JPH05302141A

JPH05302141A - 高断熱性耐食鋳鉄

Info

Publication number: JPH05302141A
Application number: JP10983792A
Authority: JP
Inventors: Takanobu Nishimura; 隆宣西村; Motoo Suzuki; 基夫鈴木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-04-28
Filing date: 1992-04-28
Publication date: 1993-11-16

Abstract

(57)【要約】【目的】熱伝導率0.04cal/cm deg sec以下という高断
熱性を有すると共に、一般鋳鉄並の機械的強度と加工
性、およびオーステナイト系ステンレス鋼と同等の耐食
性と非磁性を有する高断熱性耐食鋳鉄を提供する。【構成】 C 0.8〜 2.0重量% 、Si 3.0〜10.0重量% 、
Ni15〜40重量% 、MgおよびCaから選ばれた少なくとも 1
種0.03〜 1.0重量% 、およびMn 0.4〜10重量%(ただし、
0.4重量% を含まない）を含み、残部が実質的にFeから
なる鋳鉄である。鋳鉄組織内に存在する析出物、例えば
炭化物や金属間化合物の全析出量を面積比で 10%以下と
する。また、上記高断熱性耐食鋳鉄に、さらにAl 7重量
% 以下、Cu20重量% 以下、Cr 5重量% 以下、およびCo20
重量% 以下から選ばれた少なくとも1種を添加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高精密性、高断熱性お
よび耐食性等が要求される構造材料として好適な高断熱
性耐食鋳鉄に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から知られているように、熱処理
炉、溶解炉あるいは反応炉等の炉壁には、気孔率の高い
各種レンガや綿状のセラミックスファイバ等からなる断
熱材が用いられており、高温室内の熱の発散や伝達を防
止して、エネルギの消耗低減（保温）と低温部の熱から
の保護（遮熱）とが図られている。しかし、上記したよ
うなレンガやセラミックスファイバ等の断熱材は、材料
自体が低熱伝導性であるだけでなく、熱伝導率が非常に
低い空気(6.2×10^-5cal/cm deg sec）を多量に包含する
ことにより断熱性を得ているため、機械的強度例えば耐
衝撃性や剛性が低く、また複雑な形状とすることは困難
であった。

【０００３】そのため、上記したような断熱材料は、一
般に機械・器具部品用の構造材料には適用されておら
ず、断熱性が要求される機械・器具部品用構造材料に
は、オーステナイトステンレス鋼等が採用されている。
オーストナイトステンレス鋼は、熱伝導率が0.04〜0.05
cal/cm deg secと比較的低く、例えば風呂桶や魔法びん
等の容器壁として用いられている。

【０００４】しかしながら、ステンレス鋼は鋳造性や加
工性が一般鋳鉄に比べて低いために、金属業界で用いら
れている鋳造用金型、ダイキャストマシン、熱間加工機
の部品等、あるいは樹脂業界等で用いられる射出成形器
用ノズルチップやその他の部品等のように、高度の精密
性が要求される各種の構造材料としては運用が困難であ
った。また、オーステナイトステンレス鋼でも、断熱性
が不十分な場合も多い。例えば、内部が 400℃〜 500℃
に加熱される金型の場合、この金型から隣接する制御用
機器にその高熱が伝達されると、機器の操作上支障を生
じる場合があり、このような高精密成形装置等において
は、オーステナイトステンレス鋼以上の高断熱性を有す
る構造材料が望まれている。

【０００５】一方、低熱伝導性鋳鉄として、NiやSi等を
多量に含む鋳鉄（例えばNiを32重量% 〜34重量% 含むニ
レジスト鋳鉄）が知られているが、これらは断熱性の点
で不十分であると共に耐食性が低く、例えば海水中での
使用が不可能であったり、またアルミダイカスト用機械
部品に使用した場合、アルミ洗浄用の水酸化ナトリウム
に触れて腐食される等という問題を有していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、各種
機械・器具部品等に用いられる構造材料に対しては、よ
り一層の高精密性および高断熱性が要求されるようにな
ってきており、従来から用いられているオーステナイト
ステンレス鋼等では、十分にその要求が満たされなくな
ってきている。また、従来の低熱伝導性鋳鉄は、断熱性
が不十分である共に、耐食性に劣ることから、使用用途
が限定されるという問題を有していた。

【０００７】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、熱伝導率0.04cal/cm deg sec以下と
いう高断熱性を有すると共に、一般鋳鉄並の機械的強度
と加工性、およびオーステナイト系ステンレス鋼と同等
の耐食性を有する高断熱性耐食鋳鉄を提供することを目
的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段と作用】本発明の高断熱性
耐食鋳鉄は、 C 0.8〜 2.0重量% 、Si 3.0〜10.0重量%
、Ni15〜40重量% 、MgおよびCaから選ばれた少なくと
も 1種0.03〜 1.0重量% 、およびMn 0.4〜10重量%(ただ
し、 0.4重量% を含まない）を含み、残部が実質的にFe
からなる鋳鉄であって、前記鋳鉄の組織内に存在する析
出物量が面積比で 10%以下であることを特徴としてい
る。また、上記高断熱性耐食鋳鉄において、さらにAl 7
重量% 以下、Cu20重量% 以下、Cr 5重量% 以下、および
Co20重量% 以下から選ばれた少なくとも 1種を含むこと
を特徴としている。

【０００９】本発明の高断熱性耐食鋳鉄は、高断熱性を
実現するために、まず球状黒鉛鋳鉄とすると共に、金属
組織をオーステナイト組織としている。これは、球状黒
鉛鋳鉄とすることにより、熱伝導を抑制することがで
き、かつオーステナイト組織の鋳鉄は、フェライト、パ
ーライト、マルテンサイト等の他の組織のものよりも熱
導性が低いためである。

【００１０】球状黒鉛鋳鉄する上で、本発明の鋳鉄はマ
グネシウム(Mg)およびカルシウム(Ca)から選ばれた少な
くとも 1種を0.03〜 1.0重量% の範囲で含有している。
MgやCaの含有量が0.03重量% 以下であると、炭素を十分
に球状黒鉛化することができず、また 1.0重量% を超え
ると炭化物(MgC₂、 CaC₂）を形成し、断熱性が低下す
る。

【００１１】また、ニッケル(Ni)は、材料基地をオース
テナイト組織とする成分であり、材料全体をオーステナ
イト組織とするためには、15重量% 以上の含有させる必
要がある。ただし、Niの含有量が40重量% を超えると基
地鉄が軟質となって、加工性や強度が低下して鋳造性が
悪くなると共に、熱伝導率が上昇してしまう。よって、
Niの含有量は15〜40重量% の範囲とする。Ni含有量のよ
り好ましい範囲は20〜30重量% である。なお、オーステ
ナイト基地鉄は、-100℃以下の低温で特に著しい断熱性
を示す。

【００１２】以下に、他の成分の組成限定理由について
述べる。炭素(C) は、熱伝導率を高める方向に作用する
ため、熱伝導率を低下させるには C含有量を少なくする
ことが望ましいが、 C含有量が低すぎると鋳造性および
被削性が悪化する。良好な鋳造性および被削性を確保す
るための C含有量は 0.8重量% 以上であり、より好まし
くは 1.0重量% 以上である。ただし、 Cの含有量が 2重
量% を超えると黒鉛化が著しくなり、固溶 C量が低下し
て機械的性質が低下するため、 C含有量の上限は 2.0重
量% とする。

【００１３】シリコン(Si)は、熱伝導率を低下させる方
向に作用する。従って、断熱性を向上させるためには含
有量が多いほどよく、 3.0重量% 以上が効果的である
が、10重量% を超えると、Niとの金属間化合物の生成量
が増加して、断熱性に悪影響を及ぼすと共に脆くなる。
よって、Si含有量は10重量% 以下、より好ましくは 5重
量% 以下とする。

【００１４】また、マンガン(Mn)は、純鉄の熱伝導率を
低下させる方向に作用する。従って、断熱性を上げるた
めには含有量が多いほどよい。また、Mnは耐食性の向上
成分としても機能し、この点からも含有量を多く設定す
ることが好ましい。これらのことから、Mnは 0.4重量%
を超えて含有させることが効果的であり、より好ましく
は 1重量% 以上である。ただし、Mnをあまり多量に含有
させると、炭化物が多量に析出し、熱伝導率が上昇する
と共に、加工性が劣化するため、10重量% 以下とする。
Mn含有量のより好ましい上限は 7重量% である。

【００１５】本発明の高断熱性耐食鋳鉄においては、以
上のような組成成分を満足させると共に、鋳鉄組織内に
存在する析出物、すなわち炭化物や金属間化合物等の析
出量を面積比で 10%以下とすることによって、高断熱性
を実現した上で高耐食性および良好な加工性を満足させ
ることを可能にしている。前述したように、炭化物や金
属間化合物等の析出物の量が増加すると、それら自体が
高熱伝導率を有するため、鋳鉄の熱伝導率が高くなる。
よって、析出物量は面積比で 10%以下とする。より好ま
しい析出物量は5%以下である。このような析出物量は、
Niと金属間化合物を形成するSi量、あるいは炭化物を生
成するMn量等を上記範囲とすることにより達成できる。

【００１６】本発明の高断熱性耐食鋳鉄においては、上
述したような各成分元素以外に、クロム(Cr)、銅(Cu)、
アルミニウム(Al)およびコバルト(Co)から選ばれた少な
くとも 1種の元素を、耐食性の向上、あるいは断熱性の
向上のために含有させることができる。

【００１７】例えばCrは、鋳鉄の耐食性を向上させる方
向に作用する。従って、耐食性の点からはCr含有量は多
いほどよいが、 5.0重量% を超えるとクロム炭化物の析
出量が増加し、熱伝導率が高くなると共に、加工性が著
しく劣化する。よって、Crを添加する場合の上限は 5.0
重量% とする。より好ましくは 3重量% 以下である。な
お、Crの添加効果は 1.0重量% 程度から顕著になる。

【００１８】銅(Cu)は、Crと同様に鋳鉄の耐食性を向上
させる方向に作用するため、耐食性の点からはCu含有量
は多いほどよい。ただし、Niの含有量にもよるが、Cuの
含有量が多すぎると、Feに対するCuの固溶限度を超え、
Cu粒子が晶出して断熱性を劣化させる。よって、Cuを添
加する場合の上限は20重量% とするが、この値はNi含有
量により変化する。なお、Cuの添加効果は 2.0重量% 程
度から顕著になる。

【００１９】また、コバルト(Co)は、熱伝導率を低下さ
せる方向に作用する。従って、断熱性を高めるためには
含有量が多いほどよいが、20重量% を超えるとマルテン
サイト相が析出し、逆に熱伝導率が高くなるため、Co含
有量は20重量% 以下とする。より好ましくは10重量% 以
下である。なお、Coの添加効果は 2.0重量% 程度から顕
著になる。

【００２０】アルミニウム(Al)は、断熱性および耐食性
を向上させる方向に作用する。よって、これらの点から
は含有量は多いほどよいが、 7重量% ％を超えると鋳造
性を著しく劣化させると共に、Niとの金属間化合物の生
成量が増加し、逆に熱伝導率の上昇を招くため、Al含有
量は 7重量% 以下とすることが好ましい。なお、Alの添
加効果は 0.5重量% 程度から顕著になる。

【００２１】また、これらの元素（Cr、Cu、CoおよびA
l）を複合添加する際には、各元素の添加上限を満足さ
せると共に、SiやMnの含有量を考慮した上で、全析出物
量が面積比で 10%以下となるように、各添加量を設定す
ることが重要である。

【００２２】なお、本発明の高断熱性耐食鋳鉄は、さら
にチタン(Ti)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、ベリリウム
(Be)、モリブデン(Mo)、およびバナジウム(V) から選ば
れた少なくとも 1種の元素を含有していてもよい。これ
らは鉄中での置換型固溶元素である。これらの元素を添
加する場合の量は、合計で 0.5〜 2.0重量% の範囲とす
ることが好ましい。また、一般の鋳鉄中には、イオウ
(S) が約0.05重量% 、リン(P) が0.01重量% 以下程度含
まれるが、これらは熱伝導率や耐食性に大きく影響を及
ぼすことはなく、かつ含有量が少なければ機械的性質を
向上することから、本発明の高断熱性耐食鋳鉄において
も Sや Pを含んでいてもよい。 Sおよび Pの含有量は好
ましくはそれぞれ0.03重量% 以下である。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００２４】実施例誘導電気炉で、鋳鉄、軟鋼、Ni、 Fe-Si、加炭材(C) 、
銅、 Fe-Crおよび返材を溶融し、1600℃で出湯、Mg処理
（黒鉛球化）、接種(Fe-Si添加）およびAl添加の後、鋳
型に注湯（1450℃〜1320℃）して、種々の鋳鉄試料を作
製した。

【００２５】得られた鋳鉄試料の成分組成を表１に示
す。なお、表中の比較例は成分組成を本発明の範囲外と
したものである。これら各鋳鉄試料の炭化物および金属
間化合物の析出量を測定したところ、表１に示すような
結果が得られた。

【００２６】

【表１】また、表１に示した各鋳鉄試料の熱伝導率、機械的特性
および耐食性を測定した。それらの結果を表２に示す。
なお、耐食性の評価は、各組成の鋳鉄試料を海水中に 1
年放置した後の重量減少率を測定することにより行い、
この重量減少率が 0〜0.01重量% の範囲であれば耐食性
良、0.01重量% 以上であれば耐食性悪と評価した。

【００２７】

【表２】表２から明らかなように、本発明の成分範囲による実施
例の各鋳鉄試料は、いずれも熱伝導率かせ0.04cal/cm d
eg sec以下であり、高い断熱性を有していることが分か
る。また、これら実施例による各鋳鉄試料は、引張り強
さ60kgf/mm²以上、耐力50kgf/mm²以上、伸び5%以上で
機械的特性に優れており、また鋳造性、被削性および耐
食性はいずれも良好であり、各種構造材料として好適に
実用できることが分かる。このように、実施例に各鋳鉄
試料は、断熱性および耐食性に優れ、かつ一般鋳鉄（比
較例試料No10）並の機械的特性を有することを確認し
た。これに対して、比較例による各鋳鉄試料は、表２に
示したように、熱伝導率、機械的強度、耐食性のいずれ
かの点で劣っている。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、熱
伝導率が0.04cal/cm deg sec以下の高断熱性を有すると
共に、オーステナイト系ステンレス鋼と同等の耐食性を
有し、しかも一般鋳鉄並の機械的強度、加工性等を有す
る鋳鉄が得られる。よって、構造材料として必要な剛性
や靭性を有し、かつ高い断熱性や耐食性が要求される機
械部品や容器に適した鋳鉄を提供することが可能とな
る。

【００２９】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 C 0.8〜 2.0重量% 、Si 3.0〜10.0重量
% 、Ni15〜40重量%、MgおよびCaから選ばれた少なくと
も 1種0.03〜 1.0重量% 、およびMn 0.4〜10重量%(ただ
し、 0.4重量% を含まない）を含み、残部が実質的にFe
からなる鋳鉄であって、前記鋳鉄の組織内に存在する析
出物量が面積比で 10%以下であることを特徴とする高断
熱性耐食鋳鉄。
【請求項２】請求項１記載の高断熱性耐食鋳鉄におい
て、さらに、Cr 5重量% 以下、Cu20重量% 以下、Al 7重量%
以下、およびCo20重量% 以下から選ばれた少なくとも 1
種を含むことを特徴とする高断熱性耐食鋳鉄。