JP2023048968A - 非磁性球状黒鉛鋳鉄の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
重量%で、C:2.7~3.5%、Si:2.1~5.0%、Mn:9.0~14.0%、Mg:0.04~0.08%、Ni:0.5~5.0%、Cu:0.4~5.0%を含有し、残部がFe及び不純物からなる球状黒鉛鋳鉄を、1000~1100℃に加熱し、炭化物を分解してオーステナイト中に固溶させて必要時間保持後、水、又は油、又はガスにより急速冷却し、これにより炭化物を減少または無くしたオーステナイトを基地組織とする、非磁性球状黒鉛鋳鉄の製造方法である。
Cの含有量は、2.7~3.5重量%の範囲とする。
Cは黒鉛を晶出させ、鋳造性を確保するために不可欠な元素である。黒鉛が適切に球状化されず共晶状黒鉛となった場合、黒鉛が連続性を持つものとなり、腐食が材料内部まで侵入し易くなる。Cの含有量は、鋳造する肉厚等を加味しながら黒鉛形状不良が出ない範囲で2.7~3.5重量%の範囲としている。
Siの含有量は、2.1~5.0重量%の範囲とする。
SiはCの黒鉛化を促進する元素である。Siの含有量が不足する場合は黒鉛化が不十分となる。一方、Siの含有量が過剰となる場合は機械的性質を低下させる。Siの含有量は、Cの黒鉛化と強度低下のバランスを考慮して、2.1~5.0重量%の範囲としている。
Mnの含有量は、9.0~14.0重量%の範囲とする。
本発明の製造方法により得られる非磁性球状黒鉛鋳鉄は、高マンガン鋼鋳鋼品と同程度の量のMnを含有する鋳鉄品である。Mnはオーステナイト形成元素であり、Cとの共存によりオーステナイト域を広げて安定化する役割を担う。一般にオーステナイト形成元素としては、Mn以外にCo、Ni等も用いられるが、市場価格比はMnを1とした場合、Mn:Co:Ni=1:13.5:5程度の開きがあり、Mnはコストパフォーマンスが優れている。本発明では、Mnの含有量は、上述した高マンガン鋼鋳鋼品と同程度とし、9.0~14.0重量%の範囲としている。
Mgの含有量は、0.04~0.08重量%の範囲とする。
Mgは晶出された黒鉛を球状化する元素である。Mgの含有量が不足すると黒鉛が十分に球状化しない場合があり、更にMg量が不足すると片状となり機械的性質(TS(Tensile Strength:引張強さ)、EL(Elongation:伸び)等)が低下する。一方、必要以上のMgの添加はコストアップに繋がる上、鋳造欠陥を起こす場合がある。以上の理由からMg含有量は、0.04~0.08重量%の範囲としている。
Niの含有量は、0.5~5.0重量%の範囲とする。
Niはオーステナイトの安定化を促進し、共晶体を強固にする。Niの含有量が不足する場合、あるいは過剰になる場合は、オーステナイトの安定化を促進する効果や共晶体を強固にする効果が不十分となる。Niの含有量については、これらの効果が良好に認められた0.5~5.0重量%の範囲としている。
Cuの含有量は、0.4~5.0重量%の範囲とする。
本発明では、Niと共にCuを所定量含有させることで、従来よりも強靱性に優れた非磁性球状黒点鋳鉄を製造することができる。Cuには、α鉄の結晶(フェライト)と炭化鉄の結晶(セメンタイト)が交互に重なり合った層状組織(パーライト)を安定させる効果、フェライトに固溶されることによりフェライト自身及び共晶体を強固にする効果が認められるところ、本発明者らは、本発明が目的とする非磁性球状黒鉛鋳鉄においても、オーステナイト基地組織を安定させる効果、共晶体を強固にする効果が得られることを知見して本発明を完成させた。Niと共にCuを所定量含有させることで非磁性球状黒鉛鋳鉄を強靭化することは、特許文献1などの従来の技術には見られない知見である。Cuの含有量については、これらの効果が良好に認められた0.4~5.0重量%の範囲としている。
次に、本発明の非磁性球状黒鉛鋳鉄の製造方法において、鋳放し後、所定の熱処理を行うと共に急速冷却を行う理由について説明する。
本実施形態の製造方法を実施するあたり、まず元湯(黒鉛球状化処理前の成分組成の溶湯)に対し、黒鉛を球状化させるのに必要な接種を施す。
球状化処理および接種後の成分割合が上述した成分組成の目標割合となるように設定して供試材用の鋳型に鋳込んだ。鋳型はノックオフ形(Kb形)シェル鋳型を用い、黒鉛球状化率測定、硬さ測定、透磁率測定、組織観察を行う供試材を製造した。供試材の成分組成については株式会社矢作分析センターに分析を依頼し、実施例1~16及び比較例1~3におけるC、Si、Mn、Mg、Ni、Cuの成分組成が、表1~表4のとおりであることを確認した。なお、残部の大半はFeである。表中に記載しないが、不純物としては例えば0.0042重量%以下程度のごく微量のPが含まれる。
熱処理後の引張試験は、金属材料引張試験方法(JIS Z 2241:2011)に準拠した試験を行った。試験片は同付属書Dの4号試験片を用いた。引張試験は川重テクノロジー株式会社において外部試験を行った。
大阪特殊合金株式会社製の鋳鉄組織解析用画像処理装置(JIS G-5502準拠)を使用し、鋳放しの状態の供試材の黒鉛球状化率(%)を測定した。
ブリネル硬度計(JIS Z-2243準拠)を使用し、熱処理の前後で供試材及び試験片の硬さ(HB)を測定した。
日本フェルスター株式会社製の透磁率測定器(MAGNETOSCOP 1.070)を使用し、熱処理の前後で供試材及び試験片の透磁率(μT)を測定した。
図1A~図1Jは、実施例1~16、比較例1~3の鋳放しでの組織写真であり、図2A~図2Jは、実施例1~16、比較例1~3の熱処理後の組織写真である。図2I、図2Jはピクリン酸を3%含有する腐食液で処理した後の写真である。各図を比較することで、熱処理による炭化物の分解状況を確認した。
重量%で、C:2.7~3.5%、Si:2.1~5.0%、Mn:9.0~14.0%、Mg:0.04~0.08%、Ni:0.5~5.0%、Cu:0.4~5.0%を含有し、残部がFe及び不純物からなる球状黒鉛鋳鉄を、1000~1100℃に加熱し、炭化物を分解してオーステナイト中に固溶させるための必要時間保持後、水、又は油、又はガスにより急速冷却し、これにより炭化物を減少または無くしたオーステナイトを基地組織とする、非磁性球状黒鉛鋳鉄の製造方法である。
Claims (2)
- 重量%で、C:2.7~3.5%、Si:2.1~5.0%、Mn:9.0~14.0%、Mg:0.04~0.08%、Ni:0.5~5.0%、Cu:0.4~5.0%を含有し、残部がFe及び不純物からなる球状黒鉛鋳鉄を、1000~1100℃に加熱し、炭化物を分解してオーステナイト中に固溶させて必要時間保持後、水、又は油、又はガスにより急速冷却し、これにより炭化物を減少または無くしたオーステナイトを基地組織とする、非磁性球状黒鉛鋳鉄の製造方法。
- 前記加熱前におけるSiの含有量を、2.1~3.3重量%とした、請求項1に記載の非磁性球状黒鉛鋳鉄の製造方法。
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