JPH05287458A - Ferritic cast heat resisting steel excellent in ductility at room temperature and oxidation resistance and exhaust system parts made thereof - Google Patents

Ferritic cast heat resisting steel excellent in ductility at room temperature and oxidation resistance and exhaust system parts made thereof

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JPH05287458A
JPH05287458A JP11413892A JP11413892A JPH05287458A JP H05287458 A JPH05287458 A JP H05287458A JP 11413892 A JP11413892 A JP 11413892A JP 11413892 A JP11413892 A JP 11413892A JP H05287458 A JPH05287458 A JP H05287458A
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JP
Japan
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phase
exhaust system
room temperature
cast steel
alpha
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JP11413892A
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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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Hitachi Metals Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To produce a cast steel for engine exhaust system parts excellent in ductility at room temp. and oxidation resistance by adding specific small amounts of W, Nb, V, REM, and Ca or Mg to a ferritic cast stainless steel and performing, as necessary, annealing treatment. CONSTITUTION:The engine exhaust system parts are cast by using a ferritic cast stainless steel which contains, by weight, 0.15-0.45% C, <2.0% Si, <1.0% Mn, 17-22% Cr, 1-3% W, 0.01-0.45% Nb or V, 0.01-0.5% REM, such as Ce and La, and 0.005-0.03% Ca or Mg and has, besides ordinary alpha-phase, an alpha'-phase transformed from gamma-phase to (alpha + carbide) and where the area ratio [alpha'/(alpha+alpha')] of the alpha'-phase is regulated to 20-80% and also the reversal transformation point from alpha'-phase to gamma-phase is regulated to >=1000 deg.C. In the case where the removal of residual strain in the cast product and working are necessary, annealing is done at a temp. in the range where the alpha'-phase does not transform into gamma-phase. By this method, the engine exhaust system parts made of ferritic cast stainless steel excellent in heat resistance can be produced at a low cost.

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、構造用
部品として室温延性に優れ、かつ鋳造性、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 an exhaust system component of an automobile engine, and particularly to a thermal fatigue life,
The present invention relates to a heat-resistant cast steel that is excellent in durability such as oxidation resistance, has excellent room temperature ductility as a structural component, is excellent in castability and workability, and can be manufactured at low cost, and an exhaust system component made of the same.

【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に比較例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 examples. 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,Nbおよび/または
V,REM,Caおよび/またはMg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 object, the present inventors have found that by adding an appropriate amount of W, Nb, Nb and / or V, REM, Ca and / or Mg, the ferrite Strengthening the matrix and grain boundaries,
The inventors have found that it is possible to raise the transformation point and improve the high temperature strength without impairing the ductility at room temperature, and have conceived the present invention.

【0007】すなわち、本発明の室温延性、耐酸化性の
優れたフェライト系耐熱鋳鋼は、重量比率で、 C : 0.15〜 0.45%, Si: 2.0 %以下, Mn: 1.0 %以下, Cr:17.0 〜22.0 %, W : 1.0 〜 3.0 %, Nbおよび/またはV: 0.01〜 0.45%, REM:0.01〜0.5 %, Caおよび/またはMg:0.005〜0.03%, 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(高温からのδ−フェ
ライト相)のほかに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20〜80%であ
ることを特徴とする。
That is, the ferritic heat-resistant cast steel excellent in room temperature ductility and oxidation resistance of the present invention has a weight ratio of C: 0.15 to 0.45%, Si: 2.0% or less, and Mn: 1. 0% or less, Cr: 17.0 to 22.0%, W: 1.0 to 3.0%, Nb and / or V: 0.01 to 0.45%, REM: 0.01 to 0.5. %, Ca and / or Mg: 0.005 to 0.03%, the balance: Fe and inevitable impurities, and from the γ phase in addition to the usual α phase (δ-ferrite phase from high temperature). (α + carbide) and has a pearlite colony-like α'phase and α '
The area ratio of the phase {α '/ (α + α')} is 20 to 80%.

【0008】上記発明の室温延性、耐酸化性の優れたフ
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1000℃以上である。
In the ferritic heat-resistant cast steel excellent in room temperature ductility and oxidation resistance of the above invention, the transformation point from the α'phase to the γ phase is 1000 ° C or higher.

【0009】さらに、上記発明の室温延性、耐酸化性の
優れた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。
Further, in the heat-resistant ferritic cast steel excellent in room temperature ductility and oxidation resistance of the above invention, when there is a need for residual strain removal or working, annealing is performed in a temperature range where the α'phase does not transform into the γ phase. Apply processing.

【0010】さらに、本発明の室温延性、耐酸化性の優
れた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 of the present invention, which is made of a heat-resistant ferritic cast steel having excellent room temperature ductility and oxidation resistance, is formed of heat-resistant cast steel having the above composition, and is an exhaust manifold and a turbine housing. ..

【0011】[0011]

【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および/または
Vを0.01〜0.45%、REMを0.01〜0.5
%、Caおよび/またはMg:0.005〜0.03%
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1000℃以上となるの
で、耐熱疲労性が向上する。
As described above, in the ferritic heat-resistant cast steel, W is 1.0 to 3.0%, Nb and / or V is 0.01 to 0.45%, and REM is 0.01 to 0.3% by weight. 0.5
%, Ca and / or Mg: 0.005-0.03%
When added, a structure containing the α'phase is obtained, which has heat fatigue resistance and oxidation resistance superior to those of conventional high alloy steels, and castability equivalent to heat resistant cast iron without impairing ductility at room temperature, A heat-resistant cast steel that has workability and is inexpensive can be obtained. Furthermore, since the transformation point temperature is 1000 ° C. or higher, the thermal fatigue resistance is improved.

【0012】以下、本発明の室温延性、耐酸化性の優れ
た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。
The reasons for limiting the compositional range and the structural range of each alloying element of the ferritic heat-resistant cast steel excellent in room temperature ductility and oxidation resistance of the present invention will be described in detail below.

【0013】(1) C(炭素):0.15〜0.45
% 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0.1
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0.45%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
0.15〜0.45%とする。望ましくは、0.20〜
0.40%である。
(1) C (carbon): 0.15 to 0.45
% C has the effect of improving the fluidity of the molten metal, that is, the castability, the function of forming an appropriate amount of the α'phase, and the function of maintaining high strength at high temperatures below the transformation point.
In order to effectively exert such an effect, C is 0.1
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 0.45%, the α'phase is less likely to exist, a martensite structure is formed, and the precipitation of Cr carbide, which causes deterioration of oxidation resistance, corrosion resistance and workability, is remarkable. become. Therefore, C is 0.15 to 0.45%. Desirably 0.20
It is 0.40%.

【0014】(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, 0.5-1.
5%.

【0015】(3) Mn(マンガン):1.0%以下 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
が、多すぎると靱性が低下するので、Mnの含有量は
1.0%以下とする。望ましくは、0.4〜0.7%で
ある。
(3) Mn (manganese): 1.0% or less Mn, like Si, is effective as a deoxidizer for molten metal,
Further, the flowability of molten metal at the time of casting is improved to improve the productivity, but if the amount is too large, the toughness decreases, so the Mn content is made 1.0% or less. Desirably, it is 0.4 to 0.7%.

【0016】(4) Cr(クロム):17.0〜2
2.0% 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、18.0〜21.0%である。
(4) Cr (chromium): 17.0-2
2.0% 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 18.0 to 21.0%.

【0017】(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. Desirably, it is 1.2 to 2.5%.

【0018】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%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 even if Mo is added (however, since the amount of Mo is 2% of W in atomic%, 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.

【0019】(6) Nb(ニオビウム)および/また
はV(バナジウム):0.01〜0.45% NbおよびV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およ
び/またはV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および/またはVの含有量は0.
45%以下とする。望ましくは、0.02〜0.40%
である。
(6) Nb (niobium) and / or V (vanadium): 0.01 to 0.45% Nb and V combine with C to form fine carbides,
Increases tensile strength at high temperature as well as thermal fatigue resistance. Further, it suppresses the formation of Cr carbides to improve oxidation resistance and machinability. For such a purpose, the content of Nb and / or V is set to 0.01% or more. However, when added in a large amount, C is consumed by forming carbides at the grain boundaries and generating Nb carbides.
The α'phase is less likely to be formed, and the strength and ductility are significantly reduced. Therefore, the content of Nb and / or V is 0.
45% or less. Desirably 0.02 to 0.40%
Is.

【0020】(7) 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。
(7) 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. Desirably, it is 0.05 to 0.3%.

【0021】(8) Caおよび/またはMg:0.0
05〜0.03% Caおよび/またはMgは、脱酸、脱硫作用とともに、
非金属介在物を球状化させることにより、延性を向上さ
せる作用を有する。非金属介在物とは、Si、Mn等か
らなるもので、例えば、Mg、Ca、Si、Mn、Al
等からなる金属元素と、O、Sの元素により表せる化合
物、即ち酸化物、硫化物である。Caおよび/またはM
gの含有量が、0.005%未満であると十分効果が得
られず、一方、0.03%を越えると脆化する。Caお
よびMgを同時に添加する場合、両者の含有量は、0.
005〜0.03%の範囲内である。望ましくは、0.
015〜0.025%である。
(8) Ca and / or Mg: 0.0
05-0.03% Ca and / or Mg, together with deoxidizing and desulfurizing action,
By making the non-metallic inclusion spherical, it has the effect of improving the ductility. The non-metal inclusions are composed of Si, Mn, etc., and are, for example, Mg, Ca, Si, Mn, Al.
And a compound that can be represented by a metal element such as O and an element of O or S, that is, an oxide or a sulfide. Ca and / or M
If the content of g is less than 0.005%, the sufficient effect cannot be obtained, while if it exceeds 0.03%, the material becomes brittle. When Ca and Mg are added at the same time, the contents of both are 0.
It is within the range of 005 to 0.03%. Desirably, 0.
It is 015 to 0.025%.

【0022】以上を要約すると。本発明の室温延性、耐
酸化性の優れたフェライト系耐熱鋳鋼の組成は以下の通
りである。
To summarize the above: The composition of the ferritic heat-resistant cast steel excellent in room temperature ductility and oxidation resistance of the present invention is as follows.

【0023】第1の発明は、重量比率で、 C : 0.15〜 0.45%, Si: 2.0 %以下, Mn: 1.0 %以下, Cr:17.0 〜22.0 %, W : 1.0 〜 3.0 %, Nbおよび/またはV: 0.01〜 0.45%, REM:0.01〜0.5 %, Caおよび/またはMg:0.005〜0.03%, 残部:Feおよび不可避不純物からなる。The first invention is, by weight ratio, C: 0.15 to 0.45%, Si: 2.0% or less, Mn: 1.0% or less, Cr: 17.0 to 22.0%. , W: 1.0 to 3.0%, Nb and / or V: 0.01 to 0.45%, REM: 0.01 to 0.5%, Ca and / or Mg: 0.005 to 0. 03%, balance: Fe and inevitable impurities.

【0024】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 : 0.20〜 0.40%, Si: 0.7 〜 1.5 %以下, Mn: 0.4 〜 0.7 %以下, Cr:18.0 〜21.0 %, W : 1.2 〜 2.5 %, Nbおよび/またはV: 0.02〜 0.40%, REM:0.05〜0.3 %, Caおよび/またはMg:0.015〜0.025%, 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: 0.20 to 0.40%, Si: 0.7 to 1.5% or less, Mn: 0.4 to 0.7% or less, Cr: 18.0 to 21.0%, W: 1. 2 to 2.5%, Nb and / or V: 0.02 to 0.40%, REM: 0.05 to 0.3%, Ca and / or Mg: 0.015 to 0.025%, balance: It consists of Fe and inevitable impurities.

【0025】上記組成を有する本発明の室温延性、耐酸
化性の優れた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。
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,Nb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-described composition and excellent in room temperature ductility and oxidation resistance has an α'phase transformed from γ to (α + carbide) in addition to the usual α phase.
The ordinary α phase means δ (delta) ferrite. The precipitated carbides are carbides of Fe, Cr, W, Nb and the like (M23C6, M7C3, MC, etc.).

【0026】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80%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、20〜80%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, when the area ratio of the α'phase exceeds 80%, the area becomes too hard, the ductility at room temperature decreases, and the machinability deteriorates significantly. Therefore, the area ratio {α '/ (α +
α ′)} is 20 to 80%.

【0027】また、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.

【0028】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,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 and Mn be appropriate.

【0029】なお、各発明のフェライト系耐熱鋳鋼にお
けるα’相の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 なお、α’相の面積率とは、後述の図2の金属組織中の
ふとどりの内部のやや灰黒色に見える組織(α’相)の
面積を全体(α+α’)の面積で割って求めたものであ
る。
The area ratio and transformation point of the α'phase 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
In addition, the area ratio of the α ′ phase is obtained by dividing the area of the structure (α ′ phase) that appears slightly gray-black inside the fudorori in the metal structure of FIG. 2 described later by the area of the entire (α + α ′). It is what I asked for.

【0030】このような本発明の室温延性、耐酸化性の
優れた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 ferritic heat-resistant cast steel excellent in room temperature ductility and oxidation resistance according to 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 an exhaust gas purifying catalytic converter container 4 is connected to the turbine housing 2 via an exhaust outlet pipe 3. Further, the converter container 4 has a main catalyzer 5
Are connected. 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),
Moreover, it is designed to be inhaled from (C). Exhaust gas flows into the exhaust manifold 1 from (A).

【0031】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。
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.

【0032】このような薄肉の室温延性、耐酸化性の優
れた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。
The exhaust manifold 1 and the turbine housing 2 made of the ferritic heat-resistant cast steel having such a thin room temperature ductility and excellent oxidation resistance do not crack even when subjected to a heating-cooling thermal cycle. Has excellent durability.

【0033】[0033]

【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。
EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to examples.

【0034】実施例1〜10、比較例1〜6 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。
Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 6 Ferritic heat-resistant cast steels of the types shown in Table 1 were cast to produce JIS standard Y-shaped No. B test materials. 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.

【0035】実施例1〜10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1〜10および比
較例6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、比較例
1〜5については全て鋳放しのまま試験に供した。
Regarding the ferritic heat-resistant cast steels of Examples 1 to 10, the flow of molten metal during casting was good, and no casting defects were found. Next, the cast test materials (Y block) of Examples 1 to 10 and Comparative Example 6 were heated to 800 ° C. in a heating furnace.
After that, a heat treatment of holding for 2 hours and cooling with air was performed. On the other hand, Comparative Examples 1 to 5 were all subjected to the test as cast.

【0036】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 Ins
titute)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SC
H12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。
In Table 1, Comparative Examples 1 to 5 are all used for heat-resistant parts such as automobile turbocharger housings and exhaust manifolds. The test material of Comparative Example 1 is high Si spherical 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 Casting Ins).
Title) CB-30 of the standard, and Comparative Example 4
Of the austenitic heat-resistant cast steel (JIS standard SC
(Corresponding to H12), and the test material of Comparative Example 5 is a ferritic heat-resistant cast steel disclosed in JP-A-2-175841.

【0037】また、比較例6は、主成分は本発明の実施
例と同じであるが、脱酸剤にREM、Ca、Mgを使用
せず、Alのみを使用したフェライト系耐熱鋳鋼であ
る。
Comparative Example 6 is a heat-resistant, ferritic cast steel whose main component is the same as that of the embodiment of the present invention, except that REM, Ca and Mg are not used as the deoxidizing agent and only Al is used.

【0038】表1に示す通り、本発明材である実施例1
〜10は、変態点温度が1000℃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
Nos. 10 to 10 have a transformation temperature of 1000 ° C. or higher, and Comparative Example 1
It can be seen that it is higher than those of the above-mentioned examples.

【0039】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。
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.

【0040】(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。
(2) High Temperature Tensile Test Using a ribbed test piece having a gauge length of 50 mm and a gauge length of 10 mm, the test was conducted at 900 ° C.

【0041】(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℃および1000℃ 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。
(3) Thermal Fatigue Test A round bar test piece having a gauge length of 20 mm and a gauge diameter of 10 mm was used, under the following conditions, with the expansion and contraction due to heating and cooling being completely restrained. The heating-cooling cycle was repeated to cause thermal fatigue failure. Lower limit temperature: 100 ° C. Upper limit temperature: 900 ° C. and 1000 ° C. Each cycle: 12 minutes An electric-hydraulic servo type thermal fatigue tester was used as a tester.

【0042】(4) 酸化試験 直径10mm、長さ20mmの丸棒試験片を作製し、9
00℃および1000℃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。
(4) Oxidation test A round bar test piece having a diameter of 10 mm and a length of 20 mm was prepared, and 9
Hold in the air at 00 ° C and 1000 ° C for 200 hours, take out shot blasting after taking out to remove the oxide scale, and determine the weight change per unit area before and after the oxidation test (oxidation weight loss; mg / cm 2). The oxidation resistance was evaluated by.

【0043】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。
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.

【0044】[0044]

【表1】 実施例 化学成分(重量%) No. C Si Mn Cr W Nb V REM Ca Mg 1 0.16 0.72 0.45 17.5 1.02 0.25 - 0.03 0.006 - 2 0.22 1.45 0.53 20.5 1.52 - 0.22 0.15 0.01 - 3 0.30 1.05 0.69 21.4 2.32 0.08 0.04 0.33 0.028 - 4 0.43 1.65 0.93 21.7 2.85 0.10 - 0.12 - 0.006 5 0.35 0.92 0.42 18.8 2.03 - 0.15 0.21 - 0.015 6 0.33 0.81 0.61 19.5 1.92 0.05 0.20 0.09 - 0.026 7 0.29 0.96 0.48 20.1 2.08 0.15 - 0.08 0.009 0.008 8 0.25 1.12 0.55 19.2 2.11 - 0.09 0.11 0.015 0.011 9 0.34 1.08 0.58 19.7 1.88 0.10 0.06 0.18 0.008 0.020 10 0.31 1.02 0.44 19.9 1.95 0.06 0.08 0.11 0.020 0.006 比較例 化学成分(重量%) No. C Si Mn Cr W Nb V REM Ca Mg 1 3.16 4.08 0.41 - 0.56* - - - - - 2 1.99 4.75 0.48 1.98 - - - - - 35.3** 3 0.27 0.99 0.52 17.2 - - - - - - 4 0.22 1.08 0.55 18.6 - - - - - 9.9 5 0.13 1.11 0.52 18.3 - 1.14 - - - - 6 0.31 0.95 0.50 20.1 2.05 0.06 0.05*** - - 0.05*** (注) * :Mo, **:Ni,***:Al [Table 1] Chemical composition (% by weight) No. C Si Mn Cr W Nb V REM Ca Mg 1 0.16 0.72 0.45 17.5 1.02 0.25-0.03 0.006-2 0.22 1.45 0.53 20.5 1.52-0.22 0.15 0.01-3 0.30 1.05 0.69 21.4 2.32 0.08 0.04 0.33 0.028-4 0.43 1.65 0.93 21.7 2.85 0.10-0.12-0.006 5 0.35 0.92 0.42 18.8 2.03-0.15 0.21-0.015 6 0.33 0.81 0.61 19.5 1.92 0.05 0.20 0.09-0.026 7 0.29 0.96 0.48 20.1 2.08 0.15-0.08 0.009 0.008 8 0.25 1.12 0.55 19.2 2.11-0.09 0.11 0.015 0.011 9 0.34 1.08 0.58 19.7 1.88 0.10 0.06 0.18 0.008 0.020 10 0.31 1.02 0.44 19.9 1.95 0.06 0.08 0.11 0.020 0.006 Comparative example Chemical composition (% by weight) No. C Si Mn Cr W Nb V REM Ca Mg 1 3.16 4.08 0.41-0.56 *-----2 1.99 4.75 0.48 1.98-----35.3 ** 3 0.27 0.99 0.52 17.2------4 0.22 1.08 0.55 18.6----- 9.9 5 0.13 1.11 0.52 18.3-1.14----6 0.31 0.95 0.50 20.1 2.05 0.06 0.05 ***--0.05 *** (Note) *: Mo, **: Ni, ***: Al

【0045】 表1(続き) α’/(α+α’) 変態点 (%) (℃) 実施例 No.1 70 1020 2 55 1060 3 30 >1100 4 50 >1100 5 78 1050 6 40 >1100 7 50 1060 8 65 1040 9 70 1030 10 60 1080 比較例 No.1 - 800〜850 2 - - 3 90 900 4 - - 5 0 >1100 6 50 1080Table 1 (continued) α '/ (α + α') Transformation point (%) (℃) Example No.1 70 1020 2 55 1060 3 30 > 1100 4 50 > 1100 5 78 1050 6 40 > 1100 7 50 1060 8 65 1040 9 70 1030 10 60 1080 Comparative example No. 1-800 to 850 2--3 90 900 4--5 0 > 1100 6 50 1080

【0046】[0046]

【表2】 [Table 2]

【0047】[0047]

【表3】 900℃ 0.2% 引張 熱疲労 酸化 耐力 強さ 伸び 寿命 減量 (MPa) (MPa) (%) (サイクル) (mg/cm2) 実施例 No.1 20 35 70 190 2 2 22 38 65 200 2 3 23 40 60 205 1 4 25 42 50 305 1 5 27 45 45 365 1 6 29 43 40 450 2 7 26 40 55 385 1 8 28 41 60 425 1 9 25 39 50 335 1 10 26 42 65 315 1 比較例 No.1 19 38 35 10 205 2 40 95 45 25 22 3 26 42 60 20 3 4 68 130 35 35 2 5 14 29 90 190 1 6 22 35 40 180 2 [Table 3] 900 ° C 0.2% Tensile thermal fatigue Oxidation yield strength Strength elongation Life loss (MPa) (MPa) (%) (cycle) (mg / cm2) Example No. 1 20 35 70 190 2 2 22 38 65 200 2 3 23 40 60 205 1 4 25 42 50 305 1 5 27 45 45 365 1 6 29 43 40 450 2 7 26 40 55 385 1 8 28 41 60 425 1 9 25 39 50 335 1 10 26 42 65 315 1 Compare Example No. 1 19 38 35 10 205 2 40 95 45 25 22 3 26 42 60 20 3 4 68 130 35 35 2 5 14 29 90 190 1 6 22 35 40 180 2

【0048】[0048]

【表4】 1000℃ 0.2% 引張 熱疲労 酸化 耐力 強さ 伸び 寿命 減量 (MPa) (MPa) (%) (サイクル) (mg/cm2) 実施例 No.1 15 22 95 90 30 2 16 25 84 170 30 3 17 25 90 210 15 4 21 30 70 250 17 5 19 27 100 340 20 6 18 26 120 285 18 7 17 26 95 265 16 8 16 25 105 205 19 9 18 27 80 310 14 10 17 27 100 290 14 比較例 No.6 16 25 80 155 18 [Table 4] 1000 ° C 0.2% Tensile Thermal Fatigue Oxidation Strength Strength Elongation Life Loss (MPa) (MPa) (%) (Cycle) (mg / cm2) Example No. 1 15 22 95 90 30 2 16 25 84 170 30 3 17 25 90 210 15 4 21 30 70 250 17 5 19 27 100 340 20 6 18 26 120 285 18 7 17 26 95 265 16 8 16 25 105 205 19 9 18 27 80 310 14 10 17 27 100 290 14 Compare Example No. 6 16 25 80 155 18

【0049】表2、表3および表4から明らかなよう
に、本発明による実施例1〜10は、比較例1〜5、お
よびAl脱酸した比較例6の供試材と比較して、室温延
性、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および/または
V,REM,Caおよび/またはMg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1000℃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, 3, and 4, Examples 1 to 10 according to the present invention are compared with the test materials of Comparative Examples 1 to 5 and Al deoxidized Comparative Example 6, respectively. It can be seen that room temperature ductility, oxidation resistance and thermal fatigue life are remarkably improved. This is because the ferrite matrix was strengthened by containing an appropriate amount of W, Nb and / or V, REM, Ca and / or Mg, and the transformation point was increased to 1000 ° C. or higher without impairing the ductility at room temperature. ..
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.

【0050】また、表2に示す通り、本発明材(実施例
1〜10)は硬さ(HB)が170〜223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, it is understood that the materials of the present invention (Examples 1 to 10) have a relatively low hardness (HB) of 170 to 223 and are excellent in machinability.

【0051】なお、実施例7および比較例5について、
その顕微鏡写真(100倍)をそれぞれ図2および図3
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灰黒色部はγ相から
(α相+炭化物)に変態したα’相であり、実施例7
は、α’の面積率{α’/(α+α’)}が60%であ
る。
Regarding Example 7 and Comparative Example 5,
The micrographs (100 times) are shown in FIGS. 2 and 3, respectively.
Shown in. The white part in FIG. 2 is a normal α phase called δ-ferrite, and the slightly gray-black part inside the trim is an α ′ phase transformed from the γ phase to (α phase + carbide).
Has an area ratio of α '{α' / (α + α ')} of 60%.

【0052】また、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NbCが観
察される。比較例5のα’相の面積率は0%である。
The white part in FIG. 3 is a normal α phase called δ-ferrite, and NbC of Nb carbide is observed at grain boundaries. The area ratio of the α ′ phase in Comparative Example 5 is 0%.

【0053】さらに実施例10の耐熱鋳鋼について、非
金属介在物の顕微鏡写真(400倍)を図4に示す。R
EM、Ca、Mgの添加により、非金属介在物が球状化
し、これが室温延性を高めている。
Further, with respect to the heat-resistant cast steel of Example 10, a micrograph (400 times) of nonmetallic inclusions is shown in FIG. R
By the addition of EM, Ca and Mg, the non-metallic inclusions become spherical, which enhances the room temperature ductility.

【0054】また、比較例6の耐熱鋳鋼について、非金
属介在物の顕微鏡写真(400倍)を図5に示す。Al
のみを脱酸剤としているので、非金属介在物はクラスタ
ー状になっており、これが室温延性を低くしている。
FIG. 5 shows a photomicrograph (400 times) of non-metallic inclusions in the heat-resistant cast steel of Comparative Example 6. Al
Since only the deoxidizing agent is used, the nonmetallic inclusions are clustered, which lowers the room temperature ductility.

【0055】次に、実施例7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
プ部の肉厚: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 steel of Example 7, the exhaust manifold (wall thickness of pipe part: 2.5 to 3.4 mm) and turbine housing (wall thickness: 2.7 to 2.7 shown in FIG. 1 were used. 4.1 mm) was cast. The heat-resistant cast steel parts obtained were all sound.

【0056】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 the machinability, but no problems occurred in any of them.

【0057】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.

【0058】一方、表5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 5, and the NI-RESIST D2 (INC of the chemical composition shown in the 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.

【0059】[0059]

【表5】 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 5] 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

【0060】[0060]

【発明の効果】以上の説明の通り、本発明によれば、特
にW,Nbおよび/またはV,REM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
のような本発明の室温延性、耐酸化性の優れたフェライ
ト系耐熱鋳鋼は、エンジン排気系部品に特に好適であ
る。本発明の室温延性、耐酸化性の優れたフェライト系
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, by adding an appropriate amount of W, Nb and / or V, REM, the ferrite matrix and the grain boundaries are strengthened, respectively, and the ductility at room temperature is impaired. Without increasing the transformation point, especially important high temperature tensile strength, heat fatigue resistance, oxidation resistance,
Shows properties superior to conventional heat-resistant cast steel. Moreover, since it is excellent in castability and workability, it can be manufactured at low cost. The ferritic heat-resistant cast steel excellent in room temperature ductility and oxidation resistance of the present invention is particularly suitable for engine exhaust system parts. The exhaust system component made of the ferritic heat-resistant cast steel excellent in room temperature ductility and oxidation resistance of the present invention exhibits extremely excellent durability without causing thermal cracking.

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

【図1】本発明の室温延性、耐酸化性の優れたフェライ
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 which can be manufactured from a ferritic heat-resistant cast steel having excellent room temperature ductility and oxidation resistance of the present invention.

【図2】実施例12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。図中の白色部は
α相(高温からのδ−フェライト相)で、ふちどりの内
部のやや灰黒色部がα’相{γ相から(α相+炭化物)
に変態した相}である。
FIG. 2 is a micrograph (100 ×) showing a metal structure of a ferritic heat-resistant cast steel of Example 12. The white part in the figure is the α phase (δ-ferrite phase from high temperature), and the slightly gray-black part inside the rim is the α'phase (from the γ phase (α phase + carbide)
Phase transformed into.

【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。図中の白色部はα(高温からの
δ−フェライト相)で、粒界にNbの炭化物(NbC)
が観察される。
FIG. 3 is a micrograph (100 ×) showing a metal structure of a heat-resistant material of Comparative Example 5. The white part in the figure is α (δ-ferrite phase from high temperature), and Nb carbide (NbC) is present at the grain boundaries.
Is observed.

【図4】実施例10の金属組織の顕微鏡写真(400
倍)である。図中の球状の灰黒色部が非金属介在物であ
る。
FIG. 4 is a micrograph (400 of the metal structure of Example 10).
Times). The spherical gray-black part in the figure is a non-metallic inclusion.

【図5】比較例6の金属組織の顕微鏡写真(400倍)
である。図中のクラスター状の灰黒色部が非金属介在物
である。
5 is a photomicrograph (400 ×) of the metal structure of Comparative Example 6. FIG.
Is. The clustered gray-black areas in the figure are non-metallic inclusions.

【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 (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 重量比率で、 C : 0.15〜 0.45%, Si: 2.0 %以下, Mn: 1.0 %以下, Cr:17.0 〜22.0 %, W : 1.0 〜 3.0 %, Nbおよび/またはV: 0.01〜 0.45%, REM:0.01〜0.5 %, Caおよび/またはMg:0.005〜0.03%, 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(高温からのδ−フェ
ライト相)のほかに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
20〜80%であることを特徴とする室温延性、耐酸化
性の優れたフェライト系耐熱鋳鋼。
1. By weight ratio, C: 0.15 to 0.45%, Si: 2.0% or less, Mn: 1.0% or less, Cr: 17.0 to 22.0%, W: 1 0.0 to 3.0%, Nb and / or V: 0.01 to 0.45%, REM: 0.01 to 0.5%, Ca and / or Mg: 0.005 to 0.03%, balance : A pearlite colony-like phase (hereinafter referred to as α'phase) that has a composition consisting of Fe and unavoidable impurities and is transformed from the γ phase to (α + carbide) in addition to the usual α phase (δ-ferrite phase from high temperature). And an area ratio of the α ′ phase {α ′ / (α + α ′)} of 20 to 80%, and a ferritic heat-resistant cast steel excellent in room temperature ductility and oxidation resistance.
【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1000℃以上で
あることを特徴とする室温延性、耐酸化性の優れたフェ
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 1000 ° C. or higher, and the ferritic heat-resistant cast steel has excellent room temperature ductility and oxidation resistance. ..
【請求項3】 請求項1乃至2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
ことを特徴とする室温延性、耐酸化性の優れたフェライ
ト系耐熱鋳鋼。
3. The ferritic heat-resistant cast steel according to claim 1 or 2, characterized in that when residual strain must be removed or processing is required, annealing treatment is performed in a temperature range in which the α'phase does not transform into the γ phase. Ferritic heat-resistant cast steel with excellent room temperature ductility and oxidation resistance.
【請求項4】 請求項1乃至3いずれかに記載の室温延
性、耐酸化性の優れたフェライト系耐熱鋳鋼からなる排
気系部品。
4. An exhaust system component made of a ferritic heat-resistant cast steel excellent in room temperature ductility and oxidation resistance according to claim 1.
【請求項5】 請求項4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。
5. The exhaust system component according to claim 4, wherein the exhaust system component is an exhaust manifold.
【請求項6】 請求項4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。
6. The exhaust system component according to claim 4, wherein the exhaust system component is a turbine housing.
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