JPS5917183B2 - As-cast pearlite terrestrial graphite cast iron - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は基地組織がパーライト及びフェライトの混合組
織（以下単にパーライト地と記す）からなる球状黒鉛鋳
鉄に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to spheroidal graphite cast iron whose matrix structure is a mixed structure of pearlite and ferrite (hereinafter simply referred to as pearlite base).

基地組織がパーライト地である球状黒鉛鋳鉄は鋳放し状
態で容易に得ることができるので、古くから鋳放し状態
で製造され、又使用されている。Spheroidal graphite cast iron, whose base structure is pearlite, can be easily obtained in an as-cast state, so it has been manufactured and used in an as-cast state for a long time.

この場合、パーライト地球状黒鉛鋳鉄を得るためには、
目的とする硬度と製品肉厚ζこ応じてＭｎ量を増減する
方法によっていたが、Ｍｎはパーライト化を促進すると
同時にセメンタイトの晶（析）出を促進する元素である
ため、必要以上にＭｎを含有すると上記の好ましからざ
る組織により局部的に硬度が高くなり、脆くなったり、
あるいは切削性が大幅に低下するなどの問題があった。In this case, to obtain pearlitic terrestrial graphite cast iron,
The amount of Mn was increased or decreased depending on the target hardness and product wall thickness, but since Mn is an element that promotes pearlite formation and at the same time promotes the crystallization (precipitation) of cementite, it was not necessary to add more Mn than necessary. If it is contained, the above-mentioned undesirable structure will cause local hardness to increase and become brittle.
Alternatively, there were problems such as a significant decrease in machinability.

従って、鋳放し状態で使用されるパーライト地球状黒鉛
鋳鉄を製造する場合、上記の好ましからざる組織の晶（
析）出を防止するため、一般的にはＳｉ含有量を高くす
る（２．５〜３．０％）ことによりなされてきた。Therefore, when manufacturing pearlitic terrestrial graphite cast iron to be used in the as-cast state, crystals of the above-mentioned undesirable structure (
In order to prevent precipitation, it has generally been done by increasing the Si content (2.5 to 3.0%).

このように従来の方法によって製造されたパーライト地
球状黒鉛鋳鉄は、Ｍｎ量及びＳｉ量が高いことに起因し
て鋳物の鋳型内での冷却速度の影響を受けやすく、同一
製品内でも均一なパーライト組織とはなり得なかった。Pearlite terrestrial graphite cast iron manufactured by conventional methods is susceptible to the cooling rate within the casting mold due to its high Mn and Si contents, and even within the same product, pearlite is uniform. It could not become an organization.

即ち同一製品であっても、肉厚が薄く、冷却速度の速い
ところでは完全パーライト地となり硬度は高い。That is, even if the product is the same, if the wall thickness is thin and the cooling rate is fast, it will become completely pearlite and have high hardness.

逆に厚肉部など冷却速度の遅いところでは、フェライト
地を多量に含んだパーライト地組織となり硬度は低く、
軟かくなる傾向が強い。On the other hand, in areas where the cooling rate is slow, such as in thick-walled areas, the hardness is low due to the pearlite texture containing a large amount of ferrite.
It has a strong tendency to become soft.

さらに各ヒート間の球状化処理方法、接種効果の差や各
枠毎の注湯終了から型ばらしまでの鋳型内冷却時間の差
、接種効果のフェーディング現象による差など種々の変
動要因の影響により、同一製品を多量生産する場合、製
品毎の組織、硬度に大きなばらつきを生じるのが常であ
る。Furthermore, due to the influence of various variable factors such as the spheroidization treatment method between each heat, the difference in inoculation effect, the difference in the cooling time in the mold from the end of pouring to the mold release for each frame, and the difference due to the fading phenomenon of inoculation effect. When the same product is produced in large quantities, it is common for the structure and hardness of each product to vary widely.

これらは偏にフェライト化促進元素であるＳｉと、パー
ライト化促進元素であるＭｎとの作用の相反する元素を
同時に多量に含有させたためである。This is because Si, which is an element that promotes ferrite formation, and Mn, which is an element that promotes pearlite formation, are contained in large quantities at the same time, elements that have opposite effects.

本発明は上記の点に鑑み、フェライト化促進元素である
Ｓｉ量を低く抑え、Ｃｕ 、Ｍｎ 、 Ｃｒ 、 Ｓｎ
。In view of the above points, the present invention suppresses the amount of Si, which is an element that promotes ferrite formation, and suppresses the amount of Si, which is an element that promotes ferrite formation, and
.

■などの炭化物生成元素をも低く抑え炭化物生成傾向の
ないパーライト化促進元素であるＮｉを含有させること
により、より均一な組織、硬度及び性質をもった鋳放し
パーライト地球状黒鉛鋳鉄を提供するものである。(2) Provides as-cast pearlitic terrestrial graphite cast iron with a more uniform structure, hardness, and properties by keeping carbide-forming elements such as (1) low and containing Ni, a pearlite-promoting element that does not have a tendency to form carbides. It is.

球状黒鉛鋳鉄中に現われるセメンタイト組織の晶（析）
出を抑制できればフェライト化促進元素であるＳｉ含有
量を低くすることが可能で、そのことによりパーライト
化が促進されるのみでなく、Ｓｉ含有量が高いことに起
因する組織、硬度及び性質のばらつきを減少させること
が期待できる。Crystallization of cementite structure appearing in spheroidal graphite cast iron
If this can be suppressed, it is possible to lower the Si content, which is an element that promotes ferrite formation, which not only promotes pearlite formation, but also reduces variations in structure, hardness, and properties caused by high Si content. can be expected to decrease.

又球状黒鉛鋳鉄中に通常含有されるパーライト安定化元
素は、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｃｕなどであるが、この
うち共晶セル境界部に偏析し、セメンタイト組織の晶（
析）出を促進する元素はＭｎ、Ｃｒ、Ｖ。Pearlite stabilizing elements normally contained in spheroidal graphite cast iron include Mn, Cr, V, Mo, and Cu, but these elements segregate at the eutectic cell boundaries and form the crystals of the cementite structure (
Elements that promote precipitation are Mn, Cr, and V.

Ｍｏである。It is Mo.

従って、これらの元素を上記の好ましからざる組織の晶
（析）出限界以下に抑え、その代りにＮｉを目的とする
硬度に合わせて適量含有させることにより、Ｓｉ量を減
少させ得るものである。Therefore, by suppressing these elements below the crystallization (precipitation) limit of the above-mentioned undesirable structure, and instead containing Ni in an appropriate amount in accordance with the desired hardness, the amount of Si can be reduced.

以下本発明を実施例に基いて詳細に説明する。The present invention will be explained in detail below based on examples.

実施例 低周波炉に球状黒鉛鋳鉄戻り屑４０係、ソレルメタル（
商品名）２０％、鋼屑４０チ、を配合溶解し、昇温、成
分調整後出湯時にＦｅ−８Ｆｅ−８ｉ−１Ｍｇ）で球状
化処理を行った。Example 40 pieces of spheroidal graphite cast iron returned waste were placed in a low frequency furnace, and Sorel Metal (
(trade name) 20% and 40 grams of steel scrap were blended and melted, and after raising the temperature and adjusting the composition, a spheroidization treatment was performed with Fe-8Fe-8i-1Mg) at the time of tapping.

更にＦｅ−８ｉで０．６ ％の接種を施し肉厚の異なる
板が放射状に並んだ空隙部を有する砂型鋳型に鋳込んだ
。Further, the material was inoculated with 0.6% Fe-8i and cast into a sand mold having a cavity in which plates of different thicknesses were arranged radially.

この場合の鋼屑は市販の良質鋼屑を使用した。In this case, commercially available high quality steel scrap was used.

この時の化学成分を第１表に示し、交合板厚での機械的
性質を第２表に示し、板厚１０ｍｍ及び７０ｍｍにおけ
るそれぞれの顕微鏡組織を第１図及び第２図に示す。The chemical components at this time are shown in Table 1, the mechanical properties at the cross plate thickness are shown in Table 2, and the microscopic structures at plate thicknesses of 10 mm and 70 mm are shown in FIGS. 1 and 2, respectively.

第２表から明らかなように板厚５ ｍｍにおいては若干
のセメンタイトが認められるが、板厚１０７１Ｌｒ１１
以上ではパーライトとフェライトの混合組織であり板厚
１０ｍｒｎと７０ｍｍとのブリネル硬さの差は２７であ
り引張り強さでは５ ｋｇ ／ｍＡであり、１０ｍｍ以
上の板厚ではいずれも良好な伸びを示している。As is clear from Table 2, some cementite is observed in the plate thickness of 5 mm, but the plate thickness of 1071Lr11
The structure shown above is a mixture of pearlite and ferrite, and the difference in Brinell hardness between the plate thicknesses of 10 mrn and 70 mm is 27, and the tensile strength is 5 kg/mA, and both plate thicknesses of 10 mm or more show good elongation. ing.

この場合板厚５ｍｍのものについては引張試験片の加工
が困難なため試験は行っていない。In this case, the test was not conducted on a plate having a thickness of 5 mm because it was difficult to process a tensile test piece.

又第１表の分析結果かられかるように通常のパーライト
地球状黒鉛鋳鉄に多量に含有されているＭｎは０．１７
％と非常に低い含有量となっている。Also, as can be seen from the analysis results in Table 1, the large amount of Mn contained in ordinary pearlite terrestrial graphite cast iron is 0.17.
%, the content is very low.

更に共晶セル境界に偏析しゃすいＣｒ、Ｍｏ、Ｖ、の総
合有量を０．０５５％とすることにより、セメンタイト
組織の晶（析）出を防止することができた。Furthermore, by setting the total amount of Cr, Mo, and V that segregated at the eutectic cell boundaries to 0.055%, crystallization (precipitation) of the cementite structure could be prevented.

これらのことにより板厚１０ｍ７ＩＬにおいても良好な
伸びを示すものである。Due to these factors, it shows good elongation even at a plate thickness of 10 m7IL.

本発明においては、不可避的に含有される各成分それぞ
れ単独の炭化物を晶（析）出させる限界含有量はＣｒ、
Ｖで０．１０ ％であり、Ｍｏは０．２５％である。In the present invention, the limit content for crystallizing (precipitating) individual carbides of each component that is unavoidably contained is Cr,
V is 0.10%, and Mo is 0.25%.

Ｃｕ、Ｓｎはそれ自体では炭化物析出促進元素ではない
が、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏの総和量が０．５％を
超えると各元素側々には限界含有量以下であってもやは
り炭化物の析出が著しくなるため、この量を超えてはな
らない。Cu and Sn are not elements that promote carbide precipitation by themselves, but if the total amount of Cu, Sn, Cr, V, and Mo exceeds 0.5%, they will still be present even if the content of each element is below the limit content. This amount should not be exceeded because carbide precipitation will become significant.

またＮｉを含有させて基地組織の均一なパーライト化を
図るためには、他のパーライト化促進元素含有量を低く
保たなければ、その相乗効果により、基地組織のばらつ
きを招くことになる。Furthermore, in order to uniformly transform the base structure into pearlite by including Ni, the content of other pearlite-promoting elements must be kept low, otherwise the synergistic effect will cause variations in the base structure.

例えばＣｕはその含有量が０．２０％まではパーライト
化促進作用は殆んどないが、０．２５ ％以上になると
その作用効果が急増してくる。For example, Cu has almost no effect of promoting pearlite formation up to 0.20%, but its effect rapidly increases when the content exceeds 0.25%.

従ってＣｕ含有量が０．１０％のものと０．３０％のも
のにそれぞれ１．５係のＮｉを含有させると後者の場合
の方がよりパーライトが促進され、硬度が高く、引張強
さも高いものとなる。Therefore, if Ni with a coefficient of 1.5 is added to those with a Cu content of 0.10% and 0.30%, pearlite is more promoted in the latter case, resulting in higher hardness and higher tensile strength. Become something.

これは、Ｃｕ及びＮｉのパーライト化促進作用の相乗効
果によるものである。This is due to the synergistic effect of the pearlitization promoting effects of Cu and Ni.

Ｎｉ添加によりヒート間のばらつきの少ない硬度を持っ
た均一なパーライト組織を得るためには、Ｃｕ含有量を
０．２０係以下、Ｓｎ含有量を０．０２０％以下にする
必要がある。In order to obtain a uniform pearlite structure with hardness with little variation between heats by adding Ni, the Cu content must be 0.20% or less and the Sn content must be 0.020% or less.

またＭｎの炭化物品（析）出促進作用は板厚によっても
異なるが、冷却速度の速い薄肉においては０．３０％以
上になるとその作用が顕著になるためこれ以下にする必
要がある。The effect of Mn on accelerating the precipitation of carbide products (precipitation) varies depending on the plate thickness, but in thin walls where the cooling rate is fast, the effect becomes noticeable when the Mn content exceeds 0.30%, so it is necessary to keep the Mn content below this value.

Ｍｎが通常作業で達成できる０、１〜０．２係であれば
Ｓｉは２．０％以下の範囲で良く、この時基地組織をパ
ーライト化させるに必要なＮｉ量は製品肉厚と目標硬度
により多少の差はあるが、１．０％以下のＮｉ量ではパ
ーライト化促進作用が低下し薄肉部でも充分なパーライ
ト組織は得られない。If Mn is 0.1 to 0.2, which can be achieved in normal operations, then Si may be within a range of 2.0% or less. In this case, the amount of Ni required to turn the base structure into pearlite depends on the product wall thickness and target hardness. Although there are some differences depending on the Ni content, if the Ni content is 1.0% or less, the pearlite formation promotion effect decreases, and a sufficient pearlite structure cannot be obtained even in thin-walled parts.

上限の５．０係は厚肉部において完全パーライト組織に
する必要な量であり、それ以上含有させる必要はない。The upper limit of 5.0 is the amount necessary to form a complete pearlite structure in the thick part, and there is no need to contain more than that.

第３表は従来のパーライト地球状黒鉛鋳鉄の化学成分、
第４表はその機械的性質を示すものである。Table 3 shows the chemical composition of conventional pearlitic terrestrial graphite cast iron.
Table 4 shows its mechanical properties.

この比較例によって本発明によるパーライト地球状黒鉛
鋳鉄がいかにすぐれているかが明白である。This comparative example clearly shows how superior the pearlitic terrestrial graphite cast iron according to the invention is.

比較例 低周波炉に球状黒鉛鋳鉄戻り屑４０楚、ソレルメタル（
商品名）２０％、鋼屑４０係を配合、溶解し昇温、成分
調整後出湯時にＦｅ −８ｉ −Ｍｇ （５％Ｍｇ）で
球状化処理を行った。Comparative example: 40 chu of spheroidal graphite cast iron returned waste was put into a low frequency furnace, and Sorel metal (
(trade name) 20%, steel scrap 40% was blended, melted, heated, and after adjusting the composition, a spheroidization treatment was performed with Fe-8i-Mg (5%Mg) at the time of tapping.

この溶湯にＦｅ−８ｉで０．６％の接種を施し、実施例
と同様の試験片を鋳込んだ。This molten metal was inoculated with 0.6% Fe-8i, and a test piece similar to that in the example was cast.

この場合の鋼屑は市販の一般鋼屑を使用した。Commercially available general steel scrap was used as the steel scrap in this case.

化学成分及び各板厚での機械的性質はそれぞれ第３表及
び第４表に示す通りで、板厚１０ａｍ及び７０ｍｍにお
けるそれぞれの顕微鏡組織を第３図及び第４図に示す。The chemical components and mechanical properties at each plate thickness are shown in Tables 3 and 4, respectively, and the microscopic structures at plate thicknesses of 10 am and 70 mm are shown in FIGS. 3 and 4, respectively.

本例の場合には第３表、第４表及び第３図、第４図から
明らかなように板厚５ｒＩＬｒＩＬ、１１０１１Ｌ及び
３０ｍｍにおいてはセメンタイトが晶（析）出し硬度が
高く、従って伸びが極端に小さくなっている。In the case of this example, as is clear from Tables 3 and 4 and Figures 3 and 4, in plate thicknesses of 5rILrIL, 11011L, and 30mm, cementite crystallizes (precipitates) and has high hardness, so the elongation is extremely high. It has become smaller.

板厚５ｍｍにおいては基地組織の大部分がセメンタイト
であり白銑化傾向の著しいことが明白である。When the plate thickness is 5 mm, most of the base structure is cementite, and it is clear that there is a marked tendency to white iron.

逆に板厚７０ｍｍにおいてはパーライトよりもフェライ
ト量が多く引張強さは低く、伸びが増加している。Conversely, when the plate thickness is 70 mm, the amount of ferrite is larger than that of pearlite, the tensile strength is low, and the elongation is increased.

板厚ＬＯｍｍ及び７０ｍｍでのブリネルかたさの差は６
７であり、引張強さでは２３ｋｇ／−の差があり、いず
れも本発明の実施例と比較してばらつきの大きいことが
明らかである。The difference in Brinell hardness between plate thicknesses LOmm and 70mm is 6.
7, and there is a difference of 23 kg/- in tensile strength, and it is clear that there is a large variation in both cases compared to the examples of the present invention.

この場合のＣｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｓｎの総合有量は０
．２６６％であり特許請求の範囲第３項の限定数値内で
はあるがＣｒ含有量が炭化物生成限界値の０．１０％を
超えており、しかもＭｎ含有量も０．５８％と非常に高
い。In this case, the total amount of Cu, Cr, Mo, V, and Sn is 0.
．． Although the Cr content is 266% and is within the limiting value of claim 3, the Cr content exceeds the carbide generation limit value of 0.10%, and the Mn content is also very high at 0.58%.

これらの元素の含有量が高いため前述のように薄肉部に
おいて炭化物を生成し、一方Ｓｉ量が２．６６％と高い
ことにより厚肉部でのパーライト量が減少し、硬度が低
下することを示している。The high content of these elements causes carbides to form in thin-walled areas as described above, while the high Si content of 2.66% reduces the amount of pearlite in thick-walled areas, resulting in a decrease in hardness. It shows.

以上の説明で明らかなように炭化物生成傾向の強いＭｎ
、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｓｎを適切な量に抑え、更にＳｉ含
有量を低下させパーライト化促進元素としてＣｕを目標
硬度に応じて適当量含有させることにより、通常のパー
ライト地球状黒鉛鋳鉄に比べて組織及び機械的性質のば
らつきが少ない極めて有用なパーライト地球状黒鉛鋳鉄
を得ることができるものである。As is clear from the above explanation, Mn has a strong tendency to form carbides.
, Cr, Mo, V, and Sn are suppressed to appropriate amounts, and by further reducing the Si content and containing an appropriate amount of Cu as a pearlitization promoting element according to the target hardness, compared to ordinary pearlitic terrestrial graphite cast iron. This makes it possible to obtain extremely useful pearlitic terrestrial graphite cast iron with little variation in structure and mechanical properties.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図及び第２図は本発明による板厚１０間及び７０ｍ
ｍの顕微鏡組織、第３図及び第４図は従来の板厚１０ｍ
ｍ及び７０ｍｍの顕微鏡組織を示す写真である。Figures 1 and 2 show plate thicknesses of 10 m and 70 m according to the present invention.
Figures 3 and 4 show the conventional plate thickness of 10 m.
It is a photograph showing the microscopic structure of m and 70 mm.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 ｉＣ３〜４．２％、 Ｓｉ １．３〜２．２係、Ｎｉ
１〜５係、Ｍｇ ０．０２〜０．０８％とし残部Ｆｅ
及びＭｎ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｖ、Ｍｏ、Ｃｕなどの不純物よ
りなることを特徴とする鋳放しパーライト地球状黒鉛鋳
鉄。 ２ Ｍｎ含有量を０．３０％以下とする特許請求の範
囲第１項記載の鋳放しパーライト地球状黒鉛鋳鉄。 ３ Ｃｕ ＜０．２０％、Ｃｒ＜０．１０％、Ｓｎ＜
０．０２係、Ｖ＜０．１０％、Ｍｏ＜０．２５％とする
特許請求の範囲第１項または第２項に記載の鋳放しパー
ライト地球状黒鉛鋳鉄。[Claims] iC3-4.2%, Si 1.3-2.2%, Ni
Sections 1 to 5, Mg 0.02 to 0.08%, balance Fe
and as-cast pearlite terrestrial graphite cast iron, which is characterized by comprising impurities such as Mn, Cr, Sn, V, Mo, and Cu. 2. The as-cast pearlite terrestrial graphite cast iron according to claim 1, wherein the Mn content is 0.30% or less. 3 Cu<0.20%, Cr<0.10%, Sn<
The as-cast pearlite terrestrial graphite cast iron according to claim 1 or 2, wherein the ratio is 0.02%, V<0.10%, and Mo<0.25%.