JPH04218645A - 熱疲労寿命に優れたフェライト系耐熱鋳鋼 - Google Patents
熱疲労寿命に優れたフェライト系耐熱鋳鋼Info
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車エンジンの排気
系部品等に適する耐熱鋳鋼に関し、特に熱疲労寿命、耐
酸化性といった耐久性に優れているとともに、鋳造性、
加工性に優れ、安価なコストで製造可能な耐熱鋳鋼及び
それからなる排気系部品に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来の耐熱鋳鉄、耐熱鋳鋼としては、た
とえば表１に比較例として示すような組成のものがある
。自動車のエキゾーストマニフォールドやタービンハウ
ジング等の排気系部品等においては、使用条件が高温で
過酷であることから、表１に示すような高Ｓｉ球状黒鉛
鋳鉄、ニレジスト鋳鉄（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｕ系オーステナ
イト鋳鉄）等の耐熱鋳鉄や、特例的にオーステナイト鋳
鋼等の高価な高合金耐熱鋳鋼が採用されている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】このような従来の耐熱
鋳鉄、耐熱鋳鋼のうち、たとえば高Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄や
ニレジスト鋳鉄は、比較的鋳造性が良好であるものの、
耐熱疲労性、あるいは耐酸化性といった耐久性に劣るこ
とから、９００℃以上の高温となる部材には適用できな
い。また、オーステナイト系耐熱鋳鋼等の高合金耐熱鋳
鋼は、９００℃以上での高温強度が優れているものの、
熱膨張係数が大きいことに起因して熱疲労寿命が短いと
いう欠点を有する。また鋳造性が悪いために、鋳造時に
ひけ巣や湯廻り不良等の鋳造欠陥が発生しやすく、さら
に機械加工性が悪いために、それから部品等を製造する
場合に、生産性が低いという問題点もあった。なお、そ
の他にフェライト系ステンレス鋳鋼もあるが、通常のフ
ェライト系ステンレス鋳鋼は、高温の耐久性を改善しよ
うとすると、室温における延性に乏しくなり、機械的衝
撃等の加わる部材には使用できないという問題がある。 【０００４】従って、本発明は、上記従来の耐熱鋳鉄、
耐熱鋳鋼の問題点を解決し、耐熱疲労性、耐酸化性とい
った耐久性、及び鋳造性、加工性等に優れ、安価に製造
可能な耐熱鋳鋼を提供することを目的とする。 【０００５】本発明のもう一つの目的は、かかる耐熱鋳
鋼からなる排気系部品を提供することである。 【０００６】 【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者らは、Ｗ、Ｎｂ及び／又はＶ、あるい
はそれらにＮｉ、Ｂ、ＲＥＭ等を適量添加することによ
り、フェライト基地及び結晶粒界を強化し、室温におけ
る延性を損なわずに変態点を上昇させ、高温強度を向上
することができることを見出し、本発明に想到した。 【０００７】すなわち、本発明のフェライト系耐熱鋳鋼
は、重量比率で Ｃ：０．０５〜０．４５％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１６．０〜２５．０％ Ｗ：１．０ 〜５．０ ％ Ｎｂおよび／またはＶ：０．０１〜１．０ ％（ただし
各々は ０．５％以下） 残部：Ｆｅ及び不可避不純物からなる組成を有し、通常
のα相のほかにγ相からα相＋炭化物に変態した相（以
下α’相）を有するとともに、α’相の面積率（α’／
α＋α’）が２０〜９０％であり、かつ鋳造後にγ＋α
混合領域未満の温度で焼鈍処理が施こされていることを
特徴とする。 【０００８】なお、本発明の第１の実施例によるフェラ
イト系耐熱鋳鋼は、重量比率で Ｃ：０．１０〜０．３０％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１６．０〜２５．０％ Ｗ：１．０ 〜５．０ ％ Ｎｂ：０．０１〜０．５ ％ Ｎｉ：０．１ 〜２．０ ％ Ｎ：０．０１〜０．１５％ 残部：Ｆｅ及び不可避不純物からなる組成を有し、通常
のα相のほかにγ相からα相＋炭化物に変態した相（以
下α’相）を有するとともに、α’相の面積率（α’／
α＋α’）が２０〜９０％であり、かつ鋳造後にγ＋α
混合領域未満の温度で焼鈍処理が施こされていることを
特徴とする。 【０００９】上記第１の実施例によるフェライト系耐熱
鋳鋼において、α相からγ相への変態点は９００℃以上
である。 【００１０】本発明の第２の実施例によるフェライト系
耐熱鋳鋼は、重量比率で Ｃ：０．０５〜０．３０％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１６．０〜２５．０％ Ｗ：１．０ 〜５．０ ％ Ｎｂ：０．０１〜０．５ ％ Ｖ：０．０１〜０．５ ％ Ｂ：０．００１ 〜０．０１％ Ｎｉ：０．０５〜２．０ ％ 残部：Ｆｅ及び不可避不純物からなる組成を有し、通常
のα相のほかにγ相からα相＋炭化物に変態した相（以
下α’相）を有するとともに、α’相の面積率（α’／
α＋α’）が２０〜７０％であり、かつ鋳造後にγ＋α
混合領域未満の温度で焼鈍処理が施こされていることを
特徴とする。 【００１１】上記第２の実施例によるフェライト系耐熱
鋳鋼において、α相からγ相への変態点は９５０℃以上
である。 【００１２】本発明の第３の実施例によるフェライト系
耐熱鋳鋼は、重量比率で Ｃ：０．１５〜０．４５％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１７．０〜２２．０％ Ｗ：１．０ 〜４．０ ％ Ｎｂおよび／またはＶ：０．０１〜０．５ ％残部：Ｆ
ｅ及び不可避不純物からなる組成を有し、通常のα相の
ほかにγ相からα相＋炭化物に変態した相（以下α’相
）を有するとともに、α’相の面積率（α’／α＋α’
）が２０〜８０％であり、かつ鋳造後にγ＋α混合領域
未満の温度で焼鈍処理が施こされていることを特徴とす
る。 【００１３】上記第３の実施例によるフェライト系耐熱
鋳鋼において、α相からγ相への変態点は１０００℃以
上である。 【００１４】本発明の第４の実施例によるフェライト系
耐熱鋳鋼は、重量比率で Ｃ：０．１５〜０．４５％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１７．０〜２２．０％ Ｗ：１．０ 〜４．０ ％ Ｎｂおよび／またはＶ：０．０１〜０．５ ％Ｂ：０．
００１ 〜０．０５％ ＲＥＭ：０．００１ 〜０．０５％ 残部：Ｆｅ及び不可避不純物からなる組成を有し、通常
のα相のほかにγ相からα相＋炭化物に変態した相（以
下α’相）を有するとともに、α’相の面積率（α’／
α＋α’）が２０〜８０％であり、かつ鋳造後にγ＋α
混合領域未満の温度で焼鈍処理が施こされていることを
特徴とする。 【００１５】上記第４の実施例によるフェライト系耐熱
鋳鋼において、α相からγ相への変態点は１０００℃以
上である。 【００１６】本発明の第５の実施例によるフェライト系
耐熱鋳鋼は、重量比率で Ｃ：０．１５〜０．４５％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１７．０〜２２．０％ Ｗ：１．０ 〜４．０ ％ Ｎｂおよび／またはＶ：０．０１〜０．５ ％Ｎｉ：０
．１ 〜２．０ ％ Ｂ：０．００１ 〜０．０５％ ＲＥＭ：０．００１ 〜０．０５％ 残部：Ｆｅ及び不可避不純物からなる組成を有し、通常
のα相のほかにγ相からα相＋炭化物に変態した相（以
下α’相）を有するとともに、α’相の面積率（α’／
α＋α’）が２０〜８０％であり、かつ鋳造後にγ＋α
混合領域未満の温度で焼鈍処理が施こされていることを
特徴とする。 【００１７】上記第５の実施例によるフェライト系耐熱
鋳鋼において、α相からγ相への変態点は１０００℃以
上である。 【００１８】 【作用】上述したように、フェライト系耐熱鋳鋼に、重
量比率で、Ｗを１．０〜５．０ ％、Ｎｂおよび／また
はＶを０．０１〜１．０ ％添加し、その他に必要に応
じてさらに、適当量のＢ、ＲＥＭ、Ｎｉ、Ｎを単独で又
は組み合わせて添加すると、α’相を含有する組織が得
られ、それにより、従来の高合金鋳鋼を上まわる耐熱疲
労性及び耐酸化性を有し、室温における延性を損なうこ
となく耐熱鋳鉄と同等の鋳造性、加工性を有し、かつ低
価格な耐熱鋳鋼が得られる。さらに変態点が９００℃以
上となるので、耐熱疲労性が向上する。 【００１９】以下、本発明のフェライト系耐熱鋳鋼の各
合金元素の組成範囲の限定理由について詳細に説明する
。本発明のフェライト系耐熱鋳鋼においては、Ｃ、Ｓｉ
、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｗ、Ｎｂおよび／またはＶを必須元素と
する。 【００２０】（１） Ｃ（炭素）：０．０５〜０．４５
％Ｃは、溶湯の流動性すなわち鋳造性を改善するととも
に、α’相を適当量生成する作用を有し、さらには９０
０℃以上の高温における強度を高く維持する働きがある
。このような作用を有効に発揮するために、Ｃは０．０
５％以上必要である。なお、一般のフェライト系耐熱鋳
鋼では室温でα相のみであるが、炭素量の調整により、
高温から常温まで存在するα相のほかに、高温ではＣが
固溶したγ相ができる。このγ相は冷却中に炭化物を析
出して（α相＋炭化物）に変態する。このような相をα
’相と呼ぶ。 【００２１】一方、Ｃの含有量が０．４５％を超えると
α’相が存在しにくくなって、マルテンサイト組織にな
り、また耐酸化性、耐食性及び加工性の低下を引き起こ
すＣｒ炭化物の析出が顕著になる。このためＣは０．０
５〜０．４５％とする。 【００２２】（２） Ｓｉ（ケイ素）：０．４ 〜２．
０ ％Ｓｉは、本発明のＦｅ−Ｃｒ系合金のγ相の範囲
を狭め、組織の安定性を増し、耐酸化性の改善の効果も
ある。さらに、鋳造性の改善、脱酸剤としての作用、鋳
物のピンホール欠陥の低減効果等もある。このような効
果を有効にするため、Ｓｉの含有量は０．４ ％以上と
する。 しかし多すぎると、Ｃとのバランス（炭素当量）により
一次炭化物を粗大化し、鋳鋼の加工性を低下したり、ま
たフェライト基地組織中のＳｉ含有量が過多となって延
性の低下を引き起こしたり、高温でのδ相を形成したり
する。このため、Ｓｉの含有量は２．０ ％以下とする
。 【００２３】（３） Ｍｎ（マンガン）：０．３ 〜１
．０ ％Ｍｎは、Ｓｉと同様に溶湯の脱酸剤として有効
であり、また鋳造時の湯流れ性を向上させて生産性を改
善する作用を有する。このような作用を有効に発揮させ
ため、Ｍｎの含有量を０．３ 〜１．０ ％とする。 【００２４】（４） Ｃｒ（クロム）：１６．０〜２５
．０％Ｃｒは耐酸化性を改善し、フェライト組織を安定
にする元素であるが、その効果を確実にするため１６．
０％以上とする。一方、多量の添加はＣｒの一次炭化物
を粗大化させ、高温でのδ相の形成を助長し、著しい脆
化を引き起こす。そのため、Ｃｒの上限を２５．０％と
する。 【００２５】（５） Ｗ（タングステン）：１．０ 〜
５．０ ％Ｗはフェライト基地を強化して室温における
延性を損なわずに高温強度を向上させる作用を有する。 従って、耐クリープ性及び変態点上昇による耐熱疲労性
向上の目的で、１．０ ％以上のＷを添加する。しかし
、その含有量が５．０％を超えると、粗大な共晶炭化物
が生成し、延性の低下及び機械加工性の悪化を引き起こ
すので、５．０ ％以下とする。 【００２６】なお、Ｗとほぼ同様の効果は、Ｍｏを添加
しても得られるが（ただし、Ｍｏは原子量でＷの２倍で
あるので、重量比率では添加量が１／２となる）、高温
でＷの方がＭｏより安定であるので、本発明ではＷを含
有する。 【００２７】（６） Ｎｂ（ニオビウム）および／また
はＶ（バナジウム）：０．０１〜１．０ ％Ｎｂ及びＶ
はＣと結合して微細な炭化物を形成し、高温での引張強
さならびに耐熱疲労性を増大させる。またＣｒの炭化物
の生成を抑制することによって耐酸化性と切削性を向上
させる。このような目的でＮｂおよび／またはＶの含有
量は０．０１％以上とする。しかし、多量に添加すると
、結晶粒界に炭化物を形成し、またＮｂ及びＶの炭化物
を生成することによりＣが消費され、α’相が形成され
にくくなり、強度と延性が著しく低下するため、各々０
．５０％以下（合計１．０ ％以下）とする。 【００２８】なお、ＮｂとＶでは炭化物を形成する温度
域が異なるので、広い温度域にわたり析出強化（硬化）
作用が期待できる。従って、どちらか一方の単独含有の
みならず、複合添加により大きな効果が期待できる。 【００２９】好ましい実施例においては、上記必須元素
の他に、Ｎｉ、Ｂ、ＲＥＭ（希土類金属）、Ｎを単独で
又は組み合わせて含有してもよい。 【００３０】特に、第１実施例のフェライト系耐熱鋳鋼
は、上記必須元素の割合が以下の通りであるとともに、
Ｃ：０．１０〜０．３０％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１６．０〜２５．０％ Ｗ：１．０ 〜５．０ ％ Ｎｂ：０．０１〜０．５ ％ さらにＮ及びＮｉを含有する。なお、Ｎ及びＮｉの添加
量の限定理由は以下の通りである。 【００３１】（７） Ｎ（窒素）：０．０１〜０．１５
％Ｎは、Ｃと同様に高温強度及び耐熱疲労性を改善する
元素で、０．０１％以上で硬化が現れる。一方、製造の
安定性を確保するためとＣｒ窒化物の析出により脆化を
避けるため、０．１５％以下とする。 【００３２】（８） Ｎｉ（ニッケル）：０．１ 〜２
．０ ％Ｎｉは、Ｃと同様にγ相形成元素であり、α’
相を適当量存在させるためには、０．１ ％以上添加す
るのが好ましい。一方、２．０ ％を超えると耐酸化性
の優れたα相が減少し、かつα’相がマルテンサイト化
して著しく延性を低下させる。そのためＮｉ含有量を２
．０ ％以下とする。 【００３３】第２実施例のフェライト系耐熱鋳鋼は、上
記必須元素の割合が以下の通りであるとともに、Ｃ：０
．０５〜０．３０％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１６．０〜２５．０％ Ｗ：１．０ 〜５．０ ％ Ｎｂ：０．０１〜０．５ ％ Ｖ：０．０１〜０．５ ％ さらにＮｉ及びＢを含有する。なお、この実施例の場合
、Ｎｉの添加量は０．０５〜２．０ ％である。また、
Ｂの添加量の限定理由は以下の通りである。 【００３４】（９） Ｂ（ボロン）：０．００１ 〜０
．０１％Ｂは鋳鋼の結晶粒界を強化するほか、粒界炭化
物を微細にするとともに、その凝集粗大化を遅らせ、高
温強度と靱性を改善する作用を有する。このため、０．
００１ ％以上の添加が望ましい。一方多量に添加する
と、硼化物が析出し、高温強度、靱性が劣化するので、
０．０１％を上限とする。従って、Ｂの含有量は、０．
００１ 〜０．０１％とする。 【００３５】第３実施例のフェライト系耐熱鋳鋼におい
ては、上記必須元素の添加量は以下の通りであり、Ｃ：
０．１５〜０．４５％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１７．０〜２２．０％ Ｗ：１．０ 〜４．０ ％ Ｎｂおよび／またはＶ：０．０１〜０．５ ％これら以
外の元素は不要である。 【００３６】第４実施例のフェライト系耐熱鋳鋼は、上
記必須元素の割合が以下の通りであるとともに、Ｃ：０
．１５〜０．４５％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１７．０〜２２．０％ Ｗ：１．０ 〜４．０ ％ Ｎｂおよび／またはＶ：０．０１〜０．５ ％さらにＢ
及びＲＥＭを含有する。なおこの実施例ではＢの添加量
は０．００１〜０．０５％である。またＲＥＭの添加量
の限定理由は以下の通りである。 【００３７】（１０）ＲＥＭ（希土類金属）：０．００
１ 〜０．０５％ ＲＥＭとは、Ｃｅ（セリウム）、Ｌａ（ランタン）等を
主とした軽希土類元素であり、安定な酸化物を形成し、
耐酸化性を改善し、また結晶粒界を微細にする作用があ
る。このような作用を有効にするために、０．００１
％以上添加する。一方、多量に添加すると、非金属介在
物となって特に延性に対して有害となる。そのため上限
を０．０５％とする。 【００３８】第５実施例のフェライト系耐熱鋳鋼は、上
記必須元素の割合が以下の通りであるとともに、Ｃ：０
．１５〜０．４５％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１７．０〜２２．０％ Ｗ：１．０ 〜４．０ ％ Ｎｂおよび／またはＶ：０．０１〜０．５ ％さらにＮ
ｉ、Ｂ及びＲＥＭを含有する。なおこの実施例において
は、Ｎｉの添加量は０．１ 〜２．０ ％、Ｂの添加量
は０．００１ 〜０．０５％、ＲＥＭの添加量は０．０
０１ 〜０．０５％である。 【００３９】以上を要約すると、各実施例のフェライト
系耐熱鋳鋼の組成は以下の通りである。 【００４０】第１実施例： Ｃ：０．１０〜０．３０％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１６．０〜２５．０％ Ｗ：１．０ 〜５．０ ％ Ｎｂ：０．０１〜０．５ ％ Ｎｉ：０．１ 〜２．０ ％ Ｎ：０．０１〜０．１５％ 【００４１】好ましい組成範囲は以下の通りである。 Ｃ：０．１５〜０．２５％ Ｓｉ：０．７ 〜１．５ ％ Ｍｎ：０．４ 〜０．７ ％ Ｃｒ：１７〜２２％ Ｗ：１．２ 〜３％ Ｎｂ：０．０２〜０．１ ％ Ｎｉ：０．３ 〜１．５ ％ Ｎ：０．０２〜０．０８％ 【００４２】第２実施例： Ｃ：０．０５〜０．３０％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１６．０〜２５．０％ Ｗ：１．０ 〜５．０ ％ Ｎｂ：０．０１〜０．５ ％ Ｖ：０．０１〜０．５ ％ Ｎｉ：０．０５〜２．０ ％ Ｂ：０．００１ 〜０．０１％ 【００４３】好ましい組成範囲は以下の通りである。 Ｃ：０．０８〜０．２０％ Ｓｉ：０．７ 〜１．５ ％ Ｍｎ：０．４ 〜０．７ ％ Ｃｒ：１７〜２２％ Ｗ：１．２ 〜３％ Ｎｂ：０．０２〜０．１ ％ Ｖ：０．０５〜０．４ ％ Ｎｉ：０．３ 〜１．５ ％ Ｂ：０．００２ 〜０．００８ ％ 【００４４】第３実施例： Ｃ：０．１５〜０．４５％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１７．０〜２２．０％ Ｗ：１．０ 〜４．０ ％ Ｎｂおよび／またはＶ：０．０１〜０．５ ％【００４
５】好ましい組成範囲は以下の通りである。 Ｃ：０．２０〜０．４０％ Ｓｉ：０．７ 〜１．５ ％ Ｍｎ：０．４ 〜０．７ ％ Ｃｒ：１８〜２１％ Ｗ：１．２ 〜３．０ ％ Ｎｂおよび／またはＶ：０．０２〜０．４ ％【００４
６】第４実施例： Ｃ：０．１５〜０．４５％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１７．０〜２２．０％ Ｗ：１．０ 〜４．０ ％ Ｎｂおよび／またはＶ：０．０１〜０．５ ％Ｂ：０．
００１ 〜０．０５％ ＲＥＭ：０．００１ 〜０．０５％ 【００４７】好ましい組成範囲は以下の通りである。 Ｃ：０．２０〜０．４０％ Ｓｉ：０．７ 〜１．５ ％ Ｍｎ：０．４ 〜０．７ ％ Ｃｒ：１８〜２１％ Ｗ：１．２ 〜３．０ ％ Ｎｂおよび／またはＶ：０．０２〜０．４ ％Ｂ：０．
００２ 〜０．０３％ ＲＥＭ：０．００５ 〜０．０４％ 【００４８】第５実施例： Ｃ：０．１５〜０．４５％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１７．０〜２２．０％ Ｗ：１．０ 〜４．０ ％ Ｎｂおよび／またはＶ：０．０１〜０．５ ％Ｎｉ：０
．１ 〜２．０ ％ Ｂ：０．００１ 〜０．０５％ ＲＥＭ：０．００１ 〜０．０５％ 【００４９】好ましい組成範囲は以下の通りである。 Ｃ：０．２０〜０．４０％ Ｓｉ：０．７ 〜１．５ ％ Ｍｎ：０．４ 〜０．７ ％ Ｃｒ：１８〜２１％ Ｗ：１．２ 〜３．０ ％ Ｎｂおよび／またはＶ：０．０２〜０．４ ％Ｎｉ：０
．３ 〜１．５ ％ Ｂ：０．００２ 〜０．００８ ％ ＲＥＭ：０．００５ 〜０．０４％ 【００５０】上記組成を有する本発明のフェライト系耐
熱鋳鋼は、通常のα相のほかにγ相からα相＋炭化物に
変態したα’相を有する。なお通常のα相とは、δ（デ
ルタ）フェライトを意味する。また、析出した炭化物は
Ｆｅ、Ｃｒ、Ｗ、Ｎｂ等の炭化物（Ｍ２３Ｃ６ 、Ｍ７
Ｃ３ 、ＭＣ等）である。 【００５１】このα’相の面積率（α’／α＋α’）が
２０％未満では、室温における延性が低く、鋳鋼は極め
て脆い。一方、９０％を超えると硬くなりすぎ、室温に
おける延性が低下するとともに、機械加工性が著しく悪
くなる。そのため面積率（α’／α＋α’）は２０〜９
０％とする。 【００５２】また、フェライト系耐熱鋳鋼に対して、鋳
造後にγ＋α混合領域未満の温度で焼鈍処理を施す。こ
のときの焼鈍処理の温度は、一般に７００ 〜８５０
℃であり、焼鈍時間は１〜１０時間である。これは、α
’相がγ相に変態しない温度域である。 【００５３】なお、使用温度域にα相からγ相への変態
点が存在すると、加熱─冷却のサイクルを受けて発生す
る熱応力が増大し、熱疲労寿命が短くなる。そのため、
９００℃以上の変態点を有する必要がある。このように
高い変態点を有するためには、フェライト生成元素であ
るＣｒ、Ｓｉ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂとオーステナイト生成元素
であるＣ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｎ、Ｍｎのバランスが適正であ
ることが必要である。 【００５４】なお、各実施例のフェライト系耐熱鋳鋼に
おける面積率及び変態点は以下の通りである。 【００５５】第１実施例： 面積率：２０〜９０％ 変態点：９００℃以上 【００５６】第２実施例： 面積率：２０〜７０％ 変態点：９５０℃以上 【００５７】第３〜第５実施例： 面積率：２０〜８０％ 変態点：１０００℃以上 【００５８】このような本発明のフェライト系耐熱鋳鋼
は、特に自動車の排気系部品を製造するのに適している
。自動車の排気系部品として、過給機付き直列４気筒エ
ンジンに取り付けられた一体構造型エキゾーストマニフ
ォールドを図１に示す。エキゾーストマニフォールド１
はターボチャージャのタービンハウジング２に結合して
おり、またタービンハウジング２には、エキゾーストア
ウトレットパイプ３を介して排気ガス浄化用触媒コンバ
ータ容器４が接続している。さらにコンバータ容器４に
はメインキャタライザ５が接続している。メインキャタ
ライザ５の出口はマフラー（Ｄ）に連通している。一方
、タービンハウジング２は、インテークマニフォールド
Ｂに連通しており、かつＣより吸気されるようになって
いる。なお排気ガスはＡよりエキゾーストマニフォール
ド１に流入する。 【００５９】このようなエキゾーストマニフォールド１
やタービンハウジング２は、熱容量を小さくするために
、できるだけ薄肉にするのが好ましい。エキゾーストマ
ニフォールド１及びタービンハウジング２の肉厚は、例
えば、それぞれ２．５〜３．４ ｍｍ、 ２．７〜４．
１ ｍｍである。 【００６０】このような薄肉のフェライト系耐熱鋳鋼か
らなるエキゾーストマニフォールド１やタービンハウジ
ング２は、加熱冷却のサイクルを受けても亀裂が生ずる
ことがなく、優れた耐久性を有する。 【００６１】 【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明する
。 【００６２】実施例１〜９、比較例１〜５ 表１に示
す種類の組成のフェライト系耐熱鋳鋼について、鋳造に
よりＪＩＳ規格のＹ形Ｂ号供試材を作製した。なお、鋳
造にあたっては、１００ｋｇ用高周波炉を用いて大気中
溶解し、直ちに１５５０℃以上で出湯して約１５００℃
で注湯した。 【００６３】
表１
化学成分（重量
％） 実施例Ｎｏ． Ｃ
Ｓｉ Ｍｎ Ｃｒ
Ｗ Ｎｂ １
０．１２ ０．８０ ０．５５
１６．２ １．１５ ０．２０
２ ０．１６
０．９３ ０．４８ １８．４ １
．９５ ０．３４ ３
０．２１ １．１４ ０．６２
２０．１ ３．５２ ０．１５
４ ０．２５
１．５２ ０．７８ ２２．４
４．０５ ０．０８ ５
０．２８ １．０３ ０．５
７ ２４．８ ４．７８ ０．１２
６ ０．１８
０．８８ ０．６０ １８．４
１．２５ ０．４５ ７
０．２０ １．０８ ０．
４４ １８．６ ２．４５ ０．２
５ ８ ０．２３
０．９５ ０．６１ １８．１
２．９３ ０．０９ ９
０．２４ ０．８２ ０
．５３ １７．８ ２．０２ ０．
１５ 比較例Ｎｏ． １ ３．３３
４．０４ ０．３５ −
− − ２
２．０１ ４．８２ ０．４５
１．９１ − − ３
０．２８ １．０５
０．４４ １７．９ −
− ４ ０．２１
１．２４ ０．５０ １８．８
− − ５
０．１２ １．０５ ０．４８
１８．１ − １．１２【００
６４】
表１（続き）
化学成分（重量％） α’／（α＋α’
） 変態点 実施例Ｎｏ．
Ｎｉ Ｎ （％
） （℃） １
０．２０ ０．０３
６５ ９２０
２ ０．７５
０．０４ ５０
９７０ ３
０．９４ ０．０２
３５ １０２０
４ １．４５
０．０４ ３０
１０５０ ５
１．８２ ０．０４
２８ １０９
０ ６ １．２５
０．０３ ６５
９２０ ７
０．６５ ０．０３
５０ ９
９０ ８ ０．９４
０．０３ ７５
９３０ ９
０．５２ ０．０４
８５
９３０ 比較例Ｎｏ． １ ０．６２＊
− −
８００〜８５０ ２
３５．３ −
− −
３ − −
９３
９１０ ４ ９．１
− −
− ５
− −
０ ＞１１００ （注）
＊：Ｍｏ 【００６５】実施例１〜９のフェライト系耐熱鋳鋼につ
いては、鋳造時の湯流れ性が良く、鋳造欠陥の発生が見
られなかった。次に、鋳造した本発明材（実施例１〜９
）の供試材（Ｙブロック）を加熱炉中にて８００℃で２
時間保持後空冷する熱処理を行った。一方、比較材（比
較例１〜５）については、すべて鋳放しのまま試験に供
した。 【００６６】なお、比較材（比較例１〜５）はいずれも
自動車のターボチャージャー用ハウジングやエキゾース
トマニフォールド等の耐熱部品に使用されているもので
、比較例１の供試材は、高Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄であり、比
較例２の供試材はニレジスト球状黒鉛鋳鉄であり、比較
例３の供試材はＡＣＩ（Ａｌｌｏｙ Ｃａｓｔｉｎｇ
Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ）規格のＣＢ−３０であり、また
比較例４の供試材は、オーステナイト系耐熱鋳鋼（ＪＩ
Ｓ規格ＳＣＨ１２）と称されるものの一種であり、さら
に比較例５の供試材は、高性能エンジン用エキゾースト
マニフォールドに使われているフェライト系耐熱鋳鋼（
ＮＳＨＲ−Ｆ２、日立金属（株）の商標）である。 【００６７】表１に示す通り、本発明材１〜９は変態点
が９００℃以上であり、比較材１及び３に比較して高い
ことがわかる。次に、鋳造後の各供試材を用いて、以下
に述べる各種の評価試験を行った。 【００６８】（１） 室温引張試験 標点間距離が５０ｍｍ、標点間の直径が１４ｍｍの丸棒
試験片（ＪＩＳ規格４号試験片）を用いて行った。 【００６９】（２） 高温引張試験 標点間距離が５０ｍｍ、標点間の直径が１０ｍｍのつば
つき試験片を用いて、９００℃の温度で行った。 【００７０】（３） 熱疲労試験 標点間距離が２０ｍｍ、標点間の直径が１０ｍｍの丸棒
試験片を用い、加熱冷却による伸び縮みを機械的に完全
に拘束した状態で、下記の条件下で、加熱冷却サイクル
を繰り返し、熱疲労破壊を起こさせた。 【００７１】下限温度：１００℃ 上限温度：９００℃ 各１サイクル：１２分 なお、試験機として電気−油圧サーボ方式の熱疲労試験
機を用いた。 【００７２】（４） 酸化試験 直径１０ｍｍ×長さ２０ｍｍの丸棒試験片を作製し、９
００℃において２００時間大気中に保持し、取出し後に
ショ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面積当たりの重量変化（酸化減量：
ｍｇ／ｃｍ２ ）を求めることにより、耐酸化性を評価
した。 【００７３】以上の室温引張試験の結果を表２に、高温
引張試験、熱疲労試験及び酸化試験の結果を表３にそれ
ぞれ示す。 【００７４】
表２
室温
０．２％耐力 引張強さ
伸び 硬さ 実施例Ｎｏ．
（ＭＰａ） （ＭＰａ） （
％） （ＨＢ ） １
３８０
４８０ ６ １７９
２
４５０ ６５０
１０ ２２３
３ ５００
７７０ １２
２３５ ４
４４０ ６２０
１２ ２０１
５ ５００
６０５ ８
２０７ ６
４８０ ５９
０ ５ ２０７
７ ４６
０ ５３０
１０ ２１７ ８
５３０
６００ ８ １
９２ ９
５７０ ６１０
５ ２０１ 比較
例Ｎｏ． １ ５
１０ ６４０
１１ ２１５
２ ２４５
５１０ １９
１３９ ３
５４０ ７６０
４ ２４０
４ ２５０
５６０ ２０
１７０ ５
３００ ３７０
１ １４９ 【０
０７５】
表３
９００
℃ ０．２％耐力 引
張強さ 伸び 熱疲労寿命 酸化減
量実施例Ｎｏ． （ＭＰａ） （ＭＰａ）
（％） （サイクル） （ｍｇ／ｃｍ２ ）
１ ２０
３６ ４４
８２ ２ ２
２３ ４０
５０ ２７６
１ ３ ２５
４４ ４８
５１４ １ ４
２７ ４８
５２ １５７
２ ５ ２０
４０ ５１
５５３ １ ６
２４ ５０
５４ ３６０
１ ７
２３ ４６ ４８
３３１ １
８ ２６
５２ ３８ ５３１
１ ９
２８ ５８
４０ ４８０ １
比較例Ｎｏ． １ ２０
４０ ３３
９ ２００ ２
４０ ９０
４４ ２３
２０ ３ ２５
４２ ５８
１８ １ ４
６５ １２８
３１ ３５
２ ５ １
５ ２８ ９３
１８５ ２ 【００７６】表２及び表３から明らかなように、本発明
材１〜９はいずれも従来例である比較例１〜５の供試材
と比較して、高温強度、耐酸化性及び熱疲労寿命が著し
く改善されていることがわかる。これは適量のＷ、Ｎｂ
、Ｎｉ及びＮを含有することにより、フェライト基地が
強化され、室温の延性を損なわずに変態点が９００℃以
上に上昇したためである。 【００７７】また表２に示す通り、本発明材１〜９は硬
さ（ＨＢ ）が１７９〜２３５と比較的低く、機械加工
性にも優れていることがわかる。 【００７８】なお、実施例８及び比較例５の耐熱鋳鋼に
ついて、顕微鏡写真（１００ 倍）をそれぞれ図２及び
図３に示す。 【００７９】実施例１０〜１９ 表４に示す種類の組成のフェライト系耐熱鋳鋼について
、実施例１と同様にしてＪＩＳ規格のＹ形Ｂ号供試材を
作製した。 【００８０】実施例１０〜１９のフェライト系耐熱鋳鋼
については、鋳造時の湯流れ性が良く、鋳造欠陥の発生
が見られなかった。次に、鋳造した本発明材（実施例１
０〜１９）の供試材（Ｙブロック）を加熱炉中にて８０
０℃で２時間保持後空冷する熱処理を行った。 【００８１】
表４
化学成分（重量
％） 実施例Ｎｏ． Ｃ Ｓｉ
Ｍｎ Ｃｒ Ｗ
Ｎｂ Ｖ １０
０．１１ ０．８８ ０．４８
１５．９ １．４８ ０．０２
０．２０ １１ ０．１
５ １．００ ０．６５ １８．９
２．０５ ０．４２ ０．０８
１２ ０．２２ １．
５２ ０．８２ ２１．５ １．５
２ ０．１０ ０．４２ １
３ ０．２８ １．１５ ０
．５２ ２３．６ ４．２０ ０．
０８ ０．１５ １４
０．１２ ０．７８ ０．７１
１８．４ ３．０５ ０．２２ ０
．０５ １５ ０．１８
０．９２ ０．４５ ２０．４
１．９４ ０．０５ ０．１８
１６ ０．０８ １．０８
０．５２ １８．２ ４．９９
０．０７ ０．０７ １７
０．１２ １．１１ ０．４９
１８．６ ２．２５ ０．３５
０．２５ １８ ０．
１５ ０．８９ ０．５４ １７．
８ １．８８ ０．０８ ０．１６
１９ ０．１１ １
．３２ ０．９１ １８．７ ２．
１２ ０．１３ ０．１０ 【００８２】
表４（続き）
化学成分（重量％） α’／（α＋α’
） 変態点 実施例Ｎｏ．
Ｎｉ Ｂ （％
） （℃） １０
０．０７ ０．００２
６０ ９７０
１１ ０．５
０ ０．００８ ３０
１０４５ １２
１．５０ ０．００５
２８ １
０８０ １３
０．５９ ０．００３
２２ １１００ １
４ ０．１２ ０．００
６ ３０
１０３０ １５
１．０２ ０．００３
２５ １０８０
１６ １．８９ ０
．００４ ３０
１０４０ １７
０．１５ ０．００６
３５ １０１０
１８ ０．１１
０．００９ ５０
９６０ １９
０．０９ ０．００４
４０ １０２
０ 【００８３】表４に示す通り、本発明材１０〜
１９は変態点が９５０℃以上であり、比較材１〜４と比
較して高いことがわかる。次に、鋳造後の各供試材を用
いて、室温引張試験、高温引張試験、熱疲労試験及び酸
化試験を、実施例１〜９と同じ条件で行った。 【００８４】以上の室温引張試験の結果を表５に、高温
引張試験、熱疲労試験及び酸化試験の結果を表６にそれ
ぞれ示す。 【００８５】
表５
室温
０．２％耐力 引張強さ
伸び 硬さ 実施例Ｎｏ．
（ＭＰａ） （ＭＰａ） （
％） （ＨＢ ） １０
４２０
４６０ ５ ２１
２ １１
４５０ ５３０
６ ２１２
１２ ３６０
３９０ ４
１８３ １３
４６０ ４８０
４ ２１７
１４ ４００
４３０ ５
２０１ １５
４５０
４７５ ５ ２０
７ １６
３７０ ５００
４ １８７
１７ ３８５
４９０ ５
１７４ １８
４３０ ４８０
６ １８２
１９ ４１０
４５０ ６
１７９ 【００８６】
表６
９００
℃ ０．２％耐力 引
張強さ 伸び 熱疲労寿命 酸化減
量実施例Ｎｏ． （ＭＰａ） （ＭＰａ）
（％） （サイクル） （ｍｇ／ｃｍ２ ）
１０ ２０
４１ ４５ ２
１０ ３ １１
２２ ４６
５４ １８５
２ １２ ２１
４２ ４７
２０１ １ １３
２５ ５
０ ４４ ２５１
１ １４
２３ ４６ ４
８ ２６８ ２
１５ ２５
５２ ６０ ２
６６ １ １６
２２ ４４
５３ １８９
２ １７ ２２
４７ ４６
２４８ １ １８
２４ ４
８ ５７ ３２２
２ １９
２３ ４８ ５
１ ２５０ １【
００８７】表５及び表６から明らかなように、本発明材
１０〜１９はいずれも従来例である比較例１〜５の供試
材と比較して、高温強度、耐酸化性及び熱疲労寿命が著
しく改善されていることがわかる。これは適量のＷ、Ｎ
ｂ、Ｖ、Ｂ、Ｎｉを含有することにより、フェライト基
地が強化され、室温の延性を損なわずに変態点が９５０
℃以上に上昇したためである。 【００８８】また表５に示す通り、本発明材１０〜１９
は硬さ（ＨＢ ）が１７４〜２１７と比較的低く、機械
加工性にも優れていることがわかる。 【００８９】なお、実施例１８の耐熱鋳鋼について、顕
微鏡写真（１００倍）を図４に示す。 【００９０】実施例２０〜３４ 表７に示す種類の組成のフェライト系耐熱鋳鋼について
、実施例１と同様にしてＪＩＳ規格のＹ形Ｂ号供試材を
作製した。 【００９１】
表７
化学成分（重量
％） 実施例Ｎｏ． Ｃ Ｓｉ
Ｍｎ Ｃｒ Ｗ
Ｎｂ Ｖ ２０
０．１６ ０．８２ ０．４４
１８．６ １．５２ ０．０５
− ２１ ０．２２
１．５２ ０．５３ ２０．５
３．０８ − ０．３５
２２ ０．３３ １．０２
０．６６ ２１．８ ２．５２
０．４ ０．０９ ２３
０．４２ １．０９ ０．６
９ １８．３ ３．８５ ０．１５
０．１５ ２４ ０
．３０ １．８２ ０．９５ ２１
．５ ２．０４ ０．２５ ０．０
３ ２５ ０．２２
１．０５ ０．４２ １８．６ １
．０６ ０．１０ ０．０５
２６ ０．３１ ０．９２
０．６１ ２０．３ ３．８０
０．３５ ０．１０ ２７
０．４５ ０．８０ ０．４９
２１．８ ２．２５ ０．０５
０．３８ ２８ ０．２９
０．９５ ０．５８ ２０．３
２．０９ ０．０５ ０．０５
２９ ０．１５ ０．８
９ ０．４３ ２０．９ ２．４９
０．２５ ０．２０ ３０
０．１７ １．０８ ０．
６２ １７．９ １．４４ ０．０
５ ０．３０ ３１
０．３０ ０．９８ ０．４８ ２
０．５ ２．９５ ０．４２ ０．
０５ ３２ ０．４３
１．８０ ０．８１ ２１．８
３．７２ ０．１５ ０．１８
３３ ０．２５ ０．９４
０．５２ １８．９ ２．０５
０．０８ ０．０２ ３４
０．３１ １．０４ ０．４９
１８．５ ２．１１ ０．０６
０．０３ 【００９２】
表７（続き）
化学成分（重量％） α’／（α＋α’
） 変態点 実施例Ｎｏ． Ｎｉ
Ｂ ＲＥＭ （％）
（℃） ２０
− − −
５５ １０１０
２１ − −
− ６２
１０６０ ２２ −
− − ５
８ １０７０ ２３
− − −
７２ １０
５０ ２４ −
− − ４８
＞１１００ ２５
− ０．００５ ０．０１
７８ １０４
０ ２６ − ０．
０４ ０．００５ ５２
＞１１００ ２７
− ０．００５ ０．００８
６８ １０
２０ ２８ − ０
．０１ ０．００９ ７０
＞１１００ ２９
− ０．００８ ０．０４
３８ ＞１
１００ ３０ ０．４２
０．００５ ０．０３
４５ １０５０ ３
１ １．０５ ０．０２ ０
．００５ ６０
１０４０ ３２ １．８
６ ０．００５ ０．００３
６８ １０２０
３３ ０．７５ ０．０４
０．００５ ６５
１０６０ ３４
０．５７ ０．００４ ０．０１
５６ １０８０ 【
００９３】実施例２０〜３４のフェライト系耐熱鋳鋼に
ついては、鋳造時の湯流れ性が良く、鋳造欠陥の発生が
見られなかった。次に、鋳造した本発明材（実施例２０
〜３４）の供試材（Ｙブロック）を加熱炉中にて８００
℃で２時間保持後空冷する熱処理を行った。 【００９４】表７に示す通り、本発明材２０〜３４は変
態点が１０００℃以上であり、比較材１及び３に比較し
て高いことがわかる。 【００９５】次に、鋳造後の各供試材を用いて、実施例
１と同じ各種の評価試験を行った。なお高温引張試験は
９００℃及び１０００℃の２温度で行った。また酸化試
験も９００℃及び１０００℃において行った。 【００９６】さらに熱疲労試験の条件は以下の通りであ
った。 下限温度：１５０℃ 上限温度：９００℃及び１０００℃ 各１サイクル：１２分 【００９７】以上の室温引張試験の結果を表８に、高温
引張試験、熱疲労試験及び酸化試験の結果を表９（ａｔ
９００℃）及び表１０（ａｔ１０００℃）にそれぞれ示
す。 【００９８】
表８
室温
０．２％耐力 引張強さ
伸び 硬さ 実施例Ｎｏ．
（ＭＰａ） （ＭＰａ） （
％） （ＨＢ ） ２０
３６０
４６０ ５ １７
０ ２１
３４０ ４７５
６ １９２
２２ ３８０
５００ ８
２０７ ２３
４２５ ５７０
４ ２１２
２４ ３５０
４９０ ４
２１２ ２５
３４５
４５０ ４ ２０
７ ２６
３３５ ４２５
６ ２０２
２７ ４０５
４８０ ８
１９７ ２８
４１０ ５１０
４ ２０７
２９ ３９５
４９５ ６
１９３ ３０
４７０
５８０ ４ １９
７ ３１
５２０ ６００
６ ２０１
３２ ５５０
６５０ ４
２２３ ３３
５０５ ５９５
６ ２１２
３４ ５３５
６０５ ４
２１７ 【００９９】
表９
９００
℃ ０．２％耐力 引
張強さ 伸び 熱疲労寿命 酸化減
量実施例Ｎｏ． （ＭＰａ） （ＭＰａ）
（％） （サイクル） （ｍｇ／ｃｍ２ ）
２０ ２１
３７ ５０ １
８０ ２ ２１
２４ ３９
４５ ２１５
１ ２２ ２５
４１ ３８
２３２ １ ２３
２８ ４
３ ４２ ３６８
２ ２４
２７ ４０ ５
５ ３４２ １
２５ ２９
４５ ５２ ４
４５ ２ ２６
２３ ３８
６２ ３８２
１ ２７ ３０
４８ ３３
４８９ １ ２８
２８ ４
４ ５４ ３２５
１ ２９
２２ ４２ ５
８ ２８８ ２
３０ ２１
４４ ６５ ４
６８ １ ３１
２５ ４６
５０ ３２５
２ ３２ ２７
４８ ３５
２２５ ２ ３３
２８ ５
２ ４５ ２５２
１ ３４
２９ ５０ ６
０ ３６５ １【
０１００】
表１０
１０００
℃ ０．２％耐力 引
張強さ 伸び 熱疲労寿命 酸化減
量実施例Ｎｏ． （ＭＰａ） （ＭＰａ）
（％） （サイクル） （ｍｇ／ｃｍ２ ）
２０ １４
２４ ８０
９５ ２９ ２１
１６ ２５
９２ １８０
８ ２２ １
７ ２８ ９８
１９５ １３
２３ １７
２９ １００ ２９０
１４ ２４
１５ ２６
１１５ ２４２
２２ ２５ １８
３０ １０８
３５０ ３３ ２
６ １４
２３ ８４ ２９０
１１ ２７
１９ ３１
９６ ３６５
１８ ２８ １５
２４ ７６
２５４ １５ ２９
１５ ２５
８８ ２０５
９ ３０
１４ ２３ １０
２ ３０５ １８
３１ １４
２４ １２３
２０５ ３４ ３２
１８ ２９
１３５ １５４
４６ ３３
１７ ２９ １４９
１７５ ２６
３４ １６
２６ １５６ ２２
５ ２１ 【０１０１】表８、表９及び表１０から明らかなように
、本発明材２０〜３４はいずれも従来例である比較例１
〜５の供試材と比較して、高温強度、耐酸化性及び熱疲
労寿命が著しく改善されていることがわかる。これは適
量のＷ、Ｂ、ＲＥＭ等を含有することにより、フェライ
ト基地が強化され、室温の延性を損なわずに変態点が１
０００℃以上に上昇したためである。 【０１０２】また表８に示す通り、本発明材２０〜３４
は硬さ（ＨＢ ）が１７０〜２２３と比較的低く、機械
加工性にも優れていることがわかる。 【０１０３】なお実施例３１の耐熱鋳鋼について、顕微
鏡写真（１００ 倍）を図５に示す。 【０１０４】次に、実施例５、１５及び２６のフェライ
ト系耐熱鋳鋼を用いて、それぞれ図１に示すエキゾース
トマニフォールド（肉厚： ２．５〜３．４ ｍｍ）及
びタービンハウジング（肉厚： ２．７〜４．１ｍｍ）
を鋳造した。得られた耐熱鋳鋼部品はいずれも健全なも
のであった。さらに、これらの鋳造部品に機械加工を施
して、切削性の評価を行ったが、いずれのものにも何等
問題は生じなかった。 【０１０５】次に、図１に示すように、エキゾーストマ
ニフォールドとターボチャージャハウジングを組み付け
た直列４気筒で排気量２０００ｃｃの高性能ガソリンエ
ンジンのテスト機により、耐久試験を実施した。試験条
件として、６０００回転での全負荷運転（連続１４分間
）−アイドリング（１分間）−完全停止（１４分間）−
アイドリング（１分間）を１サイクルとする熱冷（ＧＯ
−ＳＴＯＰ）サイクルを、 ５００サイクルまで実施し
た。全負荷時の排気ガス温度は、ターボチャージャハウ
ジングの入口で ９３０℃であった。この条件下でのエ
キゾーストマニフォールドの表面最高温度は集合部で約
８７０℃、ターボチャージャハウジングの表面最高温
度はウェストゲート部で約 ８９０℃であった。評価試
験の結果、熱変形によるガス漏れや熱亀裂は生じず、優
れた耐久性及び信頼性を有することが確認された。 【０１０６】一方、表１１に示す化学成分の高Ｓｉ球状
黒鉛鋳鉄によりエキゾーストマニフォールドを作製し、
また同表の化学成分のＮＩ−ＲＥＳＩＳＴ Ｄ２ （Ｉ
ＮＣＯ社の商標名）なるオーステナイト球状黒鉛鋳鉄に
よりターボチャージャハウジングを作製した。同じエン
ジンにこれらの部品を取付けて、前記と同じ条件で試験
を行った。この結果、高Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄製エキゾース
トマニフォールドは、９８サイクルで集合部近傍に酸化
による熱亀裂が生じ、使用不能となった。その後、エキ
ゾーストマニフォールドを実施例５のものに取り替え、
試験を続行したところ、 ３２４サイクル目にオーステ
ナイト球状黒鉛鋳鉄製のターボチャージャハウジングの
スクロール部に肉厚を貫通する亀裂が生じた。以上の結
果、本発明品であるエキゾーストマニフォールド及びタ
ーボチャージャハウジングは、優れた耐熱性を有してい
ることが明らかとなった。 【０１０７】
表１１
化学
成分（重量％）材種
Ｃ Ｓｉ
Ｍｎ Ｐ Ｓ 高Ｓｉ
球状黒鉛鋳鉄 ３．１５ ３．
９５ ０．４７ ０．０２４
０．００８ オーステナイト 球状黒鉛鋳鉄 ２．９１
２．６１ ０．８１ ０．
０１８ ０．０１０ 【０１０８】
化学成分（重量％）材種
Ｃｒ
Ｎｉ Ｍｏ
Ｍｇ 高Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄
０．０３ − ０．５５
０．０４８ オーステナイト 球状黒鉛鋳鉄 ２．
５７ ２１．５ −
０．０８４ 【０１０９】 【発明の効果】以上に詳述した通り、本発明によれば、
とくにＷ、Ｎｂ及び／又はＶ、さらに必要に応じＢ、Ｒ
ＥＭ、Ｎｉ、Ｎを単独又は組み合わせて適量添加するこ
とにより、それぞれフェライト基地及び結晶粒界を強化
し、室温における延性を損なわずに、変態点を上昇させ
、高温強度を向上している。そのため、とくに重要な高
温引張強度、耐熱疲労性、耐酸化性について、従来の耐
熱鋳鋼を上まわる特性を示す。また、鋳造性、加工性に
優れているので、安価に製造することができる。このよ
うな本発明のフェライト系耐熱鋳鋼は、エンジン排気系
部品等に特に好適である。本発明のフェライト系耐熱鋳
鋼からなる排気系部品は熱亀裂を生ずることなく、極め
て優れた耐久性を示す。
系部品等に適する耐熱鋳鋼に関し、特に熱疲労寿命、耐
酸化性といった耐久性に優れているとともに、鋳造性、
加工性に優れ、安価なコストで製造可能な耐熱鋳鋼及び
それからなる排気系部品に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来の耐熱鋳鉄、耐熱鋳鋼としては、た
とえば表１に比較例として示すような組成のものがある
。自動車のエキゾーストマニフォールドやタービンハウ
ジング等の排気系部品等においては、使用条件が高温で
過酷であることから、表１に示すような高Ｓｉ球状黒鉛
鋳鉄、ニレジスト鋳鉄（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｕ系オーステナ
イト鋳鉄）等の耐熱鋳鉄や、特例的にオーステナイト鋳
鋼等の高価な高合金耐熱鋳鋼が採用されている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】このような従来の耐熱
鋳鉄、耐熱鋳鋼のうち、たとえば高Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄や
ニレジスト鋳鉄は、比較的鋳造性が良好であるものの、
耐熱疲労性、あるいは耐酸化性といった耐久性に劣るこ
とから、９００℃以上の高温となる部材には適用できな
い。また、オーステナイト系耐熱鋳鋼等の高合金耐熱鋳
鋼は、９００℃以上での高温強度が優れているものの、
熱膨張係数が大きいことに起因して熱疲労寿命が短いと
いう欠点を有する。また鋳造性が悪いために、鋳造時に
ひけ巣や湯廻り不良等の鋳造欠陥が発生しやすく、さら
に機械加工性が悪いために、それから部品等を製造する
場合に、生産性が低いという問題点もあった。なお、そ
の他にフェライト系ステンレス鋳鋼もあるが、通常のフ
ェライト系ステンレス鋳鋼は、高温の耐久性を改善しよ
うとすると、室温における延性に乏しくなり、機械的衝
撃等の加わる部材には使用できないという問題がある。 【０００４】従って、本発明は、上記従来の耐熱鋳鉄、
耐熱鋳鋼の問題点を解決し、耐熱疲労性、耐酸化性とい
った耐久性、及び鋳造性、加工性等に優れ、安価に製造
可能な耐熱鋳鋼を提供することを目的とする。 【０００５】本発明のもう一つの目的は、かかる耐熱鋳
鋼からなる排気系部品を提供することである。 【０００６】 【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者らは、Ｗ、Ｎｂ及び／又はＶ、あるい
はそれらにＮｉ、Ｂ、ＲＥＭ等を適量添加することによ
り、フェライト基地及び結晶粒界を強化し、室温におけ
る延性を損なわずに変態点を上昇させ、高温強度を向上
することができることを見出し、本発明に想到した。 【０００７】すなわち、本発明のフェライト系耐熱鋳鋼
は、重量比率で Ｃ：０．０５〜０．４５％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１６．０〜２５．０％ Ｗ：１．０ 〜５．０ ％ Ｎｂおよび／またはＶ：０．０１〜１．０ ％（ただし
各々は ０．５％以下） 残部：Ｆｅ及び不可避不純物からなる組成を有し、通常
のα相のほかにγ相からα相＋炭化物に変態した相（以
下α’相）を有するとともに、α’相の面積率（α’／
α＋α’）が２０〜９０％であり、かつ鋳造後にγ＋α
混合領域未満の温度で焼鈍処理が施こされていることを
特徴とする。 【０００８】なお、本発明の第１の実施例によるフェラ
イト系耐熱鋳鋼は、重量比率で Ｃ：０．１０〜０．３０％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１６．０〜２５．０％ Ｗ：１．０ 〜５．０ ％ Ｎｂ：０．０１〜０．５ ％ Ｎｉ：０．１ 〜２．０ ％ Ｎ：０．０１〜０．１５％ 残部：Ｆｅ及び不可避不純物からなる組成を有し、通常
のα相のほかにγ相からα相＋炭化物に変態した相（以
下α’相）を有するとともに、α’相の面積率（α’／
α＋α’）が２０〜９０％であり、かつ鋳造後にγ＋α
混合領域未満の温度で焼鈍処理が施こされていることを
特徴とする。 【０００９】上記第１の実施例によるフェライト系耐熱
鋳鋼において、α相からγ相への変態点は９００℃以上
である。 【００１０】本発明の第２の実施例によるフェライト系
耐熱鋳鋼は、重量比率で Ｃ：０．０５〜０．３０％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１６．０〜２５．０％ Ｗ：１．０ 〜５．０ ％ Ｎｂ：０．０１〜０．５ ％ Ｖ：０．０１〜０．５ ％ Ｂ：０．００１ 〜０．０１％ Ｎｉ：０．０５〜２．０ ％ 残部：Ｆｅ及び不可避不純物からなる組成を有し、通常
のα相のほかにγ相からα相＋炭化物に変態した相（以
下α’相）を有するとともに、α’相の面積率（α’／
α＋α’）が２０〜７０％であり、かつ鋳造後にγ＋α
混合領域未満の温度で焼鈍処理が施こされていることを
特徴とする。 【００１１】上記第２の実施例によるフェライト系耐熱
鋳鋼において、α相からγ相への変態点は９５０℃以上
である。 【００１２】本発明の第３の実施例によるフェライト系
耐熱鋳鋼は、重量比率で Ｃ：０．１５〜０．４５％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１７．０〜２２．０％ Ｗ：１．０ 〜４．０ ％ Ｎｂおよび／またはＶ：０．０１〜０．５ ％残部：Ｆ
ｅ及び不可避不純物からなる組成を有し、通常のα相の
ほかにγ相からα相＋炭化物に変態した相（以下α’相
）を有するとともに、α’相の面積率（α’／α＋α’
）が２０〜８０％であり、かつ鋳造後にγ＋α混合領域
未満の温度で焼鈍処理が施こされていることを特徴とす
る。 【００１３】上記第３の実施例によるフェライト系耐熱
鋳鋼において、α相からγ相への変態点は１０００℃以
上である。 【００１４】本発明の第４の実施例によるフェライト系
耐熱鋳鋼は、重量比率で Ｃ：０．１５〜０．４５％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１７．０〜２２．０％ Ｗ：１．０ 〜４．０ ％ Ｎｂおよび／またはＶ：０．０１〜０．５ ％Ｂ：０．
００１ 〜０．０５％ ＲＥＭ：０．００１ 〜０．０５％ 残部：Ｆｅ及び不可避不純物からなる組成を有し、通常
のα相のほかにγ相からα相＋炭化物に変態した相（以
下α’相）を有するとともに、α’相の面積率（α’／
α＋α’）が２０〜８０％であり、かつ鋳造後にγ＋α
混合領域未満の温度で焼鈍処理が施こされていることを
特徴とする。 【００１５】上記第４の実施例によるフェライト系耐熱
鋳鋼において、α相からγ相への変態点は１０００℃以
上である。 【００１６】本発明の第５の実施例によるフェライト系
耐熱鋳鋼は、重量比率で Ｃ：０．１５〜０．４５％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１７．０〜２２．０％ Ｗ：１．０ 〜４．０ ％ Ｎｂおよび／またはＶ：０．０１〜０．５ ％Ｎｉ：０
．１ 〜２．０ ％ Ｂ：０．００１ 〜０．０５％ ＲＥＭ：０．００１ 〜０．０５％ 残部：Ｆｅ及び不可避不純物からなる組成を有し、通常
のα相のほかにγ相からα相＋炭化物に変態した相（以
下α’相）を有するとともに、α’相の面積率（α’／
α＋α’）が２０〜８０％であり、かつ鋳造後にγ＋α
混合領域未満の温度で焼鈍処理が施こされていることを
特徴とする。 【００１７】上記第５の実施例によるフェライト系耐熱
鋳鋼において、α相からγ相への変態点は１０００℃以
上である。 【００１８】 【作用】上述したように、フェライト系耐熱鋳鋼に、重
量比率で、Ｗを１．０〜５．０ ％、Ｎｂおよび／また
はＶを０．０１〜１．０ ％添加し、その他に必要に応
じてさらに、適当量のＢ、ＲＥＭ、Ｎｉ、Ｎを単独で又
は組み合わせて添加すると、α’相を含有する組織が得
られ、それにより、従来の高合金鋳鋼を上まわる耐熱疲
労性及び耐酸化性を有し、室温における延性を損なうこ
となく耐熱鋳鉄と同等の鋳造性、加工性を有し、かつ低
価格な耐熱鋳鋼が得られる。さらに変態点が９００℃以
上となるので、耐熱疲労性が向上する。 【００１９】以下、本発明のフェライト系耐熱鋳鋼の各
合金元素の組成範囲の限定理由について詳細に説明する
。本発明のフェライト系耐熱鋳鋼においては、Ｃ、Ｓｉ
、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｗ、Ｎｂおよび／またはＶを必須元素と
する。 【００２０】（１） Ｃ（炭素）：０．０５〜０．４５
％Ｃは、溶湯の流動性すなわち鋳造性を改善するととも
に、α’相を適当量生成する作用を有し、さらには９０
０℃以上の高温における強度を高く維持する働きがある
。このような作用を有効に発揮するために、Ｃは０．０
５％以上必要である。なお、一般のフェライト系耐熱鋳
鋼では室温でα相のみであるが、炭素量の調整により、
高温から常温まで存在するα相のほかに、高温ではＣが
固溶したγ相ができる。このγ相は冷却中に炭化物を析
出して（α相＋炭化物）に変態する。このような相をα
’相と呼ぶ。 【００２１】一方、Ｃの含有量が０．４５％を超えると
α’相が存在しにくくなって、マルテンサイト組織にな
り、また耐酸化性、耐食性及び加工性の低下を引き起こ
すＣｒ炭化物の析出が顕著になる。このためＣは０．０
５〜０．４５％とする。 【００２２】（２） Ｓｉ（ケイ素）：０．４ 〜２．
０ ％Ｓｉは、本発明のＦｅ−Ｃｒ系合金のγ相の範囲
を狭め、組織の安定性を増し、耐酸化性の改善の効果も
ある。さらに、鋳造性の改善、脱酸剤としての作用、鋳
物のピンホール欠陥の低減効果等もある。このような効
果を有効にするため、Ｓｉの含有量は０．４ ％以上と
する。 しかし多すぎると、Ｃとのバランス（炭素当量）により
一次炭化物を粗大化し、鋳鋼の加工性を低下したり、ま
たフェライト基地組織中のＳｉ含有量が過多となって延
性の低下を引き起こしたり、高温でのδ相を形成したり
する。このため、Ｓｉの含有量は２．０ ％以下とする
。 【００２３】（３） Ｍｎ（マンガン）：０．３ 〜１
．０ ％Ｍｎは、Ｓｉと同様に溶湯の脱酸剤として有効
であり、また鋳造時の湯流れ性を向上させて生産性を改
善する作用を有する。このような作用を有効に発揮させ
ため、Ｍｎの含有量を０．３ 〜１．０ ％とする。 【００２４】（４） Ｃｒ（クロム）：１６．０〜２５
．０％Ｃｒは耐酸化性を改善し、フェライト組織を安定
にする元素であるが、その効果を確実にするため１６．
０％以上とする。一方、多量の添加はＣｒの一次炭化物
を粗大化させ、高温でのδ相の形成を助長し、著しい脆
化を引き起こす。そのため、Ｃｒの上限を２５．０％と
する。 【００２５】（５） Ｗ（タングステン）：１．０ 〜
５．０ ％Ｗはフェライト基地を強化して室温における
延性を損なわずに高温強度を向上させる作用を有する。 従って、耐クリープ性及び変態点上昇による耐熱疲労性
向上の目的で、１．０ ％以上のＷを添加する。しかし
、その含有量が５．０％を超えると、粗大な共晶炭化物
が生成し、延性の低下及び機械加工性の悪化を引き起こ
すので、５．０ ％以下とする。 【００２６】なお、Ｗとほぼ同様の効果は、Ｍｏを添加
しても得られるが（ただし、Ｍｏは原子量でＷの２倍で
あるので、重量比率では添加量が１／２となる）、高温
でＷの方がＭｏより安定であるので、本発明ではＷを含
有する。 【００２７】（６） Ｎｂ（ニオビウム）および／また
はＶ（バナジウム）：０．０１〜１．０ ％Ｎｂ及びＶ
はＣと結合して微細な炭化物を形成し、高温での引張強
さならびに耐熱疲労性を増大させる。またＣｒの炭化物
の生成を抑制することによって耐酸化性と切削性を向上
させる。このような目的でＮｂおよび／またはＶの含有
量は０．０１％以上とする。しかし、多量に添加すると
、結晶粒界に炭化物を形成し、またＮｂ及びＶの炭化物
を生成することによりＣが消費され、α’相が形成され
にくくなり、強度と延性が著しく低下するため、各々０
．５０％以下（合計１．０ ％以下）とする。 【００２８】なお、ＮｂとＶでは炭化物を形成する温度
域が異なるので、広い温度域にわたり析出強化（硬化）
作用が期待できる。従って、どちらか一方の単独含有の
みならず、複合添加により大きな効果が期待できる。 【００２９】好ましい実施例においては、上記必須元素
の他に、Ｎｉ、Ｂ、ＲＥＭ（希土類金属）、Ｎを単独で
又は組み合わせて含有してもよい。 【００３０】特に、第１実施例のフェライト系耐熱鋳鋼
は、上記必須元素の割合が以下の通りであるとともに、
Ｃ：０．１０〜０．３０％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１６．０〜２５．０％ Ｗ：１．０ 〜５．０ ％ Ｎｂ：０．０１〜０．５ ％ さらにＮ及びＮｉを含有する。なお、Ｎ及びＮｉの添加
量の限定理由は以下の通りである。 【００３１】（７） Ｎ（窒素）：０．０１〜０．１５
％Ｎは、Ｃと同様に高温強度及び耐熱疲労性を改善する
元素で、０．０１％以上で硬化が現れる。一方、製造の
安定性を確保するためとＣｒ窒化物の析出により脆化を
避けるため、０．１５％以下とする。 【００３２】（８） Ｎｉ（ニッケル）：０．１ 〜２
．０ ％Ｎｉは、Ｃと同様にγ相形成元素であり、α’
相を適当量存在させるためには、０．１ ％以上添加す
るのが好ましい。一方、２．０ ％を超えると耐酸化性
の優れたα相が減少し、かつα’相がマルテンサイト化
して著しく延性を低下させる。そのためＮｉ含有量を２
．０ ％以下とする。 【００３３】第２実施例のフェライト系耐熱鋳鋼は、上
記必須元素の割合が以下の通りであるとともに、Ｃ：０
．０５〜０．３０％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１６．０〜２５．０％ Ｗ：１．０ 〜５．０ ％ Ｎｂ：０．０１〜０．５ ％ Ｖ：０．０１〜０．５ ％ さらにＮｉ及びＢを含有する。なお、この実施例の場合
、Ｎｉの添加量は０．０５〜２．０ ％である。また、
Ｂの添加量の限定理由は以下の通りである。 【００３４】（９） Ｂ（ボロン）：０．００１ 〜０
．０１％Ｂは鋳鋼の結晶粒界を強化するほか、粒界炭化
物を微細にするとともに、その凝集粗大化を遅らせ、高
温強度と靱性を改善する作用を有する。このため、０．
００１ ％以上の添加が望ましい。一方多量に添加する
と、硼化物が析出し、高温強度、靱性が劣化するので、
０．０１％を上限とする。従って、Ｂの含有量は、０．
００１ 〜０．０１％とする。 【００３５】第３実施例のフェライト系耐熱鋳鋼におい
ては、上記必須元素の添加量は以下の通りであり、Ｃ：
０．１５〜０．４５％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１７．０〜２２．０％ Ｗ：１．０ 〜４．０ ％ Ｎｂおよび／またはＶ：０．０１〜０．５ ％これら以
外の元素は不要である。 【００３６】第４実施例のフェライト系耐熱鋳鋼は、上
記必須元素の割合が以下の通りであるとともに、Ｃ：０
．１５〜０．４５％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１７．０〜２２．０％ Ｗ：１．０ 〜４．０ ％ Ｎｂおよび／またはＶ：０．０１〜０．５ ％さらにＢ
及びＲＥＭを含有する。なおこの実施例ではＢの添加量
は０．００１〜０．０５％である。またＲＥＭの添加量
の限定理由は以下の通りである。 【００３７】（１０）ＲＥＭ（希土類金属）：０．００
１ 〜０．０５％ ＲＥＭとは、Ｃｅ（セリウム）、Ｌａ（ランタン）等を
主とした軽希土類元素であり、安定な酸化物を形成し、
耐酸化性を改善し、また結晶粒界を微細にする作用があ
る。このような作用を有効にするために、０．００１
％以上添加する。一方、多量に添加すると、非金属介在
物となって特に延性に対して有害となる。そのため上限
を０．０５％とする。 【００３８】第５実施例のフェライト系耐熱鋳鋼は、上
記必須元素の割合が以下の通りであるとともに、Ｃ：０
．１５〜０．４５％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１７．０〜２２．０％ Ｗ：１．０ 〜４．０ ％ Ｎｂおよび／またはＶ：０．０１〜０．５ ％さらにＮ
ｉ、Ｂ及びＲＥＭを含有する。なおこの実施例において
は、Ｎｉの添加量は０．１ 〜２．０ ％、Ｂの添加量
は０．００１ 〜０．０５％、ＲＥＭの添加量は０．０
０１ 〜０．０５％である。 【００３９】以上を要約すると、各実施例のフェライト
系耐熱鋳鋼の組成は以下の通りである。 【００４０】第１実施例： Ｃ：０．１０〜０．３０％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１６．０〜２５．０％ Ｗ：１．０ 〜５．０ ％ Ｎｂ：０．０１〜０．５ ％ Ｎｉ：０．１ 〜２．０ ％ Ｎ：０．０１〜０．１５％ 【００４１】好ましい組成範囲は以下の通りである。 Ｃ：０．１５〜０．２５％ Ｓｉ：０．７ 〜１．５ ％ Ｍｎ：０．４ 〜０．７ ％ Ｃｒ：１７〜２２％ Ｗ：１．２ 〜３％ Ｎｂ：０．０２〜０．１ ％ Ｎｉ：０．３ 〜１．５ ％ Ｎ：０．０２〜０．０８％ 【００４２】第２実施例： Ｃ：０．０５〜０．３０％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１６．０〜２５．０％ Ｗ：１．０ 〜５．０ ％ Ｎｂ：０．０１〜０．５ ％ Ｖ：０．０１〜０．５ ％ Ｎｉ：０．０５〜２．０ ％ Ｂ：０．００１ 〜０．０１％ 【００４３】好ましい組成範囲は以下の通りである。 Ｃ：０．０８〜０．２０％ Ｓｉ：０．７ 〜１．５ ％ Ｍｎ：０．４ 〜０．７ ％ Ｃｒ：１７〜２２％ Ｗ：１．２ 〜３％ Ｎｂ：０．０２〜０．１ ％ Ｖ：０．０５〜０．４ ％ Ｎｉ：０．３ 〜１．５ ％ Ｂ：０．００２ 〜０．００８ ％ 【００４４】第３実施例： Ｃ：０．１５〜０．４５％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１７．０〜２２．０％ Ｗ：１．０ 〜４．０ ％ Ｎｂおよび／またはＶ：０．０１〜０．５ ％【００４
５】好ましい組成範囲は以下の通りである。 Ｃ：０．２０〜０．４０％ Ｓｉ：０．７ 〜１．５ ％ Ｍｎ：０．４ 〜０．７ ％ Ｃｒ：１８〜２１％ Ｗ：１．２ 〜３．０ ％ Ｎｂおよび／またはＶ：０．０２〜０．４ ％【００４
６】第４実施例： Ｃ：０．１５〜０．４５％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１７．０〜２２．０％ Ｗ：１．０ 〜４．０ ％ Ｎｂおよび／またはＶ：０．０１〜０．５ ％Ｂ：０．
００１ 〜０．０５％ ＲＥＭ：０．００１ 〜０．０５％ 【００４７】好ましい組成範囲は以下の通りである。 Ｃ：０．２０〜０．４０％ Ｓｉ：０．７ 〜１．５ ％ Ｍｎ：０．４ 〜０．７ ％ Ｃｒ：１８〜２１％ Ｗ：１．２ 〜３．０ ％ Ｎｂおよび／またはＶ：０．０２〜０．４ ％Ｂ：０．
００２ 〜０．０３％ ＲＥＭ：０．００５ 〜０．０４％ 【００４８】第５実施例： Ｃ：０．１５〜０．４５％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１７．０〜２２．０％ Ｗ：１．０ 〜４．０ ％ Ｎｂおよび／またはＶ：０．０１〜０．５ ％Ｎｉ：０
．１ 〜２．０ ％ Ｂ：０．００１ 〜０．０５％ ＲＥＭ：０．００１ 〜０．０５％ 【００４９】好ましい組成範囲は以下の通りである。 Ｃ：０．２０〜０．４０％ Ｓｉ：０．７ 〜１．５ ％ Ｍｎ：０．４ 〜０．７ ％ Ｃｒ：１８〜２１％ Ｗ：１．２ 〜３．０ ％ Ｎｂおよび／またはＶ：０．０２〜０．４ ％Ｎｉ：０
．３ 〜１．５ ％ Ｂ：０．００２ 〜０．００８ ％ ＲＥＭ：０．００５ 〜０．０４％ 【００５０】上記組成を有する本発明のフェライト系耐
熱鋳鋼は、通常のα相のほかにγ相からα相＋炭化物に
変態したα’相を有する。なお通常のα相とは、δ（デ
ルタ）フェライトを意味する。また、析出した炭化物は
Ｆｅ、Ｃｒ、Ｗ、Ｎｂ等の炭化物（Ｍ２３Ｃ６ 、Ｍ７
Ｃ３ 、ＭＣ等）である。 【００５１】このα’相の面積率（α’／α＋α’）が
２０％未満では、室温における延性が低く、鋳鋼は極め
て脆い。一方、９０％を超えると硬くなりすぎ、室温に
おける延性が低下するとともに、機械加工性が著しく悪
くなる。そのため面積率（α’／α＋α’）は２０〜９
０％とする。 【００５２】また、フェライト系耐熱鋳鋼に対して、鋳
造後にγ＋α混合領域未満の温度で焼鈍処理を施す。こ
のときの焼鈍処理の温度は、一般に７００ 〜８５０
℃であり、焼鈍時間は１〜１０時間である。これは、α
’相がγ相に変態しない温度域である。 【００５３】なお、使用温度域にα相からγ相への変態
点が存在すると、加熱─冷却のサイクルを受けて発生す
る熱応力が増大し、熱疲労寿命が短くなる。そのため、
９００℃以上の変態点を有する必要がある。このように
高い変態点を有するためには、フェライト生成元素であ
るＣｒ、Ｓｉ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂとオーステナイト生成元素
であるＣ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｎ、Ｍｎのバランスが適正であ
ることが必要である。 【００５４】なお、各実施例のフェライト系耐熱鋳鋼に
おける面積率及び変態点は以下の通りである。 【００５５】第１実施例： 面積率：２０〜９０％ 変態点：９００℃以上 【００５６】第２実施例： 面積率：２０〜７０％ 変態点：９５０℃以上 【００５７】第３〜第５実施例： 面積率：２０〜８０％ 変態点：１０００℃以上 【００５８】このような本発明のフェライト系耐熱鋳鋼
は、特に自動車の排気系部品を製造するのに適している
。自動車の排気系部品として、過給機付き直列４気筒エ
ンジンに取り付けられた一体構造型エキゾーストマニフ
ォールドを図１に示す。エキゾーストマニフォールド１
はターボチャージャのタービンハウジング２に結合して
おり、またタービンハウジング２には、エキゾーストア
ウトレットパイプ３を介して排気ガス浄化用触媒コンバ
ータ容器４が接続している。さらにコンバータ容器４に
はメインキャタライザ５が接続している。メインキャタ
ライザ５の出口はマフラー（Ｄ）に連通している。一方
、タービンハウジング２は、インテークマニフォールド
Ｂに連通しており、かつＣより吸気されるようになって
いる。なお排気ガスはＡよりエキゾーストマニフォール
ド１に流入する。 【００５９】このようなエキゾーストマニフォールド１
やタービンハウジング２は、熱容量を小さくするために
、できるだけ薄肉にするのが好ましい。エキゾーストマ
ニフォールド１及びタービンハウジング２の肉厚は、例
えば、それぞれ２．５〜３．４ ｍｍ、 ２．７〜４．
１ ｍｍである。 【００６０】このような薄肉のフェライト系耐熱鋳鋼か
らなるエキゾーストマニフォールド１やタービンハウジ
ング２は、加熱冷却のサイクルを受けても亀裂が生ずる
ことがなく、優れた耐久性を有する。 【００６１】 【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明する
。 【００６２】実施例１〜９、比較例１〜５ 表１に示
す種類の組成のフェライト系耐熱鋳鋼について、鋳造に
よりＪＩＳ規格のＹ形Ｂ号供試材を作製した。なお、鋳
造にあたっては、１００ｋｇ用高周波炉を用いて大気中
溶解し、直ちに１５５０℃以上で出湯して約１５００℃
で注湯した。 【００６３】
表１
化学成分（重量
％） 実施例Ｎｏ． Ｃ
Ｓｉ Ｍｎ Ｃｒ
Ｗ Ｎｂ １
０．１２ ０．８０ ０．５５
１６．２ １．１５ ０．２０
２ ０．１６
０．９３ ０．４８ １８．４ １
．９５ ０．３４ ３
０．２１ １．１４ ０．６２
２０．１ ３．５２ ０．１５
４ ０．２５
１．５２ ０．７８ ２２．４
４．０５ ０．０８ ５
０．２８ １．０３ ０．５
７ ２４．８ ４．７８ ０．１２
６ ０．１８
０．８８ ０．６０ １８．４
１．２５ ０．４５ ７
０．２０ １．０８ ０．
４４ １８．６ ２．４５ ０．２
５ ８ ０．２３
０．９５ ０．６１ １８．１
２．９３ ０．０９ ９
０．２４ ０．８２ ０
．５３ １７．８ ２．０２ ０．
１５ 比較例Ｎｏ． １ ３．３３
４．０４ ０．３５ −
− − ２
２．０１ ４．８２ ０．４５
１．９１ − − ３
０．２８ １．０５
０．４４ １７．９ −
− ４ ０．２１
１．２４ ０．５０ １８．８
− − ５
０．１２ １．０５ ０．４８
１８．１ − １．１２【００
６４】
表１（続き）
化学成分（重量％） α’／（α＋α’
） 変態点 実施例Ｎｏ．
Ｎｉ Ｎ （％
） （℃） １
０．２０ ０．０３
６５ ９２０
２ ０．７５
０．０４ ５０
９７０ ３
０．９４ ０．０２
３５ １０２０
４ １．４５
０．０４ ３０
１０５０ ５
１．８２ ０．０４
２８ １０９
０ ６ １．２５
０．０３ ６５
９２０ ７
０．６５ ０．０３
５０ ９
９０ ８ ０．９４
０．０３ ７５
９３０ ９
０．５２ ０．０４
８５
９３０ 比較例Ｎｏ． １ ０．６２＊
− −
８００〜８５０ ２
３５．３ −
− −
３ − −
９３
９１０ ４ ９．１
− −
− ５
− −
０ ＞１１００ （注）
＊：Ｍｏ 【００６５】実施例１〜９のフェライト系耐熱鋳鋼につ
いては、鋳造時の湯流れ性が良く、鋳造欠陥の発生が見
られなかった。次に、鋳造した本発明材（実施例１〜９
）の供試材（Ｙブロック）を加熱炉中にて８００℃で２
時間保持後空冷する熱処理を行った。一方、比較材（比
較例１〜５）については、すべて鋳放しのまま試験に供
した。 【００６６】なお、比較材（比較例１〜５）はいずれも
自動車のターボチャージャー用ハウジングやエキゾース
トマニフォールド等の耐熱部品に使用されているもので
、比較例１の供試材は、高Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄であり、比
較例２の供試材はニレジスト球状黒鉛鋳鉄であり、比較
例３の供試材はＡＣＩ（Ａｌｌｏｙ Ｃａｓｔｉｎｇ
Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ）規格のＣＢ−３０であり、また
比較例４の供試材は、オーステナイト系耐熱鋳鋼（ＪＩ
Ｓ規格ＳＣＨ１２）と称されるものの一種であり、さら
に比較例５の供試材は、高性能エンジン用エキゾースト
マニフォールドに使われているフェライト系耐熱鋳鋼（
ＮＳＨＲ−Ｆ２、日立金属（株）の商標）である。 【００６７】表１に示す通り、本発明材１〜９は変態点
が９００℃以上であり、比較材１及び３に比較して高い
ことがわかる。次に、鋳造後の各供試材を用いて、以下
に述べる各種の評価試験を行った。 【００６８】（１） 室温引張試験 標点間距離が５０ｍｍ、標点間の直径が１４ｍｍの丸棒
試験片（ＪＩＳ規格４号試験片）を用いて行った。 【００６９】（２） 高温引張試験 標点間距離が５０ｍｍ、標点間の直径が１０ｍｍのつば
つき試験片を用いて、９００℃の温度で行った。 【００７０】（３） 熱疲労試験 標点間距離が２０ｍｍ、標点間の直径が１０ｍｍの丸棒
試験片を用い、加熱冷却による伸び縮みを機械的に完全
に拘束した状態で、下記の条件下で、加熱冷却サイクル
を繰り返し、熱疲労破壊を起こさせた。 【００７１】下限温度：１００℃ 上限温度：９００℃ 各１サイクル：１２分 なお、試験機として電気−油圧サーボ方式の熱疲労試験
機を用いた。 【００７２】（４） 酸化試験 直径１０ｍｍ×長さ２０ｍｍの丸棒試験片を作製し、９
００℃において２００時間大気中に保持し、取出し後に
ショ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面積当たりの重量変化（酸化減量：
ｍｇ／ｃｍ２ ）を求めることにより、耐酸化性を評価
した。 【００７３】以上の室温引張試験の結果を表２に、高温
引張試験、熱疲労試験及び酸化試験の結果を表３にそれ
ぞれ示す。 【００７４】
表２
室温
０．２％耐力 引張強さ
伸び 硬さ 実施例Ｎｏ．
（ＭＰａ） （ＭＰａ） （
％） （ＨＢ ） １
３８０
４８０ ６ １７９
２
４５０ ６５０
１０ ２２３
３ ５００
７７０ １２
２３５ ４
４４０ ６２０
１２ ２０１
５ ５００
６０５ ８
２０７ ６
４８０ ５９
０ ５ ２０７
７ ４６
０ ５３０
１０ ２１７ ８
５３０
６００ ８ １
９２ ９
５７０ ６１０
５ ２０１ 比較
例Ｎｏ． １ ５
１０ ６４０
１１ ２１５
２ ２４５
５１０ １９
１３９ ３
５４０ ７６０
４ ２４０
４ ２５０
５６０ ２０
１７０ ５
３００ ３７０
１ １４９ 【０
０７５】
表３
９００
℃ ０．２％耐力 引
張強さ 伸び 熱疲労寿命 酸化減
量実施例Ｎｏ． （ＭＰａ） （ＭＰａ）
（％） （サイクル） （ｍｇ／ｃｍ２ ）
１ ２０
３６ ４４
８２ ２ ２
２３ ４０
５０ ２７６
１ ３ ２５
４４ ４８
５１４ １ ４
２７ ４８
５２ １５７
２ ５ ２０
４０ ５１
５５３ １ ６
２４ ５０
５４ ３６０
１ ７
２３ ４６ ４８
３３１ １
８ ２６
５２ ３８ ５３１
１ ９
２８ ５８
４０ ４８０ １
比較例Ｎｏ． １ ２０
４０ ３３
９ ２００ ２
４０ ９０
４４ ２３
２０ ３ ２５
４２ ５８
１８ １ ４
６５ １２８
３１ ３５
２ ５ １
５ ２８ ９３
１８５ ２ 【００７６】表２及び表３から明らかなように、本発明
材１〜９はいずれも従来例である比較例１〜５の供試材
と比較して、高温強度、耐酸化性及び熱疲労寿命が著し
く改善されていることがわかる。これは適量のＷ、Ｎｂ
、Ｎｉ及びＮを含有することにより、フェライト基地が
強化され、室温の延性を損なわずに変態点が９００℃以
上に上昇したためである。 【００７７】また表２に示す通り、本発明材１〜９は硬
さ（ＨＢ ）が１７９〜２３５と比較的低く、機械加工
性にも優れていることがわかる。 【００７８】なお、実施例８及び比較例５の耐熱鋳鋼に
ついて、顕微鏡写真（１００ 倍）をそれぞれ図２及び
図３に示す。 【００７９】実施例１０〜１９ 表４に示す種類の組成のフェライト系耐熱鋳鋼について
、実施例１と同様にしてＪＩＳ規格のＹ形Ｂ号供試材を
作製した。 【００８０】実施例１０〜１９のフェライト系耐熱鋳鋼
については、鋳造時の湯流れ性が良く、鋳造欠陥の発生
が見られなかった。次に、鋳造した本発明材（実施例１
０〜１９）の供試材（Ｙブロック）を加熱炉中にて８０
０℃で２時間保持後空冷する熱処理を行った。 【００８１】
表４
化学成分（重量
％） 実施例Ｎｏ． Ｃ Ｓｉ
Ｍｎ Ｃｒ Ｗ
Ｎｂ Ｖ １０
０．１１ ０．８８ ０．４８
１５．９ １．４８ ０．０２
０．２０ １１ ０．１
５ １．００ ０．６５ １８．９
２．０５ ０．４２ ０．０８
１２ ０．２２ １．
５２ ０．８２ ２１．５ １．５
２ ０．１０ ０．４２ １
３ ０．２８ １．１５ ０
．５２ ２３．６ ４．２０ ０．
０８ ０．１５ １４
０．１２ ０．７８ ０．７１
１８．４ ３．０５ ０．２２ ０
．０５ １５ ０．１８
０．９２ ０．４５ ２０．４
１．９４ ０．０５ ０．１８
１６ ０．０８ １．０８
０．５２ １８．２ ４．９９
０．０７ ０．０７ １７
０．１２ １．１１ ０．４９
１８．６ ２．２５ ０．３５
０．２５ １８ ０．
１５ ０．８９ ０．５４ １７．
８ １．８８ ０．０８ ０．１６
１９ ０．１１ １
．３２ ０．９１ １８．７ ２．
１２ ０．１３ ０．１０ 【００８２】
表４（続き）
化学成分（重量％） α’／（α＋α’
） 変態点 実施例Ｎｏ．
Ｎｉ Ｂ （％
） （℃） １０
０．０７ ０．００２
６０ ９７０
１１ ０．５
０ ０．００８ ３０
１０４５ １２
１．５０ ０．００５
２８ １
０８０ １３
０．５９ ０．００３
２２ １１００ １
４ ０．１２ ０．００
６ ３０
１０３０ １５
１．０２ ０．００３
２５ １０８０
１６ １．８９ ０
．００４ ３０
１０４０ １７
０．１５ ０．００６
３５ １０１０
１８ ０．１１
０．００９ ５０
９６０ １９
０．０９ ０．００４
４０ １０２
０ 【００８３】表４に示す通り、本発明材１０〜
１９は変態点が９５０℃以上であり、比較材１〜４と比
較して高いことがわかる。次に、鋳造後の各供試材を用
いて、室温引張試験、高温引張試験、熱疲労試験及び酸
化試験を、実施例１〜９と同じ条件で行った。 【００８４】以上の室温引張試験の結果を表５に、高温
引張試験、熱疲労試験及び酸化試験の結果を表６にそれ
ぞれ示す。 【００８５】
表５
室温
０．２％耐力 引張強さ
伸び 硬さ 実施例Ｎｏ．
（ＭＰａ） （ＭＰａ） （
％） （ＨＢ ） １０
４２０
４６０ ５ ２１
２ １１
４５０ ５３０
６ ２１２
１２ ３６０
３９０ ４
１８３ １３
４６０ ４８０
４ ２１７
１４ ４００
４３０ ５
２０１ １５
４５０
４７５ ５ ２０
７ １６
３７０ ５００
４ １８７
１７ ３８５
４９０ ５
１７４ １８
４３０ ４８０
６ １８２
１９ ４１０
４５０ ６
１７９ 【００８６】
表６
９００
℃ ０．２％耐力 引
張強さ 伸び 熱疲労寿命 酸化減
量実施例Ｎｏ． （ＭＰａ） （ＭＰａ）
（％） （サイクル） （ｍｇ／ｃｍ２ ）
１０ ２０
４１ ４５ ２
１０ ３ １１
２２ ４６
５４ １８５
２ １２ ２１
４２ ４７
２０１ １ １３
２５ ５
０ ４４ ２５１
１ １４
２３ ４６ ４
８ ２６８ ２
１５ ２５
５２ ６０ ２
６６ １ １６
２２ ４４
５３ １８９
２ １７ ２２
４７ ４６
２４８ １ １８
２４ ４
８ ５７ ３２２
２ １９
２３ ４８ ５
１ ２５０ １【
００８７】表５及び表６から明らかなように、本発明材
１０〜１９はいずれも従来例である比較例１〜５の供試
材と比較して、高温強度、耐酸化性及び熱疲労寿命が著
しく改善されていることがわかる。これは適量のＷ、Ｎ
ｂ、Ｖ、Ｂ、Ｎｉを含有することにより、フェライト基
地が強化され、室温の延性を損なわずに変態点が９５０
℃以上に上昇したためである。 【００８８】また表５に示す通り、本発明材１０〜１９
は硬さ（ＨＢ ）が１７４〜２１７と比較的低く、機械
加工性にも優れていることがわかる。 【００８９】なお、実施例１８の耐熱鋳鋼について、顕
微鏡写真（１００倍）を図４に示す。 【００９０】実施例２０〜３４ 表７に示す種類の組成のフェライト系耐熱鋳鋼について
、実施例１と同様にしてＪＩＳ規格のＹ形Ｂ号供試材を
作製した。 【００９１】
表７
化学成分（重量
％） 実施例Ｎｏ． Ｃ Ｓｉ
Ｍｎ Ｃｒ Ｗ
Ｎｂ Ｖ ２０
０．１６ ０．８２ ０．４４
１８．６ １．５２ ０．０５
− ２１ ０．２２
１．５２ ０．５３ ２０．５
３．０８ − ０．３５
２２ ０．３３ １．０２
０．６６ ２１．８ ２．５２
０．４ ０．０９ ２３
０．４２ １．０９ ０．６
９ １８．３ ３．８５ ０．１５
０．１５ ２４ ０
．３０ １．８２ ０．９５ ２１
．５ ２．０４ ０．２５ ０．０
３ ２５ ０．２２
１．０５ ０．４２ １８．６ １
．０６ ０．１０ ０．０５
２６ ０．３１ ０．９２
０．６１ ２０．３ ３．８０
０．３５ ０．１０ ２７
０．４５ ０．８０ ０．４９
２１．８ ２．２５ ０．０５
０．３８ ２８ ０．２９
０．９５ ０．５８ ２０．３
２．０９ ０．０５ ０．０５
２９ ０．１５ ０．８
９ ０．４３ ２０．９ ２．４９
０．２５ ０．２０ ３０
０．１７ １．０８ ０．
６２ １７．９ １．４４ ０．０
５ ０．３０ ３１
０．３０ ０．９８ ０．４８ ２
０．５ ２．９５ ０．４２ ０．
０５ ３２ ０．４３
１．８０ ０．８１ ２１．８
３．７２ ０．１５ ０．１８
３３ ０．２５ ０．９４
０．５２ １８．９ ２．０５
０．０８ ０．０２ ３４
０．３１ １．０４ ０．４９
１８．５ ２．１１ ０．０６
０．０３ 【００９２】
表７（続き）
化学成分（重量％） α’／（α＋α’
） 変態点 実施例Ｎｏ． Ｎｉ
Ｂ ＲＥＭ （％）
（℃） ２０
− − −
５５ １０１０
２１ − −
− ６２
１０６０ ２２ −
− − ５
８ １０７０ ２３
− − −
７２ １０
５０ ２４ −
− − ４８
＞１１００ ２５
− ０．００５ ０．０１
７８ １０４
０ ２６ − ０．
０４ ０．００５ ５２
＞１１００ ２７
− ０．００５ ０．００８
６８ １０
２０ ２８ − ０
．０１ ０．００９ ７０
＞１１００ ２９
− ０．００８ ０．０４
３８ ＞１
１００ ３０ ０．４２
０．００５ ０．０３
４５ １０５０ ３
１ １．０５ ０．０２ ０
．００５ ６０
１０４０ ３２ １．８
６ ０．００５ ０．００３
６８ １０２０
３３ ０．７５ ０．０４
０．００５ ６５
１０６０ ３４
０．５７ ０．００４ ０．０１
５６ １０８０ 【
００９３】実施例２０〜３４のフェライト系耐熱鋳鋼に
ついては、鋳造時の湯流れ性が良く、鋳造欠陥の発生が
見られなかった。次に、鋳造した本発明材（実施例２０
〜３４）の供試材（Ｙブロック）を加熱炉中にて８００
℃で２時間保持後空冷する熱処理を行った。 【００９４】表７に示す通り、本発明材２０〜３４は変
態点が１０００℃以上であり、比較材１及び３に比較し
て高いことがわかる。 【００９５】次に、鋳造後の各供試材を用いて、実施例
１と同じ各種の評価試験を行った。なお高温引張試験は
９００℃及び１０００℃の２温度で行った。また酸化試
験も９００℃及び１０００℃において行った。 【００９６】さらに熱疲労試験の条件は以下の通りであ
った。 下限温度：１５０℃ 上限温度：９００℃及び１０００℃ 各１サイクル：１２分 【００９７】以上の室温引張試験の結果を表８に、高温
引張試験、熱疲労試験及び酸化試験の結果を表９（ａｔ
９００℃）及び表１０（ａｔ１０００℃）にそれぞれ示
す。 【００９８】
表８
室温
０．２％耐力 引張強さ
伸び 硬さ 実施例Ｎｏ．
（ＭＰａ） （ＭＰａ） （
％） （ＨＢ ） ２０
３６０
４６０ ５ １７
０ ２１
３４０ ４７５
６ １９２
２２ ３８０
５００ ８
２０７ ２３
４２５ ５７０
４ ２１２
２４ ３５０
４９０ ４
２１２ ２５
３４５
４５０ ４ ２０
７ ２６
３３５ ４２５
６ ２０２
２７ ４０５
４８０ ８
１９７ ２８
４１０ ５１０
４ ２０７
２９ ３９５
４９５ ６
１９３ ３０
４７０
５８０ ４ １９
７ ３１
５２０ ６００
６ ２０１
３２ ５５０
６５０ ４
２２３ ３３
５０５ ５９５
６ ２１２
３４ ５３５
６０５ ４
２１７ 【００９９】
表９
９００
℃ ０．２％耐力 引
張強さ 伸び 熱疲労寿命 酸化減
量実施例Ｎｏ． （ＭＰａ） （ＭＰａ）
（％） （サイクル） （ｍｇ／ｃｍ２ ）
２０ ２１
３７ ５０ １
８０ ２ ２１
２４ ３９
４５ ２１５
１ ２２ ２５
４１ ３８
２３２ １ ２３
２８ ４
３ ４２ ３６８
２ ２４
２７ ４０ ５
５ ３４２ １
２５ ２９
４５ ５２ ４
４５ ２ ２６
２３ ３８
６２ ３８２
１ ２７ ３０
４８ ３３
４８９ １ ２８
２８ ４
４ ５４ ３２５
１ ２９
２２ ４２ ５
８ ２８８ ２
３０ ２１
４４ ６５ ４
６８ １ ３１
２５ ４６
５０ ３２５
２ ３２ ２７
４８ ３５
２２５ ２ ３３
２８ ５
２ ４５ ２５２
１ ３４
２９ ５０ ６
０ ３６５ １【
０１００】
表１０
１０００
℃ ０．２％耐力 引
張強さ 伸び 熱疲労寿命 酸化減
量実施例Ｎｏ． （ＭＰａ） （ＭＰａ）
（％） （サイクル） （ｍｇ／ｃｍ２ ）
２０ １４
２４ ８０
９５ ２９ ２１
１６ ２５
９２ １８０
８ ２２ １
７ ２８ ９８
１９５ １３
２３ １７
２９ １００ ２９０
１４ ２４
１５ ２６
１１５ ２４２
２２ ２５ １８
３０ １０８
３５０ ３３ ２
６ １４
２３ ８４ ２９０
１１ ２７
１９ ３１
９６ ３６５
１８ ２８ １５
２４ ７６
２５４ １５ ２９
１５ ２５
８８ ２０５
９ ３０
１４ ２３ １０
２ ３０５ １８
３１ １４
２４ １２３
２０５ ３４ ３２
１８ ２９
１３５ １５４
４６ ３３
１７ ２９ １４９
１７５ ２６
３４ １６
２６ １５６ ２２
５ ２１ 【０１０１】表８、表９及び表１０から明らかなように
、本発明材２０〜３４はいずれも従来例である比較例１
〜５の供試材と比較して、高温強度、耐酸化性及び熱疲
労寿命が著しく改善されていることがわかる。これは適
量のＷ、Ｂ、ＲＥＭ等を含有することにより、フェライ
ト基地が強化され、室温の延性を損なわずに変態点が１
０００℃以上に上昇したためである。 【０１０２】また表８に示す通り、本発明材２０〜３４
は硬さ（ＨＢ ）が１７０〜２２３と比較的低く、機械
加工性にも優れていることがわかる。 【０１０３】なお実施例３１の耐熱鋳鋼について、顕微
鏡写真（１００ 倍）を図５に示す。 【０１０４】次に、実施例５、１５及び２６のフェライ
ト系耐熱鋳鋼を用いて、それぞれ図１に示すエキゾース
トマニフォールド（肉厚： ２．５〜３．４ ｍｍ）及
びタービンハウジング（肉厚： ２．７〜４．１ｍｍ）
を鋳造した。得られた耐熱鋳鋼部品はいずれも健全なも
のであった。さらに、これらの鋳造部品に機械加工を施
して、切削性の評価を行ったが、いずれのものにも何等
問題は生じなかった。 【０１０５】次に、図１に示すように、エキゾーストマ
ニフォールドとターボチャージャハウジングを組み付け
た直列４気筒で排気量２０００ｃｃの高性能ガソリンエ
ンジンのテスト機により、耐久試験を実施した。試験条
件として、６０００回転での全負荷運転（連続１４分間
）−アイドリング（１分間）−完全停止（１４分間）−
アイドリング（１分間）を１サイクルとする熱冷（ＧＯ
−ＳＴＯＰ）サイクルを、 ５００サイクルまで実施し
た。全負荷時の排気ガス温度は、ターボチャージャハウ
ジングの入口で ９３０℃であった。この条件下でのエ
キゾーストマニフォールドの表面最高温度は集合部で約
８７０℃、ターボチャージャハウジングの表面最高温
度はウェストゲート部で約 ８９０℃であった。評価試
験の結果、熱変形によるガス漏れや熱亀裂は生じず、優
れた耐久性及び信頼性を有することが確認された。 【０１０６】一方、表１１に示す化学成分の高Ｓｉ球状
黒鉛鋳鉄によりエキゾーストマニフォールドを作製し、
また同表の化学成分のＮＩ−ＲＥＳＩＳＴ Ｄ２ （Ｉ
ＮＣＯ社の商標名）なるオーステナイト球状黒鉛鋳鉄に
よりターボチャージャハウジングを作製した。同じエン
ジンにこれらの部品を取付けて、前記と同じ条件で試験
を行った。この結果、高Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄製エキゾース
トマニフォールドは、９８サイクルで集合部近傍に酸化
による熱亀裂が生じ、使用不能となった。その後、エキ
ゾーストマニフォールドを実施例５のものに取り替え、
試験を続行したところ、 ３２４サイクル目にオーステ
ナイト球状黒鉛鋳鉄製のターボチャージャハウジングの
スクロール部に肉厚を貫通する亀裂が生じた。以上の結
果、本発明品であるエキゾーストマニフォールド及びタ
ーボチャージャハウジングは、優れた耐熱性を有してい
ることが明らかとなった。 【０１０７】
表１１
化学
成分（重量％）材種
Ｃ Ｓｉ
Ｍｎ Ｐ Ｓ 高Ｓｉ
球状黒鉛鋳鉄 ３．１５ ３．
９５ ０．４７ ０．０２４
０．００８ オーステナイト 球状黒鉛鋳鉄 ２．９１
２．６１ ０．８１ ０．
０１８ ０．０１０ 【０１０８】
化学成分（重量％）材種
Ｃｒ
Ｎｉ Ｍｏ
Ｍｇ 高Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄
０．０３ − ０．５５
０．０４８ オーステナイト 球状黒鉛鋳鉄 ２．
５７ ２１．５ −
０．０８４ 【０１０９】 【発明の効果】以上に詳述した通り、本発明によれば、
とくにＷ、Ｎｂ及び／又はＶ、さらに必要に応じＢ、Ｒ
ＥＭ、Ｎｉ、Ｎを単独又は組み合わせて適量添加するこ
とにより、それぞれフェライト基地及び結晶粒界を強化
し、室温における延性を損なわずに、変態点を上昇させ
、高温強度を向上している。そのため、とくに重要な高
温引張強度、耐熱疲労性、耐酸化性について、従来の耐
熱鋳鋼を上まわる特性を示す。また、鋳造性、加工性に
優れているので、安価に製造することができる。このよ
うな本発明のフェライト系耐熱鋳鋼は、エンジン排気系
部品等に特に好適である。本発明のフェライト系耐熱鋳
鋼からなる排気系部品は熱亀裂を生ずることなく、極め
て優れた耐久性を示す。
【図１】本発明のフェライト系耐熱鋳鋼により作製し得
るエキゾーストマニフォールド及びタービンハウジング
を示す概略図である。
るエキゾーストマニフォールド及びタービンハウジング
を示す概略図である。
【図２】実施例８のフェライト系耐熱鋳鋼の金属組織を
表す顕微鏡写真（１００ 倍）である。
表す顕微鏡写真（１００ 倍）である。
【図３】比較例５の耐熱鋳鋼の金属組織を表す顕微鏡写
真（１００ 倍）である。
真（１００ 倍）である。
【図４】実施例１８のフェライト系耐熱鋳鋼の金属組織
を表す顕微鏡写真（１００ 倍）である。
を表す顕微鏡写真（１００ 倍）である。
【図５】実施例３１のフェライト系耐熱鋳鋼の金属組織
を表す顕微鏡写真（１００ 倍）である。
を表す顕微鏡写真（１００ 倍）である。
１ エキゾーストマニフォールド２
タービンハウジング ３ エキゾーストアウトレットパイプ４
コンバータ容器 ５ メインキャタライザ
タービンハウジング ３ エキゾーストアウトレットパイプ４
コンバータ容器 ５ メインキャタライザ
Claims (15)
- 【請求項１】 重量比率で Ｃ：０．０５〜０．４５％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１６．０〜２５．０％ Ｗ：１．０ 〜５．０ ％ Ｎｂおよび／またはＶ：０．０１〜１．０ ％（ただし
各々は ０．５％以下）残部：Ｆｅ及び不可避不純物か
らなる組成を有し、通常のα相のほかにγ相からα相＋
炭化物に変態した相（以下α’相）を有するとともに、
α’相の面積率（α’／α＋α’）が２０〜９０％であ
り、かつ鋳造後にγ＋α混合領域未満の温度で焼鈍処理
が施こされていることを特徴とするフェライト系耐熱鋳
鋼。 - 【請求項２】 請求項１に記載のフェライト系耐熱鋳
鋼において、α相からγ相への変態点が９００℃以上で
あることを特徴とするフェライト系耐熱鋳鋼。 - 【請求項３】 重量比率で Ｃ：０．１０〜０．３０％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１６．０〜２５．０％ Ｗ：１．０ 〜５．０ ％ Ｎｂ：０．０１〜０．５ ％ Ｎｉ：０．１ 〜２．０ ％ Ｎ：０．０１〜０．１５％ 残部：Ｆｅ及び不可避不純物からなる組成を有し、通常
のα相のほかにγ相からα相＋炭化物に変態した相（以
下α’相）を有するとともに、α’相の面積率（α’／
α＋α’）が２０〜９０％であり、かつ鋳造後にγ＋α
混合領域未満の温度で焼鈍処理が施こされていることを
特徴とするフェライト系耐熱鋳鋼。 - 【請求項４】 請求項３に記載のフェライト系耐熱鋳
鋼において、α相からγ相への変態点が９００℃以上で
あることを特徴とするフェライト系耐熱鋳鋼。 - 【請求項５】 重量比率で Ｃ：０．０５〜０．３０％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１６．０〜２５．０％ Ｗ：１．０ 〜５．０ ％ Ｎｂ：０．０１〜０．５ ％ Ｖ：０．０１〜０．５ ％ Ｂ：０．００１ 〜０．０１％ Ｎｉ：０．０５〜２．０ ％ 残部：Ｆｅ及び不可避不純物からなる組成を有し、通常
のα相のほかにγ相からα相＋炭化物に変態した相（以
下α’相）を有するとともに、α’相の面積率（α’／
α＋α’）が２０〜７０％であり、かつ鋳造後にγ＋α
混合領域未満の温度で焼鈍処理が施こされていることを
特徴とするフェライト系耐熱鋳鋼。 - 【請求項６】 請求項５に記載のフェライト系耐熱鋳
鋼において、α相からγ相への変態点が９５０℃以上で
あることを特徴とするフェライト系耐熱鋳鋼。 - 【請求項７】 重量比率で Ｃ：０．１５〜０．４５％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１７．０〜２２．０％ Ｗ：１．０ 〜４．０ ％ Ｎｂおよび／またはＶ：０．０１〜０．５ ％残部：Ｆ
ｅ及び不可避不純物からなる組成を有し、通常のα相の
ほかにγ相からα相＋炭化物に変態した相（以下α’相
）を有するとともに、α’相の面積率（α’／α＋α’
）が２０〜８０％であり、かつ鋳造後にγ＋α混合領域
未満の温度で焼鈍処理が施こされていることを特徴とす
るフェライト系耐熱鋳鋼。 - 【請求項８】 請求項７に記載のフェライト系耐熱鋳
鋼において、α相からγ相への変態点が１０００℃以上
であることを特徴とするフェライト系耐熱鋳鋼。 - 【請求項９】 重量比率で Ｃ：０．１５〜０．４５％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１７．０〜２２．０％ Ｗ：１．０ 〜４．０ ％ Ｎｂおよび／またはＶ：０．０１〜０．５ ％Ｂ：０．
００１ 〜０．０５％ ＲＥＭ：０．００１ 〜０．０５％ 残部：Ｆｅ及び不可避不純物からなる組成を有し、通常
のα相のほかにγ相からα相＋炭化物に変態した相（以
下α’相）を有するとともに、α’相の面積率（α’／
α＋α’）が２０〜８０％であり、かつ鋳造後にγ＋α
混合領域未満の温度で焼鈍処理が施こされていることを
特徴とするフェライト系耐熱鋳鋼。 - 【請求項１０】 請求項９に記載のフェライト系耐熱
鋳鋼において、α相からγ相への変態点が１０００℃以
上であることを特徴とするフェライト系耐熱鋳鋼。 - 【請求項１１】 重量比率で Ｃ：０．１５〜０．４５％ Ｓｉ：０．４ 〜２．０ ％ Ｍｎ：０．３ 〜１．０ ％ Ｃｒ：１７．０〜２２．０％ Ｗ：１．０ 〜４．０ ％ Ｎｂおよび／またはＶ：０．０１〜０．５ ％Ｎｉ：０
．１ 〜２．０ ％ Ｂ：０．００１ 〜０．０５％ ＲＥＭ：０．００１ 〜０．０５％ 残部：Ｆｅ及び不可避不純物からなる組成を有し、通常
のα相のほかにγ相からα相＋炭化物に変態した相（以
下α’相）を有するとともに、α’相の面積率（α’／
α＋α’）が２０〜８０％であり、かつ鋳造後にγ＋α
混合領域未満の温度で焼鈍処理が施こされていることを
特徴とするフェライト系耐熱鋳鋼。 - 【請求項１２】 請求項１１に記載のフェライト系耐
熱鋳鋼において、α相からγ相への変態点が１０００℃
以上であることを特徴とするフェライト系耐熱鋳鋼。 - 【請求項１３】 請求項１乃至１２のいずれかに記載
のフェライト系耐熱鋳鋼からなる排気系部品。 - 【請求項１４】 請求項１３に記載の排気系部品にお
いて、エキゾーストマニフォールドであることを特徴と
する排気系部品。 - 【請求項１５】 請求項１３に記載の排気系部品にお
いて、タービンハウジングであることを特徴とする排気
系部品。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3081647A JPH0826438B2 (ja) | 1990-03-27 | 1991-03-20 | 熱疲労寿命に優れたフェライト系耐熱鋳鋼 |
| US07/674,949 US5152850A (en) | 1990-03-27 | 1991-03-26 | Heat-resistant, ferritic cast steel and exhaust equipment member made thereof |
| DE69120129T DE69120129T2 (de) | 1990-03-27 | 1991-03-27 | Hitzebeständiger Stahl |
| EP91302694A EP0449611B1 (en) | 1990-03-27 | 1991-03-27 | Heat resistant steel |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7775990 | 1990-03-27 | ||
| JP20546290 | 1990-08-02 | ||
| JP2-77759 | 1990-08-02 | ||
| JP2-205462 | 1990-08-02 | ||
| JP3081647A JPH0826438B2 (ja) | 1990-03-27 | 1991-03-20 | 熱疲労寿命に優れたフェライト系耐熱鋳鋼 |
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| JP4317741A Division JP2542778B2 (ja) | 1992-11-02 | 1992-11-02 | 排気系部品 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JPH04218645A true JPH04218645A (ja) | 1992-08-10 |
| JPH0826438B2 JPH0826438B2 (ja) | 1996-03-13 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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