JPH0565575B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は新しい複合合金鋳鉄に関し、更に詳し
くは鋳鉄溶湯に、チタン酸アルカリ金属塩とホウ
素化合物または更にこれにアルミニウムを添加し
て成る複合合金鋳鉄に係る。 本発明の合金鋳鉄は耐熱及び耐食性を有する特
殊合金鋳鉄の材質研究の研究の過程で見い出され
たもので時にアルミニウム溶湯に対して耐久性の
高い性能を有する合金鋳鉄である。 従来、アルミニウム合金、亜鉛合金、マグネシ
ウム合金、錫合金などの非鉄軽金属合金の低圧鋳
造用器材やダイキヤスト用器材、例えばストー
ク、るつぼ、熱電対保護管、自動給湯用ラドルな
どにはFC20〜25の普通鋳鉄が使用されている。
しかしながらこれら普通鋳鉄は例えばアルミニウ
ム溶湯などに対する溶損が大きく、長期の使用に
耐えないうえに、鉄成分や炭素成分の混入によつ
てアルミニウム鋳造品等の品質低下をもたらして
いる。 本発明者は、上記の事実に鑑み、これら普通鋳
鉄に替わる新規な材料を求める一連の研究の中
で、ダクタイル鋳鉄、ミーハーナイト鋳鉄、高ア
ルミニウム鋳鉄（クラルフアー鋳鉄、アルシロン
鋳鉄）など従来公知の特殊鋳鉄よりアルミニウム
低圧鋳造用のストークを作成し、実操業を行なつ
て検討して来たが、FC鋳鉄からなる器材の３〜
６日の耐用日数に対して、２〜３倍程度の耐用日
数の上昇程度にとどまつた。 そこであくまでも鋳鉄を基本にして、鋳鉄複合
合金鋳鉄の体質を改善すべく従来の鋳造工学の常
識にとらわれることなく新たな発想を展開させる
ことによつて本発明の完成に至つたのである。即
ち鋳鉄溶湯中にチタン酸アルカリ金属塩を添加す
ることによつて今までのFC鋳鉄やその他の鋳鉄
よりもはるかにアルミニウム合金溶湯に対して耐
食性のある材質が安定して得られ、しかも鋳鉄中
の最適配合比率と鋳鉄製造時の温度条件の最適範
囲を設定することによつて、またチタン酸アルカ
リ金属を添加した鋳鉄溶湯に更にアルミニウムを
添加して得られる複合合金鋳鉄が上述のように鋳
鉄中の最適配合比率、アルミニウム添加比率、複
合合金鋳鉄製造時の最適温度範囲を条件づけるこ
とによりチタン酸アルカリ金属を鋳鉄溶湯に添加
するだけでも効果がある上にさらに良好な材料が
得られることが判明した。 本発明者は上記新しい事実に基づき更に研究を
続けた結果、鋳鉄溶湯に上記チタン酸アルカリ金
属又はこれのアルミニウムとを添加する際に、更
にホウ素化合物を共存せしめる時は、得られる目
的物たる合金鋳鉄の組織がより緻密化し、この結
果更に耐食性及び耐熱性が向上することを見出
し、ここに本発明を完成したものである。 本発明合金鋳鉄をその製造方法に基づいて下記
に説明する。 本発明に於いては鋳鉄溶湯にチタン酸アルカリ
金属塩及びホウ素化合物、或いは更にアルミニウ
ムを添加する。この際の鋳鉄溶湯としては従来か
ら使用されて来たものが使用出来、たとえば新銑
必要に応じ一部故銑を使用し、これに鋼材、コー
クス、石灰石、珪素源を溶解して得られる鋳鉄溶
湯である。これ等各成分は得られる目的物たる合
金鋳鉄の組成を考慮して適宜に配合させる。好ま
しい配合は、得られる合金鋳鉄がＣ：2.5〜4.0重
量％（以下単に％という）、Si：2.0〜4.0％、
Ti：0.05〜１％、またはＣ：2.5〜4.0％、Si：2.2
〜3.8％、Cr：0.2〜２％、Mn：0.1〜２％、Ti：
0.05〜１％、Al：1.5〜4.0％になる様な配合であ
る。珪素源としてはフエロシリコン、フエロクロ
ム、フエロマンガン等が好ましいものとして挙げ
られる。 本発明に於いては上記鋳鉄溶湯にチタン酸アル
カリ金属及びホウ元素化合物を添加し、或いはア
ルミニウムを更に添加し、溶解装置から出て来た
溶湯を鋳込んで合金を製造する。この際の溶解温
度は1550〜1800℃、出湯温度は1500〜1650℃、鋳
込み温度1450〜1600℃好ましくは1500〜1600℃程
度であり、通常の条件よりも高温である。 この際使用されるチタン酸アルカリ金属として
は、粉状でもまた繊維状のものでも良く、たとえ
ばチタン酸リチウム、チタン酸ナトリウム、チタ
ン酸カリウムを好ましいものとして例示出来、ル
ビジウムやセシウムの塩等は実用的に特に好まし
いものとは云い難い。チタン酸アルカリ金属塩の
添加量はFC成分に対して1.5〜10％好ましくは2.0
〜7.0％程度である。またホウ素化合物としては
ホウ酸ナトリウム（ホウ砂）、ホウ酸カリ、無水
ホウ酸、フエロホウ素等を好ましいものとして例
示出来、これ等の添加量は鋼材120Kgに対し、0.5
〜３Kg程度である。 本発明の鋳鉄並びに複合合金鋳鉄製造装置は古
くから用いられているキユーポラ炉ばかりでなく
電気溶解炉でも可能であり、キユーポラ炉の場
合、チタン酸アルカリ金属の飛散をなくするため
に塊状にして用いることが好ましい。 本発明に用いられる複合合金鋳鉄中の元素であ
るＣは2.5〜4.0重量％好ましくは3.0〜3.8％のカ
ーボン比率である。カーボンが4.0％よりも多く
なると、複合合金鋳鉄は硬くなり過ぎ切削等の後
加工が困難になるとともに、もろくなる為に例え
あアルミニウム溶湯などに使用する際の熱シヨツ
クに際しクラツクの入る恐れがある。また、2.5
％より下になると、合金鋳鉄組織はフエライト
（純鉄）地が多くなり、フエライトはアルミニウ
ムと反応してアルミフエライトとなり易い性質を
有する為に、アルミニウム溶湯中に溶出する結果
となり腐食し易くなる、またSiは2.0〜4.0重量％
好ましくは2.2〜3.8重量％である。Siが4.0％より
も多くなると、Siの有する黒鉛化促進元素の性質
により、合金鋳鉄の組織が黒鉛とフエライト地の
組織となり、フエライト地が上記の様に腐食し易
くなる。更には偏析によりSiが単独で存在し易く
なり、アルミニウム溶湯中へ溶出した場合、一般
にかにがわくと称される発泡の原因ともなる。 また、２％よりも下になると耐熱性が悪くなり
例えばアルミニウム溶湯中で使用される場合の耐
熱性が問題となる。 チタン酸アルカリ金属塩より添加されるTiは
キユーポラ操業においては0.05〜１重量％の範囲
内となる。一般に酸素ガス、或いはハロゲンガス
等の腐食性ガスは合金鋳鉄に侵入する場合黒鉛を
通路として入ることが知られている。従つて、長
繊維、及び（或いは）それら繊維が連なつた黒鉛
は、腐食性ガスを容易に侵入させ得る為に、腐
食、或いはクラツクの原因となる。そこで、黒鉛
繊維は片状繊微細化する必要があるが、Tiは黒
鉛の微細化剤として非常に有効であり、従つて耐
食性のよい合金鋳鉄が得られる。 また、黒鉛安定化元素としてCrを0.2〜２重量
％及び／又はMnを0.1〜２重量％含有させる。こ
れにより、本発明の合金鋳鉄に耐食性を付与する
ことができる。 さらに、本発明ではAlを1.5〜4.0重量％含有さ
せることを必須とする。Alを添加することによ
つて合金鋳鉄いの耐熱性の向上を図ることができ
る。上記添加量が1.5重量％未満の場合には十分
な耐熱性が得られない。また、4.0重量％を上回
る場合にはAlの偏析或いは合金鋳鉄溶湯の湯流
れが悪くなり、例えば鋳造不良の原因となる
“巣”などが発生するので好ましくない。 而して、アルミニウム溶湯に対し耐食性を向上
する為には複合合金鋳鉄組織をアルミニウムとの
反応性の見られない分子式Fe₃Cで示されるセメ
ンタイト地にする必要があるが、完全なセメンタ
イト地もまた硬くてもろい為に、前述のクラツク
が問題となる。従つて、じん性を兼ね備えたセメ
ンタイトとフエライトの層状組織即ち、パーライ
ト組織とする必要がある。このパーライト組織も
出来得る限りセメンタイト地を多くし、緻密な組
織とすることが耐食性の向上へとつながつてい
る。本発明に於いては特に上記特定の組織とする
ことによりこのパーライト地とすることが出来た
ものである。 このようにして得られた耐熱・耐食性合金鋳鉄
はこれを用いてアルミニウム合金低圧鋳造用スト
ークにしてその耐久度試験を行なつた結果、連続
66〜80日間の操業において全く浸食されず原形を
保持するという驚異的記録を達成する。このこと
は従来知られているダクタイル鋳鉄、ミーハーナ
イト鋳鉄、高アルミニウム鋳鉄などの鋳鉄に属す
るシラール鋳鉄、クラルフアー鋳鉄、アルシロン
鋳鉄などの鋳鉄、更にはTiと添加したTi鋳鉄と
いえども比較できないほどの高性能なものであ
る。 本発明の耐熱・耐食性合金鋳鉄がこのような耐
熱、耐食性に優れる１つの理由として、添加物の
相乗効果によつて流電腐食を軽減させる効果の他
に、溶融金属に対する流水性が極端に低くなるた
めであると考えられるがまた明らかではない。 本発明の耐熱・耐食性合金鋳鉄はアルミニウム
合金鋳鉄用のるつぼやストークの他、銅、錫、ニ
ツケル、亜鉛、鉛等各種合金の金属に対しても優
れた耐熱、耐久性を有しており、これら各種溶融
金属対象の素材としても有用である。更にこの耐
熱・耐食性合金鋳鉄は機械的性質が良好であるの
で多きな利用度と経済的効果が期待できるもので
ある。 以下、参考例および実施例により本発明を具体
的に説明する。 但し下記例に於いて部とあるのは重量部を示
す。 参考例 １ キユーポーラ炉投入時点における配合量は鋼材
60部、新銑30部、コークス15部、石灰石10部であ
り、この配合量に対してチタン酸カリウム５部と
ベントナイト0.6部とを水で混練、塊状に成型し、
乾燥したものを上記配合物と共に炉頂に添加し
た。キユーポラでの溶解条件は溶解温度が1550℃
以上1800℃までとし、出湯温度1580℃である。か
くして得られた溶湯を前炉にとり、該溶湯100部
に対しホウ酸ナトリウム１部を添加し、鋳込み温
度1520℃で鋳造した。 参考例 ２ キユーポラ炉投入時点における配合量は鋼材60
部、新銑30部、故銑10部、フエロシリコン15部、
コークス13部、石灰石10部でありこの配合量に対
してチタン酸カリウム６部とベントナイト0.7部
とを水で混練、塊状に成型し、乾燥したものを上
記配合物と共に炉頂に添加した。キユーポラ溶解
条件は参考例１と同じにした。またホウ酸ナトリ
ウム１部に代えフエロホウ素2.5部（但しFe分100
部に対し）を使用した。 参考例 ３ 参考例１と同じ方法で実施した。配合量は鋼材
60部、新銑40部、コークス15部、故銑2.5部、フ
エロシリコン10部、フエロクロム２部、フエロホ
ウ素２部、チタン酸リチウム５部及びベントナイ
ト0.6部（Fe分100部に対して）であつた。 実施例 １ 参考例１で製造された溶湯の一部を前炉に取
り、溶湯100部に対してあらかじめ別の炉で溶解
させておいた純アルミニウム５部を添加、鋳型に
鋳造した。 実施例 ２ 参考例２で製造された溶湯の一部を取り、溶湯
100部に対し、純アルミニウム３部を添加鋳造し
た。 実施例 ３ 参考例３で製造された溶湯を前炉に取り、溶湯
100部に対して、あらかじめ別の炉で溶解させて
おいた純アルミニウム４部を添加鋳造した。 参考例１〜３および実施例１〜３を用いてアル
ミニウム合金低圧鋳造用ストークスを試作した。
このストークスの重量をあらかじめ測定した。ま
た一方比較例に使用するためにFC20のストーク
を鋳込む。このストークは30.2Kgであつた。それ
ぞれ低圧鋳造装置にセツトし、アルミニウム合金
鋳鉄の操業によつて本発明の鋳鉄とFCストーク
の耐熱、耐久、耐腐食性について連続操業試験を
行なつた。結果を第１表に示す。 【表】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ケイ素を含有する鉄原料120重量部に対し、
   Ti源として特定量のチタン酸アルカリ金属塩及
   び0.5〜３重量部のホウ素化合物を添加し、これ
   を溶融反応させて得られる合金鋳鉄溶湯に純アル
   ミニウムを加えることによつて、各成分の含有量
   が、それぞれＣ；2.5〜4.0重量％、Si；2.2〜3.8重
   量％、Ti；0.05〜１重量％、Al；1.5〜4.0重量％
   の範囲内にある合金鋳鉄を得ることを特徴とする
   耐熱・耐食性合金鋳鉄の製造方法。