JP7269590B2 - Austenitic heat-resistant cast steel and exhaust system parts - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、オーステナイト系耐熱鋳鋼および排気系部品に関する。 Embodiments of the present invention relate to austenitic heat-resistant cast steel and exhaust system components.
特許文献１（特開２０００－２９１４３０号公報）には、高Ｃｒ高Ｎｉオーステナイト系耐熱鋳鋼製である、排気系部品が開示されている。特許文献１に開示された排気系部品において、高Ｃｒ高Ｎｉオーステナイト系耐熱鋳鋼は、質量比で、Ｃ：０．２～１．０％，Ｓｉ：２％以下，Ｍｎ：２％以下，Ｐ：０．０４％以下，Ｓ：０．０５～０．２５％，Ｃｒ：２０～３０％，Ｎｉ：１６～３０％，残部：Ｆｅおよび不可避不純物を含む組成からなる。また、特許文献１に開示された排気系部品において、高Ｃｒ高Ｎｉオーステナイト系耐熱鋳鋼は、質量比で、Ｗ：１～４％および／またはＮｂ：１％を超え４％以下を含む。 Patent Document 1 (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2000-291430) discloses an exhaust system component made of high-Cr-high-Ni austenitic heat-resistant cast steel. In the exhaust system parts disclosed in Patent Document 1, the high Cr, high Ni austenitic heat-resistant cast steel has, in mass ratio, C: 0.2 to 1.0%, Si: 2% or less, Mn: 2% or less, P : 0.04% or less, S: 0.05-0.25%, Cr: 20-30%, Ni: 16-30%, balance: Fe and inevitable impurities. Further, in the exhaust system parts disclosed in Patent Document 1, the high Cr, high Ni austenitic heat-resistant cast steel contains W: 1 to 4% and/or Nb: more than 1% and 4% or less in mass ratio.
本発明の実施形態の一態様は、０．３から０．７質量％のＣ、１．２から１．８質量％のＳｉ、０．６から１．４質量％のＭｎ、０．０５から０．２５質量％のＳ、１８．０から２７．０質量％のＣｒ、１３．０から２３．０質量％のＮｉ、０．７０から１．００質量％のＮｂ、２．０から４．０質量％のＷ、０．１から０．４質量％のＭｏ、０．１から０．３質量％のＮ、０．００５から０．０３０質量％のＴｉ、および、Ｆｅおよび不可避不純物である残部からなる、オーステナイト系耐熱鋳鋼である。 An aspect of an embodiment of the present invention is 0.3 to 0.7 wt% C, 1.2 to 1.8 wt% Si, 0.6 to 1.4 wt% Mn, 0.05 to 0.25 wt% S, 18.0-27.0 wt% Cr, 13.0-23.0 wt% Ni, 0.70-1.00 wt% Nb, 2.0-4. 0% by weight W, 0.1 to 0.4% by weight Mo, 0.1 to 0.3% by weight N, 0.005 to 0.030% by weight Ti and Fe and unavoidable impurities It is an austenitic heat-resistant cast steel consisting of the remainder.
上記オーステナイト系耐熱鋳鋼によれば、Ｎｂの含有量の上限を１．００質量％にすることでＦｅ基地中に生成される炭化物量の減少を抑制するとともに、Ｔｉの含有量を０．００５から０．０３０質量％にすることでＦｅ基地中にＮｂおよびＣｒの共晶炭化物を網目状に連続的に分布させることができる。このため、Ｆｅ基地中における炭化物同士のネットワークを強固にすることができる。したがって、高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。 According to the austenitic heat-resistant cast steel, the upper limit of the Nb content is set to 1.00% by mass to suppress the decrease in the amount of carbides generated in the Fe matrix, and the Ti content is reduced from 0.005 to 0.005. By setting the content to 0.030% by mass, the eutectic carbide of Nb and Cr can be continuously distributed in the Fe matrix in a network shape. Therefore, the network of carbides in the Fe matrix can be strengthened. Therefore, it is possible to improve the strength of the austenitic heat-resistant cast steel in a high temperature range.
上記オーステナイト系耐熱鋳鋼において、Ｔｉの含有量が０．００５質量％を下回ると、Ｆｅ基地中にＮｂおよびＣｒの共晶炭化物を網目状に連続的に分布させにくくなるため好ましくない。Ｔｉの含有量が０．０３０質量％を上回ると、Ｆｅ基地中における炭化物同士のネットワークが分断されやすくなるため好ましくない。また、Ｎｂの含有量が０．７０質量％を下回ると、Ｆｅ基地中に生成されるＮｂ炭化物量が減少するため好ましくない。Ｎｂの含有量が１．００質量％を上回ると、Ｎｂ炭化物量は増加するもののＭ２３Ｃ６型炭化物量が減少することでトータルの炭化物量が減少するため好ましくない。In the austenitic heat-resistant cast steel, if the Ti content is less than 0.005% by mass, it is difficult to continuously distribute the eutectic carbide of Nb and Cr in the Fe matrix in a mesh-like manner, which is not preferable. If the Ti content exceeds 0.030% by mass, the network of carbides in the Fe matrix is likely to be broken, which is not preferable. Moreover, if the Nb content is less than 0.70% by mass, the amount of Nb carbides generated in the Fe matrix is reduced, which is not preferable. If the Nb content exceeds 1.00% by mass, the amount of Nb carbides increases, but the amount of M 23 C 6 type carbides decreases, resulting in a decrease in the total amount of carbides, which is not preferable.
上記オーステナイト系耐熱鋳鋼において、Ｔｉの含有量は、０．００８から０．０１８質量％であることが好ましい。 In the austenitic heat-resistant cast steel, the Ti content is preferably 0.008 to 0.018% by mass.
本発明の実施形態の他の態様は、上記オーステナイト系耐熱鋳鋼で作られた排気系部品である。１０００℃付近の排気ガスに曝される自動車の排気系部品の高温域における強度を向上させることができる。 Another aspect of the embodiment of the present invention is an exhaust system component made of the austenitic heat-resistant cast steel. It is possible to improve the strength in a high temperature range of automobile exhaust system parts exposed to exhaust gas around 1000°C.
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態であるオーステナイト系耐熱鋳鋼について説明する。なお、以下に示す実施形態により本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, an austenitic heat-resistant cast steel according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the attached drawings. In addition, this invention is not limited by embodiment shown below.
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、０．３から０．７質量％のＣ、１．２から１．８質量％のＳｉ、０．６から１．４質量％のＭｎ、０．０５から０．２５質量％のＳ、１８．０から２７．０質量％のＣｒ、１３．０から２３．０質量％のＮｉ、０．７０から１．００質量％のＮｂ、２．０から４．０質量％のＷ、０．１から０．４質量％のＭｏ、０．１から０．３質量％のＮ、０．００５から０．０３０質量％のＴｉ、および、Ｆｅおよび不可避不純物である残部からなる。 The austenitic heat-resistant cast steel of this embodiment contains 0.3 to 0.7 mass% C, 1.2 to 1.8 mass% Si, 0.6 to 1.4 mass% Mn, 0.05 to 0.25 wt% S, 18.0-27.0 wt% Cr, 13.0-23.0 wt% Ni, 0.70-1.00 wt% Nb, 2.0-4. 0% by weight W, 0.1 to 0.4% by weight Mo, 0.1 to 0.3% by weight N, 0.005 to 0.030% by weight Ti and Fe and unavoidable impurities consists of the remainder.
なお、本開示において、「オーステナイト系耐熱鋳鋼」は、主相としてオーステナイト相を含む耐熱鋳鋼を意味する。元素の「質量％」は、オーステナイト系耐熱鋳鋼の質量に対する元素の質量の百分率を意味する。「ＡからＢ質量％の元素」の表記は、元素の質量％がＡ％以上Ｂ％以下であることを意味する。「残部」は、オーステナイト系耐熱鋳鋼を構成する成分のうち、列挙された元素以外の成分を意味する。例えば、「・・・Ｃ、・・・Ｓｉ、・・・Ｍｎ、・・・Ｓ、・・・Ｃｒ、・・・Ｎｉ、・・・Ｎｂ、・・・Ｗ、・・・Ｍｏ、・・・Ｎ、・・・Ｔｉ、および、Ｆｅおよび不可避不純物である残部からなる、オーステナイト系耐熱鋳鋼」は、オーステナイト系耐熱鋳鋼を構成する成分のうち、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎ、およびＴｉ以外の成分がＦｅおよび不可避不純物であることを意味する。 In the present disclosure, "austenitic heat-resistant cast steel" means heat-resistant cast steel containing an austenitic phase as a main phase. "Mass %" of an element means the percentage of the mass of the element relative to the mass of the austenitic heat-resistant cast steel. The notation of "an element from A to B mass%" means that the mass% of the element is A% or more and B% or less. The "remainder" means the components other than the listed elements among the components constituting the austenitic heat-resistant cast steel. For example, "...C,...Si,...Mn,...S,...Cr,...Ni,...Nb,...W,...Mo,...・Austenitic heat-resistant cast steel consisting of N, . It means that components other than Nb, W, Mo, N, and Ti are Fe and unavoidable impurities.
（Ｃ：炭素）
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、０．３から０．７質量％のＣを含む。Ｃの含有量の下限が０．３質量％であるので、Ｆｅ基地の固溶強化および炭化物の析出強化によりオーステナイト系耐熱鋳鋼を高強度化することができる。さらに、オーステナイト相の液相線温度の上昇を抑制することによりオーステナイト系耐熱鋳鋼の鋳造性（溶湯の流動性）を向上させることができる。またＣの含有量の上限が０．７質量％であるので、過剰な量の炭化物の生成を抑制することにより、オーステナイト系耐熱鋳鋼が塑性変形した際の亀裂の発生を低減することができる。(C: carbon)
The austenitic heat-resistant cast steel of this embodiment contains 0.3 to 0.7% by mass of C. Since the lower limit of the C content is 0.3% by mass, the strength of the austenitic heat-resistant cast steel can be increased by solid-solution strengthening of the Fe base and precipitation strengthening of carbides. Furthermore, the castability (fluidity of molten metal) of the austenitic heat-resistant cast steel can be improved by suppressing an increase in the liquidus temperature of the austenite phase. In addition, since the upper limit of the C content is 0.7% by mass, it is possible to suppress the generation of excessive carbides, thereby reducing the occurrence of cracks when the austenitic heat-resistant cast steel is plastically deformed.
（Ｓｉ：ケイ素）
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、１．２から１．８質量％のＳｉを含む。Ｓｉの含有量の下限が１．２質量％であるので、オーステナイト系耐熱鋳鋼の耐酸化性を向上させることができる。また、Ｓｉの含有量の上限が１．８質量％であるので、ＦｅおよびＣｒの金属間化合物であるσ相（脆化相）の生成を低減することにより、高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の靱性を向上させることができる。(Si: silicon)
The austenitic heat-resistant cast steel of this embodiment contains 1.2 to 1.8% by mass of Si. Since the lower limit of the Si content is 1.2% by mass, the oxidation resistance of the austenitic heat-resistant cast steel can be improved. In addition, since the upper limit of the Si content is 1.8% by mass, by reducing the formation of the σ phase (embrittlement phase), which is an intermetallic compound of Fe and Cr, Toughness can be improved.
（Ｍｎ：マンガン）
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、０．６から１．４質量％のＭｎを含む。Ｍｎの含有量の下限が０．６質量％であるので、Ｓと結合して硫化物を形成し、硫化物の潤滑作用により耐オーステナイト系耐熱鋳鋼の切削性を向上させることができる。また、Ｍｎの含有量の上限が１．４質量％であるので、過剰な量の硫化物の生成を抑制することにより、オーステナイト系耐熱鋳鋼の鋳肌表面における凹凸の発生を低減することができる。(Mn: manganese)
The austenitic heat-resistant cast steel of this embodiment contains 0.6 to 1.4% by mass of Mn. Since the lower limit of the Mn content is 0.6% by mass, Mn combines with S to form sulfides, and the lubricating action of the sulfides improves the machinability of the austenitic heat-resistant cast steel. In addition, since the upper limit of the Mn content is 1.4% by mass, it is possible to suppress the formation of an excessive amount of sulfide, thereby reducing the occurrence of unevenness on the casting surface of the austenitic heat-resistant cast steel. .
（Ｓ：硫黄）
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、０．０５から０．２５質量％のＳを含む。Ｓの含有量の下限が０．０５質量％であるので、Ｍｎと結合して硫化物を形成することにより、オーステナイト系耐熱鋳鋼の切削性を向上させることができる。また、Ｓの含有量の上限が１．４質量％であるので、過剰な量の硫化物の析出を低減することにより、１０００℃付近の高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。(S: sulfur)
The austenitic heat-resistant cast steel of this embodiment contains 0.05 to 0.25% by mass of S. Since the lower limit of the S content is 0.05% by mass, the machinability of the austenitic heat-resistant cast steel can be improved by combining with Mn to form sulfides. In addition, since the upper limit of the S content is 1.4% by mass, it is possible to improve the strength of the austenitic heat-resistant cast steel in a high temperature range around 1000 ° C. by reducing the precipitation of an excessive amount of sulfide. can.
（Ｃｒ：クロム）
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、１８．０から２７．０質量％のＣｒを含む。Ｃｒの含有量の下限が１８．０質量％であるので、オーステナイト系耐熱鋳鋼の耐酸化性を向上させることができる。また、Ｃｒの含有量の上限が２７．０質量％であるので、Ｃｒ炭化物とオーステナイト相との共晶界面において亀裂の伝搬経路となる脆化相の生成を低減することにより、高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。(Cr: Chromium)
The austenitic heat-resistant cast steel of this embodiment contains 18.0 to 27.0% by mass of Cr. Since the lower limit of the Cr content is 18.0% by mass, the oxidation resistance of the austenitic heat-resistant cast steel can be improved. In addition, since the upper limit of the Cr content is 27.0% by mass, by reducing the generation of the embrittlement phase that serves as a crack propagation path at the eutectic interface between the Cr carbide and the austenite phase, the austenite It is possible to improve the strength of the system heat-resistant cast steel.
（Ｎｉ：ニッケル）
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、１３．０から２３．０質量％のＮｉを含む。Ｎｉの含有量の下限が１３．０質量％であるので、脆化相の生成を低減することにより高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。また、Ｎｉの含有量の上限が２３．０質量％であるので、Ｆｅ基地中へのＮｉ固溶量の減少に伴いＣ固溶量を増加させ、過剰な量のＣｒ炭化物の晶出を低減することにより、高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。さらに、オーステナイト系耐熱鋳鋼を製造するための費用を低減することができる。(Ni: nickel)
The austenitic heat-resistant cast steel of this embodiment contains 13.0 to 23.0% by mass of Ni. Since the lower limit of the Ni content is 13.0% by mass, it is possible to improve the strength of the austenitic heat-resistant cast steel in a high temperature range by reducing the formation of embrittlement phases. In addition, since the upper limit of the Ni content is 23.0% by mass, the amount of solid solution of C is increased as the amount of solid solution of Ni in the Fe matrix decreases, and the crystallization of excessive amounts of Cr carbides is reduced. By doing so, the strength of the austenitic heat-resistant cast steel in a high temperature range can be improved. Furthermore, the cost for manufacturing austenitic heat-resistant cast steel can be reduced.
（Ｎｂ：ニオブ）
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、０．７０から１．００質量％のＮｂを含む。Ｎｂの含有量の下限が０．７０質量％であるので、Ｎｂ炭窒化物の量を増加させることにより、高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。また、Ｎｂの含有量の上限が１．００質量％であるので、主にＣｒやＦｅなどの金属元素ＭとＣとから構成されるＭ２３Ｃ６型炭化物量の減少を抑制することにより、Ｆｅ基地中におけるトータルの炭化物量の減少を抑制することができる。さらに、フェライト相および脆化相の生成を低減することにより高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。さらに、オーステナイト系耐熱鋳鋼を製造するための費用を低減することができる。(Nb: niobium)
The austenitic heat-resistant cast steel of this embodiment contains 0.70 to 1.00% by mass of Nb. Since the lower limit of the Nb content is 0.70% by mass, the strength of the austenitic heat-resistant cast steel in a high temperature range can be improved by increasing the amount of Nb carbonitrides. In addition, since the upper limit of the Nb content is 1.00% by mass, by suppressing the decrease in the amount of M 23 C 6 type carbides mainly composed of metal elements M and C such as Cr and Fe, It is possible to suppress a decrease in the total amount of carbides in the Fe matrix. Furthermore, the strength of the austenitic heat-resistant cast steel in a high temperature range can be improved by reducing the formation of ferrite phase and embrittlement phase. Furthermore, the cost for manufacturing austenitic heat-resistant cast steel can be reduced.
（Ｗ：タングステン）
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、２．０から４．０質量％のＷを含む。Ｗの含有量の下限が２．０質量％であるので、Ｆｅ基地の固溶強化およびＷ炭化物の析出強化により高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。また、Ｗの含有量の上限が４．０質量％であるので、過剰な量のＷ炭化物の生成を抑制することにより、オーステナイト系耐熱鋳鋼が塑性変形した際の亀裂の発生を低減することができる。さらに、オーステナイト系耐熱鋳鋼を製造するための費用を低減することができる。(W: Tungsten)
The austenitic heat-resistant cast steel of this embodiment contains 2.0 to 4.0% by mass of W. Since the lower limit of the W content is 2.0% by mass, the strength of the austenitic heat-resistant cast steel in a high temperature range can be improved by the solid solution strengthening of the Fe base and the precipitation strengthening of the W carbide. In addition, since the upper limit of the W content is 4.0% by mass, it is possible to reduce the occurrence of cracks when the austenitic heat-resistant cast steel is plastically deformed by suppressing the formation of an excessive amount of W carbide. can. Furthermore, the cost for manufacturing austenitic heat-resistant cast steel can be reduced.
（Ｍｏ：モリブデン）
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、０．１から０．４質量％のＭｏを含む。Ｍｏの含有量の下限が０．１質量％であるので、Ｆｅ基地の固溶強化およびＭｏ炭化物の析出強化により高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。また、Ｍｏの含有量の上限が０．４質量％であるので、過剰な量のＭｏ炭化物の生成を抑制することにより、オーステナイト系耐熱鋳鋼が塑性変形した際の亀裂の発生を低減することができる。さらに、オーステナイト系耐熱鋳鋼を製造するための費用を低減することができる。(Mo: Molybdenum)
The austenitic heat-resistant cast steel of this embodiment contains 0.1 to 0.4% by mass of Mo. Since the lower limit of the Mo content is 0.1% by mass, the strength of the austenitic heat-resistant cast steel in a high temperature range can be improved by solid solution strengthening of the Fe base and precipitation strengthening of Mo carbide. In addition, since the upper limit of the Mo content is 0.4% by mass, it is possible to reduce the occurrence of cracks when the austenitic heat-resistant cast steel is plastically deformed by suppressing the formation of an excessive amount of Mo carbide. can. Furthermore, the cost for manufacturing austenitic heat-resistant cast steel can be reduced.
（Ｎ：窒素）
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、０．１から０．３質量％のＮを含む。Ｎの含有量の下限が０．１質量％であるので、Ｆｅ基地の固溶強化およびＮｂ炭窒化物の析出強化により高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。また、Ｎの含有量の上限が０．３質量％であるので、オーステナイト系耐熱鋳鋼を鋳造する際にピンホールやブローホール等のガス欠陥の発生を低減することができる。(N: nitrogen)
The austenitic heat-resistant cast steel of this embodiment contains 0.1 to 0.3% by mass of N. Since the lower limit of the N content is 0.1% by mass, the strength of the austenitic heat-resistant cast steel in a high temperature range can be improved by the solid solution strengthening of the Fe base and the precipitation strengthening of the Nb carbonitride. Moreover, since the upper limit of the N content is 0.3% by mass, it is possible to reduce the occurrence of gas defects such as pinholes and blowholes when casting austenitic heat-resistant cast steel.
（Ｔｉ：チタン）
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、０．００５から０．０３０質量％のＴｉを含む。Ｔｉの含有量の下限が０．００５質量％であるので、Ｆｅ基地中にＮｂおよびＣｒの共晶炭化物を網目状に連続的に分布させることができる。また、Ｔｉの含有量の上限が０．０３０質量％であるので、Ｆｅ基地中における炭化物同士のネットワークの分断を抑制することができる。このように、Ｔｉの含有量を０．００５から０．０３０質量％にすることにより、Ｆｅ基地中における炭化物同士のネットワークを強固にすることができる。したがって、高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。(Ti: titanium)
The austenitic heat-resistant cast steel of this embodiment contains 0.005 to 0.030% by mass of Ti. Since the lower limit of the Ti content is 0.005% by mass, the eutectic carbide of Nb and Cr can be continuously distributed in the Fe matrix in a network shape. Moreover, since the upper limit of the Ti content is 0.030% by mass, it is possible to suppress the division of the network of carbides in the Fe matrix. Thus, by setting the Ti content to 0.005 to 0.030% by mass, the network of carbides in the Fe matrix can be strengthened. Therefore, it is possible to improve the strength of the austenitic heat-resistant cast steel in a high temperature range.
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼において、Ｔｉの含有量の下限は、０．００６５質量％であることが好ましく、０．００８質量％であることがさらに好ましい。Ｆｅ基地中に網目状に分布するＮｂおよびＣｒの共晶炭化物の連続性を向上させることができる。さらに、Ｔｉの含有量の上限は、０．０２６質量％であることが好ましく、０．０２２質量％であることがさらに好ましく、０．０１８質量％であることがさらに好ましい。Ｆｅ基地中における炭化物同士のネットワークを確実に維持することができる。 In the austenitic heat-resistant cast steel of the present embodiment, the lower limit of the Ti content is preferably 0.0065% by mass, more preferably 0.008% by mass. It is possible to improve the continuity of the eutectic carbide of Nb and Cr distributed in the Fe matrix in a mesh pattern. Furthermore, the upper limit of the Ti content is preferably 0.026% by mass, more preferably 0.022% by mass, and even more preferably 0.018% by mass. It is possible to reliably maintain a network of carbides in the Fe matrix.
（Ｆｅ：鉄、不可避不純物）
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼における残部は、Ｆｅおよび不可避不純物である。残部に含まれるＦｅは、面心立方格子構造を有するγ鉄である。残部に含まれる不可避不純物としては、例えば、Ｐ（リン）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｖ（バナジウム）、Ｃｏ（コバルト）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｎ（スズ）、Ｃａ（カルシウム）、Ｂ（ホウ素）、Ｐｂ（鉛）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｃｅ（セリウム）、Ｔｅ（テルル）、Ｌａ（ランタン）、Ｂｉ（ビスマス）、およびＺｎ（亜鉛）等の元素が挙げられる。不可避不純物の含有量は、合計で１．０質量％以下であることが好ましく、合計で０．８質量％以下であることがさらに好ましく、合計で０．７質量％以下であることがさらに好ましい。(Fe: iron, inevitable impurities)
The balance in the austenitic heat-resistant cast steel of the present embodiment is Fe and unavoidable impurities. Fe contained in the balance is γ-iron having a face-centered cubic lattice structure. Examples of inevitable impurities contained in the balance include P (phosphorus), Cu (copper), Al (aluminum), V (vanadium), Co (cobalt), As (arsenic), Sn (tin), and Ca (calcium). , B (boron), Pb (lead), Sb (antimony), Zr (zirconium), Ce (cerium), Te (tellurium), La (lanthanum), Bi (bismuth), and Zn (zinc) mentioned. The total content of inevitable impurities is preferably 1.0% by mass or less, more preferably 0.8% by mass or less, and even more preferably 0.7% by mass or less. .
このように、本実施形態によれば、Ｎｂの含有量の上限を１．００質量％にすることでＦｅ基地中に生成される炭化物量の減少を抑制するとともに、Ｔｉの含有量を０．００５から０．０３０質量％にすることでＦｅ基地中にＮｂおよびＣｒの共晶炭化物を網目状に連続的に分布させることができる。このため、Ｆｅ基地中における炭化物同士のネットワークを強固にすることができる。したがって、１０００℃付近の高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。さらに、Ｎｂの含有量の上限を１．００質量％に抑えつつ、Ｔｉの添加量を微量（０．００５から０．０３０質量％）に抑えることができるため、高温域における強度を向上させたオーステナイト系耐熱鋳鋼を安価に提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, by setting the upper limit of the Nb content to 1.00% by mass, the decrease in the amount of carbides generated in the Fe matrix is suppressed, and the Ti content is reduced to 0.00% by mass. 005 to 0.030% by mass, the eutectic carbide of Nb and Cr can be continuously distributed in the Fe matrix in a network shape. Therefore, the network of carbides in the Fe matrix can be strengthened. Therefore, it is possible to improve the strength of the austenitic heat-resistant cast steel in a high temperature range around 1000°C. Furthermore, while keeping the upper limit of the Nb content to 1.00% by mass, the amount of Ti added can be kept to a very small amount (0.005 to 0.030% by mass), so the strength in the high temperature range has been improved. Austenitic heat-resistant cast steel can be provided at low cost.
したがって、本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼を材料として使用することにより、高温域における強度を向上させた様々なオーステナイト系耐熱鋳鋼品を製造することができる。典型的なオーステナイト系耐熱鋳鋼品は、１０００℃付近の排気ガスに曝される自動車の排気系部品である。排気系部品の一例は、エキゾーストマニホールド、タービンハウジング、およびウェイストゲートバルブ等である。 Therefore, by using the austenitic heat-resistant cast steel of this embodiment as a material, it is possible to manufacture various heat-resistant austenitic cast steel products with improved strength in a high temperature range. A typical austenitic heat-resistant cast steel product is an automobile exhaust system part exposed to exhaust gas at around 1000°C. Examples of exhaust system components are exhaust manifolds, turbine housings, waste gate valves, and the like.
（実施例）
図１に、本実施形態に係るオーステナイト系耐熱鋳鋼の実施例および比較例の組成を示す。実施例および比較例として、図１に示す元素の組成（Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎ、およびＴｉ）を含むオーステナイト系耐熱鋳鋼を製造した。なお、実施例および比較例において、図１に示す元素以外の残部は、鉄および微量の不可避不純物である。(Example)
FIG. 1 shows compositions of examples and comparative examples of austenitic heat-resistant cast steel according to the present embodiment. As examples and comparative examples, austenitic heat-resistant cast steels containing the elemental compositions (C, Si, Mn, S, Cr, Ni, Nb, W, Mo, N, and Ti) shown in FIG. 1 were produced. In the examples and comparative examples, the balance other than the elements shown in FIG. 1 is iron and trace amounts of unavoidable impurities.
図２に、実施例および比較例に係るオーステナイト系耐熱鋳鋼についての引張試験の結果を示す。図２における試験温度（℃）、引張強さ（ＭＰａ）および０．２％耐力（ＭＰａ）は、オーステナイト系耐熱鋳鋼の試験片についてＪＩＳ Ｚ ２２４１（金属材料引張試験方法）に従って測定された値である。 FIG. 2 shows the results of tensile tests on austenitic heat-resistant cast steels according to Examples and Comparative Examples. The test temperature (°C), tensile strength (MPa) and 0.2% proof stress (MPa) in Fig. 2 are values measured according to JIS Z 2241 (Method of tensile test for metallic materials) for test pieces of austenitic heat-resistant cast steel. be.
（実施例１～９と比較例１との対比）
図１に示すように、実施例１～９は、Ｔｉの含有量の下限が０．００５質量％である。一方、比較例１は、Ｔｉを含まないものである。図２に示すように、１０００℃の試験温度において、実施例１～９の引張強さは、比較例１の引張強さよりも大きい。また、１０００℃の試験温度において、実施例１～９の０．２％耐力は、比較例１の０．２％耐力よりも大きい。このように、Ｔｉの含有量の下限が０．００５質量％である場合には、１０００℃の試験温度におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の引張強さおよび０．２％耐力を向上させることができることを確認することができた。(Comparison between Examples 1 to 9 and Comparative Example 1)
As shown in FIG. 1, in Examples 1 to 9, the lower limit of the Ti content is 0.005% by mass. On the other hand, Comparative Example 1 does not contain Ti. As shown in FIG. 2, the tensile strengths of Examples 1-9 are greater than that of Comparative Example 1 at a test temperature of 1000.degree. Moreover, the 0.2% proof stress of Examples 1 to 9 is greater than the 0.2% proof stress of Comparative Example 1 at a test temperature of 1000°C. Thus, it was confirmed that when the lower limit of the Ti content is 0.005% by mass, the tensile strength and 0.2% proof stress of the austenitic heat-resistant cast steel at the test temperature of 1000° C. can be improved. We were able to.
（実施例１～９と比較例２および３との対比）
図１に示すように、実施例１～９は、Ｔｉの含有量の上限が０．０３０質量％である。一方、比較例１は、０．０３０質量％を超えるＴｉを含む。図２に示すように、１０００℃の試験温度において、実施例１～９の引張強さは、比較例２または比較例３の引張強さよりも大きい。また、１０００℃の試験温度において、実施例１～９の０．２％耐力は、比較例２または比較例３の０．２％耐力よりも大きい。このように、Ｔｉの含有量の上限が０．０３０質量％である場合には、１０００℃の試験温度におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の引張強さおよび０．２％耐力を向上させることができることを確認することができた。(Comparison between Examples 1 to 9 and Comparative Examples 2 and 3)
As shown in FIG. 1, in Examples 1 to 9, the upper limit of the Ti content is 0.030% by mass. On the other hand, Comparative Example 1 contains more than 0.030% by mass of Ti. As shown in FIG. 2, the tensile strength of Examples 1-9 is greater than that of Comparative Example 2 or Comparative Example 3 at a test temperature of 1000.degree. Moreover, the 0.2% proof stress of Examples 1 to 9 is greater than the 0.2% proof stress of Comparative Example 2 or Comparative Example 3 at a test temperature of 1000°C. Thus, it was confirmed that when the upper limit of the Ti content is 0.030% by mass, the tensile strength and 0.2% proof stress of the austenitic heat-resistant cast steel at the test temperature of 1000° C. can be improved. We were able to.
（実施例２～７と実施例１との対比）
図１に示すように、実施例２～７は、Ｔｉの含有量の下限が０．００８質量％である。一方、実施例１は、Ｔｉの含有量が０．００８質量％未満である。図２に示すように、１０００℃の試験温度において、実施例２～７の引張強さは、実施例１の引張強さよりも大きい。また、１０００℃の試験温度において、実施例２～７の０．２％耐力は、実施例１の０．２％耐力よりも大きい。このように、Ｔｉの含有量の下限が０．００８質量％である場合には、１０００℃の試験温度におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の引張強さおよび０．２％耐力をさらに向上させることができることを確認することができた。(Comparison between Examples 2 to 7 and Example 1)
As shown in FIG. 1, in Examples 2 to 7, the lower limit of the Ti content is 0.008% by mass. On the other hand, in Example 1, the Ti content is less than 0.008% by mass. As shown in Figure 2, the tensile strengths of Examples 2-7 are greater than that of Example 1 at a test temperature of 1000°C. Moreover, the 0.2% proof stress of Examples 2 to 7 is greater than the 0.2% proof stress of Example 1 at a test temperature of 1000°C. Thus, when the lower limit of the Ti content is 0.008% by mass, the tensile strength and 0.2% proof stress of the austenitic heat-resistant cast steel at the test temperature of 1000 ° C. can be further improved. I was able to confirm.
（実施例２～７と実施例６および７との対比）
図１に示すように、実施例２～７は、Ｔｉの含有量の上限が０．０１８質量％である。一方、実施例６および７は、Ｔｉの含有量が０．０１８質量％を超える。図２に示すように、１０００℃の試験温度において、実施例２～７の引張強さは、実施例６または実施例７の引張強さよりも大きい。また、１０００℃の試験温度において、実施例２～７の０．２％耐力は、実施例６または実施例７の０．２％耐力よりも大きい。このように、Ｔｉの含有量の上限が０．０１８質量％である場合には、１０００℃の試験温度におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の引張強さおよび０．２％耐力をさらに向上させることができることを確認することができた。(Comparison between Examples 2-7 and Examples 6 and 7)
As shown in FIG. 1, in Examples 2 to 7, the upper limit of the Ti content is 0.018% by mass. On the other hand, in Examples 6 and 7, the Ti content exceeds 0.018% by mass. As shown in Figure 2, the tensile strength of Examples 2-7 is greater than that of Example 6 or Example 7 at a test temperature of 1000°C. Moreover, at a test temperature of 1000° C., the 0.2% proof stress of Examples 2 to 7 is greater than the 0.2% proof stress of Example 6 or Example 7. Thus, when the upper limit of the Ti content is 0.018% by mass, the tensile strength and 0.2% proof stress of the austenitic heat-resistant cast steel at the test temperature of 1000 ° C. can be further improved. I was able to confirm.
（オーステナイト系耐熱鋳鋼の組織についての観察）
図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、および図３Ｄに、オーステナイト系耐熱鋳鋼の試験片の組織についての観察結果を示す。図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、および図３Ｄは、それぞれ、比較例１、実施例２、実施例７、および比較例３に係るオーステナイト系耐熱鋳鋼のミクロ組織について、走査型電子顕微鏡により観察された結果を示す図である。(Observation of structure of austenitic heat-resistant cast steel)
3A, 3B, 3C, and 3D show observation results of the structure of the test piece of the austenitic heat-resistant cast steel. 3A, 3B, 3C, and 3D show the microstructures of the austenitic heat-resistant cast steels according to Comparative Examples 1, 2, 7, and 3, respectively, observed with a scanning electron microscope. FIG. 10 is a diagram showing the results of the experiment.
比較例１は、Ｔｉを含まないものである（図１参照）。このため、図３Ａに示すように、比較例１においては、Ｆｅ基地中に生成する炭窒化物が分断され、非連続的に分布している。この結果、図２に示すように、比較例１においては、１０００℃の試験温度におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の引張強さおよび０．２％耐力を向上させることが困難となっている。 Comparative Example 1 does not contain Ti (see FIG. 1). Therefore, as shown in FIG. 3A, in Comparative Example 1, the carbonitrides generated in the Fe matrix are divided and distributed discontinuously. As a result, as shown in FIG. 2, in Comparative Example 1, it is difficult to improve the tensile strength and 0.2% yield strength of the austenitic heat-resistant cast steel at the test temperature of 1000°C.
実施例２は、Ｔｉの含有量が０．００８質量％であり、実施例７は、Ｔｉの含有量が０．０１８質量％である（図１参照）。このため、図３Ｂおよび図３Ｃに示すように、実施例２および実施例７においては、Ｆｅ基地中に生成する炭窒化物が網目状に連続的に分布している。この結果、図２に示すように、実施例２および実施例７においては、１０００℃の試験温度におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の引張強さおよび０．２％耐力を向上させることができている。 Example 2 has a Ti content of 0.008% by mass, and Example 7 has a Ti content of 0.018% by mass (see FIG. 1). Therefore, as shown in FIGS. 3B and 3C, in Examples 2 and 7, the carbonitrides generated in the Fe matrix are continuously distributed in a mesh shape. As a result, as shown in FIG. 2, in Examples 2 and 7, the tensile strength and 0.2% yield strength of the austenitic heat-resistant cast steel at the test temperature of 1000° C. can be improved.
比較例３は、Ｔｉの含有量が０．１３０質量％である（図１参照）。このため、図３Ｄに示すように、Ｆｅ基地中に生成する炭窒化物の連続性が失われ、非連続的に分布している。この結果、図２に示すように、比較例３においては、１０００℃の試験温度におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の引張強さおよび０．２％耐力を向上させることが困難となっている。 Comparative Example 3 has a Ti content of 0.130% by mass (see FIG. 1). Therefore, as shown in FIG. 3D, carbonitrides generated in the Fe matrix lose continuity and are distributed discontinuously. As a result, as shown in FIG. 2, in Comparative Example 3, it is difficult to improve the tensile strength and 0.2% proof stress of the austenitic heat-resistant cast steel at a test temperature of 1000°C.
（オーステナイト系耐熱鋳鋼の組織についての分析）
図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、および図４Ｄに、オーステナイト系耐熱鋳鋼の試験片の組織についての分析結果を示す。図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、および図４Ｄは、それぞれ、比較例１、実施例２、実施例７、および比較例３に係るオーステナイト系耐熱鋳鋼のＦｅ基地中におけるＮｂ炭化物１０およびＣｒ炭化物２０の分布状態について、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）により分析された結果を示す図である。(Analysis of structure of austenitic heat-resistant cast steel)
4A, 4B, 4C, and 4D show the analysis results of the structure of the test piece of the austenitic heat-resistant cast steel. 4A, 4B, 4C, and 4D
比較例１は、Ｔｉを含まないものである（図１参照）。このため、図４Ａに示すように、比較例１においては、Ｆｅ基地中に生成するＮｂ炭化物１０とＣｒ炭化物２０とが分離して分布している。このため、炭化物同士のネットワークを形成することが困難となっている。 Comparative Example 1 does not contain Ti (see FIG. 1). Therefore, as shown in FIG. 4A, in Comparative Example 1, the Nb carbides 10 and the Cr carbides 20 generated in the Fe matrix are distributed separately. Therefore, it is difficult to form a network between carbides.
実施例２は、Ｔｉの含有量が０．００８質量％であり、実施例７は、Ｔｉの含有量が０．０１８質量％である（図１参照）。このため、図４Ｂおよび図４Ｃに示すように、実施例２および実施例７においては、Ｆｅ基地中に生成するＮｂ炭化物１０とＣｒ炭化物２０とが、オーステナイト相の結晶粒界に沿って共存するように共晶炭化物として析出している。このため、ＮｂおよびＣｒの共晶炭化物が網目状に連続的に分布することで、炭化物同士の強固なネットワークを形成することができている。 Example 2 has a Ti content of 0.008% by mass, and Example 7 has a Ti content of 0.018% by mass (see FIG. 1). Therefore, as shown in FIGS. 4B and 4C, in Examples 2 and 7, the Nb carbides 10 and the Cr carbides 20 generated in the Fe matrix coexist along the grain boundaries of the austenite phase. It is precipitated as eutectic carbide. Therefore, the eutectic carbides of Nb and Cr are continuously distributed in a mesh-like manner, thereby forming a strong network between the carbides.
比較例３は、Ｔｉの含有量が０．１３０質量％である（図１参照）。このため、図４Ｄに示すように、ＮｂおよびＣｒの共晶炭化物の連続性が失われ、非連続的に分布している。このため、炭化物同士のネットワークが分断されてしまっている。 Comparative Example 3 has a Ti content of 0.130% by mass (see FIG. 1). Therefore, as shown in FIG. 4D, the eutectic carbide of Nb and Cr loses continuity and is distributed discontinuously. For this reason, the network of carbides is divided.
このように、オーステナイト系耐熱鋳鋼の試験片の組織について分析した結果、Ｔｉの含有量を０．００５から０．０３０質量％にすることでＦｅ基地中にＮｂおよびＣｒの共晶炭化物を網目状に連続的に分布させ、Ｆｅ基地中における炭化物同士のネットワークを強固にすることができることを確認することができた。この結果、図２に示すように、実施例１～実施例９においては、１０００℃の試験温度におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の引張強さおよび０．２％耐力を向上させることができている。 As a result of analyzing the structure of a test piece of austenitic heat-resistant cast steel in this way, it was found that eutectic carbides of Nb and Cr were formed in the Fe matrix in a network-like manner by increasing the Ti content from 0.005 to 0.030% by mass. It was confirmed that the network of carbides in the Fe matrix can be strengthened by continuously distributing it in the Fe matrix. As a result, as shown in FIG. 2, in Examples 1 to 9, the tensile strength and 0.2% proof stress of the austenitic heat-resistant cast steel at the test temperature of 1000° C. can be improved.
１０ Ｎｂ炭化物
２０ Ｃｒ炭化物10
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