JPH0762500A - 耐熱鋳鋼 - Google Patents

耐熱鋳鋼

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JPH0762500A
JPH0762500A JP23732493A JP23732493A JPH0762500A JP H0762500 A JPH0762500 A JP H0762500A JP 23732493 A JP23732493 A JP 23732493A JP 23732493 A JP23732493 A JP 23732493A JP H0762500 A JPH0762500 A JP H0762500A
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JP
Japan
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weight
heat
cast steel
resistant cast
phase
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JP23732493A
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Inventor
Hiroshi Kitayama
拓 北山
Tatsuya Takarada
龍哉 宝田
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 優れた耐熱疲労性を有する耐熱鋳鋼を提供す
る。 【構成】 耐熱鋳鋼は、C、Si、Mn、P、Sおよび
Crの含有量がそれぞれ、0.10重量%≦C<0.3
0重量%、2.0重量%≦Si≦4.0重量%、0.3
重量%≦Mn≦1.0重量%、P≦0.04重量%、S
≦0.30重量%、5.0重量%≦Cr≦15.0重量
%であり、残部が実質的にFeである組成を有する。ま
たマトリックスMの鋳造組織が、フェライト相Fおよび
パーライト相Pよりなる混相組織である。これにより、
耐熱鋳鋼の熱疲労寿命を延ばし、また常温伸びを良好に
して、その耐熱疲労性を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は耐熱鋳鋼、例えば、エキ
ゾーストマニホルド等の内燃機関用排気系部品の構成材
料として最適な耐熱鋳鋼に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種耐熱鋳鋼としては、フェラ
イト系高Cr耐熱鋳鋼が知られている(特開昭62−1
51548号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の耐
熱鋳鋼は、マトリックスがフェライト相であることに起
因して、硬さが比較的低いことから機械加工性は良好で
あるが、炭化物が粒界に過剰に析出するため耐熱疲労
性、即ち、熱疲労寿命および常温伸びについてやや難が
あるため、内燃機関用排気系部品の構成材料に関する要
求特性を十分に満足し得る、といった域には達していな
い。
【0004】本発明は前記に鑑み、優れた耐熱疲労性お
よび耐酸化性を有すると共にα→γ変態点の上昇に伴い
高い耐熱温度を備え、その上耐熱鋳鉄と同等の鋳造性お
よび機械加工性を有し、また製造コストの安価な前記耐
熱鋳鋼を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】第1発明に係る耐熱鋳鋼
は、C、Si、Mn、P、SおよびCrの含有量がそれ
ぞれ、0.10重量%≦C<0.30重量%、2.0重
量%≦Si≦4.0重量%、0.3重量%≦Mn≦1.
0重量%、P≦0.04重量%、S≦0.30重量%、
5.0重量%≦Cr≦15.0重量%であり、残部が実
質的にFeである組成を有し、マトリックスの鋳造組織
が、フェライト相およびパーライト相よりなる混相組
織、またはパーライト相からなる単相組織の何れか一方
であることを特徴とする。
【0006】また第2発明に係る耐熱鋳鋼は、C、S
i、Mn、P、SおよびCrの含有量がそれぞれ、0.
10重量%≦C<0.30重量%、2.0重量%≦Si
≦4.0重量%、0.3重量%≦Mn≦1.0重量%、
P≦0.04重量%、S≦0.30重量%、5.0重量
%≦Cr≦15.0重量%であり、残部が実質的にFe
である組成を有すると共に、処理温度TがT≧500
℃、処理時間tがt≧5分間の条件で焼なまし処理を施
されており、マトリックスの金属組織が、フェライト相
およびパーライト相よりなる混相組織、またはパーライ
ト相からなる単相組織の何れか一方であることを特徴と
する。
【0007】
【作用】第1発明において、各合金元素の含有量および
マトリックスの鋳造組織を前記のように特定すると、鋳
放し材である耐熱鋳鋼に優れた耐熱疲労性および耐酸化
性を具備させると共にα→γ変態点を上昇させて高い耐
熱温度も具備させることができ、その上、鋳造性および
機械加工性を良好にし、また製造コストを低減すること
ができる。
【0008】この場合、前記鋳造組織は、耐熱鋳鋼にお
ける熱疲労寿命を延ばすと共に常温伸びを良好にして耐
熱疲労性の向上に寄与し、また硬さを低下させて機械加
工性の向上に寄与する。
【0009】なお、耐熱鋳鋼の使用温度域にα→γ変態
点が存在すると、その耐熱鋳鋼の熱疲労寿命が著しく低
下するので、耐熱鋳鋼はα→γ変態点よりも下の温度域
で使用されることになる。したがって、α→γ変態点を
上昇させるということは、耐熱鋳鋼の使用上限温度が高
められ、その耐熱鋳鋼は高い耐熱温度を具備することに
なる。
【0010】各合金元素の効果および含有量限定理由は
次の通りである。
【0011】Cは、溶湯の流動性を改善して鋳造性を良
好にし、また常温伸びを向上させる、といった効果を有
する。ただし、C含有量が、C<0.10重量%では鋳
造性が悪化すると共に常温伸びが低下し、一方、C≧
0.30重量%ではα→γ変態点の下降および機械加工
性の悪化を招来する。
【0012】Siは、鋳造性を良好にし、また脱酸剤と
して機能することによりピンホール等の鋳造欠陥の発生
を防止する、といった効果を有し、その上Crと同様
に、α→γ変態点を上昇させて耐熱温度を高めると共に
耐酸化性を向上させる、といった効果も有する。ただ
し、Si含有量が、Si<2.0重量%では、α→γ変
態点の上昇等の効果を得るためにCr含有量を増加させ
なければならず、一方、Si>4.0重量%では常温伸
びが低下する。
【0013】Mnは、Siと同様に脱酸剤として機能す
ると共に鋳造性を良好にし、また切削性向上のためにM
nSを晶出させる、といった効果を有する。このMnS
の晶出および前記鋳造組織による硬さ低下は、機械加工
性の向上に大いに寄与する。ただし、Mn含有量がMn
<0.3重量%では、脱酸剤機能の減退、鋳造性の悪化
およびMnSの晶出量減少、といった不具合を惹起し、
一方、Mn>1.0重量%では耐酸化性の劣化およびマ
トリックスのマルテンサイト化を招来する。
【0014】Pは、その含有量がP>0.04重量%に
なると、ステダイトの晶出による機械加工性の悪化およ
び不純物として機能することによる熱疲労寿命の短期化
を招来するので、P含有量はP≦0.04重量%に設定
される。
【0015】Sは、前記のようにMnと協働してMnS
を晶出する効果を有するが、その含有量がS>0.30
重量%になると、不純物として機能することにより熱疲
労寿命の短期化を招来するので、S含有量はS≦0.3
0重量%に設定される。
【0016】Crは、耐酸化性を改善し、またα→γ変
態点を上昇させる効果を有する。ただし、Cr含有量が
Cr<5.0重量%では耐酸化性改善効果およびα→γ
変態点上昇効果が減退し、一方、Cr>15.0重量%
ではSi含有量との関係でCr含有量が過剰となるため
常温伸びが低下する。
【0017】第2発明において、鋳放し材に焼なまし処
理を施して得られた耐熱鋳鋼は、その鋳放し材よりも、
熱疲労寿命が延びると共に常温伸びが良好となり、した
がって優れた耐熱疲労性を有する。また鋳放し材が薄肉
であったり、急冷された場合にマルテンサイト相が生じ
ていても、耐熱鋳鋼には焼なまし処理によって前記鋳造
組織と同様の金属組織を具備させることができる。した
がって、この耐熱鋳鋼は、前記同様の特性を有する。な
お、焼なまし処理において、処理温度Tの上限は、製造
コスト上、T=1000℃である。
【0018】
【実施例】表1は、耐熱鋳鋼に関する実施例1〜4およ
び比較例1〜5の組成ならびに鋳鉄に関する比較例6の
組成を示す。各耐熱鋳鋼、即ち実施例1〜4および比較
例1〜5の製造に当っては、各組成の溶湯を100kg用
高周波溶解炉を用いて大気下で調製し、次いで出湯温度
1550℃以上にて鋳込みを行い、JIS規格A号に規
定されたYブロック形状の耐熱鋳鋼を得る、といった方
法が採用された。比較例6は通常の鋳造法により得られ
たもので、その形状は各耐熱鋳鋼のそれと同じである。
【0019】
【表1】 表2は実施例1〜4および比較例1〜6におけるマトリ
ックスの鋳造組織を示す。
【0020】
【表2】 図1,図2は実施例1の鋳造組織を示し、図1,図2
(a)はそれぞれ100倍および400倍の顕微鏡写真
であり、図2(b)は同図(a)の概略写図である。
【0021】図2より、マトリックスMの鋳造組織がフ
ェライト相Fおよびパーライト相Pからなり、そのマト
リックスM中に微細炭化物cが分散していることが判
る。
【0022】次に、実施例1〜4および比較例1〜6よ
り試験片を製作し、各試験片について次のような各種評
価試験を行った。
【0023】熱疲労試験として、標点間距離20mm、標
点間の直径10mmの丸棒状試験片を電気−油圧サーボ方
式熱疲労試験機に、その試験片の加熱による伸びを機械
的に完全拘束し得るように取付け、下限温度を100℃
に、上限温度を700℃に、1サイクルに要する時間を
430秒間に、1サイクルにおける保持時間を300秒
間にそれぞれ設定して加熱冷却サイクルを繰返して行
い、試験片が破断するまでのサイクル数を求めた。
【0024】また耐熱鋳鋼において、その耐熱疲労性に
影響をおよぼす因子である破断伸びと高温強度を求める
ため、常温および900℃にて引張り試験を行った。
【0025】さらに、耐酸化性を調べるため、直径10
mm、長さ10mmの試験片を、大気中において900℃の
温度に200時間保持し、試験片の試験前後における単
位面積当りの酸化増量値(mg/cm2 )を求めた。さらに
また各試験片について、α→γ変態点とロックウエル硬
さHRBとを求めた。
【0026】表3,表4は各種試験結果を示す。表中、
σB は引張強さを、σS は降伏強さを、Eは伸びをそれ
ぞれ示す。
【0027】
【表3】
【0028】
【表4】 表3,表4から、実施例1〜4は優れた熱疲労寿命およ
び常温伸びならびに耐酸化性を有し、またα→γ変態点
も高いことが判る。その上、鋳造性も良好であり、これ
はCおよびSi含有量を比較的高く設定して、湯回り性
を向上させたことに起因する。さらに機械加工性も良
く、これは、マトリックスの鋳造組織を前記のように特
定することによってマトリックスのロックウエル硬さH
RBを下げたこと、晶出MnSによる切削性向上効果が
得られること等に起因する。さらにまた、製造コストも
安価であり、これは、鋳造性の改善に伴い不良品の発生
を回避し得ること、熱処理を行わずに鋳放しのままで
も、所定の機械加工後において使用に供し得ること等に
起因する。
【0029】比較例1は、そのマトリックスの鋳造組織
がフェライト相より構成されていて、炭化物が粒界に過
剰に析出するので、熱疲労寿命が比較的短くなると共に
常温伸びが著しく悪いため耐熱疲労性が低い。比較例2
は、そのマトリックスの鋳造組織がフェライト相とマル
テンサイト相とより構成されているので、熱疲労寿命が
比較的短くなると共に常温伸びが比較的悪いため耐熱疲
労性が低い。比較例3は、そのマトリックスの鋳造組織
がマルテンサイト相より構成されているので、ロックウ
エル硬さHRBが高く、また熱疲労寿命がかなり短くな
ると共に常温伸びも著しく悪いため耐熱疲労性が低く、
その上、α→γ変態点も低い。比較例4は、そのマトリ
ックスの鋳造組織がフェライト相より構成されていて、
粒界に網目状炭化物が析出しているため、耐熱疲労性が
低い。比較例5はそのマトリックスの鋳造組織がパーラ
イト相より構成されていて耐熱疲労性は良好であるが、
ロックウエル硬さHRBが高いため機械加工性が悪く、
またα→γ変態点も低い。比較例6は鋳鉄であって耐熱
疲労性が極端に低い。
【0030】次に、実施例2の耐熱鋳鋼に、700℃、
30分間の条件で焼なまし処理を施して実施例5の熱処
理済耐熱鋼を得た。
【0031】実施例5について、前記同様の各種評価試
験を行ったところ、表5の結果を得た。ただし、900
℃における引張り特性、酸化増量およびα→γ変態点は
実施例2と同じであるので表5から除かれている。
【0032】
【表5】 実施例2と実施例5とを比較すると、前記焼なまし処理
によって熱疲労寿命が延びると共に常温伸びが良好とな
り、これにより耐熱疲労性が向上していることが判る。
【0033】実施例1〜5のような耐熱鋳鋼より、内燃
機関用排気系部品であるエキゾーストマルホルドを構成
すると、その高温下における耐久性を大幅に向上させる
ことができ、またそれに基づいて排気ガス温度を高める
ことが可能であるから、燃焼効率および排気浄化率を向
上させることが可能である。
【0034】
【発明の効果】第1発明によれば、組成および鋳造組織
を前記のように特定することによって、優れた耐熱疲労
性、耐酸化性、鋳造性および機械加工性を有し、また製
造コストの安価な耐熱鋳鋼を提供することができる。
【0035】第2発明によれば、前記構成要件に、前記
のように特定された焼なまし処理を付加することによ
り、一層優れた耐熱疲労性を有する耐熱鋳鋼を提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】耐熱鋳鋼の金属組織(鋳造組織)を示す倍率1
00倍の顕微鏡写真である。
【図2】(a)は耐熱鋳鋼の金属組織(鋳造組織)を示
す倍率400倍の顕微鏡写真であり、(b)は(a)の
概略写図である。
【符号の説明】
F フェライト相 M マトリックス P パーライト相 c 微細炭化物

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 C、Si、Mn、P、SおよびCrの含
    有量がそれぞれ、0.10重量%≦C<0.30重量
    %、2.0重量%≦Si≦4.0重量%、0.3重量%
    ≦Mn≦1.0重量%、P≦0.04重量%、S≦0.
    30重量%、5.0重量%≦Cr≦15.0重量%であ
    り、残部が実質的にFeである組成を有し、マトリック
    スの鋳造組織が、フェライト相およびパーライト相より
    なる混相組織、またはパーライト相からなる単相組織の
    何れか一方であることを特徴とする耐熱鋳鋼。
  2. 【請求項2】 C、Si、Mn、P、SおよびCrの含
    有量がそれぞれ、0.10重量%≦C<0.30重量
    %、2.0重量%≦Si≦4.0重量%、0.3重量%
    ≦Mn≦1.0重量%、P≦0.04重量%、S≦0.
    30重量%、5.0重量%≦Cr≦15.0重量%であ
    り、残部が実質的にFeである組成を有すると共に、処
    理温度TがT≧500℃、処理時間tがt≧5分間の条
    件で焼なまし処理を施されており、マトリックスの金属
    組織が、フェライト相およびパーライト相よりなる混相
    組織、またはパーライト相からなる単相組織の何れか一
    方であることを特徴とする耐熱鋳鋼。
JP23732493A 1993-08-30 1993-08-30 耐熱鋳鋼 Pending JPH0762500A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002286215A (ja) * 2001-03-23 2002-10-03 Ngk Insulators Ltd 縦型円筒焼却炉

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