JPH0827537A - 微細球状黒鉛鋳鋼の製造方法 - Google Patents

微細球状黒鉛鋳鋼の製造方法

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JPH0827537A
JPH0827537A JP16232294A JP16232294A JPH0827537A JP H0827537 A JPH0827537 A JP H0827537A JP 16232294 A JP16232294 A JP 16232294A JP 16232294 A JP16232294 A JP 16232294A JP H0827537 A JPH0827537 A JP H0827537A
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JP
Japan
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graphite
cast steel
cooling rate
weight
spheroidal graphite
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JP16232294A
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English (en)
Inventor
Takashi Morikawa
隆 森川
Shinji Shibata
眞志 柴田
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】黒鉛球状化能をもつ高価な元素を用いることな
く、微細な球状黒鉛を均一に析出させる。 【構成】C:1.2〜1.8重量%,Si:2.5〜
4.5重量%,残部Fe及び不可避の不純物からなる黒
鉛鋳鋼の溶湯を金型内にて10〜250℃/秒の冷却速
度で冷却することを特徴とする。急激に冷却することに
よりミクロポロシティなどの欠陥が導入され、それによ
って黒鉛生成サイトが増加すると推定され、黒鉛球状化
能をもつ高価な元素を用いなくても微細な球状黒鉛が均
一に析出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、微細な球状黒鉛が析出
した鋳鋼の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、塑性加工や切削加工などを容
易とするために、鋳物中に球状黒鉛を析出させた黒鉛鋳
鋼が知られている。この球状黒鉛は、短い間隔で多数の
微細な粒子が均一に分布していることが望ましい。これ
により切削時の潤滑性が向上し、切り粉長が短くなるの
で、切削加工性が格段に向上する。
【0003】鋳鋼中に球状黒鉛を析出させるには、従来
より熱処理を行う方法が知られている。しかしこの方法
では、熱処理に長時間要するため生産性が低く、また析
出する黒鉛粒子も粗大で球状とはならないという不具合
があった。そこで黒鉛球状化能をもつ元素(接種材)の
添加が盛んに研究され、Ce,Mg,Ca,Na,K,
Li,Ba,Sr,Znなどが黒鉛球状化能をもつこと
が知られてきた。
【0004】また、例えば特開平5−339675号公
報には、炭素(C)0.45〜1.5重量%,珪素(S
i)1.0〜5.5重量%,REM0.008〜0.2
5重量%,カルシウム(Ca)0.002〜0.020
重量%,ビスマス(Bi)0.0005〜0.0150
重量%,アルミニウム(Al)0.005〜0.080
重量%,残部鉄(Fe)及び不可避の不純物からなる黒
鉛鋳鋼が開示されている。この組成とすれば、微細な球
状黒鉛が多数析出するとともに、鎖状黒鉛の晶出を防止
することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが黒鉛球状化能
をもつ元素を添加することは、他の必要元素の添加量に
制限を与えることとなり、組成設計の自由度が低下する
という問題がある。また上記公報に記載の黒鉛鋳鋼で
は、所望の効果は得られるものの、黒鉛球状化能をもつ
元素としてREMやBiなどを用いているため、原料コ
ストが高価となるという問題がある。
【0006】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、黒鉛球状化能をもつ高価な元素を用いるこ
となく、微細な球状黒鉛を均一に析出させることを目的
とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する第1
の発明の微細球状黒鉛鋳鋼の製造方法は、C:1.2〜
1.8重量%,Si:2.5〜4.5重量%,残部Fe
及び不可避の不純物からなる黒鉛鋳鋼の溶湯を金型内に
て10〜250℃/秒の冷却速度で冷却することを特徴
とする。
【0008】また、さらに好ましい第2の発明の微細球
状黒鉛鋳鋼の製造方法は、C:1.5〜1.8重量%,
Si:3.5〜4.5重量%,残部Fe及び不可避の不
純物からなる黒鉛鋳鋼の溶湯を金型内にて10〜50℃
/秒の冷却速度で冷却することを特徴とする。
【0009】
【作用】本発明は、CとSiの組成を特定範囲とした鋳
鉄溶湯を、金型内にて10〜250℃/秒という大きな
冷却速度で冷却するところに特徴を有する。このように
急激に冷却することによりミクロポロシティなどの欠陥
が導入され、それによって黒鉛生成サイトが増加すると
推定され、微細な球状黒鉛が均一に析出する。
【0010】この冷却速度は、液相と固相の間の最大冷
却速度として規定することができ、黒鉛が析出する温度
領域、つまり凝固開始直後から凝固中及び固相での変態
が生じている温度領域での最大冷却速度で示される。こ
の冷却速度が10℃/秒より小さくなると、充分な黒鉛
化が得られずセメンタイトが生成するため、得られる鋳
鋼の機械的性質が低下する。また、この冷却速度が25
0℃/秒より大きくなると、黒鉛・セメンタイト共に生
成が抑制され、オーステナイトからマルテンサイトが生
成して極めて脆化してしまう。
【0011】CとSiを特定範囲とした理由は以下のと
おりである。Cは黒鉛形成に必要不可欠な元素であり、
1.2重量%未満では黒鉛生成が不十分となり状態図の
Acm線以下でのセメンタイト析出が生じる。また1.
8重量%を超えると、共晶反応でのセメンタイト晶出が
生じる。SiはCの黒鉛化を促進する効果をもち、2.
5重量%未満では充分な黒鉛化効果が得られずセメンタ
イトが生成する。また4.5重量%を超えると、フェラ
イト相の固溶硬化やシリコン化合物の析出により靱性・
延性が低下する。
【0012】なお、C:1.5〜1.8重量%及びS
i:3.5〜4.5重量%とさらに狭い範囲とし、それ
を10〜50℃/秒の冷却速度で冷却すれば、微細な球
状黒鉛を一層安定して析出させることができ、強度・靱
性に一層優れた球状黒鉛鋳鉄を得ることができる。Cが
1.5重量%未満であると析出する黒鉛量が少なく、靭
性の向上が少なくなる。またSiが3.5重量%未満で
あると、マトリクスのパーライトが多くなりすぎて延性
が低目となる。さらに冷却速度が50℃/秒を超えて
も、同様にマトリクスのパーライトが多くなり延性が低
目となりがちである。
【0013】上記のように大きな冷却速度で冷却するの
に最適な方法は、金型内で冷却することである。例えば
金型内に水などの冷却媒体を通しながら冷却すれば、容
易に安定した冷却速度を達成することができる。そし
て、このように型内で冷却することにより、鋳放し状態
で容易に優れた特性をもつ微細球状黒鉛鋳鋼を製造する
ことができる。
【0014】さらに、鋳造時に局部的に冷却速度を変え
ることにより、得られる鋳鋼の球状黒鉛の形状や析出量
に分布を容易にもたせることができる。
【0015】
【実施例】以下、実施例により具体的に説明する。 (実施例1)C:1.24重量%、Si:2.5重量
%、残部Fe及び不可避の不純物である組成の溶湯を用
意した。なお、溶湯の溶解は高周波溶解で行い鋳造直前
にFe−Si合金を接種することで組成を整えた。
【0016】この溶湯を所定形状の金型に注湯し、凝固
開始直後の1300℃から1200℃における冷却速度
が29℃/秒の条件で冷却した。その後の冷却速度は、
金型の表面積と溶湯の量との関係から一義的に決まり、
その冷却速度で室温まで冷却して鋳造を行った。得られ
た鋳造品のインゴットから試験片を切り出し、顕微鏡観
察でその組織とC形態を調べるとともに、硬度(ビッカ
ース硬さ)、引張強さ及び破断伸びを測定して、結果を
表1に示す。 (実施例2〜9・比較例1〜4)CとSiの含有量を表
1のように種々変化させたこと以外は実施例1と同様に
して、それぞれ鋳造を行った。そして実施例1と同様に
その組織とC形態を調べるとともに、硬度(ビッカース
硬さ)、引張強さ及び破断伸びを測定して、結果を表1
に示す。また表1から得られるCとSiの量に対する組
織の関係を図8に、CとSiの量に対する破断伸びの関
係を図9に示す。なお、図8と図9において、「実」は
「実施例」を意味し「比」は「比較例」を意味する。
【0017】なお実施例4、実施例5、実施例6、比較
例2及び比較例4で得られた試験片のナイタルエッチン
グ後の光学顕微鏡写真(400倍)を図1〜5にそれぞ
れ示す。実施例4(図1)では、パーライト地のフェラ
イト中に微細な球状黒鉛が析出している。実施例5(図
2)では、フェライトとパーライト地に微細な球状黒鉛
が析出している。実施例6(図3)では、フェライト地
に微細な球状黒鉛が析出している。
【0018】一方、比較例2(図4)では、Si量が少
ないためセメンタイトが晶出している。また比較例4
(図5)では、C量が多いためセメンタイトが晶出して
いる。
【0019】
【表1】
【0020】(評価)表1及び図1〜9より、実施例で
得られた鋳鋼は全て微細球状黒鉛が析出し、またマトリ
クスはSiの増加につれてパーライトからフェライトに
変化していることがわかる。そしてその結果、実施例で
得られた鋳鋼はいずれも良好な強度・延性を有している
ことが明らかである。
【0021】これに対して比較例1では、C量が少な過
ぎてセメンタイトが析出し、強度・延性が低下してい
る。また比較例2では、Siが少ないため黒鉛化能が低
下してセメンタイトが生成し、やはり強度・延性共に低
い。比較例3ではSiが多過ぎるため、組織的には球状
黒鉛組織となっているものの延性が非常に低い。そして
比較例4ではCが多過ぎるため、セメンタイトが析出し
強度・延性共に低くなっている。 (実施例10〜12・比較例5〜6)次に、実施例5と
同様の組成の溶湯を用い、表2に示すように、鋳型材の
種類を変えることで凝固直前の冷却速度を5〜350℃
/秒の間でそれぞれ選択して、それぞれ鋳造を行った。
冷却速度を大きくするためには銅製の金型を用い、冷却
速度を小さくするためには砂鋳型を用いている。
【0022】得られた鋳造品のインゴットから試験片を
切り出し、顕微鏡観察でその組織とC形態を調べるとと
もに、硬度(ビッカース硬さ)、引張強さ及び破断伸び
を測定して、結果を表2に示す。また冷却速度と破断伸
びの関係を図10に示す。なお、図10において「実」
は「実施例」を意味し、「比」は「比較例」を意味す
る。
【0023】なお比較例5及び比較例6で得られた試験
片のナイタルエッチング後の光学顕微鏡写真(400
倍)を図6〜7にそれぞれ示す。比較例5(図6)で
は、冷却速度が大き過ぎるためにマルテンサイトが生成
している。また比較例6(図7)では、冷却速度が小さ
過ぎるためセメンタイトが析出している。
【0024】
【表2】
【0025】(評価)表2より、冷却速度が10〜24
9℃/秒の範囲では球状黒鉛が析出し、良好な強度と延
性が得られている。これに対し比較例5では、冷却速度
が大きすぎるため黒鉛及びセメンタイトの生成が阻止さ
れてマルテンサイトが生じ、それにより延性が低下して
いる。また比較例6では、冷却速度が小さ過ぎるためセ
メンタイトが生成し、やはり延性が低下している。
【0026】また図10より、良好な延性を示す鋳鋼を
得るのに最適な冷却速度が存在することが明らかであ
る。
【0027】
【発明の効果】すなわち本発明の製造方法によれば、冷
却速度の調整だけで微細球状黒鉛を析出させることがで
きるので、黒鉛球状化能をもつ高価な元素を用いる必要
がなくコストを低減することができる。また熱処理など
も不要であり、金型内で冷却する鋳放し状態で、強度・
靱性に優れた鋳鋼を極めて容易に製造することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例4で得られた鋳鋼の結晶構造を
示す顕微鏡写真である。
【図2】本発明の実施例5で得られた鋳鋼の結晶構造を
示す顕微鏡写真である。
【図3】本発明の実施例6で得られた鋳鋼の結晶構造を
示す顕微鏡写真である。
【図4】本発明の比較例1で得られた鋳鋼の結晶構造を
示す顕微鏡写真である。
【図5】本発明の比較例4で得られた鋳鋼の結晶構造を
示す顕微鏡写真である。
【図6】本発明の比較例5で得られた鋳鋼の結晶構造を
示す顕微鏡写真である。
【図7】本発明の比較例6で得られた鋳鋼の結晶構造を
示す顕微鏡写真である。
【図8】炭素量及び珪素量と得られる鋳鋼の組織との関
係を示す線図である。
【図9】炭素量及び珪素量と破断伸びとの関係を示す線
図である。
【図10】炭素量及び珪素量が一定の場合の冷却速度と
破断伸びとの関係を示す線図である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年7月18日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図1
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【手続補正2】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図2
【補正方法】変更
【補正内容】
【図2】
【手続補正3】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図3
【補正方法】変更
【補正内容】
【図3】
【手続補正4】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図4
【補正方法】変更
【補正内容】
【図4】
【手続補正5】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図5
【補正方法】変更
【補正内容】
【図5】
【手続補正6】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図6
【補正方法】変更
【補正内容】
【図6】
【手続補正7】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図7
【補正方法】変更
【補正内容】
【図7】

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素(C)1.2〜1.8重量%,珪素
    (Si)2.5〜4.5重量%,残部鉄(Fe)及び不
    可避の不純物からなる黒鉛鋳鋼の溶湯を金型内にて10
    〜250℃/秒の冷却速度で冷却することを特徴とする
    微細球状黒鉛鋳鋼の製造方法。
  2. 【請求項2】 炭素(C)1.5〜1.8重量%,珪素
    (Si)3.5〜4.5重量%,残部鉄(Fe)及び不
    可避の不純物からなる黒鉛鋳鋼の溶湯を金型内にて10
    〜50℃/秒の冷却速度で冷却することを特徴とする微
    細球状黒鉛鋳鋼の製造方法。
JP16232294A 1994-07-14 1994-07-14 微細球状黒鉛鋳鋼の製造方法 Pending JPH0827537A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210073208A (ko) * 2019-12-10 2021-06-18 주식회사 진흥주물 고강도 및 고인성을 갖는 페라이트계 주철합금

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KR20210073208A (ko) * 2019-12-10 2021-06-18 주식회사 진흥주물 고강도 및 고인성을 갖는 페라이트계 주철합금

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