JP2001269767A - 球状黒鉛鋳鉄製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 球状黒鉛鋳鉄製品の表面の少なくとも一部
に、片状黒鉛鋳鉄組織を鋳造時に形成できる球状黒鉛鋳
鉄製品の製造方法を提供することである。 【解決手段】 鋳型の主型２または中子３の何れかの鋳
型砂に粉末状硫化鉄を配合し、この硫化鉄を配合した部
位の鋳型界面で、硫化鉄を溶湯鋳鉄中のマグネシウムと
反応させて、黒鉛球状化作用を有するマグネシウムを消
費し、この部位に片状黒鉛を晶出させることにより、球
状黒鉛鋳鉄製品の表面層に耐摩耗性や振動減衰能に優れ
た片状黒鉛鋳鉄組織を形成できるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、球状黒鉛鋳鉄製
品の製造方法、特に表面層に傾斜機能を有する球状黒鉛
鋳鉄製品の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】球状
黒鉛鋳鉄製品は優れた靱性を有し、幅広い用途に使用さ
れている。これらの用途の中には、全表面層または表面
層の一部に母材と異質の機能が要求されるものがある。

【０００３】例えば、スラリー等の固形分を含む流動体
等の輸送管では、管内を輸送される流動体等との激しい
衝突により大きな摩耗が生じるので、管内面に優れた耐
摩耗性が要求される。従来、このような輸送管では、め
っき、溶射、焼結、クラッド等の方法により、管の内面
に耐摩耗性に優れた硬質層を形成している。これらの方
法は処理コストが高く、かつ、管の成形後に処理を行う
場合は非常に手間がかかる問題がある。

【０００４】球状黒鉛鋳鉄は耐摩耗性にも優れている
が、片状黒鉛鋳鉄は、球状黒鉛鋳鉄よりもさらに優れた
耐摩耗性を有することが知られている。したがって、球
状黒鉛鋳鉄製の輸送管の内面に、片状黒鉛鋳鉄組織を鋳
造時に形成できれば、上記用途に耐えられる優れた輸送
管を安価に製造できることが期待される。

【０００５】また、上下水道管等の鋳鉄製品では、強靱
性とともに振動減衰能が要求されるものがある。従来、
このような鋳鉄製品を橋梁等に敷設する場合は、免振ゴ
ムやダンパ等の付加的な設備を取り付けており、施工コ
ストが高くなっている問題がある。

【０００６】球状黒鉛鋳鉄は振動減衰能にも優れ、その
減衰速度は鋼の約２倍であるが、片状黒鉛鋳鉄はさらに
優れた振動減衰能を有し、その減衰速度は鋼の４倍以上
であることが知られている。したがって、球状黒鉛鋳鉄
製の上下水道管等の外面に、片状黒鉛鋳鉄組織を形成で
きれば、その施工コストを大幅に低減できることが期待
される。

【０００７】そこで、この発明の課題は、球状黒鉛鋳鉄
製品の表面の少なくとも一部に、片状黒鉛鋳鉄組織を鋳
造時に形成できる球状黒鉛鋳鉄製品の製造方法を提供す
ることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、この発明は、鋳型砂で造型した鋳型に、マグネシ
ウムを含む黒鉛球状化剤が添加された溶湯鋳鉄を鋳込ん
で球状黒鉛鋳鉄製品を製造する方法において、前記鋳型
の少なくとも一部を形成する鋳型砂に固形硫化物を配合
し、この固形硫化物を配合した部位の鋳型界面で、前記
溶湯鋳鉄中のマグネシウムと前記固形硫化物とを反応さ
せ、この鋳型界面の部位で鋳造される球状黒鉛鋳鉄製品
の表面層に、片状黒鉛鋳鉄組織を形成する方法を採用し
たものである。

【０００９】すなわち、鋳型を形成する少なくとも一部
の鋳型砂に固形硫化物を配合することにより、固形硫化
物を配合した部位の鋳型界面で、固形硫化物を溶湯鋳鉄
中のマグネシウムと反応させて、この部位におけるマグ
ネシウムを消費し、球状黒鉛鋳鉄製品の表面層における
黒鉛球状化を防止して、片状黒鉛を晶出させるようにし
た。

【００１０】前記鋳型を主型と一個または複数個の中子
とを有するものとし、前記鋳型砂に固形硫化物を配合す
る部位を、少なくとも前記主型または一個以上の中子と
することにより、球状黒鉛鋳鉄製品の外面または内面に
片状黒鉛鋳鉄組織を形成することができる。

【００１１】前記固形硫化物を硫化鉄とすることによ
り、前記片状黒鉛鋳鉄組織の層を鮮明で効率的に形成で
き、かつ固形硫化物も安価に入手することができる。す
なわち、硫化鉄の融点は球状黒鉛鋳鉄製品の鋳造温度に
近いので、適切なタイミングで鋳型内に溶け出し、前記
溶湯鋳鉄中のマグネシウム消費領域を拡散させることな
く、かつ、効率的にマグネシウムを消費する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図１乃至図６に基づき、こ
の発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の球状黒
鉛鋳鉄製品の製造方法を適用した、管用の鋳造装置を示
す。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は正面図である。
この鋳造装置は、湯口１と主型２および中子３で形成さ
れた製品キャビティ４とを結ぶ湯道５の途中に、溶湯鋳
鉄に添加される黒鉛球状化剤が設置される反応室６が設
けられている。湯口１から注入される溶湯鋳鉄は、反応
室６で黒鉛球状化剤と反応し、堰７を越えて製品キャビ
ティ４内に流入するようになっている。なお、反応室６
の入口側と製品キャビティ４の背面側には、それぞれチ
ル試験片採取用の金型８、９が設けられている。

【００１３】上記鋳造装置を用いて、球状黒鉛鋳鉄製品
としてのスラリー輸送管（実施例１）および上水道管
（実施例２）を製造した。管の肉厚は、いずれも１０ｍ
ｍとした。以下に、各実施例を示す。

【００１４】

【実施例】〔実施例１〕この実施例では、管の内面に片
状黒鉛鋳鉄組織を形成して、管内面に優れた耐摩耗性を
付与することを目的とし、スラリー輸送管を鋳造した。

【００１５】この目的を達成するために、主型２は、け
い砂を基砂として、ベントナイトを５ｍａｓｓ％、水を
３．５ｍａｓｓ％配合した通常の鋳型砂を用いて造型
し、鋳造される管内面との鋳型界面を形成する中子３に
は、フラタリー砂に粉末状硫化鉄を１７ｍａｓｓ％、フ
ラン樹脂を１ｍａｓｓ％配合し、少量の硬化剤を加えた
鋳型砂を金型に流し込んで造型したものを用いた。

【００１６】溶湯鋳鉄は、高純度銑鉄に電解鉄とシリコ
ンを添加したものとし、反応室６内の黒鉛球状化剤に
は、希土類元素とビスマス入りのＦｅ−Ｓｉ−Ｍｇを用
いた。なお、溶湯鋳鉄の注入温度は１５５０℃とした。

【００１７】表１は、黒鉛球状化処理前の溶湯が鋳込ま
れた金型８から採取したチル試験片の分析結果を、表２
は、黒鉛球状化処理後の溶湯が鋳込まれた金型９から採
取したチル試験片の分析結果を示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】この分析結果より、製品キャビティ４背面
側の金型９から採取したチル試験片には、黒鉛球状化作
用を有するマグネシウムが明瞭に検出されており、製品
キャビティ４に黒鉛球状化処理溶湯が流入していること
が確認できた。

【００２１】図２の写真は、鋳造したスラリー輸送管の
管内面近傍の断面を観察した顕微鏡組織を示す。この写
真より、スラリー輸送管の内面には、厚さが約１．０ｍ
ｍの片状黒鉛鋳鉄組織が鮮明に形成されているのがわか
る。

【００２２】図３のグラフは、さらに図２と同じ断面に
ついて、ＥＰＭＡにより硫黄の濃度分布を測定した結果
を示す。この結果より、図２の片状黒鉛鋳鉄組織が形成
された部分で顕著な硫黄濃度の上昇が認められ、前述し
た鋳型界面での溶湯鋳鉄と硫化鉄との反応により片状黒
鉛鋳鉄組織が形成されたことがわかる。

【００２３】図４は、前記中子３への硫化鉄の配合量Ｑ
を変化させて、前記片状黒鉛鋳鉄組織の厚さｔの変化を
調査した結果を示す。硫化鉄の配合量Ｑの増加に伴って
片状黒鉛鋳鉄組織は厚くなっており、この結果から、鋳
型砂への硫化物の配合量を変えることにより、片状黒鉛
鋳鉄組織の厚さｔを制御できることがわかる。なお、硫
化物や鋳型砂の種類、および鋳鉄製品の肉厚等の要因に
より、鋳型砂からの硫化物の溶け出し速度や鋳型内での
拡散の仕方が変化するので、これらの要因が異なると、
図４に示した硫化物の配合量Ｑと片状黒鉛鋳鉄組織の厚
さｔの関係は、若干変化するものと思われる。

【００２４】〔実施例２〕この実施例では、管の外面に
片状黒鉛鋳鉄組織を形成して、管に優れた振動減衰能を
付与することを目的とし、上水道管を鋳造した。

【００２５】この目的を達成するために、鋳造される管
外面との鋳型界面を形成する主型２は、基砂をけい砂と
して、粉末状硫化鉄を１７ｍａｓｓ％、ベントナイトを
５ｍａｓｓ％、水を３．５ｍａｓｓ％配合した鋳型砂を
用いて造型し、中子３には、シェルモールド用フェノー
ル樹脂を配合したレジンコーテッド砂にて造型したもの
を用いた。

【００２６】溶湯鋳鉄、反応室６内の黒鉛球状化剤、お
よび溶湯鋳鉄の注入温度は実施例１と同じである。ま
た、金型８、９から採取したチル試験片の分析結果も、
表１および表２に示した実施例１の場合とほぼ同じであ
った。

【００２７】図５の写真、および図６のグラフは、鋳造
した上水道管の管外面近傍の断面における顕微鏡組織
と、ＥＰＭＡによる硫黄濃度分布の測定結果をそれぞれ
示す。実施例１における輸送管の内面と同様に、上水道
管の外面には、厚さが約１．０ｍｍの片状黒鉛鋳鉄組織
が鮮明に形成され、この表面層に顕著な硫黄濃度の上昇
が認められる。

【００２８】上述した実施形態では、湯道の途中に反応
室を設けて、この反応室内に黒鉛球状化剤を設置した
が、湯口への注入前、または注入時に黒鉛球状化剤を溶
湯鋳鉄に添加してもよい。また、鋳造される球状黒鉛鋳
鉄製品を管部材としたが、本発明は、板状、棒状、容器
状等の種々の形状の球状黒鉛鋳鉄製品の製造方法に適用
することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、この発明の球状黒鉛鋳鉄
製品の製造方法は、鋳型を形成する少なくとも一部の鋳
型砂に固形硫化物を配合することにより、固形硫化物を
配合した部位の鋳型界面で、固形硫化物を溶湯鋳鉄中の
マグネシウムと反応させ、この部位の球状黒鉛鋳鉄製品
の表面に片状黒鉛鋳鉄組織を形成するようにしたので、
球状黒鉛鋳鉄製品の一部または全部の表面層に優れた耐
摩耗性を持たせたり、球状黒鉛鋳鉄製品に優れた振動減
衰能を持たせたりすることが容易にでき、このような付
加的な機能を持たせるための施工コストを不要、または
大幅に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ａは本発明の鋳鉄製品の製造方法を実施した鋳
造装置を示す平面図、ｂはその一部断面正面図

【図２】図１の鋳造装置で製造したスラリー輸送管の管
内面近傍の断面における顕微鏡組織を示す写真

【図３】図２に示した断面での硫黄濃度分布を示すグラ
フ

【図４】硫化鉄の配合量と片状黒鉛鋳鉄組織の厚さの関
係を示すグラフ

【図５】図１の鋳造装置で製造した上水道管の管外面近
傍の断面における顕微鏡組織を示す写真

【図６】図５に示した断面での硫黄濃度分布を示すグラ
フ

【符号の説明】

１ 湯口 ２ 主型 ３ 中子 ４ 製品キャビティ ５ 湯道 ６ 反応室 ７ 堰 ８、９ 金型

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 喜多川 眞好 大阪市西区北堀江１丁目12番19号 株式会 社栗本鐵工所内 (72)発明者 大出 卓 仙台市太白区上野山２丁目35番16号 Ｆターム(参考） 4E092 AA01 DA05 EA02 GA03

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳型砂で造型した鋳型に、マグネシウム
   を含む黒鉛球状化剤が添加された溶湯鋳鉄を鋳込んで球
   状黒鉛鋳鉄製品を製造する方法において、前記鋳型の少
   なくとも一部を形成する鋳型砂に固形硫化物を配合し、
   この固形硫化物を配合した部位の鋳型界面で、前記溶湯
   鋳鉄中のマグネシウムと前記固形硫化物とを反応させ、
   この鋳型界面の部位で鋳造される球状黒鉛鋳鉄製品の表
   面層に、片状黒鉛鋳鉄組織を形成することを特徴とする
   球状黒鉛鋳鉄製品の製造方法。
2. 【請求項２】 前記鋳型を主型と一個または複数個の中
   子とを有するものとし、前記鋳型砂に固形硫化物を配合
   する部位を、少なくとも前記主型または一個以上の中子
   とした請求項１に記載の球状黒鉛鋳鉄製品の製造方法。
3. 【請求項３】 前記固形硫化物を硫化鉄とした請求項１
   または２に記載の球状黒鉛鋳鉄製品の製造方法。