JPS6136580B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鋳鉄製造時にチタン酸アルカリ金属塩
を添加して鋳鉄溶湯とし、更にアルミニウム溶湯
と混合して得られる新規な耐腐蝕性合金鋳鉄に関
するものである。

本発明はアルミニウム合金の低圧鋳造用ストー
クの材質研究の過程において見い出されたもので
あり、本発明の耐腐蝕性合金鋳鉄の理解のため、
その研究過程と公知技術との比較を以下に詳述す
る。

従来からアルミニウム又はアルミニウム合金の
低圧鋳造装置の材質としては最も一般的である
FC20〜25の鋳鉄が使用されている。したがつ
て、アルミニウム合金等の溶湯中にはFC鋳鉄に
起因する鉄成分や炭素成分等の不純物が混入し、
アルミニウム合金等の鋳造製品の品質が低下す
る。これらはFC20〜25の鋳鉄が単にアルミニウ
ム合金等の溶湯中への溶解のみならず、電気化学
的な流電作用による局部電池の構成に起因する流
電腐食などの原因によるものである。そこで、る
つぼやストークの表面に種々の耐食性の大な材質
によるコーチングや内張りをすることが試みられ
ているが、未だ十分な性能のものが得られていな
い。例えば、単純に耐久性のみを求めるならば、
炭化ケイ素や窒化ケイ素のコーチング、セラミツ
ク溶射量の形成などが挙げられる。しかしなが
ら、これらのコーチング層はアルミニウム溶湯中
には除滓剤として弗化物や塩化物を介在させるた
め、通常の熱間強度が保持できず、期待される程
の効果が発揮されていないのが現状である。

本発明者らは、るつぼやストークの溶損侵食を
防止する手段として金属チタンに注目し、ストー
クについて金属チタン管の鋳ぐるみ鋳造で好結果
〓〓〓〓
の得られることを見出し、特願昭56−112656号に
おいて提案した。金属チタンは耐摩耗性、耐食
性、耐熱性良好であり、しかも、アルミニウム溶
湯への固溶があつても、アルミニウム合金の結晶
粒の微細化効果が得られて、アルミニウム金属の
機械的、物理的性質の向上が期待でき、事実、そ
の成果も現われて、良好な素材であることが確認
できたのである。また、ストークの耐用日数も、
通常のFC鋳鉄で14日以内であるのが、30日近く
にも倍加したのである。

しかしながら、金属チタン鋳ぐるみストークの
使用後の性態を観察してみると、金属チタン板自
体の損耗よりも、ライニング層の破裂によるFC
鋳鉄の露出面からの侵食が大きく、チタンライニ
ング層の剥離脱落による侵食の大きいことが判明
した。これは、加熱、冷却の際の普通鋳鉄の大き
な鋳鉄生長現象に基くヒステリシス膨張による破
壊であると考えられ、このヒステリシス膨張を防
がないかぎり、チタン金属板の鋳ぐるみ鋳造体に
よる改良は十分な効果が得られないと思われたの
である。

次いで、この問題を解決すべく、合金鋳鉄の選
択を行い、高アルミニウム鋳鉄、Al−Si系のアル
シロン鋳鉄、更には、これにCrを添加したクラ
ルフアー鋳鉄などの従来公知の合金鋳鉄について
ストークを鋳造し、それらの実稼動テストを行つ
たところ、いずれも良好な性能を示し、ストーク
の耐用も20日近くに延長できたものの、これ以上
の耐用が得られるアルミニウム合金鋳鉄は見出す
ことができなかつた。

本発明は、以上のような研究経過に基き、合金
鋳鉄そのものを改良すれば、チタン金属板の鋳ぐ
るみ鋳造をしなくとも、良好な材質のものが得ら
れるのではないかとの推測のもとに種々研究した
結果、新規な耐腐蝕性合金鋳鉄の開発をみるに至
つたのである。すなわち、鋳鉄製造時にチタン酸
アルカリ金属塩を添加して鋳鉄溶湯とし、これに
アルミニウム溶湯を添加混合して得られた耐腐蝕
性合金鋳鉄がこの目的に最良であつたのである。

本発明の耐腐蝕性合金鋳鉄中のアルミニウム成
分は0.1〜10重量％（以下単に％と記述する）好
ましくは１〜８％の範囲が良好である。アルミニ
ウムは0.1重量％より少ないと効果がなく、10重
量％より多いと鋳鉄に脆性がでて好ましくない。
アルミニウムは強い黒鉛化促進元素で、鋳鉄の黒
鉛化を助長する。チタニウム成分としては本発明
の耐腐蝕性合金鋳鉄中の含有量として0.1〜10
％、好ましくは0.1〜３％である。チタニウムは
0.1％より少ないと効果がなく、10％より多いと
溶湯に多量のドロスが発生して鋳造性が悪くな
る。チタン合金鋳鉄の具体例はあまりきかない
が、本発明の場合、次のような理由で極めて優秀
な効果をもたらす。すなわち、金属チタンは比重
4.54、融点1668℃ 沸点3537℃の耐熱性が高く、
かつ軽量で強靭な金属であることなどから本発明
の耐腐蝕性合金鋳鉄をアルミニウム合金等の低圧
鋳造法におけるるつぼやストークとして利用する
場合、アルミニウム合金等の溶湯に対する耐熱耐
久性及び耐食性が良好で、耐流電腐食性が大き
く、FC鋳鉄より優れた素材である。

本発明の耐腐蝕性合金鋳鉄中のカルシウム成分
は後述するアルカル金属成分と共に当該耐腐蝕性
合金鋳鉄の耐腐食性を大巾に向上させるために有
効のようである。また、カルシウムの添加による
靭性鋳鉄が例えば特開昭55−31117号に示されて
いる。このように従来、黒鉛球状鋳鉄を調製する
にあたり、溶湯にマグネシウム、カルシウム等の
アルカリ土類金属を添加することは極めて良く知
られている。しかし、本発明は黒鉛球状化鋳鉄の
ような靭性鋳鉄を得ることを目的としないので、
カルシウムの含有も自ずとその目的、効果を異に
している。カルシウム成分は、例えばこの耐腐蝕
性合金鋳鉄をキユーポラで作る場合、キユーポラ
中に投入される石灰石や石灰からの酸化カルシウ
ムより導かれる成分であるが、その含有量として
は確認された範囲では0.0001〜0.1％であり、こ
れ以上多量に含有させた場合は得られる耐腐蝕性
合金鋳鉄は脆くなり、実用的でないようである。
カルシウムは0.0001％以下にすることはできな
い。

アルカリ金属成分は、後述する製造法の説明に
もあるように、主にリチウム、カリウム、ナトリ
ウムであり、これらはチタン酸アルカリ金属塩か
ら導かれる成分である。本発明においては特にチ
タン酸カリウムウイスカー（チタン酸カリウムの
微細な単結晶繊維である）の形で投入された場
合、耐腐蝕性合金鋳鉄中への分散固溶性の点で特
に有効であつた。アルカリ金属成分の含有量は前
〓〓〓〓
記チタニウムの含有量にみあう量であつて、本発
明の耐腐蝕性合金鋳鉄中0.001〜１％が確認され
ている。

その他の元素、例えば、Ｃ、Si、Muなども通
常のFC鋳鉄中に含まれる程度には、本発明の耐
腐蝕性合金鋳鉄中にも存在している。すなわち、
C2.0〜4.0％、Si1.0〜6.0％、Mn0.1〜1.0％であ
る。しかしながら、上述のアルミニウム、チタ
ン、そして微量のカルシウム、カリウムの存在が
特徴であつて、Ｘ線マイクロアナライザーの分析
写真によれば、そのマトリツクス中に各元素が極
めて良好な状態で均一に分散固溶している状態が
明らかに見受けられたが未だ十分にはその組織は
解明されていない。

本発明の耐腐蝕性合金鋳鉄は次のように製造す
るこができる。すなわち新銑、故銑、鋼材等の鉄
原料、コークス、石灰石と共に石灰、チタン酸ア
ルカリ金属塩を投入し、その溶解中にチタン、カ
ルシウム、カリウムを導入し、溶解装置から出た
溶湯中にアルミニウム金属を添加処理してアルミ
ニウム成分を導入することを特徴とする製造法で
ある。本発明の原料である石灰石や石灰は溶湯の
脱流を目的に従来より使用されているが、チタン
酸アルカリ金属に至つては、未だいずれの用途に
限らず、溶湯中に添加使用された例はなく、本発
明者はチタン源としてチタン酸アルカリ金属塩の
一つであるチタン酸カリウムを当該耐腐蝕性合金
鋳鉄中へ導入すべく使用したのであるが、その結
果、得られた本発明の耐腐蝕性合金鋳鉄はチタン
元素がマトリツクス中に均一に分散固溶し、かつ
カリウム成分も均一に分散固溶していることが判
明し、このことが本発明の耐腐蝕性合金鋳鉄の性
能を著しく向上させている最大の理由であると思
われる。又は、それはＸ線のマイクロアナライザ
ーの分析写真で明らかにされている。

しかも、得られたAl−Si−Ti−Ca−Ｋ系耐腐
蝕性合金鋳鉄は、これを用いてアルミニウム低圧
鋳造用ストークにしてその耐久度試験を行つた結
果、連続24日間操業において全く侵食されず原形
を保持するという驚異的記録を達成したのであ
る。このことは従来知られているAl−Si系のアル
シロン鋳鉄、更にはこれにCrを添加したクラル
フアー鋳鉄などの鋳鉄、更には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
であつた。本発明の耐腐蝕性合金鋳鉄がこのよう
な耐熱耐食性に優れるその１つの理由としては本
発明の耐腐蝕性合金鋳鉄中にはアルミニウム、チ
タン、カルシウム及びアルカリ金属がマトリツク
ス中に均一に分散固溶しているから、溶融金属に
対する濡れ性が低くなるためであると考えられる
が、未だ明らかでない。チタン合金鋳鉄の具体例
はあまりきかないが、Tiがある特定の範囲、2.4
〜4.5％配合で耐摩耗性が上がることは特開昭56
−142848号に記載されている。しかし、チタン源
をチタン酸アルカリ塩に求めたものはなく、した
がつて、アルカリ金属成分はないし、まして、ア
ルミニウム溶湯などに対する高温耐久性に優れる
などは、全く新しい知見である。

従つて、本発明の耐腐蝕性合金鋳鉄はアルミニ
ウム合金鋳造用るつぼやストークのほか、鋼、
錫、ニツケル、亜鉛、鉛、銅等各種合金の溶融金
属に対しても優れた耐熱、耐久性を有しており、
これら各種溶融金属対象の素材として有用であ
る。更に、この合金鋳鉄は機械加工性、特に被削
性に優れ、FC鋳鉄より比重が小さく、機械的性
質が良好であるので、大きな利用度と経済効果が
期待できるのである。とりわけ、本発明の耐腐蝕
性合金鋳鉄は、以下の実施例に述べるアルミニウ
ム低圧鋳造用ストーク及びるつぼ用素材として極
めて有用であり、これの使用により従来７日間以
上の連続操業は不可能であつたのが、32日間以上
にもわたる安定操業が可能となり、これに基く大
幅な生産性の向上が達成できたのである。

以下、実施例により本発明の構成及び効果を具
体的に説明する。

実施例 キユポラ投入時点における配合量は、FC故銑
50部、FC鋼材50部、コークス13部、石灰30部、
シリカ20部であり、これにチタン酸カリウムウイ
スカー（商品名テイスモＤ、大塚化学薬品株式会
社製）５部と生石灰60部とベントナイト２部とそ
して黒鉛粉１部とを水で混練後、任意な塊状に固
めて成形、乾燥したものを加えたものである。

キユポラでの溶解条件は通常のFC鋳鉄の条件
と何ら異なることなく、上述のとおりの要領にて
配合添加を行うことにより簡単に実施することが
できた。残るアルミニウムの添加は、純アルミニ
ウムをキユポラ前炉にて５％を溶湯中に添加し
〓〓〓〓
た。

得られた耐腐蝕性合金鋳鉄の化学組成は、Al
1.01％、Ti0.159％、Ca0.001％、K0.01％を含有
し、更に、C2.47％、Si4.44％を含むものであつ
た。

このようにして得られた耐腐蝕性合金鋳鉄を用
いてアルミニウム低圧鋳造用ストークを試作し
た。このストークは２本で566Kgであつた。又一
方、従来より公知のFCストークも２本で60Kgの
ものを製作し、それぞれ低圧鋳造装置にセツト
し、実操業によつて本発明の耐腐蝕性合金鋳鉄と
FCストークの耐熱耐久、耐腐食性について連続
操業試験を行つた。それによると、本発明の耐腐
蝕性合金鋳鉄によりなるストークは24日間連続操
業してもストークの外観上の変化は一切なく、更
に７日間追加操業した後も変化なく重量減すら見
られなかつた。一方、従来の FCストークは６
日間の連続操業でその腐食が激しく２本で12Kgの
重量減が見られ、したがつて、その後、当該スト
ークでは操業できず、新しいストークに切り替え
ざるをえなかつた。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 新銑、故銑、鋼材等の鉄原料、石灰石、コー
   クス及びチタン酸アルカリ金属塩より得られる鋳
   鉄溶湯にアルミニウムを添加してなる合金鋳鉄で
   あつて、C2.0〜4.0％、Si1.0〜6.0％、Mn0.1〜1.0
   ％、Ti0.1〜10％、Al 0.1〜10％、Ca0.0001〜0.1
   ％、アルカリ金属0.001〜１％を含有する耐腐蝕
   性合金鋳鉄。 ２ チタン酸アルカリ金属塩はチタン酸カリウム
   である特許請求の範囲第１項記載の耐腐蝕性合金
   鋳鉄。