JP2634707B2 - 球状黒鉛鋳鉄の製造方法 - Google Patents

球状黒鉛鋳鉄の製造方法

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  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】本発明は、体積収縮の少ない球状
黒鉛鋳鉄を効率よく製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】球状黒鉛鋳鉄は優れた機械的強度を有す
るので、自動車部品や機械部品等を含む種々の用途に広
く使用されている。また近年自動車の燃費規制で鋳物部
品の薄肉化が検討されている。しかしながら部品の形状
として薄肉部と厚肉部で構成される場合が多く、このよ
うな形状の鋳物を鋳造する場合、従来の鋳造方法では厚
肉部に引け巣を生じ易く、この引け巣を抑制するため押
し湯の増量で注入歩留が悪くなり、コストの増大要因に
なっていた。また薄肉部においてはチルの発生により機
械的性質の低下現象が生じるという問題があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】そこで溶湯が凝固する
際に生じる体積収縮を出来るだけ抑制する事が、厚肉部
の引けを防止することになる。この防止方法として黒鉛
の析出が出来易いように核となる物質を生成すると、黒
鉛化は促進して黒鉛の発生と共に鋳物の体積膨張が生
じ、引け巣の発生を抑制出来る。また薄肉部においても
黒鉛の析出が促進されると、チルの発生を防止して機械
的性質が向上される。本発明の目的は、黒鉛の核となる
物質を安定的に作り得る球状黒鉛鋳鉄の製造方法を提供
することにある。この黒鉛の核を生成させる手法とし
て、希土類元素と硫黄との硫化物を生成させる事が公知
であるが溶湯中で溶融状態にある硫黄では核の生成が不
充分であった。本発明者らは鋭意研究の結果、黒鉛の核
を増加させる手法として、硫黄含有物質の添加が有効で
あることを知見した。しかしながら硫黄含有物質の添加
により溶湯中の硫黄成分が高くなると黒鉛の球状化が阻
害されるため、増加される硫黄分をあらかじめ元湯から
除いておく必要がある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の球状黒鉛鋳鉄の
製造方法は、薄肉部の厚さが2mm以上10mm未満で
あり、厚肉部の厚さが10mm以上100mm未満であ
り、また2μm以上の球状黒鉛の粒数が、薄肉部におい
て600個/mm2以上2005個/mm2以下で、厚肉
部において、130個/mm2以上627個/mm2以下
であり黒鉛の球状化率が70%以上である球状黒鉛鋳鉄
を製造する方法であって、化学組成が重量比で3.0〜
4.0%のC、0.8〜1.7%のSi、1.0%以下
のMn、0.20%以下のP、0.010〜0.20%
のS、残部Feと不可避的不純物である鉄基合金溶湯を
調整し、該溶湯を脱硫した後、硫黄含有率を0.010
%未満に調整し、次に該溶湯に硫黄含有物質を添加し
て、該溶湯の硫黄成分を重量比で0.011〜0.03
0%になるように調整し、次にMg含有物質とランタニ
ド系希土類元素を併用添加して球状化処理することを特
徴とする。
【0005】また他の発明は薄肉部の厚さが2mm以上
10mm未満であり、厚肉部の厚さが10mm以上10
0mm未満であり、また2μm以上の球状黒鉛の粒数
が、薄肉部において600個/mm2以上2005個/
mm2以下で、厚肉部において、130個/mm2以上6
27個/mm2以下であり黒鉛の球状化率が70%以上
である球状黒鉛鋳鉄を製造する方法であって、化学組成
が重量比で3.0〜4.0%のC、0.8〜1.7%の
Si、1.0%以下のMn、0.20%以下のP、0.
010%未満のS、残部Feと不可避的不純物である鉄
基合金溶湯に硫黄含有物質を添加して、該溶湯の硫黄成
分を重量比で0.011〜0.030%になるように調
整し、次にMg含有物質と、ランタニド系希土類元素を
併用添加して球状化処理することを特徴とする。また球
状化処理時に添加するMg含有物質および希土類元素の
添加量としてMgの量で0.060〜0.080%、お
よびランタニド系希土類元素の量で0.030〜0.0
40%であることが好ましく、球状化処理を取鍋中で行
うことも可能である。この方法によりランタニド系希土
類元素と硫黄の硫化物を生成させ、これを核として黒鉛
の析出を促進させる。これにより黒鉛の体積率を増大さ
せ、溶湯の凝固時における収縮量を抑制する。また薄肉
部のチルの発生を防止して機械的性質を向上させる。
【0006】溶湯の硫黄成分の数値限定理由として0.
011%未満になると黒鉛の核生成が不充分となり、球
状黒鉛鋳鉄の厚肉部の黒鉛粒数が低下し、体積膨張が促
進されず引け巣の発生が生じる。また薄肉部においても
黒鉛粒数が低下し、セメンタイトの発生により機械的強
度の低下や、切削性が悪くなる。次に0.030%を越
えると黒鉛の球状化が阻害されるためである。つぎにM
gの添加量であるが、0.060%未満では黒鉛の球状
化が不充分となり、0.080%を越えると余剰のMg
が黒鉛の核に必要な硫黄成分との反応により減少し、黒
鉛の発生率が低下する。またランタニド系希土類元素の
添加量は0.030%未満になると黒鉛の核の生成が不
充分で0.040%を越えると黒鉛の球状化を阻害す
る。
【0007】
【実施例】本発明を以下の実施例により、さらに詳細に
説明するが本発明はそれらに限定するものではない。
【0008】[実施例1] 溶解量150kgの酸性高
周波誘導炉で鉄と不可避的不純物と表1に示す化学組成
の溶湯を調整した。
【0009】
【表1】
【0010】該溶湯を1450℃まで昇温後、重量比で
0.5%のカ−バイトを添加してS量を0.006%ま
で脱硫した。該溶湯を元湯として本発明の製造方法と従
来の製造方法による鋳造品を製造した。
【0011】従来の製造方法:上記元湯を1550℃ま
で昇温後、Mg含有物質{化学組成:Si=45%、M
g=6%、Ca=1.5%、残部Fe}をMgの量とし
て0.040%を取鍋の低部に装填し、該取鍋内に上記
溶湯を注湯し球状化処理を行った。
【0012】次にこの溶湯を表2に示す砂型鋳型と図1
に示す階段状試験片の砂型鋳型に注湯した。この時の注
湯温度は1430℃であった。またこれらの砂型鋳型に
注湯する際に48メッシュ以上100メッシュ未満に整
粒した接種剤(化学組成:Si=72%、残部Fe)を
注湯流添加を行った。
【0013】
【表2】
【0014】このように鋳造した試験片(Yブロック)
の健全部より引っ張り試験片を切り出し、機械加工した
つかみ部の顕微鏡組織写真を図2に示す。また階段状試
験片および丸型鋳造品の肉厚毎による黒鉛粒数(2μm
以上)と球状化率を画像解析装置で調査した。その結果
を表3に示す。またくされ試験片による鋳造品の断面を
カラ−チェックした金属組織写真を図3に示す。
【0015】
【表3】
【0016】本発明の製造方法:上記元湯を15
50℃まで昇温後、硫化鉄をS当量で0.010%添加
した。
【0017】次にフェロシリコンマグネシュウムレアア
−ス{化学組成:Si=45%、Mg=4%、Ca=
1.5%、ランタニド系希土類元素=2.0%、残部F
e}を重量比で1.5%を取鍋の低部に装填し、該取鍋
内に上記溶湯を注湯し球状化処理を行った。
【0018】次にこの溶湯を表2に示す砂型鋳型と図1
に示す階段状試験片の砂型鋳型に注湯した。この時の注
湯温度は1410℃であった。またこれらの砂型鋳型に
注湯する際に48メッシュ以上100メッシュ未満に整
粒した接種剤(化学組成:Si=72%、残部Fe)を
注湯流添加を行った。
【0019】このように鋳造した試験片(Yブロック)
の健全部より引っ張り試験片を切り出し、機械加工した
つかみ部の顕微鏡組織写真を図4に示す。また階段状試
験片および丸型鋳造品の肉厚毎による黒鉛粒数(2μm
以上)と球状化率を画像解析装置で調査した。その結果
を表4に示す。またくされ試験片による鋳造品の断面を
カラ−チェックした金属組織写真を図5に示す。
【0020】
【表4】
【0021】実施例2 溶解量150kgの酸性
高周波誘導炉で鉄と不可避的不純物と表5に示す化学組
成の溶湯を調整した。
【0022】
【表5】
【0023】該溶湯を1530℃まで昇温後、硫化鉄を
S当量で0.012%添加した。
【0024】次にフェロシリコンマグネシュウムレアア
−ス{化学組成:Si=45%、Mg=4%、Ca=
1.5%、ランタニド系希土類元素=2.0%、残部F
e}を重量比で1.5%を取鍋の低部に装填し、該取鍋
内に上記溶湯を注湯し球状化処理を行った。
【0025】次にこの溶湯を表2に示す砂型鋳型と図1
に示す階段状試験片の砂型鋳型に注湯した。この時の注
湯温度は1400℃であった。またこれらの砂型鋳型に
注湯する際に48メッシュ以上100メッシュ未満に整
粒した接種剤(化学組成:Si=72%、残部Fe)を
注湯流添加を行った。
【0026】このように鋳造した試験片(Yブロック)
の健全部より引っ張り試験片を切り出し、機械加工した
つかみ部の顕微鏡組織写真を図6に示す。また階段状試
験片および丸型鋳造品の肉厚毎による黒鉛粒数(2μm
以上)と球状化率を画像解析装置で調査した。その結果
を表6に示す。またくされ試験片による鋳造品の断面を
カラ−チェックした金属組織写真を図7に示す。
【0027】
【表6】
【0028】
【発明の効果】上記の通り硫黄含有物質を添加した溶湯
に、Mg含有球状化材とランタニド系希土類元素を併用
して球状化処理を行うと反応生成物として希土類元素と
硫黄の硫化物が生成しこれが核となり黒鉛の析出を促進
する。これにより溶湯の凝固時に黒鉛の占める体積率が
増大し、鋳鉄の体積膨張を促進して引け巣の発生を防止
する。本発明の製造方法で鋳造したものは、引け巣およ
びチルの発生が認められず良好な結果を得られた。
【図面の簡単な説明】
【図1】階段状試験片
【図2】従来品(実施例1)の金属組織写真
【図3】従来品(実施例1)のカラ−チェックした金属
組織写真
【図4】本発明(実施例1)の金属組織写真
【図5】本発明(実施例1)のカラ−チェックした金属
組織写真
【図6】本発明(実施例2)の金属組織写真
【図7】本発明(実施例2)のカラ−チェックした金属
組織写真

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 薄肉部の厚さが2mm以上10mm未満
    であり、厚肉部の厚さが10mm以上100mm未満で
    あり、また2μm以上の球状黒鉛の粒数が、薄肉部にお
    いて600個/mm2以上2005個/mm2以下で、厚
    肉部において、130個/mm2以上627個/mm2
    下であり黒鉛の球状化率が70%以上である球状黒鉛鋳
    鉄を製造する方法において、化学組成が重量比で3.0
    〜4.0%のC、0.8〜1.7%のSi、1.0%以
    下のMn、0.20%以下のP、0.010〜0.20
    %のS、残部Feと不可避的不純物である鉄基合金溶湯
    を調整し、該溶湯を脱硫した後、硫黄含有率を0.01
    0%未満に調整し、次に該溶湯に硫黄含有物質を添加し
    て、該溶湯の硫黄成分を重量比で0.011〜0.03
    0%になるように調整し、次にMg含有物質とランタニ
    ド系希土類元素を併用添加して球状化処理することを特
    徴とする球状黒鉛鋳鉄の製造方法。
  2. 【請求項2】 薄肉部の厚さが2mm以上10mm未満
    であり、厚肉部の厚さが10mm以上100mm未満で
    あり、また2μm以上の球状黒鉛の粒数が、薄肉部にお
    いて600個/mm2以上2005個/mm2以下で、厚
    肉部において、130個/mm2以上627個/mm2
    下であり黒鉛の球状化率が70%以上である球状黒鉛鋳
    鉄を製造する方法において、化学組成が重量比で3.0
    〜4.0%のC、0.8〜1.7%のSi、1.0%以
    下のMn、0.20%以下のP、0.010%未満の
    S、残部Feと不可避的不純物である鉄基合金溶湯に硫
    黄含有物質を添加して、該溶湯の硫黄成分を重量比で
    0.011〜0.030%になるように調整し、次にM
    g含有物質と、ランタニド系希土類元素を併用添加して
    球状化処理することを特徴とする球状黒鉛鋳鉄の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2の何れかに記載
    せる球状黒鉛鋳鉄の製造方法において球状化処理時に添
    加するMg含有物質および希土類元素の添加量としてM
    gの量で0.060〜0.080%、およびランタニド
    系希土類元素の量で0.030〜0.040%であるこ
    とを特徴とする球状黒鉛鋳鉄の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし請求項3の何れかに記載
    せる球状黒鉛鋳鉄の製造方法において球状化処理を取鍋
    中で行うことを特徴とする球状黒鉛鋳鉄の製造方法。
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