JP2000204946A - ステンレス鋳鋼製排気系複合部品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ステンレス鋳鋼製排気系部品において、主要
管状部に、部品を連結するためにせん孔加工を施される
部材を有するステンレス鋳鋼製排気系複合部品を安価に
得る。 【解決手段】 ステンレス鋳鋼製排気系部品において、
主要管状部に、部品を連結するためにせん孔加工を施さ
れる部材を溶接又は機械的に結合した。さらに、同部品
は、重量比率で、Ｃ：０.０５〜１.２０％、Ｓｉ：２.
０％以下、Ｍｎ：２.０％以下、Ｎｉ：０.１〜２.０
％、Ｃｒ：１６〜２５％、Ｎｂおよび／またはＶ：０.
０１〜６.０％、Ｗおよび／またはＭｏ：１.０〜５.０
％を含むフェライト系ステンレス鋳鋼、または、Ｃ：
０.２〜１.０％、Ｓｉ：２.０％以下、Ｍｎ：２.０％以
下、Ｎｉ：８〜２０％、Ｃｒ：１５〜３０％、Ｎｂ：
０.２〜６.０％、Ｗ：１.０〜６.０％を含むオーステナ
イト系ステンレス鋳鋼からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用内燃機関
等の排気系部品に用いられる、ステンレス鋳鋼品に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】排気系部品は、例えば図７に示すような
排気マニホールド１、触媒ケースならびにタービンハウ
ジングなどがある。この内、排気マニホールドは一般的
にポート１.１、フランジ１.２、およびここでは図示し
ない熱遮蔽カバーを取付けるためにせん孔加工を施され
る部分１.３で構成されている。かかる排気系部品とし
ては、鋼材製のポートとフランジ及び部品を連結する部
材などを溶接するいわゆる板金品と、鋳造により一体に
製造される鋳物品がある。板金品には、図８に示すよう
な２枚の鋼板をプレス成形後、溶接接合して管状６.１
とし、さらに部品を連結する部材６.２を溶接したプレ
ス鋼板製排気マニホールド６がある。また、板金品の他
の例としては、図９に示すようなパイプを曲げ加工して
ポート形状７とし、さらに部品を連結する部材７.１を
溶接したパイプ製排気マニホールドがある。また、部品
を連結する部材には、ネジ孔加工が施されていた。この
板金による方法では安価に製造することができる。鋳物
品は、ポート、フランジ及び部品を連結する部分が、全
て一体で鋳造され、材質的には鋳鉄製およびステンレス
鋳鋼製がある。この鋳造による方法では、部品を連結す
る部材を含め、複雑な形状を容易に製造することができ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年自動車の居住性確
保のために、車体の寸法を確保したまま、客室寸法を大
きくすることが行われている。そのため、エンジンなど
を収容する車体前部の容積も極力減少させられている
が、環境問題への対応のためにエンジン以外の触媒など
の補器類が増加してきており、その間を縫って排気系部
品は配置されるため、従来にも増して複雑形状品への要
求が高くなっている。さらに、排気ガス規制に伴うエン
ジンの高性能化による排気ガス温度の上昇に対応するた
め、耐熱性、耐熱疲労性、耐酸化性に優れた排気系部品
に対する需要が高まっている。また、低熱容量化および
軽量化要求のため薄肉化の必要性がある。

【０００４】上記のうち、板金製排気マニホールドは、
板金プレス成形であるため、立体的に交差したポート形
状などの複雑形状品の製造は困難である。また、鋼板の
材質および肉厚は、プレス成形性により制限されるた
め、耐熱性、耐熱疲労性、耐酸化性が低く、これらを重
視した設計の自由度も低くなる。

【０００５】一方パイプ製排気マニホールドは、パイプ
のつぶれやき裂の発生を防ぐため、曲げ加工量に限界が
あり、ポートの形状自由度は低く、省スペース化が困難
である。パイプの材質および肉厚は、パイプ成形性およ
びパイプの曲げ加工性により制限されるため、耐熱性、
耐熱疲労性、耐酸化性が低く、これらを重視した設計の
自由度も低くなる。

【０００６】また、高Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄、ニレジスト鋳
鉄等の鋳鉄製排気マニホールドは、周知のように形状自
由度は高い。しかし、耐熱性、耐熱変形性、耐熱疲労
性、耐酸化性が低下するため、近年要求されている排ガ
ス温度の９００℃以上の高温には適用できない。

【０００７】次にステンレス鋳鋼製排気マニホールド
は、形状自由度が高く、近年要求されている高い排ガス
温度での耐熱性、耐熱疲労性、耐酸化性も優れており、
排気系部材としての需要が高まっている。しかしながら
ステンレス鋳鋼品は合金含有量が多く融点も高いことか
ら、鋳鉄鋳物に比べ鋳造ひけが大きく、また、湯流れ性
も悪いため押し湯の効果が得にくい。特に、最近は排気
系部材の軽量化が進み、例えば、排気系マニホールド主
要部の肉厚は平均的には５mm程度、特に薄い所では３mm
以下の肉厚が求められている。本願発明者の実験では先
に述べたステンレス鋳鋼を用いて排気マニホールドを製
造すると鋳造欠陥が発生することが認められた。特に排
気マニホールドの４mm以下の主要管状部に、部品を連結
するためにせん孔加工を施される部分が存在すると、そ
の部分が主要管状部に比べ、肉厚となるために、鋳造時
のひけ過大、湯流れ不良により、その部分に鋳造欠陥が
発生する場合があった。さらにこの部分は鋳造後、熱遮
蔽カバー等の取付けボルトのためのせん孔加工が施され
るため、内部欠陥が加工面に露出し、加工工具を傷める
ばかりでなく、内部欠陥が管状部材の内面と連通してい
る場合には、排気系部品の重要な要求機能である気密性
が得られなくなる場合があった。

【０００８】これらの状況を図で解説すると次のように
なる。図１３は熱遮蔽カバー等の取り付けのためにせん
孔加工される部分を一体鋳造したときの、前記部分の内
部に頻出する鋳造欠陥の一例を断面模式図で示したもの
である。この部材に、取付けボルト等のためのせん孔加
工を施した結果は、図１４に示されるようになる。すな
わち、せん孔加工によって、せん孔加工穴１０と、内部
に存在する鋳造欠陥９とが連結し、製品の内面と外面が
連通し、気密性が得られなくなる。せん孔加工１０を施
される部材の鋳造欠陥９は、外見上は健全に見えること
がほとんどの内部欠陥であるため、品質管理が難しく安
心して使用できないという問題を生じる。この問題は、
排気系部品の壁厚１.１が薄肉になるほど顕著になって
きている。

【０００９】このようなステンレス鋳鋼製排気系部品に
おいて、部品を連結するためにせん孔加工を施される部
分の鋳造欠陥の発生を防ぐための通常の対策は、押湯を
追加することが行われている。これは、このような鋳造
欠陥発生部が、周りに比べ肉厚となり、凝固が遅れ、周
囲からの溶湯補給がなされないことから、凝固時の溶湯
の補給を確保するためである。しかし、前述のような排
気系部品の複雑形状化に伴い、部品を連結するためにせ
ん孔加工を施される部分の位置も、鋳造上押湯設置が困
難な位置に配置されることが多い。例えば、図１０のよ
うにポート上の型割面Ｄ−Ｄから離れた位置にある、部
品を連結するためにせん孔加工を施される部分１.３
に、押湯を付加することは不可能である。その対策とし
て現状では、図１１のように型割面Ｄ−Ｄまで、部品を
連結するためにせん孔加工を施される部分１.３を移動
して、押湯１.４を付加したり、図１２のように型割面
Ｄ−Ｄから離れた位置にある、部品を連結するためにせ
ん孔加工を施される部分１.３と、型割面Ｄ−Ｄを繋ぐ
製品上湯道１.５を追加して、型割面Ｄ−Ｄ上の押湯１.
４の効果を得る方法を採用したりしている。

【００１０】しかし、型割面まで移動させる前者の方法
は、部品、例えば熱遮蔽カバーの取付け面高さを維持す
るために、部品を連結するためにせん孔加工を施される
部分１.３の高さが高くなり、大きくなった本部分に附
加される押湯も更に大きなものとなるため、歩留りは大
きく減少する。さらに本部分は、1つの製品につき複数
個（通常は３つ以上）必要で、全ての本部分に前述のよ
うな大きな押湯を附加することは製造上望ましくない。
また、他部品の干渉や、部品、例えば熱遮蔽カバーの剛
性設計上の問題から、位置変更ができない場合も多い。

【００１１】また、製品上に湯道を追加する後者の方法
は、押湯の効果を得るための製品上湯道１.５の大きさ
を確保するために、製品重量の増加や歩留りの低下、仕
上げ工数の増加を招くだけでなく、製品上湯道が他部品
へ干渉する場合もある。さらに製品上湯道１.５は十分
な大きさを確保できない場合が多く、部品を連結するた
めにせん孔加工を施される部分の、鋳造欠陥の発生を完
全に防止することができない原因となっている。

【００１２】なお、上記のような現象は、排気マニホー
ルドに限らず、触媒ケース、タービンハウジング等のス
テンレス鋳鋼製排気系部品全てにおいて問題となってい
る。

【００１３】本発明は、前述の事情に鑑みてなされたも
ので、排気系部品の主要部形状の自由度を向上するとと
もに、部品を連結するためにせん孔加工を施される部分
を有する排気系部品を、無欠陥且つ高効率で製造するこ
とを目的としている。特に、本発明は、ステンレス鋳鋼
製からなり、部品の薄肉化に対応できる排気系複合部品
を提供するものである。また、本発明は、上記の複合構
造を可能にする、最適な化学組成を有する排気系部品を
提供するものである。さらに、本発明は、排気系部品の
主要部と、部品を連結する機能を有する部分を、複合的
に製造する製造方法を提供するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者は、ステンレス鋳鋼製排気系部品の主要部
と、部品を連結するための部材の構造、および、それを
最も合理的に製造する方法を検討した。その結果、排気
系部品の主要部は、鋳造で一体的に製造して、薄肉形状
を維持しながら、形状の設計自由度を確保し、部品を連
結するためにせん孔加工を施される部材を、別途製造し
て連結し、複合構造にすることが、解決の手段であるこ
とに想到した。すなわち、本発明のステンレス鋳鋼製排
気系部品は、鋳造に支障をきたしやすい、部品を連結す
るためにせん孔加工を施される部分を別製造として、製
品の健全性を確保し、鋳造した主要部と、複合化した構
造であることが大きな特徴である。

【００１５】具体的に、本発明の第１の発明は、ステン
レス鋳鋼製排気系部品において、主要管状部に、部品を
連結する部材を有することを特徴とする、ステンレス鋳
鋼製排気系複合部品である。本発明でいうステンレス鋳
鋼製とは、Ｃ１.５％以下、Ｃｒ１０％以上を含むステ
ンレス鋳鋼、耐熱鋳鋼である。また、主要管状部とは、
例えば、図１に示す排気系部品の主要部となる厚さ１０
mm以下、特には５mm以下の管状の部分１１をいう。

【００１６】なお、排気系部品において、部品を連結す
るためにせん孔加工を施される部材とは、酸素センサー
取付けボス、熱遮蔽カバー取付けボス、ＥＧＲ取付けフ
ランジおよびステー取付けボス等を言う。これらの部品
は、排気系部品の機能を満足するために、重要な部品で
あり、それを連結する機能を持たせるために、せん孔加
工を施される部材は、その内部品質の健全性、特に、気
孔のないことが重要である。

【００１７】本発明の第２の発明は、ステンレス鋳鋼製
排気系部品において、主要管状部に、部品を連結する部
材が、ネジ孔を有することを特徴とする、ステンレス鋳
鋼製排気系複合部品である。

【００１８】本発明の第３の発明は、ステンレス鋳鋼製
排気系部品において、主要管状部に、部品を連結するた
めにせん孔加工を施される部材を、溶接したことを特徴
とする、ステンレス鋳鋼製排気系複合部品である。

【００１９】ここで、ステンレス鋳鋼製排気系部品の主
要管状部に、部品を連結するためにせん孔加工を施され
る部材を複数個有している場合、該部材を溶接するのは
１個であっても良く、その場合、他の該部材は、鋳造一
体で製造しても良い。

【００２０】以上述べた本発明のステンレス鋳鋼製排気
系複合部品は、例えば、ＪＩＳステンレス鋼鋳鋼、耐熱
鋼鋳鋼等で、主要管状部を鋳造して作ることができる。
部品を連結するためにせん孔加工を施される部材は、主
要管状部と同一または、類似の化学組成を有しているの
が製造しやすいが、溶接性、耐熱性、せん孔加工性を満
足すれば、異なる材料を選択しても良い。これが、本発
明のような複合化の特徴の１つでもあり、例えば、快削
元素を添加したステンレス耐熱鋼を選択し、せん孔加工
性を格段に向上させることも可能である。

【００２１】ここで、部品を連結するためにせん孔加工
を施される部材は、別体で圧延棒鋼のように製造し、切
断後に複合化することが可能で、排気系部品と同じ型内
にて鋳造し、鋳造後切離し加工しても良い。また、せん
孔加工は溶接前に行うことも、また、溶接後に行っても
よい。

【００２２】また、溶接とは、例えばＭＩＧ溶接、ＴＩ
Ｇ溶接、圧接および摩擦圧接などの、金属母材の溶融や
金属原子の拡散を伴う接合、およびろう接を言う。ろう
接の方法としては、ガス炎、炉、電気抵抗熱等で加熱し
て、ろう金属のみを溶かして溶接するガスろう付、炉内
ろう付、抵抗ろう付等がある。主要管状部、部品を連結
するためにせん孔加工を施される部材、溶接材を同種の
更に好適には同材質を用いると熱膨張に差が無くなり、
高温での熱疲労寿命が向上する。

【００２３】本発明の第４の発明は、ステンレス鋳鋼製
排気系部品において、主要管状部に、部品を連結するた
めにせん孔加工を施される部材を、機械的に結合したこ
とを特徴とする、ステンレス鋳鋼製排気系複合部品であ
る。ここで、機械的結合とは、例えば図１５に示すネジ
結合、図１６に示す圧入結合などの、形状的な拘束力や
摩擦力を用いた結合を言う。

【００２４】ここで、ステンレス鋳鋼製排気系部品の主
要管状部に、部品を連結するためにせん孔加工を施され
る部材を複数個有している場合、該部材を機械的に結合
するのは１個であっても良く、その場合、他の該部材
は、鋳造一体で製造しても良い。さらに、同一のステン
レス鋳鋼製排気系部品の主要管状部に、該部材を溶接し
たものと、機械的に結合したものを有していても良い。

【００２５】本発明の第５の発明は、ステンレス鋳鋼製
排気系部品において、主要管状部に、部品を連結するた
めにせん孔加工を施される部材を、溶接または機械的に
結合するための台座を、一体で鋳造したことを特徴とす
る、ステンレス鋳鋼製排気系複合部品である。ここで、
図１７に示すように、台座部の肉厚ｔ′は、主要管状部
分の肉厚ｔと同じ肉厚にすると鋳造時の湯流れが乱され
ることがなく、鋳造欠陥が発生しにくい。図１８に示す
ように台座部の肉厚ｔ‘は、主要管状部分の肉厚ｔに近
いことが望ましいが、気密性を阻害するような、鋳造欠
陥が発生し難い範囲であれば、多少厚くなってもよい。
ただし、押湯を付加しやすい部位の台座についてはこの
限りではない。

【００２６】排気系部品の主要管状部は、通常曲面であ
るため、部品を連結するためにせん孔加工を施される部
材を、溶接または機械的に結合する場合、溶接時の安定
が悪くなって位置ずれを生じたり、機械的な結合が不充
分となる。従って、その部位は平面である必要があり、
この台座が必要となる。

【００２７】また、この台座には、部品を連結するため
にせん孔加工を施される部材、例えば、熱遮蔽カバー取
付けボスが付き、その熱遮蔽カバー取付けボスは複数個
（通常は３つ以上）ある。そのため、それら複数のボス
とボスの間隔や、ボスと熱遮蔽カバーの取付け部の位置
精度を向上させることを目的として、加工を施すことも
できる。このような場合、加工後の肉厚を確保するため
に、気密性を阻害するような鋳造欠陥が発生し難い範囲
で、台座部の肉厚を厚くすることができる。

【００２８】また、部品を連結する部分の主要管状部か
らの高さを調節し、且つ、部品を連結するためにせん孔
加工を施される部材の共用化を図るために、台座の高さ
を調節することも有効である.このような場合にも、台
座および高さを調節するために付加した部分の肉厚と、
主要部分の肉厚が近いことが望ましいが、気密性を阻害
するような鋳造欠陥が発生し難い範囲であれば、多少厚
くなってもよい。

【００２９】本発明の第６の発明は、ステンレス鋳鋼製
排気系部品において、排気系部品の主要管状部の肉厚
が、肉厚の大部分において、５mm以下であることを特徴
とする、ステンレス鋳鋼製排気系複合部品である。ここ
で、肉厚の大部分とは肉厚の５０％以上での部分のこと
を言う。

【００３０】低熱容量化および軽量化要求のため薄肉化
の必要性がある。低熱容量化は、排気系部品への熱の蓄
積を防ぎ、軽量化は車重を低減するため、排気系部品の
大部分を占める、主要管状部の肉厚を薄くする必要があ
る。

【００３１】本発明を検討する過程で、特に薄肉主要部
の厚みが、２mm〜５mm程度の、排気部品を鋳造で製造
し、しかも、その耐熱性や鋳造性を向上させるには、さ
らに、望ましい化学組成が存在することが分かった。以
下に、本発明に適するフェライト系ステンレス鋳鋼と、
オーステナイト系ステンレス鋳鋼について述べる。

【００３２】本発明の第７の発明は、ステンレス鋳鋼製
排気系部品の主要管状部すなわち鋳造部の化学組成が、
重量比率で、Ｃ：０.０５〜１.２０％、Ｓｉ：２.０％
以下、Ｍｎ：２.０％以下、Ｎｉ：０.１〜２.０％、Ｃ
ｒ：１６〜２５％、Ｎｂおよび／またはＶ：０.０１〜
６.０％、Ｗおよび／またはＭｏ：１.０〜５.０％、を
含むフェライト系ステンレス鋳鋼からなることを特徴と
する、ステンレス鋳鋼製排気系複合部品である。

【００３３】前記フェライト系ステンレス鋳鋼は、通常
のα相のほかにγ相からα相＋炭化物に変態した相（以
下α′相という）を有するとともに、α′相の面積率
｛α′／（α′＋α）｝が２０〜９０％であると良い。

【００３４】さらに、前記フェライト系ステンレス鋳鋼
は重量比率で、Ｎ：０.０１〜０.１５％、Ｃ−Ｎｂ／
８：０.０５〜０.４５％を含有すると好適である。

【００３５】本発明の第８の発明は、ステンレス鋳鋼製
排気系部品が、重量比率で、Ｃ：０.２〜１.０％、Ｓ
ｉ：２.０％以下、Ｍｎ：２.０％以下、Ｎｉ：８〜２０
％、Ｃｒ：１５〜３０％、Ｎｂ：０.２〜６.０％、Ｗ：
１.０〜６.０％を含む、オーステナイト系ステンレス鋳
鋼製排気系部品である。本オーステナイト系ステンレス
鋳鋼を用いることにより、さらに高温域においても十分
な耐熱性を有する。

【００３６】さらに、前記オーステナイト系ステンレス
鋳鋼製排気系部品は、重量比率で、Ｂ：０.００１〜０.
０１％、Ｍｏ：０.２〜１.０％、Ｃｏ：２０％以下、
Ｎ：０.０１〜０.３％、Ｓ：０.０１〜０.５％のいずれ
か一種以上、Ｃ−Ｎｂ／８：０.０５〜０.６％を含有す
ると好適である。

【００３７】本発明の第９の発明は、ステンレス鋳鋼製
排気系部品の主要部を鋳造で製造した後、主要管状部
に、部品を連結するためにせん孔加工を施される部材
を、溶接することを特徴とする、ステンレス鋳鋼製排気
系複合部品の製造方法である。ここで、部品を連結する
ためにせん孔加工を施される部材は、主要管状部の台座
部に平面加工を施した後に溶接しても良い。排気系部品
を鋳造後、主要管状部に、部品を連結するためにせん孔
加工を施される部材を溶接するので、主要管状部と、部
品を連結するためにせん孔加工を施される部材が、無欠
陥で強固に結合される。

【００３８】ここで、部品を連結するためにせん孔加工
を施される部材は、別体で圧延棒鋼のように製造するこ
とが可能で、排気系部品と同じ型内にて鋳造し、鋳造後
切離し加工しても良い。また、せん孔加工は溶接前に行
うことも、また、溶接後に行ってもよい。

【００３９】また、溶接とは、例えばＭＩＧ溶接、ＴＩ
Ｇ溶接、圧接および摩擦圧接などの、金属母材の溶融や
金属原子の拡散を伴う接合、およびろう接を言う。ろう
接の方法としては、ガス炎、炉、電気抵抗熱等で加熱し
て、ろう金属のみを溶かして溶接するガスろう付、炉内
ろう付、抵抗ろう付等がある。

【００４０】本発明の第１０の発明は、ステンレス鋳鋼
製排気系部品の主要部を鋳造で製造した後、主要管状部
にタップ加工または、せん孔加工を施し、部品を連結す
るためにせん孔加工を施される部材を、機械的に結合す
ることを特徴とする、ステンレス鋳鋼製排気系複合部品
の製造方法である。主要管状部に、部品を連結するため
にせん孔加工を施される部材を、機械的に結合するの
で、主要管状部と、部品を連結するためにせん孔加工を
施される部材が、強固に結合され仕上げ工数が少なくな
る。

【００４１】ここで、機械的結合とは、例えば図１５に
示すネジ結合、図１６に示す圧入結合などの、形状的な
拘束力や摩擦力を用いた結合を言う。また、部品を連結
するためにせん孔加工を施される部材は、主要管状部の
台座部に平面加工を施した後、この台座部にタップ加工
または、せん孔加工を施し機械的に結合しても良い。

【００４２】本発明の第７の発明の、ステンレス鋳鋼製
排気系部品の各合金元素の組成範囲、および相の組合せ
の限定理由について詳細に説明する。

【００４３】（１）Ｃ（炭素）：０.０５〜１.２％ Ｃは、溶湯の流動性即ち流動性を改善するので、主要管
状部が５mm以下の薄肉の鋳造品を製造するには非常に大
切な元素である。またＣは、α′相を適当量生成する作
用を有し、さらには９００℃以上の高温における強度を
高く維持する働きがある。これらの作用を有効に発揮す
るために、Ｃは０.０５％以上必要である。なお、一般
のフェライト系ステンレス鋳鋼では室温でα相のみであ
るが、炭素量の調整により、高温から常温まで存在する
α相のほかに、高温ではＣが固溶したγ相ができる。こ
のγ相は冷却中に炭化物を析出して（α相＋炭化物）に
変態する。このような相をα′相と呼ぶ。

【００４４】一方、Ｃの含有量が１.２％を越えると
α′相が存在しにくくなって、マルテンサイト組織にな
り、また耐酸化性、耐蝕性、および、台座の加工や、部
品を連結するためにせん孔加工を施される部材に適用し
た場合の、せん孔加工時の加工性の低下を引き起こす、
Ｃｒ炭化物の析出が顕著になる。また、部品を連結する
ためにせん孔加工を施される部材との溶接性を考えて
も、Ｃの上限は１.２％である。このため、Ｃは０.０５
〜１.２％とする。望ましくは０.１〜１.０％である。

【００４５】（２）Ｓｉ（ケイ素）：２.０％以下 Ｓｉは、本Ｆｅ−Ｃｒ系合金のγ相の範囲を狭め、組織
の安定性を増し、耐酸化性の改善効果もある。さらに、
鋳造性の改善、脱酸剤としての作用、溶接性の向上、鋳
物のピンホール欠陥の低減効果等もある。しかし多すぎ
ると、Ｃとのバランス（炭素当量）により一次炭化物を
粗大化し、鋳鋼や部品を連結するためにせん孔加工を施
される部材の加工性、溶接性を低下したり、また、フェ
ライト基地組織中のＳｉ含有量が過多となって延性の低
下を起こしたり、高温でのδ相を形成したりする。この
ため、Ｓｉの含有量は２.０％以下とする。望ましくは
０.３〜１.５％である。

【００４６】（３）Ｍｎ（マンガン）：２.０％以下 Ｍｎは、Ｓｉと同様に溶湯の脱酸剤として有効であり、
また鋳造時の湯流れ性を向上させて生産性を改善する。
このような作用を有効にするためと、多量に含むと溶接
性の阻害や、靱性が低下するため、Ｍｎの含有量を２.
０％以下とする。望ましくは０.３〜１.５％である。

【００４７】（４）Ｎｉ（ニッケル）：０.１〜２.０％ Ｎｉは、Ｃと同様にγ相形成元素であり、α′相を適当
量存在させるためには、０.１％以上添加するのが好ま
しい。一方、２.０％を越えると耐酸化性の優れたα相
が減少し、かつα′相がマルテンサイト化して著しく延
性を低下させる。そのためＮｉ含有量を２.０％以下と
する。望ましくは０.３〜１.５％である。

【００４８】（５）Ｃｒ（クロム）：１６〜２５％ Ｃｒは、耐酸化性を改善し、フェライト組織を安定にす
る元素であるが、その効果を確実にするため１６％以上
とする。一方、多量の添加はＣｒの一次炭化物を粗大化
させ、高温でのδ相形成を助長し、著しく脆化を起こ
す。そのため、Ｃｒの上限を２５％とする。望ましくは
１７〜２２％である。

【００４９】（６）Ｎｂ（ニオブ）および／またはＶ
（バナジウム）：０.０１〜６.０％ Ｎｂおよび／またはＶは、Ｃと結合して微細な炭化物を
形成し、高温での引張強さならびに耐熱疲労性を増大さ
せる。また、Ｃｒの炭化物の生成を抑制することによっ
て耐酸化性と切削性を向上させ、部品を連結するために
せん孔加工を施される部材のせん孔にも有利である。さ
らに、溶接性を向上させる。このような目的でＮｂおよ
び／またはＶは０.０１％以上とする。しかし、多量に
添加すると、結晶粒界に生成する共晶炭化物が多くな
り、強度と延性が著しく低下するし、主要管状部に、部
品を連結するためにせん孔加工を施される部材を、溶接
する時の溶接性も阻害するので、Ｎｂおよび／またはＶ
の含有量は６.０％以下とする。望ましくは０.５〜３.
０％である。

【００５０】（７）Ｗ（タングステン）および／または
Ｍｏ（モリブデン）：１.０〜５.０％ Ｗは、フェライト基地を強化して、室温における延性を
損なわずに、高温強度を向上させる作用を有する。従っ
て、耐クリープ性および、変態点温度上昇による耐熱疲
労性向上の目的で、１.０％以上のＷを添加する。しか
し、その含有量が５.０％を越えると、粗大な共晶炭化
物が生成し、延性の低下および、部品を連結するために
せん孔加工を施される部材や、台座のせん孔加工性（以
下、機械加工性ともいう）の悪化を引き起こすので、
５.０％以下とする。

【００５１】なお、Ｗとほぼ同様の効果は、Ｍｏを添加
しても得られるので、Ｍｏを単独、またはＷとＭｏを複
合添加することも可能である。望ましくは１.０〜３.０
％である。

【００５２】（８）残部 残部は、Ｆｅからなり、Ｐ、Ｓ等の一般的に考えられる
不可避的不純物を、一般的な量含むことができるものか
ら構成される。必要に応じて、Ｎを添加することもでき
る。

【００５３】（９）α′相の面積率：２０〜９０％ 本フェライト系ステンレス鋳鋼は、通常のα相のほかに
γ相から（α相＋炭化物）に変態したα′相を有する。
なお通常のα相とはδ（デルタ）フェライトを意味す
る。また、析出した炭化物は、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｗ、Ｎｂ等
の炭化物（Ｍ23Ｃ6、Ｍ7Ｃ3、ＭＣ等）である。この
α′相の面積率｛α′／（α＋α′）｝が２０％未満で
は、室温における延性が低く、鋳鋼は極めて脆い。一
方、９０％を越えると硬くなりすぎ、室温における延性
が低下するとともに、機械加工性が著しく悪くなる。そ
のため面積率｛α′／（α＋α′）｝は２０〜９０％と
する。望ましくは２０〜６０％である。

【００５４】（１０）Ｎ（窒素）：０.０１〜０.１５％ Ｎは、Ｃと同様に、高温強度および耐熱疲労性を改善す
る元素で、０.０１％以上で効果が現れる。一方、製造
の安定性を確保するためと、Ｃｒ窒化物の析出による脆
化を避けるため、０.１５％以下とする。望ましくは０.
０３〜０.１０％である。

【００５５】（１１）Ｃ−Ｎｂ／８：０.０５〜０.４５
％ 本フェライト系ステンレス鋳鋼は、Ｎｂの共晶炭化物を
生成させて、鋳造性を高めると共に、γ相から変態した
α′相を生成させ、高強度、高延性を得ている。共晶炭
化物（ＮｂＣ）は、重量比率でＣとＣの８倍のＮｂとで
形成されるが、共晶炭化物（ＮｂＣ）のほかにα相を適
量得るには、共晶炭化物生成に消費されるＣ以上のＣが
必要となる。即ち、Ｃ−Ｎｂ／８が０.０５％以上必要
である。しかし、Ｃ−Ｎｂ／８が０.４５％を越えると
硬く脆くなるので、０.０５〜０.４５％とする。望まし
くは０.１０〜０.３０％である。

【００５６】本発明の第８の発明の、オーステナイト系
ステンレス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。

【００５７】（１）Ｃ（炭素）：０.２〜１.０％ Ｃは、溶湯の流動性、即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。一方、一次および二次炭化物を形成し、高温強度を
高める作用もある。Ｎｂと共晶炭化物を形成し、鋳造性
を高める作用がある。さらに、溶接性を向上させるとと
もに、溶接割れを低減する作用がある。このような作用
を有効に発揮するために、Ｃは０.２％以上必要であ
る。

【００５８】しかし、Ｃの含有量が１.０％を越えると
共晶炭化物をはじめ、各種の炭化物の析出量が多くなり
過ぎて脆化し延性が低下すると共に加工性が劣化する。
また、部品を連結するためにせん孔加工を施される部材
との溶接性を考えてもＣの上限は１.０％である。この
ため、Ｃは、０.２〜１.０％とする。望ましくは、０.
３〜０.６％である。

【００５９】（２）Ｓｉ（ケイ素）：２.０％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、溶接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、鋳造性
の劣化を招きまた、加工性、溶接性の阻害や溶接割れを
助長するので、Ｓｉの含有量は２％以下とする。望まし
くは０.３〜１.５％である。

【００６０】（３）Ｍｎ（マンガン）：２.０％以下 Ｍｎは、Ｓｉと同様に溶湯の脱酸剤として有効であるほ
か、溶接性向上にも有効である。さらに、溶接割れの低
減に有効である。しかし、あまり多く加えると耐酸化性
の劣化や、靱性が低下するので、２％以下とする。望ま
しくは、０.３〜１.５％である。

【００６１】（４）Ｎｉ（ニッケル）：８〜２０％ Ｎｉは、後記のＣｒとともに本ステンレス鋳鋼をオース
テナイト組織とし、その組織を安定にして鋳造性を高め
るのに有効な元素である。特に、９００℃以上の高温域
において、特に本発明の望ましい肉厚である５mm以下の
主要管状部において、良好な鋳造性を有するためには、
８％以上の添加が必要である。さらに、溶接割れの低減
に有効である。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。望ま
しくは、８〜１５％である。

【００６２】（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。さらに、
溶接性を向上させるのに有効である。特に、９００℃の
高温域でこれらの効果を有効なものにするためには、１
５％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、さらに
はα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。望まし
くは、１７〜２５％である。

【００６３】（６）Ｎｂ（ニオブ）：０.２〜６.０％ 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、含有量は０.２％以上必要であ
る。しかし、多量に添加すると、結晶粒界に生成する共
晶炭化物が多くなって脆化し、強度と延性が著しく低下
し、さらに、溶接割れを助長するので、Ｎｂの含有量は
６.０％以下とする。望ましくは、１.０〜４.０％であ
る。

【００６４】（７）Ｗ（タングステン）：１.０〜６.０
％ Ｗは、高温強度を改善する。この効果を得るためには
１.０％以上の添加が必要である。しかし、多量に添加
すると耐酸化性が劣化するので６.０％が上限である。
そのためＷの含有量は１.０〜６.０％とする。望ましく
は、２.０〜４.０％である。なお、Ｗとほぼ同様の効果
はＭｏを添加しても得られるので、Ｗの一部または全量
を、Ｍｏに置換することも可能である。この場合、重量
比率でＷ＝２Ｍｏの割合でＷをＭｏに置換するものとす
る。

【００６５】（８）残部 残部は、Ｆｅからなり、Ｐ、Ｓ等の一般的に考えられる
不可避的不純物を、一般的な量含むことができるものか
ら構成される。必要に応じて、Ｎを添加することもでき
る。

【００６６】（９）Ｂ（ボロン）：０.００１〜０.０１
％ Ｂは、鋳鋼の結晶粒界を微細にするとともに、その凝集
粗大化を遅らせ、高温強度と靱性を改善する。このた
め、０.００１％以上の添加が望ましい。一方、Ｂの多
量の添加は硼化物を析出させ、高温強度を劣化させるの
で、０.０１％を上限とする。そのためＢの含有量は０.
００１〜０.０１％とする。

【００６７】（１０）Ｍｏ（モリブデン）：０.２〜１.
０％ Ｍｏ、はＷと同様の作用を有する元素である。また、溶
接性を向上させるとともに、溶接割れを低減する作用を
有する。しかし、Ｍｏの単独添加はＷよりも効果が少な
い。Ｗの一部を置換し複合効果させるためＭｏの添加量
は０.２〜１.０％とするのがよい。

【００６８】（１１）Ｃｏ（コバルト）：２０％以下 Ｃｏは、Ｎｉと同様オーステナイト組織を安定にし、高
温強度を高める元素であり、特にＮｉと複合添加させる
ことにより、一層オーステナイト組織が安定する。ま
た、Ｓが存在する使用雰囲気では、Ｎｉは低融点の硫化
物をつくるため、特にＣｏの使用が有利である。Ｎｉと
Ｃｏは相互に置換することが可能であるが、Ｎｉ＋Ｃｏ
の合計が３０％を越えても効果が飽和し、経済的にも不
利であるので８％以上、３０％以下とする。なお、Ｃｏ
単独で２０％を越えても効果が飽和し、経済的にも不利
であるので、２０％以下とする。

【００６９】（１２）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主要管状部を、鋳造で製造
する際に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、本系ステンレス鋳鋼のような、オーステナイ
ト系ステンレス鋳鋼に特有な、被削性が悪いという欠点
を改善できる。特に、部品を連結するためにせん孔加工
を施される部材を、Ｎを含有した鋼で製作し、主要管状
部に結合したものは、せん孔加工性が良好となって都合
が良い。

【００７０】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−Ｃｒ２
３Ｃ６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。望ましくは、０.０３〜０.２％である。

【００７１】（１３）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。これは、主要管状部の加工や、部品
を連結するためにせん孔加工を施される部材の、せん孔
加工に有効となる。この効果を得るためには、０.０１
％以上必要である。しかし、多量に添加すると、粒界に
硫化物が多量に析出し、高温強度を劣化させ、溶接割れ
を助長し、さらに靱性が低下するので、０.５％を限度
とする。そのため、Ｓの含有量は０.０１〜０.５％であ
る。望ましくは、０.０３〜０.２５％である。

【００７２】（１４）Ｃ−Ｎｂ／８：０.０５〜０.６％ 本オーステナイト系ステンレス鋳鋼は、Ｎｂの共晶炭化
物を生成させて鋳造性を高めると共に、適当量の炭化物
を析出させ、高強度を得ている。共晶炭化物（ＮｂＣ）
は、重量比率でＣとＣの８倍のＮｂとで形成されるが、
共晶炭化物（ＮｂＣ）のほかに析出炭化物を適当量得る
には、共晶炭化物生成に消費されるＣ以上のＣが必要と
なる。即ち、Ｃ−Ｎｂ／８が、０.０５％以上必要であ
る。しかし、Ｃ−Ｎｂ／８が０.６％を越えると硬く脆
くなり、延性と加工性が劣化するので、０.０５〜０.６
％とする。特に、薄肉鋳物では共晶炭化物の割合は鋳造
性に重要であるので、望ましくは０.０７〜０.３％であ
る。

【００７３】本発明によれば、ステンレス鋳鋼製排気系
部品を鋳造後、主要管状部に、部品を連結するためにせ
ん孔加工を施される部材を、溶接または機械的に結合す
る。これにより、鋳造ひけが大きく、湯流れ性も悪いス
テンレス鋳鋼であっても、厚肉となる、部品を連結する
ためにせん孔加工を施される部分を、鋳造することがな
いので、主要管状部の肉厚変動が少なくなり、主要管状
部は無欠陥で鋳造できる。しかも、鋳造後には、部品を
連結するためにせん孔加工を施される部分がないため、
押湯切断、バリ取り等の仕上げ工数が少なくて済む。

【００７４】本発明により得られた、ステンレス鋳鋼性
複合排気系部品は、主要管状部が肉厚が薄いにもかかわ
らず、健全な鋳造品として得られ、さらに、無欠陥の、
部品を連結するためにせん孔加工を施される部材を、溶
接やろう接、または機械的な結合で複合化した構造なの
で、せん孔加工による欠陥発生も阻止される。よって、
自動車部材として必要な、部品を連結する機能が十分満
足されるのである。

【００７５】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を詳細に説明
するが、本発明はこれらの実施例により何等限定される
ものではない。

【００７６】

【実施の形態１】図１は、本発明を熱遮蔽カバー取付け
ボス部２を有する、内燃機関用排気マニホールド１に実
施した例である。図2にボス部のＡ−Ａ断面図を示す。
排気マニホールド１は、そのポート１１を、主要肉厚４
mm、台座肉厚６mm、および台座径φ２０mmで、本発明材
のオーステナイト系ステンレス鋳鋼で鋳造する。このと
きのステンレス鋳鋼材の化学成分を表１に示す。なお、
高さを調節した台座１３は、ポート１１と繋がってお
り、主要管状部と一体で鋳造されている。

【００７７】表１において、比較例８から１０は、本発
明材のオーステナイト系ステンレス鋳鋼材を用いて、排
気マニホールドと熱遮蔽カバー取付けボス部を一体で鋳
造したものである。また、比較例１１は、汎用オーステ
ナイト系耐熱鋳鋼、ＪＩＳ規格ＳＣＨ−１２材を用い
て、排気マニホールドと熱遮蔽カバー取付けボス部を一
体で鋳造したものである。

【００７８】鋳造後、形成された台座に、別体で製造さ
れたφ１５mm×２０mm、Ｍ８ネジ加工を施された熱遮蔽
カバー取付けボス２を、φ１.２mmのオーステナイト系
ステンレスワイヤを用いたステンレスＭＩＧパルス溶接
法により、電流１３０Ａ、電圧１７Ｖおよび送り速度８
０ｃmmｉｎ.の条件で溶接結合した。これにより排気マ
ニホールド１が形成される。本発明例のボス２は内燃機
関用マニホールドのポート１１に結合され、無欠陥のポ
ート１１および無欠陥のボス２により構成されるマニホ
ールド１を高効率で製造することができた。また、表２
に示すように、本発明による方法で製造された排気マニ
ホールドは、排気マニホールドと熱遮蔽カバー取付けボ
ス部を一体で鋳造する、従来の方法と比較して、歩留り
が１６％向上し、合格率が１２％向上した。すなわち、
本発明による方法は、同一の本発明材を用いて鋳造して
も、排気マニホールドと熱遮蔽カバー取付けボス部を一
体で鋳造する、従来の方法と比較すると、歩留まり、合
格率が向上することがわかる。

【００７９】また、本排気マニホールドの鋳造時に、Ｊ
ＩＳ規格Ｙ形Ｂ号供試材を同時に作製し、以下に述べる
各種の評価試験を行った。

【００８０】（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。

【００８１】（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。

【００８２】（３）熱疲労試験 標点間距離が２０mm、標点の直径が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。

【００８３】（４）酸化試験 直径１０mm、長さ２０mmの丸棒試験片を作成し、１００
０℃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。

【００８４】以上の室温引張試験結果と高温引張試験結
果を表３に、熱疲労試験結果と酸化試験結果を表４に示
す。本発明による方法で製造された排気マニホールド
は、従来材である比較例１１と比較して、室温性質は同
等以上であって、高温性質がさらに優れていることがわ
かる。

【００８５】

【表１】 化学成分（重量％、残部Ｆｅ） 実施例 Ｃ Ｓｉ Ｍｎ Ｎｉ Ｃｒ Ｗ Ｎｂ Ｍｏ Ｃｏ Ｂ Ｎ Ｓ C-Nb/8 No.1 0.38 0.95 0.56 9.5 19.8 2.07 0.42 0.65 9.8 0.004 - - 0.33 2 0.30 0.85 0.54 10.5 19.9 2.04 0.31 0.45 - 0.003 - - 0.26 3 0.43 0.94 0.54 9.4 20.3 3.10 0.44 - 4.3 0.003 - - 0.38 4 0.29 1.12 0.50 9.6 19.8 2.91 0.28 - - 0.004 - - 0.26 5 0.45 0.86 1.08 10.8 20.1 3.00 2.50 - - - 0.12 0.10 0.14 6 0.43 0.77 0.66 10.1 20.6 2.96 1.53 - - - 0.09 0.40 0.24 7 0.80 0.68 0.79 10.2 21.1 3.54 5.95 - - - 0.14 0.13 0.06比較例 No.8 0.27 1.08 1.09 12.2 21.5 2.86 3.08 0.45 11.8 0.004 - - 0.28 9 0.28 0.96 0.42 10.5 20.4 2.13 0.38 0.52 - 0.004 - - 0.23 10 0.70 1.12 1.05 15.3 20.9 3.83 3.65 - - - 0.08 0.09 0.24 11 0.21 1.24 0.50 9.1 18.8 - - - - - - - -

【００８６】

【表２】

【００８７】

【表３】 室温引張試験結果 高温引張試験結果(1000℃) 0.2%耐力 引張強さ 伸び 硬度 0.2%耐力 引張強さ 伸び 実施例 (Mpa) (Mpa) (%) (HB) (Mpa) (Mpa) (%) No. 1 290 540 6 217 56 90 30 2 285 540 11 183 60 97 34 3 315 540 10 201 54 89 39 4 275 590 18 179 66 93 43 5 350 570 17 179 60 110 55 6 355 555 9 187 67 108 37 7 390 625 8 187 78 114 31比較例 No. 8 340 560 15 179 52 82 33 9 365 575 12 187 60 91 39 10 370 580 9 192 69 101 43 11 250 560 20 170 31 52 50

【００８８】

【表４】

【００８９】

【実施の形態２】図３は本発明を、熱遮蔽カバー取付け
ボス部２を有する、内燃機関用触媒ケース３に実施した
例である。図４にボス部のＢ−Ｂ断面図を示す。触媒ケ
ース３は、その主要管状部１４を、主要肉厚８mm、台座
肉厚１２mm、および台座径φ１８mmで、本発明材のフェ
ライト系ステンレス鋳鋼にて鋳造する。このときのステ
ンレス鋳鋼材の化学成分を表５に示す。

【００９０】表５において、比較例１７、１８は、本発
明材のフェライト系ステンレス鋳鋼材を用いて、触媒ケ
ースと熱遮蔽カバー取付けボス部を一体で鋳造したもの
である。また、比較例１９は、汎用オーステナイト系耐
熱鋳鋼、ＪＩＳ規格ＳＣＨ−１２材を用いて、触媒ケー
スと熱遮蔽カバー取付けボス部を一体で鋳造したもので
ある。

【００９１】鋳造後形成された触媒ケースの台座面にフ
ライス加工を施す。別体で製造されたφ１４×１５mm、
Ｍ８ネジ加工を施された熱遮蔽カバー取付けボス２を、
摩擦圧接法により、回転数４０００ｒｐｍ、摩擦圧力６
ｋｇｆ／mm^２、摩擦時間４ｓｅｃ.、アプセット圧力１
２ｋｇｆ／mm^２、およびアプセット時間１０ｓｅｃ.の
条件で結合した。これにより内燃機関用触媒ケース３が
形成される。本発明例のボス部２は内燃機関用触媒ケー
スの主要管状部１４に結合され、無欠陥の主要管状部１
４および無欠陥のボス２により構成される触媒ケース３
を高効率で製造することができた。また、表６に示すよ
うに、本発明による方法で製造された触媒ケースは、触
媒ケースと熱遮蔽カバー取付けボス部を一体で鋳造す
る、従来の方法と比較して、歩留りが８％向上し、合格
率が１６％向上した。すなわち、本発明による方法は、
同一の本発明材を用いて鋳造しても、触媒ケースと熱遮
蔽カバー取付けボス部を一体で鋳造する、従来の方法と
比較すると、歩留まり、合格率が向上することがわか
る。

【００９２】また、本触媒ケースの鋳造時に、ＪＩＳ規
格Ｙ形Ｂ号供試材を同時に作製し、以下に述べる各種の
評価試験を行った。

【００９３】（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。

【００９４】（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、９００℃で行った。

【００９５】（３）熱疲労試験 標点間距離が２０mm、標点の直径が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：１００℃ 上限温度：９００℃ 各１サイクル：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。

【００９６】（４）酸化試験 直径１０mm、長さ２０mmの丸棒試験片を作成し、９００
℃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/cm²）を求めることにより、耐酸化性を評価した。

【００９７】以上の室温引張試験結果と高温引張試験結
果を表７に、熱疲労試験結果と酸化試験結果を表８に示
す。本発明による方法で製造された触媒ケースは、従来
材である比較例１９と比較して、室温性質は同等以上で
あって、高温性質がさらに優れていることがわかる。

【００９８】

【表５】 化学成分（重量％、残部Ｆｅ） 実施例 Ｃ Ｓｉ Ｍｎ Ｎｉ Ｃｒ Ｗ Ｍｏ Ｎｂ Ｖ Ｎ C-Nb/8 No.12 0.29 0.71 0.54 0.96 19.1 1.26 - 0.09 - - 0.28 13 0.26 0.60 0.71 0.72 18.3 1.97 - 0.09 - - 0.25 14 0.27 0.82 0.93 0.68 18.5 2.20 - - 0.08 - - 15 0.61 1.14 0.80 1.22 17.5 2.78 - 2.81 - 0.08 0.26 16 0.47 0.97 0.65 1.11 19.3 - 1.90 1.33 - 0.08 0.30比較例 No.17 0.26 0.70 0.61 0.71 19.3 1.97 - 0.09 - - 0.25 18 0.47 0.90 0.63 1.01 20.3 - 1.90 1.33 - 0.07 0.30 19 0.21 1.24 0.50 9.1 18.8 - - - - - -

【００９９】

【表６】

【０１００】

【表７】 室温引張試験結果 高温引張試験結果(900℃) 0.2%耐力 引張強さ 伸び 硬度 0.2%耐力 引張強さ 伸び 実施例 (Mpa) (Mpa) (%) (HB) (Mpa) (Mpa) (%) No.12 355 455 8 192 28 42 49 13 360 485 6 197 27 45 42 14 330 450 6 192 25 38 43 15 370 490 5 201 26 51 50 16 350 470 5 192 27 59 58比較例 No.17 330 495 5 197 25 46 53 18 350 500 6 197 27 53 55 19 250 560 20 170 65 128 31

【０１０１】

【表８】

【０１０２】

【実施の形態３】図５は本発明を、ステー取付けボス部
５を有する、内燃機関用タービンハウジング４に実施し
た例である。図６にボス部のＣ−Ｃ断面図を示す。ター
ビンハウジング４は、そのスクロール部１５を、主要肉
厚５mm、台座肉厚８mm、および台座径１８mmで、本発明
材のフェライト系ステンレス鋳鋼で鋳造する。このとき
のステンレス鋳鋼材の化学成分を表９に示す。

【０１０３】表９において、比較例２５、２６は、本発
明材のフェライト系ステンレス鋳鋼材を用いて、タービ
ンハウジングとステー取付けボスを一体で鋳造したもの
である。また、比較例２７は、汎用オーステナイト系耐
熱鋳鋼、ＪＩＳ規格ＳＣＨ−１２材を用いて、タービン
ハウジングとステー取付けボス部を一体で鋳造したもの
である。

【０１０４】鋳造後形成された台座面１３にＭ８タップ
加工を施す。タービンハウジング４と同じ型内で鋳造さ
れたステー取付けボス５をφ１２×２０mmのサイズに切
断加工する。切断加工されたステー取付けボス５の一端
にＭ８ネジ加工を施す。ネジ加工を施されたステー取付
けボス５を、タービンハウジング４の台座１３にネジ結
合により結合した。これにより内燃機関用タービンハウ
ジング４が形成される。本発明例のボス部５は内燃機関
用タービンハウジングのスクロール１５に結合され、無
欠陥のスクロール１５および無欠陥のボス２により構成
されるタービンハウジング４を高効率で製造することが
できた。また、表１０に示すように、本発明による方法
で製造されたタービンハウジングは、タービンハウジン
グとステー取付けボス部を一体で鋳造する、従来の方法
と比較して、歩留りが５％向上し、合格率が１３％向上
した。すなわち、本発明による方法は、同一の本発明材
を用いて鋳造しても、タービンハウジングとステー取付
けボス部を一体で鋳造する、従来の方法と比較すると、
歩留まり、合格率が向上することがわかる。

【０１０５】また、本タービンハウジングの鋳造時に、
ＪＩＳ規格Ｙ形Ｂ号供試材を同時に作製し、以下に述べ
る各種の評価試験を行った。

【０１０６】（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。

【０１０７】（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、９００℃で行った。

【０１０８】（３）熱疲労試験 標点間距離が２０mm、標点の直径が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：１００℃ 上限温度：９００℃ 各１サイクル：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。

【０１０９】（４）酸化試験 直径１０mm、長さ２０mmの丸棒試験片を作成し、９００
℃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/cm²）を求めることにより、耐酸化性を評価した。

【０１１０】以上の室温引張試験結果と高温引張試験結
果を表１１に、熱疲労試験結果と酸化試験結果を表１２
に示す。本発明による方法で製造されたタービンハウジ
ングは、従来材である比較例２７と比較して、室温性質
は同等以上であって、高温性質がさらに優れていること
がわかる。

【０１１１】

【表９】 化学成分（重量％、残部Ｆｅ） 実施例 Ｃ Ｓｉ Ｍｎ Ｎｉ Ｃｒ Ｗ Ｍｏ Ｎｂ Ｖ Ｎ C-Nb/8 No.20 0.25 0.55 0.60 0.85 21.2 2.11 - 0.08 - - 0.24 21 0.26 0.68 0.80 1.12 19.0 2.22 - 0.09 - - 0.25 22 0.62 0.62 0.51 1.03 18.0 1.85 - 3.32 - 0.09 0.21 23 0.68 1.00 0.51 0.98 20.5 - 1.82 2.87 - 0.07 0.32 24 0.50 0.71 0.85 0.82 18.0 - 1.03 2.50 - 0.08 0.19比較例 No.25 0.26 0.69 0.81 1.11 19.0 2.12 - 0.09 - - 0.25 26 0.68 1.03 0.61 1.08 21.5 - 1.83 2.87 - 0.08 0.32 27 0.21 1.24 0.50 9.10 18.8 - - - - - -

【０１１２】

【表１０】

【０１１３】

【表１１】 室温引張試験結果 高温引張試験結果(900℃) 0.2%耐力 引張強さ 伸び 硬度 0.2%耐力 引張強さ 伸び 実施例 (Mpa) (Mpa) (%) (HB) (Mpa) (Mpa) (%) No.20 350 460 8 192 25 49 51 21 355 455 7 197 31 45 45 22 325 460 6 192 28 49 49 23 385 490 5 201 26 52 45 24 360 480 6 197 25 52 48比較例 No.25 340 460 5 192 27 42 43 26 355 475 6 197 28 41 49 27 250 560 20 170 65 128 31

【０１１４】

【表１２】

【０１１５】

【発明の効果】以上、本発明によれば、排気系部品の主
要管状部に、部品を連結するためにせん孔加工を施され
る部材を、溶接または機械的に結合する、という極めて
簡単な手段を採用することにより、鋳物鋳造時の合格率
や歩留りを向上させ、ステンレス鋳鋼製排気系部品を安
価に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である内燃機関用排気マニホー
ルドの平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。

【図３】他の実施例である内燃機関用触媒ケースの平面
図である。

【図４】図３のＢ−Ｂ線矢視断面図である。

【図５】他の実施例である内燃機関用タービンハウジン
グの平面図である。

【図６】図５のＣ−Ｃ線矢視断面図である。

【図７】従来の方法で、部品を連結するためにせん孔加
工を施される部分を、一体鋳造したステンレス鋳鋼製マ
ニホールドの平面図である。

【図８】プレス鋼板製排気マニホールドの平面図であ
る。

【図９】パイプ製排気マニホールドの平面図である。

【図１０】主要管状部に、部品を連結するためにせん孔
加工を施される部分がある場合の鋳型の断面図である。

【図１１】部品を連結するためにせん孔加工を施される
部分を、型割面まで移動した場合の鋳型の断面図であ
る。

【図１２】型割線から離れた位置にある、部品を連結す
るためにせん孔加工を施される部分と、型割面を繋ぐ製
品上湯道を追加して、押湯の効果を得る場合の鋳型の断
面図である。

【図１３】主要管状部に、部品を連結するためにせん孔
加工を施される部分を、一体で鋳造した製品の断面図で
ある。

【図１４】図１３にせん孔加工を施した後の断面図であ
る。

【図１５】主要管状部に、部品を連結するためにせん孔
加工を施される部材を、ネジ結合した断面図である。

【図１６】主要管状部に、部品を連結するためにせん孔
加工を施される部材を、圧入結合した断面図である。

【図１７】主要管状部と台座部を表した断面図である。

【図１８】主要管状部と台座部を表した断面図である。

【符号の説明】

１ 内燃機関用排気マニホールド ２ 熱遮蔽カバー取付けボス ３ 内燃機関用触媒ケース ４ 内燃機関用タービンハウジング ５ ステー取付けボス ６ プレス鋼板製排気マニホールド ７ パイプ製排気マニホールド ８ 鋳型 ９ 鋳造欠陥 １０ せん孔加工孔 １１ 内燃機関用排気マニホールドのポート部 １２ 内燃機関用排気マニホールドのフランジ部 １３ 台座部 １４ 内燃機関用触媒ケースの主要管状部 １５ 内燃機関用タービンハウジングのスクロール部 ２１ 排気系部品の主要管状部 ２２ 部品を連結するためにせん孔加工を施される部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｎ 7/18 Ｆ０１Ｎ 7/18 (72)発明者 北原 健次 福岡県京都郡苅田町長浜町35番地 日立金 属株式会社九州工場内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステンレス鋳鋼製排気系部品において、
   主要管状部に、部品を連結する部材を有することを特徴
   とする、ステンレス鋳鋼製排気系複合部品。
2. 【請求項２】 前記、部品を連結する部材がネジ孔を有
   することを特徴とする、請求項１に記載のステンレス鋳
   鋼製排気系複合部品。
3. 【請求項３】 ステンレス鋳鋼製排気系部品において、
   主要管状部に、部品を連結するためにせん孔加工を施さ
   れる部材を、溶接したことを特徴とする、ステンレス鋳
   鋼製排気系複合部品。
4. 【請求項４】 ステンレス鋳鋼製排気系部品において、
   主要管状部に、部品を連結するためにせん孔加工を施さ
   れる部材を、機械的に結合したことを特徴とする、ステ
   ンレス鋳鋼製排気系複合部品。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４に記載のステンレス鋳鋼
   製排気系部品において、主要管状部に、部品を連結する
   ためにせん孔加工を施される部材を、溶接または機械的
   に結合するための台座を一体で鋳造したことを特徴とす
   る、ステンレス鋳鋼製排気系複合部品。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５に記載のステンレス鋳鋼
   製排気系部品において、排気系部品の主要管状部の肉厚
   が、肉厚の大部分において、５mm以下であることを特徴
   とする、ステンレス鋳鋼製排気系複合部品。
7. 【請求項７】 前記請求項１乃至６のいずれかに記載の
   ステンレス鋳鋼製排気系部品が、重量比率で、Ｃ：０.
   ０５〜１.２０％、Ｓｉ：２.０％以下、Ｍｎ：２.０％
   以下、Ｎｉ：０.１〜２.０％、Ｃｒ：１６〜２５％、Ｎ
   ｂおよび／またはＶ：０.０１〜６.０％、Ｗおよび／ま
   たはＭｏ：１.０〜５.０％、を含むフェライト系ステン
   レス鋳鋼からなることを特徴とする、ステンレス鋳鋼製
   排気系複合部品。
8. 【請求項８】 前記請求項１乃至６のいずれかに記載の
   ステンレス鋳鋼製排気系部品が、重量比率で、Ｃ：０.
   ２〜１.０％、Ｓｉ：２.０％以下、Ｍｎ：２.０％以
   下、Ｎｉ：８〜２０％、Ｃｒ：１５〜３０％、Ｎｂ：
   ０.２〜６.０％、Ｗ：１.０〜６.０％、を含むオーステ
   ナイト系ステンレス鋳鋼からなることを特徴とする、ス
   テンレス鋳鋼製排気系複合部品。
9. 【請求項９】 ステンレス鋳鋼製排気系部品の主要部を
   鋳造で製造した後、主要管状部に、部品を連結するため
   にせん孔加工を施される部材を、溶接することを特徴と
   する、ステンレス鋳鋼製排気系複合部品の製造方法。
10. 【請求項１０】 ステンレス鋳鋼製排気系部品の主要部
    を鋳造で製造した後、主要管状部に、タップ加工また
    は、せん孔加工を施し、この台座部に、部品を連結する
    ためにせん孔加工を施される部材を、機械的に結合する
    ことを特徴とする、ステンレス鋳鋼製排気系複合部品の
    製造方法。