JP3939014B2 - 高強度鋳鉄 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高強度を有する鋳鉄に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、高強度を有する片状黒鉛鋳鉄を製造する場合には、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｖ等の合金元素を鉄素材に添加したり、鉄素材に含まれる炭素当量：ＣＥ＝全炭素量（％）＋０．３×〔Ｓｉ（％）＋Ｐ（％）〕を低減させるようにしているが、鋳造時に炭化物が析出しやすいため、とくに鋳造品の薄肉部や隅肉部にチル組織がみられ、機械加工時の切削性不良やチル組織部分の脆化といった問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高強度鋳鉄におけるチル組織の発生を抑制しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明にかかる高強度鋳鉄は、重量比率で、
Ｃ ：２．８〜３．８％
Ｓｉ：１．５〜２．５％
Ｍｎ：０．４〜０．８％
Ｓ ：０．０１〜０．１５％
Ｃｒ：０．１〜１．０％
Ｍｏ：０．１〜１．０％
Ｃｕ：０．１〜１．０％
Ｃｅ：０．０２〜０．３％
が添加されている。
【０００５】
すなわち、合金鋳鉄に硫黄Ｓ及び希土類元素の一つであるセリウムＣｅを添加することにより、それらの化合物ＣｅＳまたはＣｅ2 Ｓ3 が溶湯中に生成するので、この化合物が黒鉛晶出の核となって、片状黒鉛組織の改善及び共晶セル数の増加がなされ、従って、チル組織を発生させやすいＣｒ、Ｍｏ等の元素が高強度を得るために添加されていても、チル組織の発生を効果的に抑制することができ、かつ、引張強度を向上させることができる。
【０００６】
ちなみに、上記成分からＣｅが除外された高強度鋳鉄（以下、高強度無添加鋳鉄という）による鋳造品表面の単位平方ｃｍ当り共晶セル数が例えば１３６であるのに対し、上記成分でＣｅが０．０２％である高強度鋳鉄の場合と０．０４％である高強度鋳鉄の場合とでは、鋳造品表面の単位平方ｃｍ当り共晶セル数が例えばそれぞれ３７０と４３５となっていて、Ｃｅの添加により共晶セル数が格段に増加している。
【０００７】
また、高強度鋳鉄におけるＣｅ成分と鋳造品でのチル組織発生状況との関連性を説明すると、内部空間がくさび形のシェル鋳型における一端面を鉄板で形成し、その鋳型に高強度鋳鉄の溶湯を注入することにより、上記鉄板にくさび形の先端が接する状態で試験片を鋳造し、その試験片の上記先端部分に強制的に発生させたチル組織の深さが、図１に例示されているように、高強度無添加鋳鉄では１５ｍｍ以上となって、チル組織が比較的深くまで成長するのに対し、上記成分でＣｅが０．０２〜０．０４％の場合には、発生したチル組織の深さが２〜７ｍｍ程度と大幅に減少しており、Ｃｅの添加によって鋳造品にチル組織が発生しにくくなっていることが判る。
【０００８】
さらに、同一形状の鋳造品における隅肉部表面をナイタールエッチングして１００倍に拡大した場合、高強度無添加鋳鉄では図２（Ａ）に示されているようにチル組織が明らかに発生しているのに対し、上記成分でＣｅが０．０４％である高強度鋳鉄では、図２（Ｂ）に示されているようにチル組織の発生がみられず、従って、Ｃｅの添加によって鋳造品にチル組織が発生しにくくなったことがよく理解できる。
なお、上記成分でＣｅが０．３％程度までの場合は鋳造品にチル組織が発生しにくいが、Ｃｅが０．３％程度を越えると、再びチル組織が増加して好ましくないので、高強度鋳鉄におけるＣｅの成分は０．０２〜０．３％が適当であり、さらにいえば、Ｃｅの成分は０．０２〜０．０８％程度が好ましく、とくに、０．０２〜０．０５％が望ましい。
【０００９】
次に、上記のようにＣｅ成分を含んだ高強度鋳鉄の製造法について説明する。溶解炉または保持炉における鋳鉄の元湯に対してＭｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕの合金元素を添加すると共に、Ｓを添加して成分調整を行った後、溶解炉または保持炉からとりべへ注入された溶湯に、Ｆｅ、Ｓｉ、及び、Ｃｅを含んだ希土類元素の粒状合金を投入してさらに成分調整し、その後に除滓してから溶湯を分析することにより、溶湯の成分が上記成分範囲に含まれるように最終調整が行われたことを確認し、かつ、湯温が計測された後、鋳型へ注湯されて鋳物が製造される。
【００１０】
上記のように成分が調整された鋳造品は、引張強度が例えば約３００〜４００ＭＰａのように大きく、かつ、チル組織の発生抑制により上記引張強度が安定的に確保されると同時に、機械加工時の切削性を常に良好に保つことが可能となり、かつ、部分的な脆化組織の発生を防止することができる。
【００１１】
【実施例】
（１）ＣＥ値：４．０５〜４．１１の鋳鉄における成分が、重量比率で、
Ｃ ：３．３４〜３．４１％
Ｓｉ：２．０９〜２．１２％
Ｍｎ：０．６７〜０．６９％
Ｓ ：０．０５１〜０．０５４％
Ｃｒ：０．３８〜０．４０％
Ｍｏ：０．２７〜０．３４％
Ｃｕ：０．５５〜０．５９％
Ｃｅ：０．０５％
の場合、鋳造品の引張強度は３００〜３９０ＭＰａで、鋳造品の表面にはチル組織がみられなかった。
【００１２】
（２）ＣＥ値：３．９４の鋳鉄における成分が、重量比率で、
Ｃ ：３．２９％
Ｓｉ：１．９６％
Ｍｎ：０．６８％
Ｓ ：０．０５６％
Ｃｒ：０．２２％
Ｍｏ：０．２５％
Ｃｕ：０．５３％
Ｃｅ：０．０２６％
の場合、前記くさび形試験片の先端部分に強制的に発生させたチル組織の深さは５．０ｍｍで、鋳造品の引張強度は３３８〜３６７ＭＰａであり、鋳造品の表面にはチル組織がみられなかった。
【００１３】
（３）ＣＥ値：３．９７の鋳鉄における成分が、重量比率で、
Ｃ ：３．３０％
Ｓｉ：２．００％
Ｍｎ：０．６７％
Ｓ ：０．０５５％
Ｃｒ：０．２８％
Ｍｏ：０．２３％
Ｃｕ：０．４８％
Ｃｅ：０．０２８％
の場合、前記くさび形試験片の先端部分に強制的に発生させたチル組織の深さは３．０ｍｍで、鋳造品の引張強度は３１３〜３４３ＭＰａであり、鋳造品の表面にはチル組織がみられなかった。
【００１４】
（４）ＣＥ値：３．９２の鋳鉄における成分が、重量比率で、
Ｃ ：３．２４％
Ｓｉ：２．０５％
Ｍｎ：０．６８％
Ｓ ：０．０４８％
Ｃｒ：０．３０％
Ｍｏ：０．２７％
Ｃｕ：０．６４％
Ｃｅ：０．０２５％
の場合、前記くさび形試験片の先端部分に強制的に発生させたチル組織の深さは４．０ｍｍで、鋳造品の引張強度は３７７〜４２０ＭＰａであり、鋳造品の表面にはチル組織がみられなかった。
【００１５】
【発明の効果】
本発明にかかる高強度鋳鉄においては、引張強度が大きい上に、Ｃｅ成分の添加によりチル組織の発生が抑制されているので、上記引張強度が安定的に確保されると同時に、機械加工時の切削性を常に良好に保つことが可能となる長所がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における組織分布図。
【図２】本発明の実施例と従来例との組織拡大図。
【発明の属する技術分野】
本発明は、高強度を有する鋳鉄に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、高強度を有する片状黒鉛鋳鉄を製造する場合には、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｖ等の合金元素を鉄素材に添加したり、鉄素材に含まれる炭素当量：ＣＥ＝全炭素量（％）＋０．３×〔Ｓｉ（％）＋Ｐ（％）〕を低減させるようにしているが、鋳造時に炭化物が析出しやすいため、とくに鋳造品の薄肉部や隅肉部にチル組織がみられ、機械加工時の切削性不良やチル組織部分の脆化といった問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高強度鋳鉄におけるチル組織の発生を抑制しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明にかかる高強度鋳鉄は、重量比率で、
Ｃ ：２．８〜３．８％
Ｓｉ：１．５〜２．５％
Ｍｎ：０．４〜０．８％
Ｓ ：０．０１〜０．１５％
Ｃｒ：０．１〜１．０％
Ｍｏ：０．１〜１．０％
Ｃｕ：０．１〜１．０％
Ｃｅ：０．０２〜０．３％
が添加されている。
【０００５】
すなわち、合金鋳鉄に硫黄Ｓ及び希土類元素の一つであるセリウムＣｅを添加することにより、それらの化合物ＣｅＳまたはＣｅ2 Ｓ3 が溶湯中に生成するので、この化合物が黒鉛晶出の核となって、片状黒鉛組織の改善及び共晶セル数の増加がなされ、従って、チル組織を発生させやすいＣｒ、Ｍｏ等の元素が高強度を得るために添加されていても、チル組織の発生を効果的に抑制することができ、かつ、引張強度を向上させることができる。
【０００６】
ちなみに、上記成分からＣｅが除外された高強度鋳鉄（以下、高強度無添加鋳鉄という）による鋳造品表面の単位平方ｃｍ当り共晶セル数が例えば１３６であるのに対し、上記成分でＣｅが０．０２％である高強度鋳鉄の場合と０．０４％である高強度鋳鉄の場合とでは、鋳造品表面の単位平方ｃｍ当り共晶セル数が例えばそれぞれ３７０と４３５となっていて、Ｃｅの添加により共晶セル数が格段に増加している。
【０００７】
また、高強度鋳鉄におけるＣｅ成分と鋳造品でのチル組織発生状況との関連性を説明すると、内部空間がくさび形のシェル鋳型における一端面を鉄板で形成し、その鋳型に高強度鋳鉄の溶湯を注入することにより、上記鉄板にくさび形の先端が接する状態で試験片を鋳造し、その試験片の上記先端部分に強制的に発生させたチル組織の深さが、図１に例示されているように、高強度無添加鋳鉄では１５ｍｍ以上となって、チル組織が比較的深くまで成長するのに対し、上記成分でＣｅが０．０２〜０．０４％の場合には、発生したチル組織の深さが２〜７ｍｍ程度と大幅に減少しており、Ｃｅの添加によって鋳造品にチル組織が発生しにくくなっていることが判る。
【０００８】
さらに、同一形状の鋳造品における隅肉部表面をナイタールエッチングして１００倍に拡大した場合、高強度無添加鋳鉄では図２（Ａ）に示されているようにチル組織が明らかに発生しているのに対し、上記成分でＣｅが０．０４％である高強度鋳鉄では、図２（Ｂ）に示されているようにチル組織の発生がみられず、従って、Ｃｅの添加によって鋳造品にチル組織が発生しにくくなったことがよく理解できる。
なお、上記成分でＣｅが０．３％程度までの場合は鋳造品にチル組織が発生しにくいが、Ｃｅが０．３％程度を越えると、再びチル組織が増加して好ましくないので、高強度鋳鉄におけるＣｅの成分は０．０２〜０．３％が適当であり、さらにいえば、Ｃｅの成分は０．０２〜０．０８％程度が好ましく、とくに、０．０２〜０．０５％が望ましい。
【０００９】
次に、上記のようにＣｅ成分を含んだ高強度鋳鉄の製造法について説明する。溶解炉または保持炉における鋳鉄の元湯に対してＭｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕの合金元素を添加すると共に、Ｓを添加して成分調整を行った後、溶解炉または保持炉からとりべへ注入された溶湯に、Ｆｅ、Ｓｉ、及び、Ｃｅを含んだ希土類元素の粒状合金を投入してさらに成分調整し、その後に除滓してから溶湯を分析することにより、溶湯の成分が上記成分範囲に含まれるように最終調整が行われたことを確認し、かつ、湯温が計測された後、鋳型へ注湯されて鋳物が製造される。
【００１０】
上記のように成分が調整された鋳造品は、引張強度が例えば約３００〜４００ＭＰａのように大きく、かつ、チル組織の発生抑制により上記引張強度が安定的に確保されると同時に、機械加工時の切削性を常に良好に保つことが可能となり、かつ、部分的な脆化組織の発生を防止することができる。
【００１１】
【実施例】
（１）ＣＥ値：４．０５〜４．１１の鋳鉄における成分が、重量比率で、
Ｃ ：３．３４〜３．４１％
Ｓｉ：２．０９〜２．１２％
Ｍｎ：０．６７〜０．６９％
Ｓ ：０．０５１〜０．０５４％
Ｃｒ：０．３８〜０．４０％
Ｍｏ：０．２７〜０．３４％
Ｃｕ：０．５５〜０．５９％
Ｃｅ：０．０５％
の場合、鋳造品の引張強度は３００〜３９０ＭＰａで、鋳造品の表面にはチル組織がみられなかった。
【００１２】
（２）ＣＥ値：３．９４の鋳鉄における成分が、重量比率で、
Ｃ ：３．２９％
Ｓｉ：１．９６％
Ｍｎ：０．６８％
Ｓ ：０．０５６％
Ｃｒ：０．２２％
Ｍｏ：０．２５％
Ｃｕ：０．５３％
Ｃｅ：０．０２６％
の場合、前記くさび形試験片の先端部分に強制的に発生させたチル組織の深さは５．０ｍｍで、鋳造品の引張強度は３３８〜３６７ＭＰａであり、鋳造品の表面にはチル組織がみられなかった。
【００１３】
（３）ＣＥ値：３．９７の鋳鉄における成分が、重量比率で、
Ｃ ：３．３０％
Ｓｉ：２．００％
Ｍｎ：０．６７％
Ｓ ：０．０５５％
Ｃｒ：０．２８％
Ｍｏ：０．２３％
Ｃｕ：０．４８％
Ｃｅ：０．０２８％
の場合、前記くさび形試験片の先端部分に強制的に発生させたチル組織の深さは３．０ｍｍで、鋳造品の引張強度は３１３〜３４３ＭＰａであり、鋳造品の表面にはチル組織がみられなかった。
【００１４】
（４）ＣＥ値：３．９２の鋳鉄における成分が、重量比率で、
Ｃ ：３．２４％
Ｓｉ：２．０５％
Ｍｎ：０．６８％
Ｓ ：０．０４８％
Ｃｒ：０．３０％
Ｍｏ：０．２７％
Ｃｕ：０．６４％
Ｃｅ：０．０２５％
の場合、前記くさび形試験片の先端部分に強制的に発生させたチル組織の深さは４．０ｍｍで、鋳造品の引張強度は３７７〜４２０ＭＰａであり、鋳造品の表面にはチル組織がみられなかった。
【００１５】
【発明の効果】
本発明にかかる高強度鋳鉄においては、引張強度が大きい上に、Ｃｅ成分の添加によりチル組織の発生が抑制されているので、上記引張強度が安定的に確保されると同時に、機械加工時の切削性を常に良好に保つことが可能となる長所がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における組織分布図。
【図２】本発明の実施例と従来例との組織拡大図。
Claims (2)
- 重量比率で、
Ｃ ：２．８〜３．８％
Ｓｉ：１．５〜２．５％
Ｍｎ：０．４〜０．８％
Ｓ ：０．０１〜０．１５％
Ｃｒ：０．１〜１．０％
Ｍｏ：０．１〜１．０％
Ｃｕ：０．１〜１．０％
Ｃｅ：０．０２〜０．３％
が添加された、残部Ｆｅからなる高強度鋳鉄。 - 重量比率で、
Ｃ ：３．３４〜３．４１％
Ｓｉ：２．０９〜２．１２％
Ｍｎ：０．６７〜０．６９％
Ｓ ：０．０５１〜０．０５４％
Ｃｒ：０．３８〜０．４０％
Ｍｏ：０．２７〜０．３４％
Ｃｕ：０．５５〜０．５９％
Ｃｅ：０．０５％
が添加された、残部Ｆｅからなる高強度鋳鉄。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10061898A JP3939014B2 (ja) | 1998-03-27 | 1998-03-27 | 高強度鋳鉄 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10061898A JP3939014B2 (ja) | 1998-03-27 | 1998-03-27 | 高強度鋳鉄 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11279681A JPH11279681A (ja) | 1999-10-12 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10061898A Expired - Fee Related JP3939014B2 (ja) | 1998-03-27 | 1998-03-27 | 高強度鋳鉄 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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1998
- 1998-03-27 JP JP10061898A patent/JP3939014B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH11279681A (ja) | 1999-10-12 |
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