JPS6233744A - 耐熱鋳鋼 - Google Patents

耐熱鋳鋼

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JPS6233744A
JPS6233744A JP17367985A JP17367985A JPS6233744A JP S6233744 A JPS6233744 A JP S6233744A JP 17367985 A JP17367985 A JP 17367985A JP 17367985 A JP17367985 A JP 17367985A JP S6233744 A JPS6233744 A JP S6233744A
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JP
Japan
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heat
cast steel
casting
resistant cast
steel
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JP17367985A
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Yuji Okada
裕二 岡田
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/002Heat treatment of ferrous alloys containing Cr

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は耐熱鋳鋼に関し、詳しくは、優れた耐熱性(高
温強度、特にクリープラブチャー強度)。
耐酸化性等といった性能・耐久性特性を有するとともに
、優れた鋳造性と機械加工性を有しているため生産性が
良好であり、しかも、安価に製造することができること
から、車両用エンジンの排気系部品等に好適に通用する
ことのできる耐熱鋳鋼にかかる。
〔従来の技術〕
近年、ガソリンエンジンもしくはディーゼルエンジン等
の車両用エンジン、特に自動車用エンジンにおいては、
高出力化、低燃費化に対する改善要求の高まりに伴い、
燃焼効率の改善のための研究開発が積極的に実施されて
いる。
その結果、このような要求に応える自動車用エンジンに
おいては、従来の自動車用エンジンに比較して、排気ガ
ス温度が著しく高温となる傾向にある。
とりわけ、自動車用エンジンのエキゾーストマニホルド
、ターボチャージャ用タービンホイール。
ターボチャージャ用タービンハウジング、ディーゼルエ
ンジン用予燃焼室等の排気系部品においては、使用条件
が耐熱性(高温強度)、耐酸化性等に対する要求が特に
苛酷となることから、従来においては高Si鋳鉄、ニレ
ジスト鋳鉄、AI鋳鉄等の耐熱鋳鉄や、特例的にはフェ
ライト系もしくはオーステナイト系ステンレス鋳鋼等の
高価な高合金耐熱(ステンレス)鋳鋼やCo基合金、N
i基合金が採用されていた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述のような従来の技術の現状に鑑み、本発明が解決し
ようとする問題点は、従来の自動車用エンジンの排気系
部品用材料として使用されている、高Si鋳鉄、ニレジ
スト鋳鉄、AI鋳鉄等の耐熱鋳鉄においては、その優れ
た鋳造性と機械加工性等といった生産性特性は良好であ
るものの、耐熱性(高温強度、特にクリープラブチャー
強度)。
耐酸化性等といった性能・耐久性特性が劣ることから、
800℃以上の高温における耐熱性に対する要求の厳し
い部材には通用することができず、また、ステンレス鋳
鋼等の高合金耐熱鋳鋼においては、800°C以上にお
いても耐熱性(高温強度、特にクリープラブチャー強度
)、耐酸化性等といった性能・耐久性特性には優れてい
るものの、鋳造性が悪いため鋳造成形時に“ひけ巣”、
“湯廻り不良”等の鋳造不良を発生し易いこと2機械加
工性が悪いこと等からその生産性が劣り、耐熱部材とし
ての優れた鋳造性9機械加工性、低価格性等といった生
産性特性、及び、優れた耐熱性(高温強度、特にクリー
プラブチャー強度)、耐酸化性等といった性能・耐久性
特性とを、バランス良く兼ね備えた耐熱鋳造材料の開発
が強く望まれていたということである。
従って、本発明の技術的課題とするところは、耐熱鋳鋼
における組成的な調整と鋳造後の焼なまし処理の実施に
よって、従来の耐熱鋳鉄に匹敵する鋳造性1機械加工性
、低価格性等といった生産性特性と、従来の高合金耐熱
鋳鋼に匹敵する耐熱性(高温強度、特にクリープラブチ
ャー強度)。
耐酸化性等といった性能・耐久性特性とを、バランス良
く兼ね備えた耐熱鋳鋼とすることにある。
〔問題点を解決するための手段〕
このような従来の技術における問題点に鑑み、本発明に
おける従来の技術の問題点を解決するための手段は、重
量比率で、Cio、5〜2.0%、Si;1.5%〜3
.5%、Mn;0.7%以下、p、o。
05%以下、S;0.1%以下、 Cr ;5.O〜1
0゜0%、B;0.1〜3.8%、残部実質的にFeか
らなる組成を有し、鋳造後の焼なまし処理により、黒鉛
を含有しないフェライト基地組織中の炭化物を、デンド
ライト状に晶出させた1次炭化物と微細に分散析出させ
た粒状の2次炭化物としたことを特徴とする耐熱鋳鋼か
らなっている。
なお、本発明の耐熱鋳鋼において鋳造後の熱処理は、9
00〜b テナイト化処理後、680〜750℃まで炉冷し、68
0〜b るという通常の焼なまし処理で充分である。
〔作用〕
以下、本発明の作用について説明する。
本発明において、従来の技術の問題点を解決するための
手段を上述のような構成とすることによって、本発明の
耐熱鋳鋼を、組成的には特にB添加と他合金元素とのバ
ランスにより耐熱特性特にクリープラブチャー強度を改
善して、従来の耐熱鋳鉄に匹敵する鋳造性1機械加工性
、低価格性等といった生産性特性を保有させた上で、従
来のステンレス鋳鋼等の高合金耐熱鋳鋼に近い耐熱性(
高温強度、特にクリープラブチャー強度)、耐酸化性等
といった性能・耐久性特性を付与し得る範囲としており
、しかも、鋳造後の焼なまし処理により基地組織をフェ
ライト組織化するとともに、1次炭化物の分解を図って
基地フェライト組織中のCr含有量を多くしていること
から、従来の耐熱鋳鉄に匹敵する鋳造性9機械加工性、
低価格性等といった生産性特性と、従来の高合金耐熱鋳
鋼に匹敵する耐熱性(高温強度、特にクリープラブチャ
ー強度)、耐酸化性等といった性能・耐久性特性とを、
バランス良く兼ね備えた耐熱鋳鋼とすることができるの
である。
以下、本発明の耐熱鋳鋼に・添加する各合金元素の添加
量の範囲限定理由について説明する。
なお、以下の説明において各合金元素の添加量は全て重
量%にて表示している。
まず、Cは本発明の耐熱鋳鋼において強度特性及び鋳造
性を向上させることから有効であるが、0.5%未満で
はそれらの特性の改善効果が充分でなく、一方、2.0
%を越えて添加すると炭素の黒鉛化を促進させるととも
に、B含有量との兼ね合いにより耐熱鋳鋼の強度特性を
低下させることから0.5〜2.0%とした。
また、Siは本発明の耐熱鋳鋼のにおいて脱酸剤として
有効であるばかりでなく、鋳造性及び耐酸化性を改善さ
せることから有効であるが、1.5%未満ではそれらの
特性の改善効果が充分でなく、3.5%を越えて添加す
ると、 ■ Cとのバランス(炭素当量)により、1次炭化物を
粗大化させて耐熱鋳鋼の機械加工性を悪化させる。
■ B含有量との兼ね合いによりフェライト基地組織中
のSi含有量が過多となって、耐熱鋳鋼の靭性を低下さ
せて生産性を悪化させる。
等の理由から1.5〜3.5%とした。
また、Mnはパーライト組織の形成元素であることから
、本発明材のように基地組織をフェライト組織とした耐
熱鋳鋼にはあまり好ましくない合金元素であるが、Si
と同様に脱酸剤として有効であり、また、鋳造時の“湯
流れ性”を向上させて生産性を改善させる合金元素とし
て有効であることから0.7%以下の範囲で含有させる
のが望ましい。
また、Pは0.05%を越えて添加すると基地組織のパ
ーライト組織化を促進させたり、ステダイトの晶出を促
進させることから0.05%以下とするのが望ましい。
また、Sは通常においては特に必須の合金元素ではない
が、機械加工性の要求の厳しい部品を製造する場合にお
いては、SilとMn量の添加量を多くしてMnSを晶
出させ、機械加工性を改善させることができることから
0.1%以下とした。
また、CrはSiと同様に耐酸化性を改善させることか
ら有効であるが、5.0%未満ではその耐酸化性の改善
効果が充分でなく、10.0%を越えて添加するとB含
有量との兼ね合いにより高硬度のCr炭化物、Cr硼化
物等の析出量が多くなって、機械加工性を著しく悪化さ
せることから5.0〜10.0%とした。
また、Bは本発明材において特に重要な合金元素であり
、粒界強化によるクリープラブチャー強度の向上に特に
有効であるばかりでなく、耐熱鋳鋼の耐粒界酸化性をも
改善させることから有効であるが、0.1%未満ではそ
れらの特性の改善効果が充分でなく、3.8%を越えて
添加すると耐熱鋳鋼の硬度を上昇させて機械加工性を著
しく悪化させることから0.1〜3.8%とした。
〔実施例〕
以下、添付図面に基づいて、本発明の1実施例を説明す
る。
本発明材のクリープラブチャー強度特性と耐酸化性を評
価するために、第1表に示すような3種類の本発明材■
〜■及び4種類の比較材■〜■を鋳造成形により製造し
た。
なお、鋳造に当たっては20Kg用高周液溶解炉を用い
て大気溶解し、金属アルミニウムを0.1%添加するこ
とにより脱酸処理した後、1600℃以上で出湯して1
450℃以上にて注湯した。
また、鋳造成形のための鋳型としてはJIS規格A号の
Yブロック鋳造用の鋳型を使用した。
そして、上述により鋳造成形された鋳造粗形材状態の各
供試材に対して、通常の焼なまし処理を実施した。
第1表 署 なお、第1表における比較材■及び■は耐熱鋳鉄であっ
て、比較材のは球状黒鉛鋳鉄に4.0重量%のStを添
加した、いわゆる高St鋳鉄と称されるものであり、比
較材■はNi及びCrを添加した、いわゆるニレジスト
鋳鉄と称されるものである。
また、比較材■及び■はステンレス鋳鋼であり、比較材
■はJIS規格5C3I  (フェライト系ステンレス
鋳鋼)、比較材■はJIS規格SC3I3 (オーステ
ナイト系ステンレス鋳鋼)である。
以下、本発明材と比較材の各供試材における、クリープ
ラブチャー強度及び耐酸化性を比較評価した結果につい
て説明する。
まず、鋳造成形により製造した上述の組成を有する各供
試材の試験片を用いて、700℃におけるクリープラブ
チャー試験を実施した。
なお、クリープラブチャー試験条件は、試験温度を70
0℃に固定し、試験片に負荷させる応力を変えて、クリ
ープラブチャー破断までの時間を測定した。
その試験結果を第1図に示している。
なお、第1図は、縦軸に負荷応力(Kg/ mm 2)
、横軸にクリープラブチャー破断までの時間を、それぞ
れ対数目盛にて表示している。
第1図から明らかなように、本発明材■及び■は、比較
材■のニレジスト鋳鉄と比較すれば著しくクリープラブ
チャー強度に優れており、比較材■および■のステンレ
ス鋳鋼と比較しても同等以上という優れたクリープラブ
チャー強度を有していることが理解される。
次に、鋳造成形により製造した上述の組成を有する各供
試材の試験片を用いて、900℃において100時間の
大気中保持による酸化試験を実施した。
その酸化試験による各供試材の酸化減量の測定結果を第
2図に示している。
第2図から明らかなように、本発明材■〜■は、JIS
規格5C3I(フェライト系ステンレス鋳鋼・−・−比
較材■)及びJIS規格5C313(オーステナイト系
ステンレス鋳鋼・−一−−・比較材■)と同等の、優れ
た耐酸化性を有していることが理解される。
もちろん、従来の耐熱鋳鉄である高St鋳鉄(比較材■
)やニレジスト鋳鉄(比較材■)に比べれば、格段に優
れた耐酸化性を有していることはいうまでもない。
次に、本発明材を用いて3000 ccクラスのガソリ
ンエンジン用の6気筒エキゾーストマニホルドを、通常
高Si鋳鉄の鋳造に用いるものと同一の鋳造方案にて鋳
造成形により製造したところ、“ひけ巣3.“ピンホー
ル”、″ブローホール”。
“砂かみ”、“湯廻り不良”、“湯境い”等といった鋳
造不良を発生させることがなく、生産性に優れているこ
とを確認することができた。
上述のように本発明の耐熱鋳鋼は、従来の耐熱鋳鉄に匹
敵する鋳造性2機械加工性、低価格性等といった生産性
特性と、従来のステンレス鋳鋼に匹敵する耐熱性(高温
強度、特にクリープラブチャー強度)、耐酸化性等とい
った性能・耐久性特性とを、バランス良く兼ね備えてい
ることが理解される。
〔発明の効果〕
以上により明らかなように、本発明にかかる耐熱鋳鋼に
よれば、耐熱鋳鋼における組成的な調整と鋳造後の焼な
まし処理の実施によって、従来の耐熱鋳鉄に匹敵する鋳
造性1機械加工性、低価格性等といった生産性特性と、
従来の高合金耐熱鋳鋼に匹敵する耐熱性(高温強度、特
にクリープラブチャー強度)、耐酸化性等といった性能
・耐久性特性とを、バランス良く兼ね備えた耐熱鋳鋼と
することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明材と比較材の700℃におけるクリー
プラブチャー試験結果を示すグラフ。 第2図は、本発明材と比較材の900℃における耐酸化
性を比較した結果を示すグラフである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、重量比率で、C;0.5〜2.0%、Si;1.5
    %〜3.5%、Mn;0.7%以下、P;0.05%以
    下、S;0.1%以下、Cr;5.0〜10.0%、B
    :0.1〜3.8%、残部実質的にFeからなる組成を
    有し、鋳造後の焼なまし処理により、黒鉛を含有しない
    フェライト基地組織中の炭化物を、デンドライト状に晶
    出させた1次炭化物と微細に分散析出させた粒状の2次
    炭化物としたことを特徴とする耐熱鋳鋼。
JP17367985A 1985-08-07 1985-08-07 耐熱鋳鋼 Pending JPS6233744A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010018229A (ja) * 2008-07-14 2010-01-28 Nsk Ltd 車輪支持用軸受装置
JP2013227676A (ja) * 2013-04-12 2013-11-07 Nsk Ltd 車輪支持用軸受装置
CN104087846A (zh) * 2014-07-07 2014-10-08 北京工业大学 一种高碳硅硼奥贝耐磨铸钢及其制备方法
JP2017509802A (ja) * 2014-02-24 2017-04-06 ザ・ナノスティール・カンパニー・インコーポレーテッド 温間成形可能な新たなクラスの高性能高強度鋼

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