JPS5910989B2 - 快削性含クロム鋳鉄 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、耐食性機器例えば海水ポンプ等に好適な耐
海水性に優れた快削性含クロム鋳鉄に関するものである
。

従来力・ら、含クロム鋳鉄は、耐熱用、耐摩耗用、耐食
用鋳鉄として広く用いらわており、クロムにより、鋳鉄
の耐熱性、耐摩耗性、耐食性が向上することは、＝般に
よく知られている。

しかしながら、その一方で、鋳鉄中のクロムには、鋳造
凝固の際に、鋳鉄の白銑化（チル発生）傾向を強め、ク
ロム炭化物を生成し、その硬度および脆性を増し、かつ
加工性を劣化させるという好ましくない性質がある。

また、クロムは、黒鉛Ｑ球状化を妨げないから、球状黒
鉛にクロムを含有させると、普通鋳鉄と同様、その耐熱
性、耐摩耗性、耐食性等を向上させる効果がある。

しかし、球状黒鉛鋳鉄は、黒鉛球状化処理による逆チル
性が強い性状の溶湯であり、し力・も、凝固過程で過冷
現象を伴うため、普通鋳鉄に比し白銑化（チル発生）傾
向が大きい。

したがって、クロムを含有する球状黒鉛鋳鉄の場合は、
クロムにより、鋳鉄の白銑化（チル発生）作用が極めて
敏感になり、クロム炭化物の生成が増大し、硬度および
脆性を著しく高め、かつ、鋳鉄の切削性を悪化させる問
題がある。

上記したように、鋳鉄にクロムを含有させると、普通鋳
鉄では得られない優ｔた特性をもたらすが、一方、白銑
化（チル発生）作用が敏感で、硬度および脆性を著しく
高め、かつ切削性が悪化するため、肉厚や形状的に制約
の多い耐食性機器たとえば海水ポンプ用部品等に対して
は、耐海水性能が優れていながら、その適用を困難にし
ていた。

本発明者等は、先に含クロム鋳鉄の溶湯全、龜−碌系球
状化剤と、Ｓｉ−■＝Ｚｒ系接種剤で処理して炭化物の
生成を抑制し、良好な組織を形成する海水ポンフ゜用球
清黒鉛クロム鋳鉄を提案（特開昭５０−１３６２１８号
公報）した。

この海水ポンプ用球状黒鉛クロム鋳鉄によれば、上記の
問題全力・なり解消することができた。

しかし、一般にクロムを含有させると、クロム炭化物の
生成が極めて鋭敏になる結果、クロム炭化物の生成が抑
制された良好な組織を有する含クロム球状黒鉛鋳鉄を安
定して得ることは、力・なり困難となる。

このため、特に、クロム炭化物の析出増加によって、鋳
鉄が高硬度となり、切削性が著しく悪化する問題を解決
するまでには至らなかった。

この発明は、上述のような観点から、前述した従来の球
状黒鉛クロム鋳鉄と比べ、耐海水性能は同等で、しかも
、クロム炭化物の生成が抑制さｎ、かつ、優ｎた切削性
を有する快削性含クロム鋳鉄を提供するもので、Ｃ ：
２．８〜４．０％、Ｓｉ：２．５〜４．５％、Ｍｎ
： ０． １〜１．０％、Ｃｒ ： ０．７ 〜３．０
係、Ｔｉ ： ０．０３ 〜１．０％、Ｆ”ｅおよび不
可避不純物：残り、（以上重量％）からなる成分組成を
有し、球状黒鉛と、球状の変形した変形状黒鉛とが含ま
れていることに特徴を有するものである。

なお、変形状黒鉛としては、準片状黒鉛でもよい。

次に、この発明の快削性含クロム鋳鉄の成分組成範囲全
、上記のように限定した理由について説明する。

け） ＣおよびＳｉ 一般に鋳鉄の組織は、ＣおよびＳｉ量量的組合せによっ
て変化する。

この発明鋳鉄におけるＣとＳｉとの最適バランスは、炭
素当量 （Ｃ＋ＩＡＳｉ ）が４．３〜４．９の司にあり、この
点から、Ｃの含有量全２．８〜４．０重量係、Ｓｉの含
有量を２．５〜４．５重量係とした。

即ち、Ｃの含有量が４．０重量％を越えると、キツシュ
状の粗大黒鉛の晶出が増加して強度が低下する。

一方、Ｃの含有量が２．８重量％未満では、準安定系に
よる凝固を行ないやすく、白銑が生成して低強度で脆性
を増し、切削性が悪化する。

また、Ｓｉの含有量が２，５重量係未満では、黒鉛化作
用が不十分になり、脆性を増す白銑が生成し、鋳造性を
悪化させる。

一方、Ｓｉの含有量が４．５重量％を超えると、Ｓｉを
含むシリコンフエライトが生成し、高硬度となって脆性
が生ずる。

（２） Ｍｎ Ｍｎは、鋳鉄中のＳの悪影響全中和する作用全有するも
のであり、この発明鋳鉄においては、有効な胤含有量全
、０．１〜１．０重量係に定めた。

即ち、Ｍｎ含有量がｏ． ｉ重量チ未満では、Ｓの悪影
響を緩和する効果がなく、一方、Ｍｎ含有量が１．０重
量％を超えると、炭化物（Ｍｎ３Ｃ）の生成が増し、白
銑化作用が増大して、切削性の低下を招く。

（３） Ｃｒ Ｃｒは、鋳鉄に、耐熱性、耐摩耗性、耐食性を与える有
効成分であるが、一方、鋳鉄中に含有されるＣｒは、強
力に黒鉛生成を妨げ、セメンタイトを安定化して白銑化
傾向を強める。

そこで、この発明鋳鉄においては、有効なＣｒ含有量を
、０．７〜３．０重量係に定めた。

即ち、Ｃｒ含有量が０．７重量係未満では、耐熱性、耐
摩耗性、耐食性が低下し、Ｃｒｋ含有させた効果が得ら
れない。

一方、Ｃｒ含有量が３．０重量％を超えると、白銑化傾
向および（Ｆｅ，Ｃｒ）３Ｃあるいは、ＣＦｅｓＣｒ）
３Ｃと（ Ｃｒ ｓＦ’ｅ ） ７ Ｃ３の複合型等の
クロム炭化物の生成が極めて強くなり、硬度が急激に高
くなる結果、機械加工による切削性が著しく悪化する。

（４）Ｔｉ この発明鋳鉄において、Ｔｉは、Ｃｒの強力な炭化物の
生成および白銑化（チル発生）作用を抑制し、かつ切削
性に優れた素地組織を形成せしめ、同時に、Ｃｒ含有に
よってもたらされる優れた特性を保持する健全な組織を
形成させるための重要な成分であり、その有効な含有量
を、０．０３〜１．０重量％に定めた。

即ち、Ｔｉの含有量が０．０３重量％未満では、上記し
たクロム炭化物の生成およびチル化作用を抑制する効果
がなく，一方、Ｔｉ含有量が１．０重量％を超えると、
鋳鉄溶湯の流動性が低下し、かっ溶湯中に懸濁するＴｉ
化合物の量を増して、鋳鉄の凝固過程で偏析しやすくな
り、鋳物に鋳造欠陥が発生する。

本発明鋳鉄は、上述した如く、Ｔｉの含有によってＣｒ
によるクロム炭化物の生成および白銑化作用全抑制する
ことが可能となり、良好な組織が安定して得られる結果
、硬度も適度に低くなり、より良い切削性が確保さ扛、
かつ、靭性（たわみ）も向上して、優れた材料特性をも
つ快削性含クロム鋳鉄が得らｎるのである。

さらに、本発明鋳鉄においては、上記したＴｉの含有に
より、球状化処理に際し、Ｔｉの黒鉛化および黒鉛微細
化の作用と、球状化剤ノ黒鉛球状化作用との相乗作用に
よって、黒鉛の形成および晶出に優ｎた効果が発揮さ扛
、従来にない極めて好ましい黒鉛組織が得らｎた。

即ち、本発明鋳鉄は、Ｔｉと黒鉛球状化剤との相乗効果
により、凝固時の冷却が速い部分では、小さく好ましい
球状黒鉛がほぼ均一に晶出し、一方、凝固時の冷却が遅
い部分では、通常の球状黒鉛の大きさで、その形状が適
度に〈ずｎた塊状黒鉛、あるいは芋虫状黒鉛等の球状の
変形した変形状黒鉛あるいは準片状黒鉛が形成される。

従って、本発明鋳鉄によれば、通常の完全球状黒鉛鋳鉄
よりも凝固の際における［ひけ相が緩和され、製品に必
要な押湯が小さくてすみ製品歩留が向上する特色がある
。

次に、本発明鋳鉄を、実施例により、本発明鋳申＊鉄の
成分組成範囲外の組成をもった鋳鉄と比較しながら、顕
微鏡写真、機械的性質の試験結果と共に説明する。

実施例 １ 第１表に示す成分組成の本発明鋳鉄Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄと、
比較鋳鉄Ａとを溶製した。

本発明鋳鉄の溶製に当っては、原材料として、鋳物銑、
鋼屑、およびフエロアロイ等を誘導電気炉へ装入し、最
高１５００℃に加熱溶解した鋳鉄溶湯を、処理用取鍋；
へ出湯し、１４５０℃でＣ ａ − Ｍｇ系球状化剤
と、チタン合金とを複合添加処理後、Ｆｅ−Ｓｉ系接種
剤で接種処理を施し、これｋ１３８０℃で炭酸ガス鋳型
へ鋳込むことにより鋳造し九 第１図には本発明鋳鉄Ａ、第２図には本発明鋳鉄Ｂ、第
３図には本発明鋳鉄Ｃ、第４図には本発明鋳鉄Ｄの組織
が、そして、第５図には比較鋳鉄Ａ（Ｔｉ’ｋ含有しな
い球状黒鉛クロム鋳鉄）の組織が夫々１００倍の倍率に
よる顕微鏡写真により示さｔている。

上記第１〜第４図の本発明鋳鉄と、第５図の比較鋳鉄と
を比べて明らから如く、Ｔｉを含有する本発明鋳鉄Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄは、Ｃｒ含有量が増加しても炭化物の生成す
る割合が少なく、クロム炭化物の析出量は、何れも同等
ないしはＣｒ含有量の多いものも、Ｃｒ含有量の少ない
もの以下である。

これより、Ｔｒの含有によって、Ｃｒによる炭化物の析
出は減少さｎ、その結果、加工性に優れた素地組織の得
られろことが確めらｎた。

実Ｍり ２ 第２表に示す成分組成の本発明鋳鉄Ｅと、比較鋳鉄Ｂと
を溶製した。

本発明鋳鉄の溶製に当って： は、原材料として、鋳物
銑、鋼屑、およびフエロアロイ等を誘導電気炉へ装入し
、１５００℃に加熱溶解した、Ｃ３．５３重量係、Ｓｉ
２．３６重量係、Ｍｎ０．４７重量係、Ｃｒｌ．０８重
量係、Ｐ０．０５２重量係、ＳＯ．０１５重量係からな
る化学組成の溶湯廓理用取鍋へ出湯し、１４５０℃でＣ
ａ − Ｍｇ系球状化剤とＭｇ−Ｔｉ −Ｓｉ系球状
化剤とを複合添加処理後、Ｔｅ−Ｓｉ系接種剤で接種処
理し、これを１３８０℃で炭酸ガス鋳型（■２鋳型）へ
鋳込むことにより鋳造した。

なお、比較鋳鉄Ｂは、一般におこな； われている黒鉛
球状化処理方法で処理した、Ｔｉの含有されていない球
状黒鉛クロム鋳鉄である。

第６図および第７図には、上記した本発明鋳鉄Ｅと比較
鋳鉄Ｂの各試料（ＪＩＳＺ ２２０３金属材料抗析試
験片Ｃ号）についてその顕微鏡写真（倍率１００倍）が
、何れも鋳鉄外周部の組織につき示されている。

第６図と第Ｔ図を比較すると、クロム炭化物の析出量に
顕著な差が見られ、第６図の本発明鋳鉄Ｅの方がクロム
炭化物の生成がはるかに少ないことを示している。

すなわち、含クロム鋳鉄を球状化処理した場合、一般に
おこなわｎてぃる黒鉛球状化処理方法で処理した比較鋳
鉄Ｂは、第７図に示される如く、クロム炭化物の生成が
著しく、きわめて白銑化頑向の強いことがわかる。

こ扛に対して、同じ溶湯でＴｉと球状化剤とを複合添加
処理した本発明鋳鉄Ｅは、クロム炭化物の生成が大幅に
減少しており、Ｔｉはクロム炭化物の生成を→玲抑制す
る作用に優れていることを示している。

実施例 ３ 第３表に示す成分組成の本発明鋳鉄Ｆと、比較鋳鉄Ｃ，
Ｄ，Ｅｋ溶製し九本発明鋳鉄Ｆの溶製に当っては、前記
と同じ原材料を用い、Ｃ：３．４９重量％，Ｓｉ ：
２．３２重量係、Ｍｎ ： ０．４６重量係、Ｃｒ：１
．０１重量係、Ｐ ：０．０５０重量係、Ｓ二０．０１
３重量係からなる化学成分組成の鋳鉄溶湯を、１４５０
℃でＣ ａ − Ｍｇ系球状化剤と、Ｍｇ − Ｔ ｉ
一Ｓｉ系球状化剤を複合添加処理後、Ｆｅ−Ｓｉ系接種
剤で接種処理を施して鋳造した。

また、比較鋳鉄Ｃは、上記した化学成分組成の溶湯一に
、Ｃａ−Ｍｇ系球状化剤を添加して球状化処理後、Ｆｅ
−Ｓｉ系接種剤で接種処理したいわゆる一般に行なわｎ
ている黒鉛球状化処理方法で鋳造した球状黒鉛クロム鋳
鉄である。

第８図および第９図には、上記した本発明鋳鉄Ｆと比較
鋳鉄Ｃの顕微鏡写真（倍率１００倍）が示さｎている。

何れもイは鋳鉄外周部を、口は鋳鉄内部の組織る示して
いる。

本発明鋳鉄Ｆｌｒｉ．、第８図イに示す如く、緻密なパ
ーライト素地中に、少量の微細な炭化物がほぼ均一に存
在しており、また第８図口に示す如く、鋳物内部の二部
の黒鉛周囲には、フエライトかわず力・に析出している
ことがわかる。

一方、比較鋳鉄ＣＵ、第９図イに示す如く、素地は緻密
なパーライト中に方向性のある針状のクロム炭化物が多
量に析出しており、また第９図口に示す如く、鋳物内部
では、粗大なクロム炭化物の析出も見られる。

上述した第８図と第９図との比較から明らかなように、
ＴｉＴｈ含有する本発明鋳鉄Ｆは、炭化物の生成が極め
て少なく、健全な素地組織を形成し、優れた切削性を有
しているのに対して、Ｔｉを含まない比較鋳鉄Ｃは、高
硬度で脆性を呈するクロム炭化物の生成が著しく、鋳鉄
の切削性を悪化する好ましくない素地組織であることを
示している。

さらに、その黒鉛組織と鋳造性の点で比較すると、比較
鋳鉄Ｃより本発明鋳鉄Ｆの方が好ましい結ｆｆｉを示し
ていることが明らかである。

即ち、比較鋳鉄Ｃは、一般球状黒鉛クロム鋳鉄で、黒鉛
は鋳物外周部（第９図イ参照）および鋳物内部（第９図
口参照）ともに良好な球状黒鉛が形成さｎてはいろが、
クロム炭化物の析出も多い。

一般的にこのような組織の鋳鉄は、凝固の際における「
ひけ性」が非常に強いので、ひけ巣が発生しやすく、こ
のため、製品には大きな押湯が必要となダ製品歩留が低
い。

こｎに対して、本発明鋳鉄Ｆは、鋳物外周部において、
第８図イに示す如く、その大きさが小さく好ましい球状
黒鉛が形成され、また鋳物内部に＊＊おいては、第８図
口に示す如く、少量の球状黒鉛と、球状黒鉛が適度に〈
ずｎた塊状黒鉛および芋虫状黒鉛が形成３ｎており、ク
ロム炭化物の析出が少ない。

土記した如く、球状黒鉛の形状が鋳物内部において塊状
あるいは芋虫状に変化することと、クロム炭化物の析出
が少ないこととにより、凝固の際における「ひけ性」が
緩和ざ扛ろので、ひけ巣の発生が少なく、したがって製
品の押湯は小さくてすみ、製品歩留が向上する利点があ
る。

第４図には、実施例２および３で述べた本発明鋳鉄Ｅ，
Ｆと、比較鋳鉄Ｂ，Ｃの機械的特性が示されている。

第４表から明ら力・な工うに、Ｔｉを含有する本発明鋳
鉄Ｅお工びＦは、＝般球状黒鉛クロム鋳鉄の比較鋳鉄Ｂ
お工びＣに比較して、抗張力が僅力・に低くなるか、た
わみ量は約１．５倍に増加する。

また硬度によって鋳鉄材質全判定する比較硬さ（ＲＨ）
は、本発明鋳鉄Ｅ，Ｆは、何れも１以下であり、比較鋳
鉄Ｂ，Ｃ工りも切削性が良く、靭性も大で、優ｎた材料
特性を備えていることを示している。

第１０図イ，口には、本発明鋳鉄Ｆのチルブロック先端
薄肉部（参考写真１参照）の組織が、また、第１１図イ
，口には、比較鋳鉄Ｃのチルブロック先端薄肉部（参考
写真２参照）の組織が、そｎぞｎイにおいては倍率ｌＯ
Ｏ倍の、丑だ口においては倍率４００倍の顕微鏡写真に
より示さｔている。

比較鋳鉄Ｃのチルブロック先端薄肉部は、第１１図イ，
口に示す如く、過冷による方向性の強い針状のクロム炭
化物とパーライトとからなる素地で、黒鉛の晶出が抑制
さｎたまだら組織となっている。

このように肉厚がある限度以下の薄肉になると凝固時に
過冷されるため、黒鉛の晶出が妨げられ、炭化物の析出
が増して白銑化（チル発（ロ）することか定性的に知ら
れている。

これに対して本発明鋳鉄Ｆのチルブロック先端薄肉部は
、比較鋳鉄Ｃと同様に過冷されているにもかかわらず、
第１０図イ，口に示す如く、小さく好ましい球状黒鉛が
晶出し、クロム炭化物の析出は大幅に減少して、そのほ
とんどが無方向性でパーライト素地中にほぼ均一に存在
している。

この結果力・ら、Ｔｉを含有する本発明鋳鉄Ｆの場合、
Ｔｉは、とくに凝固時の過冷にともなうチル先端部にお
いてクロム炭化物の生成全抑制する作用がきわめて穣れ
ており、力・つ、パーライト形成金促進し、球状黒鉛の
晶出も助長して健全な組織を形成することが確認さｎた
。

第１２図には、実施例３に示した各鋳鉄チルブロックの
先端薄肉部から厚肉部までの中心線上におけるロックウ
エル硬度ＨＲＣｆｌｌｆ結果が示さｎていろ。

図面において、黒丸印プロットは、Ｔｉを含有させた本
発明鋳鉄Ｆ（参考写真１参照）を、白丸印プロットハ、
＝般球状黒鉛クロム鋳鉄の比較鋳鉄Ｃ（参考写真２参照
）とそれぞれ図示したものである。

なお、硬度による鋳鉄切削性の判定は、一般的に、ブリ
ネル硬度で、ＨＢ３００以上に硬くなると切削が困難に
なりやすいとされていることから、鋳鉄切削性の判定基
準硬度として、ＨＢ３０（ｌロックウェル硬度に換算し
たＨＲＣ＝３２を図中に線ａにより明示した。

Ｔｉ含有の本発明鋳鉄Ｆは、全体にＨＲＣ３２エリ低い
硬度を示し、切削性に優ｎていることが明ら力・である
。

さらに、本発明鋳鉄Ｆは比絞鋳鉄Ｃに比較して、チル先
端薄肉部と厚肉部の硬度差が小さ＜Ｔｉは肉厚感受性対
策にも有効であることを示していろ。

すなわち、本発明鋳鉄Ｆは、そのチル先端薄肉部はチル
化さｔないで、厚肉部と同様、緻密なパーライト組織を
形成しており、肉厚が異なっても素地組織を均一化する
働きがあるため、肉厚感度全小さくすることができる。

第１３図には、３係食塩水を用い、流速ｌ５ｒｎＡ、試
験期間３０日における平行流型腐食試験結果が示さｎて
いる。

図中の黒丸印プロットハ、第３表に示したＴｉ全含有す
る本発明鋳鉄Ｆｋ、白丸印プロットはＴｉ ｋ含有しな
い一般球状黒鉛クロム鋳鉄の比較鋳鉄Ｃ”ｋ、半黒丸印
プロットｕクロムを含まない球黙黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ４５
相当）の比較鋳鉄Ｄｋ，白三角印プロットは普通鋳鉄（
ＦＣ２５相当）の比較鋳鉄Ｅｔそれぞれ図示したもので
ある。

その結果、Ｔｉｔ含有する本発明鋳鉄Ｆ（黒丸プロット
）は、Ｔｉを含有しない一般球状黒鉛クロム鋳鉄Ｃ（白
丸プロット）とほぼ同様な腐食挙動を示し、かつ、本発
明鋳鉄Ｆは、ＦＣＤ４５相当の比較鋳鉄Ｄお工びＦＣ２
５相当の比較鋳鉄Ｅに比して腐食重量減が少なく、その
流動食塩水に対する耐食性は、本発明鋳鉄Ｆの方が、比
較鋳鉄Ｄ，Ｅに比べてはる力・に優ｎ、前記Ｔｉを含有
しない球状黒鉛クロム鋳鉄とほぼ同様な耐海水性能を有
することが明らかである。

以上説明したように、この発明鋳鉄に工ｎば、鋳鉄にク
ロム全含有させることによってもたらされる、優れた特
性の健全な組織が形成されるとともに、白銑化傾向の小
さい、かつ切削性に優れた性質をもク央削性含クロム鋳
鉄全、安定して得ることができる。

従って、本発明快削性含クロム鋳鉄に工ｎば、これまで
クロム鋳鉄では製造することが難しいとされていた肉厚
や形状的に制約の多い耐食性機器例えば海水ポンプ用部
品等も製造することが可能となり、含クロム鋳鉄に耐海
水性能、快削性能が付与されて、その適用範囲が拡大さ
わる等、工業士優れた結果かもたらさわる。

【図面の簡単な説明】 第１〜第４図は実施例１に示す本発明鋳鉄Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄの顕微鏡組織写真（倍率１００倍）、第５図は同じく
実施例１に示す比較鋳鉄Ａの顕微鏡組織写真（倍率１０
０倍）、第６図は実施例２に示す本発明鋳鉄Ｅの顕微鏡
組織写真（倍率１００倍）、第７図は同じく実施例２に
示す比較鋳鉄Ｂの顕微鏡組織写真（倍率１００倍）、第
８図イ，口は実施例３に示す本発明鋳鉄Ｆの顕微鏡組織
写真（倍率１００倍）、第９図イ，口は同じく実施例３
に示す比較鋳鉄Ｃの顕微鏡組織写真（倍率１００倍）、
第１０図イ，口は本発明鋳鉄Ｆのチルブロック先端部に
おける顕微鏡組織写＊（イは倍率１００倍、口は倍率４
００倍）、第１１図イ，口は比較鋳鉄Ｃのチルブロック
先端部における顕微鏡組織写真（イは倍率１００倍、口
は倍率４００倍９、第１２図は本発明鋳鉄Ｆと比較鋳鉄
Ｃのチルブロックにおけるロツクウエル硬度沖淀結果の
比較図、第１３図は本発明鋳鉄Ｆど比較鋳鉄Ｃ，Ｄ，Ｅ
の流動食塩水における腐食重量減の経時変化を示す比較
図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｉ Ｃ ： ２．８〜４．０％、 Ｓｉ ： ２．５〜４、５％、 Ｍｎ ： ０．１ 〜１．０％、 Ｃｒ ： ０．７〜３．０％、 Ｔｉ ： ０．０３〜１．０％ Ｆｅおよび不可避不純物：残り、 （以上重量％）からなる成分組成を有し、球状黒鉛と、
   球状の変形した変形状黒鉛とが含まれていることを特微
   とする快削性含クロム鋳鉄。