JP2002266047A - ダクタイル鋳鉄管及びその製造方法 - Google Patents
ダクタイル鋳鉄管及びその製造方法Info
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Abstract
が少なく、伸びや衝撃値等の機械的性質に優れたダクタ
イル鋳鉄管及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明によるダクタイル鋳鉄管は、脱硫
処理及び脱燐処理が施された高炉溶銑を遠心鋳造設備に
て鋳造して得られたダクタイル鋳鉄管であって、P含有
量が0.02mass%以下、Cu含有量が0.03mass%
以下、Cr含有量が0.03mass%以下であることを特
徴とし、又、本発明によるダクタイル鋳鉄管の製造方法
は、高炉から出銑された溶銑に対して脱硫処理及び脱燐
処理を施し、次いで、この溶銑に黒鉛球状化剤を添加
し、その後、この溶銑を遠心鋳造設備にて鋳造して鋳鉄
管とすることを特徴とする。
Description
P、Cu、Cr等の含有量が少なく、伸びや衝撃値等の
機械的性質に優れたダクタイル鋳鉄管及びその製造方法
に関するものである。
強度を有し、その伸び及び靱性は普通鋳鉄の十数倍に達
し、更に、普通鋳鉄と同等の優れた耐食性を有してお
り、そのため、これらの特性が要求される地中埋設管等
のより厳しい環境下での各種配管材として広く利用され
ている。
を主たる鉄源原料としてキュポラあるいは電気炉により
溶解された元湯に金属Mgを黒鉛球状化剤として添加
し、質量%でC:3〜4%、Si:1〜3%、Mn:
0.2〜0.5%、Mg:0.02〜0.06%、P:
0.02〜0.06%、S:0.01%以下を含有し、
残部が不可避不純物及びFeからなるダクタイル鋳鉄溶
湯を溶製し、これを遠心鋳造設備にて鋳造することによ
って製造されている。この場合に、黒鉛球状化剤である
金属Mg、Si、希土類元素等の添加歩留まりを向上さ
せるため、元湯は黒鉛球状化剤が添加される前に必要に
応じて脱硫処理が施されている。
る高い伸び値は、基地をフェライト組織に制御すること
によって得られるので、鋳造後の冷却過程で生成したセ
メンタイトをフェライトに分解するため、通常、ダクタ
イル鋳鉄管は鋳造後に焼鈍炉内で850〜930℃程度
の温度で1時間以上保持され、フェライト化焼鈍処理と
呼ばれる焼鈍処理が施されている。
プを主たる鉄源原料としてキュポラあるいは電気炉によ
り溶解されたダクタイル鋳鉄溶湯には、鉄スクラップを
起源としてCu、Ni、Cr、Mo等の成分が不可避不
純物として混入する。これらの成分の内で、Cu及びM
oはフェライト化を抑制する元素であり、基地のフェラ
イト化を妨げて伸びを低下させる。又、Crは白銑化促
進元素であるため、Cr含有量を低減させることにより
セメンタイトの生成を抑制すること、即ちフェライト化
を促進させることができる。
ライト化を抑制する元素であり、基地をフェライト組織
とするためにはMn含有量は低いほど好ましく、基地が
フェライト組織であるダクタイル鋳鉄管では、安定して
高い伸び値を確保するためにMn含有量は0.3mass%
程度以下が良いとされている。しかし、鉄スクラップの
中にはMn含有量が1mass%を越える鉄スクラップもあ
り、このような鉄スクラップが大量に混入した場合には
伸び値が低下する。
ル鋳鉄溶湯の溶製の際には使用する鉄スクラップを厳選
しているが、鉄スクラップを使用する限りCu、Ni、
Cr、Mn等の混入は避けられず、又、鉄スクラップの
厳選により、製造コストの上昇を余儀なくされる。更
に、Pは機械試験値の衝撃値を左右する元素として知ら
れており、低減すればするほど好ましいが、ダクタイル
鋳鉄溶湯中のP含有量は鉄スクラップのP含有量に左右
され、それ以上に低減させることはできない。
その目的とするところは、不純物成分であるP、Cu、
Cr等の含有量が少なく、更にMn含有量も低位に制御
可能であり、伸び及び衝撃値等の機械的性質に優れたダ
クタイル鋳鉄管及びその製造方法を提供することであ
る。
鋳鉄管は、脱硫処理及び脱燐処理が施された高炉溶銑を
遠心鋳造設備にて鋳造して得られたダクタイル鋳鉄管で
あって、P含有量が0.02mass%以下、Cu含有量が
0.03mass%以下、Cr含有量が0.03mass%以下
であることを特徴とする。
方法は、高炉から出銑された溶銑に対して脱硫処理及び
脱燐処理を施し、次いで、この溶銑にMg、Si、希土
類元素のうちの何れか1種以上を含有する黒鉛球状化剤
を添加し、その後、この溶銑を遠心鋳造設備にて鋳造し
て鋳鉄管とすることを特徴とし、更に、鋳造後の鋳鉄管
を焼鈍処理すること、及び、溶銑中のP含有量が0.0
2mass%以下となるまで脱燐処理することが好適であ
る。
還元して溶銑を製造するので、製造される溶銑中のC
u、Cr、Ni、Moの含有量は安定して少ない。但
し、この溶銑中には、Pがおよそ0.1mass%、Sがお
よそ0.03mass%、Tiがおよそ0.1mass%程度含
まれており、この溶銑をそのまま用いてダクタイル鋳鉄
管を製造した場合には、例えば、P含有量の増大による
衝撃値の低下や、黒鉛球状化の阻害元素であるTiによ
り黒鉛の球状化が阻害され、高品質のダクタイル鋳鉄管
を得ることができない。又、高いS含有量により黒鉛球
状化剤である金属Mgや希土類元素等の添加歩留まりが
低下する。
銑に対して脱硫処理並びに脱燐処理を施し、これらの処
理が施された溶銑を用いてダクタイル鋳鉄管を製造す
る。脱硫処理及び脱燐処理により溶銑中のS含有量及び
P含有量を容易に低下させることができる。更に、脱燐
処理は、溶銑に気体酸素やミルスケール等の酸素源を酸
化剤として供給して行う酸化精錬であるので、この酸化
精錬によって酸素との親和力の高いTiは容易に除去さ
れ、Ti含有量の低い溶銑とすることができる。又、同
様にMnも酸化されて除去される。
理及び脱燐処理が施された高炉溶銑を用いて製造される
ので、P含有量が0.02mass%以下、Cu含有量が
0.03mass%以下、Cr含有量が0.03mass%以下
であるダクタイル鋳鉄管を得ることができる。又、Mn
含有量も低位に制御することができる。
含有量と、白銑化促進元素であるCrの含有量とを、上
記の範囲まで低減することにより、ダクタイル鋳鉄管の
基地はフェライト化が促進され、機械試験値の伸びを向
上させることができる。又、P含有量を上記の範囲まで
低減することにより、シャルピー衝撃値を向上させるこ
とができる。
て詳細に説明する。本発明では、高炉から出銑された溶
銑に脱硫処理並びに脱燐処理を施し、その後、この溶銑
を用いて鋳鉄管を製造する。この脱硫処理と脱燐処理と
の順序はどちらを先に実施しても構わず、個々の製鉄所
における設備の配置等から効率的な順序で実施すれば良
い。又、脱硫処理及び脱燐処理を実施する際の処理容器
は、トーピードカー及び溶銑鍋等の溶銑搬送容器や転炉
型容器等の処理専用容器の何れであっても構わず、これ
も個々の製鉄所における設備条件に応じて決めれば良
い。
ムカーバイド、ソーダ灰等を脱硫剤とし、この脱硫剤を
溶銑中に吹き込んで脱硫する方法や、脱硫剤と溶銑とを
撹拌混合して脱硫する方法等により行うことができる。
特に、溶銑鍋等の取鍋型の容器に溶銑を収容し、耐火物
製の回転翼(インペラーと呼ぶ)を溶銑中で回転させ、
CaO系の脱硫剤と溶銑とを撹拌させて脱硫する機械的
撹拌法により脱硫することが好ましい。この方法によれ
ば、安価なCaO系脱硫剤を使用しても、効率良く低濃
度まで脱硫することができる。
量を0.01mass%以下まで容易に低減させることがで
きる。脱硫処理前の溶銑のS含有量と添加する脱硫剤の
量と処理時間とを適宜組み合わせることにより、安定し
て0.004〜0.006mass%に制御することができ
る。
フラックスとし、ミルスケール等の固体酸素源と酸素等
の気体酸素源とを溶銑に供給して脱燐する方法により行
うことができる。特に、粉状の生石灰を溶銑中に吹き込
みながら、塊状の生石灰、ミルスケール、及び蛍石を溶
銑湯面に上置きし、上吹きランスから酸素を吹き付けて
脱燐することが好ましい。この方法によれば、安価なC
aO系脱燐用フラックスを使用しても、効率良く低濃度
まで脱燐することができる。
銑のP含有量を0.02mass%以下望ましくは0.01
mass%以下まで低減させる。脱燐処理前の溶銑のP含有
量と添加する脱燐用フラックスの量と供給する酸素源の
量と処理時間とを適宜組み合わせることにより、安定し
て0.02mass%以下若しくは0.01mass%以下まで
低減させることができる。尚、脱燐処理の前に、高炉鋳
床や溶銑搬送容器等において脱珪処理を実施しても良
い。脱珪処理とは、溶銑に酸素やミルスケール等の酸素
源を供給して、主に溶銑中のSiをある程度まで除去す
ることを目的とした処理である。
された溶銑を、容量が例えば30トン程度の保持炉に装
入し、ダクタイル鋳鉄管用の元湯とする。保持炉とは、
遠心鋳造設備により鋳造される前の溶湯を一旦収容する
容器であり、内壁が耐火物で構成され、低周波誘導等に
より収容物を加熱することが可能な炉である。
送容器は容量が100トン以上と大型であり、通常、こ
の溶銑搬送容器内で脱硫処理及び脱燐処理が施される。
この溶銑搬送容器から直接保持炉に溶銑を装入しても良
いが、ハンドリング等の容易さを考慮すれば、溶銑搬送
容器から所定量の溶銑、例えば30トン程度の溶銑を小
型の容器に分湯し、分湯した溶銑を保持炉に装入するこ
とが好ましい。但し、小型の容器で脱硫処理及び脱燐処
理が実施できる場合や、保持炉の容量が大きく、溶銑搬
送容器から直接装入しても問題ない場合には、この必要
はない。
出湯する。ところで、上記の脱燐処理時に溶銑中のSi
は酸化除去され、脱燐処理後の溶銑のSi含有量はほぼ
零となる。又、脱燐処理中に溶銑中のMnも酸化除去さ
れ、高炉出銑時のMn含有量の1/2以下まで低減す
る。従って、出湯された元湯のSi含有量はほぼ零であ
り、Mn含有量も出銑時の1/2以下まで低減してい
る。
要があり、Siは極めて優れた黒鉛球状化元素であるた
め、鋳造前にFe−Si合金等を用いてSiを接種す
る。Siの接種は、出湯後の取鍋内で行っても、又、遠
心鋳造設備の注湯取鍋(「三角取鍋」と呼ぶ)や注湯樋
の何れで行っても良い。更に、Fe−Si合金等を添加
することによる元湯の温度低下を防止するために、Fe
−Si合金等の必要量の一部分若しくは全量を保持炉に
装入する前の溶銑中に添加しても良い。
換言すれば、パーライト化を促進する元素であり、Mn
が低減することによりフェライト化が促進され、機械試
験値の伸びは向上するが、一方、Mn含有量が低下し過
ぎることにより引張強度の低下を来す場合がある。この
ような場合には、基地の組織強化の観点からMnを添加
する。MnはFe−Mn合金やSi−Mn合金等で添加
することができ、添加時期は保持炉への装入前でも保持
炉から出湯された後でもどちらでも良いが、元湯の温度
管理の観点からは保持炉への装入前が好ましい。
樋に残留する溶湯屑や鋳鉄管の管端切断屑等のリターン
屑を再溶解してリサイクル使用する必要がある。このリ
ターン屑を添加する時期は保持炉への装入前でも保持炉
から出湯された後でもどちらでも良いが、元湯の温度管
理の観点からは保持炉への装入前が好ましい。
て黒鉛球状化剤を添加し、ダクタイル鋳鉄溶湯を溶製す
る。黒鉛球状化剤としては金属Mg、Si若しくはCe
ミッシュメタル等の希土類元素又はこれらを含有した合
金を用いることとする。黒鉛球状化剤の添加量は、金属
MgとCeミッシュメタルとを併用する場合、金属Mg
はMg純分として元湯1トン当たり0.3〜1.0kg
程度、Ceミッシュメタルは元湯1トン当たり0.05
〜0.15kg程度とすれば十分である。黒鉛球状化剤
の添加方法は特に限定する必要はなく、溶湯中に金属M
g等を押し込んで添加する、所謂圧力添加法等を用いれ
ば良い。
湯を遠心鋳造設備にて鋳造し、ダクタイル鋳鉄管を製造
する。遠心鋳造設備では、特に、鋳造される鋳鉄管の品
質向上のために特段の対策を実施する必要はない。鋳造
後の300〜500℃程度の鋳鉄管を連続焼鈍炉に装入
し、900〜950℃まで昇温して焼鈍処理を実施す
る。
ることで、P、Cu、Cr等の不純物元素が少ないダク
タイル鋳鉄管を効率良く且つ安定して製造することがで
きる。又、Mn含有量も低濃度レベルで任意に制御する
ことができる。
銑化促進元素であるCrとを共に0.03mass%以下ま
で低減することにより、ダクタイル鋳鉄管の基地はフェ
ライト化が促進され、機械試験値の伸びを向上させるこ
とができる。更に、Mn含有量を低濃度に制御した場合
には、Cu及びCrが少なくなることと相まって、フラ
イト化が一層促進され、焼鈍時間を短くすることや焼鈍
そのものを省略すること等が可能となる。更に又、Cu
及びCrが少なくなることから、黒鉛の球状化が促進さ
れ、黒鉛球状化剤の使用量を少なくすることができる。
又、P含有量を0.02mass%以下まで低減することに
より、シャルピー衝撃値を向上させることができる。
出銑された溶銑を250トン容量の溶銑鍋に受けた後、
この溶銑を脱硫処理設備に搬送して脱硫処理を実施し
た。脱硫処理は、CaO系の脱硫剤を用いてインペラー
で撹拌する機械的撹拌法により行い、脱硫処理後の溶銑
のS含有量を0.005mass%まで低減した。脱硫処理
後、生成したスラグを溶銑鍋から排出させた。
て脱燐処理を実施した。脱燐処理は、生石灰、ミルスケ
ール、及び蛍石を溶銑湯面に上置きし、窒素を搬送用ガ
スとして粉状の生石灰を溶銑中に吹き込み、且つ、上吹
きランスから酸素を吹き付けながら実施した。脱燐処理
後の溶銑のP含有量は0.010mass%であった。脱燐
処理後、復燐防止のために生成したスラグを溶銑鍋から
排出させた。
型取鍋に30トンの溶銑を分湯し、この溶銑をダクタイ
ル鋳鉄用の元湯とした。溶銑鍋から小型取鍋に分湯する
際に、小型取鍋内にFe−Si合金をSi純分で溶銑ト
ン当たり10kg、Fe−Mn合金をMn純分で2kg
入れ置きすると共に、ダクタイル鋳鉄管の製造工程で発
生したリターン屑を入れ置きして、その上に溶銑を注入
してFe−Si合金、Fe−Mn合金、及びリターン屑
を溶解させた。そして、この小型取鍋を鋳鉄管製造工場
に搬送し、低周波誘導加熱装置を備えた40トン容量の
保持炉にこの元湯を装入した。
し、この取鍋内の元湯にFe−Si合金を添加し、更
に、金属Mg及びCeミッシュメタルを添加してダクタ
イル鋳鉄溶湯を溶製した。表1に高炉出銑時からダクタ
イル鋳鉄溶湯に溶製されるまでの溶湯の化学成分組成の
変遷を示す。
置にて鋳造し、口径100mm、管厚7.5mmのダクタイ
ル鋳鉄管を製造した。鋳込温度は1230〜1380℃
である。鋳造後、900〜950℃に設定してある連続
焼鈍炉にダクタイル鋳鉄管を装入して焼鈍処理を施し
た。焼鈍処理後、ダクタイル鋳鉄管の端部から試験片を
採取して、引張試験及びシャルピー衝撃試験(常温)を
実施した。表2に、ダクタイル鋳鉄管の化学成分組成、
引張試験結果、及びシャルピー衝撃試験結果を示す。
したダクタイル鋳鉄管であり、実施例2は高炉出銑時期
が異なる溶銑を用いた例であり、実施例2ではFe−M
n合金を添加していないが、その他の製造方法は実施例
1と同一である。又、従来例1及び従来例2は、鉄スク
ラップと銑鉄とを主たる鉄源原料としてキュポラにて溶
解した元湯から製造された鋳鉄管である。
では従来例に比べてPの含有量が低く、且つ、Cu、C
r等の鉄スクラップに起因する不純物成分の含有量が低
いことが分かる。そして、本発明の実施例では伸びが1
8%以上で、又、シャルピー衝撃値が90J/cm2 以
上であり、靭性に優れていることが分かった。従来例
1,2もダクタイル鋳鉄管として十分な品質を確保して
いるが、本発明によりダクタイル鋳鉄管の品質が一層向
上することが判明した。
クタイル鋳鉄管のP、Cu、Cr等の不純物成分の含有
量を従来のダクタイル鋳鉄管では達成不可能な範囲まで
低減することが可能となると共に、Mn含有量も低位に
制御することが可能となる。その結果、伸び及びシャル
ピー衝撃値等の機械試験値を向上させることが達成さ
れ、工業上有益な効果がもたらされる。
Claims (4)
- 【請求項1】 脱硫処理及び脱燐処理が施された高炉溶
銑を遠心鋳造設備にて鋳造して得られたダクタイル鋳鉄
管であって、P含有量が0.02mass%以下、Cu含有
量が0.03mass%以下、Cr含有量が0.03mass%
以下であることを特徴とするダクタイル鋳鉄管。 - 【請求項2】 高炉から出銑された溶銑に対して脱硫処
理及び脱燐処理を施し、次いで、この溶銑にMg、S
i、希土類元素のうちの何れか1種以上を含有する黒鉛
球状化剤を添加し、その後、この溶銑を遠心鋳造設備に
て鋳造して鋳鉄管とすることを特徴とするダクタイル鋳
鉄管の製造方法。 - 【請求項3】 更に、鋳造後の鋳鉄管を焼鈍処理するこ
とを特徴とする請求項2に記載のダクタイル鋳鉄管の製
造方法。 - 【請求項4】 溶銑中のP含有量が0.02mass%以下
となるまで脱燐処理することを特徴とする請求項2又は
請求項3に記載のダクタイル鋳鉄管の製造方法。
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