JP3421990B2 - 高強度耐熱鋳鉄材 - Google Patents
高強度耐熱鋳鉄材Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高強度耐熱鋳鉄材
に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】一般的に、自動車のディスクブレーキに
採用されているディスクロータには、耐熱性の高い合金
材料、即ち熱伝導度の高い合金材料が望まれており、例
えば、鋳鉄系の合金材料にあっては、炭素含有率を増や
すことにより熱伝導度を上げた高炭素鋳鉄が従来より知
られている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、炭素含
有率を増やすことは、鋳鉄材強度の極端な低下を招いて
しまう為、合金成分を適宜に添加して強度向上を図るよ
うにしているが、合金成分の添加量が増えると、今度は
熱伝導度の低下を招いてしまうことになり、ある程度の
強度低下を容認して耐熱性を優先した高炭素鋳鉄を採用
しているのが実情である。 【０００４】本発明は上述の実情に鑑みてなしたもの
で、高い熱伝導度と十分な強度を併せ持つ高強度耐熱鋳
鉄材を提供することを目的としている。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明は、Ｃ：３．７〜
４．０重量％、Ｓｉ：１．８〜２．３重量％、Ｍｎ：
０．３〜０．８重量％、Ｐ：０．１重量％以下、Ｓ：
０．０８〜０．１５重量％、Ｖ：０．４〜０．６重量
％、Ｍｏ：０．５〜０．７重量％、Ｃｒ：０．０２重量
％未満、残部Ｆｅから成ることを特徴とする高強度耐熱
鋳鉄材、に係るものである。 【０００６】ここで、Ｃは鋳鉄の熱伝導度を高める元素
として含有されており、比較的長い片状黒鉛を安定して
晶出させるために、少なくとも３．７重量％以上の添加
が必要であるが、４．０重量％を越えて添加すると、片
状黒鉛が必要以上に大きくなりすぎて著しい強度低下を
招いてしまうことになるので、鋳鉄中に占めるＣの含有
率を３．７〜４．０重量％の範囲に規定している。 【０００７】また、Ｓｉは前述した片状黒鉛の良好な晶
出を助勢する、即ちＣの黒鉛化を促す元素として含有さ
れており、また、湯流れを良化して鋳造性を高める役割
も担っているが、これらのＳｉ添加による十分な有効性
を得るためには、少なくとも１．８重量％以上の添加が
必要であるのに対し、２．３重量％を越えて添加してし
まうと、鋳鉄の熱伝導度を低下させる作用が顕著に現れ
始めるので、鋳鉄中に占めるＳｉの含有率を１．８〜
２．３重量％の範囲に規定している。 【０００８】更に、Ｍｎは鋳鉄の基地組織の強度を高め
る元素として含有されており、自動車用ディスクブレー
キのディスクロータなどに用いる高強度耐熱鋳鉄材とし
て利用するのに必要な強度を得るため、少なくとも０．
３重量％以上の添加が必要であるが、０．８重量％を越
えて添加してしまうと、鋳鉄の熱伝導度を低下させる作
用が顕著に現れ始めるので、鋳鉄中に占めるＭｎの含有
率を０．３〜０．８重量％の範囲に規定している。 【０００９】また、Ｐは原料の銑鉄やリターン材から入
ってくる成分でステダイトを晶出して鋳鉄を脆くする成
分であるので、鋳鉄中に占めるＰの含有率は０．１重量
％以下に規定する。 【００１０】更に、Ｓは黒鉛形状を良好に制御するため
の元素として含有されており、その黒鉛形状の制御のた
め、少なくとも０．０８重量％以上を必要とするが、
０．１５重量％を越えて添加してしまうと、鋳鉄の結晶
粒界にＳが偏析して鋳鉄が脆くなってしまうので、鋳鉄
中に占めるＳの含有率を０．０８〜０．１５重量％の範
囲に規定している。 【００１１】また、Ｖは高温強度及び耐摩耗性を向上さ
せる元素として含有されており、自動車用ディスクブレ
ーキのディスクロータなどに用いる高強度耐熱鋳鉄材と
して利用するのに必要な強度を得るため、少なくとも
０．４重量％以上の添加が必要であるが、０．６重量％
を越えて添加してしまうと、炭化物の析出が増加し、切
削性の低下及び鋳鉄の熱伝導度を低下させる作用が顕著
に現れ始めるので、鋳鉄中に占めるＶの含有率を０．４
〜０．６重量％の範囲に規定している。 【００１２】ＭｏもＶと同様高温強度及び耐成長性を高
める元素として含有されているものであり、必要強度を
得るために少なくとも０．５重量％以上の添加を必要と
するが、０．７重量％を越えて添加してしまうと、鋳鉄
の熱伝導度を低下させる作用が顕著に現れ始めるので、
鋳鉄中に占めるＭｏの含有率を０．５〜０．７重量％の
範囲に規定している。 【００１３】そして、Ｃｒは原料の銑鉄やリターン材か
ら入ってくる成分で、通常は０．０６〜０．２重量％程
度含まれるものであるが、このＣｒは強力な黒鉛化阻害
成分であるため、鋳鉄中のＣｒの含有率が多いと、片状
黒鉛の安定した晶出が著しく阻害されて熱伝導度の大幅
な低下を招いてしまうので、鋳鉄中に占めるＣｒの含有
率を０．０２重量％未満に抑制している。 【００１４】而して、このようにすれば、ＳｉによりＣ
の黒鉛化が促され且つＳにより黒鉛形状が良好に制御さ
れて比較的長い片状黒鉛が安定して晶出され、これによ
って、熱伝導度が大幅に高められることになり、他方、
主としてＶやＭｏの作用、更にはＭｎの作用により基地
組織の強度が高められることになる。 【００１５】また、鋳鉄を脆くするステダイトの晶出
が、Ｐの含有率を０．１重量％以下に抑制することによ
り低減され、しかも、強力な黒鉛化阻害成分であるＣｒ
の含有率を０．０２重量％未満に抑制することにより片
状黒鉛の安定した晶出が維持されることになる。 【００１６】そして、このような化学組成により得られ
た高強度耐熱鋳鉄材は、約５０Ｗ／ｍ・ｋ以上の高い熱
伝導度と、引張り強さが約２００ＭＰａ以上の十分な強
度とを併せ持つ優れた高強度耐熱鋳鉄材となる。 【００１７】 【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照しつつ説明する。 【００１８】本発明の高強度耐熱鋳鉄材は、Ｃ（炭
素）：３．７〜４．０重量％、Ｓｉ（珪素）：１．８〜
２．３重量％、Ｍｎ（マンガン）：０．３〜０．８重量
％、Ｐ（燐）：０．１重量％以下、Ｓ（硫黄）：０．０
８〜０．１５重量％、Ｖ（バナジウム）：０．４〜０．
６重量％、Ｍｏ（モリブデン）：０．５〜０．７重量
％、Ｃｒ（クロム）：０．０２重量％未満、残部Ｆｅ
（鉄）とした化学組成の鋳鉄材に関するものであり、下
記の表１には、本発明に係る高強度耐熱鋳鉄材の実施例
Ａ、Ｂと、前述した本発明の化学組成の規定範囲に対し
ＶとＭｏの含有率が逸脱した比較例Ｃ、並びに、Ｃｒの
含有率が逸脱した比較例Ｄを夫々示してある。尚、表１
における各元素の数値は全て重量％であり、また、これ
らの元素を除いた残部は基本的にＦｅ（鉄）の成分であ
る。 【００１９】 【表１】【００２０】図１は引張り強さ（ＭＰａ）を横軸にと
り、熱伝導度（Ｗ／ｍ・ｋ）を縦軸にとったグラフであ
り、表１における実施例Ａ、Ｂと比較例Ｃ、Ｄの評価を
記してある。 【００２１】この図１のグラフに示されているように、
自動車用ディスクブレーキのディスクロータなどに用い
る高強度耐熱鋳鉄材として望まれる目標熱伝導度（５０
Ｗ／ｍ・ｋ以上）と目標引張り強さ（２００ＭＰａ以
上）とを同時に達成することが可能な目標範囲（図１中
のハッチング部分）には実施例Ａ、Ｂのみが含まれ、比
較例Ｃ、Ｄは何れも目標範囲に含まれなかった。 【００２２】即ち、比較例Ｃは、鋳鉄の基地組織の強度
を高める元素として含有されているＶとＭｏの含有率が
何れも前述した本発明の化学組成の規定範囲を下まわる
ものとなっており、高い熱伝導度を有する反面、引張り
強さが著しく劣るものとなった。 【００２３】また、比較例Ｄは、強力な黒鉛化阻害成分
であるＣｒの含有率が前述した本発明の化学組成の規定
範囲を大幅に上まわるものとなっており、Ｃｒにより鋳
鉄中での片状黒鉛の安定した晶出が著しく阻害される結
果、十分な引張り強さを有する反面、熱伝導度が著しく
低いものとなった。 【００２４】図２は実施例ＡにおけるＣｒの含有率のみ
を増減してＣｒの含有率が熱伝導度に対して与える影響
を考察したグラフであり、Ｃｒの含有率を横軸にとり、
熱伝導度を縦軸にとっている。 【００２５】このグラフから読み取れるように、Ｃｒの
含有率が０．０２重量％未満となるあたりから極めて顕
著に熱伝導度の上昇が認められ、しかも、自動車用ディ
スクブレーキのディスクロータなどに用いる高強度耐熱
鋳鉄材として望まれる目標熱伝導度（５０Ｗ／ｍ・ｋ以
上）を確実に達成するには、Ｃｒの含有率を０．０２重
量％未満とする必要があることが確認された。 【００２６】そして、約５０Ｗ／ｍ・ｋ以上の高い熱伝
導度と、引張り強さが約２００ＭＰａ以上の十分な強度
とを併せ持つ優れた高強度耐熱鋳鉄材として得られた実
施例Ａ、Ｂは、何れも図３の写真に１００倍に拡大して
示すような材料組織となり、比較的長い良好な形状の片
状黒鉛（黒色部分）が安定して晶出されている様子が確
認された。 【００２７】また、実施例Ａ、Ｂに関し、図４にタイム
スケジュールを示す如く、５秒で６００℃まで加熱した
後に１５秒間水冷して１００℃程度まで冷却するという
サイクルを亀裂が発生するまで繰り返すヒートクラック
試験を行なったところ、図５に試験結果を示す如く、実
施例Ａ、Ｂは何れも約１５００程度まで亀裂発生がな
く、通常の鋳鉄材（ＦＣ２５０）と比較して約７倍程度
の寿命向上が認められた。 【００２８】尚、本発明の高強度耐熱鋳鉄材は、上述の
形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を
逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿
論である。 【００２９】 【発明の効果】以上に説明したことから明らかなよう
に、上記した本発明の高強度耐熱鋳鉄材によれば、約５
０Ｗ／ｍ・ｋ以上の高い熱伝導度と、引張り強さが約２
００ＭＰａ以上の十分な強度とを併せ持つ優れた高強度
耐熱鋳鉄材を得ることができるという優れた効果を奏し
得る。
に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】一般的に、自動車のディスクブレーキに
採用されているディスクロータには、耐熱性の高い合金
材料、即ち熱伝導度の高い合金材料が望まれており、例
えば、鋳鉄系の合金材料にあっては、炭素含有率を増や
すことにより熱伝導度を上げた高炭素鋳鉄が従来より知
られている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、炭素含
有率を増やすことは、鋳鉄材強度の極端な低下を招いて
しまう為、合金成分を適宜に添加して強度向上を図るよ
うにしているが、合金成分の添加量が増えると、今度は
熱伝導度の低下を招いてしまうことになり、ある程度の
強度低下を容認して耐熱性を優先した高炭素鋳鉄を採用
しているのが実情である。 【０００４】本発明は上述の実情に鑑みてなしたもの
で、高い熱伝導度と十分な強度を併せ持つ高強度耐熱鋳
鉄材を提供することを目的としている。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明は、Ｃ：３．７〜
４．０重量％、Ｓｉ：１．８〜２．３重量％、Ｍｎ：
０．３〜０．８重量％、Ｐ：０．１重量％以下、Ｓ：
０．０８〜０．１５重量％、Ｖ：０．４〜０．６重量
％、Ｍｏ：０．５〜０．７重量％、Ｃｒ：０．０２重量
％未満、残部Ｆｅから成ることを特徴とする高強度耐熱
鋳鉄材、に係るものである。 【０００６】ここで、Ｃは鋳鉄の熱伝導度を高める元素
として含有されており、比較的長い片状黒鉛を安定して
晶出させるために、少なくとも３．７重量％以上の添加
が必要であるが、４．０重量％を越えて添加すると、片
状黒鉛が必要以上に大きくなりすぎて著しい強度低下を
招いてしまうことになるので、鋳鉄中に占めるＣの含有
率を３．７〜４．０重量％の範囲に規定している。 【０００７】また、Ｓｉは前述した片状黒鉛の良好な晶
出を助勢する、即ちＣの黒鉛化を促す元素として含有さ
れており、また、湯流れを良化して鋳造性を高める役割
も担っているが、これらのＳｉ添加による十分な有効性
を得るためには、少なくとも１．８重量％以上の添加が
必要であるのに対し、２．３重量％を越えて添加してし
まうと、鋳鉄の熱伝導度を低下させる作用が顕著に現れ
始めるので、鋳鉄中に占めるＳｉの含有率を１．８〜
２．３重量％の範囲に規定している。 【０００８】更に、Ｍｎは鋳鉄の基地組織の強度を高め
る元素として含有されており、自動車用ディスクブレー
キのディスクロータなどに用いる高強度耐熱鋳鉄材とし
て利用するのに必要な強度を得るため、少なくとも０．
３重量％以上の添加が必要であるが、０．８重量％を越
えて添加してしまうと、鋳鉄の熱伝導度を低下させる作
用が顕著に現れ始めるので、鋳鉄中に占めるＭｎの含有
率を０．３〜０．８重量％の範囲に規定している。 【０００９】また、Ｐは原料の銑鉄やリターン材から入
ってくる成分でステダイトを晶出して鋳鉄を脆くする成
分であるので、鋳鉄中に占めるＰの含有率は０．１重量
％以下に規定する。 【００１０】更に、Ｓは黒鉛形状を良好に制御するため
の元素として含有されており、その黒鉛形状の制御のた
め、少なくとも０．０８重量％以上を必要とするが、
０．１５重量％を越えて添加してしまうと、鋳鉄の結晶
粒界にＳが偏析して鋳鉄が脆くなってしまうので、鋳鉄
中に占めるＳの含有率を０．０８〜０．１５重量％の範
囲に規定している。 【００１１】また、Ｖは高温強度及び耐摩耗性を向上さ
せる元素として含有されており、自動車用ディスクブレ
ーキのディスクロータなどに用いる高強度耐熱鋳鉄材と
して利用するのに必要な強度を得るため、少なくとも
０．４重量％以上の添加が必要であるが、０．６重量％
を越えて添加してしまうと、炭化物の析出が増加し、切
削性の低下及び鋳鉄の熱伝導度を低下させる作用が顕著
に現れ始めるので、鋳鉄中に占めるＶの含有率を０．４
〜０．６重量％の範囲に規定している。 【００１２】ＭｏもＶと同様高温強度及び耐成長性を高
める元素として含有されているものであり、必要強度を
得るために少なくとも０．５重量％以上の添加を必要と
するが、０．７重量％を越えて添加してしまうと、鋳鉄
の熱伝導度を低下させる作用が顕著に現れ始めるので、
鋳鉄中に占めるＭｏの含有率を０．５〜０．７重量％の
範囲に規定している。 【００１３】そして、Ｃｒは原料の銑鉄やリターン材か
ら入ってくる成分で、通常は０．０６〜０．２重量％程
度含まれるものであるが、このＣｒは強力な黒鉛化阻害
成分であるため、鋳鉄中のＣｒの含有率が多いと、片状
黒鉛の安定した晶出が著しく阻害されて熱伝導度の大幅
な低下を招いてしまうので、鋳鉄中に占めるＣｒの含有
率を０．０２重量％未満に抑制している。 【００１４】而して、このようにすれば、ＳｉによりＣ
の黒鉛化が促され且つＳにより黒鉛形状が良好に制御さ
れて比較的長い片状黒鉛が安定して晶出され、これによ
って、熱伝導度が大幅に高められることになり、他方、
主としてＶやＭｏの作用、更にはＭｎの作用により基地
組織の強度が高められることになる。 【００１５】また、鋳鉄を脆くするステダイトの晶出
が、Ｐの含有率を０．１重量％以下に抑制することによ
り低減され、しかも、強力な黒鉛化阻害成分であるＣｒ
の含有率を０．０２重量％未満に抑制することにより片
状黒鉛の安定した晶出が維持されることになる。 【００１６】そして、このような化学組成により得られ
た高強度耐熱鋳鉄材は、約５０Ｗ／ｍ・ｋ以上の高い熱
伝導度と、引張り強さが約２００ＭＰａ以上の十分な強
度とを併せ持つ優れた高強度耐熱鋳鉄材となる。 【００１７】 【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照しつつ説明する。 【００１８】本発明の高強度耐熱鋳鉄材は、Ｃ（炭
素）：３．７〜４．０重量％、Ｓｉ（珪素）：１．８〜
２．３重量％、Ｍｎ（マンガン）：０．３〜０．８重量
％、Ｐ（燐）：０．１重量％以下、Ｓ（硫黄）：０．０
８〜０．１５重量％、Ｖ（バナジウム）：０．４〜０．
６重量％、Ｍｏ（モリブデン）：０．５〜０．７重量
％、Ｃｒ（クロム）：０．０２重量％未満、残部Ｆｅ
（鉄）とした化学組成の鋳鉄材に関するものであり、下
記の表１には、本発明に係る高強度耐熱鋳鉄材の実施例
Ａ、Ｂと、前述した本発明の化学組成の規定範囲に対し
ＶとＭｏの含有率が逸脱した比較例Ｃ、並びに、Ｃｒの
含有率が逸脱した比較例Ｄを夫々示してある。尚、表１
における各元素の数値は全て重量％であり、また、これ
らの元素を除いた残部は基本的にＦｅ（鉄）の成分であ
る。 【００１９】 【表１】【００２０】図１は引張り強さ（ＭＰａ）を横軸にと
り、熱伝導度（Ｗ／ｍ・ｋ）を縦軸にとったグラフであ
り、表１における実施例Ａ、Ｂと比較例Ｃ、Ｄの評価を
記してある。 【００２１】この図１のグラフに示されているように、
自動車用ディスクブレーキのディスクロータなどに用い
る高強度耐熱鋳鉄材として望まれる目標熱伝導度（５０
Ｗ／ｍ・ｋ以上）と目標引張り強さ（２００ＭＰａ以
上）とを同時に達成することが可能な目標範囲（図１中
のハッチング部分）には実施例Ａ、Ｂのみが含まれ、比
較例Ｃ、Ｄは何れも目標範囲に含まれなかった。 【００２２】即ち、比較例Ｃは、鋳鉄の基地組織の強度
を高める元素として含有されているＶとＭｏの含有率が
何れも前述した本発明の化学組成の規定範囲を下まわる
ものとなっており、高い熱伝導度を有する反面、引張り
強さが著しく劣るものとなった。 【００２３】また、比較例Ｄは、強力な黒鉛化阻害成分
であるＣｒの含有率が前述した本発明の化学組成の規定
範囲を大幅に上まわるものとなっており、Ｃｒにより鋳
鉄中での片状黒鉛の安定した晶出が著しく阻害される結
果、十分な引張り強さを有する反面、熱伝導度が著しく
低いものとなった。 【００２４】図２は実施例ＡにおけるＣｒの含有率のみ
を増減してＣｒの含有率が熱伝導度に対して与える影響
を考察したグラフであり、Ｃｒの含有率を横軸にとり、
熱伝導度を縦軸にとっている。 【００２５】このグラフから読み取れるように、Ｃｒの
含有率が０．０２重量％未満となるあたりから極めて顕
著に熱伝導度の上昇が認められ、しかも、自動車用ディ
スクブレーキのディスクロータなどに用いる高強度耐熱
鋳鉄材として望まれる目標熱伝導度（５０Ｗ／ｍ・ｋ以
上）を確実に達成するには、Ｃｒの含有率を０．０２重
量％未満とする必要があることが確認された。 【００２６】そして、約５０Ｗ／ｍ・ｋ以上の高い熱伝
導度と、引張り強さが約２００ＭＰａ以上の十分な強度
とを併せ持つ優れた高強度耐熱鋳鉄材として得られた実
施例Ａ、Ｂは、何れも図３の写真に１００倍に拡大して
示すような材料組織となり、比較的長い良好な形状の片
状黒鉛（黒色部分）が安定して晶出されている様子が確
認された。 【００２７】また、実施例Ａ、Ｂに関し、図４にタイム
スケジュールを示す如く、５秒で６００℃まで加熱した
後に１５秒間水冷して１００℃程度まで冷却するという
サイクルを亀裂が発生するまで繰り返すヒートクラック
試験を行なったところ、図５に試験結果を示す如く、実
施例Ａ、Ｂは何れも約１５００程度まで亀裂発生がな
く、通常の鋳鉄材（ＦＣ２５０）と比較して約７倍程度
の寿命向上が認められた。 【００２８】尚、本発明の高強度耐熱鋳鉄材は、上述の
形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を
逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿
論である。 【００２９】 【発明の効果】以上に説明したことから明らかなよう
に、上記した本発明の高強度耐熱鋳鉄材によれば、約５
０Ｗ／ｍ・ｋ以上の高い熱伝導度と、引張り強さが約２
００ＭＰａ以上の十分な強度とを併せ持つ優れた高強度
耐熱鋳鉄材を得ることができるという優れた効果を奏し
得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を熱伝導度と引張り強さについ
て評価したグラフである。 【図２】Ｃｒの含有率が熱伝導度に対して与える影響を
考察したグラフである。 【図３】本発明の実施例における材料組織の拡大写真で
ある。 【図４】本発明の実施例に関するヒートクラック試験の
タイムスケジュールである。 【図５】本発明の実施例に関するヒートクラック試験の
結果を示すグラフである。
て評価したグラフである。 【図２】Ｃｒの含有率が熱伝導度に対して与える影響を
考察したグラフである。 【図３】本発明の実施例における材料組織の拡大写真で
ある。 【図４】本発明の実施例に関するヒートクラック試験の
タイムスケジュールである。 【図５】本発明の実施例に関するヒートクラック試験の
結果を示すグラフである。
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C22C 37/00
F16D 65/12
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 Ｃ：３．７〜４．０重量％、Ｓｉ：１．
８〜２．３重量％、Ｍｎ：０．３〜０．８重量％、Ｐ：
０．１重量％以下、Ｓ：０．０８〜０．１５重量％、
Ｖ：０．４〜０．６重量％、Ｍｏ：０．５〜０．７重量
％、Ｃｒ：０．０２重量％未満、残部Ｆｅから成ること
を特徴とする高強度耐熱鋳鉄材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000359672A JP3421990B2 (ja) | 2000-11-27 | 2000-11-27 | 高強度耐熱鋳鉄材 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000359672A JP3421990B2 (ja) | 2000-11-27 | 2000-11-27 | 高強度耐熱鋳鉄材 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002167641A JP2002167641A (ja) | 2002-06-11 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| FR3140636A1 (fr) * | 2022-10-11 | 2024-04-12 | Renault S.A.S | Alliage de fer et pièce pour véhicule automobile comprenant ledit alliage |
-
2000
- 2000-11-27 JP JP2000359672A patent/JP3421990B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2002167641A (ja) | 2002-06-11 |
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