(57)【要約】【課題】乗用車用ターボチャージャのシャフト材等として用いるのに好適な、溶解、圧延法等の汎用的な製造方法で製造可能であり、高剛性であり、かつ耐力が高く、延性が良好なＦｅ基合金を提供する。【解決手段】Ｃｒ：０〜３７．５ａｔ％、Ｍｏ：０〜８．０ａｔ％、Ｗ：０〜３．５ａｔ％、Ｔｉ：０〜５．０ａｔ％、Ｓｉ：０〜７．０ａｔ％、Ｃ：０〜４．０ａｔ％、Ｂ：０〜１０．０ａｔ％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、式（１）：Ｐ１＝０．２［％Ｃｒ］＋０．７５［％Ｃ］＋１．５［％Ｂ］＋２［％Ｗ］によって求められる合金指数Ｐ１が１２．０〜２０．５の範囲内であり、かつ式（２）：Ｐ２＝［％Ｍｏ］＋２．５［％Ｗ］＋０．５［％Ｓｉ］＋０．５［％Ｔｉ］によって求められる合金指数Ｐ２が６．５〜１２．０の範囲内であることを特徴とするＦｅ基合金。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｒ：０〜３７．５ａｔ％、Ｍｏ：０〜８．０ａｔ％、Ｗ：０〜３．５ａｔ％、Ｔｉ：０〜５．０ａｔ％、Ｓｉ：０〜７．０ａｔ％、Ｃ：０〜４．０ａｔ％、Ｂ：０〜１０．０ａｔ％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
以下の式（１）：
Ｐ１＝０．２［％Ｃｒ］＋０．７５［％Ｃ］＋１．５［％Ｂ］＋２［％Ｗ］    ・・（１）
（式（１）中、［％Ｃｒ］、［％Ｃ］、［％Ｂ］、［％Ｗ］は、Ｃｒ、Ｃ、Ｂ、Ｗの配合比（ａｔ％）を意味する）によって求められる合金指数Ｐ１が１２．０〜２０．５の範囲内であり、かつ
以下の式（２）：
Ｐ２＝［％Ｍｏ］＋２．５［％Ｗ］＋０．５［％Ｓｉ］＋０．５［％Ｔｉ］    ・・（２）
（式（２）中、［％Ｍｏ］、［％Ｗ］、［％Ｓｉ］、［％Ｔｉ］は、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ、Ｔｉの配合比（ａｔ％）を意味する）によって求められる合金指数Ｐ２が６．５〜１２．０の範囲内であることを特徴とするＦｅ基合金。
【請求項２】
Ｃｒ、Ｗ、Ｃ、Ｂからなる群より選択される少なくとも２種の元素を含有することを特徴とする請求項１に記載のＦｅ基合金。
【請求項３】
Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ、Ｔｉからなる群より選択される少なくとも２種の元素を含有することを特徴とする請求項１または２に記載のＦｅ基合金。
【請求項４】
ＣｒおよびＢを必須元素として含有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のＦｅ基合金。
【請求項５】
共振法によるヤング率測定試験において２３０ＧＰａ以上のヤング率を示し、室温引張試験において７００ＭＰａ以上の耐力および１％以上の延性を示すことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のＦｅ基合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高剛性Ｆｅ基合金に関し、特に、乗用車用ターボチャージャのシャフト材等として用いるのに好適な、高剛性であり、かつ耐力が高く、延性が良好なＦｅ基合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、乗用車等に搭載されるターボチャージャなど回転運動を利用する機械では、性能向上のため、高速回転を可能とすることが求められている。そのため、例えばターボチャージャの場合には、タービンホイール、コンプレッサーホイールなどを取り付けるシャフト材の剛性向上が求められている。
【０００３】
シャフト材の剛性が向上すると、高速回転時の振れが小さくなるため、タービンホイールがハウジングと接触することが低減される。また、共振周波数が高くなるため、高速回転しても共振が抑制されるなどのメリットがある。
【０００４】
高剛性の材料を開発するための従来の試みとしては、例えば、以下の特許文献１および２が挙げられる。特許文献１では、鉄を主成分とするマトリックス相中に４Ａ族（チタン族）元素のホウ化物を主成分とする強化相が分散しており、ヤング率が２３０ＧＰａ以上で耐力（０．２％耐力）が４５０ＭＰａ以上である鉄基複合材料からなる高剛性部をもつことを特徴とする回転軸部材が提案されている。また、特許文献２では、鉄または鉄合金よりなるマトリックスと、マトリックス中に分散保持された４Ａ族元素のホウ化物と、を含む高剛性鋼において、マトリックスに分散される４Ａ族元素のホウ化物および他のホウ素を含む化合物ならびに４Ａ族元素を含む金属間化合物を調整することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開第２００１−２３４９１８号公報
【特許文献２】特開第２００１−５９１４６号公報
【特許文献３】特開第２０１４−２０２１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
シャフト材の剛性は、材料のヤング率によって表すことができ、このヤング率の値が高いことが最も重要な特性のひとつである。また、シャフト材に求められるその他の性能としては、例えば、以下の点が挙げられる：１）耐力が高いこと；回転速度が上がるとシャフトに負荷される応力も大きくなる。また、シャフトは弾性域で使用する必要がある。従って、より高速での回転に伴う負荷応力増加に対応するためには、シャフト材の耐力（即ち弾性応力域）が高い必要がある。２）ある程度の延性を有すること；製造中の切削加工性向上や製品の信頼性確保のため、一定の延性が必要である。３）溶解、圧延法等の汎用的な製造方法で製造できること；シャフトなどの対象製品は、一般に大量生産品であるため、粉末冶金などの高コストな製造方法によって製造した場合には製品コストが高くなり、商品の価格競争力が低下する。
【０００７】
しかしながら、特許文献１、２のような従来の高剛性材料では、剛性に優れる一方で、切削加工性に著しく劣るという問題点があった。この点は、特許文献３でも指摘されており、材料中のホウ化物の体積率が多過ぎることが原因であると考えられる。また、従来の高剛性材料の製造方法は粉末冶金法に限られていたため、製品コストが高くなり、シャフトなどの製品の価格競争力が低下することが懸念されていた。
【０００８】
本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものである。即ち、本発明は、溶解、圧延法等の汎用的な製造方法で製造可能であり、高剛性であり、かつ耐力が高く、延性が良好なＦｅ基合金を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の一局面では、Ｃｒ：０〜３７．５ａｔ％、Ｍｏ：０〜８．０ａｔ％、Ｗ：０〜３．５ａｔ％、Ｔｉ：０〜５．０ａｔ％、Ｓｉ：０〜７．０ａｔ％、Ｃ：０〜４．０ａｔ％、Ｂ：０〜１０．０ａｔ％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、式（１）：Ｐ１＝０．２［％Ｃｒ］＋０．７５［％Ｃ］＋１．５［％Ｂ］＋２［％Ｗ］（式（１）中、［％Ｃｒ］、［％Ｃ］、［％Ｂ］、［％Ｗ］は、Ｃｒ、Ｃ、Ｂ、Ｗの配合比（ａｔ％）を意味する）によって求められる合金指数Ｐ１が１２．０〜２０．５の範囲内であり、かつ式（２）：Ｐ２＝［％Ｍｏ］＋２．５［％Ｗ］＋０．５［％Ｓｉ］＋０．５［％Ｔｉ］（式（２）中、［％Ｍｏ］、［％Ｗ］、［％Ｓｉ］、［％Ｔｉ］は、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ、Ｔｉの配合比（ａｔ％）を意味する）によって求められる合金指数Ｐ２が６．５〜１２．０の範囲内であることを特徴とするＦｅ基合金が提供される。
上記Ｆｅ基合金は、Ｃｒ、Ｗ、Ｃ、Ｂからなる群より選択される少なくとも２種の元素を含有することが好ましい。
また、上記Ｆｅ基合金は、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ、Ｔｉからなる群より選択される少なくとも２種の元素を含有することが好ましい。
また、上記Ｆｅ基合金は、ＣｒおよびＢを必須元素として含有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、溶解、圧延法等の汎用的な製造方法で製造可能であり、高剛性であり、かつ耐力が高く、延性が良好なＦｅ基合金が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例で作製したインゴットの外観を示す写真。
【図２】実施例で作製した溝ロール圧延材の外観を示す写真。
【図３】実施例における室温引張試験用の試験片形状を示す模式図。
【図４】実施例におけるヤング率測定試験用の試験片形状を示す模式図。
【図５】合金番号１（発明合金）の溝ロール圧延材の反射電子像写真。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
まず、本発明のＦｅ基合金の組成およびその配合比について説明する。
本発明のＦｅ基合金において、鉄（Ｆｅ）は基本的な構成元素である。
【００１３】
クロム（Ｃｒ）は、母相のヤング率を向上させ、Ｆｅ基合金の剛性を高める。合金作製時におけるＣｒの配合比は、０ａｔ％以上３７．５ａｔ％以下が好ましい。Ｃｒの配合比が３７．５ａｔ％を超えると、Ｆｅ基合金の延性が低下する場合がある。
好ましい実施形態において、本発明のＦｅ基合金は、Ｃｒを必須元素として含有する。Ｃｒの配合比は、少なくとも０．１ａｔ％以上であることがより好ましく、１２．０ａｔ％以上であることがさらにより好ましい。また、Ｃｒの配合比は、３５．０ａｔ％以下であることがより好ましく、３２．５ａｔ％以下であることがさらにより好ましく、３０．０ａｔ％以下であることがさらに一層好ましく、２５．０ａｔ％以下であることがなおさらに一層好ましい。
【００１４】
モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）およびチタン（Ｔｉ）は、これらの元素を配合することにより析出物を生成させ、Ｆｅ基合金の強度を高める。合金作製時におけるＭｏの配合比は、０ａｔ％以上８．０ａｔ％以下が好ましい。合金作製時におけるＷの配合比は、０ａｔ％以上３．５ａｔ％以下が好ましい。合金作製時におけるＴｉの配合比は、０ａｔ％以上５．０ａｔ％以下が好ましい。Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉの配合比がそれぞれ上記の値を超えると、Ｆｅ基合金の延性が低下する場合がある。
【００１５】
ケイ素（Ｓｉ）は、母相の固溶強化に寄与する。合金作製時におけるＳｉの配合比は、０ａｔ％以上７．０ａｔ％が好ましい。Ｓｉの配合比が７．０ａｔ％を超えると、Ｆｅ基合金の延性が低下する場合がある。
【００１６】
炭素（Ｃ）およびホウ素（Ｂ）は、これらの元素を配合することによる析出物の生成により母相のヤング率を向上させ、Ｆｅ基合金の剛性を高める。合金作製時におけるＣの配合比は、０ａｔ％以上４．０ａｔ％以下が好ましい。合金作製時におけるＢの配合比は、０ａｔ％以上１０．０ａｔ％以下が好ましい。Ｃ、Ｂの配合比がそれぞれ上記の値を超えると、Ｆｅ基合金の延性が低下する場合がある。
好ましい実施形態において、本発明のＦｅ基合金は、Ｂを必須元素として含有する。Ｂの配合比は、少なくとも０．１ａｔ％以上であることがより好ましく、３．０ａｔ％以上であることがさらにより好ましい。
【００１７】
本発明のＦｅ基合金は、上記の成分元素の単独での配合効果に加えて、合金作製時にこれらの元素を組み合わせて配合することにより、従来のＦｅ基合金を上回る優れた特性を発揮するものである。即ち、本発明のＦｅ基合金は、以下の式（１）：
Ｐ１＝０．２［％Ｃｒ］＋０．７５［％Ｃ］＋１．５［％Ｂ］＋２［％Ｗ］    ・・（１）
（式（１）中、［％Ｃｒ］、［％Ｃ］、［％Ｂ］、［％Ｗ］は、Ｃｒ、Ｃ、Ｂ、Ｗの配合比（ａｔ％）を意味する）によって求められる合金指数Ｐ１が１２．０〜２０．５の範囲内であり、かつ
以下の式（２）：
Ｐ２＝［％Ｍｏ］＋２．５［％Ｗ］＋０．５［％Ｓｉ］＋０．５［％Ｔｉ］    ・・（２）
（式（２）中、［％Ｍｏ］、［％Ｗ］、［％Ｓｉ］、［％Ｔｉ］は、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ、Ｔｉの配合比（ａｔ％）を意味する）によって求められる合金指数Ｐ２が６．５〜１２．０の範囲内であることを特徴とする。
【００１８】
合金指数Ｐ１は、Ｆｅ基合金の剛性（ヤング率）向上のための指標である。Ｃｒ、Ｗはそれ自体が単体でＦｅより高いヤング率を有しており、また、Ｃ、Ｂはそれぞれ化合物を形成することでＦｅより高いヤング率を示す。本発明を完成させるにあたり、本発明者らは、これらの元素の配合比が単独で好ましい範囲内であっても、Ｆｅ基合金の剛性が従来の材料と同程度であったり、剛性向上効果が比較的小さかったりする場合があることを知見し、後述する実施例で作製した供試材を含む多数の組成について統計的手法を用いて種々検討した結果、各成分元素の配合比（ａｔ％）に特定の係数を設定した式（１）によって得られる値とＦｅ基合金の剛性向上効果との相関関係を見出し、合金指数Ｐ１として上記の範囲を設定するに至った。合金指数Ｐ１が１２．０未満であると、Ｆｅ基合金の剛性向上効果が十分に得られない場合がある。合金指数Ｐ１が２０．５を超えると、Ｆｅ基合金の延性が低下する場合がある。本発明のＦｅ基合金において、合金指数Ｐ１が１２．０〜２０．５の範囲内であれば、Ｃｒ、Ｗ、Ｃ、Ｂは１種単独で配合されていてもよく、２種以上併用して配合されていてもよい。好ましい実施形態において、本発明のＦｅ基合金は、Ｃｒ、Ｗ、Ｃ、Ｂからなる群より選択される少なくとも２種の元素を含有する。
【００１９】
合金指数Ｐ２は、Ｆｅ基合金の耐力（強度）向上のための指標である。Ｓｉは共有結合原子であり、固溶によるＦｅ基合金の強度向上が期待できる。Ｔｉは炭化物を形成しやすいため、Ｆｅ基合金の強度向上に寄与すると考えられる。また、ＭｏおよびＷはそれ自体が単体でＦｅより高い強度を示す。本発明を完成させるにあたり、本発明者らは、これらの元素の配合比が単独で好ましい範囲内であっても、Ｆｅ基合金の強度が従来の材料と同程度であったり、強度向上効果が比較的小さかったりする場合があることを知見し、後述する実施例で作製した供試材を含む多数の組成について統計的手法を用いて種々検討した結果、各成分元素の配合比（ａｔ％）に特定の係数を設定した式（２）によって得られる値とＦｅ基合金の強度向上効果との相関関係を見出し、合金指数Ｐ２として上記の範囲を設定するに至った。合金指数Ｐ２が６．５未満であると、Ｆｅ基合金の強度向上効果が十分に得られない場合がある。合金指数Ｐ２が１２．０を超えると、Ｆｅ基合金の延性が低下する場合がある。本発明のＦｅ基合金において、合金指数Ｐ２が６．５〜１２．０の範囲内であれば、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ、Ｔｉは１種単独で配合されていてもよく、２種以上併用して配合されていてもよい。好ましい実施形態において、本発明のＦｅ基合金は、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ、Ｔｉからなる群より選択される少なくとも２種の元素を含有する。
【００２０】
本発明のＦｅ基合金は、上記の成分元素を所定の範囲で含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成であるため、乗用車用ターボチャージャのシャフト材等の製品を、溶解、圧延法等の汎用的な製造方法で製造可能である。
【００２１】
次に、本発明のＦｅ基合金の特性とその基準値について説明する。
本発明のＦｅ基合金は、共振法によるヤング率測定試験において２３０ＧＰａ以上のヤング率を示す。現在実用に供されているシャフト材のヤング率は、２０５ＧＰａ程度である。そのため、本発明では、従来の材料よりも優れた剛性を示す基準値として、２３０ＧＰａを設定した。
【００２２】
本発明のＦｅ基合金は、室温引張試験において７００ＭＰａ以上の耐力を示す。実用に耐え得る材料とする観点からは、例えば特許文献１に記載されるように、設計上の要求等に従って４５０ＭＰａを基準値とすることも可能である。本発明では、近年、より高い耐力を有するシャフト材が求められていることに鑑みて、従来の材料よりも優れた耐力を示す基準値として、７００ＭＰａを設定した。
【００２３】
本発明のＦｅ基合金は、室温引張試験において１％以上の延性を示す。本発明では、従来の材料よりも優れた切削加工性を有する基準値として、また、使用時の安全性を確保するための目安として、１％を設定した。
【００２４】
以上のことを踏まえ、本発明のＦｅ基合金の成分組成について好ましい形態を例示すると以下のとおりである。
【００２５】
＜組成１＞
Ｃｒ：１５．０ａｔ％、Ｍｏ：３．５ａｔ％、Ｗ：０ａｔ％、Ｔｉ：２．５ａｔ％、Ｓｉ：５．０ａｔ％、Ｃ：２．０ａｔ％、Ｂ：５．０ａｔ％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるＦｅ基合金。当該組成１では、合金指数Ｐ１は１２．０であり、合金指数Ｐ２は７．２５である。
【００２６】
＜組成２＞
Ｃｒ：１５．０ａｔ％、Ｍｏ：５．０ａｔ％、Ｗ：０ａｔ％、Ｔｉ：２．５ａｔ％、Ｓｉ：７．０ａｔ％、Ｃ：２．０ａｔ％、Ｂ：５．０ａｔ％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるＦｅ基合金。当該組成２では、合金指数Ｐ１は１２．０であり、合金指数Ｐ２は９．７５である。
【００２７】
＜組成３＞
Ｃｒ：１５．０ａｔ％、Ｍｏ：６．０ａｔ％、Ｗ：０ａｔ％、Ｔｉ：３．０ａｔ％、Ｓｉ：６．０ａｔ％、Ｃ：０ａｔ％、Ｂ：６．０ａｔ％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるＦｅ基合金。当該組成３では、合金指数Ｐ１は１２．０であり、合金指数Ｐ２は１０．５である。
【００２８】
＜組成４＞
Ｃｒ：１５．０ａｔ％、Ｍｏ：５．０ａｔ％、Ｗ：０ａｔ％、Ｔｉ：０ａｔ％、Ｓｉ：７．０ａｔ％、Ｃ：１．５ａｔ％、Ｂ：６．０ａｔ％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるＦｅ基合金。当該組成４では、合金指数Ｐ１は１３．１３であり、合金指数Ｐ２は８．５である。
【００２９】
＜組成５＞
Ｃｒ：２５．０ａｔ％、Ｍｏ：４．０ａｔ％、Ｗ：０ａｔ％、Ｔｉ：２．５ａｔ％、Ｓｉ：６．０ａｔ％、Ｃ：２．５ａｔ％、Ｂ：５．０ａｔ％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるＦｅ基合金。当該組成５では、合金指数Ｐ１は１４．３８であり、合金指数Ｐ２は８．２５である。
【００３０】
＜組成６＞
Ｃｒ：１５．０ａｔ％、Ｍｏ：４．２ａｔ％、Ｗ：０ａｔ％、Ｔｉ：４．０ａｔ％、Ｓｉ：６．０ａｔ％、Ｃ：１．０ａｔ％、Ｂ：８．０ａｔ％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるＦｅ基合金。当該組成６では、合金指数Ｐ１は１５．７５であり、合金指数Ｐ２は９．２である。
【００３１】
＜組成７＞
Ｃｒ：２２．５ａｔ％、Ｍｏ：７．５ａｔ％、Ｗ：０ａｔ％、Ｔｉ：４．０ａｔ％、Ｓｉ：０ａｔ％、Ｃ：１．０ａｔ％、Ｂ：８．０ａｔ％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるＦｅ基合金。当該組成７では、合金指数Ｐ１は１７．２５であり、合金指数Ｐ２は９．５である。
【００３２】
＜組成８＞
Ｃｒ：１２．５ａｔ％、Ｍｏ：０ａｔ％、Ｗ：３．０ａｔ％、Ｔｉ：０ａｔ％、Ｓｉ：０ａｔ％、Ｃ：１．５ａｔ％、Ｂ：６．０ａｔ％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるＦｅ基合金。当該組成８では、合金指数Ｐ１は１８．６３であり、合金指数Ｐ２は７．５である。
【００３３】
＜組成９＞
Ｃｒ：１５．０ａｔ％、Ｍｏ：０ａｔ％、Ｗ：３．０ａｔ％、Ｔｉ：０ａｔ％、Ｓｉ：０ａｔ％、Ｃ：１．５ａｔ％、Ｂ：６．０ａｔ％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるＦｅ基合金。当該組成９では、合金指数Ｐ１は１９．１３であり、合金指数Ｐ２は７．５である。
【００３４】
＜組成１０＞
Ｃｒ：２０．０ａｔ％、Ｍｏ：３．５ａｔ％、Ｗ：０ａｔ％、Ｔｉ：４．０ａｔ％、Ｓｉ：３．０ａｔ％、Ｃ：０．５ａｔ％、Ｂ：１０．０ａｔ％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるＦｅ基合金。当該組成１０では、合金指数Ｐ１は１９．３８であり、合金指数Ｐ２は７．０である。
【００３５】
＜組成１１＞
Ｃｒ：２０．０ａｔ％、Ｍｏ：０ａｔ％、Ｗ：１．５ａｔ％、Ｔｉ：４．５ａｔ％、Ｓｉ：３．０ａｔ％、Ｃ：０．２５ａｔ％、Ｂ：８．５ａｔ％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるＦｅ基合金。当該組成１１では、合金指数Ｐ１は１９．９４であり、合金指数Ｐ２は７．５である。
【００３６】
＜組成１２＞
Ｃｒ：１２．５ａｔ％、Ｍｏ：０ａｔ％、Ｗ：３．０ａｔ％、Ｔｉ：０ａｔ％、Ｓｉ：０ａｔ％、Ｃ：１．７５ａｔ％、Ｂ：７．０ａｔ％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるＦｅ基合金。当該組成１２では、合金指数Ｐ１は２０．３１であり、合金指数Ｐ２は７．５である。
【００３７】
＜組成１３＞
Ｃｒ：２０．０ａｔ％、Ｍｏ：４．２ａｔ％、Ｗ：０ａｔ％、Ｔｉ：５．０ａｔ％、Ｓｉ：６．０ａｔ％、Ｃ：２．０ａｔ％、Ｂ：１０．０ａｔ％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるＦｅ基合金。当該組成１３では、合金指数Ｐ１は２０．５であり、合金指数Ｐ２は９．７である。
【００３８】
上記の本発明のＦｅ基合金は、各成分元素の原料を溶解、圧延法等の製法を用いて製造されたものであってよい。
【実施例】
【００３９】
以下、本発明の実施形態について、例示の実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４０】
まず、本発明のＦｅ基合金の作製手順および評価試験手順を説明する。
［手順１：インゴット作製］
図１は本実施例で作製したインゴットの外観を示す写真である。以下の表１−１、表１−２に示す組成を有するインゴットを、ジルコニアるつぼを用いた高周波溶解によって作製した。インゴットの原料としては、電解鉄、フェロクロム、Ｓｉの塊状原料、Ｍｏ、Ｗ、Ｃの粒状原料、ＴｉＢ２粉末、Ｂ４Ｃ粉末を用い、合計重量は約１．２ｋｇである。溶解雰囲気はアルゴンガス中である。鋳造は内径φ４０ｍｍの鋳鉄製鋳型に行い、切断は図１に点線で示した位置で押し湯切断し、下側（長さ約９０ｍｍ）を溝ロール圧延に供した。
【００４１】
【表１−１】
2019070189.tif 000002
【００４２】
【表１−２】
2019070189.tif 000003
【００４３】
［手順２：溝ロール圧延］
押し湯切断して得たφ４０ｍｍ×９０ｍｍのインゴットを、１１００℃に加熱して溝ロール圧延を行った。溝の形状は正方形であり、サイズが異なる溝の間にインゴットを順番に通すことによって、徐々に断面積を細くする。また、およそ３回の圧延後に、再加熱を行う。加熱保持時間は約１０分とする。以下に、溝ロール圧延工程の一例を、矢印記号を用いて示す（数字は溝の一辺の長さ（ｍｍ）である。）：
＜開始＞  →加熱保持  →３８．２  →３５．０  →３１．７  →再加熱  →２８．７  →２５．９  →２３．５  →再加熱  →２１．３  →１９．３  →１７．５  →再加熱  →１５．８  →１４．３  →１２．９  →＜終了＞
本実施例では、上記工程により、図２に示す溝ロール圧延材を得た。
【００４４】
［手順３：熱処理および組織観察］
溝ロール圧延材を熱処理した後、反射電子像による組織観察、およびＥＰＭＡ（電子プローブマイクロアナライザ）による析出物含有成分の同定と析出物面積率の測定を行った。析出物面積率は、ＥＰＭＡにより得られた元素マッピングデータをもとに画像処理を実施し算出した。
【００４５】
［手順４：特性評価］
熱処理後の溝ロール圧延材から、図３および図４に示す２種類の試験片を加工し、室温での引張試験、および共振法によるヤング率測定試験を行った。以下の表２−１、表２−２に、試験結果と、各特性の良否判断の基準値を示す。
【００４６】
【表２−１】
2019070189.tif 000004
【００４７】
【表２−２】
2019070189.tif 000005
【００４８】
表２−１、表２−２に示す特性評価の結果から、表１−１、表１−２に示す組成で作製した各インゴットの溝ロール圧延材について、以下のことが確認された。
【００４９】
合金番号１〜１３の発明合金では、各成分元素の配合比が上述した所定の範囲内にあり、かつ合金指数Ｐ１および合金指数Ｐ２が所定の範囲内にあるので、ヤング率、耐力および延性がいずれも基準値を満たしている。
図５は、合金番号１の発明合金の溝ロール圧延材の反射電子像写真である。図５中に矢印で示したように、ＥＰＭＡによる析出物含有成分の同定の結果、合金番号１の供試材においては、Ｍｏ−Ｆｅ−Ｃｒ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃ系、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃ−Ｂ系およびＴｉ−Ｃ系の析出物が確認され、これらの析出物が生成されることにより、ヤング率の向上と高強度化がもたらされると共に、良好な延性を示すＦｅ基合金が得られたと考えられる。
【００５０】
合金番号１４〜２３の比較合金では、合金指数Ｐ１が１２．０未満であるので、ヤング率が基準値の２３０ＧＰａに満たない。また、合金指数Ｐ２が６．５未満であるので、耐力が基準値の７００ＭＰａに満たない。
【００５１】
合金番号２４〜３８の比較合金では、合金指数Ｐ２が６．５未満であるので、耐力が基準値の７００ＭＰａに満たない。
【００５２】
合金番号３９の比較合金では、合金指数Ｐ１が２０．５を超えるので、延性が基準値の１％に満たない。
【００５３】
なお、上記の実施の形態は本発明を具体的に説明したものに過ぎず、上記の実施の形態をもって本発明を制限的に解釈すべきではない。本発明のＦｅ基合金は、当業者にとって自明な範囲での組成元素の配合比の変更、例えば製造上必然的に含まれる許容範囲内での組成変更や原料組成物の調達価格の変動や供給状態の変動に応じた許容範囲内での組成変更を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明のＦｅ基合金は、高剛性であり、かつ耐力が高く、延性が良好であるので、乗用車用ターボチャージャのシャフト等として使用するのに好適である。さらに、本発明のＦｅ基合金は、溶解、圧延法等の汎用的な製造方法で製造することができるので、シャフト等の製品の価格競争力を維持しつつ、実用に供することができる。
【図１】
2019070189.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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