JP2000313934A

JP2000313934A - ステンレス球状炭化物鋳鉄

Info

Publication number: JP2000313934A
Application number: JP11122861A
Authority: JP
Inventors: Shigenori Nishiuchi; 滋典西内; Yutaka Kawano; 豊川野; Satoru Yamamoto; 悟山本; Seisuke Sugawara; 清介菅原
Original assignee: Sankyo Alloy Casting Co Ltd; Kyoto City
Current assignee: Sankyo Alloy Casting Co Ltd; Kyoto City
Priority date: 1999-04-28
Filing date: 1999-04-28
Publication date: 2000-11-14
Anticipated expiration: 2019-04-28
Also published as: DE10020636A1; JP3456635B2

Abstract

(57)【要約】【課題】耐食性、耐摩耗性、靱性といった特性を全て
十分に兼ね備え、産業の発展に伴い高性能・高機能化さ
れつつある化学工業や機械、船舶、石油等の諸工業にお
いて広範囲に適用することができるステンレス球状炭化
物鋳鉄の提供にある。【解決手段】主成分たる鉄（Ｆｅ）に必須成分として
重量％で、Ｃ：０．６〜４．０％、Ｖ：４〜１５％、Ｃ
ｒ：１３〜３０％、Ｎｉ：４〜１５％、Ｓｉ：０．２〜
４．５％、Ｍｎ：０．２〜１．５％、Ｐ：０．０１〜
０．１５％、Ｓ：０．０１〜０．０５％を各々含有させ
るとともに、その組織中に主として共有結合性の粒状又
は球状Ｖ−Ｃ系炭化物を晶出させてなることを特徴とす
るステンレス球状炭化物鋳鉄とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はステンレス球状炭化
物鋳鉄に係り、その目的は耐食性、耐摩耗性、靱性とい
った特性を全て充分に兼ね備え、産業の発展に伴い高性
能・高機能化されつつある化学工業や機械、船舶、石油
等の諸工業において広範囲に適用することができるステ
ンレス球状炭化物鋳鉄の提供にある。

【０００２】

【従来の技術】従来より各種ボイラ設備や化学プラント
機器類等、高温環境下で使用される装置の素材には耐熱
性や耐食性が要求されていた。しかし、近年、産業技術
の発展に伴い化学工業を始めとする諸工業の高温設備の
向上や高機能・高性能化は著しく、より厳しい条件での
耐用が要求されるようになってきている。たとえば、エ
ンジニアリングプラスチックの射出成形の分野において
は、樹脂成形体の強度や難燃性、耐摩耗性等を向上させ
るため樹脂中にＦＲＰなどの補強材や各種添加剤が添加
されるようになってきている。この結果、樹脂成形体の
シリンダ樹脂中の補強材により摩耗しやすく、しかも添
加剤から発生する強腐食性ガスにより腐食しやすくなっ
ている。また、自動車などの各種産業において製造され
る部品の形状も複雑化されてきており、部品の製造装置
の摩耗は従来よりも著しいものとなってきている。

【０００３】このように産業の高度化に伴い、そこで使
用される装置等の使用環境は極めて苛酷なものとなって
きており、その素材には、強度、耐熱性といった性質に
加え、耐摩耗性、耐食性の従来以上の向上が要求されて
いる。

【０００４】先ず、優れた耐摩耗性を得るには、硬い鋳
鉄である白鋳鉄の利用が考えられる。しかしながら、こ
の白鋳鉄はその組織中に黒鉛が存在せず、パーライト及
びセメンタイトから形成されるため非常に脆いという欠
点を有している。従って、白鋳鉄の利用により、優れた
耐摩耗性を得るのは困難である。そこで、白鋳鉄の欠点
を克服した、靱性のある球状黒鉛鋳鉄の利用が従来より
試みられている。

【０００５】上記した球状黒鉛鋳鉄は、その組織中に晶
出する片状黒鉛の形状が球状化されているため、優れた
靱性を有している。これは、球状黒鉛鋳鉄等の金属素材
組織中の晶出物の形状が靱性に大きな影響を与えるため
である。つまり、通常、晶出物の形状は非金属的な性質
が強いと共有結合又は静電結合、即ち有面（ｆａｃｅ
ｔ）となって常に板状となり、この場合靱性は弱く、逆
に金属的な性質が強いと金属結合、即ち非有面（ｎｏｎ
ｆａｃｅｔ）粒状又は球状のデンドライトとなり、この
場合外部から衝撃を受けても力が分散されるため靱性は
強く、球状黒鉛鋳鉄の場合、マグネシウム（Ｍｇ）が
０．０４％以上配合されることにより、鋳鉄組織中に晶
出する片状黒鉛の形状が球状化されているため、優れた
靱性を有しているのである。しかもこの強靱性が他面、
耐摩耗性を向上させる要因と考えられており、一部共有
結合を存在させた球状黒鉛鋳鉄は白鋳鉄に匹敵する耐摩
耗性を有している。

【０００６】一方、本発明者らは、既に特願平９−３０
７９５１号において、鋳鉄組織中に粒状又は球状Ｖ−Ｃ
系炭化物及びＦｅ−Ｃｒ系炭化物を晶出させることで、
耐摩耗性及び耐衝撃性に優れた合金鋳鉄を得ることがで
きることを見出している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記球
状黒鉛鋳鉄は耐摩耗性及び靱性には優れているが、耐食
性に劣るという欠点を、また特願平９−３０７９５１号
に記載の合金鋳鉄も耐摩耗性及び耐衝撃性には優れてい
るが耐食性が若干劣るという欠点を有しており、耐摩耗
性、靱性、耐食性を併せ持った鋳鉄は未だ得られていな
い。そこで、球状黒鉛鋳鉄及び特願平９−３０７９５１
号に記載の合金鋳鉄が有する耐摩耗性及び靱性に加え、
優れた耐食性を有する鋳鉄の創出が望まれていた。

【０００８】ところで、優れた耐食性を有する鉄鋼材料
としては、ステンレス鋳鋼が知られており、具体的に
は、ＪＩＳＧ５１２２の規格では、代表的な１８Ｃｒ−
８Ｎｉ系のＳＣＳ１２、ＳＣＳ１３、ＳＣＳ１９、ＳＣ
Ｓ２１や１８Ｃｒ−１１Ｎｉ−Ｍｏ系のＳＣＳ１４、高
Ｃｒ−Ｎｉ系のＳＣＳ１１、１３Ｃｒ系のＳＣＳ１、Ｓ
ＣＳ２、高Ｃｒ系等のステンレス鋳鋼が存在する。これ
らステンレス鋳鋼はいずれもＣｒを１２％以上含有して
おり、このＣｒの酸化作用により不動態化し、鋳鋼の表
面にＦｅＯ、Ｃｒ₂ Ｏ₃ 、ＮｉＯなどの酸化物が晶出さ
れ、表面を錆から保護される構成となっている。

【０００９】そこで、本発明者らは、優れた耐食性が付
与された鋳鉄に関する鋭意研究を続けたところ、粒状又
は球状Ｖ−Ｃ系炭化物のみを晶出させることにより、耐
摩耗性及び靱性を付与するだけでなく、ステンレス鋳鋼
に匹敵する優れた耐食性も付与することができることを
見出し本発明の完成に至った。

【００１０】

【課題を解決するための手段】即ち請求項１記載の発明
は、主成分たる鉄（Ｆｅ）に必須成分として重量％で、
Ｃ：０．６〜４．０％、Ｖ：４〜１５％、Ｃｒ：１３〜
３０％、Ｎｉ：４〜１５％、Ｓｉ：０．２〜４．５％、
Ｍｎ：０．２〜１．５％、Ｐ：０．０１〜０．１５％、
Ｓ：０．０１〜０．０５％を各々含有させるとともに、
その組織中に主として共有結合性の粒状又は球状Ｖ−Ｃ
系炭化物を晶出させてなることを特徴とするステンレス
球状炭化物鋳鉄に関する。請求項２記載の発明は、前記
合金元素に、（ａ）Ｍｏ：０．０５〜１５％、（ｂ）Ｔ
ｉ：０．０１〜５％、（ｃ）Ｂ：０．０１〜２％、
（ｄ）Ｃｕ、Ｗ、Ｚｒ、Ｃｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｙのうちの
少なくとも２種以上の合金元素０．２〜５％、の（ａ）
〜（ｄ）の添加物の中から選択された一以上の添加物を
混合してなることを特徴とする請求項１記載のステンレ
ス球状炭化物鋳鉄に関する。これらの発明を提供するこ
とにより上記の課題を悉く解決する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るステンレス球
状炭化物鋳鉄について詳述する。本発明に係るステンレ
ス球状炭化物鋳鉄は、主成分たる鉄（Ｆｅ）に必須成分
としてＣ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓが含有
されてなる。

【００１２】先ず、Ｃ及びＶは、耐摩耗性向上を目的と
し、粒状又は球状Ｖ−Ｃ系炭化物を晶出させるために配
合される。炭素（Ｃ）含有量は、０．６〜４．０％とさ
れる。これは、含有量が０．６％未満では合金鋳鉄の硬
度及び機械的性質は殆ど変化せず、０．６％を超えると
合金鋳鉄の硬度は上昇し、機械的性質も向上するが、含
有量が４．０％を超えると、一部のＣはＦｅ−Ｃｒ系炭
化物（セメンタイト）となり、耐食性を低下させてしま
うからである。

【００１３】バナジュウム（Ｖ）含有量は、４．０〜１
５％とされる。これは、含有量が４．０％未満では、高
硬度の炭化物を分散させて共有結合性の粒状又は球状Ｖ
−Ｃ系炭化物を晶出させることができず、１５％を超え
て配合しても、それ以上の効果は期待できず、逆に偏析
を起こしやすくなり、いずれの場合も好ましくないから
である。また、粒状又は球状Ｖ−Ｃ系炭化物は、ＶとＣ
の原子数比が約１：１（重量比４：１）であるため、Ｖ
の含有量がＣの含有量の約４倍になるように配合すると
より好ましい。

【００１４】クロム（Ｃｒ）及びニッケル（Ｎｉ）は耐
食性向上のために配合される。Ｃｒ含有量は１３〜３０
％とされる。これは、含有量１３％未満では、安定した
オーステナイト（γ）を晶出させることができず、酸化
性溶液に対する耐食性を低下させてしまい、一方、３０
％を超えると偏析を起こして強度を劣化させる原因とな
るため、いずれの場合も好ましくないからである。Ｎｉ
含有量は４．０〜１５％とされる。これは、含有量４．
０％未満では金属組織のマルテンサイト化が起こりやす
くなり、一方、１５％を超えると偏析を起こし、しかも
基地が柔らかくなるため、いずれの場合も好ましくない
からである。また、４％以上配合することにより、非酸
化性溶液に対する耐食性も改善される。

【００１５】ケイ素（Ｓｉ）は脱酸及び硬度増大、また
鋳造性を良くするのに有効であり、含有させる場合、そ
の含有量は０．２〜４．５％とされる。これは、０．２
％未満ではＳｉ含有による効果を発揮することができ
ず、一方、４．５％を超えると靱性が低下してしまい、
いずれの場合も好ましくないからである。

【００１６】マンガン（Ｍｎ）を含有させる場合、その
含有量は０．２〜１．５％とされる。これは１．５％を
超えると偏析を起こしやすくなり、Ｖ−Ｃ系の合金鋳鉄
にとって好ましくないからである。リン（Ｐ）は若干の
硬度上昇及び流動性の向上により鋳造性を良くするのに
有効であり、含有させる場合、その含有量は０．０１〜
０．１５％とされる。これは、０．０１％未満では、Ｐ
配合による効果が期待できず、一方０．１５％を超える
と偏析や脆性を起こすためいずれの場合も好ましくない
からである。

【００１７】硫黄（Ｓ）を含有させる場合、含有量は
０．０１〜０．０５％とされる。これは、通常０．０５
％を超えると、Ｆｅ₃ Ｃ（セメンタイト）及びＭｎＳ
（硫化マンガン）を晶出しやすくなり、耐食性が低下す
るため好ましくないからである。

【００１８】以上の元素が主成分たる鉄（Ｆｅ）に含有
させる必須成分であり、本発明ではこれらの必須成分に
加えて、（ａ）Ｍｏ、（ｂ）Ｔｉ、（ｃ）Ｂ、（ｄ）Ｃ
ｕ、Ｗ、Ｚｒ、Ｃｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｙのうちの少なくと
も２種以上の合金元素、の（ａ）〜（ｄ）の添加物の中
から選択された一以上の添加物を適宜混合させてもよ
い。

【００１９】モリブデン（Ｍｏ）はキッシュ黒鉛析出防
止及び基地を安定させるのに有効であり、Ｍｏを含有さ
せる場合、その含有量は０．０５〜１５％とされる。こ
れは、０．０５％未満では、Ｍｏ配合による効果が得ら
れず、逆に１５％を超えると、高硬度の炭化物を分散さ
せて共有結合性の粒状又は球状Ｖ−Ｃ系炭化物の晶出を
不安定とさせ、しかも耐食性が劣化してしまうため、い
ずれの場合も好ましくないからである。

【００２０】チタン（Ｔｉ）は脱窒素と金属組織の微細
化に有効であり、含有させる場合、その含有量は０．０
１〜５．０％とされる。これは、０．０１％未満では、
Ｔｉ配合による効果が得られず、逆に５．０％を超える
とＴｉ系炭化物の析出が著しくなり、強度を劣化させる
ため、いずれの場合も好ましくないからである。

【００２１】ホウ素（Ｂ）は熱処理による硬度増大に有
効であり、含有させる場合、含有量は０．０１〜２．０
％とされる。これは、０．０１％未満では、Ｂ配合によ
る効果が得られず、逆に、２．０％を超えると強度を劣
化させる原因となるため、いずれの場合も好ましくない
からである。

【００２２】銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、ジルコ
ニウム（Ｚｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、
タンタル（Ｔａ）、イットリウム（Ｙ）については、耐
食性、耐摩耗性、耐熱性等の目的に応じて適宜配合すれ
ばよい。これらは単独で配合しても効果はあるが、複数
組み合わせて配合することにより、より優れた効果を得
ることができるので、２種以上の元素を組み合わせて配
合する。ただし、いたずらに配合しても共有結合を強固
なものとするとは限らないため、２種以上の元素の合計
の含有量は０．２〜５．０％とされる。

【００２３】本発明では、必須成分であるＣ、Ｖ、Ｃ
ｒ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓに加えて、以上説明した
ような各配合成分を、その使用目的に応じて適宜配合し
て鋳造すればよく、特に高炭素含有物の硬度安定化には
Ｓｉ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｙの配合が、
基地安定化及びキッシュ黒鉛の析出防止にはＣｒ、Ｍ
ｏ、Ｗの配合が、鋳造時における金属組織の微細化、脱
ガスにはＴｉの配合が、金属組織のマルテンサイト化の
防止にはＮｉ、Ｃｏの配合が有効である。

【００２４】上記組成からなるステンレス球状炭化物鋳
鉄は、常法に準じ、鋳型内に熔湯を注ぎ込み、その後冷
却する鋳放しにより得ることができる。また、冷却時に
生じる鋳造応力を除去することが望ましいので、９７３
〜１２９３Ｋで１時間程度保持した後、焼準及び焼鈍し
てもよい。９７３〜１１７３Ｋで保持後炉冷（焼鈍）又
は空冷処理（焼準）した場合、組織はオーステナイト
（γ）＋Ｖ_P Ｃ_Q 複合体となる。また、１１７３〜１２
９３Ｋで保持後炉冷（焼鈍）又は空冷処理（焼準）した
場合は、強度・靱性の向上を目的とした焼準、耐衝撃性
向上のための鋳造応力除去を目的とした焼なましといっ
た処理が必要となるが、この温度範囲での組織も、オー
ステナイト（γ）＋Ｖ _P Ｃ_Q 複合体となり、前記９７３
〜１１７３Ｋで処理した合金鋳鉄と相違はない。尚、上
記の如く焼準処理、焼鈍処理を施した場合、鋳放しで製
造した合金鋳鉄とその組織に相違はない。

【００２５】

【実施例】以下、本発明のステンレス球状炭化物鋳鉄を
実施例に基づいて一層詳細に説明する。ただし、本発明
は以下の実施例に何ら限定されるものではない。

【００２６】（実施例１〜５、比較例１〜８）溶製条件純鉄（Ｆｅ）に、Ｃ：０．０５％、Ｓｉ：０．４％、Ｍ
ｎ：１．０％、Ｐ：０．０４％、Ｓ：０．０１５％、Ｎ
ｉ：８．０％、Ｃｒ：１８．０％をそれぞれ配合し、更
に表１に示す配合に従って炭素（Ｃ）を配合して、配合
例１〜８の鋳造原料を得た。

【表１】

【００２７】前記調製した配合例１〜５の各鋳造原料に
ついては、まず、それぞれにＶを４、６、８、１０或い
は１５％配合して表２に示す実施例１〜５の鋳造原料を
５種類づつ得、次に、それぞれにＶを０、２．５或いは
１６％配合して表２に示す比較例１〜５の鋳造原料を３
種類づつ得た。また、配合例６〜８の各鋳造原料につい
ては、それぞれにＶを０、２．５、４、６、８、１０、
１５或いは１６％配合して表２に示す比較例６〜８の鋳
造原料を８種類づづ得た。これらの鋳造原料を、２０Ｋ
ｇ高周波誘導炉（ラミング材ＭｇＯ＋Ａｌ₂ Ｏ₃ ）を
用いて、それぞれ溶解鋳造を行った。溶製試料は、ＪＩ
ＳＧ３０７鋳鋼品の製造、試験及び検査の通則、３．
２．１共試材（ａ）より、シエル型引張試験片（ＪＩＳ
Ｚ２２０１金属材料引張４号試験片）、シエル型
衝撃試験片（ＪＩＳＺ２２０２金属材料衝撃３号試
験片ノッチなし）、硬度試験・ミクロ組織観察試験・摩
耗試験・耐食試験片として２５ｍｍ角×５０ｍｍ高の角
状試料とし、鋳造後、９７３Ｋで１時間保持後空冷を行
った。

【表２】

【００２８】

【試験例】（試験例１）ミクロ組織の観察前記実施例４（４−４、４−６、４−８、４−１０）及
び比較例４（４−１、４−２、４−１６）で得られた合
金鋳鉄についてミクロ組織の観察を行うため、９７３Ｋ
熱処理組織の顕微鏡写真（倍率：４００及び１０００）
撮影を行った。この結果を図１〜１４に示す。

【００２９】図１〜１４の結果より、図１〜図８で示さ
れる実施例４の合金鋳鉄では球状炭化物が晶出している
ことが分かる。これに対し、図９〜図１４で示される比
較例４の合金鋳鉄では、粒状又は球状炭化物が晶出して
いないことが分かる。つまりＶを添加することにより球
状炭化物を晶出させることができ、またその添加量が増
加するにつれて、球状炭化物の晶出量が増加すると言う
ことができる。

【００３０】（試験例２、３）引張り強度及び伸び前記実施例１〜５及び比較例１〜８で得られた合金鋳鉄
の引張り強度及び伸びを試験した。試験片は、ＪＩＳ
Ｇ０３０７鋳鋼品の製造、試験及び検査の通則の供
試材の形状及び寸法（ａ）に従って、ＪＩＳＺ２２
０１金属材料引張４号試験片を採取した。試験方法は
この４号試験片を用いて、引張り強度及び伸び共にＪＩ
ＳＺ２２４１金属材料引張り試験法の基準に従っ
て測定した。引張り強度の結果を表３に、伸びの結果を
表４に示す。

【表３】

【表４】

【００３１】表３の結果より、引張り強度は、Ｃの配合
量が０．６％〜２．０％までは、Ｃの配合量が増加する
に従い上昇するが、Ｃの配合量が３．０％以上に増加す
ると、引張り強度はＣの配合量の増加とともに小さくな
ることが分かる。また、Ｖに関しては、配合量が０〜６
％までは、配合量の増加に従い引張り強度は大きくな
が、８％以上配合した場合、Ｖの配合量の増加とともに
引張り強度は低下することが分かる。また、表４の結果
より、伸びは、Ｃの配合量が増加するに従い小さな値を
とるようになり、また、Ｖの配合量が増加するに従い大
きな値をとるようになることが分かる。

【００３２】（試験例４）衝撃試験前記実施例１〜５及び比較例１〜８で得られた合金鋳鉄
の衝撃試験を行った。試験方法は、ＪＩＳＺ２２４
２金属材料衝撃試験方法に示される、シャルピー衝撃
試験とし、試験を行う前に、試験片の表面にある酸化物
をＢｅｌｔ式研摩耗機で取り除き、１０×１０×５５ｍ
ｍの形状で、ノッチなしのＪＩＳ３号試験片に加工した
ものを試験した。試験後破断面を観察し、大きな欠陥の
見られるものについては除外した。衝撃試験の結果を表
５に示す。

【表５】

【００３３】表５の結果より、衝撃値は、Ｃの配合量が
０．１％のとき最大となっているが、その後一旦減少し
た後、配合量０．６％のとき再び大きな値をとり、その
後は減少していることが分かる。また、実施例に関して
いえば、Ｖの配合量が増加するに従い、衝撃値も増大し
ていることが分かる。

【００３４】（試験例５）硬度測定前記実施例１〜５及び比較例１〜８で得られた合金鋳鉄
の硬度をそれぞれ測定した。硬度の指標としては「ロッ
クウエル硬さ（Ｈ_R ）」の「Ｃスケール」（Ｈ _R Ｃ）を
用い、試験方法ＪＩＳＺ２２４５に示される「ロッ
クウエル硬さ試験方法」（ダイヤモンド圧子又は球圧子
を用いて、まず基準荷重を加え、次に試験荷重を加え、
再び基準荷重に戻したとき、前後２回の基準荷重におけ
る圧子の侵入深さの差によって定義式から求める）に準
じて試験を行った。硬度測定の結果を表６に示す。

【表６】

【００３５】（試験例６）摩耗試験図１５に示す摩耗試験機を用いて、前記実施例１〜５及
び比較例１〜８で得られた合金鋳鉄について、摩耗試験
を次に示す操作に従い行った。２５ｍｍ角×５０ｍｍ高
の供試材より１０ｍｍ棒を切り出して試験片とし、これ
をネジホルダー（２）で取り付け、長さ１２０×１２０
ｍｍにマイクロカッターで切断した。また、試料に接触
させる砥石には、市販の材質Ａｌ₂ Ｏ₃ に粘土系バイン
ダーを約３０％配合して成形後、約１４７３Ｋで焼結し
て得た、寸法がφ２５ｍｍ×２ｍｍ、８０の砥粒の軸
付砥石（１）を用いた。試料の各面をＢｅｌｔ式研摩機
により、砥石と接触する面が良好な平面状態になるよう
に特に注意を払いながら、８０で研摩した。研摩試料
表面に付着物がないことを確認した後、その重量を精密
天秤で測定し、これを摩耗試験前重量とした。次に、ホ
ルダー部に試験面を下にして試料を取り付け、砥石と同
じ高さに合わせた水平台を用いて試験面の水平度を水平
に調整しつつ、側面からネジ止めをした。試験機のバラ
ンスを調整した後、試料の真上に０．２ｋｇの荷重用分
銅（３）を置き、天秤（４）を介して試料とは反対側に
制振スプリング（５）を取り付け試料の空走をおさえ
た。この状態で、回転速度を１７００ｒｐｍとして、摩
耗試験機をスタートさせた。回転時間は９０秒とし、ス
タートさせてから３０、６０秒後にドレッシング用砥石
で軸付き砥石の目詰まりを防止するためにドレッシング
した。試験が終了後、試料に付着した研摩粉をよく拭き
取り除去し、再び精密天秤で秤量し、試験前の重量との
差をもって摩耗量とした。摩耗試験の結果を表７に示
す。

【表７】

【００３６】表６及び表７の結果から、硬度は、Ｖの添
加量の増加とともに低くなるのに対して、耐摩耗性は、
Ｖの添加量の増加とともに高まることが分かる。即ち、
最高の耐摩耗性を示す合金鋳鉄（実施例４、４−１０）
の硬度はそれ程高い値ではなく、耐摩耗性を向上させる
には、硬度を上昇させなければならないとされた従来の
考えに反する結果となった。これは、最高の耐摩耗性を
示した配合の合金鋳鉄の衝撃値がかなり大きな靱性を示
していることから、優れた耐摩耗性は硬度だけに関係す
るのではなく、靱性にも関係し、この二つの性質を併せ
持つとき、優れた耐摩耗性を得ることができるものと思
われる。

【００３７】（試験例７）耐食性試験実施例４（４−６、４−８、４−１０）及び前記比較例
４（４−１、４−２）に示される合金鋳鉄を用いて、Ｈ
₂ ＳＯ₄ （７Ｎ）、ＨＣｌ（１Ｎ）に対する耐食性試験
をした。試験方法としては、試料１０ｍｍ³ を全面仕上
（エメリー３２０番仕上）し、アルコ−ルで脱脂洗浄し
た後、重量及び表面積測定を行い試験に供した。各試験
片はそれぞれ別々に同一大の５００ｃｃの容器（ビ−カ
−）に入れ、そこに３００ｃｃのＨ₂ ＳＯ₄ （７Ｎ）、
ＨＣｌ（１Ｎ）をそれぞれ注ぎ、Ｈ₂ ＳＯ₄ （７Ｎ）は
沸騰、ＨＣｌ（１Ｎ）は室温にて１４０時間浸漬し、洗
浄、乾燥後、常温で各試料の重量測定と表面積測定を行
い、腐食減量をｍｇ／ｃｍ ² で測定した。尚、比較材と
して、耐食性が良いとされるＳＵＳ３０４を用いて同時
に測定した。ＳＵＳ３０４の配合割合を表８に示す。

【表８】耐食性試験の結果を表９に示す。

【表９】

【００３８】表９の結果から実施例の合金鋳鉄と比較例
の合金鋳鉄及びＳＵＳ３０４の耐食性を比較する。ま
ず、沸騰したＨ₂ ＳＯ₄ （７Ｎ）に対する耐食性を比較
すると、Ｖ６％で最良の耐食性を示し、Ｖ１０％から耐
食性は低下するが、ＳＵＳ３０４よりも数段耐食性が良
好であることを示している。尚、この場合、Ｖの添加量
は耐食性には余り影響しないものと考えられるが、必須
成分としてＣ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓを
配合すれば、耐食性を向上させることができると言え
る。次に、室温でのＨＣｌ（１Ｎ）に対する耐食性を比
較すると、Ｖの添加量が増加すると耐食性は低下する
が、ＳＵＳ３０４よりも耐食性が良好であることを示
し、やはり必須成分としてＣ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｉ、
Ｍｎ、Ｐ、Ｓを配合すれば、耐食性を向上させることが
できると言える。尚、実施例及び比較例の合金鋳鉄はい
ずれも、耐食性に優れたステンレス鋳鋼に相当するよう
に、１８％のＣｒと８％のＮｉが含有されている。通
常、１８％のＣｒと８％のＮｉが含まれていても、Ｃが
含まれると急速に耐食性が低下することが知られている
が、本試験例における合金鋳鉄はいずれもＳＵＳ３０４
よりも優れた耐食性を示している。これは合金鋳鉄組織
中に粒状又は球状Ｖ−Ｃ系炭化物が晶出することで、ス
テンレス鋳鋼よりも優れた耐食性を維持することができ
ると言うことができる。

【００３９】以上の結果をまとめると、Ｖの配合量が４
％未満のときは、硬度は高いが、耐摩耗性、耐食性に劣
り、１５％より多く配合した場合、耐摩耗性には優れる
が、十分な硬度が得られず、また、Ｃの配合量が０．６
％未満のときは、硬度、耐摩耗性に劣り、４％より多く
配合した場合、引張り強さ、伸び、衝撃値に劣るといえ
る。従って、実際の使用に耐えうる機械的強度を備える
とともに、耐摩耗性及び耐食性を向上させるには、Ｆｅ
の他、必須成分として最低、Ｃ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓ
ｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓが必要であり、そのＣの配合量は０．
６〜４．０％の範囲内とし、且つＶの配合量は４．０〜
１５％の範囲内にする必要がある。また、Ｖの配合量が
この範囲内でより多いほど、つまり、金属組織中の粒状
又は球状Ｖ−Ｃ系炭化物の晶出量が多いほど、耐摩耗性
及び耐食性を向上させることができるといえる。

【００４０】（試験例８）水中ポンプ・インペラ実証試験汚泥貯槽の排水処理装置として水中ポンプ・インペラ実
証試験を行った。汚泥貯槽は実使用はｐＨ４〜７（設計
ｐＨ７〜９）、汚泥中の異物として、砂を混入させた。
また汚泥濃度は３％前後であった。この処理装置汚泥貯
槽水を蛍光Ｘ線分析で分析したとき、汚泥濃度０．５
％、ＦｅＳＯ₃ ：１８．０％、ＳＯ₃ ：６．１％、Ａｌ
₂ Ｏ₃ ：４．２％、ＳｉＯ₂ ：８．８％、Ｖ₂ Ｏ₅ ：
２．９％、有機物（Ｃ）：６３．０％であった。なおｐ
Ｈの実証値は５．０であった。実施例４（４−８）と従
来の鋳鉄ＦＣ２００を材料として外径φ２３０のインペ
ラを作成し、汚泥処理用水中ポンプに取り付けて実証試
験を行った。その結果、実施例４（４−８）を材料とし
て作成したインペラは１００３時間運転後０．３０％の
減量が見られた。これに対し、従来の鋳鉄のインペラは
８４４時間後９．００％の減量となり、明らかに実施例
を材料としたものが優れていた。このことから、実施例
の合金鋳鉄は従来の鋳鉄に比べ耐摩耗性及び耐食性に優
れているといえる。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述した如く、請求項１記載の発明
は主成分たる鉄（Ｆｅ）に必須成分として重量％で、
Ｃ：０．６〜４．０％、Ｖ：４〜１５％、Ｃｒ：１３〜
３０％、Ｎｉ：４〜１５％、Ｓｉ：０．２〜４．５％、
Ｍｎ：０．２〜１．５％、Ｐ：０．０１〜０．１５％、
Ｓ：０．０１〜０．０５％、を各々含有させるととも
に、その組織中に主として共有結合性の粒状又は球状Ｖ
−Ｃ系炭化物を晶出させてなることを特徴とするステン
レス球状炭化物鋳鉄であり、また請求項２記載の発明は
前記合金元素に、（ａ）Ｍｏ：０．０５〜１５％、
（ｂ）Ｔｉ：０．０１〜５％、（ｃ）Ｂ：０．０１〜２
％、（ｄ）Ｃｕ、Ｗ、Ｚｒ、Ｃｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｙのう
ちの少なくとも２種以上の合金元素０．２〜５％、の
（ａ）〜（ｄ）の添加物の中から選択された一以上の添
加物を混合してなることを特徴とする請求項１記載のス
テンレス球状炭化物鋳鉄であるから以下のような優れた
効果を奏する。

【００４２】即ち、必須成分としてＣ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎ
ｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓが配合されていることにより、
その組織中に晶出する炭化物が球状化され、優れた耐摩
耗性を発揮することができる。また、前記したように炭
化物が球状化されていることにより、ステンレス鋼に匹
敵する耐食性を発揮することができる。つまり、本発明
に係るステンレス球状炭化物鋳鉄は、靱性、強度、溶接
性、切削性に優れるとともに、耐食性及び耐摩耗性にお
いても優れており、しかも熔湯の流動性が良好であるの
で欠陥の少ない鋳造品である。従って、産業の発展に伴
い高機能、高性能化されつつある化学工業や産業機械等
の諸工業において広範囲に適用することができるという
優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例４で得られたＶ配合量４．０％の合金鋳
鉄の組織の４００倍の顕微鏡写真である。

【図２】実施例４で得られたＶ配合量４．０％の合金鋳
鉄の組織の１０００倍の顕微鏡写真である。

【図３】実施例４で得られたＶ配合量６．０％の合金鋳
鉄の組織の４００倍の顕微鏡写真である。

【図４】実施例４で得られたＶ配合量６．０％の合金鋳
鉄の組織の１０００倍の顕微鏡写真である。

【図５】実施例４で得られたＶ配合量８．０％の合金鋳
鉄の組織の４００倍の顕微鏡写真である。

【図６】実施例４で得られたＶ配合量８．０％の合金鋳
鉄の組織の１０００倍の顕微鏡写真である。

【図７】実施例４で得られたＶ配合量１０．０％の合金
鋳鉄の組織の４００倍の顕微鏡写真である。

【図８】実施例４で得られたＶ配合量１０．０％の合金
鋳鉄の組織の１０００倍の顕微鏡写真である。

【図９】比較例４で得られたＶ配合量０％の合金鋳鉄の
組織の４００倍の顕微鏡写真である。

【図１０】比較例４で得られたＶ配合量０％の合金鋳鉄
の組織の１０００倍の顕微鏡写真である。

【図１１】比較例４で得られたＶ配合量２．５％の合金
鋳鉄の組織の４００倍の顕微鏡写真である。

【図１２】比較例４で得られたＶ配合量２．５％の合金
鋳鉄の組織の１０００倍の顕微鏡写真である。

【図１３】比較例４で得られたＶ配合量１５．５％の合
金鋳鉄の組織の４００倍の顕微鏡写真である。

【図１４】比較例４で得られたＶ配合量１５．５％の合
金鋳鉄の組織の１０００倍の顕微鏡写真である。

【図１５】本発明のステンレス球状炭化物鋳鉄の摩耗試
験に使用した、試験機の側面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000200596 川野豊京都府宇治市木幡赤塚47−20 (72)発明者西内滋典大阪府枚方市楠葉花園町５番６−1005号 (72)発明者川野豊京都府宇治市木幡赤塚47番地の20 (72)発明者山本悟京都府京都市左京区一乗寺葉山町11番地の６ (72)発明者菅原清介大阪府東大阪市御厨南２丁目５番28号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主成分たる鉄（Ｆｅ）に必須成分として
重量％で、Ｃ：０．６〜４．０％、Ｖ：４〜１５％、Ｃ
ｒ：１３〜３０％、Ｎｉ：４〜１５％、Ｓｉ：０．２〜
４．５％、Ｍｎ：０．２〜１．５％、Ｐ：０．０１〜
０．１５％、Ｓ：０．０１〜０．０５％、を各々含有さ
せるとともに、その組織中に主として共有結合性の粒状
又は球状Ｖ−Ｃ系炭化物を晶出させてなることを特徴と
するステンレス球状炭化物鋳鉄。
【請求項２】前記合金元素に、（ａ）Ｍｏ：０．０５
〜１５％、（ｂ）Ｔｉ：０．０１〜５％、（ｃ）Ｂ：
０．０１〜２％、（ｄ）Ｃｕ、Ｗ、Ｚｒ、Ｃｏ、Ｎｂ、
Ｔａ、Ｙのうちの少なくとも２種以上の合金元素０．２
〜５％、の（ａ）〜（ｄ）の添加物の中から選択された
一以上の添加物を混合してなることを特徴とする請求項
１記載のステンレス球状炭化物鋳鉄。