JP2002194477A - 非鉄金属溶湯用部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アルミニウム合金、亜鉛合金、マグネシュウ
ム合金等の非鉄金属製品製造用の溶解又は鋳造設備に用
い、これらの合金溶湯に対して、従来のねずみ鋳鉄材料
よりも耐溶損性に優れ、安価に製造できる溶湯用部材を
提供する。 【構成】 化学成分が重量比でＣ２．４〜３．８％、Ｓ
ｉ０．２〜２．６％、Ｍｎ０．１〜２．０％、Ｐ０．０
５〜０．５％、Ｓ０．００５〜０．２％、残部Ｆｅ及び
不純物元素を含み、炭化物と基地の金属組織を有する白
銑系材料を用いて形成されてなる非鉄金属溶湯用部材で
ある。白銑系材料は、さらに化学成分が重量比でＮｉ
０．１〜４．０％、Ｃｒ０．１〜２．５％、Ｍｏ０．１
〜２．０％、Ｖ０．１〜２．０％の中の１種又は２種以
上を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム合
金、亜鉛合金、マグネシュウム合金等の非鉄金属製品製
造用の溶解又は鋳造設備に用い、これらの合金溶湯に対
して耐溶損性に優れた部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】非鉄金属溶湯用の部材として、ガス吹込
み管、ストーク、湯口ブッシュ、ラドル等がある。これ
らの部材には、従来から、ねずみ鋳鉄、工具鋼等が無処
理のまま、若しくは窒化処理して、若しくは被覆層を形
成して用いられている。さらに近年は、サイアロンセラ
ミックの適用が拡がりつつある。

【０００３】本発明と同一若しくは類似用途の溶湯用部
材の例として、特開昭４９−５４２２９号公報には、Ｃ
ｒとＡｌを含む鉄系材料の表面に酸化アルミニウムに富
む複合酸化物被膜を形成した鋳造工具が、特開昭５２−
１４６７２９号公報には、鋳鉄又は鋼材料の表面にＷＣ
が３０％以上で残部が熱間耐食性金属及びその酸化物等
からなる表面被覆層を形成した溶融アルミ浸漬部材が開
示されている。

【０００４】また、特開平６−３３０２３３号公報に
は、主な成分としてＣ１．５〜３．０％、Ｃｒ３．０〜
７．０％、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ等の合金元素を含み、残
部がＦｅからなる溶融アルミニウム用耐食耐摩耗性合金
が、特開２０００−１０４１３９号公報には、主な成分
としてＣ２．０〜４．０％、Ｃｒ３．０〜２５．０％、
さらに任意にＮｉ、Ｍｏ等の合金元素を含み、残部がＦ
ｅからなる溶融Ａｌ−Ｚｎめっき浴槽用鋳鉄鋳物が開示
されている。

【０００５】さらに、技術論文（表面技術，Ｖｏｌ．４
６，Ｎｏ．１２，１９９５，ｐ．１１１９〜１１２４）
には、各種鉄鋼材料の表層部を窒化処理した後、金属Ｃ
ｒ粉末を含む溶融塩に浸漬することにより、Ｃｒの窒化
物或いは炭窒化物の被覆層を形成する技術が開示されて
いる。具体的には、炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）、合金工具鋼
（ＳＫＤ６１，ＳＫＤ１１）、高速度鋼（ＳＫＨ５
１）、ステンレス鋼（０．６５％Ｃ−１３．５％Ｃｒ−
０．３％Ｍｏ）の表層部を窒化した後、窒化層をＣｒの
窒化物或いは炭窒化物（Ｃｒ−（Ｃ，Ｎ））を含む被覆
層に変化させることにより、耐摩耗性、耐焼付性、耐酸
化性を向上することが記載されている。そして、アルミ
ニユウムダイカスト入れ子、アルミニユウム高圧鋳造用
ピンやブッシュ等に用いて、型の耐久性を大きく向上す
ることができたとされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のねずみ鋳鉄は、
無処理のまま非鉄金属溶湯用部材に用いると、非鉄金属
溶湯と反応して少しずつ侵食されて溶損し、やがては取
り替えねばならなくなる。また、被覆層を形成した場合
は、非鉄金属溶湯との反応が抑制されるものの、繰返し
使用により被覆層に微小亀裂が発生して、被覆層の微小
部分が剥離し、露出した下地材料部分が非鉄金属溶湯と
反応して溶損する。さらに、サイアロンセラミックは、
溶湯と反応しないので溶湯用部材に適している。しか
し、高価であるとともに、セラミック材質であるため金
属材料よりも破損しやすく、用途によっては適用が難し
いという欠点がある。

【０００７】上記問題点を解決するため、前記した種々
の耐溶損性部材が公開公報や技術論文に開示されてい
る。本発明においても、同様に上記問題点を解決するた
め、鋳鉄材料を用い、従来のねずみ鋳鉄よりも耐溶損性
が向上し、安価に製造できる非鉄金属溶湯用部材の提供
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の第１発明は、図
１に示す本発明溶湯用部材実施例の金属組織写真のよう
に、化学成分が重量比でＣ２．４〜３．８％、Ｓｉ０．
２〜２．６％、Ｍｎ０．１〜２．０％、Ｐ０．０５〜
０．５％、Ｓ０．００５〜０．２％、残部Ｆｅ及び不純
物元素を含み、白色部の炭化物１と暗色部の基地２の金
属組織を有する白銑系材料を用いて形成されてなる非鉄
金属溶湯用部材である。

【０００９】次に第２発明は、上記白銑系材料が、さら
に重量比でＮｉ０．１〜４．０％、Ｃｒ０．１〜２．５
％、Ｍｏ０．１〜２．０％、Ｖ０．１〜２．０％の中の
１種又は２種以上の合金元素を含む非鉄金属溶湯用部材
である。

【００１０】本発明の研究過程において、各種金属材料
の非鉄金属溶湯に対する耐溶損性試験を行なった結果、
本発明が限定する化学成分の白銑系材料が、従来のねず
み鋳鉄よりも優れていることが明らかになった。すなわ
ち、白銑系材料を構成する金属組織の中の炭化物１が溶
損を抑制するものと考えられる。ここで、炭化物１と
は、白銑系材料を鋳造して凝固するときに生じる共晶の
炭化物がその殆どである。厳密には、その後の冷却過程
で析出する少量の初析炭化物も含まれる。また、基地２
とは、同じく凝固するときに生じる初晶及び共晶のオー
ステナイトが、室温状態でフェライト、パーライト、ベ
イナイト、オーステナイ等の金属組織になった部分のこ
とである。

【００１１】本発明の白銑系材料において、金属組織は
炭化物１と基地２以外に、少量の黒鉛、ＭｎＳ、その他
の化合物等が含まれていても、炭化物１が多量に存在す
る限りにおいて、従来のねずみ鋳鉄よりも優れた効果を
発揮する。したがって、本発明の白銑系材料は、炭化物
１と基地２のみからなる白銑に限定するのではなく、こ
れに少量の異物質が存在する場合も含む。本発明の第１
発明における白銑系材料の化学成分限定理由は次のとお
りである。

【００１２】Ｃは耐溶損性を確保するために必要な炭化
物を生成するうえで重要である。重量比で２．４％未満
のときは、炭化物量が少なく、耐溶損性が期待できな
い。３．８％を超えるときは、炭化物量が過剰になり、
材料自体が脆弱になる。したがって、好ましいＣ量は重
量比で２．４〜３．８％である。

【００１３】Ｓｉは脱酸作用及び強力な黒鉛化促進作用
がある。また、鋳造性を向上させる。白銑系材料にする
には少ないほうが好ましく、実用的含有量の下限値を重
量比で０．２％とする。一方、鋳造性を向上させるた
め、或いは使用原材料事情により低Ｓｉ量が望めないた
め等々の理由により含有量を多くする場合は、その上限
値を重量比で２．６％とする。２．６％を超えると、材
料が脆弱になるとともに、容易に黒鉛が生成するように
なり炭化物が減少し、耐溶損性が低下する。

【００１４】Ｍｎは、材料に含まれるＳをＭｎＳにして
固定し、Ｓによる材料の脆化を抑制する。また、白銑化
を促進するとともに、基地を強化する。これらにより、
その含有量は重量比で０．１〜２．０％とする。

【００１５】Ｐは、金属組織の中にステダイトを形成し
て、材質を脆化するので好ましくない。しかし、複雑形
状の溶湯用部材のときに溶湯の流動性を良くするため、
必要に応じて増加することができる。これらにより、そ
の含有量は重量比で０．０５〜０．５％とする。

【００１６】Ｓは、溶湯用部材を鋳造するときの溶湯の
流動性を阻害するとともに、材質を脆化するので好まし
くない。しかし、白銑化を促進するので、Ｓｉ含有量が
多い等の場合に必要に応じて増加することができる。こ
れらにより、その含有量は重量比で０．００５〜０．２
％とする。

【００１７】残部はＦｅ及び不純物元素とするが、さら
に白銑化を促進するための例えばＢ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｍｇ
等々の微量添加元素を含むことができる。

【００１８】次に第２発明は、白銑化或いは溶湯用部材
の強化をはかるため、さらに次の合金元素の中の１種又
は２種以上を追加して含むものである。

【００１９】Ｎｉは、基地の金属組織を微細パーライ
ト、ベイナイト、マルテンサイト等にして、溶湯用部材
を強靱化するのに効果的な元素であるが、過剰になると
残留オーステナイトを生成して不安定な金属組織にす
る。さらに、黒鉛化を促進するので、過剰になると黒鉛
が生成して炭化物が減少する。これらにより、その含有
量は重量比で０．１〜４．０％とする。

【００２０】Ｃｒは、強力な白銑化促進元素であり、Ｓ
ｉやＮｉの黒鉛化促進作用を抑制するのに有効である。
また、基地を微細パーライト、ベイナイト、マルテンサ
イト等の金属組織にして強靱化する。しかし、過剰にな
ると、炭化物や基地を脆化する。これらにより、その含
有量は重量比で０．１〜２．５％とする。

【００２１】Ｍｏは、白銑化促進元素であるとともに、
Ｃｒと同様に基地に作用して強靱化する。また、溶湯用
部材は高温状態で使用されるが、基地の高温強さを維持
して強靱化する効果がある。その含有量は、Ｃｒ等他の
合金元素含有量との兼ね合いで、重量比で０．１〜２．
０％とする。

【００２２】Ｖは、Ｃｒと同様に強力な白銑化促進元素
であるとともに、Ｍｏと同様に基地に作用して、特に高
温状態における溶湯用部材を強靱化する。しかし、Ｃと
強く結合して炭化物を作り、過剰になると共晶の炭化物
量を減少するとともに、基地に固溶するＣ量を減少さ
せ、基地を軟化させる。これらにより、その含有量は重
量比で０．１〜２．０％とする。

【００２３】

【発明の実施の形態】上記本発明の白銑系材料にするた
めの原材料を用い、周知の手段により溶解及び鋳造す
る。鋳型は、金型、砂型、若しくはこれらに類似の任意
鋳型を用いる。鋳造後は、鋳放しのまま若しくは必要に
応じて機械加工を施し、本発明の非鉄金属溶湯用部材を
得る。

【００２４】

【実施例】実施例１ 表１に示す化学成分の試験片について、アルミニウム合
金溶湯に対する耐溶損性を調べた。各試験片は直径１０
ｍｍ、長さ１００ｍｍの丸棒形状に仕上げ加工した。表
１において、試験片Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３は本発明による
実施例の白銑系材料である。比較例の従来材質試験片Ｎ
ｏ．４は黒鉛と基地からなるねずみ鋳鉄（ＦＣ２５
０）、Ｎｏ．５は熱間金型用鋼（ＳＫＤ６１）、Ｎｏ．
６は高速度鋼（ＳＫＨ５１）である。

【００２５】

【表１】

【００２６】アルミニウム合金溶湯に対する耐溶損性試
験は、図２に示す試験装置を用い、表１に示す実施例及
び比較例試験片について行なった。各試験片は、取付け
状況を例示した１個の試験片３のように、先端から５０
ｍｍまでの部分をアルミニウム合金溶湯４へ浸漬するよ
うにして、円板形の試験片保持板５の周囲に取り付け
た。７２０℃に保持したアルミニウム合金（ＡＤＣ１
２）溶湯４に浸漬して、各試験片が溶損を開始するまで
の時間を調べた。溶損を開始する定義は、溶損により試
験片の直径が１ｍｍ以上減少する時点とした。各試験片
が溶損を開始するまでの時間を表２に示す。

【００２７】

【表２】

【００２８】この結果から、実施例試験片は何れも、比
較例に比べて溶損の起こり難い材質であることが分か
る。比較例試験片Ｎｏ．４のねずみ鋳鉄と比較すると、
実施例試験片は３〜６倍の耐溶損性が認められる。そし
て、白銑系材料の実施例試験片には本発明でいう炭化物
が存在し、比較例試験片のねずみ鋳鉄、熱間金型用鋼、
高速度鋼には存在しないことから、炭化物の存在が耐溶
損性向上に奇与すると考えられる。

【００２９】実施例２ 表１の実施例試験片Ｎｏ．３と同材質の白銑系材料を用
い、アルミニウムダイカスト鋳造用ラドルを試作した。
ラドル（図示せず）は容量４ｋｇであり、その外法概略
寸法は、長さ２６０ｍｍ、幅１６０ｍｍ、深さ２４０ｍ
ｍである。比較例は、従来から用いられているＮｏ．４
試験片類似のねずみ鋳鉄（ＦＣ２５０）製である。

【００３０】７２０℃のアルミニウム合金（ＡＤＣ１
２）溶湯を汲み上げるのに、３００００ショット試験使
用してみた結果、本発明実施例のラドルは殆ど溶損がな
く、さらに継続使用が可能であった。一方、比較例のね
ずみ鋳鉄製従来ラドルは、溶損が激しく、底部に穴があ
く寸前のため継続使用が不可能であった。この結果か
ら、本発明によるラドルは、耐溶損性が著しく向上する
こと明らかである。

【００３１】以上の実施例はアルミニウム合金溶湯に用
いた結果であるが、実施例に拘ることなく、亜鉛合金溶
湯、マグネシュウム合金溶湯、ガス吹込み管、ストー
ク、湯口ブッシュ等々非鉄金属溶湯関連の他用途に用い
ても、同様に効果を発揮すると考えられる。なお、本発
明による白銑系材料の表面に、例えば前記の被覆保護層
を形成すると、さらに寿命が延長された溶湯用部材の得
られることが期待される。

【発明の効果】本発明の白銑系材料からなる非鉄金属溶
湯用部材は、構成金属組織の中に炭化物が含まれている
ので、従来のねずみ鋳鉄製部材に比べて、優れた耐溶損
性を有している。そして、従来と同様に鋳鉄材であるの
で、同様に鋳造して製作することができ、複雑形状の部
材であっても製作が容易である。また、各種合金鋼やセ
ラミックのような高価な材料でなく、しかも特殊な表面
処理を必要としないので、安価に製作できる。これらに
より、非鉄金属製品製造用の溶解又は鋳造設備の保守経
費の節減、並びに非鉄金属製品の原価低減に寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による白銑系材料溶湯用部材の実施例試
験片Ｎｏ．３の金属組織写真である。

【図２】本発明の試験に用いた溶損試験装置の略図であ
る。

【符号の説明】

１；炭化物 ２；基地
３；試験片 ４；非鉄金属溶湯 ５；試験片保持板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２２Ｄ 45/00 Ｂ２２Ｄ 45/00 Ｚ Ｃ２２Ｃ 38/04 Ｃ２２Ｃ 38/04 38/58 38/58

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 化学成分が重量比でＣ２．４〜３．８
   ％、Ｓｉ０．２〜２．６％、Ｍｎ０．１〜２．０％、Ｐ
   ０．０５〜０．５％、Ｓ０．００５〜０．２％、残部Ｆ
   ｅ及び不純物元素を含み、炭化物と基地の金属組織を有
   する白銑系材料を用いて形成されてなることを特徴とす
   る非鉄金属溶湯用部材。
2. 【請求項２】 白銑系材料は、さらに化学成分が重量比
   でＮｉ０．１〜４．０％、Ｃｒ０．１〜２．５％、Ｍｏ
   ０．１〜２．０％、Ｖ０．１〜２．０％の中の１種又は
   ２種以上を含むことを特徴とする請求項１に記載の非鉄
   金属溶湯用部材。