JPS6227554A - 耐熱耐錆鋳鋼 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は耐熱耐錆鋳鋼に関し、詳しくは、優れた耐熱性
（高温強度）：耐酸化性、耐錆性等といった性能・耐久
性特性を有し、しかも、優れた鋳造性と機械加工性を有
しているため生産性が良好であるとともに、安価に製造
することができることから、車両用エンジンにおける排
気系部品や車両における優れた耐錆性が要求される部品
（例えば、ディスクブレーキロータ）等に、好適に適用
することのできる耐熱耐錆鋳鋼にかかる。

〔従来の技術〕

近年、ガソリンエンジンもしくはディーゼルエンジン等
の車両用エンジン、特に自動車用エンジンにおいては、
高出力化、低燃費化に対する要求の高まりに伴い、燃焼
効率の改善のための研究開発が積極的に実施されている
。

その結果、このような要求に応える自動車用エンジンに
おいては、従来の自動車用エンシンニ比較して、排気ガ
ス温度が著しく高温となる傾向にある。

とりわけ、自動車用エンジンのエキゾーストマニホルド
、ターボチャージャ用タービンホイール。

ターボチャージ中周タービンハウジング、ディーゼルエ
ンジン用予燃焼室等の排気系部品におし）ては、使用条
件が特に高温苛酷となることから、従来においては高Ｓ
ｉ鋳鉄、ニレジスト鋳鉄、Ａｌ鋳鉄等の耐熱鋳鉄や、特
例的にはフェライト系もしくはオーステナイト系ステン
レス鋳ｔｌｌＮｉ基、Ｃｏ基合金等の高価な高台金（ス
テンレス）鋳鋼が採用されていた。

また、海岸地域や寒冷地においては、凍結防止を目的と
して塩類を主体とした融雪剤を散布することが多くなり
、このような凍結防止剤を使用する地域においては、塩
害による自動車の各部位における錆の発生という不具合
が少なくなく、ディスクブレーキロータ等において塩害
による錆の発生を引き起こすことがある。

そして、このような塩害による自動車の各部位における
錆を発生し易い自動車部品（例えば、自動車用ディスク
ブレーキロータ）用材料には、一般に耐摩耗性及び製造
性から普通鋳鉄（例えば、ＪＩＳ規格ＦＣ２５）を採用
することが多い。

そして、例えばディスクブレーキロータ用材料に上記の
普通鋳鉄を使用すると、最近のようにアルミディスクホ
イールを装着した車両の場合等においては、駐車時もし
くは停車時、あるいは、新車としての販売時にアルミデ
ィスクホイールの開口部から錆の発生したディスクブレ
ーキロータが見えると、自動車としての商品価値を低下
させてしまう。

そこで、特に耐錆性に対する要求の厳しい自動車用部品
（ディスクブレーキロータ等）においては、優れた耐錆
性を有する耐錆性鋳鋼やステンレス鋳鋼等の通用も試み
られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のような従来の技術の現状に鑑み、本発明が解決し
ようとする問題点は、従来の自動車用エンジンの排気系
部品用材料として使用されている高Ｓｉ鋳鉄、ニレジス
ト鋳鉄、ＡＩ鋳鉄等の耐熱鋳鉄や、自動車用の各種構造
部品に使用されている普通鋳鉄等においては、その優れ
た鋳造性と機械加工性等といった生産性特性は良好であ
るものの、耐熱性（高温強度）、耐酸化性、耐錆性等と
いった性能・耐久性特性が劣ることから、８００℃以上
の高温における耐熱性に対する要求の厳しい部材や塩害
による耐錆性に対する要求の厳しい部材には適用するこ
とができず、また、ステンレス鋳鋼等の高合金耐熱鋳鋼
においては、８００℃以上の高温における耐熱性（高温
強度）及び耐酸化性、並びに、塩害に対する耐錆性等と
いった性能・耐久性特性には優れているものの、鋳造性
が悪いため鋳造成形時に“ひけ巣”、“湯廻り不良”等
の鋳造不良を発生し易（なってその生産性が劣ることか
ら、優れた鋳造性１機械加工性、低価格性等といった生
産性特性、及び、優れた耐熱性（高温強度）、耐酸化性
、耐錆性等といった性能・耐久性特性とをバランス良く
兼ね備えた耐熱耐錆鋳造材料の開発が強く望まれていた
ということである。

従って、本発明の技術的課題とするところは、耐熱耐錆
鋳鋼における組成的な調整と鋳造後の焼なまし処理の実
施によって、従来の普通鋳鉄もしくは耐熱鋳鉄に匹敵す
る鋳造性２機械加工性、低価格性等といった生産性特性
と、従来の高合金耐熱鋳鋼に匹敵する耐熱性（高温強度
）、耐酸化性。

耐錆性等といった性能・耐久性特性とをバランス良く兼
ね備えた耐熱耐錆鋳鋼とすることにある。

〔問題点を解決するための手段］ このような従来の技術における問題点に鑑み、本発明に
おける従来の技術の問題点を解決するための手段は、重
量比率で、Ｃ；　０．５〜２．５％、Ｓｉ；１．５％〜
４．５％、Ｍｎ；９．７％以下、Ｐ；０゜０５％以下、
Ｓ；０．１％以下、　Ｃｒ　；　５．０〜１４゜０％、
　Ｎ　ｉ　；　０．５〜８．０％、残部実質的にＦｅか
らなる組成を有し、鋳造後の焼なまし処理により、黒鉛
を含有しないフェライト基地組織中の炭化物を、デンド
ライト状に晶出させた１次炭化物と微細に分散析出させ
た粒状の２次炭化物としたことを特徴とする耐熱耐錆鋳
鋼からなっている。

なお、本発明の耐熱耐錆鋳鋼において鋳造後の熱処理は
、９００〜ｂ ーステナイト化処理後、６８０〜７５０℃まで炉冷し、
６８０〜ｂ 冷却するという通常の焼なまし処理で充分である。

〔作用〕

以下、本発明の作用について説明する。

本発明において、従来の技術の問題点を解決するための
手段を上述のような構成とすることによって、本発明の
耐熱耐錆鋳鋼を、組成的には従来の普通鋳鉄もしくは耐
熱鋳鉄に匹敵する鋳造性。

機械加工性、低価格性等といった生産性特性を保有させ
た上で、従来のステンレス鋳鋼等の高合金耐熱鋳鋼に近
い耐熱性（高温強度）、耐酸化性。

耐錆性等といった性能・耐久性特性とを付与し得る範囲
としており、しかも、鋳造後の焼なまし処理により基地
組織をフェライト組織化するとともに、１次炭化物の分
解を図って基地フェライト組織中のＣｒ含有量を多くし
ていることから、従来の普通鋳鉄もしくは耐熱鋳鉄に匹
敵する機械加工性と、従来の高合金耐熱鋳鋼に匹敵する
耐熱性（高温強度）、耐酸化性２耐錆性等といった性能
・耐久性特性とをバランス良く兼ね備えた耐熱耐錆鋳鋼
とすることができるのである。

以下、本発明の耐熱耐錆鋳鋼に添加する各合金元素の、
添加量の範囲限定理由について説明する。

なお、以下の説明において各合金元素の添加量は全て重
量％にて表示している。

まず、Ｃは本発明の耐熱耐錆鋳鋼において鋳造性を改善
させることから有効であるが、０．５％未満ではその鋳
造性の改善効果が充分でなく、一方、２．５％を越えて
添加すると炭素の黒鉛化を促進して耐熱耐錆鋳鋼の強度
特性を低下させることから０．５〜２．５％とした。

また、Ｓｔは本発明の耐熱耐錆鋳鋼において塩酸剤とし
て有効であるばかりでなく、耐酸化性を改善させること
から有効であるが、１．５％未満ではその耐酸化性の改
善効果が充分でなく、４．５％を越えて添加すると、 ■　Ｃとのバランス（炭素当量）により、１次炭化物を
粗大化させて耐熱耐錆鋳鋼の機械加工性を悪化させる。

■　フェライト基地組織中のＳｉ含有量が過多となって
、耐熱耐錆鋳鋼の靭性を低下させて生産性を悪化させる
。

等の理由から１．５〜４．５％とした。

また、Ｍｎはパーライト組織の形成元素であることから
、本発明材のように基地組織をフェライト組織とした耐
熱耐錆鋳鋼にはあまり好ましくない合金元素であるが、
Ｓｉと同様に塩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させる合金元素
としては有効であることから０．７％以下の範囲で含有
させるのが望ましい。

また、Ｐは０．０５％を越えて添加すると基地組織のパ
ーライト組織化を促進させたり、ステダイトの晶出を促
進させることから０．０５％以下とするのが良い。

また、Ｓは通常においては特に必須の合金元素ではない
が、機械加工性の要求が厳しい部品を製造する場合にお
いては、Ｓ量とＭｎ量の添加量を多くしてＭｎＳを晶出
させ、機械加工性を改善させることができることから０
．１％以下とした。

また、ＣｒはＳｉと同様に耐酸化性を改善させるととも
に耐錆性をも改善させることから有効であるが、５．０
％未満ではその耐酸化性及び耐錆性の改善効果が充分で
な（，１４，０％を越えて添加するとＣｒ炭化物の析出
量が多くなって、機械加工性を著しく悪化させることか
ら５．０〜１４．０％とした。

また、Ｎｉは靭性の改善及び緻密で優れた密着性を有す
る酸化膜の形成や炭化物の分解に有効な合金元素である
とともに、Ｃｒ程ではないが耐錆性の改善にも有効であ
るが、０．５％未満ではそれらの特性の改善効果が充分
でなく、８．０％を越えて添加すると鋳造性を悪化させ
るばかりでなく、ディスクブレーキロータ等に通用する
場合に重要となる摩擦摩耗特性を悪化させることから０
．５〜８．０％とした。

〔実施例〕

以下、添付図面に基づいて、本発明の詳細な説明する。

（第１実施例） 本発明材の耐熱特性を評価するために、第１表に示すよ
うな２種類の本発明材■〜■及び４種類の比較材■〜■
を鋳造成形により製造した。

なお、鋳造に当たっては２０Ｋｇ用高周波溶解炉を用い
て大気熔解し、Ｆｅ−３ｉ　　（７５重量％）にて脱酸
処理した後、１６００℃以上で出湯して１５００℃以上
にて注湯した。

なお、鋳造成形のための鋳型としてはＪＩＳ規格Ａ号の
Ｙブロック鋳造用の鋳型を使用した。

そして、上述によりＹブロック形状に鋳造成形された鋳
造粗形材状態の各供試材に対して、通常の焼なまし処理
を実施した。

第１表 なお、第１表において、比較材■及び■は耐熱鋳鉄であ
って、比較材■は高Ｓｉ鋳鉄と称されるものであり、比
較材■はニレジスト鋳鉄と称されるものである。

また、比較材■及び■はステンレス鋳鋼であり、比較材
■はＪＩＳ規格５Ｃ３Ｉ　　（フェライト系ステンレス
鋳鋼）、比較材■はＪＩＳ規格ＳＣ３１３（オーステナ
イト系ステンレス鋳鋼）である。

次に、鋳造成形により製造した上述の組成を有する各供
試材を用いて、本発明材と比較材の耐熱特性を評価する
ための、加熱冷却による成長試験及び６００℃における
クリープラブチャー試験を実施した。

まず、本発明材及び比較材の加熱冷却に伴う材料の成長
特性の評価試験を行った。

この加熱冷却の繰り返しに伴う材料の成長特性の評価試
験方法としては、９００℃と５０℃の温度間におけるサ
ーマルサイクルを３００回繰り返し、その間における各
供試材の試験片の寸法変化率（％）−を求める方法によ
って評価した。

なお、寸法変化率（％）は次の式により求められる値で
ある。

第１図は、加熱冷却の繰り返しによる成長試験において
、各供試材の試験片における寸法変化率（％）を測定し
た結果を示している。

第１図から明らかなように、本発明材■は、耐熱鋳鉄で
ある高Ｓｉ鋳鉄（比較材■）及びニレジスト鋳鉄（比較
材■）と比較すると、著しく優れた成長特性（低寸法変
化率）を有しており、オーステナイト系ステンレス鋳Ｓ
ｇ（ＪＩＳ規格５Ｃ８Ｉ３−−−−−一比較材■）とほ
ぼ同等の成長特性を有していることが理解される。

次に、各供試材の試験片による６５０℃におけるクリー
プラブチャー試験結果を、第２図に示している。

第２図から明らかなように、本発明材■はフェライト系
ステンレス鋳鋼（ＪＩＳ規格Ｓ　ＣＳ　１−一比較材■
）と比較するとややクリープラブチャー強度が劣るもの
の、ニレジスト鋳鉄である比較材■と比較すれば、はる
かに優れたクリープラブチャー強度を有していることが
理解される。

次に、本発明材を用いてエキゾーストマニホルドを鋳造
成形により製造したところ、“ひけ巣”。

“ピンホール”、′″ブローホール、“砂かみ”。

“湯廻り不良”、“湯境い”等といった鋳造不良を発生
させることなく、優れた生産性を有していることを確認
することができた。

また、本発明材の機械加工性については、熱処理（焼な
まし処理）を施こすことによって硬さをＨｖ２８０以下
とすることができ、この硬さは通常の球状黒鉛鋳鉄（Ｊ
ＩＳ規格ＦＣＤ７０）材と同等であることを考慮すれば
、本発明材は機械加工性においても問題のない耐熱耐錆
鋳鋼であることが推察される。

（第２実施例） 次に、本発明材の耐錆材料としての緒特性を評価するた
めに、本発明材をディスクブレーキロータに通用させる
上で必要とされる緒特性を評価した結果について説明す
る。

第２表は実験室規模にてディスクブレーキロータ用材料
として溶製した、耐熱耐錆鋳鋼の本発明材及び比較材の
各供試材における組成を一括して示したものである。

第２表 なお、第２表に示す組成を有する各供試材の鋳造に当た
っては、第１実施例と同様に２０Ｋｇ高周波溶解炉を用
いて大気溶解を行ない、Ｆｅ−３ｉ（７５重量％）によ
り脱酸処理した後、１６００℃以上で出湯して１５００
℃以上で注湯した。

そして、鋳造成形に使用した鋳型も第１実施例と同様に
、ＪＩＳ規格Ａ号のＹブロック鋳造用の鋳型を用いて、
本発明材■〜■及び比較材■〜■の各供試材を溶製した
後、機械加工により各供試材の試験片を製作し、ディス
クブレーキロータとして要求される各種の特性について
評価試験を実施した。

まず、耐錆性評価試験結果について説明する。

耐錆性評価試験としては、５０℃の５％食塩水を試験片
の研磨面に２０時間連続的に噴霧し、その後乾燥を４時
間行なうという乾湿サイクルを５回繰り返す方法により
評価した。

そして、各供試材における錆発生量は、試験片表面に発
生した錆を除去して重量を測定し、試験前の重量から減
少した重量を試験片の表面積で除して、単位面積当り（
ｃｍ”）の重量減少量（Ｂ）を算出して、その供試材の
錆発生量（ｍｇ／ｃｍ’）とした。

このようにして行った耐錆性評価試験による試験結果を
第３図に示している。

第３図の耐錆性評価試験結果から明らかなように、本発
明材■〜■は、いずれも従来のディスクブレーキロータ
用材料である普通鋳鉄（比較材■）と比較すると著しく
優れた耐錆性を有しており、ステンレス鋳鋼（ＪＩＳ規
格ＳＣ５ｌ・−−−−・比較材■）及びニレジスト鋳鉄
（比較材■）とほぼ同等の耐錆性を有していることが理
解される。

また、本発明材と同系であって、一部Ｃｒ含有量を３．
０％と低くした供試材（比較材■）は耐錆性に劣り、ま
た、Ｎｉを９．０％含有させた供試材（比較材■）は、
耐錆性に関しては本発明材■〜■と同等であるが、後述
するように摩擦摩耗特性が劣っており、ディスクブレー
キロータ用材料としては好ましくないことが理解される
。

次に、各供試材の硬さくＨｖ）の測定結果を第４図に示
している。

第４図から明らかなように、本発明材■〜■はいずれも
Ｈｖ２８０以下であり、機械加工性の観点からは特に問
題とならない耐熱耐錆鋳鋼であることが推察される。

次に、各供試材における摩擦係数の測定結果を第５図に
示している。

第５図から明らかなように、高Ｓｉ鋳鉄（比較材■）及
びフェライト系ステンレス鋳ｔｌ（ＪＩＳ規格Ｓ　ＣＳ
　Ｉ−−−−・・比較材■）は、摩擦係数が低くディス
クブレーキロータ用材料としては適当でないことが理解
される。

次に、各供試材の引張強度の評価試験結果を第６図に示
している。

第６図から明らかなように、本発明材■〜■はいずれも
ステンレス鋳鋼（ＪＩＳ規格Ｓ　ＣＳ　ｌ　−一比較材
■）とほぼ同等の引張強度であるばかりでなく、従来材
である普通鋳鉄（比較材■）と比較すると２倍以上とい
う高引張強度であることが理解される。

しかし、耐錆性の良好であったニレジスト鋳鉄（比較材
■）は、普通鋳鉄（比較材■）より引張強度が著しく低
く、ディスクブレーキロータ用材料としては好ましくな
いことが理解される。

次に、本発明材■及びステンレス鋳５ｇ（ＪＩｓ規格５
Ｃ３ｉ−・−比較材■）と同一化学成分を有する鋳鋼を
用いて、現物溶製試験を行うために小型乗用車に用いる
第７図に示すようなディスクブレーキロータを溶製した
ところ、ステンレス鋳鋼（ＪＩＳ規格５Ｃ３ｉ−比較材
■）においては、１０ｆｌｉｉｌ中１０個とも“湯廻り
不良”、“ひけ巣”等を発生して満足な製品が得られな
かったのに対して、本発明材■においては、１０個溶製
したうち１個に小さな“ひけ巣”が認められただけであ
り、優れた鋳造性（生産性）を有していることを確認す
ることができた。

ついで、このように本発明材■により溶製して製造した
ディスクブレーキロータを、実際の車両と等価の台上耐
久試験にて耐摩耗摩耗試験を実施した結果、従来の普通
鋳鉄（ＪＩＳ規格ＦＣ２５−・・−・・比較材■）製の
ディスクブレーキロータより優れた耐摩擦摩耗特性を有
していることを確認す゛ることかできた。

なお、第８図は、本発明にかかる耐熱耐錆鋳鋼の金属組
織の顕微鏡写真を示している。

第８図は同一金属組織を４００倍の高倍率にて観察した
ものである。

第８図から明らかなように、基地フェライト組織中に粒
状の２次炭化物が微細に分散して析出していることが理
解される。

上述のように本発明の耐熱耐錆鋳鋼は、従来の耐熱鋳鉄
もしくは普通鋳鉄に匹敵する鋳造性１機械加工性、低価
格性等といった生産性特性と、従来のステンレス鋳鋼に
匹敵する耐熱性（高温強度）、耐酸化性、耐錆性等とい
った性能・耐久性特性とを、バランス良く兼ね備えてい
ることを確認することができた。

〔発明の新果〕

以上により明らかなように、本発明にかかる耐熱耐錆鋳
鋼によれば、耐熱耐錆鋳鋼における組成的な調整と鋳造
後の焼なまし処理の実施によって、従来の普通鋳鉄もし
くは耐熱鋳鉄に匹敵する鋳造性１機械加工性、低価格性
等といった生産性特性と、従来の高合金耐熱鋳鋼に匹敵
する耐熱性（高温強度）、耐酸化性、耐錆性等といった
性能・耐久性特性とを、バランス良く兼ね備えた耐熱耐
錆ｖ？鋼とすることができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明材と比較材の加熱冷却に伴う成長特性
を比較した結果を示す図。 第２図は、本発明材と比較材の６５０℃におけるクリー
プラブチャー強度を比較した結果を示す図。 第３図は、本発明材と比較材の耐錆性評価試験結果を示
す図。 第４図は、本発明材と比較材の硬さ試験結果を示す図。 第５図は、本発明材と比較材の摩擦係数の測定結果を示
す図。 第６図は、本発明材と比較材の引張強度の評価試験結果
を示す図。 第７図は、現物ｆｇ製試験のために用いたディスクブレ
ーキロータの形状を示す図。 第８図は、本発明材の金属組織を示す顕微鏡写真である
。 出願人　　トヨタ自動車株式会社 第１図 ＡミーソＬＬＩＥＩ（もしく口） 時ｒ：Ｉ（Ｈｒ） 未光明材　　　　　え較キ２ 不、舅５明■　　　　　　　　　　　　ヒヒ申夕；淳才
第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、重量比率で、Ｃ；０．５〜２．５％、Ｓｉ；１．５
   ％〜４．５％、Ｍｎ；０．７％以下、Ｐ；０．０５％以
   下、Ｓ；０．１％以下、Ｃｒ；５．０〜１４．０％、Ｎ
   ｉ；０．５〜８．０％、残部実質的にＦｅからなる組成
   を有し、鋳造後の焼なまし処理により、黒鉛を含有しな
   いフェライト基地組織中の炭化物を、デンドライト状に
   晶出させた１次炭化物と微細に分散析出させた粒状の２
   次炭化物としたことを特徴とする耐熱耐錆鋳鋼。