JP3735658B2

JP3735658B2 - 高強度ダクタイル鋳鉄

Info

Publication number: JP3735658B2
Application number: JP2002259647A
Authority: JP
Inventors: 吉平加藤
Original assignee: 加藤雄大
Priority date: 2002-09-05
Filing date: 2002-09-05
Publication date: 2006-01-18
Anticipated expiration: 2022-09-05
Also published as: JP2004099923A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高強度ダクタイル鋳鉄に関し、さらに詳細には、自動車や産業用機械等の部品の素材となり、被削性が良く、高い引張強度を有した高強度ダクタイル鋳鉄に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車や産業用機械の部品、例えば、ロール、ローラ、ロッド、シャフト、ギヤ、シリンダ等は一般に高強度、高靱性が要求され、これらは熱間・冷間鍛造により製造されたり、鍛造後に熱処理が施されて製造されたり、ダクタイル鋳鉄にオーステンパ熱処理が施されて製造されるのが一般的である。ここで、これらの部品の製造過程に熱処理工程が存在すると、部品の製造コストが増加し、また高強度を追求すれば被削性が低下して所望の部品精度を得るのが困難になるという問題が生じる。このような状態のなかで、例えば、中華民国専利證書の發明第１１５２４３号には、鋳放しのままで熱処理を行なわずに引張強さが９５０ＭＰａ（＝１，０００，０００Ｐａ）を有した鋳鉄が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、市場のより高い部品性能の要求から、より一層の高強度、高耐摩耗性を有するとともに、製造コストが安価なダクタイル鋳鉄の提供が要求されている。
【０００４】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、高強度、高耐摩耗性を有し、且つ製造コストが安価な高強度ダクタイル鋳鉄を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明の高強度ダクタイル鋳鉄は、重量比率で、Ｃ：３．０〜４．０％、Ｓｉ：１．６〜３．３％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｎｉ：０．５〜２．０％、Ｍｏ：０．２〜１．５％、Ｃｕ：１．０〜３．０％、Ｍｇ：０．０３〜０．０８％、Ｖ：０．０３〜０．２％、Ｃｒ：０．０３〜０．０８％を含有し、残りがＦｅ及び不可避不純物からなる成分を有したダクタイル鋳鉄溶湯を鋳型に注湯した後に自然放冷して基地組織がパーライト、又はパーライト及びベイナイトでなる。
【０００６】
上記構成の高強度ダクタイル鋳鉄によれば、上記成分を含有したダクタイル鋳鉄溶湯を鋳型に注湯した後に自然放冷を行なって、パーライト、又はパーライト及びベイナイトの基地組織を形成する。即ち、上記成分を含有したダクタイル鋳鉄溶湯を鋳型内で自然放冷するだけで、基地組織をパーライト、又はパーライト及びベイナイトの組織にすることができる。このため、被削性が良好となり、オーステンパ熱処理が不要となって製造コストを安価にすることができる。また、Ｃｕを添加することで基地組織のパーライト化が促進され、Ｖを添加することで組織を均一で微細にすることができる。このため、引張強度や耐力の大きなダクタイル鋳鉄を得ることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を説明する。本発明に係わる高強度ダクタイル鋳鉄は、重量比率で、Ｃ：３．０〜４．０％、Ｓｉ：１．６〜３．３％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｎｉ：０．５〜２．０％、Ｍｏ：０．２〜１．５％、Ｃｕ：１．０〜３．０％、Ｍｇ：０．０３〜０．０８％、Ｖ：０．０３〜０．２％、Ｃｒ：０．０３〜０．０８％を含有し、残りがＦｅ及び不可避不純物からなる成分（以下、これらの成分を含有する溶湯を「ダクタイル鋳鉄溶湯」と記す。）を有して形成される。
【０００８】
先ず、この高強度ダクタイル鋳鉄を組織する成分について説明する。Ｃは基地組織のパーライト、ベイナイト構成成分及び黒鉛を基地組織内に晶出させる元素であり、含有率が上記範囲を超えると、鋳造性、引け傾向及びチル化傾向等に悪影響を与えるので、Ｃの含有率は３．０〜４．０％に設定されている。
【０００９】
Ｍｇは黒鉛球状化処理、即ち、晶出される黒鉛の形状を片状から球状化させる処理を行なうために添加される元素であり、Ｍｇの含有率が大きくなると、前述したダクタイル鋳鉄溶湯（以下、単に「溶湯」と記す。）中に炭化物が発生し易くなって耐摩耗性を増加させる一方、靱性を低下させる。このため、耐摩耗性及び靱性を考慮して、Ｍｇの残留含有率は０．０３〜０．０８％に設定されている。
【００１０】
Ｓｉの含有率は１．６％未満であると球状黒鉛の晶出が不足し、３．３％を越えると黒鉛晶出量が多くなりすぎて黒鉛の形状が片状となり、引張強度や伸びが低下する。このため、Ｓｉの含有率は、１．６〜３．３％に設定されている。
【００１１】
Ｎｉは、晶出する黒鉛の近傍の基地組織に濃化し、共析変態温度域を通過するときにオーステナイト基地中に含有される炭素の黒鉛粒への析出を抑制し、室温での基地組織をパーライト及びベイナイトにするための元素である。Ｎｉの含有率が０．５％未満であると球状黒鉛の晶出が不足して伸びが低下し、２．０％を越えると基地中にオーステナイトが多量に残留して耐摩耗性が低下する。さらに含有率を１．０〜１．５％の範囲にし、且つＭｏの含有量を後述する所定範囲にすると、基地組織のベイナイト化を促進させることができる。このため、Ｎｉの含有率は０．５〜２．０％に設定されている。
【００１２】
Ｍｎは、基地組織をパーライト化させるための安定化元素であり、含有率が１．０％を越えると、Ｍｎが共晶セル境界に強く編析し、基地の成分が不均一になるとともに、炭化物が発生して靱性を低下させる。また含有率が０．２％未満であると基地組織のパーライト化の促進が低下する。このため、Ｍｎの含有率は０．２〜１．０％に設定されている。
【００１３】
Ｍｏは、基地組織を均一にするとともに、パーライト及びベーナイト化の促進を図るための元素である。含有率が０．２％未満であると良好な伸びが得られなくなり、含有率が０．２％を越えると基地組織がパーライト化し、含有率が０．５〜１．０％の範囲とし、且つ前述したＮｉの含有率を１．０〜１．５％の範囲にすると基地組織をパーライト及びベイナイトに促進させることができ、含有率が１．５％を越えると共晶セルの境界部に炭化物が生成されて靱性が低下し、且つ被削性が悪くなる。このため、Ｍｏの含有率は０．２〜１．５％に設定されている。
【００１４】
Ｃｕはパーライト化を促進させ、Ｎｉよりも基地組織を緻密にする。含有率が３．０％を越えると延性を著しく低下させて被削性を悪くする。また、含有率が１．０％未満であると良好な伸び得られなくなる。このため、Ｃｕの含有率は１．０〜３．０％に設定されている。
【００１５】
Ｖは組織を均一で細かくするための元素である。含有率が０．２％を越えると靱性が低下し、含有率が０．０３％未満であると良好な引張強度が得られなくなる。このため、Ｖの含有率は０．０３〜０．２％に設定されている。また、Ｃｒは同様に０．０３〜０．０８％の含有率に設定されている。
【００１６】
このように、球状黒鉛を晶出させることを目的としてＣ、Ｍｇ及びＳｉが添加され、基地組織をパーライト及びベイナイト化させることを目的としてＭｎ、Ｍｏ、Ｃｕ及びＮｉが添加され、組織を均一且つ細かくすることを目的としてＶ、Ｃｒが添加されている。その結果、球状黒鉛が晶出し、且つ基地組織がパーライト又はパーライト及びベイナイトに形成されることで、被削性を向上させることができ、組織が均一且つ細かくなることで引張強度を向上させることができる。
【００１７】
次に、上記成分を有する高強度ダクタイル鋳鉄の製造方法について説明する。先ず、電気炉により既知の成分の鋼材を主原料としてこれに合金添加する母合金を溶解し、Ｃ、Ｓｉ等の合金を電気炉に添加して成分調整をする。続いて、電気炉内の温度を段階的に上げて１５００℃〜１５５０℃にて保温する。そして、一定時間経過後に成分分析をし、組成を検査した後に電気炉内の溶湯を取鍋に出湯し、この取鍋にＭｇ合金を添加して黒鉛球状化処理及びＳｉ合金を添加する接種を行なう。続いて、鋳込み温度が１３５０℃〜１４８０℃の範囲内であって製品肉厚を考慮した温度になるように、取鍋内の溶湯を鋳型に注湯する。ここで、鋳込み温度が１３５０℃未満であると、鋳型内での溶湯の湯流れが悪くなって製品の所望の形状が得られなくなる。また鋳込み温度が１４８０℃を越えると、製品にピンホ−ルが発生する等の問題が生じる。このため、鋳込み温度は１３５０℃〜１４８０℃の間に設定されている。鋳型内に溶湯が注湯されると、鋳型内の溶湯は自然放冷によって冷却され、所定時間経過後に鋳型の型バラシを行なって所望の形状をした鋳鉄が完成する。
【００１８】
ここで、鋳型内に注湯された溶湯は自然放冷によって冷却され、この冷却過程において基地組織がパーライト、又はパーライト及びベイナイトの組織として形成される。このベイナイトの形成は、通常、オーステンパ熱処理により形成されるが、本発明に係わる高強度ダクタイル鋳鉄は、前述したＭｏ、Ｃｕ、Ｖ、Ｃｒ及びＮｉを含有するダクタイル鋳鉄溶湯を自然冷却するだけでベイナイトを含む基地組織が形成される。このため、作製される鋳鉄の製造コストを安価にすることがで
きる。
【００１９】
【実施例】
鋼材の供試材を電気炉で溶解しながら適量のＣ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｖ、Ｃｒを添加した後に、Ｍｇを加えて黒鉛球状化処理を行なうとともに、Ｓｉ合金を添加して接種を行なった溶湯を、前述したように鋳型に注湯し、自然放冷して本発明に係わるダクタイル鋳鉄を作製した。表１は作製されたダクタイル鋳鉄（以下、「Ａ１」、「Ａ２」、「Ａ３」と記す。）の機械的強度を示している。
【００２０】
【表１】

【００２１】
作製されたダクタイル鋳鉄Ａ１の化学成分の分析結果は、Ｃ：３．６％、Ｓｉ：２．５％、Ｍｎ：０．６％、Ｎｉ：１．３％、Ｍｏ：０．５％、Ｃｕ：１．５％、Ｃｒ：０．０４％、Ｍｇ：０．０５％、Ｖ：０．１５％であり、残りがＦｅ及び不可避不純物であり、作製されたダクタイル鋳鉄Ａ２の化学成分の分析結果は、Ｃ：３．６％、Ｓｉ：２．２％、Ｍｎ：０．５％、Ｎｉ：１．４％、Ｍｏ：０．３％、Ｃｕ：１．４％、Ｃｒ：０．０５％、Ｍｇ：０．０６％、Ｖ：０．１７％であり、残りがＦｅ及び不可避不純物であった。さらに、作製されたダクタイル鋳鉄Ａ３の化学成分の分析結果は、Ｃ：３．５％、Ｓｉ：２．４％、Ｍｎ：０．６％、Ｎｉ：１．５％、Ｍｏ：０．５％、Ｃｕ：１．３％、Ｃｒ：０．０５％、Ｍｇ：０．０５％、Ｖ：０．１３％であり、残りがＦｅ及び不可避不純物であった。
【００２２】
このように、作製されたダクタイル鋳鉄Ａ１、Ａ２、Ａ３は、表１に示すように、引張強さが１０００ＭＰａを越え、伸びが２％以上、硬さが３００ＨＢ以上を有した極めて性能の高い鋳鉄であることを確認することができた。
【００２３】
【発明の効果】
本発明による高強度ダクタイル鋳鉄によれば、重量比率で、Ｃ：３．０〜４．０％、Ｓｉ：１．６〜３．３％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｎｉ：０．５〜２．０％、Ｍｏ：０．２〜１．５％、Ｃｕ：１．０〜３．０％、Ｍｇ：０．０３〜０．０８％、Ｖ：０．０３〜０．２％、Ｃｒ：０．０３〜０．０８％を含有し、残りがＦｅ及び不可避不純物からなる成分のダクタイル鋳鉄溶湯を鋳型に注湯した後に自然放冷を行なって、基地組織をパーライト、又はパーライト及びベイナイトの組織に形成する。即ち、上記成分を含有したダクタイル鋳鉄溶湯を鋳型内で自然放冷するだけで、基地組織をパーライト、又はパーライト及びベイナイトの組織にすることができる。このため、被削性が良好となり、オーステンパ熱処理が不要となって製造コストを安価にすることができ、引張強度や耐力の大きな高強度ダクタイル鋳鉄を得ることができる。

Claims

重量比率で、Ｃ：３．０〜４．０％、Ｓｉ：１．６〜３．３％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｎｉ：０．５〜２．０％、Ｍｏ：０．２〜１．５％、Ｃｕ：１．０〜３．０％、Ｍｇ：０．０３〜０．０８％、Ｖ：０．０３〜０．２％、Ｃｒ：０．０３〜０．０８％を含有し、残りがＦｅ及び不可避不純物からなる成分を有したダクタイル鋳鉄溶湯を鋳型に注湯した後に自然放冷して基地組織がパーライト、又は前記パーライト及びベイナイトでなることを特徴とする高強度ダクタイル鋳鉄。