JPH08209216A - 接種剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶け残りが生じず、鋳型表面近傍においても
充分に効果を発揮して球状黒鉛鋳鉄のチル化を防止する
ことができる接種剤を提供する。 【構成】 本発明の接種剤は溶融温度が球状黒鉛鋳鉄の
溶融温度より低温である接種剤例えばＮｉ−Ｓｉ合金を
接種剤として使うことを骨子とし、接種剤が球状黒鉛鋳
鉄の溶融温度より低温であることにより接種剤が容易に
早く溶け、接種剤が容易に早く溶けない場合には接種効
果が現れるのに時間がかかるに対して短時間で接種効果
が現れ、従って接種剤を大きい粒のまま入れても良い。
また鋳型の中に入れる場合であっても溶け残りが少な
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は球状黒鉛鋳鉄の製造に用
いられる接種剤に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】良く知られるように球状黒鉛鋳鉄の鋳造
に当たっては、結晶の核を作らせる物質を溶湯中に添加
して得られる鋳物の材質を改善する接種が行われ、その
場合、接種剤を添加することによってチル化傾向を抑制
して鋳物の黒鉛組織を改善することができ、かかる接種
剤としては球状黒鉛鋳鉄にあってはフェロシリコン、カ
ルシウムシリコンなどが用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし以上の従来の接
種剤については次のような問題があった。従来の接種剤
の溶融温度は球状黒鉛鋳鉄の溶融温度よりも高温である
ため、どうしても溶け残りが生じ、そのように溶け残り
が生じると接種剤の粒がそのまま鋳物の内部に残り、そ
の部分で非常に硬度が上がるため、その部分で加工がで
きないという問題が生じる。また、特に鋳型表面部分に
おいては鋳鉄溶湯が早く冷却されるため従来の溶融温度
が球状黒鉛鋳鉄の溶融温度よりも高温である接種剤で
は、その鋳型近傍において接種剤が充分に機能せず、鋳
型表面部分においてチル化し易いという問題があった。
従って本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてな
されたものであって、溶け残りが生じず、鋳型表面近傍
においても充分に効果を発揮して球状黒鉛鋳鉄のチル化
を防止することができる接種剤を提供することを目的と
する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成する本
発明の接種剤は球状黒鉛鋳鉄の製造に用いられ黒鉛化促
進元素を含み溶融温度が球状黒鉛鋳鉄の溶融温度より低
温であることを特徴とする。

【０００５】以上の本発明の接種剤によれば溶融温度が
球状黒鉛鋳鉄の溶融温度より低温であるので、溶湯中に
添加したときに溶融温度が球状黒鉛鋳鉄の溶融温度より
高温の接種剤を用いる場合よりも低温から溶解しはじめ
るので、接種効果の発現が早くなり、また接種剤が低温
で溶解するため溶け残り不良の防止効果も得ることがで
きる。

【０００６】また本発明の接種剤は、球状黒鉛鋳鉄の製
造に用いられ黒鉛化促進元素を含み溶融温度が球状黒鉛
鋳鉄の溶融温度より低温である接種剤と溶融温度が球状
黒鉛鋳鉄の溶融温度より高温である接種剤を混合又は合
金化したことを特徴とする。

【０００７】溶融温度が球状黒鉛鋳鉄の溶融温度より高
温である接種剤では通常溶け残りが生じ、普通の鋳物で
鋳型内接種をするときには鋳物が小さくなると溶けのこ
ることが多い。そのように溶け残りが生じると接種剤の
粒がそのまま鋳物の内部に残り、その部分で非常に硬度
が上がるため、その部分で加工ができないという問題が
生じる。これに対して溶融温度が球状黒鉛鋳鉄の溶融温
度より低温である接種剤では鋳型に塗布して用いても溶
け残りが生じない。しかし、一方、溶融温度が球状黒鉛
鋳鉄の溶融温度より低温である接種剤では溶け残りが生
じない反面、早期に溶解するため、接種効果を持続させ
るのが困難な場合が生じ、全体としての接種効果が不十
分となる場合もある。そこで本発明の様に、溶融温度が
球状黒鉛鋳鉄の溶融温度より低温である接種剤と高温で
ある接種剤を混合又は合金化して用いることにより、接
種剤の溶け残りを防止しつつ接種効果を持続させて全体
としても高い接種効果を得るようにすることができる。

【０００８】更に本発明の接種剤は球状黒鉛鋳鉄の製造
に用いられ黒鉛化促進元素を含み主成分がＳｉ及びＮｉ
であることを特徴とする。主成分がＳｉ及びＮｉである
Ｎｉ−Ｓｉ接種剤の共晶温度は９９３℃で、Ｆｅ−Ｓｉ
の１２７０℃より低い。したがって溶湯中に添加したと
きにＦｅ−Ｓｉよりも低温から溶解しはじめるので、接
種効果の発現が早く、また、低温で溶解するため、溶け
残り不良も防止できる。加えて本発明の接種剤は球状黒
鉛鋳鉄の製造に用いられ黒鉛化促進元素を含み主成分が
Ｓｉ及びＮｉであり、３wt%以下のＢａを含有すること
を特徴とする。ここで３wt%以下のＢａを添加するのは
接種効果の持続に有効であるからであり、特に本発明の
溶融温度が球状黒鉛鋳鉄の溶融温度より低温である接種
剤例えばＮｉ−Ｓｉ系接種剤では、接種剤の早期溶解
と、接種効果の持続との相乗効果が認められ有効とな
る。ここで、Ｂａの添加量を３wt%とするのは添加量が
３wt%を越えても添加効果の増大は認められないからで
ある。

【０００９】また本発明の接種剤は球状黒鉛鋳鉄の製造
に用いられ黒鉛化促進元素を含み主成分がＳｉ及びＮｉ
である接種剤と主成分がＳｉ及びＦｅである接種剤を混
合又は合金化したことを特徴とする。すなわち主成分が
Ｆｅ及びＳｉである接種剤では通常溶け残りが生じ、普
通の鋳物で鋳型内接種をするときには鋳物が小さくなる
と溶けのこることが多い。そのように溶け残りが生じる
と接種剤の粒がそのまま鋳物の内部に残り、その部分で
非常に硬度が上がるため、その部分で加工ができないと
いう問題が生じる。これに対して主成分がＳｉ及びＮｉ
である接種剤では鋳型に塗布して用いても溶け残りが生
じない。しかし、一方、主成分がＳｉ及びＮｉである接
種剤では溶け残りが生じない反面、早期に溶解するた
め、接種効果を持続させるのが困難な場合が生じ、全体
としての接種効果が不十分となる場合もある。そこで本
発明の様に、主成分がＳｉ及びＮｉである接種剤と主成
分がＦｅ及びＳｉである接種剤を混合又は合金化して用
いることにより、接種剤の溶け残りを防止しつつ接種効
果を持続させて全体としても高い接種効果を得るように
することができる。

【００１０】以上において主成分がＳｉ及びＮｉである
接種剤と主成分がＳｉ及びＦｅである接種剤との混合又
は合金化比率は１／３〜３／１とするのが好ましい。主
成分がＳｉ及びＮｉである接種剤と主成分がＳｉ及びＦ
ｅである接種剤との混合又は合金化比率が１／３未満で
は、接種剤の溶け残りが生じる傾向が強くなり好ましく
ない。逆に主成分がＳｉ及びＮｉである接種剤と主成分
がＳｉ及びＦｅである接種剤との混合又は合金化比率が
３／１を越える場合には、全体としての接種効果が不十
分となる。又以上において主成分がＳｉ及びＮｉである
接種剤と主成分がＳｉ及びＦｅである接種剤を混合して
使用する場合には、例えば両者の粉体を混合するという
態様を取ることができる。さらには、使用部分を分離し
て鋳型表面にはＮｉ−Ｓｉ合金接種剤を添加し、溶湯内
部にはＦｅ−Ｓｉ接種剤を添加するようにして全体とし
て混合するようにすることもできる。

【００１１】以上の主成分がＳｉ及びＮｉである接種剤
と主成分がＳｉ及びＦｅである接種剤とを混合又は合金
化する場合についても主成分がＳｉ及びＮｉである接種
剤が３wt%以下のＢａを含有する様にするのが好まし
い。なお以上の各場合において本発明においては主成分
がＳｉ及びＮｉである接種剤のＳｉ含有量を５０〜８０
wt%とするのが好ましい。すなわちＳｉが５０wt%未満の
場合にはかかる接種剤の状態図における液相線の温度が
球状黒鉛鋳鉄の溶融温度よりも低くなり接種効果が極め
て早く消失し、全体としての接種効果が低くなり好まし
くない。またＳｉが８０wt%を越える場合には工業的に
製造することが困難になる。

【００１２】

【作用】現在、球状黒鉛鋳鉄の製造にあたっては接種剤
としてＦｅ−Ｓｉを用いるのが一般的である。本発明の
接種剤はこのＦｅ−Ｓｉに代えて溶融温度が球状黒鉛鋳
鉄の溶融温度より低温である接種剤例えばＮｉ−Ｓｉ合
金を接種剤として使うことを骨子とするものである。Ｎ
ｉ−Ｓｉ合金及びＦｅ−Ｓｉ合金の状態図をみるとＦｅ
−Ｓｉ合金の共晶温度が１２１０〜１２２０℃であるの
に対してＮｉ−Ｓｉ合金の共晶温度は９５０〜９９０℃
であり、Ｎｉ−Ｓｉ合金の方がＦｅ−Ｓｉよりも低温で
溶けやすいことが判る。それと同時に、Ｎｉ−Ｓｉ合金
ではＦｅ−Ｓｉ合金と比べた場合にＳｉ量を同程度に含
ませることができる。ここで接種剤において接種効果を
発揮するのはＳｉでありＳｉ量が同程度であればＦｅ−
ＳｉでもＮｉ−Ｓｉでも同程度に接種効果を発揮する。
しかも前述したようにＮｉ−Ｓｉ合金はＦｅ−Ｓｉに比
べて融点が低いので早い時期に効き始める。一方、Ｎｉ
−Ｓｉ合金及びＦｅ−Ｓｉの溶け終わりの時期はそれ等
の状態図の液相線で示される様にＦｅ−Ｓｉ、Ｎｉ−Ｓ
ｉ共に同程度の温度である。

【００１３】以上のことからＮｉ−Ｓｉは早い時期から
効き初めて、Ｆｅ−Ｓｉと同じ位の時期まで効き続け
る。なお以上において、球状黒鉛鋳鉄の溶融温度は１１
５０℃であり３０Ｓｉ−Ｎｉを添加した場合には、３０
Ｓｉ−Ｎｉの溶融温度は９５０℃でありすぐに溶けてし
まい接種剤として使うことはできない。そこでＮｉ−Ｓ
ｉ合金として添加する。以上のように本発明の接種剤が
球状黒鉛鋳鉄の溶融温度より低温であることにより接種
剤が容易に早く溶け、接種剤が容易に早く溶けない場合
には接種効果が現れるのに時間がかかるに対して短時間
で接種効果が現れ、従って接種剤を大きい粒のまま入れ
ても良い。また鋳型の中に入れる場合であっても溶け残
りが少ない。

【００１４】さらに本発明では溶融温度が球状黒鉛鋳鉄
の溶融温度より低温である接種剤例えばＮｉ−Ｓｉ合金
の接種剤と溶融温度が球状黒鉛鋳鉄の溶融温度より低温
である接種剤例えばＦｅ−Ｓｉの接種剤とを混合して接
種剤として用いるが、この様に両者を混合することによ
って、安価とすることができる。また特にＮｉ−Ｓｉ合
金の接種剤とＦｅ−Ｓｉの接種剤の特性の中間的特性の
接種剤を用いる必要があるときに有効となる。すなわち
Ｎｉ−Ｓｉ合金の接種剤だけではあまりに早く効果が現
れすぎ、逆にＦｅ−Ｓｉの接種剤だけでは溶け残りが生
じる様な場合である。また本発明の接種剤では黒鉛粒数
が増えるという作用が認められる。すなわち球状黒鉛鋳
鉄溶湯の表面は温度が低く従来の接種剤ではかなり温度
が上がらないと溶けない。例えば鋳型表面部では温度が
低いので従来のＦｅ−Ｓｉ接種剤では溶け込まない。こ
れに対し本発明の接種剤例えばＮｉ−Ｓｉ合金接種剤で
は従来のＦｅ−Ｓｉ等の接種剤に比べて非常に低い温度
から溶け始める。従って、鋳物表面のチル化防止につい
ては従来のＦｅ−Ｓｉ等の接種剤に比べて本発明の球状
黒鉛鋳鉄の溶融温度より低温である接種剤例えばＮｉ−
Ｓｉ合金の接種剤がはるかに有利となる。

【００１５】すなわち従来のＦｅ−Ｓｉ等の接種剤では
鋳物表面のチル化を十分に防止することができなかった
のに対し、本発明の球状黒鉛鋳鉄の溶融温度より低温で
ある接種剤例えばＮｉ−Ｓｉ合金の接種剤では表面のチ
ル化を防止することができる。又それに伴い従来のＦｅ
−Ｓｉ等の接種剤を用いる場合に比べ本発明の球状黒鉛
鋳鉄の溶融温度より低温である接種剤例えばＮｉ−Ｓｉ
合金の接種剤では球状黒鉛鋳鉄溶湯の表面への添加時に
おける黒鉛粒数が増える。

【００１６】

【実施例】以下に本発明の接種剤の実施例について説明
する。 実施例１ 表１に示す成分のＮｉ−Ｓｉ系接種剤を用い、Ｙブロッ
クに球状黒鉛鋳鉄溶湯を注湯して本発明の球状黒鉛鋳鉄
の製造方法を実施した。接種はＮｉ−Ｓｉ接種剤を溶湯
中に添加して行った。

【００１７】

【表１】 得られた球状黒鉛鋳鉄鋳物につきＹブロック底からの距
離と球状化率および黒鉛粒数との関係を調査した。その
結果を図１に示す。また得られた球状黒鉛鋳鉄鋳物につ
きＹブロック底からの距離とミクロ組織の変化との関係
を調査した。その結果を図２，３に示す。なお図２は無
腐食により得られた組織写真であり、図３はナイタール
腐食を行って得られたミクロ組織写真である。また得ら
れた球状黒鉛鋳鉄鋳物につき成分分析を行った。その結
果を表２に示す。

【００１８】

【表２】

【００１９】図１に示されるようにＹブロック底からの
距離が大きくなるにしたがい球状化率および黒鉛粒数と
もに低下するが、顕著なものではなく鋳物全体としてほ
ぼ均一な球状化率および黒鉛粒数となっていることが判
る。また図２および図３に示されるようにミクロ組織に
おける黒鉛はほぼ均一に分散し、Ｙブロック底からの距
離が大きくなっても、その傾向は変わらない。

【００２０】実施例２ 表１に示す成分のＮｉ−Ｓｉ系接種剤を用いて、Ｎｉ−
Ｓｉ系接種剤における低温溶解の特徴を生かして塗型接
種を試みた。図４に示されるように鋳型１の一部領域Ａ
に粒径０．１〜０．３ｍｍのＮｉ−Ｓｉ系接種剤２を塗
布し、他の領域Ｂには接種剤を塗布せずに、鋳型１に球
状黒鉛鋳鉄溶湯を注湯し、得られたテストピースにおけ
る鋳肌付近の金属組織を調査した。その結果、Ｎｉ−Ｓ
ｉ系接種剤２を塗布した領域Ａに対応する領域ではテス
トピースの表面まで充分に球状化しておりチルの発生が
認められないのに対し、接種剤を塗布しなかった領域Ｂ
に対応する領域はチル化しているのが認められた。また
Ｎｉ−Ｓｉ系接種剤２を塗布した領域Ａに対応する領域
では、得られた鋳鉄における鋳肌付近のチルが解消され
ただけではなく、Ｆｅ−Ｓｉ系接種剤を用いた場合のよ
うなの溶け残りはほとんど認められなかった。

【００２１】なお以上の実施例の接種剤の組成において
Ａｌ、Ｃａは一般的に接種剤にはこれくらい含まれるも
のであり、製造工程で硅砂から入ってくる。これに対し
てＢａは意図的に添加している。

【００２２】実施例３ 図５に示す鋳造方案の鋳型を用いて球状黒鉛鋳鉄溶湯の
鋳造を行った。図５に示す鋳造方案ではｔ１が１ｍｍ厚
のテストピースの鋳型であり、ｔ２が２ｍｍ厚のテスト
ピースの鋳型であり、ｔ３が３ｍｍ厚のテストピースの
鋳型であり、ｔ４が４ｍｍ厚のテストピースの鋳型であ
る。鋳造にあたっては、前記表１に示す組成のＮｉ−Ｓ
ｉ系接種剤を用いて塗型接種を行った。また比較例とし
て、従来のＦｅ−Ｓｉ系接種剤を用いて塗型接種を行っ
て同様に鋳造を行った。さらに別の比較例として接種剤
を用いずに同様に鋳造を行った。得られた各テストピー
スにつき鋳肌からの距離と黒鉛粒数との関係を調査し
た。その結果を図６〜図８に示す。図６〜図８において
○は図５におけるｔ１の鋳型により得られた１ｍｍ厚の
テストピースを用いた調査結果を示し、◇は図５におけ
るｔ２の鋳型により得られた２ｍｍ厚のテストピースを
用いた調査結果を示し、□は図５におけるｔ３の鋳型に
より得られた３ｍｍ厚のテストピースを用いた調査結果
を示し、△は図５におけるｔ４の鋳型により得られた４
ｍｍ厚のテストピースを用いた調査結果を示す。

【００２３】図６に示されるように接種剤を添加せずに
鋳造を行った場合には、鋳肌近傍における黒鉛粒数が極
めて低く、チル化の可能性が認められる。これに対して
図７に示されるようにＦｅ−Ｓｉ系接種剤を用いて塗型
接種を行って鋳造を行った場合には図６に示される接種
剤を添加せずに鋳造を行った場合に比べ、黒鉛粒数が増
加している。しかし、図８に示されるようにＮｉ−Ｓｉ
系接種剤を用いて塗型接種を行った実施例の場合ではＦ
ｅ−Ｓｉ系接種剤を用いて塗型接種を行った図７の実施
例の場合に比べて更に黒鉛粒数が増加しており、格段に
黒鉛粒数が多い。

【００２４】従って以上の図８の実施例及び図６、７の
比較例の結果に示されるように、本発明実施例の接種剤
では球状黒鉛鋳鉄の溶融温度より低温であることにより
接種剤が容易に早く溶け、接種剤が容易に早く溶けない
比較例の場合には接種効果が現れるのに時間がかかるの
に対して短時間で接種効果が現れ、黒鉛粒数が増える。
特に鋳型表面部では球状黒鉛鋳鉄溶湯の温度が低いので
従来のＦｅ−Ｓｉ接種剤では溶け込まないのに対し、本
発明実施例の接種剤であるＮｉ−Ｓｉ合金接種剤では従
来のＦｅ−Ｓｉ等の接種剤に比べて非常に低い温度から
溶け始め、黒鉛粒数が増加することから鋳物表面のチル
化防止については従来のＦｅ−Ｓｉ等の接種剤に比べて
本発明の接種剤例えばＮｉ−Ｓｉ合金の接種剤がはるか
に有利となる。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明の接種剤によれば、
球状黒鉛鋳鉄の製造に用いられ黒鉛化促進元素を含み溶
融温度が球状黒鉛鋳鉄の溶融温度より低温である様にし
たので接種剤が容易に早く溶け、接種剤が容易に早く溶
けない場合には接種効果が現れるのに時間がかかるに対
して短時間で接種効果が現れ、接種剤の溶け残りが少な
い。また本発明の接種剤例えばＮｉ−Ｓｉ合金接種剤で
は従来のＦｅ−Ｓｉ等の接種剤に比べて非常に低い温度
から溶け始め、従って、本発明の球状黒鉛鋳鉄の溶融温
度より低温である接種剤例えばＮｉ−Ｓｉ合金の接種剤
では球状黒鉛鋳鉄溶湯の表面への添加時における黒鉛粒
数が増え、表面のチル化を防止することができる。さら
に本発明では溶融温度が球状黒鉛鋳鉄の溶融温度より低
温である接種剤例えばＮｉ−Ｓｉ合金の接種剤と溶融温
度が球状黒鉛鋳鉄の溶融温度より低温である接種剤例え
ばＦｅ−Ｓｉの接種剤とを混合して接種剤として用いる
のでこの様に両者を混合することによって、安価とする
ことができる。また特にＮｉ−Ｓｉ合金の接種剤とＦｅ
−Ｓｉの接種剤の特性の中間的特性の接種剤を用いる必
要があるときに有効となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例の接種剤を添加して得られた
球状黒鉛鋳鉄鋳物につきＹブロック底からの距離と球状
化率および黒鉛粒数との関係を調査した結果を示す図。

【図２】 本発明の実施例の接種剤を添加して得られた
球状黒鉛鋳鉄鋳物につきＹブロック底からの距離とミク
ロ組織の変化との関係を調査した結果を示す金属組織写
真。

【図３】 同じく本発明の実施例の接種剤を添加して得
られた球状黒鉛鋳鉄鋳物につきＹブロック底からの距離
とミクロ組織の変化との関係を調査した結果を示す金属
組織写真。

【図４】 本発明の実施例の接種剤を用いて塗型接種を
行って得られたテストピース及び比較例のテストピース
における鋳肌付近の金属組織写真。

【図５】 本発明の実施例に用いた鋳造方案の正面図。

【図６】 本発明の実施例に対する比較例のテストピー
スにおける鋳肌からの距離と黒鉛粒数との関係を調査し
た結果を示す図。

【図７】 本発明の実施例に対する他の比較例のテスト
ピースにおける鋳肌からの距離と黒鉛粒数との関係を調
査した結果を示す図。

【図８】 本発明の実施例のテストピースにおける鋳肌
からの距離と黒鉛粒数との関係を調査した結果を示す
図。

【符号の説明】

１・・・鋳型、２・・・Ｎｉ−Ｓｉ系接種剤、Ａ・・・
接種剤添加部、Ｂ・・・接種剤非添加部、ｔ１・・・１
ｍｍ厚テストピース、ｔ２・・・２ｍｍ厚テストピー
ス、ｔ３・・・３ｍｍ厚テストピース、ｔ４・・・４ｍ
ｍ厚テストピース、○・・・ｔ１鋳型により得られた１
ｍｍ厚テストピースを用いた調査結果、◇・・・ｔ２鋳
型により得られた２ｍｍ厚テストピースを用いた調査結
果、□・・・ｔ３鋳型により得られた３ｍｍ厚テストピ
ースを用いた調査結果、△・・・ｔ４鋳型により得られ
た４ｍｍ厚テストピースを用いた調査結果。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 球状黒鉛鋳鉄の製造に用いられ黒鉛化促
   進元素を含み溶融温度が球状黒鉛鋳鉄の溶融温度より低
   温であることを特徴とする接種剤。
2. 【請求項２】 球状黒鉛鋳鉄の製造に用いられ黒鉛化促
   進元素を含み溶融温度が球状黒鉛鋳鉄の溶融温度より低
   温である接種剤と溶融温度が球状黒鉛鋳鉄の溶融温度よ
   り高温である接種剤を混合又は合金化したことを特徴と
   する接種剤。
3. 【請求項３】 球状黒鉛鋳鉄の製造に用いられ黒鉛化促
   進元素を含み主成分がＳｉ及びＮｉであることを特徴と
   する鋳鉄用接種剤。
4. 【請求項４】 球状黒鉛鋳鉄の製造に用いられ黒鉛化促
   進元素を含み主成分がＳｉ及びＮｉであり、３wt%以下
   のＢａを含有することを特徴とする鋳鉄用接種剤。
5. 【請求項５】 球状黒鉛鋳鉄の製造に用いられ黒鉛化促
   進元素を含み主成分がＳｉ及びＮｉである接種剤と主成
   分がＳｉ及びＦｅである接種剤を混合又は合金化したこ
   とを特徴とする接種剤。
6. 【請求項６】 主成分がＳｉ及びＮｉである接種剤と主
   成分がＳｉ及びＦｅである接種剤との混合又は合金化比
   率を１／３〜３／１とする請求項５記載の接種剤。
7. 【請求項７】 主成分がＳｉ及びＮｉである接種剤が３
   wt%以下のＢａを含有する請求項５又は請求項６記載の
   接種剤。