JPH0559980B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 この発明は耐熱鋳鋼にかかり、特に、車両用エ
ンジンの排気系部品等に適用するに好適な耐熱鋳
鋼の改良に関するものである。 〔従来の技術〕 近年、車両用エンジン、特に自動車用エンジン
においては、ガソリンエンジンもしくはデイーゼ
ルエンジンを問わず高出力化、低燃費化を達成す
るための研究開発が積極的に実施されている。 このため、従来の自動車用エンジンに比較し
て、燃焼効率の向上を図つており排気ガス温度が
著しく高温となる傾向にある。 特に、自動車用エンジンのエキゾーストマニホ
ルド、ターボチヤージヤ用タービンホイール・タ
ービンハウジング、またデイーゼルエンジン用予
燃焼室等の排気系部品は、使用条件がより高温苛
酷となるため、それらの材質選定の重要さが改め
て問われてきている。 このため、従来においては高Si鋳鉄、ニレジス
ト鋳鉄、Al鋳鉄等の耐熱鋳鉄が使用されていた。
また、特例的にはフエライト系もしくはオーステ
ナイト系ステンレス鋳鋼等の高価な高合金耐熱鋳
鋼、またはCo基合金、Ni基合金が採用されてい
た。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、高Si鋳鉄、ニレジスト鋳鉄、
Al鋳鉄等の耐熱鋳鉄は、鋳造性、機械加工性等
の生産性は良好であるものの、800℃以上の高温
における使用条件下では耐酸化性、耐熱性（高温
強度）、クリープラプチヤー強度が劣るため使用
しにくいという問題があつた。 このため、耐熱鋳鉄にかわつてステンレス鋳
鋼、高合金耐熱鋳鋼、Ni基合金、Co基合金等が
使用されていた。 しかしながら、これらの合金は耐熱性（高温強
度）、耐酸化性、クリープラプチヤー強度がすぐ
れているものの、鋳造成形時に“ひけ巣”、“湯回
り不良”等の鋳造不良が発生し易く、また機械加
工性も悪いため、生産性が劣り高価にならざるを
得ないという問題があつた。 従つて、本発明の目的は、800℃以上の高温に
おいても十分な耐酸化性及び耐熱性が確保でき、
更に従来の耐熱鋳鋼に匹敵する鋳造性及び機械加
工性等の生産性が得られる耐熱鋳鋼を提供するこ
とにある。 〔問題点を解決するための手段〕 このため、本発明にかかる耐熱鋳鋼は、重量比
率で、Ｃ；0.5〜2.5％、Si；2.0〜4.5％、Mn；0.7
％以下、Ｐ；0.01％以下、Ｓ；0.1％以下、Cr；
5.0〜12.0％、Ce；0.2〜1.3％、残部実質的にFeか
らなる組成を有し、鋳造後に焼なまし処理を施し
たことを特徴とするものである。 〔作用〕 上記の構成にかかる本発明の作用について説明
する。 組成的には一般的な耐熱鋳鋼（JIS Ｇ 5122−
1980）と比較して多量のＣを含有させて高強度及
び良好な湯流れ性（鋳造性）を得ると共に、Cr
量は一般的な耐熱鋳鋼と比較して少なくされてお
り鋳造時の引け性が改善されている。 更に、本願構成においてはCeを含有させたこ
とにより耐酸化性及び酸化スケールの剥離性を得
ると共に鋳造時ピンホール、ガスホール及び引け
巣の発生を防止される。 また、Siは耐酸化性を得るため及び脱酸剤とし
て、Mnは脱酸剤として、Ｐは金属組織形成の促
進に、Ｓは機械加工性の向上に作用している。 そして、本願発明においては、鋳造後の焼なま
し処理を施すことにより基地組織はフエライト組
織化されるため、従来の耐熱鋳鉄に匹敵する鋳造
性、機械加工性等の生産性と、従来の高合金耐熱
鋳鋼に匹敵する耐熱性（高温強度）、耐酸化性等
の耐久性をバランス良く兼ね備えることができた
のである。 以下、本発明にかかる耐熱鋳鋼に添加する各合
金元素の添加量の範囲限定理由について説明す
る。 なお、以下の説明において各合金元素の添加量
は全て重量％にて表示している。 まず、Ｃは本発明の耐熱鋳鋼において強度特性
と鋳造性を改善させることから有効であるが、
0.5％未満ではそれらの特性の改善効果が充分で
なく、一方2.5％を越えて添加すると炭素の黒鉛
化を促進し強度特性を低下させるため0.5〜2.5％
とした。 Siは脱酸剤として有効であるばかりでなく、鋳
造性及び耐酸化性を改善させることから有効であ
るが、2.0％未満ではそれらの特性の改善効果が
充分でなく、4.5％を越えて添加するとＣとのバ
ランス（炭素当量）により１次炭化物が粗大化し
易くなり、かつ機械加工性を悪化させるため、こ
れを2.0〜4.5％とした。 Mnはパーライト組織の形成元素であることか
ら、耐熱鋳鋼にはあまり好ましくない合金元素で
あるが、Siと同様に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
善させる合金元素として有効であることから、
0.7％以下とした。 また、Ｐは0.01％を越えて添加すると基地組織
のパーライト組織化を促進させたり、ステダイト
の晶出を促進させ易いことから0.01％以下とし
た。 Ｓは材料を劣化させる恐れがあるため特に必要
な合金元素ではないが、機械加工性の要求の厳し
い部品を製造する場合においては、Ｓ量とMn量
の添加量を多くしてMnSを晶出させ、機械加工
性を改善させることができることから影響の少な
い0.1％以下とした。 また、CrはSiと同様に耐酸化性を改善させる
ことから有効であるが、5.0％未満ではその耐酸
化性の改善効果が充分でなく、12.0％を越えて添
加すると高硬度のCr炭化物の析出量が多くなつ
て、機械加工性を著しく悪化させることから5.0
〜12.0％とした。 Ceは耐酸化性、酸化スケールの剥離性にすぐ
れているとともに、ピンホールやガスホールおよ
びひけ巣の防止に効果がある。すなわち、Ceは
表面層のSi系酸化層をち密にし、また剥離性にす
ぐれているため酸化退行を防止する効果が大き
い。0.2％未満では効果が小さく、1.3％以上添加
しても大きな改善効果が得られないため0.2〜1.3
％とした。 このようにして成分限定した耐熱鋳鋼は、従来
の耐熱鋳鉄と同等の鋳造性を有しながら、また従
来の耐熱鋳鋼と同等の耐熱性、耐酸化性を有す
る。 〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細
に説明する。 本発明材の耐熱性と耐酸化性を評価するため
に、第１表に示すような２種類の本発明材お
よび３種類の比較材〜を鋳造成形により製造
した。 なお、鋳造に当たつては20Kg用高周波溶解炉を
用いて大気溶解し、Fe−Si（75％）を使用し接
種、脱酸処理した後、1550〜1750℃で出湯して
1450℃以上にて注湯した。 なお、鋳造成形のための鋳型としてはJIS鋳鋼
用Ｂ型を使用した。 そして、上述の如く鋳造成形された鋳造粗形材
状態の各供試材に対しては、950℃前後に0.5時間
以上加熱保持し、１時間あたり50〜150℃の炉冷
を500℃まで行う等の通常の焼なまし処理を施し
た。 このようにして得られた本願発明材において
は、白色のフエライト基地中にデンドライト状の
１次炭化物と粒状の炭化物が分散していることが
観察された。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明にかかる耐熱鋳鋼
は、上記した組成的な調整と鋳造後の焼なまし処
理の実施によつて、ピンホール等の鋳造欠陥を防
止して従来の耐熱鋳鉄に匹敵する鋳造性、機械加
工性等の生産性と、従来の高合金耐熱鋳鋼に匹敵
する耐熱性（高温強度）、耐酸化性等をバランス
良く兼ね備えた耐熱鋳鋼を提供することができ
た。 また、本発明材は成分的にも安価な元素が多
く、その添加量もあまり多くないためコスト的に
も有利であり、Ｃ量が多いことから鋳造時の湯流
れ性に優れている。 さらに、本発明は熱処理を行うことにより硬さ
をHv300以下にすることができ、加工性には問題
が生じないという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明材と比較材の耐酸化性の試験結
果を示すグラフ、第２図は本発明材と比較材のク
リープラプチヤー試験の結果を示すグラフであ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 重量比率で、Ｃ；0.5〜2.5％、Si；2.0〜4.5
   ％、Mn；0.7％以下、Ｐ；0.01％以下、Ｓ；0.1％
   以下、Cr；5.0〜12.0％、Ce；0.2〜1.3％、残部実
   質的にFeからなる組成を有し、鋳造後に焼なま
   し処理を施したことを特徴とする耐熱鋳鋼。