JPH03271345A

JPH03271345A - 室温延性の優れたフェライト系耐熱鋳鋼

Info

Publication number: JPH03271345A
Application number: JP7111290A
Authority: JP
Inventors: Norio Takahashi; 紀雄高橋
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1990-03-20
Filing date: 1990-03-20
Publication date: 1991-12-03

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、耐熱鋳鋼に関し、詳しくは優れた耐熱疲労性
、耐酸化性といった耐久性を有するとともに常温での延
性に優れ、かつ鋳造性、加工性にも優れ、安価なコスト
で製造可能な耐熱鋳鋼に関する。

〔従来の技術〕

従来の耐熱鋳鉄、鋳鋼としては、例えば第１表に比較材
として示すようなものがある。

自動車用エンジンのエキゾーストマニホールド、ターボ
チャージャー用タービンハウジング、デイ〔発明が解決
しようとする課題〕しかしながら、このような従来の耐熱鋳鉄、耐熱鋳鋼に
あっては、例えば高Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄、ニレジスト鋳鉄
、ＣＢ　−３０（Ａｌｌｏｙ　ＣａｓｔｉｎｇＩｎｓｔ
ｉｔｕｔｅ規格）のようなフェライト系ステンレス鋳鋼
においては比較的、鋳造性や加工性等の生産性は良好で
あるものの、耐熱疲労性、あるいは耐酸化性といった耐
久性が劣ることから、９００℃以上の高温となる部材に
は適用できず（さらに通常フェライト系ステンレス鋳鋼
は高温の耐久性を改善しようとすると、常温の延性に乏
しくなり、機械的衝撃等の加わる部材には使用できない
）、またオーステナイト系耐熱鋳鋼等の高合金耐熱鋳鋼
においては、９００℃以上での耐久性は優れているもの
の、鋳造性が悪く鋳造時にひけ巣、湯廻り不良等の鋳造
欠陥が発生しやすいこと、機械加工性が悪いこと等その
生産性が劣るという問題点があった。

〔課題を解決するための手段〕

特許請求の範囲第１項記載の発明はこのような従来の問
題点に着目してなされたもので、重量比率で、Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｎ　　：　　００ＯＬ−０，１０％、Ｓｉ：　　Ｏ６４〜　２．０　　％、Ｍｎ：　　０．３〜１．０　　％、Ｃｒ：１５　　〜２５　　　　％、Ｍｏ：０．２０〜２．５０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる組成を有し、鋳造
後にγ＋α混合域以下の温度で焼鈍処理を施し、通常の
α相のほかにα’相が存在し、α’相のへ２、面積率（
α’／α＋α’）が２０〜９０％であることを特徴とす
るものである。

また、特許請求の範囲第２項記載の発明も、同様な従来
の問題点に着目してなされたもので、重量比率で、Ｃ：　　Ｏｌ、１０−０．３０％、Ｎ：０．０１〜０．１０％、Ｓｉ：０．４〜２．０　　％。

Ｍｎ：　　０．３〜１．０　　％、Ｃｒ：１６　〜２５　　　％、Ｍｏ：　　０．２０〜２．５０％、Ｎｂ：　　０．０１〜０．７５％。

残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる組成を有し、鋳造
後にγ＋α混合域以下の温度で焼鈍処理を施し、通常の
α相のほかにα’相が存在し、α’相の面積率（α’／
α＋α’）が２０〜９０％であることを特徴とするもの
である。

また、特許請求の範囲第３項記載の発明も、同様な従来
の問題点に着目してなされたもので、重量比率で。

Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｎ：Ｏ，Ｏ１〜　０．１０％、Ｓｉ：０．４〜２．０　　％、Ｍｎ：　　　０．３〜１．Ｏ％、Ｃｒ：１５　　〜２５　　　　％、Ｍｏ：　　０．２０〜２．５０％、Ｎｂ：　　　０．０１〜０．７５％、Ｎｉ：０，１〜２．５０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる組成を有し、鋳造
後にγ＋α混合域以下の温度で焼鈍処理を施し、通常の
α相のほかにα’相が存在し、α’相の面積率（α’／
α＋α’）が２０〜９０％であることを特徴とするもの
である。

本発明において、室温の延性を損うことなく従来の問題
点を解決するための手段として耐熱疲労性及び耐酸化性
の要因分析を行った結果、その構成を上述のような組成
範囲及び組織範囲としたものである。

このような組成及び組織にしたことにより、耐熱鋳鉄と
同等の鋳造性、加工性、低価格性等といった生産性特性
を保有させた上で、常温における延性を損うことなく従
来のステンレス鋳鋼等のような高合金耐熱鋳鋼と同等の
耐熱疲労性及び同等以上の耐酸化性を付与することがで
きたものである。

以下、本発明の特許請求の範囲第１項、第２項、第３項
記載のフェライト系耐熱鋳鋼に含有する各合金元素の組
成範囲及び組織範囲の限定理由について説明する。

Ｃ（炭素）：０，１０〜０．３０％、Ｃは溶湯の流動性（＃透性）を改善させるため、また
α’相（水系耐熱鋳鋼では常温でα相−相であるが、炭
素量の調整により高温から常温までのα相のほかに高温
では炭素の固溶したγ相であって、冷却中に炭化物を析
出してα相に変態する相が存在する）を適当量存在させ
るため０．１０％以上必要である。一方、０．３０％を
超えるとα相が存在しにくくなること及び耐酸化性、耐
食性及び加工性の低下を引き起こすＣｒ炭化物の析出が
顕著になるため、０．１０−０．３０％とした。

Ｎ（窒素）：０．０１〜０．１０％ＮはＣと同様に高温強度を改善し耐熱疲労性を改善する
元素で、含有量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、Ｎ析出による脆化
を避けるため０．１０％以下とした。

Ｓｔ（けい素）：０．４〜２°０％Ｓｔは本Ｆｅ−Ｃｒ系合金系のγ相範囲を狭め、組織安
定性を増し、耐酸化性の改善効果もある。

さらに、鋳造性を改善し、脱酸剤として働き鋳物のピン
ホール欠陥を減らす効果もあるため０゜４％以上とする
。

しかし一方で、Ｃとのバランス（炭素当量）により一次
炭化物を粗大化させて加工性を悪化し、またフェライト
基地組織中のＳｉ含有量が過多となって靭性の低下を起
こしたり、高温でのσ相形酸を助長するため２．０％以
下とした。

Ｍｎ（マンガン）：０．３〜１．０％Ｍｎはパーライト組織の形成元素であることから、本発
明材のように基地組織をフェライト組織とした耐熱鋳鋼
にはあまり好ましくない元素であるが、Ｓｉと同様に溶
湯の脱酸剤として有効であり、鋳造時の湯流れ性を向上
させて生産性を改善させるため０．３〜１．０％とする
。

Ｃｒ（クロム）：１５〜２５％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１５％以上と
する。

しかし一方、多量の添加はＣｒの一次炭化物を粗大させ
機械加工性を悪化させることと、高温でのσ相形酸を助
長し著しく脆化を起こすため２５％以下とする。

Ｍｏ（モリブデン）：０．２０〜２．５０％Ｍｏはフェ
ライト基地を強化して高温強度を向上させる作用をもつ
。従って、耐クリープ性と耐熱疲労性の向上の目的で０
．２％以上とする。

しかし、含有量が１．５％を超えると共晶粗大炭化物が
生成されて機械加工性を悪化させ、脆性も起こす。また
、２．５０％を超えて含有してもクリープ強度の増加割
合は小さくなり、さらに耐酸化性をも悪化させるためそ
の上限を２．５０％とする。

Ｎｂにオブ）：０．０１〜０．７５％ＮｂはＣと結合して微細な炭化物を生威し、高温での引
張強さ並びに熱疲労強さを増大させる。

また、Ｃｒ炭化物の生成を抑制することによって耐食性
と切削性を向上させる目的で０．０１％以上とする。

しかし一方で、多量の添加は結晶粒界に炭化物を形成す
ること、またＮｂ炭化物を生成することによりＣが消費
されα’相が形成されにくくなり、靭性が低下するため
０．７５％以下とする。

Ｎｉにッケル）：Ｏ，１〜２．５０％ＮｆはＣと同様γ相生成元素でα’相を適当量存在させ
るために０．１％以上必要である。一方、２．５０％を
超えると耐酸化性の優れたα相が減少すること及びα’
相がマルテンサイト化して著しく靭性を低下させるため
０．１〜２．５０％とした。

鋳造後にγ＋α混合域以下の温度で焼鈍処理を施し、通
常のα相のほかにγからα＋Ｍ　ｘ　ｓ　Ｃｅ型炭化物
に変態したα’相が存在する。このα’相の面積率（α
’／α＋α’）は２０％未満では室温の延性が低く極め
て脆くなる。また９０％を超えるとカタサが高くなり、
室温の延性が低くなること及び機械加工性が著しく悪く
なるため２０〜９０％とした。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により説明する。

第１表に本発明の一実施例を示す。本発明フェライト系
耐熱鋳鋼の各種の特性を評価するため、第１表のような
９種類の本発明■〜■及び４種類の比較材■〜［相］の
供試材を鋳造により製作した。

なお、鋳造に当っては、１００ｋｇ用高周波４を用いて
大気溶解し、直ちに１５５０℃以上で出湯し、１５００
℃以上で注湯しＪＩＳ規格Ｙ型Ｂ号供試材を鋳造した。

本発明材■〜■については、鋳造時の渦流れも良く、鋳
造欠陥の発生は見られなかった。次に鋳造された本発明
材■〜■の供試材（Ｙブロック）を加熱炉中にて８００
℃で２時間保持後空冷する熱処理を行った。一方、比較
材についてはすべて鋳放しのまま試験に供した。なお、
第１表において、比較材■〜［相］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あり、比較材■は高
Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄であり、比較材■はニレジスト球状黒
鉛鋳鉄であり、比較材０はＡＣＩ　（ＡｌｌａｙＣａｓ
ｔｉｎｇ　Ｉｎ５ｔｉｔｕｔｏ）規格のＣＢ−３０であ
り、また比較材■はオーステナイト系耐熱鋳ｓ（Ｊ工Ｓ
規格５ＣＨ１２相当）と称されるものの一種である。

次に、鋳造後の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。

室温引張試験は、標点間距離が５０ｍｍ、Ｑ点間の直径
が１４ｍｍの丸棒試験片（ＪＩＳ４号試験片）を用いて
行った。

高温引張試験は、標点間距離が５０ｍｍ、標点間の直径
が１０ｍｍのつばつき試験片を用いて行った。

酸化試験は、１０φ×２０Ｑの丸棒試験片を製作し、９
００℃において大気雰囲気に２００時間保持し、取出後
にショツトブラスト処理を施して酸化スケールを除去し
、酸化前後の単位面積当りの重量変化（酸化減量：ｍｇ
／ｃｍ”）により評価したい。

熱疲労試験は標点間距離が２０ｍｍ、ｇ点間の直径が１
０ｍｍの丸棒試験片を用いて、試験片の加熱による伸び
を機械的に完全拘束した状態で下限温度１００℃、上限
温度９００℃とし、１サイクル１２分として加熱冷却の
繰返しにより熱疲労破壊させた。なお、試験機は電気−
油圧サーボ方式の熱疲労試験機を用いた。

以上の室温引張試験結果を第２表に、高温引張試験、熱
疲労試験及び酸化試験の結果を第３表に示す。第２表及
び第３表から明らかなように、本発明材■〜■はいずれ
も従来材である比較材■〜■と比較して、高温性質はも
とより、特にα’相（γからα＋Ｍ　２３　Ｇ−に変態
した相）を適切に制御したことにより室温の延性が著し
く改善されていることがわかる。

〔発明の効果〕

以上の説明の通り、本発明によれば特にα“相を適切に
制御することにより室温の延性を損なわずに高温強度を
向上できるので、自動車エンジン用排気系部品等におい
て、特に重要な高温引張性質、耐熱疲労性、耐酸化性に
ついて従来の耐熱鋳鋼を上回る特性を有し、かつ鋳造性
に優れるので、安価に製造することができ、エンジン用
排気系部品等に適用して優れた効果を奏するものである
。

第２図

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の中炭素、中Ｎｂ含有でα’／α＋α’
＝７６％のときのフェライト系耐熱鋳鋼の金属組ｍ顕微
鏡写真を示す図、第２図は従来材の低炭素、高Ｎｂ含有
でα’＝＋＝Ｏ％の耐熱鋳鋼の金属組織顕微鏡写真を示
す図である。 ′ζ・、　　ト、、　　’ｙ＝手続補正書（方式）１、事件の表示平成年特許願第１１１２号２、発明の名称室温延性の優れたフェライト系耐熱鋳鋼３、補正をする
者く♂ヅ：ノｌシー事件との関係　　　特　許　出願人任所　　　東京都千代田区丸の内二丁目１番２号平威２年
６月２６日（発送臼）５、補正の対象図面６、補正の内容、［＼４・・′

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量比率で、Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｎ：０．０１〜０．１０％、Ｓｉ：０．４〜２．０％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｃｒ：１５〜２５％、Ｍｏ：０．２０〜２．５０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる組成を有し、鋳造
後にγ＋α混合域以下の温度で焼鈍処理を施し、通常の
α相のほかにγからα＋炭化物に変態した相（以下α’
相）が存在し、α’相の面積率（α’／α＋α’）が２
０〜９０％であることを特徴とするフェライト系耐熱鋳
鋼。
（２）重量比率で、Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｎ：０．０１〜０．１０％、Ｓｉ：０．４〜２．０％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｃｒ：１５〜２５％、Ｍｏ：０．２０〜２．５０％、Ｎｂ：０．０１〜０．７５％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる組成を有し、鋳造
後にγ＋α混合域以下の温度で焼鈍処理を施し、通常の
α相のほかにα’相が存在し、α’相の面積率（α’／
α＋α’）が２０〜９０％であることを特徴とするフェ
ライト系耐熱鋳鋼。
（３）重量比率で、Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｎ：０．０１〜０．１０％、Ｓｉ：０．４〜２．０％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｃｒ：１５〜２５％、Ｍｏ：０．２０〜２．５０％、Ｎｂ：０．０１〜０．７５％、Ｎｉ：０．０５〜２．５０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる組成を有し、鋳造
後にγ＋α混合域以下の温度で焼鈍処理を施し、通常の
α相のほかにα’相が存在し、α’相の面積率（α’／
α＋α’）が２０〜９０％であることを特徴とするフェ
ライト系耐熱鋳鋼。