JP3737040B2

JP3737040B2 - 高炭素球状黒鉛鋳鉄およびそれよりなる耐熱鋳鉄鋳物

Info

Publication number: JP3737040B2
Application number: JP2001229723A
Authority: JP
Inventors: 智汎松本; 治山北; 智則長谷川; 啓二白山
Original assignee: Kogi Corp
Current assignee: Kogi Corp
Priority date: 2001-07-30
Filing date: 2001-07-30
Publication date: 2006-01-18
Anticipated expiration: 2021-07-30
Also published as: JP2003041338A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高炭素球状黒鉛鋳鉄に関し、詳しくは電気炉やキュポラ等で溶製した高炭素球状黒鉛鋳鉄およびそれを用いて得られる耐熱鋳鉄鋳物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鋳鉄鋳物としては、Ｎｉ合金を１２重量％あるいはそれ以上含有した化学組成範囲が重量比でおよそＣ：３．０％以下、Ｓｉ：１．０〜３．０％、Ｍｎ：０．５〜１．０％
、Ｎｉ：１２〜２２％、Ｃｒ：１．０〜５．０％、Ｃｕ：１．０〜３．０％を有する球状黒鉛ニレジスト鋳鉄等が知られている。このニレジスト鋳鉄は、黒鉛化助長元素として、また硬さ、耐熱性、耐食性を高める目的からＮｉ合金が多量に用いられているが、高価であり、また熱応力のかかる製品に関してはＣ含有量が低いため、基地中の黒鉛量が少なく衝撃的に働く熱応力に対してクッションの役目を果たす黒鉛量が少ないために割れが生じる恐れがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような問題に対して、特開昭５６−１３６９１３号公報には高炭素強靱鋳鉄としてコンパクト／バーミキュラ鋳鉄、即ち芋虫状黒鉛鋳鉄が開示され、また特開昭５７−１８１３５７号公報にはそのような芋虫状黒鉛鋳鉄を用いた鋳型が開示されている。しかしながら、黒鉛を芋虫状にコントロールすることは非常に難しく、黒鉛が所望する球状や球状化くずれを示したりしてバラツキが大きく、基地組織の安定化をはかることが非常に困難であるという問題がある。そして、基地組織の安定化が図れないために、そのような鋳鉄からなる鋳型の機械的性質にもバラツキが大きいという問題がある。
【０００４】
また、従来の球状黒鉛鋳鉄を高温に繰り返し曝されるような箇所に使用した場合、短期間に大きく変形し使用不能に至ることがあった。この対策として、伸びだけを押さえるような化学組成とした球状黒鉛鋳鉄では、発生熱応力が大きくて使用初期に割れが発生するので、大型品には適用できなかった。
【０００５】
上記した基地組織が不安定になる要因が球状化剤の添加量に起因するのではないかとの考えから、この発明は安定した基地組織の黒鉛鋳鉄を得るべく、芋虫状の黒鉛の析出を抑えて、高い球状化率の球状黒鉛鋳鉄を得ることを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、化学組成が重量比で、Ｃ：４．０〜４．８％、Ｓｉ：≦１．７％、Ｍｎ：０．５〜１．０％、Ｍｇ：０．０３７〜０．１％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的に含有される不純物からなり、黒鉛球状化率が７０％超である高炭素球状黒鉛鋳鉄を特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、化学組成が重量比で、Ｃ：４．０〜４．８％、Ｓｉ：≦１．７％、Ｍｎ：０．５〜１．０％、Ｍｇ：０．０３７〜０．１％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的に含有される不純物からなり、黒鉛球状化率が７０％超である高炭素球状黒鉛鋳鉄を用いて得られる耐熱鋳鉄鋳物を特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この発明に係る高炭素球状黒鉛鋳鉄は、フェライトを残して緻密なパーライトから構成される安定した基地組織を有することにより、引張強度、伸び、硬度などの機械的性質においてバラツキの少ない安定した数値を得ることができるものである。このような基地組織を得るために、この発明の高炭素球状黒鉛鋳鉄では上記したように、Ｃ：４．０〜４．８％、Ｓｉ：≦１．７％、Ｍｎ：０．５〜１．０％、Ｍｇ：０．０３７〜０．１％を含有するものである。
【０００９】
このように球状化剤としてのＭｇの量を０．０３７〜０．１％の範囲内とすることで、基地組織の安定化を図ることができる。
【００１０】
また、変形等の主要因である発生熱応力と材料の伸びについては、下記の方策、即ち発生熱応力を低く抑えるために化学組成中のＣを≧４．０％にして黒鉛を大きく晶出させて熱伝導率を向上させる、伸びを２〜５％に抑えるために化学組成中Ｓｉ：≦１．７％、Ｍｎ：０．５〜１．０％にして基地組織をパーライトリッチ（５０％以上）にする、ことによって改善し、これによって造塊用鋳型等の大型耐熱品に利用できるようにし、またその寿命を大きく向上させることができるのである。
【００１１】
次に、この発明の高炭素球状黒鉛鋳鉄における化学成分、組成について詳細に説明する。
【００１２】
Ｃは通常の球状黒鉛鋳鉄におけると同様で、黒鉛晶出および基地のパーライト化のために必要な材料であるが、この量が４．０％未満では黒鉛化による膨張量が不足し、鋳造品の内部の健全性の確保が難しくなり、一方４．８％を越えると、黒鉛が過多となって得られた製品上面にキッシュ黒鉛（初晶黒鉛）が析出して、製品の品質に影響を及ぼすことになるので、その範囲は４．０〜４．８％とするものである。
【００１３】
Ｓｉは黒鉛化を促進する元素であり、またマトリックスを均一にする作用を有するが、その量が１．７％を越えると、Ｃ元素の使用量との関係で強度不足をもたらしたり、またドロス量も増加するという弊害があるため、≦１．７％が適当である。
【００１４】
Ｍｎは基地のパーライト化を安定化させるために有効な元素であるが、その量を０．５〜１％とするのは、０．５％未満では、有効な作用が期待できない。また、１％を越えて用いると、炭化物が増加するという問題とともに経済的に不利であるという理由からである。
【００１５】
Ｍｇは黒鉛球状化元素であるが、その量が０．０３７％未満では球状黒鉛を安定的に析出させることが難しく、また同じ成分組成の場合でも、球状になったり、片状になったりしてその形態が安定せず、所望の球状化率が得られない。一方、０．１％を越える量を用いると、ＭｇＳ、ＭｇＯ、ＭｇＣなどのドロスの発生量が増えることから、黒鉛の偏析も多くなって実用には供さない。従って、Ｍｇは０．０３７〜０．１％の範囲が適当である。
【００１６】
この発明の高炭素球状黒鉛鋳鉄は、上記したように、化学組成が重量比で、Ｃ：４．０〜４．８％、Ｓｉ：≦１．７％、Ｍｎ：０．５〜１．０％、Ｍｇ：０．０３７〜０．１％を含有し、残部を実質的にＦｅとすることで、黒鉛球状化率が７０％超の球状黒鉛鋳鉄を得ることができ、引張強度、伸び、硬度のバランスがよく、特に供試材から切りだした複数の試験片において伸びが２〜５％の範囲内で安定した数値を示し、かつ耐熱性を有するのである。黒鉛球状化率が７０％以下では球状化が不足して片状黒鉛や芋虫状黒鉛組織の存在が多くなって安定した伸びや強度を得ることができない。
【００１７】
この発明の高炭素球状黒鉛鋳鉄は、電気炉やキュポラを用いて一般的な製法で得た溶湯に、Ｍｇ系球状化剤、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ−ＲＥ（希土類元素）を置注ぎ法、プランジャ−法等で添加することによって得ることができる。そして、上記球状化処理後に、黒鉛形状、球状化率、基地組織の調整、特に黒鉛の均一分散を目的としてＦｅ−Ｓｉ系を主体とする接種剤を接種する場合があるが、これによって黒鉛球径が小さくなる傾向があるので、接種剤を用いなくてもよい。
【００１８】
かくして、この発明のＣ：４．０〜４．８％、Ｓｉ：≦１．７％、Ｍｎ：０．５〜１．０％、Ｍｇ：０．０３７〜０．１％を含有し、黒鉛球状化率が７０％超である高炭素球状黒鉛鋳鉄は、３００〜５００Ｎ／ｍｍ²の引張強度、２〜５％の伸び、そして硬度１５０〜１９０ＨＢを示し、引張強度、伸び、硬度のバランスがよく、特に伸びが２〜５％の範囲内でバラツキの少ない安定した数値を示すことから、造塊用鋳型および定盤等の付属品、転炉用炉口金物、連続鋳造用タンディッシュカバー、分塊用冷却床および摺動板、防熱板その他耐熱部品のような多種の用途に用いることができる。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例によってこの発明を詳細に説明する。
実施例１〜２
表１に実施例１および２で示す、この発明に係る化学組成（重量％）の鋳鉄溶湯を電気炉を用いて一般的な溶解、球状黒鉛化処理によって得たのち、この鋳鉄溶湯を用いてＪＩＳＧ５５０２、Ｃ号供試材を鋳込み温度１３００〜１３２０℃で砂型鋳造した。
【００２０】
上記鋳造後、型から取り出したＣ号供試材の下部よりＪＩＳＺ２２０１、４号の試験片を切り出し、引張強さ、伸び等の機械的性質を調べたところ、表１のようにバラツキの少ない良好な結果を得た。特に、Ｍｇ量を０．０３７〜０．１％の範囲内としたことによって、伸びが２．７％（実施例１）、３．０％（実施例２）と僅か１０％の範囲内で安定した数値を示した。
【００２１】
【表１】

【００２２】
また、上記実施例１および２のＣ号供試材下部の金属組織（１００倍）を光学顕微鏡によって観察したところ、図１および図２に示すように、図１（実施例１）ではパーライト基地中に多数の球状黒鉛の晶出が認められ、片状あるいは芋虫状黒鉛は僅かに見られる程度であり、球状化率は９０％と判定された。また、図２（実施例２）ではさらに黒鉛の球状化および基地のパーライト化が促進され、黒鉛の回りのフェライトの析出が抑制されている状態がみられ、球状化率は９５％と判定された。
【００２３】
比較例１〜２
上記した表１に比較例１および２として示す化学組成の鋳鉄溶湯を実施例１、２と同じようにして、電気炉による一般的な溶解、球状黒鉛化処理によって得たのち、この鋳鉄溶湯を用いてＪＩＳＧ５５０２、Ｃ号供試材を鋳込み温度１３００〜１３２０℃で砂型鋳造し、型から取り出したＣ号供試材の下部よりＪＩＳＺ２２０１、４号の試験片を切りだし、引張強さ、伸び等の機械的性質を調べた。その結果は表１に示す通りであり、Ｔ．Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ量を本発明で規定する範囲内としても、Ｍｇ量を本発明の範囲外としたことで、伸びが３．５％（比較例１）、０．５％（実施例２）と非常に大きなバラツキを示した。
【００２４】
また、この比較例１および２のＣ号供試材下部の金属組織（１００倍）を光学顕微鏡によって観察したところ、図３（比較例１）はパーライト基地中に球状黒鉛の晶出が認められるが、芋虫状黒鉛も晶出しており、その回りにフェライト組織が観察される。そして、球状化率は５０％程度である。また、図４（比較例２）はパーライト基地中に片状あるいは芋虫状黒鉛の析出が多く認められ、球状黒鉛は微細なものしか見られず、球状化率は３０％以下と思われる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る高炭素球状黒鉛鋳鉄は、化学組成が重量比で、Ｃ：４．０〜４．８％、Ｓｉ：≦１．７％、Ｍｎ：０．５〜１．０％、Ｍｇ：０．０３７〜０．１％を含有し、残部が実質的にＦｅからなり、黒鉛球状化率を７０％超としたことによって、引張強度、伸び、硬度のバランスがよく、特に伸びが２〜５％の範囲内でバラツキの少ない安定した数値を示し、耐熱鋳鉄鋳物として有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例１で得られる球状黒鉛鋳鉄の金属組織を示す顕微鏡写真である。
【図２】この発明の実施例２で得られる球状黒鉛鋳鉄の金属組織を示す顕微鏡写真である。
【図３】比較例１で得られる球状黒鉛鋳鉄の金属組織を示す顕微鏡写真である。
【図４】比較例２で得られる球状黒鉛鋳鉄の金属組織を示す顕微鏡写真である。

Claims

化学組成が重量比で、Ｃ：４．０〜４．８％、Ｓｉ：≦１．７％、Ｍｎ：０．５〜１．０％、Ｍｇ：０．０３７〜０．１％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的に含有される不純物からなり、黒鉛球状化率が７０％超であることを特徴とする高炭素球状黒鉛鋳鉄。
化学組成が重量比で、Ｃ：４．０〜４．８％、Ｓｉ：≦１．７％、Ｍｎ：０．５〜１．０％、Ｍｇ：０．０３７〜０．１％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的に含有される不純物からなり、黒鉛球状化率が７０％超である高炭素球状黒鉛鋳鉄を用いることを特徴とする耐熱鋳鉄鋳物。