JPS63114938A - 耐熱鋳鉄材料 - 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 この発明は自動車のエキシース１−マニホールドやター
ボハウジングの如く、高温に曝される部位に使用される
耐熱鋳鉄材料に関し、特に繰返し加熱−冷却が繰返され
るような使用条件下での耐酸化性が優れた耐熱鋳鉄材料
に関するものでおる。

従来の技術 最近の自動車エンジンは益々高性能化される傾向にあり
、そのためエンジンの排気ガス温度も従来よりも高温化
していることから、エキゾーストマニホールドやターボ
ハウジングなどの排気ガス系の鋳鉄部品としても、より
一層耐熱性を高めることが要求されている。

従来このような用途に使用される耐熱鋳鉄材料としては
、例えば特公昭５４−３８９６８号に示されているよう
なフェライト系の高Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄や、ニレジスト鋳
鉄（インコ社商標）として知られるオーステナイト系の
高Ｎｉ球状黒鉛鋳鉄が代表的で市る。

発明が解決すべき問題点 前述のような従来の耐熱鋳鉄材料のうちでも、待にオー
ステナイト系高Ｎｉ球状黒鉛鋳鉄は、他の耐熱鋳鉄例え
ばフェライト系高Ｎｉ球状黒鉛鋳鉄などと比較して優れ
た高温強度１′Ｊ耐熱疲労特性を示すことから、ターボ
ハウジンクやエキゾーストマニホールドなどに適当と考
えられる。しかしながら従来のオーステナイト系高Ｎ１
球状黒鉛鋳鉄は、繰返し加熱−冷却における耐酸化性が
フェライト系の高Ｎｉ球状黒鉛鋳鉄より劣る問題があっ
た。すなわち、ターボハウジングやエキゾーストマニホ
ールド等の自動車部品は、繰返して加熱−冷却サイクル
を受けるＭ現下にあり、したがって従来のオーステナイ
ト系高Ｎｉ球状黒鉛鋳鉄では酸化の問題から必ずしも充
分な耐久性を示し得なかったのである。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、従
来のオーステナイト系高Ｎｉ球状黒鉛鋳鉄をざらに改良
し、繰返し加熱、−冷却を受ける環境下でも優れた耐酸
化性を発揮し得るようにしたオーステナイト系の高Ｎｉ
球状黒鉛鋳鉄からなる耐熱鋳鉄材料を提供することを目
的とするものである。

問題点を解決するための手段 不発明石等は、オーステナイト系高Ｎｉ球状黒鉛鋳鉄の
耐酸化性を向上させる手段について種々実験・検討を重
ねた結果、Ｎｂとｌ−ａもしくはＣｅを同時に添力口す
ることによって、高温強度ヤ耐熱疲労特性を損なうこと
なく、耐酸化性を従来よりも大幅に向上させ、特に加熱
−冷却が繰返されるような環境下でも充分な耐酸化性を
発揮し得ることを見出し、この発明をなすに至ったので
ある。

すなわちこの発明の耐熱鋳鉄材料は、Ｃ２，５〜３．０
％、３ｉ２．６〜３．２％、Ｍｎ０．６〜１．０％、Ｐ
　０．０８％以下、Ｓ　０．０２％以下、Ｃｒ１．８〜
５．０％、Ｎ　ｉ　１６．０〜３０．０％、Ｍｇ０．０
３〜０．１０％、Ｎｂ０．８〜３．３％、Ｃｅもしくは
Ｌａの１種または２種を合計で０．１８〜０．７％、残
部Ｆｅおよびその他の不可避的不純物よりなることを特
徴とするものである。

作　　　用 この発明の耐熱鋳鉄材料においては、基本的には従来の
オーステナイト系高Ｎｉ球状黒鉛鋳鉄にＮｂを添加する
ことによってＰ、Ｓ等の不純物の粒界析出を抑制して、
粒界の強化、粒界腐食の対策を講じるとともに、Ｃｅも
しくはＬａの添加によって、表面に生成される酸化皮膜
をｆｆｌ畜かつ強固にし、これらによって耐酸化性を飛
躍的に向上させている。なお金属組織としては、従来の
ものと同様に、オーステナイト基地中に球状黒鉛が晶出
し、かつ黒鉛間に若干の微細炭化物が析出したものとな
っている。

次にこの発明にあける各合金元素の添加理由および添、
す０債限定理由について説明する。

Ｃ，Ｓｊ： ＣおよびＳｌは鋳鉄としての黒鉛の晶出に関係する必須
の元素でおり、これらのうち３ｉは耐酸化性の向上にも
奇与する。鋳鉄においてはＣ量、３ｉ量は次式で表わさ
れる炭素光ｆｆ１（ＣＥ値）で総合的に考慮する必要が
ある。

ＣＥ＝Ｃ（％）＋（Ｓｉ（％）十Ｐ（％））／３炭素当
偕が３．４０未満では湯流れ性が悪く、またピンホール
の発生率なども高くなり、一方４．１０を越えればカー
ボンプローヤチルの発生などの問題が生じる。したがっ
て炭素光値を３．４０〜４．１０の範囲内とし、しかも
Ｓｌの耐酸化性向上効果を考慮してＳｌの割合を若干高
める観点から、Ｃは２．５〜３．０％、Ｓｌは２．６〜
３，２％の範囲内に定めた。

Ｍｎ： Ｍｎはオーステナイトの安定化に重要な元素であるが、
０．６％未満ではその効果が少なく、１．０％を越えれ
ばブローホールなどの発生が多くなる。

したがってＭｎは０．６〜１．０％の範囲内とした。

Ｐ、Ｓ： ＰおよびＳはいずれも不可避的不純物として含有される
元素でおり、その量が多ければ粒界に析出して耐酸化性
を低下させるが、この発明のようにＮｂを添加した場合
Ｐ　０．０８％以下、Ｓ　０．０２％以下であれば特に
問題がないところから、Ｐは０．０８％以下、Ｓは０，
０２％以下とした。

Ｃｒ： Ｃｒは高温強度、耐酸化性の向上に有効な元素でおるが
、１．８％未満では充分な効果が得られず、５．０％を
越えれば〃ロエ性が低下するから、１．８〜５．０％の
範囲内とした。なおこの発明の鋳鉄材料の場合、Ｎｂと
Ｑｅもしくはｌ−ａの添７１１によって耐酸化性が著し
く向上するとともに高温強度も向上するから、Ｏｒの添
加量が従来よりも少ない１．８〜２．２％の範囲内でも
充分な高温強度、耐酸化性が得られ、したがってコスト
の面からはＣｒは１，８〜２．２％の範囲内とすること
が望ましい。

Ｎｉ； Ｎ１は基地組織のオーステナイト化のために最も重要な
元素である。Ｎｉが１６．０％未満ではオーステナイト
を安定化する効果が充分に得られず、一方３０．０％を
越えればその効果が飽和し、コスト上昇を招くだけでお
るから、１６６０〜３０６０％の範囲内とした。なおＮ
ｉが２０％前後まではオーステナイト安定化の効果が必
ずしも充分ではないことがおるが、この発明の場合は、
ＮｂとＣｅもしくは１−ａの添加によって機械的性質が
充分に向上されるため、実際上は２０％前後でも充分で
あり、またＮ１は高価で必ることから、Ｎ１の添加量は
前記の範囲内でも特に１９〜２２％の範囲内が好ましい
。

Ｍｇ： Ｍｇは鋳鉄組織中の黒鉛を球状化するために必要な元素
でおり、残留ＭＣＩ耐が０．０３〜０．１０％の範囲内
でなければ必要とする球状黒鉛鋳鉄組織が得られない。

特にＭＣＩが０．０３％未満では黒鉛が芋虫状となって
充分に球状化されない。したがってＭｇは０．０３〜ｏ
、ｉｏ％の範囲内とした。

Ｎｂ： Ｎｂは既に述べたようにＰ、Ｓ等の不純物の粒界析出を
抑制して、粒界を強化し、粒界＠食による酸化を防止し
て耐酸化性能を高め、かつ高温強度等の機械的性質の向
上にも介与する重要な元素である。Ｎｂが０．８％未満
では上記の効果が少なく、一方３．３％を越えても添加
量のねりには性能が向上しないためコスト的に不利とな
る。したがってＮｂは０．８〜３，３％の範囲内とした
。

Ｃｅ、ｌａ： これらは前述のように鋳鉄材料の表面にＯｒ、Ｎｉ、Ｎ
ｂ等の作用によって形成される酸化膜を強固かつＩｆｆ
なものとし、これによって耐酸化性を向上させる重要な
元素である。Ｃ：、ｅ、ｌａはいずれも希土類元素であ
って鉄に対する作用は同じでめるから、それらの合計量
で添加量範囲を定めた。Ｃｅ、ｌ−ａの合計添加量が０
．１８％未満では上述の効果が充分に得られず、一方０
．７％を越えて添７Ｊ［］することは実操業上困難であ
り、またそれ以上添加してもコスト上昇の割には添加効
果は増大しない。したがってこれらの合計添加量は０．
１８０．７％の範囲内とした。

芙施例 第１表の材料Ｎｏ、１〜８に示す成分の本発明材、従来
材（従来のオーステナイト系高Ｎ１球状黒鉛鋳鉄＝ニレ
ジスト鋳鉄）および比較材について、２０に！ｊ高周波
溶解炉を用いて鋳造した。ここで球状化処理材としては
Ｎ１−８％ＭＣＩ合金を用い、また接種材としてはＦｅ
−７５％Ｓｉ合金を０．３％使用した。出湯温度は１６
５０℃、注湯温度は１５００″Ｃ以上である。

第１表に示す各材料〜α１〜Ｎα８のうち、Ｎα１〜〜
α７の材料について、２０ｍＸ３０＃Ｘ　５ｍの試験片
を切出し、￥温＃９００°Ｃの繰返し酸化試験を行なっ
て、酸化減量を調べた。ここで繰返し試験の条件は、至
温から９ＱＯ′Ｇまで１２分間で昇温し、９００　’Ｃ
Ｃ遅遅後だちに１８分間で至温まで冷却し、至温到遅後
ただちに９００°Ｃまで前記同様に加熱する過程を、加
熱−冷却を１ザイクルとして１００サイクル繰返した。

また酸化減量は、上記の繰返し酸化試験後にショツトブ
ラスト処理を施してスケール除去を行なってから重量を
測定して試験後団全とし、 によって求めた。

以上の酸化減量測定結果を第１図に示す。第１図から、
本発明材（Ｎｏ２〜Ｎ０．４＞は、従来材で必るニレジ
スト鋳鉄（Ｎα１）と比較して酸化減量が約１／４であ
り、したがって繰返し加熱−冷ム［Ｊにおける耐酸化性
が著しく優れていることが明らかで携る。なおＮｏ、　
５の比較材はＣｅ添加優がこの発明で規定する下限値に
満たないもの、またＮα６の比較材はＮｂ添加Ｇがこの
発明の下限値に満たないものであるが、これらはいずれ
も本発明材の２倍以上の酸化減量を示した。なおまた、
Ｎｏ、　７の比較材はＭ　ｎを過剰に添加してオーステ
ナイ１〜の安定化を図ったが、ピンホールが多数発生し
て、試験片の加工が不可能であった。

次に第１表の材料Ｎ（１８の本発明材およびＮｏ、　１
の従来材にレジスト鋳鉄）について、種々の温度で繰返
し酸化試験を１００サイクル行ない、酸化減量を調べた
。なお試験条件は加熱温度以外は前述の場合と同じとし
た。その結果を加熱温度に対応して第２図に示す。

第２図から明らかなように、本発明材（Ｎｏ、８）は、
従来材であるニレジスト鋳鉄と比較して、特にａｏ　ｏ
　’ｃ以上の高温において著しく侵れた耐酸化性を示す
ことが判る。

さらに、第１表の合金Ｎα８の不発明材およびＮｏ。

１の従来材にレジスト鋳鉄）について、種々の温度で引
張り試験を行なった。その結果を第３図に示す。第３図
から、本発明材は各温度において従来のニレジスト鋳鉄
よりも高い強度を示すことが明らかである。

また第１表に示す本発明材Ｎα８の断面金属組織写真を
第４図（Ａ＞、（Ｂ）に示す。これらの組械写頁から、
不発明材では従来のニレジス１〜鋳鉄とｒＦｉ１様にオ
ーステナイト基地中に球状黒鉛が晶出してあり、しかも
基地中の粒界における析出物が少ないことが判る。

発明の効果 この発明の耐熱鋳鉄材料は、単に高温強度や耐熱疲労特
性が優れるのみならず、耐酸化性が著しく優れており、
特に繰返し加熱−冷却を受けるような環境下での耐酸化
性が従来のオーステナイト系高Ｎｉ球状黒鉛鋳鉄である
ニレジスト鋳鉄と比較して格段に優れており、したがっ
て自動車のエキシース１〜マニホールドやターボハウジ
ング等に使用して従来よりも格段にその長野白化を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例における各材料の酸化減量を比較して示
すグラフ、第２図は本発明材および従来材にレジスト 性を示すグラフ、第３図は同じく本発明材および従来材
にレジスト 温度特性を示すグラフ、第４図は本発明材の断面金属組
織写真で、その（Ａ）は倍率１００倍のもの、（Ｂ）は
倍率４００倍のものでおる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｃ２．５〜３．０％（重量％、以下同じ）、Ｓｉ２．６
   〜３．２％、Ｍｎ０．６〜１．０％、Ｐ０．０８％以下
   、Ｓ０．０２％以下、Ｃｒ１．８〜５．０％、Ｎｉ１６
   ．０〜３０．０％、Ｍｇ０．０３〜０．１０％、Ｎｂ０
   ．８〜３．３％、ＣｅもしくはＬａの１種または２種を
   合計で０．１８〜０．７％、残部Ｆｅおよびその他の不
   可避的不純物よりなることを特徴とする耐熱鋳鉄材料。