熱疲労寿命との相関を
示すグラフである。

しかして、各図中のＸ印は２和製合域以下の温度から焼
準処理を施した場合、Δ印は２相部合域の温度から焼準
処理を施した場合、○印は鋳放し材の場合である。

本発明材の熱疲労寿命の回帰式は Ｎｆ　＝１２９０Ｘ　（Ｎ％）＋１０３Ｘ（０％）＋１
４Ｘ（Ｍｏ形）−１６ Ｒ２＝０．９８ ただし　Ｈｒ　：熱疲労寿命 Ｒ２：決定係数 （Ｎ％）二Ｎ含有量（重量比率） （０％）：Ｃ／／　　　（ｔｔ　　　）（Ｍｏ形）二Ｍ
Ｏ〃　　（〃　　） 以上の結果から本フェライト系ステンレス祭鋼において
は、従来から重要性が指摘されていた破断伸びよりも高
温での強度（耐力等）が支配要因であり、そのためには
、Ｃ，Ｎ、Ｍｏ含有量を他の必要特性とバランスさせた
範囲で増加させることが有効であることがわかる。

次に、本発明材を用いて　１．８１ターボチヤーツヤガ
ソリンエンジン用の排気マニホールドを鋳造により製造
したところ、湯廻り不良やピンホールなどの鋳造不良を
発生させることなく、債造歩留まりも５０％以上とする
ことができ、生産性に優れていることを確認することが
できた。

また、本発明材の８１械加工性については、鋳造後に２
和製合域以下の温度で焼準処理を施すことによって硬さ
をＨＢ２００以下とすることができ、この硬さは、球状
黒鉛鋳鉄（ＪＩＳ規格ＦＣＤ４０）材と同等であり、機
械加工性においても同等問題のない耐熱鋳鋼である。

ついで本発明材および比較材による　１．８１ターボチ
ヤージヤガソリンエンジン用の排気マニホールドをエン
ジンに搭載してエンジン台上耐久試験により排気マニホ
ールドとしての耐熱疲労性を評価した。

第９表に耐久用の排気マニホールドの各化学成分を示す
。

なお、第９表において、比較材■はニレノスト球状黒鉛
鋳鉄であり、比較材■は高Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄と称される
ものの１種である。

エンジン台上耐久試験条件は、最高回転数を５６００　
ｒｐｍとして全負荷条件での冷熱サイクル耐久試験にて
５００サイクルまで実施し、熱疲労亀裂の発生の有無に
より、その耐久性の評価を行なった。

その結果、本発明材により製造した排気マニホールド　
（本発明品■と■）では、５００サイクルの試験終了ま
で熱疲労亀裂の発生が認められなかったのに対して、比
較品■は４２１サイクルで、また比較品■は３６５サイ
クルで肉厚を貫通する熱疲労亀裂が発生した。

以上の結果から、本発明材により製造された排気マニホ
ールド　（本発明品■と■）は、従来村により製造され
た排気マニホールド　（比較品■と■）に比べて、熱負
荷の厳しい排気マニホールドとして優れた耐熱疲労性を
有していることが明らかとなった。

〔実施例４〕 第１０表は、特許請求の範囲第４項記載の発明の実施例
を示す表である。

本発明材の各種の特性を評価するためにｔｐＪ１０表の
ような３種類の本発明材の〜■および３種類の比較材■
〜■の供試材を鋳造により製造した。

なお、各供試材の鋳造に当たっては、１００に８用高周
波炉を用いて大気溶解し、直ち１こ　１５５０°Ｃ以上
で出湯して１ｓｏｏ℃以上で注湯し、ＪＩＳ規格Ａ号の
Ｙブロック形状に鋳造した。

ついで、上述により債遺されたＹブロックを加熱炉中に
て８００°Ｃで２Ｈｒ保持後、空冷する焼準処理を行な
った。

なお第１０表において、比較材■〜■は自動単用ターボ
チャーツヤ・ハウシングや排気マニホールドなどの耐熱
部品に使用されているもので、比較材■はニレノスト球
状黒鉛僑鉄であり、比較材■はオーステナイト系耐熱債
鋼（ＪＩＳ規格５ＣＨ２１相当）であり、比較材■は高
Ｓｉ球状黒鉛匍鉄と称されるものの１種である。

また、第１０表の（−）は未分析を表わす。

上述により鋳造した第１０表に示すような組成を有する
各供試材を用いて、以下に述べるような各種の評価試験
を行なった。

まず、電気−油圧サーボ方式の熱疲労試験機を用いて、
上述の各供試材に対して熱疲労試験を実施した。

なお、熱疲労試験は、標点間距離が２０ｍｍ、標点間の
直径が１０ｍｍの丸棒試験片を用いて、試験片の加熱に
よる伸びを機械的に完全拘束した状態で下限温度を１０
０°Ｃ１上限温度を９００℃とし、１サイクル１２分と
して加熱冷却サイクルの繰り返しにより熱疲労破壊させ
た。

また、耐熱疲労性を支配する要因解析をする目的で各供
試材に対して９００℃での高温引張試験および　φ１４
Ｘ８０ｍｍの丸棒試験片を製作し、９００　’Ｃにおい
て２００時間の大気中保持による酸化試験を実施した。

なお、この酸化試験での試験結果の評価方法としては酸
化試験後にショツトブラスト処理を施ｌ−で酸化スケー
ルを除去し、酸化試験前後の単位表面積当たりの重量変
化（酸化減量：　ｍｇ／ｃｍ２）により評価した。

以上の熱疲労試験、高温引張試験、酸化試験の結果を第
１１表に示す。

第１１表から明らかなように、本発明材■〜■は、いず
れも従来材である比較材■〜■と比較すると耐熱疲労性
、耐酸化性は同等以上の性能を有していることがわかる
。

次に、本発明材を用いて　１．８１ターボチヤージヤガ
ソリンエンノン用の排気マニホールドを鋳造により製造
したところ、８廻り不良やピンホールなどの鋳造不良を
発生させることなく、匍造歩留まりも５０％以上とする
ことができ、生産性に優れていることを確認することが
できた。

キた、本発明材の機械加工性については、鋳造後に２相
混合域以下の温度で焼準処理を施すことによって硬さを
ＨＢ２００以下とすることができ、この硬さは、球状黒
鉛僑鉄（ＪＩＳ規格ＦＣＤ４０）材と同等であり、機械
加工性においても同等問題のない耐熱鋳鋼である。

ついで本発明材および比較材による　１．８１ターボチ
ヤーツヤガソリンエンジン用の排気マニホールドをエン
ノンに搭載してエンジン台上耐久拭訣により排気マニホ
ールドとしての耐熱疲労性を評価した。

第１２表に耐久用の排気マニホールドの各化学成分を示
す。

なお、第１２表において、比較材■はニレノスト球状黒
鉛鋳鉄であり、比較材■は高Ｓｉ球状黒鉛Ｓ鉄と称され
、己ものの１種である。

エンジン台上耐久試験条件は、最高回転数を５６００　
ｒｐｍとして全負荷条件での冷熱サイクル耐久試験にて
５００サイクルまで実施し、熱疲労亀裂の発生の有無に
より、その耐久性の評価を行なった。

その結果、本発明材によ’）＊造した排気マニホールド
　（本発明品■と■）では、５００サイクルの試験終了
まで熱疲労亀裂の発生が認められなかったのに対しで、
比較品■は４２３サイクルで、また比較品■は３６５サ
イクルで肉厚を貫通する熱疲労亀裂が発生した。

以上の結果から、本発明材により！！！遺された排気マ
ニホールド　（本発明品のと■）は、従来村により製造
された排気マニホールド　（比較品■と■）に比べて、
熱負荷の厳しい排気マニホールドとして優れた耐熱疲労
性を有していることが明らかとなった。

〔発明の効果〕

以上の説明してきたように、この発明によれば、エンジ
ン排気系部品において特に重要な耐熱疲労性とＩｔ酸化
性ｌこついて従来の耐熱鋳鋼を上回る特性を有し、かつ
債造性、機械加工性は従来の耐熱鋳鉄と同等の特性を有
する耐熱鋳鋼を廉価に製造することができ、エンジン排
気系部品用材料１：適用して優れた効果を奏するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は重回帰式により求めた推定熱疲労寿命と実測熱
疲労寿命との相関を示すグラフ、第２図は９００℃高温
引張強さと実測熱疲労寿命との相関を示すグラフ、第３
図は９００℃高温耐力と実測熱疲労寿命との相関を示す
グラフ、第４図は９００℃高温破断伸びと実測熱疲労寿
命との相関を示すグラフである。 代理人　弁理士　本　　間　　　　　崇第　３　図 第　２　図 率４　叉 篭り１引張強さ（ｉｓｋ閣り Ｓ温擾駁断涜ぴ（％）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量比率でＣ：０．０６〜０．２０％、Ｎ：０．
   ０１〜０．１０％、Ｓｉ：０．４〜２．０％、Ｍｎ：０
   ．３〜１．０％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０４％
   以下、Ｃｒ：１５〜２２％、Ｎｂ：０．０１〜２．０％
   、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有し、
   鋳造後に２相混合域以下の温度で焼準処理を施したこと
   を特徴とする耐熱鋳鋼。
2. （２）重量比率でＣ：０．０６〜０．２０％、Ｎ：０．
   ０１〜０．１０％、Ｓｉ：０．４〜２．０％、Ｍｎ：０
   ．３〜１．０％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０４％
   以下、Ｃｒ：１５〜２２％、Ｎｂ：０．０１〜２．０％
   、Ｍｏ：０．２〜１００％、残部Ｆｅおよび不可避的不
   純物からなる組成を有し、鋳造後に２相混合域以下の温
   度で焼準処理を施したことを特徴とする耐熱鋳鋼。
3. （３）重量比率でＣ：０．０６〜０．２０％、Ｎ：０．
   ０１〜０．１０％、Ｓｉ：０．４〜２．０％、Ｍｎ：０
   ．３〜１．０％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０４％
   以下、Ｃｒ：１５〜２２％、Ｔｉ：０．０１〜０．１０
   ％、Ｍｏ：０．２〜１．０％、Ｎｉ：０．０１〜１．０
   ％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有し
   、鋳造後に２相混合域以下の温度で焼準処理を施したこ
   とを特徴とする耐熱鋳鋼。
4. （４）重量比率でＣ：０．０６〜０、２０％、Ｎ：０．
   ０１〜０．１０％、Ｓｉ：０．４〜２．０％、Ｍｎ：０
   ．３〜１．０％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０４％
   以下、Ｃｒ：１５〜２２％、Ｎｂ：０．０１〜２．０％
   、Ｔｉ：０．０１〜０．１０％、Ｍｏ：０．２〜１．０
   ％、Ｎｉ：０．０１〜１．０％、残部Ｆｅおよび不可避
   的不純物からなる組成を有し、鋳造後に２相混合域以下
   の温度で焼準処理を施したことを特徴とする耐熱鋳鋼。