JP2002038217A

JP2002038217A - 鋳鉄部品の製造方法

Info

Publication number: JP2002038217A
Application number: JP2000225466A
Authority: JP
Inventors: Haruki Itofuji; 春喜糸藤; Hidemi Sagawa; 秀美佐川; Kaishu Seichiyu; 海舟清中; Koichi Nakayama; 浩一中山
Original assignee: Ube Steel Co Ltd
Current assignee: Ube Steel Co Ltd
Priority date: 2000-07-26
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2002-02-06

Abstract

(57)【要約】【課題】鋳鉄部品の硬度アップ化を図り、
従来の耐摩耗鋳鉄部品よりもさらに耐摩耗性を向上させ
る。【解決手段】Ｃ：２．０〜３．ｗｔ％、Ｓｉ：
０〜１．０ｗｔ％、Ｍｎ：０．５〜１．５ｗｔ％、Ｎ
ｉ：０〜１．５ｗｔ％、Ｃｒ：１８．０〜２３．０ｗｔ
％、Ｍｏ：１．０〜３．０ｗｔ％、残部がＦｅおよび不
可避的不純物からなる鋳鉄素材を溶解する。溶解した溶
湯を出湯し、出湯時にＴｉの取鍋添加によるフリーＮの
固定を行った溶湯にて鋳鉄部品を鋳造する。冷却された
鋳造部品を鋳型から取出したのち、鋳鉄部品を加熱して
１０３０〜１０７０℃まで昇温させ、この温度に鋳鉄部
品の肉厚１インチ当り１時間以上保持したのち、空冷に
よる焼ならし処理を施し、その後、４９０〜５１０℃ま
で昇温させ、この温度に該鋳鉄部品の肉厚１インチ当り
１時間以上保持したのち、炉冷による焼もどし処理を施
す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐摩耗性に優れた
鋳鉄部品の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、たとえばセメントキルンの内張ラ
イナ、破砕機のテーブルライナおよびローラータイヤの
ように激しい摩耗条件に曝される箇所には、Ｃｒを１０
ｗｔ％以上含むいわゆる高Ｃｒ鋳鉄をはじめとする、各
種合金元素を添加した耐摩耗鋳鉄を素材として製作した
鋳鉄部品が用いられてきた。たとえば、特開平２−１６
６２２６号公報には、Ｃ：２．０〜４．０ｗｔ％、Ｓ
ｉ：１．０〜２．０ｗｔ％、Ｃｒ：１０〜１５ｗｔ％お
よび残部がＦｅからなる鋳鉄素材に対し１０００〜１１
００℃、０．５〜２．０時間の加熱条件の下で加熱処理
を施し、次いで、９００〜９６０℃、０．５〜２．０時
間の加熱条件の下で加熱処理を施したのち焼入れ処理を
施し、その後、焼もどし処理を施す耐摩耗性鋳鉄部品の
製造方法が開示されている。しかしながら、従来の製造
方法により得られる耐摩耗性鋳鉄部品の硬度はＨｓ８０
がせいぜいであり、機械装置がより長時間の連続稼動に
耐えることができる耐摩耗性に優れた鋳鉄部品を求める
使用者側の要求に十分応えることができなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる点に鑑
みてなされたものであり、その目的とするところは、従
来の耐摩耗鋳鉄部品よりもさらに耐摩耗性を向上させ、
機械装置がより長時間の連続稼動に耐えることができる
ようにすることである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、Ｃ：２．０〜３．５ｗｔ％、Ｓｉ：
０〜１．０ｗｔ％、Ｍｎ：０．５〜１．５ｗｔ％、Ｎ
ｉ：０〜１．５ｗｔ％、Ｃｒ：１８．０〜２３．０ｗｔ
％、Ｍｏ：１．０〜３．０ｗｔ％、残部がＦｅおよび不
可避的不純物からなる鋳鉄素材を溶解し、Ｔｉの添加に
よるフリーＮの固定を行った溶湯にて鋳鉄部品を鋳造し
たのち、該鋳鉄部品を加熱して１０３０〜１０７０℃ま
で昇温させ、この温度に該鋳鉄部品の肉厚１インチ当り
少なくとも１時間保持したのち、空冷による焼ならし処
理を施し、その後、該鋳鉄部品を加熱して４９０〜５１
０℃まで昇温させ、この温度に該鋳鉄部品の肉厚１イン
チ当り少なくとも１時間保持したのち、炉冷による焼も
どし処理を施すようにした。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明者は、従来の耐摩耗鋳鉄部
品よりもさらに耐摩耗性を向上させるため、各種金属組
成の鋳鉄素材で鋳造した鋳鉄部品それぞれに各種熱処理
条件を組み合わせた製造方法を試行し、得られた鋳鉄部
品の硬度測定結果から次の知見を得て本発明を完成させ
た。

【０００６】従来の耐摩耗性鋳鉄素材の金属組成におけ
るＣｒ含有量は、一般的に１５ｗｔ％を上限とされてき
た。これは、Ｃｒ含有量が１５ｗｔ％を越えるとＣｒ含
有量の増加に比例した耐摩耗性向上効果が得られないと
する考え方によるものである。しかしながら、本発明者
は、Ｃｒ含有量が１５ｗｔ％を越える金属組成の鋳鉄部
品に対して、適正な温度条件の焼ならし処理と焼もどし
処理を組合わせることによって、Ｃｒ含有量が１５ｗｔ
％を越えてもなお十分な耐摩耗性向上効果が得られ、耐
摩耗性に密接に関係する硬度については、特に焼もどし
処理の温度条件の影響が大きいことを確認した。

【０００７】本発明の鋳鉄部品の素材は、Ｃ：２．０〜
３．５ｗｔ％、Ｓｉ：０〜１．０ｗｔ％、Ｍｎ：０．５
〜１．５ｗｔ％、Ｎｉ：０〜１．５ｗｔ％、Ｃｒ：１
８．０〜２３．０ｗｔ％、Ｍｏ：１．０〜３．０ｗｔ
％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる金属組成
とするのが好適である。

【０００８】以下に、金属組成を上記の通りに限定した
理由を説明する。（ａ）ＣＣは、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏと結合して高硬度の炭化物を生
成するが、Ｃが２．０ｗｔ％未満では炭化物が不足して
耐摩耗性が低下し、Ｃが３．５ｗｔ％を越えると炭化物
が粗大化して靭性が低下するので、Ｃ：２．０〜３．５
ｗｔ％とした。（ｂ）ＳｉＳｉが１．０ｗｔ％を越えると炭化物が粗大化して靭性
が低下するので、Ｓｉ：０〜１．０ｗｔ％とした。

【０００９】（ｃ）ＭｎＭｎは、基地組織のオーステナイトの安定性に影響を与
え、０．５〜１．５ｗｔ％Ｍｎで最も安定したオーステ
ナイトが得られるので、Ｍｎ：０．５〜１．５ｗｔ％と
した。（ｄ）ＮｉＮｉは、基地組織のオーステナイトを安定にする元素で
あるが、Ｎｉが１．５ｗｔ％を越えると残留オーステナ
イトが増加して組織が不安定になり、耐摩耗性が低下す
るので、Ｎｉ：０〜１．５ｗｔ％とした。

【００１０】（ｅ）ＣｒＣｒは、基地中に固溶して基地を強化し、また、Ｃと結
合して高硬度の炭化物を生成する。Ｃｒが１８．０未満
では炭化物が不足して耐摩耗性が低下し、Ｃｒが２３．
０ｗｔ％を越えるとＣｒ含有量の増加に応じた耐摩耗性
の向上効果が得られないので、Ｃｒ：１８．０〜２３．
０ｗｔ％とした。（ｆ）ＭｏＭｏは、基地中に固溶して高温軟化抵抗を改善するが、
Ｍｏが１．０ｗｔ％未満では効果が少なく、Ｍｏが３．
０ｗｔ％を越えると靭性が低下するので、Ｍｏ：１．０
〜３．０ｗｔ％とした。

【００１１】以下図面に基づいて本発明の実施例の詳細
について説明する。図１〜図３は本発明の実施例に係
り、図１は鋳鉄部品の硬度と焼もどし温度条件との相関
性を示す詳細図、図２は鋳鉄部品の耐摩耗性評価に用い
た摩耗測定機の外観図、図３は図２の摩耗測定機のポッ
ト内部を示す詳細図である。

【００１２】図１は、後述する実施例に示す金属組成の
鋳鉄部品を焼ならし処理したものに対し、焼もどし温度
条件を種々に変化させた焼もどし処理を行い、得られた
それぞれの鋳鉄部品の硬度と焼もどし温度条件との相関
性を示したものである。図１に示すように、従来一般的
に行われてきた焼もどし温度３５０℃で焼もどし処理を
行った鋳鉄部品の硬度よりも、焼もどし温度５００℃で
焼もどし処理を行った鋳鉄部品の硬度の方が高くなり、
従来の耐摩耗鋳鉄では到達できなかったＨｓ８５を越え
る高硬度に達することを確認した。

【００１３】

【実施例】塩基性２Ｔｏｎ高周波誘導炉を用いて、鋳鉄
素材（溶解重量：２４４２ｋｇ）を溶解し、最終の金属
組成を、Ｃ：２．７４ｗｔ％、Ｓｉ：０．５４ｗｔ％、
Ｍｎ：０．８８ｗｔ％、Ｐ：０．０３２ｗｔ％、Ｓ：
０．０２３ｗｔ％、Ｃｒ：２０．５３ｗｔ％、Ｍｏ：
２．７２ｗｔ％、Ｎｉ：１．０２ｗｔ％、および残部を
Ｆｅに調整した。

【００１４】溶湯温度が１４７２℃の時点で出湯し、出
湯時に１．４ｋｇのＦｅ−Ｔｉを取鍋添加したのち、取
鍋を鋳型の上に移動して溶湯を鋳型内に鋳込み（鋳込み
時の溶湯温度：１４１１℃、鋳込重量：２３００ｋ
ｇ）、鋳鉄部品を鋳造した。鋳鉄部品である肉厚約５イ
ンチのローラタイヤ（鋳放し重量：１９００ｋｇ）を鋳
型内で２００〜３００℃まで冷却したのち、鋳型をばら
して鋳鉄部品を取出した。

【００１５】次に、取出した鋳鉄部品を炉中で加熱し
て、１０３０〜１０７０℃の焼ならし温度まで昇温（昇
温速度：５０〜１００℃／ｈ）させ、この温度に８時間
保持後、炉から取出してファンによる強制空冷で焼なら
し処理を施した。なお、焼ならし温度での保持時間は、
鋳鉄部品の肉厚１インチ当り少なくとも１時間とし、経
済性の観点から見て鋳鉄部品の肉厚１インチ当り１．０
〜１．８時間とするのが望ましい。なお、焼ならし処理
における降温速度は鋳鉄部品のサイズ等に関係なく、鋳
鉄部品の温度が上記の焼ならし温度から５００℃まで降
温するのに要する時間が２０分程度となる降温速度とな
るように、ファンによる強制空冷の程度を調節し、５０
０℃まで降温したのちも引続きファンによる強制空冷に
より鋳鉄部品が常温になるまで焼ならし処理を続行し
た。

【００１６】次に、鋳鉄部品を炉中で再度加熱して４９
０〜５１０℃の焼もどし温度まで昇温（昇温速度：５０
〜１００℃／ｈ）させ、この温度に８時間保持後、２５
℃／ｈの降温速度で３００℃まで炉中冷却する焼もどし
処理を施した。なお、焼もどし温度での保持時間は、鋳
鉄部品の肉厚１インチ当り少なくとも１時間とし、経済
性の観点から見て鋳鉄部品の肉厚１インチ当り１．０〜
１．８時間とするのが望ましい。鋳鉄部品を３００℃ま
で炉中冷却したのちは、鋳鉄部品を炉外に取出して自然
放冷した。

【００１７】このようにして得られた鋳鉄部品であるロ
ーラタイヤの一部から、各種の機械的性質測定用試験片
を作成し、以下のように各種の機械的性質を測定した。（Ａ）引張強さＪＩＳＺ２２０１−９８に規定される８号Ｂ試験片
を作成し、これをＪＩＳＺ２２４１−９８に規定さ
れる試験方法により、引張強さおよびヤング率を測定し
た。（Ｂ）衝撃吸収エネルギＪＩＳＺ２２０２−９８に規定される試験片はノッ
チ付きであるが、試験材料が高硬度でノッチ部の機械加
工が困難であるため、ＪＩＳＺ２２０２−９８に規
定される試験片サイズでノッチのない試験片を作成し、
これをＪＩＳＺ２２４２−９８に規定される試験方法
により、衝撃吸収エネルギを測定した。（Ｃ）硬度ＪＩＳＺ２２４６−９２に規定される試験方法によ
り、ショアー硬度を測定した。

【００１８】（Ｄ）摩耗性図２および図３に示す摩耗測定機１００（ＣＥＩＥＯ
ＵＥＳＩ社製のＡＢＲＡＳＩＭＥＴＲＥ−ＴＹＰＥ：４
６１Ｂ）を用いて、次に説明する要領および手順に従っ
て摩耗性を測定した。（イ）測定試料を所定の試験片サイズ（５０ｍｍ×２５
ｍｍ×５ｍｍ、中央にＭ８めねじ通し）に加工して試験
片３０を作成する。（ロ）図３に示すように、回転軸１２先端のおねじ部
に、試験片３０中央のＭ８めねじ部を螺合させ、さらに
固定ナット１３で試験片３０の緩み止めを施す。（ハ）ポット４０をフレーム５０にねじ固定し、ポット
４０とフレーム５０で囲まれた空間内に試験片３０を保
持した状態にする。

【００１９】（ニ）一方、所定の摩耗用砂利８０をふる
いにより４７５０〜６７４０μｍのサイズに選別し、規
定量の５００ｇを計量しておく。この摩耗用砂利８０の
組成を蛍光Ｘ線分析により分析した結果を表１に示す。
なお、表１中の^TＦｅは全酸化鉄の量（各種の酸化鉄の
総量）を示すものである。

【表１】（ホ）５００ｇに計量しておいた上記摩耗用砂利８０
を、フレーム５０に備えられた砂利投入口６０を介して
ポット４０内に投入したのち、押えゴム７０で砂利投入
口６０を閉塞する。このときのポット４０内の試験片３
０は、図３に示すように摩耗用砂利８０に埋もれた状態
となっている。（ヘ）次に、タイマースイッチ２２を回転時間１５分側
に切換えてスタートスイッチ２４を押すと、回転軸１２
および試験片３０がポット４０内で一体的に回転する。
動力０．７５ｋＷの電動モータ１１の駆動により回転軸
１２は毎分４５００回転するように構成されており、試
験片３０はポット４０内の摩耗用砂利８０と接触しなが
ら回転し続ける間に少しずつ摩耗し、やがて回転開始か
ら１５分経過後に、回転軸１２および試験片３０の回転
は自動的に停止される。

【００２０】（ト）最後に、次式により摩耗性を求め
る。試験片の減量Ｕ＝試験前の試験片重量−試験後の試験片
重量（ｇ）摩耗性＝試験片の減量Ｕ／試験前の試験片重量×１００
（％）なお、各試験片重量は１／１００ｇまで計測し、摩耗性
は２回以上の測定を実施してその平均値を測定結果とす
る。

【００２１】従来技術の比較例として、出願人会社の社
内規定の耐摩耗鋳鉄であるＦＣＷ６についても、上記方
法により各種の機械的性質を測定した。なお、ＦＣＷ６
は、Ｃ：２．６〜２．９ｗｔ％、Ｓｉ：０．４〜０．９
ｗｔ％、Ｍｎ：０．６〜０．９ｗｔ％、Ｎｉ：０．５〜
１．２ｗｔ％、Ｃｒ：１８．０〜２１．０ｗｔ％、Ｍ
ｏ：１．４〜２．０ｗｔ％、残部がＦｅおよび不可避的
不純物からなる金属組成であり、１０５０℃からの焼な
らし処理ののち、３５０℃からの焼もどし処理を行った
ものである。このようにして求めたＦＣＷ６および本実
施例における鋳鉄部品の各種機械的性質の測定結果を表
２に示す。

【表２】

【００２２】表２から明らかなように、本実施例によっ
て得られた鋳鉄部品の摩耗性は、従来の耐摩耗鋳鉄であ
るＦＣＷ６の摩耗性の２３％減であり、また、摩耗性と
密接に関係する硬度においても、従来の耐摩耗鋳鉄が到
達できなかったＨｓ８５の高硬度に達している。さら
に、引張強度、ヤング率および衝撃吸収エネルギのいず
れもが従来の耐摩耗鋳鉄よりも優れており、これらの機
械的性質全般の数値比較から、本実施例によって得られ
る鋳鉄部品は従来の耐摩耗鋳鉄より格段に優れた耐摩耗
性を有するものであることが分かる。

【００２３】本実施例では、比較的に高い焼ならし温度
（１０３０〜１０７０℃）まで鋳鉄部品を加熱して保持
し、オーステナイト中に取り込むことができる炭素の飽
和量を引き上げる、いわゆる不安定化処理を施したのち
前述の焼ならし処理および焼もどし処理を施すことと、
焼もどし温度の最適化（４９０〜５１０℃）により鋳鉄
部品の硬度アップおよび耐摩耗性改善を達成した。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、下
記のような優れた効果が得られる。（１）従来の耐摩耗鋳鉄が到達できなかったＨｓ８５の
高硬度を実現し、従来の耐摩耗鋳鉄よりも摩耗量が２０
％以上少ない耐摩耗性に優れた鋳鉄部品が得られる。（２）さらに、引張強度、ヤング率および衝撃吸収エネ
ルギのいずれもが従来の耐摩耗鋳鉄よりも優れ、これら
機械的性質全般の改善によって、たとえばセメントキル
ンの内張ライナ、破砕機のテーブルライナまたはローラ
ータイヤの摩耗や衝撃の激しい条件に曝される箇所に本
発明の鋳鉄部品を用いると、機械装置がより長時間の連
続稼動に耐えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によって得た鋳鉄部品の硬度と
焼もどし温度条件との相関性を示す詳細図である。

【図２】本発明の実施例によって得た鋳鉄部品の耐摩耗
性評価に用いた摩耗測定機の外観図である。

【図３】図２の摩耗測定機のポット内部を示す詳細図で
ある。

【符号の説明】

１１電動モータ１２回転軸１３固定ナット２２タイマースイッチ２４スタートスイッチ２６ストップスイッチ３０試験片４０ポット５０フレーム６０砂利投入口７０押えゴム８０摩耗用砂利１００摩耗測定機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者清中海舟山口県宇部市大字小串字沖の山1978番地の 19 株式会社宇部スチール内 (72)発明者中山浩一山口県宇部市大字小串字沖の山1978番地の 19 株式会社宇部スチール内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：２．０〜３．５ｗｔ％、Ｓｉ：０
〜１．０ｗｔ％、Ｍｎ：０．５〜１．５ｗｔ％、Ｎｉ：
０〜１．５ｗｔ％、Ｃｒ：１８．０〜２３．０ｗｔ％、
Ｍｏ：１．０〜３．０ｗｔ％、残部がＦｅおよび不可避
的不純物からなる鋳鉄素材を溶解し、Ｔｉの添加による
フリーＮの固定を行った溶湯にて鋳鉄部品を鋳造したの
ち、該鋳鉄部品を加熱して１０３０〜１０７０℃まで昇
温させ、この温度に該鋳鉄部品の肉厚１インチ当り少な
くとも１時間保持したのち、空冷による焼ならし処理を
施し、その後、該鋳鉄部品を加熱して４９０〜５１０℃
まで昇温させ、この温度に該鋳鉄部品の肉厚１インチ当
り少なくとも１時間保持したのち、炉冷による焼もどし
処理を施すことを特徴とする鋳鉄部品の製造方法。