JPH01287247A - マグネシウム処理済鋳鉄のマグネシウム含有量をテストする方法及びそのテスト装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はマグネシウム処理済鋳鉄のマグネシウム含有量
をテストする方法及びこのテスト方法を実施する装置に
関する。

従来の技術 ダクタイル、ノジュラー又はＳＧ鋳鉄としそ知られてい
る、最も重要な高強度タイプの鋳鉄の一つは約０．０４
％又はそれ以上の残留マグネシウム含有量とするために
鋳鉄溶湯にマグネシウムを添加して製造される。この量
のマグネシウムが残留すると、鋳鉄はノジュラー又は球
状黒鉛を有して凝固し、大いに増大した強度とかなり高
い伸び率を有する鋳鉄を生じ、そのために現在一般にダ
クタイル鋳鉄として知られている。マグネシウム（以下
、Ｍｇと記載する）は、純マグネシウム又はＦｅ−３ｉ
又はＮｉ基合金で約１６％から約３％の範囲内のＭ＆含
有量を含有する広範囲の処理材を用いて、取鍋又は特別
の目的の処理容器内の鋳鉄溶湯に鋳造工場において添加
される。鋳鉄中に残留するＭ匹の量は添加したＭｇの溶
解した割合による。添加されたＭｇの若干は大気中の酸
素との結合によって失われかつ一方処理すべき鋳鉄中の
硫黄と結合して失われる。硫化マグネシウム及び酸化マ
グネシウムの両者が処理中に形成されかつ溶湯の表面上
に通常浮上するスラグとして除去される。

処理前の鋳鉄の組成によりかつ種々の処理法が鋳造技術
者によく知られており、ノジュラー又は−３＝ 球状黒鉛を得る時の最低Ｍｇ含有量は０．０４％以下、
ある場合には０．０３％程にも低くしうる。しかしなが
ら、実用的には現状の応用に引用するテストが臨界的Ｍ
ｇ含有量の種々の要求に合致することを調節し得るとし
ても、０．０４％の最低残留Ｍｇ含有量を達成すること
を普通目的としている。ある場合には、Ｍｇ添加の経済
的目的かつまた高いＭｇ含有量がドロス欠陥を包含する
種々の欠点を助長しうる双方から、残留するＭｇ含有量
の上方レベルを限定することも重゛要である。従ってノ
ジュラー鋳鉄の製造においては、正確な組成又は組織で
ない鋳鉄を形成する注湯金属を避けるために、処理後掲
られるＭｇ含有量について正確なコントロールを実行し
得ることが極めて重要である。不充分なＭｇを添加しか
つこれがすばやく十分に確め得る場合、鋳鉄を鋳型中に
鋳込む前にしばしば更に添加する機会がある。

現状におけるＭｇ含有量を判断する方法は、黒鉛組織を
適正とすることを立証するために金属組織学的に検査し
うる極めて小さいサンプルを鋳造するか凝固するサンプ
ルを鋳造し、ついで実験室に移すことからなる迅速な化
学分析又は分光分析を行なうかの二通りである。これら
の方法の両者とも時間がかかり、かつ金属の組成が不正
確なものであっても一般に如何なる修正処理もし得ない
。

工場でコントロールされるノジュラー鋳鉄組成の他の重
要な点は、鋳鉄の炭素、けい素の含有量及び炭素当量で
ある。これらのものは熱電対を容れた小型の消耗性砂型
カップ中に注入された）１ｇ処理前の金属溶湯の少量の
サンプルの熱分析により決定することができる。ノジュ
ラー鋳鉄を製造するのに好適である未処理鋳鉄溶湯はこ
のようなカップ内で通常黒鉛系組織として凝固し、かつ
添付図面の第１図に図示される形状の冷却曲線となる。

この曲線の第１の不連続性は最初にオーステナイトの樹
枝状晶を鋳型内に形成する液相温度である。

第二の大きな不連続性は共晶温度範囲において生じ、そ
こで黒鉛形成からなる凝固のバルク（ｂｕｌｋ）が生ず
る。液相の温度は炭素当量（液相）に直接関連し、それ
はよく確立された炭素及びけい素含有量の組み合せた測
定値である。黒鉛系共晶熱停止の温度は通常測定されな
い。熱分析サンプルカップに遊離テルルからなる物質を
充分に容れであると、Ｍｇ処理前の鋳鉄サンプルの共晶
凝固が黒鉛系から炭化物系に変化することはよく知られ
ているところである。このことが起ると冷却曲線は異な
る形を呈し、第２の不連続性が第２図に示す如く低温度
で生ずる。このことが起ると、共晶熱停止温度を測定し
得かつ液相熱停止の温度と共に鋳鉄中の炭素及びけい素
含有量の計算に用いうる。

本発明の目的は、炭素当量含有量の測定を得る公知の目
的のためでないが、鋳鉄がＭｇで処理された時に鋳鉄の
Ｍｇ含有量をテストする目的のために、熱分析技術を用
いることを可能とする全く新規な方法に熱分析の原理を
拡大することである。

炭素及びけい素含有量測定の目的のために炭化物系共晶
凝固を達成するのに熱分析サンプルにテルルを用いるこ
とはＭｇ含有鋳鉄に適用できないことがある場合に知ら
れており、何故ならばＭ＆の存在下では、テルルが鋳鉄
の黒鉛系共晶組織ての凝固を阻止できないからである。

米国特許節４．１６６．７３８号明細書は、充分な硫黄
又はセレンもいくらか存在するかもしれないＭｇを完全
に中和する（ｎｅｕｔｒａｌｊ、ｓｅ）ために熱分析サ
ンプルにも添加できるなら、テルルは炭化物系共晶凝固
の達成において有効となり、何故なら、−度Ｍｇが中和
されると鋳鉄はＭｇで処理されなかったように挙動する
ことを述べている。

本発明者らは、熱分析カップにおけるテルル及び硫黄又
はセレンの公知の効果の長所をとりかつ凝固の際に測定
することにより、ノジュラー鋳鉄製造の目的のために、
いかに充分なＭｇを残すかを決定する新規なテストを提
供できることを知見した。

本発明では、Ｍｇ処理済鋳鉄のＭｇ含有量をテス１−す
る方法を提供するものであり、本発明方法では、マグネ
シラ１１処理済鋳鉄の溶湯サンプルを、テルル及び硫黄
又はセレンの何れかの添加剤を容れた容器中に装入し、
冷却及び凝固させ、テルル及び硫黄又はセレンの量が測
定した量に調整したちのであり、硫黄又はセレンの場合
の量が、その添加力翔ｇの予じめ決めた始めの（ｔｈｒ
ｅｓｈｏｌｄ）パーセンテージを完全に中和するに丁度
充分であり、かつ冷却挙動が黒鉛系又は炭化物系共晶熱
停止の何れかとなることを観察するものである。

共晶熱停止に凝固した鋳鉄が炭化物系である場合、全Ｍ
ｇが硫黄又はセレンにより中和されて、始めのパーセン
テージ以下の筈である。組織が黒鉛系である場合、若干
のｓｇが存在している筈であり、従って（中和前）始め
の値以上である。何れにしても有害でかつ不快な物質で
あるセレンよりもより有効であると思われるので、硫黄
の方が好ましい。

Ｍｇの基準パーセンテージは鋳鉄中の阿εの種々の量を
中和するのに必要とされる硫黄の量の測定から評価され
る関係から決定されうる。

この予じめ決めた基準パーセンテージは鋳鉄の所望の最
低Ｍｇ含有量に相当するのが好ましい。従って、鋳鉄溶
湯サンプルが所望の最低Ｍｇ含有量より少なく含有する
場合、すべてのＭｇは測定量の硫黄によって中和され、
充分なテルルが炭化物系共品凝固を助長するために残る
が、前記サンプルが所望のＭｇ含有量より多く含有する
場合、すべての硫黄及びテルルはマグネシウムと結合し
、黒鉛系共晶凝固を生じ、充分なＭｇが鋳鉄に添加され
たことを示す。

別法として、基準レベルは鋳鉄への所望最高Ｍｇ含有量
に相当し得、その場合の黒鉛系共晶凝固は相当多量のＭ
ｇを鋳鉄に添加されたことを示す。

組織が炭化物系か黒鉛系の何れであるかを検出する最良
の方法は共晶温度によりサンプルの冷却挙動を観察する
ことである。

測定量のテルルと測定量の硫黄に容れる好ましい容器は
熱分析カップであり、そこでの時間測定は黒鉛系共晶又
は炭化物系共晶凝固をうけるサンプルの何れかを決める
溶湯サンプルの冷却時に行われうる。

一方の予じめ決めた温度レベルから他方の予じめ決めた
温度レベルに冷却するために、該サンプルが費す時間を
測定することが特に好都合である。

この場合、温度レベルの好ましい選択によって、比較的
長い冷却時間を黒鉛系共晶凝固が示し、かつ比較的短い
冷却時間を炭化物系共晶凝固又は″まだら′″な組織を
生成する炭化物系及び黒鉛系共晶凝固の混合物の何れか
で示す。

この時間測定は、基準レベルが所望最低Ｍε含有量に相
当する時に特に有利である。何故ならば比較的短い冷却
時間はサンプルが不充分なＭｇを含有することを示すの
みならず、サンプルが採取された鋳鉄溶湯により以上の
旬をも添加することを可能とするからである。

本発明によるテスト方法を添付図面に基いて説明する。

熱分析カップ・１（第５図）は、非ｑｇ含有鋳鉄を炭化
物系組織として凝固させるに充分なテルルを含有するテ
ルル含有被覆で初めに被覆しである。

このためには熱分析サンプルに鋳込む鋳鉄の約０．１〜
０．４重量％を構成するに充分なテルルを含有する被覆
が通常必要である。

元素状硫黄の添加は、ついで、所望のノジュラー黒鉛組
織を生成するには相当低いものであり、Ｍｇ量を中和す
るに充分であると認められる硫黄の公知の量を含有する
被覆として、又は個々の粒子としての何れかで、熱分析
カップに施される。この量は計算できないが、カップに
含まれる硫黄含有量に対する鋳鉄のＭｇ含有量に関連し
ての測定から決定され、鋳鉄の重量％として表示される
。

第３図に本発明者等が測定した関係を説明している。

従って、Ｍ、の所望最低残留含有量が０．０４％である
場合、カップの硫黄含有量は鋳鉄の０．０８重量％とじ
なければならず、所望の最低Ｍｇ含有量が０．０３５％
である場合硫黄含有量は鋳鉄の０．０６重重量としなけ
ればならない。

元素状硫黄の添加について前述の如く本発明者等が言及
しているが、本発明の要旨内で、硫黄又はセレンは、例
えば溶解した時に元素状の硫黄又はセレンを生ずる、硫
化鉄又はセレン化鉄の如き化合物の形で添加することが
できるものと理解すべきである。

このテストを実施するに当り、鋳鉄溶湯のサン＝１１− プルは１３１００Ｃより低くない温度で、上記ルールに
よって調製された熱分析カップ中に注入される。

このことは如何なる測定が行わ九る前に鎮静化となる冷
却諸条件のために熱分析カップ内の金属の充分な高温を
確実とする。前記カップ１内の熱電対温度検知装置２は
コントロール装置Ｃに供給されるｅ、ｍ、ｆ、（起電力
）を生ずる（第５図）。サンプルの注入後カップ内の当
初の温度は、即ち１２００℃に降下し、これは前記装Ｗ
Ｃによって検出され、そこで例えば表示″テスト無効（
ＴＥＳＴ’　ＶＯＩＤ）’″にあるランプを点灯するこ
とによって無効テストを自動的に指示する。

コントロール装置Ｃは前記カップ１内のサンプルが冷却
曲線上の２個所の設定された温度間を冷却するのに要す
る時間を測定しかつ記録するよう設計されている。これ
らの温度は１１７０℃と１１３５℃であり、得られる冷
却曲線の３種のタイプ上に、第４図に説明しである。

第４図から、鋳鉄が黒鉛系共晶として凝固すると、第４
図（ａ）に示す如く、サンプル中のＭｇが充分であるの
で（従ってカップ内の硫黄によりすべて中和されない）
、共晶熱停止が前記の温度間で行われるため、これら２
個所の温度間を冷却するに要する時間は比較的長いもの
である。しかしながら、Ｍｇの量が充分でなくかつカッ
プ内の硫黄により完全に中和されると、炭化物系共晶熱
停止が前記２個所の温度の低い方より低い温度で起り、
従ってこれら温度間の比較的短い時間が記録される。

最初の温度が十分、即ち１２００℃より高いものである
と仮定すると、温度が１１７０℃に降下した時にコント
ロール装置Ｃが検出し、タイマーＴのスタートが始まる
。ついでこの温度が１１３５℃に降下するとタイマーが
停止し、経過時間を記録しかつ評価する。限界値、即ち
１分間より大であると、凝固に当り黒鉛系鋳鉄で生成さ
れた共晶熱停止を示す。第４図（ａ）に示される種類の
冷却曲線を示し、表示″合格（ＰＡＳＳ）”にあるラン
プＬ１が点滅する。

経過時間が１分間より少ない場合、炭化物系共晶熱停止
が生起したことを示し、硫黄による中和後残留Ｍｇが残
っていないことを示し、このことは鋳鉄中のＭｇが限界
値以下であることを示し、表示″不合格（ＦＡＬＬ）”
にある第２のランプＬ２を点滅する。

合格又は不合格で示す方法が通常の形式をとりうろこと
は明白である。また、コントロール装置Ｃも時間のイン
ターバルと同様に最初の限界値及び」１限及び下限応答
温度を手動で調節する手段として具備してもよく、これ
らのセラ１−値は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）表
示で示すのが好ましい。

ポーターラインにあるケースでは、Ｍｇ含有量が不十分
である場合だけ、まだら（ｍｏｔｔｌ、ｅｄ）組織とし
て知られている、炭化物系及び黒鉛系共晶凝固の混合物
が生ずる。このことが起ると、冷却曲線は低い温度に到
達するまで熱停止がなく、その後かなりの再Ｒ現象（ｒ
ｅｃａｌ、ｅｓｃｅｎｃｅ）が起る。このようなケース
では、第４図（ｂ）に示す如く、２種の温度間の冷却時
間は再び相対的に短かくなり、Ｍｇ量は充分なノシュラ
ー鋳鉄組織を達成するには不充分なものである。

前記２種の温度間の冷却時間は熱分析カップ内の鋳鉄の
重量によるものである。通常用いるサイズのカップは約
２２０ｇの重量のサンプルを生成する。

黒鉛組織で凝固するこのようなサンプルは約２分間の時
間に亘って前記２種の温度間で冷却するが、一方サンプ
ルが炭化物またはまだら組織では、この時間が約３０秒
だけである。代表的なテスｊ−では、従って、前記２種
の温度間での冷却を約１分間より少なくしたサンプルは
不充分なＭｇを有するものと推断され、それらからの鋳
鉄ハツチは受は入れられないか又は追加のマグネシウム
で処理される。

他の重量のサンプルでは、僅かに異なる時間がこのテス
トを操作するために選ばれ　これらの時間はサンプリン
グテスＩ・を実施することにより容易に決めることがで
きる。このテストに設定される温度は約１．２％Ｓｊ　
より多く含有する鋳鉄には好適である。しかしながら、
ある目的のためには、低Ｓｊ含有量でも用いられ、Ｓｊ
含有量が低下すると炭化物共晶凝固温度が」１昇しかつ
炭化物系共晶温度以上に時間を調整するインターバルの
低い温度が必要であるので、１１３５℃の低温度が数度
上昇させられなければならない。

Ｓｊ含有接種剤に引続いてＭｇ処理で、鋳造前にＭＦ＞
含有鋳鉄を通常最終的に接種している。ある時にはこの
接種を実質的な量の８１を含有するＭｇ添加剤の使用に
より減少し又はさけうるが、時にはＳ」を含まないＭｇ
合金を用いてもよい。本発明に記述するテストは接種し
た又は接種しないＭｇ含有鋳鉄溶湯を用いて実施してい
る。しかしながら、Ｍｇ自体は黒鉛系共晶温度の低下に
は効果が少ないので、無意識のうちに高Ｍｇ含有量に達
する可能性があり、又は元来接種効果のないＭｇ合金を
添加した場合には、本発明のテストは鋳鉄＋８湯の最終
接種後に実施すべきことをすすめる。

」１限及び下限の２種のテスＩ・を行なう間に残留肝含
有量を調整することが必要である場合、テスＩ・すべき
Ｍｇの上限及び下限を夫々示す熱分析カップ内で２種の
異なる量の硫黄を用いる。双方のサンプルが長い冷却時
間で凝固する場合には、相当多量のＭｇを添加したこと
を示す。第１のカップが短かい冷却時間で凝固しかつ第
２のカップが長い冷却時間で凝固する場合には、Ｉ含有
量は予定の２種の限度間にあることを示す。

本発明のテスＩ・は、充分なＭｇを鋳鉄に添加した指示
として、黒鉛系凝固を達成するために、熱分析カップに
硫黄及びテルルを組み合せて用いることを新規とするも
のである。本発明の認識は、ノジュラー鋳鉄のＭｇ含有
量を調整するために既に工夫された他のテスト、又は炭
素当量、炭素含有量及びＳ１含有量を決められたものと
するのにテルルを用いるテスト等とは異なっている。

本発明テストは細粒化（ｃｏｍｐａｃｔｅｄ）黒鉛鋳鉄
のＭｇ含有量をＫｌ！Ｊ整するために変更することがで
きる。

その場合には別々の硫黄含有量の２種のデス１〜サンプ
ルを用いることが必要である。何故ならば、細粒化黒鉛
鋳鉄では、細粒化黒鉛を得るために最低のＩ含有量を必
要とすると同時に、鋳鉄がノジュラー黒釦鋳鉄として凝
固されない場合に、常に過剰とならない最高残留Ｍ、含
有量であるからである。

本発明テストは約２分間で実施しうるので、その結果は
第１の処理が不充分であった場合、これらの第２の処理
を充分に早〈実施しうろことが知られる。このような場
合、Ｍｇを更に添加することは取鍋又は他の処理容器に
ついて確立されている方法の１つで行なうことができる
。

必要ならば、慣用の型式の熱分析サンプルを用いて、又
はＭｇ処理した鋳鉄について行われている好結果の測定
としての先行特許のものを用いて、炭素、けい素及び炭
素当量のための熱分析を同時テストとして実施しうる。

適正に処理したノジュラー鋳鉄で操作する場合、本発明
は熱分析カップ内で黒鉛系鋳鉄、を生成するだけであり
、従って冷却曲線上で行われる測定が炭素及びけい素含
有量の決定に用いることはできないが、炭素当量（液相
）のみに用いることができる。第２の熱分析カップは、
炭素及びけい素含有量も熱分析により測定すべきもので
ある場合、先行特許によって処理されたものを用いるべ
きである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は両者共に温度−時間冷却曲線であり
、第１図は黒鉛系組織で凝固する溶湯の曲線を示し、第
２図は炭化物系組織で凝固する溶湯の曲線を示す、第３
図はサンプルカップの被覆の硫黄含有量と鋳鉄のＭｇ含
有量間の関係を示すグラフであり、第４図は異なるＭｇ
含有量の鋳鉄組成の一連の温度−時間冷却曲線を示し、
第５図は本発明の実施に好適な装置の一例を略図的に示
したものであり、図中： １・・・熱分析カップ、２・・・熱電対温度検知装置、
Ｃ・・・コントロール装置、Ｔ・・・タイマー。 時　　間　− 時　　間□ リ　　　（１１００２ 阿　炊　リ　　Ｍｇ　　　召−羽　菫　’／。 第５図 手続ネ甫正書（方式） ％式％ １、事件の表示　平成１手持許願第２４１２３号２、発
明の名称　　マグネシウム処理済鋳鉄のマグネシウム含
有量をテストする方法及びそのテスト装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　　特許出願人 住　所　　イギリス国、バーミンガム・ビイ・４８．７
・キュ・ビイ、アルベヂャーチ（番地その仙表示なし）
名称　ビ　シ　ラ ４、代理人 〒１０５住　所　　東京都港区西新橋１ゴ目１番１５号
５、補正命令の臼（＝ｌ　　　　平成１年３月３１日６
、補正の対象　　（１）図面第４図 （２）法人証明書

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）マグネシウム処理済鋳鉄のマグネシウム含有量を
   テストする方法において、マグネシウム処理済鋳鉄の溶
   湯サンプルをテルル及び硫黄又はセレンの何れかの添加
   物を収容した容器内に導入し、かつ冷却及び凝固させ、
   テルル及び硫黄又はセレンの量は実測された量で調整さ
   れ、硫黄又はセレンの場合の量はその添加がマグネシウ
   ムの予じめ決めた始めのパーセンテージを中和するに丁
   度充分であるような量であり、かつ冷却挙動が黒鉛系か
   又は炭化物系の何れかの共晶凝固とすることを観察する
   ことからなるマグネシウム処理済鋳鉄のマグネシウム含
   有量をテストする方法。
2. （２）黒鉛系又は炭化物系共晶凝固の存在を共晶熱停止
   温度を通して冷却速度を観察することにより検出する請
   求項１記載のテストする方法。
3. （３）前記冷却速度を２種の予じめ決めた温度間に冷却
   するサンプルより得られた時間を測定することにより検
   出する、請求項２記載のテストする方法。
4. （４）上方温度が実質的に１１７０℃である、請求項３
   記載のテストする方法。
5. （５）下方温度が実質的に１１３５℃である、請求項３
   又は４記載のテストする方法。
6. （６）容器に装入するサンプルの最初の温度を照合し、
   予じめ決めた値以下である場合、テストが無効とされる
   如く指示する、請求項３〜５の何れかに記載のテストす
   る方法。
7. （７）前記予じめ決めた値が実質的に１２００℃である
   、請求項６記載のテストする方法。
8. （８）マグネシウム処理済鋳鉄溶湯用の容器、該容器は
   予じめ決めた量のテルル及び硫黄又はセレンを含むライ
   ニングを有し、コントロール装置に送られる電気出力信
   号を生ずる温度検知装置、該コントロール装置はタイマ
   ー及び前記信号が容器の内容物が第１の予じめ決めた温
   度に降下したことを指示した時前記タイマーが作動を開
   始する装置及び前記内容物が第２の予じめ決めた温度に
   降下した時に経過する時間を検出する装置からなり、か
   つその時間が予じめ決めた値の上方又は下方の何れかを
   指示する装置で、それにより共晶凝固が黒鉛系か炭化物
   系の何れかであり、従って鋳鉄のマグネシウム含有量が
   予じめ決めた値の上方又は下方の何れかであることから
   なる、前記請求項３に記載の方法を実施するテスト装置
   。
9. （９）前記コントロール装置が、容器の内容物の温度が
   予じめ決めた値以下である場合に指示する装置からなる
   、前記請求項８に記載のテスト装置。