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 |
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JP2000359672A JP3421990B2 (ja) | 2000-11-27 | 2000-11-27 | 高強度耐熱鋳鉄材 |
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---|---|---|---|
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 |
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JP2002167641A JP2002167641A (ja) | 2002-06-11 |
JP3421990B2 true JP3421990B2 (ja) | 2003-06-30 |
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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 |
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2000
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