被削性優(yōu)異的奧氏體系耐熱鑄鋼和由其構(gòu)成的排氣系統(tǒng)零件的制作方法
【專利摘要】一種被削性優(yōu)異的奧氏體系耐熱鑄鋼和由其構(gòu)成的排氣系統(tǒng)零件，所述奧氏體系耐熱鑄鋼以質(zhì)量基準計，含有C：0.4～0.55％、Si：1～2％、Mn：0.5～1.5％、Cr：18～27％、Ni：8～22％、Nb：1.5～2.5％、N：0.01～0.3％、S：0.1～0.2％和Al：0.02～0.15％，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，并且由下式：I＝100×S+75×Al+0.75×Mn-10×C-2×Nb-0.25×Cr-0.15×Ni-1.2×N(其中，各元素符號表示鑄鋼中的各元素的質(zhì)量％。)表示的被削性指數(shù)(I值)滿足-3.0≤I值≤+14.0的條件。
【專利說明】被削性優(yōu)異的奧氏體系耐熱鑄鋼和由其構(gòu)成的排氣系統(tǒng)零 件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及適合汽車用的汽油機和柴油機的排氣系統(tǒng)零件等的耐熱鑄鋼，特別是 涉及被削性優(yōu)異的奧氏體系耐熱鑄鋼，和由其構(gòu)成的排氣系統(tǒng)零件。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，全球規(guī)模的環(huán)境負荷的降低和環(huán)境保護得到呼吁，對于汽車，強烈要求為 了削減大氣污染物質(zhì)的排放量而進行尾氣凈化，以及為了抑制作為全球變暖的一個因素的 CO 2的排放量而提高燃油經(jīng)濟性（低油耗化）。為了應(yīng)對汽車的尾氣凈化和燃油效率改善， 發(fā)動機自身的高性能化和低油耗化、尾氣的凈化、車輛的輕量化、減小車體的空氣阻力、從 發(fā)動機向驅(qū)動系統(tǒng)的損失少的高效率的動力傳輸?shù)雀鞣N各樣的技術(shù)得到開發(fā)并被采用。
[0003] 作為用于發(fā)動機自身的高性能化和低油耗化的技術(shù)，可列舉燃料的直噴化、燃料 噴射的高壓化、壓縮比的增大、渦輪增壓機（增壓器）的采用帶來的排氣量削減、發(fā)動機的 小型輕量化（縮小化）等，這并不限于高級車，也被導(dǎo)入到低端車。其結(jié)果是，處于以更高溫 高壓使燃料燃燒的傾向，隨之而來的是，從發(fā)動機的燃燒室向排氣系統(tǒng)零件排出的尾氣的 溫度也處于上升傾向。例如，在低端車中，尾氣溫度也達到與高級賽車一樣的l〇〇〇°C以上， 排氣系統(tǒng)零件的表面溫度也超過950°C。如此被曝露在高溫的氧化性氣體中的排氣系統(tǒng)零 件，在比以往嚴酷的氧化環(huán)境下受到來自發(fā)動機的運轉(zhuǎn)和停止所帶來的加熱/冷卻的反復(fù) 熱循環(huán)，比以往任何時候都更加要求耐氧化性、高溫強度、熱疲勞壽命等的耐熱性的提高。
[0004] 歷來，用于汽車的汽油機和柴油機的排氣歧管、渦輪殼等的排氣系統(tǒng)零件，由于形 狀復(fù)雜，所以由形狀自由度高的鑄件制造，而且由于使用條件高溫而嚴酷，所以使用高Si 球狀石墨鑄鐵、高鎳鑄鐵（Ni-Cr系奧氏體鑄鐵）等的耐熱鑄鐵、鐵素體系耐熱鑄鋼、奧氏體 系耐熱鑄鋼等。
[0005] 但是，商Si球狀石墨鑄鐵和商鎮(zhèn)鑄鐵這樣現(xiàn)有的耐熱鑄鐵，在尾氣溫度為900 C 以下，作為排氣系統(tǒng)零件的溫度截止至850°C程度以下時具有比較高的強度，但在曝露于超 過900°C的尾氣的環(huán)境下則強度降低，另外耐氧化性和熱疲勞壽命等的耐熱性也降低。另外 還有鐵素體系耐熱鑄鋼通常在900°C以上的高溫強度也差這樣的問題。
[0006] 作為比耐熱鑄鐵和鐵素體系耐熱鑄鋼更能耐受高溫的材料，有奧氏體系耐熱鑄 鋼。例如，WO 2005/103314提出一種高Cr高Ni奧氏體系耐熱鑄鋼，其以重量基準計，含有 C :0? 2 ?L 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% (為 W+2Mo)、Nb :0? 5 ?5%、N :0? 01 ?0? 5%、Al :0? 23% 以下和 0 : 0. 07%以下，余量實質(zhì)上由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。該奧氏體系耐熱鑄鋼，具有高超的 高溫屈服強度、耐氧化性和室溫延伸率，特別是因為曝露在高達l〇〇〇°C以上的高溫尾氣時 的熱疲勞壽命優(yōu)異，所以適合于汽車用發(fā)動機的排氣系統(tǒng)零件等。
[0007] 排氣系統(tǒng)零件在鑄造后要對與發(fā)動機和周邊零件的安裝面、安裝孔等的連接部 位，要求尺寸精度的部位等實施切削等的機械加工，之后再組裝到汽車上，因此需要具有高 被削性?？墒?，用于排氣系統(tǒng)零件的耐熱鑄鋼一般是被削性差的難削材料，特別是奧氏體系 耐熱鑄鋼，因為大量含有Cr和Ni而具有高強度，所以被削性差。因此，切削由奧氏體系耐 熱鑄鋼構(gòu)成的排氣系統(tǒng)零件時，需要具有很高的硬度和強度的比較高價的切削工具，工具 壽命也短，因此工具更換的頻率高，加工成本上升，此外還要被迫進行低速下的切削，因為 切削花費時間長，所以加工效率低。如此由奧氏體系耐熱鑄鋼構(gòu)成的排氣系統(tǒng)零件的機械 加工，存在生產(chǎn)率和經(jīng)濟性低的問題點。從被削性的觀點出發(fā)，可知WO 2005/103314的奧 氏體系耐熱鑄鋼還有改善的余地。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 因此本發(fā)明的目的在于提供一種在1000°C附近具有優(yōu)異的耐熱性，并且具有優(yōu)異 的被削性的奧氏體系耐熱鑄鋼，和由這種奧氏體系耐熱鑄鋼構(gòu)成的排氣系統(tǒng)零件。
[0009]【用于解決課題的手段】
[0010] 鑒于上述目的，以WO 2005/103314的奧氏體系耐熱鑄鋼為基礎(chǔ)而銳意研究，結(jié)果 本
【發(fā)明者】等發(fā)現(xiàn)，若在該奧氏體系耐熱鑄鋼添加期望量的Al和S，并且將C、Mn、Cr、Ni、Nb 和N的含量限定在適當范圍，則能夠一邊確保KKKTC附近的優(yōu)異的耐熱性一邊改善被削 性，從而想到本發(fā)明。
[0011] 即，被削性優(yōu)異的本發(fā)明的奧氏體系耐熱鑄鋼，其特征在于，
[0012] 以質(zhì)量基準計，含有
[0013] C:0.4 ?0.55%、
[0014] Si:l ?2%、
[0015] Mn :0? 5 ?1. 5%、
[0016] Cr:18 ?27%、
[0017] Ni:8 ?22%、
[0018] Nb :1. 5 ?2. 5%、
[0019] N:0.01 ?0.3%、
[0020] 5:0.1?0.2%和
[0021] Al :0? 02 ?0? 15%，
[0022] 余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，
[0023] 并且由下式：
[0024] I = 100XS+75XA1+0. 75XMn-IOXC-2XNb-O. 25XCr-O. 15XNi-L 2XN
[0025](其中，各元素符號表示鑄鋼中的各元素的質(zhì)量％。）
[0026] 表示被削性指數(shù)（I值）滿足-3. 0彡I值彡+14. 0的條件。
[0027] 本發(fā)明的奧氏體系耐熱鑄鋼，以質(zhì)量基準計，也可以還含有W和/或Mo為0. 5? 3.2質(zhì)量％(作為1+觀〇)。
[0028] 本發(fā)明的奧氏體系耐熱鑄鋼，優(yōu)選具有如下組織，即相對于全部硫化物粒子的當 量圓直徑為2 ii m以上的硫化物粒子的比例，以面積率計為60%以上。
[0029] 對于本發(fā)明的奧氏體系耐熱鑄鋼，使用超硬工具，以150m/分鐘的切削速度、 0. 2mm/刃的每刀進給量，I. Omm的進刀量、和在無切削液的條件下實施干式銑削加工時，由 超硬工具的后刀面的摩耗量到達〇. 2mm的切削時間表示的工具壽命優(yōu)選為25分鐘以上。
[0030] 本發(fā)明的排氣系統(tǒng)零件，其特征在于，由上述奧氏體系耐熱鑄鋼構(gòu)成。作為這樣的 排氣系統(tǒng)零件的優(yōu)選例，可列舉排氣歧管、渦輪殼、渦輪殼一體化排氣歧管、催化劑室、催化 劑室一體化排氣歧管和排氣口。
[0031]【發(fā)明的效果】
[0032] 本發(fā)明的奧氏體系耐熱鑄鋼除了KKKTC附近的優(yōu)異的耐熱性以外，還具有良好的 被削性，因此不僅可以使切削加工中的工具壽命延長，而且還可能增加切削速度，能夠提高 切削加工的生產(chǎn)率和經(jīng)濟性。若使用具有這樣特征的本發(fā)明的奧氏體系耐熱鑄鋼，則能夠 低成本高效率地制造汽車用的排氣系統(tǒng)零件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033] 圖1是表示實施例8的奧氏體系耐熱鑄鋼的顯微組織的光學(xué)顯微鏡照片。
[0034] 圖2是表示比較例16的鑄鋼的顯微組織的光學(xué)顯微鏡照片。

【具體實施方式】
[0035] [1]奧氏體系耐熱鑄鋼
[0036] 以下詳細地說明本發(fā)明的奧氏體系耐熱鑄鋼的組成和組織。還有，構(gòu)成合金的各 元素的含量除非特別指出，否則均以質(zhì)量％表示。
[0037] ⑷組成
[0038] (I)C(碳）：0? 4 ?0? 55%
[0039] C具有如下作用：(a)使熔液的流動性提高（改進鑄造性）作用；(b)部分地在基 體發(fā)生固溶而固溶強化的作用；（c)通過Cr碳化物的形成而提高高溫強度的作用；和（d) 與Nb形成共晶碳化物而提高耐熱鑄鋼的鑄造性和高溫強度的作用。為了有效地發(fā)揮這樣 的作用，需要C為0. 40%以上。但是，若C超過0. 55%，則結(jié)晶碳化物和析出碳化物變得過 多，使耐熱鑄鋼的延展性降低，并且使被削性劣化。因此，使C的含量為0. 4?0. 55%。C 的含量優(yōu)選為〇. 42?0. 52%。
[0040] (2)Si( - ):l?2%
[0041] Si除了作為熔液的脫氧劑起作用以外，對于耐氧化性的提高，和由此帶來的熱疲 勞壽命的改善也是有效的元素。為了得到這樣的作用，需要Si的含量為1%以上。但是，過 剩的Si使奧氏體組織不穩(wěn)定化，使耐熱鑄鋼的鑄造性劣化，此外還會由于硬化致使被削性 惡化。因此，Si的含量為2%以下。因此，Si的含量為1?2%。Si的含量優(yōu)選為1.25? 1. 8%，更優(yōu)選為1. 3?1. 6%。
[0042] (3)Mn(錳）：0? 5 ?1. 5%
[0043] Mn與Si同樣，除了作為熔液的脫氧劑有效以外，還與S結(jié)合而形成硫化物粒子 MnS，從而改善耐熱鑄鋼的被削性。為了發(fā)揮這些效果，需要Mn的含量為0.5%以上。但是， 因為過剩的Mn使耐氧化性劣化,所以使Mn的含量為1. 5%以下。因此,Mn的含量為0. 5? 1. 5%。
[0044] (4)0(鉻）：18?27%
[0045] Cr與后述的Ni -起提高耐熱鑄鋼的高溫強度和耐氧化性，借助其碳化物使耐熱 性提高，此外還形成與Mn和S的復(fù)合硫化物粒子（Cr/Mn)S，由此使被削性提高。特別是為 了使1000°C附近的高溫區(qū)域下的耐熱性提高，并且為了改善被削性，需要使Cr含有18%以 上。但是，若含有高于27%的Cr,則碳化物的結(jié)晶量過多，不僅使耐熱鑄鋼的被削性顯著惡 化，而且由于脆化使延展性和韌性降低。另外，由于過剩的Cr導(dǎo)致鐵素體在組織中結(jié)晶，耐 熱鑄鋼的高溫強度降低。因此，Cr含量為18?27%。從被削性的觀點出發(fā)，Cr的優(yōu)選含 量為18?22%。
[0046] (5)附（鎳）：8?22%
[0047] Ni是奧氏體生成元素，使耐熱鑄鋼的奧氏體組織穩(wěn)定化，并且與Cr 一起提高耐熱 鑄鋼的高溫強度和耐氧化性，除此之外，還提高薄壁而復(fù)雜形狀的排氣系統(tǒng)零件的鑄造性。 為了有效地發(fā)揮這樣的作用，需要Ni的含量為8 %以上。但是，若含有超過22 %的Ni，則Ni 向基體中的固溶量增加，因此耐熱鑄鋼硬化，被削性降低。因此，Ni含量為8?22%。從被 削性的觀點出發(fā)，Ni的優(yōu)選含量為8?12%。
[0048] (6)恥（鈮）：1.5?2.5%
[0049] Nb抑制Cr碳化物的形成，由此不僅間接地使耐氧化性和被削性提高，而且與C結(jié) 合形成微細的碳化物，使耐熱鑄鋼的高溫強度和熱疲勞壽命提高。另外，奧氏體和Nb碳化 物（NbC)的共晶碳化物，在排氣系統(tǒng)零件這樣的薄壁下使復(fù)雜形狀的鑄件的鑄造性提高。 出于這樣的目的，Nb的含量需要為1. 5%以上。但是，若過剩地含有Nb,則在結(jié)晶晶界生成 的硬質(zhì)的共晶碳化物變得過多，不僅被削性反而惡化，而且由于脆化還會導(dǎo)致強度和延展 性顯著降低。因此，Nb的含量為1.5?2. 5%。
[0050] (7)叭氮）：0.01?0.3%
[0051] N是強力的奧氏體生成元素，使耐熱鑄鋼的奧氏體基體穩(wěn)定化而使高溫強度提高。 另外，N對于使不能進行用于晶粒微細化的鍛造或軋制的復(fù)雜形狀的鑄造品的晶粒微細化 也是有效的元素。通過晶粒微細化提高延展性和被削性。此外，因為N使C的擴散速度延 遲，所以使析出碳化物的凝集延遲而抑制碳化物的粗大化，因而有效地防止脆化。為了得到 這樣的效果，N的含量需要為0. 01 %以上。但是，若含有超過0. 3%的N，則N向基體中的固 溶量增加，耐熱鑄鋼硬化，并且與Cr和Al結(jié)合而使Cr2N、AlN等的硬而脆的氮化物大量析 出，反而使被削性降低。另外這些氮化物成為龜裂和裂紋的起點，使強度和延展性惡化。此 夕卜，過剩的N在鑄造時助長針孔和氣孔等的氣體缺陷的發(fā)生，使鑄造成品率惡化。因此，N的 含量為0? 01?0? 3%，優(yōu)選為0? 06?0? 25%。
[0052] (8)5(硫）：0.1?0.2%
[0053] S對于改善本發(fā)明的奧氏體系耐熱鑄鋼的被削性是重要的元素。S與Mn和Cr結(jié) 合而形成MnS，（Cr/Mn)S等的硫化物粒子，使耐熱鑄鋼的被削性提高。球狀或塊狀的硫化物 粒子通過切削時的潤滑作用和切屑的分斷作用而使被削性提高，這是歷來已知的，但在本 發(fā)明中，通過使S的被削性提高作用與后述的Al的被削性提高作用組合，從而大幅改善被 削性。為了得到該效果，需要S為0.1%以上。但是，若含有超過0.2%的S，則高溫強度和 延展性的劣化傾向提高。因此，S的含量為0. 1?0. 2%，優(yōu)選為0. 12?0. 18%。
[0054] (9) Al (鋁）：0? 02 ?0? 15%
[0055] Al對于改善本發(fā)明的奧氏體系耐熱鑄鋼的被削性是重要的元素。例如利用工具切 削耐熱鑄鋼時，在耐熱鑄鋼的基體中固溶的Al，由于切削加工中發(fā)生的熱而與大氣中等的 氧反應(yīng)，在耐熱鑄鋼的表面形成作為高熔點氧化物的Al2O315 Al2O3作為保護被膜發(fā)揮功能， 防止工具的熔敷，延長工具的壽命。為了通過含有Al而形成保護被膜，防止工具的熔敷，需 要添加0. 02%以上的Al。另一方面，若含有超過0. 15%的Al，則熔煉時生成的Al2O3和AlN 作為夾雜物而殘留在耐熱鑄鋼中。Al 2O3助長所謂熔渣和夾渣這樣的鑄造缺陷，使鑄造成品 率惡化。另外因為AlN硬而脆，所以反而使被削性降低。另外，這些氧化物和氮化物均會成 為龜裂和裂紋的起點，使高溫強度和延展性降低。因此，使Al的含量為0. 02?0. 15%，優(yōu) 選為0? 04?0? 10%，更優(yōu)選為0? 04?0? 08%。
[0056] (10)被削性指數(shù)（I 值）：-3. 0 ?+14. 0
[0057] 在本發(fā)明中，只是各元素滿足上述組成范圍并不充分,還需要由下式：I = 100XS +75XA1+0. 75XMn-10XC-2XNb-0. 25XCr-0. 15XNi-l. 2XN :(其中，各元素符號表示鑄 鋼中的各元素的質(zhì)量％。）表示的被削性指數(shù)（I值）滿足-3. 0 < I值< +14. 0的條件。
[0058] 可知本發(fā)明的奧氏體系耐熱鑄鋼的被削性的提高，僅僅含有S和Al的任意一方無 法達成，而是在同時含有兩者時才可達成。其理由不一定明確，但考慮是耐熱鑄鋼中所形成 的MnS等的硫化物粒子富于延展性，具有潤滑作用，另外由于切削加工時的切削溫度的上 升而形成的Al 2O3具有工具的保護作用。容易相互融合的MnS和Al2O3形成具有潤滑作用和 保護作用的良好的復(fù)合被膜，緩和工具與被削材的直接接觸造成的熔敷，使切削阻力降低 而抑制工具的磨耗，因而推測會大幅提高被削性，并且使工具的壽命延長。如此將S、Al和 Mn的含量限定在上述范圍的基礎(chǔ)上，通過最佳地調(diào)整其總含量，充分形成有復(fù)合潤滑保護 被膜的本發(fā)明的奧氏體系耐熱鑄鋼，發(fā)揮出優(yōu)異的被削性。
[0059] 另外，若C、Nb、Cr、Ni和N的總含量過剩，則可知耐熱鑄鋼的被削性有降低的傾向。 具體來說，若C、Nb和Cr增加，則碳化物變多，若Ni增加，則合金硬化，另外若N增加，則不 僅合金硬化，而且氮化物變多，均使耐熱鑄鋼的被削性惡化。本發(fā)明其特征在于，在將C、Nb、 Cr、Ni和N各自的含量限定在上述范圍的基礎(chǔ)上，再將其總含量調(diào)整到期望的范圍，從而抑 制耐熱鑄鋼的被削性的惡化。還有，若Si的含量增加，則與上述5個元素同樣會使耐熱鑄 鋼的被削性降低，但Si帶給被削性的影響在本發(fā)明的組成范圍內(nèi)小到以至于能夠無視，因 此不包含在被削性指數(shù)內(nèi)。
[0060] 為了調(diào)整S、Al和Mn的總含量而由復(fù)合潤滑保護被膜實現(xiàn)被削性的提高，并且通 過調(diào)整C、Nb、Cr、Ni和N的總含量來抑制被削性的惡化，對于S、Al、Mn、C、Nb、Cr、Ni和N 這8個元素帶給被削性的影響程度詳細地進行研究，其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果由100 X S+75 X Al+0 .75XMn-10XC-2XNb-0. 25XCr-0. 15XNi-l. 2XN 表示的被削性指數(shù)（I 值）在-3. 0 ? +14. 0的范圍內(nèi)，則能夠確保充分的被削性。當然，即使I值在-3. 0?+14. 0的范圍內(nèi)，如 果各元素的含量處于希望的范圍外，則也不能確保充分的被削性。I值優(yōu)選的范圍是2. 0? 8. 0。
[0061]作為奧氏體系耐熱鑄鋼的被削性的評價的標準，采用的是用于切削加工的超硬工 具的壽命。在使用超硬工具的切削加工中，本發(fā)明的奧氏體系耐熱鑄鋼所對應(yīng)的工具壽命， 是TO 2005/103314所述的奧氏體系耐熱鑄鋼（比較例26)所對應(yīng)的工具壽命（15分）的 1. 6倍以上時，本發(fā)明的奧氏體系耐熱鑄鋼可以說具有優(yōu)異的被削性。關(guān)于工具壽命，在使 用超硬工具，以150m/分鐘的切削速度、0. 2mm/刃的每刀進給量、I. Omm的進刀量和無切削 液的條件下實施干式銑削加工時，由超硬工具的后刀面的磨耗量達到〇. 2_為止的切削時 間表示。
[0062] (11)1(鎢）和/或此（鑰）：優(yōu)選為0.5?3.2%(作為1+21〇)
[0063]W和Mo均是改善耐熱鑄鋼的高溫強度的元素，因此為了提高本發(fā)明的奧氏體系耐 熱鑄鋼的高溫強度，也可以在不損害被削性的范圍內(nèi)添加W和/或Mo。但是，若過剩地添 加W和/或Mo,則耐熱鑄鋼的耐氧化性和被削性降低。Mo的添加效果是W的添加效果的二 倍，因此以W+2Mo (質(zhì)量標準）規(guī)定W和/或Mo的添加量。因此，W在單獨添加時，W優(yōu)選為 0. 5?3. 2%，更優(yōu)選為0. 8?3. 0%，最優(yōu)選為I. 0?2. 5%。另外Mo在單獨添加時，使Mo 為0.25?1.6%，更優(yōu)選為0.4?1.5%，最優(yōu)選為0.5?1.25%。此外，W和Mo在復(fù)合添 加時，使W+2Mo優(yōu)選為0? 5?3. 2%，更優(yōu)選為0? 8?3. 0%，最優(yōu)選為L 0?2. 5%。
[0064] (12)不可避免的雜質(zhì)
[0065]本發(fā)明的奧氏體系耐熱鑄鋼所含有的不可避免的雜質(zhì)，主要是從原材料混入的P。 P在結(jié)晶晶界偏析而使韌性顯著降低，因此優(yōu)選盡可能少，具體來說優(yōu)選為0. 04%以下。
[0066] ⑶組織
[0067] (1)當量圓直徑為2 m以上的硫化物粒子相對于全部硫化物粒子的面積率：60% 以上
[0068]在本發(fā)明的奧氏體系耐熱鑄鋼的組織中結(jié)晶的大的硫化物粒子越多，被削性越提 高，用于奧氏體系耐熱鑄鋼的切削加工的工具的壽命越有延長的傾向。將當量圓直徑為 2 y m以上的硫化物粒子作為大的硫化物粒子。在此，所謂硫化物粒子的當量圓直徑，是具有 與硫化物粒子的面積相同的面積的圓的直徑。為了進一步改善被削性，相對于全部硫化物 粒子的當量圓直徑為2 以上的硫化物粒子的面積率優(yōu)選為60%以上，更優(yōu)選為70%以 上，最優(yōu)選為80%以上。當量圓直徑為2 y m以上的硫化物粒子的面積率的上限沒有特別 限定，但如果是在本發(fā)明的組成范圍，為95%左右。因此硫化物粒子以Al氧化物作為核結(jié) 晶，所以為了使當量圓直徑為2pm以上的硫化物粒子的面積率在60%以上，需要在含有比 較大量的Nb的本發(fā)明的奧氏體系耐熱鑄鋼中，復(fù)合添加Al和S，并且將合金元素的含量限 制在本發(fā)明所規(guī)規(guī)定的范圍。
[0069] 通過使當量圓直徑為2 iim以上的硫化物粒子的面積率為60%以上，被削性會提 高，被推測是基于以下的機理。在大量含有Nb達1. 5?2. 5%的本發(fā)明的奧氏體系耐熱鑄 鋼中，凝固時會大量形成NbC、NbN等的碳化物和氮化物，也形成以面積比計達20%以上的 Nb的共晶碳化物。Nb的碳化物和氮化物，作為用于使MnS、（Cr/Mn) S等的硫化物粒子均勻 結(jié)晶的核發(fā)揮功能，均勻分散的硫化物粒子使被削性提高，但可知這樣的效果在至多含有 約0. 5%的Nb的結(jié)構(gòu)用鋼和快削鋼等的鋼種中能夠取得，在含有超過0. 5%的Nb的鋼種中 則不能取得。之所以在如此含有超過〇. 5%的Nb的鋼種中得不到被削性的提高效果，推測 是由于在含有超過0.5%的Nb的鋼中，因為形成有大量的Nb的碳化物和氮化物，所以以它 們?yōu)楹硕Y(jié)晶的硫化物粒子微細化，并且與Nb的碳化物和氮化物共存而呈共晶狀地分布 不均，因此得不到均勻分散的適度大小的硫化物粒子，切削時的潤滑作用和切屑的分斷作 用小。
[0070] 另一方面，Al即使微量，也會形成作為MnS等的硫化物粒子的結(jié)晶核發(fā)揮功能的 Al 2O3等的氧化物。Al氧化物容易在熔液中凝集而粗大化，因此以其為核而結(jié)晶的硫化物粒 子也變大。大的硫化物粒子越是大量存在，被削性越提高。本發(fā)明的奧氏體系耐熱鑄鋼，因 為在含有比較多的Nb的同時也含有Al，所以相比Nb的碳化物和氮化物，借助硫化物粒子的 生成作用大的粗大的Al氧化物的形成，大的硫化物粒子大量結(jié)晶。如此，在含有Nb和Al 的本發(fā)明的奧氏體系耐熱鑄鋼中，可抑制以Nb的碳化物和氮化物為核，微細的硫化物粒子 分布不均而結(jié)晶，并且以Al氧化物為核而使當量圓直徑大到2 y m以上的硫化物粒子以均 勻分散的方式結(jié)晶，均勻分散的大的硫化物粒子有效地發(fā)揮著切削時的潤滑作用和切屑的 分斷作用，因此被削性提高。還有，Al氧化物帶來的硫化物粒子的粗大化和均勻分散化的 作用，與通過切削加工的發(fā)熱而在基體中固溶的Al所形成的高熔點氧化物的Al 2O3對工具 的保護作用不同。
[0071] 如以上，本發(fā)明的奧氏體系耐熱鑄鋼通過S和Al的復(fù)合添加，發(fā)揮出硫化物粒子 的潤滑作用，和在切削加工時所形成的高熔點的Al氧化物帶來的工具的保護作用，以及Al 氧化物帶來的硫化物粒子的粗大化和均勻分散化作用，因此被削性大幅提高。
[0072] [2]工具壽命
[0073] 本發(fā)明的奧氏體系耐熱鑄鋼的被削性，由使用超硬工具、以150m/分鐘的切削速 度、0. 2mm/刃的每刀進給量、I. Omm的進刀量和無切削液的條件實施干式銑削加工時，超硬 工具的后刀面的磨耗量到達〇. 2mm為止的切削時間表示。工具壽命優(yōu)選為25分鐘以上。在 鑄態(tài)的狀態(tài)使用鑄造構(gòu)件的情況很罕見，而是會實施利用立銑刀的滾切、利用旋床的車削、 利用鉆頭的鉆孔等的機械加工。例如，在排氣歧管中，對于作為與發(fā)動機的氣缸蓋和渦輪 殼的連接部的凸緣的安裝面進行銑削，鉆穿出安裝孔。像奧氏體系耐熱鑄鋼這樣的難削材 料，如果以上述切削條件實施銑削加工時的工具壽命為25分鐘以上，則可以說具有優(yōu)異的 被削性。本發(fā)明的奧氏體系耐熱鑄鋼，更優(yōu)選上述工具壽命為30鐘分以上，進一步優(yōu)選40 鐘分以上，最優(yōu)選50分鐘以上。
[0074] [3]排氣系統(tǒng)零件
[0075] 本發(fā)明的排氣系統(tǒng)零件由被削性優(yōu)異的本發(fā)明的奧氏體系耐熱鑄鋼構(gòu)成。排氣系 統(tǒng)零件的優(yōu)選例，是排氣歧管、渦輪殼、渦輪殼一體化排氣歧管、催化劑室、催化劑室一體化 排氣歧管和排氣口，但不限定于此。
[0076] 本發(fā)明的排氣系統(tǒng)零件，即使曝露在KKKTC以上的高溫尾氣下，表面溫度達到 950?1000°C，仍發(fā)揮出高耐熱性。此外，本發(fā)明的排氣系統(tǒng)零件具有優(yōu)異的被削性，因此 機械加工的生產(chǎn)率和經(jīng)濟性高，能夠廉價地制造。因此，可以將發(fā)動機的高性能化和低油耗 化的技術(shù)也應(yīng)用于低端車，有助于汽車的尾氣凈化和燃油效率改善。
[0077] 通過以下的實施例更詳細地說明本發(fā)明，但本發(fā)明不限定于此。構(gòu)成奧氏體系耐 熱鑄鋼的各元素的含量，除非特別指出，否則均以"質(zhì)量％ "表示。
[0078] 實施例1?20和比較例1?26
[0079] 實施例1?20的奧氏體系耐熱鑄鋼（本發(fā)明的組成范圍內(nèi)）的化學(xué)組成和被削 性指數(shù)（I值）顯示在表1中，比較例1?26的耐熱鑄鋼的化學(xué)組成和被削性指數(shù)（I值） 顯示在表2中。比較例5是Mn的含量過少的鑄鋼，比較例7是S的含量過少的鑄鋼，比較 例16和18是Al的含量過少的鑄鋼，比較例22和23是I值過小和鑄鋼，比較例24和25 是I值過大的鑄鋼。比較例26是WO 2005/103314所述的高Cr高Ni奧氏體系耐熱鑄鋼的 一例。
[0080]【表1-1】
[0081]

【權(quán)利要求】
1. 一種被削性優(yōu)異的奧氏體系耐熱鑄鋼，其特征在于，以質(zhì)量基準計，含有 C :0· 4 ?0· 55%、 Si :1 ?2%、 Mn :0· 5 ?L 5%、 Cr :18 ?27%、 Ni :8 ?22%、 Nb :1. 5 ?2. 5%、 N :0· Ol ?0· 3%、 S :0· 1 ?0· 2%、和 Al :0. 02 ?0. 15%， 余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成， 并且由下式：I = 100XS+75XA1+0. 75XMn-10XC-2XNb-0. 25XCr-0. 15XNi-l. 2X N表示的被削性指數(shù)即I值滿足-3. 0 < I值< +14. 0的條件，其中，各元素符號表示鑄鋼中 的各元素的質(zhì)量％。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的奧氏體系耐熱鑄鋼，其特征在于，以質(zhì)量基準計，還含有作為 W+2Mo 的 W 和 / 或 Mo 為 0· 5 ?3. 2%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的奧氏體系耐熱鑄鋼，其特征在于，具有當量圓直徑為 2 μ m以上的硫化物粒子相對于全部硫化物粒子的比率，以面積率計為60%以上的組織。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項所述的奧氏體系耐熱鑄鋼，其特征在于，使用超硬工 具，以150m/分鐘的切削速度、0. 2mm/刃的每刀進給量、I. Omm的進刀量、和無切削液的條件 下實施干式銑削加工時，超硬工具的后刀面的摩耗量截止到達〇. 2_的切削時間所表示的 工具壽命為25分鐘以上。
5. -種排氣系統(tǒng)零件，其特征在于，由權(quán)利要求1?4中任一項所述的被削性優(yōu)異的奧 氏體系耐熱鑄鋼構(gòu)成。
【文檔編號】C22C38/60GK104321453SQ201380024542
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2013年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月10日
【發(fā)明者】森下佳奈, 井上謙一, 桂木進, 川畑將秀, 作田智則 申請人:日立金屬株式會社