DE69403975T2

DE69403975T2 - Hitzebeständiger austenitischer Gussstahl und daraus hergestellte Bauteile eines Auspuffsystems

Info

Publication number: DE69403975T2
Application number: DE69403975T
Authority: DE
Inventors: Toshio Fujita; Norio Takahashi
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1993-02-03
Filing date: 1994-02-01
Publication date: 1997-12-18
Anticipated expiration: 2014-02-02
Also published as: EP0613960B1; EP0613960A1; DE69403975D1; US5489416A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen hitzebeständigen Gußstahl, der sich für Auspuffsystembauteile für Kraftfahrzeuge usw. eignet, und insbesondere einen hitzebeständigen austenitischen Gußstahl mit ausgezeichneter Hochtemperaturfestigkeit und Zerspanbarkeit und ein aus einem solchen hitzebeständigen austenitischen Gußstahl hergestelltes Auspuffsystembauteil.
Einige des herkömmlichen hitzebeständigen Gußeisens und hitzebeständigen Gußstahls haben in der Tabelle 3 als Vergleichsbeispiele gezeigte Zusammensetzungen. Bei Auspuffsystembauteilen, wie z.B. Auspuffsammelleitungen, -turbinengehäusen usw. für Kraftfahrzeuge, werden hitzebeständiges Gußeisen, wie z.B. ein Hoch-Si-Kugelgraphitgußeisen, hitzebeständiger Gußstahl, wie z.B. ferritischer Gußstahl, "NI- RESIST"-Gußeisen (austenitisches Ni-Cr-Cu-Gußeisen), die in der Tabelle 3 gezeigt sind, usw. verwendet, weil ihre Arbeitsbedingungen bei hohen Temperaturen äußerst streng sind.
Weiter wurden Versuche durchgeführt, um verschiedene hitzebeständige austenitische Gußstähle vorzuschlagen. Beispielsweise offenbart die japanische Patentoffenlegung No. 61-87852 einen hitzebeständigen austenitischen Gußstahl, der im wesentlichen aus C, Si, Mn, N, Ni, Or, V, Nb, Ti, B, W und Fe besteht und eine verbesserte Dauerstandfestigkeit und Streckgrenze zeigt. Außerdem offenbart die japanische Patentoffenlegung No. 61-177352 einen hitzebeständigen austenitischen Gußstahl, der im wesentlichen aus C, Si, Mn, Cr, Ni, Al, Ti, B, Nb und Fe besteht und verbesserte Hochtemperatur- und Raumtemperatureigenschaften durch Auswahl eines besonderen Sauerstoffgehalts und Stahlreinheitsindex' aufweist. Die japanische Patentveröffentlichung No. 57-8183 offenbart einen hitzebeständigen austenitischen Fe-Ni-Cr- Gußstahl mit einem erhöhten Kohlenstoffgehalt, der Nb und Co enthält und dadurch eine verbesserte Hochtemperaturfestigkeit zeigt, ohne unter einem Abfall der Hochtemperaturoxidationsbeständigkeit zu leiden.
Unter diesen herkömmlichen hitzebeständigen Gußeisen und hitzebeständigen Gußstählen ist beispielsweise das Hoch-Si- Kugelgraphitgußeisen in seiner Raumtemperaturfestigkeit verhältnismäßig gut, jedoch in seiner Hochtemperaturfestigkeit und -oxidationsbeständigkeit schlecht. Hitzebeständiger ferritischer Gußstahl ist von äußerst schlechter Hochtemperaturstreckgrenze bei 900 ºC oder höher. Das "NI- RESIST"-Gußeisen weist eine verhältnismäßig gute Hochtemperaturfestigkeit bis 900 ºC auf, ist jedoch von schlechter Dauerhaftigkeit bei 900 ºC oder darüber. Auch ist es wegen des hohen Ni-Gehalts teuer.
Da der in der japanischen Patentoffenlegung No. 61-87852 offenbarte hitzebeständige austenitische Gußstahl einen verhältnismäßig niedrigen C-Gehalt von 0,15 Gew.% oder weniger hat, zeigt er bei 900 ºC oder darüber eine unzureichende Hochtemperaturfestigkeit. Außerdem können, da er 0,002-0,5 Gew.% Ti enthält, schädliche nichtmetallische Einschlüsse durch Schmelzen an der Atmosphäre gebildet werden.
Außerdem kann der in der japanischen Patentoffenlegung No. 61-177352 offenbarte austenitische Gußstahl, da er eine große Ni-Menge enthält, unter Rissen leiden, wenn er in einer Schwefel (5) enthaltenden Atmosphäre bei einer hohen Temperatur verwendet wird.
Weiter kann der in der japanischen Patentveröffentlichung No. 57-8183 offenbarte hitzebeständige austenitische Gußstahl, da er einen hohen Kohlenstof f(C)-Gehalt hat, spröde werden, wenn er bei einer hohen Temperatur für eine längere Zeitdauer verwendet wird.
EP-A-0 471 255 offenbart einen hitzebeständigen austenitischen Gußstahl und ein daraus hergestelltes Auspuffsystembauteil, welcher Stahl gewichtsmäßig aus 0,20 - 0,60 % C, 2,0 % oder weniger Si, 1,0 % oder weniger Mn, 8,0 - 20,0 % Ni, 15,0 - 30,0 % Cr, 2,0 - 6,0 % W, 0,2 - 1,0 % Nb, 0,001 - 0,01 % B, wahlweise 0,2 - 1,0 % Mo und/oder 20,0 % oder weniger Co und Rest Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht.
Metals Handbook, Ninth Ed., Vol 16, Machining, 1989, S. 681-689 offenbart, daß die Zerspanbarkeit austenitischer nichtrostender Stähle durch Zusätze von Schwefel und Calcium verbessert werden kann, und offenbart außerdem, daß stark Karbid/Nitrid-bildende Elemente, z.B. Niob, in nichtrostenden Stählen zur Verbesserung der intergranulären Korrosionsbeständigkeit verwendet werden, jedoch abschleifend sind und einen Werkzeugverschleiß steigern.

AUFGABE UND ÜBERBLICK DER ERFINDUNG

Dementsprechend ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen hitzebeständigen austenitischen Gußstahl mit ausgezeichneter Hochtemperaturfest igkeit und Zerspanbarkeit vorzusehen, der zu niedrigen Kosten erzeugt werden kann, wodurch die obigen, beim herkömmlichen hitzebeständigen Gußeisen und hitzebeständigen Gußstahl angetroffenen Probleme gelöst werden.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Auspuffsystembauteil vorzusehen, das aus einem solchen hitzebeständigen Gußstahl hergestellt ist.
Als Ergebnis intensiver Forschung bezüglich der obigen Aufgaben fanden die Erfinder, daß durch Zusatz von Nb, W und B und wahlweise Mo zum Gußstahl die Hochtemperaturfestigkeit des Gußstahls verbessert werden kann und daß außerdem durch Zusatz von S, SEM (Seltenerdmetalle: Ce, La, Nd oder Pr), Mg und/oder Ca zu dem austenitischen Fe-Ni-Cr-Basis-Gußstahl seine Zerspanbarkeit und Duktilität bei Raumtemperatur verbessert werden können. Die vorliegende Erfindung wurde auf Basis dieser Feststellungen vollendet.
So hat der hitzebeständige austenitische Gußstahl mit ausgezeichneter Hochtemperaturfest igkeit und Zerspanbarkeit gemäß der vorliegenden Erfindung eine Zusammensetzung, die gewichtsmäßig aus:
C: 0,1-0,6 %;
Si: weniger als 1,5 %;
Mn: 1 % oder weniger;
Ni: 8-20 %;
Cr: 15-30 %;
Nb: 0,2-1 %;
W: 1,52-6 %;
B: 0,001-0,01 %;
S: 0,02-0,3 %;
wenigstens einem Element, das aus der aus Ce, La, Nd, Pr und Mg bestehenden Gruppe gewählt ist: 0,001-0,1 %;
wahlweisen Bestandteilen von
N: 0,01-0,3 %;
Ca: 0,001-0,1 %;
Mo: 0,2-1 %; und
Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen: Rest besteht.
Eine bevorzugte Zusammensetzung dieses hitzebeständigen austenitischen Gußstahls mit ausgezeichneter Hochtemperaturfestigkeit und Zerspanbarkeit wird mit dem Anspruch 2 beansprucht.
Das Auspuffsystembauteil gemäß der vorliegenden Erfindung wird aus dem einen oder dem anderen der obigen hitzebeständigen austenitischen Gußstähle hergestellt; es kann eine Auspuffsammelleitung oder ein Turbinengehäuse sein.

NÄHERE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wird nun im einzelnen erläutert.
In jedem der ersten bis zweiten unten angegebenen Ausführungsbeispiele hat der hitzebeständige austenitische Gußstahl eine Zusammensetzung, wie sie in der Tabelle 1 gezeigt ist. In der folgenden Erläuterung wird die Menge jedes Elements einfach durch "%" ausgedrückt, doch es sei festgestellt, daß damit "Gew.%" gemeint ist. Tabelle 1
Fußnote: * Wenigstens ein aus der Gruppe gewähltes Element, die aus SEM (Ce, La, Nd oder Pr), Mg und wahlweise Ca besteht.
In jedem hitzebeständigen austenitischen Gußstahl der vorliegenden Erfindung kann 0,2-1 % Mo wahlweise enthalten sein, um die Hochtemperaturfestigkeit zu verbessern.
Die bevorzugten Mengen der Elemente in jedem hitzebeständigen austenitischen Gußstahl sind in der folgenden Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2
Fußnote: * Wenigstens ein aus der Gruppe gewähltes Element, die aus SEM (Ce, La, Nd oder Pr), Mg und wahlweise Ca besteht.
In jeder der obigen bevorzugten Zusammensetzungen kann 0,3-1 % Mo wahlweise enthalten sein.
In der bevorzugteren Zusammensetzung des ersten Ausführungsbeispiels (die kein N enthält) ist die C-Menge 0,2-0,5 Gew.%. Auch ist in der bevorzugteren Zusammensetzung des zweiten Ausführungsbeispiels (die N enthält) die C-Menge 0,15-0,45 Gew.%.
Die Gründe der Beschränkung des Zusammensetzungsbereichs jedes Legierungselements im hitzebeständigen austenitischen Gußstahl der vorliegenden Erfindung mit ausgezeichneter Hochtemperaturfestigkeit und Zerspanbarkeit werden im folgenden erläutert.

(1) C (Kohlenstoff): 0,1-0,6 %

C hat eine Funktion der Verbesserung der Fließfähigkeit und Gießbarkeit einer Schmelze und löst sich auch teilweise in einer Matrixphase, wodurch er eine Lösungsverfestigungsfunktion zeigt. Außerdem bildet er primäre Karbide, wodurch die Hochtemperaturfestigkeit verbessert wird. Um solche Funktionen wirksam zu zeigen, sollte die C-Menge 0,1 % oder mehr sein. Andererseits werden, wenn die C-Menge 0,6 % übersteigt, übermäßig sekundäre Karbide ausgeschieden, was zu einer schlechten Zähigkeit führt. Demgemäß ist die C- Menge 0,1-0,6 %. Die bevorzugte C-Menge ist 0,15-0,5 %.

(2) Si (Silizium): weniger als 1,5 %

Si hat eine Funktion als ein Desoxidationsmittel und ist auch zur Verbesserung der oxidationsbeständigkeit wirksam. Wenn man es übermäßig zusetzt, wird jedoch das Austenitgefüge des Gußstahls instabil, was zu einer schlechten Hochtemperaturfestigkeit führt. Dementsprechend sollte die Si- Menge weniger als 1,5 % sein.

(3) Mn (Mangan): 1 % oder weniger

Mn ist wie Si als Desoxidationsmittel für die Schmelze wirksam. Wenn es übermäßig zugesetzt wird, verschlechtert sich jedoch die Oxidationsbeständigkeit. Demgemäß ist die Mn-Menge 1 % oder weniger.

(4) Ni (Nickel): 8-20 %

Ni ist ein Element, das zusammen mit Cr zur Bildung und Stabilisierung eines Austenitgefüges des hitzebeständigen Gußstahls der vorliegenden Erfindung wirksam ist, wodurch die Hochtemperaturfestigkeit verbessert wird. Insbesondere sollte, um eine gute Hochtemperaturfestigkeit bei 900 ºC oder höher zu haben, die Ni-Menge 8 % oder mehr sein. Wenn die Ni-Menge wächst, steigern sich diese Wirkungen. Wenn sie 20 % übersteigt, flachen sich jedoch die Wirkungen ab. Dies bedeutet, daß die 20 % übersteigende Ni-Menge wirtschaftlich nachteilig ist. Dementsprechend ist die Ni-Menge 8-20 %. Die bevorzugte Ni-Menge ist 8-15 %.

(5) Cr (Chrom): 15-30 %

Cr ist ein Element, das sich zur Austenitisierung des Gußstahlgefüges eignet, wenn es zusammen mit Ni anwesend ist, wodurch die Hochtemperaturfestigkeit und die Oxidationsbeständigkeit verbessert werden. Es bildet auch Karbide, wodurch es die Hochtemperaturfestigkeit weiter verbessert. Um solche Effekte bei einer hohen Temperatur von 900 ºC oder darüber wirksam zu zeigen, sollte die Cr-Menge 15 % oder mehr sein. Andererseits werden, wenn sie 30 % übersteigt, übermäßig sekundäre Karbide ausgeschieden, und eine spröde -Phase usw. werden ebenfalls ausgeschieden, wodurch eine äußerste Sprödigkeit verursacht wird. Demgemäß sollte die Cr-Menge 15-30 % sein. Die bevorzugte Cr-Menge ist 17-25 %.

(6) W (Wolfram): 1,52-6 %

W hat eine Funktion der Verbesserung der Hochtemperaturfestigkeit. Um einen solchen Effekt wirksam zu zeigen, sollte die W-Menge 2 % oder mehr sein. Wenn es übermäßig zugesetzt wird, verschlechtert sich jedoch die Oxidationsbeständigkeit. Daher ist die Obergrenze von W 6 %. Dementsprechend ist die W-Menge 2-6 %. Die bevorzugte W-Menge ist 2-5 %.

(7) Mo (Molybdän): 0,2-1 %

Mo hat Funktionen, die ähnlich denen von W sind, und kann der Legierung wahlweise zugesetzt werden. Durch den Zusatz von Mo allein sind jedoch geringere Wirkungen als im Fall erhältlich, wo W allein verwendet wird. Dementsprechend sollte, um synergistische Wirkungen mit W zu haben, die Mo- Menge 0,2-1 % sein. Die bevorzugte Mo-Menge ist 0,3-1 %.

(8) Nb (Niob): 0,2-1 %

Nb bildet feine Karbide, wenn es sich mit C verbindet, wodurch die Hochtemperaturfestigkeit gesteigert wird. Es wirkt durch Unterdrücken der Bildung der Cr-Karbide auch zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit. Für diese Zwecke sollte die Nb-Menge 0,2 % oder mehr sein. Wenn es übermäßig zugesetzt wird, verschlechtert sich jedoch die Zähigkeit des erhaltenen austenitischen Gußstahls. Demgemäß ist die Obergrenze von Nb 1 %. Die Nb-Menge sollte daher 0,2-1 % sein. Die bevorzugte Nb-Menge ist 0,2-0,7 %.

(9) N (Stickstoff): 0,01-0,3 %

N ist ein Element, das zur Erzeugung eines Austenitgefüges und zur Stabilisierung einer Austenitmatrix wirksam ist. Er bewirkt auch, die Kristallkörner feiner zu machen. Somit ist er besonders nützlich für Gußmaterialien der vorliegenden Erfindung, wo es unmöglich ist, feine Kristallkörner durch Schmieden, Walzen usw. zu erzeugen. Da N auch wirksam ist, die Diffusion von C und die Kondensation ausgeschiedener Karbide zu verlangsamen, bewirkt er eine Verzögerung einer Versprödung. Um diese Effekte wirksam zu zeigen, sollte die N-Menge, obwohl sie wahlweise Bestandteil der Legierung ist, 0,01 % oder mehr sein. Andererseits wird, wenn die N-Menge 0,3 % übersteigt, Cr&sub2;N-Cr&sub2;&sub3;C&sub6; in den Kristallkorngrenzen ausgeschieden, wodurch eine Versprödung und eine Verringerung der wirksamen Cr-Menge verursacht werden. Daher ist die Obergrenze von N 0,3 %. Die N-Menge ist demgemäß 0,01-0,3 -%. Die bevorzugte N-Menge ist 0,05-0,2 %. Übrigens ist im hitzebeständigen austenitischen Gußstahl der vorliegenden Erfindung, der W, Mo und Nb zur Verbesserung der Hochtemperaturfestigkeit enthält, N wirksam, um die Stabilität der Austenitmatrix zu verbessern, da W, Mo und Nb Ferritbildnerelemente sind, die zur Destabilisierung der Austenitmatrix neigen.

(10) B (Bor): 0,001-0,01 %

B hat eine Funktion der Verfestigung der Kristallkorngrenzen des Gußstahls sowie der Verfeinerung der Karbide in den Korngrenzen und außerdem der Hemmung der Agglomerierung und des Wachstums solcher Karbide, wodurch die Hochtemperaturfestigkeit und die Zähigkeit des hitzebeständigen austenitischen Gußstahls verbessert werden. Demgemäß ist die B- Menge zweckmäßig 0,001 % oder mehr. Wenn es übermäßig zugesetzt wird, scheiden sich jedoch Boride aus, was zu einer schlechten Hochtemperaturfestigkeit führt. Daher ist die Obergrenze von B 0,01 %. Die B-Menge ist deshalb 0,001-0,01 %. Die bevorzugte B-Menge ist 0,001-0,008 %.

(11) S (Schwefel): 0,02-0,3 %

S hat eine Funktion der Bildung feiner kugeliger oder körniger Sulfidteilchen im Gußstahl, wodurch dessen Zerspanbarkeit verbessert, und zwar die Trennung der Späne von einem spanabhebend bearbeiteten Werkstück beschleunigt wird. Um eine solche Wirkung zu zeigen, sollte die S-Menge 0,02 % oder mehr sein. Wenn er übermäßig zugesetzt wird, scheiden sich jedoch übermäßig Sulfidteilchen in den Korngrenzen aus, was zu einer schlechten Hochtemperaturfestigkeit führt. So ist die Obergrenze von S 0,3 %. Daher ist die S- Menge 0,02-0,3 %. Die bevorzugte S-Menge ist 0,03-0,25 %.

(12) Wenigstens eines der SEM (Seltenerdmetalle), Mg (Magnesium) und wahlweise Ca (Calcium): 0,001-0,1 %

SEM, die aus der aus Ce (Cer), La (Lanthan), Nd (Neodym) und Pr (Praseodym) bestehenden Gruppe gewählt sind, Mg und Ca werden in der Form nichtmetallischer Einschlüsse in einer Matrix des Gußstahls verteilt. Daher wirken sie zum Abtrennen der Späne von einem bearbeiteten Werkstück. So dienen sie zur Verbesserung der Zerspanbarkeit des Gußstahls. Da ihre nichtmetallischen Einschlüsse in der Kugel- oder Kornform vorliegen, wird die Raumtemperaturduktilität des Gußstahls verbessert. Um eine solche Wirkung zu zeigen, sollte die Menge von SEM, Mg und wahlweise Ca 0,001 % oder mehr sein. Wenn sie übermäßig zugesetzt werden, wächst jedoch die Menge der nichtmetallischen Einschlüsse, was zu einer schlechten Duktilität führt. Daher ist die Obergrenze von SEM, Mg und Ca 0,1 %. Demgemäß ist die Menge von SEM, Mg und wahlweise Ca 0,001-0,1 %. Die bevorzugte Menge von SEM, Mg und wahlweise Ca ist 0,01-0,1 %.
Ein solcher hitzebeständiger austenitischer Gußstahl der vorliegenden Erfindung ist besonders für dünne Teile, wie z.B. Auspuffsystembauteile, Auspuffsammelleitungen, Turbinengehäuse usw. für Kraftfahrzeugmotoren geeignet, die unter Heiz-Kühl-Zyklen dauerhaft, ohne unter Rissen zu leiden, sein sollten.
Die vorliegende Erfindung wird im einzelnen mit Hilfe der folgenden Beispiele erläutert.

Beispiele 1-10 und Vergleichsbeispiele 1-3

Aus den hitzebeständigen austenitischen Gußstählen mit in der Tabelle 3 gezeigten Zusammensetzungen wurden Y-Blockprobestücke (No. B gemäß JIS) durch Gießen hergestellt. Übrigens wurde das Gießen durchgeführt, indem der Stahl an der Atmosphäre in einem 100 kg-Hochfrequenzofen geschmolzen wurde, die erhaltene Schmelze aus dem Ofen abgezogen wurde, während sie auf einer Temperatur von 1550 ºC oder höher war, und sie in eine Form bei etwa 1500 ºC oder höher gegossen wurde. Die hitzebeständigen austenitischen Gußstähle der vorliegenden Erfindung (Beispiele 1-10) zeigten eine gute Fließfähigkeit beim Gießen, so daß keine Gießfehler, wie z.B. Lunker, erzeugt wurden.
Dann wurden die Probestücke (Y-Blöcke) der Beispiele 1-10 und der Vergleichsbeispiele 1-3 einer Wärmebehandlung unterworfen, die deren Erhitzung auf 800 ºC für 2 Stunden in einem Ofen und deren Abkühlung an der Luft vorsah.
Übrigens sind die Probestücke der Vergleichsbeispiele 1-3 in der Tabelle 3 solche, die für hitzebeständige Bauteile, wie z.B. Turboladergehäuse, Auspuffsammelleitungen usw. für Kraftfahrzeuge verwendet werden. Die Probestücke der Vergleichsbeispiele 1 und 2 sind D2 und D5S von "NI-RESIST"- Gußeisen. Das Probestück des Vergleichsbeispiels 3 ist ein herkömmlicher hitzebeständiger austenitischer Gußstahl SCH-12 gemäß JIS. Tabelle 3 Tabelle 3 (Forts.)
Anschließend wurden für jedes Gußprobestück die folgenden Auswertungsversuche durchgeführt.

(1) Zugversuch bei Raumtemperatur

Durchgeführt an einem Stangenprobestück mit einer Meßlänge von 50 mm und einem Meßdurchmesser von 14 mm (No. 4-Probestück gemäß JIS).

(2) Zugversuch bei einer hohen Temperatur

Durchgeführt an einem geflanschten Probestück mit einer Meßlänge von 50 mm und einem Meßdurchmesser von 10 mm bei Temperaturen von 1000 ºC.

(3) Wärmeermüdungsversuch

Unter Verwendung eines Stangenprobestücks mit einer Meßlänge von 20 mm und einem Meßdurchmesser von 10 mm wurde ein Erhitzungs-Abkühlungs-Zyklus zur Verursachung eines Wärmeermüdungsausfalls in einem Zustand, wo eine Ausdehnung und ein Schrumpfen aufgrund des Erhitzens und Abkühlens mechanisch völlig gehemmt wurden, unter den folgenden Bedingungen wiederholt:
Niedrigste Temperatur: 150 ºC,
höchste Temperatur: 1000 ºC, und
jeder einzelne Zyklus: 7 Minuten.
Übrigens wurde eine Wärmeermüdungsversuchsmaschine des elektrisch-hydraulischen Servotyps für den Versuch verwendet.

(4) Oxidationsversuch

Ein Stangenprobestück mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Länge von 20 mm wurde in der Luft bei 1000 ºC für 200 Stunden gehalten, und sein Oxidzunder wurde durch Sandstrahlbehandlung entfernt, um eine Gewichtsänderung je Oberflächeneinheit zu messen. Durch Berechnung des Oxidationsgewichtsverlusts (mg/mm²) nach dem Oxidationsversuch wurde die Oxidationsbeständigkeit ausgewertet.

(5) Zerspanbarkeitsversuch

Ein Bohrversuch wurde durchgeführt, um die Zerspanbarkeit auszuwerten, die beim Bohren eines aus dieser Art von Materialien hergestellten Werkstücks am kritischsten ist. Ein aus jedem gegossenen Stahl hergestelltes Probestück wurde zehnmal zur Messung des Betrags des Schneidflächenabriebs des Bohrers und zur Berechnung des Schneidflächenabriebs je ein geschnittenes Loch unter den folgenden Bedingungen gebohrt:
Maschinenwerkzeug: senkrechtes Zerspanungs zentrum (5,5 kW),
Bohrer: kompakter Karbidbohrer (mit 6,8 mm Durchmesser),
Schneidgeschwindigkeit: 40 m/min,
Vorschubgeschwindigkeit: 0,2 mm/rev., Stufengeschwindigkeit,
Lochtiefe: 20 mm,
Gesamtlänge des Bohrers: 42 mm und
Schneidflüssigkeit: Öl.
Die Ergebnisse des Zugversuchs bei Raumtemperatur, des Zugversuchs bei 1000 ºC, des Wärmeermüdungsversuchs und des Oxidationsversuchs sowie des Bohrversuchs sind in den Tabellen 4 bzw. 5 bzw. 6 bzw. 7 gezeigt. Tabelle 4 Tabelle 5 Tabelle 6 Tabelle 7
Wie aus den Tabellen 4-6 ersichtlich ist, sind die Probestücke der Beispiele 1-10 mit denen der Vergleichsbeispiele 1 und 2 ("NI-RESIST" D2 und D5S) bezüglich der Eigenschaften bei Raumtemperatur vergleichbar oder diesen sogar überlegen, und sie sind diesen insbesondere bezüglich der Hochtemperaturfestigkeit überlegen. Außerdem sind, wie in der Tabelle 7 gezeigt, die Probestücke der Beispiele 1-10 dem des Vergleichsbeispiels 3 (SCH-12) bezüglich des Schneidflächenabriebs eines Bohrers und der Zerspanbarkeit überlegen.
Nachfolgend wurden eine Auspuffsammelleitung (Dicke: 2,5-3,4 mm) und ein Turbinengehäuse (Dicke: 2,7-4,1 mm) durch Gießen des hitzebeständigen austenitischen Gußstahls der Beispiele 2 und 5 hergestellt. Sämtliche der erhaltenen hitzebeständigen Gußstahlbauteile waren frei von Gußfehlern. Diese gegossenen Bauteile wurden zerspanend bearbeitet, um ihre Schneidbarkeit auszuwerten. Als Ergebnis wurde bei keinem der Gußbauteile ein Problem gefunden.
Weiter wurden die Auspuffsammelleitung und das Turbinengehäuse an einem Hochleistungs-Vierzylinder-2000 cm³-Benzinreihenmotor (Versuchsmaschine) montiert, um einen Dauerhaftigkeitsversuch durchzuführen. Der Versuch wurde durchgeführt, indem man 500 Erhitzungs-Abkühlungs (Lauf-Stillstand-) -Zyklen wiederholte, deren jeder aus einem kontinuierlichen Vollastbetrieb bei 6000 U/min (14 Minuten), einem Leerlauf (1 Minute), einem vollständigen Stillstand (14 Minuten) und einem Leerlauf (1 Minute) in dieser Reihenfolge bestand. Die Auspuffgastemperatur unter einer vollen Last war am Einlaß des Turboladergehäuses 1050 ºC. Unter dieser Bedingung war die höchste Oberflächentemperatur der Auspuffsammelleitung etwa 980 ºC in einem Rohrsammelteil derselben, und die höchste Oberflächentemperatur des Turboladergehäuses war etwa 1020 ºC in einem Einschnürungsöffnungsteil desselben. Als Ergebnis des Auswertungsversuchs wurden keine Gasentweichung und keine Wärmerißbildung beobachtet. Es wurde so bestätigt, daß die Auspuffsammelleitung und das Turbinengehäuse, die aus dem hitzebeständigen austenitischen Gußstahl der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, eine ausgezeichnete Dauerhaftigkeit und Verläßlichkeit hatten.
Wie oben im einzelnen beschrieben, hat der hitzebeständige austenitische Gußstahl der vorliegenden Erfindung eine ausgezeichnete Hochtemperaturbeständigkeit, insbesondere bei 900 ºC oder höher, ohne Verschlechterung der Raumtemperaturduktilität und kann zu niedrigen Kosten hergestellt werden. Ein solcher hitzebeständiger austenitischer Gußstahl der vorliegenden Erfindung eignet sich besonders für Auspuffsystembauteile für Motoren usw., wie z.B. Auspuffsammelleitungen, Turbinengehäuse usw. Die aus einem solchen hitzebeständigen austenitischen Gußstahl gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Auspuffsystembauteile haben eine ausgezeichnete Hochtemperaturfestigkeit und zeigen damit eine äußerst gute Dauerhaftigkeit.

Claims

1. Hitzebeständiger austenitischer Gußstahl mit einer Zusammensetzung, die gewichtsmäßig aus:

C: 0,1-0,6 %;

Si: weniger als 1,5 %;

Mn: 1 % oder weniger;

Ni: 8-20 %;

Cr: 15-30 %;

Nb: 0,2-1 %;

W: 1,52-6 %;

B: 0,001-0,01 %;

S: 0,02-0,3 %;

wenigstens einem Element, das aus der aus Ce, La, Nd, Pr und Mg bestehenden Gruppe gewählt ist:

0,001-0,1 %;

wahlweisen Bestandteilen von

N: 0,01-0,3 %;

Ca: 0,001-0,1 %;

Mo: 0,2-1 %; und

Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen: Rest besteht.

2. Hitzebeständiger austenitischer Gußstahl nach Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung gewichtsmäßig:

C: 0,15-0,5 %;

Ni: 8-15 %;

Cr: 17-25 %;

Nb: 0,2-0,7 %;

W: 2-6 %;

B: 0,001-0,008 %;

S: 0,03-0,25 %;

wenigstens eines von Ce, La, Nd, Pr und Mg:

0,01-0,1 %; und

wahlweise Bestandteile

N: 0,05-0,2 %;

Ca: 0,01-0,1 %; und

Mo: 0,3-1 %

aufweist.

3. Auspuffsystembauteil, das aus einem hitzebeständigen austenitischen Gußstahl gemäß Anspruch 1 oder 2 hergestellt ist.

4. Auspuffsystembauteil nach Anspruch 3, welches Auspuffsystembauteil eine Auspuffsammelleitung ist.

5. Auspuffsystembauteil nach Anspruch 3, welches Auspuffsystembauteil en Turbinengehäuse ist.