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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-04-26
(45)【発行日】2023-05-09
(54)【発明の名称】オーステナイト系耐熱鋳鋼および排気系部品
(51)【国際特許分類】
C22C 38/00 20060101AFI20230427BHJP
C22C 38/60 20060101ALI20230427BHJP
【ＦＩ】
C22C38/00 302Z
C22C38/60
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2021532566
(86)(22)【出願日】2019-07-12
(86)【国際出願番号】 JP2019027742
(87)【国際公開番号】W WO2021009807
(87)【国際公開日】2021-01-21
【審査請求日】2022-05-24
(73)【特許権者】
【識別番号】505295684
【氏名又は名称】ヒノデホールディングス株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】593160002
【氏名又は名称】山形精密鋳造株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】根本 嵩
(72)【発明者】
【氏名】戸渡 貴大
(72)【発明者】
【氏名】梅谷 拓郎
【審査官】岡田 眞理
(56)【参考文献】
【文献】特開２００２－１６７６５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－１９４５１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１６／０５２７５０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００５－３２０６０６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２２Ｃ ３８／００－３８／６０
Ｃ２２Ｃ ３０／００
Ｆ０１Ｎ １３／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
０．３から０．７質量％のＣ、１．２から１．８質量％のＳｉ、０．６から１．４質量％のＭｎ、０．０５から０．２５質量％のＳ、１８．０から２７．０質量％のＣｒ、１３．０から２３．０質量％のＮｉ、０．７０から１．００質量％のＮｂ、２．０から４．０質量％のＷ、０．１から０．４質量％のＭｏ、０．１から０．３質量％のＮ、０．００５から０．０３０質量％のＴｉ、および、Ｆｅおよび不可避不純物である残部からなる、オーステナイト系耐熱鋳鋼。【請求項2】
Ｔｉの含有量は、０．００８から０．０１８質量％である、請求項１に記載のオーステナイト系耐熱鋳鋼。【請求項3】
請求項１または２に記載のオーステナイト系耐熱鋳鋼で作られた排気系部品。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、オーステナイト系耐熱鋳鋼および排気系部品に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１（特開２０００－２９１４３０号公報）には、高Ｃｒ高Ｎｉオーステナイト系耐熱鋳鋼製である、排気系部品が開示されている。特許文献１に開示された排気系部品において、高Ｃｒ高Ｎｉオーステナイト系耐熱鋳鋼は、質量比で、Ｃ：０．２～１．０％，Ｓｉ：２％以下，Ｍｎ：２％以下，Ｐ：０．０４％以下，Ｓ：０．０５～０．２５％，Ｃｒ：２０～３０％，Ｎｉ：１６～３０％，残部：Ｆｅおよび不可避不純物を含む組成からなる。また、特許文献１に開示された排気系部品において、高Ｃｒ高Ｎｉオーステナイト系耐熱鋳鋼は、質量比で、Ｗ：１～４％および／またはＮｂ：１％を超え４％以下を含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０００－２９１４３０号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明の実施形態の一態様は、０．３から０．７質量％のＣ、１．２から１．８質量％のＳｉ、０．６から１．４質量％のＭｎ、０．０５から０．２５質量％のＳ、１８．０から２７．０質量％のＣｒ、１３．０から２３．０質量％のＮｉ、０．７０から１．００質量％のＮｂ、２．０から４．０質量％のＷ、０．１から０．４質量％のＭｏ、０．１から０．３質量％のＮ、０．００５から０．０３０質量％のＴｉ、および、Ｆｅおよび不可避不純物である残部からなる、オーステナイト系耐熱鋳鋼である。
【0005】
上記オーステナイト系耐熱鋳鋼によれば、Ｎｂの含有量の上限を１．００質量％にすることでＦｅ基地中に生成される炭化物量の減少を抑制するとともに、Ｔｉの含有量を０．００５から０．０３０質量％にすることでＦｅ基地中にＮｂおよびＣｒの共晶炭化物を網目状に連続的に分布させることができる。このため、Ｆｅ基地中における炭化物同士のネットワークを強固にすることができる。したがって、高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。
【0006】
上記オーステナイト系耐熱鋳鋼において、Ｔｉの含有量が０．００５質量％を下回ると、Ｆｅ基地中にＮｂおよびＣｒの共晶炭化物を網目状に連続的に分布させにくくなるため好ましくない。Ｔｉの含有量が０．０３０質量％を上回ると、Ｆｅ基地中における炭化物同士のネットワークが分断されやすくなるため好ましくない。また、Ｎｂの含有量が０．７０質量％を下回ると、Ｆｅ基地中に生成されるＮｂ炭化物量が減少するため好ましくない。Ｎｂの含有量が１．００質量％を上回ると、Ｎｂ炭化物量は増加するもののＭ２３Ｃ６型炭化物量が減少することでトータルの炭化物量が減少するため好ましくない。
【0007】
上記オーステナイト系耐熱鋳鋼において、Ｔｉの含有量は、０．００８から０．０１８質量％であることが好ましい。
【0008】
本発明の実施形態の他の態様は、上記オーステナイト系耐熱鋳鋼で作られた排気系部品である。１０００℃付近の排気ガスに曝される自動車の排気系部品の高温域における強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態であるオーステナイト系耐熱鋳鋼について説明する。なお、以下に示す実施形態により本発明が限定されるものではない。
【0011】
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、０．３から０．７質量％のＣ、１．２から１．８質量％のＳｉ、０．６から１．４質量％のＭｎ、０．０５から０．２５質量％のＳ、１８．０から２７．０質量％のＣｒ、１３．０から２３．０質量％のＮｉ、０．７０から１．００質量％のＮｂ、２．０から４．０質量％のＷ、０．１から０．４質量％のＭｏ、０．１から０．３質量％のＮ、０．００５から０．０３０質量％のＴｉ、および、Ｆｅおよび不可避不純物である残部からなる。
【0012】
なお、本開示において、「オーステナイト系耐熱鋳鋼」は、主相としてオーステナイト相を含む耐熱鋳鋼を意味する。元素の「質量％」は、オーステナイト系耐熱鋳鋼の質量に対する元素の質量の百分率を意味する。「ＡからＢ質量％の元素」の表記は、元素の質量％がＡ％以上Ｂ％以下であることを意味する。「残部」は、オーステナイト系耐熱鋳鋼を構成する成分のうち、列挙された元素以外の成分を意味する。例えば、「・・・Ｃ、・・・Ｓｉ、・・・Ｍｎ、・・・Ｓ、・・・Ｃｒ、・・・Ｎｉ、・・・Ｎｂ、・・・Ｗ、・・・Ｍｏ、・・・Ｎ、・・・Ｔｉ、および、Ｆｅおよび不可避不純物である残部からなる、オーステナイト系耐熱鋳鋼」は、オーステナイト系耐熱鋳鋼を構成する成分のうち、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎ、およびＴｉ以外の成分がＦｅおよび不可避不純物であることを意味する。
【0013】
（Ｃ：炭素）
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、０．３から０．７質量％のＣを含む。Ｃの含有量の下限が０．３質量％であるので、Ｆｅ基地の固溶強化および炭化物の析出強化によりオーステナイト系耐熱鋳鋼を高強度化することができる。さらに、オーステナイト相の液相線温度の上昇を抑制することによりオーステナイト系耐熱鋳鋼の鋳造性（溶湯の流動性）を向上させることができる。またＣの含有量の上限が０．７質量％であるので、過剰な量の炭化物の生成を抑制することにより、オーステナイト系耐熱鋳鋼が塑性変形した際の亀裂の発生を低減することができる。
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、０．３から０．７質量％のＣを含む。Ｃの含有量の下限が０．３質量％であるので、Ｆｅ基地の固溶強化および炭化物の析出強化によりオーステナイト系耐熱鋳鋼を高強度化することができる。さらに、オーステナイト相の液相線温度の上昇を抑制することによりオーステナイト系耐熱鋳鋼の鋳造性（溶湯の流動性）を向上させることができる。またＣの含有量の上限が０．７質量％であるので、過剰な量の炭化物の生成を抑制することにより、オーステナイト系耐熱鋳鋼が塑性変形した際の亀裂の発生を低減することができる。
【0014】
（Ｓｉ：ケイ素）
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、１．２から１．８質量％のＳｉを含む。Ｓｉの含有量の下限が１．２質量％であるので、オーステナイト系耐熱鋳鋼の耐酸化性を向上させることができる。また、Ｓｉの含有量の上限が１．８質量％であるので、ＦｅおよびＣｒの金属間化合物であるσ相（脆化相）の生成を低減することにより、高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の靱性を向上させることができる。
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、１．２から１．８質量％のＳｉを含む。Ｓｉの含有量の下限が１．２質量％であるので、オーステナイト系耐熱鋳鋼の耐酸化性を向上させることができる。また、Ｓｉの含有量の上限が１．８質量％であるので、ＦｅおよびＣｒの金属間化合物であるσ相（脆化相）の生成を低減することにより、高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の靱性を向上させることができる。
【0015】
（Ｍｎ：マンガン）
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、０．６から１．４質量％のＭｎを含む。Ｍｎの含有量の下限が０．６質量％であるので、Ｓと結合して硫化物を形成し、硫化物の潤滑作用により耐オーステナイト系耐熱鋳鋼の切削性を向上させることができる。また、Ｍｎの含有量の上限が１．４質量％であるので、過剰な量の硫化物の生成を抑制することにより、オーステナイト系耐熱鋳鋼の鋳肌表面における凹凸の発生を低減することができる。
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、０．６から１．４質量％のＭｎを含む。Ｍｎの含有量の下限が０．６質量％であるので、Ｓと結合して硫化物を形成し、硫化物の潤滑作用により耐オーステナイト系耐熱鋳鋼の切削性を向上させることができる。また、Ｍｎの含有量の上限が１．４質量％であるので、過剰な量の硫化物の生成を抑制することにより、オーステナイト系耐熱鋳鋼の鋳肌表面における凹凸の発生を低減することができる。
【0016】
（Ｓ：硫黄）
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、０．０５から０．２５質量％のＳを含む。Ｓの含有量の下限が０．０５質量％であるので、Ｍｎと結合して硫化物を形成することにより、オーステナイト系耐熱鋳鋼の切削性を向上させることができる。また、Ｓの含有量の上限が１．４質量％であるので、過剰な量の硫化物の析出を低減することにより、１０００℃付近の高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、０．０５から０．２５質量％のＳを含む。Ｓの含有量の下限が０．０５質量％であるので、Ｍｎと結合して硫化物を形成することにより、オーステナイト系耐熱鋳鋼の切削性を向上させることができる。また、Ｓの含有量の上限が１．４質量％であるので、過剰な量の硫化物の析出を低減することにより、１０００℃付近の高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。
【0017】
（Ｃｒ：クロム）
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、１８．０から２７．０質量％のＣｒを含む。Ｃｒの含有量の下限が１８．０質量％であるので、オーステナイト系耐熱鋳鋼の耐酸化性を向上させることができる。また、Ｃｒの含有量の上限が２７．０質量％であるので、Ｃｒ炭化物とオーステナイト相との共晶界面において亀裂の伝搬経路となる脆化相の生成を低減することにより、高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、１８．０から２７．０質量％のＣｒを含む。Ｃｒの含有量の下限が１８．０質量％であるので、オーステナイト系耐熱鋳鋼の耐酸化性を向上させることができる。また、Ｃｒの含有量の上限が２７．０質量％であるので、Ｃｒ炭化物とオーステナイト相との共晶界面において亀裂の伝搬経路となる脆化相の生成を低減することにより、高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。
【0018】
（Ｎｉ：ニッケル）
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、１３．０から２３．０質量％のＮｉを含む。Ｎｉの含有量の下限が１３．０質量％であるので、脆化相の生成を低減することにより高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。また、Ｎｉの含有量の上限が２３．０質量％であるので、Ｆｅ基地中へのＮｉ固溶量の減少に伴いＣ固溶量を増加させ、過剰な量のＣｒ炭化物の晶出を低減することにより、高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。さらに、オーステナイト系耐熱鋳鋼を製造するための費用を低減することができる。
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、１３．０から２３．０質量％のＮｉを含む。Ｎｉの含有量の下限が１３．０質量％であるので、脆化相の生成を低減することにより高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。また、Ｎｉの含有量の上限が２３．０質量％であるので、Ｆｅ基地中へのＮｉ固溶量の減少に伴いＣ固溶量を増加させ、過剰な量のＣｒ炭化物の晶出を低減することにより、高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。さらに、オーステナイト系耐熱鋳鋼を製造するための費用を低減することができる。
【0019】
（Ｎｂ：ニオブ）
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、０．７０から１．００質量％のＮｂを含む。Ｎｂの含有量の下限が０．７０質量％であるので、Ｎｂ炭窒化物の量を増加させることにより、高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。また、Ｎｂの含有量の上限が１．００質量％であるので、主にＣｒやＦｅなどの金属元素ＭとＣとから構成されるＭ２３Ｃ６型炭化物量の減少を抑制することにより、Ｆｅ基地中におけるトータルの炭化物量の減少を抑制することができる。さらに、フェライト相および脆化相の生成を低減することにより高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。さらに、オーステナイト系耐熱鋳鋼を製造するための費用を低減することができる。
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、０．７０から１．００質量％のＮｂを含む。Ｎｂの含有量の下限が０．７０質量％であるので、Ｎｂ炭窒化物の量を増加させることにより、高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。また、Ｎｂの含有量の上限が１．００質量％であるので、主にＣｒやＦｅなどの金属元素ＭとＣとから構成されるＭ２３Ｃ６型炭化物量の減少を抑制することにより、Ｆｅ基地中におけるトータルの炭化物量の減少を抑制することができる。さらに、フェライト相および脆化相の生成を低減することにより高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。さらに、オーステナイト系耐熱鋳鋼を製造するための費用を低減することができる。
【0020】
（Ｗ：タングステン）
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、２．０から４．０質量％のＷを含む。Ｗの含有量の下限が２．０質量％であるので、Ｆｅ基地の固溶強化およびＷ炭化物の析出強化により高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。また、Ｗの含有量の上限が４．０質量％であるので、過剰な量のＷ炭化物の生成を抑制することにより、オーステナイト系耐熱鋳鋼が塑性変形した際の亀裂の発生を低減することができる。さらに、オーステナイト系耐熱鋳鋼を製造するための費用を低減することができる。
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、２．０から４．０質量％のＷを含む。Ｗの含有量の下限が２．０質量％であるので、Ｆｅ基地の固溶強化およびＷ炭化物の析出強化により高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。また、Ｗの含有量の上限が４．０質量％であるので、過剰な量のＷ炭化物の生成を抑制することにより、オーステナイト系耐熱鋳鋼が塑性変形した際の亀裂の発生を低減することができる。さらに、オーステナイト系耐熱鋳鋼を製造するための費用を低減することができる。
【0021】
（Ｍｏ：モリブデン）
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、０．１から０．４質量％のＭｏを含む。Ｍｏの含有量の下限が０．１質量％であるので、Ｆｅ基地の固溶強化およびＭｏ炭化物の析出強化により高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。また、Ｍｏの含有量の上限が０．４質量％であるので、過剰な量のＭｏ炭化物の生成を抑制することにより、オーステナイト系耐熱鋳鋼が塑性変形した際の亀裂の発生を低減することができる。さらに、オーステナイト系耐熱鋳鋼を製造するための費用を低減することができる。
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、０．１から０．４質量％のＭｏを含む。Ｍｏの含有量の下限が０．１質量％であるので、Ｆｅ基地の固溶強化およびＭｏ炭化物の析出強化により高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。また、Ｍｏの含有量の上限が０．４質量％であるので、過剰な量のＭｏ炭化物の生成を抑制することにより、オーステナイト系耐熱鋳鋼が塑性変形した際の亀裂の発生を低減することができる。さらに、オーステナイト系耐熱鋳鋼を製造するための費用を低減することができる。
【0022】
（Ｎ：窒素）
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、０．１から０．３質量％のＮを含む。Ｎの含有量の下限が０．１質量％であるので、Ｆｅ基地の固溶強化およびＮｂ炭窒化物の析出強化により高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。また、Ｎの含有量の上限が０．３質量％であるので、オーステナイト系耐熱鋳鋼を鋳造する際にピンホールやブローホール等のガス欠陥の発生を低減することができる。
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、０．１から０．３質量％のＮを含む。Ｎの含有量の下限が０．１質量％であるので、Ｆｅ基地の固溶強化およびＮｂ炭窒化物の析出強化により高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。また、Ｎの含有量の上限が０．３質量％であるので、オーステナイト系耐熱鋳鋼を鋳造する際にピンホールやブローホール等のガス欠陥の発生を低減することができる。
【0023】
（Ｔｉ：チタン）
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、０．００５から０．０３０質量％のＴｉを含む。Ｔｉの含有量の下限が０．００５質量％であるので、Ｆｅ基地中にＮｂおよびＣｒの共晶炭化物を網目状に連続的に分布させることができる。また、Ｔｉの含有量の上限が０．０３０質量％であるので、Ｆｅ基地中における炭化物同士のネットワークの分断を抑制することができる。このように、Ｔｉの含有量を０．００５から０．０３０質量％にすることにより、Ｆｅ基地中における炭化物同士のネットワークを強固にすることができる。したがって、高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼は、０．００５から０．０３０質量％のＴｉを含む。Ｔｉの含有量の下限が０．００５質量％であるので、Ｆｅ基地中にＮｂおよびＣｒの共晶炭化物を網目状に連続的に分布させることができる。また、Ｔｉの含有量の上限が０．０３０質量％であるので、Ｆｅ基地中における炭化物同士のネットワークの分断を抑制することができる。このように、Ｔｉの含有量を０．００５から０．０３０質量％にすることにより、Ｆｅ基地中における炭化物同士のネットワークを強固にすることができる。したがって、高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。
【0024】
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼において、Ｔｉの含有量の下限は、０．００６５質量％であることが好ましく、０．００８質量％であることがさらに好ましい。Ｆｅ基地中に網目状に分布するＮｂおよびＣｒの共晶炭化物の連続性を向上させることができる。さらに、Ｔｉの含有量の上限は、０．０２６質量％であることが好ましく、０．０２２質量％であることがさらに好ましく、０．０１８質量％であることがさらに好ましい。Ｆｅ基地中における炭化物同士のネットワークを確実に維持することができる。
【0025】
（Ｆｅ：鉄、不可避不純物）
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼における残部は、Ｆｅおよび不可避不純物である。残部に含まれるＦｅは、面心立方格子構造を有するγ鉄である。残部に含まれる不可避不純物としては、例えば、Ｐ（リン）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｖ（バナジウム）、Ｃｏ（コバルト）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｎ（スズ）、Ｃａ（カルシウム）、Ｂ（ホウ素）、Ｐｂ（鉛）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｃｅ（セリウム）、Ｔｅ（テルル）、Ｌａ（ランタン）、Ｂｉ（ビスマス）、およびＺｎ（亜鉛）等の元素が挙げられる。不可避不純物の含有量は、合計で１．０質量％以下であることが好ましく、合計で０．８質量％以下であることがさらに好ましく、合計で０．７質量％以下であることがさらに好ましい。
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼における残部は、Ｆｅおよび不可避不純物である。残部に含まれるＦｅは、面心立方格子構造を有するγ鉄である。残部に含まれる不可避不純物としては、例えば、Ｐ（リン）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｖ（バナジウム）、Ｃｏ（コバルト）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｎ（スズ）、Ｃａ（カルシウム）、Ｂ（ホウ素）、Ｐｂ（鉛）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｃｅ（セリウム）、Ｔｅ（テルル）、Ｌａ（ランタン）、Ｂｉ（ビスマス）、およびＺｎ（亜鉛）等の元素が挙げられる。不可避不純物の含有量は、合計で１．０質量％以下であることが好ましく、合計で０．８質量％以下であることがさらに好ましく、合計で０．７質量％以下であることがさらに好ましい。
【0026】
このように、本実施形態によれば、Ｎｂの含有量の上限を１．００質量％にすることでＦｅ基地中に生成される炭化物量の減少を抑制するとともに、Ｔｉの含有量を０．００５から０．０３０質量％にすることでＦｅ基地中にＮｂおよびＣｒの共晶炭化物を網目状に連続的に分布させることができる。このため、Ｆｅ基地中における炭化物同士のネットワークを強固にすることができる。したがって、１０００℃付近の高温域におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の強度を向上させることができる。さらに、Ｎｂの含有量の上限を１．００質量％に抑えつつ、Ｔｉの添加量を微量（０．００５から０．０３０質量％）に抑えることができるため、高温域における強度を向上させたオーステナイト系耐熱鋳鋼を安価に提供することができる。
【0027】
したがって、本実施形態のオーステナイト系耐熱鋳鋼を材料として使用することにより、高温域における強度を向上させた様々なオーステナイト系耐熱鋳鋼品を製造することができる。典型的なオーステナイト系耐熱鋳鋼品は、１０００℃付近の排気ガスに曝される自動車の排気系部品である。排気系部品の一例は、エキゾーストマニホールド、タービンハウジング、およびウェイストゲートバルブ等である。
【0028】
（実施例）
図１に、本実施形態に係るオーステナイト系耐熱鋳鋼の実施例および比較例の組成を示す。実施例および比較例として、図１に示す元素の組成（Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎ、およびＴｉ）を含むオーステナイト系耐熱鋳鋼を製造した。なお、実施例および比較例において、図１に示す元素以外の残部は、鉄および微量の不可避不純物である。
図１に、本実施形態に係るオーステナイト系耐熱鋳鋼の実施例および比較例の組成を示す。実施例および比較例として、図１に示す元素の組成（Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎ、およびＴｉ）を含むオーステナイト系耐熱鋳鋼を製造した。なお、実施例および比較例において、図１に示す元素以外の残部は、鉄および微量の不可避不純物である。
【0029】
図２に、実施例および比較例に係るオーステナイト系耐熱鋳鋼についての引張試験の結果を示す。図２における試験温度（℃）、引張強さ（ＭＰａ）および０．２％耐力（ＭＰａ）は、オーステナイト系耐熱鋳鋼の試験片についてＪＩＳ Ｚ ２２４１（金属材料引張試験方法）に従って測定された値である。
【0030】
（実施例１～９と比較例１との対比）
図１に示すように、実施例１～９は、Ｔｉの含有量の下限が０．００５質量％である。一方、比較例１は、Ｔｉを含まないものである。図２に示すように、１０００℃の試験温度において、実施例１～９の引張強さは、比較例１の引張強さよりも大きい。また、１０００℃の試験温度において、実施例１～９の０．２％耐力は、比較例１の０．２％耐力よりも大きい。このように、Ｔｉの含有量の下限が０．００５質量％である場合には、１０００℃の試験温度におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の引張強さおよび０．２％耐力を向上させることができることを確認することができた。
図１に示すように、実施例１～９は、Ｔｉの含有量の下限が０．００５質量％である。一方、比較例１は、Ｔｉを含まないものである。図２に示すように、１０００℃の試験温度において、実施例１～９の引張強さは、比較例１の引張強さよりも大きい。また、１０００℃の試験温度において、実施例１～９の０．２％耐力は、比較例１の０．２％耐力よりも大きい。このように、Ｔｉの含有量の下限が０．００５質量％である場合には、１０００℃の試験温度におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の引張強さおよび０．２％耐力を向上させることができることを確認することができた。
【0031】
（実施例１～９と比較例２および３との対比）
図１に示すように、実施例１～９は、Ｔｉの含有量の上限が０．０３０質量％である。一方、比較例１は、０．０３０質量％を超えるＴｉを含む。図２に示すように、１０００℃の試験温度において、実施例１～９の引張強さは、比較例２または比較例３の引張強さよりも大きい。また、１０００℃の試験温度において、実施例１～９の０．２％耐力は、比較例２または比較例３の０．２％耐力よりも大きい。このように、Ｔｉの含有量の上限が０．０３０質量％である場合には、１０００℃の試験温度におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の引張強さおよび０．２％耐力を向上させることができることを確認することができた。
図１に示すように、実施例１～９は、Ｔｉの含有量の上限が０．０３０質量％である。一方、比較例１は、０．０３０質量％を超えるＴｉを含む。図２に示すように、１０００℃の試験温度において、実施例１～９の引張強さは、比較例２または比較例３の引張強さよりも大きい。また、１０００℃の試験温度において、実施例１～９の０．２％耐力は、比較例２または比較例３の０．２％耐力よりも大きい。このように、Ｔｉの含有量の上限が０．０３０質量％である場合には、１０００℃の試験温度におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の引張強さおよび０．２％耐力を向上させることができることを確認することができた。
【0032】
（実施例２～７と実施例１との対比）
図１に示すように、実施例２～７は、Ｔｉの含有量の下限が０．００８質量％である。一方、実施例１は、Ｔｉの含有量が０．００８質量％未満である。図２に示すように、１０００℃の試験温度において、実施例２～７の引張強さは、実施例１の引張強さよりも大きい。また、１０００℃の試験温度において、実施例２～７の０．２％耐力は、実施例１の０．２％耐力よりも大きい。このように、Ｔｉの含有量の下限が０．００８質量％である場合には、１０００℃の試験温度におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の引張強さおよび０．２％耐力をさらに向上させることができることを確認することができた。
図１に示すように、実施例２～７は、Ｔｉの含有量の下限が０．００８質量％である。一方、実施例１は、Ｔｉの含有量が０．００８質量％未満である。図２に示すように、１０００℃の試験温度において、実施例２～７の引張強さは、実施例１の引張強さよりも大きい。また、１０００℃の試験温度において、実施例２～７の０．２％耐力は、実施例１の０．２％耐力よりも大きい。このように、Ｔｉの含有量の下限が０．００８質量％である場合には、１０００℃の試験温度におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の引張強さおよび０．２％耐力をさらに向上させることができることを確認することができた。
【0033】
（実施例２～７と実施例６および７との対比）
図１に示すように、実施例２～７は、Ｔｉの含有量の上限が０．０１８質量％である。一方、実施例６および７は、Ｔｉの含有量が０．０１８質量％を超える。図２に示すように、１０００℃の試験温度において、実施例２～７の引張強さは、実施例６または実施例７の引張強さよりも大きい。また、１０００℃の試験温度において、実施例２～７の０．２％耐力は、実施例６または実施例７の０．２％耐力よりも大きい。このように、Ｔｉの含有量の上限が０．０１８質量％である場合には、１０００℃の試験温度におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の引張強さおよび０．２％耐力をさらに向上させることができることを確認することができた。
図１に示すように、実施例２～７は、Ｔｉの含有量の上限が０．０１８質量％である。一方、実施例６および７は、Ｔｉの含有量が０．０１８質量％を超える。図２に示すように、１０００℃の試験温度において、実施例２～７の引張強さは、実施例６または実施例７の引張強さよりも大きい。また、１０００℃の試験温度において、実施例２～７の０．２％耐力は、実施例６または実施例７の０．２％耐力よりも大きい。このように、Ｔｉの含有量の上限が０．０１８質量％である場合には、１０００℃の試験温度におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の引張強さおよび０．２％耐力をさらに向上させることができることを確認することができた。
【0034】
（オーステナイト系耐熱鋳鋼の組織についての観察）
図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、および図３Ｄに、オーステナイト系耐熱鋳鋼の試験片の組織についての観察結果を示す。図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、および図３Ｄは、それぞれ、比較例１、実施例２、実施例７、および比較例３に係るオーステナイト系耐熱鋳鋼のミクロ組織について、走査型電子顕微鏡により観察された結果を示す図である。
図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、および図３Ｄに、オーステナイト系耐熱鋳鋼の試験片の組織についての観察結果を示す。図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、および図３Ｄは、それぞれ、比較例１、実施例２、実施例７、および比較例３に係るオーステナイト系耐熱鋳鋼のミクロ組織について、走査型電子顕微鏡により観察された結果を示す図である。
【0035】
比較例１は、Ｔｉを含まないものである（図１参照）。このため、図３Ａに示すように、比較例１においては、Ｆｅ基地中に生成する炭窒化物が分断され、非連続的に分布している。この結果、図２に示すように、比較例１においては、１０００℃の試験温度におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の引張強さおよび０．２％耐力を向上させることが困難となっている。
【0036】
実施例２は、Ｔｉの含有量が０．００８質量％であり、実施例７は、Ｔｉの含有量が０．０１８質量％である（図１参照）。このため、図３Ｂおよび図３Ｃに示すように、実施例２および実施例７においては、Ｆｅ基地中に生成する炭窒化物が網目状に連続的に分布している。この結果、図２に示すように、実施例２および実施例７においては、１０００℃の試験温度におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の引張強さおよび０．２％耐力を向上させることができている。
【0037】
比較例３は、Ｔｉの含有量が０．１３０質量％である（図１参照）。このため、図３Ｄに示すように、Ｆｅ基地中に生成する炭窒化物の連続性が失われ、非連続的に分布している。この結果、図２に示すように、比較例３においては、１０００℃の試験温度におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の引張強さおよび０．２％耐力を向上させることが困難となっている。
【0038】
（オーステナイト系耐熱鋳鋼の組織についての分析）
図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、および図４Ｄに、オーステナイト系耐熱鋳鋼の試験片の組織についての分析結果を示す。図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、および図４Ｄは、それぞれ、比較例１、実施例２、実施例７、および比較例３に係るオーステナイト系耐熱鋳鋼のＦｅ基地中におけるＮｂ炭化物１０およびＣｒ炭化物２０の分布状態について、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）により分析された結果を示す図である。
図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、および図４Ｄに、オーステナイト系耐熱鋳鋼の試験片の組織についての分析結果を示す。図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、および図４Ｄは、それぞれ、比較例１、実施例２、実施例７、および比較例３に係るオーステナイト系耐熱鋳鋼のＦｅ基地中におけるＮｂ炭化物１０およびＣｒ炭化物２０の分布状態について、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）により分析された結果を示す図である。
【0039】
比較例１は、Ｔｉを含まないものである（図１参照）。このため、図４Ａに示すように、比較例１においては、Ｆｅ基地中に生成するＮｂ炭化物１０とＣｒ炭化物２０とが分離して分布している。このため、炭化物同士のネットワークを形成することが困難となっている。
【0040】
実施例２は、Ｔｉの含有量が０．００８質量％であり、実施例７は、Ｔｉの含有量が０．０１８質量％である（図１参照）。このため、図４Ｂおよび図４Ｃに示すように、実施例２および実施例７においては、Ｆｅ基地中に生成するＮｂ炭化物１０とＣｒ炭化物２０とが、オーステナイト相の結晶粒界に沿って共存するように共晶炭化物として析出している。このため、ＮｂおよびＣｒの共晶炭化物が網目状に連続的に分布することで、炭化物同士の強固なネットワークを形成することができている。
【0041】
比較例３は、Ｔｉの含有量が０．１３０質量％である（図１参照）。このため、図４Ｄに示すように、ＮｂおよびＣｒの共晶炭化物の連続性が失われ、非連続的に分布している。このため、炭化物同士のネットワークが分断されてしまっている。
【0042】
このように、オーステナイト系耐熱鋳鋼の試験片の組織について分析した結果、Ｔｉの含有量を０．００５から０．０３０質量％にすることでＦｅ基地中にＮｂおよびＣｒの共晶炭化物を網目状に連続的に分布させ、Ｆｅ基地中における炭化物同士のネットワークを強固にすることができることを確認することができた。この結果、図２に示すように、実施例１～実施例９においては、１０００℃の試験温度におけるオーステナイト系耐熱鋳鋼の引張強さおよび０．２％耐力を向上させることができている。
【符号の説明】
【0043】
１０ Ｎｂ炭化物
２０ Ｃｒ炭化物
２０ Ｃｒ炭化物
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
