JP3375001B2 - 鋳造性および被削性の優れたオーステナイト系耐熱鋳鋼およびそれからなる排気系部品 - Google Patents
鋳造性および被削性の優れたオーステナイト系耐熱鋳鋼およびそれからなる排気系部品Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車エンジンの排気
系部品等に適する耐熱鋳鋼に関し、特に９００℃以上の
高温度での強度の優れたオーステナイト系耐熱鋳鋼およ
びそれからなる排気系部品に関する。
系部品等に適する耐熱鋳鋼に関し、特に９００℃以上の
高温度での強度の優れたオーステナイト系耐熱鋳鋼およ
びそれからなる排気系部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の耐熱鋳鉄、耐熱鋳鋼としては、例
えば表１に従来材として示すような組成のものがある。
自動車のエキゾーストマニホールドやタービンハウジン
グ等の排気系部品等においては、使用条件が高温過酷と
なることから、表１に示すようなニレジスト鋳鉄（Ｎｉ
−Ｃｒ−Ｃｕ系オーステナイト鋳鉄）等の耐熱鋳鉄や、
フェライト系耐熱鋳鋼などが採用されていた。
えば表１に従来材として示すような組成のものがある。
自動車のエキゾーストマニホールドやタービンハウジン
グ等の排気系部品等においては、使用条件が高温過酷と
なることから、表１に示すようなニレジスト鋳鉄（Ｎｉ
−Ｃｒ−Ｃｕ系オーステナイト鋳鉄）等の耐熱鋳鉄や、
フェライト系耐熱鋳鋼などが採用されていた。
【０００３】オーステナイト系耐熱鋳鋼として、特開昭
６１ー８７８５２号公報には、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎ，Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｂ，ＷおよびＦｅからなる
組成を特定し、クリープ強度と耐力を向上する開示があ
る。また、特開昭６１ー１７７３５２号公報には、Ｃ，
Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｂ，Ｎｂおよび
Ｆｅからなる組成を限定し、酸素含有量および清浄度を
特定して、高温特性とともに室温特性をに改善する開示
がある。更に、特公昭５７ー８１８３号公報には、Ｆｅ
−Ｎｉ−Ｃｒオーステナイト系耐熱鋳鋼の炭素量を増加
させるとともに、Ｎｂ，Ｃｏを添加して、高温耐酸化性
を低下させずに、高温強度を向上する開示がある。更
に、特開平５−５１６１号公報には、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ
オーステナイト系耐熱鋳鋼にＮｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｂ，Ｃｏ
を添加して、高温強度を飛躍的に向上する開示がある。
６１ー８７８５２号公報には、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎ，Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｂ，ＷおよびＦｅからなる
組成を特定し、クリープ強度と耐力を向上する開示があ
る。また、特開昭６１ー１７７３５２号公報には、Ｃ，
Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｂ，Ｎｂおよび
Ｆｅからなる組成を限定し、酸素含有量および清浄度を
特定して、高温特性とともに室温特性をに改善する開示
がある。更に、特公昭５７ー８１８３号公報には、Ｆｅ
−Ｎｉ−Ｃｒオーステナイト系耐熱鋳鋼の炭素量を増加
させるとともに、Ｎｂ，Ｃｏを添加して、高温耐酸化性
を低下させずに、高温強度を向上する開示がある。更
に、特開平５−５１６１号公報には、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ
オーステナイト系耐熱鋳鋼にＮｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｂ，Ｃｏ
を添加して、高温強度を飛躍的に向上する開示がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記、従来の耐熱鋳
鉄、耐熱鋳鋼のうち、ニレジスト鋳鉄は、９００℃まで
は高温強度は比較的良好であるが、それ以上の温度では
耐久性が劣る。また、このニレジスト鋳鉄は、Ｎｉ含有
量が多く高価であるという問題点がある。その他にフェ
ライト系耐熱鋳鋼があるが、通常のフェライト系耐熱鋳
鋼は、９００℃以上の高温強度が絶対的に劣るという問
題点がある。
鉄、耐熱鋳鋼のうち、ニレジスト鋳鉄は、９００℃まで
は高温強度は比較的良好であるが、それ以上の温度では
耐久性が劣る。また、このニレジスト鋳鉄は、Ｎｉ含有
量が多く高価であるという問題点がある。その他にフェ
ライト系耐熱鋳鋼があるが、通常のフェライト系耐熱鋳
鋼は、９００℃以上の高温強度が絶対的に劣るという問
題点がある。
【０００５】また、上記特開昭６１−８７８５２号公報
のものは、Ｃ量が０．１５重量％以下と低いことによ
り、９００℃以上での高温強度が不足し、またＴｉを
０．００２〜０．５重量％含有するため、大気溶解では
有害な非金属介在物の生成を招く恐れがある。
のものは、Ｃ量が０．１５重量％以下と低いことによ
り、９００℃以上での高温強度が不足し、またＴｉを
０．００２〜０．５重量％含有するため、大気溶解では
有害な非金属介在物の生成を招く恐れがある。
【０００６】また、上記特開昭６１−１７７３５２号公
報のものは、Ｎｉを多量に含有するため、高温でイオウ
（Ｓ）雰囲気が存在すると、損傷を受ける虞れがある。
報のものは、Ｎｉを多量に含有するため、高温でイオウ
（Ｓ）雰囲気が存在すると、損傷を受ける虞れがある。
【０００７】また、特公昭５７−８１８３号公報のもの
は、高炭素（Ｃ）のため、高温で長時間の使用中に脆化
する虞れがある。
は、高炭素（Ｃ）のため、高温で長時間の使用中に脆化
する虞れがある。
【０００８】また、特開平５−５１６１号公報のもの
は、高温に曝される排気系部品に適するものの、オース
テナイト系耐熱鋳鋼特有の鋳造性および被削性に問題が
ある。
は、高温に曝される排気系部品に適するものの、オース
テナイト系耐熱鋳鋼特有の鋳造性および被削性に問題が
ある。
【０００９】従って、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、より鋳造性および被削性に
優れ、かつ安価に製造可能な耐熱鋳鋼を提供することを
目的とする。
耐熱鋳鋼の問題点を解決し、より鋳造性および被削性に
優れ、かつ安価に製造可能な耐熱鋳鋼を提供することを
目的とする。
【００１０】本発明のもう一つの目的は、かかる耐熱鋳
鋼からなる排気系部品を提供することである。
鋼からなる排気系部品を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者らは、Ｎｉ−Ｃｒ基オーステナイト系
耐熱鋳鋼に、Ｎｂ、Ｗ、ＮおよびＳを適量添加すること
により、高温強度はもとより鋳造性および被削性を向上
することができることを見い出し、本発明に想到した。
の結果、本発明者らは、Ｎｉ−Ｃｒ基オーステナイト系
耐熱鋳鋼に、Ｎｂ、Ｗ、ＮおよびＳを適量添加すること
により、高温強度はもとより鋳造性および被削性を向上
することができることを見い出し、本発明に想到した。
【００１２】すなわち、本第１の発明の鋳造性および被
削性の優れたオーステナイト系耐熱鋳鋼は、重量比率
で、 Ｃ ： ０．２１ 〜 １．０％， Ｃ−Ｎｂ／８： ０．０５ 〜 ０．３％， Ｓｉ： １．５ ％以下， Ｍｎ： ２ ％以下， Ｎｉ： ８ 〜２０ ％， Ｃｒ：１５ 〜３０ ％， Ｎｂ： １ 〜 ６ ％， Ｗ ： １ 〜 ６ ％, Ｎ ： ０．０１ 〜 ０．３％， Ｓ ： ０．０１ 〜 ０．５％， 残部：Ｆｅおよび不可避不純物 からなることを特徴とする。
削性の優れたオーステナイト系耐熱鋳鋼は、重量比率
で、 Ｃ ： ０．２１ 〜 １．０％， Ｃ−Ｎｂ／８： ０．０５ 〜 ０．３％， Ｓｉ： １．５ ％以下， Ｍｎ： ２ ％以下， Ｎｉ： ８ 〜２０ ％， Ｃｒ：１５ 〜３０ ％， Ｎｂ： １ 〜 ６ ％， Ｗ ： １ 〜 ６ ％, Ｎ ： ０．０１ 〜 ０．３％， Ｓ ： ０．０１ 〜 ０．５％， 残部：Ｆｅおよび不可避不純物 からなることを特徴とする。
【００１３】次に、本第２の発明の排気系部品は、上記
第１の発明に記載の鋳造性および被削性の優れたオース
テナイト系耐熱鋳鋼からなる。そして、この排気系部品
としては、エキゾーストマニホールドまたはタービンハ
ウジングである。
第１の発明に記載の鋳造性および被削性の優れたオース
テナイト系耐熱鋳鋼からなる。そして、この排気系部品
としては、エキゾーストマニホールドまたはタービンハ
ウジングである。
【００１４】
【作用】以下、本発明の鋳造性および被削性の優れたオ
ーステナイト系耐熱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。
ーステナイト系耐熱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。
【００１５】（１）Ｃ（炭素）：０．２１〜１．０％
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。更に、Ｎｂと共晶炭化物を形成し、鋳造性
を高める作用がある。このような作用を有効に発揮する
ために、Ｃは０．２１％以上必要である。
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。更に、Ｎｂと共晶炭化物を形成し、鋳造性
を高める作用がある。このような作用を有効に発揮する
ために、Ｃは０．２１％以上必要である。
【００１６】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。
このため、Ｃは０．２１〜１．０％とする。望ましく
は、Ｃは０．３〜０．６％である。
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。
このため、Ｃは０．２１〜１．０％とする。望ましく
は、Ｃは０．３〜０．６％である。
【００１７】
（２）Ｃ−Ｎｂ／８：０．０５〜０．３％
本発明の鋳造性および被削性の優れたオーステナイト系
耐熱鋳鋼は、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、本発明におい
て鋳造性が優れ、高温強度の優れるオーステナイト系耐
熱鋳鋼を得るためには、Ｃ−Ｎｂ／８が０．０５％以上
必要である。しかし、Ｃ−Ｎｂ／８が０．３％を越える
と硬く脆くなり、延性と加工性が劣化するので、０．０
５〜０．３％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。
耐熱鋳鋼は、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、本発明におい
て鋳造性が優れ、高温強度の優れるオーステナイト系耐
熱鋳鋼を得るためには、Ｃ−Ｎｂ／８が０．０５％以上
必要である。しかし、Ｃ−Ｎｂ／８が０．３％を越える
と硬く脆くなり、延性と加工性が劣化するので、０．０
５〜０．３％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。
【００１８】（３）Ｓｉ（ケイ素）：１．５％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
招くので、Ｓｉの含有量は１．５％以下とする。望まし
くは０．３〜１．５％である。
化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
招くので、Ｓｉの含有量は１．５％以下とする。望まし
くは０．３〜１．５％である。
【００１９】（４）Ｍｎ（マンガン）：２％以下
Ｍｎは、Ｓｉと同様に溶湯の脱酸剤として有効である
が、あまり多く加えると耐酸化性が劣化するので、２％
以下とする。望ましくは０．３〜１．５％である。
が、あまり多く加えると耐酸化性が劣化するので、２％
以下とする。望ましくは０．３〜１．５％である。
【００２０】（５）Ｎｉ（ニッケル）：８〜２０％
Ｎｉは、後記のＣｒとともに本発明の耐熱鋳鋼をオース
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。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。
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。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。
【００２１】（６）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。特に、９
００℃の高温域でこれらの効果を有効なものにするため
には、１５％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、更にはσ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。
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。特に、９
００℃の高温域でこれらの効果を有効なものにするため
には、１５％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、更にはσ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。
【００２２】（７）Ｎｂ（ニオブ）：１〜６％
Ｎｂは、Ｃと結合して微細な炭化物を形成し、高温での
引張強さ並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被削性
を向上させる。更に、共晶炭化物を生成するため、排気
系部品のような薄肉複雑形状鋳物製造に重要な鋳造性を
向上させる。このような目的でＮｂの含有量は１％以上
必要とする。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って脆化し強度と延性が著し
く低下するため、Ｎｂの含有量は６％以下とする。望ま
しくは１〜４％である。
引張強さ並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被削性
を向上させる。更に、共晶炭化物を生成するため、排気
系部品のような薄肉複雑形状鋳物製造に重要な鋳造性を
向上させる。このような目的でＮｂの含有量は１％以上
必要とする。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って脆化し強度と延性が著し
く低下するため、Ｎｂの含有量は６％以下とする。望ま
しくは１〜４％である。
【００２３】（８）Ｗ（タングステン）：１〜６％
Ｗは高温強度を改善する。この効果を得るためには１％
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％が上限である。そのためＷの
含有量は１〜６％とする。望ましくは２〜４％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。
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％が上限である。そのためＷの
含有量は１〜６％とする。望ましくは２〜４％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。
【００２４】（９）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鋳造部材では極めて有効であ
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、本系耐熱鋳鋼のような
オーステナイト系耐熱鋳鋼に特有な被削性が悪いという
欠点を改善できる。
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鋳造部材では極めて有効であ
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、本系耐熱鋳鋼のような
オーステナイト系耐熱鋳鋼に特有な被削性が悪いという
欠点を改善できる。
【００２５】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-Ｃｒ23Ｃ6
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。
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-Ｃｒ23Ｃ6
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。
【００２６】（１０）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か
多量に析出し、高温強度を劣化させるので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。
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か
多量に析出し、高温強度を劣化させるので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。
【００２７】このような本発明の鋳造性および被削性の
優れたオーステナイト系耐熱鋳鋼は、特に自動車の排気
系部品として、エンジンに取り付けられるエキゾースト
マニホールドやタービンハウジングとして薄肉に鋳造し
て用い、加熱冷却のサイクルを受けても変形が僅かであ
り、優れた耐久性を有する。
優れたオーステナイト系耐熱鋳鋼は、特に自動車の排気
系部品として、エンジンに取り付けられるエキゾースト
マニホールドやタービンハウジングとして薄肉に鋳造し
て用い、加熱冷却のサイクルを受けても変形が僅かであ
り、優れた耐久性を有する。
【００２８】
【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。実施例２、４〜８、１０、参考例１、３、９
、従来例１
１〜１４ 表１に示す種類の組成の耐熱材料について、ＪＩＳ規格
Ｙ形Ｂ号供試材を作製した。なお、鋳造にあたっては、
１００ｋｇ用高周波炉を用いて大気溶解し、直ちに１５
５０℃以上で出湯して１５００℃以上で注湯した。
１〜１４ 表１に示す種類の組成の耐熱材料について、ＪＩＳ規格
Ｙ形Ｂ号供試材を作製した。なお、鋳造にあたっては、
１００ｋｇ用高周波炉を用いて大気溶解し、直ちに１５
５０℃以上で出湯して１５００℃以上で注湯した。
【００２９】本発明材（実施例２、４〜８、１０）のオ
ーステナイト系耐熱鋳鋼については、鋳造時の湯流れが
良く、鋳造欠陥の発生が見られなかった。次に、鋳造し
た本発明材（実施例２、４〜８、１０）、本発明に関す
る参考例１、３、９、従来例１１、１２、１３および１
４の供試材（Ｙブロック）を加熱炉にて１０００℃で２
時間保持後空冷する熱処理を行った。
ーステナイト系耐熱鋳鋼については、鋳造時の湯流れが
良く、鋳造欠陥の発生が見られなかった。次に、鋳造し
た本発明材（実施例２、４〜８、１０）、本発明に関す
る参考例１、３、９、従来例１１、１２、１３および１
４の供試材（Ｙブロック）を加熱炉にて１０００℃で２
時間保持後空冷する熱処理を行った。
【００３０】なお、表１において、従来材（従来例１１
〜１４）は自動車のターボチャージャー用ハウジングや
エキゾーストマニホールド等の耐熱部品に使用されてい
るもので、従来例１１および１２の供試材は、それぞれ
ニレジスト鋳鉄Ｄ２およびＤ５Ｓである。また、従来例
１３は汎用オーステナイト系耐熱鋳鋼で，ＪＩＳ規格Ｓ
ＣＨ−１２である。また、従来例１４は特開平５−５１
６１号公報に開示されるオーステナイト系耐熱鋳鋼であ
る。
〜１４）は自動車のターボチャージャー用ハウジングや
エキゾーストマニホールド等の耐熱部品に使用されてい
るもので、従来例１１および１２の供試材は、それぞれ
ニレジスト鋳鉄Ｄ２およびＤ５Ｓである。また、従来例
１３は汎用オーステナイト系耐熱鋳鋼で，ＪＩＳ規格Ｓ
ＣＨ−１２である。また、従来例１４は特開平５−５１
６１号公報に開示されるオーステナイト系耐熱鋳鋼であ
る。
【００３１】
【表１】
化学成分（重量％） 実施例
C Si Mn Ni Cr W Nb N S C-Nb/8
No.2 0.45 0.85 1.02 10.55 20.88 3.02 2.50 0.12 0.10 0.14
4 0.43 0.75 0.60 10.02 20.12 2.94 1.53 0.08 0.41 0.24
5 0.80 0.66 0.78 10.32 21.02 3.50 5.95 0.14 0.13 0.06
6 0.44 1.05 0.85 9.83 20.33 3.02 1.62 0.09 0.11 0.24
7 0.45 0.54 1.05 10.11 20.52 3.14 2.02 0.06 0.15 0.20
8 0.50 1.11 0.70 10.51 19.58 3.08 1.75 0.06 0.13 0.28
10 0.42 1.09 0.92 10.54 21.02 2.98 2.70 0.06 0.18 0.08 参考例
1 0.21 1.01 0.58 8.45 16.55 1.02 0.68 0.03 0.03 0.12
3 0.98 0.52 0.75 18.55 28.44 5.80 3.18 0.24 0.20 0.58
9 0.55 0.95 0.51 9.96 20.75 3.35 1.08 0.07 0.21 0.41 従来例
11 2.77 2.12 0.88 21.10 2.44 - - - - -
12 1.89 5.32 0.41 34.50 2.35 - - - - -
13 0.21 1.24 0.50 9.1 18.80 - - - - -
14 0.41 1.02 0.48 10.50 20.08 3.01 0.49 - - 0.34 B:0.005
【００３２】次に、各供試材を用いて、以下に述べる各
種の評価試験を行った。 （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。
種の評価試験を行った。 （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。
【００３３】（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。
き試験片を用いて、１０００℃で行った。
【００３４】（３）熱疲労試験
標点間距離が２０ｍｍ，標点間の直径が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。
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。
【００３５】（４）酸化試験
直径１０ｍｍ，長さ２０ｍｍの丸棒試験片を作製し、１
０００℃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。以上の室温引張試験結果を表３に、高温引張試
験結果を表４に、熱疲労試験結果および酸化試験結果を
表５に示す。
０００℃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。以上の室温引張試験結果を表３に、高温引張試
験結果を表４に、熱疲労試験結果および酸化試験結果を
表５に示す。
【００３６】（５）被削性試験
被削性試験が、この種の材料で最も被削性が問題となる
ドリル試験にて調査した。表２に示すような条件で試験
を行い、１０回穴明けを行った後、ドリルの逃げ面摩耗
幅を測定し、更に１穴当りの摩耗幅を比較した。
ドリル試験にて調査した。表２に示すような条件で試験
を行い、１０回穴明けを行った後、ドリルの逃げ面摩耗
幅を測定し、更に１穴当りの摩耗幅を比較した。
【００３７】
【表２】
項目 切 削 条 件
工作機械 マシンニングセンタ（５．５ｋＷ）
ドリル ソリッド超硬ドリル（φ６．８）
切削速度 ４０ｍ／ｍｉｎ
送り ０．２ｍｍ／ｒｅｖ，ステップフィード
穴深さ ２０ｍｍ
突出長さ ４２ｍｍ
切削油 油性
【００３８】
【表３】
室温引張試験結果
0.2%耐力 引張強さ 伸び 硬さ
(MPa) (MPa) (%) (HB)
実施例 No. 2 350 570 17 179
4 355 555 9 187
5 390 625 8 187
6 345 570 10 192
7 360 560 12 192
8 365 590 8 197
10 355 565 10 187
参考例 No. 1 290 500 19 170
3 420 625 5 223
9 370 590 6 197
従来例 No.11 190 455 16 179
12 255 485 9 163
13 250 560 20 170
14 350 560 4 201
【００３９】
【表４】
高温引張試験結果（１０００℃）
0.2%耐力 引張強さ 伸び
(MPa) (MPa) (%)
実施例 No.2 60 110 55
4 67 108 37
5 78 115 32
6 64 105 31
7 66 110 38
8 69 115 48
10 66 105 29
参考例 1 55 62 75
3 80 125 26
9 68 105 40
従来例 No.11 33 41 33
12 33 44 29
13 35 55 49
14 66 108 26
【００４０】
【表５】
熱疲労試験結果および酸化試験結果
熱疲労寿命 酸化減量
（サイクル） （mg/mm2）
実施例 No.2 160 30
4 185 28
5 200 26
6 165 30
7 170 40
8 180 48
10 175 22
参考例 No.1 145 35
3 210 18
9 160 50
従来例 No.11 56 765
12 85 55
13 80 85
14 180 25
【００４１】表６にドリルによる被削性試験結果を示
す。
す。
【表６】
【００４２】表３、表４および表５から明らかなよう
に、本発明による実施例２、４〜８、１０、および本発
明に関する参考例１、３、９は、従来材である従来例１
１、１２のニレジスト鋳鉄Ｄ２およびＤ５Ｓ、更に従来
例１３のＳＣＨ−１２と比較して、室温性質が同等以上
であって、高温性質が著しく優れていることがわかる。
更に、従来例１４の特開平５−５１６１号公報に開示さ
れるオーステナイト系耐熱鋳鋼と機械的性質がほぼ同等
の性能を有していることがわかる。
に、本発明による実施例２、４〜８、１０、および本発
明に関する参考例１、３、９は、従来材である従来例１
１、１２のニレジスト鋳鉄Ｄ２およびＤ５Ｓ、更に従来
例１３のＳＣＨ−１２と比較して、室温性質が同等以上
であって、高温性質が著しく優れていることがわかる。
更に、従来例１４の特開平５−５１６１号公報に開示さ
れるオーステナイト系耐熱鋳鋼と機械的性質がほぼ同等
の性能を有していることがわかる。
【００４３】表６から明らかなように本発明による実施
例２、４〜８、１０、および本発明に関する参考例１、
３、９は、適当量のＳ、Ｎの含有、更にＣ−Ｎｂ／８の
バランスにより、従来例１３および１４のオーステナイ
ト系耐熱鋳鋼と比較して著しく被削性が改善されている
ことがわかる。
例２、４〜８、１０、および本発明に関する参考例１、
３、９は、適当量のＳ、Ｎの含有、更にＣ−Ｎｂ／８の
バランスにより、従来例１３および１４のオーステナイ
ト系耐熱鋳鋼と比較して著しく被削性が改善されている
ことがわかる。
【００４４】次に、実施例７の鋳造性および被削性の優
れたオーステナイト系耐熱鋳鋼を用いて、自動車用排気
系部品のエキゾーストマニホールド（肉厚：２．０〜
２．５ｍｍ）およびタービンハウジング（肉厚：２．５
〜３．５ｍｍ）を鋳造した。得られた排気系部品はいず
れも健全なものであった。
れたオーステナイト系耐熱鋳鋼を用いて、自動車用排気
系部品のエキゾーストマニホールド（肉厚：２．０〜
２．５ｍｍ）およびタービンハウジング（肉厚：２．５
〜３．５ｍｍ）を鋳造した。得られた排気系部品はいず
れも健全なものであった。
【００４５】更に、これらの排気系部品に機械加工を施
して、切削性の評価を行ったが、いずれのものにも何等
問題は生じなかった。
して、切削性の評価を行ったが、いずれのものにも何等
問題は生じなかった。
【００４６】次に、エキゾーストマニホールドとタービ
ンハウジングを組み付けた直列４気筒で排気量２０００
ｃｃの高性能ガソリンエンジン相当の排気ガスを発する
排気シミュレータにより、耐久試験を実施した。試験条
件として、６０００回転相当での全負荷運転（連続１４
分）−アイドリング（１分）−完全停止（１４分）−ア
イドリング（１分）を１サイクルとする熱冷（ＧＯ−Ｓ
ＴＯＰ）サイクルを、５００サイクルまで実施した。全
負荷時の排気ガス温度は、タービンハウジングの入口温
度で、１０５０℃であった。この条件下でのエキゾース
トマニホールドの表面温度は、エキゾーストマニホール
ドの集合部で、約９８０℃、タービンハウジングの表面
温度は、ウエストゲート部で約１０２０℃であった。評
価試験の結果、熱変形によるガスの漏洩や熱亀裂は生じ
ず、優れた耐久性および信頼性を有することが確認され
た。
ンハウジングを組み付けた直列４気筒で排気量２０００
ｃｃの高性能ガソリンエンジン相当の排気ガスを発する
排気シミュレータにより、耐久試験を実施した。試験条
件として、６０００回転相当での全負荷運転（連続１４
分）−アイドリング（１分）−完全停止（１４分）−ア
イドリング（１分）を１サイクルとする熱冷（ＧＯ−Ｓ
ＴＯＰ）サイクルを、５００サイクルまで実施した。全
負荷時の排気ガス温度は、タービンハウジングの入口温
度で、１０５０℃であった。この条件下でのエキゾース
トマニホールドの表面温度は、エキゾーストマニホール
ドの集合部で、約９８０℃、タービンハウジングの表面
温度は、ウエストゲート部で約１０２０℃であった。評
価試験の結果、熱変形によるガスの漏洩や熱亀裂は生じ
ず、優れた耐久性および信頼性を有することが確認され
た。
【００４７】
【発明の効果】以上の説明の通り、本発明の鋳造性およ
び被削性の優れたオーステナイト系耐熱鋳鋼は、特に高
温領域において強度に優れ、しかも室温延性を損なわ
ず、かつ鋳造性、加工性に優れているので、安価に製造
することがでる。このような本発明のオーステナイト系
耐熱鋳鋼は、エキゾーストマニホールドやタービンハウ
ジング等の自動車用排気系部品に好適である。本発明の
オーステナイト系耐熱鋳鋼からなる排気系部品は、鋳造
性に優れ、極めて優れた耐久性を示す。
び被削性の優れたオーステナイト系耐熱鋳鋼は、特に高
温領域において強度に優れ、しかも室温延性を損なわ
ず、かつ鋳造性、加工性に優れているので、安価に製造
することがでる。このような本発明のオーステナイト系
耐熱鋳鋼は、エキゾーストマニホールドやタービンハウ
ジング等の自動車用排気系部品に好適である。本発明の
オーステナイト系耐熱鋳鋼からなる排気系部品は、鋳造
性に優れ、極めて優れた耐久性を示す。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭54−96418（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−350150（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−5161（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C22C 38/00 - 38/60
Claims (4)
- 【請求項１】 重量比率で、 Ｃ ： ０．２１ 〜 １．０％，Ｃ−Ｎｂ／８： ０．０５ 〜 ０．３％ ，Ｓｉ： １．５ ％以下 ， Ｍｎ： ２ ％以下， Ｎｉ： ８ 〜２０ ％， Ｃｒ：１５ 〜３０ ％，Ｎｂ： １ 〜 ６ ％ ， Ｗ ： １ 〜 ６ ％， Ｎ ： ０．０１ 〜 ０．３％， Ｓ ： ０．０１ 〜 ０．５％， 残部：Ｆｅおよび不可避不純物 からなることを特徴とする鋳造性および被削性の優れた
オーステナイト系耐熱鋳鋼。 - 【請求項２】 請求項１に記載の鋳造性および被削性の
優れたオーステナイト系耐熱鋳鋼からなる排気系部品。 - 【請求項３】 請求項２に記載の排気系部品において、
エキゾーストマニホールドであることを特徴とする排気
系部品。 - 【請求項４】 請求項２に記載の排気系部品において、
タービンハウジングであることを特徴とする排気系部
品。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01942094A JP3375001B2 (ja) | 1994-02-16 | 1994-02-16 | 鋳造性および被削性の優れたオーステナイト系耐熱鋳鋼およびそれからなる排気系部品 |
| EP94118788A EP0668367B1 (en) | 1994-02-16 | 1994-11-29 | Heat-resistant, austenitic cast steel and exhaust equipment member made thereof |
| US08/350,145 US5501835A (en) | 1994-02-16 | 1994-11-29 | Heat-resistant, austenitic cast steel and exhaust equipment member made thereof |
| DE69430840T DE69430840T2 (de) | 1994-02-16 | 1994-11-29 | Hitzebeständiger austenitischer Gussstahl und daraus hergestellte Bauteile eines Auspuffsystems |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01942094A JP3375001B2 (ja) | 1994-02-16 | 1994-02-16 | 鋳造性および被削性の優れたオーステナイト系耐熱鋳鋼およびそれからなる排気系部品 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07228948A JPH07228948A (ja) | 1995-08-29 |
| JP3375001B2 true JP3375001B2 (ja) | 2003-02-10 |
Family
ID=11998777
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01942094A Expired - Lifetime JP3375001B2 (ja) | 1994-02-16 | 1994-02-16 | 鋳造性および被削性の優れたオーステナイト系耐熱鋳鋼およびそれからなる排気系部品 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3375001B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4379753B2 (ja) | 1999-04-05 | 2009-12-09 | 日立金属株式会社 | 排気系部品、およびそれを用いた内燃機関、並びに排気系部品の製造方法 |
| JP5011622B2 (ja) * | 2000-09-25 | 2012-08-29 | 大同特殊鋼株式会社 | 耐熱性および被削性にすぐれたステンレス鋳鋼 |
| US20060266439A1 (en) * | 2002-07-15 | 2006-11-30 | Maziasz Philip J | Heat and corrosion resistant cast austenitic stainless steel alloy with improved high temperature strength |
| CN101946018B (zh) | 2008-02-22 | 2013-01-16 | 日立金属株式会社 | 奥氏体系耐热铸钢及由其构成的排气系统部件 |
| JP6148188B2 (ja) | 2014-02-13 | 2017-06-14 | トヨタ自動車株式会社 | オーステナイト系耐熱鋳鋼 |
-
1994
- 1994-02-16 JP JP01942094A patent/JP3375001B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07228948A (ja) | 1995-08-29 |
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