[发明专利]球墨铸铁

说明书

技术领域

本发明提供一种具有高的高温强度和耐氧化性的球墨铸铁。

背景技术

球墨铸铁的高温强度和耐氧化性优良，在乘用车或工业机械的柴油机用涡轮增压器的涡轮壳体及排气歧管等中使用。由于近些年的伴随环境规则的燃料利用率提高，因此发动机的排气温度存在上升的倾向。涡轮壳体和排气歧管在因排气而反复曝露于高温等承受急剧的温度变化的条件下使用，因此要求高的高温强度和耐氧化性。

作为以往的涡轮壳体用材料，使用高SiMo球墨铸铁(延性铸铁)，使用界限温度为800℃以下。但是，近些年，对使用温度超过800℃的涡轮壳体的要求提高。

作为代替高SiMo球墨铸铁的具有高的高温强度及耐氧化性的涡轮壳体用材料，有耐蚀高镍铸铁和不锈铸钢。但是，上述的材料在原材料中含有大量的Ni及Cr，因此存在原材料的成本高的问题。

因此，通过合金设计改良球墨铸铁，进行耐热性等高温性能的改良。例如，在专利文献1中公开有在高SiMo铸铁中添加V而得到的铁素体系球墨铸铁。

专利文献1：日本专利第3936849号公报

但是，专利文献1的球墨铸铁虽然能够提高超过800℃的温度下的高温强度，但耐氧化性不充分。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温强度及耐氧化性比以往的高SiMo球墨铸铁提高且延性优良的球墨铸铁。

为了解决上述问题，本发明的球墨铸铁以质量比计含有碳：2.0～4.0％，硅：3.5～5.0％，锰：1.0％以下，铬：0.1～1.0％，钼：0.2～2.0％，钒：0.1～1.0％，镁：0.02～0.1％，剩余部分由铁及不可避免的杂质构成。

本发明的球墨铸铁由于钼含量最佳化，因此具有高的高温强度，并且具有优良的延性。另外，本发明的球墨铸铁含有铬，且铬含量最佳化，因此耐氧化性及延性优良。由此，能够在800℃以上的温度区域使用。另外，与耐蚀高镍铸铁和不锈铸钢相比，能够以低价格制造。

另外，在上述的球墨铸铁中，优选以质量比计还含有钨：0.1～1.0％。或者，优选还含有铌：0.02～0.30％。或者，优选还含有钨：0.1～1.0％及铌：0.02～0.30％。

如此，钨、或铌、或钨及铌这两方的含量最佳化，由此能够进一步提高高温强度。

以下，说明各成分的含量的限定理由。

碳(C)：在铸铁中C和Si是极其重要的成分。C含量在2.0质量％以下，容易生成碳化物，在4.0质量％以上，引起石墨的偏析(碳渣)，强度及韧性降低。因此，使C含量为2.0～4.0质量％。另外，作为表示铸铁的铸造性的指标，碳当量CE＝C％+0.31Si％。通常的球墨铸铁的CE值为4.3～4.5。在4.3以下时容易产生缺欠，在4.5以上时容易引起碳渣。在本发明中，如后所述，由于将Si含量设定得高，因此优选C含量为2.7～3.2质量％的范围。

硅(Si)：Si具有C的石墨化及基体的铁素体化的效果。通常的球墨铸铁的Si含量为2.5质量％左右。在本发明中，Si含量为3.5质量％以上。另外，当Si含量变多时，铸铁的韧性降低，因此上限为5.0质量％。为了进一步提高耐氧化性，优选添加4.3％以上，但当Si含量变多时，铸铁的延性降低，CE值变大而铸造性降低，因此优选上限为4.7质量％。

锰(Mn)：Mn是为了将材料的不可避免的杂质即S以MnS的形式固定而使其无害化所需要的元素。但是，由于是基体的珠光体组织形成元素，因此Mn含量的上限为1.0质量％。

钼(Mo)：Mo是通过固熔于基体中来提高高温下的抗拉强度及屈服应力的元素。在本发明中，添加Mo0.2质量％以上。另外，为了进一步提高耐热性，尤其优选添加0.4质量％以上。当Mo含量变多时，Mo与C结合而成生碳化物，硬度上升而延性降低。因此，Mo含量的上限为2.0质量％。为了不损坏切削性，优选上限为1.0质量％。

钒(V)：V是通过在基体中形成微细的碳化物析出来提高高温下的抗拉强度、屈服应力的元素。在本发明中，添加V0.1质量％以上。当V含量变多时，损害铸铁的延性，因此上限为1.0质量％。另外，由于V的碳化物生成倾向强，因此为妨碍C的球状化的元素。因此优选上限为0.4质量％。

铬(Cr)：Cr是提高高温下的耐氧化性的元素。在本发明中，添加Cr0.1质量％以上。为了进一步提高耐氧化性，尤其优选添加0.2质量％以上。当Cr含量变多时，损害铸铁的延性，因此上限为1.0质量％。另外，由于Cr是碳化物生成倾向强且妨碍C的球状化的元素，并且使基体中的碳化物尺寸粗大，由此优选上限为0.4质量％。