WO2019130876A1 - 耐熱鋳鋼及び過給機部品 - Google Patents

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WO2019130876A1
WO2019130876A1 PCT/JP2018/042162 JP2018042162W WO2019130876A1 WO 2019130876 A1 WO2019130876 A1 WO 2019130876A1 JP 2018042162 W JP2018042162 W JP 2018042162W WO 2019130876 A1 WO2019130876 A1 WO 2019130876A1
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heat
resistant cast
cast steel
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光一 榑林
康夫 松永
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株式会社Ihi
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    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
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    • F02C6/12—Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
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    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/10—Metals, alloys or intermetallic compounds
    • F05D2300/17—Alloys
    • F05D2300/177—Ni - Si alloys

Definitions

  • the present disclosure relates to heat resistant cast steel and turbocharger parts.
  • heat-resistant cast steel Since heat resistance is required for turbocharger parts such as a turbine housing, heat-resistant cast steel is used. As such a heat-resistant cast steel, a heat-resistant cast steel containing N (nitrogen) is used (see Patent Document 1).
  • N nitrogen
  • stabilization of the austenite phase is achieved by adding N.
  • a heat-resistant cast steel containing N is cast by a pressure casting method to add N which is a gas.
  • the pressure casting method requires special casting equipment to melt or cast under pressure. For this reason, the equipment cost for casting heat-resistant cast steel becomes expensive, and the manufacturing cost of heat-resistant cast steel may become high.
  • an object of the present disclosure is to provide a heat-resistant cast steel and a turbocharger component capable of further reducing the manufacturing cost of the heat-resistant cast steel.
  • the heat-resistant cast steel according to the present disclosure has a C content of 0.55% by mass or more and 1.0% by mass or less, Si of 1.5% by mass or more and 3.5% by mass or less, and 0% by mass to 2% by mass or less Containing Mn, 6 mass% or more and 11 mass% or less Ni, 22 mass% or more and 27 mass% or less Cr, and 0 mass% or more and 0.6 mass% or less Mo, and the balance being Fe It consists of unavoidable impurities.
  • the content of C is preferably 0.55% by mass or more and 0.8% by mass or less.
  • the content of C is preferably greater than 0.8% by mass and not more than 1.0% by mass.
  • the content of Si is preferably 1.5% by mass or more and 2.5% by mass or less.
  • the heat-resistant cast steel according to the present disclosure it is preferable to further include S of 0.2% by mass or less and more than 0% by mass.
  • the content of S is preferably 0.1% by mass or more and 0.2% by mass or less.
  • the turbocharger part according to the present disclosure is formed of the heat-resistant cast steel described in any one of the above.
  • FIG. 5 is a diagram for describing a machinability evaluation test method in the embodiment of the present disclosure. In embodiment of this indication, it is a graph which shows the machinability evaluation test result of each heat-resistant cast steel.
  • the heat-resistant cast steel according to the embodiment of the present disclosure has a C content of 0.55% by mass or more and 1.0% by mass or less, Si of 1.5% by mass or more and 3.5% by mass or less, and 2% by more than 0% by mass.
  • % Of Mn 6% to 11% by mass of Ni, 22% to 27% by mass of Cr, and 0% to 0.6% by mass of Mo, with the balance Is composed of Fe and unavoidable impurities.
  • C is an austenite-forming element and has a function of stabilizing the austenite phase.
  • the main phase of the metallographic structure means a phase having the largest volume ratio in the metallographic structure.
  • C combines with Cr to form complex carbides such as Cr carbides in the metal structure, and has a function of improving mechanical properties such as high temperature strength.
  • the content of C may be 0.55% by mass or more and 1.0% by mass or less.
  • the content of C is less than 0.55% by mass, the number of ferrite phases increases, and mechanical properties such as high-temperature strength decrease.
  • the C content is smaller than 0.55% by mass, the ⁇ phase precipitates and becomes brittle. If the C content is greater than 1.0% by mass, a large amount of Cr carbide or the like precipitates to thereby increase the hardness and to decrease the machinability and other processability.
  • the content of C may be 0.55% by mass or more and 0.8% by mass or less. By setting the content of C to 0.55% by mass or more and 0.8% by mass or less, the hardness becomes lower, so that the workability such as machinability can be further improved.
  • the content of C may be more than 0.8% by mass and 1.0% by mass or less. By setting the content of C to be more than 0.8% by mass and 1.0% by mass or less, mechanical properties such as high-temperature strength can be further improved.
  • Si is a solid solution strengthening element, and also has a function of improving the oxidation resistance.
  • the content of Si may be 1.5% by mass or more and 3.5% by mass or less. When the content of Si is less than 1.5% by mass, the oxidation resistance is lowered. If the content of Si is larger than 3.5% by mass, the number of ferrite phases is increased, and mechanical properties such as high temperature strength are reduced. On the other hand, if the content of Si is greater than 3.5% by mass, the ⁇ phase precipitates and becomes brittle.
  • the content of Si may be 1.5% by mass or more and 2.5% by mass or less.
  • the oxidation resistance can be improved, and mechanical properties such as high temperature strength can be further improved.
  • Mn manganese
  • MnS manganese
  • Ni is an austenite-forming element and has a function of stabilizing the austenite phase.
  • Ni has a function of improving the oxidation resistance.
  • the content of Ni may be 6% by mass or more and 11% by mass or less. When the content of Ni is less than 6% by mass, the number of ferrite phases increases, and mechanical properties such as high temperature strength are degraded. Moreover, it is because oxidation resistance falls, when the content rate of Ni is smaller than 6 mass%. Furthermore, when the content of Ni is less than 6% by mass, the ⁇ phase precipitates and becomes brittle.
  • the manufacturing cost of the heat-resistant cast steel is increased. More specifically, in this heat-resistant cast steel, by setting the content of C to 0.55% by mass or more and 1.0% by mass or less, the amount of C is made larger than usual to stabilize the austenite phase, It is not necessary to stabilize the austenite phase by increasing the content of Ni to more than 11% by mass.
  • the Si content is 1.5 mass% or more and 3.5 mass% or less, and as described later, the Cr content is 22 mass% or more and 27 mass% or less. And the amount of Cr are increased to improve the oxidation resistance.
  • the content of inexpensive C is increased to stabilize the austenite phase, and the content of inexpensive Si and Cr is increased to improve oxidation resistance, so the content of expensive Ni is reduced.
  • the manufacturing cost of the heat-resistant cast steel can be further reduced.
  • Cr chromium
  • the content of Cr may be 22% by mass or more and 27% by mass or less. When the content of Cr is less than 22% by mass, the oxidation resistance and the corrosion resistance decrease. If the content of Cr is more than 27% by mass, the number of ferrite phases increases, and mechanical properties such as high temperature strength are degraded. On the other hand, if the content of Cr is greater than 27% by mass, the ⁇ phase precipitates and becomes brittle.
  • Mo mobdenum
  • the content of Mo is preferably more than 0% by mass and 0.6% by mass or less.
  • the content of Mo is more than 0.6% by mass, the number of ferrite phases increases, and mechanical properties such as high temperature strength are degraded.
  • the content of Mo is more than 0.6% by mass, the ⁇ phase precipitates and becomes brittle.
  • this heat-resistant cast steel by setting the content of C to 0.55 mass% or more and 1.0 mass% or less, the amount of C is made larger than usual to improve mechanical properties such as high temperature strength. . For this reason, since it is not necessary to contain expensive Mo more than 0.6 mass%, the manufacturing cost of heat-resistant cast steel can be reduced.
  • the remainder of the heat-resistant cast steel is composed of Fe and unavoidable impurities.
  • Unavoidable impurities are impurities that can be mixed even if not intentionally added.
  • the heat-resistant cast steel according to the embodiment of the present disclosure may further contain S (sulfur) instead of a part of the remaining Fe.
  • S (sulfur) has a function to improve the machinability of heat-resistant cast steel.
  • the content of S may be more than 0% by mass and 0.2% by mass or less. If the content of S is greater than 0.2% by mass, an embrittled phase is likely to be formed at the time of high temperature exposure, which may lower mechanical strength such as high temperature strength.
  • the content of S may be 0.1% by mass or more and 0.2% by mass or less.
  • the machinability can be further improved by setting the content of S to 0.1% by mass or more and 0.2% by mass or less. Moreover, it becomes possible to further improve machinability by making the content rate of S into 0.16 mass% or more and 0.2 mass% or less.
  • a raw material to be a heat-resistant cast steel can be melted and cast in a high frequency induction furnace or the like to obtain an ingot.
  • a raw material to be a heat-resistant cast steel can be melted in a high frequency induction furnace or the like, poured into a sand mold or the like and cast.
  • the raw materials of the heat-resistant cast steel are 0.55% by mass or more and 1.0% by mass or less C, 1.5% by mass or more and 3.5% by mass or less Si, and 0% by mass or more and 2% by mass or less Mn , 6 mass% or more and 11 mass% or less of Ni, 22 mass% or more and 27 mass% or less of Cr, and 0.6 mass% or less of Mo more than 0 mass%, and the balance being Fe and unavoidable It is good to use an alloy raw material which consists of organic impurities.
  • the raw material of the heat-resistant cast steel may further contain S of more than 0% by mass and 0.2% by mass or less instead of a part of the remaining Fe.
  • the heat-resistant cast steel according to the embodiment of the present disclosure can be cast by a general sand casting method or the like of cast steel, it is not necessary to cast by a pressure casting method. For this reason, since the special casting installation used by a pressure casting method becomes unnecessary, the manufacturing cost of heat-resistant cast steel can be reduced. Further, since this heat-resistant cast steel is excellent in oxidation resistance, it can be cast even in an oxidizing atmosphere such as an air atmosphere. In addition, after casting the heat-resistant cast steel, homogenization treatment such as annealing or heat treatment such as aging treatment may be performed.
  • the main phase of the metallographic structure is composed of an austenite phase ( ⁇ phase).
  • the volume ratio of the austenite phase in the metal structure is preferably 90% by volume or more, and preferably 95% by volume or more.
  • the metallographic structure of the heat-resistant cast steel is such that the ferrite ratio of the ferrite phase ( ⁇ phase) in the metal structure is 1.1% or less (including a ferrite ratio of zero) when measured at room temperature by a magnetic induction method (ferrite scope) It is good.
  • the magnetic induction method is a method of measuring the ferrite ratio using a magnetic device, and is a measurement method using the fact that the ferrite phase exhibits magnetism and the austenite phase and carbides exhibit nonmagnetism.
  • the heat-resistant cast steel is preferably an austenitic heat-resistant cast steel in which the main phase of the metallographic structure is an austenite phase, and the ferrite ratio is 1.1% or less (including a zero ferrite ratio).
  • the metallographic structure of the heat-resistant cast steel does not contain a ferrite phase, or even if the ferrite phase is contained, a trace amount of less than 1.1% can improve mechanical properties such as high temperature strength.
  • the ferrite ratio of the metal structure of the heat-resistant cast steel may be 0.5% or less (the ferrite ratio includes zero), or may be 0.2% or less (the ferrite ratio includes zero). Furthermore, the ferrite ratio of the metal structure of the heat-resistant cast steel may be zero (not including the ferrite phase).
  • carbides such as Cr carbides are precipitated in the metal structure of the heat-resistant cast steel.
  • carbides such as Cr carbides By dispersing and depositing carbides such as Cr carbides in the metal structure, mechanical properties such as high temperature strength can be improved.
  • the ⁇ phase does not precipitate in the metallographic structure of the heat-resistant cast steel.
  • Si and Cr are in solid solution.
  • a protective oxide film made of silicon oxide such as SiO 2 or chromium oxide such as Cr 2 O 3 which is excellent in oxidation resistance is formed. Can be improved.
  • This heat-resistant cast steel has, for example, a characteristic that the tensile strength is 378MPa to 446MPa, the 0.2% proof stress is 173MPa to 214MPa, and the elongation is 9.4% to 14.2% at high temperature tensile properties of 600 ° C. There is.
  • This heat-resistant cast steel has, for example, the characteristics of a tensile strength of 106 MPa to 131 MPa, a 0.2% proof stress of 55 MPa to 73 MPa, and an elongation of 35.0% to 52.3% at high temperature tensile properties of 950 ° C. There is.
  • This heat-resistant cast steel has, for example, a characteristic that the Vickers hardness at room temperature becomes Hv199 to Hv234.
  • the oxidation resistance of this heat-resistant cast steel is, for example, the amount of weight loss (weight per unit area) after the oxidation test when the test is repeated 200 times between 200 ° C. and 980 ° C. in the atmosphere. (Reduction amount) has a characteristic of about 5 mg ⁇ cm ⁇ 2 to about 22 mg ⁇ cm ⁇ 2 .
  • the heat-resistant cast steel according to the embodiment of the present disclosure has excellent mechanical properties and oxidation resistance.
  • the heat-resistant cast steel according to the embodiment of the present disclosure is applicable to, for example, a turbocharger component for a vehicle such as an automobile. More specifically, this heat-resistant cast steel can be suitably used as a material of a turbine housing which is a turbocharger component for a vehicle.
  • FIG. 1 is a schematic view showing the structure of the turbocharger 10. As shown in FIG.
  • the turbocharger 10 includes a turbine housing 12 and a compressor housing 14.
  • the turbine housing 12 is thermally exposed to exhaust gas having a maximum temperature of about 980 ° C., for example, in an oxidizing atmosphere.
  • the turbine housing 12 can be provided with mechanical characteristics such as high temperature strength and oxidation resistance.
  • this heat-resistant cast steel is excellent in machinability and other workability, it can be easily processed into a predetermined shape of the turbine housing 12.
  • the heat-resistant cast steel according to the embodiment of the present disclosure is applicable not only to turbocharger parts such as the turbine housing 12 but also to other mechanical devices and the like.
  • the heat-resistant cast steel As described above, according to the heat-resistant cast steel according to the embodiment of the present disclosure, 0.55% by mass or more and 1.0% by mass or less of C, 1.5% by mass or more and 3.5% by mass or less of Si, and 0% by mass Greater than 2% by mass or less of Mn, 6% by mass to 11% by mass of Ni, 22% by mass to 27% by mass of Cr, and 0% by mass to 0.6% by mass or less Since it contains and the balance consists of Fe and unavoidable impurities, there is no need to stabilize the austenite phase by adding N (nitrogen), and special equipment used in the pressure casting method becomes unnecessary. Thereby, the manufacturing cost of heat-resistant cast steel can be reduced.
  • N nitrogen
  • the mechanical properties such as high temperature strength can be improved, and the oxidation resistance can be improved.
  • the content of inexpensive C is increased to stabilize the austenite phase, and the content of inexpensive Si and Cr is increased to improve oxidation resistance. There is. Thereby, since the content of expensive Ni can be reduced, the manufacturing cost of the heat-resistant cast steel can be further reduced.
  • the heat-resistant cast steel according to the embodiment of the present disclosure has a C of 0.55% by mass or more and 1.0% by mass or less, Si of 1.5% by mass or more and 3.5% by mass or less, and 0% by mass or more.
  • a heat-resistant cast steel was cast to evaluate mechanical properties (tensile characteristics, hardness), ferrite percentage and oxidation resistance.
  • Table 1 shows the alloy composition of the cast heat-resistant cast steel.
  • the alloy composition of the heat-resistant cast steels of Examples 1 to 8 is greater than 0% by mass and 0.55% by mass or more and 1.0% by mass or less of C, 1.5% by mass or more and 3.5% by mass or less of Si. Containing 2% by mass or less of Mn, 6% by mass or more and 11% by mass or less Ni, 22% by mass or more and 27% by mass or less Cr, and 0% by mass or more and 0.6% by mass or less Mo And the remainder was composed of Fe and unavoidable impurities.
  • the amount of Si was set to 0.95% by mass, and the influence of decreasing the amount of Si was evaluated.
  • the amount of Mn was 3.21 mass%, and the influence of increasing the amount of Mn was evaluated.
  • the amount of Cr was set to 21.92 mass%, and the influence of decreasing the amount of Cr was evaluated.
  • the amount of C was set to 1.13% by mass, and the influence of increasing the amount of C was evaluated.
  • the amount of C was 0.3% by mass, and the influence of decreasing the amount of C was evaluated.
  • the amount of Si was 4.11% by mass, and the influence of increasing the amount of Si was evaluated.
  • the amount of Ni was set to 3.70% by mass, and the influence of decreasing the amount of Ni was evaluated.
  • the amount of Cr was 31.30 mass%, and the influence of increasing the amount of Cr was evaluated.
  • Each heat-resistant cast steel was melted by melting an alloy raw material in a high frequency induction furnace, poured into a sand mold in an air atmosphere and cast.
  • the ferrite ratio was measured for each heat-resistant cast steel.
  • the ferrite ratio of each heat resistant cast steel was measured at room temperature by a magnetic induction method (ferrite scope).
  • Table 1 shows the ferrite ratio of each heat-resistant cast steel.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the amount of C contained in the heat-resistant cast steel and the ferrite ratio.
  • the amount of C contained in each heat-resistant cast steel is taken on the horizontal axis
  • the rate of ferrite is taken on the vertical axis
  • the rate of ferrite for each amount of C is shown by white circles.
  • the relationship of the amount of C and the ferrite ratio in the heat-resistant cast steel of Examples 1 to 8 and Comparative Example 4 is shown.
  • the ferrite ratio is larger than that of the heat-resistant cast steels of Examples 1 to 8.
  • the ferrite phase increases when the amount of C is smaller than 0.55% by mass, whereas when the amount of C is 0.55% by mass or more, the ferrite ratio is 1.1% or less (the ferrite ratio is zero) And the ferrite phase can be reduced to increase the austenite phase.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the amount of Si contained in the heat-resistant cast steel and the ferrite ratio.
  • the amount of Si contained in each heat-resistant cast steel is taken on the horizontal axis
  • the rate of ferrite is taken on the vertical axis
  • the rate of ferrite for each amount of Si is shown by white circles.
  • the relationship of the amount of Si and the ferrite ratio in the heat-resistant cast steel of Examples 1 to 8 and Comparative Example 5 is shown.
  • the heat-resistant cast steel of Comparative Example 5 (Si content: 4.11% by mass) had a ferrite ratio larger than that of the heat-resistant cast steels of Examples 1 to 8.
  • the ferrite phase increases when the amount of Si is larger than 3.5% by mass, whereas when the amount of Si is 3.5 mass or less, the ferrite ratio is 1.1% or less (the ferrite ratio is zero) And the ferrite phase can be reduced to increase the austenite phase.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the amount of Ni contained in the heat-resistant cast steel and the ferrite ratio.
  • the amount of Ni contained in each heat-resistant cast steel is taken on the horizontal axis
  • the rate of ferrite is taken on the vertical axis
  • the rate of ferrite for each amount of Ni is shown by white circles.
  • the relationship of the amount of Ni and the ferrite rate in the heat-resistant cast steel of Examples 1 to 8 and Comparative Example 6 is shown.
  • the ferrite ratio was larger than that of the heat-resistant cast steels of Examples 1 to 8.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the amount of Cr contained in the heat-resistant cast steel and the ferrite ratio.
  • the amount of Cr contained in each heat-resistant cast steel is taken on the horizontal axis
  • the rate of ferrite is taken on the vertical axis
  • the rate of ferrite for each amount of Cr is shown by white circles.
  • FIG. 5 shows the relationship between the amount of Cr and the ferrite ratio in the heat-resistant cast steels of Examples 1 to 8 and Comparative Example 7.
  • the ferrite ratio is larger than that of the heat-resistant cast steels of Examples 1 to 8.
  • the ferrite phase increases when the amount of Cr is greater than 27% by mass, whereas when the amount of Cr is 27% by mass or less, the ferrite ratio becomes 1.1% or less (including a ferrite ratio of zero). It was found that the austenite phase can be increased by reducing the ferrite phase.
  • Oxidation resistance was evaluated for each heat-resistant cast steel.
  • the oxidation resistance was evaluated based on JIS Z2282 “High temperature cyclic oxidation test method of metal material” and JIS Z2290 “General rule for high temperature corrosion test of metal material”. More specifically, first of all, 200 cycles of heating at a temperature of 980 ° C. ⁇ 5 ° C. and atmosphere of 10% absolute humidity for 45 minutes and cooling for less than 200 ° C. for 30 minutes as one cycle. Repeated oxidation tests were performed. After the repeated oxidation test, the oxide film was removed (descaling), the weight loss before and after the oxidation test was determined, and the weight loss after the oxidation test (weight loss per unit area) was calculated. Table 1 shows the weight loss after oxidation test of each heat resistant cast steel.
  • the weight loss after the oxidation test was about 5 mg ⁇ cm ⁇ 2 to about 19 mg ⁇ cm ⁇ 2 .
  • the weight loss after the oxidation test is about 304 mg ⁇ cm ⁇ 2 and Example
  • the oxidation resistance was lower than the heat resistant cast steels 1 to 8. From these results, it was found that the oxidation resistance is lowered when the amount of Si is smaller than 1.5% by mass, while the oxidation resistance is improved when the amount of Si is 1.5% by mass or more. In addition, it was found that the oxidation resistance is lowered when the amount of Mn is larger than 2% by mass, while the oxidation resistance is improved when the amount of Mn is 2% by mass or less.
  • the hardness was measured for each heat-resistant cast steel. Hardness measurement measured Vickers hardness at room temperature. The measurement of Vickers hardness was performed in accordance with JIS Z 2244 "Vickers hardness test-test method" and JIS Z 77 25 "Vickers hardness test-verification and calibration of testing machine". The indenter was a diamond indenter (square pyramid, facing angle 136 ° ⁇ 0.5 °). The test load was 10 kgf (98 N). The post-rest pressing time was 10 seconds. Table 1 shows the hardness of each heat-resistant cast steel. The hardnesses of the heat-resistant cast steels of Examples 1 to 8 were Hv 199 to Hv 234.
  • the hardness of the heat-resistant cast steel (the amount of C is 1.13 mass%) of Comparative Example 3 was Hv240. From this result, when the amount of C is greater than 1.0% by mass, the hardness becomes too large, and the machinability and other machinability declines, whereas the amount of C is 1.0% by mass or less. It was found that machinability and other processability is improved.
  • the hardness of the heat-resistant cast steels of Examples 1 to 4 and 8 was Hv 199 to Hv 215.
  • the hardnesses of the heat-resistant cast steels of Examples 5 to 7 were Hv 218 to Hv 234. From these results, it was found that when the C content is 0.55% by mass or more and 0.8% by mass or less, the hardness decreases and the workability such as machinability is further improved. On the other hand, it was found that when the C content is more than 0.8% by mass and 1.0% by mass or less, the hardness is increased and the mechanical properties are improved.
  • the tensile strengths of the heat-resistant cast steels of Examples 1, 2 and 4 to 7 were 378 MPa to 446 MPa at 600 ° C. and 106 MPa to 131 MPa at 950 ° C.
  • the 0.2% proof stress was 173 MPa to 214 MPa at 600 ° C., and 55 MPa to 73 MPa at 950 ° C.
  • the elongation was 9.4% to 14.2% at 600 ° C and 37.6% to 52.3% at 950 ° C.
  • each heat-resistant cast steel was found to have excellent high temperature tensile properties.
  • the alloy composition of the heat-resistant cast steels of Examples 9 to 10 is greater than 0% by mass and 0.55% by mass or more and 1.0% by mass or less of C, 1.5% by mass or more and 3.5% by mass or less of Si. 2% by mass or less of Mn, 6% by mass or more and 11% by mass or less Ni, 22% by mass or more and 27% by mass or less Cr, 0% by mass to 0.6% by mass or less Mo, 0% by mass It was configured such that it contained S of 0.2% by mass or less, and the balance was composed of Fe and unavoidable impurities.
  • the heat-resistant cast steel of Comparative Example 8 was configured without containing S, and the influence of the addition of S was evaluated. Each heat-resistant cast steel was melted by melting an alloy raw material in a high frequency induction furnace, poured into a sand mold in an air atmosphere and cast.
  • the ferrite ratio was measured for each heat-resistant cast steel.
  • the ferrite ratio of each heat-resistant cast steel was measured by the same method as in the first example.
  • Table 2 shows the ferrite ratio of each heat-resistant cast steel.
  • the ferrite ratio of each heat-resistant cast steel was 0.00% in Example 9, 0.12% in Example 10, and 0.00% in Comparative Example 8.
  • the ferrite ratio of the heat-resistant cast steels of Examples 9 and 10 was approximately the same as the ferrite ratio of the heat-resistant cast steels of Examples 1 to 8. From this, it was found that the formation of the ferrite phase is suppressed even if S content of more than 0% by mass and 0.2% by mass or less is further added.
  • Oxidation resistance was evaluated for each heat-resistant cast steel.
  • the oxidation resistance of each heat-resistant cast steel was evaluated by the same method as in the first example.
  • Table 2 shows the weight loss after oxidation test of each heat resistant cast steel.
  • Oxidation test after weight loss of each heat-resistant cast steel is Example 9 22 mg ⁇ cm -2, Example 10 21 mg ⁇ cm -2, Comparative Example 8 was 21 mg ⁇ cm -2.
  • the oxidation resistance of the heat-resistant cast steels of Examples 9 and 10 was similar to the oxidation resistance of the heat-resistant cast steels of Examples 1 to 8.
  • the hardness was measured for each heat-resistant cast steel.
  • the hardness measurement of each heat-resistant cast steel measured Vickers hardness at room temperature by the method similar to 1st Example.
  • Table 2 shows the hardness of each heat-resistant cast steel.
  • the hardness of each heat-resistant cast steel was Hv 229 in Example 9, Hv 228 in Example 10, and Hv 247 in Comparative Example 8.
  • the hardness of the heat-resistant cast steels of Examples 9 and 10 was about the same as the hardness of the heat-resistant cast steels of Examples 1 to 8.
  • each heat-resistant cast steel was 10.0% for Example 9, 10.0% for Example 10, and 9.0% for Comparative Example 8.
  • the tensile strength at 950 ° C. of each heat-resistant cast steel was 118 MPa for Example 9, 119 MPa for Example 10, and 122 MPa for Comparative Example 8.
  • the 0.2% proof stress at 950 ° C. of each heat-resistant cast steel was 65 MPa for Example 9, 67 MPa for Example 10, and 67 MPa for Comparative Example 8.
  • the elongation at 950 ° C. of each heat resistant cast steel was 38.0% in Example 9, 35.0% in Example 10, and 38.0% in Comparative Example 8.
  • the tensile properties of the heat-resistant cast steels of Examples 9 and 10 were similar to the tensile properties of the heat-resistant cast steels of Examples 1 to 8.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the machinability evaluation test method.
  • the machinability evaluation test method was implemented by a lathe test.
  • the test body was formed cylindrically with each heat-resistant cast steel.
  • the side of the specimen was cut using a tool with a carbide coated cutting edge.
  • the lathe was rotated at a predetermined rotational speed, and a photo of the tool was taken at regular time intervals to measure the wear depth of the tool.
  • the turning peripheral speed (cutting speed) was 50 m / sec. And it evaluated by the boundary wear amount (tool wear amount) with respect to fixed processing time.
  • FIG. 7 is a graph showing the results of the test for evaluating the machinability of each heat resistant cast steel.
  • the abscissa represents machining time (T) and the ordinate represents border wear (VN)
  • the heat resistant cast steel of Example 9 is a white circle
  • the heat resistant cast steel of Example 10 is a white square
  • Comparative Example The heat resistant cast steel of 8 is shown by x.
  • the amount of boundary wear decreased with respect to the processing time.
  • the heat-resistant cast steel of Comparative Example 8 the amount of boundary wear increased with respect to the processing time.
  • the machinability can be improved by adding S to the heat-resistant cast steel.
  • the heat-resistant cast steel of Example 10 has a smaller amount of boundary wear than the heat-resistant cast steel of Example 9, it was found that the machinability can be further improved by containing S more.
  • the manufacturing cost of the heat-resistant cast steel can be reduced, which is useful for, for example, a turbocharger component for a vehicle.

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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

耐熱鋳鋼及び過給機部品
　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）。
米国特許公開公報２０１６／０１３０９７８
　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。
本開示の実施の形態において、過給機の構成を示す模式図である。 本開示の実施の形態において、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。 本開示の実施の形態において、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。 本開示の実施の形態において、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。 本開示の実施の形態において、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。 本開示の実施の形態において、被削性評価試験方法を説明するための図である。 本開示の実施の形態において、各耐熱鋳鋼の被削性評価試験結果を示すグラフである。
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　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。
　（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。
　（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。
　（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。
　（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。
　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)

  1. 　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。
  2. 　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。
  3. 　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。
  4. 　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。
  5. 　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。
  6. 　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。
  7. 　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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