JPWO2005085488A1 - 耐熱鋳鉄及びそれからなる排気系部品 - Google Patents
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Abstract
Description
(1) 連続性を有する片状黒鉛の球状化、黒鉛の微細化、黒鉛面積率の減少等により、黒鉛を分離して、酸化性ガスの侵入を抑制する。
(2) Siを4〜5%含有させて基地組織をシリコフェライトとし、AC1変態点を上昇させる。
(3) 炭化物安定元素であるCr、Mn、Mo、V等を添加して、基地組織を固溶強化するとともに、パーライトやセメンタイトを安定化する。
図1は本発明の耐熱鋳鉄の黒鉛とその周囲の組織を示す概略図であり、図2は従来の鋳鉄の黒鉛とその周囲の組織を示す概略図である。従来の鋳鉄では、硫黄酸化物、窒素酸化物等を含む排気ガスや、高温下で酸素、二酸化炭素、H2Oガス等の酸素を含むガス(まとめて「酸化性ガス」という)Gが鋳鉄の表面Fから内部に侵入して拡散することにより、鋳鉄の内部酸化が進行する。黒鉛21中の炭素Cは拡散が容易なため、表面Fに拡散し、酸化性ガスG中の酸素と結合してCO又はCO2となる(脱炭)。すなわち、酸化性ガスGの表面Fから内部への拡散と、Cの黒鉛21から外部への拡散により、酸化と脱炭が同時に進行する。黒鉛21中のCの拡散で脱炭が進行すると、黒鉛21の内部に空洞ができ、そこに酸化性ガスGが容易に侵入するため、益々酸化が進行する。従って、外部から黒鉛21への酸化性ガスGの侵入と、黒鉛21から外部へのCの拡散を抑制できれば、鋳鉄の酸化は抑制される。
本発明の耐熱鋳鉄は、Wの他に、C、Si及び黒鉛球状化元素を必須元素とする。
本発明の耐熱鋳鉄は1.2〜15重量%のWを含有する必要がある。Wは、黒鉛と基地との境界に濃化して中間層を生成する。さらに黒鉛と基地との境界近傍にW含有炭化物を形成する。中間層とW含有炭化物は、黒鉛への酸化性ガスの侵入と黒鉛からのCの拡散とを抑制して、黒鉛及びその周辺の基地組織の酸化を防止して、耐酸化性(従って、耐熱亀裂性)を効果的に向上させる。特にCの拡散は、粒界で優先的に進行すると考えられるが、黒鉛と接する粒界に生成したW含有炭化物により効果的に抑制される。Wが濃化した中間層は鋳造時の凝固冷却過程、熱処理工程及び/又は高温での使用中に生成すると考えられる。Wは黒鉛と基地の境界に生成するのがエネルギー的に安定であるため、境界に生成する。
CはSiと同様に溶湯の流動性を向上させるとともに、鋳造時に黒鉛を晶出させる元素である。Cが1.5重量%未満では溶湯の流動性が低い。一方、Cが4.5重量%を超えると粗大黒鉛が増加し、カーボンドロスとなり、引け巣も発生しやすくなる。従って、Cの含有量は1.5〜4.5重量%であり、好ましくは1.8〜4.2重量%であり、より好ましくは2.5〜4.0重量%である。
Siは鋳造時の黒鉛の晶出に寄与し、基地をフェライト化し、AC1変態点を上昇させる作用を有する。さらにSiの含有により、鋳鉄が高温の酸化性ガス中に置かれたときに表面に緻密な酸化膜が形成され易くなり、耐酸化性が向上する。SiはWとともに黒鉛と基地との境界の中間層に濃化して、外部から侵入した酸化性ガスと反応して、黒鉛と基地との境界に保護皮膜を生成し、黒鉛への酸化性ガスの侵入による黒鉛及びその周囲の基地の酸化と、黒鉛からのCの拡散を抑制する機能を高める。Siが濃化した中間層は鋳造時の凝固冷却過程、熱処理工程及び/又は高温での使用中に生成すると考えられる。Siは黒鉛と基地の境界に生成するのがエネルギー的に安定であるため、境界に生成する。このような作用を効果的に発揮するために、Siの含有量は3.5重量%以上である必要がある。しかしSiが5.6重量%を超えると、鋳鉄の靭性及び延性が極端に低下し、被削性も劣化する。従って、Siの含有量は3.5〜5.6重量%であり、好ましくは3.8〜5.3重量%であり、より好ましくは4.0〜5.0重量%である。
Mnは酸化性雰囲気において鋳鉄の表面に緻密な酸化膜を形成する作用を有する。Mnの含有量が3重量%を超えると、鋳鉄の靭性、延性及びAC1変態点が低下するので、3重量%以下とし、好ましくは1.5重量%以下とする。
本発明の耐熱鋳鉄では、黒鉛の形状そのものは特に限定されないが、一層高い耐酸化性が要求される場合や、常温伸び、高温耐力等の特性を向上させるためには、黒鉛は芋虫状、球状等であるのが好ましい。鋳放しで芋虫状及び/又は球状の黒鉛を晶出させるには、Mg、Ca、希土類元素等の黒鉛球状化元素を1.0重量%以下、好ましくは0.01〜0.2重量%、より好ましくは0.02〜0.1重量%含有させる。芋虫状黒鉛を有するバーミキュラ鋳鉄を得るには、黒鉛球状化元素のうちMgを0.005〜0.02重量%含有させるのが好ましい。また球状黒鉛鋳鉄を得るには、黒鉛球状化元素のうちMgを0.02〜0.08重量%含有させるのが好ましい。
Si及びWの両方が増加すると、耐熱鋳鉄の延性は低下する。排気系部品のような鋳物部品は、生産工程、エンジンへの組み付け工程、自動車の運転中等において機械的な振動、衝撃及び静的荷重を受ける。従って排気系部品には、機械的な振動、衝撃及び静的荷重により亀裂や割れが発生しないように、充分な延性が要求される。特に金属材料の靭性及び延性は低温になるほど低いので、常温での延性は耐酸化性及び耐熱亀裂性等の耐熱性とともに重要な特性である。一般に常温での延性は常温伸びで代表される。Si + (2/7) W≦8の条件を満たすようにSiとWの含有量を調整することにより、排気系部品として必要な常温伸びを確保できる。
Niはフェライト系鋳鉄のAC1変態点を低下させる作用を有する。AC1変態点が低下した鋳鉄を高環境温度で使用すると、常温からAC1変態点付近又はそれ以上まで加熱冷却が繰り返され、基地中に二次黒鉛が析出して不可逆的な膨張を生じ、大きな変形が発生する。その結果、鋳鉄の耐熱亀裂性は低下する。またフェライト系鋳鉄へのNiの含有は内部酸化を助長し、耐酸化性を低下させる。このような悪影響はNiの含有量が0.5重量%以上で顕著となるので、Niは0.5重量%未満、好ましくは0.3重量%以下とする。
CrはAC1変態点を低下させるのみならず、フェライト基地を著しく脆化させ、常温伸びを低下させる作用を有する。排気系部品は、高温域のみならず常温域でも、鋳造や組立て等の製造過程及び使用中に加わる機械的な振動、衝撃及び静的荷重により亀裂や割れが生じないように、実用上十分な延性を有することが必要である。AC1変態点の低下と脆化を抑制するには、Crは0.3重量%以下に抑制するのが好ましい。
球状黒鉛鋳鉄を得る場合には、0.02〜0.08重量%のMgを含有するとともに、希土類元素(RE)及びSの含有量を制御するのが好ましい。MgがSと化合して球状黒鉛の核となるMgSを生成するのと同様に、希土類元素もSと化合して球状黒鉛の核となるRESを生成する。希土類元素は少量でも黒鉛球状化効果を発揮する有効な元素である。しかし、RESはMgSより黒鉛球状化能の減衰(フェイディング)が早く、フェイディングすると球状黒鉛鋳鉄の黒鉛球状化率は低下する。RESのフェイディング傾向は、特に凝固の遅い厚肉部で顕著である。従って、RESのフェイディングによる黒鉛球状化率の低下を抑制するために、希土類元素の含有量を抑制するのが好ましい。具体的には、希土類元素を0.05重量%以下とするのが好ましい。
Moは基地中でCと化合して炭化物を晶出及び析出させ、また平均熱膨張係数を小さくして高温域における熱ひずみ(熱応力)を小さくし、鋳鉄の高温強度を向上させる。しかしMoが5.5重量%を超えると、AC1変態点が低下して鋳鉄の耐熱亀裂性が低下し、また炭化物が増加して鋳鉄の被削性が低下し、さらに引け性が増大して鋳鉄の鋳造性が悪化する。従って、Moは5.5重量%以下であり、好ましくは4.5重量%以下である。
Cuは鋳鉄の高温耐力を向上させる。Cuが6.5重量%を超えると、基地組織が脆くなり、割れ等の問題が起こる。従って、Cuは6.5重量%以下であり、好ましくは3.5重量%以下である。
Coは比較的高価な元素であるが、フェライト基地に固溶して高温耐力を改善する。耐熱変形性を改善する目的で、Coを5重量%以下含有させるのが好ましい。5重量%を超えても効果は飽和し、材料コストが上昇するだけである。
Nb及びBはいずれも耐熱鋳鉄の常温伸び、特にフェライト化焼鈍による常温伸びを改善する。Nbが1.0重量%超であると、鋳造時の湯流れ性が悪くなる他、ガス欠陥を助長する。またBが0.05重量%超であると、黒鉛球状化率が低下する。従って、必要に応じて1.0重量%以下のNb及び/又は0.05重量%以下のBを含有させるのが好ましい。
上記元素の他に、必要に応じて、高温耐力の改善のためTi、V、Zr及びTaの少なくとも1種を1重量%以下(鋳造性及び切削性を損なわない範囲)、Alを0.2重量%以下、また黒鉛球状化率を向上させるためSn及びSbを(2Sn+Sb)として0.5重量%以下含有させてもよい。
本発明の耐熱鋳鉄の組成の具体例(重量基準)として、以下のものが挙げられる。
(a) 一般的組成範囲
C:1.5〜4.5%、Si:3.5〜5.6%、Mn:3%以下、W:1.2〜15%、Ni:0.5%未満、Cr:0.3%以下、黒鉛球状化元素:1.0%以下、残部:実質的にFe及び不可避不純物。
C:1.8〜4.2%、Si:3.8〜5.3%、Mn:1.5%以下、W:1.5〜10%、Ni:0.3%以下、Cr:0.3%以下、黒鉛球状化元素:0.01〜0.2%、残部:実質的にFe及び不可避不純物。
C:2.5〜4.0%、Si:4.0〜5.0%、Mn:1.5%以下、W:2〜5%、Ni:0.3%以下、Cr:0.3%以下、黒鉛球状化元素:0.02〜0.1%、残部:実質的にFe及び不可避不純物。
本発明の耐熱鋳鉄は、FE-TEM-EDS(エネルギー分散型X線分析法)により測定した基地中のWの重量割合Xmに対する中間層中のWの重量割合Xiの比(Xi/Xm)が5以上であるのが望ましい。比(Xi/Xm)は中間層におけるWの濃化度を表し、Wの濃化度が5倍以上であれば、酸化性ガスの侵入とCの拡散を効果的に防ぐことができる。ここで、Wの重量割合Xiは中間層内の任意の位置で測定した値である。Xi/Xmは10以上であるのがより好ましい。
本発明の排気系部品は、800℃を超える温度で使用し得るもので、重量基準でC:1.5〜4.5%、Si:3.5〜5.6%、Mn:3%以下、W:1.2〜15%、Ni:0.5%未満、Cr:0.3%以下、黒鉛球状化元素:1.0%以下、Si + (2/7) W≦8、残部実質的にFe及び不可避的不純物からなる組成を有し、かつ鋳放しでフェライトを主相とした基地に黒鉛が晶出しているとともに、前記黒鉛と前記基地との境界にW及びSiが濃化した中間層を有する組織を有する耐熱鋳鉄からなり、もって30℃から3℃/分の速度で昇温したときのAC1変態点が840℃以上であり、かつ上限温度840℃、温度振幅690℃及び拘束率0.25の条件で加熱冷却する熱疲労試験における熱亀裂寿命が780サイクル以上である。
表1に示す化学組成(重量%)を有する鋳鉄をSiO2ライニングの100 kg高周波炉で大気溶解し、1450℃以上で出湯し、市販のFe-Si-Mgを用いたサンドイッチ法により球状化処理を行った。その後直ちに1300℃以上でYブロック型に注湯した。型ばらし後、各供試材にショットブラストを行い、表2に示すように600℃〜940℃の温度で3時間保持後、炉冷するフェライト化焼鈍を行った。なお、実施例9、比較例1及び9、及び従来例1、2及び4の供試材には熱処理を行わず、また比較例2の供試材には炉冷ではなく空冷するフェライト化焼鈍を行った。従来例5及び6の供試材に対しては、球状化処理を市販のNi-Mgを用いたサンドイッチ法により行い、熱処理として910℃で4時間保持後、空冷する処理を行った。実施例8及び9並びに比較例8及び9の供試材は、熱処理の有無以外は同じ条件で、同一の溶湯を用いて鋳造した。比較例1〜10の供試材はWの含有量が1.2重量%未満であり、比較例11〜13の供試材はWの含有量が15重量%超である。また比較例14及び15はSiの含有量が3.5重量%未満であり、比較例16はSiの含有量が5.6重量%超である。なお表1に示す化学組成以外の残部は、実質的にFe及び不可避的不純物である。
従来例1:JISのFCD450。
従来例2:Moを含有する高Si球状黒鉛鋳鉄(Hi-SiMo)。
従来例3:特開平9-87796号に記載の耐熱球状黒鉛鋳鉄。
従来例4:特開2002-339033号に記載のフェライト系球状黒鉛鋳鉄。
従来例5:ニレジストD2(オーステナイト系球状黒鉛鋳鉄)。
従来例6:ニレジストD5S(オーステナイト系球状黒鉛鋳鉄)。
注:(1) Mg+Ca+REM。
注:(1) Mg+Ca+REM。
実施例1〜74、比較例1〜16及び従来例1〜6の各鋳鉄に対して、電界放出型走査電子顕微鏡(FE-SEM)及びそれに装着されたエネルギー分散型X線分析装置(FE-SEM EDS、(株)日立製作所製S-4000)、並びに電界放出型透過電子顕微鏡(FE-TEM)及びそれに装着されたエネルギー分散型X線分析装置(FE-TEM EDS、(株)日立製作所製HF-2100)を用いて、以下の観察を行った。
○:中間層が認められ、Xi/Xm又はYi/Ymが好ましい範囲にあった。
△:中間層が認められ、Xi/Xm又はYi/Ymが好ましい範囲外にあった。
×:中間層が認められなかった。
注:(1) 表面にW含有炭化物を有する黒鉛の数/全黒鉛の数の比(%)。
注:(1) 表面にW含有炭化物を有する黒鉛の数/全黒鉛の数の比(%)。
実施例1〜74、比較例1〜16及び従来例1〜6の各丸棒状試験片(直径:10 mm、長さ:20 mm)に対して、以下の二つの酸化試験を実施した。両試験とも、酸化前の試験片の重量W0と、酸化処理後にガラスビーズによるショットブラスト処理を施して酸化スケールを除去した後の重量W1を測定し、(W0−W1)から単位面積当りの酸化減量(mg/cm2)を求めた。
各丸棒状試験片を800℃の一定温度に200時間保持して酸化減量を求めた。結果を表5に示す。表5から明らかなように、W以外の成分の含有量がほぼ同程度の実施例1〜14では、Wの含有量が1.26重量%から14.7重量%に増加するにつれて酸化減量が低下する傾向がみられた。これから、Wの含有量が1.2〜15重量%であれば、耐熱鋳鉄は高い耐酸化性を有することが分かる。Wの含有量は1.5〜10重量%が好ましく、2〜5重量%がより好ましい。
昇温・降温速度を3℃/分として、700℃と850℃の間を100回繰返し加熱冷却する条件で、各試験片の耐酸化性を評価した。結果を表5に示す。加熱冷却における酸化減量については、実施例1〜74の試験片の酸化減量は98 mg/cm2以下であった。表5から明らかなように、W以外の成分の含有量がほぼ同程度の実施例1〜14では、Wの含有量が1.26重量%から14.7重量%に増加するにつれて酸化減量が低下する傾向がみられた。比較例1、2、14及び15の試験片の酸化減量は101〜172 mg/cm2と実施例1〜74よりも酸化減量が多かった。比較例3〜13及び16は酸化減量が91mg/cm2以下であるが、後述する熱亀裂寿命が実施例1〜74より劣っていた。従来例1、2、4及び5は酸化減量が150〜289 mg/cm2と実施例1〜74より著しく多く、耐酸化性は大幅に劣っていた。従来例3及び6は酸化減量がそれぞれ、97及び88 mg/cm2であるが、後述する熱亀裂寿命が実施例1〜74より劣っていた。
耐熱亀裂性(熱亀裂寿命)を評価するため、実施例1〜74、比較例1〜16及び従来例1〜6の各丸棒状試験片(標点間距離:20 mm、標点間の直径:10 mm)を、拘束率0.25の条件で電気−油圧サーボ方式の熱疲労試験機にセットし、大気中で各7分の加熱冷却サイクル(下限温度:150℃、上限温度:840℃、温度振幅:690℃で、下限温度から上限温度まで2分で昇温→上限温度で1分保持→上限温度から下限温度まで4分で降温)を繰り返し、熱疲労破壊を起こさせた。拘束率は加熱冷却に伴う試験片の伸縮を機械的に拘束する割合で、(自由熱膨張伸び−機械的拘束下の熱膨張伸び)/(自由熱膨張伸び)により求めた。例えば拘束率1.0は、試験片が加熱されたときに全く伸びを許さない機械的拘束条件である。また拘束率0.5は、自由熱膨張伸びが例えば2 mmの場合に1 mmの熱膨張伸びしか許さない機械的拘束条件である。実際の自動車エンジン用排気系部品の拘束率は、加熱冷却に伴う伸びをある程度許容する0.1〜0.5程度であるので、熱疲労試験では拘束率を0.25と設定した。
実施例1〜74、比較例1〜16及び従来例1〜6の各円柱状試験片(直径:5 mm、長さ:20 mm)を、熱機械分析計(マックサイエンス製TMA-4000S)により、窒素雰囲気中で30℃から3℃/分の速度で加熱し、AC1変態点を測定した。図15に示すように、AC1変態点は、温度−変位曲線81の変曲部に接線82を引き、交点の温度をAC1変態点83とする交線法により求めた。結果を表5に示す。なお従来例5及び6のオーステナイト系球状黒鉛鋳鉄は、フェライト系球状黒鉛鋳鉄と異なり、AC1変態を起こさない。
実施例1〜74、比較例1〜16及び従来例1〜6の各4号試験片(JIS Z 2201)に対して、アムスラー引張試験機で25℃における常温伸び(%)を測定した。結果を表5に示す。
図17に概略的に示すエキゾーストマニホルド151を実施例9の耐熱鋳鉄を用いて鋳造した後、鋳放しのまま機械加工した。得られたエキゾーストマニホルド151には引け巣、湯廻り不良、ガス欠陥等の鋳造欠陥がなく、また機械加工時に切削不具合等の問題は全く起こらなかった。なお図17において、151aは取付フランジを示し、151bは枝管を示し、151cは集合部を示す。
900℃で3時間保持後炉冷するフェライト化焼鈍処理を施した以外は実施例75と同様にして、実施例8の耐熱鋳鉄によりエキゾーストマニホルド151を製造した。得られたエキゾーストマニホルド151には鋳造欠陥はなく、熱処理による変形等の不具合や機械加工での不具合もなかった。実施例76のエキゾーストマニホルド151を排気シミュレータに組み付け、実施例75と同一条件で耐久試験を実施した。エキゾーストマニホルド151の表面温度は実施例75と同じであった。耐久試験の結果、実施例76のエキゾーストマニホルド151には952サイクルで実施例75と同じ部位に、同程度の極微小な亀裂が発生した。しかし高温の排気ガスが通過する集合部には亀裂は発生せず、部品全体での酸化もほとんどなく、優れた耐久性と信頼性を有することが確認された。
従来例3の球状黒鉛鋳鉄を用い、熱処理温度を940℃とした以外は実施例75と同様にして、エキゾーストマニホルド151を作製した。このエキゾーストマニホルド151を排気シミュレータに組み付け、実施例75と同一条件で耐久試験を実施した。エキゾーストマニホルド151には、鋳造欠陥や、熱処理及び機械加工での不具合はなかった。耐久試験でのエキゾーストマニホルド151の表面温度は実施例75と同じであった。耐久試験の結果、図18に示すように、従来例7のエキゾーストマニホルド151には、435サイクルで、集合部151cと、枝管151bと取付フランジ部151aの境界部に大きな亀裂18が発生した。また集合部151cの他、部品全体に酸化が発生した。
従来例6のニレジストD5Sを用い、910℃で4時間保持後空冷する熱処理を施した以外は実施例75と同様にして、エキゾーストマニホルド151を作製した。このエキゾーストマニホルド151を排気シミュレータに組み付け、実施例75と同一条件で耐久試験を実施した。エキゾーストマニホルド151には、鋳造欠陥や、熱処理及び機械加工での不具合はなかった。耐久試験でのエキゾーストマニホルド151の表面温度は実施例75と同じであった。耐久試験の結果、図19に示すように、従来例8のエキゾーストマニホルド151には、558サイクルで、枝管151bと取付フランジ部151aの境界部に大きな亀裂19が発生した。部品全体で酸化が起こり、酸化の程度は従来例7より僅かだが、実施例75及び76と同等か若干多かった。
従来例2と同じHi-SiMo球状黒鉛鋳鉄及び熱処理条件を用いた以外実施例75と同様にして、エキゾーストマニホルド151を作製し、耐久試験を実施した(従来例9)。また従来例5と同じニレジストD2及び熱処理条件を用いた以外実施例75と同様にして、エキゾーストマニホルド151を作製し、耐久試験を実施した(従来例10)。いずれのエキゾーストマニホルド151にも、鋳造欠陥や、熱処理及び機械加工での不具合はなかった。耐久試験でのエキゾーストマニホルド151の表面温度は、実施例75と同じであった。
本発明の耐熱鋳鉄は1.2〜15重量%のWを含有する必要がある。Wは、黒鉛と基地との境界に濃化して中間層を生成する。さらに黒鉛と基地との境界近傍にW含有炭化物を形成する。中間層とW含有炭化物は、黒鉛への酸化性ガスの侵入と黒鉛からのCの拡散とを抑制して、黒鉛及びその周辺の基地組織の酸化を防止して、耐酸化性(従って、耐熱亀裂性)を効果的に向上させる。特にCの拡散は、粒界で優先的に進行すると考えられるが、黒鉛と接する粒界に生成したW含有炭化物により効果的に抑制される。Wが濃化した中間層は鋳造時の凝固冷却過程、熱処理工程及び/又は高温での使用中に生成すると考えられる。Wは黒鉛と基地の境界に濃化するのがエネルギー的に安定であるため、境界に濃化する。
Siは鋳造時の黒鉛の晶出に寄与し、基地をフェライト化し、AC1変態点を上昇させる作用を有する。さらにSiの含有により、鋳鉄が高温の酸化性ガス中に置かれたときに表面に緻密な酸化膜が形成され易くなり、耐酸化性が向上する。SiはWとともに黒鉛と基地との境界の中間層に濃化して、外部から侵入した酸化性ガスと反応して、黒鉛と基地との境界に保護皮膜を生成し、黒鉛への酸化性ガスの侵入による黒鉛及びその周囲の基地の酸化と、黒鉛からのCの拡散を抑制する機能を高める。Siが濃化した中間層は鋳造時の凝固冷却過程、熱処理工程及び/又は高温での使用中に生成すると考えられる。Siは黒鉛と基地の境界に濃化するのがエネルギー的に安定であるため、境界に濃化する。このような作用を効果的に発揮するために、Siの含有量は3.5重量%以上である必要がある。しかしSiが5.6重量%を超えると、鋳鉄の靭性及び延性が極端に低下し、被削性も劣化する。従って、Siの含有量は3.5〜5.6重量%であり、好ましくは3.8〜5.3重量%であり、より好ましくは4.0〜5.0重量%である。
実施例1〜74、比較例1〜16及び従来例1〜6の各鋳鉄に対して、電界放出型走査電子顕微鏡(FE-SEM)及びそれに装着されたエネルギー分散型X線分析装置(FE-SEM EDS、(株)日立製作所製S-4000)、並びに電界放出型透過電子顕微鏡(FE-TEM)及びそれに装着されたエネルギー分散型X線分析装置(FE-TEM EDS、(株)日立製作所製HF-2100)を用いて、以下の観察を行った。
Claims (25)
- 黒鉛を含有する耐熱鋳鉄であって、重量基準でSi:3.5〜5.6%及びW:1.2〜15%を含有し、黒鉛と基地組織との境界にW及びSiが濃化した中間層を有することを特徴とする耐熱鋳鉄。
- 請求項1に記載の耐熱鋳鉄において、前記基地中のWの重量割合Xmに対する前記中間層中のWの重量割合Xiの比(Xi/Xm)が5以上であることを特徴とする耐熱鋳鉄。
- 請求項1又は2に記載の耐熱鋳鉄において、前記基地中のSiの重量割合Ymに対する前記中間層中のSiの重量割合Yiの比(Yi/Ym)が1.5以上であることを特徴とする耐熱鋳鉄。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の耐熱鋳鉄において、重量基準でC:1.5〜4.5%、Si:3.5〜5.6%、Mn:3%以下、W:1.2〜15%、Ni:0.5%未満、Cr:0.3%以下、黒鉛球状化元素:1.0%以下、残部実質的にFe及び不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする耐熱鋳鉄。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の耐熱鋳鉄において、さらに0.003〜0.02重量%のS及び0.05重量%以下の希土類元素を含有することを特徴とする耐熱鋳鉄。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の耐熱鋳鉄において、黒鉛球状化元素として0.005〜0.2重量%のMgを含有することを特徴とする耐熱鋳鉄。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の耐熱鋳鉄において、重量基準でSi + (2/7) W≦8であることを特徴とする耐熱鋳鉄。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の耐熱鋳鉄において、さらに5.5重量%以下のMoを含有することを特徴とする耐熱鋳鉄。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の耐熱鋳鉄において、さらに6.5重量%以下のCuを含有することを特徴とする耐熱鋳鉄。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の耐熱鋳鉄において、さらに5重量%以下のCoを含有することを特徴とする耐熱鋳鉄。
- 請求項1〜10のいずれかに記載の耐熱鋳鉄において、さらに1.0重量%以下のNb及び/又は0.05重量%以下のBを含有することを特徴とする耐熱鋳鉄。
- 請求項1〜11のいずれかに記載の耐熱鋳鉄において、前記基地との境界近傍にW含有炭化物を有する黒鉛の数が黒鉛総数の75%以上であることを特徴とする耐熱鋳鉄。
- 請求項1〜12のいずれかに記載の耐熱鋳鉄において、エッチングにより露出した黒鉛表面上のW含有炭化物の数が黒鉛の単位面積当り3×105個/mm2以上、及び/又は前記W含有炭化物の面積率が1.8%以上であることを特徴とする耐熱鋳鉄。
- 請求項1〜13のいずれかに記載の耐熱鋳鉄において、30℃から3℃/分の速度で昇温したときのAC1変態点が840℃以上であることを特徴とする耐熱鋳鉄。
- 請求項1〜14のいずれかに記載の耐熱鋳鉄において、800℃の大気中に200時間保持したときの酸化減量が60 mg/cm2以下であることを特徴とする耐熱鋳鉄。
- 請求項1〜15のいずれかに記載の耐熱鋳鉄において、上限温度840℃、温度振幅690℃及び拘束率0.25の条件で加熱冷却する熱疲労試験における熱亀裂寿命が780サイクル以上であることを特徴とする耐熱鋳鉄。
- 前記請求項1〜16のいずれかに記載の耐熱鋳鉄からなることを特徴とする排気系部品。
- 請求項17に記載の排気系部品において、エキゾーストマニホルド、ターボチャージャーハウジング、ターボチャージャーハウジング一体型エキゾーストマニホルド、触媒ケース、触媒ケース一体型エキゾーストマニホルド、又はエキゾーストアウトレットであることを特徴とする排気系部品。
- 800℃を超える温度で使用する排気系部品であって、重量基準でC:1.5〜4.5%、Si:3.5〜5.6%、Mn:3%以下、W:1.2〜15%、Ni:0.5%未満、Cr:0.3%以下、黒鉛球状化元素:1.0%以下、Si + (2/7) W≦8、残部実質的にFe及び不可避的不純物からなる組成を有し、かつ鋳放しでフェライトを主相とした基地に黒鉛が晶出しているとともに、前記黒鉛と前記基地との境界にW及びSiが濃化した中間層を有する組織を有する耐熱鋳鉄からなり、もって30℃から3℃/分の速度で昇温したときのAC1変態点が840℃以上であり、かつ上限温度840℃、温度振幅690℃及び拘束率0.25の条件で加熱冷却する熱疲労試験における熱亀裂寿命が780サイクル以上であることを特徴とする排気系部品。
- 請求項19に記載の排気系部品において、前記基地中のWの重量割合Xmに対する前記中間層中のWの重量割合Xiの比(Xi/Xm)が5以上であることを特徴とする排気系部品。
- 請求項20に記載の排気系部品において、前記Xi/Xmが10以上であることを特徴とする排気系部品。
- 請求項19〜21のいずれかに記載の排気系部品において、前記基地中のSiの重量割合Ymに対する前記中間層中のSiの重量割合Yiの比(Yi/Ym)が1.5以上であることを特徴とする排気系部品。
- 請求項22に記載の排気系部品において、前記Yi/Ymが2.0以上であることを特徴とする排気系部品。
- 請求項19〜23のいずれかに記載の排気系部品において、800℃の大気中に200時間保持したときの酸化減量が60 mg/cm2以下であることを特徴とする排気系部品。
- 請求項19〜24のいずれかに記載の排気系部品において、重量基準でC:1.8〜4.2%、Si:3.8〜5.3%、Mn:1.5%以下、W:1.5〜10%、Ni:0.3%以下、Cr:0.3%以下、黒鉛球状化元素:0.01〜0.2%、Si + (2/7) W≦8、残部実質的にFe及び不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする排気系部品。
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