JPS63190136A - オ−ステナイト系耐熱鋳鉄材料 - 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 この発明は自動車のターボハウジングの如く、高温に曝
される部位に使用されるオーステナイト系の耐熱鋳鉄材
料に関し、特に加熱−冷却サイクルが繰返されるような
使用条件下での耐酸化性と耐摩耗性に優れたオーステナ
イト系耐熱鋳鉄材料に関するものである。

従来の技術 最近の自動車エンジンは益々高性能化される傾向にあり
、そのためエンジンの排気ガス温度も従来よりも高温化
していることから、ターボハウジングなどの排気ガス系
の鋳鉄部品としても、より一層耐熱性を高めることが要
求されている。

従来このような用途に使用される耐熱鋳鉄材料としては
、例えば特公昭５４−３８９６８号に示されているよう
なフェライト系の高３ｉ球状黒鉛鋳鉄や、ニレジスト鋳
鉄（インコ社商標）として知られるオーステナイト系の
高Ｎｉ球状黒鉛鋳鉄が代表的である。

発明が解決すべき問題点 前述のような従来の耐熱鋳鉄材料のうちでも、特にオー
ステナイト系高Ｎｉ球状黒鉛鋳鉄は、他の耐熱鋳鉄例え
ばフェライト系高Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄などと比較して優れ
た高温強度や耐熱疲労特性を示すことから、ターボハウ
ジンクなどに適当と考えられる。しかしながら従来のオ
ーステナイト系高Ｎｉ球状黒鉛鋳鉄は、繰返し加熱−冷
却における耐酸化性がフェライト系の高３ｉ球状黒鉛鋳
鉄より劣る問題があった。すなわち、ターボハウジング
等の自動車部品は、繰返して加熱−冷却サイクルを受け
る環境下にあり、したがって従来のオーステナイト系高
Ｎｉ球状黒鉛鋳鉄では酸化の問題から必ずしも充分な耐
久性を示し得なかったのである。また従来のオーステナ
イト系高Ｎｉ球状黒鉛鋳鉄は、耐摩耗性の点で未だ充分
とは言い難く、したがって摩擦が加わるような部分で使
用される材料としては改善の余地が残されていた。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、従
来のオーステナイト系高Ｎｉ球状黒鉛鋳鉄をざらに改良
し、繰返し加熱−冷却を受ける環境下でも優れた耐酸化
性を発揮することができ、しかも耐摩耗性も優れたオー
ステナイト系の高Ｎｉ耐熱鋳鉄材料を提供することを目
的とするものでおる。

問題点を解決するための手段 本発明者等は、オーステナイト至高Ｎ１鋳鉄の耐酸化性
および耐摩耗性を向上させる手段について種々実験・検
討を重ねた結果、Ｍｑとｃｅを複合添加することによっ
て、高温強度や耐熱疲労特性を損なうことなく、耐酸化
性と耐摩耗性を従来よりも大幅に向上させ得ることを見
出し、この発明をなすに至ったのである。

すなわちこの発明のオーステナイト系耐熱鋳鉄材料は、
成分組成として、Ｃ２，５〜３．０％、３ｉ２．６〜３
．２％、Ｍｎ　０．６〜１．０％、Ｐ　０．０８％以下
、Ｓ　０．０２％以下、Ｃｒ１．５〜５．０％、Ｎｉ、
　１６．０〜３０．０％、Ｍｇ０．０３〜０１１０％、
Ｃｅ　１．０〜２．５％、残部Ｆｅおよびその他の不可
避的不純物よりなり、かつ金属組織として、オーステナ
イト基地中に黒鉛が晶出しかつその間に微細炭化物が析
出したものである。

作　　　用 この発明の耐熱鋳鉄材料においては、基本的には従来の
オーステナイト系高Ｎｉ球状黒鉛鋳鉄の成分組成に対し
てざらにＣｅを添加することによって、表面に生成され
る酸化皮膜を緻密かつ強固にし、これらによって耐酸化
性を飛躍的に向上させ、かつまた従来のオーステナイト
系高Ｎｉ球状黒鉛鋳鉄において黒鉛球状化のために添加
されているＭｇと併せて添加したＣｅの作用によって、
黒鉛を球状ではなく網状に晶出させ、これにより耐摩耗
性を従来よりも格段に向上させている。

次にこの発明にあける各合金元素の添加理由および添加
量限定理由について説明する。　　　。

Ｃ，Ｓｉ： Ｃおよび３ｉは鋳鉄としての黒鉛の晶出に関係する必須
の元素であり、これらのうち３ｉは耐酸化性の向上にも
寄与する。鋳鉄においては（Ｊｔ、Ｓｉ組は次式で表わ
される炭素当ｔｉ（ＣＥ値）で総合的に考慮する必要が
ある。

ＧＥ＝Ｃ（％）＋（Ｓｉ（％）＋Ｐ（％））／３炭素当
量が３．４０未満では湯流れ性が悪く、またピンホール
の発生率なども高くなり、一方４．１０を越えればカー
ボンフローやチルの発生などの問題が生じる。したがっ
て炭素当量を３．４０〜４．１０の範囲内とし、しかも
３ｉの耐酸化性向上効果を考慮して３ｉの割合を若干高
める観点から、Ｃは２．５〜３．０％、３ｉは２．６〜
３．２％の範囲内に定めた。

Ｍｎ： Ｍｎはオーステナイトの安定化に重要な元素であるが、
０．６％未満ではその効果が少なく、１．０％を越えれ
ばブローホールなどの発生が多くなる。

したがってＭｎは０．６〜１．０％の範囲内とした。

ｐ、ｓ： ＰおよびＳはいずれも不可避的不純物として含有される
元素であり、その但が多ければ粒界に析出して耐酸化性
を低下させるが、Ｐ　０．０８％以下、Ｓ　０．０２％
以下であれば特に問題がないところから、Ｐは０．Ｏａ
％以下、Ｓは０．０２％以下とした。

Ｃｒ： Ｃｒは高温強度、耐酸化性の向上に有効な元素であるが
、１．５％未満では充分な効果が得られず、５．０％を
越えれば加工性が低下するから、１，５〜５．０％の範
囲内とした。なおこの発明の鋳鉄材料の場合、Ｃｅの添
加によって耐酸化性が著しく向上するとともに高温強度
も向上するから、Ｃｒの添加量が従来よりも少ない１．
５〜２．２％の範囲内でも充分な高温強度、耐酸化性が
得られ、したがってコストの面からはＣｒは１，５〜２
．２％の範囲内とすることが望ましい。

Ｎ１： Ｎｉは基地組織のオーステナイト化のために最も重要な
元素である。Ｎ１が１６．０％未満ではオーステナイト
を安定化する効果が充分に得られず、一方３０．０％を
越えればその効果が飽和し、コスト上昇を招くだけであ
るから、１６．０〜３０．０％の範囲内とした。なおＮ
ｉが２０％前後まではオーステナイト安定化の効果が必
ずしも充分ではないことがあるが、この発明の場合は、
Ｃｅの添加によって殿械的性質が充分に向上されるため
、実際上は２０％前後でも充分であり、またＮｉは高価
であることから、Ｎ１の添加量は前記の範囲内でも特に
１９〜２２％の範囲内が好ましい。

Ｍｑ： Ｍｇは従来のオーステナイト系高Ｎｉ球状黒鉛鋳鉄にお
いては鋳鉄組織中の黒鉛を球状化するために添加されて
いる元素であるが、この発明の鋳鉄の場合は、後述する
ように１，０％以上のＣｅを添加しておくことによって
晶出黒鉛を網状とすることができ、これによって耐摩耗
性を向上させる作用を果たしている。残留ＭＣＪｍが０
．０３〜０．１０％の範囲内でなければ必要とする網状
黒鉛組織が得られない。したがってＭｇは０６０３〜ｏ
、ｉ。

％の範囲内とした。

Ｃｅ： Ｃｅは前述のように鋳鉄材料の表面にＣｒ、Ｎ：等の作
用によって形成される酸化膜を強固かつ緻密なものとし
、これによって耐酸化性を向上させるとともに、残留Ｍ
ｇ量が０．０３〜０．１０％の範囲内となるＪ：うなＭ
ｇ添加処理に際してＣｅを１，０％以上含有させること
によって、黒鉛を網状に晶出させて耐摩耗性を向上させ
る重要な役割を果たす。Ｃｅの添加量が１．０％未満で
は上述の効果が充分に得られず、一方２．５％を越えて
添加することは実操業上困難であり、またそれ以上添ｈ
ａしてもコスト上昇の割には添加効果は増大しない。し
たがってＣｅの合計添加量は１．０〜２．５％の範囲内
とした。

実施例 第１表の材料Ｎα１〜８に示す成分の本発明材、従来材
（従来のオーステナイト系高Ｎｉ球状黒鉛鋳鉄＝ニレジ
スト鋳鉄）および比較材について、２０Ｋｙ高周波溶解
炉を用いて鋳造した。ここでＭ（７処理材としてはＮｉ
−８％Ｍｇ合金を用い、また接種材としてはＦｅ−７５
％Ｓｉ合金を０．３％使用した。出湯温度は１６５０℃
、注湯温度は１５００℃以上である。

第１表に示す各材料Ｎｏ、１〜Ｎα８のうち、Ｎα１〜
Ｎα７の材料について、２０ｍｍＸ３０ｒｒｍＸ　５ｍ
ｍの試験片を切出し、室温＃９００℃の繰返し酸化試験
を行なって、酸化減量を調べた。ここで繰返し試験の条
件は、室温から９００℃まで１２分間で昇温し、９００
℃到達後ただちに１８分間で室温まで冷却し、室温到達
後ただちに９００℃まで前記同様に加熱する過程を、加
熱−冷却を１サイクルとして１００サイクル繰返した。

また酸化域ｍは、上記の繰返し酸化試験俊にショツトブ
ラスト処理を施してスケール除去を行なってから重量を
測定して試験後型量とし、 によって求めた。

以上の酸化減量測定結果を第１図に示す。第１図から、
本発明材（Ｎα２、Ｎα３）は、従来材であるニレジス
ト鋳鉄（Ｎα１）と比較して酸化減量が約１７５であり
、したがって、繰返し加熱−冷却における耐酸化性が著
しく優れていることが明らかである。

なおＮα４の比較材はＣｅ添加量がこの発明で規定する
下限値に満たないものであるが、この場合は本発明材の
約２倍の酸化減量を示した。またＮα５の比較材はＣｅ
添加量がこの発明の下限値に満たないものであるが、こ
の場合本発明材の約３倍の酸化減量を示した。ざらにＮ
α６の比較材はＣｅ添加量をこの発明の上限値を越える
量としたものであるが、この場合本発明材と比較して酸
化減量が余り少なくならず、コスト上昇を招いているだ
けであることが判る。またＮα７の比較材はＣｅ添加量
をこの発明の上限値を越える量としたものであるが、こ
の場合はＮα４の比較材と同様に酸化減量が本発明材の
約２倍となっている。

次に第１表の材料Ｎα８の本発明材およびＮα１の従来
材にレジスト鋳鉄）について、種々の温度で繰返し酸化
試験を１００サイクル行ない、酸化減量を調べた。なお
試験条件は加熱温度以外は前述の場合と同じとした。そ
の結果を加熱温度に対応して第２図に示す。

第２図から明らかなように、本発明材（Ｎｏ、８＞は、
従来材であるニレジスト鋳鉄と比較して、特に８００　
’Ｃ以上の高温において著しく優れた耐酸化性を示すこ
とが判る。

ざらに、第１表の合金Ｎα８の本発明材およびＮα１の
従来材にレジスト鋳鉄）について、回転円筒摩耗試験を
行なった。この回転円筒摩耗試験は、第３図に示すよう
に、本発明材もしくは従来材にレジスト鋳鉄）からなる
試験片１に対し、相手材としてのＪＩＳ　Ｓ４５材の回
転円筒体２の端面を２０Ｋ（ｊの荷重で押し付けつつ２
００Ｏｒｐｍの回転数で回転させるものであり、２時間
経過後の試験片の摩耗深さを調べた。その結果、従来の
ニレジスト鋳鉄では２５伽の摩耗が生じたが、本発明材
では１３伽の摩耗でめった。このことから、本発明材は
従来のニレジスト鋳鉄よりも格段に優れた耐摩耗性を示
すことが明らかである。

また第１表に示す本発明材Ｎα８の断面金属組織写真を
第４図（Ａ）、（Ｂ）に示す。これらの組織写真から、
本発明材では、従来のニレジスト鋳鉄とは異なり、オー
ステナイト基地中に網状黒鉛が晶出していることが判る
。このように黒鉛が網状に晶出していることから、球状
あるいは片状に黒鉛が晶出している従来材と比較して本
発明材では耐摩耗性が著しく向上したものと考えられる
。

発明の効果 この発明の耐熱鋳鉄材料は、単に高温強度や耐熱疲労特
性が優れるのみならず、耐酸化性が著しく優れており、
特に繰返し加熱−冷却を受けるような環境下での耐酸化
性が従来のオーステティ１〜系高Ｎｉ球状黒鉛鋳鉄であ
るニレジスト鋳鉄と比較して格段に優れており、しかも
耐摩耗性も著しく優れており、したがって自動車のター
ボハウジング等に使用して従来よりも格段にその長寿命
化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例における各材料の酸化減量を比較して示
すグラフ、第２図は本発明材および従来材にレジスト鋳
鉄）について酸化減量の温度待性を示すグラフ、第３図
は回転円筒摩耗試験を説明するための略解的な斜視図、
第４図は本発明材の断面金属組織写真で、その（Ａ＞は
倍率１００倍のもの、（Ｂ）は倍率４００倍のものであ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｃ　２．５〜３．０％（重量％、以下同じ）、Ｓｉ２．
   ６〜３．２％、Ｍｎ　０．６〜１．０％、Ｐ　０．０８
   ％以下、Ｓ　０．０２％以下、Ｃｒ　１．５〜５．０％
   、Ｎｉ１６．０〜３０．０％、Ｍｇ　０．０３〜０．１
   ０％、Ｃｅ　１．０〜２．５％、残部Ｆｅおよびその他
   の不可避的不純物よりなる成分組成を有し、オーステナ
   イト基地中に黒鉛が晶出しかつその間に微細な炭化物が
   析出した組織からなることを特徴とするオーステナイト
   系耐熱鋳鉄材料。