JPH05171365A - Ferritic heat resistant cast steel and exhaust system parts made of it - Google Patents

Ferritic heat resistant cast steel and exhaust system parts made of it

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JPH05171365A
JPH05171365A JP11413592A JP11413592A JPH05171365A JP H05171365 A JPH05171365 A JP H05171365A JP 11413592 A JP11413592 A JP 11413592A JP 11413592 A JP11413592 A JP 11413592A JP H05171365 A JPH05171365 A JP H05171365A
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JP
Japan
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phase
cast steel
resistant cast
ferritic heat
heat
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JP11413592A
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Japanese (ja)
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Norio Takahashi
紀雄 高橋
Toshio Fujita
利夫 藤田
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide ferritic heat resistant steel excellent in durability such as a heat fatigue service life and oxidation resistance as well as room temp. strength, ductility, castability and workability by adding specified amounts of W, Nb, Ni and REM or V as well to high Cr ferritic stainless steel. CONSTITUTION:High Cr ferritic stainless steel contg., by weight, 0.05 to 0.30%C, <2.0% Si, <1.0% Mn and 16.0 to 25.0% Cr is incorporated with 1.0 to 3.0% W, 0.01 to 0.45% Nb, 0.1 to 2.0% Ni and 0.01 to 0.5% rare earth metal elements such as Ce and La or 0.01 to 0.3% V as well, by that, the objective ferritic heat resistant steel in which its structure is constituted of an alpha' phase having a pearlite colony shape in which an alpha phase and a gamma phase are transformed into (X phase+carbide) as well as the area rate of {alpha'/(alpha+alpha)} is regulated to 20 to 90% in the structure and free from the generation of defects such as cracks caused by high temp. annealing at the time of executing annealing at 700 to 850 deg.C less than 950 deg.C which is the temp. at which the alpha' phase transforms into the gamma phase and removing strains in the case of casting to improve its machinability can be obtd.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、自動車エンジンの排気
系部品などにい適する耐熱鋳鋼に関し、特に熱疲労寿
命、耐酸化性といった耐久性に優れているとともに、室
温強度、延性、鋳造性、加工性に優れ、安価なコストで
製造可能な耐熱鋳鋼およびそれからなる排気系部品に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat-resistant cast steel suitable for automobile engine exhaust system parts and the like, and particularly has excellent durability such as thermal fatigue life and oxidation resistance, as well as room temperature strength, ductility, castability, The present invention relates to a heat-resistant cast steel which is excellent in workability and can be manufactured at a low cost, and an exhaust system component made of the heat-resistant cast steel.

【0002】[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に比較材として示す組成のものがある。自動車
のエキゾーストマニフォールドやタービンハウジングな
ど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に示すような高Si球状黒鉛鋳鉄、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、特例的にはオーステナイト鋳鋼等
の高価な高合金耐熱鋳鋼が採用されている。
2. Description of the Related Art Conventional heat-resistant cast iron and heat-resistant cast steel have, for example, the compositions shown in Table 1 as comparative materials. As exhaust system components such as automobile exhaust manifolds and turbine housings are subject to severe operating conditions at high temperatures, high Si spheroidal graphite cast iron and Ni-resist cast iron (Ni-Cr-Cu austenitic cast iron) as shown in Table 1 are used. And heat-resistant cast iron such as austenitic cast steel, which are expensive, are used.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】このような従来の耐熱
鋳鉄、耐熱鋳鋼のうち、例えば高Si球状黒鉛鋳鉄やニ
レジスト鋳鉄は、比較的鋳造性が良好であるものの、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
鋼は、900℃以上での耐久性に優れているものの熱膨
張係数が大きいことに起因して熱疲労寿命が短いという
欠点を有する。また、鋳造性が悪いために、鋳造時にひ
け巣や湯廻り不良等の鋳造欠陥が発生しやすく、さらに
機械加工性が悪いために、それから部品等を製造する場
合に、生産性が低いという問題点もあった。なお、その
他にフェライト系ステンレス鋳鋼もあるが、通常のフェ
ライト系ステンレス鋼は、高温強度を改善しようとする
と、室温における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という問題がある。
Among such conventional heat-resistant cast irons and heat-resistant cast steels, for example, high Si spheroidal graphite cast irons and Niresist cast irons have relatively good castability, but have heat fatigue resistance or oxidation resistance. Since it is inferior in durability such as property, it cannot be applied to a member having a high temperature of 900 ° C. or higher. Further, high alloy heat resistant cast steel such as austenitic heat resistant cast steel has a shortcoming of short thermal fatigue life due to its large coefficient of thermal expansion, although it has excellent durability at 900 ° C. or higher. In addition, since castability is poor, casting defects such as shrinkage cavities and defective molten metal rotation are likely to occur during casting, and further poor machinability results in low productivity when manufacturing parts from it. There were also points. In addition, although there is ferritic stainless cast steel, there is a problem that ordinary ferritic stainless steel has poor ductility at room temperature and cannot be used as a member to which a mechanical shock is applied when trying to improve high temperature strength.

【0004】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、耐熱疲労性、耐酸化性とい
った耐久性、更に室温の強度、延性、鋳造性、および加
工性に優れ、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。
Therefore, the present invention is directed to the above-mentioned conventional heat-resistant cast iron,
The object of the present invention is to solve the problems of heat-resistant cast steel and to provide heat-resistant cast steel that is excellent in durability such as heat fatigue resistance and oxidation resistance, and has excellent room temperature strength, ductility, castability, and workability, and that can be manufactured at low cost. To do.

【0005】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を目的とする。
Another object of the present invention is to provide an exhaust system component made of such heat-resistant cast steel.

【0006】[0006]

【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、W,Nb,Ni,REMあるい
はそれらにV等を適量添加することにより、フェライト
基地および結晶粒界を強化し、室温のおける延性を損な
わずに変態点を上昇させ、高温強度を向上することがで
きることを見いだし本発明に想到した。
As a result of earnest research in view of the above-mentioned object, the present inventors have found that the ferrite matrix and the grain boundaries can be formed by adding an appropriate amount of W, Nb, Ni, REM or V to them. The inventors have found that the alloy can be strengthened, the transformation point can be increased without impairing the ductility at room temperature, and the high temperature strength can be improved, and the present invention has been made.

【0007】すなわち、本第1の発明のフェライト系耐
熱鋳鋼は、重量比率で、 C : 0.05〜 0.30 %, Si: 2.0 %以下, Mn: 1.0 %以下, Cr:16.0 〜25.0 %, W : 1.0 〜 3.0 %, Nb: 0.01〜 0.45 %, Ni: 0.1 〜 2.0 %, REM:0.01〜0.5 %, 残部:Feおよび不可避不純物 からなる組成を有し、通常のα相とγ相から(α+炭化
物)に変態したパーライトコロニー状のα’相を有する
とともに、α’相の面積率{α’/(α+α’)}が2
0〜90%であることを特徴とする。
That is, the ferritic heat-resistant cast steel of the first aspect of the present invention is, by weight ratio, C: 0.05 to 0.30%, Si: 2.0% or less, Mn: 1.0% or less, Cr: 16.0 to 25.0%, W: 1.0 to 3.0%, Nb: 0.01 to 0.45%, Ni: 0.1 to 2.0%, REM: 0.01 to 0. 5%, balance: Fe and inevitable impurities, and a normal α phase and a γ phase transformed from (α + carbide) into a pearlite colony-like α'phase, and an area ratio of α'phase {α '/ (Α + α')} is 2
It is characterized by 0 to 90%.

【0008】上記第1の発明のフェライト系耐熱鋳鋼に
おいて、α’相からγ相への変態点は900℃以上であ
る。
In the ferritic heat-resistant cast steel of the first invention, the transformation point from the α'phase to the γ phase is 900 ° C. or higher.

【0009】次に、本第2の発明のフェライト系耐熱鋳
鋼は、重量比率で、 C : 0.05〜 0.30 %, Si: 2.0 %以下, Mn: 1.0 %以下, Cr:16.0 〜25.0 %, W : 1.0 〜 3.0 %, Nb: 0.01〜 0.45 %, Ni: 0.1 〜 2.0 %, REM:0.01〜 0.5 %, V : 0.01〜0.3 %, 残部:Feおよび不可避不純物 からなる組成を有し、通常のα相とγ相から(α+炭化
物)に変態したパーライトコロニー状のα’相を有する
とともに、α’相の面積率{α’/(α+α’)}が2
0〜70%である。
Next, the ferritic heat-resistant cast steel of the second aspect of the present invention is, by weight ratio, C: 0.05 to 0.30%, Si: 2.0% or less, Mn: 1.0% or less, Cr. : 16.0 to 25.0%, W: 1.0 to 3.0%, Nb: 0.01 to 0.45%, Ni: 0.1 to 2.0%, REM: 0.01 to 0 0.5%, V: 0.01 to 0.3%, balance: Fe and unavoidable impurities, and a pearlite colony α'phase transformed from a normal α phase and γ phase to (α + carbide). And the area ratio of the α'phase {α '/ (α + α')} is 2
It is 0 to 70%.

【0010】上記第2の発明のフェライト系耐熱鋳鋼に
おいて、α’相からγ相への変態点が950℃以上であ
る。
In the ferritic heat-resistant cast steel of the second invention, the transformation point from the α'phase to the γ phase is 950 ° C or higher.

【0011】さらに、上記第1および第2の発明のフェ
ライト系耐熱鋳鋼において、残留歪の除去や加工上の必
要性がある場合、α’相がγ相に変態しない温度域で焼
鈍処理を施すことを特徴とする。
Further, in the ferritic heat-resistant cast steels of the first and second inventions, if there is a need for residual strain removal or working, annealing treatment is performed in a temperature range where the α'phase does not transform into the γ phase. It is characterized by

【0012】さらに、本発明のフェライト系耐熱鋳鋼か
らなる排気系部品は、上記組成を有する耐熱鋳鋼により
形成され、エキゾーストマニフォールド、タービンハウ
ジングであることを特徴とする。
Further, the exhaust system component made of the ferritic heat-resistant cast steel of the present invention is formed of the heat-resistant cast steel having the above composition, and is characterized by being an exhaust manifold and a turbine housing.

【0013】[0013]

【作用】上述したように、フェライト系耐熱鋳鋼に、重
量比率で、Wを1.0〜3.0%、Nbを0.01〜
0.45%、Niを0.1〜2.0%、REMを0.0
1〜0.5%あるいは必要に応じてVを0.01〜0.
3%添加すると、α’相を含有する組織が得られ、それ
により、従来の高合金鋼を上回る耐熱疲労性および耐酸
化性を有し、室温における延性を損なうことなく耐熱鋳
鉄と同等の鋳造性、加工性を有し、かつ低価格な耐熱鋳
鋼が得られる。さらに変態点温度が第1の発明において
は900℃以上、第2の発明においては950℃以上と
なるので、耐熱疲労性が向上する。
As described above, in the heat-resistant ferritic cast steel, W is 1.0 to 3.0% and Nb is 0.01 to 3.0% by weight.
0.45%, Ni 0.1-2.0%, REM 0.0
1 to 0.5%, or V to 0.01 to 0.
When 3% is added, a structure containing an α'phase is obtained, which has heat fatigue resistance and oxidation resistance superior to those of conventional high alloy steels, and casts equivalent to heat-resistant cast iron without impairing ductility at room temperature. Heat-resistant cast steel that has high workability and workability and is inexpensive can be obtained. Further, since the transformation temperature is 900 ° C. or higher in the first invention and 950 ° C. or higher in the second invention, the thermal fatigue resistance is improved.

【0014】以下、本発明フェライト系耐熱鋳鋼の各合
金元素の組成範囲および組織範囲の限定理由について詳
細に説明する。 (1) C(炭素):0.05〜0.30% Cは、溶湯の流動性すなわち鋳造性を良くするととも
に、α’相を適量生成する作用を有し、さらには変態点
以下での高温における強度を高く維持する働きがある。
このような作用を有効に発揮するためには、Cは0.0
5%以上必要である。なお、一般のフェライト系耐熱鋳
鋼では室温でα相のみであるが、炭素量の調整により、
高温から常温まで存在するα相のほかに、高温ではCが
固溶したγ相ができる。このいγ相は冷却中に炭化物を
析出して(α相+炭化物)に変態する。このような相を
α’相と呼ぶ。一方、Cの含有量が0.30%を越える
とα’相が存在しにくくなって、マルテンサイト組織に
なり、また耐酸化性、耐蝕性およ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。このため、Cは
0.05〜0.30%とする。望ましくは0.10〜
0.25%である。
The reasons for limiting the compositional range and the structural range of each alloying element of the ferritic heat-resistant cast steel of the present invention will be described in detail below. (1) C (carbon): 0.05 to 0.30% C has the effects of improving the fluidity of the molten metal, that is, the castability, and generating an appropriate amount of α'phase, and further, at the transformation point or lower. It has the function of maintaining high strength at high temperatures.
In order to effectively exert such an action, C is 0.0
5% or more is required. Incidentally, in general ferritic heat-resistant cast steel, only α phase at room temperature, but by adjusting the carbon content,
In addition to the α phase that exists from high temperature to room temperature, at the high temperature, the γ phase in which C forms a solid solution is formed. This γ phase transforms into (α phase + carbide) by precipitating carbide during cooling. Such a phase is called an α'phase. On the other hand, when the C content exceeds 0.30%, the α'phase is less likely to exist, a martensite structure is formed, and the precipitation of Cr carbides, which causes deterioration of oxidation resistance, corrosion resistance and workability, is remarkable. become. Therefore, C is set to 0.05 to 0.30%. Desirably 0.10
It is 0.25%.

【0015】(2) Si(ケイ素):2.0%以下 Siは、本発明のFe−Cr系合金のγ相の範囲を狭
め、組織の安定性を増し、耐酸化性の改善効果もある。
さらに鋳造性の改善、脱酸剤としての作用、鋳物のピン
ホール欠陥の低減効果等もある。しかし多すぎると、C
とのバランス(炭素当量)により一次炭化物を粗大化
し、鋳鋼の加工性を低下したり、またフェライト基地組
織中のSi含有量が過多となって延性の低下を起こした
り、高温でのδ相を形成したりする。このためSiの含
有量は2.0%以下とする。望ましくは0.5〜1.5
%である。
(2) Si (silicon): 2.0% or less Si has the effect of narrowing the range of the γ phase of the Fe-Cr alloy of the present invention, increasing the stability of the structure, and improving the oxidation resistance. ..
Further, it also has the effects of improving castability, acting as a deoxidizer, and reducing pinhole defects in the casting. However, if too much, C
And the balance (carbon equivalent) coarsen the primary carbides, reducing the workability of cast steel, and causing excessive ductility due to excessive Si content in the ferrite matrix structure. To form. Therefore, the Si content is 2.0% or less. Desirably 0.5 to 1.5
%.

【0016】(3) Mn(マンガン):0.3〜1.
0% Mnは、Siと同様に溶湯の脱酸剤として有効であり、
また鋳造時の湯流れ性を向上させて生産性を改善する。
このような作用を有効にするため、Mnの含有量を0.
3〜1.0%とする。望ましくは0.4〜0.7%であ
る。
(3) Mn (manganese): 0.3-1.
0% Mn, like Si, is effective as a deoxidizer for molten metal,
It also improves the productivity by improving the flowability of molten metal during casting.
In order to make such an effect effective, the Mn content is set to 0.
3 to 1.0%. It is preferably 0.4 to 0.7%.

【0017】(4) Cr(クロム):16.0〜2
5.0% 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16.0%以
上とする。一方、多量の添加はCrの一次炭化物を粗大
化させ、高温でのδ相形成を助長し、著しく脆化を起こ
す。そのため、Crの上限を25.0%以下とする。望
ましくは17.0〜22.0%である。
(4) Cr (chromium): 16.0-2
5.0% Cr is an element that improves the oxidation resistance and stabilizes the ferrite structure, but in order to ensure its effect, it is made 16.0% or more. On the other hand, the addition of a large amount coarsens the primary carbide of Cr, promotes the formation of the δ phase at high temperature, and causes remarkable embrittlement. Therefore, the upper limit of Cr is 25.0% or less. Desirably, it is 17.0 to 22.0%.

【0018】(5) W(タングステン):1.0〜
3.0% Wはフェライト基地を強化して、室温の延性を損なわず
高温強度を向上させる作用を持つ。従って、耐クリープ
性および変態点温度上昇による耐熱疲労性向上の目的
で、Wを1.0%以上とする。しかし、Wの含有量が
3.0%を越えると粗大な共晶炭化物が生成し、延性の
低下および機械加工性の悪化を引き起こすので3.0%
以下とする。望ましくは1.2〜2.5%である。
(5) W (tungsten): 1.0 to
3.0% W has the effect of strengthening the ferrite matrix and improving the high temperature strength without impairing the ductility at room temperature. Therefore, W is set to 1.0% or more for the purpose of improving the creep resistance and the thermal fatigue resistance by increasing the transformation temperature. However, if the W content exceeds 3.0%, coarse eutectic carbides are formed, which causes deterioration of ductility and deterioration of machinability.
Below. It is preferably 1.2 to 2.5%.

【0019】なお、Wとほぼ同様の効果は、Moを添加
しても得られるが(ただし、Moは原子比でWの2倍で
あるので、重量比率では添加量が1/2となる)、Wの
方がMoより融点が高く、高温での拡散速度が遅く、高
温特に900℃の高温強度に大きく寄与すること、また
耐酸化性が優れるので、本発明ではMoを含有せず、W
のみを含有する。
It should be noted that an effect similar to that of W can be obtained by adding Mo (however, since Mo is twice the atomic ratio of W, the addition amount is 1/2 in weight ratio). , W has a higher melting point than Mo, has a slower diffusion rate at high temperatures, contributes greatly to high temperature, especially 900 ° C. high temperature strength, and is excellent in oxidation resistance.
Contains only.

【0020】(6) Nb(ニオブ):0.01〜0.
45% Nbは、Cと結合して微細な炭化物を形成し、高温での
引張強さなら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切削
性を向上させる。このような目的で、Nbの含有量は
0.01%以上とする。しかし、多量に添加すると、結
晶粒界に炭化物を形成し、またNbの炭化物を生成する
ことによりCが消費されα’相が形成されにくくなり、
強度と延性が著しく低下する。このため、Nbの含有量
は0.45%以下とする。望ましくは0.02〜0.3
0%である。。 (7) Ni(ニッケル):0.1〜2.0% Niは、Cと同様にγ相形成元素であり、α’相を適当
量存在させるためには、0.1%以上添加するのが好ま
しい。一方、2.0%を越えると、耐酸化性の優れた
α’相が減少し、かつα’相がマルテンサイト化して、
著しく延性を低下させる。そのため、Ni添加量3を
2.0%以下とする。望ましくは0.3〜1.5%であ
る。
(6) Nb (niobium): 0.01-0.
45% Nb combines with C to form fine carbides, which increases the tensile strength at high temperature as well as the thermal fatigue resistance. Also, Cr
Improves oxidation resistance and machinability by suppressing the formation of carbides. For this purpose, the Nb content is 0.01% or more. However, when added in a large amount, carbides are formed at the grain boundaries, and Nb carbides are generated, so that C is consumed and the α'phase is less likely to be formed.
Strength and ductility are significantly reduced. Therefore, the Nb content is 0.45% or less. Desirably 0.02-0.3
It is 0%. . (7) Ni (nickel): 0.1 to 2.0% Ni is a γ phase forming element like C, and 0.1% or more is added to make an α ′ phase exist in an appropriate amount. Is preferred. On the other hand, if it exceeds 2.0%, the α ′ phase having excellent oxidation resistance decreases and the α ′ phase becomes martensite,
Remarkably reduces ductility. Therefore, the Ni addition amount 3 is set to 2.0% or less. It is preferably 0.3 to 1.5%.

【0021】(8) REM(希土類金属):0.01
〜0.5% REMとは、Ce(セリウム)、La(ランタン)等を
主とした軽希土類元素であり、安定な酸化物を形成し、
耐酸化性を改善し、また結晶粒界を微細にする作用があ
る。さらに、非金属介在物を球状化し、室温延性を向上
する。このような作用を有効にするため、REMを0.
01%以上添加する。一方、多量に添加すると、非金属
介在物となって特に延性に対して有害である。そのた
め、REMの上限を0.5%とする。なお、REM添加
はα’相の量や変態点には影響を及ぼさない。望ましく
は0.05〜0.3%である。
(8) REM (rare earth metal): 0.01
~ 0.5% REM is a light rare earth element mainly composed of Ce (cerium), La (lanthanum), etc., and forms a stable oxide,
It has the functions of improving the oxidation resistance and making the grain boundaries finer. Further, the non-metallic inclusions are spheroidized to improve room temperature ductility. In order to make such an effect effective, REM is set to 0.
Add 01% or more. On the other hand, when added in a large amount, it becomes a non-metallic inclusion, which is particularly harmful to ductility. Therefore, the upper limit of REM is set to 0.5%. The addition of REM does not affect the amount of α'phase or the transformation point. It is preferably 0.05 to 0.3%.

【0022】第2発明のフェライト系耐熱鋳鋼は、前記
必須元素の作用は第1の発明と同じであり、更に追加し
てVを含有する。Vの添加量の限定理由は以下の通りで
ある。
In the ferritic heat-resistant cast steel of the second invention, the action of the above-mentioned essential elements is the same as that of the first invention, and further contains V. The reasons for limiting the amount of V added are as follows.

【0023】(9) V(バナジウム):0.01〜
0.3% Vは、Nbと同様の作用であるが、Vは原子%ではNb
の2倍であるので、複合添加の場合、(Nb+V)が
0.5%を越えないことが望ましい。V単独の場合、望
ましくは0.05〜0.2%である。
(9) V (vanadium): 0.01 to
0.3% V has the same action as Nb, but V is Nb at atomic%
Therefore, it is desirable that (Nb + V) does not exceed 0.5% in the case of composite addition. In the case of V alone, it is preferably 0.05 to 0.2%.

【0024】以上を要約すると。本発明のフェライト系
耐熱鋳鋼の組成は以下の通りである。 第1の発明は、
重量比率で、 C : 0.05〜 0.30 %, Si: 2.0 %以下, Mn: 1.0 %以下, Cr:16.0 〜25.0 %, W : 1.0 〜 3.0 %, Nb: 0.01〜 0.45 %, Ni: 0.1 〜 2.0 %, REM:0.01〜0.5 %, 残部:Feおよび不可避不純物からなる。
To summarize the above. The composition of the ferritic heat-resistant cast steel of the present invention is as follows. The first invention is
By weight ratio, C: 0.05 to 0.30%, Si: 2.0% or less, Mn: 1.0% or less, Cr: 16.0 to 25.0%, W: 1.0 to 3. 0%, Nb: 0.01 to 0.45%, Ni: 0.1 to 2.0%, REM: 0.01 to 0.5%, balance: Fe and inevitable impurities.

【0025】そして、第1の発明の好ましい組成範囲は
以下の通りである。 C : 0.10〜 0.25 %, Si: 0.7 〜 1.5 %, Mn: 0.4 〜 0.7 %, Cr:17.0 〜22.0 %, W : 1.2 〜 2.5 %, Nb: 0.02〜 0.3 %, Ni: 0.3 〜 1.5 %, REM:0.05〜0.3 %, 残部:Feおよび不可避不純物からなる。
The preferred composition range of the first invention is as follows. C: 0.10 to 0.25%, Si: 0.7 to 1.5%, Mn: 0.4 to 0.7%, Cr: 17.0 to 22.0%, W: 1.2 to. 2.5%, Nb: 0.02 to 0.3%, Ni: 0.3 to 1.5%, REM: 0.05 to 0.3%, balance: Fe and inevitable impurities.

【0026】第2の発明は、 C : 0.05〜 0.30 %, Si: 2.0 %以下, Mn: 1.0 %以下, Cr:16.0 〜25.0 %, W : 1.0 〜 3.0 %, Nb: 0.01〜 0.45 %, Ni: 0.1 〜 2.0 %, REM:0.01〜 0.5 %, V : 0.01〜0.3 %, 残部:Feおよび不可避不純物からなる。The second invention is C: 0.05 to 0.30%, Si: 2.0% or less, Mn: 1.0% or less, Cr: 16.0 to 25.0%, W: 1 0.0 to 3.0%, Nb: 0.01 to 0.45%, Ni: 0.1 to 2.0%, REM: 0.01 to 0.5%, V: 0.01 to 0.3. %, Balance: Fe and inevitable impurities.

【0027】そして、第2の発明の好ましい組成範囲は
以下の通りである。 C : 0.08〜 0.25 %, Si: 0.7 〜 1.5 %, Mn: 0.4 〜 0.7 %, Cr:17.0 〜22.0 %, W : 1.2 〜 2.5 %, Nb: 0.02〜 0.3 %, Ni: 0.3 〜 1.5 %, REM:0.05〜 0.3 %, V : 0.05〜 0.2 %, 残部:Feおよび不可避不純物からなる。
The preferred composition range of the second invention is as follows. C: 0.08 to 0.25%, Si: 0.7 to 1.5%, Mn: 0.4 to 0.7%, Cr: 17.0 to 22.0%, W: 1.2 to. 2.5%, Nb: 0.02 to 0.3%, Ni: 0.3 to 1.5%, REM: 0.05 to 0.3%, V: 0.05 to 0.2%, balance : Fe and inevitable impurities.

【0028】上記組成を有する本発明のフェライト系耐
熱鋳鋼は、通常のα相のほかにγから(α+炭化物)に
変態したα’相を有する。α’相とは図2の金属組織写
真に見られるふちどりの内部のやや黒色のの組織であ
る。なお通常のα相とは、δ(デルタ)フェライトを意
味する。また、析出した炭化物は、Fe,Cr,W,N
b等の炭化物(M23C6 ,M7C3,MC等)である。
The ferritic heat-resistant cast steel of the present invention having the above composition has, in addition to the usual α phase, an α'phase transformed from γ to (α + carbide). The α'phase is a slightly black texture inside the edge seen in the metallographic photograph of FIG. The ordinary α phase means δ (delta) ferrite. The precipitated carbides are Fe, Cr, W, N
Carbides such as b (M23C6, M7C3, MC, etc.).

【0029】このα’相の面積率{α’/(α+
α’)}が20%未満では、室温における延性が低く、
極めて脆い。一方、α’相の面積率が第1の発明では9
0%、第2の発明では70%を越えると硬くなりすぎ、
室温の延性が低下するとともに、機械加工性が著しく悪
くなる。そのため面積率{α’/(α+α’)}は、第
1の発明では20〜90%、第2の発明では20〜70
%とする。
Area ratio of this α'phase {α '/ (α +
If α ′)} is less than 20%, the ductility at room temperature is low,
Extremely brittle. On the other hand, the area ratio of the α'phase is 9 in the first invention.
0%, in the second invention, if it exceeds 70%, it becomes too hard,
The ductility at room temperature decreases and the machinability deteriorates significantly. Therefore, the area ratio {α '/ (α + α')} is 20 to 90% in the first invention and 20 to 70 in the second invention.
%.

【0030】なお、フェライト系耐熱鋳鋼に対して、残
留歪の除去や加工上の必要がある場合、鋳造後にα’相
がγ相に変態しない温度域で焼鈍処理を施してもよい。
このときの焼鈍処理の温度は、一般に700〜850℃
であり、焼鈍時間は1〜10時間である。
If it is necessary to remove residual strain or to process the ferritic heat-resistant cast steel, it may be annealed in a temperature range where the α'phase does not transform into the γ phase after casting.
The annealing temperature at this time is generally 700 to 850 ° C.
And the annealing time is 1 to 10 hours.

【0031】なお、使用温度域にα’相からγ相に変態
点が存在すると、加熱−冷却のサイクルを受けて発生す
る熱応力が増大し、熱疲労寿命が短くなる。そのため、
900℃以上の変態点を有する必要がある。このように
高い変態点を有するためには、フェライト生成元素であ
るCr,Si,W,V,Nbとオーステナイト生成元素
であるC,Ni,Mnのバランスが適正であることが必
要である。
If there is a transformation point from the α'phase to the γ phase in the operating temperature range, the thermal stress generated by the heating-cooling cycle is increased and the thermal fatigue life is shortened. for that reason,
It must have a transformation point of 900 ° C or higher. In order to have such a high transformation point, it is necessary that the balance of the ferrite-forming elements Cr, Si, W, V, and Nb and the austenite-forming elements C, Ni, and Mn be appropriate.

【0032】なお、各発明のフェライト系耐熱鋳鋼にお
ける面積率および変態点は以下の通りである。 第1の発明;面積率:20〜90%、変態点:900℃
以上 第2の発明;面積率:20〜70%、変態点:950℃
以上 このような本発明のフェライト系耐熱鋳鋼は、特に自動
車の排気系部品を製造するのに適している。自動車の排
気系部品として、過給機付き直列4気筒エンジンに取り
付けられた一体構造型エキゾーストマニフォールドを図
1に示す。エキゾーストマニフォールド1はターボチャ
ージャのタービンハウジング2に結合しており、またタ
ービンハウジング2には、エキゾーストアウトレットパ
イプ3を介して、排気ガス浄化用触媒コンバータ容器4
が接続している。さらにコンバータ容器4にはメインキ
ャタライザ5が接続している。メインキャタライザ5の
出口はマフラー(D)に連通している。一方、タービン
ハウジング2は、インテークマニフォールド(B)に連
通しており、かつ(C)より吸気されるようになってい
る。なお排気ガスは、(A)よりエキゾーストマニフォ
ールド1に流入する。
The area ratio and transformation point in the ferritic heat-resistant cast steel of each invention are as follows. First invention; area ratio: 20 to 90%, transformation point: 900 ° C
Above 2nd invention; Area ratio: 20-70%, transformation point: 950 degreeC
As described above, the ferritic heat-resistant cast steel of the present invention is particularly suitable for manufacturing automobile exhaust system parts. Fig. 1 shows an integral structure exhaust manifold attached to an in-line 4-cylinder engine with a supercharger as an exhaust system component of an automobile. The exhaust manifold 1 is connected to a turbine housing 2 of a turbocharger, and the turbine housing 2 is connected via an exhaust outlet pipe 3 to a catalytic converter container 4 for purifying exhaust gas.
Are connected. Further, a main catalyzer 5 is connected to the converter container 4. The outlet of the main catalyzer 5 communicates with the muffler (D). On the other hand, the turbine housing 2 communicates with the intake manifold (B) and is sucked from (C). Exhaust gas flows into the exhaust manifold 1 from (A).

【0033】このようなエキゾーストマニフォールド1
やタービンハウジング2は、熱容量を小さくするため
に、できるだけ薄肉にするのが好ましい。エキゾースト
マニフォールド1およびタービンハウジング2の肉厚
は、例えば、それぞれ2.5〜3.4mm、2.7〜
4.1mmである。このような薄肉のフェライト系耐熱
鋳鋼からなるエキゾーストマニフォールド1やタービン
ハウジング2は、加熱−冷却の熱サイクルを受けても、
亀裂が生じることがなく、優れた耐久性を有する。
Such an exhaust manifold 1
The turbine housing 2 is preferably made as thin as possible in order to reduce the heat capacity. The exhaust manifold 1 and the turbine housing 2 have wall thicknesses of, for example, 2.5 to 3.4 mm and 2.7 to, respectively.
It is 4.1 mm. Even if the exhaust manifold 1 and the turbine housing 2 made of such a thin ferritic heat-resistant cast steel undergo a heating-cooling thermal cycle,
It does not crack and has excellent durability.

【0034】[0034]

【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。 実施例1〜9、比較例1〜5 表1に示す種類のフェライト系耐熱鋳鋼について、鋳造
によりJIS規格の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1550℃以上で出湯して約1500℃
で注湯した。実施例1〜9のフェラ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、鋳造した実施例1〜9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(比較例1〜5)につ
いては全て鋳放しのまま試験に供した。なお、表1にお
いて、比較例1〜5はいずれも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フォールド等の耐
熱部品に使用されているもので、比較例1の供試材は高
Si球状黒鉛鋳鉄であり、比較例2の供試材はニレジス
ト鋳鉄であり、比較例3の供試材はACI(Alloy
Casting Institute)規格のCB−
30であり、また比較例4の供試材はオーステナイト系
耐熱鋳鋼(JIS規格SCH12相当)と称されるもの
の一種であり、さらに比較例5の供試材は、特開平2−
175841号公報に示されるフェライト系耐熱鋳鋼で
ある。
EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to examples. Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 5 With respect to the ferritic heat resistant cast steels of the types shown in Table 1, JIS standard Y-shaped No. B test materials were produced. In addition,
When casting, use a 100 kg high-frequency furnace to melt in the air and immediately release the molten metal at 1550 ° C or higher to about 1500 ° C.
I poured it in. Regarding the ferritic heat-resistant cast steels of Examples 1 to 9, the flow of molten metal during casting was good, and no casting defects were found. Next, the cast samples 1 to 9 (Y block) were heat-treated by holding them in a heating furnace at 800 ° C. for 2 hours and then air-cooling. On the other hand, all the comparative materials (Comparative Examples 1 to 5) were subjected to the test as cast. In Table 1, Comparative Examples 1 to 5 are all used for heat-resistant parts such as automobile turbocharger housings and exhaust manifolds, and the sample material of Comparative Example 1 is high Si spheroidal graphite cast iron. The test material of Comparative Example 2 was Ni-resist cast iron, and the test material of Comparative Example 3 was ACI (Alloy).
CB of Casting Institute) standard
No. 30, and the sample material of Comparative Example 4 is one of those called austenitic heat-resistant cast steel (corresponding to JIS standard SCH12), and the sample material of Comparative Example 5 is JP-A-2-
It is a ferritic heat-resistant cast steel disclosed in Japanese Patent No. 175841.

【0035】表1に示す通り、本発明材である実施例1
〜9は、変態点温度が900℃以上あり、比較例1およ
び3に比較して高いことがわかる。
As shown in Table 1, Example 1 which is the material of the present invention
It can be seen that Nos. 9 to 9 have a transformation temperature of 900 ° C. or higher, which is higher than those of Comparative Examples 1 and 3.

【0036】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、標点間の直径が14mmの丸棒
試験片(JIS4号試験片)を用いて行った。 (2) 高温引張試験 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、900℃で行った。 (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、加熱−冷却による伸び縮みを完全に拘束
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:100℃ 上限温度:900℃ 各サイクル: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。
Next, various evaluation tests described below were carried out using each test material. (1) Room Temperature Tensile Test A round bar test piece (JIS No. 4 test piece) having a gauge length of 50 mm and a gauge length of 14 mm was used. (2) High Temperature Tensile Test A 900 ° C. test was performed using a brim test piece having a gauge length of 50 mm and a gauge diameter of 10 mm. (3) Thermal Fatigue Test Using a round bar test piece with a gauge length of 20 mm and a gauge diameter of 10 mm, heating-cooling under the following conditions with the expansion and contraction due to heating-cooling completely restrained. The cycle was repeated to cause thermal fatigue failure. Lower limit temperature: 100 ° C. Upper limit temperature: 900 ° C. Each cycle: 12 minutes In addition, an electro-hydraulic servo type thermal fatigue tester was used as a tester.

【0037】(4) 酸化試験 直径10mm、長さ20mmの丸棒試験片を作製し、9
00℃において200時間の大気中に保持し、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当たりの重量変化(酸化減
量;mg/cm2 )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2に、高温引張試
験、熱疲労試験および酸化試験の結果を表3に示す。
(4) Oxidation test A round bar test piece having a diameter of 10 mm and a length of 20 mm was prepared, and 9
It is kept in the atmosphere at 00 ° C for 200 hours, and after taking out, shot blasting is applied to remove the oxide scale, and the weight change per unit area before and after the oxidation test (oxidation weight loss; mg / cm2) is determined to obtain the acid resistance. The chemical conversion was evaluated. The results of the above room temperature tensile test are shown in Table 2, and the results of the high temperature tensile test, thermal fatigue test and oxidation test are shown in Table 3.

【0038】[0038]

【表1】 化学成分(重量%) 実施例 C Si Mn Cr W Nb Ni REM No.1 0.13 0.80 0.55 16.5 1.15 0.19 0.21 0.03 2 0.15 0.93 0.48 18.6 1.95 0.33 0.74 0.04 3 0.21 1.05 0.49 20.4 2.52 0.15 0.88 0.01 4 0.25 1.43 0.82 21.8 2.72 0.04 1.33 0.03 5 0.29 0.93 0.55 24.5 2.81 0.11 1.75 0.09 6 0.17 0.88 0.60 18.6 1.25 0.42 1.26 0.1 7 0.19 1.08 0.44 18.3 2.45 0.28 0.66 0.1 8 0.24 0.95 0.61 18.0 2.93 0.10 0.95 0.3 9 0.25 0.82 0.53 17.5 2.02 0.14 0.53 0.20 比較例 No.1 3.33 4.04 0.35 - - - 0.62* - 2 2.01 4.82 0.45 1.91 - - 35.3 - 3 0.28 1.05 0.44 17.9 - - - - 4 0.21 1.24 0.50 18.8 - - 9.1 - 5 0.12 1.05 0.48 18.1 - 1.12 - - (注) *:Mo[Table 1] Chemical composition (wt%) Example C Si Mn Cr W Nb Ni REM No.1 0.13 0.80 0.55 16.5 1.15 0.19 0.21 0.03 2 0.15 0.93 0.48 18.6 1.95 0.33 0.74 0.04 3 0.21 1.05 0.49 20.4 2.52 0.15 0.88 0.01 4 0.25 1.43 0.82 21.8 2.72 0.04 1.33 0.03 5 0.29 0.93 0.55 24.5 2.81 0.11 1.75 0.09 6 0.17 0.88 0.60 18.6 1.25 0.42 1.26 0.1 7 0.19 1.08 0.44 18.3 2.45 0.28 0.66 0.1 8 0.24 0.95 0.61 18.0 2.93 0.10 0.95 0.3 9 0.25 0.82 0.53 17.5 2.02 0.14 0.53 0.20 Comparative Example No.1 3.33 4.04 0.35---0.62 *-2 2.01 4.82 0.45 1.91--35.3-3 0.28 1.05 0.44 17.9----4 0.21 1.24 0.50 18.8--9.1-5 0.12 1.05 0.48 18.1- 1.12--(Note) *: Mo

【0039】 表1(続き) α’/(α+α’) 変態点 実施例 (%) (℃) No.1 65 920 2 50 970 3 40 1000 4 35 1020 5 30 1070 6 65 920 7 50 990 8 75 990 9 85 930 比較例 No.1 - 800〜850 2 - - 3 93 910 4 - - 5 0 >1100Table 1 (continued) α '/ (α + α') transformation point Example (%) (℃) No. 1 65 920 2 50 970 3 40 1000 4 35 1020 5 30 1070 6 65 920 7 50 990 8 75 990 9 85 930 Comparative example No. 1-800 to 850 2--3 93 910 4--5 0> 1100

【0040】[0040]

【表2】 [Table 2]

【0041】[0041]

【表3】 900℃ 0.2% 引張 熱疲労 酸化 耐力 強さ 伸び 寿命 減量 実施例 (MPa) (MPa) (%) (サイクル) (mg/cm2) No. 1 22 38 44 86 2 2 24 41 54 280 1 3 23 42 54 495 1 4 24 45 48 385 2 5 20 40 56 500 2 6 24 50 54 365 1 7 24 48 50 330 1 8 27 52 41 535 1 9 29 58 42 485 1 比較例 No. 1 20 40 33 9 200 2 40 90 44 23 20 3 25 42 58 18 1 4 65 128 31 35 2 5 15 28 93 185 2 [Table 3] 900 ℃ 0.2% Tensile Thermal Fatigue Oxidation Strength Strength Elongation Life Reduction Weight Example (MPa) (MPa) (%) (Cycle) (mg / cm2) No. 1 22 38 44 86 2 2 24 41 54 280 1 3 23 42 54 495 1 4 24 45 48 385 2 5 20 40 56 500 2 6 24 50 54 365 1 7 24 48 50 330 1 8 27 52 41 535 1 9 29 58 42 485 1 Comparative example No. 1 20 40 33 9 200 2 40 90 44 23 20 3 25 42 58 18 1 4 65 128 31 35 2 5 15 28 93 185 2

【0042】表2および表3から明らかなように、本発
明による実施例1〜9は、比較例1〜5の供試材と比較
して、高温強度、耐酸化性および熱疲労寿命が著しく改
善されていることがわかる。これは、適量のW,Nb,
NiおよびREMを含有することにより、フェライト基
地が強化され、室温の延性を損なわずに変態点が900
℃以上に上昇したためである。0.2%耐力、引張強
さ、伸び、熱疲労寿命および酸化減量等の材料特性を各
々単独で比較すると、比較例のなかに本発明材より優れ
るものがあるが、総合的にみると本発明材は、諸性質の
バランスが良好で、排気系部品材料として極めて優れて
いる。
As is clear from Tables 2 and 3, Examples 1 to 9 according to the present invention are remarkably superior in high temperature strength, oxidation resistance and thermal fatigue life to the test materials of Comparative Examples 1 to 5. You can see that it has been improved. This is a proper amount of W, Nb,
By containing Ni and REM, the ferrite matrix is strengthened, and the transformation point is 900 without damaging the ductility at room temperature.
This is because the temperature rises above ℃. When the material properties such as 0.2% proof stress, tensile strength, elongation, thermal fatigue life, and weight loss due to oxidation are compared individually, there are comparative examples that are superior to the material of the present invention. The invention material has a good balance of various properties and is extremely excellent as a material for exhaust system parts.

【0043】また、表2に示す通り、本発明材(実施例
1〜9)は硬さ(HB)が170〜235と比較的低
く、機械加工性にも優れていることがわかる。
Further, as shown in Table 2, the materials of the present invention (Examples 1 to 9) have a relatively low hardness (HB) of 170 to 235 and are excellent in machinability.

【0044】なお、実施例8の耐熱鋳鋼について、顕微
鏡写真(100倍)を図2に示す。図2の白色部はδ−
フェライトと呼ばれる通常のα相で、ふちどりの内部の
やや黒色部はγ相から変態したα’相であり、実施例8
は、α’の面積率{α’/(α+α’)}が75%であ
る。
A micrograph (100 times) of the heat-resistant cast steel of Example 8 is shown in FIG. The white part in FIG.
Example 8 is a normal α phase called ferrite, and the slightly black portion inside the trim is an α ′ phase transformed from the γ phase.
Has an area ratio of α '{α' / (α + α ')} of 75%.

【0045】また、比較例5の耐熱材料の顕微鏡写真
(100倍)を図3に示す。図3の白色部はδ−フェラ
イトと呼ばれる通常のα相で、粒界にNbの炭化物のN
bCが観察される。比較例5のα’相の面積率は0%で
ある。
A photomicrograph (100 times) of the heat-resistant material of Comparative Example 5 is shown in FIG. The white portion in FIG. 3 is a normal α phase called δ-ferrite, and Nb of Nb carbide is present at grain boundaries.
bC is observed. The area ratio of the α ′ phase in Comparative Example 5 is 0%.

【0046】実施例10〜19 表4に示す種類のフェライト系耐熱鋳鋼について、実施
例1と同様にしてJIS規格のY形B号供試材を作製し
た。
Examples 10 to 19 For the ferritic heat-resistant cast steels of the types shown in Table 4, JIS standard Y-shaped No. B test materials were prepared in the same manner as in Example 1.

【0047】実施例10〜19のフェライト系耐熱鋳鋼
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10
〜19)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。
Regarding the ferritic heat-resistant cast steels of Examples 10 to 19, the flow of molten metal during casting was good, and no casting defects were found. Next, the cast material of the present invention (Example 10)
〜 19) Test material (Y block) in a heating furnace at 800 ℃
After that, a heat treatment of holding for 2 hours and cooling with air was performed.

【0048】表1に示す通り、本発明材である実施例1
0〜19は、変態点温度が950℃以上あり、比較例1
〜3に比較して高いことがわかる。
As shown in Table 1, Example 1 which is the material of the present invention
0 to 19 have a transformation point temperature of 950 ° C. or higher, and Comparative Example 1
It turns out that it is higher than ~ 3.

【0049】次に、鋳造後の各供試材を用いて、室温引
張試験、高温引張試験、熱疲労試験、酸化試験を、実施
例1〜9と同じ条件で行った。
Next, a room temperature tensile test, a high temperature tensile test, a thermal fatigue test, and an oxidation test were performed on each of the test materials after casting under the same conditions as in Examples 1-9.

【0050】以上の室温引張試験結果を表5に、高温引
張試験、熱疲労試験および酸化試験の結果を表6に示
す。
The results of the above room temperature tensile test are shown in Table 5, and the results of the high temperature tensile test, thermal fatigue test and oxidation test are shown in Table 6.

【0051】[0051]

【表4】 化学成分(重量%) 実施例 C Si Mn Cr W Nb Ni REM V No.10 0.12 0.88 0.48 15.6 1.48 0.02 0.07 0.12 0.20 11 0.14 1.00 0.65 18.8 2.05 0.42 0.50 0.08 0.08 12 0.23 1.50 0.82 21.8 1.52 0.10 1.50 0.05 0.42 13 0.27 1.20 0.48 23.0 2.92 0.07 0.62 0.29 0.13 14 0.15 0.75 0.78 18.1 2.65 0.21 0.15 0.24 0.04 15 0.17 0.92 0.45 20.3 1.94 0.05 1.02 0.03 0.18 16 0.09 1.05 0.54 18.6 2.24 0.08 1.92 0.13 0.06 17 0.41 1.11 0.49 18.3 2.25 0.09 0.15 0.006 0.25 18 0.30 0.89 0.54 17.7 1.88 0.08 0.11 0.09 0.16 19 0.13 1.32 0.91 18.9 2.12 0.13 0.09 0.4 0.10 [Table 4] Chemical composition (wt%) Example C Si Mn Cr W Nb Ni REM V No.10 0.12 0.88 0.48 15.6 1.48 0.02 0.07 0.12 0.20 11 0.14 1.00 0.65 18.8 2.05 0.42 0.50 0.08 0.08 12 0.23 1.50 0.82 21.8 1.52 0.10 1.50 0.05 0.42 13 0.27 1.20 0.48 23.0 2.92 0.07 0.62 0.29 0.13 14 0.15 0.75 0.78 18.1 2.65 0.21 0.15 0.24 0.04 15 0.17 0.92 0.45 20.3 1.94 0.05 1.02 0.03 0.18 16 0.09 1.05 0.54 18.6 2.24 0.08 1.92 0.13 0.06 17 0.41 1.11 0.49 18.3 2.25 0.09 0.15 0.006 0.25 18 0.30 0.89 0.54 17.7 1.88 0.08 0.11 0.09 0.16 19 0.13 1.32 0.91 18.9 2.12 0.13 0.09 0.4 0.10

【0052】 表4(続き) α’/(α+α’) 変態点 実施例 (%) (℃) No.10 60 970 11 30 1045 12 28 1080 13 28 1080 14 35 1020 15 25 1080 16 40 1010 17 35 1010 18 50 960 19 40 1020Table 4 (continued) α '/ (α + α') Transformation point Example (%) (℃) No.10 60 970 11 30 1045 12 28 1080 13 28 1080 14 35 1020 15 25 1080 16 40 1010 17 35 1010 18 50 960 19 40 1020

【0053】[0053]

【表5】 [Table 5]

【0054】[0054]

【表6】 900℃ 0.2% 引張 熱疲労 酸化 耐力 強さ 伸び 寿命 減量 実施例 (MPa) (MPa) (%) (サイクル) (mg/cm2) No. 10 22 42 48 215 3 11 24 46 54 180 2 12 20 44 45 200 1 13 25 52 52 240 2 14 23 48 54 260 2 15 27 52 60 270 1 16 22 47 51 200 1 17 24 45 48 245 1 18 26 50 57 320 2 19 25 48 50 255 1 [Table 6] 900 ℃ 0.2% Tensile Thermal Fatigue Oxidation Strength Strength Elongation Life Reduction Weight Example (MPa) (MPa) (%) (cycle) (mg / cm2) No. 10 22 42 48 215 3 11 24 46 54 180 2 12 20 44 45 200 1 13 25 52 52 240 2 14 23 48 54 260 2 15 27 52 60 270 1 16 22 47 51 200 1 17 24 45 48 245 1 18 26 50 57 320 2 19 25 48 50 255 1

【0055】表5および表6から明らかなように、本発
明による実施例10〜19は、比較例1〜5の供試材と
比較して、高温強度、耐酸化性および熱疲労寿命が著し
く改善されていることがわかる。これは、適量のW,N
b,Ni,REM,Vを含有することにより、フェライ
ト基地が強化され、室温の延性を損なわずに変態点が9
50℃以上に上昇したためである。0.2%耐力、引張
強さ、伸び、熱疲労寿命および酸化減量等の材料特性を
各々単独で比較すると、比較例のなかに本発明材より優
れるものがあるが、総合的にみると本発明材は、諸性質
のバランスが良好で、排気系部品材料として極めて優れ
ている。
As is clear from Tables 5 and 6, Examples 10 to 19 according to the present invention are significantly higher in high temperature strength, oxidation resistance and thermal fatigue life than the test materials of Comparative Examples 1 to 5. You can see that it has been improved. This is a proper amount of W, N
By including b, Ni, REM, and V, the ferrite matrix is strengthened, and the transformation point is 9 without impairing the ductility at room temperature.
This is because the temperature rose to 50 ° C or higher. When the material properties such as 0.2% proof stress, tensile strength, elongation, thermal fatigue life, and weight loss due to oxidation are compared individually, there are comparative examples that are superior to the material of the present invention. The invention material has a good balance of various properties and is extremely excellent as a material for exhaust system parts.

【0056】また、表5に示す通り、本発明材(実施例
10〜19)は硬さ(HB)が174〜217と比較的
低く、機械加工性にも優れていることがわかる。
Further, as shown in Table 5, the materials of the present invention (Examples 10 to 19) have relatively low hardness (HB) of 174 to 217 and are excellent in machinability.

【0057】なお、実施例18の耐熱鋳鋼について、顕
微鏡写真(100倍)を図4に示す。図4の白色部はδ
−フェライトと呼ばれる通常のα相で、ふちどりの内部
のやや黒色部はγ相から変態したα’相であり、実施例
18では、α’の面積率{α’/(α+α’)}が50
%である。
A micrograph (100 times) of the heat-resistant cast steel of Example 18 is shown in FIG. The white part in Fig. 4 is δ
-In a normal α phase called ferrite, the slightly black part inside the trim is an α'phase transformed from the γ phase, and in Example 18, the area ratio of α '{α' / (α + α ')} is 50.
%.

【0058】次に、実施例5および15のフェライト系
耐熱鋳鋼を用いて、図1に示すエキゾーストマニフォー
ルド(パイプ部肉厚:2.5〜3.4mm)およびター
ビンハウジング(肉厚:2.7〜4.1mm)を鋳造し
た。得られた耐熱鋳鋼部品はいずれも健全なものであっ
た。
Next, using the ferritic heat-resistant cast steels of Examples 5 and 15, the exhaust manifold (pipe wall thickness: 2.5 to 3.4 mm) and turbine housing (wall thickness: 2.7) shown in FIG. 1 were used. .About.4.1 mm) was cast. The heat-resistant cast steel parts obtained were all sound.

【0059】更に、これらの鋳鋼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。
Further, these cast steel parts were subjected to machining to evaluate their machinability, but no problems occurred in any of them.

【0060】次に、図1に示すように、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2000cc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−STOP)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、930℃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870℃、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890
℃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。
Next, as shown in FIG. 1, an endurance test was conducted with an exhaust simulator that emits exhaust gas equivalent to a high-performance gasoline engine with a displacement of 2000 cc in an in-line four-cylinder in which an exhaust manifold and a turbine housing are assembled. As a test condition, a heat-cooling (GO-STOP) cycle having 1 cycle of full load operation (continuous 14 minutes) -idling (1 minute) -complete stop (14 minutes) -idling (1 minute) corresponding to 6000 rpm was performed. , 500 cycles. The exhaust gas temperature at full load was 930 ° C., which was the inlet temperature of the turbine housing. Under this condition, the surface temperature of the exhaust manifold is about 870 ° C. at the exhaust manifold collecting portion, and the surface temperature of the turbine housing is about 890 at the waste gate portion.
It was ℃. As a result of the evaluation test, it was confirmed that gas leakage and thermal cracking due to thermal deformation did not occur, and that it had excellent durability and reliability.

【0061】一方、表7に示す化学成分の高Si球状黒
鉛鋳鉄によりエキゾーストマニフォールドを作製し、ま
た同表の化学成分のNI−RESIST D2(INC
O社の商標)なるオーステナイト系球状黒鉛鋳鉄により
タービンハウジングを作製した。この結果、高Si球状
黒鉛鋳鉄製エキゾーストマニフォールドは、98サイク
ルで集合部近傍に酸化による熱亀裂が生じ、使用不能と
なった。その後、エキゾーストマニフォールドを実施例
7のものに取り替え、試験を続行したところ、324サ
イクル目にオーステナイト系球状黒鉛鋳鉄のタービンハ
ウジングのスクロール部に肉厚を貫通する亀裂が生じ
た。以上の結果、本発明品であるエキゾーストマニフォ
ールドおよびタービンハウジングは、優れた耐久性を有
していることが明らかとなった。
On the other hand, an exhaust manifold was prepared from the high Si spheroidal graphite cast iron having the chemical composition shown in Table 7, and the NI-RESIST D2 (INC of the chemical composition shown in the same table was prepared.
A turbine housing was made of austenitic spheroidal graphite cast iron (trademark of O company). As a result, the exhaust manifold made of high Si spheroidal graphite cast iron became unusable due to thermal cracking due to oxidation in the vicinity of the aggregated portion in 98 cycles. After that, when the exhaust manifold was replaced with that of Example 7 and the test was continued, a crack penetrating the wall thickness was generated in the scroll portion of the turbine housing of the austenitic spheroidal graphite cast iron at the 324th cycle. As a result of the above, it became clear that the exhaust manifold and the turbine housing, which are the products of the present invention, have excellent durability.

【0062】[0062]

【表7】 材種 C Si Mn P S Cr Ni Mo Mg 高Si 球状黒鉛鋳鉄 3.15 3.95 0.47 0.024 0.008 0.03 - 0.55 0.048オーステナイト 系 球状黒鉛鋳鉄 2.91 2.61 0.81 0.018 0.010 2.57 21.5 - 0.084[Table 7] Grade C Si Mn P S Cr Ni Mo Mg High Si spheroidal graphite cast iron 3.15 3.95 0.47 0.024 0.008 0.03-0.55 0.048 Austenitic spheroidal graphite cast iron 2.91 2.61 0.81 0.018 0.010 2.57 21.5-0.084

【0063】[0063]

【発明の効果】以上の説明の通り、本発明によれば、特
にW,Nb,Ni,REMあるいはそれらにVを適量添
加することにより、それぞれフェライト基地および結晶
粒界を強化し、室温の延性を損なわずに変態点を上昇さ
せ、特に重要な高温引張強度、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示す。また、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フェライト系耐熱鋳鋼は、エ
ンジン排気系部品に特に好適である。本発明のフェライ
ト系耐熱鋳鋼からなる排気系部品は熱亀裂を生じること
なく、極めて優れた耐久性を示す。
As described above, according to the present invention, in particular, W, Nb, Ni, REM or V is added thereto in an appropriate amount to strengthen the ferrite matrix and the grain boundaries, respectively, and to improve the ductility at room temperature. It raises the transformation point without deteriorating the properties of the steel, and exhibits particularly important properties at high temperature tensile strength, heat fatigue resistance, and oxidation resistance that exceed those of conventional heat-resistant cast steel. Moreover, since it is excellent in castability and workability, it can be manufactured at low cost. Such a ferritic heat-resistant cast steel of the present invention is particularly suitable for engine exhaust system parts. The exhaust system component made of the ferritic heat-resistant cast steel according to the present invention exhibits extremely excellent durability without causing thermal cracks.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のフェライト系耐熱鋳鋼により作製し得
るエキゾーストマニフォールドおよびタービンハウジン
グを示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic view showing an exhaust manifold and a turbine housing that can be manufactured from the ferritic heat-resistant cast steel of the present invention.

【図2】実施例8のフェライト系耐熱鋳鋼の金属組織を
示す顕微鏡写真(100倍)である。
FIG. 2 is a micrograph (× 100) showing the metal structure of the ferritic heat-resistant cast steel of Example 8.

【図3】比較例5の耐熱材料の金属組織を示す顕微鏡写
真(100倍)である。
FIG. 3 is a micrograph (100 ×) showing a metal structure of a heat-resistant material of Comparative Example 5.

【図4】実施例18のフェライト系耐熱鋳鋼の金属組織
を示す顕微鏡写真(100倍)である。
FIG. 4 is a micrograph (100 times) showing a metal structure of a ferritic heat-resistant cast steel of Example 18.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 エキゾーストマニフォールド 2 タービンハウジング 3 エキゾーストアウトレット 4 コンバータ容器 5 メインキャタライザ 1 Exhaust Manifold 2 Turbine Housing 3 Exhaust Outlet 4 Converter Vessel 5 Main Catalyzer

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 重量比率で、 C : 0.05〜 0.30%, Si: 2.0 %以下, Mn: 1.0 %以下, Cr:16.0 〜25.0 %, W : 1.0 〜 3.0 %, Nb: 0.01〜 0.45%, Ni: 0.1 〜 2.0 %, REM:0.01〜0.5 %, 残部:Feおよび不可避不純物からなる組成を有し、通
常のα相とγ相から(α+炭化物)に変態したパーライ
トコロニー状の相(以下α’相という)を有するととも
に、α’相の面積率{α’/(α+α’)}が20〜9
0%であることを特徴とするフェライト系耐熱鋳鋼。
1. By weight ratio, C: 0.05 to 0.30%, Si: 2.0% or less, Mn: 1.0% or less, Cr: 16.0 to 25.0%, W: 1 0.0 to 3.0%, Nb: 0.01 to 0.45%, Ni: 0.1 to 2.0%, REM: 0.01 to 0.5%, balance: Fe and inevitable impurities And has a pearlite colony-like phase (hereinafter referred to as α'phase) transformed from a normal α phase and γ phase to (α + carbide), and has an area ratio of α'phase {α '/ (α + α')} Is 20-9
Ferritic heat-resistant cast steel characterized by being 0%.
【請求項2】 請求項1記載のフェライト系耐熱鋳鋼に
おいて、α’相からγ相への変態点が900℃以上であ
ることを特徴とするフェライト系耐熱鋳鋼。
2. The ferritic heat-resistant cast steel according to claim 1, wherein the transformation point from the α ′ phase to the γ phase is 900 ° C. or higher.
【請求項3】 重量比率で、 C : 0.05〜 0.30%, Si: 2.0 %以下, Mn: 1.0 %以下, Cr:16.0 〜25.0 %, W : 1.0 〜 3.0 %, Nb: 0.01〜 0.45%, Ni: 0.1 〜 2.0 %, REM:0.01〜 0.5 %, V : 0.01〜0.3 %, 残部:Feおよび不可避不純物からなる組成を有し、通
常のα相とγ相から(α+炭化物)に変態したパーライ
トコロニー状のα’相を有するとともに、α’相の面積
率{α’/(α+α’)}が20〜70%であることを
特徴とするフェライト系耐熱鋳鋼。
3. By weight ratio, C: 0.05 to 0.30%, Si: 2.0% or less, Mn: 1.0% or less, Cr: 16.0 to 25.0%, W: 1 0.0 to 3.0%, Nb: 0.01 to 0.45%, Ni: 0.1 to 2.0%, REM: 0.01 to 0.5%, V: 0.01 to 0.3. %, Balance: Fe and a composition consisting of unavoidable impurities, and an ordinary α phase and a pearlite colony-like α ′ phase transformed from the γ phase to (α + carbide), and an area ratio of the α ′ phase {α ′ / (Α + α ')} is 20 to 70%, a ferritic heat-resistant cast steel characterized by the above-mentioned.
【請求項4】 請求項3記載のフェライト系耐熱鋳鋼に
おいて、α’相からγ相への変態点が950℃以上であ
ることを特徴とするフェライト系耐熱鋳鋼。
4. The ferritic heat-resistant cast steel according to claim 3, wherein the transformation point from the α ′ phase to the γ phase is 950 ° C. or higher.
【請求項5】 請求項1乃至4記載のフェライト系耐熱
鋳鋼において、残留歪の除去や加工の必要性がある場
合、α’相がγ相に変態しない温度域で焼鈍処理を施す
ことを特徴とするフェライト系耐熱鋳鋼。
5. The ferritic heat-resistant cast steel according to any one of claims 1 to 4, wherein when it is necessary to remove residual strain or to process, the annealing treatment is performed in a temperature range where the α'phase does not transform into the γ phase. Ferritic heat-resistant cast steel.
【請求項6】 請求項1乃至5いずれかに記載のフェラ
イト系耐熱鋳鋼からなる排気系部品。
6. An exhaust system component made of the ferritic heat resistant cast steel according to any one of claims 1 to 5.
【請求項7】 請求項6記載の排気系部品において、エ
キゾーストマニフォールドであることを特徴とする排気
系部品。
7. The exhaust system component according to claim 6, wherein the exhaust system component is an exhaust manifold.
【請求項8】 請求項6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。
8. The exhaust system component according to claim 6, which is a turbine housing.
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EP92114225A EP0530604B1 (en) 1991-08-21 1992-08-20 Heat-resistant, ferritic cast steel, and exhaust equipment member made thereof
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