JPH07278759A - 高温強度および被削性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
高温強度および被削性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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- JPH07278759A JPH07278759A JP7580294A JP7580294A JPH07278759A JP H07278759 A JPH07278759 A JP H07278759A JP 7580294 A JP7580294 A JP 7580294A JP 7580294 A JP7580294 A JP 7580294A JP H07278759 A JPH07278759 A JP H07278759A
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- Exhaust Silencers (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 高温度での強度、かつ被削性に優れたオース
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：０．２〜０．６％，Ｓｉ：２％以下，Ｍｎ：２％以
下，Ｎｉ：８〜２０％，Ｃｒ：１５〜３０％，Ｎｂ：
０．２〜１％，Ｗおよび／またはＭｏの１種または２種
以上で、Ｗ＋Ｍｏ／２：１〜６％，Ｓ：０．０１〜０．
５％，残部：Ｆｅおよび不可避不純物，あるいはそれら
にＮ：０．０１〜０．３％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。
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：０．２〜０．６％，Ｓｉ：２％以下，Ｍｎ：２％以
下，Ｎｉ：８〜２０％，Ｃｒ：１５〜３０％，Ｎｂ：
０．２〜１％，Ｗおよび／またはＭｏの１種または２種
以上で、Ｗ＋Ｍｏ／２：１〜６％，Ｓ：０．０１〜０．
５％，残部：Ｆｅおよび不可避不純物，あるいはそれら
にＮ：０．０１〜０．３％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。
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、および被削性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、および被削性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に従来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Ｎｉ−Ｃｒ系耐熱性オ
ーステナイト鋳鉄（ニレジスト鋳鉄など）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に従来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Ｎｉ−Ｃｒ系耐熱性オ
ーステナイト鋳鉄（ニレジスト鋳鉄など）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。更に、
特開平５−５１６１号公報には、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒオー
ステナイト系耐熱鋳鋼にＮｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｂ，Ｃｏを添
加して、高温強度を飛躍的に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。更に、
特開平５−５１６１号公報には、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒオー
ステナイト系耐熱鋳鋼にＮｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｂ，Ｃｏを添
加して、高温強度を飛躍的に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、オーステナイト鋳鉄は、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、このオーステナイト鋳鉄は、
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、オーステナイト鋳鉄は、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、このオーステナイト鋳鉄は、
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６１−８７８５２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６１−１７７３５２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、損傷を受ける虞れがある。
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、損傷を受ける虞れがある。
【０００７】また、特公昭５７−８１８３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
する虞れがある。
は、高炭素（Ｃ）のため、高温で長時間の使用中に脆化
する虞れがある。
【０００８】また、特開平５−５１６１号公報のもの
は、高温に曝される排気系部品に適するものの、オース
テナイト系耐熱鋳鋼特有の被削性に問題がある。
は、高温に曝される排気系部品に適するものの、オース
テナイト系耐熱鋳鋼特有の被削性に問題がある。
【０００９】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、より高温強度および被削性
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、より高温強度および被削性
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。
【００１０】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。
【００１１】
【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およびＭｏの１種または２種、Ｓ
あるいはそれらにＮを適量添加することにより、高温強
度および被削性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およびＭｏの１種または２種、Ｓ
あるいはそれらにＮを適量添加することにより、高温強
度および被削性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。
【００１２】すなわち、本第１の発明の高温強度および
被削性の優れたオーステナイト系耐熱鋳鋼は、重量比率
で、 Ｃ ： ０．２ 〜 ０．６％， Ｓｉ： ２ ％以下， Ｍｎ： ２ ％以下， Ｎｉ： ８ 〜２０ ％， Ｃｒ：１５ 〜３０ ％， Ｎｂ： ０．２ 〜 １ ％， ＷおよびＭｏの１種または２種以上で、Ｗ＋Ｍｏ／２：
１〜６％， Ｓ ： ０．０１ 〜 ０．５％， 残部：Ｆｅおよび不可避不純物からなることを特徴とす
る。
被削性の優れたオーステナイト系耐熱鋳鋼は、重量比率
で、 Ｃ ： ０．２ 〜 ０．６％， Ｓｉ： ２ ％以下， Ｍｎ： ２ ％以下， Ｎｉ： ８ 〜２０ ％， Ｃｒ：１５ 〜３０ ％， Ｎｂ： ０．２ 〜 １ ％， ＷおよびＭｏの１種または２種以上で、Ｗ＋Ｍｏ／２：
１〜６％， Ｓ ： ０．０１ 〜 ０．５％， 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２の発明の高温強度および被削
性に優れたオーステナイト系耐熱鋳鋼は、重量比率で、 Ｃ ： ０．２ 〜 ０．６％， Ｓｉ： ２ ％以下， Ｍｎ： ２ ％以下， Ｎｉ： ８ 〜２０ ％， Ｃｒ：１５ 〜３０ ％， Ｎｂ： ０．２ 〜 １ ％， ＷおよびＭｏの１種または２種以上で、Ｗ＋Ｍｏ／２：
１〜６％， Ｓ ： ０．０１ 〜 ０．５％， Ｎ ： ０．０１ 〜 ０．３％， 残部：Ｆｅおよび不可避不純物 からなることを特徴とする。
性に優れたオーステナイト系耐熱鋳鋼は、重量比率で、 Ｃ ： ０．２ 〜 ０．６％， Ｓｉ： ２ ％以下， Ｍｎ： ２ ％以下， Ｎｉ： ８ 〜２０ ％， Ｃｒ：１５ 〜３０ ％， Ｎｂ： ０．２ 〜 １ ％， ＷおよびＭｏの１種または２種以上で、Ｗ＋Ｍｏ／２：
１〜６％， Ｓ ： ０．０１ 〜 ０．５％， Ｎ ： ０．０１ 〜 ０．３％， 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】本第３の発明の排気系部品は、上記第１ま
たは第２の発明に記載の高温強度および被削性の優れた
オーステナイト系耐熱鋳鋼からなる。そして、この排気
系部品としては、エキゾーストマニホールドまたはター
ビンハウジングである。
たは第２の発明に記載の高温強度および被削性の優れた
オーステナイト系耐熱鋳鋼からなる。そして、この排気
系部品としては、エキゾーストマニホールドまたはター
ビンハウジングである。
【００１５】
【作用】以下、本発明の高温強度および被削性の優れた
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。
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。
【００１６】（１）Ｃ（炭素）：０．２〜０．６％ 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０．２％以上必要である。
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０．２％以上必要である。
【００１７】一方、Ｃの含有量が０．６％を越えると二
次炭化物が過剰に析出し、靱性を著しく劣化する。この
ため、Ｃは０．２〜０．６％とする。強度と靱性のバラ
ンスから、望ましくは、Ｃは０．２５〜０．５％であ
る。
次炭化物が過剰に析出し、靱性を著しく劣化する。この
ため、Ｃは０．２〜０．６％とする。強度と靱性のバラ
ンスから、望ましくは、Ｃは０．２５〜０．５％であ
る。
【００１８】（２）Ｓｉ（ケイ素）：２％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％以下とする。組織安定
性の点から、望ましくは０．３〜１．５％である。
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％以下とする。組織安定
性の点から、望ましくは０．３〜１．５％である。
【００１９】（３）Ｍｎ（マンガン）：２％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、２％
以下とする。耐酸化性を考慮して、望ましくは０．３〜
１．５％である。
が、あまり多く加えると耐酸化性が劣化するので、２％
以下とする。耐酸化性を考慮して、望ましくは０．３〜
１．５％である。
【００２０】（４）Ｎｉ（ニッケル）：８〜２０％ Ｎｉは、後記の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。
強度と経済的な面を考慮して、望ましくは８〜１５％で
ある。
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。
強度と経済的な面を考慮して、望ましくは８〜１５％で
ある。
【００２１】（５）Ｃｒ（クロム）：１５〜３０％ Ｃｒは、上記Ｎｉ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、９
００℃以上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１５〜３０％とす
る。組織安定性を考慮して、望ましくは１７〜２５％で
ある。
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、９
００℃以上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１５〜３０％とす
る。組織安定性を考慮して、望ましくは１７〜２５％で
ある。
【００２２】（６）Ｎｂ（ニオブ）：０．２〜１％ 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の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、多量の添加は靱性を劣化させるので上限を
１％とする。そのため、Ｎｂの含有量は０．２〜１％と
する。靱性を考慮して、望ましくは０．３〜０．８％で
ある。
を改善する。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、多量の添加は靱性を劣化させるので上限を
１％とする。そのため、Ｎｂの含有量は０．２〜１％と
する。靱性を考慮して、望ましくは０．３〜０．８％で
ある。
【００２３】（７）Ｗ（タングステン）およびＭｏ（モ
リブデン）の１種または２種以上で、Ｗ＋Ｍｏ／２：１
〜６％， ＷおよびＭｏは高温強度を改善する。この効果を得るた
めには１％以上の添加（重量比率でＷ＝２Ｍｏの関係が
ある）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１〜６％とする。強度と耐酸化性を考慮して、望ま
しくは２〜４％である。なお、ＷとＭｏの効果を比較す
ると、ＷはＭｏに比して融点が高いことにより、高温強
度特に９００℃以上の高温強度向上に寄与する程度が大
きい。また、ＷはＭｏより耐酸化性が優れるので高温用
途の場合、Ｗ含有鋳鋼の方がＭｏ含有鋳鋼より有利であ
る。
リブデン）の１種または２種以上で、Ｗ＋Ｍｏ／２：１
〜６％， ＷおよびＭｏは高温強度を改善する。この効果を得るた
めには１％以上の添加（重量比率でＷ＝２Ｍｏの関係が
ある）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１〜６％とする。強度と耐酸化性を考慮して、望ま
しくは２〜４％である。なお、ＷとＭｏの効果を比較す
ると、ＷはＭｏに比して融点が高いことにより、高温強
度特に９００℃以上の高温強度向上に寄与する程度が大
きい。また、ＷはＭｏより耐酸化性が優れるので高温用
途の場合、Ｗ含有鋳鋼の方がＭｏ含有鋳鋼より有利であ
る。
【００２４】（８）Ｓ（硫黄）：０．０１〜０．５％ Ｓは鋳鋼においては球状もしくは塊状の硫化物を生成
し、機械加工において切粉の分断を促進するため被削性
が向上する。この効果を得るためには０．０１％以上必
要である。しかし、多量に含有すると粒界に硫化物が多
量に析出し、高温強度を劣化させるので０．５％を上限
とする。そのため、Ｓの含有量は０．０１〜０．５％と
する。被削性と高温強度のバランスを考慮して、望まし
くは０．０３〜０．２５％である。
し、機械加工において切粉の分断を促進するため被削性
が向上する。この効果を得るためには０．０１％以上必
要である。しかし、多量に含有すると粒界に硫化物が多
量に析出し、高温強度を劣化させるので０．５％を上限
とする。そのため、Ｓの含有量は０．０１〜０．５％と
する。被削性と高温強度のバランスを考慮して、望まし
くは０．０３〜０．２５％である。
【００２５】（９）Ｎ（窒素）：０．０１〜０．３％ Ｎは強力なオーステナイト生成元素であり、オーステナ
イト基地を安定にする。また、結晶粒微細化に有効な元
素であり、本発明のような鍛造・圧延などの加工による
結晶粒微細化が不可能な鋳造部材では極めて有効であ
る。この結晶粒微細化により構造物として重要な材料の
延性の確保が可能になり、また、本系耐熱鋳鋼のような
オーステナイト系耐熱鋳鋼に特有な被削性が悪いという
欠点を改善できる。また、ＮはＣの拡散速度を遅らせ析
出炭化物の凝集を遅らせるので、脆化に対して有効であ
る。この効果を得るためには、０．０１％以上の添加が
必要である。しかし、多量に添加すると、Ｃｒ2Ｎ-Ｃｒ
23Ｃ6 の粒界析出を生じ、脆化を促進する一方、有効な
Ｃｒ量が減少し耐酸化性を劣化させるので、０．３％を
上限とする。脆化と耐酸化性を考慮して、望ましくは
０．０３〜０．２％である。
イト基地を安定にする。また、結晶粒微細化に有効な元
素であり、本発明のような鍛造・圧延などの加工による
結晶粒微細化が不可能な鋳造部材では極めて有効であ
る。この結晶粒微細化により構造物として重要な材料の
延性の確保が可能になり、また、本系耐熱鋳鋼のような
オーステナイト系耐熱鋳鋼に特有な被削性が悪いという
欠点を改善できる。また、ＮはＣの拡散速度を遅らせ析
出炭化物の凝集を遅らせるので、脆化に対して有効であ
る。この効果を得るためには、０．０１％以上の添加が
必要である。しかし、多量に添加すると、Ｃｒ2Ｎ-Ｃｒ
23Ｃ6 の粒界析出を生じ、脆化を促進する一方、有効な
Ｃｒ量が減少し耐酸化性を劣化させるので、０．３％を
上限とする。脆化と耐酸化性を考慮して、望ましくは
０．０３〜０．２％である。
【００２６】このような本発明の高温強度および被削性
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。
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。
【００２７】
【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。実施例１〜１７、従来例２１〜２４ 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。
【００２８】本発明材（実施例１〜１７）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１〜１７）、および従来例２１、２２、２３
および２４の供試材（Ｙブロック）を加熱炉にて１００
０℃で２時間保持後空冷する熱処理を行った。
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１〜１７）、および従来例２１、２２、２３
および２４の供試材（Ｙブロック）を加熱炉にて１００
０℃で２時間保持後空冷する熱処理を行った。
【００２９】なお、表１において、従来材（従来例２１
〜２４）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、従来例２１および２２の供試材は、それぞれ
耐熱性オーステナイト鋳鉄のニレジスト鋳鉄Ｄ２および
Ｄ５Ｓである。また、従来例２３は汎用オーステナイト
系耐熱鋳鋼で，ＪＩＳ規格ＳＣＨ−１２である。また、
従来例２４は特開平５−５１６１号公報に開示されるオ
ーステナイト系耐熱鋳鋼である。
〜２４）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、従来例２１および２２の供試材は、それぞれ
耐熱性オーステナイト鋳鉄のニレジスト鋳鉄Ｄ２および
Ｄ５Ｓである。また、従来例２３は汎用オーステナイト
系耐熱鋳鋼で，ＪＩＳ規格ＳＣＨ−１２である。また、
従来例２４は特開平５−５１６１号公報に開示されるオ
ーステナイト系耐熱鋳鋼である。
【００３０】
【表１】 化学成分（重量％） 実施例 C Si Mn Ni Cr Nb W Mo S N No.1 0.22 0.72 0.75 8.22 15.55 0.26 1.25 - 0.02 - 2 0.42 0.99 1.12 10.08 21.12 0.50 3.67 - 0.14 - 3 0.58 1.63 1.72 19.52 29.33 0.91 5.82 - 0.42 - 4 0.45 0.82 0.84 13.22 22.75 0.42 3.11 - 0.20 - 5 0.42 0.54 1.02 10.24 20.65 0.49 3.02 - 0.08 - 6 0.41 0.75 0.80 10.12 20.23 0.46 - 0.53 0.12 - 7 0.44 0.82 0.91 10.08 20.11 0.47 - 1.62 0.11 - 8 0.39 0.66 0.71 10.21 20.43 0.51 - 2.98 0.13 - 9 0.38 0.52 0.88 10.43 20.35 0.53 2.01 1.13 0.15 - 10 0.40 1.02 0.92 10.13 19.98 0.52 2.98 - 0.15 0.02 11 0.45 1.13 0.96 9.92 20.08 0.52 2.99 - 0.16 0.08 12 0.38 0.88 1.05 10.43 19.82 0.55 3.15 - 0.13 0.15 13 0.41 0.76 0.89 10.02 20.15 0.53 3.09 - 0.15 0.09 14 0.42 0.91 0.82 10.18 20.19 0.55 - 0.66 0.14 0.10 15 0.43 0.68 0.69 10.33 20.51 0.49 - 1.48 0.11 0.11 16 0.46 0.85 0.98 10.07 20.05 0.52 - 2.88 0.13 0.12 17 0.37 1.02 0.85 10.28 20.33 0.50 2.05 1.02 0.15 0.09 従来例 C Si Mn Ni Cr Nb W Mo S N 21 2.77 2.12 0.88 21.10 2.44 - - - - - 22 1.89 5.32 0.41 34.50 2.35 - - - - - 23 0.21 1.24 0.50 9.1 18.80 - - - - - 24 0.41 1.02 0.48 10.50 20.08 0.49 3.01 - - -
【００３１】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。 （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。
種の評価試験を行った。 （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。
【００３２】（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、１０００℃で行った。
き試験片を用いて、１０００℃で行った。
【００３３】（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。
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。
【００３４】（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。以上の室温引張試験結果を表３に、高温引張
試験結果を表４に、熱疲労試験結果および酸化試験結果
を表５に示す。
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。以上の室温引張試験結果を表３に、高温引張
試験結果を表４に、熱疲労試験結果および酸化試験結果
を表５に示す。
【００３５】（５）被削性試験 被削性試験が、この種の材料で最も被削性が問題となる
ドリル試験にて調査した。表２に示すような条件で試験
を行い、１０回穴明けを行った後、ドリルの逃げ面摩耗
幅を測定し、更に１穴当りの摩耗幅を比較した。
ドリル試験にて調査した。表２に示すような条件で試験
を行い、１０回穴明けを行った後、ドリルの逃げ面摩耗
幅を測定し、更に１穴当りの摩耗幅を比較した。
【００３６】
【表２】 項目 切 削 条 件 工作機械 マシンニングセンタ（５．５ｋＷ） ドリル ソリッド超硬ドリル（φ６．８） 切削速度 ４０ｍ／ｍｉｎ 送り ０．２ｍｍ／ｒｅｖ，ステップフィード 穴深さ ２０ｍｍ 突出長さ ４２ｍｍ 切削油 油性
【００３７】
【表３】 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. 1 245 605 20 170 2 355 570 12 187 3 385 590 6 223 4 365 555 12 197 5 350 560 15 187 6 310 580 16 187 7 330 550 18 192 8 350 560 12 197 9 350 550 18 197 10 360 550 18 192 11 350 565 20 197 12 345 560 20 192 13 355 575 15 192 14 320 570 18 187 15 350 550 12 192 16 360 560 10 197 17 360 570 10 197 従来例 No.21 190 455 16 179 22 255 485 9 163 23 250 560 20 170 24 350 560 4 201
【００３８】
【表４】 高温引張試験結果（１０００℃） 0.2%耐力 引張強さ 伸び (MPa) (MPa) (%) 実施例 No.1 62 66 68 2 65 100 42 3 75 110 22 4 65 102 37 5 70 100 38 6 60 88 58 7 62 93 48 8 65 95 38 9 65 97 33 10 60 85 48 11 65 100 40 12 61 97 52 13 65 90 28 14 62 90 42 15 65 95 33 16 63 97 28 17 65 97 30 従来例 No.21 33 41 33 22 33 44 29 23 35 55 49 24 66 108 26
【００３９】
【表５】 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 95 50 2 200 25 3 220 22 4 180 27 5 195 28 6 120 38 7 135 42 8 155 50 9 155 45 10 175 25 11 185 38 12 195 30 13 180 38 14 125 40 15 140 42 16 150 55 17 155 50 従来例 No.21 56 765 22 85 55 23 80 85 24 180 25
【００４０】表６にドリルによる被削性試験結果を示
す。
す。
【表６】 被削性試験；一刃当りの摩耗量（ｍｍ） 実施例 No.1 0.025 2 0.006 3 0.005 4 0.006 5 0.010 6 0.015 7 0.012 8 0.010 9 0.015 10 0.009 11 0.007 12 0.005 13 0.009 14 0.010 15 0.008 16 0.015 17 0.015 従来例 21 0.005 22 0.005 23 0.095 24 0.105
【００４１】表３、表４および表５から明らかなよう
に、本発明による実施例１〜１７は、従来材である従来
例２１、２２のニレジスト鋳鉄Ｄ２およびＤ５Ｓ、更に
従来例２３のＳＣＨ−１２と比較して、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、従来例２４の特開平５−５１６１号公報に開示さ
れるオーステナイト系耐熱鋳鋼と機械的性質がほぼ同等
の性能を有していることがわかる。
に、本発明による実施例１〜１７は、従来材である従来
例２１、２２のニレジスト鋳鉄Ｄ２およびＤ５Ｓ、更に
従来例２３のＳＣＨ−１２と比較して、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、従来例２４の特開平５−５１６１号公報に開示さ
れるオーステナイト系耐熱鋳鋼と機械的性質がほぼ同等
の性能を有していることがわかる。
【００４２】表６から明らかなように本発明による実施
例１〜１７は、従来例２３および２４のオーステナイト
系耐熱鋳鋼と比較して著しく被削性が改善されているこ
とがわかる。
例１〜１７は、従来例２３および２４のオーステナイト
系耐熱鋳鋼と比較して著しく被削性が改善されているこ
とがわかる。
【００４３】次に、実施例２、６、９、１１、１５およ
び１７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：２．０
〜３．４ｍｍ）およびタービンハウジング（肉厚：２．
７〜４．１ｍｍ）を鋳造した。得られた排気系部品はい
ずれも健全なものであった。
び１７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：２．０
〜３．４ｍｍ）およびタービンハウジング（肉厚：２．
７〜４．１ｍｍ）を鋳造した。得られた排気系部品はい
ずれも健全なものであった。
【００４４】更に、これらの排気系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。
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。
【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、被削性に優れ
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、被削性に優れ
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 (5)
- 【請求項１】 重量比率で、 Ｃ ： ０．２ 〜 ０．６％， Ｓｉ： ２ ％以下， Ｍｎ： ２ ％以下， Ｎｉ： ８ 〜２０ ％， Ｃｒ：１５ 〜３０ ％， Ｎｂ： ０．２ 〜 １ ％， ＷおよびＭｏの１種または２種以上で、Ｗ＋Ｍｏ／２：
１〜６％， Ｓ ： ０．０１ 〜 ０．５％， 残部：Ｆｅおよび不可避不純物からなることを特徴とす
る高温強度および被削性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 ： ０．２ 〜 ０．６％， Ｓｉ： ２ ％以下， Ｍｎ： ２ ％以下， Ｎｉ： ８ 〜２０ ％， Ｃｒ：１５ 〜３０ ％， Ｎｂ： ０．２ 〜 １ ％， ＷおよびＭｏの１種または２種以上で、Ｗ＋Ｍｏ／２：
１〜６％， Ｓ ： ０．０１ 〜 ０．５％， Ｎ ： ０．０１ 〜 ０．３％， 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および被削性の優れ
たオーステナイト系耐熱鋳鋼。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２いずれかに記載
の高温強度および被削性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４】 請求項３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５】 請求項３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 (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07580294A JP3458971B2 (ja) | 1994-04-14 | 1994-04-14 | 高温強度および被削性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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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1994
- 1994-04-14 JP JP07580294A patent/JP3458971B2/ja not_active Expired - Lifetime
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