CN106103766B - 耐热球状石墨铸铁、其制造方法及包含其的发动机排气系统 - Google Patents

耐热球状石墨铸铁、其制造方法及包含其的发动机排气系统 Download PDF

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Abstract

一种耐热球状石墨铸铁，其包含相对于总重量为3.2‑3.4wt％的碳(C)、4.3‑4.8wt％的硅(Si)、0.2‑0.3wt％的锰(Mn)、0.8‑1.0wt％的钼(Mo)、0.4‑0.6wt％的钒(V)、0.2‑0.4wt％的铬(Cr)、0.2‑0.4wt％的铌(Nb)、不可避免的杂质和余量的铁(Fe)。此外，上述耐热球状石墨铸铁进一步包含相对于总重量为0.0045‑0.0075wt％的钡(Ba)，并且上述铬(Cr)与上述钡(Ba)的含量比(Cr/Ba)可为26至89的范围。上述耐热球状石墨铸铁可具有提高了的高温抗拉强度。

Description

耐热球状石墨铸铁、其制造方法及包含其的发动机排气系统
技术领域
本发明涉及耐热球状石墨铸铁、其制造方法及包含其的发动机排气系统。更详细而言，涉及具有特定组成，通过控制析出物而发挥比以往提高的高温物性(例如，共析转变温度和高温抗拉强度)的耐热球状石墨铸铁、其制造方法及包含其的发动机排气系统。
背景技术
近年来，随着对于油耗提高的需求增加，世界范围的环境控制的增强，正推进着发动机的高输出化，因此排气系统部件的燃烧温度必然上升。为了应对这样的耐热部件的持续的温度上升要求，必须开发比以往材料的耐热特性更优异的耐热材料。
目前，应用于如汽车排气系统部件一样在高温下需要优良的特性的部件中而得到使用的材料是添加有大量硅(以下，Si)和钼(以下，Mo)的耐热球状石墨铸铁。耐热球状石墨铸铁因共析转变而表现出大的收缩/膨胀，因此为了提高共析转变温度，增加Si含量，并且为了在高温下使碳化物析出而维持高强度，添加Mo等可形成碳化物的成分。
尤其，为了能够经受可达800℃的排气系统燃烧温度，要求具有与一般的Si-Mo耐热球状石墨铸铁相比更高的高温物性和共析转变温度、更低的热膨胀的耐热特性。
一直以来，进行着大量的提高以Si-Mo系耐热球状石墨铸铁为基础的材料的耐热性的研究。以往技术中，试图通过投入碳化物产生促进元素和其他合金元素来提高耐热特性，但对于有关合金元素选定以及添加比率的合金设计时析出相预测的定量性的研究不足。因此，Si-Mo系耐热球状石墨铸铁材料的专利以及开发水平停留在于700℃具有约80-90MPa的高温抗拉强度，于800℃具有约45-58MPa的高温抗拉强度。以往技术中，高温抗拉强度等高温物性的提高存在局限，并且由于其他基体组织不稳定等问题，在量产应用方面存在困难。由于高温抗拉强度的提高对应用制品的稳定性产生较大影响，因此为了提高高温物性，正进行着各种各样的研究。
发明内容
技术课题
本发明的一个课题是，提供一种具有优异的耐热特性的耐热球状石墨铸铁。
本发明的另一课题是，提供具有优异的耐热特性的耐热球状石墨铸铁的制造方法。
本发明的又另一课题是，提供包含具有优异的耐热特性的耐热球状石墨铸铁的发动机部件和排气系统。
解决课题的方法
用于实现上述本发明的一个课题的耐热球状石墨铸铁的制造方法中，制造包含相对于总重量为约3.2-3.4wt％的碳(C)、约4.3-4.8wt％的硅(Si)、约0.2-0.3wt％的锰(Mn)、约0.8-1.0wt％的钼(Mo)、约0.4-0.6wt％的钒(V)、约0.2-0.4wt％的铬(Cr)、约0.2-0.4wt％的铌(Nb)、不可避免的杂质和余量的铁(F)的铸铁熔液；将上述铸铁熔液出炉至铸桶中；将上述出炉后的铸铁熔液注入至准备的铸模中。
例示性的实施例中，在将上述出炉后的铸铁熔液注入至准备的铸模中的步骤之前，可向上述铸铁熔液添加钡(Ba)。此时，可调节成上述铬(Cr)与上述钡(Ba)的含量比(Cr/Ba)为约26至89的范围。
例示性的实施例中，上述钡(Ba)的添加量相对于总重量可为约0.0045-0.0075wt％。
例示性的实施例中，上述制造铸铁熔液的步骤可包括：制造包含相对于总重量为约3.2-3.4wt％的碳(C)、约4.3-4.8wt％的硅(Si)、约0.2-0.3wt％的锰(Mn)、不可避免的杂质和余量的铁的铸铁原液的步骤；及向上述铸铁原液添加约0.8-1.0wt％的钼(Mo)、约0.4-0.6wt％的钒(V)、约0.2-0.4wt％的铬(Cr)和约0.2-0.4wt％的铌(Nb)的步骤。
例示性的实施例中，将上述铸铁熔液出炉至上述铸桶中的步骤可包括向上述铸铁熔液添加第一孕育剂的步骤。将上述出炉后的铸铁熔液注入至准备的铸模中的步骤可包括向上述铸铁熔液添加第二孕育剂的步骤。
例示性的实施例中，上述制造铸铁熔液的步骤可包括：制造预熔液的步骤；用热分析仪或光谱成分测量仪分析上述预熔液的成分的步骤；及向上述预熔液追加添加不足的成分的步骤。
用于实现上述本发明的另一课题的耐热球状石墨铸铁包含相对于总重量为约3.2-3.4wt％的碳(C)、约4.3-4.8wt％的硅(Si)、约0.2-0.3wt％的锰(Mn)、约0.8-1.0wt％的钼(Mo)、约0.4-0.6wt％的钒(V)、约0.2-0.4wt％的铬(Cr)、约0.2-0.4wt％的铌(Nb)、不可避免的杂质和余量的铁(Fe)。
例示性的实施例中，常温抗拉强度为约670MPa以上，高温抗拉强度(HighTemperature Tensile Strength)在约700℃时为约100MPa以上，在约800℃时为约59MPa以上。
此外，球状石墨铸铁的热膨胀系数(coefficient of expansion)为约13.5μm/m·℃以下、共析转变温度(eutectoid transformation temperature)为920℃至940℃时最适合于发动机排气系统部件。
例示性的实施例中，进一步包含相对于总重量为约0.0045-0.0075wt％的钡(Ba)，并且上述铬(Cr)与上述钡(Ba)的含量比(Cr/Ba)可为约26至89的范围。
例示性的实施例中，高温抗拉强度在约800℃时可为约59MPa至70MPa。
例示性的实施例中，上述耐热球状石墨铸铁可由50％以上的铁素体化的基体组织构成。
用于实现上述本发明的又另一课题的发动机排气系统包括上文中提及的由耐热球状石墨铸铁构成的排气歧管。
发明效果
如上所述，根据本发明的例示性的实施例，耐热球状石墨铸铁可追加包含能够形成碳化物的钒(V)、铬(Cr)和铌(Nb)。通过精密地控制上述追加成分的含量，从而能够不使延展性降低而改善高温抗拉强度等高温物性。此外，上述耐热球状石墨铸铁不仅包含钒(V)、铬(Cr)和铌(Nb)，还可进一步包含钡(Ba)。尤其，通过调节铬(Cr)与钡(Ba)的含量比，能够抑制常温下可诱发脆性的铬碳化物的生成，并促进石墨核生成，从而提供具有稳定的物性和组织的耐热球状石墨铸铁。上述耐热球状石墨铸铁具有提高了的高温抗拉强度等高温物性，因此能够用于高温下工作的发动机排气系统的排气歧管。
附图说明
图1是用于说明例示性的实施例的耐热球状石墨铸铁的制造方法的工序流程图。
图2是用于说明例示性的实施例的耐热球状石墨铸铁的制造方法的工序示意图。
图3和图4是表示例示性的实施例的耐热球状石墨铸铁的微细组织的光学显微镜图像。
图5表示的是例示性的实施例和比较例的耐热球状石墨铸铁在800℃时的高温抗拉强度。
图6表示的是包含例示性的实施例的耐热球状石墨铸铁的发动机排气系统。
具体实施方式
对于本文中所记载的本发明的实施例，特定的结构性乃至功能性说明只是为了说明本发明的实施例而例示的，本发明的实施例可通过多种形态来实施，不应解释成限定于本文中所说明的实施例。
本发明可进行多种变更，并且可具有多种形态，因而将特定实施例例示于附图，对本文进行详细说明。然而，其不会将本发明限定于特定的公开形态，应解释成包含本发明的思想和技术范围所包含的所有变更、等同物乃至替代物。
本发明中，通过在Si-Mo系的耐热球状石墨铸铁中追加钒(V)、铬(Cr)和铌(Nb)，并微细地调节它们的含量，从而能够提供具有优异的高温物性的耐热球状石墨铸铁。此外，可向上述耐热球状石墨铸铁进一步添加钡(Ba)，此时通过调节钡与铬的含量比，能够提高高温抗拉强度等高温物性。
以下，对本发明的耐热球状石墨铸铁的化学组成及其制造方法进行说明。
耐热球状石墨铸铁的第一组成
根据例示性的实施例，耐热球状石墨铸铁的第一组成以Si-Mo系耐热球状石墨铸铁为基础，可包含用于实现提高了的耐热特性的追加成分。
例如，上述Si-Mo系耐热球状石墨铸铁可包含铁(Fe)、碳(C)、硅(Si)、钼(Mo)、磷(P)和硫(S)。此时，为了防止由高Si含量引起的石墨形状不良，可限制Si含量。
另一方面，追加成分可包括例如钒(V)、铬(Cr)和铌(Nb)等。此时，钒(V)、铬(Cr)、铌(Nb)的含量可通过考虑耐热特性提高效果和各元素的固溶度等来决定。即，钒(V)、铬(Cr)、铌(Nb)的含量可以是决定上述耐热球状石墨铸铁的耐热特性的要素。
以下，各元素的含量以上述耐热球状石墨铸铁的总重量为基准用wt％来表示。
根据例示性的实施例，上述耐热球状石墨铸铁相对于总重量可包含碳(C)约3.2-3.3wt％、硅(Si)约4.3-4.8wt％、锰(Mn)约0.2-0.3wt％、钼(Mo)约0.8-1.0wt％、钒(V)约0.4-0.6wt％、铬(Cr)约0.2-0.4wt％、铌(Nb)约0.2-0.4wt％和用于满足100％的余量的铁(Fe)。
另一方面，上述耐热球状石墨铸铁的原材料中所包含的磷(P)和硫(S)即便不另行添加，也会微量地残留于上述耐热球状石墨铸铁中。此外，关于镁(Mg)，可能会在上述制造耐热球状石墨铸铁的过程中因Mg处理工序(即，球状化处理工序)而被添加。
以下，本发明中上述耐热球状石墨铸铁中所含有的各成分的添加理由以及限定所添加的含量的范围的理由如下。
1)Si(硅)4.3-4.8wt％
硅(Si)在增加碳(C)的石墨晶析量、基体的铁素体(ferrite)化方面具有效果。此外，随着耐热球状石墨铸铁中的硅(Si)含量增加，可提高耐热性和抗氧化性。在本发明的耐热球状石墨铸铁中的硅(Si)含量少于约4.3wt％而低的情况下，共析转变温度可能降低，在超过约4.8wt％而被过量添加的情况下，主组成以及流动性可能降低。
2)Mn(锰)0.2-0.3wt％
锰(Mn)将耐热球状石墨铸铁的材料中所不可避免地包含的硫(S)固定为MnS的形态而抑制硫的不良影响，因此是耐热球状石墨铸铁的必不可少的元素。此外，通过固溶强化，能够增强基体的铁素体化，另一方面，通过促进碳化物的生成，起到促进基体的珠光体(pearlite)析出的作用。低氧(O)和低硫(S)的耐热球状石墨铸铁中，即使锰(Mn)含量多，韧性的降低也可能少。本发明的耐热球状石墨铸铁中，如果锰(Mn)超过约0.3wt％而过量添加，则有可能基体的珠光体析出被过度促进，从而脆性增大且加工性降低。
3)Mo(钼)0.8-1.0wt％
钼(Mo)可与镍(Ni)一同增强高温下的抗拉强度和屈服强度而提高耐热均匀性。此外，可与钒(V)一同提高高温下的机械性质，尤其是屈服强度。本发明的耐热球状石墨铸铁中，在钼(Mo)的含量少于约0.8wt％而低的情况下，无法具有充分的耐热性提高效果。另一方面，在钼(Mo)的含量超过约1.0wt％而被过量添加的情况下，由于碳化物与珠光体比率的增加，因此伸长率降低且硬度变高，切削性变差。
4)Cr(铬)0.2-0.4wt％
铬(Cr)可提高由抗氧化性的提高和基体的铁素体化增强引起的耐热均匀性。即，以高温使用为目的，可为了提高抗氧化性和高温强度而添加。但是，本发明的耐热球状石墨铸铁中，在铬(Cr)的含量少于约0.2wt％而低的情况下，无法具有耐热性和抗氧化性提高效果。另一方面，本发明的耐热球状石墨铸铁中，在铬(Cr)的含量超过约0.4wt％而被过量添加的情况下，由于碳化物的增加等，因此硬度变高而切削性变差，流动性也可能降低。
5)V(钒)0.4-0.6wt％
钒(V)可提高室温至约850℃左右的高温下的强度。钒(V)能够使高熔点的微细的钒碳化物(VC)向铁素体内析出，防止由高温下产生的应力导致的变形，因此能够大大改善高温强度。尤其，在上文设定的约0.4-0.6wt％的含量下，能够不减小延展性地改善高温强度。但是，当钒(V)含量超过约0.6wt％而被过量添加时，会引起粗大的钒碳化物向共晶团间偏析。因此，可能无法改善高温强度，反而可能使硬度提高或促进脆性。
6)Nb(铌)0.2-0.4wt％
铌(Nb)会使晶粒微细化，使抗拉强度、冲击强度等机械性质提高。尤其，由于与碳或氮的亲和力大，因此在耐热球状石墨铸铁中，会使碳化物析出，并且具有由铌碳氮化物析出带来的析出增强效果。此外，能够抑制奥氏体与铁素体(γ/α)的共析转变。
本发明的例示性的实施例的耐热球状石墨铸铁与以往技术的铸铁相比，可追加包含钒(V)、铬(Cr)和铌(Nb)。钒(V)、铬(Cr)和铌(Nb)通过碳化物或碳氮化物的析出，从而能够提高上述耐热球状石墨铸铁的耐热特性。
耐热球状石墨铸铁的第二组成
根据例示性的实施例，耐热球状石墨铸铁的第二组成以上文中提及的耐热球状石墨铸铁的第一组成为基础，可包含用于实现提高了的耐热特性的追加成分。例如，上述追加成分可以是钡(Ba)。
由此，上述耐热球状石墨铸铁的第二组成相对于总重量可包含碳(C)约3.2-3.3wt％、硅(Si)约4.3-4.8wt％、锰(Mn)约0.2-0.3wt％、钼(Mo)约0.8-1.0wt％、钒(V)约0.4-0.6wt％、铬(Cr)约0.2-0.4wt％、铌(Nb)约0.2-0.4wt％、钡(Ba)约0.0045-0.0075wt％和用于满足100％的余量的铁(Fe)。此时，作为铸铁的成分，使用微量的钡(Ba)，上述铬(Cr)与上述钡(Ba)的含量比(Cr/Ba)可具有约26至约89之间的范围。并且，钡的含量通过ICP化学分析来测定。
发现如果将铸铁内铬(Cr)与钡(Ba)的含量控制在特定范围，则孕育能会变为最大，起到球状石墨的核生成位点的作用而抑制白口(Chill)化，并且辅助良好的石墨的生成和晶析，从而能够同时实现高温强度和优异的加工性。
以下，本发明中上述耐热球状石墨铸铁中所含有的Ba(钡)的添加理由以及精确地限定所添加的含量的范围的理由如下。
1)Ba(钡)0.0045-0.0075wt％
Ba(钡)会延迟制造球状石墨铸铁时发生的衰退，使大量的球状石墨晶析。但是，在Ba(钡)的含量少于约0.0045wt％而低的情况下，主要作为氧化物而消耗，并且石墨形成能降低而促进白口(Chill)化。当超过0.0075wt％而被过量添加时，同样地，共晶团数量和孕育效果降低，衰退防止效果减小。
Ba(钡)可提高由抗氧化性的提高和基体的铁素体化增强引起的耐热均匀性。即，以高温使用为目的，可为了提高抗氧化性和高温强度而添加。但是，本发明的耐热球状石墨铸铁中，在铬(Cr)的含量少于约0.2wt％而低的情况下，无法具有耐热性和抗氧化性提高效果。另一方面，本发明的耐热球状石墨铸铁中，在铬(Cr)的含量超过约0.4wt％而被过量添加的情况下，由于碳化物的增加等，因此硬度变高而切削性变差，流动性也可能降低。
此外，上述铬(Cr)与上述钡(Ba)的含量比(Cr/Ba)有必要限定在约26至约89之间。如果上述Cr/Ba的比偏离26-89，则高温强度会降低，并且由于铬碳化物的过饱和，加工性和流动性会降低。另一方面，上述耐热球状石墨铸铁的原材料中所包含的磷(P)和硫(S)即便不另行添加，也会微量地残留于上述耐热球状石墨铸铁中。此外，关于镁(Mg)，可能会在制造上述耐热球状石墨铸铁的过程中因Mg处理工序而被添加。
本发明的例示性的实施例的耐热球状石墨铸铁不仅包含能够形成碳化物的钒(V)、铬(Cr)和铌(Nb)，还可进一步包含钡(Ba)。尤其，通过调节铬(Cr)与钡(Ba)的含量比，能够抑制常温下可诱发脆性的铬碳化物的生成，并促进石墨核生成，从而能够提供具有稳定的物性和组织的耐热球状石墨铸铁。
耐热球状石墨铸铁的制造方法
图1是用于说明例示性的实施例的耐热球状石墨铸铁的制造方法的工序流程图。图2是用于说明例示性的实施例的耐热球状石墨铸铁的制造方法的工序示意图。
参照图1和图2，通过使铸铁材料在熔化炉(100)中熔融来制造第一熔液(110)(步骤S10)。
根据例示性的实施例，第一熔液(110)可包含含有碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、磷(P)和硫(S)的铸铁成分。关于上述铸铁成分，相对于制造后的耐热球状石墨铸铁的总重量可以以碳(C)约3.2-3.4wt％、硅(Si)约4.3-4.8wt％、锰(Mn)0.2-0.3wt％的重量比存在于第一熔液(110)中，在第一熔液(110)的原材料中不可避免地包含硫(S)和磷(P)。
根据例示性的实施例，第一熔液(110)可进一步包含钒(V)、铬(Cr)和铌(Nb)作为追加成分。一个实施例中，上述追加成分相对于制造后的耐热球状石墨铸铁的总重量可以以钒(V)约0.4-0.6wt％、铬(Cr)约0.2-0.4wt％、铌(Nb)约0.2-0.4wt％的重量比存在于第一熔液(110)中。
第一熔液(110)可以以上述重量比包含上述铸铁成分和上述追加成分，并且包含余量的铁。
根据一个实施例，可将上述铸铁成分和上述追加成分一同制成第一熔液(110)。根据另一个实施例，可由上述铸铁成分制造原液，并将上述追加成分另行添加于上述原液而制造第一熔液(110)。
根据一个实施例，制造预熔液，通过热分析仪或光谱成分测量仪进行上述预熔液的成分分析后，如果存在不足的成分，则追加注入，从而可获得满足上述重量比的第一熔液(110)。
接着，将第一熔液(110)出炉至铸桶(ladle，200)内(步骤S20)。上述出炉时进行Mg处理(即，球状化处理)，可与上述出炉同时利用第一孕育剂(210)进行第一孕育工序。
根据例示性的实施例，第一孕育剂(210)可包含铁-硅(Fe-Si)系孕育剂。一个实施例中，上述第一孕育工序中可追加微量的钡(Ba)。例如，上述钡(Ba)的含量可以相对于制造后的耐热球状石墨铸铁的总重量为约0.0045-0.0075wt％。
在铸桶(200)内部，通过对第一熔液(110)进行上述第一孕育工序，从而可获得第二熔液(120)。
一个实施例中，对铸桶(200)内部的第二熔液(120)进行使用热分析仪或光谱成分测量仪等的成分分析，对于不足的成分，可进一步追加。因此，能够进行对于上述出炉过程中所消失的成分的补充。尤其，可精密地调节铬(Cr)和钡(Ba)含量。即，第二熔液(120)的铬(Cr)与钡(Ba)的含量比(Cr/Ba)可以为约26至约89之间。
接着，将铸桶(200)内部的第二熔液(120)注入至铸模(mold，300)内部(步骤S30)。根据例示性的实施例，可与注入至铸模(300)的工序一同进行利用第二孕育剂(220)的第二孕育工序。
铸模(300)可包括注入第二熔液(120)的注入部(310)和铸模主体(320)。注入部(310)和铸模主体(320)可以构成为一体。
一个实施例中，上述第二孕育工序可利用浇注槽(pouring basin，315)来进行。在该情况下，铸模(300)的注入部(310)可具备暂时残留第二熔液(120)的浇注槽(315)，在浇注槽(315)内部可配置第二孕育剂(220)。
作为第二孕育剂(220)，可使用与第一孕育剂(210)实质上相同或类似的孕育剂。例如，作为第二孕育剂(220)，可使用Fe-Si系孕育剂。
通过进行利用第二孕育剂(220)的上述第二孕育工序，从而使第二熔液(120)能够变为铸铁熔融液。
一个实施例中，铸模(300)可具备使浇注槽(315)和铸模主体(320)内部流体连通的注入通路(330)。上述铸铁熔融液可通过注入通路(330)流入至铸模主体(320)内部。
之后，将上述铸铁熔融液在铸模主体(330)内部铸造一定时间后，通过冷却工序可制造最终耐热球状石墨铸铁(S40步骤)。上述耐热球状石墨铸铁可用于例如排气歧管等发动机排气系统部件。
实施例和比较例
首先，在制造本发明的耐热球状石墨铸铁的过程中，根据表1的组成，准备含有碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、硫(S)、磷(P)的原液。硫(S)、磷(P)是存在于原材料中的杂质。向铸铁熔液追加添加钼(Mo)约0.8-1.0wt％、钒(V)约0.4-0.6wt％、铬(Cr)约0.2-0.4wt％和铌(Nb)约0.2-0.4wt％。出炉前利用光谱成分测量仪按元素将各成分调节为如上述表1所示的组成。
之后，出炉时进行镁(Mg)处理，此时，与出炉同时投入Fe-Si系孕育剂。结束向铸桶(ladle)的出炉后，测定熔液的温度，向准备的铸模注入熔液时追加进行后孕育，制造发动机排气系统用耐热球状石墨铸铁制品。
另一方面，根据表1的组合也准备以往技术的耐热球状石墨铸铁。即，除了未添加钒(V)、铬(Cr)和铌(Nb)以外，与本发明的耐热球状石墨铸铁相比，实质上是通过类似的方法的。
[表1]
之后，测定本发明的耐热球状石墨铸铁和以往技术的耐热球状石墨铸铁的常温抗拉强度和高温抗拉强度(700℃和800℃)。如表2的试验结果所示，本发明的耐热球状石墨铸铁材料由于合理的合金设计技术，因此与以往技术的耐热球状石墨铸铁相比，具有提高了的常温和高温抗拉强度。
[表2]
另一方面，对于本发明的排气系统用耐热球状石墨铸铁，利用膨胀仪(Dilatometer)测定热膨胀系数和共析转变温度，结果如下述表3所示。在排气系统部件的使用温度达到共析转变温度的情况下，会因晶格结构的变形而引起收缩/膨胀的共析转变，引发制品的破损，因此排气系统部件中用于提高共析转变温度的材料的发明是必要的。用于提高共析转变温度的主要元素是硅(Si)，此外，铬(Cr)、钼(Mo)等碳化物元素在提高共析转变温度方面也起到部分影响。即，确认到本发明的耐热球状石墨铸铁的第一组成与以往技术相比具有提高了的共析转变温度和低的热膨胀系数。
[表3]
表4表示本发明的实施例1～7和比较例1～6的耐热球状石墨铸铁的组成和高温抗拉强度。即，本发明的实施例和比较例的耐热球状石墨铸铁包含碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、磷(P)、硫(S)、镁(Mg)、钼(Mo)、钒(V)、铬(Cr)、铌(Nb)和钡(Ba)。但是，改变了铬(Cr)与钡(Ba)的含量比。即，本发明的实施例1～7中，铬(Cr)的含量为约0.2-0.4wt％，铬(Cr)与钡(Ba)的含量比(Cr/Ba)为约26至约89之间。
另一方面，如比较例1～3所示，在Ba的含量比0.0045小或比0.0075wt％大的情况下，球状石墨铸铁的高温抗拉值相当低。
如比较例4和5的组成的球状石墨铸铁的高温抗拉强度与本发明相比相当低。
比较例6是与实施例1～5中所添加的元素相同但钒(V)的含量为0.4％以下而偏离组成范围的例子。
如比较例7和8所示，铬(Cr)的含量分别为0.13％和0.72％，是偏离实验例的组成范围的例子。此时，比较例7和8的球状石墨铸铁的高温抗拉强度与本发明相比相当低。
如比较例9至11所示，铌(Nb)的含量分别为0.12％、0.52％和0.78％，是偏离实验例的组成范围的例子。此时，比较例9至11的球状石墨铸铁的高温抗拉强度与本发明相比相当低。
[表4]
图3和图4是表示例示性的实施例的耐热球状石墨铸铁的微细组织的图像。
参照图3和图4，上述耐热球状石墨铸铁包含在上述图像中占据约50％以上的面积且由白色表示的铁素体组织(A)和在上述图像中占据约40％以下的面积且由黑色表示的珠光体组织(B)。此外，图3和图4中，观察到在上述铁素体组织中析出且具有球状形态的石墨(C)和在上述珠光体组织中析出且由亮色表示的碳化物(D)。上述碳化物被确认为铬碳化物、钒碳化物和铌碳化物，并且确认到借助这些碳化物，上述耐热球状石墨铸铁的高温物性得到提高。
图5表示的是例示性的实施例和比较例的耐热球状石墨铸铁在800℃时的高温抗拉强度。参照图5和表4，在铬(Cr)的含量为约0.2-0.4wt％且铬(Cr)与钡(Ba)的含量比(Cr/Ba)为约26至约89之间的情况下，上述耐热球状石墨铸铁在约800℃下可具有约59MPa以上的高的高温抗拉强度。相反，比较例1至3的耐热球状石墨铸铁在约800℃下可具有约49MPa以下的高温抗拉强度。尤其，在铬(Cr)与钡(Ba)的含量比(Cr/Ba)超过约89的情况下，铬碳化物增加至适宜含量以上，发生常温下的脆性和加工性降低等问题，并且孕育能可能降低。结果，通过调节上述耐热球状石墨铸铁的第二组成的铬(Cr)和钡(Ba)含量，可将高温抗拉强度提高20％以上。
图6表示的是包含例示性的实施例的耐热球状石墨铸铁的发动机排气系统。
发动机排气系统用部件可包括：与发动机的各气缸的燃烧室的排气口(未图示)分别连接的排气歧管(410)；与排气歧管(410)的后尾结合的头批(front pipe)(420)；以及设置于头批(420)外周且吸收由排气时产生的冲击波引起的振动的振动缓冲装置(430)等。
尤其，排气歧管(410)由于与从发动机的燃烧室排出的高温的排出气体接触，因此需要具有优异的耐热特性。例示性的实施例中，排气歧管(410)可包含上文中说明的本发明的例示性的实施例的耐热球状石墨铸铁。
产业可利用性
本发明的例示性的实施例的耐热球状石墨铸铁不仅包含能够形成碳化物的钒(V)、铬(Cr)和铌(Nb)，还可进一步包含钡(Ba)。尤其，通过调节铬(Cr)与钡(Ba)的含量比，能够抑制常温下可诱发脆性的铬碳化物的生成，并促进石墨核生成，从而能够提供具有稳定的物性和组织的耐热球状石墨铸铁。上述耐热球状石墨铸铁具有提高的高温抗拉强度，因此能够用于高温下工作的发动机排气系统的排气歧管。
以上，参照本发明的实施例进行了说明，但本技术领域的技术人员应当能够理解在不脱离随附的权利要求范围所记载的本发明的思想领域范围内可对本发明进行多种修改和变更。
符号说明
100：熔化炉 110：第一熔液
120：第二熔液 200：铸桶
210：第一孕育剂 220：第二孕育剂
300：铸模 310：注入部
315：浇注槽 320：铸模主体
330：注入通路 410：排气歧管
420：头批 430：振动缓冲装置

Claims (10)

1.一种发动机部件用耐热球状石墨铸铁，其包含相对于总重量为3.2-3.4wt％的碳(C)、4.3-4.8wt％的硅(Si)、0.2-0.3wt％的锰(Mn)、0.8-1.0wt％的钼(Mo)、0.52-0.6wt％的钒(V)、0.2-0.4wt％的铬(Cr)、0.2-0.4wt％的铌(Nb)、0.0045-0.0075wt％的钡(Ba)、不可避免的杂质和余量的铁(Fe)，
所述铬(Cr)与所述钡(Ba)的含量比(Cr/Ba)为26至89的范围。
2.根据权利要求1所述的发动机部件用耐热球状石墨铸铁，其特征在于，常温抗拉强度为670MPa以上，高温抗拉强度在700℃时为100MPa以上，在800℃时为59MPa以上。
3.根据权利要求1所述的发动机部件用耐热球状石墨铸铁，其特征在于，热膨胀系数为13.5μm/m·℃以下，共析转变温度为920至940℃。
4.根据权利要求1所述的发动机部件用耐热球状石墨铸铁，其特征在于，高温抗拉强度在800℃时为59MPa至70MPa。
5.根据权利要求1所述的发动机部件用耐热球状石墨铸铁，其特征在于，由50％以上的铁素体化的基体组织和40％以下的珠光体化的基体组织构成，在所述铁素体化的基体组织中析出具有球状形态的石墨(C)，在所述珠光体化的基体组织中析出碳化物。
6.一种发动机排气系统用部件材料，包含权利要求1～5中任一项所述的发动机部件用耐热球状石墨铸铁。
7.一种耐热球状石墨铸铁的制造方法，其包括：
制造相对于总重量包含3.2-3.4wt％的碳(C)、4.3-4.8wt％的硅(Si)、0.2-0.3wt％的锰(Mn)、0.8-1.0wt％的钼(Mo)、0.52-0.6wt％的钒(V)、0.2-0.4wt％的铬(Cr)、0.2-0.4wt％的铌(Nb)、不可避免的杂质和余量的铁(Fe )的铸铁熔液的步骤；
将所述铸铁熔液出炉至铸桶中的步骤；
向所述铸铁熔液添加相对于总重量为0.0045-0.0075wt％的钡(Ba)，并调节成所述铬(Cr)与所述钡(Ba)的含量比(Cr/Ba)为26至89的范围的步骤；及
将所述出炉后的铸铁熔液注入至准备的铸模中的步骤。
8.根据权利要求7所述的耐热球状石墨铸铁的制造方法，其特征在于，制造所述铸铁熔液的步骤包括：制造包含相对于总重量为3.2-3.4wt％的碳(C)、4.3-4.8wt％的硅(Si)、0.2-0.3wt％的锰(Mn)、不可避免的杂质和余量的铁的铸铁原液的步骤；及向所述铸铁原液添加0.8-1.0wt％的钼(Mo)、0.52-0.6wt％的钒(V)、0.2-0.4wt％的铬(Cr)和0.2-0.4wt％的铌(Nb)的步骤。
9.根据权利要求7所述的耐热球状石墨铸铁的制造方法，其特征在于，将所述铸铁熔液出炉至所述铸桶中的步骤包括向所述铸铁熔液添加第一孕育剂的步骤，将所述出炉后的铸铁熔液注入至所述准备的铸模中的步骤包括向所述铸铁熔液添加第二孕育剂的步骤。
10.根据权利要求7所述的耐热球状石墨铸铁的制造方法，其特征在于，制造所述铸铁熔液的步骤包括：制造预熔液的步骤、用热分析仪或光谱成分测量仪分析所述预熔液的成分的步骤、及向所述预熔液追加添加不足的成分的步骤。
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