[发明专利]被削性优异的奥氏体系耐热铸钢和由其构成的排气系统零件

说明书

技术领域

本发明涉及适合汽车用的汽油机和柴油机的排气系统零件等的耐热铸钢，特别是涉及被削性优异的奥氏体系耐热铸钢，和由其构成的排气系统零件。

背景技术

近年来，全球规模的环境负荷的降低和环境保护得到呼吁，对于汽车，强烈要求为了削减大气污染物质的排放量而进行尾气净化，以及为了抑制作为全球变暖的一个因素的CO₂的排放量而提高燃油经济性(低油耗化)。为了应对汽车的尾气净化和燃油效率改善，发动机自身的高性能化和低油耗化、尾气的净化、车辆的轻量化、减小车体的空气阻力、从发动机向驱动系统的损失少的高效率的动力传输等各种各样的技术得到开发并被采用。

作为用于发动机自身的高性能化和低油耗化的技术，可列举燃料的直喷化、燃料喷射的高压化、压缩比的增大、涡轮增压机(增压器)的采用带来的排气量削减、发动机的小型轻量化(缩小化)等，这并不限于高级车，也被导入到低端车。其结果是，处于以更高温高压使燃料燃烧的倾向，随之而来的是，从发动机的燃烧室向排气系统零件排出的尾气的温度也处于上升倾向。例如，在低端车中，尾气温度也达到与高级赛车一样的1000℃以上，排气系统零件的表面温度也超过950℃。如此被曝露在高温的氧化性气体中的排气系统零件，在比以往严酷的氧化环境下受到来自发动机的运转和停止所带来的加热/冷却的反复热循环，比以往任何时候都更加要求耐氧化性、高温强度、热疲劳寿命等的耐热性的提高。

历来，用于汽车的汽油机和柴油机的排气歧管、涡轮壳等的排气系统零件，由于形状复杂，所以由形状自由度高的铸件制造，而且由于使用条件高温而严酷，所以使用高Si球状石墨铸铁、高镍铸铁(Ni-Cr系奥氏体铸铁)等的耐热铸铁、铁素体系耐热铸钢、奥氏体系耐热铸钢等。

但是，高Si球状石墨铸铁和高镍铸铁这样现有的耐热铸铁，在尾气温度为900℃以下，作为排气系统零件的温度截止至850℃程度以下时具有比较高的强度，但在曝露于超过900℃的尾气的环境下则强度降低，另外耐氧化性和热疲劳寿命等的耐热性也降低。另外还有铁素体系耐热铸钢通常在900℃以上的高温强度也差这样的问题。

作为比耐热铸铁和铁素体系耐热铸钢更能耐受高温的材料，有奥氏体系耐热铸钢。例如，WO 2005/103314提出一种高Cr高Ni奥氏体系耐热铸钢，其以重量基准计，含有C：0.2～1.0％、Si：3％以下、Mn：2％以下、S：0.5％以下、Cr：15～30％、Ni：6～30％、W和/或Mo：0.5～6％(为W+2Mo)、Nb：0.5～5％、N：0.01～0.5％、Al：0.23％以下和O：0.07％以下，余量实质上由Fe和不可避免的杂质构成。该奥氏体系耐热铸钢，具有高超的高温屈服强度、耐氧化性和室温延伸率，特别是因为曝露在高达1000℃以上的高温尾气时的热疲劳寿命优异，所以适合于汽车用发动机的排气系统零件等。

排气系统零件在铸造后要对与发动机和周边零件的安装面、安装孔等的连接部位，要求尺寸精度的部位等实施切削等的机械加工，之后再组装到汽车上，因此需要具有高被削性。可是，用于排气系统零件的耐热铸钢一般是被削性差的难削材料，特别是奥氏体系耐热铸钢，因为大量含有Cr和Ni而具有高强度，所以被削性差。因此，切削由奥氏体系耐热铸钢构成的排气系统零件时，需要具有很高的硬度和强度的比较高价的切削工具，工具寿命也短，因此工具更换的频率高，加工成本上升，此外还要被迫进行低速下的切削，因为切削花费时间长，所以加工效率低。如此由奥氏体系耐热铸钢构成的排气系统零件的机械加工，存在生产率和经济性低的问题点。从被削性的观点出发，可知WO 2005/103314的奥氏体系耐热铸钢还有改善的余地。

发明内容

因此本发明的目的在于提供一种在1000℃附近具有优异的耐热性，并且具有优异的被削性的奥氏体系耐热铸钢，和由这种奥氏体系耐热铸钢构成的排气系统零件。

【用于解决课题的手段】

鉴于上述目的，以WO 2005/103314的奥氏体系耐热铸钢为基础而锐意研究，结果本发明者等发现，若在该奥氏体系耐热铸钢添加期望量的Al和S，并且将C、Mn、Cr、Ni、Nb和N的含量限定在适当范围，则能够一边确保1000℃附近的优异的耐热性一边改善被削性，从而想到本发明。

即，被削性优异的本发明的奥氏体系耐热铸钢，其特征在于，

以质量基准计，含有

C：0.4～0.55％、

Si：1～2％、

Mn：0.5～1.5％、

Cr：18～27％、