JP2003013170A - 水脆化抑制高強度球状黒鉛鋳鉄 - Google Patents
水脆化抑制高強度球状黒鉛鋳鉄Info
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Abstract
まま、水の付着時の引張り強さや伸びが低下する水脆化
を抑制する。 【解決手段】重量%で、C:2.0〜4.0%、Si:
1.5〜4.5%、Mn:2.0%以下、P:0.08
%以下、S:0.03%以下、Mg:0.02〜0.1
%、Cu:1.8〜4.0%を含有し、残部Fe及び不
可避的不純物からなる水脆化を抑制する。
Description
高強度球状黒鉛鋳鉄に関するものである。
ため、自動車部品や機械部品、土木部品等広い用途に使
用されている。特に、オーステンパ処理をした高強度強
靱性球状黒鉛鋳鉄の出現により、良好な鋳造性と複雑な
形状に対応でき、環境保全に追随するエコマテリアルの
視点からも、鍛鋼や鋳鋼の代替材料として使用されるに
至っている。
その研究により高強度球状黒鉛鋳鉄に僅かな水分を付与
しただけで、強度の高い材質ほど引張り強さと伸びが大
幅に低下することが判明した。水分が乾燥し、ドライ状
態になれば本来の特性に戻るものの、多くの高強度鋳鉄
が室外で水や湿気に晒されて使用されているのが現状で
ある。最近の研究で、球状黒鉛鋳鉄を高強度化するほど
水脆化現象が顕著になることが判明し、大きな問題とな
っている。(渋谷慎一郎―オーステンパ球状黒鉛鋳鉄の
水による脆化(学位論文))この現象は、塑性変形で活
性化された鋳鉄表面において、水の分解によって生じた
水素原子が極めて短時間に拡散・吸収される結果、水素
脆化によって引き起こされるといわれている。
12.4%のオーステンパ球状黒鉛鋳鉄が、水の付着に
より、引張り強さが810MPa、伸び1.6%と夫々
大幅に低下してしまう。水付着時の引張り強さ又は伸び
を分子とし、乾燥時の夫々の値を分母として、これを水
脆化抑制率と定義すると、上記の例では、引張り強さで
の抑制率は75%、伸びでは13%である。
広範に安全に使用されるには、水の付着による引張り強
さ及び伸びの脆化の抑制が不可欠である。この水脆化現
象は、僅かな水が付着しただけで発生し、特に伸びが大
幅に低下する。表面処理等の後処理を施してもさしたる
効果がなく、多くの高強度球状黒鉛鋳鉄が屋外で水や湿
気に晒されて使用されており、安全面からも課題の解決
を要するものである。
めて上記の研究によって、その存在が知られたばかりで
あり、この水脆化抑制の対策については何も考えておら
ず、且つその抑制手段がないのが現状である。
術の問題点を解決し、高強度球状黒鉛鋳鉄の水脆化現象
を抑制する手段を提供するものである。鋳鉄は鋼と異な
り、鋳鉄中の黒鉛周辺には多くの転移が存在するため、
鋳鉄には浸入型原子などの優先拡散経路が多く存在する
といわれている。又、黒鉛周辺の空隙は、塑性変形によ
っても容易に生じる。よって鋼などの均質素材に比べ、
鋳鉄は本質的に水素の拡散・浸入を生じ易く、脆化を容
易に起こすと考えられている。
存在する空隙、浸入型原子などの優先拡散経路を断ち、
或は妨害することにより、水素原子の拡散吸収を抑制せ
んとするもので、重量%で、C:2.0〜4.0%、S
i:1.5〜4.5%、Mn:2.0%以下、P:0.
08%以下、S:0.03%以下、Mg:0.02〜
0.1%、Cu:1.8〜4.0%を含有し、残部Fe
及び不可避的不純物からなる水脆化を抑制することを特
徴とする。
溶解度以上のCuを添加することにより、主として球状
黒鉛の周囲にCuを偏析させ、黒鉛周辺の空隙や優先拡
散経路形成を阻害させ、水の分解によって生じた水素原
子の拡散吸収を抑制せんとするものである。
ため、主に鋳鉄の高強度化、耐磨耗性の向上を目的とし
て添加されている。しかし、この目的のためには、Cu
のせいぜい1.5%が使用限度であり、これを超えて添
加することはなく、それを越えるとオーステナイト粒界
に偏析し、不規則型黒鉛を晶出して球状化を阻害し、延
性の低下や被削性の低下を齎すことは知られている。例
えば特開昭54―41532、特開平7―14544
4、特開平8―1203962に記載されている。
―131678において、Cu2.4〜3.3%の添加
を有効ならしめたSn0.01〜0.05%添加により
優れた高強度球状黒鉛鋳鉄を提案している。しかし、前
記の如く全く予期しなかった水脆化現象については全く
考えていなかった。
表面において、水の分解によって生じた吸着水素原子が
鋳鉄中へ拡散・吸収される結果「水素脆化」によって引
き起こされると推定される。前記文献において、鋳鉄組
織による脆化抑制について黒鉛粒形を小さくすることに
より、引張り強さに対しては有効であるが、伸びに対し
ては無効であることが記載されている。しかし、この黒
鉛粒形は超小粒であり、その黒鉛粒数は462/mm2
と実験データ―であり、実用範囲ではない。又、表層部
をフェライト組織にする抑制等が記載されていて、伸び
の低下に半分程度の効果があるが、工数大で実用的でな
い。そして、実用的な抑制手段がないのが現状である。
果、上記定義の水脆化抑制率で、引張り強さでは95%
以上、伸びでも95%以上の抑制率を達成することが出
来た。
最初に凝固する部分、即ち黒鉛周辺に偏析する挙動を示
すという知見を基に溶解度付近以上のCuを添加するこ
とにより、逆に偏析を進行させんとするものである。
い、鋼屑及び戻し材を使用し、加炭材とフェロシリコン
を加えて、C:3.26%、Si:1.60%、Mn:
0.32%、P:0.02%、S:0.006%の溶湯
とし、市販のFe―Si―Mg―Ca−REM合金を用
いたサンドウイッチ法による黒鉛球状化処理を実施し、
注湯取鍋移し換え時に接種を実施し、CO2鋳型のJI
S G 5502 Y型B号(25t×215l)に鋳込
んだ。Cu,Sn,Mo,Niの所望の化学組成を変化
させて合金し、得られた本発明実施品1〜9についての
機械的性質及び化学組成を表1に示す。
0.01〜0.08%を添加したところ、黒鉛形状、基
地組織が改善され、引張り強さと伸びが大幅に向上する
ことを発見した。SnはCuと同様の効果を持つが、C
uとの相乗効果でオーステナイト−パーライト変態をよ
り低温側に移動させ、黒鉛粒をより微細にすると共に、
適量の添加により不規則形黒鉛の晶出を防止し、黒鉛形
状を改善し、伸びを増加させるものである。又、基地組
織をより緻密にするため高強度となる。
で、C:2.0〜4.0%、Si:1.5〜4.5%、
Mn:2.0%以下、P:0.08%以下、S:0.0
3%以下、Mg:0.02〜0.1%、Cu:1.8〜
4.0%を含有し、請求項2では請求項1に加えて、S
nを0.08%以下を加えており、請求項3では請求項
1に加えてMo:0.5%以下、Ni:2.0%以下を
複合或は単独で添加するのである。尚、残部はFe及び
不可避的不純物からなる。
尚、Cu、Sn、Mo、Ni以外は通常の球状黒鉛鋳鉄
と比べて別段の特色がないので、限定理由の記載は省略
する。Cuは1.8%未満では、鋳物とした場合の肉厚
変化に対し、均一な基地組織を得ることが不充分で実態
強度が低下し、抑制率も低下且つ不安定となる。又、
4.0%を超えると効果が飽和状態となり、機械的性質
が低下するので好ましくない。SnはCuの添加による
球状化阻害を防止すると共に、Cuとの相乗効果で高強
度化を促進するが、Sn0.08%以上では脆化作用が
強く、強度が大幅に低下する。
をより緻密に強化するが、0.5%以上になると炭化物
形成傾向も大きく、粒界に析出して強度を低下させる。
Niは耐力を向上させ、肉厚感度を鈍化させるが、2.
0%以上になると効果が飽和状態になる。以上の理由で
Cu、Sn、Mo、Niの化学組成の限定をするもので
ある。
と水付着時における機械的性質及び水脆化制御率を示
す。化学組成の中で、本発明鋳鉄の特徴とするCuを添
加することにより、引張り強さと伸びの水脆化抑制率が
何れも95%以上となることがわかる。
が、焼入れ、・焼戻しの熱処理を加えることにより、強
度と靭性が大幅に向上するのがわかる。本発明に焼入れ
・焼戻しを加えることにより、強靭で緻密な基地組織と
なるため、熱処理を加えてベイナイト組織にするオース
テンパ球状黒鉛鋳鉄に比べると、大幅な被削性の向上と
経済性を付与することができる。むろん鋳放しの本発明
鋳鉄に他熱処理を加えてもよい。
/1030=70%であるのに対し、本発明鋳鉄No.
Aの降伏比は883/1045=84%と非常に高く、
理想的な素材である。尚、比較例No.2、No.3、
No.5は渋谷慎一郎(学位論文)よりの引用である。
該比較例を示す論文には、「図5−5に大気中と水が付
着した状態で破断したADIの引張り試験片の破面示
す。水が付着したものは、表面近傍の破壊の起点部に白
色の破面(矢印部)が観察される。この白色の破面は大
気中で破断したものには認められない。図5−6にSE
M組織を示す。水付着で破断したADIの破断面には、
試料表面を起点とした脆性破面が広い範囲に亘って観察
され、共晶セル境界部近傍には深い亀裂の存在が確認さ
れる。一方、大気中での破面は、黒鉛周辺のディンプル
破面とセル境界部の脆性破面との混合破面であり、明ら
かに前者と破壊形態を異にしている。つまり、図5−5
で観察された白色の破面は、水付着によって生じた脆性
破面であることが分かる。」と記載されている。図5―
5を図1とし、図5―6を図2として図に示す。
について実施した引張り試験時の破面であり、図3の乾
燥時の破面は延性的であり、図4の水付着時の破面も延
性的であり、脆性破面、白色破面がないことを明らかに
している。更に、図5は本発明実施品3のEPMAによ
るCuの面分析を示す写真であり、Cuが黒鉛を取囲ん
でいる状況が良く分かる。この状況を図6に示す。表1
の試験データの一部、破面写真、EPMAの面分析は、
日野自動車株式会社技術研究所黒木俊昭氏の協力によ
る。
は、比較鋳鉄の引張り強さの抑制率が75%〜85%、
伸びでの抑制率が11%〜45%であるのに対し、本発
明鋳鉄での抑制率は、引張り強さ、伸び共に95%以上
で著しく水脆化を抑制しているのがよく理解されよう。
項1では重量%で、C:2.0〜4.0%、Si:1.
5〜4.5%、Mn:2.0%以下、P:0.08%以
下、S:0.03%以下、Mg:0.02〜0.1%、
Cu:1.8〜4.0%を含有し、残部はFe及び不可
避的不純物からなるもので、従来技術にはない水脆化を
抑制する大きな特性を有し、又、焼入れ、焼戻しと云う
熱処理を加えることにより、基地が緻密な組織に強化さ
れ、水脆化を抑制すると共に高強度、高強靭性が付与さ
れる。
特性は、高負荷でも変形しない理想的素材でもある。合
金元素の主軸にCuを用いることで、高強度球状黒鉛鋳
鉄の水脆化を著しく抑制でき、且つ製造原価の低減に大
きな効果を齎し、又、オーステンパ球状黒鉛鋳鉄と異な
り、大幅な被削性の向上が可能になり、本発明鋳鉄が水
脆化抑制と高強度によって広範に安全に使用できる工業
的価値は非常に高い。
加えて、SnはCuの多くの添加による球状化阻害を防
ぎ、Cuとの相乗効果で高強度化を促進する。又、請求
項3によれば、Moは更に焼入れ性を向上させ、基地組
織をより緻密に強化する。又Niは耐力を向上させ、肉
厚感度を鈍化させる。更に請求項4によれば、請求項2
と3の相乗効果を期待できる。
Claims (4)
- 【請求項1】重量%で、C:2.0〜4.0%、Si:
1.5〜4.5%、Mn:2.0%以下、P:0.08
%以下、S:0.03%以下、Mg:0.02〜0.1
%、Cu:1.8〜4.0%を含有し、残部Fe及び不
可避的不純物からなる水脆化を抑制する高強度球状黒鉛
鋳鉄。 - 【請求項2】重量%で、Sn:0.08%以下を含有す
る請求項1に記載の水脆化を抑制する高強度球状黒鉛鋳
鉄。 - 【請求項3】請求項1の条件を満たし、Mo:0.5%
以下、Ni:2.0%以下を複合或は単独添加した水脆
化を抑制する高強度球状黒鉛鋳鉄。 - 【請求項4】請求項2の条件を満たし、Mo:0.5%
以下、Ni:2.0%以下を複合或は単独添加した水脆
化を抑制する高強度球状黒鉛鋳鉄。
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JP2008303434A (ja) * | 2007-06-08 | 2008-12-18 | Jfe Steel Kk | 耐摩耗性に優れた高強度球状黒鉛鋳鉄品 |
JP2013117045A (ja) * | 2011-12-02 | 2013-06-13 | Akebono Brake Ind Co Ltd | 薄肉球状黒鉛鋳鉄部材 |
CN105586505A (zh) * | 2016-01-20 | 2016-05-18 | 广西丛欣实业有限公司 | 高强度黄铜合金 |
CN106216660A (zh) * | 2016-08-30 | 2016-12-14 | 鄂州市金刚石技术研发中心 | 一种耐磨性好的金刚石磨具用胎体材料及制备方法 |
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CN112011720A (zh) * | 2020-08-28 | 2020-12-01 | 浙江游星电子科技有限公司 | 一种球墨铸铁材料及其制作方法和用途 |
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---|---|---|---|---|
JP2008223126A (ja) * | 2007-03-15 | 2008-09-25 | Oume Chuzo Kk | ダクタイル鋳鉄製歯車 |
JP2008303434A (ja) * | 2007-06-08 | 2008-12-18 | Jfe Steel Kk | 耐摩耗性に優れた高強度球状黒鉛鋳鉄品 |
JP2013117045A (ja) * | 2011-12-02 | 2013-06-13 | Akebono Brake Ind Co Ltd | 薄肉球状黒鉛鋳鉄部材 |
CN105586505A (zh) * | 2016-01-20 | 2016-05-18 | 广西丛欣实业有限公司 | 高强度黄铜合金 |
CN106216660A (zh) * | 2016-08-30 | 2016-12-14 | 鄂州市金刚石技术研发中心 | 一种耐磨性好的金刚石磨具用胎体材料及制备方法 |
CN108330384A (zh) * | 2018-02-08 | 2018-07-27 | 东风商用车有限公司 | 一种具有高强度、高热疲劳性能的重型商用车制动鼓材料 |
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