JP4140046B2 - 球状黒鉛鋳鉄品 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は高強度球状黒鉛鋳鉄品に関するものであり、、引張り強度600N/mm2 以上のもの、及び引張り強度800N/mm2 以上、伸び4%以上の高張力強靱性のものに係る。
高強度球状黒鉛鋳鉄品は、軽量化を進めるために強度と靱性を必要とする自動車及び機械用部品並びに建築関連部品、例えばねじ鉄筋用カプラーナット等として好適である。
【0002】
【従来の技術】
自動車、機械、建築部品の強度を必要とする箇所に使用する鋳物は、引張り強度600N/mm2 以上の鋳放しで使用可能な球状黒鉛鋳鉄品である。又、さらに、引張り強度800N/mm2 以上、伸び4%以上の高張力、強靱性を必要とする鋳物は、球状黒鉛鋳鉄を熱処理した鋳鉄品(JIS.FCAD800−4、JISFCD800−2)である。
【0003】
従来は、FCD450で製造した鋳物を、熱処理により高張力鋳物にして使用するか、又は、FCD450の溶湯にMn、Cuを添加するか、もしくはMo、Niを添加して製造していた。
又、FCD450鋳物に熱処理を施して品質を安定させた鋳鉄品はコストが増大するという問題があった。Cu、Mnのみを添加した鋳鉄品は引張り強度、伸び等の品質が不安定になり、Mo、Niを添加した鋳鉄品は品質が安定するが、コストが増大する上に、パーライトが緻密にならないため、伸びを4%以上にすることができないという問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、その課題とするところは、鋳放しで引張り強度600N/mm2 以上の品質が安定した球状黒鉛鋳鉄(FCD600以上)、及び鋳放しで引張り強度800N/mm2 以上、伸び4%以上の品質が安定した球状黒鉛鋳鉄品(FCD800以上)を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記課題を達成するため、本発明が採用する第1の手段は、球状黒鉛鋳鉄品の組成を、重量比でC:3.2〜4.0%、Si:2.0〜3.2%、Mn:0.05〜3.00%、P:0.10%以下、S:0.120%以下、Cu:0.40〜2.00%、Mg:0.02〜0.08%、希土類:0.005〜0.300%、残部Feとするか、又は、C:3.2〜4.0%、Si:2.0〜3.2%、Mn:0.05〜3.00%、P:0.10%以下、S:0.120%以下、Cu:0.40以下、Mg:0.02〜0.08%、希土類:0.005〜0.300%、残部Feとし、面積比でパーライトを多くして安定化させたことにある。
【0006】
この鋳鉄品は、600N/mm2 以上の引張り強度を有し、強度の必要な自動車部品や機械部品、及び建築用ねじ鉄筋カプラーナット、ロックナット等にして形成すると、そのまま鋳放しで使用することができる。又、特に品質を安定させるために、Moを重量比で0.30%以下添加してもよい。
第2の手段は、球状黒鉛鋳鉄品の組成を重量比でC:3.20〜4.00%、Si:2.00〜3.2%、Mn:0.30〜2.50%、P:0.035%以下、S:0.120%以下、Cu:0.30〜2.00%、Mg:0.02〜0.08%、希土類:0.010〜0.300、残部Feとし、基地組織を面積比でパーライトを多く緻密にするか、フェライトと緻密なパーライトの共存組織にして安定させたことにある。
【0007】
この鋳鉄品は、800N/mm2 以上の引張り強度、4%以上の伸び自動車部品、機械部品、建築用ねじ鉄筋カプラーナット、ロックナット等に鋳造してそのまま鋳放しで使用することが出来る。又、特に品質を安定させるために、Mo、Niの一方又は双方を重量比で0.3%以下添加してもよい。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明鋳鉄品の組成について説明する。
CとSiは、鋳鉄品の組織を決めるものであり、含有率は重量比でCが3.2%未満、Siが2.00未満になると白銑化し、Cが4.0%、Siが3.2%をそれぞれ越えるとフェライト化する。したがって、組織をパーライト鋳鉄とするために、含有率について、Cは重量比で3.2〜4.0%、Siは2.0〜3.2%の範囲にそれぞれ限定する。
【0009】
Mnは、鋳鉄品の引張り強度を増大させるが、含有率が重量比で0.05%以下ではその効果が少なく、3.00%を越えると粘り強さを低下させる。したがって、Mnの含有率は重量比で0.05〜3.0%の範囲に、特に高靱性とするためには、0.30〜2.5%の範囲に限定する。
Pは黒鉛化を妨害し、鋳鉄品の粘りを特に低下させるので、含有率は重量比で0.1%以下に、特に伸びを4%以上確保するためには、含有率を重量比で0.035%以下とする。
【0010】
Sは黒鉛化を妨害するので、その含有率は重量比で0.120%以下に留める。
Cuは鋳鉄品の引張り強度を増大させるが、含有率は重量比で0.40%以下ではその効果が低く、2.00%を越えると不規則黒鉛を生じる。したがって、Cuの効果を狙うときはCuの含有率は重量比で0.40〜2.00%の範囲に、好ましくは0.03〜2.00%の範囲に限定する。
【0011】
なお、CuとMnが共存するときは、重量比でMn+Cu含有率が1.20%以下では効果が少なく、2.80%を越えると粘り強さを低下させるから、Mu+Cuの含有率はは重量比で1.20〜2.80%の範囲に限定する。
Mgは黒鉛を球状化するためのものであり、重量比で0.020%未満ではその効果が不十分であり、重量比で0.080%を越えても効果は変わらないのと、Mgドロス等の欠陥発生原因となるので、その範囲は0.02〜0.08%とする。
【0012】
希土類元素は活性元素であり、球状化阻害元素のSと反応して、硫化希土類となり、黒鉛化及び黒鉛球状化を促進する。又、鋳鉄品の基地組織のフェライト量を減少させて、パーライト量を増加させ、さらに、パーライト組織を緻密にする。この希土類により、鋳鉄品のパーライトの面積比は多くなるから、鋳鉄品の強度、伸びは安定する。しかし、重量比0.005%未満ではその効果が不十分であり、0.3%以上になると、効果が上がり過ぎて炭化物(チル化)を形成して、もろくなる。したがって、希土類は重量比で0.005〜0.30%の範囲、好ましくは0.01〜0.30%の範囲として、Sの1.5倍〜5.0倍に限定する。
【0013】
希土類としては主としてCe、Laを使用するが、高純度のものか又はCe、Laを20%以上含む安価な軽希土類合金を使用してコストを低下させることが好ましい。
【0014】
【実施例】
本発明の実施例鋳鉄品と従来の比較例鋳鉄品のJIS規格試験片について実施した2つの材料試験について説明する。
材料試験1
FCD450の溶湯に、FCD800を狙って、MnとCuを添加して、比較例試験片NO.1の溶湯とし、MnとCuとMoを添加して比較例試験片NO.2の溶湯とした。NO.1の溶湯にSi−REを添加して実施例試験片NO.3の溶湯とした。NO.2の溶湯にSi−REを添加して実施例試験片NO.4の溶湯とし、それぞれの溶湯から各試験片を2本づつ鋳込んだ。ここで、Si−REはCe、Laを主とする希土類:30%、Si:30%、残部Feのレアアースシリサイド(商品名)である。
【0015】
各試験片のFeを除く化学成分(重量%)は表1のとおりである。ただし、REの数値は、括弧で示すSi−REの添加量から歩留まり50%として算出したものである。
表1:化学成分
試験片 NO.1 NO.2 NO.3 NO.4
C 3.75 3.75 3.62 3.62
Si 2.75 2.65 2.84 2.90
Mn 0.60 0.69 0.62 0.67
P 0.035 0.051 0.034 0.035
S 0.015 0.010 0.013 0.010
Cu 1.03 0.91 0.92 1.28
Mo − 0.20 0.18 −
Mg 0.033 0.047 0.034 0.030
RE − − 0.027 0.030
(Si−RE) − − (0.18) (0.20)
【0016】
各試験片の球状率及びパーライト面積率及び材料試験結果は表2のとおりであった。
表2
区分 比較例 比較例 実施例 実施例
試験片 NO.1 NO.2 NO.3 NO.4
球状率(%) 94.0 91 90 90
パーライト面積率(%) 92〜96 96〜98 99〜100 99〜100
降伏点(N/mm2 ) 577 620.9 623 642
引張り強度(N/mm2 ) 801.5 778.4 837.9 851.5
伸び(%) 4.0 1.66 2.32 2.10
硬さ(HB) 248 285 277 302
表2から、比較例のパーライト面積率は92〜98%であるが、実施例のパーライト面積率は99〜100%であること、並びに実施例の引張り強度は比較例よりも大きく、伸びも実施例の方が比較例よりも安定することが確かめられた。
【0017】
材料試験2
FCD450の溶湯に、FCD800を狙って、MnとCuを添加して比較例試験片NO.1の溶湯とし、MnとCuとMoを添加して比較例試験片NO.2の溶湯とし、MnとCuとMo、REを添加して比較例試験片NO.3の溶湯とした。
NO.4〜NO.8はPを0.035以下にしてMnとCuとREを添加して実施例の溶湯とした。
それぞれの溶湯から各試験片を2本づつ鋳込んだ。ここでSi−REはCe、Laを主とする希土類30%、Si30%、残部Feのレアースシリサイド(商品名)である。
【0018】
各試験片のFeを除く成分(重量%)は表3のとおりである。
表3:化学成分
試験片 NO.1 NO.2 NO.3 NO.4 NO.5 NO.6 NO.7 NO.8
C 3.75 3.75 3.76 3.74 3.74 3.77 3.74 3.76
Si 2.75 2.65 2.62 2.55 2.37 2.55 2.40 2.34
Mn 0.60 0.69 0.78 1.48 0.97 0.96 0.99 0.99
P 0.035 0.051 0.045 0.018 0.016 0.016 0.016 0.017
S 0.015 0.010 0.013 0.013 0.010 0.009 0.009 0.013
Cu 1.03 0.91 1.03 1.00 1.01 0.48 1.02 1.41
Mo − 0.20 0.057 − − − − −
Mg 0.033 0.047 0.035 0.041 0.038 0.029 0.038 0.027
RE − − 0.042 0.032 0.032 0.025 0.034 0.025
RE/S − − 3.23 2.46 3.20 2.78 3.78 1.92
Mn+Cu 1.63 1.60 1.81 2.48 1.98 1.44 2.01 2.40
【0019】
各試験片の球状化率、パーライト面積率、フェライト又は共存組織面積率及び材料試験結果は表4のとおりであった。
表4:材料試験結果
区分 比較例 比較例 比較例 実施例 実施例 実施例 実施例 実施例
試験片 1 2 3 4 5 6 7 8
球状化率(%) 94.0 91 89 92 94 90 94 90
パーライト
面積率(%) 92〜96 96〜98 99 96〜98 96〜98 92〜94 96〜98 94〜96
フェライト又は共
存組織面積率(%)4〜8 2〜4 1 2〜4 2〜4 6〜8 2〜4 4〜6
降伏点
(N/mm2) 577 620.9 596.0 706.2 789.7 562.2 671.9 627.1
引張り強度
(N/mm2 ) 801.5 778.4 853.0 907.5 992.1 813.3 911.4 871.1
伸び(%) 4.0 1.66 2.56 4.28 4.65 7.38 5.34 4.56
硬さ(HB) 248 285 285 262 285 255 269 269
【0020】
重量比でPを0.035%以下に限定し、REをSの含有率の1.5〜5.0倍の範囲内で添加した表3の実施例試験片NO.4〜NO.8は、表4に示すように、引張り強度が800N/mm2 〜1000N/mm2 、伸びが4.28〜7.38%と高い延性を示した。この結果から、本発明実施例のFCD800以上の球状黒鉛鋳鉄品は比較例のものよりも高強度、高靱性であり、かつ品質が安定したものであることが確かめられた。
【0021】
【発明の効果】
上記のとおり、本発明の鋳鉄品、例えばFCD800は、従来のFCD450程度のものにMnとCuを添加し、又はそれと共にMo、Niを添加してFCD800鋳鉄品としたものとは異なり、Pの含有率を低く限定してMnとCuと共に希土類を添加して、パーライト面積率を98%以上としたものであるか、又はパーライト面積率を92%以上とし、黒鉛周囲をフェライトとパーライトの共存組織としたものであるから、従来のものよりも引張り強度と共に伸びも格段に向上して、品質が安定するという優れた効果を奏する。
さらに、希土類として、比較的安価な軽希土類を使用することにより、FCD800鋳鉄品の製造コストの低減も可能である。
Claims (6)
- 重量比でC:3.20〜4.00%、Si:2.00〜3.20%、Mn:0.05〜3.00%、P:0.10%以下、S:0.120%以下、Cu:0.40〜2.00%、Mg:0.02〜0.08%、希土類:0.005〜0.300%、残部Feからなり、鋳放しで、引張り強度600〜700N/mm2 、伸び3%以上、又は引張り強度700N/mm2 以上、伸び2%以上であることを特徴とする球状黒鉛鋳鉄品。
- 重量比でC:3.20〜4.00%、Si:2.00〜3.20%、Mn:0.30〜2.50%、P:0.035%以下、S:0.120%以下、Cu:0.30〜2.00%、Mg:0.02〜0.08%、希土類:0.010〜0.300、残部Feからなり、鋳放しで、引張り強度800N/mm2 以上、伸び4%以上であることを特徴とする球状黒鉛鋳鉄品。
- 希土類の添加量は重量比でSの1.5〜5.0倍であることを特徴とする請求項1又は2に記載の球状黒鉛鋳鉄品。
- Mn%+Cu%の合計が重量比で1.20〜2.80%であることを特徴とする請求項2又は3に記載の球状黒鉛鋳鉄品。
- 重量比でMoを0.3%以下含むことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の球状黒鉛鋳鉄品。
- 鋳鉄品はカプラーナットであることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の球状黒鉛鋳鉄品。
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