JPS6134158A - 複合合金鋳鉄の製法 - Google Patents

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】 本発明は、アルミニウム合金溶湯に対する溶損の少ない
複合合金鋳鉄の製法に関する。

［従来技術］ 従来、アルミニウム合金、亜鉛合金、マグネシウム合金
、錫合金などの非鉄軽金属合金の低圧鋳造用器材やダイ
カスト用器材、たとえばストーク，るつぼ、熱電対保護
管、自動給湯用ラドルなどにはＦＣ２０〜２５の普通鋳
鉄が使用されている。

しかしながら、これら普通鋳鉄は、たとえばアルミニウ
ム合金溶湯などに対する溶損が大きく、長期の使用にた
えないうえに、鉄成分や炭素成分の混入によるアルミニ
ウム合金鋳造品などの品質低下が生じる。

アルミニウム合金溶湯への鋳鉄の溶損を少なくするには
、アルミニウム合金溶湯と鋳鉄とが直接接触しないよう
にすることが、最良の方法であることは自明の理である
。

アルミニウム合金鋳造メーカーにおいては、アルミニウ
ム合金溶湯と鋳鉄部材とが直接接触しないようにするた
め、たとえばストークやるつぼなどの鋳鉄から形成され
た部材の表面に、塗型材を塗布する方法が採用されてい
る。しかしながら、この塗型材を塗布する方法では、い
かに優れた塗型材を用いても塗り斑によるビンホールが
生ずるため、鋳鉄の溶損をなくすることができないこと
や、アルミニウム合金溶湯、が流動することにより塗型
材が摩耗消失するため、長時間にわたり鋳鉄の溶損を防
止することが−できないのが実情である。

本発明者らは上記のごとき問題を解消するため、普通鋳
鉄にかわる新規な材料を求めて、ダクタイル鋳鉄、ミー
バーナイト鋳鉄、高アルミニウム鋳鉄（クラルフ７−鋳
鉄、アルシロン鋳鉄）など従来公知の特殊鋳鉄を用いて
アルミニウム低圧鋳造用のストークを作製し、実操業を
行なって検討したが、ＦＣ鋳鉄からなるものの耐用日数
３〜６日の２〜３倍Ｐｉ！度の耐用日数のものしかえら
れていない。また鋳鉄溶湯中にチタン酸アルカリ金属塩
またはアルカリ土類金属塩を添加することによって、今
までのねずみ鋳鉄やその他の鋳鉄よりも、はるかにアル
ミニウム合金溶湯に対して耐蝕性のある材質、すなわち
低。

圧鋳造装置におけるストーク部材として、実操業試験で
８０日間の耐久性が立証流である材質が特許出願中（特
願昭５８−１５５８２７号）であるが、鋳鉄を基本とす
るものではない。

［発明の１１ 本発明者らは上記のごとき実情に鑑み、鋳鉄を基本とし
た、アルミニウム合金溶湯に対する溶損性の少ない（以
下、耐アルミニ５ウム合金溶湯性がよいという）複合合
金鋳鉄の製法を確立するために、鋳鉄のアルミニウム合
金溶湯時の溶損に関するメカニズムを解明し、従来の鋳
造工学の常識にとられれることなく新たな発想を展開す
ることによって、すなわちアルミナ、マグネシアなどの
°耐アルミニウム合金溶湯性の高い材料の焼結体が一部
のアルミニウム合金溶湯用部材として使用されているこ
となどに注目し、このような物質を耐熱性のある複合合
金鋳鉄の表面に形成し、鋳鉄自体にアルミニウム合金溶
湯に対する耐蝕性を有する遮蔽膜を形成することができ
る製法に関して鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成し
た。

すなわち本発明は、高カーボンでアルミニウムを含有す
る複合合金鋳鉄を製造するにあたり高カーボン含有鉄お
よびチタン酸アルカリ金属塩よりなる原料を塩基性雰囲
気下で酸化溶解したのち、該溶湯にアルミニウムを加え
て鋳造することを特徴とする複合合金鋳鉄の製法に関す
る。

［発明の実施態様コ 本発明に用いる高カーボン含有鉄とは、目的物である複
合合金鋳鉄のカーボン含有率が２．５〜４％〈重量％、
以下同様〉、好ましくは３．０〜３．５％になるもので
ある。

前記カーボン含有率が４．０％をこえると、複合合金鋳
鉄は硬くなりすぎ、切削などの加工が困難になるととも
に、もろくなるため、たとえばアルミニウム合金溶湯な
どに使用する際の熱ショックに際し、クラックの入るお
それがある。

また該含有率が２．５％未満になると、複合合金鋳鉄組
織にフェライト〈純鉄）地が多くなり、アルミニウム合
金Ｍ’Ｓと梓＋触したときに、アルミニウムと反応しや
すい性質を有するフェライトからなる部分が腐蝕しやす
くなる。

本発明に用いるチタン酸アルカリ金属塩の具体例として
は、チタン酸リチウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸
カリウムなどがあげられる。

チタン酸アルカリ金属塩の添加量は、製造される複合合
金鋳鉄中に１．５〜１０％、好ましくは２．０〜１．０
％である。チタン酸アルカリ金属塩により添加されるＴ
ｉはキューボラ操業においては０．０５〜１％の範囲内
となる。

一般に酸素ガスあるいはハロゲンガスなどの腐蝕性ガス
が合金鋳鉄に侵入するばあい、黒鉛を通路として入るこ
とが知られている。したがって、長ｍ帷およびくまたは
）それらｍｓｇが連なった黒鉛は、腐蝕性ガスを容易に
侵入させうるために、ＩＩＸ蝕あるいはクラックの原因
となる。

そこで、黒鉛繊維は片状微細化する必要があるが、Ｔｉ
は黒鉛の微細化剤として非常に有効であり、したがって
耐蝕性のよい複合合金鋳鉄かえられる。そのほか、黒鉛
繊維を片状微細化するのに適した元素としてＣｒまたは
１ｙｌｎがあげられ、Ｃｒが０．２〜２％および（また
は）Ｍｎが０．１〜２％存在する方がより耐蝕性を向上
させる。

本発明においては、高カーボン含有鉄の溶湯にチタン酸
アルカリ金Ｉｌ＋塩が加えられるが、該鉄溶湯に所望に
より他の成分を加えてもよい。

たとえばケイ素の添加であるが、複合合金鋳鉄中に２．
３〜２．７％添加するのが、溶湯の渦流れ改善、耐熱性
の向上の面から好ましいが、添加量はとくに限定される
ものではない。また理由は明確ではないが、ケイ素を添
加すると複合合金鋳鉄の耐アルミニウム合金溶湯性が改
善される。

また、アルミニウム合金溶湯に対して耐蝕性を向上させ
るためには複合合金鋳鉄組織をアルミニウムとの反応性
の見られない分子式Ｆｅ５Ｃで示されるセメンタイト地
にする必要があるが、完全なセメンタイト地もまた硬く
てもろいために、前述のクラックが問題となる。

したがって、じん性を兼ね備えたセメンタイトとフェラ
イトの層状組織、すなわちパーライト組織にする必要が
ある。このパーライト組織もできる限りセメンタイト地
を多くし、緻密な組織にすることが耐蝕性の向上につな
がる。

本発明においては、高カーボンを含有し、かつチタン酸
アルカリ金属塩を加えた鉄溶湯を、要すれば他の成分を
あわせて加え、塩基性雰囲気化で酸化溶解させ、そのま
ま鋳造することにより、耐アルミニウム合金溶湯性の高
い、耐熱性のある複合合金鋳鉄がえられる。

前記塩基性雰囲気とは、たとえばキューボラ操業で炉内
に石灰石をコークス、金属原料と同じように投入して、
炉内雰囲気を塩基性にすることであり、酸化溶解させる
とは、常温〜１３００℃程度の低温の酸素と前記溶解物
とを接触させることにより、えられた複合合金鋳鉄が再
加熱されるばあいに容易に酸素を放出するのに充分な程
度の過剰の酸素を、溶湯中に酸化物または溶解酸素の形
で取込ませることである。

本発明においては、高カーボン含有鉄およびチタン酸ア
ルカリ塩よりなる原料を塩基性雰囲気下にて酸化溶解し
たのち、該溶湯にアルミニウムが加えられる。

複合合金鋳鉄に含有されるアルミニウムは、耐熱性の向
上および耐アルミニウム合金溶湯性をよくするための遮
蔽膜を形成するために必須であるが、これらの性質以外
にも黒鉛を片状化するのに優れた性質を有しており、ア
ルミニウムを用いると有利である。また、アルミニウム
はそれ自体酸素との親和力が強く、複合合金鋳鉄中に過
剰の酸素を導入するために重要である。

このようなアルミニウムの複合合金鋳鉄における含有率
は、１．５〜４．５％、好ましくは２．０〜４．０％で
ある。該量が１．５％未満になると、アルミニウムを加
える効果が充分えられなくなり、４．５％をこえると、
複合合金鋳鉄の渦流れがわるくなり、鋳造不良が発生し
やすく、実用上これをこえる添加は好ましいことではな
い。

本発明により複合合金鋳鉄を製造するには、キューポラ
炉や電気炉などが使用できるが、キューポラ炉を用いる
ばあいを具体例として以下に説明する。

新銑、鋼材、コークス、石灰石および合金元素源を溶解
装置に投入し、その溶解工程中にさらにチタン酸アルカ
リ金属塩を、好ましくは塊状にして導入し、溶湯にさら
にアルミニウム源を添加して鋳込めばよい。新銑にかえ
て一部故銑を使用してもよい。この際の新鋭、故銑、鋼
材、コークス、合金元素源および石灰石の配合比は、え
られる合金鋳鉄が所定の成分比となるように適宜調整さ
れる。

上記新鋭、故銑、鋼材、コークス、石灰石などは、従来
から使用されているものがいずれも使用されうる。しか
しながら、石灰石は溶湯中の脱硫を目的に従来からキュ
ーボラ操業で使用されているものではあるが、チタン酸
アルカリ金属塩を添加し、また下記に示すごとき特定の
条件下で実施する本発明のごとき製法において、石灰石
が使用された例は従来にはない。またアルミニウム源と
しては、好ましくは純アルミニウム金属が使用される。

本発明の製法においては溶解装置の炉境を塩基性雰囲気
に保つ必要があるが、このためにはキューポラ溶解にあ
ってはベットコークス高さコークス比、羽口径、送風量
などがその溶解温度を左右し、石灰石の添加により塩基
性雰囲気での溶解反応が行なわれる。石炭石以外にもド
ロマイトやマグネシアなどを使用しうる。このばあい、
溶解温度は炉内で１５５０〜１８００℃の高温を達成し
ていることになろう。溶解反応した合金溶湯がキューポ
ラ炉下部へ移動する際、酸素と接触することにより酸化
溶解をうけることになる。

このばあいの酸化溶解とは、高温で溶解流下した合金溶
湯がキューポラ下部で、端口から導入される常温〜１３
００℃程度の低温の空気（酸素富化した低温の空気でも
可）と接触して、多量の酸素を溶解している溶湯中に酸
化物または溶解酸素の形で複合合金鋳鉄中に酸素を含ま
せることをいう。この酸化溶解をすると、実際の出湯温
度は１４５０〜１６５０℃の範囲になる。

このようにして、溶解装置より出湯された合金溶湯にア
ルミニウム溶湯を加えてから鋳込を行なうことにより、
本発明による鋳物製品が製造される。この際、複合合金
鋳鉄溶湯には多量の酸化物および酸素が溶解しており、
しかもアルミニウムを添加したので極めて流動性が低下
するが、キューポラ炉での溶解温度が高く、鋳込温度と
しては１４００〜１５００℃程度に維持されているので
引は巣、充填不足などの発生もなく、良好な鋳物製品か
えられる。

このようにしてえられた複合合金鋳鉄は、これをアルミ
ニウム合金低圧鋳造用ストークにして耐久度試験を行な
うと、断続９０日間の操業において全く浸蝕されず、原
型を保持するという驚異的なストークかえられ、従来か
ら知らているダクタイル鋳鉄、ミーバーナイト鋳鉄、高
アルミニウム鋳鉄などの鋳鉄に属するシラール鋳鉄、ク
ラルファー鋳鉄、アルシロン鋳鉄などの鋳鉄、さらには
Ｔｉを添加したＴｉ鋳鉄といえども比較できないほどの
高性能なものである。

本発明による複合合金鋳鉄がこのように耐熱性、耐蝕性
に優れる理由としては、添加合金化成分の相乗効果によ
る流電腐蝕作用の阻止効果と、定かではないが複合合金
鋳鉄中に含まれる各金属の酸化物やチッ化物および酸化
物の拡散移動により粒界表面に強固な膜が形成され、該
膜が外部から接触するアルミニウム溶湯による鉄との合
金比を遮断し、複合合金鋳鉄の溶損を防止するためと思
われる。とくに複合合金鋳鉄表面に形成されるα−ＡＩ
２２０３模が最もその効果が大きいものと思われる。

本発明による複合合金鋳鉄は、アルミニウム合金鋳造用
のるつぼやストークのほか、銅、錫、ニッケル、亜鉛、
鉛などの各種合金に対しても優れた耐熱性、耐蝕性を有
しており、これら各種溶融金属を対象とするるつぼやス
トークなどの素材としても有用である。さらに該複合合
金鋳鉄は、ｄ械的性質が良好であるので、大きい利用度
と経済的効果が期待できる。

つぎに本発明の方法を実施例にもとづき説明する。

実施例１ 鋼材５０部（重量部、以下同様〉、新鋭７０部、フェロ
シリコン８部、フェロマンガン１．２部、フェロクロム
５部およびチタン酸カリウム／硝石灰−４０／６０（重
量比）の団塊１５．８部、石灰石５部を１バツチとした
配合で、ベットコークス９００ｍｍ　、コークス比１４
に設定した条件でキューポラ炉〈ナニワ炉機（株）製の
１．５丁／ｎｒ炉）を運転した。このときの羽口径はａ
ｏｍｍφ、送風量は熱風加熱なしで７０　ｍ３　／分で
あった。

キューポラ炉から出湯してきた複合合金鋳鉄溶湯の温度
は１５１０℃であり、これにすばやく純アルミニウム溶
湯４部を添加してから１４７０℃で鋳込み、１７に９ス
トークを鋳造した。

えられたストークを分析したところ、成分比はＣ：３．
２％、３ｉ　　：　　２．５％、Ａ４：３．２％、Ｔｉ
　　：　　０．３５％であった。

えられたストーク鋳鉄部材を水ガラス系塗型材でコーテ
ィングし、低圧鋳造装置に用い、実際にフッ化ナトリウ
ム系脱酸剤で集中処理を行なったＡＣ−４Ｂアルミニウ
ム合金の７２０℃溶湯中に６日間浸漬後取出し、再び前
記塗型材を塗布後、さらに６日間浸漬の繰返し条件でア
ルミニウム合金鋳鉄の操業に使用し、耐熱性、耐腐蝕性
などを総合した耐久性について連続操業試験を行ない、
操業後のストーク鋳鉄部材の減量および外観、変化、す
なわち腐蝕部位の有無で評価した。

それらの結果を第１表に示す。

実施例２〜６ 第２表に示す配合組成、操業条件、出湯温度および鋳込
み温度にしたほかは、実施例１と同様にしてストークを
鋳造し、低圧鋳造装置に用い、評価した。それらの結果
を第１表に示す。

比較例１ Ｆｅ１２のストークを＆８造して用いたほかは実施例１
と同様にして評価した。その結果を第１表に示す。

［以下余白］ 第　　２　　表

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　高カーボンでアルミニウムを含有する複合合金鋳鉄
   を製造するにあたり、高カーボン含有鉄およびチタン酸
   アルカリ塩よりなる原料を塩基性雰囲気下にて酸化溶解
   したのち、該溶湯にアルミニウムを加えて鋳造すること
   を特徴とする複合合金鋳鉄の製法。