JPWO2019130876A1 - 耐熱鋳鋼及び過給機部品 - Google Patents
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Abstract
耐熱鋳鋼は、０．５５質量％以上１．０質量％以下のＣと、１．５質量％以上３．５質量％以下のＳｉと、０質量％より大きく２質量％以下のＭｎと、６質量％以上１１質量％以下のＮｉと、２２質量％以上２７質量％以下のＣｒと、０質量％より大きく０．６質量％以下のＭｏと、を含有し、残部がＦｅと不可避的不純物とからなる。
Description
本開示は、耐熱鋳鋼及び過給機部品に関する。
タービンハウジングなどの過給機部品等には、耐熱性が要求されることから、耐熱鋳鋼が使用されている。このような耐熱鋳鋼には、Ｎ（窒素）を含有する耐熱鋳鋼が用いられている（特許文献１参照）。
ところで、Ｎ（窒素）を含有する耐熱鋳鋼では、Ｎを添加することによりオーステナイト相の安定化を図っている。Ｎを含有する耐熱鋳鋼は、気体であるＮを添加するために加圧鋳造法で鋳造される。加圧鋳造法は、加圧下で溶解や鋳造を行うために、特殊な鋳造設備が必要となる。このため、耐熱鋳鋼を鋳造するための設備費が高価となり、耐熱鋳鋼の製造コストが高くなる可能性がある。
そこで本開示の目的は、耐熱鋳鋼の製造コストをより低減可能な耐熱鋳鋼及び過給機部品を提供することである。
本開示に係る耐熱鋳鋼は、０．５５質量％以上１．０質量％以下のＣと、１．５質量％以上３．５質量％以下のＳｉと、０質量％より大きく２質量％以下のＭｎと、６質量％以上１１質量％以下のＮｉと、２２質量％以上２７質量％以下のＣｒと、０質量％より大きく０．６質量％以下のＭｏと、を含有し、残部がＦｅと不可避的不純物とからなる。
本開示に係る耐熱鋳鋼において、Ｃの含有率は、０．５５質量％以上０．８質量％以下であるとよい。
本開示に係る耐熱鋳鋼において、Ｃの含有率は、０．８質量％より大きく１．０質量％以下であるとよい。
本開示に係る耐熱鋳鋼において、Ｓｉの含有率は、１．５質量％以上２．５質量％以下であるとよい。
本開示に係る耐熱鋳鋼において、更に、０質量％より大きく０．２質量％以下のＳを含むとよい。
本開示に係る耐熱鋳鋼において、Ｓの含有率は、０．１質量％以上０．２質量％以下であるとよい。
本開示に係る過給機部品は、上記のいずれか１つに記載の耐熱鋳鋼で形成される。
上記構成によれば、耐熱鋳鋼にＮ（窒素）を添加していないことから、加圧鋳造法を用いる必要がないので、耐熱鋳鋼の製造コストを低減することができる。
以下に本開示の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。本開示の実施形態に係る耐熱鋳鋼は、０．５５質量％以上１．０質量％以下のＣと、１．５質量％以上３．５質量％以下のＳｉと、０質量％より大きく２質量％以下のＭｎと、６質量％以上１１質量％以下のＮｉと、２２質量％以上２７質量％以下のＣｒと、０質量％より大きく０．６質量％以下のＭｏと、を含有し、残部がＦｅと不可避的不純物とから構成されている。次に、この耐熱鋳鋼を構成する各合金成分の組成範囲を限定した理由について説明する。
Ｃ（炭素）は、オーステナイト形成元素であり、オーステナイト相を安定化させる機能を有している。耐熱鋳鋼の金属組織の主相をオーステナイト相（γ相）とすることにより、金属組織の主相をフェライト相（α相）等とするよりも、高温強度等の機械的特性を向上させることができる。なお、金属組織の主相とは、金属組織中の体積比率が最も大きい相をいう。また、Ｃは、Ｃｒと化合してＣｒ炭化物等の複合炭化物を金属組織中に形成し、高温強度等の機械的特性を向上させる機能を有している。
Ｃの含有率は、０．５５質量％以上１．０質量％以下とするとよい。Ｃの含有率が０．５５質量％よりも小さい場合には、フェライト相が多くなり、高温強度等の機械的特性が低下するからである。また、Ｃの含有率が０．５５質量％よりも小さい場合には、σ相が析出して脆化するからである。Ｃの含有率が１．０質量％より大きい場合には、Ｃｒ炭化物等が多く析出することにより硬度が高くなり、被削性等の加工性が低下するからである。
Ｃの含有率は、０．５５質量％以上０．８質量％以下としてもよい。Ｃの含有率を０．５５質量％以上０．８質量％以下とすることにより、硬度がより低くなるので、被削性等の加工性をより向上させることができる。Ｃの含有率は、０．８質量％より大きく１．０質量％以下としてもよい。Ｃの含有率を０．８質量％より大きく１．０質量％以下とすることにより、高温強度等の機械的特性をより向上させることができる。
Ｓｉ（珪素）は、固溶強化元素であると共に、耐酸化性を向上させる機能を有している。Ｓｉの含有率は、１．５質量％以上３．５質量％以下とするとよい。Ｓｉの含有率が１．５質量％より小さい場合には、耐酸化性が低下するからである。Ｓｉの含有率が３．５質量％より大きい場合には、フェライト相が多くなり、高温強度等の機械的特性が低下するからである。また、Ｓｉの含有率が３．５質量％より大きい場合には、σ相が析出して脆化するからである。
Ｓｉの含有率は、１．５質量％以上２．５質量％以下とするとよい。Ｓｉの含有率を１．５質量％以上２．５質量％以下とすることにより、耐酸化性を向上させると共に、高温強度等の機械的特性をより向上させることができる。
Ｍｎ（マンガン）は、オーステナイト形成元素であり、オーステナイト相を安定化させる機能を有している。Ｍｎの含有率は、０質量％より大きく２質量％以下とするとよい。Ｍｎの含有率が２質量％より大きい場合には、ＭｎＳ等の形成により、耐酸化性が低下するからである。
Ｎｉ（ニッケル）は、オーステナイト形成元素であり、オーステナイト相を安定化させる機能を有している。また、Ｎｉは、耐酸化性を向上させる機能を有している。Ｎｉの含有率は、６質量％以上１１質量％以下とするとよい。Ｎｉの含有率が６質量％より小さい場合には、フェライト相が多くなり、高温強度等の機械的特性が低下するからである。また、Ｎｉの含有率が６質量％より小さい場合には、耐酸化性が低下するからである。更に、Ｎｉの含有率が６質量％より小さい場合には、σ相が析出して脆化するからである。
一方、Ｎｉの含有率が１１質量％より大きい場合には、Ｎｉは高価な元素であることから、耐熱鋳鋼の製造コストが大きくなるからである。より詳細には、この耐熱鋳鋼では、Ｃの含有率を０．５５質量％以上１．０質量％以下とすることにより、通常よりもＣ量を大きくしてオーステナイト相を安定化しているので、Ｎｉの含有率を１１質量％より大きくしてオーステナイト相を安定化する必要がない。また、この耐熱鋳鋼では、Ｓｉの含有率を１．５質量％以上３．５質量％以下とし、後述するようにＣｒの含有率を２２質量％以上２７質量％以下とすることにより、Ｓｉ量とＣｒ量とを大きくして耐酸化性を向上させている。このように、安価なＣの含有率を大きくしてオーステナイト相を安定化し、安価なＳｉやＣｒの含有量を大きくして耐酸化性を向上させているので、高価なＮｉの含有量を小さくして耐熱鋳鋼の製造コストをより低減することができる。
Ｃｒ（クロム）は、耐酸化性や耐食性を向上させる機能を有している。Ｃｒの含有率は、２２質量％以上２７質量％以下とするとよい。Ｃｒの含有率が２２質量％より小さい場合には、耐酸化性や耐食性が低下するからである。Ｃｒの含有率が２７質量％より大きい場合には、フェライト相が多くなり、高温強度等の機械的特性が低下するからである。また、Ｃｒの含有率が２７質量％より大きい場合には、σ相が析出して脆化するからである。
Ｍｏ（モリブデン）は、固溶強化元素であり、高温強度等の機械的特性を高める機能を有している。Ｍｏの含有率は、０質量％より大きく０．６質量％以下とするとよい。Ｍｏの含有率が０．６質量％より大きい場合には、フェライト相が多くなり、高温強度等の機械的特性が低下するからである。また、Ｍｏの含有率が０．６質量％より大きい場合には、σ相が析出して脆化するからである。また、この耐熱鋳鋼では、Ｃの含有率を０．５５質量％以上１．０質量％以下とすることにより、通常よりもＣ量を大きくして高温強度等の機械的特性を向上させている。このため、高価なＭｏを、０．６質量％より多く含有させる必要がないので、耐熱鋳鋼の製造コストを低減することができる。
なお、耐熱鋳鋼の残部は、Ｆｅと不可避的不純物とから構成されている。不可避的不純物とは、意図的に添加しなくても混入する可能性がある不純物である。
本開示の実施形態に係る耐熱鋳鋼は、更に、残部のＦｅの一部にかえて、Ｓ（硫黄）を含んでいてもよい。Ｓ（硫黄）は、耐熱鋳鋼の被削性を向上させる機能を有している。Ｓの含有率は、０質量％より大きく０．２質量％以下とするとよい。Ｓの含有率が０．２質量％より大きくなると、高温曝露時に脆化相が形成され易くなるので高温強度等の機械的強度が低下する可能性があるからである。Ｓの含有率は、０．１質量％以上０．２質量％以下とするとよい。Ｓの含有率を０．１質量％以上０．２質量％以下とすることにより、被削性をより向上させることができる。また、Ｓの含有率を０．１６質量％以上０．２質量％以下とすることにより、被削性を更に向上させることが可能となる。
次に、耐熱鋳鋼の製造方法について説明する。耐熱鋳鋼となる原料を高周波誘導炉等で溶解し、鋳造してインゴットを得ることができる。例えば、耐熱鋳鋼となる原料を高周波誘導炉等で溶解し、砂型等に注湯して鋳造することができる。耐熱鋳鋼の原料には、０．５５質量％以上１．０質量％以下のＣと、１．５質量％以上３．５質量％以下のＳｉと、０質量％より大きく２質量％以下のＭｎと、６質量％以上１１質量％以下のＮｉと、２２質量％以上２７質量％以下のＣｒと、０質量％より大きく０．６質量％以下のＭｏと、を含有し、残部がＦｅと不可避的不純物とからなる合金原料を用いるとよい。耐熱鋳鋼の原料には、更に、残部のＦｅの一部にかえて、０質量％より大きく０．２質量％以下のＳを含むようにしてもよい。
このように本開示の実施形態に係る耐熱鋳鋼は、一般的な鋳鋼の砂型鋳造法等で鋳造可能であることから、加圧鋳造法で鋳造する必要がない。このため、加圧鋳造法で用いられる特殊な鋳造設備が不要となるので、耐熱鋳鋼の製造コストを低減することができる。また、この耐熱鋳鋼は、耐酸化性に優れていることから、大気雰囲気等の酸化性雰囲気でも鋳造可能である。また、耐熱鋳鋼の鋳造後に、焼鈍等の均質化処理や、時効処理等の熱処理を行ってもよい。
次に、耐熱鋳鋼の金属組織について説明する。耐熱鋳鋼の金属組織は、金属組織の主相がオーステナイト相（γ相）で構成されている。金属組織中のオーステナイト相の体積比率は、９０体積％以上であるとよく、９５体積％以上であることが好ましい。耐熱鋳鋼の金属組織は、金属組織中のフェライト相（α相）のフェライト率が、磁気誘導法（フェライトスコープ）で室温測定したときに１．１％以下（フェライト率がゼロを含む）であるとよい。磁気誘導法は、磁気的な装置によるフェライト率の測定法であり、フェライト相が磁性を示し、オーステナイト相や炭化物等が非磁性を示すことを利用した測定法である。このように、耐熱鋳鋼は、金属組織の主相がオーステナイト相からなり、フェライト率が１．１％以下（フェライト率がゼロを含む）であるオーステナイト系の耐熱鋳鋼であるとよい。耐熱鋳鋼の金属組織中にはフェライト相が含まれていないか、フェライト相が含まれていても１．１％以下の微量であるので、高温強度等の機械的特性を向上させることができる。また、耐熱鋳鋼の金属組織のフェライト率は、０．５％以下（フェライト率がゼロを含む）であってもよく、０．２％以下（フェライト率がゼロを含む）であってもよい。更に、耐熱鋳鋼の金属組織のフェライト率は、ゼロ（フェライト相を含まない）であってもよい。
耐熱鋳鋼の金属組織には、Ｃｒ炭化物等の炭化物が析出しているとよい。金属組織中にＣｒ炭化物等の炭化物が分散して析出していることにより、高温強度等の機械的特性を向上させることができる。耐熱鋳鋼の金属組織には、σ相が析出していないとよい。耐熱鋳鋼の金属組織にσ相を含まないようにすることで、耐熱鋳鋼の脆化を抑制することができる。また、耐熱鋳鋼の金属組織中には、ＳｉやＣｒが多く固溶している。これにより、耐熱鋳鋼が大気雰囲気中で熱曝露された場合でも、耐酸化性に優れるＳｉＯ２等の酸化ケイ素やＣｒ２Ｏ３等の酸化クロムからなる保護酸化被膜を形成し、耐熱鋳鋼の耐酸化性を向上させることができる。
次に、本開示の実施形態に係る耐熱鋳鋼の機械的特性等について説明する。この耐熱鋳鋼は、例えば、６００℃の高温引張特性において、引張強度が３７８ＭＰａから４４６ＭＰａ、０．２％耐力が１７３ＭＰａから２１４ＭＰａ、伸びが９．４％から１４．２％となる特性を有している。この耐熱鋳鋼は、例えば、９５０℃の高温引張特性において、引張強度が１０６ＭＰａから１３１ＭＰａ、０．２％耐力が５５ＭＰａから７３ＭＰａ、伸びが３５．０％から５２．３％となる特性を有している。この耐熱鋳鋼は、例えば、室温のビッカース硬さが、Ｈｖ１９９からＨｖ２３４となる特性を有している。この耐熱鋳鋼の耐酸化性は、例えば、大気雰囲気中において、２００℃未満と９８０℃との間で２００回の繰返し酸化試験を行ったときに、酸化試験後重量減少量（単位面積当たりの重量減少量）が約５ｍｇ・ｃｍ-２から約２２ｍｇ・ｃｍ-２となる特性を有している。このように、本開示の実施形態に係る耐熱鋳鋼は、優れた機械的特性と耐酸化性とを備えている。
本開示の実施形態に係る耐熱鋳鋼は、例えば、自動車等の車両用の過給機部品に適用可能である。より詳細には、この耐熱鋳鋼は、車両用の過給機部品であるタービンハウジングの材料として好適に用いることができる。図１は、過給機１０の構成を示す模式図である。過給機１０は、タービンハウジング１２と、コンプレッサハウジング１４と、を備えている。タービンハウジング１２は、例えば、酸化性雰囲気において、最高温度が約９８０℃の排気ガスに熱曝露される。タービンハウジング１２をこの耐熱鋳鋼で形成することにより、タービンハウジング１２は、高温強度等の機械的特性と、耐酸化性とを備えることができる。また、この耐熱鋳鋼は、被削性等の加工性に優れているので、タービンハウジング１２の所定形状に容易に加工することができる。勿論、本開示の実施形態に係る耐熱鋳鋼は、タービンハウジング１２等の過給機部品に適用されるだけでなく、他の機械装置等にも適用可能である。
以上、本開示の実施形態に係る耐熱鋳鋼によれば、０．５５質量％以上１．０質量％以下のＣと、１．５質量％以上３．５質量％以下のＳｉと、０質量％より大きく２質量％以下のＭｎと、６質量％以上１１質量％以下のＮｉと、２２質量％以上２７質量％以下のＣｒと、０質量％より大きく０．６質量％以下のＭｏと、を含有し、残部がＦｅと不可避的不純物とからなるので、Ｎ（窒素）を添加してオーステナイト相を安定化する必要がなく、加圧鋳造法に用いられる特殊設備が不要となる。これにより、耐熱鋳鋼の製造コストを低減することができる。
本開示の実施形態に係る耐熱鋳鋼によれば、高温強度等の機械的特性が向上すると共に、耐酸化性を向上させることができる。また、本開示の実施形態に係る耐熱鋳鋼によれば、安価なＣの含有率を大きくしてオーステナイト相を安定化し、安価なＳｉやＣｒの含有量を大きくして耐酸化性を向上させている。これにより、高価なＮｉの含有量を小さくすることができるので、耐熱鋳鋼の製造コストをより低減することが可能となる。
また、本開示の実施形態に係る耐熱鋳鋼は、０．５５質量％以上１．０質量％以下のＣと、１．５質量％以上３．５質量％以下のＳｉと、０質量％より大きく２質量％以下のＭｎと、６質量％以上１１質量％以下のＮｉと、２２質量％以上２７質量％以下のＣｒと、０質量％より大きく０．６質量％以下のＭｏと、０質量％より大きく０．２質量％以下のＳと、を含有し、残部がＦｅと不可避的不純物とからなるので、上記の効果を奏すると共に、耐熱鋳鋼の被削性を更に向上させることができる。
［第１実施例］
耐熱鋳鋼を鋳造して、機械的特性（引張特性、硬さ）、フェライト率及び耐酸化性を評価した。表１に、鋳造した耐熱鋳鋼の合金組成を示す。
耐熱鋳鋼を鋳造して、機械的特性（引張特性、硬さ）、フェライト率及び耐酸化性を評価した。表１に、鋳造した耐熱鋳鋼の合金組成を示す。
まず、各耐熱鋳鋼の合金組成について説明する。実施例１から８の耐熱鋳鋼の合金組成は、０．５５質量％以上１．０質量％以下のＣと、１．５質量％以上３．５質量％以下のＳｉと、０質量％より大きく２質量％以下のＭｎと、６質量％以上１１質量％以下のＮｉと、２２質量％以上２７質量％以下のＣｒと、０質量％より大きく０．６質量％以下のＭｏと、を含有し、残部がＦｅと不可避的不純物とからなるように構成した。
比較例１の耐熱鋳鋼では、Ｓｉ量を０．９５質量％とし、Ｓｉ量を小さくしたときの影響を評価した。また、比較例１の耐熱鋳鋼では、Ｍｎ量を３．２１質量％とし、Ｍｎ量を大きくしたときの影響を評価した。比較例２の耐熱鋳鋼では、Ｃｒ量を２１．９２質量％とし、Ｃｒ量を小さくしたときの影響を評価した。比較例３の耐熱鋳鋼では、Ｃ量を１．１３質量％とし、Ｃ量を大きくしたときの影響を評価した。比較例４の耐熱鋳鋼では、Ｃ量を０．３質量％とし、Ｃ量を小さくしたときの影響を評価した。比較例５の耐熱鋳鋼では、Ｓｉ量を４．１１質量％とし、Ｓｉ量を大きくしたときの影響を評価した。比較例６の耐熱鋳鋼では、Ｎｉ量を３．７０質量％とし、Ｎｉ量を小さくしたときの影響を評価した。比較例７の耐熱鋳鋼では、Ｃｒ量を３１．３０質量％とし、Ｃｒ量を大きくしたときの影響を評価した。各耐熱鋳鋼は、合金原料を高周波誘導炉で溶解し、大気雰囲気中で砂型に注湯して鋳造した。
（フェライト率の評価）
各耐熱鋳鋼について、フェライト率を測定した。各耐熱鋳鋼のフェライト率は、磁気誘導法（フェライトスコープ）により室温で測定した。表１には、各耐熱鋳鋼のフェライト率を示している。
各耐熱鋳鋼について、フェライト率を測定した。各耐熱鋳鋼のフェライト率は、磁気誘導法（フェライトスコープ）により室温で測定した。表１には、各耐熱鋳鋼のフェライト率を示している。
図２は、耐熱鋳鋼に含まれるＣ量と、フェライト率との関係を示すグラフである。図２のグラフでは、各耐熱鋳鋼に含まれるＣ量を横軸に取り、フェライト率を縦軸に取り、各Ｃ量のときのフェライト率を白丸で示している。なお、図２では、実施例１から８及び比較例４の耐熱鋳鋼におけるＣ量とフェライト率との関係を示している。比較例４の耐熱鋳鋼（Ｃ量が０．３質量％）では、実施例１から８の耐熱鋳鋼よりも、フェライト率が大きくなった。この結果からＣ量が０．５５質量％より小さくなるとフェライト相が多くなるのに対して、Ｃ量が０．５５質量以上の場合には、フェライト率が１．１％以下（フェライト率がゼロを含む）となり、フェライト相を少なくしてオーステナイト相を多くできることがわかった。
図３は、耐熱鋳鋼に含まれるＳｉ量と、フェライト率との関係を示すグラフである。図３のグラフでは、各耐熱鋳鋼に含まれるＳｉ量を横軸に取り、フェライト率を縦軸に取り、各Ｓｉ量のときのフェライト率を白丸で示している。なお、図３では、実施例１から８及び比較例５の耐熱鋳鋼におけるＳｉ量とフェライト率との関係を示している。比較例５の耐熱鋳鋼（Ｓｉ量が４．１１質量％）では、実施例１から８の耐熱鋳鋼よりも、フェライト率が大きくなった。この結果からＳｉ量が３．５質量％より大きくなるとフェライト相が多くなるのに対して、Ｓｉ量が３．５質量以下の場合には、フェライト率が１．１％以下（フェライト率がゼロを含む）となり、フェライト相を少なくしてオーステナイト相を多くできることがわかった。
図４は、耐熱鋳鋼に含まれるＮｉ量と、フェライト率との関係を示すグラフである。図４のグラフでは、各耐熱鋳鋼に含まれるＮｉ量を横軸に取り、フェライト率を縦軸に取り、各Ｎｉ量のときのフェライト率を白丸で示している。なお、図４では、実施例１から８及び比較例６の耐熱鋳鋼におけるＮｉ量とフェライト率との関係を示している。比較例６の耐熱鋳鋼（Ｎｉ量が３．７０質量％）では、実施例１から８の耐熱鋳鋼よりも、フェライト率が大きくなった。この結果からＮｉ量が６質量％より小さくなるとフェライト相が多くなるのに対して、Ｎｉ量が６質量以上の場合には、フェライト率が１．１％以下（フェライト率がゼロを含む）となり、フェライト相を少なくしてオーステナイト相を多くできることがわかった。
図５は、耐熱鋳鋼に含まれるＣｒ量と、フェライト率との関係を示すグラフである。図５のグラフでは、各耐熱鋳鋼に含まれるＣｒ量を横軸に取り、フェライト率を縦軸に取り、各Ｃｒ量のときのフェライト率を白丸で示している。なお、図５では、実施例１から８及び比較例７の耐熱鋳鋼におけるＣｒ量とフェライト率との関係を示している。比較例７の耐熱鋳鋼（Ｃｒ量が３１．３０質量％）では、実施例１から８の耐熱鋳鋼よりも、フェライト率が大きくなった。この結果からＣｒ量が２７質量％より大きくなるとフェライト相が多くなるのに対して、Ｃｒ量が２７質量以下の場合には、フェライト率が１．１％以下（フェライト率がゼロを含む）となり、フェライト相を少なくしてオーステナイト相を多くできることがわかった。
（耐酸化性の評価）
各耐熱鋳鋼について、耐酸化性を評価した。耐酸化性については、ＪＩＳ Ｚ２２８２の「金属材料の高温繰返し酸化試験方法」と、ＪＩＳ Ｚ２２９０の「金属材料の高温腐食試験方法通則」とに基づいて評価した。より詳細には、まず、加熱温度９８０℃±５℃、絶対湿度１０％の大気環境下での４５分間の加熱と、２００℃未満での３０分間の冷却と、を１サイクルとして、２００サイクルの繰返し酸化試験を行った。繰返し酸化試験後に酸化被膜を除去し（デスケーリング）、酸化試験前後の重量減少量を求め、酸化試験後重量減少量（単位面積当たりの重量減少量）を算出した。表１には、各耐熱鋳鋼の酸化試験後重量減少量を示している。
各耐熱鋳鋼について、耐酸化性を評価した。耐酸化性については、ＪＩＳ Ｚ２２８２の「金属材料の高温繰返し酸化試験方法」と、ＪＩＳ Ｚ２２９０の「金属材料の高温腐食試験方法通則」とに基づいて評価した。より詳細には、まず、加熱温度９８０℃±５℃、絶対湿度１０％の大気環境下での４５分間の加熱と、２００℃未満での３０分間の冷却と、を１サイクルとして、２００サイクルの繰返し酸化試験を行った。繰返し酸化試験後に酸化被膜を除去し（デスケーリング）、酸化試験前後の重量減少量を求め、酸化試験後重量減少量（単位面積当たりの重量減少量）を算出した。表１には、各耐熱鋳鋼の酸化試験後重量減少量を示している。
実施例１から８の耐熱鋳鋼では、酸化試験後重量減少量が、約５ｍｇ・ｃｍ-２から約１９ｍｇ・ｃｍ-２であった。これに対して、比較例１の耐熱鋳鋼（Ｓｉ量が０．９５質量％、Ｍｎ量が３．２１質量％）では、酸化試験後重量減少量が約３０４ｍｇ・ｃｍ-２であり、実施例１から８の耐熱鋳鋼よりも耐酸化性が低下した。この結果から、Ｓｉ量が１．５質量％より小さくなると耐酸化性が低下するのに対して、Ｓｉ量が１．５質量％以上では耐酸化性が向上することがわかった。また、Ｍｎ量が２質量％より大きくなると耐酸化性が低下するのに対して、Ｍｎ量が２質量％以下では耐酸化性が向上することがわかった。
また、比較例２の耐熱鋳鋼（Ｃｒ量が２１．９２質量％）では、酸化試験後重量減少量が約９４ｍｇ・ｃｍ-２であり、実施例１から８の耐熱鋳鋼よりも耐酸化性が低下した。この結果から、Ｃｒ量が２２質量％より小さくなると耐酸化性が低下するのに対して、Ｃｒ量が２２質量％以上では耐酸化性が向上することがわかった。
（硬さの評価）
各耐熱鋳鋼について、硬さの測定を行った。硬さ測定は、室温でビッカース硬さを測定した。ビッカース硬さの測定は、ＪＩＳ Ｚ２２４４「ビッカース硬さ試験―試験方法」及びＪＩＳ Ｚ７７２５「ビッカース硬さ試験―試験機の検証及び校正」に準拠して行った。圧子は、ダイヤモンド圧子（正四角錐、対面角が１３６°±０．５°）とした。試験荷重は、１０ｋｇｆ（９８Ｎ）とした。静止後押付時間は、１０秒とした。表１には、各耐熱鋳鋼の硬さを示している。実施例１から８の耐熱鋳鋼の硬さは、Ｈｖ１９９からＨｖ２３４であった。これに対して比較例３の耐熱鋳鋼（Ｃ量が１．１３質量％）の硬さは、Ｈｖ２４０であった。この結果から、Ｃ量が１．０質量％より大きくなると硬さが大きくなり過ぎて、被削性等の加工性が低下するのに対して、Ｃ量が１．０質量％以下の場合には、被削性等の加工性が向上することがわかった。
各耐熱鋳鋼について、硬さの測定を行った。硬さ測定は、室温でビッカース硬さを測定した。ビッカース硬さの測定は、ＪＩＳ Ｚ２２４４「ビッカース硬さ試験―試験方法」及びＪＩＳ Ｚ７７２５「ビッカース硬さ試験―試験機の検証及び校正」に準拠して行った。圧子は、ダイヤモンド圧子（正四角錐、対面角が１３６°±０．５°）とした。試験荷重は、１０ｋｇｆ（９８Ｎ）とした。静止後押付時間は、１０秒とした。表１には、各耐熱鋳鋼の硬さを示している。実施例１から８の耐熱鋳鋼の硬さは、Ｈｖ１９９からＨｖ２３４であった。これに対して比較例３の耐熱鋳鋼（Ｃ量が１．１３質量％）の硬さは、Ｈｖ２４０であった。この結果から、Ｃ量が１．０質量％より大きくなると硬さが大きくなり過ぎて、被削性等の加工性が低下するのに対して、Ｃ量が１．０質量％以下の場合には、被削性等の加工性が向上することがわかった。
また、実施例１から４及び８の耐熱鋳鋼の硬さは、Ｈｖ１９９からＨｖ２１５であった。実施例５から７の耐熱鋳鋼の硬さは、Ｈｖ２１８からＨｖ２３４であった。この結果から、Ｃの含有率が０．５５質量％以上０．８質量％以下の場合には、硬さが小さくなり、被削性等の加工性がより向上することがわかった。一方、Ｃの含有率が０．８質量％より大きく１．０質量％以下の場合には、硬さが大きくなり、機械的特性が向上することがわかった。
（引張特性の評価）
各耐熱鋳鋼について、ＪＩＳ Ｇ０５６７の「高温引張試験方法」に基づいて高温引張特性を評価した。試験温度を６００℃及び９５０℃とし、引張強度、０．２％耐力、伸びを測定した。表１には、各耐熱鋳鋼の引張特性（引張強度、０．２％耐力、伸び）の結果を示している。
各耐熱鋳鋼について、ＪＩＳ Ｇ０５６７の「高温引張試験方法」に基づいて高温引張特性を評価した。試験温度を６００℃及び９５０℃とし、引張強度、０．２％耐力、伸びを測定した。表１には、各耐熱鋳鋼の引張特性（引張強度、０．２％耐力、伸び）の結果を示している。
実施例１、２、４から７の耐熱鋳鋼の引張強度は、６００℃のとき３７８ＭＰａから４４６ＭＰａであり、９５０℃のとき１０６ＭＰａから１３１ＭＰａであった。０．２％耐力は、６００℃のとき１７３ＭＰａから２１４ＭＰａであり、９５０℃のとき５５ＭＰａから７３ＭＰａであった。伸びは、６００℃のとき９．４％から１４．２％であり、９５０℃のとき３７．６％から５２．３％であった。このように、各耐熱鋳鋼は、優れた高温引張特性を有していることがわかった。
［第２実施例］
次に、Ｓを含有する耐熱鋳鋼を鋳造して、機械的特性（引張特性、硬さ）、フェライト率、耐酸化性及び被削性を評価した。表２に、鋳造した耐熱鋳鋼の合金組成を示す。
次に、Ｓを含有する耐熱鋳鋼を鋳造して、機械的特性（引張特性、硬さ）、フェライト率、耐酸化性及び被削性を評価した。表２に、鋳造した耐熱鋳鋼の合金組成を示す。
まず、各耐熱鋳鋼の合金組成について説明する。実施例９から１０の耐熱鋳鋼の合金組成は、０．５５質量％以上１．０質量％以下のＣと、１．５質量％以上３．５質量％以下のＳｉと、０質量％より大きく２質量％以下のＭｎと、６質量％以上１１質量％以下のＮｉと、２２質量％以上２７質量％以下のＣｒと、０質量％より大きく０．６質量％以下のＭｏと、０質量％より大きく０．２質量％以下のＳと、を含有し、残部がＦｅと不可避的不純物とからなるように構成した。比較例８の耐熱鋳鋼では、Ｓを含有しないで構成し、Ｓの添加の影響を評価した。各耐熱鋳鋼は、合金原料を高周波誘導炉で溶解し、大気雰囲気中で砂型に注湯して鋳造した。
（フェライト率の評価）
各耐熱鋳鋼について、フェライト率を測定した。各耐熱鋳鋼のフェライト率は、第１実施例と同様の方法で測定した。表２には、各耐熱鋳鋼のフェライト率を示している。各耐熱鋳鋼のフェライト率は、実施例９が０．００％、実施例１０が０．１２％、比較例８が０．００％であった。実施例９，１０の耐熱鋳鋼のフェライト率は、実施例１から８の耐熱鋳鋼のフェライト率と同程度であった。このことから、０質量％より大きく０．２質量％以下のＳを更に添加しても、フェライト相の形成が抑制されていることがわかった。
各耐熱鋳鋼について、フェライト率を測定した。各耐熱鋳鋼のフェライト率は、第１実施例と同様の方法で測定した。表２には、各耐熱鋳鋼のフェライト率を示している。各耐熱鋳鋼のフェライト率は、実施例９が０．００％、実施例１０が０．１２％、比較例８が０．００％であった。実施例９，１０の耐熱鋳鋼のフェライト率は、実施例１から８の耐熱鋳鋼のフェライト率と同程度であった。このことから、０質量％より大きく０．２質量％以下のＳを更に添加しても、フェライト相の形成が抑制されていることがわかった。
（耐酸化性の評価）
各耐熱鋳鋼について、耐酸化性を評価した。各耐熱鋳鋼の耐酸化性は、第１実施例と同様の方法で評価した。表２には、各耐熱鋳鋼の酸化試験後重量減少量を示している。各耐熱鋳鋼の酸化試験後重量減少量は、実施例９が２２ｍｇ・ｃｍ-２、実施例１０が２１ｍｇ・ｃｍ-２、比較例８が２１ｍｇ・ｃｍ-２であった。実施例９，１０の耐熱鋳鋼の耐酸化性は、実施例１から８の耐熱鋳鋼の耐酸化性と同程度であった。
各耐熱鋳鋼について、耐酸化性を評価した。各耐熱鋳鋼の耐酸化性は、第１実施例と同様の方法で評価した。表２には、各耐熱鋳鋼の酸化試験後重量減少量を示している。各耐熱鋳鋼の酸化試験後重量減少量は、実施例９が２２ｍｇ・ｃｍ-２、実施例１０が２１ｍｇ・ｃｍ-２、比較例８が２１ｍｇ・ｃｍ-２であった。実施例９，１０の耐熱鋳鋼の耐酸化性は、実施例１から８の耐熱鋳鋼の耐酸化性と同程度であった。
（硬さの評価）
各耐熱鋳鋼について、硬さの測定を行った。各耐熱鋳鋼の硬さ測定は、第１実施例と同様の方法により室温でビッカース硬さを測定した。表２には、各耐熱鋳鋼の硬さを示している。各耐熱鋳鋼の硬さは、実施例９がＨｖ２２９であり、実施例１０がＨｖ２２８であり、比較例８の硬さがＨｖ２４７であった。実施例９，１０の耐熱鋳鋼の硬さは、実施例１から８の耐熱鋳鋼の硬さと同程度であった。
各耐熱鋳鋼について、硬さの測定を行った。各耐熱鋳鋼の硬さ測定は、第１実施例と同様の方法により室温でビッカース硬さを測定した。表２には、各耐熱鋳鋼の硬さを示している。各耐熱鋳鋼の硬さは、実施例９がＨｖ２２９であり、実施例１０がＨｖ２２８であり、比較例８の硬さがＨｖ２４７であった。実施例９，１０の耐熱鋳鋼の硬さは、実施例１から８の耐熱鋳鋼の硬さと同程度であった。
（引張特性の評価）
各耐熱鋳鋼について、高温引張特性を評価した。各耐熱鋳鋼の引張特性の評価は、第１実施例と同様の方法で評価した。表２には、各耐熱鋳鋼の引張特性（引張強度、０．２％耐力、伸び）の結果を示している。各耐熱鋳鋼の６００℃での引張強度は、実施例９が４０１ＭＰａ、実施例１０が４０４ＭＰａ、比較例８が４２４ＭＰａであった。各耐熱鋳鋼の６００℃での０．２％耐力は、実施例９が１９５ＭＰａ、実施例１０が１９５ＭＰａ、比較例８が２０２ＭＰａであった。各耐熱鋳鋼の６００℃での伸びは、実施例９が１０．０％、実施例１０が１０．０％、比較例８が９．０％であった。各耐熱鋳鋼の９５０℃での引張強度は、実施例９が１１８ＭＰａ、実施例１０が１１９ＭＰａ、比較例８が１２２ＭＰａであった。各耐熱鋳鋼の９５０℃での０．２％耐力は、実施例９が６５ＭＰａ、実施例１０が６７ＭＰａ、比較例８が６７ＭＰａであった。各耐熱鋳鋼の９５０℃での伸びは、実施例９が３８．０％、実施例１０が３５．０％、比較例８が３８．０％であった。実施例９，１０の耐熱鋳鋼の引張特性は、実施例１から８の耐熱鋳鋼の引張特性と同程度であった。
各耐熱鋳鋼について、高温引張特性を評価した。各耐熱鋳鋼の引張特性の評価は、第１実施例と同様の方法で評価した。表２には、各耐熱鋳鋼の引張特性（引張強度、０．２％耐力、伸び）の結果を示している。各耐熱鋳鋼の６００℃での引張強度は、実施例９が４０１ＭＰａ、実施例１０が４０４ＭＰａ、比較例８が４２４ＭＰａであった。各耐熱鋳鋼の６００℃での０．２％耐力は、実施例９が１９５ＭＰａ、実施例１０が１９５ＭＰａ、比較例８が２０２ＭＰａであった。各耐熱鋳鋼の６００℃での伸びは、実施例９が１０．０％、実施例１０が１０．０％、比較例８が９．０％であった。各耐熱鋳鋼の９５０℃での引張強度は、実施例９が１１８ＭＰａ、実施例１０が１１９ＭＰａ、比較例８が１２２ＭＰａであった。各耐熱鋳鋼の９５０℃での０．２％耐力は、実施例９が６５ＭＰａ、実施例１０が６７ＭＰａ、比較例８が６７ＭＰａであった。各耐熱鋳鋼の９５０℃での伸びは、実施例９が３８．０％、実施例１０が３５．０％、比較例８が３８．０％であった。実施例９，１０の耐熱鋳鋼の引張特性は、実施例１から８の耐熱鋳鋼の引張特性と同程度であった。
（被削性の評価）
各耐熱鋳鋼について、被削性を評価した。まず、被削性評価試験方法について説明する。図６は、被削性評価試験方法を説明するための図である。被削性評価試験方法は、旋盤加工試験により実施した。試験体は、各耐熱鋳鋼で円柱状に形成した。炭化物でコーティングした刃先を有する工具を用い、試験体の側面を切削した。所定の回転速度で旋盤を回転させて、一定時間ごとに工具の写真撮影を行い、工具の摩耗深さを測定した。旋削加工周速（切削速度）は、５０ｍ／ｓｅｃとした。そして、一定の加工時間に対する境界摩耗量（工具摩耗量）で評価した。
各耐熱鋳鋼について、被削性を評価した。まず、被削性評価試験方法について説明する。図６は、被削性評価試験方法を説明するための図である。被削性評価試験方法は、旋盤加工試験により実施した。試験体は、各耐熱鋳鋼で円柱状に形成した。炭化物でコーティングした刃先を有する工具を用い、試験体の側面を切削した。所定の回転速度で旋盤を回転させて、一定時間ごとに工具の写真撮影を行い、工具の摩耗深さを測定した。旋削加工周速（切削速度）は、５０ｍ／ｓｅｃとした。そして、一定の加工時間に対する境界摩耗量（工具摩耗量）で評価した。
次に、各耐熱鋳鋼の被削性評価試験結果について説明する。図７は、各耐熱鋳鋼の被削性評価試験結果を示すグラフである。図７のグラフでは、横軸に加工時間（Ｔ）を取り、縦軸に境界摩耗量（ＶＮ）を取り、実施例９の耐熱鋳鋼を白丸、実施例１０の耐熱鋳鋼を白四角形、比較例８の耐熱鋳鋼を×で示している。実施例９，１０の耐熱鋳鋼では、加工時間に対して境界摩耗量が小さくなった。これに対して比較例８の耐熱鋳鋼では、加工時間に対して境界摩耗量が大きくなった。この結果から、耐熱鋳鋼にＳを添加することにより、被削性を向上できることがわかった。また、実施例１０の耐熱鋳鋼は、実施例９の耐熱鋳鋼よりも境界摩耗量が小さくなることから、Ｓをより多く含有させることにより、被削性を更に向上できることがわかった。
本開示によれば、加圧鋳造法を用いる必要がないので、耐熱鋳鋼の製造コストを低減することができることから、車両用の過給機部品等に有用である。
Claims (7)
- ０．５５質量％以上１．０質量％以下のＣと、
１．５質量％以上３．５質量％以下のＳｉと、
０質量％より大きく２質量％以下のＭｎと、
６質量％以上１１質量％以下のＮｉと、
２２質量％以上２７質量％以下のＣｒと、
０質量％より大きく０．６質量％以下のＭｏと、を含有し、
残部がＦｅと不可避的不純物とからなる、耐熱鋳鋼。 - 請求項１に記載の耐熱鋳鋼であって、
Ｃの含有率は、０．５５質量％以上０．８質量％以下である、耐熱鋳鋼。 - 請求項１に記載の耐熱鋳鋼であって、
Ｃの含有率は、０．８質量％より大きく１．０質量％以下である、耐熱鋳鋼。 - 請求項１から３のいずれか１つに記載の耐熱鋳鋼であって、
Ｓｉの含有率は、１．５質量％以上２．５質量％以下である、耐熱鋳鋼。 - 請求項１から４のいずれか１つに記載の耐熱鋳鋼であって、
更に、０質量％より大きく０．２質量％以下のＳを含む、耐熱鋳鋼。 - 請求項５に記載の耐熱鋳鋼であって、
Ｓの含有率は、０．１質量％以上０．２質量％以下である、耐熱鋳鋼。 - 請求項１から６のいずれか１つに記載の耐熱鋳鋼で形成される、過給機部品。
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