JPS6045267B2 - 快削合金鋳鉄 - 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
海水性の良好な快削合金鋳鉄に関するものである。

鋳鉄に優れた耐食住持に耐海水性を付与するためには、
合金元素として例えばＣｒを１％以上含有せることが望
ましく、その組織は緻密なパーライト基地で、黒鉛量の
少ないものが良い。

従来から、Ｃｒは、鋳鉄の耐熱性、耐摩耗性および耐食
性などを向上させる元素としてよく知られており、合金
鋳鉄には広く用いられている。

しかしながら、Ｃｒは、その一方で黒鉛の晶出を妨げ、
チル性（白銑化）を強める強力な炭化物生成元素でもあ
る。従つて、鋳鉄中のＣｒ含有量が多くなる程、耐海水
性能は増大し、緻密なパーライト基地組織が形成される
が、一方で、白銑化（チル発生）作用が強くなり、Ｃｒ
炭化物の生成が増大する結果、硬度および脆性が高くな
り、かつ機械加工時の切削性が著しく悪化する問題があ
る。

従つて、鋳鉄中にＣｒを含有させることは、肉厚や形状
に制約の多い耐食性機器例えば海水ポンプ用部品等に対
しては、優れた耐海水性能が発揮されるにもかかわらず
、その適用を困難にならしめていた。そこで、本発明者
等は、上記問題を解決するために、先に、含Ｃｒ球状黒
鉛鋳鉄にＴｉを添加含有させることによつて、耐海水性
に優れ、かつＣｒ炭化物の生成を抑制せしめて優れた切
削性を付与した快削性含Ｃｒ鋳鉄を発明し、特許出願（
特願昭５５−１７８９７号）を行なつた。

この発明によれば、上述の問題即ち従来の含Ｃｒ球状黒
鉛鋳鉄の欠点である切削性が改善され、しかも耐海水性
に優れた鋳鉄を安定して得ることができるようになつた
。

しかし、一般に、Ｃｒを１％以上含有する鋳鉄は、Ｃｒ
などの合金元素を含有しない普通鋳鉄（ＦＣ２５）に比
して、白銑化（チル発生）傾向が極めて大きいため、普
通鋳鉄においてもチル化しやすいような比較的薄肉の鋳
造品に対しては、上記した先願の鋳鉄でも適用できない
問題があつた。

この発明は、上述のような観点から、チル性が普通鋳鉄
（ＦＣ２５）以下に抑制され、しかも良好な耐海水性能
を有する。切削性および鋳造性に優れた特に比較的薄肉
の鋳造品に対して好適な快削合金鋳鉄を提供するもので
、Ｃ：２．５〜４．０％、Ｓｉ：１．８〜４．０％、Ｍ
ｎ：０．１〜１．２％、Ｃｒ：０．７〜２．５％、Ｎｉ
：１．０〜４．２％を含有すると共に、Ｔｉ：０．０３
〜１．０％、Ｃａ：０．１％以下のうちの１種または２
種と、Ｆｅおよび不可避不純物：残り、（以上重量％）
からなることに特徴を有し、また、上記成分による組織
中の黒鉛が、片状、準片状、共晶状の１種または２種以
上を含有していることに特徴を有するものである。次に
、この発明の快削合金鋳鉄の成分組成範囲を、上記のよ
うに限定した理由について説明する。

（１）ＣおよびＳｉ 一般に鋳鉄の組織は、ＣおよびＳｉの量的組合せによつ
て変化する。

この発明鋳鉄におけるＣ．ｌ５Ｓｉとのバランス範囲は
、炭素当量（Ｃ＋１１３Ｓｉ）が３．８〜４．９％の間
にあり、この点から、Ｃの含有量を２．５〜４．０％、
Ｓｌの含有量を１．８〜４．０％の範囲に限定した。即
ち、Ｃの含有量が４．０％を超えると、Ｓｉの含有量と
の関連もあるが、キッシュ状などの粗大化黒鉛の晶出が
増大して、その強度が低下する。

一方、Ｃ含有量が２．５％未満では、「ひけ」やチル等
が生じやすく、その結果鋳造性が悪化し、かつ脆性が増
して加工性を劣化せしめる。また、Ｓ１の含有率が１．
８％未満では、黒鉛化作用が不十分になり、脆性を増す
白銑（チル）が生成しやすく、鋳造性が悪化する。

一方、Ｓ１含有量が４．０％を越えると、脆化が著しく
なり、その強度が低下する。（２）Ｍｎ Ｍｎは、鋳鉄中のＳの悪影響を中和する作用を有するも
のであり、この発明鋳鉄においては、有効なＭｎ含有量
を、０．１〜１．２％の範囲に限定した。

その理由は、Ｍｎ含有量が０．１％未満では、Ｓの悪影
響を緩和する効果がなく、一方、ｈ含有量が１．２％を
超えると、炭化物（Ｍｎ３Ｃ）の生成が大となり、白銑
化作用が増大して、切削性の低下を招くからである。（
３）Ｃｒ Ｃｒは、鋳鉄に耐熱性、耐摩耗性および耐食性を与える
有効な成分であるが、一方、鋳鉄中に含有されるＣｒは
、強力に黒鉛の生成を妨げ、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
、０．７〜２．５％の範囲に限定した。その理由は、Ｃ
ｒ含有量が０．７％未満では、耐熱性、耐摩耗性および
耐食性が低下して、Ｃｒを含有させた効果が得られず、
一方、Ｃｒ含有量が２．５％を超えると、白銑化傾向お
よび（Ｆｅ，Ｃｒ）３Ｃ等のＣｒ炭化物の生成が強くな
り、その硬度が急増する結果、機械加工による切削性が
著しく悪化するからである。（４）ＮｉＮｉは、この発
明鋳鉄において、前記Ｃｒによる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、かつ肉厚感度を
少なくして、均質なパーライト基地組織を形成させる作
用を有するものであり、この発明鋳鉄においては、有効
なＮｉ含有量を、１．０〜４．２％の範囲に限定した。

その理由は、Ｎｉ含有量が１．０％未満では、上記した
Ｃｒ炭化物の生成および白銑化（チル発生）作用を抑制
する効果が少なく、一方、Ｎ１含有量が４．２％を超え
ると、均質なパーライト基地組織を形成させることが困
難になるからである。（５）ＴｉおよびＣａ ＴｉおよびＣａは、この発明鋳鉄において、黒鉛の粗大
化を阻止してこれを細分化し、片状、準片状、共晶状の
１種または２種以上を含有する良好な黒鉛を一様に分散
晶出せしめ、かくして黒鉛組織を改善するとともに、Ｃ
ｒの含有によつ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成分であつて、その有
効な含有量を、Ｔｉは０．０３〜１．０％、Ｃａは０．
１％以下の範囲に限定した。

即ち、Ｔｉ含有量が０．０３％未満では、上述した粗大
化黒鉛の抑制および黒鉛の形状とその分布を調整する効
果がなく、一方、Ｔｉ含有量が１．０％を超えると、鋳
鉄溶湯の流動性が低下し、かつＴｉ化合物が鋳鉄中に偏
析しやすくなる結果、鋳造欠陥が発生しやすいものとな
る。

またＣａは、その含有量が０．１％を超えても、上記し
た効果をそれ以上に期待することはできず、添加歩留が
悪化する。

本発明鋳鉄においては、上述した範囲のＴｉ，Ｃａの１
種または２種を含有させることによつて、その組織を、
所望の黒鉛組織に調整することができる。

更に、Ｎｉ−Ｔｉ，Ｎｉ−Ｃａ，Ｎｉ−Ｔｉ−Ｃａの相
乗作用によつて、Ｃｒの含有によつて起るＣｒ炭化物の
生成および白銑化（チル発生）作用を大幅に抑制するこ
とが可能となり、良好な組織が安定して得られる結果、
優れた切削性および鋳造性が確保され、かつ良好な材料
特性をもつ快削合金鋳鉄が得られる。次に、この発明の
鋳鉄を、実施例により本発明鋳鉄の成分組成範囲外の組
成をもつた鋳鉄と比較しながら、図面および顕微鏡写真
と共に説明する。

第１表に示す成分組成の本発明鋳鉄Ａ，Ｂ，Ｃと、比較
鋳鉄Ｄ，Ｅ，Ｆとを溶製した。溶製に当つては、原材料
として、鋳物銑、鋼屑およびフェロアロイ等を誘導電気
炉へ装入し、最高１５００℃に加熱の上、溶解した鋳鉄
溶湯を、処理用取鍋へ出湯し、Ｔｉ合金、Ｃａ合金を各
々単独または複合させて添加処理した後、これをＣＯ２
鋳型へ鋳込むことにより鋳造した。比較鋳鉄Ｄは、普通
鋳鉄ＦＣ２５に相当し、比較鋳鉄Ｅは、Ｃｒが１．２６
％含有されている鋳鉄、また比較鋳鉄Ｆは、Ｃｒが１．
２４％とＮｉが１．５７％含有されている鋳鉄である。

第１図には、第１表に示す本発明鋳鉄ど比較鋳鉄とのチ
ル深さが示されている。

このチル深さは、第２図に側面図で、第３図に正面図で
示す如き、ＡＳＴＭ−Ａ３６７，ＮＯ．２Ｃで定められ
た下部の厚さ５悶の鋳型１をチルプレート２の上面に載
置して鋳造１７た後、その中央部破断面より、チルプレ
ート２の接面に生じたチル深さを測定した値で、鋳鉄の
チル性（チル化感度または白銑化）を示している。

図面から明らかなように、本発明鋳鉄Ａ，Ｂ，Ｃは、比
較鋳鉄Ｄ，Ｅ，Ｆに比し、チル深さが減少しており、特
に比較鋳鉄Ｄ（ＦＣ２５相当）に比べると、その減少は
著しい。第２表には、本発明鋳鉄と比較鋳鉄との抗張力
および硬度の比較が示されている。

上記の抗張力と硬度は、直径３０萌、長さ５００？のＣ
Ｏ２鋳型を使用して鋳造した丸棒より、各試験片を採取
し、その抗張力と硬度を測定した結果である。

第２表から明らかなように、本発明鋳鉄Ａ，Ｂ，Ｃは、
何れも比較鋳鉄Ｄ（ＦＣ２５相当）の抗張力を満足して
いる。第４図には、くさび型チルブロックにおける本発
明鋳鉄と比較鋳鉄の硬度測定試験結果が示されている。

この試験に当つては、第５図に示すくさび型チルブロッ
クの線ａに沿つて、先端部から厚肉部までの肉厚変化に
伴なう硬度の変化を、ロックウェル硬度（ＨＲＢ）で測
定した。第４図において、横軸は上述した肉厚変化を、
縦軸はロックウェル硬度（ＨＲＢ）を示し、また黒丸印
はＴｌを含有する本発明鋳鉄Ａを、白丸印はＴｉの含有
しない比較鋳鉄Ｆを示している。

図面から明らかな如く、本発明鋳鉄Ａは、比較鋳鉄Ｆに
比して、チルブロックの先端薄肉部と後端厚肉部との硬
度差が少ない。これは、Ｔｉを含有する本発明鋳鉄Ａの
チルブロックは、凝固時に急冷される先端薄肉部で硬度
が漸減し、かつ、徐冷される後端厚肉部で硬度が漸増し
ていることから、Ｔｉは、チル深さを減少させると共に
肉厚感度を小さくすることがわかる。第６図には、本発
明鋳鉄Ａの組織が、また第７図には、比較鋳鉄Ｆの組織
が、何れもくさび型チルブロック厚肉部の最終凝固部付
近における顕微鏡写真（倍率１０酷）により示されてい
る。

第６図と第７図とを比較して明らかなように、両者には
黒鉛の形状に顕著な差があり、第６図のＴｉを含有する
本発明鋳鉄Ａは、黒鉛が細分化され、片状、準片状、共
晶状の１種または２種以上を含有しているのに対し、Ｔ
ｉを含有しない比較鋳鉄Ｆは、第７図に示す如く、連続
的に伸長した黒鉛と、その一部に粗大化黒鉛の晶出が見
られる。このように、比較鋳鉄Ｆの如く、高Ｃあるいは
高Ｓｉ組成の鋳鉄に、Ｃｒｌ：．Ｎｉとを含有させた場
合は、Ｃｒ，Ｎ】の含有されていない比較鋳鉄Ｄに比べ
て、チル深さは低下するが、その一方、Ｓｉの強力な黒
鉛化促進作用とＮｉの黒鉛化助長作用との相乗効果によ
り、黒鉛の連続的な伸長および粗大化が増大するため、
異常な黒鉛組織が形成され易い。

従つて、比較鋳鉄Ｆの如きＣｒ＜５Ｎｉの含有された合
金鋳鉄は、鋳造後の組織が不均一になりやすく、材料特
性が不安定となるので好ましくない。第８図には、本発
明鋳鉄ど比較鋳鉄の腐食試験結果が示されている。

この試験に当つては、海水性液体中に、本発明鋳鉄Ａ，
Ｂ，Ｃと、比較鋳鉄Ｄ，Ｅ，Ｆとを、３０日間にわたつ
て浸漬し、その最大腐食深さを測定することにより行な
つた。第８図から明らかなように、本発明鋳鉄Ａ，Ｂ，
Ｃは、比較鋳鉄Ｄ（ＦＣ２５に相当）に比して、最大腐
食深さはほぼ１１２であり、Ｃｒのみを含有する比較鋳
鉄Ｅと同等の耐食性を示し、海水性液体に対する耐食性
の良好なことがわかる。第９図イには、本発明鋳鉄Ａの
倍率１０＠の顕微鏡写真が、同図口には同じく倍率４０
０倍の顕微鏡写真が、また第１０図には、本発明鋳鉄Ａ
の鋳肌表層部における倍率１００倍の顕微鏡写真がそれ
ぞれ示されている。図面かられかるように、本発明鋳鉄
Ａは、緻密なパーライト基地中に少量の微細なＣｒ炭化
物が存在し、一様に分布した良好な、片状、準片状、共
晶状の１種または２種以上を含有する黒鉛が晶出されて
おり、鋳肌表層部においても、完全なパーライトが形成
されている。

一般に、合金元素を含有しない普通鋳鉄は、その表層部
に軟質なフェライト層の形成されやすいことが良く知ら
れており、海水性液体に対する耐食性が著しく悪い。

これに対して、本発明鋳鉄Ａは、上記した如く、その表
層部においても緻密なパーライト層が形成されているか
ら、耐海水性の良好なことがわかる。そして、このよう
な特性は本発明鋳鉄Ｂ，Ｃにおいても、全く同様である
。以上詳述したように、この発明鋳鉄によれば、Ｃｒの
含有によつて、優れた特性をもつ健全な組織が形成され
るとともに、チル性が普通鋳鉄（ＦＣ２湘当）以下に抑
制され、白銑化傾向が小さく、かつ加工性および鋳造性
に優れた性質をもつ快削合金鋳鉄が安定して得られる。
従つて、本発明鋳鉄によれば、従来、普通鋳鉄（ＦＣ２
５相当）では製造がかなり困難とされていた、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
等の製造が可能となり、含Ｃｒ−Ｎｉ鋳鉄に、耐海水性
能、快削性能および普通鋳鉄と同等の鋳造性が付与され
て、その適用範囲がより拡大される等、工業上優れた効
果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明鋳鉄と比較鋳鉄のチル深さを示す図、第
２図はチル深さ測定のための試験片鋳造鋳型の側面図、
第３図は同じく正面図、第４図はくさび型チルブロック
における本発明鋳鉄と比較鋳鉄の硬度を示す図、第５図
は前記硬度測定のためくさび型チルブロックを示す図、
第６図は本発明鋳鉄Ａのチルブロック厚肉部における組
織を示す倍率１００＠の顕微鏡写真、第７図は比較鋳鉄
Ｆのチルブロック厚肉部における組織を示す倍率１０＠
の顕微鏡写真、第８図は本発明鋳鉄と比較鋳鉄の腐食試
験結果を示す図、第９図は本発明鋳鉄Ａの組織を示す顕
微鏡写真で、イは倍率１００倍、口は倍率４０皓であり
、第１０図は本発明鋳鉄Ａの鋳肌表層部における倍率１
００倍の顕微鏡写真である。 図面において、１・・・・・・鋳型、２・・・・・・チ
ルプレート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｃ・・・２．５〜４．０％、 Ｓｉ・・・１．８〜４．０％、 Ｍｎ・・・０．１〜１．２％、 Ｃｒ・・・０．７〜２．５％、 Ｎｉ・・・１．０〜４．２％、 を含有すると共に、 Ｔｉ・・・０．０３〜１．０％、 Ｃａ・・・０．１％以下 のうちの１種または２種、 Ｆｅおよび不可避不純物・・・残り、 （以上重量％）からなることを特徴とする快削合金鋳鉄
   。 ２ 組織中の黒鉛が、片状、準片状、共晶状の１種また
   は２種以上を含有していることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の快削合金鋳鉄。