JP5785880B2 - 注型鋼合金および注型部品 - Google Patents
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Description
本発明は、フェライト系注型鋼合金、つまり、フェライト系構造を有する注型部品を製造するための注型鋼合金に関する。本発明は、また、燃焼機関、特に、動力車の排気システム用の、排気ガスを運ぶ注型部品であって、少なくとも部分的に上記のような注型鋼合金で製造された注型部品に関する。
燃焼機関の排気シテムでは、排気システムの個々の部品は、比較的高温の負荷に晒され、そのため、たいてい、そのような排気システムの部品を製造するために、金属材料、特に、鋼合金が使用される。これらの部品は、主として、例えば、サイレンサ、粒子フィルタ、触媒変換装置等の排気ガス処理装置用の、ガスを運ぶパイプやハウジングである。例えばフランジのような、これらの部品の構成要素には、注型部品、好ましくは鋼製注型部品を用いることが可能である。
その上、熱い燃焼ガスは侵攻性の環境を生み出し、これは、特に、水、または、水蒸気と結びついて、部品、または、注型部品にとって、比較的高い腐食の危険性をもたらす。比較的侵攻性の高い還元剤が使用されるＳＣＲシステムでは、腐食の危険性は特に高い。通常、ＳＣＲシステムでは、排気ガス流に、水分を含んだ尿素溶液が供給され、この場合、尿素は、加水分解によりアンモニアになり、これは、ＳＣＲ触媒変換装置において、窒素酸化物の還元に用いられる。このようなアンモニアを含んだ雰囲気は、比較的侵攻性があり、関連する部品や注型部品に対する腐食の危険性を高める。耐腐食性の鋼合金、つまり、ステンレス鋼合金は、例えばオーステナイト系である。したがって、排気システムの場合、注型部品の製造に、オーステナイト系の注型鋼合金、つまり、オーステナイト系の構造を有する注型部品を製造する注型鋼合金を用いるのが普通である。しかし、オーステナイト系の注型鋼は、比較的高価で、これは、特に、オーステナイト系の注型鋼合金のニッケル成分によるものである。
しかし、フェライト系の注型鋼合金も存在する。しかし、これらは、すべて、粒界腐食には耐えられない。そのような粒界腐食は、例えば、３００℃と７００℃の間の温度で、対応する侵攻性の環境と結びついた場合に、発生する。粒界腐食は、上記の温度範囲（３００℃から７００℃）において、周知のフェライト系の注型鋼合金が過敏になることで発生し、そのため、クロムカーバイドが発生し、これは、結晶粒界に析出し、結晶粒界近くの環境からクロムを取り去る。しかし、クロムは、従来のフェライト系の注型鋼合金の場合、合金の耐腐食性にとって重要である。この過敏性は、排気システムの作動中に、そこでの通常の作動温度が上記の温度範囲にあるか、または、個々の注型部品、または、部品が溶接され、これらが、例えば、溶接工程後に冷却する際に、上記の温度範囲を通過する場合に発生する。過敏性によるさらなる結果は、いわゆる、粒子の崩壊であって、これによって、構造中の材料の接合が妨げられる。
周知のフェライト系の注型鋼合金のさらなる欠点は、構造中に、比較的大きな粒子が発生し、これは、同様に、粒界腐食に対する耐性にマイナスの影響を及ぼす。また、これによって、耐性の低下が発生する。
フェライト系の注型鋼合金は、オーステナイト系の注型鋼合金よりも、明らかに、手ごろな価格である。そのため、大量連続生産、特に、燃焼機関の排気システムの製造において、使用される注型部品、または、部品を、可能な限りフェライト系の注型鋼合金で製造することは、非常に興味深い。しかし、これは、現在利用できるフェライト系の注型鋼合金では、上記の理由により、多くの場合、不可能である。
本発明は、上記の問題に対処し、粒界腐食の危険性が、例えば、接合、特に、溶接、および／または、排気システムの作動中に、それによって製造された注型部品に発生する、高温の負荷の場合も軽減される、注型鋼合金の実施形態を提供するものである。
本発明によると、上記の問題は独立請求項の主題によって解決される。好適な実施形態は従属請求項の主題である。
本発明は、フェライト系の構造を構成するとともに、鉄（Ｆｅ）、炭素（Ｃ）、クロム（Ｃｒ）、および、モリブデン（Ｍｏ）を含む注型鋼合金に、チタン（Ｔｉ）とニオブ（Ｎｂ）を加え、その上で合金にするという基本的な考えに基づいている。チタンとニオブを加えて合金にすることで、注型鋼合金は安定する。本発明によって提案されているチタンとニオブを有する注型鋼合金の目的とする安定性は、次のような結果をもたらす。構造中の粒子が微細化され、つまり、そのため、サイズの小さな粒子が現れ、注型鋼合金は、約３００℃から約６００℃、または、約７００℃までの非常に重要な温度範囲においても、粒界腐食に対する比較的高くて永続的な耐性を有する。このような注型鋼合金は、通常の溶接工程でも過敏にならず、特に、排気システムにおいて、通常予期される温度（３００℃から６００℃、または、７００℃）でも過敏にならない。したがって、非常に高い耐腐食性が、粒界腐食に対しても達成される。同時に、この注型鋼合金は、オーステナイト系の材料と比べて、価格が手ごろである。
前記注型鋼合金は、フェライト系の注型鋼合金、つまり、フェライト系の構造を有する注型部品が得られる注型鋼合金である。
特に好適な実施形態では、前記注型鋼合金は、ニッケル無しで構成される。これは、コンタミネーションが不可避であることによって現れ得る寄生の影響は別として、前記注型鋼合金はニッケルをまったく含んでいないことを意味する。これによって、ここで紹介する注型鋼合金は、ニッケルを含むオーステナイト材に比べて、特に、価格が手ごろになる。
合金中の炭素（Ｃ）の比率が、最大で０．０５重量パーセントの場合、好適であることが明らかになった。
加えて、または、代わりに、合金中のクロム（Ｃｒ）の比率が、１７重量パーセント以上２５重量パーセント以下の範囲にある場合、好適である。
加えて、または、代わりに、合金中のモリブデン（Ｍｏ）の比率が、１重量パーセント以上から３重量パーセント以下の範囲にある場合、実用的である。
さらに、合金中のチタン（Ｔｉ）の比率が、最大１重量パーセントである場合、特に好適である。
加えて、または、代わりに、合金中のニオブ（Ｎｂ）の比率が、最大１重量パーセントである場合、好適である。
ここで、上記の好適な実施形態を累積して実現すると、特に好適である。この場合、合金は、最大０．０５重量パーセントの炭素（Ｃ）、１７重量パーセント以上２５重量パーセント以下のクロム（Ｃｒ）、１重量パーセント以上３重量パーセント以下のモリブデン（Ｍｏ）、最大１重量パーセントのチタン（Ｔｉ）、および、最大１重量パーセントのニオブ（Ｎｂ）を含む。
さらに、炭素成分の重量パーセントを、０．２５およびチタン成分の重量パーセントの積と０．１４およびニオブ成分の重量パーセントの積との合計で割ったときの値が、３より大きくなるように、炭素、チタン、および、ニオブの重量成分を、互いに決めると、耐粒界腐食性にとって、特に好適であることが明らかになった。換言すると、この特別な実施形態を実現するために、以下の式、つまり、関係が維持されなければならない。
％Ｃ／（０．２５×％Ｔｉ＋０．１４×％Ｎｂ）＞３
％Ｃ／（０．２５×％Ｔｉ＋０．１４×％Ｎｂ）＞３
この関係、つまり、方程式において、「％」は「重量パーセント」を意味する。
鉄、炭素、クロム、モリブデン、チタン、および、ニオブに加えて、ここで紹介する注型鋼合金は、また、次の成分を含み、この場合、任意の組み合わせが実現可能である。
ケイ素（Ｓｉ）、特に最大１．００重量パーセントのケイ素、および／または、
マンガン（Ｍｎ）、特に最大１．００重量パーセントのマンガン、および／または、
燐（Ｐ）、特に最大０．０４０重量パーセントの燐、および／または、
硫黄（Ｓ）、特に、最大０．０１５重量パーセントの硫黄、および／または、
窒素（Ｎ）、特に、最大０．０４０重量パーセントの窒素。
ケイ素（Ｓｉ）、特に最大１．００重量パーセントのケイ素、および／または、
マンガン（Ｍｎ）、特に最大１．００重量パーセントのマンガン、および／または、
燐（Ｐ）、特に最大０．０４０重量パーセントの燐、および／または、
硫黄（Ｓ）、特に、最大０．０１５重量パーセントの硫黄、および／または、
窒素（Ｎ）、特に、最大０．０４０重量パーセントの窒素。
ここで、上記の好適な実施形態を、累積して実現することも考えられ、この場合、合金は、最大１．００重量パーセントのケイ素（Ｓｉ）、最大１．００重量パーセントのマンガン（Ｍｎ）、最大０．０４０重量パーセントの燐（Ｐ）、最大０．０１５重量パーセントの硫黄（Ｓ）、および、最大０．０４０重量パーセントの窒素（Ｎ）を含む。
したがって、特に好適な実施形態によると、ここで紹介する注型鋼合金は、次の配合を有する。
最大０．０５重量％の炭素（Ｃ）、
最大１．００重量％のケイ素（Ｓｉ）、
最大１．００重量％のマンガン（Ｍｎ）、
最大０．０４０重量％の燐、
最大０．０１５重量％の硫黄、
最大０．０４０重量％の窒素（Ｎ）、
１７重量％以上２５重量％以下のクロム（Ｃｒ）、
１重量％以上３重量％以下のモリブデン（Ｍｏ）、
少なくとも０．００１重量％から最大１重量％のニオブ（Ｎｂ）、
少なくとも０．００１重量％から最大１重量％のチタン（Ｔｉ）、
残部１００重量％までの鉄（Ｆｅ）、
ここで、重量％は重量パーセントを表す。
最大０．０５重量％の炭素（Ｃ）、
最大１．００重量％のケイ素（Ｓｉ）、
最大１．００重量％のマンガン（Ｍｎ）、
最大０．０４０重量％の燐、
最大０．０１５重量％の硫黄、
最大０．０４０重量％の窒素（Ｎ）、
１７重量％以上２５重量％以下のクロム（Ｃｒ）、
１重量％以上３重量％以下のモリブデン（Ｍｏ）、
少なくとも０．００１重量％から最大１重量％のニオブ（Ｎｂ）、
少なくとも０．００１重量％から最大１重量％のチタン（Ｔｉ）、
残部１００重量％までの鉄（Ｆｅ）、
ここで、重量％は重量パーセントを表す。
本発明は、また、注型部品、特に、燃焼機関、特に動力車用排気ガスシステムの、排気ガスを運ぶ注型部品に関する。ここで、上記注型部品は、そのような排ガスシステムの部品（例えばハウジング）の構成要素（例えば接続フランジ）を構成することが可能である。なお、上記注型部品は、全部、または、少なくとも部分的に、ここで紹介する注型鋼合金で製造される。各注型部品の、少なくとも、排気ガスに直接晒される領域は、ここで紹介する注型鋼合金で製造される。
注型部品、または、部品は、例えば、排気ガス処理装置の排気パイプやハウジングである。注型部品は、漏斗、パイプ、フランジ等の流れ案内部であってもよい。
Claims (5)
- フェライト系の注型鋼合金であって、上記合金は、鉄（Ｆｅ）、炭素（Ｃ）、クロム（Ｃｒ）およびモリブデン（Ｍｏ）を含み、上記合金は、加えて、最大１重量パーセント（但し０．５重量パーセント以下を除く）のチタン（Ｔｉ）、およびニオブ（Ｎｂ）を含み、
炭素（Ｃ）、チタン（Ｔｉ）、および、ニオブ（Ｎｂ）の重量成分は、％Ｃ／（０．２５×％Ｔｉ＋０．１４×％Ｎｂ）＞３となるように、互いに決められており、
クロム（Ｃｒ）は１７重量パーセント以上２５重量パーセント以下であり、
モリブデン（Ｍｏ）は１重量パーセント以上３重量パーセント以下であり、
ニオブ（Ｎｂ）は最大１重量パーセントであり、
上記注型鋼合金は、更に、
最大１．００重量パーセントのケイ素（Ｓｉ）、および／または、
最大１．００重量パーセントのマンガン（Ｍｎ）、および／または、
最大０．０４０重量パーセントの燐（Ｐ）、および／または、
最大０．０１５重量パーセントの硫黄（Ｓ）、および／または、
最大０．０４０重量パーセントの窒素（Ｎ）
を含み、
残部が鉄（Ｆｅ）である注型鋼合金。 - 上記合金は、寄生の影響を除いて、ニッケルを含んでいない請求項１に記載の注型鋼合金。
- 上記合金は、更に、
最大１．００重量パーセントのケイ素（Ｓｉ）、
最大１．００重量パーセントのマンガン（Ｍｎ）、
最大０．０４０重量パーセントの燐（Ｐ）、
最大０．０１５重量パーセントの硫黄（Ｓ）、
最大０．０４０重量パーセントの窒素（Ｎ）を含んでいる請求項１又は請求項２に記載の注型鋼合金。 - 燃焼機関用、動力車の燃焼機関用、排気システムの注型部品であって、請求項１〜３のいずれか１項に記載の注型鋼合金で作られた注型部品。
- 燃焼機関用、動力車の燃焼機関用、排気システムの部品であって、注型部品として構成される少なくとも一つの構成要素を備え、前記少なくとも一つの構成要素が請求項１〜３のいずれか１項に記載の注型鋼合金で作られた部品。
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