WO2006067991A1 - ダクタイル鋳鉄のフェライト地鋳物の製造方法 - Google Patents

ダクタイル鋳鉄のフェライト地鋳物の製造方法 Download PDF

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Ryoji Hirukawa
Tatsuhiko Kato
Masahito Goka
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a ductile pig iron, and more specifically, in a thin-walled ductile pig iron article, it is not chilled and softly strong and ductile. It relates to the manufacturing method.
  • Ductile pig iron is also called spheroidal graphite pig iron, which is a piece of graphite precipitated in the structure. Since the graphite is spherical, the volume and surface area of the graphite are reduced, and the continuity of the base iron is maintained and excellent toughness is achieved.
  • Ductile pig iron has a strength higher than that of pig steel and reaches 20%.
  • the impact value is also higher than normal pig iron, and the wear resistance and heat resistance are also good.
  • ductile pig iron has excellent characteristics and is used in pig iron pipes, various rolls, rollers, engine liners, gears, and the like.
  • metal magnesium or magnesium alloy is added to the molten metal and inoculated with silicone silicon.
  • the addition of this metal magnesium or magnesium alloy can promote the formation of spherical graphite.
  • Metal magnesium is more reactive than magnesium alloys (e.g., iron-silicon-magnesium, copper-magnesium, iron-calcium, elemental-magnesium) and has a low yield, but is inexpensive. Because there are many, it is used.
  • the thin-walled portion of the porcelain product has a higher cooling rate than the thick-walled portion, so that cementite is likely to precipitate.
  • the chilled structure is very hard! It becomes a structure, so it is a brittle structure, while it has excellent wear resistance and compressive strength, such as camshafts, rolling rolls, and railway wheels. For products that require a high level of wear resistance, it is possible to control and actively use the chilled structure.
  • the conventional thin-walled ductile pig iron that requires machining requires an annealing treatment after the porcelain is manufactured, resulting in a high manufacturing cost. Had.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and even a thin-walled ductile pig iron product does not chill, and produces a soft and highly ductile ferritic porcelain at low cost. It provides a way to
  • the component of the pig iron product contains 0.009 to 0.015% by weight of sulfa, 0.035 to 0.050% by weight of magnesium, It was set as the structure which uses dry sand for a type
  • the method for producing a ductile pig iron product according to claim 1 further includes a step of inoculating at the time of pouring.
  • the step of inoculating at the time of pouring is a stream inoculation.
  • inoculating the stream further enhances the function of promoting the production of spheroidal graphite by magnesium, making it possible to promote the production of spheroidal graphite with a smaller amount of inoculum and reducing the production cost. can do.
  • the iron mold in the method for manufacturing a ductile iron product according to any one of claims 1 to 3, is a V process method using dry sand, and a lost force. It is configured to be either a cage mold formed by a mulch method, a furan mold using an organic resin binder, or a cold box mold.
  • the thickness strength of the ductile pig iron product is in the range of 3 ⁇ 4 mm to 5 mm.
  • the configuration is as follows.
  • the ferrite area ratio power is 3 ⁇ 40% or more as the matrix structure. I made it.
  • the ferrite area ratio is set to 90% or more by suppressing the generation of chill in this way, a soft and highly ductile pig iron product can be obtained.
  • the porcelain component poured into the bowl was a component corresponding to FCD400, and trial manufacture was carried out by changing the sulfur content to 0.006, 0.009, 0.012, 0.015, and 0.018% by weight.
  • the inoculation method is a stream inoculation, and the amount of magnesium-added powder is 0.035, 0.045, and 0
  • a prototype was made by changing to .055% by weight.
  • the V process vertical mold refers to a vertical mold in which dry sand is used for pouring while suctioning under reduced pressure, and molding and mold release are simple, and transferability and workability are also excellent. It is a saddle type.
  • the furan mold is obtained by adding urea-modified high-purity furan or phenol-modified furan to the clay sand as a binder for the clay sand, and adding a curing agent to the mold sand to form the mold.
  • the green mold is made by using clay sand containing about 5 to 10% of water in the clay sand, and the green mold is generally simple, It is suitable for making many small articles.
  • Table 1 shows the evaluation results of ductile-made flanged cylindrical products made by changing the inoculum of magnesium to 0.035% by weight and changing the sulfur content to 0.006, 0.009, 0.012, 0.015, and 0.018% by weight. Show.
  • the spherical shoe rate of 90% or more of graphite is based on the microscope structure photograph of the prototype cylindrical product with flange, and the percentage of the number of particles of the spherical graphite with respect to the total number of graphite particles counted by the microscope photograph. The higher this value is, the more distinctive it is as a ductile pig iron.
  • Tables 2 and 3 are ductiles that were prototyped by changing the inoculum of magnesium to 0.045 and 0.055% by weight and changing the sulfur content to 0.006, 0.009, 0.012, 0.015, and 0.018% by weight, respectively.
  • the evaluation result of the cylindrical product with a flange made from a bowl is shown.
  • trials performed here are all force-stream inoculations other than stream inoculation.
  • it may cause poor spherical shape. .
  • the lost foam method is a method for producing a porridge using an disappearance model, and uses a binder as the dredged sand, or a forging method using the dredged sand. Out.
  • the cold box type is a type in which an organic binder is used for the sand and cured with amine gas.
  • Fig. 1 shows a cross-sectional shape of a flanged cylindrical product made of a ductile porcelain that was prototyped.
  • FIG. 2 shows a micrograph of a ceramic product having a ferrite area ratio of 90% or more.

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  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

　薄肉のダクタイル鋳鉄製品であってもチル化せず、柔らかく、延性の大きいフェライト地の鋳物を低コストで製造する方法を提供する。 　従来は球状黒鉛の生成を阻害する物質であると考えられていたサルファの含有量をある程度増やすと共に、冷却速度を低く抑えることにより、薄肉のダクタイル鋳鉄製品であってもチル化させることなく、柔らかく、延性の大きいフェライト地の鋳物を製造することができることを見出し、本発明に至った。即ち、ダクタイル鋳鉄製品の製造方法において、鋳鉄製品の成分としてサルファを0.009から0.015重量%を含み、マグネシュウムを0.035から0.050重量%を含み、鋳型に乾燥砂を用いる構成とした。

Description

明 細 書
ダクタイル铸鉄のフェライト地铸物の製造方法
技術分野
[0001] 本発明はダクタイル铸鉄の製造方法に係るものであり、更に詳細には薄肉のダクタ ィル铸鉄铸物において、チル化させず、柔ら力べて延性の大きい铸物を铸ばなしで 製造する方法に関するものである。
背景技術
[0002] ダクタイル铸鉄は、球状黒鉛铸鉄とも呼ばれて ヽるもので、組織中に析出した黒鉛 が球状になっているものをいう。黒鉛が球状になっているため黒鉛の体積、表面積が 小さくなり地鉄の連続性が保たれて優れた靭性を有する。
[0003] ダクタイル铸鉄は、铸鋼よりも強度が高ぐ伸びも 20%に達して ヽる。衝撃値も普通 铸鉄に比べて高ぐ耐摩耗性や耐熱性も良好である。
[0004] このようにダクタイル铸鉄は優れた特性を有するため、铸鉄管、各種ロール、ローラ 類、エンジン用ライナー、歯車等に使用されている。
[0005] ダクタイル铸鉄を製造するには、溶湯中に金属マグネシユウムまたは、マグネシユウ ム合金を加え、フエ口シリコンで接種する。この金属マグネシユウムまたは、マグネシュ ゥム合金を添加することにより球状黒鉛の生成を促進することができる。金属マグネ シユウムは、マグネシユウム合金 (例えば、鉄一けい素一マグネシユウム、銅一マグネ シユウム、鉄一カルシュゥム一け 、素一マグネシユウム)に比較して反応が激しくなり、 また歩留まりが良くな 、が安価であるため多く用いられて 、る。
[0006] ダクタイル铸鉄成分中にサルファ (硫黄: S)が存在すると、上述したマグネシユウム (M g)と反応して MgSが生成される。即ち、脱硫にマグネシユウム (Mg)が消費されるように なり、球状黒鉛の生成を阻害することになる。従って、ダクタイル铸鉄を製造する場合 には、サルファの含有量を所定量以下に抑えるのが一般的である。
[0007] このように製造されるダクタイル铸鉄であっても、薄肉の製品を製作するとチルイ匕と 呼ばれる铸物の組織内部に炭素化合物の増加した組織ができあがる。ここで、チル ィ匕とは铸物の製造過程で、炭化鉄であるセメンタイト (Fe3C)と呼ばれる非常に硬くて tV、物質が多く析出した状態を!、う。
[0008] 铸物製品の薄肉部は、厚肉部に比べて冷却速度が速くなり、そのためセメンタイト が析出し易くなるためと考えられている。
[0009] チル化した組織は非常に硬!、組織となるため、脆!ヽ組織である反面耐摩耗性と圧 縮強さに優れており、カムシャフトや圧延ロール、鉄道用車輪等のように高い耐摩耗 性が要求される製品では、チルイ匕した組織をコントロールして積極的に利用して ヽる
[0010] しカゝしながら、チル化した組織は非常に硬!、ため、铸物表面の機械加工性を著しく 低下させている。従って、肉薄部を有するダクタイル铸鉄では、機械加工が必要な場 合、铸物を製造した後に熱処理を行ってチルイヒした部分を軟ィヒさせる処理を行って いる。この熱処理としては、 850°C力 900°Cの温度に 1〜2時間加熱して焼きなまし処 理が行われている。
発明の開示
[0011] 上述のように、従来の薄肉のダクタイル铸鉄であって、機械加工が必要となる製品 においては、铸物を製造した後焼きなまし処理が必要になるため製造コストが高くつ くという問題を有していた。
[0012] 本発明は係る問題を解決するためになされたものであり、薄肉のダクタイル铸鉄製 品であってもチルイ匕せず、柔らかぐ延性の大きいフェライト地の铸物を低コストで製 造する方法を提供するものである。
[0013] 上記課題を解決するために、発明者らは铸物製造方法につ!ヽて研究を重ね、種々 の試行錯誤を経た後、従来は球状黒鉛の生成を阻害する物質であると考えられて!/、 たサルファの含有量をある程度増やすと共に冷却速度を低く抑えることにより、薄肉 のダクタイル铸鉄製品であってもチルイ匕させることなぐ柔らかぐ延性の大きいフェラ イト地の铸物を製造することができることを見出し、本発明に至った。
[0014] 即ち、本願請求項 1に係る発明では、ダクタイル铸鉄製品の製造方法において、铸 鉄製品の成分としてサルファを 0.009から 0.015重量％を含み、マグネシユウムを 0.035 から 0.050重量 %を含み、铸型に乾燥砂を用いる構成とした。
[0015] このように、サルファの含有量を従来のダクタイル铸鉄製品に比べ多くすると共に、 乾燥砂を使用して冷却速度を下げることにより薄肉铸物製品のチルの発生を抑える ことができる。更に従来のダクタイル铸鉄製品に比べ、マグネシユウムの添加量も増 やすことにより脱硫に消費されてしまうマグネシユウムを補填することができ、球状黒 鉛の生成を促進することも可能となる。
[0016] 本願請求項 2に係る発明では、請求項 1に記載されたダクタイル铸鉄製品の製造方 法において、注湯時に接種する工程を更に含む構成とした。
[0017] このように、注湯時に接種するようにすることにより、マグネシユウムによる球状黒鉛 の生成を促進する機能が高められ、少量の接種剤で球状黒鉛の生成を促進すること が可能となる。
[0018] 本願請求項 3に係る発明では、請求項 2に記載されたダクタイル铸鉄製品の製造方 法において、注湯時に接種する工程が、ストリーム接種である構成とした。
[0019] このように、ストリーム接種することにより、マグネシユウムによる球状黒鉛の生成を 促進する機能が更に高められ、より少量の接種剤で球状黒鉛の生成を促進すること が可能となり、製造コストを低減することができる。
[0020] 本願請求項 4に係る発明では、請求項 1から 3の 、ずれか〖こ記載されたダクタイル铸 鉄製品の製造方法において、铸型が、乾燥砂を使用した Vプロセス法、ロストフォー ム法により成形された铸型、あるいは有機榭脂バインダを使用したフラン铸型、コー ルドボックス铸型のうちのいずれかである構成とした。
[0021] このように水分含有量の少ない铸型を用いることにより、铸物の冷却速度を抑え、チ ルの発生をより抑制することが可能となる。
[0022] 本願請求項 5に係る発明では、請求項 1から 4の 、ずれか〖こ記載されたダクタイル铸 鉄製品の製造方法において、ダクタイル铸鉄製品の肉厚力 ¾mmから 5mmの範囲にあ る構成とした。
[0023] このような構成とすることにより、特にチルイ匕しやすい薄肉の铸物製品においてチ ルの発生を抑制する効果を引き出すことができる。
[0024] 本願請求項 5に係る発明では、請求項 1から 5の 、ずれか〖こ記載されたダクタイル铸 鉄製品の製造方法において、母地組織として、フェライト面積率力 ¾0%以上となるよう にした。 [0025] このようにチルの発生を抑制することによってフェライト面積率を 90%以上とすると、 柔らかぐ延性の大きい铸鉄製品を得ることが可能となる。
[0026] 上述したように、本発明によれば、薄肉のダクタイル铸鉄製品であってもチルイ匕せ ず、柔らかぐ延性の大きいフェライト地の铸物を低コストで製造することができる。 発明を実施するための最良の形態
[0027] ダクタイル铸物製のフランジ付円筒状製品の試作を行!ヽ、評価を行った。試作した フランジ付円筒状製品は図 1に示す形状をしたものであり、胴部の肉厚として 5mmの ものにっ 、て試作評価をおこなった。
[0028] 铸型に注湯した铸物成分は、 FCD400に相当する成分のものであり、サルファ含有 量を 0.006, 0.009, 0.012, 0.015,および 0.018重量％に変化させて試作を行った。
[0029] また、接種法はストリーム接種とし、マグネシユウム添カ卩量を、 0.035, 0.045,および 0
.055重量％に変化させて試作を行った。
[0030] 更に、铸型として、 Vプロセス铸型、フラン铸型、生型铸型を使用して比較評価をお こなった。
[0031] ここで、 Vプロセス铸型とは、乾燥砂を使用し減圧吸引しながら注湯する铸型のこと をいい、造型および型ばらしが簡易であり、転写性および作業性にも優れた铸型で ある。
[0032] また、フラン铸型とは、铸物砂の粘結剤として尿素変性高純度フランやフエノール 変性フランを铸物砂に添加し、これに硬化剤を加えて铸型を成形したものを 、う。
[0033] また、生型铸型は铸物砂中に水分を 5〜10%程度含ませた铸物砂を使用して铸型 を作ったものであり、生型铸型は一般に簡便で、小物の铸物を多く造るに適するもの である。
[表 1] 表 1 ダクタイル铸物製フランジ付円筒状製品の試作評価結果
部肉厚 5πωι、 マグネシユウム添加量 0.035重量 ¾)
Figure imgf000007_0001
表 1に、マグネシユウムの接種量を 0.035重量％とし、サルファ含有量を 0.006， 0.009, 0.012， 0.015,および 0.018重量％に変化させて試作したダクタイル铸物製のフランジ 付円筒状製品の評価結果を示す。
[0034] ここで、黒鉛の球状靴率 90%以上とは、試作したフランジ付円筒状製品の顕微鏡組 織写真に基き、顕微鏡写真によってカウントされる全黒鉛粒数に対する球状黒鉛の 粒数を百分率で表したものであり、この値が高 L、ほどダクタイル铸鉄としての特徴を 顕著に示すようになる。
[0035] また、表中のチルの有無は、顕微鏡写真による観察によってセメンタイトが偏祈した 領域が存在するか否力を表したものである。
[表 2] 表 2 ダクタイル銪物製フランジ付円筒状製品の試作評価結果
(胴部肉厚 5mm、 マグネシユウム添加量 0.045重量 ¾)
サルファ Vプロセス鋅型 フラン鋅型 生型錶型 含有量 球状化率 チルの 球状化率 チルの 球状化率 チルの
(重量^ 9 0 %以上 有 9 0 %以上 無 9 0 %以上 有無
0.06 〇 〇 〇 〇 〇 ▲
0.09 〇 o O O o ▲
0.12 〇 o O 〇 o ▲
0. 15 O 〇 O O 〇 ▲
0. 18 A 〇 ▲ 〇 o ▲ [表 3] ダク夕ィル銪物製フランジ付円筒状製品の試作評価結果
(胴部肉厚 5腿、 マグネシユウム添加量 0.055重量 ¾)
Figure imgf000008_0001
[0036] 表 2、 3は、表 1と同様にそれぞれマグネシユウムの接種量を 0.045、 0.055重量％とし、 サルファ含有量を 0.006, 0.009, 0.012, 0.015,および 0.018重量％に変化させて試作 したダクタイル铸物製のフランジ付円筒状製品の評価結果を示したものである。
[0037] 表中、「球状化率 90%以上」の欄に〇印を付したものは、球状化率 90%以上を達成し たものを示し、▲印を付したものは球状ィ匕率 90%以上を達成できな力つたものを示す
[0038] また、「チル」の欄に〇印を付したものは、チルイ匕した組織が観察されな力 たもの を示し、▲印を付したものはチルイ匕した組織が観察されたものを示す。
[0039] 表 1， 2， 3の結果から、以下のようなことが言える。即ち、生型铸型のように水分含有 量の多い铸型では、水分の気化により铸型の冷却速度が速まり、チルイ匕した組織の 発生が避けずらいことが分力つた。また、サルファの含有量が少ない場合には、フラ ン铸型のような水分含有量の少ない铸型であってもチル化組織の発生が認められた 。更に、マグネシユウム量が多くなりすぎるとチルイ匕した組織が発生しやすくなる。こ れは、マグネシユウムが持つセメンタイトを安定ィ匕させる効果が強く現れた結果である と判断される。
[0040] なお、表 1， 2, 3に示したものの内、球状ィ匕不良がなぐかつチル化組織の発生が認 められない製品のフェライト面積率は 90%以上となっていた。フェライト面積率が 90%以 上となって！/、た場合の顕微鏡組織写真を図 2に示す。 [0041] 次に、フランジ付円筒状製品の胴部肉厚を 3.5mm, 2.5mmのものについても上述し た肉厚 5mmのものと同様な試作試験を行った。その結果、肉厚 3.5mmの場合には、 肉厚 5mmの場合と全く同様な結果が得られたのに対し、肉厚 2.5mmの場合には、铸 物製品に湯流れ不良が生じ、判定することはできな力つた。
[0042] 以上のことから、ダクタイル铸鉄の成分としてサルファを 0.009から 0.015重量％を含 み、マグネシユウムを 0.035から 0.050重量％を含み、铸型に乾燥砂を用いることによつ て、薄肉の铸鉄製品であってもチル化せず、柔らかぐ延性の大きいフェライト地の铸 物を低コストで製造することができることが確認できた。
[0043] なお、ここで行った試作は、すべてストリーム接種であった力 ストリーム接種以外、 例えば取鍋へ直接投入して接種するような方法の場合、球状ィ匕不良を起こす場合も めつに。
[0044] 以上、 Vプロセス铸型、フラン铸型、および生型铸型を使用した場合の試作結果に ついて説明した力 これらとは別にロストフオーム法により成形された铸型とコールド ボックス铸型を使用して同様な試作評価を行った。
[0045] その結果、ロストフオーム法により成形された铸型ゃコールドボックス铸型を使用し た場合であっても Vプロセス铸型と同様な結果を得ることができた。
[0046] ここで、ロストフオーム法とは、消失模型を使用して铸物を製造する方法であって、 铸物砂としてバインダーを使用して 、な 、铸物砂を使用する铸造法を呼んで 、る。
[0047] また、コールドボックス铸型とは、铸物砂に有機バインダーを使用し、ァミンガスによ つて硬化させた铸型のことを 、う。
図面の簡単な説明
[0048] [図 1]図 1は、試作を行ったダクタイル铸物製のフランジ付円筒状製品の断面形状を 示したものである。
[図 2]図 2は、フェライト面積率が 90%以上となっていた铸物製品の顕微鏡組織写真を 示したものである。

Claims

請求の範囲
[1] ダクタイル铸鉄製品の製造方法であって、当該製品の成分としてサルファを 0.009か ら 0.015重量％を含み、マグネシユウムを 0.035から 0.050重量％を含み、铸型に乾燥砂 を用いることを特徴とするダクタイル铸鉄製品の製造方法。
[2] 請求項 1に記載のダクタイル铸鉄製品の製造方法であって、注湯時に接種する工程 を更に含むことを特徴とするダクタイル铸鉄製品の製造方法。
[3] 請求項 2に記載のダクタイル铸鉄製品の製造方法であって、前記注湯時に接種する 工程が、ストリーム接種であることを特徴とするダクタイル铸鉄製品の製造方法。
[4] 請求項 1から 3のいずれかに記載のダクタイル铸鉄製品の製造方法であって、前記铸 型が、乾燥砂を使用する Vプロセス法、ロストフオーム法により成形された铸型、ある いは有機榭脂バインダを使用したフラン铸型、コールドボックス铸型のうちの 、ずれ かであることを特徴とするダクタイル铸鉄製品の製造方法。
[5] 請求項 1から 4のいずれかに記載のダクタイル铸鉄製品の製造方法であって、前記ダ クタイル铸鉄製品の肉厚が 3mmから 5mmの範囲にあることを特徴とするダクタイル铸 鉄製品の製造方法。
[6] 請求項 1から 5のいずれかに記載のダクタイル铸鉄製品の製造方法であって、母地組 織として、フェライト面積率力 ¾0%以上であることを特徴とするダクタイル铸鉄製品の製 造方法。
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