JPS6233745A - 耐熱鋳鋼 - 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〕 本発明は耐熱鋳鋼に関し、詳しくは、優れた耐熱性（高
温強度）、耐酸化性等といった性能・耐久性特性を有す
るとともに、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り、しかも、安価に製造することが
できることから、車両用エンジンの排気系部品等に好適
に通用することのできる耐熱鋳鋼にかかる。

〔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、低燃費化に対する改善要求の高まりに伴い、
燃境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ジンに比較して、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。

ターボチャージャ用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いては、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Ｓｉ
鋳鉄、ニレジスト鋳鉄、ＡＩ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
ス鋳鋼等の高価な高合金耐熱（ステンレス）鋳鋼やＣＯ
基合金。

Ｎ＋基合金が採用されていた。

〔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には通用するこ
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°Ｃ以上における耐熱性（高温強度
）、耐酸化性等といった性能・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いこと２機械加
工性が悪いこと等からその生産性が劣り、耐熱部材とし
ての優れた鋳造性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）、耐熱亀裂
性、耐酸化性等といった性能・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
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；０．７％以下、Ｐｒｏ。

０５％以下、Ｓ；０．１％以下、　Ｃｒ　；　５．０〜
１４゜０％、　Ｃｕ　；　０．５〜７．５％、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
耐熱鋳鋼からなっている。

なお、本発明の耐熱鋳鋼において鋳造後の熱処理は、９
００〜ｂ テナイト化処理後、６８０〜７５０℃まで炉冷し、６８
０〜ｂ 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
耐熱鋳鋼を組成的には、特にＣｕ添加と他の合金元素と
のバランスにより耐熱特性を改善して、従来の耐熱鋳鉄
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）、耐酸化性等といった性能・耐久
性特性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０ることから、従来の耐熱鋳
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鋳鋼とすることができ
るのである。

以下、本発明の耐熱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は本発明の耐熱鋳鋼において強度特性と鋳造性
を改善させることがら有効であるが、０゜５％未満では
それらの特性の改善効果が充分でなく、一方、２．５％
を越えて添加すると炭素の黒鉛化を促進させて耐熱鋳鋼
としての強度特性を低下させることから０．５〜２．５
％とした。

また、Ｓｉは本発明の耐熱鋳鋼において脱酸剤として有
効であるばかりでなく、鋳造性及び耐酸化性を改善させ
ることから有効であるが、１．５％未満ではそれらの特
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Ｓｔ含有量が過多となって
、耐熱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させる合金元素とし
て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
進させ易いことから０．０５％以下とした。

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、機械加工性の要求の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ことか
ら有効であるが、５．０％未満ではその耐酸化性の改善
効果が充分でなく、１４．０％を越えて添加すると高硬
度の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、Ｃｕは本発明材において特に重要な合金元素であ
り、耐酸化性の改善と１次炭化物の分解及び微細化に有
効な合金元素であるが、０．５％未満ではそれらの特性
の改善効果が充分でなく、７゜５％を越えて添加すると
著しく鋳造性を悪化させることから０．５〜７．５％と
した。

〔実施例〕

以下、添付図面に基づいて、本発明の１実施例を説明す
る。

本発明材の耐酸化性と湯流れ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用高周液溶解炉を用い
て大気溶解し、金属アルミニウムを０．１％添加するこ
とにより脱酸処理した後、１６５０℃以上で出湯して１
４５０℃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、通常の境なまし処理を実施した。

第１表 注）各供試材におけるＰ及びＳの含有量はいずれも０．
０１％以下である。

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■は球状黒鉛鋳鉄に４．２重量％のＳｔを
添加した、いわゆる高Ｓｔ鋳鉄と称されるものであり、
比較材■はＮｔ及びＣｒを添加した、いわゆるニレジス
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規洛５Ｃ３Ｉ　　（フェライト系ステンレス
鋳鋼）、比較材■はＪＩＳ規格５Ｃ３Ｉ３　（オーステ
ナイト系ステンレス鋳鋼）である。

以下、本発明材と比較材の各供試材における、耐酸化性
及び湯流れ性（鋳造性）を比較評価した結果について説
明する。

まず、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、９００℃において１００時間の大気中保
持による酸化試験を実施した。

その酸化試験による酸化減量を測定した結果を第１図に
示している。

第１図から明らかなように、本発明材■及び■は、ＪＩ
Ｓ規格５Ｃ３Ｉ　　（フェライト系ステンレス鋳鋼−・
−・・比較材■）及びＪＩＳ規格５Ｃ３Ｉ３（オーステ
ナイト系ステンレス鋳鋼・−一一一一比較材■）と同等
の優れた耐酸化性を有していることが理解される。

もちろん、従来の耐熱鋳鉄である高Ｓｉ鋳鉄（比較材■
）やニレジスト鋳鉄（比較材■）と比べれば、１／１０
以下の酸化減量となっており格段に優れた耐酸化性を有
していることはいうまでもない。

次に、本発明材及び比較材を用いて湯流れ性を比較評価
した結果について説明する。

なお、湯流れ性評価試験は、第３図に示すような湯流れ
性試験用鋳型１を用いて、湯口部２から溶湯を注湯して
湯流れ部長さｌとφ５鶴の直径ｄを有し、水平状態に配
置された湯流れ部３における溶湯の流れた距ｊｌｔ（湯
流れ距！１ｔ）を測定した。

このようにして各供試材における湯流れ距離（Ｗ）を測
定した結果を第２図に示している。

なお、この湯流れ距離は鋳造材料の鋳造性を判断する上
で重要となる特性であり、第２図から明らかなように、
本発明材■及び■は、いずれも耐熱鋳鉄（比較材■及び
■）と高合金耐熱鋳鋼（比較材■及び■）の中間的な鋳
造性を有していることが理解される。

次に、本発明材を用いて２０００　ｃｃクラスのガソリ
ンエンジン用の４気筒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、生産性に優れていることを確認するこ
とができた。

上述のように本発明の耐熱鋳鋼は、従来の耐熱鋳鉄に匹
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、従来のステンレス鋳鋼に匹敵する耐熱性（高温
強度）、耐酸化性等といった性能・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
。

〔発明の効果〕

以上により明らかなように、本発明にかかる耐熱鋳鋼に
よれば、耐熱鋳鋼における組成的な調整と鋳造後の境な
まし処理の実施によって、従来の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
く兼ね備えた耐熱鋳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９００℃における耐酸化
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堝流れ性（鋳造性）を比
較した結果を示す図。 第３図は、湯流れ性の評価試験に用いた湯流れ性試験用
鋳型を示す平面図である。 １−・−−−一場流れ性試験用鋳型。 ２−・−−−一湯口部。 ３−・−場流れ部。 ｄ−・−・直径。 ！−・・・−場流れ部長さ。 出願人　　トヨタ自動車株式会社 第３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％、Ｃ
   ｕ；０．５〜７．５％、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鋳鋼。