JP5618065B2 - 球状黒鉛鋳鉄用Bi系接種剤およびこれを用いる球状黒鉛鋳鉄の製造方法 - Google Patents
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Description
球状化剤として、Mg、Mg系合金、Ca系合金、REM(希土類元素)系合金、Si系合金が実用され、中でもMg、Mg系合金が最も多用されている。
一方、Biについては接種剤としての作用効果があることが知られている(特許文献1〜3)。
特許文献2では、遠心鋳造製圧延用複合ロールの内層組成の限定要件にBi:0.001〜0.05%を加えた理由として、有害元素として位置づけられているBiについて、溶湯中に微粒子として分散し、溶湯とこれらBiの液相との間に新たな界面を多数形成することに着目して実験を行い、過少では黒鉛の均一微細分散効果が少なく、過多ではBi含有炭化物の生成により材質が脆くなる知見を得た旨述べている([0012])。
すなわち、本発明は、以下のとおりである。
(1) 球状黒鉛鋳鉄の鋳鉄溶湯に接種を行うためのBi系接種剤であって、Bi:0.1質量%以上40質量%未満、Mg:0〜30質量%、Si:0〜50質量%、Cu:1〜50質量%を含有し、残部Niおよび不可避的不純物からなることを特徴とする、球状黒鉛鋳鉄用Bi系接種剤。
(2) 前記Bi系接種剤に、質量%でMg:0.5%以上30%以下を含有させてなる前記(1)に記載の球状黒鉛鋳鉄用Bi接種剤。
(3) 球状黒鉛鋳鉄の製造方法において、鋳鉄溶湯に添加する接種剤の少なくとも一部として前記(1)または(2)に記載の球状黒鉛鋳鉄用Bi系接種剤を使用することを特徴とする球状黒鉛鋳鉄の製造方法。
Bi接種後の溶湯中Bi濃度は数10ppm以下と極めて低く、その分散状況については未だ詳細は不明であるが、本発明者らは、Biの分散粒子間がNiおよびCuで埋まった形態を有する混合物もしくは好ましくは合金(Ni‐Cu‐Bi合金であり、さらにMgやSiを含有してもよい)を、Bi系接種剤として用いることで、溶湯中で液体Bi粒子をより微細に安定して分散させることができ、さらには、従来と比べ溶湯中の核生成サイトを減らすことなくBi添加量を低減できるため、黒鉛の形状悪化やザク欠陥等の品質問題も解決されることを究明した。
また、前記Bi系接種剤中に、さらに質量%でMg:0.5%以上30%以下を含有させると、Mgの爆発的な反応でNi-Bi融液がより微細に分散されるため好ましい。
・Ni‐Cu‐Bi合金:Bi:0.1%以上40%未満、Mg:0(より好ましくは0.5)〜30%、Si:0〜50%、Cu:1〜50%、残部Ni及び不可避的不純物
本発明の製造方法では、鋳鉄溶湯に添加する接種剤の少なくとも一部として本発明のBi系接種剤を使用する。本発明のBi系接種剤は、単独で使用することができるが、他の接種剤、例えば従来から主に使用されているフェロシリコン等と併用することもできる。溶湯組成は通常のものでよい。
(水準1) Mg処理用鍋6の鍋底に設けたポケット内に、注湯に先立って、球状化剤8としてMg合金と、接種剤9としてフェロシリコンとを設置し、その上をカバー材10で被覆しておく。球状化剤8と接種剤9とは、溶湯中の含有量(質量%)が、球状化剤Mg合金では1.6%(Mg 0.08%相当)、接種剤フェロシリコンでは0.27%(Si 0.2%相当)となる量だけ設置した。
(水準2) 水準1において、さらに、球状化剤8と接種剤9との間にBi系接種剤9Aとして金属Biを、溶湯中の含有量(質量%)が0.005%となる量だけ設置した。それ以外は水準1と同様とした。
(水準3) 水準2において、Bi系接種剤9Aとして金属Biに代えてNi-Bi合金(Ni-1.0Bi(数値単位は質量%))を、溶湯中の含有量(質量%)が0.5%(Bi 0.005%相当)となる量だけ設置した。それ以外は水準1と同様とした。
(水準4) 水準2において、Bi系接種剤9Aとして金属Biに代えてCu-Bi合金(Cu-1.0Bi(数値単位は質量%))を、溶湯中の含有量(質量%)が0.5%(Bi 0.005%相当)となる量だけ設置した。それ以外は水準1と同様とした。
(水準5) 水準2において、Bi系接種剤9Aとして金属Biに代えてNi-Cu-Bi合金(Ni-40Cu-1.0Bi(数値単位は質量%))を、溶湯中の含有量(質量%)が0.5%(Bi 0.005%相当)となる量だけ設置した。それ以外は水準1と同様とした。
(水準6) 水準2において、Bi系接種剤9Aとして金属Biに代えてNi-Mg-Bi合金(Ni-5.0Mg-1.0Bi(数値単位は質量%))を、溶湯中の含有量(質量%)が0.5%(Bi 0.005%相当)となる量だけ設置した。それ以外は水準1と同様とした。
(水準7) 水準2において、Bi系接種剤9Aとして金属Biに代えて金属Biと金属Niとの混合物(Bi質量/Ni質量=1/99)を、溶湯中の含有量(質量%)が0.5%(Bi 0.005%相当)となる量だけ設置した。それ以外は水準1と同様とした。
(A)化学分析により組成を調べた。その結果を表1に示す。
(B)Yブロック鋳物の底からの高さが65mmの部位から試験片を採取して、研磨面(ノーエッチ)の光学顕微鏡観察による黒鉛粒数密度の測定、並びにYブロック長手方向の引張試験(試験片直径10mm)による引張強度TS及び伸びELの測定を行った。その結果も表1に併せて示す。
2 溶湯
3 黒鉛
4 Ni‐Bi融液
5 高周波溶解炉
6 鍋(Mg処理用鍋)
7 Yブロック鋳型
8 球状化剤
9 接種剤
9A Bi系接種剤
10 カバー材
11 Yブロック鋳物
Claims (3)
- 球状黒鉛鋳鉄の鋳鉄溶湯に接種を行うためのBi系接種剤であって、Bi:0.1質量%以上40質量%未満、Mg:0〜30質量%、Si:0〜50質量%、Cu:1〜50質量%を含有し、残部Niおよび不可避的不純物からなることを特徴とする、球状黒鉛鋳鉄用Bi系接種剤。
- 前記Bi系接種剤に、質量%でMg:0.5%以上30%以下を含有させてなる請求項1に記載の球状黒鉛鋳鉄用Bi接種剤。
- 球状黒鉛鋳鉄の製造方法において、鋳鉄溶湯に添加する接種剤の少なくとも一部として請求項1または2に記載の球状黒鉛鋳鉄用Bi系接種剤を使用することを特徴とする球状黒鉛鋳鉄の製造方法。
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