JPH09157784A - 黒鉛鋳鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 黒鉛鋳鋼の切削性と延性を高める。 【構成】 Ｃ：０．４５〜１．５％と、Ｓｉ：１．０〜
５．５％と、Ｍｇ：０．０１〜０．１０％、Ｃａ：０．
００２〜０．０２％及びＲＥＭ：０．００８〜０．２５
％の１種又は２種以上とを含有し、残部Ｆｅ及び不可避
的不純物からなる黒鉛鋳鋼を、鋳造時に共析変態温度±
３０℃の温度領域を平均冷却速度０．１５℃／Ｓ以下で
制御冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被削性好ましくは被削
性と延性の両方に優れた黒鉛鋳鋼の製造方法に関し、詳
しくは、鋳造時の冷却過程における共析変態温度±３０
℃の温度領域を平均冷却速度０．１５℃／Ｓ以下にて冷
却されるように制御して、鋳造時の基地組織を体積割合
で８０％以上のフェライトとすることによって、黒鉛鋳
鋼の被削性と延性を向上させたものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、Ｃ：０．４５〜１．５％、Ｓ
ｉ：１．０〜５．５％と残部Ｆｅからなる過共析綱にお
いて、切削加工を容易とするために内部に球状黒鉛を析
出させた黒鉛鋳鋼が知られている。内部に黒鉛を析出さ
せるには、黒鉛化熱処理もしくは溶製時にＣａ、Ｍｇ等
の接種処理を行うことにより可能である。

【０００３】切削性を向上するには、切削時の潤滑性を
向上すると共に切り粉の長さを短くする必要があり、短
い間隔で多数の微細な球状黒鉛が均一に分布しているこ
とが望ましいが、上記の黒鉛化熱処理を行った場合は、
析出した黒鉛が粗大化し形状が球状とならないため、ま
た、一方、溶製時にＣａ、Ｍｇ等の接種処理を行った場
合は、球状黒鉛の分布が均一でなく、しかも析出した黒
鉛の粒径が大きいことから、充分に満足のいく被削性が
得られていない。

【０００４】上述の問題を解決すべく、特開昭６３−１
０３０４９号には、溶製時に原子番号５７のＬａから原
子番号７１のＬｕまでの希土類元素（ＲＥＭ）を添加す
ることにより鋳造のままで微細な球状黒鉛を高密度且つ
均一に分布させ、さらに被削性を向上させようとするこ
とが開示されている。また、特開昭６３−１７９０４９
号には、この黒鉛鋳鋼の製品を数多く製造してきた過程
で、しばしば製品毎に、あるいは製品の部位ごとに特性
がばらつくことから、ＲＥＭの効果を安定化するため
に、ＲＥＭの添加に先立ってＡｌ及び（または）Ｔｉを
添加することにより、ＲＥＭ量が変化しても諸特性のば
らつきの小さい鋳鋼品が得られることが開示されてい
る。

【０００５】しかしながら、本発明者らは上記技術にお
ける黒鉛鋳鋼においても、鋳造時の冷却速度の大きい薄
肉部分では、硬いパーライトの基地組織の体積割合が大
きいために、いまだ満足できる被削性が得られず、ま
た、特に伸びが要求される、例えば、自動車の足廻り部
品（ナックル、ブレーキ等）を製造した場合も所望の性
能が得られないことがわかった。その後鋭意研究を行
い、黒鉛鋳鋼を被削性及び伸びの要求される製品へ適用
するためには、基地組織中のフェライトの体積割合を８
０％以上にする必要があることを発見した。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来の技
術を鑑み、本発明が解決しようとする課題は、従来の黒
鉛鋳鋼では達成できないような被削性、特に被削性及び
伸びの両方が要求される製品への適用を、基地組織中の
フェライトの体積割合を８０％以上とすることにより被
削性、好ましくは被削性及び延性の両方をより一層の向
上を図り可能とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の課題は、重量比率
で、Ｃ：０．４５〜１．５％と、Ｓｉ：１．０〜５．５
％と、Ｍｇ：０．０１〜０．１０％、Ｃａ：０．００２
〜０．０２％、ＲＥＭ：（希土類元素）：０．００８〜
０．２５％の１種又は２種以上とを含有し、残部Ｆｅ及
び不可避的不純物からなる黒鉛鋳鋼の切削部における組
織を基地に対する体積比率で８０％以上のフェライトと
して、被削性をより一層向上するべく、前記切削部とな
る部分の黒鉛鋳鋼を共析変態温度±３０℃の温度領域を
平均冷却速度０．１５℃／Ｓ以下で制御冷却することを
特徴とする黒鉛鋳鋼の製造方法を提供することにより解
決される。さらに、被削性及び延性をより一層改良する
ためには、重量比率で、Ｃ：０．４５〜１．５％と、Ｓ
ｉ：１．０〜５．５％と、Ｍｇ：０．０１〜０．１０
％、Ｃａ：０．００２〜０．０２％、ＲＥＭ：０．００
８〜０．２５％の１種又は２種以上とを含有し、残部Ｆ
ｅ及び不可避的不純物からなる黒鉛鋳鋼の実質的全体に
対する組織を基地に対する体積比率で８０％以上のフェ
ライトとするべく、黒鉛鋳鋼の実質的に全体を共析変態
温度±３０℃の温度領域を平均冷却速度０．１５℃／Ｓ
以下で制御冷却する方法が提供される。

【０００８】

【作用】以下に本発明の作用について説明する。本発明
は、黒鉛鋳鋼の鋳造時の冷却過程における冷却速度を制
御することにより、基地組織を体積比率で８０％以上の
フェライトとして黒鉛化によるよりも被削性及び延性の
より一層の向上を図るものである。

【０００９】Ｃ：０．４５％〜１．５％：Ｃは黒鉛生成
に不可欠な元素であり、０．４５％未満では、後に述べ
るＳｉ量との関係から黒鉛の析出が得られず、被削性向
上の効果が得られない。また、１．５％を越えると、黒
鉛の体積割合が多くなり、また粗大となるために強度が
低下する。

【００１０】Ｓｉ：１．０％〜５．５％：Ｓｉは、黒鉛
の生成の促進、溶湯の流動性の向上のために添加される
が、１．０％未満ではこれらの効果が極めて小さく、黒
鉛の生成が困難でありまた溶湯の流動性が著しく劣る。
また、５．５％を越えると、鋳物の硬度が増大して著し
く脆化させることから被削性及び延性が劣る。

【００１１】Ｍｇは黒鉛生成を促進させるために溶解終
了後、取り鍋にて添加されるが、０．０１％未満では黒
鉛の生成がほとんど無く、また０．１％を超えると黒鉛
の形状が粗大となり、その分散形態も不均一となり、切
削性、強度、のびが著しく劣る。ＣａはＭｇ及びＲＥＭ
の黒鉛の生成促進の効果を助けるが、０．００２％未満
ではその効果が見られず、また０．０２％を超えて添加
しても効果が飽和して黒鉛の生成量に影響を与えない。
ＲＥＭは黒鉛の生成を促進させるために溶解終了後、取
り鍋にて添加されるが、０．００８％未満では黒鉛の生
成はほとんどなく、また０．２５％を超えると黒鉛の分
散形態が不均一となり、また鎖状黒鉛を生成し、切削
性、強度、伸びが著しく劣る。

【００１２】次に、冷却過程における共析変態温度±３
０℃の温度領域の平均冷却速度は、０．１５℃／Ｓ
（秒）より大きいと、黒鉛の生成量が少なくなると共に
パーライトの生成が促進されフェライトの基地（すなわ
ち黒鉛を除いた組織）組織中の体積割合が８０％未満と
なるために０．１５℃／Ｓ以下とした。なお、共析変態
温度とは、オーステナイトが黒鉛とフェライト及び（ま
たは）パーライトに変態する温度であり、合金成分及び
冷却速度によって異なるが７８０℃〜７２０℃の範囲に
ある。

【００１３】鋳造時の冷却過程における共析変態温度±
３０℃の温度領域の平均冷却速度を０．１５℃／Ｓ以下
に制御する目的は鋳鋼の基地組織におけるフェライト量
を多くして切削性を向上することにあるので、切削予定
面を製品毎に確定しそしてその部位における鋳型の厚み
を調節する。厚みの大小がある鋳鋼製品については冷却
速度が早い薄肉部について鋳型の厚みが０．１５℃／Ｓ
以下になるように設定し、厚肉部についてはこの厚み又
はそれ以上の鋳型厚とする。次にドリル孔を開けその他
の部位では鋳肌のまま使用する鋳鋼製品については、ド
リルが当る表面の冷却速度が０．１５℃／Ｓ以下になる
ように鋳型厚みを設定すると、ドリル先端では当然に
０．１５℃／Ｓ以下の冷却速度となる。さらに鋳鋼の実
質的全体の冷却速度を０．１５℃／Ｓ以下とすると伸び
が高くなることは以上の説明から明らかであろう。

【００１４】

【実施例】以下に、添付図面に基づいて、本発明の実施
例について説明する。まず、図１（表１）に示されるよ
うに、それぞれ異なる合金成分からなる組成の鋳鋼を５
０ｋｇ高周波溶解炉にて溶製し、ついで、所定の温度に
加熱したベータセット鋳型に鋳込んだ。このうち、Ｎ
ｏ．１〜１２が本発明に対する比較鋼であり、Ａ〜Ｄが
本発明鋼である。なお、ＲＥＭとしてはミッシュメタル
を使用した。

【００１５】鋳型は、図２に模式的に示すように５、１
０、２０、３０、４０ｍｍの肉厚の異なる部位を有する
階段状試験片が得られるもので、それぞれの部位にて鋳
造時の冷却曲線が測定できるように、中央部分に熱電対
を挿入してあるものと、ＪＩＳ４号引張試験片及び切削
試験片（幅５０ｍｍ、長２００ｍｍ、高１２ｍｍ）を直
接に採取できるものであり、これらに連続して鋳込ん
だ。

【００１６】そして、得られた階段状試験片について、
それぞれの肉厚において冷却曲線からえられた共析変態
温度±３０℃の温度領域の平均冷却速度（℃／Ｓ）と画
像解析装置により測定した基地組織中のフェライトの体
積割合を図３（表２）に示す。表２からは、階段状試験
片の肉厚の減少にともなって共析変態領域の平均冷却速
度が大きくなる一方、基地組織中のフェライトの体積割
合が小さくなっていることが、表１との対比から明らか
になる。このように、本発明鋼Ａ〜Ｄにおいては２３０
℃以上に加熱した鋳型を用いることにより薄肉部分の肉
厚５ｍｍの部分でも共析変態温度±３０℃の温度領域の
平均冷却速度が０．１５℃／Ｓ以下に制御されており基
地組織中のフェライトの体積割合が８０％以上となって
いる。

【００１７】また、図４（表３）に引張り試験及び切削
性評価試験を行った結果について示す。フェライトの体
積割合は、引張試験片の中央部にて測定したものであ
る。また、切削性評価試験は、切削試験片の健全部にお
いて、ドリル寿命試験（深さ１０ｍｍ、送り；７５ｍｍ
／ｍｉｎ）にて、ドリル寿命と切削速度との関係を求め
て、比較鋼Ｎｏ．１のドリル寿命が１０００ｍｍとなる
切削速度を基準（１００）として、それに対する他のＮ
ｏ．２〜１２及びＮｏ．Ａ〜Ｄのドリル寿命が１０００
ｍｍとなる切削速度の比を、切削能率とした。

【００１８】表３からは、比較鋼Ｎｏ．１〜１２に比べ
て、本発明鋼Ａ〜Ｄにあっては、基地組織中のフェライ
トの体積割合が８０％以上となっているとともに、伸び
と切削能率が著しく向上されていることがわかる。

【００１９】また、上述の表３に示した基地組織中のフ
ェライトの体積割合と伸び及び切削能率の関係を図５に
示す。基地組織中のフェライトの体積割合の増加にとも
なって伸び及び切削能率が高くなっているが８０％を越
えると、双方ともにほぼ一定となり、基地組織中のフェ
ライトの体積割合が８０％以上で十分に延性及び被削性
が向上できることがわかる。フェライトの体積割合が１
００％の鋳鋼では組織全体が黒鉛とフェライトのみから
構成された。

【００２０】以上の実施例ではベータセット鋳型を用い
て具体的に記述したが、本発明は、鋳型の種類に何等の
制約を受けるものではなく、例えば、ＣＯ₂ 鋳型では、
４００℃以上の加熱により階段状試験片の肉厚５ｍｍの
部位にて共析変態領域の平均冷却速度が０．１５℃／Ｓ
以下となり基地組織中のフェライトの体積割合８０％以
上を得ることが可能となる。

【００２１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係る黒鉛
鋳鋼の製造方法は、黒鉛鋳鋼を鋳造時の冷却過程におけ
る共析変態領域の平均冷却速度を０．１５℃／Ｓ以下に
制御して、基地組織を８０％以上のフェライトとするこ
とにより鋳造のままで被削性及び延性のより一層の向上
を図ることが達成でき、換言すれば、従来の黒鉛鋳鋼で
は困難であった被削性及び伸びの要求される製品への適
用を可能にするものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例及び比較例の合金成分、共析温度及び
ベータセット鋳型温度を示す図表（表１）である。な
お、表中共析温度は階段状試験片肉厚２０ｍｍ部位のも
のである。

【図２】 階段状試験片を得る鋳型の模式図である。

【図３】 実施例及び比較例の肉厚ごとの冷却速度を示
す図表（表２）である。

【図４】 実施例及び比較例の引張試験及び切削性評価
試験結果を示す図表（表３）である。

【図５】 表３に基づき基地組織中のフェライトの体積
割合と伸び及び切削能率の関係を示したグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量比率で、Ｃ：０．４５〜１．５％
   と、Ｓｉ：１．０〜５．５％と、Ｍｇ：０．０１〜０．
   １０％、Ｃａ：０．００２〜０．０２％、及びＲＥＭ：
   ０．００８〜０．２５％の１種又は２種以上とを含有
   し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる黒鉛鋳鋼の切
   削予定部位を、鋳造時に共析変態温度±３０℃の温度領
   域を平均冷却速度０．１５℃／Ｓ以下で制御冷却して、
   鋳鋼製品の切削部における組織を基地に対する体積割合
   で８０％以上のフェライトとしたことを特徴とする黒鉛
   鋳鋼の製造方法。
2. 【請求項２】 重量比率で、Ｃ：０．４５〜１．５％
   と、Ｓｉ：１．０〜５．５％と、Ｍｇ：０．０１〜０．
   １０％、Ｃａ：０．００２〜０．０２％、及びＲＥＭ：
   ０．００８〜０．２５％の１種又は２種以上とを含有
   し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる黒鉛鋳鋼の実
   質的に全体を、鋳造時に共析変態温度±３０℃の温度領
   域を平均冷却速度０．１５℃／Ｓ以下で制御冷却して、
   鋳鋼製品の実質的全体の組織を基地に対する体積割合で
   ８０％以上のフェライトとしたことを特徴とする黒鉛鋳
   鋼の製造方法。