JP2013117071A

JP2013117071A - 片状黒鉛鋳鉄およびその製造方法

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Publication number: JP2013117071A
Application number: JP2013004970A
Authority: JP
Inventors: Akira Horie; 皓堀江; Toshinori Kowata; 利憲小綿; Yoshiki Ishikawa; 佳樹石川
Original assignee: Iwate University; Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Iwate University; Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2013-01-15
Publication date: 2013-06-13
Anticipated expiration: 2028-06-25
Also published as: US8956565B2; JP5516920B2; KR20100031131A; US20120301345A1; CN101778959A; WO2009001841A1; JP5229743B2; EP2166119A4; EP2166119A1; KR101214709B1; JPWO2009001841A1; US20100239451A1; CN103122432A

Abstract

【課題】特にミッシュメタル等を用いることなく、耐摩耗性と加工性に優れ、例えば内燃機関のエンジン部品等に用いるのに好適な片状黒鉛鋳鉄およびその製造方法を提供する。
【解決手段】黒鉛が方向性を持たず無秩序で且つ均一に分布した存在形態を備えるＡ型黒鉛を含む片状黒鉛鋳鉄であって、質量％で、Ｃ：２．８〜４．０％、Ｓｉ：１．２〜３．０％、Ｍｎ：１．１〜３．０％、Ｐ：０．０１〜０．６％およびＳ：０．０１〜０．３０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、前記Ｍｎ含有量の前記Ｓ含有量に対する比（Ｍｎ／Ｓ）が３〜３００の範囲である化学組成を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のエンジン部品等に用いるのに好適な片状黒鉛鋳鉄およびその製造
方法に係り、特にミッシュメタル等を用いることなく、高強度でかつ切削性等の加工性に
優れた鋳鉄の安価な製造を可能にする。

内燃機関のエンジン部品は、強度と加工性の安定性と低コスト化が求められており、従
来から、様々な研究がなされている。例えば、シリンダライナやピストンリング等のエン
ジン部品は、内周面でピストンリングが摺動し気密性を保持する必要から、耐摩耗性、耐
スカッフィング性に優れることが強く要求され、従来から黒鉛と炭化物とを分散させた組
織を有する特殊合金鋳鉄が使用されてきた。特殊合金鋳鉄としては、モリブデン等の合金
元素を添加し強度を高めた鋳鉄が挙げられるが、このような特殊合金鋳鉄は、加工性に劣
り、刃具の寿命を短くし、加工コストを増大させてしまうという問題がある。また、高価
な合金元素を多く添加する必要があるため、製品コストの上昇を招くという問題もある。

ところで、鋳鉄の製造においては、資源の有効活用の観点から、原材料の一部として、
鋼板スクラップ（鉄屑）を使用するのが一般的である。近年、衝突安全性の向上や車両軽
量化を目的として、自動車用材料として高張力鋼が多く使用される傾向にある。

高張力鋼に添加する合金元素としては、基地組織強化元素であるＭｎ、Ｃｒ、Ｍｏ等が
挙げられる。このうち、マンガン（Ｍｎ）は最も安価なため多く利用されており、今後、
高張力鋼の使用比率増加に伴い、Ｍｎを多く含む高張力スクラップ（鋼屑）が大量に発生
することが予想される。

現在、鋳物用原材料として、鋼板スクラップ（鋼屑）が多く利用されており、プレスの
際に生じるバリなどが鋼板スクラップとして大量に発生する。よって、前述した高張力ス
クラップが鉄源として使用されることが予想される。

しかしながら、高張力スクラップに大量に含まれている合金元素の１つであるＭｎは、
鋳鉄では基地のパーライト組織を促進させ、パーライト中のセメンタイト間隔を緻密にし
て強化するという基地組織強化元素として働くが、同時に炭化物を安定させ黒鉛晶出を阻
止する作用を有する元素である。

よって、現状では、高張力スクラップを利用して鋳鉄を製造するには、Ｍｎの希釈や脱
Ｍｎ等の措置が必要となる。これらの措置は、コストアップを招くものであり、Ｍｎを除
去せずにそのまま鋳鉄を得ることができれば、工業的に非常に有効である。

ところで、鋳鉄は、年間約５００万トンの生産がなされている。鋳鉄は、黒鉛が片状で
晶出したものを片状黒鉛鋳鉄と呼び、年間約３００万トンの生産高であり、他方、黒鉛が
球状で晶出したものを球状黒鉛鋳鉄と呼び、年間約２００万トンの生産高である。

また、片状黒鉛鋳鉄は、球状黒鉛鋳鉄に比し、概して引張強度が低い。
球状黒鉛鋳鉄の引張強度が高いことの主たる理由は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｃｅなどを含む黒鉛球
状化剤を溶湯中に添加して黒鉛を球状化することによるものである。

しかしながら、溶湯中に存在する硫黄（Ｓ）がこれらの元素と反応して硫化物を形成し
、黒鉛球状化能を低下させることも明らかとなっている。

したがって、Ｓ量の多い溶湯に対しては、予め脱硫処理によりＳ量を低下させておくか
、黒鉛球状化剤を多量に添加することなどの処理が必要である。また、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｐｂ
、Ｔｉなどの元素は、微量でも黒鉛の球状化を阻害するので、スクラップなどの原材料中
から、これらの元素が混入していないことを確認するとともに、除去する必要もある。

ゆえに、引張強度の高い鋳鉄を得る場合には、球状黒鉛鋳鉄を製造すればよいが、スク
ラップから球状黒鉛鋳鉄を製造する場合、種々の元素の混入には細心の注意と処理が要求
され、特にＳはスラッグを発生させることから、その量的管理が重要である。

一方、片状黒鉛鋳鉄は、スクラップを利用して製造する場合には、球状黒鉛鋳鉄のよう
に、種々の元素の混入にさほど注意を払う必要がないものの、球状黒鉛鋳鉄レベルの引張
強度を有するものを得るのは一般に難しい。

また、Ｓは、鋳鉄中にＭｎが少ない場合、鉄（Ｆｅ）と結合してＦｅＳとなってチル化
を促進するので、一般には強い黒鉛化阻害元素と言われている。

しかし、鋳鉄溶湯中にＭｎとＳが共存する場合、安定な硫化物（ＭｎＳ）を形成し、互
いの害を中和しあう。さらに、ＭｎＳは、黒鉛共晶の核生成を促進する可能性が示唆され
ている。

Ｍｎ単体、Ｓ単体、あるいは両元素の相互の関係については、以前から研究が行なわれ
てきているが、高Ｍｎ組成を想定した研究は、例えば本発明者が提案した、特許文献１や
特許文献２に記載されている方法以外には、ほとんど見当たらない。

また、特許文献1および２に記載された方法は、いずれも、希土類元素またはミッシュ
メタルを、溶湯中のＳ量の倍量を添加することを必須としているが、希土類元素またはミ
ッシュメタルの添加は、流動性（鋳物の湯流れ性）を悪くするため、作業の手間がかかる
という問題がある。特に、シリンダライナやカムシャフト等は加工を最小限にするため薄
肉化への要求が厳しくなっており、かかる要求を満足させるには流動性に優れていること
が必要である。

加えて、特許文献１記載の方法は、溶湯中にＳをさらに添加する構成を採用しているが
、Ｓはスラッグ発生の原因となり、再利用する場合の障害となるため、Ｓを添加するのは
好ましくない。
特開２００３−１７１７２９号公報特開平１０−１５８７７７号公報

本発明の目的は、特に希土類元素とミッシュメタル等を用いることなく、高強度で切削
性に優れ、例えば内燃機関のエンジン部品等に用いるのに好適な片状黒鉛鋳鉄およびその
製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の要旨は以下のとおりである。
（Ｉ）黒鉛が方向性を持たず無秩序で且つ均一に分布した存在形態を備えるＡ型黒鉛を含
む片状黒鉛鋳鉄であって、質量％で、Ｃ：２．８〜４．０％、Ｓｉ：１．２〜３．０％、
Ｍｎ：１．１〜３．０％、Ｐ：０．０１〜０．６％およびＳ：０．０１〜０．３０％を含
有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、前記Ｍｎ含有量の前記Ｓ含有量
に対する比（Ｍｎ／Ｓ）が３〜３００の範囲である化学組成を有することを特徴とする片
状黒鉛鋳鉄（第１発明）。

（ＩＩ）前記化学組成のＣおよびＳｉの含有量は、質量％で、Ｃ：２．８〜３．７％およ
びＳｉ：１．４〜２．５％であり、前記比（Ｍｎ／Ｓ）が１０〜２００の範囲である上記
（Ｉ）記載の片状黒鉛鋳鉄。

（ＩＩＩ）前記化学組成は、さらに、質量％で、Ｃｕ：０．１〜１．２％、Ｃｒ：０．１
〜０．６％、Ｍｏ：０．１〜０．６％およびＮｉ：０．１〜１．０％の群から選択される
少なくとも１種の成分を含有する上記（Ｉ）または（ＩＩ）記載の片状黒鉛鋳鉄。

（ＩＶ）前記化学組成は、さらに、質量％で、Ｂ：０．０１〜０．２０％を含有する上記
（Ｉ）、（ＩＩ）または（ＩＩＩ）記載の片状黒鉛鋳鉄。

（Ｖ）前記片状黒鉛鋳鉄中のＭｎＳ含有量は、前記片状黒鉛鋳鉄の所定断面における単位
面積あたりのＭｎＳの存在個数にして、２００〜１１００個／ｍｍ２の範囲である上記（
Ｉ）〜（ＩＶ）のいずれか１項記載の片状黒鉛鋳鉄。

（ＶＩ）前記片状黒鉛鋳鉄は、シリンダライナ、ピストンリング、カムシャフト、シリン
ダブロック、シリンダヘッドまたはブレーキディスク用鋳鉄である上記（Ｉ）〜（Ｖ）の
いずれか１項記載の片状黒鉛鋳鉄。

（ＶＩＩ）黒鉛が方向性を持たず無秩序で且つ均一に分布した存在形態を備えるＡ型黒鉛
を含む片状黒鉛鋳鉄の製造方法であって、溶湯中の化学組成は、質量％で、Ｃ：２．８〜
４．０％、Ｓｉ：１．２〜３．０％、Ｍｎ：１．１〜３．０％、Ｐ：０．０１〜０．６％
およびＳ：０．０１〜０．３０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
かつ、前記Ｍｎ含有量の前記Ｓ含有量に対する比（Ｍｎ／Ｓ）が３〜３００の範囲となる
ように調整することを特徴とする片状黒鉛鋳鉄の製造方法。

（ＶＩＩＩ）前記溶湯は、鋼板スクラップを投入し溶融させた溶融物を少なくとも一部含
む上記（ＶＩＩ）記載の片状黒鉛鋳鉄の製造方法。

（ＩＸ）前記鋼板スクラップの少なくとも一部は、Ｍｎ含有量が３．０質量％以下であり
、Ｍｎを含有する高張力鋼板スクラップである上記（ＶＩＩＩ）記載の片状黒鉛鋳鉄の製
造方法。

（Ｘ）前記調整時に、希土類元素およびミッシュメタルは添加しない上記（ＶＩＩ）、（
ＶＩＩＩ）または（ＩＸ）記載の片状黒鉛鋳鉄の製造方法。

本発明によれば、特にミッシュメタル等を用いることなく、高強度と切削性に優れ、例
えば内燃機関のエンジン部品等に用いるのに好適な片状黒鉛鋳鉄およびその製造方法を提
供することが可能になった。

前記単位面積あたりのＭｎＳの存在個数を測定する方法を説明するための概略図である。引張り強さを測定するための引張り試験片の平面図である。切削性を評価する方法を説明するための概略図である。

本発明に従う片状黒鉛鋳鉄は、黒鉛が方向性を持たず無秩序で且つ均一に分布した存在
形態を備えるＡ型黒鉛を含む片状黒鉛鋳鉄である。本発明では、このようなＡ型黒鉛を含
む黒鉛鋳鉄にすることによって、高強度と優れた切削性を具備することができる。また、
本発明の片状黒鉛鋳鉄中に存在する黒鉛に占めるＡ型黒鉛の含有割合は、面積比で７０％
以上であることが、高強度を得る点で好ましい。また、片状黒鉛鋳鉄に存在するＡ型黒鉛
以外の黒鉛としては、Ｂ、Ｄ、Ｅ型の黒鉛等が挙げられる。加えて、片状黒鉛鋳鉄の基地
としては、パーライト及び基地中に分散した硫化マンガン（ＭｎＳ）等からなる。

また、本発明の片状黒鉛鋳鉄は、質量％で、Ｃ：２．８〜４．０％、Ｓｉ：１．２〜３
．０％、Ｍｎ：１．１〜３．０％、Ｐ：０．０１〜０．６％およびＳ：０．０１〜０．３
０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、前記Ｍｎ含有量の前記
Ｓ含有量に対する比（Ｍｎ／Ｓ）が３〜３００の範囲である化学組成を有する。

次に、本発明に従う片状黒鉛鋳鉄の化学組成を限定した理由について以下で説明する。
なお、元素の含有量の単位はいずれも「質量％」であるが、以下、特に断らない限り、
単に「％」で示す。

・Ｃ：２．８〜４．０％
Ｃは、パーライトを主とする組織として基地を強化するとともに、黒鉛を晶出させて、
耐摩耗性と耐スカッフィング性を向上させる元素であり、このような効果を得るためには
２．８％以上の含有を必要とする。一方、Ｃ含有量が４．０％を超えると、黒鉛量や炭化
物量が多くなりすぎて脆化を助長する。このため、Ｃ含有量は２．８〜４．０％の範囲に
限定した。なお、強度の向上を特に重視する場合には、Ｃ含有量は２．８〜３．７％とす
ることが好ましい。

・Ｓｉ：１．２〜３．０％
Ｓｉは、鋳鉄の基本元素の一つで、黒鉛晶出のために少なくとも１．２％以上の含有を
必要とする。一方、Ｓｉ含有量が３．０％を超えると、含有量が過剰となり強度が低下す
る。このため、Ｓｉ含有量は１．２〜３．０％の範囲に限定した。なお、強度の向上を特
に重視する場合には、Ｓｉ含有量は１．４〜２．５％とすることが好ましい。

・Ｍｎ：１．１〜３．０％
Ｍｎは、基地パーライトの強化作用を有し、本発明において重要な元素の一つであり、
パーライトの強化とＭｎＳ析出のため、１．1％以上の含有を必要とする。一方、Ｍｎ含
有量が３．０％を超えると、炭化物が析出しやすくなり、加工性を劣化させるからである
。このため、Ｍｎ含有量は１．１〜３．０％の範囲に限定した。

・Ｐ：０．０１〜０．６％
Ｐは、ステダイト（リン共晶物）を晶出させて、基地中に硬質相として分散させて、耐
摩耗性を向上させる元素であり、０．０１％以上の含有を必要とする。一方、Ｓｉ含有量
が０．６％を超えると、材料特性が脆化する。このため、Ｐ含有量は０．０１〜０．６％
の範囲に限定した。

・Ｓ：０．０１〜０．３０％
Ｓ含有量は、Ｍｎと結合してＭｎＳを形成し、加工性、特に切削性を向上させる元素で
あり、０．０１％以上の含有を必要とする。一方、Ｓ含有量が０．３０％を超えると、材
料特性が脆化する。このため、Ｓは０．０１〜０．３０％の範囲に限定した。

加えて、本発明の片状黒鉛鋳鉄は、上記化学組成に限定するだけではなく、前記Ｍｎ含
有量の前記Ｓ含有量に対する比（Ｍｎ／Ｓ）を３〜３００の範囲とする必要があり、これ
によって、特にミッシュメタル等を用いることなく、高強度と切削性に優れ、例えば内燃
機関のエンジン部品等に用いるのに好適な片状黒鉛鋳鉄とすることができる。前記比Ｍｎ
／Ｓが３未満だと、低引張強さしか得られないからであり、前記比Ｍｎ／Ｓが３００を超
えると、切削性が悪化するからである。

なお、上記比を３〜３００の範囲に限定した理由は、高強度と優れた切削性の双方をバ
ランスよく満足させるための範囲であり、前記比Ｍｎ／Ｓの好適範囲としては１０〜１２
０の範囲であるが、例えば、シリンダライナの用途に使用されるように強度の向上を特に
重視する場合には、上記範囲を１０〜２００の範囲にすることが好ましく、また、特に切
削性を重視する場合には、上記範囲を３〜２０の範囲にすることが好ましい。

以上が本発明の片状黒鉛鋳鉄の基本組成であり、残部がＦｅおよび不可避的不純物から
なるが、本発明では、高強度と耐食性を重視する場合には、上記した組成に加えて、必要
に応じて、さらに下記に示すＣｕ：０．１〜１．２％、Ｃｒ：０．１〜０．６％、Ｍｏ：
０．１〜０．６％、Ｎｉ：０．１〜１．０％及びＢ：０．０１〜０．２０％を含有させる
ことができる。

・Ｃｕ：０．１〜１．２％
Ｃｕは、基地中に固溶して基地を強化し、耐摩耗性を向上させるとともに、耐食性を向
上させる元素であり、必要に応じて添加することができる。このような効果はＣｕ含有量
が０．１％以上で顕著となるが、１．２％を超えて含有しても効果が飽和し、含有量に見
合う効果が期待できない。このため、Ｃｕ含有量は０．１〜１．２％の範囲とし、より好
ましくは０．５〜０．８％の範囲とする。

・Ｃｒ：０．１〜０．６％
Ｃｒは、基地中に固溶し基地を強化するとともに、炭化物中に含まれて炭化物硬さを上
昇させ、耐摩耗性を向上させる元素であり、必要に応じて添加することができる。上記効
果を発揮するには、Ｃｒ含有量を０．１％以上とすることが好ましい。一方、Ｃｒ含有量
が0.6％を超えると、炭化物量が多くなり、かつ黒鉛形状がくずれるため切削性が低下す
る傾向がある。このため、Ｃｒ含有量は０．１〜０．６％の範囲とし、より好ましくは０
．２〜０．４％の範囲とする。

・Ｍｏ：０．１〜０．６％
Ｍｏは、基地中に固溶し基地を強化し、材料強度を向上させる元素であり、０．１％以
上の含有を必要とする。一方、０．６％を超えるＭｏの含有は、基地強度が高くなりすぎ
切削性が低下する傾向がある。このため、Ｍｏ含有量は０．１〜０．６％の範囲とする。

・Ｎｉ：０．１〜１．０％
Ｎｉはフェライト中に固溶して強さを増し、パーライトを細かくする作用を有し、また
、黒鉛化を促進し、片状黒鉛を小さく均一に分散させるとともに、耐熱、耐食、耐摩耗性
を良くする元素であり、０．１％以上の含有を必要とする。一方、Ｎｉ含有量が１．０％
を超えると、基地がオーステナイト化する傾向がある。このため、Ｎｉ含有量は０．１〜
１．０％の範囲とする。

・Ｂ：０．０１〜０．２０％
Ｂは、ボロン炭化物を生成し、りん共晶物とともに硬質相を形成し硬さを増加させ、Cr
と同様に耐摩耗性、耐スカッフィング性を向上させる重要な元素であり、本発明では硬質
相の面積率を増加させ耐摩耗性を向上させるために、0.01％以上の含有を必要とする。一
方、０．２０％を超える含有は、硬質相が過剰となり、靭性が低下する。このため、Ｂは
０．０１〜０．２０％の範囲に限定した。

また、本発明では、切削性の観点から、前記片状黒鉛鋳鉄中のＭｎＳ含有量が、前記片
状黒鉛鋳鉄の所定断面における単位面積あたりのＭｎＳの存在個数にして、２００〜１１
００個／ｍｍ２の範囲であることが好ましい。前記ＭｎＳの存在個数が２００個／ｍｍ２
の未満だと、チップ寿命が短くなることで、加工性が悪くなる傾向があり、前記ＭｎＳの
存在個数が１１００個／ｍｍ２の超えだと、切削性は変わらず強度が低下する傾向がある
からである。なお、前記片状黒鉛鋳鉄の所定断面は、具体的には、図１に示すような、サ
イズ：直径１１０ｍｍ、高さ１５０ｍｍ、厚さ８ｍｍの片状黒鉛鋳鉄からなるシリンダラ
イナ用の円筒状部材１を製造し、この円筒状部材から、長手方向に沿って図１（ｂ）に示
すように、幅１０ｍｍの棒状片２を切り出したときの棒状部材の切断面を意味し、測定面
積は、［０．５ｍｍ×０．５ｍｍ］＝０．２５ｍｍ２とする。

なお、本発明の片状黒鉛鋳鉄は、特に、シリンダライナ、ピストンリング、カムシャフ
ト、シリンダブロック、シリンダヘッドまたはブレーキディスクに用いるのが好適である
。

次に本発明に従い片状黒鉛鋳鉄の製造方法について説明する。

この発明に従う鋼板スクラップを利用した片状黒鉛鋳鉄の製造方法は、黒鉛が方向性を
持たず無秩序で且つ均一に分布した存在形態を備えるＡ型黒鉛を含む片状黒鉛鋳鉄の製造
方法であって、溶湯中の化学組成は、質量％で、Ｃ：２．８〜４．０％、Ｓｉ：１．２〜
３．０％、Ｍｎ：１．１〜３．０％、Ｐ：０．０１〜０．６％およびＳ：０．０１〜０．
３０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、前記Ｍｎ含有量の前
記Ｓ含有量に対する比（Ｍｎ／Ｓ）が３〜３００の範囲となるように調整することにあり
、この構成を採用することにより、高強度と優れた切削性を具備する片状黒鉛鋳鉄を製造
することができる。

なお、溶湯中の化学組成の限定理由については、上述した片状黒鉛鋳鉄の化学組成のと
ころで述べた理由と同様であるので、説明は省略する。

また、この発明の製造方法は、前記溶湯が、鋼板スクラップを投入し溶融させた溶融物
を少なくとも一部含むことが、原料コストを削減する点から好ましく、特に、前記鋼板ス
クラップの少なくとも一部は、Ｍｎ含有量が３．０質量％以下であり、Ｍｎを含有する高
張力鋼板スクラップであることがより好適である。

この構成によって、ＭｎおよびＳを含有する高張力鋼板スクラップと、普通鋼板スクラ
ップとを分別回収することなく、また、脱Ｍｎ処理等の工程によりＭｎを除去することな
く、一括回収した鋼板スクラップをそのまま利用して片状黒鉛鋳鉄を製造することができ
る。

溶湯中の成分を上記のような範囲とし、かつ、Ｍｎ、Ｓを所望の比率とすることで、高
強度と優れた切削性を得ることができる。

加えて、本発明では、前記溶湯中においては、希土類元素およびミッシュメタルを添加
不要とすることが、良好な流動性を維持しつつ、スラッグ発生を少なくする点で好ましい
。すなわち、シリンダライナやカムシャフト等は加工を最小限にする薄肉化が求められて
おり、よって、鋳物の湯流れ性が求められている為、ミッシュメタル等をいれると、流動
性が著しく低下してしまうからである。

さらに、材質の安定化及び健全化の点から、前記溶湯中に、Ｆｅ−ＳｉまたはＣａ−Ｓ
ｉの接種剤をさらに添加することがさらに好ましい。Ｆｅ−ＳｉまたはＣａ−Ｓｉの接種
剤の添加量は、０．１〜０．６質量％であることが好ましい。
なお、前記不可避不純物としては、前記溶湯中の接種材の如何に関わらず、Ｃａ、Ａｌ
、Ｂａ、Ｓｒ、Ｚｒ、ＢｉおよびＳｎ、並びに、希土類元素としての、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｍ
およびＹ等が含有されてもよい。

上述したところは、この発明の実施形態の例を示したにすぎず、請求の範囲において種
々の変更を加えることができる。

（実施例）
次に、本発明の実施例について説明する。
・実施例１〜２７および比較例１〜２２
Ｍｎを含有する高張力鋼板スクラップと鋳鉄とスチールスクラップと合金類を所定の化
学成分となるように溶解させて溶湯とし、この溶湯中のＭｎ含有量とＳ含有量を所定のＭ
ｎ／Ｓ比になるように添加して調整した後、ライナ形状砂型に注入し、サイズ：直径１１
０ｍｍ、高さ１５０ｍｍ、厚さ８ｍｍの片状黒鉛鋳鉄からなるシリンダライナ用の円筒状
部材１を得た。このときの溶湯中の化学組成、Ｍｎ／Ｓ比、および単位面積あたりのＭｎ
Ｓの存在個数（個／ｍｍ２）を表１に示す。なお、前記単位面積あたりのＭｎＳの存在個
数は、図１（ａ）に示す円筒状部材から、長手方向に沿って図１（ｂ）に示すように、幅
１０ｍｍの棒状片２を切り出し、棒状部材の切断面の長手方向と幅方向の双方の中央部分
（図１（ｂ）の斜線部分３）について、光学顕微鏡（倍率４００倍）を用い、０．５ｍｍ
角の測定視野で計１２枚（縦４枚、横３枚）の連続写真を撮影し、これら連続写真内で測
定視野の範囲でＭｎＳの個数を測定し、この測定値から、単位面積（１ｍｍ２）当たりの
ＭｎＳの個数を算出することにより求めた。

（試験方法）
上記各片状黒鉛鋳鉄につき、引張強さおよび切削性について評価した。

（１）引張強さ（ＴＳ）
引張強さは、上記各片状黒鉛鋳鉄から、図２に示す引張試験片４を切り出し、引張りス
ピード：１ｍｍ／分の条件下で引張り試験を行なった。その評価結果を表１に示す。

（２）切削性
切削性は、上記で作製したシリンダライナ用円筒状部材１を厚さ４ｍｍに切削加工して
シリンダライナ６とし、このシリンダライナ６がブロックに鋳包まれた状態を再現するた
め、図３に示すようにスチール製の冶具７に固定装着した後、冶具７を、富士機械社製Ｔ
Ｎ−４１ＴＳのＮＣ旋盤（図示せず）上で回転させながら、チップ８をシリンダライナ６
の内面上をその長手方向９に移動させて切削加工を行い、加工後、チップ８の刃先摩耗（
フランク摩耗、クレータ摩耗）量を測定し、この測定値から評価した。切削条件としては
、チップ８として、住友電工製ＳＰＰ４３４（材質：ＢＮＸ４、ノーズＲ１．６）を用い
、冶具の回転速度：３８５．５ｍ／ｍｉｎ（１５００ｒｐｍ）、チップ８の送り速度：０
．３２ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み量：０．１５ｍｍおよび横切れ刃角：７５度、および切削
液を用いない乾式条件で行った。

表１の評価結果から、実施例１〜２７はいずれも、引張強さが２５０ＭＰａ以上であり
、切削性は０．１５以下であり、強度が高く、切削性に優れていた。一方、比較例１〜２
２は、引張強さが２５０ＭＰａ未満であるか、切削性が劣っていた。

この発明によれば、特にミッシュメタル等を用いることなく、高強度と切削性等の加工
性に優れ、例えば内燃機関のエンジン部品等に用いるのに好適な片状黒鉛鋳鉄およびその
製造方法を提供することが可能になった。

上記目的を達成するため、本発明の要旨は以下のとおりである。
（Ｉ）黒鉛が方向性を持たず無秩序で且つ均一に分布した存在形態を備えるＡ型黒鉛を含む片状黒鉛鋳鉄であって、質量％で、Ｃ：２．８〜４．０％、Ｓｉ：１．４〜２．６％、Ｍｎ：１．１〜３．０％、Ｐ：０．０１〜０．６％、Ｓ：０．０１〜０．３０％およびＢ：０．０１〜０．２０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、前記Ｍｎ含有量の前記Ｓ含有量に対する比（Ｍｎ／Ｓ）が３〜３００の範囲である化学組成を有することを特徴とする片状黒鉛鋳鉄。

（ＩＶ）前記片状黒鉛鋳鉄中のＭｎＳ含有量は、前記片状黒鉛鋳鉄の所定断面における単位面積あたりのＭｎＳの存在個数にして、２００〜１１００個／ｍｍ^２の範囲である上記（Ｉ）〜（ＩＩＩ）のいずれか１項記載の片状黒鉛鋳鉄。

（Ｖ）前記片状黒鉛鋳鉄は、シリンダライナ、ピストンリング、カムシャフト、シリンダブロック、シリンダヘッドまたはブレーキディスク用鋳鉄である上記（Ｉ）〜（ＩＶ）のいずれかに記載の片状黒鉛鋳鉄。

（ＶＩ）黒鉛が方向性を持たず無秩序で且つ均一に分布した存在形態を備えるＡ型黒鉛を含む片状黒鉛鋳鉄の製造方法であって、溶湯中の化学組成は、質量％で、Ｃ：２．８〜４．０％、Ｓｉ：１．４〜２．６％、Ｍｎ：１．１〜３．０％、Ｐ：０．０１〜０．６％、Ｓ：０．０１〜０．３０％およびＢ：０．０１〜０．２０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、前記Ｍｎ含有量の前記Ｓ含有量に対する比（Ｍｎ／Ｓ）が３〜３００の範囲となるように調整することを特徴とする片状黒鉛鋳鉄の製造方法。

（ＶＩＩ）前記溶湯は、鋼板スクラップを投入し溶融させた溶融物を少なくとも一部含む上記（ＶＩ）記載の片状黒鉛鋳鉄の製造方法。

（ＶＩＩＩ）前記鋼板スクラップの少なくとも一部は、Ｍｎ含有量が３．０質量％以下であり、Ｍｎを含有する高張力鋼板スクラップである上記（ＶＩＩ）記載の片状黒鉛鋳鉄の製造方法。

（ＩＸ）前記調整時に、希土類元素およびミッシュメタルは添加しない上記（ＶＩ）〜（ＶＩＩＩ）のいずれかに記載の片状黒鉛鋳鉄の製造方法。

次に、本発明の実施例について説明する。
・実施例１〜５、参考例１〜２２および比較例１〜２２
Ｍｎを含有する高張力鋼板スクラップと鋳鉄とスチールスクラップと合金類を所定の化学成分となるように溶解させて溶湯とし、この溶湯中のＭｎ含有量とＳ含有量を所定のＭｎ／Ｓ比になるように添加して調整した後、ライナ形状砂型に注入し、サイズ：直径１１０ｍｍ、高さ１５０ｍｍ、厚さ８ｍｍの片状黒鉛鋳鉄からなるシリンダライナ用の円筒状部材１を得た。このときの溶湯中の化学組成、Ｍｎ／Ｓ比、および単位面積あたりのＭｎＳの存在個数（個／ｍｍ^２）を表１に示す。なお、前記単位面積あたりのＭｎＳの存在個数は、図１（ａ）に示す円筒状部材から、長手方向に沿って図１（ｂ）に示すように、幅１０ｍｍの棒状片２を切り出し、棒状部材の切断面の長手方向と幅方向の双方の中央部分（図１（ｂ）の斜線部分３）について、光学顕微鏡（倍率４００倍）を用い、０．５ｍｍ角の測定視野で計１２枚（縦４枚、横３枚）の連続写真を撮影し、これら連続写真内で測定視野の範囲でＭｎＳの個数を測定し、この測定値から、単位面積（１ｍｍ^２）当たりのＭｎＳの個数を算出することにより求めた。

（表１−１）

（表１−２）

表１の評価結果から、実施例１〜５はいずれも、引張強さが２５０ＭＰａ以上であり、切削性は０．１５以下であり、強度が高く、切削性に優れていた。一方、比較例１〜２２は、引張強さが２５０ＭＰａ未満であるか、切削性が劣っていた。

Claims

黒鉛が方向性を持たず無秩序で且つ均一に分布した存在形態を備えるＡ型黒鉛を含む片
状黒鉛鋳鉄であって、
質量％で、Ｃ：２．８〜４．０％、Ｓｉ：１．２〜３．０％、Ｍｎ：１．１〜３．０％
、Ｐ：０．０１〜０．６％およびＳ：０．０１〜０．３０％を含有し、残部がＦｅおよび
不可避的不純物からなり、かつ、前記Ｍｎ含有量の前記Ｓ含有量に対する比（Ｍｎ／Ｓ）
が３〜３００の範囲である化学組成を有することを特徴とする片状黒鉛鋳鉄。
前記化学組成のＣおよびＳｉの含有量は、質量％で、Ｃ：２．８〜３．７％およびＳｉ
：１．４〜２．５％であり、前記比（Ｍｎ／Ｓ）が１０〜２００の範囲である請求項１記
載の片状黒鉛鋳鉄。
前記化学組成は、さらに、質量％で、Ｃｕ：０．１〜１．２％、Ｃｒ：０．１〜０．６
％、Ｍｏ：０．１〜０．６％およびＮｉ：０．１〜１．０％の群から選択される少なくと
も１種の成分を含有する請求項１または２記載の片状黒鉛鋳鉄。
前記化学組成は、さらに、質量％で、Ｂ：０．０１〜０．２０％を含有する請求項１、
２または３記載の片状黒鉛鋳鉄。
前記片状黒鉛鋳鉄中のＭｎＳ含有量は、前記片状黒鉛鋳鉄の所定断面における単位面積
あたりのＭｎＳの存在個数にして、２００〜１１００個／ｍｍ２の範囲である請求項１〜
４のいずれか１項記載の片状黒鉛鋳鉄。
前記片状黒鉛鋳鉄は、シリンダライナ、ピストンリング、カムシャフト、シリンダブロ
ック、シリンダヘッドまたはブレーキディスク用鋳鉄である請求項１〜５のいずれか１項
記載の片状黒鉛鋳鉄。
黒鉛が方向性を持たず無秩序で且つ均一に分布した存在形態を備えるＡ型黒鉛を含む片
状黒鉛鋳鉄の製造方法であって、
溶湯中の化学組成は、質量％で、Ｃ：２．８〜４．０％、Ｓｉ：１．２〜３．０％、Ｍ
ｎ：１．１〜３．０％、Ｐ：０．０１〜０．６％およびＳ：０．０１〜０．３０％を含有
し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、前記Ｍｎ含有量の前記Ｓ含有量に
対する比（Ｍｎ／Ｓ）が３〜３００の範囲となるように調整することを特徴とする片状黒
鉛鋳鉄の製造方法。
前記溶湯は、鋼板スクラップを投入し溶融させた溶融物を少なくとも一部含む請求項７
記載の片状黒鉛鋳鉄の製造方法。
前記鋼板スクラップの少なくとも一部は、Ｍｎ含有量が３．０質量％以下であり、Ｍｎ
を含有する高張力鋼板スクラップである請求項８記載の片状黒鉛鋳鉄の製造方法。
前記調整時に、希土類元素およびミッシュメタルは添加しない請求項７、８または９記
載の片状黒鉛鋳鉄の製造方法。