JP2005281869A - 安価で、鋳造性、高温強度、耐酸化性の良好なオーステナイト系耐熱鋳鋼及びそれからなる排気系部品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 質量%で、C:0.20〜0.50%、Si:1.0〜2.0%、Mn:0.2〜2.0%、Ni:8.0〜12.0%、Cr:18.0〜23.0%、N:0.02〜0.08%にAl:0.6〜1.0%、Zr:0.02〜0.10%、B:0.001〜0.05%含有し、残部Fe及び不可避不純物からなることを特徴とする安価で鋳造性、高温強度、耐酸化性の良好なオーステナイト系耐熱鋳鋼である。
【選択図】 なし
Description
オーステナイト系耐熱鋳鋼として、特許文献1、特許文献2には、Fe−Ni−Cr系耐熱鋳鋼にNb、W、N、Sを添加し、高温強度、鋳造性、加工性に優れた自動車エンジン用排気系部品等を提供する開示がある。
また、上記特許文献1、特許文献2には、Nb含量を0.5〜6.0%としているが、0.8%を超えてNbを添加すると耐酸化性が低下するので、上記のNb含量範囲では、耐酸化性が要求される自動車エンジン用排気系部品には不可である。
したがって、本発明は、上記従来の耐熱鋳鉄、耐熱鋳鋼の問題点を解決し、SCH21と同程度かそれ以上の高温強度と耐酸化性を確保しつつ、安価で、鋳造性の良好なオーステナイト系耐熱鋳鋼及びそれからなる排気系部品を提供するものである。
C:0.20〜0.50%
Cは、溶湯の流動性すなわち鋳造性を良くし、また、固溶強化と共に、Nb、Cr、Nの共存下において、炭化物あるいは炭窒化物を形成し、高温強度やクリープ破断強度を高める作用がある。このような効果を得るためには、0.20%以上を必要とする。一方、Cの含有量が0.50%を超えると、二次炭化物が過剰に析出して靭性が低下することと、被削性が悪くなるので、0.5%以下とする。
Siは脱酸剤として働き、耐酸化性の改善に有効な元素である。また、溶湯の流動性すなわち鋳造性を良くする。以上の効果を得るためには、少なくとも1.0%以上を必要とする。しかし、2.0%を超えて添加すると、オーステナイト組織が不安定となり、高温強度が低下するので2.0%以下とする。
Mnは脱酸剤として働く他、SをMnSとして固定し、無害化する働きがあるが、0.2%未満ではこのような効果は期待できず、2.0%を超えて加えると耐酸化性が低下するので、2.0%以下とする。
Niはオーステナイト組織を安定化し、900℃以上の温度域で良好な高温強度と耐酸化性を保持するためには、少なくとも8.0%以上は必要である。Niは高価な元素であり、安価にするために12.0%以下にし、高温強度の不足分は、本発明の他の添加元素で補う。
CrはNiとの共存下において、オーステナイト組織を形成し、高温強度と耐酸化性を確保するのに有効であるが、18.0%未満ではこの効果が少なく、23.0%を超えるとシグマ相脆化による割れが懸念されるので、成分範囲は18.0〜23.0%とする。
Nは強力なオーステナイト生成元素であり、間接的にシグマ相脆化を抑制したり、結晶粒の微細化や高温強度を上昇させる働きがあるが、0.02%未満ではこのような効果は期待できず、0.08%を超えて含有させると、多量の窒化物を形成し、脆化を促進させると共に、耐酸化性が低下するので0.08%以下とする。
Alは高温における耐酸化性を改善する元素であり、少なくとも0.6%以上を必要とする。しかし、1.0%を超えて添加すると介在物が増えるのと、溶湯表面にアルミナの酸化被膜が発生して湯流れが悪くなり、鋳造性が低下する。
Zrはクリープ破断強度、延性、耐酸化性を向上させるが、0.02%未満ではその効果を発揮することができない。また、0.1%を超えて添加すると、介在物が増え、靭性と延性が低下する。
Bは高温強度、特に高温靭性の改善に効果的な元素であり、粒界における炭化物の析出を抑制し、析出物を微細かつ安定化する効果がある。かかる効果を発揮するためには、少なくとも0.001%以上を必要とする。しかし、Bを多量に添加するとボライドが現れ、靭性が低下するので、0.05%以下とする。
このような本発明のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、エグゾーストマニホールドやタービンハウジング等の自動車等エンジン用排気系部品に好適である。
表1に示す化学成分の発明鋼と比較鋼を、22.5kg用高周波炉で大気溶解し、砂鋳型に鋳込み、供試材[JIS−G0307、図(a)]を採取した。なお、この時の出湯温度は、1550℃で5秒以内で鋳込みを完了した。
したがって、本発明のオーステナイト系耐熱鋳鋼のNi、Cr含量はそれぞれ8%、18%以上であることが望ましい。
以上の発明鋼No.1〜6を用い、肉厚が2.5〜3.5mmの自動車エンジン用のタービンハウジングを鋳造した結果、内外部性状はいずれも健全であった。
Claims (2)
- 質量%で、C:0.20〜0.50%、Si:1.0〜2.0%、Mn:0.2〜2.0%、Ni:8.0〜12.0%、Cr:18.0〜23.0%、N:0.02〜0.08%、Al:0.6〜1.0%、Zr:0.02〜0.10%、B:0.001〜0.05%、残部Fe及び不可避不純物からなることを特徴とする安価で、鋳造性、高温強度、耐酸化性の良好なオーステナイト系耐熱鋳鋼。
- 請求項1に記載の安価で、鋳造性、高温強度、耐酸化性の良好なオーステナイト系耐熱鋳鋼からなる排気系部品。
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