JPH055161A - 高温強度の優れたオーステナイト系耐熱鋳鋼およびそれからなる排気系部品 - Google Patents
高温強度の優れたオーステナイト系耐熱鋳鋼およびそれからなる排気系部品Info
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- JPH055161A JPH055161A JP3188457A JP18845791A JPH055161A JP H055161 A JPH055161 A JP H055161A JP 3188457 A JP3188457 A JP 3188457A JP 18845791 A JP18845791 A JP 18845791A JP H055161 A JPH055161 A JP H055161A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 特に９００℃以上の高温度での強度に優れた
オーステナイト系耐熱鋳鋼およびそれからなるエキゾー
ストマニホールドやタービンハウジング等の自動車の排
気系部品を得る。 【構成】 オーステナイト系耐熱鋳鋼は、重量比率で、
Ｃ：０．２０〜０．６０％，Ｓｉ：２．００％以下，Ｍ
ｎ：１．００％以下，Ｎｉ：８〜２０％，Ｃｒ：１５〜
３０％，Ｎｂ：０．２〜１．０ ％，Ｗ：２〜６％，
Ｂ：０．００１〜０．０１％，残部：Ｆｅおよび不可避
不純物，あるいはそれらにＭｏ：０．２〜１％および／
またはＣｏ：２０％以下からなる組成を有する。このオ
ーステナイト系耐熱鋳鋼は、自動車の排気系部品に使用
される。 【効果】 特に９００℃を越える加熱と室温までの冷却
の繰り返し熱サイクルを受けても、高温領域における強
度に優れ、変形が僅かで、しかも室温延性を損なわず、
かつ鋳造性、加工性に優れているので、安価に製造する
ことがでる。そして、このようなオーステナイト系耐熱
鋳鋼は、エキゾーストマニホールドやタービンハウジン
グ等の自動車用排気系部品に好適である。
オーステナイト系耐熱鋳鋼およびそれからなるエキゾー
ストマニホールドやタービンハウジング等の自動車の排
気系部品を得る。 【構成】 オーステナイト系耐熱鋳鋼は、重量比率で、
Ｃ：０．２０〜０．６０％，Ｓｉ：２．００％以下，Ｍ
ｎ：１．００％以下，Ｎｉ：８〜２０％，Ｃｒ：１５〜
３０％，Ｎｂ：０．２〜１．０ ％，Ｗ：２〜６％，
Ｂ：０．００１〜０．０１％，残部：Ｆｅおよび不可避
不純物，あるいはそれらにＭｏ：０．２〜１％および／
またはＣｏ：２０％以下からなる組成を有する。このオ
ーステナイト系耐熱鋳鋼は、自動車の排気系部品に使用
される。 【効果】 特に９００℃を越える加熱と室温までの冷却
の繰り返し熱サイクルを受けても、高温領域における強
度に優れ、変形が僅かで、しかも室温延性を損なわず、
かつ鋳造性、加工性に優れているので、安価に製造する
ことがでる。そして、このようなオーステナイト系耐熱
鋳鋼は、エキゾーストマニホールドやタービンハウジン
グ等の自動車用排気系部品に好適である。
Description
【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９００℃以上の
高温度での強度の優れたオーステナイト系耐熱鋳鋼およ
びそれからなる排気系部品に関する。
系部品等に適する耐熱鋳鋼に関し、特に９００℃以上の
高温度での強度の優れたオーステナイト系耐熱鋳鋼およ
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、例
えば表１に比較材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ホ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、使用条件が高温過酷と
なることから、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、フェライト系耐熱鋳鋼などが採用
されていた。
えば表１に比較材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ホ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、使用条件が高温過酷と
なることから、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、フェライト系耐熱鋳鋼などが採用
されていた。
【０００３】オーステナイト系耐熱鋳鋼として、特開昭
６１ー８７８５２号公報には、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎ，Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｂ，ＷおよびＦｅからなる
組成を特定し、クリープ強度と耐力を向上する開示があ
る。また、特開昭６１ー１７７３５２号公報には、Ｃ，
Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｂ，Ｎｂおよび
Ｆｅからなる組成を限定し、酸素含有量および清浄度を
特定して、高温特性とともに室温特性をに改善する開示
がある。更に、特公昭５７ー８１８３号公報には、Ｆｅ
−Ｎｉ−Ｃｒオーステナイト系耐熱鋳鋼の炭素量を増加
させるとともに、Ｎｂ，Ｃｏを添加して、高温耐酸化性
を低下させずに、高温強度を向上する開示がある。
６１ー８７８５２号公報には、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎ，Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｂ，ＷおよびＦｅからなる
組成を特定し、クリープ強度と耐力を向上する開示があ
る。また、特開昭６１ー１７７３５２号公報には、Ｃ，
Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｂ，Ｎｂおよび
Ｆｅからなる組成を限定し、酸素含有量および清浄度を
特定して、高温特性とともに室温特性をに改善する開示
がある。更に、特公昭５７ー８１８３号公報には、Ｆｅ
−Ｎｉ−Ｃｒオーステナイト系耐熱鋳鋼の炭素量を増加
させるとともに、Ｎｂ，Ｃｏを添加して、高温耐酸化性
を低下させずに、高温強度を向上する開示がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記、従来の耐熱鋳
鉄、耐熱鋳鋼のうち、高Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄は、室温強度
は比較的良好であるが、高温強度、耐酸化性が劣る。ま
た、ニレジスト鋳鉄は、９００℃までは高温強度は比較
的良好であるが、それ以上の温度では耐久性が劣る。ま
た、このニレジスト鋳鉄は、Ｎｉ含有量が多く高価であ
るという問題点がある。その他にフェライト系耐熱鋳鋼
があるが、通常のフェライト系耐熱鋳鋼は、９００℃以
上の高温強度が絶対的に劣るという問題点がある。
鉄、耐熱鋳鋼のうち、高Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄は、室温強度
は比較的良好であるが、高温強度、耐酸化性が劣る。ま
た、ニレジスト鋳鉄は、９００℃までは高温強度は比較
的良好であるが、それ以上の温度では耐久性が劣る。ま
た、このニレジスト鋳鉄は、Ｎｉ含有量が多く高価であ
るという問題点がある。その他にフェライト系耐熱鋳鋼
があるが、通常のフェライト系耐熱鋳鋼は、９００℃以
上の高温強度が絶対的に劣るという問題点がある。
【０００５】また、上記特開昭６１ー８７８５２号公報
のものは、Ｃ量が０．１５重量％以下と低いことによ
り、９００℃以上での高温強度が不足し、またＴｉを
０．００２〜０．５重量％含有するため、大気溶解では
有害な非金属介在物の生成を招く恐れがある。
のものは、Ｃ量が０．１５重量％以下と低いことによ
り、９００℃以上での高温強度が不足し、またＴｉを
０．００２〜０．５重量％含有するため、大気溶解では
有害な非金属介在物の生成を招く恐れがある。
【０００６】また、上記特開昭６１ー１７７３５２号公
報のものは、Ｎｉを多量に含有するため、高温でイオウ
（Ｓ）雰囲気が存在すると、損傷を受ける恐れがある。
報のものは、Ｎｉを多量に含有するため、高温でイオウ
（Ｓ）雰囲気が存在すると、損傷を受ける恐れがある。
【０００７】また、特公昭５７ー８１８３号公報のもの
は、高炭素（Ｃ）のため、高温で長時間の使用中に脆化
する恐れがある。
は、高炭素（Ｃ）のため、高温で長時間の使用中に脆化
する恐れがある。
【０００８】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、より高温強度に優れ、かつ
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。
耐熱鋳鋼の問題点を解決し、より高温強度に優れ、かつ
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。
【０００９】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。
鋼からなる排気系部品を提供することである。
【００１０】
【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、Ｎｉ−Ｃｒ基オーステナイト系
耐熱鋳鋼に、Ｎｂ、Ｗ、ＢあるいはそれらにＭｏおよび
／またはＣｏを適量添加することにより、高温強度を向
上することができることを見い出し、本発明に想到し
た。
の結果、本発明者らは、Ｎｉ−Ｃｒ基オーステナイト系
耐熱鋳鋼に、Ｎｂ、Ｗ、ＢあるいはそれらにＭｏおよび
／またはＣｏを適量添加することにより、高温強度を向
上することができることを見い出し、本発明に想到し
た。
【００１１】すなわち、本第１の発明の高温強度の優れ
たオーステナイト系耐熱鋳鋼は、重量比率で、 Ｃ ： ０．２０〜 ０．６０％， Ｓｉ： ２．００％以下， Ｍｎ： １．００％以下， Ｎｉ： ８ 〜２０ ％， Ｃｒ：１５ 〜３０ ％， Ｎｂ： ０．２ 〜 １．０ ％， Ｗ ： ２ 〜 ６ ％， Ｂ ： ０．００１〜０．０１％ 残部：Ｆｅおよび不可避不純物 からなることを特徴とする。
たオーステナイト系耐熱鋳鋼は、重量比率で、 Ｃ ： ０．２０〜 ０．６０％， Ｓｉ： ２．００％以下， Ｍｎ： １．００％以下， Ｎｉ： ８ 〜２０ ％， Ｃｒ：１５ 〜３０ ％， Ｎｂ： ０．２ 〜 １．０ ％， Ｗ ： ２ 〜 ６ ％， Ｂ ： ０．００１〜０．０１％ 残部：Ｆｅおよび不可避不純物 からなることを特徴とする。
【００１２】次に、本第２の発明の高温強度の優れたオ
ーステナイト系耐熱鋳鋼は、重量比率で、 Ｃ ： ０．２０〜 ０．６０％， Ｓｉ： ２．００％以下， Ｍｎ： １．００％以下， Ｎｉ： ８ 〜２０ ％， Ｃｒ：１５ 〜３０ ％， Ｎｂ： ０．２ 〜１．０ ％， Ｗ ： ２ 〜６ ％， Ｍｏ： ０．２ 〜１ ％， Ｂ ： ０．００１〜０．０１％ 残部：Ｆｅおよび不可避不純物 からなることを特徴とする。
ーステナイト系耐熱鋳鋼は、重量比率で、 Ｃ ： ０．２０〜 ０．６０％， Ｓｉ： ２．００％以下， Ｍｎ： １．００％以下， Ｎｉ： ８ 〜２０ ％， Ｃｒ：１５ 〜３０ ％， Ｎｂ： ０．２ 〜１．０ ％， Ｗ ： ２ 〜６ ％， Ｍｏ： ０．２ 〜１ ％， Ｂ ： ０．００１〜０．０１％ 残部：Ｆｅおよび不可避不純物 からなることを特徴とする。
【００１３】次に、本第３の発明の高温強度の優れたオ
ーステナイト系耐熱鋳鋼は、重量比率で、 Ｃ ： ０．２０〜 ０．６０％， Ｓｉ： ２．００％以下， Ｍｎ： １．００％以下， Ｎｉ： ８ 〜２０ ％， Ｃｒ：１５ 〜３０ ％， Ｎｂ： ０．２ 〜１．０ ％， Ｗ ： ２ 〜６ ％， Ｃｏ： ２０ ％以下， Ｂ ： ０．００１〜０．０１％ 残部：Ｆｅおよび不可避不純物 からなることを特徴とする。
ーステナイト系耐熱鋳鋼は、重量比率で、 Ｃ ： ０．２０〜 ０．６０％， Ｓｉ： ２．００％以下， Ｍｎ： １．００％以下， Ｎｉ： ８ 〜２０ ％， Ｃｒ：１５ 〜３０ ％， Ｎｂ： ０．２ 〜１．０ ％， Ｗ ： ２ 〜６ ％， Ｃｏ： ２０ ％以下， Ｂ ： ０．００１〜０．０１％ 残部：Ｆｅおよび不可避不純物 からなることを特徴とする。
【００１４】次に、本第４の発明の高温強度の優れたオ
ーステナイト系耐熱鋳鋼は、重量比率で、 Ｃ ： ０．２０〜 ０．６０％， Ｓｉ： ２．００％以下， Ｍｎ： １．００％以下， Ｎｉ： ８ 〜２０ ％， Ｃｒ：１５ 〜３０ ％， Ｎｂ： ０．２ 〜１．０ ％， Ｗ ： ２ 〜６ ％， Ｍｏ： ０．２ 〜１ ％， Ｃｏ： ２０ ％以下， Ｂ ： ０．００１〜０．０１％ 残部：Ｆｅと不可避不純物 からなることを特徴とする。
ーステナイト系耐熱鋳鋼は、重量比率で、 Ｃ ： ０．２０〜 ０．６０％， Ｓｉ： ２．００％以下， Ｍｎ： １．００％以下， Ｎｉ： ８ 〜２０ ％， Ｃｒ：１５ 〜３０ ％， Ｎｂ： ０．２ 〜１．０ ％， Ｗ ： ２ 〜６ ％， Ｍｏ： ０．２ 〜１ ％， Ｃｏ： ２０ ％以下， Ｂ ： ０．００１〜０．０１％ 残部：Ｆｅと不可避不純物 からなることを特徴とする。
【００１５】
【作用】以下、本発明の高温強度の優れたオーステナイ
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。
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。
【００１６】（１）Ｃ（炭素）：０．２０〜０．６０％ Ｃは、溶湯の流動性すなわち鋳造性を良くする作用があ
り、また一部基地に固溶して、固溶強化する作用があ
る。さらに、一次炭化物を形成し、高温強度を高めるの
に必要である。このような作用を有効に発揮するために
は、Ｃは少なくとも０．２０％以上を必要である。
り、また一部基地に固溶して、固溶強化する作用があ
る。さらに、一次炭化物を形成し、高温強度を高めるの
に必要である。このような作用を有効に発揮するために
は、Ｃは少なくとも０．２０％以上を必要である。
【００１７】一方、Ｃの含有量が０．６０％を越えると
二次炭化物が過剰に析出し、靭性を著しく劣化する。こ
のため、Ｃは０．２０〜０．６０％とする。
二次炭化物が過剰に析出し、靭性を著しく劣化する。こ
のため、Ｃは０．２０〜０．６０％とする。
【００１８】（２）Ｓｉ（ケイ素）：２．０％以下 Ｓｉは、溶湯の脱酸剤としての役割を有するほか、耐酸
化性の改善に有効な元素である。しかし、過剰に加える
とオーステナイト組織が不安定になり、高温強度の劣化
を招くので、Ｓｉの含有量は２．００％以下とする。
化性の改善に有効な元素である。しかし、過剰に加える
とオーステナイト組織が不安定になり、高温強度の劣化
を招くので、Ｓｉの含有量は２．００％以下とする。
【００１９】（３）Ｍｎ（マンガン）：１．００％以下 Ｍｎは、Ｓｉと同様に溶湯の脱酸剤として有効である
が、あまり多く加えると耐酸化性が劣化するので、１．
００％以下とする。
が、あまり多く加えると耐酸化性が劣化するので、１．
００％以下とする。
【００２０】（４）Ｎｉ（ニッケル）：８〜 ２０％ Ｎｉは、後記のＣｏおよびＣｒとともに本発明の耐熱鋳
鋼をオーステナイト組織とし、その組織を安定にして高
温強度を高めるのに有効な元素である。特に、９００℃
以上の高温域において良好な高温強度を有するために
は、８％以上の添加が必要である。Ｎｉの増加とともに
上記特性は向上するが、２０％を越えても効果は飽和
し、経済的にも不利である。そのためＮｉ含有量は８〜
２０％とする。
鋼をオーステナイト組織とし、その組織を安定にして高
温強度を高めるのに有効な元素である。特に、９００℃
以上の高温域において良好な高温強度を有するために
は、８％以上の添加が必要である。Ｎｉの増加とともに
上記特性は向上するが、２０％を越えても効果は飽和
し、経済的にも不利である。そのためＮｉ含有量は８〜
２０％とする。
【００２１】（５）Ｃｏ（コバルト）：２０％以下 Ｃｏは、Ｎｉと同様オーステナイト組織を安定にし高温
強度を高める元素であり、特にＮｉと複合添加させるこ
とにより、一層オーステナイト組織が安定する。また、
Ｓが存在する使用雰囲気では、Ｎｉは低融点の硫化物を
つくるため、一般にＣｏの使用が有利である。ＮｉとＣ
ｏは相互に置換することが可能であるが、Ｎｉ＋Ｃｏの
合計が３０％を越えても効果が飽和し、経済的にも不利
であるので、８％以上、３０％以下とする。なお、Ｃｏ
単独で２０％を越えても効果が飽和し、経済的にも不利
であるので、２０％以下とする。
強度を高める元素であり、特にＮｉと複合添加させるこ
とにより、一層オーステナイト組織が安定する。また、
Ｓが存在する使用雰囲気では、Ｎｉは低融点の硫化物を
つくるため、一般にＣｏの使用が有利である。ＮｉとＣ
ｏは相互に置換することが可能であるが、Ｎｉ＋Ｃｏの
合計が３０％を越えても効果が飽和し、経済的にも不利
であるので、８％以上、３０％以下とする。なお、Ｃｏ
単独で２０％を越えても効果が飽和し、経済的にも不利
であるので、２０％以下とする。
【００２２】（６）Ｃｒ（クロム）：１５〜３０％ Ｃｒは、上記ＮｉおよびＣｏと共存し、鋳鋼組織をオー
ステナイト化して、高温強度や耐酸化性を高めるほか、
炭化物を形成し高温強度を高めるのに有効な元素であ
る。特に、９００℃の高温域でこれらの効果を有効なも
のにするためには、１５％以上の添加が必要である。し
かし、添加量が３０％を越えると、過剰に二次炭化物が
析出すること、更にはσ相などの脆い析出物などが析出
し、脆化が著しくなる。そのためＣｒ含有量を１５〜３
０％とする。
ステナイト化して、高温強度や耐酸化性を高めるほか、
炭化物を形成し高温強度を高めるのに有効な元素であ
る。特に、９００℃の高温域でこれらの効果を有効なも
のにするためには、１５％以上の添加が必要である。し
かし、添加量が３０％を越えると、過剰に二次炭化物が
析出すること、更にはσ相などの脆い析出物などが析出
し、脆化が著しくなる。そのためＣｒ含有量を１５〜３
０％とする。
【００２３】（７）Ｗ（タングステン）：２〜６％ Ｗは高温強度を改善する。この効果を得るためには２％
以上の添加が必要である。しかし、多量に添加すると耐
酸化性が劣化するので６％が上限である。そのためＷの
含有量は２〜６％とする。
以上の添加が必要である。しかし、多量に添加すると耐
酸化性が劣化するので６％が上限である。そのためＷの
含有量は２〜６％とする。
【００２４】（８）Ｍｏ（モリブデン）：０．２〜１％ Ｍｏは、Ｗと同様の作用を有する元素である。しかし、
Ｍｏの単独添加は、Ｗよりも効果が少ない。Ｗの一部を
置換し複合効果させるため、Ｍｏの添加量は０．２〜１
％とする。
Ｍｏの単独添加は、Ｗよりも効果が少ない。Ｗの一部を
置換し複合効果させるため、Ｍｏの添加量は０．２〜１
％とする。
【００２５】（９）Ｎｂ（ニオブ）：０．２〜１．０％ Ｎｂは、Ｃと結合して微細な炭化物を形成し、高温強度
を改善する。また、Ｃｒ炭化物の生成を抑制することに
よって耐酸化性を向上させる。これらの効果を有効に発
揮させるためには、０．２％以上の添加が必要である。
しかし、多量の添加は靭性を劣化させるので上限を１．
０％とする。そのためＮｂの含有量は、０．２〜１．０
％とする。
を改善する。また、Ｃｒ炭化物の生成を抑制することに
よって耐酸化性を向上させる。これらの効果を有効に発
揮させるためには、０．２％以上の添加が必要である。
しかし、多量の添加は靭性を劣化させるので上限を１．
０％とする。そのためＮｂの含有量は、０．２〜１．０
％とする。
【００２６】（１０）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
靭性を改善する。このため、０．００１％以上の添加が
望ましい。一方、Ｂの多量の添加は硼化物を析出させ、
高温強度を劣化させるので、０．０１％を上限とする。
そのためＢの含有量は０．００１〜０．０１％とする。
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
靭性を改善する。このため、０．００１％以上の添加が
望ましい。一方、Ｂの多量の添加は硼化物を析出させ、
高温強度を劣化させるので、０．０１％を上限とする。
そのためＢの含有量は０．００１〜０．０１％とする。
【００２７】このような本発明の高温強度の優れたオー
ステナイト系耐熱鋳鋼は、特に自動車の排気系部品とし
て、エンジンに取り付けられるエキゾーストマニホール
ドやタービンハウジングとして薄肉に鋳造して用い、加
熱冷却のサイクルを受けても変形が僅かであり、優れた
耐久性を有する。
ステナイト系耐熱鋳鋼は、特に自動車の排気系部品とし
て、エンジンに取り付けられるエキゾーストマニホール
ドやタービンハウジングとして薄肉に鋳造して用い、加
熱冷却のサイクルを受けても変形が僅かであり、優れた
耐久性を有する。
【００２８】
【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。
【００２９】実施例１〜１９、比較例２１〜２５ 表１に示す種類の組成の耐熱材料について、ＪＩＳ規格
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溶解し、直ちに１５
５０℃以上で出湯して１５００℃以上で注湯した。
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溶解し、直ちに１５
５０℃以上で出湯して１５００℃以上で注湯した。
【００３０】本発明材（実施例１〜１９）のオーステナ
イト系耐熱鋳鋼については、鋳造時の湯流れが良く、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１〜１９）、および比較例２３、２４およ
び２５の供試材（Ｙブロック）を加熱中にて１０００℃
で２時間保持後空冷する熱処理を行った。また、比較例
２１は鋳放しのまま、さらに比較例２２は加熱炉にて８
００℃で２時間保持後空冷する熱処理を行って試験に供
した。
イト系耐熱鋳鋼については、鋳造時の湯流れが良く、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１〜１９）、および比較例２３、２４およ
び２５の供試材（Ｙブロック）を加熱中にて１０００℃
で２時間保持後空冷する熱処理を行った。また、比較例
２１は鋳放しのまま、さらに比較例２２は加熱炉にて８
００℃で２時間保持後空冷する熱処理を行って試験に供
した。
【００３１】なお、表１において、比較材（比較例２１
〜２５）は自動車のターボチャージャー用ハウジングや
エキゾーストマニホールド等の耐熱部品に使用されてい
るもので、比較例２１の供試材は、高Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄
であり、比較例２２の供試材は、ＡＣＩ（Ａｌｌｏｙ
Ｃａｓｔｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）規格のＣＢ−３
０であり、比較例２３および２４の供試材は、それぞれ
ニレジスト鋳鉄Ｄ２およびＤ５Ｓである。
〜２５）は自動車のターボチャージャー用ハウジングや
エキゾーストマニホールド等の耐熱部品に使用されてい
るもので、比較例２１の供試材は、高Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄
であり、比較例２２の供試材は、ＡＣＩ（Ａｌｌｏｙ
Ｃａｓｔｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）規格のＣＢ−３
０であり、比較例２３および２４の供試材は、それぞれ
ニレジスト鋳鉄Ｄ２およびＤ５Ｓである。
【００３２】また、比較例２５は汎用オーステナイト系
耐熱鋳鋼で，ＪＩＳ規格ＳＣＨ−１２である。
耐熱鋳鋼で，ＪＩＳ規格ＳＣＨ−１２である。
【００３３】
【表１】 化学成分（重量％） 実施例 C Si Mn Ni Cr Co Mo W Nb B No.1 0.19 1.04 0.51 9.78 20.63 - - 2.02 0.28 0.002 2 0.29 0.96 0.55 10.14 16.50 - - 2.50 0.32 0.003 3 0.28 1.05 0.49 15.09 28.20 - - 3.01 0.31 0.004 4 0.30 1.01 0.59 15.05 25.31 - - 3.07 0.29 0.004 5 0.29 0.99 0.47 18.44 21.47 - - 3.02 0.32 0.008 6 0.29 1.02 0.47 9.86 19.33 - - 2.93 0.28 0.004 7 0.31 1.01 0.51 9.79 18.82 - - 2.89 0.48 0.003 8 0.30 0.87 0.54 10.80 19.78 - 0.49 2.02 0.31 0.003 9 0.31 1.05 0.48 10.43 19.85 - 0.52 2.03 0.52 0.004 10 0.29 1.03 0.52 9.97 20.02 - - 2.86 0.94 0.003 11 0.49 1.00 0.49 9.97 19.58 - - 3.09 0.98 0.003 12 0.28 1.06 0.49 9.74 19.28 - - 4.88 0.48 0.003 13 0.48 1.06 0.50 9.93 20.28 - - 5.03 0.48 0.003 14 0.41 1.00 0.50 9.96 20.21 - - 3.05 0.50 0.003 15 0.43 0.97 0.51 9.05 20.52 4.50 - 3.02 0.44 0.003 16 0.38 0.92 0.46 9.26 19.56 9.31 0.55 2.04 0.42 0.004 17 0.37 0.97 0.49 10.09 19.26 18.74 - 2.94 0.47 0.004 18 0.32 0.98 0.53 10.70 20.62 10.39 - 3.00 0.51 0.004 19 0.27 0.96 0.49 9.89 20.17 17.66 - 2.89 0.47 0.003 比較例 21 3.33 4.04 0.35 - - - 0.62 - - - 22 0.28 1.05 0.44 - 17.9 - - - - - 23 2.77 2.12 0.88 21.10 2.44 - - - - - 24 1.89 5.32 0.41 34.50 2.35 - - - - - 25 0.21 1.24 0.50 9.1 18.8 - - - - - 次に、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。
を行った。
【００３４】（１）室温引張試験 標点間距離が５０ｍｍ、標点の直径が１４ｍｍの丸棒試
験片（ＪＩＳ４号試験片）を用いて行った。
験片（ＪＩＳ４号試験片）を用いて行った。
【００３５】（２）高温引張試験 標点間距離が５０ｍｍ、標点の直径が１０ｍｍのつばつ
き試験片を用いて、９００℃および１０５０℃で行っ
た。
き試験片を用いて、９００℃および１０５０℃で行っ
た。
【００３６】（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て、加熱 冷却に伴う伸び縮みを機械的に完全に拘束した状態で、
下記の条件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。 下限温度：１５０℃ 上限温度：１０００℃ 各１サイククル：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。
標点間の直径が１０ｍｍの丸棒試験片を用いて、加熱 冷却に伴う伸び縮みを機械的に完全に拘束した状態で、
下記の条件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。 下限温度：１５０℃ 上限温度：１０００℃ 各１サイククル：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。
【００３７】（４）酸化試験 直径１０ｍｍ，長さ２０ｍｍの丸棒試験片を作製し、１
０００℃において２００時間大気中に保持し、取り出し
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あたりの重量変化（酸化減
量：ｍｇ／ｍｍ2 ）を求めることにより、耐酸化性を評
価した。
０００℃において２００時間大気中に保持し、取り出し
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あたりの重量変化（酸化減
量：ｍｇ／ｍｍ2 ）を求めることにより、耐酸化性を評
価した。
【００３８】以上の室温引張試験結果を表２に、高温引
張試験結果を表３に、熱疲労試験結果および酸化試験結
果を表４に示す。
張試験結果を表３に、熱疲労試験結果および酸化試験結
果を表４に示す。
【００３９】
【表２】 室温引張試験結果 0.2%耐力 引張強さ 伸び 硬さ (MPa) (MPa) (%) (HB) 実施例 No. 1 250 595 26 170 2 300 555 11 179 3 280 510 7 201 4 265 555 13 179 5 275 560 12 187 6 275 590 19 179 7 300 565 11 197 8 285 540 12 183 9 300 555 11 192 10 255 565 14 179 11 325 540 4 223 12 280 600 14 197 13 325 525 4 217 14 335 540 4 217 15 315 540 10 201 16 290 540 6 217 17 320 545 5 223 18 305 540 7 201 19 305 535 9 201 比較例 No.21 510 640 11 217 22 540 760 4 240 23 190 455 16 179 24 255 485 9 163 25 250 560 20 170
【００４０】
【表３】 高温引張試験結果 ９００℃ １０５０℃ 0.2%耐力 引張強さ 伸び 0.2%耐力 引張強さ 伸び (MPa) (MPa) (%) (MPa) (MPa) (%) 実施例 No.1 65 120 36 33 59 38 2 66 129 32 36 65 36 3 84 172 27 35 77 27 4 80 153 42 42 75 37 5 84 151 28 44 77 33 6 82 145 34 37 65 38 7 88 155 25 46 75 34 8 81 140 34 40 69 42 9 85 150 31 43 72 36 10 77 139 29 37 68 34 11 97 173 22 62 101 30 12 77 146 32 40 74 34 13 94 177 28 50 97 30 14 103 206 32 60 96 27 15 90 150 38 53 88 40 16 97 167 27 56 91 30 17 108 186 31 54 89 35 18 97 166 28 46 77 30 19 98 166 36 49 82 38 比較例 No.21 20 40 33 − − − 22 25 42 58 15 28 103 23 41 64 27 22 36 36 24 48 73 29 25 45 22 25 65 128 93 30 50 100
【００４１】
【表４】 熱疲労試験結果および酸化試験結果 熱疲労寿命 酸化減量 （サイクル） （mg/mm2） 実施例 No.1 88 25 2 92 30 3 115 15 4 105 18 5 102 18 6 120 35 7 135 40 8 105 50 9 110 50 10 152 26 11 145 35 12 160 30 13 175 35 14 185 18 15 180 23 16 150 28 17 195 15 18 165 20 19 177 22 比較例 No.21 - - 22 10 105 23 56 765 24 85 55 25 80 85
【００４２】表２、表３および表４から明らかなよう
に、本発明による実施例１〜１９は、従来材である比較
例２３、２４のニレジスト鋳鉄Ｄ２およびＤ５Ｓと比較
して、特に９００℃以上の高温強度が著しく改善され、
室温性質が同等以上であることがわかる。更に、比較例
２５のＳＣＨ１２と比較して、１０００℃の高温強度が
改善されていることがわかる。また、表２に示す通り、
本発明材（実施例１〜１９）は硬さ（ＨB ）度が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。
に、本発明による実施例１〜１９は、従来材である比較
例２３、２４のニレジスト鋳鉄Ｄ２およびＤ５Ｓと比較
して、特に９００℃以上の高温強度が著しく改善され、
室温性質が同等以上であることがわかる。更に、比較例
２５のＳＣＨ１２と比較して、１０００℃の高温強度が
改善されていることがわかる。また、表２に示す通り、
本発明材（実施例１〜１９）は硬さ（ＨB ）度が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。
【００４３】次に、実施例５、１５および１９のオース
テナイト系耐熱鋳鋼を用いて、自動車用排気系部品のエ
キゾーストマニホールド（肉厚：２．５〜３．４ｍｍ）
およびタービンハウジング（肉厚：２．７〜４．１ｍ
ｍ）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。
テナイト系耐熱鋳鋼を用いて、自動車用排気系部品のエ
キゾーストマニホールド（肉厚：２．５〜３．４ｍｍ）
およびタービンハウジング（肉厚：２．７〜４．１ｍ
ｍ）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。
【００４４】更に、これらの鋳鋼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。
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。
【００４５】次に、エキゾーストマニホールドとタービ
ンハウジングを組み付けた直列４気筒で排気量２０００
ｃｃの高性能ガソリンエンジン相当の排気ガスを発する
排気シミュレータにより、耐久試験を実施した。試験条
件として、６０００回転相当での全負荷運転（連続１４
分）−アイドリング（１分）−完全停止（１４分）−ア
イドリング（１分）を１サイクルとする熱冷（ＧＯ−Ｓ
ＴＯＰ）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、タービンハウジングの入口温
度で、１０５０℃であった。この条件下でのエキゾース
トマニホールドの表面温度は、エキゾーストマニホール
ドの集合部で、約９８０℃、タービンハウジングの表面
温度は、ウエストゲート部で約１０２０℃であった。評
価試験の結果、熱変形によるガスの漏洩や熱亀裂は生じ
ず、優れた耐久性および信頼性を有することが確認され
た。
ンハウジングを組み付けた直列４気筒で排気量２０００
ｃｃの高性能ガソリンエンジン相当の排気ガスを発する
排気シミュレータにより、耐久試験を実施した。試験条
件として、６０００回転相当での全負荷運転（連続１４
分）−アイドリング（１分）−完全停止（１４分）−ア
イドリング（１分）を１サイクルとする熱冷（ＧＯ−Ｓ
ＴＯＰ）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、タービンハウジングの入口温
度で、１０５０℃であった。この条件下でのエキゾース
トマニホールドの表面温度は、エキゾーストマニホール
ドの集合部で、約９８０℃、タービンハウジングの表面
温度は、ウエストゲート部で約１０２０℃であった。評
価試験の結果、熱変形によるガスの漏洩や熱亀裂は生じ
ず、優れた耐久性および信頼性を有することが確認され
た。
【００４６】
【発明の効果】以上の説明の通り、本発明のオーステナ
イト系耐熱鋳鋼は、特に９００℃を越える高温領域にお
いて強度に優れ、しかも室温延性を損なわず、かつ鋳造
性、加工性に優れているので、安価に製造することがで
る。このような本発明のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、
エキゾーストマニホールドやタービンハウジング等の自
動車用排気系部品に好適である。本発明のオーステナイ
ト系耐熱鋳鋼からなる排気系部品は、高温強度に優れ、
極めて優れた耐久性を示す。
イト系耐熱鋳鋼は、特に９００℃を越える高温領域にお
いて強度に優れ、しかも室温延性を損なわず、かつ鋳造
性、加工性に優れているので、安価に製造することがで
る。このような本発明のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、
エキゾーストマニホールドやタービンハウジング等の自
動車用排気系部品に好適である。本発明のオーステナイ
ト系耐熱鋳鋼からなる排気系部品は、高温強度に優れ、
極めて優れた耐久性を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 重量比率で、 Ｃ ： ０．２０〜 ０．６０％， Ｓｉ： ２．００％以下， Ｍｎ： １．００％以下， Ｎｉ： ８ 〜２０ ％， Ｃｒ：１５ 〜３０ ％， Ｎｂ： ０．２ 〜 １．０ ％， Ｗ ： ２ 〜 ６ ％， Ｂ ： ０．００１〜０．０１％ 残部：Ｆｅおよび不可避不純物 からなることを特徴とする高温強度の優れたオーステナ
イト系耐熱鋳鋼。 【請求項２】 重量比率で、 Ｃ ： ０．２０〜 ０．６０％， Ｓｉ： ２．００％以下， Ｍｎ： １．００％以下， Ｎｉ： ８ 〜２０ ％， Ｃｒ：１５ 〜３０ ％， Ｎｂ： ０．２ 〜１．０ ％， Ｗ ： ２ 〜６ ％， Ｍｏ： ０．２ 〜１ ％， Ｂ ： ０．００１〜０．０１％ 残部：Ｆｅおよび不可避不純物 からなることを特徴とする高温強度の優れたオーステナ
イト系耐熱鋳鋼。 【請求項３】 重量比率で、 Ｃ ： ０．２０〜 ０．６０％， Ｓｉ： ２．００％以下， Ｍｎ： １．００％以下， Ｎｉ： ８ 〜２０ ％， Ｃｒ：１５ 〜３０ ％， Ｎｂ： ０．２ 〜１．０ ％， Ｗ ： ２ 〜６ ％， Ｃｏ： ２０ ％以下， Ｂ ： ０．００１〜０．０１％ 残部：Ｆｅおよび不可避不純物 からなることを特徴とする高温強度の優れたオーステナ
イト系耐熱鋳鋼。 【請求項４】 重量比率で、 Ｃ ： ０．２０〜 ０．６０％， Ｓｉ： ２．００％以下， Ｍｎ： １．００％以下， Ｎｉ： ８ 〜２０ ％， Ｃｒ：１５ 〜３０ ％， Ｎｂ： ０．２ 〜１．０ ％， Ｗ ： ２ 〜６ ％， Ｍｏ： ０．２ 〜１ ％， Ｃｏ： ２０ ％以下， Ｂ ： ０．００１〜０．０１％ 残部：Ｆｅと不可避不純物 からなることを特徴とする高温強度の優れたオーステナ
イト系耐熱鋳鋼。 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれかに記載の高温
強度の優れたオーステナイト系耐熱鋳鋼からなる排気系
部品。 【請求項６】 請求項５に記載の排気系部品において、
エキゾーストマニホールドであることを特徴とする排気
系部品。 【請求項７】 請求項５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。
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