DE3543601C2

DE3543601C2 - Verwendung eines hitzebeständigen Gußstahls

Info

Publication number: DE3543601C2
Application number: DE19853543601
Authority: DE
Inventors: Yuji Okada; Shigetoshi Sugimoto
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1984-12-10
Filing date: 1985-12-10
Publication date: 1998-01-29
Anticipated expiration: 2005-12-11
Also published as: JPS61139649A; DE3543601A1; JPH0359967B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Guß stahls als Gußwerkstoff zur Herstellung von Teilen eines Auspuffsystems eines Fahrzeugs.

Bei den derzeit bestehenden Fahrzeugmaschinen und insbe sondere Kraftfahrzeugmaschinen wurde sowohl bei den Ben zinmaschinen als auch bei den Dieselmaschinen der Verbren nungswirkungsgrad verbessert, um eine hohe Ausgangs leistung und einen niedrigen Brennstoffverbrauch zu er reichen. Diese Verbesserung wurde durch ein Anheben der Abgastemperatur bewerkstelligt. Insbesondere bei einem solchen Auspuffsystem müssen die Teile wie Sammelleitun gen, Turbinengehäuse und Turbinenräder von Turboladern, Dieselmaschinen-Kammern und dergleichen harten Betriebsbe dingungen standhalten. Infolgedessen ist die Bedeutung des Wählens der Materialien für diese Teile zu überdenken.

Herkömmlicherweise wurden für Teile eines Auspuffsystems Materialien wie hitzebeständiges Gußeisen, z. B. Gußeisen mit hohem Siliziumgehalt, Ni-Resist-Gußeisen, Aluminium- Gußeisen usw. und insbesondere hitzebeständiges Gußeisen vom System mit hohem Cr-Gehalt (Ferrit-System) oder mit hohem Cr-Gehalt sowie hohem Ni-Gehalt (Austenit-System) verwendet.

Obgleich die Gießeigenschaften des Gußeisens hervorragend für die Massenproduktion sind, hat das Gußeisen eine ge ringe Wärmebeständigkeit oder eine geringe Oxidationsbe ständigkeit bei hohen Betriebstemperaturen von 800°C und darüber; infolgedessen hat das Gußeisen eine kurze Stand zeit bzw. geringe Haltbarkeit. Andererseits ist hitzebe ständiger Gußstahl hinsichtlich der Wärmebeständigkeit und der Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen selbst bei 800°C oder darüber hervorragend; der Gußstahl ist jedoch nicht sehr gut für die Massenproduktion geeignet, da er schlechte Gießeigenschaften hat, schwierig zu bear beiten ist und unvermeidbar kostspielig ist, weil für die Legierungen ein großer Anteil an teuren Elementen erfor derlich ist.

Die DE 32 47 568 A1 beschreibt ein Reaktorrohr zum thermischen Cracken oder Reformieren von Kohlenwasserstoffen mit einer Reaktionsschicht aus hitzebeständigem Stahl, der 0,01 bis 1,5 Gew.-% C, bis zu 3 Gew.-% Si, bis zu 15 Gew.-% Mn, 13-30 Gew.-% Cr, bis zu 0,15 Gew.-% N und im wesentlichen Fe als Rest enthält, und einer die Reaktionsschicht bedeckenden, aus hitzebeständigem Fe-Cr-Ni-Stahl bestehenden Deckschicht.

Die US-PS 4,243,414 beschreibt einen Gußstahl, welcher 0,5-4,0 Gew.-% C, 8,0-30 Gew.-% Cr, 0,1-5,0 Gew.-% P, B und/oder Si und Rest Fe enthält.

Eine Wärmebehandlung dieses Gußstahls wird vorgeschlagen, um das hauptsächlich aus Perlit bestehende Erzeugnis in eine Bainit- und/oder Martensit-Struktur zu überführen. Der dort beschriebene Gußstahl ist abriebbeständig und dient als Sinterlegierung zur Herstellung von Teilen von Motoren, Kompressoren und der gleichen.

Die BE-PS 540 263 betrifft eine eisenhaltige, ferritische perlitische oder ferritisch-perlitische, hitzebeständige Stahl legierung, die bis 5% eines die Bildung der Gamma-Struktur fördernden oder stabilisierenden Elementes, z. B. Co und/oder Cu, enthält, und die einer Wärmebehandlung unterzogen worden ist. Der Legierung kann eine Vielzahl weiterer Elementkompo nenten hinzugefügt werden.

Die DE-PS 6 72 364 offenbart eine Stahllegierung, die 0,12-0,45% Kohlenstoff, 2-5% Chrom, 0,15% Molybdän und 0 bis 3% Nickel enthält, die durch Gießen zur Herstellung einer Panzer platte dient.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hitzebe ständigen Gußstahl bereitzustellen, der entgegen herkömmlicher Gußwerkstoffe für Teile eines Fahrzeug-Auspuffsystems sowohl hervorragende Wärmebeständigkeit als auch hervorragende Oxidationsbe ständigkeit bei hohen Temperaturen hat und der unter ver hältnismäßig geringen Kosten gewonnen werden kann.

Die Aufgabe wird durch Verwendung eines Gußstahls gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Der erfindungsgemäß verwendete hitzebeständige Gußstahl enthält danach als Grundkomponenten in Gewichtsprozenten 0,3 bis 2,5% an C, 1,5 bis 4,5% an Si, 1,0% oder weniger an Mn, 0,05% oder weniger an P, 0,10% oder weniger an S und 5,0 bis 14,0% an Cr, wobei der restliche Teil aus Fe mit herstellungsbedingten unver meidbaren Verunreinigungen besteht.

Bei dem hitzebeständigen Gußstahl mit dieser Zusammen setzung werden durch den C-Gehalt sowohl die Festigkeit als auch die Gießeigenschaften verbessert, jedoch ist die Wirkung gering, wenn der C-Gehalt geringer als 0,3% ist. Wenn der Gehalt größer als 2,5% ist, wird in dem Gußstahl Graphit gebildet. Infolgedessen wird dessen Festigkeit verringert und Cr-Carbid gebildet, wodurch die Cr-Konzen tration in einer Matrix vermindert wird. Daher wird der wirkungsvollste Gehalt an C auf 0,3 bis 2,5% festgelegt. Mit dem Si werden die Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen und die Gießeigenschaften verbessert, jedoch ist die Wirkung bei einem Si-Gehalt von 1,5% gering, während bei einem Gehalt von über 4,5% das Primärcarbid grobkörnig wird. Infolgedessen werden die mecha nische Bearbeitbarkeit und die Härte nachteilig beein flußt. Daher wird der Si-Gehalt auf 1,5 bis 4,5% festge legt. Durch das Mn werden gleichermaßen wie durch das Si die Gießeigenschaften verbessert, jedoch wird der Gehalt auf weniger als 1,0% festgelegt, weil das Mn vorzugsweise nicht ferritisch sein soll. Falls der Gehalt an P über 0,05% liegt, besteht die Möglichkeit einer Kristalli sierung des Steadits oder einer Förderung eines Perlit zustands. Daher wird der P-Gehalt auf weniger als 0,05% festgelegt. S ist bei dem normalen Gebrauch nicht beson ders notwendig, verbessert aber die mechanische Bearbeit barkeit, da MnS gebildet wird. Daher wird den Komponenten S hinzugefügt. Wenn in diesem Fall der S-Gehalt über 0,1% liegt, wird die Härte des Stahls beein trächtigt. Daher wird der S-Gehalt auf weniger als 0,1% festgelegt. Gleichermaßen wie durch den Si-Gehalt wird durch den Cr-Gehalt die Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen verbessert, jedoch ist die Wirkung gering, wenn der Cr-Gehalt weniger als 5,0% beträgt. Bei einem Gehalt über 14,0% wird ein großer Anteil an Carbid großer Härte gebildet, wodurch die mechanische Bearbeitbarkeit vermindert wird. Daher wird der Cr-Gehalt auf 5,0 bis 14,0% festgelegt.

Der erfindungsgemäß verwendete hitzebeständige Gußstahl kann andere Komponenten enthalten, die für das Hervorrufen der Wärme beständigkeit oder Oxidationsbeständigkeit wirkungsvoll sind. Zum Verbessern der Wärmebeständigkeit und der Oxida tionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen ist es zweck dienlich, wenn der Gußstahl als diese Komponenten Mo und/oder W enthält; wenn zu wenig hinzugefügt wird, wird der Stahl nicht der Zusatzmenge entsprechend verbessert, während die Materialkosten steigen. Daher muß der Ge halt 2,0 bis 6,5% betragen.

Ferner kann als genannte andere Komponenten mindestens eines der Elemente Nb, Ta oder V gewählt werden. Nb, Ta und V können nicht nur durch ein Anheben der eutektoidi schen Umwandlungstemperatur die thermische Widerstands fähigkeit bzw. Wärmebeständigkeit verbessern, sondern auch durch das Einschränken der Abscheidung von sekundärem Cr- Carbid bei hohen Temperaturen die Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen; falls zu wenig hinzugefügt wird, ist die Wirkung gering, während bei einer zu hohen Zugabe ein großer Anteil an Hartcarbid gebildet wird. Daher wird die mechanische Bearbeitbarkeit des Gußstahls vermindert und auch dessen Härte herabgesetzt. Infolgedessen ist der Gehalt auf 1,0 bis 6,0% festgelegt.

Darüberhinaus können als genannte andere Komponenten min destens eines der Elemente Nb, Ta oder V und mindestens eines der Elemente Mo oder W unter gleichzeitiger Verwendung gewählt werden. Dies dient zu einem zusammenwirkenden Verbessern der Wärmebeständigkeit und der Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen, jedoch wird aus den vorstehend angeführten Gründen für Nb, Ta und V der Gehalt auf 0,5 bis 6,0% festge legt. Falls andererseits zuviel Mo und W hinzugefügt wird, ist es nicht möglich, eine der hinzugefügten Menge ent sprechende Verbesserung zu erreichen, während andererseits die Materialkosten unnötigerweise gesteigert sind. Daher wird der Gehalt auf 0,2 bis 1,0% festgelegt.

Ferner kann als genannte weitere Komponente Ti gewählt werden. Ti verbessert die Oxidationsbeständigkeit und Wärmebeständigkeit bei hohen Temperaturen, jedoch ist die Wirkung gering, wenn zu wenig hinzugefügt wird, während eine Kristallisation zu hartem TiC erfolgt, wenn zuviel hinzugefügt wird. Dadurch wird die mechanische Bearbeit barkeit vermindert. Daher wird der Ti-Gehalt auf 0,15 bis 4,6% festgelegt.

Darüberhinaus kann als andere Komponente Al gewählt wer den. Al verbessert die Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen, jedoch ist die Wirkung gering, wenn zuwenig hinzugefügt wird, während die Gießeigenschaften beein trächtigt werden, wenn zuviel hinzugefügt wird. Daher wird der Al-Gehalt auf 0,5 bis 2,0% festgelegt.

Ferner kann als andere Komponente B gewählt werden. B verbessert die Festigkeit bei hohen Temperaturen durch Verstärkung der Korngrenzen sowie die Oxidationsbeständig keit, jedoch ist die Wirkung gering, wenn zuwenig hinzuge fügt wird, während der hitzebeständige Gußstahl einen höheren Härtewert erhält, wenn zuviel hinzugefügt wird. Infolgedessen werden sowohl die mechanische Bearbeitbar keit als auch die Elastizität vermindert. Daher wird der B-Gehalt auf 0,1 bis 3,8% festgelegt.

Ferner können als andere Komponenten Al und B gleichzeitig gewählt werden. Mit Al und B wird durch deren Zusammen wirkung die Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen verbessert, jedoch ist die Wirkung gering, wenn zuwenig von dem jeweiligen Element hinzugefügt wird, während die Elastizität verringert ist, wenn zuviel zugefügt wird. Daher wird jeweils der Gehalt Al bzw. an B auf 0,5 bis 2,0% bzw. 0,1 bis 3,0% festgelegt. Falls in diesem Fall der jeweils angegebene Anteil oder mehr in Verbindung mit Cr hinzugefügt wird, ist die Wirkung kaum erkennbar. Daher werden die beiden Anteile vorzugsweise so festgelegt, daß die Bedingung Al + B < Cr/2 erfüllt ist.

Ferner kann als genannte andere Komponente Cu gewählt werden. Cu verbessert die Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen und wirkt einer Zersetzung oder Pulve risierung von Primärcarbid entgegen; falls aber zuwenig Cu hinzugefügt wird, ist die Wirkung gering, während die Gießeigenschaften beeinträchtigt werden, wenn zuviel hin zugefügt wird. Daher wird der Cu-Gehalt auf 0,5 bis 7,5% festgelegt.

Der hitzebeständige Gußstahl, dessen Komponenten gemäß den vorstehenden Ausführungen bestimmt sind, kann in prakti scher Weise eingesetzt werden, nachdem die für Gußstahl normale Glühbehandlung vorgenommen wurde. Beispiels weise kann die Glühbehandlung derart bewerkstelligt werden, daß der Stahl bei 900 bis 950°C für eine halbe Stunde oder darüber zu Austenit-Stahl geformt wird, auf 680 bis 750°C abgekühlt und für 5 Stunden oder länger bei dieser Temperatur gehalten wird und schließlich luftge kühlt wird.

Der durch diese Glühbehandlung geformte hitzebeständige Gußstahl enthält eine Metallstruktur, bei der in einer Ferrit-Grundmasse dendritisches Primär carbid (eutektisches Carbid) und abgeschiedenes Sekundär carbid verteilt sind und kein Graphit enthalten ist.

Der erfindungsgemäß verwendete Gußstahl ist wegen seiner Gießeigenschaften und seiner mechanischen Bearbeit barkeit, die denjenigen des herkömmlichen hitzebeständigen Gußeisens gleich sind, sowie auch wegen seiner Güte und Haltbarkeit ideal für die Massenproduktion, da seine hohe Wärmebeständigkeit (Festigkeit bei hohen Temperaturen) gleich derjenigen des herkömmlichen hochlegierten hitzebe ständigen Gußstahls ist, wobei die Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen einen angemessenen Ausgleich der angestrebten Eigenschaften ergibt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläu tert.

Fig. 1, 2, 7, 9, 11, 13, 15 bis 17 und 19 sind grafische Darstellungen, die Ergebnisse von Prüfungen der Oxida tionsbeständigkeit des erfindungsgemäß zu verwendenden Gußstahls bei hohen Temperaturen im Vergleich zu Ver gleichsproben zeigen.

Fig. 3 ist eine grafische Darstellung, die Ergebnisse einer Prüfung der Größenänderung des hitzebeständigen Guß stahls- im Vergleich zu Vergleichsproben zeigt.

Fig. 4, 8, 10, 12 und 14 sind grafische Darstellungen, die Ergebnisse von Wärmeermüdungs-Prüfungen des hitzebeständi gen Gußstahls im Vergleich zu Vergleichsproben zeigen.

Fig. 5 und 6 sind Mikroskopaufnahmen, die die Mikro struktur des erfindungsgemäß zu verwendenden hitzebeständigen Gußstahls zeigen.

Fig. 8 ist eine grafische Darstellung, die Ergebnisse einer Hochtemperatur-Zugbelastungsprüfung im Vergleich zu Versuchsproben zeigt.

Fig. 18 und 20 sind grafische Darstellungen, die Ergebnis se einer Kriechfestigkeitsprüfung des erfindungsge mäß zu verwendenden hitzebeständigen Gußstahls im Vergleich zu Ver gleichsproben zeigen.

Fig. 22 ist eine grafische Darstellung, die Ergebnisse einer Fließfähigkeitsprüfung des erfindungsgemäß zu verwendenden, hitze beständigen Gußstahls im Vergleich zu Vergleichsproben zeigt.

Fig. 23 ist eine Vorderansicht einer Gußform für eine Fließfähigkeitsprüfung.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele des erfindungsge gemäß verwendeten, hitzebeständigen Gußstahls ausführlich im Vergleich zu Vergleichsproben beschrieben.

1. Ausführungsbeispiel

Die Tabelle 1 zeigt die chemischen Bestandteile von anspruchs gemäßen Materialien bzw. Stählen 1 bis 3 und Ver gleichsmaterialien 1 bis 6, die für die Verwendung in einem Laboratorium zusammengestellt wurden.

Tabelle 1

Bei dem Gießen wurde das Material mittels eines 20 kg- Hochfrequenz-Schmelzofens an Luft geschmolzen, wo nach es mit Fe-Si (75%) desoxidiert wurde. Dann wurde es bei mindestens 1550°C abgestochen und bei mindestens 1450°C gegossen. Hierfür wurde eine Form des JIS-Typs A verwendet. Die anspruchsgemäßen Mate rialien 1 bis 3 und die Vergleichsmaterialien 1 und 2 wurden nach dem Erwärmen der gegossenen Probestücke auf 930°C für eine halbe Stunde für 3 Stunden in einen 720°C heißen Ofen gelegt und dann auf Raumtemperatur abge kühlt. Danach wurden verschiedenerlei Probestücke, die aus den gegossenen Probestücken hergestellt wurden, jeweils für die Prüfung hinsichtlich der Oxidation bei hohen Tem peraturen, der Größenänderungen und der thermischen bzw. Wärmeermüdung gebildet.

Die Fig. 1 und 2 zeigen die Ergebnisse der Prüfung hin sichtlich der Oxidation bei hohen Temperaturen. Die Prüfung wurde derart bewerkstelligt, daß die Materialien für 100 Stunden jeweils bei 800°C bzw. 900°C gehalten wurden und dann die Oxidationsverluste ermittelt wurden.

Gemäß den in Fig. 1 und 2 gezeigten Ergebnissen zeigen die Materialien A, B und C als Ausführungsbeispiele des erfin dungsgemäß zu verwendenden Gußstahls nahezu den gleichen Oxidationsver lustgrad wie der Stahl SCSI (e) nach der japanischen Industrienorm (JIS), der ein Ferritsystem-Gußstahl mit hohem Cr-Gehalt ist; dadurch zeigte der Stahl gemäß den Ausführungsbeispielen eine hohe Widerstandsfähigkeit ge genüber Oxidation bei hohen Temperaturen. Im Gegensatz dazu haben die Ergebnisse gezeigt, daß das Material a, das das gleiche System wie der erfindungsgemäß zu verwendende Gußstahl ist und einen niedrigen Cr-Teilgehalt von 2,0% hat, und das Material b, das einen niedrigen Si-Teilgehalt von 1,0% hat, derart stark angegriffen wurden, daß sie nicht besser waren als Gußeisen mit hohem Si-Gehalt (C) oder Ni-Resist (d).

Die Fig. 3 zeigt die Ergebnisse einer Größenänderungs prüfung. Die Prüfung wurde in der Weise bewerkstelligt, daß das jeweilige Material mindestens 300-malig einem Temperaturwechsel zwischen 900°C und 500°C und umgekehrt unterzogen wurde und die Größenabweichungen ermittelt wurden. Die Größenänderung wurde nach folgender Gleichung (1) berechnet:

Es wurde ermittelt, daß die Probe A aus dem anspruchsge mäßen Material selbst nach dem 300-maligen Temperaturwech selzyklus kaum eine Größenänderung zeigt und somit seine thermische Beständigkeit hervorragend ist. Andererseits zeigt die Probe c aus dem Gußeisen mit dem hohen Si-Gehalt eine ziemlich große Größenänderung. Ferner zeigt die Probe f aus Ni-Resist eine Größenänderung, die kleiner als die jenige des Gußeisens mit dem hohen Si-Gehalt (Probe c) ist, aber größer als diejenige bei dem anspruchsgemäßen Material.

Die Fig. 4 zeigt das Ergebnis einer Wärmeermüdungsprüfung. Die Prüfung wurde auf diese Weise bewerkstelligt, daß unter Einspannen eines Probestücks das Material Tempera turwechseln zwischen 900° und 400° unterzogen wurde und die Anzahl der wiederholten Temperaturwechsel bis zum Bruch bei einem Zyklus je 10 Minuten ermittelt wurde. Der Einspannungsfaktor wurde nach folgender Gleichung (2) ermittelt:

Diese Prüfung hat bewiesen, daß die Probe A aus dem anspruchs gemäßen Material eine weitaus größere Anzahl von Wiederholungszyklen aushält als die Probe f aus Ni-Resist und somit hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit gegenüber thermischer Ermüdung hervorragend ist. Insbesondere war bei einem Einspannfaktor von 30% die Probe A selbst bei 6 × 10³-facher Wiederholung nicht gebrochen.

Hierbei wurde festgestellt, daß die Proben A, B und C aus dem erfindungsgemäß zu verwendenden Gußstahl das gleiche Ausmaß an Gießeigenschaften wie das Gußeisen c mit dem hohen Si- Gehalt und das gleiche Ausmaß der thermischen Widerstands fähigkeit wie der Stahl SCSI der Probe e haben.

Ferner wurde festgestellt, daß die Proben A, B und C aus dem erfindungsgemäß zu verwendenden Material jeweils eine HV-Härte von 300 oder darunter haben, so daß hinsichtlich der mechanischen Bearbeitbarkeit keine Probleme entstehen.

Ferner wurde ein Turbinengehäuse mit den gleichen Kompo nenten wie das anspruchsgemäße Material 1 (Probe A) zu sammengeschweißt und für eine Haltbarkeitsprüfung an einem Sockel angebracht. Die Prüfung wurde dadurch bewerkstel ligt, daß dieses Gehäuse in einen Benzinmotor mit 6 Zylin dern bei 2000 cm³ Hubraum und mit einem Temperaturverlauf bis zu einer maximalen Abgas- bzw. Auspufftemperatur von 950°C eingebaut wurde. Dabei hatte im Vergleich zu dem herkömmlichen Material, dem Gußeisen mit hohem Si-Gehalt dieses Turbinengehäuse eine Oxidationsschichtdicke von weniger als 1/5 und eine um 60% längere Lebenszeit bis zum Entstehen von Rissen. Weiterhin sind in den Fig. 5 und 6 jeweils unter 100-facher bzw. 400-facher Vergrößerung die Mikrostrukturen des erfindungsgemäß zu verwendenden Materials 1 (der Probe A) gezeigt, wobei dendritisches Primärcarbid 2 und körniges Sekundärcarbid 3 in einer weißen Ferritgrundmasse 1 verteilt sind.

2. Ausführungsbeispiel

Auf grundlegend die gleiche Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel wurden anspruchsgemäße Materialien bzw. Gußstähle 4 bis 6 und Vergleichsmaterialien 7 bis 10 gemäß der Tabelle 2 hergestellt und dann einer gleicharti gen Prüfung hinsichtlich der Oxidation bei hohen Tempe raturen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel sowie einer Hochtemperatur-Belastungsprüfung bei hohen Temperaturen unterzogen.

Tabelle 2

Die Fig. 7 zeigt die Ergebnisse der Prüfung der Oxidation bei hohen Temperaturen. Aus diesen Ergebnissen ist er sichtlich, daß die erfindungsgemäß zu verwendenden Gußstähle der Proben D, E und F eine hervorragende Widerstandsfähigkeit gegen über Oxidation bei hohen Temperaturen haben, die den glei chen Wert wie der Stahl SCSI (Ferrit-System) gemäß der japanischen Industrienorm hat und nur geringfügig schlech ter als der Stahl SCS13 (Austenit-System) gemäß der japa nischen Industrienorm (JIS) ist.

Es ist natürlich ersichtlich, daß der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl im Vergleich zu dem herkömmlicherweise für Auspuff-Gußteile verwendeten Gußeisen, nämlich dem Gußeisen der Probe g mit hohem Si- Gehalt oder dem Ni-Resist-Gußeisen der Probe h, eine weitaus höhere Widerstandsfähigkeit gegenüber Oxidation bei hohen Temperaturen hat.

Die Fig. 8 zeigt die Ergebnisse der Hochtemperatur-Zugbe lastungsprüfung. Aus der Fig. 8 ist ersichtlich, daß bei Temperaturen über 700°C das anspruchsgemäße Material der Probe F die gleiche-Festigkeit bei hohen Temperaturen wie der Stahl SCS13 (Probe j) nach der japanischen Industrie norm hat und im Vergleich zu dem Stahl SCS1 (der Probe i) nach der japanischen Industrienorm eine höhere Festigkeit bei hohen Temperaturen hat.

3. Ausführungsbeispiel

Auf grundlegend die gleiche Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel wurden erfindungsgemäß zu verwendende Materialien bzw. Gußstähle 7 bis 9 und Vergleichsmaterialien 11 bis 13 gemäß der Tabelle 3 hergestellt und für die gleiche Prüfung hinsichtlich der Oxidation bei hohen Temperaturen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel sowie für eine Wärmeermüdungsprüfung vorbereitet. Aus diesen Prüfungen sind die Ergebnisse der Prüfung hinsichtlich der Oxidation bei hohen Temperaturen als Oxidationsverlust je Flächen einheit (in mg/cm²) dargestellt, während bei der Wärmeer müdungsprüfung ein Temperaturwechselzyklus mit einer Ober grenze von 900°C und einer Untergrenze von 200°C ausge führt wurde.

Tabelle 3

Die Fig. 9 zeigt die Ergebnisse der Prüfung der Oxidation bei hohen Temperaturen. Es ist ersichtlich, daß im Ver gleich zu dem herkömmlichen Gußeisen der Probe k mit hohem Si-Gehalt und dem Ni-Resist-Gußeisen der Probe l die anspruchsgemäßen Materialien bzw. Gußstähle der Proben G, H, Q eine weitaus höhere Widerstandsfähigkeit gegenüber Oxidation bei hohen Temperaturen haben und eine Wider standsfähigkeit haben, die so hoch ist wie diejenige von Gußstahl der Probe m nach dem Austenit-System mit hohem Cr-Gehalt und hohem Ni-Gehalt.

Die Fig. 10 zeigt die Ergebnisse der Wärmeermüdungs prüfung. Aus diesen Ergebnissen ist ersichtlich, daß im Vergleich zu den Vergleichsmaterialien der Proben k, l und m die anspruchsgemäßen Materialien der Proben G, H und Q eine bessere thermische Widerstandsfähigkeit gegenüber Ermüdung haben.

4. Ausführungsbeispiel

Nach grundlegend dem gleichen Verfahren wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel wurden in der Tabelle 4 aufgeführte anspruchsgemäße Materialien bzw. Gußstähle 10 bis 12 hergestellt und für die gleichen Prüfungen hinsichtlich der Oxidation bei hohen Temperaturen sowie der Wärmeer müdung wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel vorberei tet. Ferner wurden bezüglich Vergleichsmaterialien die Ergebnisse der bei dem dritten Ausführungsbeispiel verwen deten Vergleichsmaterialien der Proben k, l und m verwen det, so daß daher deren Prüfung bei diesem vierten Ausfüh rungsbeispiel weggelassen wurde.

Tabelle 4

Die Fig. 11 zeigt die Ergebnisse der Prüfung hinsichtlich der Oxidation bei hohen Temperaturen. Aus diesen Ergebnis sen ist ersichtlich, daß im Vergleich zu dem herkömmlichen Gußeisen der Probe k mit dem hohen Si-Gehalt und dem Ni- Resist-Gußeisen der Probe l die anspruchsgemäßen Materia lien bzw. Gußstähle der Proben R, S und T eine weitaus höhere Widerstandsfähigkeit gegenüber Oxidation bei hohen Temperaturen haben und daß sie den gleichen Widerstands grad gegenüber der Oxidation bei hohen Temperaturen haben wie der Gußstahl der Probe m mit dem Austenit-System mit hohem Cr-Gehalt und hohem Ni-Gehalt.

Die Fig. 12 zeigt die Ergebnisse der Wärmeermüdungs prüfung. Aus diesen Ergebnissen ist ersichtlich, daß im Vergleich zu den Vergleichsmaterialien der Proben k, l und m die anspruchsgemäßen Materialien der Proben R, S und T eine hervorragende thermische Widerstandsfähigkeit gegen über Ermüdung haben.

5. Ausführungsbeispiel

Auf grundlegend die gleiche Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel wurden anspruchsgemäße Materialien bzw. Gußstähle 13 bis 15 sowie Vergleichsmaterialien 14 bis 17 gemäß Tabelle 5 hergestellt und für die gleiche Prüfung hinsichtlich der Oxidation bei hohen Temperaturen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel sowie für eine Wärmeermüdungsprüfung vorbereitet. Bei der Wärmeermüdungs prüfung wurden Temperaturwechselzyklen mit einer Obergren ze von 900°C und einer Untergrenze von 50°C festgelegt.

Tabelle 5

Die Fig. 13 zeigt die Ergebnisse der Prüfung hinsichtlich der Oxidation bei hohen Temperaturen. Aus diesen Ergebnis sen ist ersichtlich, daß die anspruchsgemäßen Materialien der Proben U, V und W eine weitaus höhere Widerstands fähigkeit gegenüber Oxidation bei hohen Temperaturen im Vergleich mit dem Gußeisen der Probe o mit hohem Si-Gehalt oder dem Ni-Resist-Gußeisen der Probe p haben und den gleichen Grad der Widerstandsfähigkeit gegenüber der Oxi dation bei hohen Temperaturen wie der Ferrit-System-Guß stahl der Probe q mit dem hohem Cr-Gehalt oder der Austenit-System-Gußstahl der Probe r mit dem hohem Cr- Gehalt und dem hohen Ni-Gehalt.

Die Fig. 14 zeigt die Ergebnisse der Wärmeermüdungs prüfung. Aus der Fig. 14 ist ersichtlich, daß das anspruchsgemäße Material der Probe V bei einem Einspannungs faktor von 70% eine thermische Widerstandsfähigkeit ge genüber Brüchen hat, die geringfügig schlechter als die jenige des Vergleichsmaterials 17 der Probe r, nämlich des dem JIS-Normstahls SCH13 entsprechenden Austenit-System- Gußstahls sowie nahezu gleich derjenigen des Ni-Resist- Gußeisens der Probe p ist, während aber bei einer relativ schwachen Einspannung mit einem Einspannfaktor von 30% die thermische Widerstandsfähigkeit gegenüber Brüchen im Vergleich zu dem Austenit-System-Gußstahl der Probe r mit hohem Cr-Gehalt und hohem Ni-Gehalt weitaus besser ist.

6. Ausführungsbeispiel

Nach grundlegend dem gleichen Verfahren wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel wurden anspruchsgemäße Materialien 16 bis 18 sowie Vergleichsmaterialien 18 bis 21 gemäß Tabelle 6 hergestellt und für die gleiche Prüfung hinsichtlich der Oxidation bei hohen Temperaturen wie bei dem ersten Aus führungsbeispiel vorbereitet.

Tabelle 6

Die Fig. 15 und 16 zeigen die Ergebnisse der Prüfung der Oxidation bei hohen Temperaturen.

Aus den Fig. 15 und 16 ist ersichtlich, daß die anspruchsgemäßen Materialien der Proben X, Y und Z den glei chen Grad an Widerstandsfähigkeit gegenüber Oxidation wie der Ferrit-System-Gußstahl der Probe u mit hohem Cr-Gehalt haben und eine derart hervorragende Widerstandsfähigkeit gegenüber der Oxidation haben, daß diese geringfügig schlechter als diejenige des Austenit-System-Gußstahls der Probe v mit hohem Cr-Gehalt und hohem Ni-Gehalt ist.

Es ist ferner ersichtlich, daß anspruchsgemäße Mate rialien selbstverständlich eine weitaus bessere Wider standsfähigkeit gegenüber der Oxidation haben als das herkömmliche hitzebeständige Gußeisen, nämlich das Guß eisen der Probe s mit hohem Si-Gehalt oder das N-Resist- Gußeisen der Probe t.

7. Ausführungsbeispiel

Nach grundlegend dem gleichen Verfahren wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel wurden anspruchsgemäße Materialien 19 bis 21 und Vergleichsmaterialien 22 bis 25 gemäß Tabelle 7 hergestellt und für die gleiche Prüfung hinsichtlich der Oxidation bei hohen Temperaturen wie bei dem ersten Aus führungsbeispiel sowie für eine Kriechbruchprüfung vorbe reitet.

Die Kriechbruchprüfung wurde derart vorgenommen, daß bei 700°C und Belastung eines Prüfstücks mit verschiedenerlei Belastungsgraden der Zeitpunkt des Brechens bzw. Reißens ermittelt wurde.

Tabelle 7

Die Fig. 17 zeigt die Ergebnisse der Prüfung hinsichtlich der Oxidation bei hohen Temperaturen. Aus diesen Ergebnis sen ist ersichtlich, daß die anspruchsgemäßen Materialien der Proben A′, B′ und C′ jeweils nahezu die gleiche Wider standsfähigkeit gegenüber der Oxidation bei hohen Tempera turen bieten wie der Ferrit-System-Gußstahl der Probe c′ mit hohem Cr-Gehalt oder der Austenit-System-Gußstahl der Probe d′ mit hohem Cr-Gehalt und hohem Ni-Gehalt.

Es ist ferner ersichtlich, daß die anspruchsgemäßen Mate rialien selbstverständlich eine weitaus bessere Wider standsfähigkeit gegenüber der Oxidation bei hoher Tempe ratur im Vergleich mit dem herkömmlichen hitzebeständigen Gußeisen haben, nämlich dem Gußeisen der Probe a′ mit hohem Si-Gehalt oder dem Ni-Resist-Gußeisen der Probe b′.

In der Fig. 18 sind auf der Ordinate die Be lastung in N/mm² und auf der Abszisse in logarithmischem Maßstab die Zeit bis zum Kriechbruch aufgetragen.

Aus der Fig. 18 ist ersichtlich, daß die anspruchsgemäßen Materialien der Proben B′ und C′ eine weitaus höhere Kriechbruchfestigkeit im Vergleich zu dem Vergleichsmate rial 23, nämlich dem Ni-Resist-Gußeisen der Probe b′ haben und mindestens den gleichen Kriechbruchfestigkeitsgrad wie die Vergleichsmaterialien der Proben c′ und d′ haben.

8. Ausführungsbeispiel

Nach grundlegend dem gleichen Verfahren wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel wurden anspruchsgemäße Materialien 22 bis 24 sowie Vergleichsmaterialien 26 bis 29 gemäß Tabelle 8 hergestellt und für die gleiche Prüfung hinsichtlich der Oxidation bei hohen Temperaturen wie bei dem ersten Aus führungsbeispiel sowie für eine nachfolgend erläuterte Kriechbruchprüfung vorbereitet.

Die Kriechbruchprüfung wurde derart vorgenommen, daß ein Prüfling unter Einhalten einer Prüftemperatur von 900°C unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt wurde und der Zeitpunkt des Brechens bzw. Reißens ermittelt wurde.

Tabelle 8

Die Fig. 19 zeigt die Ergebnisse der Prüfung der Oxidation bei hohen Temperaturen. Aus diesen Ergebnissen ist er sichtlich, daß die anspruchsgemäßen Materialien der Pro ben D′, E′ und F′ eine Widerstandsfähigkeit gegenüber der Oxidation bei hohen Temperaturen haben, die schlechter als diejenige des Vergleichsmaterials 25 der Probe d′ ist und nahezu den gleichen Wert wie diejenige von Austenit- System-Gußstählen der Proben f′ und g′ mit hohem Cr-Gehalt und hohem Ni-Gehalt hat.

Die Fig. 20 zeigt die Ergebnisse der Kriechbruchprüfung. Aus diesen Ergebnissen ist ersichtlich, daß das anspruchsgemäße Material 22 der Probe D′ eine geringere Kriechbruchfestigkeit hat als das Vergleichsmaterial 29 der Probe h′, aber einen geringeren Belastungsabfall je Zeiteinheit hat, wodurch es im Langzeitbetrieb im Ver gleich zu dem Vergleichsmaterial 27 der Probe f′ hervorra gend ist.

Ferner ist zwar das anspruchsgemäße Material 22 infolge der Funktionen von Cr, Al und B ein Ferrit-System-Mate rial, jedoch ist es hinsichtlich der Kriechbruchfestigkeit unter 90° oder dergleichen weitaus verbessert im Vergleich zu dem Vergleichsmaterial 26 der Probe e′, das das gleiche Ferrit-System-Material wie das anspruchsgemäße Material ist.

9. Ausführungsbeispiel

Nach grundlegend dem gleichen Verfahren wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel wurden anspruchsgemäße Materialien 25 und 26 sowie Vergleichsmaterialien 30 bis 33 gemäß Tabelle 9 hergestellt und für die gleiche Prüfung der Oxidation bei hohen Temperaturen wie bei dem ersten Ausführungsbei spiel vorbereitet.

Andererseits wurde durch Vergleichen der anspruchsgemäßen Materialien mit den Vergleichsmaterialien nach Fig. 9 die Fließfähigkeit bewertet. Die Fließfähigkeitsbewertung wurde derart vorgenommen, daß für die Fließfähigkeits prüfung eine in Fig. 23 gezeigte Form 11 verwendet wurde, aus einem Eingußteil 12 Schmelze eingegossen wurde und die Fließstrecke l der Schmelze durch einen horizontal angeordneten Fließkanal 13 mit dem Durchmesser d von 5 mm gemessen wurde.

Tabelle 9

Die Fig. 21 zeigt die Ergebnisse der Prüfung der Oxidation bei hohen Temperaturen. Aus diesen Ergebnissen ist er sichtlich, daß die anspruchsgemäßen Materialien der Pro ben G′ und H′ nahezu die gleiche Widerstandsfähigkeit gegenüber Oxidation bei hohen Temperaturen haben wie der Gußstahl der Probe k′ mit hohem Cr-Gehalt oder der Guß stahls der Probe l′ mit hohem Cr-Gehalt und hohem Ni- Gehalt.

Die Fig. 22 zeigt die Ergebnisse der Fließfähigkeits prüfung. Aus der Fig. 22 ist ersichtlich, daß die Gießei genschaften der anspruchsgemäßen Materialien 25 der Probe G′ bzw. 26 der Probe H′ zwischen diejenigen der hitzebe ständigen Gußeisen der Proben i′ und j′ und diejenigen der hochlegierten hitzebeständigen Gußstähle der Proben k′ und l′ fallen.

Claims

1. Verwendung eines Gußstahls, bestehend aus (in Gew.-%):
0,3 bis 2,5% C, 1,5 bis 4,5% Si, max. 1% Mn, max. 0,05% P, max. 0,10% S, 5,0 bis 14% Cr und Fe mit herstellungsbedingten Verunreinigungen als Rest, mit der Maßgabe, daß der Stahl nach Wärmebehandlung ein ferritisches Gefüge mit darin verteilten Primär- und Sekundärcarbiden aufweist, als Gußwerkstoff zur Herstellung von Teilen eines Auspuffsystems eines Fahrzeugs.

2. Verwendung eines Stahls nach Anspruch 1 für den Zweck nach Anspruch 1, mit der Maßgabe, daß der Stahl zusätzlich 2,0 bis 6,5% Molybdän und/oder Wolfram enthält.

3. Verwendung eines Stahls nach einem der vorhergehenden Ansprüche für den Zweck nach Anspruch 1, mit der Maßgabe, daß der Stahl zusätzlich 1,0 bis 6,0 Gew.-% Nb, Ta und/oder V enthält.

4. Verwendung eines Stahls nach einem der vorhergehenden Ansprüche für den Zweck nach Anspruch 1, mit der Maßgabe, daß der Stahl zusätzlich 0,15 bis 4,6 Gew.-% Ti enthält.

5. Verwendung eines Stahls nach einem der vorhergehenden Ansprüche für den Zweck nach Anspruch 1, mit der Maßgabe, daß der Stahl zusätzlich 0,5 bis 2,0 Gew.-% Al enthält.

6. Verwendung eines Stahls nach einem der vorhergehenden Ansprüche für den Zweck nach Anspruch 1, mit der Maßgabe, daß der Stahl zusätzlich 0,1 bis 3,8 Gew.-% B enthält.

7. Verwendung eines Stahls nach einem der vorhergehenden Ansprüche für den Zweck nach Anspruch 1, mit der Maßgabe, daß der Stahl zusätzlich 0,5 bis 7,5 Gew.-% Cu enthält.

8. Verwendung eines Stahls nach einem der vorhergehenden Ansprüche für den Zweck nach Anspruch 1, mit der weiteren Maßgabe, daß das Gußteil einem Erhitzen auf 900 bis 950°C und anschließendem Ausglühen durch Abkühlen auf 680 bis 750°C unterzogen worden ist.