JP2008156688A - 高強度球状黒鉛鋳鉄 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量%で、C:3〜4%、Si:1.8〜3.5%、Mn:0.2〜2%、P:0.03%以下、S:0.003〜0.020%、Nb:0.05〜1%、Cu:1.4〜5%、Mg:0.0015〜0.07%を含み、あるいはさらにNi:0.5%以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成とする。これにより、鋳放しままでおおよそ900MPa超の引張強さと3%以上の伸びとを兼備し、耐摩耗性にも優れ、肉厚部10mm以下の薄肉部の白銑化も生じない高強度球状黒鉛鋳鉄品となる。なお、不純物である、Cr、Mo、Ti、W、Vを、Cr:0.08%未満、Mo:0.1%未満、Ti:0.03%未満、W:0.08%未満、V:0.1%未満に、あるいはAl、REM、Ca、Baを、Al :0.05%未満、REM:0.05%未満、Ca:0.002%未満、Ba:0.002%未満に調節することが好ましい。
【選択図】なし
Description
(1)質量%で、C:3〜4%、Si:1.8〜3.5%、Mn:0.2〜2%、P:0.03%以下、S:0.003〜0.02%、Nb:0.05〜1%、Cu:1.4〜5%、Mg:0.01〜0.07%を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有し、耐摩耗性に優れることを特徴とする高強度球状黒鉛鋳鉄品。
C:3〜4%
Cは、球状黒鉛の晶出量、パーライト中の層状セメンタイト量およびMC炭化物の析出量、ならびに溶湯の流動性や白銑化に影響する重要な元素である。C含有量が3%未満では特に黒鉛量が不足し、白銑化が促進されるともに、流動性が不足し、所望の高強度、高延性を確保する球状黒鉛鋳鉄とすることが難しくなる。一方、4%を超える含有は、黒鉛量が過多となり、強度が低下する。このため、Cは3〜4%に限定した。なお、好ましくは、3.2〜4.0%である。
Siは、溶湯の流動性と白銑化に影響を及ぼす元素であり、本発明では1.8%以上の含有を必要とする。Siが1.8%未満では、流動性が低下して薄肉部への溶湯の充填が困難になるとともに、白銑化も発生する。一方、3.5%を超える含有は、基地中にフェライトが析出しやすくなり、高強度化が困難になる。このため、Siは1.8〜3.5%の範囲に限定した。なお、好ましくは、2.1〜3.0%である。
Mnは、基地中に固溶し、基地の高強度化に寄与する有用な元素である。このような効果を得るためには、0.2%以上の含有を必要とする。Mnが0.2%未満では強度が低下し、所望の高強度を確保できなくなる。一方、2%を超えるMnの含有は、凝固セルの粒界にMnが偏析して材質を脆化させる。このため、Mnは0.2〜2%の範囲に限定した。なお、好ましくは、0.5〜1.8%である。
Pは、ザク巣を増加させたり、凝固セルの粒界に偏析して材質を脆化させる作用を有する元素であり、本発明では不純物としてできるだけ低減することが望ましい。0.03%を超えると上記した悪影響が顕著となる。このため、Pは0.03%以下に限定した。なお、好ましくは0.02%以下である。
Sは、Mg、REM、Ca、Si等と化合物を形成して黒鉛の核を形成し、白銑化を抑制する作用を有する元素である。このような効果を得るために、本発明では0.003%以上含有する。一方、0.02%を超える含有は、黒鉛形状を低下させる。このため、Sは0.003〜0.02%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.004〜0.015%である。
Nbは、硬質なMC型炭化物を形成し、耐摩耗性向上に有効に寄与するとともに、凝固組織をも微細化し、高強度化に有効に寄与する、また、Nbは、白銑化を抑制する作用も有するため、本発明では極めて重要な元素である。このような効果は、0.05%以上の含有で認められるが、1%を超える含有は、MC型炭化物が粗大化し、強度の低下を招く。このため、Nbは0.05〜1%の範囲に限定した。なお、好ましくは、0.1〜0.8%である。
Cuは、パーライト組織を緻密化するととともに、基地中に微細析出し基地を高強度化する作用を有する、本発明では重要な元素である。このような効果を得るためには、1.4%以上の含有を必要とする。1.4%未満では上記した効果が期待できない。一方、5%を超える含有は、Cuが凝固セルの粒界に多量に偏析して強度の低下を招く。このため、Cuは1.4〜5%の範囲に限定した。なお、好ましくは1.4〜3.8%である。
Mgは、黒鉛を球状化する作用を有し、球状黒鉛鋳鉄では必須元素である。このような効果を確保するためには、0.01%以上のMg含有を必要とする。Mg含有量が0.01%未満では、芋虫状の黒鉛が出現して強度が低下する。一方、0.07%を超える含有は、Mgの酸化物が多量のドロスを発生させ、表面欠陥を増加させる。また、Mgの過剰含有は、白銑化を促進するため、肉厚10mm以下の薄肉部を有する鋳物では0.015〜0.04%程度の含有とすることが好ましい。また、肉厚が20mmを超える鋳物の場合には、0.02〜0.07%程度の含有とすることが好ましい。
Ni:0.5%以下
Niは、パーライトの析出を促進する作用を有する元素であり、必要に応じて含有できる。このような効果を得るためには、0.1%以上含有することが好ましいが、0.5%を超える含有は、Cの拡散を抑制し組織の均一化を阻害する悪影響がある。このため、Niは0.5%以下に限定することが好ましい。
本発明の球状黒鉛鋳鉄品は、上記した組成を有し、鋳放しのままで、球状化した黒鉛と、基地が好ましくは緻密化した層状パーライトである組織を有する高強度球状黒鉛鋳鉄品であり、鋳放しのままで引張強さ:900MPa超えの高強度と、従来材の1.3倍以上の、優れた耐摩耗性と、を有し、肉厚10mm以下の薄肉部の白銑化を防止できる特徴をもつ。
高周波炉等の常用の鋳鉄溶製方法で母溶湯を溶製し、該母溶湯に、常用のMg合金等の黒鉛球状化剤を添加する黒鉛球状化処理を行ったのち、さらに、通常のFe−Si合金、Ca−Si合金等の接種剤で接種して上記した組成とし、所望の形状に形成された、砂型、金型等の常用の鋳型に注湯(鋳込み)することが好ましい。なお、本発明においては、接種は、常用の方法である、取鍋に移送時に行う方法、あるいは湯道等の鋳型内(インモールド接種)で行う方法のいずれで行ってもよいことは言うまでもない。
以下、さらに実施例に基づいて本発明についてさらに説明する。
高周波炉を用いて溶製した母溶湯に、表1に示す合金組成となるように合金元素を添加した。なお、合金元素添加後の溶湯の最高温度は、1490〜1580℃とした。ついで、合金元素添加後の溶湯に、市販のMg合金(Fe−45質量%Si−5質量%Mg−2質量%Ca−2質量%REM−0.5質量%Al合金)を用いてサンドイッチ法で黒鉛球状化処理を行った。ついで、溶湯を取鍋に移し替え、その際に、Fe−75%Si合金で接種した。接種直後、化学分析用試料を採取し、直ちに、溶湯を砂型に注湯(鋳込み)し、Y型キールブロック(平行部肉厚15mm)と、板状鋳物(肉厚4mm×幅30mm)とした。なお、鋳込み温度は、1360℃〜1480℃とした。
(1)引張試験
Y型キールブロックから、JIS 14A号引張試験片(平行部径:6mmφ×GL30mm)を採取し、JIS Z 2241の規定に準拠して、室温(25℃)で引張試験を実施し、引張強さTS、および伸びElを測定した。
Y型キールブロックから、摩耗試験片(円盤状試験片:外径φ60mm×肉厚10mm)を採取した。摩耗試験は、2円盤の転がりすべり方式とした。相手材は、S45C材製の円盤状試験片(外径φ190mm×肉厚15mm)とした。摩耗試験は、試験片回転数:700rpm、すべり率:2%、荷重:75kgf(735N)、試験時間:30minとした。摩耗試験の前後に試験片の重量測定を行い、試験片の摩耗減量(摩耗量)を測定した。各鋳鉄品の耐摩耗性は、従来例(鋳鉄品No.10)の摩耗量に対する比、摩耗比=(従来例の摩耗量)/(各鋳鉄品(試験片)の摩耗量)で評価した。この摩耗比が大きいほど、耐摩耗性が優れることを意味する。
鋳放し状態の板状鋳物(肉厚4mm)の先端をハンマーで破断し、その破面を目視観察し、白銑化の有無を調査した。破面が白くきらきら光って見える場合を「白銑化している」とし×、それ以外を「白銑化無し」とし、○として評価した。
得られた結果を表2に示す。
高周波炉を用いて溶製した母溶湯に、表3に示す合金組成となるように合金元素を添加した。なお、合金元素添加後の溶湯の最高温度は、1520〜1560℃とした。ついで、合金元素添加後の溶湯に、Mg合金(Fe−45質量%Si−8質量%Mg−0.5%質量Ca−0.3%質量Al合金)を用いてサンドイッチ法で黒鉛球状化処理を行った。ついで、溶湯を取鍋に移し替えて、湯道内にインモールド接種用Fe−Si合金(Fe−75質量%Si−1質量%Ca−2質量%Al−1質量%Ba合金)を設置した砂型に注湯(鋳込み)し、鋳型内接種を行って、Y型キールブロック(平行部肉厚15mm)と、板状鋳物(肉厚4mm×幅30mm)とした。なお、鋳込み温度は、1420℃〜1450℃とした。
Claims (2)
- 質量%で、
C:3〜4%、 Si:1.8〜3.5%、
Mn:0.2〜2%、 P:0.03%以下、
S:0.003〜0.02%、 Nb:0.05〜1%、
Cu:1.4〜5%、 Mg:0.01〜0.07%、
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有し、耐摩耗性に優れることを特徴とする高強度球状黒鉛鋳鉄品。 - 前記組成に加えてさらに、質量%で、Ni:0.5%以下を含有することを特徴とする請求項1に記載の高強度球状黒鉛鋳鉄品。
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