JPH01306540A

JPH01306540A - 低熱膨張合金鉄

Info

Publication number: JPH01306540A
Application number: JP13408488A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Enomoto; 榎本　新一
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-05-31
Filing date: 1988-05-31
Publication date: 1989-12-11

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、耐熱性、耐蝕性、耐摩耗性を有するととも
に、熱膨張係数の低い合金鉄に関する。

（従来の技術）従来、低熱膨張鋳鉄としては、高ニツケル鋳鉄のニレジ
スト、タイプ５（インコ社商品名）等か知られている。

これは、炭素２．４％以■、シリコン１．０〜２．０％
、マンガン０．５％以下、クロム０．１“Ａ以下、ニッ
ケル３４．０〜３６．０％を含有させたオーステナイト
鋳鉄であって、熱による線膨張係数は５、ＯＸ　ｔｏ−
’　／　’Ｃ程度であり、普通鋳鉄の熱による線膨張係
数（１２，ＯＸ　１０−’　／　’Ｃ前後）の５／１２
程度である。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、従来のオーステナイト鋳鉄は、普通鋳鉄
に比して１／３程度の熱膨張係数が限度であり、温度に
対する寸法精度が特に要求される精密機器、工作機械、
成形用金型、科学機器等に使用される鋳鉄として、必ず
しも満足できるものではなかった。

この発明の目的は、インバーと同程度に熱膨張係数が低
く、しかも耐熱性、耐蝕性、耐摩耗性を有するとともに
加工性にも富み、切削、研磨、切断などの高精密機械や
科学機械、計測機器の部品等に広範囲に利用できる合金
鉄を提供することにある。

（課題を解決するための手段及び作用）この発明は、前
記課題を解決するために、炭素０．３〜２．０％、シリ
コン０．３〜２．０％、ニッケル２８〜３６％、コバル
ト２．０〜７．０％、マンガン１％以下、イオウ０．１
％以下、リン０．２％以下、マグネシウムまたはカルシ
ウムのうちの１種または２種以上を０．１％以下、残部
は不純物を含む鉄よりなる低熱ｉ張合金鉄であって、特
に、炭素０．３〜２．０％、シリコン０．３〜２．０％
、ニッケル２８〜３６％、コバルト２．０〜７．０％と
して、球状またはそれに近い形状の黒鉛を析出させた合
金鉄について熱膨張係数を小さくしたことを特徴とする
。

ニッケルは鋳鉄中に炭化物を作らず、鉄中への炭素溶解
度を減じて黒鉛化を助け、黒鉛組織を微細化する目的の
ために鋳鉄成分として一般的に用いられている。また、
耐熱、耐蝕、非磁性、高電気抵抗を持つオーステナイト
鋳鉄を作るために、１４〜３８％のニッケルが添加され
ている。そして、特にニッケルを３４〜３６％添加した
場合は、それ以上またはそれ以下の添加に比較して、熱
膨張係数を特に小さくすることが知られているが、その
熱膨張係数は精々５．ＯＸ　ＩＦ′′／　’Ｃが限度で
、これ以下にはなり得ない。

また、インバー合金の分野では、Ｆｅ−Ｎｉ系の不変鋼
の熱膨張係数を一層小さくするためコバルトを添加する
ことが行われている（超不変鋼）。

しかし、この不変鋼は、炭素含有量が不純物程度で、０
−０．１％位であり、鋳鉄に比して切削性、加工性、鋳
造性等が極めて悪く、そのため複雑あるいは薄肉のＭ造
品の製造に適さない。

本発明者は、研究の結果、炭素０．３〜２．０％、シリ
コン０．３〜２．０％、ニッケル２８〜３６％、コバル
ト２．０〜７．０％およびマグネシウムまたはカルシウ
ムのうちの１種または２種以上を含み、球状またはそれ
に近い形状の黒鉛を析出させた合金鉄は、熱膨張係数が
非常に小さく、シかも鋳造性、加工性も良好であること
を発見した。すなわち、炭素０゜３〜２．０％好ましく
は０．７３〜０．８％、シリコン０．３〜２．０％好ま
しくは０．７１〜１．１５％、ニッケル２８〜３６％好
ましくは３０．５３〜３１．６７％、コバルト２〜７％
好ましくは４．８８〜５．５３％、マンガン１％以下、
イオウ０，１％以下、リン０．２％以下、マグネシウム
またはカルシウムのうちの１種または２種以上を０゜１
％以下、残部を不純物を含む鉄成分とした合金鉄は、熱
膨張係数が１〜２Ｘ１０−’／℃位（２５〜１００℃の
平均値）となり、従来のオーステナイト鋳鉄に比較して
極めて低い熱膨張性を有し、しかもその鋳造性、加工性
等はインバーに比してはるかに良好である。

もとより、この合金鉄の熱膨張係数は、溶解温度、方法
、溶解原材料、特に鉄成分として銑鉄、鋼屑、返屑など
のいずれかを用いるか、あるいは熱処理の方法などによ
って若干の差は生ずるが、いずれにしても２．ＯＸ　１
０−’　／　℃以下（２５〜１００°Ｃの平均値）とな
り、従来の低熱膨張鋳鉄よりも熱膨張係数が小さい。

この発明の合金鉄では、オーステナイト系の基地中に球
状またはそれに近い形状の黒鉛が析出しており、それに
よって低熱膨張性と共に良好な鋳造性、加工性等が維持
される。炭素とシリコンの量は、炭素：０．３〜２．０
％、シリコン二０．３〜２．０％の範囲内で炭素が黒鉛
として析出すれば、鋳造性、加工性、強度および振動吸
収能等に実用上支障のない程度の影響を生ずることはあ
っても、熱膨張にはそれ以上の影響を及ぼさない。

さらに、炭素０．３〜２．０％、シリコン０．３〜２．
０％を含む場合、ニッケル含量を２８％未満または３６
％超とし、コバルト含量を２％未未満７超超すると。

熱膨張係数は増大する。例えば、炭素およびシリコンの
含量を前記範囲とし、ニッケルを２７％以下、コバルト
２．０％未満とすると、熱膨張係数は増大し、またニッ
ケルを３６％超、コバル１−を７％超とすると、熱膨張
係数はやはり増大する。

また、マンガンは、鋳造物の強度、鋳造性等に関係を有
し、１．０％以下、好ましくは０．１２〜０．２５％を
含有させる。その含量が１％を越え、または１％未満に
すると膨張率が次第に増大する。また、イオウ及びリン
は熱膨張率には直接関与せず、必要に応じその含量は不
純物の範囲内でよい。しかし、イオウ１．０％、リン０
．２％を越えると、鋳造物の強度あるいは硬度が低下し
、好ましくない。

この発明においては、炭素とシリコンの量を前記各範囲
としたうえで、さらにマグネシウムまたはカルシウムの
うちの１種または２種以上を０．１％以下添加する。そ
の含量が０．１％を越えると膨張率が増大する。また、
この発明の合金鉄においては、シリコンとマグネシウム
またはカルシウムとは、他の成分と共に融解しないで溶
湯中に接種処理するのが好ましい。

実験の結果によれば、この発明の合金鉄の機械的性質は
、次のとおりである。

引張り強さ＞５０ｋｇ　ｆ　／　、、２耐力）３０ｋｇ
　ｆ　／ｎ＊ｎ’ 伸び＞２０％硬度ＨＢ　１５０〜１７０この発明の合金鉄の鋳造方法は、粋通鋳鉄（片状黒鉛を
析出させる場合）、ダクタイル鋳鉄（球状黒鉛を析出さ
せる場合）における公知の方法と同様である。ただし、
鋳物尺（伸び尺）は通常の普通鋳鉄、ダクタイル鋳鉄が
８／１０００〜１０／１０００であるのに対し、　１４
／１０００〜１７／１０００である。

（実施例）実施例１溶解炉として２０ｋｇ、３０にＶ、５Ｋｌ（ｚの高周波
電気炉を用意し、材料としてつぎのものを用意した。

鋼屑　　　　１２ｋｇ電解ニッケル　　　　　６．５ｋｇ金属コバルト　　　　　　１．１ｋｇカーボン（電極屑）　　　　０．２ｋｇ前記材料を前記
電気炉で溶解し、　１６５０℃で取鍋に出湯した。その
とき、取鍋中に下記の材料（接種材）を予め装入してお
き、溶湯中に添加した。

接種材フェロシリコン（Ｆｅ：５０％、Ｓｉ：５０％）−・−−−０，４ｋｇ
フェロシリコンマグネシウム（Ｆｅ：４５％、Ｓｉ：５０％、Ｍｇ：５％）・・・・・０，１ｋｇ得られた合金鉄の成分は、重量基準でつぎのとおりであ
る。

カーボン　　　　　０．８％シリコン　　　　　１．１５％マンガン　　　　　０．１２％ニッケル　　　　３１．６７％コバルト　　　　　５．５３％リ　　　　　　ン　　　　　　　　　　　　　０．０１
６％イオウ　　　０．０１７％マグネシウム　　　微　量鉄　　　　　　　残り全部（不純物を含む）上記合金鉄
の熱膨張率を調べるため、直径２０ＩＩＩ１１、長さ１
００ｎ＋ｍの砂型試験棒に鋳込み、熱膨張測定用に直径
６ＩＩｎ、長さ２０ａｎの試験棒に加工してこれを試料
Ａとし、別に下記組成（含量はいずれも重量基準）より
なる試料Ｂを同様な方法で製作した。

試料Ｂカーボン　　　　　０．７３％シリコン　　　　　０．７１％マンガン　　　　　０．２５％ニッケル　　　　　３０．５３％コバルト　　　　　４．８８％リ　　　　　　ン　　　　　　　　　　　　　０．０１
５％イオウ　　　０．０２０％マグネシウム　　　微量鉄　　　　　　　残り全部（不純物を含む）前記試料Ａ
、Ｂを押棒式測定法により２０〜６００℃において線膨
張係数を測定した。測定の結果を表１に示す。

単位　温　度　：　　℃ 熱膨張係数＝１０″″６／℃ 以上の実験結果により前記各合金が非常に熱膨張係数が
低いことがわかる。また、旋盤およびフライス盤にて加
工したところ、切削性も快削ステンレス調波みにインバ
ーよりはるかに良好であった。これは含有されるシリコ
ンのほとんどと全量が出湯時に投入されるため、その接
種効果で、地に固溶された炭素が黒鉛として析出される
ことと、出湯時に投入されるマグネシウムまたはカルシ
ウムの化合物が切削性を向上させるためと考えられる。

実施例２実施例１に準じて表２に示す組成よりなる試料（熱膨張
試験棒）Ｃ，−Ｊを製作した。これらの試料Ｃ−Ｊにつ
いて実施例１と同様にして押し捧式２Ｉｉｌｌ定法によ
り１００〜７００℃における線膨張係数を測定してみた
。その結果を表２に示す。試料Ｃ−Ｊは、いずれも実施
例１と同様に熱膨張係数が非常に低い。

（発明の効果）以上説明したように、この発明の合金鉄は、耐熱性、耐
蝕性、耐摩耗性、を有するとともに、特に、熱膨張係数
がインバーに匹敵する値であり、しかも、鋳造性、加工
性にも富んでいる。したがって、切削、研磨、切断など
の高精密機械や科学機械、計測機器の部品等に広範囲に
利用でき、また高速プレスの可動部分、そのコニロット
、プランジャ等、ロータリカッタの刃物台、炭素繊維の
成形性型材、メカニカルシール、真空ポンプのシャフト
、精密工作機械のスピンドルヘッド、孔明は加工治具、
その他、熱膨張を嫌い、硬度を要求させる切削、研磨、
切断、測定用機器や精密機械、科学機器の部品、金型、
ダイスなどに広範囲に利用することができる。

代理人弁理士　　山　　１）　端　　彦（′：“（−一

Claims

【特許請求の範囲】

炭素０．３〜２．０％、シリコン０．３〜２．０％、ニ
ッケル２８〜３６％、コバルト２．０〜７．０％、マン
ガン１％以下、イオウ０．１％以下、リン０．２％以ト
、マグネシウムまたはカルシウムのうちの１種または２
種以上を０．１％以下、残部は不純物を含む鉄よりなる
低熱膨張合金鉄。