JP3612677B2

JP3612677B2 - 球状黒鉛鋳鉄およびｃｖ状黒鉛鋳鉄の黒鉛形状の判定法

Info

Publication number: JP3612677B2
Application number: JP21470798A
Authority: JP
Inventors: 秀孝平岡; 真行森中; 強奥園
Original assignee: NISSABU CO Ltd
Current assignee: NISSABU CO Ltd
Priority date: 1998-06-25
Filing date: 1998-06-25
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2018-06-25
Also published as: JP2000009668A; CN1244659A; US6354356B1; FR2780511B1; BE1015190A5; DE19928456A1; CN1200272C; FR2780511A1; DE19928456B4; BR9902615A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は鋳鉄、とくに球状黒鉛鋳鉄およびＣＶ状黒鉛鋳鉄における黒鉛の形状を、その溶湯の試料を熱分析して判定する改良法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋳鉄に含まれる黒鉛の形状は鋳鉄の溶湯の凝固の様相に支配されて色々と変化する。したがって、鋳鉄中の黒鉛形状を鋳造する以前に炉前で明確にすることが肝要である。
【０００３】
鋳鉄中の黒鉛の形状は、片状から球状までの形状変化の間において、雪状、スパイク状、擬片状（Ｑｕａｓｙ−ｆｌａｋｙ）、ＣＶ状、あるいは緻密状などの中間的形状を示すことが多いものであるが、実際上は片状、ＣＶ状、球状のいずれであるか、あるいは球状とＣＶ状の混在する割合が判断できれば満足することができる。
【０００４】
従来、鋳鉄における黒鉛の形状を知るためには、鋳鉄の溶湯が凝固した後、その一部を試料として取り出し、これを研磨してその表面を電子顕微鏡によって調べる方法、また、凝固試料の超音波速度を測定する方法、あるいは鋳鉄の溶湯の凝固する過程を熱分析して、鋳鉄の溶湯の共晶温度から判別する方法の３種類に大別される。
【０００５】
これらの黒鉛の形状を判定する方法において、顕微鏡による方法および超音波速度測定法は、判定に長時間を要し、誤差も多い等の問題点があるので、鋳鉄の溶湯を凝固する以前に炉前で測定することができるのは熱分析法のみである。
【０００６】
ところで、球状黒鉛鋳鉄の溶湯の熱分析を行うに当たっては、鋳鉄の溶湯に黒鉛を球状化させるための処理を行う必要がある。
【０００７】
すなわち、鋳鉄の溶湯に球状化処理を施さなかった場合や、球状化処理を行っても、その効果が無かった場合には、折角、この溶湯を熱分析しても、全く異なる結果を招く危険性がある。具体的には、試料を採取した鋳鉄の溶湯が片状黒鉛鋳鉄の溶湯であったときでも、晶出する黒鉛が球状あるいはＣＶ状であるとの誤った判定結果となる虞がある。
【０００８】
さらに、ＣＶ状黒鉛鋳鉄の場合に、この溶湯に球状化剤を添加するためには、溶湯の管理を厳密にしなければならず、製造条件の制約も大きい。
【０００９】
とくに、溶湯を混合させることは、製造上の行程数を増加し、経済的にも不合理である。
【００１０】
以上に述べた多くの問題点を考慮して、この発明の主目的は球状黒鉛鋳鉄において晶出する黒鉛の形状を炉前において簡単で、しかも確実に判定する新規な方法を提供することにある。
【００１１】
この発明はまた、鋳鉄の溶湯中に含まれる溶解酸素の量と、共晶温度とを測定することによって黒鉛が球状を形成するか、あるいはＣＶ状のものとなるか、すなわち黒鉛形状が球状であるか、ＣＶ状であるかを判定する方法を提供することにある。
【００１２】
さらにこの発明の目的は鋳鉄の溶湯を炉前で熱分析することによって、溶湯中に含まれる球状黒鉛とＣＶ状黒鉛との混在する割合を予測することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、この発明によれば、まず最初に、鋳鉄の溶湯の一部を試料として採取して、この試料を一般に使用されている酸素センサーを使用して電池の電圧を測定し、溶湯中の溶解酸素の量を測定する。
【００１４】
この測定によって得た溶湯中の溶解酸素の挙動により、黒鉛の球状化あるいはＣＶ化処理の効果の有無を判別し、その結果が認められた場合には、この溶湯試料を熱分析して、共晶温度を測定して、その温度を基準として黒鉛が球状であるか、またはＣＶ状であるかの形状を判断し、あるいは球状化黒鉛とＣＶ状黒鉛との存在する割合を判断する。
【００１５】
また、酸素センサーによる溶湯中の溶解酸素から球状化あるいはＣＶ状化処理の効果が認められない場合には、鋳鉄中の黒鉛の形状は片状であると判断できる。
【００１６】
ところで、鋳鉄の溶湯中の溶解酸素の量は、試料溶湯の温度の如何によって変化し、酸素センサーによる溶湯中の溶解酸素量は、主として試料中のシリコンの含有量の影響を受けている。
【００１７】
従って、鋳鉄の溶湯における黒鉛の球状化処理あるいはＣＶ状化処理の効果は、前記溶解酸素量を絶対値として決定することができないので、事前に溶解酸素量を実測して、溶解酸素量と球状化あるいはＣＶ状化の関係を求めておくことが好ましい。
【００１８】
たとえば、鋳鉄の溶湯中の溶解酸素量が１ｐｐｍ以下であれば、球状化あるいはＣＶ状化処理の効果が認められるものであり、２ｐｐｍ以上であれば、片状黒鉛（Ａ型またはＤ型）となり、ＣＶ状化処理の効果が失われていることが知れる。
【００１９】
ここにおいて、片状黒鉛（Ａ型）と（Ｄ型）とについて触れると、片状黒鉛鋳鉄において、化学成分および冷却温度が同一の場合であっても、共晶黒鉛核の生成能力が相違して、黒鉛核の核数が多いときには、共晶凝固が液相中で自由に行われるために、その結果、安定したＡ型となり、核数が少ないときには、共晶オーステナイトが先行凝固するために、黒鉛はこのオーステナイトの間隙の中で成長しなければならず、Ｄ型となる。
【００２０】
次に、鋳鉄の溶湯の共晶温度が球状化黒鉛とＣＶ化黒鉛との温度との分岐点の温度（これを「閾値」と言うことにする）よりも高ければ球状黒鉛を形成する結晶核数が多く、閾値よりも低ければ球状黒鉛を形成する結晶核が少なくて、ＣＶ状黒鉛鋳鉄となることから、前記鋳鉄の試料溶湯を熱電対を具備する主としてコップ状の試料採取容器を用いて鋳鉄の溶湯を熱分析して共晶温度を測定し、その測定温度が球状化黒鉛とＣＶ化黒鉛との温度の閾値である約１１４１℃以上であれば、球状化黒鉛であり、それ以下であればＣＶ状黒鉛であると判定する。
【００２１】
球状化黒鉛とＣＶ化黒鉛との共晶温度の閾値を確認するために、次の通りの実験を行った。
【００２２】
Ｆｅ−３．５％Ｃ−１．４％Ｓｉの銑鉄の溶湯に市販の球状化剤、Ｆｅ−４５％Ｓｉ−３％Ｍｇを溶湯の重量について１％添加し、一定の温度に保持しながら、５分毎に飼料を採取した。採取した試料の黒鉛形状を、図１にそれぞれ、溶解直後の元湯「試料Ｎｏ．１」、球状化剤添加直後の「試料Ｎｏ．２」、一定の温度に５分保持後の「試料Ｎｏ．３」，１０分保持後の「試料Ｎｏ．４」として示す。
【００２３】
この試料Ｎｏ．４の測定した溶解酸素量を横軸に、共晶温度を縦軸にとって、両者の関係を図２に示す。
【００２４】
図１から、溶解酸素量１．１ｐｐｍの試料Ｎｏ．４は片状であり、溶解酸素１ｐｐｍ以上の場合には片状になることが明瞭になった。
【００２５】
さらに第二の実験として、球状、ＣＶ状、片状（Ａ型）、片状（Ｄ型）および白銑組織を適当とする方法で製造し、その際の溶解酸素量と共晶温度とを測定した。横軸に溶解酸素量をとり、縦軸に共晶温度をとってその結果を図３に示す。
【００２６】
以上から、溶解酸素１ｐｐｍにおいて１１４１℃を閾値とすることにより、黒鉛形態を判定できることが判る。
【００２７】
【実験例１】
この発明の球状黒鉛鋳鉄およびＣＶ黒鉛鋳鉄の黒鉛形状を判定する方法について、その実験例を詳述する。
【００２８】
第一の段階として、市販の高純度ダクタイル鋳鉄用銑鉄、高純度スチールスクラップ、Ｆｅ−７５％Ｓｉを溶湯原料としてＦｅ−３．２％Ｃ−１．７％Ｓｉ合金を高周波誘導炉を用いて黒鉛坩堝内において溶解した。３０分後にその溶解が終了し、４０分後に測定した溶湯の温度は１５００℃であり、酸素センサーによる溶湯の溶解酸素量は２．７ｐｐｍであった。
【００２９】
これによって、前記溶湯をそのまま凝固させると、黒鉛の形状が球状であるか、ＣＶ状か、あるいは白銑となると判断された。
【００３０】
そこで、第二の段階として、この溶湯にミッシュメタルを０．２％添加し、溶解酸素を測定したところ、０．７ｐｐｍであった。従って、これを凝固させると黒鉛の形状が球状化、ＣＶ状化、あるいは白銑になると判断された。ミッシュメタルを添加したのは、溶湯中の溶解酸素の量が多ければ、球状化あるいはＣＶ状化の効果が認められないからである。
【００３１】
第三段階として、この鋳鉄の溶湯の熱分析を行って、共晶温度を測定して黒鉛の形状を調べるために、３個の試料採取容器を用意した。
【００３２】
この第一の容器には何らの添加物を加えず、第二の容器には酸素固定剤としてミッシュメタル０．２％を添加した。
【００３３】
これら容器にそれぞれ溶湯を注入して、熱分析による冷却曲線によって、溶湯の共晶温度を測定したところ、無添加の第一の容器の鋳鉄の溶湯の共晶温度は１１１８℃であり、ミッシュメタルを添加した第二の容器の共晶温度も１１１８℃であった。両容器の溶湯の共晶温度が同一であることから、その組織が白銑であることが判明できる。
【００３４】
ところで、鋳鉄の溶湯の共晶温度が白銑共晶温度以上であって、１１４１℃以下であると、その溶湯が凝固したときに、黒鉛はＣＶ状を呈し、１１４１℃以上であると球状の形状をとることが認められることから、１１４１℃を両者の判別の基本的な境界温度とすることができ、この化学組成は表１に示すものとなる。
【００３５】
【表１】

【００３６】
そこで実験例１の第二の容器内の鋳鉄の溶湯が凝固するとＣＶ状黒鉛の形状を呈するものと判断でき、また球状黒鉛とＣＶ状黒鉛との混在する割合はＣＶ状黒鉛が圧倒的に多いことが判断できる。
【００３７】
【実験例２】
第一段階として、銑鉄、スチールスクラップ、Ｆｅ−７５ｍａｓｓ％Ｓｉの溶湯原料を高周波誘導炉内で、Ｆｅ−３．７％Ｃ−２．３Ｓｉ合金を溶解した。３０分後に溶解が終了し、４０分後に溶湯の温度が１５００℃となった。この時点で酸素センサーによって測定した溶湯の溶解酸素量は２．９ｐｐｍであった。
【００３８】
従って、この時点で溶湯を凝固させると黒鉛の形状が片状となることから、黒鉛の形状を球状かＣＶ状にするために、第二段階として、この溶湯の試料にサンドイッチ法によって市販のＣＶ化剤を１％添加して酸素センサーにより測定したところ、溶解酸素量は０．５ｐｐｍであった。この溶湯をそのまま凝固させると、黒鉛の形状が球状化、ＣＶ状化、あるいは白銑になることが判った。
【００３９】
次に、第三段階として、実施例１の場合と同様に、第一の容器に何らの添加物を加えず、第二の容器には酸素固定剤としてミッシュメタル０．２％を添加して、これら容器にそれぞれ溶湯を注入して、熱分析による冷却曲線によって、溶湯の共晶温度を測定したところ、無添加の第一の容器の鋳鉄の溶湯の共晶温度は１１４６℃であって、ミッシュメタルを添加した第二の容器の鋳鉄の溶湯の共晶温度は１１１０℃であった。
【００４０】
以上の結果、第一の容器内の溶湯の共晶温度が閾値１１４１℃以上であることから、この溶湯を凝固させた場合には、黒鉛の形状が球状となり、溶湯中の球状黒鉛とＣＶ黒鉛との混在する割合は球状黒鉛が多量であると判断することができた。
【００４１】
【発明の効果】
この発明によれば、これまでに詳細に述べたように、鋳鉄の溶湯の試料を採取して溶湯中の溶解酸素量を測定し、溶湯を単に熱分析することによって得られる共晶温度から、その溶湯が球状黒鉛鋳鉄となるか、あるいはＣＶ状黒鉛鋳鉄となるかが鋳込み前に容易に判断できるので、その判断が経済的で、特別の技術を要することが無く、鋳鉄の鋳造作業を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】球状化黒鉛とＣＶ化黒鉛との閾値を確認する実験において採取した試料を示す顕微鏡写真である。
【図２】図１の実験において得た試料Ｎｏ．４について測定した溶解酸素量と共晶温度との関係を示す線図である。
【図３】第二の実験における溶解酸素量と共晶温度の測定の結果を示す線図である。

Claims

第一段階として鋳鉄の溶湯の試料を採取し、溶湯中の溶解酸素量を測定して前記溶湯中の黒鉛の球状化あるいはＣＶ状化処理の効果を確認することと、第二段階として効果の認められた溶湯の試料を熱分析して前記溶湯の共晶温度を測定することと、第三段階として前記共晶温度の測定値を球状黒鉛鋳鉄とＣＶ状黒鉛鋳鉄との閾値と比較することとから成る球状黒鉛鋳鉄およびＣＶ状黒鉛鋳鉄の黒鉛形状の判定法。
前記溶湯の試料中の溶解酸素量の測定を酸素センサーによって測定し、球状化あるいはＣＶ化処理の効果を判断するようにした請求項１に記載の方法。
前記溶解酸素量が１ｐｐｍ以下のときに、前記球状化あるいはＣＶ化処理の効果を認める請求項１に記載の方法。
前記閾値を１１４１℃（１４１４^０Ｋ）とする請求項１に記載の方法。
前記第三の段階において、前記溶湯の共晶温度が前記閾値以上であるときには、前記鋳鉄の溶湯中の黒鉛が球状であると判断する前記第１項に記載の方法。
前記第三の段階において、前記溶湯の共晶温度が前記閾値以下で、白銑共晶温度以上であるときには、前記鋳鉄の溶湯中の黒鉛がＣＶ状であると判断する前記第１項に記載の方法。