JPS61113706A - 密集黒鉛（ｃｇ）鋳鉄の製造方法 - Google Patents

密集黒鉛（ｃｇ）鋳鉄の製造方法

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JPS61113706A JP60163111A JP16311185A JPS61113706A JP S61113706 A JPS61113706 A JP S61113706A JP 60163111 A JP60163111 A JP 60163111A JP 16311185 A JP16311185 A JP 16311185A JP S61113706 A JPS61113706 A JP S61113706A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は鋳鉄を製造する技術に関し、より具体的には密
集黒鉛（ｃＧ　）鋳鉄の物理的特性を向上させる方法に
関する。
（従来技術） 密集黒鉛（ｃＧ　）鋳鉄（日本ではＣＶ鋳鉄と呼ぶ）は
、その黒鉛の形状がねずみ鋳鉄のようにたがいに結合し
た紐状の形と、ダクタイル鋳鉄におげろ分離した球状の
形との中間に相当する形状を呈している。多（の点にお
いて、Ｃ（）鋳鉄はねずみ鋳鉄とノジュラー鋳鉄の両者
の優れた特性を結合し　　、て一つの材料忙したもので
ある。その降伏強さはダクタイル鋳鉄に近いが、ねずみ
鋳鉄の被剛性と鋳造性を保有している。ＣＧ鋳鉄は早く
は１９６６年（アメリカ特許３，４２１，８８６号参照
）から知られている。しかしながら実用ＣＧ鋳鉄の導入
は極めて緩慢である。
ＣＣ）鋳鉄の化学成分は、処理の際球状化処理剤たとえ
ばマグネシウムを、微小割合だけ添加するか、又鋳造の
前に消失するようにするか、又は黒鉛の形成が球状化な
るのではな（、密集した形になるようにチタンを添加す
る事を除けば、実質的にノゾユラー鋳鉄の成分と同一で
ある。
ここで用いたように、「消失」という用語の意味は、時
間の経過とともに球状化処理剤の有効性が低下すること
である。代表的なノジュラー鋳鉄の化学成分は、炭素が
３．１〜４．１％けい素が１゜７〜２．８％、マンガン
が０．４５〜０．８％、りんが０．１〜０．１４％、い
おうが０．０５〜０．１６％である。実用ノジュラー鋳
鉄ではマグネシウムは処理剤として使用され、最終の鋳
物中に約０．０４　％が残留し、いおうは約０．００２
％まで低減する；Ｃ’（）鋳鉄中ではマグネシウムは約
０．０１〜０．０３俤の量が残留する。
ねずみ鋳鉄は全ての鋳造金属の中で最も価格が安い。こ
れは使用される原材料のタイプ；すなわち銑鉄、鋳鉄ス
クラップ、鋼スクラツプ、石灰石、コークス、空気など
の全てが低価格であるためである。ねずみ鋳鉄は、産業
上は主として、鋳造のままで用いられる、これに対しノ
ジュラー鋳鉄（特殊のノゾユラー化処理を要する）は鋳
造のまま、焼なまし、焼ならし状態で、さらに場合によ
っては焼入れおよび焼もどし状態にして使用される。
現存し又は知られている市販のねずみ鋳鉄と市販のノジ
ュラー鋳鉄の物理的性質を現在のところまだ顕著には実
用化されていない公知のＣ（）鋳鉄と比較してみるのは
有益なことである（第１表を参照のこと）。
第　　１　　表 ねずみ鋳鉄 引張強さくｋｇ／！ｎ？）　　　　　　　　　　　１５
．４７８Ｂ、ＩＯ降伏強さくｋｇ／ｍ”） 破断伸び（％）（２％歪）０−．５ 弾性係数（引張り時のに９／ｍ？　）　　　　　　　７
７３（）＝１１９５０ＷＫ　（ＢＨＮ）　　　　　　　
　　　　　　　　　１　ａｎ−２７０熱伝導（ｃａｌ／
ｃ＋ｎ　Ｓ’Ｃ）　　　　　　　　　　　、　１ト、　
１６熱膨張＜　ｉｎ／ｉｎ℃Ｘ１０−’）　　　　　　
　　　１１〜１２収縮率（無次元の比較値）　　　　　
　　　　　１振動吸収能（無次元の比較筐）１ ＣＧ鋳件　　　　ノジュラーｖＩ！！鉄２８．１２−４
９．２１　　、！０．７７−８１．５４２３．２０−！
＋５．１５　　２２．８６−１１３．３５１佃６ト１６
１７０　１６１７（）−１８９８１１４１）！７０　　
　１４ト２７０ 、ＩＣ）−，１２，０３〜、１０ １２〜１３１１〜１３ ．９−１．０　　　　　　、ト１．０ ．６　　　　　　　　．３４ ５５−６０％　　　　　５　［）−５５％もし密集化さ
れた黒鉛を有するＣＧ＠鉄が熱伝導性、収縮率および振
動吸収能などの物理的特性を公知のＣＧ鋳鉄と同様に系
統化して継続して示すことができ、同時にきわめて向上
された強度と硬度の特性がノジュラー鋳鉄に近い状態に
なりうるならば、それは極めて望ましいことである。換
言するならば、第１表に示したような特性の組合せに近
接したものになりうるならば、有望だということである
。
先行技術においても、この種の鉄のある種の物理的性質
を向上させようとする試みがなされていた。ベイナイト
／オーステナイト鋳鉄を提供しようと試みた際に、先行
技術ではある種の合金添加剤を用いた、ある場合（Ｕ、
Ｓ、Ｐ、３，８６０，４５７　）では、ノジュラー鋳鉄
のベイナイト組織の強度特性を向上させようとし、第２
の場合（Ｕ、Ｓ、Ｐ、３，５４９，４３１　）では、同
じくベイナイト組織の特性である熱膨張率を向上させよ
うとした。
アメリカ特許３，８６０．４５７でノジュラー鋳鉄が生
産された（マグネシウムはｐ、０３％以上）：パーライ
トを増大させ、それによってベイナイトとの関連におい
て強度の水準を極めて高（上昇させようとするためにモ
リブデンとニッケルを添加した。不幸にして、ノジュラ
ー鋳鉄にオ６いてパーライト増進剤としてモリブデンと
ニッケルを使用することは、本発明にとって強い関心の
的である物理的性質としての熱伝導性、収縮性および振
動吸収能をぎせいにしたり、低下させる傾向がある。
モリブデンとニッケルを記載された量だけ添加した結果
として、これらの特性は著しく劣化する。
モリブデンは当業界においては、アメリカ特許第３．８
６０．４５７号の教示とは反対に、熱処理の間にパーラ
イトを破壊する元素であるとして一般的に認められてい
る、従って該特許の教示は疑わしい。
アメリカ特許３，５４９．４３１号では、ニッケルとモ
リブデンを含む諸元素を添加したことにより熱膨張が上
昇したねずみ西鉄を生産している。しかしながら、その
熱膨張はＣＧ駒鉄に比較すると割合に低いので、ニッケ
ルとモリブデンの使用は、強度と硬度の上昇と共に水準
維持を求められている熱伝導、収縮、撮動吸収能などに
好ましい影響を与えるものであると推論することはでき
ない。
事実、ねずみ鋳鉄に対しニッケルおよびモリブデンを添
加すると、熱伝導、収縮および振動吸収能などの特性を
在来のねずみ鋳鉄で得られている水準よりも低減させる
傾向がある。
（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、ＣＧ＠鉄の強度と硬度が著しく上昇され、同
時に公知のＣＧ＠鉄の典型である熱伝導、収縮および撮
動吸収能を現行水準に維持することのできる方法である
。特に、この方法は鋳鉄溶湯にニッケル、モリブデンお
よびマグネシウムとチタンとセリウムの中の少なくとも
一種を実質的に合金し、引続き凝固後にオーステンパー
熱処理することによって高強度ＣＧ鋳鉄を経隣的に製造
する方法である。
（問題点を解決するための手段） 本発明は、実質的に次の工程を含む：（ａ）重量で３〜
４．０％の炭素と、２〜６％のけい素と、０．２Ｓ−０
，７％のマンガンと、０．２５〜０．４％のモリブデン
と、０．５〜３．０％のニッケルと、０．００２％まで
のいおうと、０．０２％までのりんと１．０％までの不
純物又は汚染物質と、残部が実質的に鉄合金を溶解して
Ｃ’Ｇ鋳鉄を作り：（ｂ）前記溶湯に黒鉛改良剤を、溶
湯が凝固後に密集した黒鉛を形成するのに有効な童と時
間だけ作用させ：（ｃ）溶湯を凝固させてＣＧ鉄鋳物を
形成し：さらに（ｄ）マトリックスがベイナイトとオー
ステナイトを有する鋳鉄を得るために鉄鋳物なオーステ
ンパー法によって熱処理する。
黒鉛の改良は、鋳物中に帆０１５〜０．４％を与えるだ
けの量のマグネシウムと、鋳物中に０．０８〜０．１５
％を与えるだけのチタンおよび／又はセリウムを用いて
実施する。
強度と硬度の特性を最適値にするためには、好適にはモ
リブデンを約０．３％にニッケルを約　　　　“・］。
１．５％の水準に維持する。前記の鉄溶湯に対する炭素
当量は４〜４．７５％の範囲に保つ；炭素分を鋳造品の
ミクロ組織のマトリックス（又は基地と称す）内に保持
するため鋼を０．４〜１．９％だけ添加してもよい。オ
ーステンパー処理は、有利なやり方としては８１５°Ｃ
〜９２６℃のオーステナイト化温度まで加熱して０．５
〜４時間保持し２６２゜〜４２６°Ｃまで低温塩浴中で
冷却し、その温度で０．５〜４時間保持し、次に室温ま
で冷却する。
上記の方法によって生成した組成物は、本質的にベイナ
イト／オーステナイトで密集した黒鉛を有する鋳鉄であ
り、３．０〜４．０％の炭素と、２〜３％のけい素と、
０．２〜０．７％のマンガンと、０．０１〜０．０２％
のマグネシウムと、０．２５〜０．４％のモリブデンと
、０．５〜３．０％のニッケルと、最高で０．００２％
までのいおうと、最高で０．０２％までのりんから成り
、６０％がオーステナイトで７０％がベイナイトから成
るものである。この組成物は７０．０３〜９１．４　ｋ
ｇ／ｍ２の引張強さと５９．７３〜７７．３ｋｌ？の降
伏強さを有し、収縮性はノジュラー鋳鉄よりもかなり低
く、肉厚が１，５２４電までの薄肉―造品に鋳込むこと
ができる。
実施例 発展途上のＣＧ鋳鉄は、一般的にはマグネシウム又はセ
リウムとしての市販の黒鉛改良剤を使用して生産され、
後者は添加剤として極めて少量の、しかも制御された量
が凝固前の溶湯に添加される。
凝固組織中のマグネシウム又はセリウムの成分量が約０
．０２５％を超えると、通常はノヂュラー黒鉛が晶出す
る。マグネシウム成分量が約０．０１５％を下廻ると片
状黒鉛が形成される。従って、マグネシウム又はセリウ
ムの濃度が０．０１５〜０．０２５％の場合に密集した
黒鉛〔場合により去状（ｖｅｒｍｉｃｕｌｉｔｅ　）と
も呼ばれる〕が晶出する。
マグネシウム又はセリウムで処理した鋳鉄にチタンを添
加すると、マグネシウム又はセリウムを一層多（して中
級ならびに重量級の鋳造品を生産することが可能になる
。チタンが存在すると、マグネシウム成分の制御に必要
な制御量を低減させ密集した黒鉛を形成させる上で著し
く有利である。
従ってチタンを含むマグネシウムの添加によって、マグ
ネシウム又はセリウムの成分量が０．０１５〜０．０３
５％さらに０．０４まで高くなっても密集グラファイト
が４４Ｅ　、６りる。
ｙ、　、ｋ、ｉ１′ζ述べた発明の方法は、Ｃｔ）鋳鉄
を改也しＣ強度とイ１更度、を従来の処理法で得られる
値以十に向）−させ、同時に収縮、熱伝導、償よび振動
吸収能を従来の密集黒鉛ツｊ鉄で得られた水準に保つよ
うに−するものである。この目的のため、本発明の方法
は本質的に次の王桿を・含む：（ａ）鉄合金溶湯な所望
部品の形をに鋳込む１．１“−のｆδ湯）」、重量で実
質的に３．Ｄ〜・４゜〔１％の炭素と、２．［１〜５．
０％のけ′い素と１．０．２　＝０．７％のマンガンと
０．２．５　＝　０　、４％のモリブデンと、０１５−
・・ろ。０％のニッケルと、０．０　［３２％を超大な
いいおうと０４０２％を超え／Ｊ、いりんと１％までの
ｔ紳物と、残部が鉄どから成り１、前記溶湯に、凝固の
際に密集黒鉛を形成′夜るための、Ｗ鉛改良剤苓、・添
加されている；（ｂ）鋳造部品？、５１］％のオース戸
ノーイトと７０％のベイナイトどを有し、容積で１２％
の密集黒鉛ケ有７Ｊ−る」−スデンバー処理されたミク
ロ組織となるように熱処理する。？、の舊遺品は引張強
３５力″−７０，６−９１，４ｋＬ、Ｊ／馴２．降伏強
さが５９゜７３〜７７．３に９／ｉｘ”、破断伸びが５
＝７’ん、硬度が２４０〜６２０朋Ｎ。
熱伝導／Ｉ−〇。１、振動吸収能がり、、乙の比、収絆
率は１゜５２４朋の薄肉品に鋳込んだ思今に実質的に、
ノヂュラ・−鋳鉄よりも低くなる。
溶解＆ｊ代表的に１５ろ８°−・１５６５℃に加熱され
、た炉中で行な、われてがら、約１５１０℃の処理用と
りべ中に注入されろ、−ｒゲネシウムとチタンの黒鉛改
良剤と共に合金元素を処理用とりべ中に添加する。市販
の黒鉛改白剤はｋｌｌ脱硫銑鉄添加された希土類元素、
又は（ｂ）後接種処理前に添加されるマグネシウムとチ
タンを含み得る。マグネシウムは、鋳物中にｒｊ、ｏ　
ｉ　ｓ〜０．４％を加えるだけの量を使用１７、チタン
は鋳物中に０ｏ０８〜０．１５％を加えるだけの修を使
用する。処理済の溶湯を一個以上の注湯用とりべに入ｔ
ｉ１、フェロシリコン、又はアルミニウムとカルシウム
を添加したフエロシリコニ／後接種剤を添加する。その
後溶湯を１６７１°〜１４２７℃の盆度で鋳型に注湯し
、特殊の冷却処理など４″−切使用１．（）ことなし２
に鋳型を冷却−゛（る。前記の黒鉛改良剤は市販の状態
のものを使用ｔ２てよく代表的に（・よ、けい素が５２
％、ず・タンが約１［」′ん、カルシウムが［〕、９％
、づゲネシウムが５％、セリウムが０．２５’沿の成分
を有し、この改Ｉ；ｉ剤を、容湯全量の０．５％だけ添
加する。注湯用とりべに添加される俊接種剤と１−７で
目、クエロミ７リー」二／又はチタンなた有するフェロ
シリ”：１７を含む。絣固、即ち鋳造済の湯の熱処理を
第３図に示す。
鋳ｉ％品のミクＬ１組像、中に炭素が保持されるように
するため、１〕。〆１−・０７９％・の銅り溶湯中に添
加１、でもよい、、、浴湯の化学、成分（オ最適パ・−
センラ゛・−ジどＩ５．て約ろ。６゛んの炭ぶど、約２
．７％のけい素と、約〔）。、５′−！’０の（・ンノ
ｆンど、約ｒ）、０２’％の一ノグネシウムと、約Ｉ］
８１％のテタ：／と、約「］、７“んの銅と、約０．５
％のモリブデンと約１．５　ｆ％自７）ニック”ルを含
ン５゛よりにづろのｈ″＝＝女了７い、。
この方？宍は密隼巣鉛（ｃ（１）鋳鉄（イ従来品よりも
一層高い強度と硬、庇を！ｉｏえ、同時μ、熱伝導、、
収縮、＆＃Ｉ吸収能ｊｃどば１ｌｌｌ常イ輝られろ程度
げ９保持する能力を４１供４ろ、２．−１の貢献が重９
゛な１丁とけ第１表を参照ｒるど明らかになイ）、この
表は各種の鋳鉄試料と従来品のＣ（］鋳鉄（試料１）の
物ｙＲ的性質を比較する六ニーめのもので、各試料はい
ずれも］−ステナ・イト・化後焼戻Ｉ−を受けたもので
あり、試料２−６にはニッケルとモリブデンが異な・つ
た量だけ′添加され、指定されたオ・−ステツド・−処
理を与えられ六−０第２表はブ〕ソケルとモリブデンな
在来のノヂュラー鋳鉄（試料８）と同様在来のねずみ鋳
鉄（試料７）に添加１−だ場合を比較し、−一′〕の試
料（試料９）はオーステンバ・−処理を省略１゜、た場
合を比較したものＣカ〕イ）。ＣＧｇ銖に、すでに述べ
たように臨界愉のニッケルとモリブデンを添加Ｉ−オー
人アンバー処理り施１．へ二場合を除き“改１＋、ｌさ
ノ１昼−掬罪的ｌ持性（・」、得らハ、ない。これら試
料の名、々は、唐木成分どし２て炭素５７６％、けい素
２．５％、マンガン０．５啜７、りん０゜０１％、いお
’）０．００１％のものを準備しムニ。好適な方法に従
って溶湯を加熱し、１６９８℃の注湯温度で鋳込んだ。
−８−鋳片を第２表に示１−た温度で熱処理ｌ〜／、−
０第２表から１′１するよ′）（（本発明へ・代表する
試、料２は引張り強さ７７．３　ｋｇ　／　ｍ＊２）降
伏強さが６３゜２８喀／龍２）硬度は２８５　（ＢＨＮ
　）で熱伝導度は０．１〜０．１２　Ｃａｌ　／ａｒｔ
＋　Ｓ　’Ｃ１収絆値が０．９〜１．０、ｍ動吸収能特
性が０．６であった。ニッケルとモリブデンが存在しな
い従来のねずみ鋳鉄である試料１は、引張り強さで３５
．１５〜５３．２５　ｋ１７／顛２）降伏強さで２９．
５３〜４９．２１　ｋｇ／　Ｗ１Ｌ２）伸びが３％にす
ぎず、硬度は１４０〜２７０　（ＢＨＮ）のレベルで、
熱伝導度は０．１〜０．１２に保たれ、一方在来のＣＧ
鋳鉄のすぐれた収縮および振動吸収能は保持されていた
。試料２はパーライト、オーステナイトおよびベイナイ
トの混合組織であり合と同様な量だけニッケルとモリブ
デンを含有した場合は、熱伝導度、収縮および振動吸収
能が低レベルまで下降する難点があった。
添加したモリブデンが不十分な試料３は、パーライトだ
けが生じ強度と伸びが低かった。ニッケルの添加量の少
い試料５は、鋳造品がパーライトを含み伸びが不足した
。モリブデン又はニッケルの添加量が過剰な試料４と６
は、マルテンサイトが生じ、試料４では伸びがはるかに
低く、試料６テハ強度カ低かった。試料９はオーステン
パー処理を廃止した場合に熱伝導度が著しく低下し、収
縮率が上昇しさらに撮動吸収能が不良なことを示してい
る。
【図面の簡単な説明】
第１図と第２図は、（それぞれ、１００倍および５０　
ｎ　イ８の）本発明により製造された凝固したべ・（，
３・イ）・７／オ・・−ステナイトの密集黒鉛鋳銖の金
属材１織タテｊ＼す面微鍵写貞であり；第６図（↓第１
図と第２図の鋳、鉄を生産するために使用した熱処理を
グラフと１．て図示したものである。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）密集黒鉛鋳鉄を製造する方法において：（ａ）重
    量で実質的に３〜４．０％の炭素と、２〜３％のけい素
    と、０．２〜０．７％のマンガンと、０．２５〜０．４
    ％のモリブデンと、０．５〜３％のニッケルと、０．０
    ０２％までのいおうと、０．０２％までのりんと、１．
    ０％までの不純物と残部が実質的に鉄とから成る鉄合金
    の溶湯であつて、該溶湯は凝固に際して密集した黒鉛の
    粒子を形成するのに有効なだけの量と時間だけ黒鉛改良
    剤による処理を施される溶湯を形成し； （ｂ）密集黒鉛鋳鉄鋳物を形成するため前記溶湯を凝固
    させ：さらに （ｃ）前記鋳鉄鋳物がベイナイトとオーステナイトのマ
    トリックスを有する鉄となるように前記鉄鋳物をオース
    テンパー法によつて熱処理することを特徴とする密集黒
    鉛鋳鉄の製造方法。
  2. （２）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、前
    記溶湯が凝固の前に１５３８〜１５６５℃の温度に加熱
    されることを特徴とする方法。
  3. （３）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、溶
    湯に対して施される前記の黒鉛改良剤が前記鋳物中に０
    ．０１５〜０．２５％の前記改良剤を与えるだけのマグ
    ネシウムを含んでいることを特徴とする方法。
  4. （４）特許請求の範囲第３項に記載の方法において、前
    記の黒鉛改良剤は前記マグネシウムが０．４％まで存在
    することを許容する０．１〜０．１５％のチタンを含ん
    でいることを特徴とする方法。
  5. （５）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、前
    記モリブデンが約０．３％ニッケルが約０．５％存在す
    ることを特徴とする方法。
  6. （６）特許請求の範囲第３項に記載の方法において、前
    記溶湯中に銅がさらに０．４〜１．９％の範囲で添加さ
    れ、前記銅は鋳物の顕微鏡組織のマトリックス内に炭素
    を保有させるのに有効であることを特徴とする方法。
  7. （７）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、前
    記の溶湯は炭素当量が４〜４．７５％の範囲内であるこ
    とを特徴とする方法。
  8. （８）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、前
    記のオーステンパー熱処理が前記鋳物を８１５〜９２６
    ℃の範囲のオーステナイト化温度まで加熱し、前記の温
    度を０．５〜４時間保持し前記鋳物を塩浴中で２０４〜
    ４２６℃の温度まで０．５〜４時間冷却し、続いて室温
    まで冷却することを特徴とする方法。
  9. （９）特許請求の範囲第１項に記載の方法によつて生成
    される組成物であつて、マグネシウムは黒鉛改良剤とし
    て使用され、前記組成物は、実質的に３．０〜４．０％
    の炭素と、２〜３％のけい素と、０．２〜０．７％のマ
    ンガンと、０．２５〜０．４％のモリブデンと０．５〜
    ３．０％のニッケルと、０．００２％までのいおうと、
    ０．０２％までのりんから成り、マトリックスは６０％
    のオーステナイトと７０％のベイナイトとを有し、前記
    組成物は引張強さが７７．３〜９１．４ｋｇ／ｍｍ＾２
    で降伏強さが６３．２８〜７７．３ｋｇ／ｃｍ＾２を示
    し収縮特性が実質的にノジュラー鋳鉄よりも優れ、約１
    ．６２ｍｍの薄い肉厚形をに鋳造される能力を有するこ
    とを特徴とする組成物。
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