JPH0565579B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は合金鋳鉄に関し、更に詳しくはＣ；
2.5〜4.0重量％好ましくは3.0〜3.8％、Si；2.0〜
4.0重量％好ましくは2.2〜3.8％、Cr；0.2〜２重
量％、Mn；0.1〜２％、Ti；0.05〜1.0重量％の元
素を含む合金鋳鉄に関する。 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過程で見い出されたもの
で特にアルミニウム溶湯に対し耐久性の高い性能
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、上記の事情に鑑み、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
えば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％よりも下になると、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％
以上になると、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％以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。 本発明に用いられるチタン酸アルカリ金属は粉
末及び繊維いずれでも良く、またチタン酸金属塩
でその金属がアルカリ金属即ち周期律表のIaに属
するものである。しかしその中で実際に用いられ
る可能性のあるものはチタン酸リチウム、チタン
酸ナトリウム、チタン酸カリ等でありRb、Cs等
は実用的ではない。チタン酸アルカリ金属の添加
量はFC分に対し1.5〜10重量％好ましくは2.0〜
7.0重量％の範囲である。 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、完全なセメント
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
メント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レントタイト地を多くし、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。 本発明の合金鋳鉄を製造するには次の様な方法
で行なう。 即ち、新銑、鋼材、コークス、石灰石並びにシ
リカ源を溶解装置に投入し、その溶解工程中に更
にチタン酸アルカリ金属を好ましくは塊状にして
導入し、溶解装置から排出される溶湯をそのまま
または更にアルミニウム源を添加して鋳込めば良
い。新銑に代えて一部故銑を使用してもよい。こ
の際の新銑、故銑、鋼材、コークス、並びに石灰
石、シリカ源の配合比は得られる合金鋳鉄が上記
所定の成分比となるように適宜に調整される。ま
た本発明に於いては、上記新銑、故銑、コーク
ス、石灰石、シリカ源等は従来から使用されて来
たものがいずれも使用される。但し、石灰石は溶
湯中の脱硫を目的に従来からキユーポラ操業で使
用されているものであるが、チタン酸アルカリ金
属を添加し、また下記に示す特定の条件下で実施
する本発明の如き製法に於いて、石灰石が使用さ
れた例は従来にはない。またアルミニウム源とし
ては好ましくは純アルミニウム金属が使用され
る。上記製造法において、鋳鉄製造時の溶解温度
は1550〜1800℃、出湯温度は1520〜1650℃、鋳込
み温度は1450〜1600℃好ましくは1500〜1600℃程
度である。この様な特定の温度で実施することに
より引け巣等の鋳造物に生ずる難点が生ぜず再現
性良く鋳造物が得られる。 本発明の耐熱・耐食性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ために塊状
にして用いることが好ましい。 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侵食されず原形を
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を添加した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だ明らかではない。 本発明の耐熱・耐食性合金鋳鉄はアルミニウム
合金鋳造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
で大きな利用度と経済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 キユーポラ炉投入時点における配合量は鋼材30
部、新銑90部、フエロシリコン4.0部、コークス
13部、フエロクロム２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℃、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30
部、新銑90部、フエロシリコン3.0部、コークス
15部、フエロクロム1.0部、石灰石10部でありこ
の配合量に対してチタン酸リチウム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。 参考例 ３ キユーポラ炉投入時点における配合量は鋼材30
部、新銑60部、故銑30部、フエロシリコン2.5部、
コークス13部、フエロクロム1.5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４部
とベントナイト0.5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。なおキユーポラ溶解条件は、溶解温度が
1550℃以上1800℃までとし、出湯温度1565℃、鋳
込み温度1500℃で鋳造した。 実施例 １ 参考例１で製造された溶湯の一部を取り、該溶
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。 実施例 ２ 参考例２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3.6部を加えて鋳造
した。 実施例 ３ 参考例３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4.7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を試作した。こ
のストーク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30.1Kg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造
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)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｃ；2.5〜4.0重量％、Si；2.2〜3.8重量％、
   Cr；0.2〜２重量％、Mn；0.1〜２重量％、Ti；
   0.05〜１重量％、Al；1.5〜4.0重量％および残部
   Feからなることを特徴とする耐熱・耐食性合金
   鋳鉄。 ２ ケイ素を含有する鉄原料に対し、Ti源とし
   てチタン酸アルカリ金属塩を添加し、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％、
   Cr；0.2〜２重量％、Mn；0.1〜２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。