JPS6263652A - 耐熱鋳鋼 - Google Patents

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〕 この発明は耐熱鋳鋼にかかり、特に、車両用エンジンの
排気系部品等に適用するに好適な耐熱鋳鋼の改良に関す
るものである。

〔従来の技術〕

近年、車両用エンジン、特に自動車用エンジンにおいて
は、ガソリンエンジンもしくはディーゼルエンジンを問
わず高出力化、低燃費化を達成するための研究開発が積
極的に実施されている。

このため、従来の自動車用エンジンに比較して、燃焼効
率の向上を図っており排気ガス温度が著しく高温となる
傾向にある。

特に、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・タービンハウジン
グ、またディーゼルエンジン用予燃焼室等の排気系部品
は、使用条件がより高温苛酷となるため、それらの材質
選定の重要さが改めて問われてきている。

このため、従来においては高Ｓｉ鋳鉄、ニレジスト鋳鉄
、ＡＩ鋳鉄等の耐熱鋳鉄が使用されていた―また、特例
的には高Ｃｒ系、高Ｃｒ−高Ｎｉ系耐熱鋳鋼、またはＣ
ｏ基合金、Ｎｉ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〕

しかしながら、高Ｓｔ鋳鉄、ニレジスト鋳鉄。

Ａｌ鋳鉄等の耐熱鋳鉄は、鋳造性、機械加工性等の生産
性は良好であるものの、８００℃以上の高温における使
用条件下では耐熱性（高温強度）。

耐酸化性に乏しく、寿命が短いという欠点があった。

これに対して、耐熱鋳鋼は８００℃以上の高温において
も優れた耐熱性（高温強度）２耐酸化性を有するものの
鋳造性ならびに機械加工性に乏しくて生産性に劣り、か
つ高価な合金元素を多量に添加するため全体として高価
にならざるを得ないという問題があった。

従って、本発明の目的は、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機械加工性等の生産性と、従来
の高合金耐熱鋳鋼に匹敵する耐熱性（高温強度）、耐酸
化性等をバランス良く兼ね備えた耐熱鋳鋼を提供するこ
とにある。

〔問題点を解決するための手段〕 このため、本発明にかかる耐熱鋳鋼は、重量比率で、Ｃ
；０．５〜２．５％、Ｓｉ；２．０〜４゜５％、Ｍｎ；
０．７％以下、ｐｒｏ、０１％以下。

Ｓ；０．１％以下、　Ｃｒ　；　５．　　Ｏ〜１２．　
０％。

Ａ６：０．８〜２．０％、Ｂ；０．１〜３．０％。

Ａｘ＋Ｂ＜Ｃｒ／２．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ものである。

なお、本発明の耐熱鋳鋼において鋳造後の焼きなまし処
理は、望ましくは９５０℃前後に０．５時間以上加熱保
持し、１時間あたり５０〜１５０℃の炉冷を行う通常の
焼なまし処理で十分である。

〔作用〕

上記の構成にかかる本発明の作用について説明すると、
組成的には特にＡｌおよびＢ添加と他の合金元素とのバ
ランスにより、従来の耐熱鋳鉄に匹敵する鋳造性９機械
加工性等の生産性を維持したまま、従来の高合金耐熱鋳
鋼に近い耐熱性（高温強度）、耐酸化性を有する。

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２機械加工性等の
生産性と、従来の高合金耐熱鋳鋼に匹敵する耐熱性（高
温強度）、耐酸化性等の耐久性をバランス良く兼ね備え
ることができたのである。

以下、本発明にかかる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と鋳造性
を改善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２．５％を
越えて添加すると炭素の黒鉛化を促進し強度特性を低下
させるため０．５〜２゜５％とした。

Ｓｔは脱酸側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、２．０
％未満ではそれらの特性の改善効果が充分でなく、４．
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次炭化物が粗大化し易くなり、かつ機械加工性を
悪化させるため、これを２．０〜４．５％とした。

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ｍ織をフェライト組織化 であるが、Ｓｔと同様に脱酸側として有効であり、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％以下とし
た。

また、Ｐは０．０１％を越え゛ζ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
促進させ易いことから０．０１％以下とした。

Ｓは材料を劣化させる恐れがあるため特に必要な合金元
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、ｓｌとＭｎ量の添加量を多（してＭ
ｎＳを晶出させ、機械加工性を改善させることができる
ことから影響の少ない０．１％以下とした。

また、ＣｒはＳｔ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、１２．０％を越えて添加すると高硬
度のＣｒ炭化物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５．０〜１２．０％とした。

ＡＩとＢは耐酸化性に重要な元素であるが、これらの元
素は衝撃強度を著しく低下させるため成分量を規定した
。すなわち、ＡＩは０．８％〜２゜０％、Ｂは０．１〜
３．０％である。このように規定する理由としては、下
限値以下では必要特性を満足することができず、また上
限値以上添加すると非常に脆い材料となり、生産時の扱
いが難しくなるためである。

これらＡＰやＢは耐酸化性に効果のあるものであるが、
ＳｔやＣｒとの関係により必要以上に添加する必要がな
いため、本発明においては鋳造性に関係のあるＡＩＸＢ
、Ｃｒについて特に限定する。

すなわち、ＡｌとＢはＣｒの１／２以上添加してもほど
んど効果がみられないためそれ以上添加する必要はない
と判断できる。よってＡｌ＋Ｂ＜Ｃｒ／２と限定する。

このようにして成分限定した耐熱鋳鋼は、従来の耐熱鋳
鉄と同等の鋳造性を有しながら、また従来の耐熱鋳鋼と
同等の耐熱性、耐酸化性を有する。

℃実施例〕 以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。

本発明材の耐熱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３種類の比較
材■〜■を鋳造成形により製造した。

また、第１表に付は加えて比較材■の成分組成を示した
。

なお、鋳造に当たっては２０ｋｇ用高周波溶解炉を用い
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、１６２０℃以上で出湯して１
５５０℃以上にて注湯した。

なお、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 比較材■は、Ｃ：０．１％、Ｓｔ；０．７％。

Ｍｎ；０，７％、Ｍｏ；９．１％、Ｃｏ；　　１，３％
、Ｃｒ；２２．　１％、Ｗ；０．７５％、ＦｅＨ１７，
６％、残部Ｎｉからなる組成を有するものである。

なお、比較材■はフェライト系ステンレス鋳鋼であり、
ＪＩＳ規格５Ｃ３Ｉ相当である。比較材■はオーステナ
イト系ステンレス鋳鋼であり、ＪＩＳ規格ＳＣ８Ｌ　３
相当である。比較材■はオーステナイト系耐熱鋳鋼であ
り、ＪＩＳ規格５ＣＨ２３相当である。

比較材■はＮｉ基合金であり一般的に商品名がＨａｓｔ
ｅｌｌｏｙＸと呼ばれているものである。

以下、本発明材と比較材の各供試材における耐熱性（高
温強度）およ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記の組成を有する各供
試材を使用して、９００℃においてクリープラブチャー
試験を実施した。この結果を第１図に示す。

クリープラブチャー試験とは材料がある応力の基でクリ
ープを生じて破断する現象を試験するものであり、縦軸
は応力、横軸は経過時間を示している。

第１図に示すように、本発明材■は比較材■と比較して
クリープラブチャー強度は低いが、時間当たりの応力低
下が少なく比較材■と比較して長時間使用に非常に優れ
ていることを示す。

また、本発明材■はフェライト系材質であるにもかかわ
らすＣｒ、ＡＩ！、Ｈの作用により、同じフェライト系
材質である比較材■と比較して９００℃前後のクリープ
ラブチャー強度を大きく改善している。

次に、各供試材を使用して酸化試験を実施した。

この結果を第２図に示す、試験は各供試材を大気中で９
００℃の炉中に約１００時間保持後炉冷し、試験前後の
重量差を測定する方法により行った。

第２図に示すように、本発明材■、■および■は比較材
■よりも耐酸化性が劣るものの、同じＦｅ系材料の中で
比較材■よりも優れており比較材■あるいは比較材■と
同等かまたは若干優れている。

以上、本発明を特定の実施例に基づいて説明したがこれ
に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した
範囲内で当業者が実施可能な種々の態様が考えられる。

例えば、Ｃｒが５％の場合はＡＩ＋Ｂ−Ｃｒ／２として
必要な特性を満足してもよい。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本発明にかかる耐熱鋳鋼は、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機械加工性等の生産性と
、従来の高合金耐熱鋳鋼に匹敵する耐熱性（高温強度）
、耐酸化性等をバランス良く兼ね備えた耐熱鋳鋼を提供
することができた。

また、本発明材は成分的にも安価な元素が多く、その添
加量もあまり多くないためコスト的にも有利であり、Ｃ
Ｍが多いことから鋳造時の湯流れ性に優れている。

さらに、本発明は熱処理を行うことにより硬さをＨｖ３
００以下にすることができ、加工性には問題が生じない
という優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明材と比較材のクリープラブチャー試験の
結果を示すグラフ、第２図は本発明材と比較材の耐酸化
性の試験結果を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重量比率で、Ｃ；０．５〜２．５％、Ｓｉ；２．０〜４
   ．５％、Ｍｎ；０．７％以下、Ｐ；０．０１％以下、Ｓ
   ；０．１％以下、Ｃｒ；５．０〜１２．０％、Ａｌ；０
   ．８〜２．０％、Ｂ；０．１〜３．０％、Ａｌ＋Ｂ＜Ｃ
   ｒ／２、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。