JP2015227485A - フェライト系球状黒鉛鋳鉄 - Google Patents

Abstract

【課題】耐熱性および耐酸化性に優れ、さらには、機械物性にも優れるフェライト系球状黒鉛鋳鉄を提供すること。
【解決手段】ケイ素と、炭素と、銅およびスズの少なくともいずれかと、鉄とを含有する溶湯を、冷却することによりパーライト組織を形成し、次いで、パーライト組織をフェライト化処理することにより、ケイ素４．８〜８．０質量％と、炭素２．５〜４．０質量％と、銅１．０〜３．０質量％、および、スズ０．１〜０．５質量％の少なくともいずれかと、残部の鉄とからなるフェライト系球状黒鉛鋳鉄を得る。
【選択図】なし

Description

本発明は、フェライト系球状黒鉛鋳鉄に関する。

フェライト系球状黒鉛鋳鉄は、球状化黒鉛（炭素）、ケイ素および鉄を含有し、フェライト組織を有する鋳鉄であって、加工性、耐熱性および耐酸化性に優れ、また、比較的安価な金属材料であることから、各種産業分野における耐熱材料として、よく用いられている。

より具体的には、例えば、自動車エンジンのエキゾーストマニホールド、ターボチャージャーなどの排気系部品は、比較的高温の排ガスに曝露され、また、加熱および冷却が繰り返されることから、優れた耐熱性が要求される。そのため、これら自動車の排気系部品として、フェライト系球状黒鉛鋳鉄を用いることが、広く知られている。

また、フェライト系球状黒鉛鋳鉄は、通常、ケイ素を４．０〜４．５質量％程度含有しているが、ケイ素の含有量を増加させることにより、耐熱性が向上することも、知られている。

このようなフェライト系球状黒鉛鋳鉄としては、例えば、炭素２．８２〜３．２０％、ケイ素４．２７〜５．１９％、マンガン０．１１〜０．２５％、リン０．０１５〜０．０４％、硫黄０．００９〜０．０１７％、モリブデン０〜０．３０％、および、マグネシウム０．０３〜０．０４％、および、残部の鉄からなる高Ｓｉフェライト球状黒鉛鋳鉄が、提案されている（例えば、特許文献１（試験例）参照。）。

特開昭６１−１３３３６２号公報

一方、自動車エンジンにおいては、近年の環境規制などに伴って、燃焼温度や排ガス温度が上昇する傾向にある。そのため、フェライト系球状黒鉛鋳鉄としては、耐熱性および耐酸化性の向上が要求されている。

しかしながら、耐熱性および耐酸化性の向上を図るため、単にケイ素の含有量を増加させるだけでは、機械物性（伸びなど）に劣る場合がある。

本発明の目的は、耐熱性および耐酸化性に優れ、さらには、機械物性にも優れるフェライト系球状黒鉛鋳鉄を提供することにある。

本発明のフェライト系球状黒鉛鋳鉄は、ケイ素４．８〜８．０質量％と、炭素２．５〜４．０質量％と、銅１．０〜３．０質量％、および、スズ０．１〜０．５質量％の少なくともいずれかと、残部の鉄とからなるフェライト系球状黒鉛鋳鉄であって、前記ケイ素と、前記炭素と、前記銅および前記スズの少なくともいずれかと、前記鉄とを含有する溶湯を、冷却することによりパーライト組織を形成し、次いで、前記パーライト組織をフェライト化処理することにより得られることを特徴としている。

本発明のフェライト系球状黒鉛鋳鉄は、耐熱性および耐酸化性に優れ、さらには、機械物性にも優れる。

球状黒鉛、フェライト組織およびパーライト組織を含有する鋳鉄（フェライト化処理前）を示す模式図である。 図１に示す鋳鉄のフェライト化処理後を示す模式図である。

本発明のフェライト系球状黒鉛鋳鉄は、必須成分として、ケイ素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）、パーライト化元素（後述）および鉄（Ｆｅ）を含んでおり、実質的には、ケイ素、炭素、パーライト化元素および鉄からなる。なお、実質的とは、微量の不純物（不可避的混入物）の含有を許容する。換言すれば、フェライト系球状黒鉛鋳鉄は、本発明の優れた効果を阻害しない範囲において、微量の不純物（不可避的混入物）を含有することができる。

このようなフェライト系球状黒鉛鋳鉄において、鉄の含有割合は、後述する各成分の残余の割合であって、各成分の配合量に応じて、適宜設定される。

ケイ素は、炭素を黒鉛として晶出させ、また、耐熱性および耐酸化性の向上を図るために配合される。

ケイ素の含有割合は、フェライト系球状黒鉛鋳鉄の総量に対して、４．８質量％以上、好ましくは、５．０質量％以上、より好ましくは、５．５質量％以上であり、８．０質量％以下、好ましくは、７．０質量％以下、より好ましくは、６．０質量％以下である。

ケイ素の含有割合が上記範囲であれば、耐熱性および耐酸化性の向上を図ることができる。

炭素は、後述する球状化剤により球状化された黒鉛（球状黒鉛）として、フェライト系球状黒鉛鋳鉄に含有される。

炭素の含有割合は、下記式で示される炭素当量（ＣＥ値）が、例えば、４以上、好ましくは、４．５以上、例えば、６以下、好ましくは、５．５以下となるように、ケイ素の含有量に応じて設定される。

ＣＥ値 ＝ 炭素含有量（質量％）＋１／３×ケイ素含有量（質量％）
より具体的には、炭素の含有割合は、フェライト系球状黒鉛鋳鉄の総量に対して、２．５質量％以上、好ましくは、２．６質量％以上、より好ましくは、２．７質量％以上であり、４．０質量％以下、好ましくは、３．５質量％以下、より好ましくは、３．０質量％以下である。

炭素の含有量が上記範囲であれば、黒鉛を良好に晶出させ、ヒケ欠陥などを抑制できるとともに、優れた強度を確保することができる。

パーライト化元素は、後述するようにフェライト系球状黒鉛鋳鉄の原料である溶湯を冷却するときに、パーライト組織を形成するために配合される。

パーライト化元素としては、銅（Ｃｕ）、スズ（Ｓｎ）が挙げられる。これらパーライト化元素は、単独使用または２種類以上併用することができる。

パーライト化元素として銅が含有される場合、その含有割合は、フェライト系球状黒鉛鋳鉄の総量に対して、１．０質量％以上、好ましくは、１．０１質量％以上、より好ましくは、１．０２質量％以上であり、３．０質量％以下、好ましくは、２．０質量％以下、より好ましくは、１．５質量％以下である。

また、ケイ素の含有量に対する銅の含有量の質量比（Ｃｕ／Ｓｉ）は、例えば、０．１２以上、好ましくは、０．１５以上であり、例えば、０．６５以下、好ましくは、０．３以下である。

銅の含有割合が上記範囲であれば、良好にパーライト組織を形成することができる。

パーライト化元素としてスズが含有される場合、その含有割合は、フェライト系球状黒鉛鋳鉄の総量に対して、０．１質量％以上、好ましくは、０．１０５質量％以上、より好ましくは、０．１１質量％以上であり、例えば、０．５質量％以下、好ましくは、０．３質量％以下、より好ましくは、０．１５質量％以下である。

また、ケイ素の含有量に対するスズの含有量の質量比（Ｓｎ／Ｓｉ）は、例えば、０．０１２以上、好ましくは、０．０５以上であり、例えば、０．１５以下、好ましくは、０．１以下である。

スズの含有割合が上記範囲であれば、良好にパーライト組織を形成することができる。

また、パーライト化元素としては、上記割合の銅、および、上記割合のスズの少なくともいずれかが含有されていればよく、それら両方が含有されていてもよい。

なお、銅およびスズの含有割合が、いずれも上記の範囲に満たない場合には、パーライト組織を形成することができない。

すなわち、銅の含有割合が１．０質量％以下であり、かつ、スズの含有割合が０．１質量％以下である場合には、パーライト組織は形成されず、フェライト組織のみが形成される。

また、このフェライト系球状黒鉛鋳鉄においては、銅およびスズの少なくともいずれか一方が、上記割合で含有されていれば、他方が上記割合未満で含有されていてもよい。

より具体的には、パーライト化元素として、上記割合（１．０〜３．０質量％）の銅が含有される場合には、スズが上記範囲未満の割合で含有されていてもよい。このような場合、スズの含有割合は、フェライト系球状黒鉛鋳鉄の総量に対して、例えば、０．０１質量％以上、好ましくは、０．０２質量％以上、例えば、０．０５質量％以下、好ましくは、０．０４質量％以下である。これにより、さらに良好にパーライト組織を形成することができる。

また、パーライト化元素として、上記割合（０．１〜０．５質量％）のスズが含有される場合には、銅が上記範囲未満の割合で含有されていてもよい。このような場合、銅の含有割合は、フェライト系球状黒鉛鋳鉄の総量に対して、例えば、０．１質量％以上、好ましくは、０．２質量％以上、例えば、０．５質量％以下、好ましくは、０．４質量％以下である。これにより、さらに良好にパーライト組織を形成することができる。

また、フェライト系球状黒鉛鋳鉄は、不可避的混入物として、さらに、マグネシウム（Ｍｇ）を含有することができる。

マグネシウムは、例えば、黒鉛の球状化剤（後述）に含有されており、フェライト系球状黒鉛鋳鉄中に残留する場合がある。

このような場合、マグネシウムの含有割合は、フェライト系球状黒鉛鋳鉄の総量に対して、例えば、０．０２質量％以上、好ましくは、０．０３質量％以上、例えば、０．０６質量％以下、好ましくは、０．０５質量％以下である。

また、炭素の含有量に対するマグネシウムの含有量の質量比（Ｍｇ／Ｃ）は、例えば、０．００５以上、好ましくは、０．０１以上であり、例えば、０．０２５以下、好ましくは、０．０２以下である。

マグネシウムの含有割合が上記範囲であれば、黒鉛を良好に球状化することができる。

さらに、フェライト系球状黒鉛鋳鉄は、上記したように、不純物（不可避的混入物）を含有する場合がある。不可避的混入物は、積極的に配合されず、例えば、鉄などに混入することによって、フェライト系球状黒鉛鋳鉄に混入される。不可避的混入物としては、例えば、マンガン（Ｍｎ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）などが挙げられる。

なお、これら不可避的混入物の含有割合は、本発明の優れた効果を阻害しない範囲であれば、特に制限されない。

以下において、フェライト系球状黒鉛鋳鉄の製造方法について、詳述する。

この方法では、まず、鉄および炭素を溶融させ、溶湯を得る。

鉄としては、例えば、各種産業分野で得られる鉄スクラップや銑鉄などが挙げられる。好ましくは、不可避的混入物の含有量が比較的低い鉄スクラップが挙げられる。

炭素としては、特に制限されず、公知の黒鉛粉末などが挙げられる。また、鉄として用いられる鉄スクラップや銑鉄などに炭素が含有されている場合には、その炭素をそのまま用いることができる。

鉄と炭素との配合割合は、得られるフェライト系球状黒鉛鋳鉄における炭素の含有割合が上記範囲となるよう、適宜設定される。

溶融方法としては、特に制限されず、例えば、高周波溶解炉などの電気炉が用いられる。溶融温度は、例えば、１４００℃以上、好ましくは、１５００℃以上であり、例えば、２０００℃以下である。

また、この方法では、球状黒鉛を効率よく晶出させ、また、優れた鋳鉄を得る観点から、必要により、脱硫処理、フラックス処理、溶湯精錬処理などにより、溶湯中の不純物量を低減することができる。

次いで、この方法では、溶融した鉄および炭素（溶湯）の中に、ケイ素と、銅および／またはスズからなるパーライト化剤と、球状化剤とを添加し、混合する。

ケイ素の添加では、例えば、Ｓｉ金属単体や、Ｆｅ−Ｓｉ系接種剤などのＳｉ含有接種剤が添加される。好ましくは、Ｆｅ−Ｓｉ系接種剤が添加される。

Ｆｅ−Ｓｉ系接種剤において、鉄（Ｆｅ）の含有割合は、Ｆｅ−Ｓｉ系接種剤の総量に対して、例えば、３５〜５５質量％である。また、ケイ素（Ｓｉ）の含有割合は、Ｆｅ−Ｓｉ系接種剤の総量に対して、例えば、４５〜６５質量％である。

溶湯に対するケイ素の配合割合は、得られるフェライト系球状黒鉛鋳鉄におけるケイ素の含有割合が上記の範囲となるよう、適宜設定される。

パーライト化剤の添加では、例えば、Ｃｕ金属単体、Ｓｎ金属単体などの金属単体や、例えば、Ｃｕ−Ｓｎ系接種剤などのＣｕおよび／またはＳｎ含有接種剤が添加される。好ましくは、Ｃｕ金属単体、Ｃｕ−Ｓｎ系接種剤が添加される。

Ｃｕ−Ｓｎ系接種剤において、銅（Ｃｕ）の含有割合は、Ｃｕ−Ｓｎ系接種剤の総量に対して、例えば、１０〜３０質量％である。また、スズ（Ｓｎ）の含有割合は、Ｃｕ−Ｓｎ系接種剤の総量に対して、例えば、１０〜３０質量％である。なお、残部は、通常、鉄（Ｆｅ）である。

溶湯に対するパーライト化剤の配合割合は、得られるフェライト系球状黒鉛鋳鉄における銅およびスズの含有割合が上記範囲となるよう、適宜設定される。

球状化剤は、炭素（黒鉛）を球状化させるために、溶湯に添加される。

球状化剤の添加では、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ系球状化剤などのＭｇ含有球状化剤が添加される。

Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ系球状化剤において、鉄（Ｆｅ）の含有割合は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ系球状化剤の総量に対して、例えば、３０〜６０質量％である。また、ケイ素（Ｓｉ）の含有割合は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ系球状化剤の総量に対して、例えば、４０〜６０質量％である。また、マグネシウム（Ｍｇ）の含有割合は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ系球状化剤の総量に対して、例えば、３〜１０質量％である。

Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ系球状化剤が用いられる場合において、その配合割合は、得られるフェライト系球状黒鉛鋳鉄におけるケイ素およびマグネシウムの含有割合が上記範囲となるよう、適宜設定される。

添加順序は、特に制限されないが、例えば、溶融した鉄および炭素（溶湯）に対して、まず、パーライト化剤（Ｃｕ−Ｓｎ系接種剤など）が添加され、次いで、球状化剤（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ系球状化剤など）が添加され、その後、ケイ素（Ｆｅ−Ｓｉ系接種剤など）が添加される。

上記の順序で添加すれば、後述する鋳込みの直前に、ケイ素（Ｆｅ−Ｓｉ系接種剤など）を添加することができ、ケイ素の劣化を抑制することができるため、ケイ素の添加による効果（耐熱性および耐酸化性）を、より良好に発現することができる。

そして、このようにして溶湯にケイ素、パーライト化剤および球状化剤を添加することにより、ケイ素と、炭素と、銅およびスズの少なくともいずれかのパーライト化元素と、鉄と、さらに、球状化剤とを含有する溶湯が得られる。

その後、この方法では、上記により得られた溶湯を冷却し、パーライト組織を形成する。

より具体的には、この方法では、上記により得られた溶湯を、所定の形状の鋳型に流し入れる（鋳込む）。

鋳込み時の溶湯の温度は、例えば、１３００℃以上、好ましくは、１３５０℃以上であり、例えば、１５００℃以下、好ましくは、１４００℃以下である。

次いで、この方法では、鋳型内において、溶湯を冷却する。

冷却温度（到達温度）は、例えば、９００℃以下、好ましくは、８００℃以下であり、例えば、７００℃以上、好ましくは、７５０℃以上である。

また、冷却速度は、例えば、１２℃／ｍｉｎ以下、好ましくは、１０℃／ｍｉｎ以下であり、より好ましくは、８℃／ｍｉｎ以上、さらに好ましくは、６℃／ｍｉｎ以下である。

このような冷却により、図１に示すように、球状黒鉛１、フェライト組織２およびパーライト組織３を含有する鋳鉄（フェライト化処理前）４ａが得られる。

より具体的には、上記の冷却に伴って、溶湯中に含まれる炭素が球状化され、球状黒鉛１が形成される。なお、このとき、球状化剤は、溶湯（およびその冷却により得られる鋳鉄）から脱離するが、球状化剤に含まれるマグネシウムが、一部残存する。

また、炭素が球状黒鉛１側に吸収されるため、その球状黒鉛１の周囲において、炭素を含まない組織であるフェライト組織２が形成される。

さらに、それらフェライト組織２の周囲において、フェライト層とセメンタイト層（Ｆｅ_３Ｃなど）とが交互に積層されたパーライト組織３が形成される。

その後、この方法では、パーライト組織３をフェライト化処理する。

より具体的には、フェライト化処理では、得られた鋳鉄４ａを加熱炉において熱処理（焼き鈍し）する。

熱処理条件としては、熱処理温度（到達温度）が、例えば、９００℃以上、好ましくは、９５０℃以上であり、例えば、１２００℃以下、好ましくは、１１００℃以下である。

また、昇温速度は、例えば、２．０℃／ｍｉｎ以上、好ましくは、２．２℃／ｍｉｎ以上であり、例えば、２．７℃／ｍｉｎ以下、好ましくは、２．５℃／ｍｉｎ以下である。

また、好ましくは、上記の温度において、所定時間保持する。保持時間は、例えば、１時間以上、好ましくは、２時間以上であり、例えば、５時間以下、好ましくは、４時間以下である。

このような熱処理によって、図２に示すように、パーライト組織３がフェライト化され、球状黒鉛１およびフェライト組織２からなるフェライト系球状黒鉛鋳鉄４ｂが得られる。

そして、この方法では、得られたフェライト系球状黒鉛鋳鉄を、例えば、加熱炉内において冷却する。

冷却温度（到達温度）は、例えば、３００℃以下、好ましくは、２８０℃以下であり、例えば、２００℃以上、好ましくは、２５０℃以上である。

また、冷却速度は、例えば、１．２℃／ｍｉｎ以上、好ましくは、１．３℃／ｍｉｎ以上であり、例えば、１．５℃／ｍｉｎ以下、好ましくは、１．４℃／ｍｉｎ以下である。

その後、この方法では、得られたフェライト系球状黒鉛鋳鉄を、加熱炉から取り出し、空冷する。

このようにして得られるフェライト系球状黒鉛鋳鉄４ｂは、ケイ素の含有割合が上記割合（４．８〜８．０質量％）に調整されているため、ケイ素の含有割合が４．０〜４．５質量％である場合に比べ、耐熱性および耐酸化性に優れる。

一方、ケイ素は、フェライト組織に均一に固溶され、フェライト組織を硬くすることにより、延性（伸び）を低下させる作用を有する。そのため、通常、ケイ素の含有割合が上記の範囲（４．８〜８．０質量％）である場合には、ケイ素の含有割合が４．０〜４．５質量％である場合などに比べ、フェライト系球状黒鉛鋳鉄の延性（伸び）に劣る。

しかしながら、上記の方法で得られるフェライト系球状黒鉛鋳鉄は、ケイ素が偏在するように分布しているため、延性（伸び）にも優れる。

すなわち、図１が参照されるように、上記の方法では、溶湯が冷却されるときに、フェライト組織２とパーライト組織３とが形成される。このような場合、溶湯中のケイ素は、フェライト組織２中には固溶する一方、パーライト組織３のセメンタイト層（Ｆｅ_３Ｃなど）には固溶しない。そのため、パーライト組織３におけるケイ素の固溶量は比較的少なくなり、フェライト組織２におけるケイ素の固溶量は比較的多くなる。

その後、この方法では、図２が参照されるように、熱処理により、パーライト組織３がフェライト化される。

このような場合、パーライト組織３からフェライト組織２に変化した部分２ａにおけるケイ素の固溶量は比較的少なくなり、熱処理前からフェライト組織２であった部分２ｂにおけるケイ素の固溶量は比較的多くなる。

そして、フェライト系球状黒鉛鋳鉄４ｂにおいて、ケイ素の固溶量が比較的少ない部分は、比較的軟らかくなり、また、ケイ素の固溶量が比較的多い部分は、比較的硬くなる。そのため、上記のように、ケイ素が偏在するように分布していれば、ケイ素が一様に分布している場合に比べ、延性（伸び）に優れる。

なお、フェライト系球状黒鉛鋳鉄の分野においては、ケイ素の含有割合が上記の範囲（４．８〜８．０質量％）である場合には、ケイ素の含有割合が４．０〜４．５質量％である場合に比べて、硬度が増加することにより脆化し、また、延性（伸び）が低下することが知られている。

また、フェライト系球状黒鉛鋳鉄の分野においては、通常、パーライト組織を形成することによって、硬度が増加することにより脆化し、延性（伸び）が低下することも知られている。

そのため、通常、ケイ素の含有割合が上記の範囲（４．８〜８．０質量％）である場合に、敢えて、パーライト組織を形成することはない。

しかしながら、本発明では、上記したように、ケイ素の含有割合が上記の範囲（４．８〜８．０質量％）である場合に、まず、パーライト組織を形成し、その後、パーライト組織をフェライト化処理することにより、耐熱性および耐酸化性に優れ、さらには、機械物性（延性）にも優れるフェライト系球状黒鉛鋳鉄を得ることができる。

フェライト系球状黒鉛鋳鉄のＡ１変態点は、例えば、９００℃以上、好ましくは、９５０℃以上であり、例えば、１１００℃以下、好ましくは、１０５０℃以下である。

なお、Ａ１変態点の測定方法は、後述する実施例に準拠する。

また、フェライト系球状黒鉛鋳鉄の線膨張係数は、例えば、９×１０^−６以上、好ましくは、１０×１０^−６以上であり、例えば、１４×１０^−６以下、好ましくは、１３×１０^−６以下である。

なお、線膨張係数の測定方法は、後述する実施例に準拠する。

また、フェライト系球状黒鉛鋳鉄の耐力（ＪＩＳ Ｚ ２２４１（２０１２版に準拠）は、常温（２５℃）において、例えば、４００ＭＰａ以上、好ましくは、４２０ＭＰａ以上であり、例えば、７００ＭＰａ以下、好ましくは、６５０ＭＰａ以下である。また、８００℃において、例えば、２０ＭＰａ以上、好ましくは、２５ＭＰａ以上であり、例えば、５０ＭＰａ以下、好ましくは、４０ＭＰａ以下である。
フェライト系球状黒鉛鋳鉄の引張強度（ＪＩＳ Ｚ ２２４１（２０１２版に準拠）は、常温（２５℃）において、例えば、４９０ＭＰａ以上、好ましくは、５５０ＭＰａ以上であり、例えば、７５０ＭＰａ以下、好ましくは、７００ＭＰａ以下である。また、８００℃において、例えば、２５ＭＰａ以上、好ましくは、３０ＭＰａ以上であり、例えば、６０ＭＰａ以下、好ましくは、５０ＭＰａ以下である。

また、フェライト系球状黒鉛鋳鉄の伸び（ＪＩＳ Ｚ ２２４１（２０１２版に準拠）は、常温（２５℃）において、例えば、１％以上、好ましくは、１．５％以上であり、例えば、１０％以下、好ましくは、８％以下である。

そして、このようなフェライト系球状黒鉛鋳鉄は、各種産業分野における耐熱材料として、広く用いることができる。とりわけ、フェライト系球状黒鉛鋳鉄は、比較的高温に曝露される自動車の排気系部品などにおいて、好適に用いることができる。具体的には、フェライト系球状黒鉛鋳鉄は、例えば、自動車エンジンのエキゾーストマニホールド、ターボチャージャーのハウジング、アウトレットパイプ、ターボハウジング一体型エキゾーストマニホールドなど、さらに、排ガス浄化触媒などが固定される触媒ケースなどにおいて、好適に用いることができる。

次に、本発明を実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は、下記の実施例によって限定されるものではない。また、以下の説明において特に言及がない限り、「部」および「％」は質量基準である。なお、以下に示す実施例の数値は、実施形態において記載される対応する数値（すなわち、上限値または下限値）に代替することができる。

実施例１
鉄スクラップ９７０ｋｇと黒鉛３０ｋｇとを混合し、高周波溶解炉において１５７０℃に加熱し、溶湯を得た。得られた溶湯を取鍋に５００ｋｇ取り出した。さらに、その取鍋から溶湯を１５０ｋｇ取り出した。

そして、パーライト化剤として、純銅１．６ｋｇを添加した。次いで、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ系球状化剤（Ｆｅ−Ｓｉ−４Ｍｇ球状化剤、大阪特殊合金製）４ｋｇを添加した。次いで、Ｆｅ−Ｓｉ系接種剤（大阪特殊合金製）５ｋｇを添加した。

次いで、得られた溶湯を、１３６３℃において鋳込み、冷却速度６℃／ｍｉｎで、８００℃まで冷却した。これにより、球状黒鉛、フェライト組織およびパーライト組織を含有する鋳鉄（フェライト化処理前）を得た。

その後、得られた鋳鉄を、フェライト化処理した。より具体的には、上記により得られた鋳鉄（フェライト化処理前）を、高温電気炉において昇温速度２．０〜２．７℃／ｍｉｎで６〜８時間かけて１０００℃まで加熱し、３時間保持した。これにより、パーライト組織を熱処理（フェライト化処理）し、フェライト系球状黒鉛鋳鉄を得た。

なお、フェライト系球状黒鉛鋳鉄は、炉内において２５０〜３００℃まで８〜１０時間放冷し、その後、空冷した。

実施例２
パーライト化剤として、純銅１．６ｋｇに代えて、Ｃｕ−Ｓｎ系接種剤（２０Ｃｕ−２０Ｓｎ接種剤、大阪特殊合金製）２．３ｋｇを添加した以外は、実施例１と同様にしてフェライト系球状黒鉛鋳鉄を得た。なお、鋳込み時の温度は、１３５２℃であった。

比較例１
Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ系球状化剤の配合量を５ｋｇに変更し、また、Ｆｅ−Ｓｉ系接種剤の配合量を１ｋｇに変更し、また、純銅を添加せず、フェライト化処理しなかった以外は、実施例１と同様にしてフェライト系球状黒鉛鋳鉄を得た。なお、鋳込み時の温度は、１４０２℃であった。

比較例２
純銅を添加せず、また、熱処理しなかった以外は、実施例１と同様にしてフェライト系球状黒鉛鋳鉄を得た。なお、鋳込み時の温度は、１３９２℃であった。

比較例３
熱処理しなかった以外は、実施例１と同様にして、球状黒鉛鋳鉄を得た。

比較例４
熱処理しなかった以外は、実施例２と同様にして、球状黒鉛鋳鉄を得た。

比較例５
熱処理した以外は、比較例２と同様にして、球状黒鉛鋳鉄を得た。

＜評価＞
（１）成分分析
各実施例および各比較例において得られた球状黒鉛鋳鉄を、炭素、硫黄分析装置（ＥＭＩＡ−２２０Ｖ 堀場製作所製）、蛍光Ｘ線分析装置（ＲＩＸ３０００ リガク製）により分析した。その結果を、表１に示す。

なお、表中において、マンガン（Ｍｎ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）およびマグネシウム（Ｍｇ）は、不可避的混入物である。

（２）耐力、伸び、引張強度（常温および８００℃）
各実施例および各比較例の球状黒鉛鋳鉄の、常温および８００℃のそれぞれの温度における耐力、伸びおよび引張強度を測定した。具体的には、ＪＩＳ Ｚ ２２４１（２０１２年）の金属材料引張試験方法に準拠して、引張試験を実施し、耐力、伸びおよび引張強度を測定した。その結果を、表２に示す。

（３）Ａ１変態点（Ａｃ１）、線膨張率
各実施例および各比較例において得られた球状黒鉛鋳鉄の、Ａ１変態点（Ａｃ１）および線膨張率を、熱機械分析装置（ＴＭＡリガク製）にて測定した。その結果を、表２に示す。

（４）耐酸化性（高温酸化増量）
各実施例および各比較例において得られた球状黒鉛鋳鉄の高温酸化増量を、下記の測定方法によって、測定した。

すなわち、示差熱天秤（ＴＧ−ＤＴＡリガク製）にて、１００℃から１０００℃までの昇温を５サイクル終了後、室温に戻ったときにおける、測定前からの質量変化量（ｇ／ｍｍ^２）を測定した。その結果を、表２に示す。

１ 球状黒鉛
２ フェライト組織
３ パーライト組織
４ａ 鋳鉄
４ｂ フェライト系球状黒鉛鋳鉄

Claims (1)

1. ケイ素４．８〜８．０質量％と、
   炭素２．５〜４．０質量％と、
   銅１．０〜３．０質量％、および、スズ０．１〜０．５質量％の少なくともいずれかと、
   残部の鉄とからなるフェライト系球状黒鉛鋳鉄であって、
   前記ケイ素と、前記炭素と、前記銅および前記スズの少なくともいずれかと、前記鉄とを含有する溶湯を、冷却することによりパーライト組織を形成し、
   次いで、前記パーライト組織をフェライト化処理することにより得られることを特徴とする、フェライト系球状黒鉛鋳鉄。

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