KR102539284B1 - Nodular cast iron with excellent resistance to gas defects - Google Patents

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Abstract

유리 N에 기인한 핀홀 등의 가스 결함이 적은 우수한 내가스 결함성을 가지고, 종래 동등 이상의 기계적 특성 및 피삭성을 가지는 구상흑연주철을 제공한다.질량비로, C:3.3 ~ 4%, Si:2 ~ 3%, P:0.05% 이하, S:0.02% 이하, Mn:0.8% 이하, Cu:0.8% 이하(0을 포함하지 않음), Mg:0.02 ~ 0.06%, Ti:0.01 ~ 0.04%, V:0.001 ~ 0.01%, Nb:0.001 ~ 0.01%, N:0.004 ~ 0.008%, 잔부 실질적으로 Fe 및 불가피적인 불순물로부터 이루어지는 우수한 내가스 결함성을 가지는 구상흑연주철을 제공한다.To provide spheroidal graphite cast iron having excellent gas defect resistance with fewer gas defects such as pinholes caused by glass N, and having mechanical properties and machinability equal to or better than those of the prior art. In terms of mass ratio, C: 3.3 to 4%, Si: 2 to 3%, P: 0.05% or less, S: 0.02% or less, Mn: 0.8% or less, Cu: 0.8% or less (excluding 0), Mg: 0.02 to 0.06%, Ti: 0.01 to 0.04%, V : 0.001 to 0.01%, Nb: 0.001 to 0.01%, N: 0.004 to 0.008%, the remainder substantially composed of Fe and unavoidable impurities, and having excellent gas defect resistance.

Description

내가스 결함성에 우수한 구상흑연주철Nodular cast iron with excellent resistance to gas defects

본 발명은 내가스 결함성에 우수한 구상흑연주철에 관한 것이다.The present invention relates to nodular cast iron having excellent gas defect resistance.

구상흑연주철은 우수한 기계적 특성 및 양호한 주조성을 갖기 때문에, 다양한 자동차 부품이나 기계 부품에 널리 사용되고 있다. 구상흑연주철의 제조에는, 주된 원재료로서 선철(銑鐵), 강설(鋼屑)(스크랩), 회수 스크랩(주조 리턴재) 등이 사용되고 있다. 상기 원재료 중, 종래는 주물용의 선철이 구상흑연주철의 원재료로서 주체(主體)였지만, 최근에는 고등(高騰)한 선철에 대신하여 자원의 유효 활용의 관점으로부터 강설을 주체로 사용하는 것이 일반적으로 되어 있다. 강설은 자동차 산업의 성장에 따라 대량으로 발생하여 염가로 공급되기 때문에 구상흑연주철을 시작으로 주철 전반의 원재료로서 다용하게 되었다.Since nodular cast iron has excellent mechanical properties and good castability, it is widely used in various automobile parts and machine parts. In the production of spheroidal graphite cast iron, pig iron, snow (scrap), recovered scrap (casting return material), etc. are used as main raw materials. Among the above raw materials, pig iron for casting has conventionally been the main raw material for ductile cast iron, but recently, it is common to use snow as the main material instead of high-grade pig iron from the viewpoint of effective utilization of resources. has been Since snowfall occurs in large quantities with the growth of the automobile industry and is supplied at a low price, it is widely used as a raw material for cast iron in general, starting with nodular graphite cast iron.

여기서, 자동차 산업에서 발생하는 강설은 자동차의 차체용 프레스 가공 스크랩 등으로부터 이루어져, 최근에는 이러한 강재로서는 고장력 강판(하이텐)의 점유율이 높아지고 있다. 이러한 이유는, 자동차의 차체 등에는 연비 개선에 의한 환경보전의 관점으로부터 경량화가 요구되는 한편, 충돌시의 승객의 안전성 확보의 관점으로부터 강도나 강성의 확보도 요구되고 있다. 그 때문에, 자동차의 차체 등에는 경량화와 고강도화·고강성화를 양립할 것이 요구되고, 이에 호응하기 위하여 고농도의 Mn, Cr, Mo 등을 포함하는 고장력 강판이 다용되는 경향에 있다. 불가피적으로 다량의 Mn, Cr, Mo 등이 포함되는 강설을 원재료로 이용하면, 구상흑연주철로 했을 때에 흑연의 정출(晶出)을 저해하거나 탄화물이 생성되기 때문에 연성(신장 특성)을 저하시키거나 하는 문제가 있다. 원재료에 불가피적으로 포함되는 Mn, Cr, Mo 등에 기인하는 문제를 해결하기 위해서, 구상흑연주철의 용해 공정에서 용탕 중으로부터 이러한 원소를 제거하기 위한 다양한 제안이 되고 있다.Here, snowfall generated in the automobile industry is made from press-worked scraps for automobile bodies, and the share of high-strength steel sheet (Hiten) as such a steel material is increasing in recent years. For this reason, weight reduction is required for automobile bodies and the like from the viewpoint of environmental preservation by improving fuel efficiency, while securing strength and rigidity is also required from the viewpoint of securing safety for passengers in a collision. For this reason, it is required to achieve both weight reduction, high strength, and high rigidity for automobile bodies and the like, and in order to respond to this, high-strength steel sheets containing high concentrations of Mn, Cr, Mo, etc. tend to be widely used. If snow, which inevitably contains a large amount of Mn, Cr, Mo, etc., is used as a raw material, the crystallization of graphite is inhibited or carbide is generated when spheroidal graphite cast iron is used, reducing ductility (elongation characteristics). there is a problem with In order to solve problems caused by Mn, Cr, Mo, etc., which are inevitably included in raw materials, various proposals have been made to remove these elements from the molten metal in the melting process of nodular graphite cast iron.

그런데, 고장력 강판 중에는, Mn, Cr, Mo 외에, N(질소)를 함유하여 탄질화물로 석출 경화하거나 질화 처리를 실시하여 고강도화를 도모한 것도 있다. 이러한 고장력 강판은 N 함유량이 수백 ppm에 이르는 것도 있다. 이와 같이 불가피적으로 다량의 N을 포함하는 강설을 원재료로서 이용하여 구상흑연주철을 제조하는 경우, 이 원재료를 용해한 용탕 중에 포함되는 유리(遊離) N이 증가할 가능성이 있다. 한편, 이하의 설명에서, 「유리 N」이란 고상이나 고용체를 구성하는 원자를 구성하고 있지 않은 자유로운 상태의 질소 원자인 것을 가리키고, 「N」이란 원소로서의 질소인 것을 가리킨다.By the way, some high-strength steel sheets contain N (nitrogen) in addition to Mn, Cr, and Mo to achieve high strength by precipitation hardening with carbonitride or nitriding treatment. Some of these high-strength steel sheets have a N content of up to several hundred ppm. In this way, when spheroidal graphite cast iron is manufactured using snowfall containing a large amount of N as a raw material, there is a possibility that the free N contained in the molten metal in which the raw material is melted increases. In the following description, "free N" refers to nitrogen atoms in a free state that do not constitute atoms constituting a solid phase or solid solution, and "N" refers to nitrogen as an element.

또한, 일반적으로, 구상흑연주철의 용해 공정에서 용제되는 용탕(溶湯)(원탕)은 Si, Mn를 함유하기 때문에 용해 공정의 단계에서 탈산(脫酸)되고, 그 후, 원탕을 레이들(取鍋, ladle)에 이행 후에 시행되는 구상화(球狀化) 처리에서 첨가되는 Mg나 접종 처리에서 첨가되는 Si에 의해 더욱 강력하게 탈산된다. 이와 같이 탈산된 구상흑연주철용 용탕은, 용해로로부터 레이들로의 출탕(出湯) 공정이나 레이들로부터 주형(鑄型)으로의 주탕(注湯) 공정에서 용탕이 대기에 접하면 대기 중의 유리 N을 흡수 또는 흡장하기 쉬운 성질이 있다.In addition, generally, since molten metal (raw water) melted in the melting process of nodular cast iron contains Si and Mn, it is deoxidized at the stage of the melting process, and then the raw metal is ladle. It is more strongly deoxidized by Mg added in the spheroidization treatment performed after transfer to the ladle or by Si added in the inoculation treatment. The deoxidized molten metal for spheroidal graphite cast iron releases N in the atmosphere when the molten metal comes into contact with the atmosphere in the pouring process from the melting furnace to the ladle or the pouring process from the ladle to the mold. It has the property of being easy to absorb or occlude.

상기와 같이 대기 유래의 유리 N을 흡수 또는 흡장하기 쉬운 성질을 가지는 구상흑연주철용의 용탕에서, 원재료로서 불가피적으로 다량의 N을 포함하는 N함유량이 많은 강설의 배합이 더욱 증가하면, 이 강설 유래의 유리 N에 의해 용탕 중의 유리 N이 증가하여, 주조 제품에 유리 N에 기인한 질소 가스(N2가스)로부터 이루어지는 핀홀 등의 가스 결함의 발생 경향이 높아진다. 구체적으로는, 유리 N이 과잉으로 포함된 용탕이 응고할 때에는, 고상 중에 고용될 수 없는 유리 N이 질소 가스로서 방출되어, 주조 제품에 질소 가스로부터 이루어지는 핀홀 등의 가스 결함을 발생시키는 일이 있다. 구상흑연주철에 가스 결함을 일으키면, 외관상의 불량뿐만 아니라, 미세한 공공(空孔) 결함에 기인하여 강도나 신장 등 기계적 특성의 악화를 불러일으킨다고 하는 문제가 발생할 우려가 있다.As described above, in the molten metal for spheroidal graphite cast iron, which has a property of easily absorbing or occluding free N derived from the atmosphere, if the mixing of snow with a large amount of N, which inevitably contains a large amount of N as a raw material, is further increased, this snow The glass N in the molten metal increases due to the derived glass N, and the tendency of gas defects such as pinholes formed from nitrogen gas (N 2 gas) caused by glass N increases in the cast product. Specifically, when molten metal containing excessive free N solidifies, free N that cannot be dissolved in the solid phase is released as nitrogen gas, which may cause gas defects such as pinholes made of nitrogen gas in cast products. . When gas defects occur in spheroidal graphite cast iron, there is a risk of causing not only appearance defects but also deterioration of mechanical properties such as strength and elongation due to fine pore defects.

구상흑연주철 등 주철 중에 혼입되는 N을 포함하는 불순물의 함유량을 저감시키는 기술로서, 특허문헌 1에는 질량비로 탄소:2.0 ~ 4.0%, 규소:1.0 ~ 3.0%, 황:0.02% 이하를 가지고, 잔부가 철과 미량의 불가피적인 불순물로 이루어지는 합금을, 콜드 도가니 용해로에 투입하여 용해한 후, 여기에 마그네슘, 칼슘, 및 희토류 원소의 어느 하나 또는 2 이상으로부터 이루어지는 구상화 촉진 원소를 포함하는 구상화 처리제를 구상화 촉진 원소가 최종 조성으로 0.01 ~ 0.1%가 되도록 첨가하여, 흑연화를 촉진시키는 접종 처리를 실시하지 않고 냉각시켜, 철과의 합금을 만드는 제조방법을 적용함으로써, 질량비로 탄소:2.0 ~ 4.0%, 마그네슘, 칼슘, 및 희토류 원소의 어느 하나 또는 2 이상으로부터 이루어지는 구상화 촉진 원소:0.01 ~ 0.1%, 규소:1.0 ~ 3.0%, 황:0.02% 이하를 가지고, 잔부가 철과 불가피적인 불순물로부터 이루어지고, 당해 불가피적인 불순물 중의 코발트, 동, 및 니켈 이외의 원소를 극력 미량으로 하여, -60℃ 또는 -80℃에서 샬피 충격시험에서의 흡수에너지 값이 V 노치 시험편에서 14J/cm2 이상이라고 하는 구상흑연주철의 기재가 있다.As a technology for reducing the content of impurities containing N contained in cast iron such as nodular cast iron, Patent Document 1 has a mass ratio of carbon: 2.0 to 4.0%, silicon: 1.0 to 3.0%, sulfur: 0.02% or less, After the alloy composed of added iron and trace amounts of unavoidable impurities is put into a cold crucible melting furnace and melted, a spheroidizing treatment agent containing magnesium, calcium, and a spheroidizing promoting element composed of any one or two or more of rare earth elements is added thereto to promote spheroidization. By applying a manufacturing method in which elements are added to be 0.01 to 0.1% in the final composition, cooled without inoculation treatment to promote graphitization, and an alloy with iron is applied, the mass ratio of carbon: 2.0 to 4.0%, magnesium , Calcium, and a spheroidization accelerating element composed of any one or two or more of rare earth elements: 0.01 to 0.1%, silicon: 1.0 to 3.0%, sulfur: 0.02% or less, the balance being iron and unavoidable impurities, the Elements other than cobalt, copper, and nickel among unavoidable impurities are minimized in trace amounts, and the absorbed energy value in the Charpy impact test at -60 ° C or -80 ° C is 14 J / cm 2 in the V-notch test piece There is a description of spheroidal graphite cast iron as above.

특허문헌 1에 의하면, 원재료의 용해 당, 용해로 챔버 내를 진공 배기한 후, 아르곤 가스를 도입하여 용해로 챔버 내를 아르곤 분위기로 함과 동시에, 수냉한 고순도의 동제(銅製)의 도가니를 사용하여, 유사적으로 동제의 도가니와 용융 금속을 비접촉 상태로 하여 용해(부양 용해)하는 장치인 콜드 도가니 용해로를 이용함으로써, 종래의 용해 공정과 같은 도가니 또는 기상(환경)으로부터 용융 금속으로의 불순물의 혼입이 방지되어 고순도의 재료를 제작할 수 있다고 하고 있다. 또한, 특허문헌 1의 구상흑연주철에서, 불가피적인 불순물 중의 코발트, 동, 및 니켈 이외의 원소를, 각각 질량비로 0.003% 이하로 함으로써, 개재물을 더욱 줄일 수 있음과 동시에, 내부의 취약부분을 감소시킨 구상흑연주철을 제공할 수 있다고 하고 있다.According to Patent Literature 1, after melting the raw materials and evacuating the inside of the melting furnace chamber, argon gas is introduced to make the inside of the melting furnace chamber an argon atmosphere, and at the same time, using a high-purity copper crucible cooled with water, Similarly, by using a cold crucible melting furnace, which is a device that melts (float melting) a copper crucible and molten metal in a non-contact state, mixing of impurities into molten metal from a crucible or gas phase (environment) like a conventional melting process is prevented. It is said that it is possible to manufacture high-purity materials. In addition, in the spheroidal graphite cast iron of Patent Document 1, by setting the elements other than cobalt, copper, and nickel among inevitable impurities to 0.003% or less in terms of mass ratio, respectively, inclusions can be further reduced and internal brittle parts can be reduced. It is said that Shikin can provide spheroidal graphite cast iron.

일본특허공개 제2004-169167호Japanese Patent Laid-open No. 2004-169167

특허문헌 1에 개시된 구상흑연주철의 제조방법은, 아르곤 분위기에서 원재료를 용해하고, 그대로 응고시켜 구상흑연주철을 형성하므로, 용탕 중에 포함되는 유리 N이 저감 되어 구상흑연주철에 발생하는 유리 N을 기인으로 한 가스 결함이 억제될 가능성은 있다. 그렇지만, 원재료로서 고순도의, 예를 들면 4N(99.99%, 질량 비) 레벨 정도의 전해 철, 반도체용 실리콘, 고순도화 처리한 흑연 등을 사용하고 있어, 출발 재료 자체가 고순도의 원재료이다. 한편, 그 제조방법은, 용해로 챔버 내를 아르곤 분위기로 하는 것과 동시에, 수냉한 고순도 동제의 도가니로 이루어지는 특수한 장치인 콜드 도가니 용해로를 이용하여 제공되는 것이다. 콜드 도가니 용해로는, 일반적으로는 고순도의 합금 주괴(鑄塊)를 제조하는 등, 고순도 재료의 제조에 이용되는 것이다. 이와 같이 고순도의 원재료나 특수한 장치를 이용한 경우, 불가피적인 불순물의 함유량을 대폭 저감할 수 있지만, 자동차 부품이나 기계 부품에 적용하는 구상흑연주철의 제조에 대해서는, 얻어지는 주조 제품이 지극히 고가의 것이 되어, 경제 합리성의 관점에서는 문제가 있다.In the manufacturing method of nodular graphite cast iron disclosed in Patent Document 1, since the raw material is melted in an argon atmosphere and solidified as it is to form nodular cast iron, the free N contained in the molten metal is reduced and the glass N generated in the nodular cast iron is attributed. There is a possibility that gas defects made by this can be suppressed. However, high-purity electrolytic iron, silicon for semiconductors, highly purified graphite, etc. of about 4N (99.99%, mass ratio) level are used as raw materials, and the starting materials themselves are high-purity raw materials. On the other hand, the production method is provided by using a cold crucible melting furnace, which is a special device made of a high-purity copper crucible that is water-cooled while setting the inside of the melting furnace chamber to an argon atmosphere. A cold crucible melting furnace is generally used for manufacturing high-purity materials such as manufacturing high-purity alloy ingots. In this way, when using high-purity raw materials or special equipment, the content of unavoidable impurities can be significantly reduced, but for the production of nodular cast iron applied to automobile parts and machine parts, the obtained cast products are extremely expensive, There is a problem from the point of view of economic rationality.

또한, 특허문헌 1의 제조방법에 의하면, 동제의 도가니 내에서 원재료를 용해하여, 구상화 처리제를 첨가한 후, 용탕의 냉각 및 응고는, 동제의 도가니 내에서 실시한다고 하고 있다. 이 제조방법에 의하면, 얻어지는 구상흑연주철은 도가니의 공간의 형상을 모방한 괴상(怪狀)의 주조품이 된다. 이것으로는 본래, 형상 자유도가 높은 공작법인 주조의 이점을 향수할 수 없다.In addition, according to the manufacturing method of patent document 1, after melting|dissolving raw materials in a copper crucible and adding a spheroidizing treatment agent, it is said that cooling and solidification of molten metal are performed in a copper crucible. According to this manufacturing method, the obtained spheroidal graphite cast iron becomes a lumpy cast product that mimics the shape of the space of the crucible. In this way, it is not possible to enjoy the advantages of casting, a manufacturing method with a high degree of freedom in shape.

즉, 자동차 부품이나 기계 부품 등 자유 형상을 가지는 주조 제품을 얻기 위해서는, 용해로로부터 직접, 혹은 레이들을 개재시켜 제품 형상을 구분하여 이루어지는 캐비티를 가지는 주형(鑄型)에 주탕한 후, 냉각, 응고할 필요가 있다. 그리고, 공업 생산상, 현실적이면서 합리적인 코스트로 주조 제품을 제조하기 위해서는, 용해로로부터 레이들로의 출탕 공정이나 레이들로부터 주형으로의 주탕 공정을, 대기 중에서 실시할 수 있는 것이 중요하다.That is, in order to obtain cast products having free shapes, such as automobile parts and machine parts, pouring into a mold having a cavity formed by dividing the product shape directly from the melting furnace or through a ladle, and then cooling and solidifying. There is a need. In terms of industrial production, in order to manufacture cast products at a realistic and reasonable cost, it is important that the pouring process from the melting furnace to the ladle and the pouring process from the ladle to the mold can be performed in the air.

여기서, 용탕 중으로 유리 N이 녹아들어 가는 것(흡수, 흡장)을 억제하기 위해, 레이들이나 주형을 챔버 내에 배치하여, 챔버 내를 아르곤가스 분위기나 진공으로 한 후에 출탕이나 주탕하는 것도 고려할 수 있지만, 설비, 장치가 특수하고 대규모의 것이 되어, 얻어지는 주조 제품은 한층 고가의 것이 되므로, 경제적이 않을 뿐만 아니라 현실적이지도 않다. 또한, 구상흑연주철의 용탕으로부터 유리 N을 제거하기 위하여 유효하고 실용적인 방법은 없고, N 함유량이 낮은 재료로 희석하려고 하더라도, 예를 들면 고순도 선철이나 베이스 메탈 등의 저 N원재료는 고가이고, 경제적이지 않다.Here, in order to suppress melting (absorption or occlusion) of free N into the molten metal, it is also conceivable to place a ladle or a mold in the chamber and then tap or pour the metal after setting the chamber in an argon gas atmosphere or a vacuum. Equipment and equipment are special and large-scale, and the resulting cast products are more expensive, which is not only uneconomical but also unrealistic. In addition, there is no effective and practical method for removing free N from molten ductile cast iron, and even if you try to dilute it with a material with a low N content, for example, low-N raw materials such as high-purity pig iron or base metal are expensive and economical. not.

그리고, 근래에는, 상기한 것처럼, 구상흑연주철의 원재료에 N이 불가피적인 함유량으로서 많이 함유되는 것을 피할 수 없는 상황이 되어 있다. 또한, 상기한 바와 같이, 유리 N의 유래원의 대표적인 일례인 강설이나 대기 이외로도, 예를 들면 원재료를 구성하는 기타 재료나 원재료를 용해하는 용해로의 로재(爐材) 등, 용탕에 용존할 가능성이 있는 유리 N의 유래원은 수많이 존재한다. 이 때문에, 예를 들면 강설 유래의 유리 N을 제거하거나 고가의 선철(銑鐵) 등으로 희석하거나 하지 않고, 용탕에 유리 N을 함유한 채, 이러한 유리 N에 기인한 핀홀 등의 가스 결함을 발생하지 않는 구상흑연주철을 얻을 수 있다면 공업적으로 매우 유효하다.And in recent years, as described above, it is inevitable that the raw material of spheroidal graphite cast iron contains a large amount of N as an unavoidable content. In addition, as described above, in addition to snowfall and atmosphere, which are typical examples of sources of free N, other materials constituting raw materials and furnace materials of melting furnaces for melting raw materials, for example, can be dissolved in molten metal. There are numerous possible sources of free N. For this reason, for example, glass N derived from snowfall is not removed or diluted with expensive pig iron, etc., and gas defects such as pinholes caused by glass N are generated while the glass N is contained in the molten metal. If it is possible to obtain ductile graphite cast iron that is not processed, it is very effective industrially.

본 발명은 상기한 종래의 과제에 귀감하여 이루어진 것으로, 그 목적은 유리 N에 기인한 핀홀 등의 가스 결함이 적은 우수한 내가스 결함성을 가지고, 종래 동등 이상의 기계적 특성 및 피삭성을 가지는 구상흑연주철을 제공하는 것에 있다.The present invention has been made in response to the above conventional problems, and its object is to have excellent gas defect resistance with less gas defects such as pinholes caused by glass N, and nodular graphite cast iron having mechanical properties and machinability equal to or better than the conventional ones. is in providing

즉, 본 발명의 내가스 결함성이 우수한 구상흑연주철은, That is, the nodular graphite cast iron having excellent gas defect resistance of the present invention,

질량비로,in mass ratio,

C:3.3 ~ 4%,C:3.3~4%,

Si:2 ~ 3%,Si: 2 to 3%;

P:0.05% 이하,P: 0.05% or less;

S:0.02% 이하,S: 0.02% or less;

Mn:0.8% 이하,Mn: 0.8% or less;

Cu:0.8% 이하(0을 포함하지 않음),Cu: 0.8% or less (excluding 0);

Mg:0.02 ~ 0.06%,Mg: 0.02 to 0.06%;

Ti:0.01 ~ 0.04%,Ti: 0.01 to 0.04%;

V:0.001 ~ 0.01%,V: 0.001 to 0.01%;

Nb:0.001 ~ 0.01%,Nb: 0.001 to 0.01%;

N:0.004 ~ 0.008%, 및 N: 0.004 to 0.008%, and

잔부 실질적으로 Fe 및 불가피적인 불순물로 이루어진다.The balance consists essentially of Fe and unavoidable impurities.

본 발명의 구상흑연주철은, 질량비로, Ti, V 및 Nb를 합계로 0.015 ~ 0.045%함유하고, 한편 Ti, V, Nb 및 N를 하기식(1)을 만족하도록 함유하는 것이 바람직하다.The spheroidal graphite cast iron of the present invention contains 0.015 to 0.045% of Ti, V and Nb in total in terms of mass ratio, while Ti, V, Nb and N are preferably contained so as to satisfy the following formula (1).

0.8 ≤ (0.29Ti + 0.27V + 0.15Nb)/N ≤ 2.0 ···(1) 0.8 ≤ (0.29Ti + 0.27V + 0.15Nb)/N ≤ 2.0 ... (1)

단, 상기식(1) 중의 원소기호는 구상흑연주철 중의 각 원소의 함유량(질량비(%))를 나타낸다.However, the element symbol in the above formula (1) indicates the content (mass ratio (%)) of each element in nodular cast iron.

본 발명의 구상흑연주철은, 질량비로, P:0.005% 이상, S:0.005% 이상을 함유하는 것이 바람직하고, 또는/한편, 질량비로, Mn:0.2% 이상, Cu:0.1% 이상을 함유하는 것이 바람직하다.The spheroidal graphite cast iron of the present invention preferably contains P: 0.005% or more and S: 0.005% or more in terms of mass ratio, or/and Mn: 0.2% or more and Cu: 0.1% or more in terms of mass ratio it is desirable

본 발명의 구상흑연주철은, 인장강도가 600 MPa 이상이고, 한편 신장이 12%이상인 것이 바람직하다.The nodular graphite cast iron of the present invention preferably has a tensile strength of 600 MPa or more and an elongation of 12% or more.

본 발명의 구상흑연주철은, 유리 N에 기인한 핀홀 등의 가스 결함이 적은 우수한 내가스 결함성을 가진다.The nodular cast iron of the present invention has excellent gas defect resistance with few gas defects such as pinholes caused by free N.

가스 결함을 측정하기 위한 평판상 시험편의 개략 평면도이다.It is a schematic plan view of a flat test piece for measuring gas defects. 가스 결함을 측정하기 위한 평판상 시험편의 개략 측면도이다.It is a schematic side view of a flat test piece for measuring gas defects.

본 발명의 구상흑연주철의 구성에 대해 이하 상세하게 설명한다. 한편, 합금을 구성하는 각 원소의 함유량은, 특별한 사정이 없는 한, 질량비(%)로 나타낸다. 또한, 하기 실시형태에서는, 본 발명의 일 실시형태로서 강설 유래의 유리 N에 기인한 가스 결함의 저감에 대해 설명하고 있지만, 본 발명은, 하기 실시형태에 한정되지 않는다.The configuration of the spheroidal graphite cast iron of the present invention will be described in detail below. On the other hand, the content of each element constituting the alloy is expressed as a mass ratio (%) unless otherwise specified. In the following embodiments, reduction of gas defects caused by free N derived from snowfall is described as one embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to the following embodiments.

 

(1) C(탄소):3.3 ~ 4%(1) C (carbon): 3.3 to 4%

C는 용탕의 유동성이나 흑연의 정출(晶出)에 기여하는 원소이다. 3.3% 미만에서는 주조시의 유동성이 저하됨과 동시에 흑연 입자수가 감소하여 칠드(chill)(Fe3C:시멘타이트)를 생성하기 쉽고, 구상흑연주철의 신장이 저하된다. 한편, C가 4%를 넘으면 수축 중공이 발생하기 쉬워짐과 동시에 이상 흑연이 발생하기 쉬워져 강도가 저하된다. 이로 인해, C함유량은 3.3 ~ 4%로 된다. C함유량의 하한은 바람직하게는 3.4%이며, 보다 바람직하게는 3.6%이다. 또한, C함유량의 상한은 바람직하게는 3.9%이고, 보다 바람직하게는 3.8%이다.C is an element that contributes to the fluidity of molten metal and the crystallization of graphite. If it is less than 3.3%, the fluidity during casting is reduced, and the number of graphite particles is reduced to easily generate chill (Fe 3 C: cementite), and the elongation of spheroidal graphite cast iron is reduced. On the other hand, when C exceeds 4%, shrinkage voids are likely to occur, and at the same time, abnormal graphite is likely to occur, resulting in a decrease in strength. For this reason, C content becomes 3.3 to 4%. The lower limit of the C content is preferably 3.4%, more preferably 3.6%. The upper limit of the C content is preferably 3.9%, more preferably 3.8%.

 

(2) Si(규소):2 ~ 3%(2) Si (silicon): 2 to 3%

Si는 흑연의 정출을 촉진하거나 용탕의 유동성을 높이거나 하는데 필요하다. Si는 2% 미만에서는 칠드를 생성하기 쉽고, 구상흑연주철의 피삭성과 신장이 저하된다. 그러나, Si는 3%를 넘으면 구상흑연주철의 기지(基地)가 취약해져서, 인성(靭性)(충격치)과 신장이 극단적으로 저하됨과 동시에 강도와 피삭성이 열화한다. 이로 인해, Si 함유량은 2 ~ 3%로 된다. Si is necessary for accelerating the crystallization of graphite or increasing the fluidity of molten metal. If Si is less than 2%, it is easy to generate chilled, and the machinability and elongation of nodular graphite cast iron are reduced. However, when Si exceeds 3%, the base of the nodular graphite cast iron becomes brittle, and the toughness (impact value) and elongation are extremely reduced, and the strength and machinability are deteriorated. For this reason, Si content becomes 2 to 3%.

Si 함유량의 하한은 바람직하게는 2.1% 이고, 보다 바람직하게는 2.2%이다. 또한, Si 함유량의 상한은 바람직하게는 2.9%이고, 보다 바람직하게는 2.8%이다.The lower limit of the Si content is preferably 2.1%, more preferably 2.2%. The upper limit of the Si content is preferably 2.9%, more preferably 2.8%.

 

(3) P(인):0.05% 이하(3) P (phosphorus): 0.05% or less

P는 원재료로부터 불가피적으로 혼입되는 원소이다. P는 흑연의 구상화를 저해하고, 또한 기지 중에 고용되어 조직을 취화시킨다. 이로 인해, P함유량은 0.05%이하로 한다. 한편, 하한은 정해져 있지 않지만, 예를 들면 검출 한계 이하로 저감하는 것은 경제적이지 않으므로, 그 하한을 0.005% 정도로 하는 것이 바람직하다. P함유량의 상한은 바람직하게는 0.03%이다.P is an element that is unavoidably incorporated from raw materials. P inhibits the spheroidization of graphite and also dissolves in the base to embrittle the structure. For this reason, P content is made into 0.05 % or less. On the other hand, although the lower limit is not set, it is not economical to reduce the amount below the detection limit, so it is preferable to set the lower limit to about 0.005%. The upper limit of the P content is preferably 0.03%.

(4) S(황):0.02% 이하(4) S (sulfur): 0.02% or less

S는 원재료로부터 불가피적으로 혼입되는 원소이다. S는 흑연의 구상화 저해 원소이고, 그 함유량을 0.02% 이하로 한다. 한편, 하한은 정해져 있지 않지만, 예를 들면 검출 한계 이하로 저감하는 것은 경제적이지 않으므로, 그 하한을 0.005% 정도로 하는 것이 바람직하다. S 함유량의 상한은 바람직하게는 0.01%이다.S is an element that is unavoidably incorporated from raw materials. S is an element that inhibits spheroidization of graphite, and its content is made 0.02% or less. On the other hand, although the lower limit is not set, it is not economical to reduce the amount below the detection limit, so it is preferable to set the lower limit to about 0.005%. The upper limit of the S content is preferably 0.01%.

(5) Mn(망간):0.8% 이하(5) Mn (manganese): 0.8% or less

Mn는 원재료로부터 불가피적으로 혼입되는 원소이지만, 파라이트 상(pearlite) 안정화 원소로서 파라이트 상을 석출시키는 작용을 가진다. 기지 조직에 파라이트 상을 안정화하여 석출시켜 강도를 향상시킨 구상흑연주철을 얻는 경우, Mn 함유량은 0.2% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 그 함유량이 0.8%를 넘으면, 칠드의 생성이 현저해져, 구상흑연주철의 인성, 신장 및 피삭성을 악화시킨다. 이로 인해, Mn함유량은 0.8% 이하로 한다. Mn함유량의 상한은 바람직하게는 0.5%이다.Mn is an element that is unavoidably incorporated from raw materials, but has an action of precipitating a pearlite phase as a pearlite phase stabilizing element. In the case of obtaining spheroidal graphite cast iron having improved strength by stabilizing and precipitating the paralite phase in the base structure, the Mn content is preferably 0.2% or more. On the other hand, when the content exceeds 0.8%, the generation of chilled becomes remarkable, deteriorating the toughness, elongation and machinability of nodular cast iron. For this reason, Mn content is made into 0.8 % or less. The upper limit of the Mn content is preferably 0.5%.

 

(6) Cu(구리):0.8% 이하(0을 포함하지 않음)(6) Cu (copper): 0.8% or less (excluding 0)

Cu는 파라이트 상 안정화 원소이고, 기지 조직에 파라이트 상을 포함하여 강도를 향상시킨 구상흑연주철을 얻는 경우에 유효한 원소이다. 이로 인해, 소망하는 강도에 따라 0%를 포함하지 않고 적량 함유할 수 있다. 파라이트 상을 안정화하여 생성하기 위해서는 Cu함유량은 0.1% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Cu가 0.8%를 넘으면, 구상흑연주철은 너무 고경도가 되어, 흑연 구상화가 저해되어 구상흑연주철의 신장 및 인성이 저하된다. 이로 인해, Cu함유량은 0.8% 이하로 규정한다. Cu 함유량의 상한은 바람직하게는 0.6%이다.Cu is a paralite phase stabilizing element, and is an effective element when obtaining nodular cast iron having improved strength by including a paralite phase in the base structure. For this reason, depending on the desired strength, it can be contained in an appropriate amount without including 0%. In order to stabilize and generate the paralite phase, it is preferable to set the Cu content to 0.1% or more. However, when Cu exceeds 0.8%, the hardness of the nodular cast iron becomes too high, and the nodularization of the graphite is inhibited, thereby reducing the elongation and toughness of the nodular graphite cast iron. For this reason, Cu content is prescribed|regulated to 0.8 % or less. The upper limit of Cu content is preferably 0.6%.

(7) Mg(마그네슘):0.02 ~ 0.06%(7) Mg (magnesium): 0.02 to 0.06%

Mg은 구상흑연주철의 강도나 신장 등의 기계적 특성을 향상시킬 뿐만 아니라, 중요하게 되는 흑연 구상화에 필요한 원소이지만, 그 함유량이 0.02% 미만에서는 흑연 구상화의 효과가 불충분하다. 반면, Mg 함유량이 0.06%를 넘으면 칠드나 수축 중공이 생성되기 쉬워져, 구상흑연주철의 피삭성 및 인성이 저하된다. 이로 인해, Mg 함유량은 0.02 ~ 0.06%로 한다. Mg 함유량의 하한은 바람직하게는 0.025%이고, 보다 바람직하게는 0.03%이다. 또한 Mg 함유량의 상한은 바람직하게는 0.05%이고, 보다 바람직하게는 0.04%이다.Mg is an element necessary for graphite nodularization, which not only improves mechanical properties such as strength and elongation of nodular cast iron, but also becomes important, but the effect of graphite nodularization is insufficient when its content is less than 0.02%. On the other hand, if the Mg content exceeds 0.06%, chilled or shrinkage voids are easily generated, and the machinability and toughness of nodular cast iron deteriorate. For this reason, the Mg content is made 0.02 to 0.06%. The lower limit of the Mg content is preferably 0.025%, more preferably 0.03%. The upper limit of the Mg content is preferably 0.05%, more preferably 0.04%.

 

(8) Ti(티탄):0.01 ~ 0.04%, V(바나듐):0.001 ~ 0.01%, Nb(니오브):0.001 ~ 0.01%(8) Ti (titanium): 0.01 to 0.04%, V (vanadium): 0.001 to 0.01%, Nb (niobium): 0.001 to 0.01%

Ti, V 및 Nb는, 본 발명의 구상흑연주철을 구성하는 성분으로서 가장 중요한 필수원소이다. 구상흑연주철의 용탕에 포함되는 유리 N은 당해 용탕에서 얻어진 구상흑연주철의 조직 요소라는 관점으로부터, 최종적으로, (1)매트릭스 상(相) 중, (2)질화물 또는 탄질화물 중, (3) 상기 (1) 및 (2)의 조직 요소에 고정되지 않고 질소 가스로서 방출되어 당해 질소 가스에서 형성된 가스 결함 중, 주로 이 3개의 조직 요소에 N으로서 존재한다고 생각할 수 있다. 한편, (1)의 매트릭스 상 중에 포함될 수 있는 N의 양은, 오스테나이트화 온도인 1000℃ 부근에서 생성되는 오스테나이트 상의 고용한(固溶限)을 상한으로 한다.Ti, V and Nb are the most important essential elements constituting the nodular cast iron of the present invention. From the viewpoint of the structural element of the nodular cast iron obtained from the molten metal, free N contained in the molten metal of nodular cast iron is finally (1) in the matrix phase, (2) in the nitride or carbonitride, (3) Among the gas defects formed in the nitrogen gas that are not fixed to the tissue elements of (1) and (2) and are released as nitrogen gas, it is considered that they exist mainly as N in these three tissue elements. On the other hand, the upper limit of the amount of N that can be contained in the matrix phase of (1) is the solubility limit of the austenite phase formed around 1000 ° C., which is the austenitization temperature.

 

Ti, V 및 Nb는, 강력한 탄질화물 형성 원소이고(이하, Ti, V 및 Nb 3종의 원소를 탄질화물 형성 원소라고 하는 경우가 있다.), 이러한 원소를 소정량 이상 함유시킴으로써, 용탕 중의 유리 N과 화합하여 질화물이나 탄질화물(이하, 양자를 총칭하여 탄질화물이라고 하는 경우가 있다.)이 형성된다. 그리고, 상기 탄질화물 형성 원소에 의해 형성되는 탄질화물의 정출 온도는, 오스테나이트 상(매트릭스 상)의 정출 개시 온도보다도 높고, 용탕이 냉각하여 응고되는 과정에서, 상기 탄질화물은, 매트릭스 상보다도 빠른 시기에 형성된다. 그 결과, 오스테나이트 상의 N의 고용한을 넘어 과잉으로 용탕 중에 용존하고 있는 유리 N이 탄질화물로서 고정된다. 이로 인해, N이 소망 이상으로 함유된 원재료를 사용하여 형성된 구상흑연주철이라도, 오스테나이트 상의 고용한을 넘은 유리 N이 응고할 때에 용탕 중으로부터 질소 가스로서 방출되는 것을 억제하여 가스 결함의 발생이 방지된다.Ti, V, and Nb are strong carbonitride-forming elements (hereinafter, Ti, V, and Nb are sometimes referred to as carbonitride-forming elements), and by containing these elements in a predetermined amount or more, glass in the molten metal It combines with N to form nitrides and carbonitrides (hereinafter, both are collectively referred to as carbonitrides). In addition, the crystallization temperature of the carbonitride formed by the carbonitride-forming element is higher than the crystallization start temperature of the austenite phase (matrix phase), and in the process of cooling and solidifying the molten metal, the carbonitride is formed faster than the matrix phase. formed over time As a result, free N dissolved in the molten metal in excess beyond the solubility limit of N in the austenite phase is fixed as a carbonitride. For this reason, even in spheroidal graphite cast iron formed using a raw material containing more than desired N, the release of nitrogen gas from the molten metal during solidification of free N exceeding the solubility limit in the austenite phase is suppressed, preventing the occurrence of gas defects. do.

또한, 상기한 가스 결함의 생성 방지라고 하는 효과에 더하여, 탄질화물 형성 원소에 의한 용탕 중의 유리 N의 고정에 의해, 오스테나이트 상에 고용하는 N의 양의 변동을 억제하고, 얻어진 구상흑연주철의 기계적 특성의 불균형을 저감시킬 수 있다고 하는 효과도 들 수 있다. 즉, N은 Mn 및 Cu와 함께 강력한 파라이트 상 안정화 원소이고, 오스테나이트 상으로부터의 파라이트 상의 석출을 촉진한다. 그리고, 종래와 같이 N이 적은 강설을 사용하면, 용해 로트(차지(charge)) 사이에서 원재료에 포함되는 N의 양이 비교적 균일하게 되어, 해당 원재료를 용해한 용탕 중의 유리 N의 변동도 적다. 이로 인해, 소망하는 파라이트 상을 얻기 위해서는 Mn 및 Cu라고 하는 함유량의 제어가 비교적 용이한 원소의 첨가량을 조정하여, 파라이트 상의 석출량을 제어할 수 있다.In addition to the effect of preventing the generation of gas defects described above, the fixation of free N in the molten metal by the carbonitride-forming element suppresses the variation in the amount of N dissolved in the austenite phase, resulting in nodular graphite cast iron obtained. An effect of being able to reduce the variation in mechanical properties can also be mentioned. That is, N is a strong paralite phase stabilizing element together with Mn and Cu, and promotes the precipitation of the paralite phase from the austenite phase. And, when snowfall with a small amount of N is used as in the prior art, the amount of N contained in the raw material becomes relatively uniform between melting lots (charges), and there is little variation in free N in the molten metal in which the raw material is melted. For this reason, in order to obtain a desired paralite phase, it is possible to control the precipitated amount of the paralite phase by adjusting the addition amount of elements whose contents such as Mn and Cu are relatively easy to control.

그러나, N이 적은 강설에 더하여, N가 많은 강설도 원재료로서 사용하면, 원재료에 포함되는 강설의 구성에 의해 용해 로트 사이에서 원재료에 포함되는 N의 양이 변동하여, 용탕 중의 유리 N의 양의 변동도 커진다. 이로 인해, 오스테나이트 상(相)에 고용하는 N의 양도 변동하고, 페라이트 상의 석출량도 불안정하게 되어, 용해 로트 사이에서 구상흑연주철의 기계적 특성(강도, 신장)의 불균형의 원인이 된다. 반면, 본 발명에서는, 상기와 같이 탄질화물 형성 원소에 의한 유리 N의 고정에 의해, 오스테나이트 상에 고용되는 N의 양을 저감시켜 N에 의한 페라이트화를 억제하고 있다. 이로 인해, Mn 및 Cu의 함유량의 제어에 의해 페라이트 상의 석출량을 안정하게 조정 가능해지므로, 구상흑연주철의 기계적 특성의 불균형을 저감시킬 수 있다.However, when snowfall with a large amount of N is used as a raw material in addition to snowfall with a small amount of N, the amount of N contained in the raw material fluctuates between melting lots depending on the composition of the snowfall contained in the raw material, and the amount of free N in the molten metal fluctuations also increase. For this reason, the amount of N dissolved in the austenite phase fluctuates, and the amount of precipitation of the ferrite phase also becomes unstable, causing an imbalance in the mechanical properties (strength, elongation) of nodular cast iron between melting furnaces. On the other hand, in the present invention, ferrization by N is suppressed by reducing the amount of N dissolved in the austenite phase by fixing free N by the carbonitride-forming element as described above. For this reason, since it becomes possible to stably adjust the precipitation amount of the ferrite phase by controlling the contents of Mn and Cu, it is possible to reduce the variation in mechanical properties of nodular cast iron.

상기한 탄질화물 형성 원소에 의해 형성된 탄질화물에 의한 유리 N의 고정 효과를 얻기 위해서는, Ti, V 및 Nb는, 그 함유량이 각각 0.01% 이상, 0.001% 이상 및 0.001% 이상으로 할 필요가 있다. 한편, Ti, V 및 Nb는, 그 함유량이 각각 0.04%, 0.01% 및 0.01%를 넘으면 매우 경질의 탄화물이나 질화물을 형성하여, 구상흑연주철의 피삭성 및 기계적 특성(강도, 신장)이 저하된다. 이로 인해, Ti 함유량은 0.01 ~ 0.04%, V 함유량은 0.001 ~ 0.01%, Nb 함유량은 0.001 ~ 0.01%로 한다.In order to obtain the fixing effect of free N by the carbonitride formed by the carbonitride-forming elements described above, the Ti, V and Nb contents need to be 0.01% or more, 0.001% or more, and 0.001% or more, respectively. On the other hand, when the content of Ti, V, and Nb exceeds 0.04%, 0.01%, and 0.01%, respectively, very hard carbides or nitrides are formed, and the machinability and mechanical properties (strength, elongation) of nodular graphite cast iron deteriorate. . For this reason, the Ti content is 0.01 to 0.04%, the V content is 0.001 to 0.01%, and the Nb content is 0.001 to 0.01%.

Ti 함유량의 하한은 바람직하게는 0.012%이고, 보다 바람직하게는 0.013%이다. 또한, Ti함유량의 상한은 바람직하게는 0.035%이고, 보다 바람직하게는 0.025%이다.The lower limit of the Ti content is preferably 0.012%, more preferably 0.013%. The upper limit of the Ti content is preferably 0.035%, more preferably 0.025%.

V 함유량의 하한은 바람직하게는 0.002%이다. 또한, V 함유량의 상한은 바람직하게는 0.004%이고, 보다 바람직하게는 0.003%이다.The lower limit of the V content is preferably 0.002%. The upper limit of the V content is preferably 0.004%, more preferably 0.003%.

Nb 함유량의 하한은 바람직하게는 0.002%이고, 보다 바람직하게는 0.004%이다. 또한, Nb 함유량의 상한은 바람직하게는 0.006%이고, 보다 바람직하게는 0.005%이다.The lower limit of the Nb content is preferably 0.002%, more preferably 0.004%. The upper limit of the Nb content is preferably 0.006%, more preferably 0.005%.

상기와 같이 탄질화물 형성 원소를 소정량 함유시켜 유리 N을 탄질화물로서 고정함으로써, 유리 N에 기인한 핀홀 등의 가스 결함이 적은 우수한 내가스 결함성을 가지고, 게다가 기계적 특성의 불균형이 저감됨과 동시에 과다한 탄질화물의 형성이 억제되어, 종래 동등 이상의 기계적 특성(강도, 신장)이나 피삭성을 가지는 구상흑연주철을 얻을 수 있다.As described above, by containing a predetermined amount of carbonitride-forming elements and fixing glass N as a carbonitride, excellent gas defect resistance with few gas defects such as pinholes caused by glass N is obtained, and at the same time, unevenness in mechanical properties is reduced. The formation of excessive carbonitrides is suppressed, and nodular graphite cast iron having mechanical properties (strength, elongation) and machinability equivalent to or higher than the conventional ones can be obtained.

또한, 본 발명의 하나의 큰 특징은, Ti, V 및 Nb를 각각 단독으로 함유하도록 하는 것이 아니라, 이 3개의 원소를 복합하여 함유시키고, 또한 그 함유량을 적정량으로 규제하는 것에 있다. 이와 같이 Ti, V 및 Nb를 상기한 수치 범위로 모두 함유시킴으로써, 각각 단독 또는 어느 2종 만을 함유시킨 경우 보다도, 이들 탄질화물 형성 원소의 총량을 저감시킬 수 있다. 구체적으로는, 동일량의 탄질화물을 형성하는데 있어, 상기 3종의 탄질화물 형성 원소를 복합 함유시킴으로써, 단독 또는 어느 2종만을 함유시키는 경우에 대하여, 함유시키는 탄질화물 형성 원소의 총량을 억제할 수 있다. 이로 인해, 상기한 탄질화물 형성 원소에 의해 형성된 탄질화물에 의한 유리 N의 고정 효과를 충분히 발휘시키면서, 기계적 특성 및 피삭성에 영향을 미치는 탄질화물 양을 적정한 범위로 하여, 내가스 결함성과 기계적 특성 및 피삭성이 양립하는 구상흑연주철을 얻을 수 있는 것이다.In addition, one major feature of the present invention is that Ti, V and Nb are not contained individually, but these three elements are mixed and contained, and the content is regulated to an appropriate amount. In this way, by containing all of Ti, V, and Nb in the above numerical range, the total amount of these carbonitride-forming elements can be reduced more than when each alone or only any two of them are contained. Specifically, in forming the same amount of carbonitride, by compounding the three types of carbonitride-forming elements, the total amount of the carbonitride-forming elements to be contained can be suppressed compared to the case of containing alone or any two of them. can For this reason, while sufficiently exhibiting the fixing effect of glass N by the carbonitride formed by the above-mentioned carbonitride-forming element, the amount of carbonitride affecting mechanical properties and machinability is set within an appropriate range, and gas defect resistance and mechanical properties and It is possible to obtain nodular cast iron compatible with machinability.

(9) Ti, V 및 Nb:바람직하게는 합계로 0.015 ~ 0.045%(9) Ti, V and Nb: preferably 0.015 to 0.045% in total

Ti, V 및 Nb의 복합 함유의 총량은, 각 원소의 함유량의 상한과 하한의 합계량으로부터, 0.012 ~ 0.06%의 범위를 취할 수 있다. 후술하는 N함유량의 범위에서, 유리 N을 탄질화물로서 고정함으로써 가스 결함의 발생을 억제하고, 한편 기계적 특성의 불균형을 저감시키는 효과를 보다 현재화(顯在化)시키기 위해서는, Ti, V 및 Nb를 합계로 0.015% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, Ti, V 및 Nb의 총량이 0.045%를 넘으면 경질의 탄화물이나 질화물의 형성 경향이 높아져, 구상흑연주철의 피삭성 및 기계적 특성(강도, 신장)의 저하가 현저하게 된다. 따라서, Ti, V 및 Nb의 함유량은 합계로 0.015 ~ 0.045%로 한다. Ti, V 및 Nb의 합계 함유량의 하한은 바람직하게는 0.02%이다. 또한, Ti, V 및 Nb의 합계 함유량의 상한은 바람직하게는 0.03%이다.The total amount of composite content of Ti, V, and Nb can take a range of 0.012 to 0.06% from the total amount of the upper limit and the lower limit of the content of each element. In the range of the N content described later, in order to suppress the occurrence of gas defects by fixing free N as a carbonitride and to further manifest the effect of reducing the imbalance in mechanical properties, Ti, V and Nb It is preferable to contain 0.015% or more in total. On the other hand, when the total amount of Ti, V and Nb exceeds 0.045%, the tendency to form hard carbides and nitrides increases, and the machinability and mechanical properties (strength, elongation) of nodular cast iron are significantly reduced. Therefore, the total content of Ti, V and Nb is 0.015 to 0.045%. The lower limit of the total content of Ti, V and Nb is preferably 0.02%. The upper limit of the total content of Ti, V and Nb is preferably 0.03%.

(10) N(질소):0.004 ~ 0.008%(10) N (nitrogen): 0.004 to 0.008%

N은, 주로 고장력 강판 등의 강설로부터 혼입되는 원소이다. 이러한 강설을 원재료로 하여 용해 공정을 거쳐 얻어진 구상흑연주철의 용탕 중에는, 유리 N이 0.008 ~ 0.015% 정도 포함되어 있다. 이와 같이 유리 N이 많은 용탕을 사용하여 얻어진 구상흑연주철이라도, 상기와 같이 탄질화물 형성 원소를 소정량 함유시킴으로써, 용탕 중의 유리 N은 탄질화물 형성 원소로 형성된 탄질화물에 고정된다. 그 결과, 매트릭스 상에 고정(고용(固溶))되어 있는 N도 포함하여 구상흑연주철이 포함하는 N은 0.004% 이상이 된다. 한편, 유리 N이 많은 용탕을 사용하여 얻어진 구상흑연주철임에도 불구하고, N의 함유량이 0.004% 미만이면, 주조 시에, 용탕이 응고할 때에 고상 중에 고용되지 않은 과잉의 N이 질소 가스로서 방출되어, 구상흑연주철에 핀홀 등의 가스 결함을 일으킬 가능성이 있다. 이로 인해, N함유량은 0.004% 이상으로 한다. 한편, N이 0.008%를 넘으면, N을 고정하고 있는 탄질화물도 증가하고 있어, 얻어지는 구상흑연주철의 피삭성 및 기계적 특성(강도, 신장)이 저하될 가능성이 있다. 이로 인해, N함유량은 0.008% 이하로 한다. 따라서, N함유량은 0.004 ~ 0.008%로 한다. N함유량의 상한은 바람직하게는 0.007%이고, 보다 바람직하게는 0.006%이다.N is an element mainly incorporated from snowfall such as high tensile steel sheet. In the molten metal of nodular cast iron obtained through the melting process using such snowfall as a raw material, free N is contained in an amount of about 0.008 to 0.015%. Even in nodular cast iron obtained by using a molten metal high in free N in this way, by containing a predetermined amount of carbonitride-forming elements as described above, free N in the molten metal is fixed to the carbonitride formed from the carbonitride-forming elements. As a result, N contained in nodular graphite cast iron, including N fixed (solid-dissolved) on the matrix, is 0.004% or more. On the other hand, if the N content is less than 0.004% even though the spheroidal graphite cast iron obtained by using molten metal high in free N, during casting, when the molten metal solidifies, excess N not dissolved in the solid phase is released as nitrogen gas, , there is a possibility of causing gas defects such as pinholes in nodular cast iron. For this reason, N content is made into 0.004 % or more. On the other hand, when N exceeds 0.008%, carbonitrides fixing N also increase, and there is a possibility that the machinability and mechanical properties (strength, elongation) of the nodular graphite cast iron obtained may decrease. For this reason, N content is made into 0.008 % or less. Therefore, the N content is set to 0.004 to 0.008%. The upper limit of the N content is preferably 0.007%, more preferably 0.006%.

(11) 식(1): 0.8 ≤ (0.29Ti + 0.27V + 0.15Nb)/N ≤ 2.0(11) Equation (1): 0.8 ≤ (0.29Ti + 0.27V + 0.15Nb) / N ≤ 2.0

본 발명의 구상흑연주철에서, 내가스 결함성을 한층 더 향상시킴과 동시에 기계적 특성(강도, 신장)이나 피삭성을 한층 더 향상시키기 위해서, 상기 조성 범위의 요건을 만족시킨 후, 식 (1)을 만족시키는 것이 바람직하다. 한편, 식 (1) 중의 원소 기호는 구상흑연주철 중의 각 원소의 함유량(질량비(%))을 나타낸다. 탄질화물 형성 원소인 Ti, V 및 Nb는, N과 원자수로 1대 1로 결합되는 것으로부터, 이하의 식 (2) 및 (3)에 나타나는 탄질화물 형성 원소의 합계의 물질량(T)과 N의 물질량(N)과의 비, 즉 물질량비(몰비) T/N이 소정의 범위에 있으면, 탄질화물 형성 원소와 N과의 밸런스가 적절하게 되어, N함유량에 대해 필요 충분한 Ti, V 및 Nb의 합계 함유량이 된다. 물질량비(몰비) T/N을 소정의 범위 내로 함으로써, 유리 N이 많은 용탕을 사용하여 얻어진 구상흑연주철에서도, 오스테나이트 상의 고용한을 넘은 N을, Ti, V 및 Nb가 탄질화물로서 고정되는 반면, 과다한 탄질화물의 형성을 억제하여, 내가스 결함성, 기계적 특성(강도, 신장) 및 피삭성을 한층 더 향상시킨다.In the spheroidal graphite cast iron of the present invention, in order to further improve gas defect resistance and further improve mechanical properties (strength, elongation) and machinability, after satisfying the requirements of the above composition range, formula (1) It is desirable to satisfy On the other hand, the element symbol in Formula (1) represents the content (mass ratio (%)) of each element in nodular cast iron. Since Ti, V and Nb, which are carbonitride-forming elements, are bonded with N in an atomic number of one to one, the material amount (T) of the total carbonitride-forming elements shown in the following formulas (2) and (3) When the ratio of N to the substance amount (N), that is, the substance amount ratio (molar ratio) T/N, is in a predetermined range, the balance between the carbonitride-forming element and N is appropriate, and Ti, V and It becomes the total content of Nb. By setting the material amount ratio (molar ratio) T/N within a predetermined range, even in nodular graphite cast iron obtained by using a molten metal high in free N, Ti, V, and Nb are fixed as carbonitrides in N exceeding the solubility limit of the austenite phase. On the other hand, by suppressing the formation of excessive carbonitride, gas defect resistance, mechanical properties (strength, elongation) and machinability are further improved.

T = (Ti/48) + (V/51) + (Nb/93) ······ (2)T = (Ti/48) + (V/51) + (Nb/93) ... (2)

N = N/14 ······ (3) N = N/14 ... (3)

탄질화물 형성 원소의 합계의 물질량(T)과 N의 물질량(N)과의 물질량비 T/N을 원자량을 고려하여 정리한 것이 식 (1) 중의 (0.29Ti + 0.27V + 0.15 Nb)/N이다. 탄질화물 형성 원소에 곱한 계수는, N과 각 원소와의 원자량의 비로부터 구한 계수로서, 각각 0.29는 N와 Ti의 원자량비(14/48), 0.27은 N와 V의 원자량 비(14/51), 0.15는 N와 Nb의 원자량 비(14/93)를 나타낸다.(0.29Ti + 0.27V + 0.15 Nb)/N in Formula (1) am. The coefficient multiplied by the carbonitride-forming element is a coefficient obtained from the ratio of atomic weights of N and each element, where 0.29 is the atomic weight ratio of N and Ti (14/48), and 0.27 is the atomic weight ratio of N and V (14/51 ), 0.15 represents the atomic weight ratio (14/93) of N and Nb.

식(1)의 값이 0.8 이상의 경우, N에 대하여 탄질화물 형성 원소를 적정량 포함하고 있는 것이 되므로, 유리 N이 많은 용탕을 사용하여 얻어진 구상흑연주철에서도, 오스테나이트 상의 고용한을 넘은 N을 탄질화물 형성 원소가 과부족 없이 고정되어, 충분한 내가스 결함성이 얻어진다. 한편, 식 (1)의 값이 2.0 이하인 경우, 탄질화물의 형성이 최소한으로 억제되어 기계적 특성(강도, 신장)이나 피삭성이 향상된다. 따라서, 본 발명의 구상흑연주철에서는, (0.29Ti + 0.27V + 0.15 Nb)/N의 값이 0.8 ~ 2.0의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 이론적으로는, 구상흑연주철 중의 Ti, V 및 Nb와 N과의 물질량비가 1, 즉 식 (1)의 값이 1의 경우에는, N이 과부족 없이 탄질화물로서 형성되어, 오스테나이트 상으로의 N의 고용이 없어지는 것으로 상정되지만, 탄질화물의 형성의 보류(步留) 및 N의 오스테나이트 상으로의 적정한 정도의 고용에 의한 파라이트 상의 석출 촉진이나 질소 가스로서 분자화하기 위해서는 2개의 유리 N(원자)이 필요한 점 등을 고려하면, 실제로는 0.8 ~ 2.0의 범위가 매우 적합하다. 또한, 식 (1)의 좌변의 값은 1.0이 보다 바람직하고, 1.2가 가장 바람직하고, 또한, 식 (1)의 우변의 값은 1.7이 보다 바람직하고, 1.5가 가장 바람직하다.When the value of formula (1) is 0.8 or more, it contains an appropriate amount of carbonitride-forming elements with respect to N, so even in nodular cast iron obtained by using a molten metal with a large amount of free N, N exceeding the solubility limit of the austenite phase is carbonaceous The cargo-forming elements are fixed without excess or deficiency, and sufficient resistance to gas defects is obtained. On the other hand, when the value of formula (1) is 2.0 or less, formation of carbonitride is suppressed to a minimum, and mechanical properties (strength, elongation) and machinability are improved. Therefore, in the nodular cast iron of the present invention, it is preferable that the value of (0.29Ti + 0.27V + 0.15 Nb) / N is in the range of 0.8 to 2.0. Theoretically, when the material ratio of Ti, V, Nb, and N in nodular cast iron is 1, that is, when the value of formula (1) is 1, N is formed as a carbonitride without excess or deficiency, N to the austenite phase Although it is assumed that the solid solution of N is lost, two free N is required to suspend the formation of carbonitrides, promote precipitation of the paralite phase by solid solution of N to an appropriate degree in the austenite phase, or molecularize as nitrogen gas. Considering the need for (atoms), the range of 0.8 to 2.0 is actually very suitable. Moreover, as for the value of the left side of Formula (1), 1.0 is more preferable and 1.2 is most preferable, and, as for the value of the right side of Formula (1), 1.7 is more preferable and 1.5 is most preferable.

(12) 기계적 특성 (12) mechanical properties

본 발명의 구상흑연주철은, 그 기계적 특성이 인장 강도 600 MPa 이상이고, 한편 신장 12% 이상인 것이 바람직하다. 인장 강도 600 MPa 이상이고, 한편 신장 12% 이상의 기계적 특성을 가지는 구상흑연주철은, 종래 동등 이상의 기계적 특성을 가지기 때문에, 종래의 구상흑연주철과 마찬가지로 구조 부재 등에 사용하여 호적하다. 인장 강도는 610 MPa 이상이 보다 바람직하고, 620 MPa 이상이 가장 바람직하다. 또한, 신장은 13% 이상이 보다 바람직하고, 14% 이상이 가장 바람직하다. 한편, 인장 강도 600 MPa 이상이고, 한편 신장 12% 이상으로 하기 위해서는, Mn 및 Cu라는 함유량의 제어가 비교적 용이한 원소의 첨가량을 조정하는 것이 바람직하고, 구체적으로는, Mn 함유량을 0.2 ~ 0.5%이고, 한편 Cu함유량을 0.2 ~ 0.6%로 하는 것이 바람직하다.The spheroidal graphite cast iron of the present invention preferably has a tensile strength of 600 MPa or more and an elongation of 12% or more. Since ductile graphite cast iron having a tensile strength of 600 MPa or more and mechanical properties of 12% or more of elongation has mechanical properties equal to or higher than that of conventional ductile graphite cast iron, it is suitable for use in structural members and the like. The tensile strength is more preferably 610 MPa or more, and most preferably 620 MPa or more. Further, the elongation is more preferably 13% or more, and most preferably 14% or more. On the other hand, in order to achieve a tensile strength of 600 MPa or more and an elongation of 12% or more, it is preferable to adjust the addition amount of Mn and Cu, elements whose contents are relatively easy to control. Specifically, the Mn content is 0.2 to 0.5%. And, on the other hand, it is preferable to set the Cu content to 0.2 to 0.6%.

[실시예][Example]

본 발명을 이하의 실시예에 의해 한층 더 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이러한 실시예에 의해 어떠한 한정도 되는 것이 아니다. 여기에서도, 구상흑연주철을 구성하는 각 원소의 함유량은, 특별한 사유가 없는 한, 질량비(%)로 나타낸다. 또한, 이하 설명하는 실시예는 본 발명의 범위 내의 예, 비교예는 본 발명의 범위 외의 예, 참고예는 종래 기술 수준을 나타내는 예이다.The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited in any way by these examples. Also here, the content of each element constituting the nodular cast iron is expressed as a mass ratio (%) unless otherwise specified. In addition, examples to be described below are examples within the scope of the present invention, comparative examples are examples outside the scope of the present invention, and reference examples are examples showing the prior art level.

원재료가 되는 선철, 강설, 구상흑연주철의 회수 스크랩을 용량 100 kg의 고주파 용해로에서 용해하고, 가탄재(加炭材), Fe-Ti, Fe-V, Fe-Nb 및 Fe-Si 합금을 첨가하여 성분 조정한 용탕을 용제했다. 한편, 강설은 N 함유량이 0.05%의 고장력 강판으로 하고, 선철, 강설, 회수 스크랩을 합계한 원재료의 배합량비 100% 가운데, 강설의 배합량비를, 후술하는 실시예 1 ~ 16 및 비교예 1 ~ 11에서는 40%, 참고예에서는 배합하지 않고 0%로 했다. 이 용탕을 흑연 구상화 약제로 하여, F-Si-Mg 합금과 이것을 덮는 철판 스크랩으로 이루어지는 커버재를 설치한 레이들에, 약 1500℃에서 출탕하여, 샌드위치법에 의한 구상화 처리를 행했다. 한편, 구상화 처리를 행한 후의 용탕 중에 포함되는 N(유리 N)의 양은, 하기 설명하는 어느 실시예 및 비교예에서는 0.005 ~ 0.009%의 범위, 참고예에서는 0.003%였다. 구상화 처리한 용탕을 약 1400℃에서 사형(砂型)으로 주탕하고, 복수의 1인치 Y 블록, 후술하는 가스 결함 면적율 평가를 위한 평판상 시험편용 주형 및 피삭성 평가를 위한 원통상 시험편용 주형으로 주조했다. 한편, 주탕의 경우는, 용탕의 흐름에 Fe-Si 합금 분말을 첨가하여 접종을 행했다.Collected scraps of pig iron, snow, and nodular cast iron as raw materials are melted in a high-frequency melting furnace with a capacity of 100 kg, and carbonaceous material, Fe-Ti, Fe-V, Fe-Nb, and Fe-Si alloys are added. Thus, the molten metal whose components were adjusted was melted. On the other hand, snow snow is a high-strength steel sheet with an N content of 0.05%, and the mixing ratio of snow snow is 100% of the blending ratio of raw materials totaling pig iron, snow snow, and collected scrap, in Examples 1 to 16 and Comparative Examples 1 to 20, which will be described later. In No. 11, it was 40%, and in the reference example, it was 0% without blending. Using this molten metal as a graphite spheroidizing agent, it was tapped at about 1500 ° C. to a ladle equipped with an F-Si-Mg alloy and a cover material made of iron plate scraps covering it, and spheroidizing by a sandwich method. On the other hand, the amount of N (free N) contained in the molten metal after performing the spheroidizing treatment was in the range of 0.005 to 0.009% in certain examples and comparative examples described below, and 0.003% in reference examples. The spheroidized molten metal is poured into a sand mold at about 1400°C, and cast into a plurality of 1-inch Y blocks, a flat test piece mold for evaluating gas defect area ratio described later, and a cylindrical test piece mold for machinability evaluation. did. On the other hand, in the case of pouring metal, inoculation was performed by adding Fe—Si alloy powder to the flow of molten metal.

상기와 같이 하여, 표 1에 나타내는 조성을 가지는 구상흑연주철을 얻었다.실시예 1 ~ 16은, 본 발명에서 규정하는 조성 범위 내의 구상흑연주철이고, 비교예 1 ~ 11 및 참고예는, 본 발명에서 규정하는 조성 범위 외의 구상흑연주철이다. 비교예 1 및 비교예 7 ~ 11은 Ti, V, Nb 및 N 중 어느 하나 이상의 원소의 함유량이 너무 많은 구상흑연주철이고, 비교예 2 ~ 6 및 참고예는 Ti, V, Nb 및 N 중 어느 하나 이상의 원소의 함유량이 너무 적은 구상흑연주철이다. 한편, 얻어진 구상흑연주철의 조성은, 글로우 방전 질량분석기(VG제, 상품명 VG9000, 이하, 단지 GDMS라고 한다)로 확인했다. 한편, GDMS로는, 상기 설명한 각 조직 요소에 소재하는 N 중, 3)의 가스 결함 중에 포함되는 N은 측정할 수 없다. 따라서, 표 1에 나타나는 N의 양(질량비)은, (1)의 매트릭스 상에 고용된 N 및 (2)의 탄질화물에 고정된 N의 양이다.In the above manner, nodular graphite cast iron having the composition shown in Table 1 was obtained. Examples 1 to 16 are nodular cast iron within the composition range specified in the present invention, and Comparative Examples 1 to 11 and Reference Examples are in the present invention. It is nodular cast iron outside the prescribed composition range. Comparative Example 1 and Comparative Examples 7 to 11 are nodular cast iron having too much content of any one or more elements of Ti, V, Nb and N, and Comparative Examples 2 to 6 and Reference Examples are any of Ti, V, Nb and N Ductile iron with too little content of one or more elements. On the other hand, the composition of the obtained spheroidal graphite cast iron was confirmed with a glow discharge mass spectrometer (manufactured by VG, trade name VG9000, hereinafter simply referred to as GDMS). On the other hand, GDMS cannot measure N contained in gas defects in 3) among the N present in each tissue element described above. Therefore, the amount of N (mass ratio) shown in Table 1 is the amount of N dissolved in the matrix of (1) and the amount of N fixed to the carbonitride of (2).

 

Figure 112018034094148-pct00001
Figure 112018034094148-pct00001

상술한 주조에 의해 얻어진 구상흑연주철의 각 공시재로부터 시험편을 잘라, 이하의 평가를 행했다. Test pieces were cut from each specimen of nodular graphite cast iron obtained by the casting described above, and the following evaluation was performed.

(1) 가스 결함 면적율 (1) Gas defect area ratio

실시예 및 비교예의 구상흑연주철의 가스 결함의 발생 경향을 조사하기 위해, 실제의 제품보다 가스 결함이 발생하기 쉬운 형상의 평판상 시험편을 제작했다. 이로 인해, 가스 결함 면적율의 측정치는 실제의 제품의 것보다 현저하고 넉넉하게 되어 있다. 도 1a, b는 가스 결함을 측정하기 위한 평판상 시험편의 개략도로서, 도 1a는 평면도, 도 1b는 측면도를 나타낸다. 이 평판상 시험편(10)은, 폭:60 mm, 길이:150 mm, 및 두께:10 ~ 15 mm이다. 각 평판상 시험편(10)은, 평판상 시험편(10), 직경 45 mm × 높이 60 mm의 압탕(押湯)(11), 탕구(湯口)(미도시), 폭 35 mm × 두께 3 mm의 탕도(湯道)(12a), 폭 40 mm × 두께 9 mm의 둑(堰)(12b)으로 이루어지는 캐비티를 획성(劃成)한 모래 주형에, 1인치 Y블럭과 같은 각 용탕을, 1400℃ 이상에서 탕구로부터 주탕한 후, 냉각 및 형태 분리를 하여, 압탕(11)을 절단 분리하여, 쇼트 블러스트 처리를 실시하여 얻었다.In order to investigate the tendency of gas defects in spheroidal graphite cast iron of Examples and Comparative Examples, flat test pieces having a shape in which gas defects are more likely to occur than actual products were produced. For this reason, the measured value of the gas defect area ratio is significantly larger than that of the actual product. 1a and b are schematic views of a flat test piece for measuring gas defects, FIG. 1a is a plan view, and FIG. 1b is a side view. This flat test piece 10 is width: 60 mm, length: 150 mm, and thickness: 10 to 15 mm. Each flat test piece 10 is a flat test piece 10, a 45 mm diameter × 60 mm high riser 11, a spout (not shown), a width of 35 mm × a thickness of 3 mm Each molten metal, such as a 1-inch Y block, is poured into a sand mold in which a cavity 12b consisting of a runner 12a and a weir 12b with a width of 40 mm × a thickness of 9 mm is formed, After pouring from the spout at °C or higher, cooling and shape separation were carried out, the riser 11 was cut and separated, and shot blasting was performed to obtain the product.

 

 표면 및 내부의 가스 결함을 관찰하기 위해서, 투과 X선 촬영 장치(주식회사 토시바제, 상품명 EX-260GH-3)를 이용하여, 각 평판상 시험편의 상방(도 1a에 대해서 지면 수직 방향)으로부터, 관 전압 192 kV 및 조사 시간 3 분의 조건으로 X선을 조사하여, 투과 X선 사진을 촬영했다.In order to observe surface and internal gas defects, using a transmission X-ray imaging device (product name EX-260GH-3, manufactured by Toshiba Co., Ltd.), from above each flat test piece (vertical direction in the paper plane with respect to Fig. 1A), X-rays were irradiated under conditions of a voltage of 192 kV and an irradiation time of 3 minutes, and a transmission X-ray photograph was taken.

 

 각 투과 X선 사진으로부터 목시(目視)에 의해 표면 및 내부의 가스 결함만을 추출하여, 추적한 후, 화상 해석 장치(아사히카세이 주식회사제, 상품명 IP-1000)를 이용하여 화상 처리하고, 가스 결함의 합계 면적(mm2)을 측정했다. 가스 결함의 합계 면적을 평판상 시험편의 전 투영면적으로 나누어, 가스 결함 면적율(%)을 구했다. 가스 결함 면적율이 작을수록 구상흑연주철로서 우수하다는 것은 말할 필요도 없다. 가스 결함 면적율의 측정 결과를 표 2에 나타낸다. 한편 표 2에는, 실시예 1 ~ 16, 비교예 1 ~ 11 및 참고예의 Ti, V 및 Nb의 총량 및 식(1)의 값도 병기했다.From each transmission X-ray photograph, only the surface and internal gas defects are extracted and tracked by visual inspection, and then image processing is performed using an image analysis device (manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd., product name IP-1000) to determine the gas defect. The total area (mm 2 ) was measured. The gas defect area ratio (%) was obtained by dividing the total area of gas defects by the total projected area of the flat test piece. Needless to say, the smaller the gas defect area ratio, the better the spheroidal graphite cast iron. Table 2 shows the measurement results of the gas defect area ratio. On the other hand, in Table 2, Examples 1 to 16, Comparative Examples 1 to 11, and Reference Examples of Ti, V, and the total amount of Nb and the value of Formula (1) are also written together.

 표 2로부터 분명한 것처럼, Ti, V, Nb 및 N의 함유량이 본 발명의 조성 범위 내의 실시예 1 ~ 16의 시험편은, Ti, V, Nb 및 N 중 어느 하나 이상의 원소의 함유량이 너무 적은 비교예 2 ~ 6의 시험편보다 가스 결함 면적율이 낮았다. 이와 같이, Ti, V 및 Nb의 함유량의 하한을 규정함으로써, 유리 N를 과도하게 포함하는 용탕을 사용하여 얻어진 구상흑연주철이더라도, 가스 결함의 발생 경향을 저감시킬 수 있는 것을 확인했다. 한편, 본 발명의 구상흑연주철에서, 가스 결함 면적율은, 11% 이하가 바람직하고, 10.5% 이하가 보다 바람직하고, 10% 이하가 가장 바람직하다.As is clear from Table 2, the test pieces of Examples 1 to 16 in which the contents of Ti, V, Nb, and N are within the composition range of the present invention are comparative examples in which the content of any one or more elements of Ti, V, Nb, and N is too small. The gas defect area ratio was lower than that of the test pieces of 2 to 6. In this way, it was confirmed that by specifying the lower limits of the contents of Ti, V, and Nb, the tendency to generate gas defects can be reduced even in nodular cast iron obtained using a molten metal containing excessive free N. On the other hand, in the nodular graphite cast iron of the present invention, the gas defect area ratio is preferably 11% or less, more preferably 10.5% or less, and most preferably 10% or less.

 

(2) 공구 수명 (2) tool life

외경 100 mm, 내경 62 mm 및 길이 100 mm인 원통상(狀) 시험편의 단면에 대해서, TiCN를 CVD 코팅한 초경(超硬) 인서트 P10(JIS B 4053)를 이용하여 이하의 조건으로 선반 가공했다.The cross section of a cylindrical test piece with an outer diameter of 100 mm, an inner diameter of 62 mm, and a length of 100 mm was lathe-processed under the following conditions using TiCN CVD-coated carbide insert P10 (JIS B 4053) .

절삭 속도 : 180m/분 Cutting speed  : 180m/min

전송   :0.25mm/회전 Transmission    :0.25mm/turn

절삭량 :2.0mmAmount of cutting: 2.0mm

절삭액  :수용성 절삭수Cutting fluid  :Water soluble cutting water

각 원통상 시험편의 프라이즈 절삭에서, 초경 인서트의 여유면의 마모량이 0.3 mm가 되었을 때에 수명에 도달했다고 판정하고, 거기에 이르기까지의 절삭 시간(분)을 공구 수명으로 했다. 말할 필요도 없이, 공구 수명이 길수록 피삭성이 좋다.In the flea cutting of each cylindrical test piece, when the amount of wear on the clearance surface of the carbide insert reached 0.3 mm, it was determined that the life had been reached, and the cutting time (minutes) leading to that point was taken as the tool life. Needless to say, the longer the tool life, the better the machinability.

 공구 수명의 절대치는, 절삭 조건이나 시험편 형상 등의 영향을 받으므로, 이들에 영향을 받지 않는 피삭성 개선 효과의 지표로서 「공구 수명 개선율」을 이용했다. 공구 수명 개선율은, 각 실시예 및 각 비교예의 구상흑연주철의 공구 수명 A를, 종래 기술 수준을 나타내는 참고예의 구상흑연주철의 공구 수명 B로 나눈 값(A/B)이다. 실시예 1 ~ 16, 비교예 1 ~ 11 및 참고예의 공구 수명 개선율(배)을 표 2에 나타낸다.Since the absolute value of tool life is affected by cutting conditions, test piece shape, etc., "tool life improvement rate" was used as an index of the machinability improvement effect not affected by these. The tool life improvement rate is a value (A/B) obtained by dividing the tool life A of the nodular cast iron of each example and each comparative example by the tool life B of the nodular cast iron of the reference example representing the prior art level. Table 2 shows the tool life improvement rates (times) of Examples 1 to 16, Comparative Examples 1 to 11, and Reference Examples.

 표 2로부터 분명한 것처럼, 본 발명의 조성 범위 내의 실시예 1 ~ 16은, 모두 공구 수명 개선율이 1.0 ~ 1.3배의 범위였다. 실시예 1 ~ 16의 결과로부터, 본 발명의 구상흑연주철은, 종래 동등 이상의 피삭성을 가지는 것을 알 수 있다. 한편, Ti, V, Nb 및 N 중 어느 하나 이상의 원소의 함유량이 너무 많은 비교예 1 및 비교예 7 ~ 11은, 모두 공구 수명 개선율이 1.0배 미만이고, 피삭성이 나빴다. 한편, 본 발명의 구상흑연주철에서, 공구 수명 개선율은, 1.1배 이상이 바람직하고, 1.2배 이상이 보다 바람직하고, 1.3배 이상이 가장 바람직하다.As is clear from Table 2, Examples 1 to 16 within the composition range of the present invention all had tool life improvement rates in the range of 1.0 to 1.3 times. From the results of Examples 1 to 16, it can be seen that the spheroidal graphite cast iron of the present invention has machinability equal to or higher than the conventional one. On the other hand, in Comparative Example 1 and Comparative Examples 7 to 11 in which the content of any one or more of Ti, V, Nb, and N was too high, the tool life improvement rate was less than 1.0 times, and the machinability was poor. On the other hand, in the spheroidal graphite cast iron of the present invention, the tool life improvement rate is preferably 1.1 times or more, more preferably 1.2 times or more, and most preferably 1.3 times or more.

(3) 인장시험(3) Tensile test

1 인치 Y블록으로부터 JIS Z 2201의 14 A호의 시험편을 제작하여, JIS Z 2241에 따라 암슬러(amsler) 인장시험기(주식회사 시마츠제작소제 AG-IS250kN)에 의해 상온에서 인장시험을 실시하여, 인장 강도 0.2% 내력(耐力) 및 신장을 측정했다. 결과를 표 2에 나타낸다.A test piece of No. 14 A of JIS 2201 was prepared from a 1-inch Y block, and a tensile test was performed at room temperature with an Amsler tensile tester (AG-IS250kN manufactured by Shimatsu Co., Ltd.) according to JIS 2241, and a tensile test was performed. Strength 0.2% yield strength and elongation were measured. The results are shown in Table 2.

 

표 2에 나타난 것처럼, 본 발명의 조성 범위 내의 실시예 1 ~ 16은, 모두 인장 강도는 600 MPa 이상, 0.2% 내력은 350 MPa 이상, 신장은 12% 이상이고, 모두 참고예에서 나타나는 종래 동등 이상의 기계적 특성을 가지는 것이 확인되었다. 이것에 대해서, 본 발명의 조성 범위 외의 비교예 2, 5, 7 및 11은, 모두 인장 강도 600 MPa 미만으로 낮고, 또한 Ti, V, Nb 및 N 중 어느 하나 이상의 원소의 함유량이 너무 많은 비교예 1 및 비교예 7 ~ 11은, 모두 신장은 12% 미만으로 낮았다. 또한 인장 강도 600 MPa 이상, 신장 12% 이상을 가지는 비교예 3, 4 및 6는, 기계적 특성은 가지지만, 모두 가스 결함 면적율은 12.7% 이상으로 높았다.As shown in Table 2, Examples 1 to 16 within the composition range of the present invention all have tensile strengths of 600 MPa or more, 0.2% proof stress of 350 MPa or more, and elongations of 12% or more, all of which are equal to or higher than conventional equivalents shown in reference examples. It was confirmed to have mechanical properties. On the other hand, Comparative Examples 2, 5, 7, and 11 outside the composition range of the present invention all have low tensile strengths of less than 600 MPa, and also have too high content of any one or more elements of Ti, V, Nb, and N. 1 and Comparative Examples 7 to 11 had an elongation as low as less than 12%. Further, Comparative Examples 3, 4, and 6 having a tensile strength of 600 MPa or more and an elongation of 12% or more had mechanical properties, but the gas defect area ratio was as high as 12.7% or more.

상기와 같이, 본 발명의 구상흑연주철은, 종래 동등 이상의 기계적 특성 및 피삭성을 가지고, 게다가 우수한 내가스 결함성을 겸비하는 구상흑연주철인 것이 확인되었다.As described above, it was confirmed that the nodular graphite cast iron of the present invention is nodular graphite cast iron having mechanical properties and machinability equivalent to or better than those of the prior art, and also having excellent gas defect resistance.

 

Figure 112018034094148-pct00002
Figure 112018034094148-pct00002

 10 평판상 시험편
 11 압탕
 12a 탕도
 12b 둑
10 flat test piece
11 pressure
12a tangdo
12b weir

Claims (7)

우수한 내가스 결함성을 가지는 구상흑연주철로서,
질량비로,
C:3.3 ~ 4%,
Si:2 ~ 3%,
P:0.05% 이하(0을 포함하지 않음),
S:0.02% 이하(0을 포함하지 않음),
Mn:0.8% 이하(0을 포함하지 않음),
Cu:0.8% 이하(0을 포함하지 않음),
Mg:0.02 ~ 0.06%,
Ti:0.01 ~ 0.04%,
V:0.001 ~ 0.01%,
Nb:0.001 ~ 0.01%,
N:0.004 ~ 0.008%, 및
잔부 Fe 및 불가피적인 불순물로 이루어지고,
질량비로, Ti, V 및 Nb를 합계로 0.015 ~ 0.045% 함유하는 것을 특징으로 하는 구상흑연주철.
As a nodular cast iron having excellent gas defect resistance,
in mass ratio,
C:3.3~4%,
Si: 2 to 3%;
P: 0.05% or less (not including 0),
S: 0.02% or less (not including 0),
Mn: 0.8% or less (excluding 0);
Cu: 0.8% or less (excluding 0);
Mg: 0.02 to 0.06%;
Ti: 0.01 to 0.04%;
V: 0.001 to 0.01%;
Nb: 0.001 to 0.01%;
N: 0.004 to 0.008%, and
consisting of the balance Fe and unavoidable impurities,
Nodular graphite cast iron characterized by containing 0.015 to 0.045% of Ti, V and Nb in mass ratio in total.
제1항에 있어서, 
Ti, V, Nb 및 N를 하기 식(1)을 만족하도록 함유하는 것을 특징으로 하는 구상흑연주철.
0.8 ≤ (0.29Ti + 0.27V + 0.15Nb)/N ≤ 2.0 ···(1)
단, 상기 식(1) 중의 원소기호는 구상흑연주철 중의 각 원소의 함유량(질량비(%))를 나타낸다.
According to claim 1,
Nodular cast iron characterized by containing Ti, V, Nb and N so as to satisfy the following formula (1).
0.8 ≤ (0.29Ti + 0.27V + 0.15Nb)/N ≤ 2.0 ... (1)
However, the element symbol in the formula (1) indicates the content (mass ratio (%)) of each element in nodular cast iron.
제1항 또는 제2항에 있어서, 
질량비로, P:0.005% 이상, S:0.005% 이상인 것을 특징으로 하는 구상흑연주철.
According to claim 1 or 2,
In terms of mass ratio, nodular graphite cast iron, characterized in that P: 0.005% or more, S: 0.005% or more.
제1항 또는 제2항에 있어서, 
질량비로, Mn:0.2% 이상, Cu:0.1% 이상인 구상흑연주철.
According to claim 1 or 2,
In terms of mass ratio, nodular cast iron with Mn: 0.2% or more and Cu: 0.1% or more.
제1항 또는 제2항에 있어서, 
인장 강도가 600 MPa 이상이고, 한편, 신장이 12% 이상인 것을 특징으로 하는 구상흑연주철.
According to claim 1 or 2,
Spheroidal graphite cast iron, characterized in that the tensile strength is 600 MPa or more, and the elongation is 12% or more.
제1항 또는 제2항에 있어서, 
가스 결함 면적율이 11% 이하이며,
상기 가스 결함 면적율은 상기 가스 결함의 합계 면적을 평판상 시험편의 전투영면적으로 나눈 값인 것을 특징으로 하는 구상흑연주철.
According to claim 1 or 2,
The gas defect area rate is 11% or less,
The gas defect area ratio is a value obtained by dividing the total area of the gas defects by the total zero area of the flat test piece.
제1항 또는 제2항에 있어서, 
공구 수명 개선율이 1.0배 이상이며,
상기 공구 수명 개선율은, 대상 구상흑연주철의 공구 수명을, 질량비로, C : 3.61%, Si : 2.41%, P : 0.021%, S : 0.009%, Mn : 0.41%, Cu : 0.39%, Mg : 0.045%, Ti : 0.004%, V : 0.003%, Nb : 0.0008%, N : 0.003%, 잔부 Fe 및 불가피적인 불순물로 이루어진 참고예로서의 구상흑연주철의 공구 수명으로 나눈값인 것을 특징으로 하는 구상흑연주철.
According to claim 1 or 2,
The tool life improvement rate is more than 1.0 times,
The tool life improvement rate, the tool life of the target nodular cast iron, in mass ratio, C: 3.61%, Si: 2.41%, P: 0.021%, S: 0.009%, Mn: 0.41%, Cu: 0.39%, Mg: 0.045% Ti: 0.004%, V: 0.003%, Nb: 0.0008%, N: 0.003%, balance Fe and unavoidable impurities Divided by the tool life of nodular cast iron as a reference example Nodular graphite cast iron, characterized in that .
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