JP6639073B2 - ターボハウジングおよびその製造方法 - Google Patents
ターボハウジングおよびその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6639073B2 JP6639073B2 JP2014023685A JP2014023685A JP6639073B2 JP 6639073 B2 JP6639073 B2 JP 6639073B2 JP 2014023685 A JP2014023685 A JP 2014023685A JP 2014023685 A JP2014023685 A JP 2014023685A JP 6639073 B2 JP6639073 B2 JP 6639073B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mass
- less
- stainless steel
- turbo housing
- addition
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 9
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 39
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 26
- 239000002436 steel type Substances 0.000 description 25
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 23
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 23
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 22
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 19
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 19
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 14
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 13
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 13
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 12
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 12
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 11
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 9
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 8
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 8
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 6
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 5
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- 238000009661 fatigue test Methods 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000003976 Ruta Nutrition 0.000 description 1
- 240000005746 Ruta graveolens Species 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005097 cold rolling Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 235000005806 ruta Nutrition 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Supercharger (AREA)
Description
本発明は、ターボチャージャーのハウジングであるターボハウジングおよびその製造方法に関する。
従来、排気ガスのエネルギーを利用して内燃機関の熱効率を高めるターボチャージャーは、鋳物にて形成されることが多い。
この種のターボチャージャーのハウジングであるターボハウジング用耐熱鋼としては、オーステナイト系鋳物（例えば、特許文献１参照。）や、比較的に安価なフェライト系鋳物（例えば、特許文献２参照。）等が知られている。
また、比較的に安価なフェライト系鋳物をより高温環境での使用に適した構成とするため、合金成分や組織を制御することにより高強度化や熱疲労特性の向上を図ったフェライト系鋳物（例えば、特許文献３参照。）が知られている。
ここで、上述のターボハウジングについて、軽量化および低熱容量化を図るため、フェライト系ステンレス鋼板を用いてプレス成形することも検討されている。
しかしながら、設計自由度や剛性設計のし易さ等の観点から、ターボハウジングの製造には、プレス成形を適用しにくく、鋳物が多く使用されているのが現状である。
そして、フェライト系ステンレス鋼板を用いてターボハウジングをプレス成形するには、用いられるフェライト系ステンレス鋼に関して、鋼板からハウジングへ加工するための二次加工性を含めた成形性等の加工性と、高温の排気ガス環境下における優れた耐熱性の確保が重要である。
具体的に耐熱性とは、ターボハウジングと、このターボハウジング内で回転する回転体であるターボとのクリアランスを、使用状態で所定の範囲以内に維持できるように、加熱によって変形しにくいことが重要である。
また、ターボチャージャーの駆動中は、加熱と冷却とが繰り返されるため、加熱および冷却の繰り返しによる熱疲労特性が良好であることも重要である。
さらに、高温の排気ガス環境を考慮し、耐加速酸化性および耐スケール剥離性等の高温酸化特性が良好であることが重要である。
また、ターボチャージャーの動作を考慮し、高温高サイクル疲労特性が良好であることが重要である。
したがって、ターボハウジングの製造にてプレス成形を適用にするために、加工性が良好なフェライト系ステンレス鋼で形成され、高温の排気ガス環境下における耐熱性に優れたターボハウジングが求められていた。
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、加工性が良好なフェライト系ステンレス鋼で形成され、高温の排気ガス環境下における耐熱性に優れたターボハウジングおよびその製造方法を提供することを目的とする。
請求項１に記載されたターボハウジングは、Ｃ：０．０２質量％以下（無添加を含まず）、Ｓｉ：０．５質量％以下（無添加を含まず）、Ｍｎ：０．６質量％以上１．５質量％以下、Ｎｉ：３質量％以下（無添加を含まず）、Ｃｒ：１６質量％以上２５質量％以下、Ｎｂ：０．４質量％以上０．７質量％以下、Ｍｏ：１質量％以上２．５質量％以下、Ａｌ：０．１５質量％以下（無添加を含まず）およびＮ：０．０２質量％以下（無添加を含まず）を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、１５Ｎｂ＋２Ｍｏ≧１０．５を満たす成分のフェライト系ステンレス鋼で構成され、析出相として存在するＮｂおよびＭｏの総量が０．２質量％以下であるターボハウジングであって、表面硬さが２２０ＨＶ以下であるものである。
請求項２に記載されたターボハウジングは、請求項１記載のターボハウジングにおいて、フェライト系ステンレス鋼は、Ｃｕ：１質量％以上２質量％以下およびＷ：１質量％以上２．５質量％以下のうちの少なくとも１種を含有するものである。
請求項３に記載されたターボハウジングは、請求項１または２記載のターボハウジングにおいて、フェライト系ステンレス鋼は、Ｖ、ＴｉおよびＺｒのうちの少なくとも１種を合計１質量％未満で含有するものである。
請求項４に記載されたターボハウジングは、請求項１ないし３いずれか一記載のターボハウジングにおいて、フェライト系ステンレス鋼は、Ｂ：０．０２質量％以下およびＣｏ：２質量％以下のうちの少なくとも１種を含有するものである。
請求項５に記載されたターボハウジングは、請求項１ないし４いずれか一記載のターボハウジングにおいて、フェライト系ステンレス鋼は、希土類元素およびＣａのうちの少なくとも１種を合計０．１質量％以下で含有するものである。
請求項６に記載されたターボハウジングは、請求項１ないし５いずれか一記載のターボハウジングにおいて、プレス成形後に焼鈍されており、使用状態にて少なくとも一部の材料温度が９００℃を超える温度環境下に曝されるものである。
請求項７に記載されたターボハウジングの製造方法は、Ｃ：０．０２質量％以下（無添加を含まず）、Ｓｉ：０．５質量％以下（無添加を含まず）、Ｍｎ：０．６質量％以上１．５質量％以下、Ｎｉ：３質量％以下（無添加を含まず）、Ｃｒ：１６質量％以上２５質量％以下、Ｎｂ：０．４質量％以上０．７質量％以下、Ｍｏ：１質量％以上２．５質量％以下、Ａｌ：０．１５質量％以下（無添加を含まず）およびＮ：０．０２質量％以下（無添加を含まず）を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、１５Ｎｂ＋２Ｍｏ≧１０．５を満たす成分で構成されたフェライト系ステンレス鋼をプレス成形し、プレス成形後に焼鈍し、析出相として存在するＮｂおよびＭｏの総量が０．２質量％以下、表面硬さが２２０ＨＶ以下であるものである。
本発明によれば、成分の各元素の含有量が所定の範囲で制御されて加工性が良好なフェライト系ステンレス鋼にて形成され、そのフェライト系ステンレス鋼の成分が１５Ｎｂ＋２Ｍｏ≧１０．５を満たし、析出相として存在するＮｂおよびＭｏの総量が０．２質量％以下であるため、高温強度および熱疲労特性を向上できるとともに、表面硬さが２２０ＨＶ以下であるため、高温の排気ガス環境下における耐熱性を向上できる。
以下、本発明の一実施の形態の構成について詳細に説明する。
ターボハウジング用フェライト系ステンレス鋼は、排気ガスのエネルギーを利用して内燃機関の熱効率を高めるターボチャージャーのハウジングであるターボハウジングの製造に用いられるものである。
このターボハウジング用フェライト系ステンレス鋼は、０．０２質量％以下のＣ（炭素）、０．５質量％以下のＳｉ（ケイ素）、０．６質量％以上１．５質量％以下のＭｎ（マンガン）、３質量％以下のＮｉ（ニッケル）、１６質量％以上２５質量％以下のＣｒ（クロム）、０．４質量％以上０．７質量％以下のＮｂ（ニオブ）、１質量％以上２．５質量％以下のＭｏ（モリブデン）、０．１５質量％以下のＡｌ（アルミニウム）、および、０．０２質量％以下のＮ（窒素）を含有し、残部がＦｅ（鉄）および不可避的不純物からなる。
Ｃは、クリープ特性等の高温強度を向上させる合金成分であるが、０．０２質量％を超えて過剰に含有させると、加工性や低温靭性が低下する可能性がある。したがって、Ｃの含有量は０．０２質量％以下（無添加を含まず。）とする。
Ｓｉは、耐スケール剥離性等の耐高温酸化性を向上させる合金成分であるが、０．５質量％を超えて過剰に含有させると、延性が低下し加工性が低下する可能性や、低温靭性が低下する可能性がある。したがって、Ｓｉの含有量は０．５質量％以下（無添加を含まず。）とする。
Ｍｎは、耐スケール剥離性等の耐高温酸化性を向上させる合金成分であり、このような効果を奏するには０．６質量％以上含有させる必要がある。一方、１．５質量％を超えて過剰に含有させると、加工性および溶接性が低下する可能性がある。したがって、Ｍｎの含有量は０．６質量％以上１．５質量％以下とする。なお、Ｍｎはオーステナイト相安定化元素であるため、Ｃｒの含有量が少ない場合にＭｎの添加によりマルテンサイト相の形成が促進され、熱疲労特性および加工性が低下する可能性がある。このような熱疲労特性および加工性の低下を効果的に防止する観点からも、Ｍｎの含有量は上記範囲内にすることが好ましい。
Ｎｉは、熱疲労特性および加工性の低下を防止する合金成分であるが、３質量％を超えて過剰に含有させると、オーステナイト相の析出によって熱疲労特性が低下する可能性がある。したがって、Ｎｉの含有量は、３質量％以下（無添加を含まず。）とする。
Ｃｒは、熱膨張係数の低下や、フェライト相を安定化させ耐酸化性を向上させて耐高温酸化性を向上させる合金成分であり、このような効果を奏するには１６質量％以上含有させる必要がある。一方、２５質量％を超えて過剰に含有させると、脆化するとともに、硬質化して加工性が低下する可能性がある。したがって、Ｃｒの含有量は１６質量％以上２５質量％以下とする。
Ｎｂは、高温域での機械的強度を向上させるとともに、固溶強化により高温強度を向上させて熱疲労特性を向上させる合金成分であり、このような効果を奏するには、０．４質量％以上含有させる必要がある。一方、０．７質量％を超えて過剰に含有させると、溶接高温割れに対する感受性、加工性および低温靭性が低下する可能性がある。したがって、Ｎｂの含有量は０．４質量％以上０．７質量％以下とする。
Ｍｏは、固溶強化により高温強度を向上させ熱疲労特性を向上させて、耐高温酸化性を向上させる合金成分であり、このような効果を奏するには１質量％以上含有させる必要がある。一方、２．５質量％を超えて過剰に含有させると、脆化するとともに、硬質化して加工性が低下する可能性がある。したがって、Ｍｏの含有量は１質量％以上２．５質量％以下とする。
Ａｌは、フェライト系ステンレス鋼表面に緻密な保護性の酸化被膜を形成して耐酸化性を向上させる合金成分であるが、０．１５質量％を超えて過剰に含有させると、低温靭性が低下する可能性がある。そこで、Ａｌの含有量は、０．１５質量％以下（無添加を含まず。）とする。
Ｎは、クリープ特性等の高温強度を向上させる合金成分であるが、０．０２質量％を超えて過剰に含有させると、加工性や低温靭性が低下する可能性がある。したがって、Ｃの含有量は０．０２質量％以下（無添加を含まず。）とする。
そして、ターボハウジング用フェライト系ステンレス鋼では、添加した合金元素を固溶状態とすることで加工性を確保する。
また、ターボハウジング用フェライト系ステンレス鋼は、ＮｂおよびＭｏの含有量が上記範囲内において１５Ｎｂ＋２Ｍｏ≧１０．５で示す関係を満たすことにより、高温強度が向上し、高温高サイクル疲労特性を向上する。なお、式中のＮｂはＮｂの含有量（質量％）を示し、式中のＭｏはＭｏの含有量（質量％）を示す。
さらに、ターボハウジング用フェライト系ステンレス鋼は、ＮｂおよびＭｏの固溶強化により高温強度を向上することで、熱疲労特性を確保する。そのためには、冷延焼鈍板に存在する析出物中のＮｂおよびＭｏの総量、すなわち析出相として存在するＮｂおよびＭｏの総量を０．２質量％以下にすることが重要である。
ターボハウジング用フェライト系ステンレス鋼は、必要に応じて、１質量％以上２質量％以下のＣｕ（銅）、および、１質量％以上２．５質量％以下のＷ（タングステン）うちの少なくとも１種を含有させることが好ましい。
Ｃｕは、８００℃以下での微細析出により高温強度を向上させ、熱疲労特性を向上させる合金成分であり、このような効果を奏するには、１質量％以上含有させる必要がある。一方、２質量％を超えて過剰に含有させると、硬質化して加工性が低下する可能性がある。したがって、Ｃｕを含有させる場合の含有量は、１質量％以上２質量％以下とする。
Ｗは、固溶強化により高温強度を向上させ、熱疲労特性を向上させる合金成分であり、このような効果を奏するには、１質量％以上含有させる必要がある。一方、２．５質量％を超えて過剰に含有させると、硬質化して加工性が低下する可能性がある。したがって、Ｗを含有させる場合の含有量は、１質量％以上２．５質量％以下とする。
また、ターボハウジング用フェライト系ステンレス鋼は、必要に応じて、Ｖ（バナジウム）、Ｔｉ（チタン）およびＺｒ（ジルコニウム）のうちの少なくとも１種を合計１質量％未満で含有させることが好ましい。
Ｖは、靭性を損なわずに高温強度を向上させる合金成分である。また、Ｔｉは、析出強化により高温強度を向上させる合金成分である。さらに、Ｚｒは、フェライト系ステンレス鋼表面の酸化被膜に固溶し被膜強度を向上させて、高温強度を高める合金成分である。これらＶ、ＴｉおよびＺｒは、過剰に含有させると硬質化して加工性が低下する可能性がある。したがって、Ｖ、ＴｉおよびＺｒを含有させる場合は、Ｖ、ＴｉおよびＺｒのうちの少なくとも１種を合計１質量％未満で含有させることが好ましい。
また、ターボハウジング用フェライト系ステンレス鋼は、必要に応じて、０．０２質量％以下のＢ（ホウ素）、および、２質量％以下のＣｏ（コバルト）のうちの少なくとも１種を含有させることが好ましい。
Ｂは、低温靭性を向上させる合金成分であるが、０．０２質量％を超えて過剰に含有させると、延性が低下し加工性が低下する可能性がある。したがって、Ｂを含有させる場合の含有量は０．０２質量％以下が好ましい。
Ｃｏは、固溶強化により高温強度を向上させて熱疲労特性を向上させる合金成分であるが、２．０質量％を超えて過剰に含有させると、加工性や低温靭性を低下させる可能性がある。したがって、Ｃｏを含有させる場合の含有量は、２．０質量％以下とする。
また、ターボハウジング用フェライト系ステンレス鋼は、ＲＥＭ（希土類元素）、および、Ｃａ（カルシウム）のうちの少なくとも１種を合計０．１質量％以下で含有させることが好ましい。
ＲＥＭおよびＣａは、フェライト系ステンレス鋼表面の酸化被膜に固溶し被膜強度を向上させて、高温強度を高める合金成分であるが、過剰に含有させると、硬質化して加工性が低下する可能性や、製造時に表面疵が生じやすくなり製造性が低下する可能性がある。したがって、ＲＥＭおよびＣａを含有させる場合には、ＲＥＭおよびＣａのうちの少なくとも１種を合計０．１質量％以下で含有させることが好ましい。
上記範囲内で所定の成分組成にて溶製されたターボハウジング用フェライト系ステンレス鋼は、熱間圧延、冷間圧延および焼鈍が施されて冷延焼鈍板とされる。また、この冷延焼鈍板を用いてターボハウジングがプレス成形される。
なお、ターボハウジングは、高温の排気ガス環境下において使用されるため、使用状態においては、少なくとも一部の材料温度が９００℃を超える温度環境下に曝されて加熱されることになる。
そのため、ターボハウジングは、ターボハウジング用フェライト系ステンレス鋼を溶製しプレス成形した後に焼鈍を行うことにより、加工（プレス成形）の際に導入されたひずみを除去するとともに、そのターボハウジングを構成するステンレス鋼の表面のビッカース硬さを２２０ＨＶ以下に調整すると、使用状態に加熱による変形を抑制できるので好ましい。
そして、上記ターボハウジングによれば、用いられるフェライト系ステンレス鋼を構成する成分の各元素の含有量が上述のように所定の範囲で制御されているため、冷延焼鈍板にて各元素が固溶状態となり、加工性を向上できる。その結果、上記フェライト系ステンレス鋼を用いてプレス成形が適用可能である。
また、ＮｂおよびＭｏの含有量が、上記範囲内において１５Ｎｂ＋２Ｍｏ≧１０．５の式で示す関係を満たすとともに、析出相として存在するＮｂおよびＭｏの総量を０．２質量％以下とすることにより、ＮｂおよびＭｏによる固溶強化作用を確保できるため、ＮｂおよびＭｏの固溶強化により高温強度を向上でき、熱疲労特性を向上できる。したがって、高温の排気ガス環境下における耐熱性を向上できる。
その結果、上記ターボハウジング用フェライト系ステンレス鋼を用いてプレス成形され焼鈍されたターボハウジングは、使用状態において、少なくとも一部の材料温度が９００℃を超える高温の排気ガス環境下においても変形や酸化が生じにくい。
すなわち、高温の排気ガス環境下で使用しても、ターボハウジングと、このターボハウジング内で回転する回転体であるターボとのクリアランスを所定の範囲以内に維持できる。
また、ターボチャージャーの駆動時に加熱と冷却とが繰り返されても、加熱および冷却の繰り返しによる熱疲労特性が良好である。
さらに、耐加速酸化性および耐スケール剥離性等の高温酸化特性が良好であり、高温の排気ガス環境下での使用に適用しやすい。
また、高温高サイクル疲労特性が良好であり、高温の排気ガス環境下におけるターボチャージャーの動作に適用しやすい。
上記ターボハウジング用フェライト系ステンレス鋼は、必要に応じてＣｕおよびＷのうちの少なくとも１種を上記範囲で含有させることにより、析出強化や固溶強化により高温強度を向上でき、熱疲労特性を向上できる。
また、必要に応じてＶ、ＴｉおよびＺｒのうちの少なくとも１種を上記範囲で含有させることのより、析出強化や固溶強化により高温強度を向上でき、熱疲労特性を向上できる。
さらに、ＢおよびＣｏのうちの少なくとも１種を上記範囲で含有させることにより、低温靭性や高音強度を向上できる。
また、ＲＥＭおよびＣａのうちの少なくとも１種を上記範囲で含有させることにより、被膜強度を向上できるため、高温強度を向上できる。
ターボハウジングは、プレス成形後に焼鈍を施して鋼板表面のビッカース硬さを２２０ＨＶ以下にすることにより、高温の排気ガス環境下における使用での加熱による変形を抑制できる。
以下、本実施例および比較例について説明する。
まず、表１に示す成分のフェライト系ステンレス鋼を溶製した。なお、表１における各元素の含有量は質量％で示す。また、表１では、ＮｂおよびＭｏの含有量に基づく１５Ｎｂ＋２Ｍｏの値を、式（１）の値として示す。
表１に示す各成分で溶製したフェライト系ステンレス鋼を熱間圧延、冷間圧延および焼鈍を順次施して冷延焼鈍板の供試材とした。
各供試材を用いて、加工性に関する引張試験と、耐熱性に関する熱疲労試験、高温強度試験および高温酸化試験とをそれぞれ行った。
引張試験では、常温での引張試験による伸びで加工性を評価した。すなわち、破断伸びが３０％以上だったのもの加工性が良好であると判断して○と評価し、破断伸びが３０％未満だったものを×と評価した。
高温強度試験は、９００℃での０．２％耐力を測定した。そして、０．２％耐力が２５ＭＰａ以上のものを高温強度が良好であると判断して○と評価し、２５ＭＰａ未満のものを×と評価した。
熱疲労試験では、冷延焼鈍板である上記各供試材をパイプ状に造管して試験片とし、拘束率２０％にて、２００℃から９００℃で加熱と冷却とを繰り返した。そして、熱疲労寿命が１０００サイクル以上のものを熱疲労特性が良好であると判断して○と評価し、熱疲労寿命が１０００サイクル未満だったものを×と評価した。
高温酸化試験は、１０％水蒸気中にて室温から９００℃までの加熱と９００℃から室温までの冷却とを繰り返す断続酸化試験を行った。そして、スケール剥離による酸化減量がないものを高温酸化特性が良好であると判断して○と評価し、スケール剥離による酸化減量があったものを×と評価した。
これら引張試験、熱疲労試験、高温強度試験および高温酸化試験の結果を表２に示す。
表２に示すように、本実施例のいずれも加工性および耐熱性が良好であった。
一方、式（１）の値が１０．５未満であるか、または、析出物中のＮｂおよびＭｏの総量が０．２質量％より多い比較例である鋼種番号１０、鋼種番号１１、鋼種番号１２、鋼種番号１４および鋼種番号１５は、熱疲労特性および高温強度が低かった。
ＭｏやＭｎの含有量が上記範囲より少ない比較例である鋼種番号１２、鋼種番号１３および鋼種番号１４は、高温酸化特性が低かった。
次に、各供試材に関して、図１（ａ）に示す形状に加工する際の成形性試験、および、最高排気ガス温度９５０℃での冷熱サイクル繰り返しによる耐熱性試験を行った。
成形性試験は、各供試材を図１（ａ）に示す形状にプレス成形した後に割れの観察を行った。そして、割れが未発生のものを加工性が良好であると判断して○と評価し、割れが発生したものを×と評価した。
耐熱性試験は、成形試験にて加工性が良好であったものの一部に関して、焼鈍にて硬さを調整した場合と焼鈍を行わず硬さを調整しなかった場合とで、図１（ａ）に示すように固定した状態で冷熱サイクルを繰り返した。そして、図１（ｂ）に示すように冷熱サイクルを繰り返した後の状態にて、変形量と、亀裂の発生と、加速酸化の発生とを評価した。
なお、耐熱性試験前に焼鈍を行ってビッカース硬さを２２０ＨＶ以下に調整したものを○で示し、耐熱性試験前に焼鈍を行わずにビッカース硬さを調整しなかったものを×で示した。
変形量の評価は、冷熱サイクルの繰り返し前の外形の寸法をＷ０とし、冷熱サイクルの繰り返し後の外形寸法をＷとし、冷熱サイクルの繰り返し前後での外形寸法の変形量の絶対値をΔＷとすると、ΔＷ＝Ｗ−Ｗ０となる。そして、ΔＷが５００μｍ以下のものを変形量が良好と判断して○と評価し、ΔＷが５００μｍを超えたものを×と評価した。
亀裂および加速酸化の評価は、冷熱サイクルを繰り返し後に亀裂および加速酸化をそれぞれ別個に観察した。そして、未発生のものを良好と判断して○と評価し、それ以外を×と評価した。
これら成形性試験および耐熱性試験の結果を表３に示す。
表３に示すように、上記引張試験において伸びが３０％未満であった比較例である鋼種番号１１や鋼種番号１４は、加工後に割れが発生したのに対し、伸びが３０％以上だったものはいずれも割れが確認されず、加工性が良好であった。
耐熱性試験では、成形性試験にて割れが確認されなかった本実施例である鋼種番号１および鋼種番号３と、同様に割れが確認されなかった比較例である鋼種番号１０および鋼種番号１３とを用いて評価に供した。
変形量の評価では、本実施例である鋼種番号１および鋼種番号３と比較例である鋼種番号１０とは、焼鈍による硬さ調整を行わなかった場合は、上記基準より変形量が大きかったが、焼鈍による硬さ調整を行った場合は上記基準より変形量が少なく良好だった。
一方、ＭｎやＭｏの含有量が上記範囲より少ない比較例である鋼種番号１３は、焼鈍による硬さ調整の有無に関わらず、上記基準より変形量が大きかった。
亀裂の発生の評価では、本実施例である鋼種番号１および鋼種番号３と比較例である鋼種番号１３とは、焼鈍による硬さの調整の有無に関わらず、熱疲労による亀裂の発生は確認されなかった。
一方、析出物中のＮｂおよびＭｏの総量が０．２質量％より多い比較例である鋼種番号１０は、焼鈍による硬さ調整の有無に関わらず、熱疲労による亀裂が発生していた。
加速酸化の発生の評価では、本実施例である鋼種番号１および鋼種番号３と、比較例である鋼種番号１０とは、焼鈍による硬さ調整の有無に関わらず、加速酸化が確認されなかった。
一方、ＭｎやＭｏの含有量が上記範囲より少ない比較例である鋼種番号１３は、焼鈍による硬さ調整の有無に関わらず、加速酸化が発生していた。
これら結果から、本実施例である鋼種番号１および鋼種番号３は、ターボハウジングへの二次加工性を含む加工性が良好であるだけでなく、変形量も小さく、熱疲労による亀裂の発生や加速酸化の発生もないため、耐熱性が良好であることが示される。
Claims (7)
- Ｃ：０．０２質量％以下（無添加を含まず）、Ｓｉ：０．５質量％以下（無添加を含まず）、Ｍｎ：０．６質量％以上１．５質量％以下、Ｎｉ：３質量％以下（無添加を含まず）、Ｃｒ：１６質量％以上２５質量％以下、Ｎｂ：０．４質量％以上０．７質量％以下、Ｍｏ：１質量％以上２．５質量％以下、Ａｌ：０．１５質量％以下（無添加を含まず）およびＮ：０．０２質量％以下（無添加を含まず）を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、１５Ｎｂ＋２Ｍｏ≧１０．５を満たす成分のフェライト系ステンレス鋼で構成され、析出相として存在するＮｂおよびＭｏの総量が０．２質量％以下であるターボハウジングであって、
表面硬さが２２０ＨＶ以下である
ことを特徴とするターボハウジング。 - フェライト系ステンレス鋼は、Ｃｕ：１質量％以上２質量％以下およびＷ：１質量％以上２．５質量％以下のうちの少なくとも１種を含有する
ことを特徴とする請求項１記載のターボハウジング。 - フェライト系ステンレス鋼は、Ｖ、ＴｉおよびＺｒのうちの少なくとも１種を合計１質量％未満で含有する
ことを特徴とする請求項１または２記載のターボハウジング。 - フェライト系ステンレス鋼は、Ｂ：０．０２質量％以下およびＣｏ：２質量％以下のうちの少なくとも１種を含有する
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載のターボハウジング。 - フェライト系ステンレス鋼は、希土類元素およびＣａのうちの少なくとも１種を合計０．１質量％以下で含有する
ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一記載のターボハウジング。 - プレス成形後に焼鈍されており、
使用状態にて少なくとも一部の材料温度が９００℃を超える温度環境下に曝される
ことを特徴とする請求項１ないし５いずれか一記載のターボハウジング。 - Ｃ：０．０２質量％以下（無添加を含まず）、Ｓｉ：０．５質量％以下（無添加を含まず）、Ｍｎ：０．６質量％以上１．５質量％以下、Ｎｉ：３質量％以下（無添加を含まず）、Ｃｒ：１６質量％以上２５質量％以下、Ｎｂ：０．４質量％以上０．７質量％以下、Ｍｏ：１質量％以上２．５質量％以下、Ａｌ：０．１５質量％以下（無添加を含まず）およびＮ：０．０２質量％以下（無添加を含まず）を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、１５Ｎｂ＋２Ｍｏ≧１０．５を満たす成分で構成されたフェライト系ステンレス鋼をプレス成形し、プレス成形後に焼鈍し、析出相として存在するＮｂおよびＭｏの総量が０．２質量％以下、表面硬さが２２０ＨＶ以下である
ことを特徴とするターボハウジングの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014023685A JP6639073B2 (ja) | 2014-02-10 | 2014-02-10 | ターボハウジングおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014023685A JP6639073B2 (ja) | 2014-02-10 | 2014-02-10 | ターボハウジングおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2015151555A JP2015151555A (ja) | 2015-08-24 |
| JP6639073B2 true JP6639073B2 (ja) | 2020-02-05 |
Family
ID=53894155
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014023685A Active JP6639073B2 (ja) | 2014-02-10 | 2014-02-10 | ターボハウジングおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6639073B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102135158B1 (ko) * | 2018-09-19 | 2020-07-17 | 주식회사 포스코 | 가공성과 고온강도가 우수한 페라이트계 스테인리스강 및 그 제조방법 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4357694B2 (ja) * | 2000-04-18 | 2009-11-04 | 日新製鋼株式会社 | ガスタービンの排気ガス経路部材用フェライト系ステンレス鋼材 |
| JP4604714B2 (ja) * | 2003-12-26 | 2011-01-05 | Ｊｆｅスチール株式会社 | フェライト系Ｃｒ含有鋼材及びその製造方法 |
| JP5348458B2 (ja) * | 2007-04-27 | 2013-11-20 | Ｊｆｅスチール株式会社 | Ｃｒ含有鋼管及びその製造方法 |
| JP5178157B2 (ja) * | 2007-11-13 | 2013-04-10 | 日新製鋼株式会社 | 自動車排ガス経路部材用フェライト系ステンレス鋼材 |
| JP5304935B2 (ja) * | 2011-10-14 | 2013-10-02 | Ｊｆｅスチール株式会社 | フェライト系ステンレス鋼 |
| JP2013064201A (ja) * | 2012-12-10 | 2013-04-11 | Nisshin Steel Co Ltd | ノズルベーン式ターボチャージャーの排気ガイド |
-
2014
- 2014-02-10 JP JP2014023685A patent/JP6639073B2/ja active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2015151555A (ja) | 2015-08-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5988008B2 (ja) | オーステナイト系ステンレス鋼板 | |
| JP6029611B2 (ja) | ガスケット用オーステナイト系ステンレス鋼板およびガスケット | |
| TWI625398B (zh) | 肥粒鐵系不銹鋼 | |
| JP2009001834A (ja) | 高温強度、耐熱性および加工性に優れるフェライト系ステンレス鋼 | |
| JP2009197307A (ja) | 高温強度、耐水蒸気酸化性および加工性に優れるフェライト系ステンレス鋼 | |
| JP6793067B2 (ja) | オーステナイト系ステンレス鋼板およびガスケット | |
| US6740174B2 (en) | Soft Cr-containing steel | |
| TW201615865A (zh) | 肥粒鐵系不銹鋼箔及其製造方法 | |
| JP2016035104A (ja) | ステンレス鋼管の製造方法およびステンレス鋼管 | |
| JP6639073B2 (ja) | ターボハウジングおよびその製造方法 | |
| JP6296435B2 (ja) | メタルガスケット用耐熱オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法 | |
| JP5239642B2 (ja) | 熱疲労特性、高温疲労特性および耐酸化性に優れるフェライト系ステンレス鋼 | |
| JP2016065265A (ja) | 蒸気タービン動翼用耐熱鋼および蒸気タービン動翼 | |
| JP6083567B2 (ja) | 耐酸化性および高温クリープ強度に優れたフェライト系ステンレス鋼 | |
| JP5796398B2 (ja) | 熱疲労特性と高温疲労特性に優れたフェライト系ステンレス鋼 | |
| TWI667357B (zh) | 鐵素體系不鏽鋼和汽車排氣路徑部件用鐵素體系不鏽鋼 | |
| JP2017160494A (ja) | Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼 | |
| JP6881119B2 (ja) | フェライト系ステンレス鋼及び耐熱部材 | |
| JP5239645B2 (ja) | 熱疲労特性、高温疲労特性、耐酸化性および耐高温塩害腐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼 | |
| JP6146400B2 (ja) | フェライト系ステンレス鋼板 | |
| JP5996403B2 (ja) | 耐熱鋼およびその製造方法 | |
| JP7090514B2 (ja) | メタルガスケット中間製品およびメタルガスケットの製造方法 | |
| JP5239644B2 (ja) | 熱疲労特性、高温疲労特性、耐酸化性および靭性に優れるフェライト系ステンレス鋼 | |
| JP2019090094A (ja) | フェライト系耐熱鋳鋼、排気系部品及びタービンハウジング | |
| JP5810722B2 (ja) | 熱疲労特性と加工性に優れたフェライト系ステンレス鋼 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150715 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20150715 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20150715 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20161124 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20171025 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20171222 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20180523 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180816 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20180817 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20180905 |
|
| A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20180928 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190927 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20191224 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6639073 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |