JP5475380B2 - オーステナイト系鋳鉄とその製造方法およびオーステナイト系鋳鉄鋳物 - Google Patents
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- Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
Description
炭素(C)、ケイ素(Si)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)および銅(Cu)からなる基本元素と、
残部が鉄(Fe)と不可避不純物および/または特性改善に有効な微量の微量改質元素と、
からなり、常温域でオーステナイト相を主相とするFe合金からなる基地で組織された鋳鉄であるオーステナイト系鋳鉄であって、
前記基本元素は、前記鋳鉄全体を100質量%(以下単に「%」と表示する。)としたとき、下記の条件を満足する組成範囲内にあることを特徴とする。
Si : 4.4〜5.7 %
Cr : 0.8〜2.2 %
Mn : 2.0〜5.5 %
Ni : 11〜14 %
Cu : 0.8〜1.8 %
該溶湯を鋳型に注湯する注湯工程と、
該鋳型に注湯された溶湯を冷却して凝固させる凝固工程と、
からなり、上述した本発明のオーステナイト系鋳鉄からなる鋳物が得られることを特徴とするオーステナイト系鋳物の製造方法であっても良い。
晶出または析出する黒鉛の核となる接種剤と該黒鉛の球状化を促進する球状化剤との少なくとも一種を含む助剤を該元湯に直接または間接に添加する助剤添加工程と、
該助剤添加工程後または該助剤添加工程中の溶湯を鋳型に注湯する注湯工程と、
該鋳型に注湯された溶湯を冷却して凝固させる凝固工程と、
からなり、基地中に略球状の黒鉛が晶出または析出した前述のオーステナイト系鋳鉄からなる鋳物が得られることを特徴とするものであっても良い。
<組成>
本発明のオーステナイト系鋳鉄は、基本元素と残部であるFeとからなり、基本元素はC、Si、Cr、Mn、NiおよびCuの6種の元素よりなる。以下、これらの各元素の作用または機能と、好適な組成について説明する。
オーステナイト系鋳鉄(鋳物)の金属組織、耐酸化性、耐腐食性、常温域または高温域における強度、靱性等の機械的特性、電気的特性等、種々の特性を改善するために、微量な元素を含有させると好ましい。このような改質元素を含むオーステナイト系鋳鉄も、基本元素が上述した範囲内にある限り、当然に本発明の範囲内である。
不可避的不純物として、たとえば、リン(P)や硫黄(S)がある。Pは黒鉛の球状化に有害であり、また、結晶粒界に析出して耐酸化性と室温伸びを低下させる。Sも黒鉛球状化に有害である。従って、これらの各不可避不純物は0.02%以下さらには0.01%とするのが好ましい。
本発明は、オーステナイト系鋳物の製造方法であるから、前述したような溶湯調製工程、注湯工程および凝固工程を備える。もっとも、自動車部品等の高い信頼が要求される部材を鋳物で製造する場合、本発明のオーステナイト系鋳鉄が球状黒鉛鋳鉄であることが要求される。そこで、オーステナイト相からなる基地中に、多数の球状黒鉛を微細に晶出させることが望まれ、接種剤や球状化剤等の助剤の配合や添加がされる。
本発明のオーステナイト系鋳物は、上述した本発明のオーステナイト系鋳鉄からなる所望形状の部材であるが、その形状や肉厚等を問わないことはいうまでもない。
C、Si、Cr、Mn、NiおよびCu(基本元素)と残部Feを含む原料を種々配合、混合し、それを高周波炉で大気溶解して47kgの溶湯を得た(溶湯調製工程)。この溶湯を予め用意しておいた鋳型(砂型)に注湯した(注湯工程)。このとき、約1550℃で出湯し、約1450℃で注湯した。また、注湯後の溶湯は、自然冷却で(すなわち鋳放しの状態で)凝固させ、所定の形状の試験片(鋳物)を得た(凝固工程)。
<1.合金組成の分析>
各試料の厚さ25mmの部分から採取した試料について、湿式分析により組成分析して、鋳鉄全体の分析組成を得た。こうして得た基本元素組成を表1に「分析組成」として示した。なお、表1には示されていないが、助剤として添加されたMg等も微量であるが検出された。
はじめに、試験片A8の厚さ25mmの部分から採取した試料について、X線回折(XRD)測定を行った。比較のために、試験片C1〜C3についても、同様の測定を行った。結果を図4に示す。さらに、試験片A8については、種々の厚さの部分から採取した試料についても、XRD測定を行った。結果を図5に示す。
耐酸化性は、JIS Z 2282に基づき、酸化減量を測定することで評価した。具体的には、先ず、鋳込みにより作製したJISB号およびJISD号のYブロックからそれぞれ採取したφ20mm×20mmの各試験片を750℃、800℃または850℃の大気雰囲気中に100時間保持した。この加熱処理後の試験片の表面に、ショット球径が0.4mmの鉄球を、表面の酸化皮膜が無くなるまで投射した。ここで、酸化減量は、単位面積あたりの試験片の質量減少量である。酸化減量は上記加熱処理直後(ショット前)の試験片の質量から、ショット後の試験片の質量を差し引いたものである。こうして求めた酸化減量(2つの数平均値)を表2に示した。
耐力、引張強さおよび伸びの測定は、JISG0567に準じて室温(RT:25℃)、600℃、750℃、800℃または850℃において試験を行い、その結果を表3に示した。なお、試料には、鋳込んだJISB号Yブロックの垂直断面長方形の部分からφ6mmの丸棒試験片を作製して使用した。
熱疲労強度または熱疲労寿命については、鋳込んだJISB号Yブロックから採取したφ8mmの丸棒試験片を用いて測定した。この試験は、所定の拘束率の試験片の温度を800℃と200℃に繰り返し変更して、応力が10%低下するサイクル数と、応力が25%低下するサイクル数と、応力が50%低下するサイクル数と、分離破断するサイクル数(破断サイクル数)と、を調べた。この結果を表4に示した。なお、応力の低下する割合は、引張側のピーク応力がサイクル数=2の時のピーク応力を基準とした。
<組織について>
図4のXRDピークから、試験片A8は、従来のオーステナイト系鋳鉄である試験片C1およびC2と同様に、オーステナイト相(γ相)が現れていることがわかった。すなわち、Ni量が13%であっても、オーステナイト相を主相とするオーステナイト系鋳鉄であることがわかった。また、図5のXRDピークからは、いずれの厚さの試験片A8を測定しても、オーステナイト相が確認できることがわかった。なお、図示しないが、試験片A1〜A7についても、A8と同様の回折ピークが得られた。つまり、試験片A1〜A7も、オーステナイト相を主相とするオーステナイト系鋳鉄であった。
A1〜A8およびB1〜B6のいずれの試験片においても、耐力および引張り強さについては、基本元素の添加量に関わらず、ほぼ一定の強度を示した。また、伸びについても、基本元素の添加量にかかわらず、5%以上を示した。
試験片A1〜A8のうち、A3〜A6およびA8は、酸化減量が80g/cm2以下であり、耐酸化性に優れた。また、ビッカース硬さがHv200を超えず、低い値であった。そのため、表4に示すように、試験片A3およびA4では、熱応力試験において1500サイクルを超えるまで分離破断が発生しなかった。図1より、A5、A6およびA8の試験片についても、1500サイクル程度まで分離破断は発生しないと予測できる。つまり、試験片A3〜A6およびA8は、高い耐酸化性と高い熱疲労強度とを両立するオーステナイト系鋳鉄であることがわかった。一方、Si含有量が過少(4%)のA1およびA2の試験片は、耐酸化性が低かった。
Claims (7)
- 炭素(C)、ケイ素(Si)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)および銅(Cu)からなる基本元素と、
残部が鉄(Fe)と不可避不純物およびマグネシウム(Mg)、希土類元素(R.E.)、アルミニウム(Al)、カルシウム(Ca)、バリウム(Ba)、ビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)、スズ(Sn)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、バナジウム(V)、タングステン(W)、ニオブ(Nb)、窒素(N)、Si、Cuから選択される微量改質元素と、
からなり、常温域でオーステナイト相を主相とするFe合金からなる基地で組織された鋳鉄であるオーステナイト系鋳鉄であって、
前記微量改質元素の総量は、前記鋳鉄全体を100質量%としたとき、1質量%以下であり、
前記鋳鉄は、前記微量改質元素として、少なくともSi、Ca、Bi、Ba、Al、Sn、Cuまたは希土類元素から選択される元素、及び、少なくともMg、希土類元素、Sbから選択される元素を含有し、
前記基本元素は、前記鋳鉄全体を100質量%(以下単に「%」と表示する。)としたとき、下記の条件を満足する組成範囲内にあることを特徴とするオーステナイト系鋳鉄。
C : 2.1〜3.1 %
Si : 4.4〜5.7 %
Cr : 0.8〜2.2 %
Mn : 2.0〜5.5 %
Ni : 11〜14 %
Cu : 0.8〜1.8 % - 前記Siは、4.5〜5.5%である請求項1に記載のオーステナイト系鋳鉄。
- 前記Mnは、3.0〜4.5%である請求項1または2に記載のオーステナイト系鋳鉄。
- 前記基地中に前記晶出または析出した黒鉛の球状化率が70%以上である請求項1〜3のいずれかに記載のオーステナイト系鋳鉄。
- 前記基地は、オーステナイト単相からなる請求項1〜4のいずれかに記載のオーステナイト系鋳鉄。
- 請求項1〜3のいずれかに記載した組成範囲の基本元素と鉄を含む溶湯からなる元湯を調製する元湯調製工程と、
晶出または析出する黒鉛の核となるSi、Ca、Bi、Ba、Al、Sn、Cuまたは希土類元素の一種以上からなる接種剤と該黒鉛の球状化を促進するMg、希土類元素、Sbの一種以上からなる球状化剤を含む助剤を該元湯に直接または間接に添加する助剤添加工程と、
該助剤添加工程後または該助剤添加工程中の溶湯を鋳型に注湯する注湯工程と、
該鋳型に注湯された溶湯を冷却して凝固させる凝固工程と、
からなり、基地中に略球状の黒鉛が晶出または析出した請求項4または5に記載のオーステナイト系鋳鉄からなる鋳物が得られることを特徴とするオーステナイト系鋳物の製造方法。 - 請求項6に記載の製造方法により得られることを特徴とするオーステナイト系鋳物。
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