JPH084895B2 - 耐食性遠心力鋳鉄管の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は耐食性の遠心力鋳鉄管の
製造に係る。

【０００２】

【従来の技術】遠心力鋳鉄管、特にダクタイル鋳鉄管は
地中に埋設して上水，下水道の管路を形成する他、農業
用水やガス管用として広く用いられ国土形成の重要な一
翼を担って全国に活用されている。鋳鉄管は鋼管に比べ
て耐食性が高いが、地中に埋設して腐食性雰囲気に曝さ
れ、管内は絶えず流水に曝されるから、外周面には防食
塗料を塗布し、内周面にはセメントライニングを施して
万全を期している。しかしながら遠心力鋳鉄管の用途が
さらに拡大し、たとえば化学プラントや舶用管など管内
を通る流体が今までに比べて腐食的な条件をもたらす場
合も次第に増加する傾向にある。この傾向に対応して今
までより厳しい条件で使用できるためには遠心力鋳鉄管
の耐食性を向上させる必要がある。

【０００３】耐食性を向上する方法は大きく分けて二つ
考えられる。一つは例えばＮｉのような耐食性の高い非
鉄金属を鋳鉄溶解時に加えて合金鋳鉄として溶製する方
法である。もう一つは鋳造品の必要な面（例えば鋳鉄管
の内面だけ）に耐食性の皮層を形成して腐食性雰囲気へ
鋳鉄材が直接曝露するのを防ぐ方法である。鋳造製品の
一部に特定の皮膜を形成して鋳鉄では得られない特別の
性質を具えさせる技術は従来から盛んに提案され、例え
ば特公昭５３−１８１６６号公報，特開昭５７−１７７
８５０号公報，出願人自身の出願である特開昭６３−１
００５８号公報など多数見出される。

【０００４】また、ダクタイル遠心力鋳鉄管に耐食性を
与える製造方法としては特公平２−４５５３８号公報が
ある。この従来技術は遠心力鋳造用の金型内面に通常の
塗型用コーティングと重ねてＳｉ冨化用のＦｅ−Ｓｉ粉
末を均一に焼き付け、金型を回転しながら注湯して、直
ちに内面にＦｅ−Ｓｉ粉末を均一に散布し溶湯内層面へ
溶解させることによって鋳鉄管の内外層面に耐食性を与
えるものである。特開昭６２−２３５４７８号公報の従
来技術は、対象が鋼製のプラスチック成形機用シリンダ
であり、シリンダの内面へ被覆する披着合金は、Ｂを
１．０〜５．０重量％含み残部がすべてＮｉよりなり遠
心力によって披着した第一披着層と、該披着層より低い
融点を有するＣｏ−Ｎｉ基、またはＮｉ基よりなり、同
様に遠心力によって前記第一披着層の上に披着した第二
披着層の複合層を形成した二層披着層を提案している。
第一披着層はＢの単独添加に限定し、その上へ第二披着
層を重ねてＦｅの進入を抑止し、かつ、その結果固液二
層共存温度域の拡大を防止することができたと謳ってい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来技術のうち溶解成
分自体に耐食性成分を添加することは処理する溶湯量が
大量であるから、ここへ仮に１％の合金元素を加えても
添加量が大きくなり過ぎて製造原価が大幅に高騰する。
耐食性金属はＮｉ，Ｃｒ，Ｃｕなど鉄に比べて相当高価
であり、目に見えた耐食性向上を実現するためには最低
限５％以上の添加量が求められ経済的負担は決して小さ
くはない。次に鋳造製品の一部だけの性質を改善する技
術が多く提起されているが、引用した従来技術はいずれ
もＴｅ，Ｖ，Ｂなど鋳鉄中の遊離炭素をセメンタイト化
するのに有効な成分を対象としているので、鋳鉄を部分
的に硬化して耐摩耗性を向上させるという目的でしかな
い。鋳鉄の耐食性を飛躍的に向上するうえでは含有炭素
の白銑化を利用するだけではなお相当な隔たりが残され
ていると言わざるを得ない。また遠心力鋳鉄管を対象と
した従来技術は確かに適切に実施すればＳｉ冨化層が内
外面に形成できると考えられるが、周知のとおりＦｅ−
Ｓｉ自身が脱酸剤として溶湯に添加し、接種という特別
の技術用語もあるくらいであるから、高温下での酸素と
の親和力が高く添加する場合の添加のタイミングが非常
に狭い範囲に限られるのではないかという懸念がある。
この難しさのため僅かなタイミングのずれによって内面
に形成される冨Ｓｉ層の層厚を一定に保つことができ
ず、耐食性についてかなりのばらつきを避けることが難
しいのではないかと考えられる。また確かにＳｉは鋳鉄
に対してフェライト化成分でありＳｉがフェライト中へ
固溶したシリコフェライトは有名な耐食（耐熱）材料で
あるが、出発成分がＳｉ２．３％であったものを部分的
にＳｉ３．０％程度に増加した程度で耐食性がどれほど
向上できるかについては詳かでない。さらに、プラスチ
ック成形機用シリンダの内面耐食性強化に係る従来技術
については、Ｎｉ基に少量のＢだけを単独添加して温度
調整を図るとともに、取り敢えずは母材からのＦｅとの
交流を断つという点に主眼が置かれている。しかし、本
願が対象とするダクタイル鋳鉄管に関しては、鋳造時に
母材である溶融状態の鋳鉄、および添加材料間に起こる
反応を主体において成分構成を選び、粉末状態 で添加す
る添加材の溶融とともに相互の界面間の反応を促進させ
て、完全一体化した合金層を形成する方が、むしろ耐食
性の向上の点では優先すると判断される。本発明は以上
に述べた課題を解決するために、内面へ耐食性を格段
に、かつ確実に具えた耐食性遠心鋳鉄管を比較的容易
に、かつ比較的経済的に製造する方法の提供を目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る耐食性遠心
力鋳鉄管の製造方法は、遠心力鋳造用金型を高速で回転
しつつ低くとも１３００℃以上の溶融ダクタイル鋳鉄を
注湯し、注湯完了後直ちにＮｉをベースとし、該Ｎｉと
共晶関係にあるＣｒ、および該共晶点をさらに低温側へ
誘導するＢ、Ｓｉなどの高くとも１２００℃以下に共晶
点を持つように他成分を配合した粉体を鋳造体の内面全
長に亘って均等に散布し、ダクタイル鋳鉄管内面に高率
でＮｉを固溶したオーステナイト相をマトリックスと
し、析出したＣｒ炭化物で強化した耐食性の合金層を鋳
鉄側組織と連続して一体的に形成することによって前記
の課題を解決した。

【０００７】

【作用】遠心力鋳造法における鋳鉄溶湯の鋳込み温度は
通常１３５０℃前後を管理目標として決められているの
でここでは１３００℃以上の注湯を前提とし、少なくと
もこの温度よりは１００℃は低い溶融点をもつ添加粉体
を要件とする。Ｎｉ単独の溶融点は１４５５℃であり、
Ｃｒ単独のそれは１８８０℃と耐食性金属は一般に１３
００℃以上であるが、例えばＮｉとＣｒは１３４５℃付
近に共晶点があり、これにＣやＳｉを増加して行くと共
晶線は低温側へ流れ複合した三元または四元状態図はま
だ詳細が確認されてはいないが、実験的に確かめた結果
ではＮｉを主体にＣｒ，Ｓｉ，Ｃなどを添加調整した場
合、十分１２００℃以下の溶融点をもつ粉体を得ること
ができる。すなわち金型へ１３００℃以上の溶湯を鋳込
んだ時、金型に接する溶湯（鋳造品の外周面に相当す
る）は保有熱を奪われて急速に凝固を始めるが、溶湯の
内面側はまだ完全な溶融状態にあるから、ここへ全長に
亘って均一に金属粉体を散布すると、粉体は溶湯の熱を
受けて直ちに溶解し、鋳造品内面で一体的に耐食性の高
い合金層を形成する。

【０００８】

【実施例】本発明の実施例と比較例を説明する。図１に
おいて遠心力鋳造用の金型は直径２５０mm，長さ５００
mmの試験用の金型１を使用し、金型内面には珪藻グし、
Ｃ３．２％，Ｓｉ１．７％の鋳鉄成分へＭｇを圧添した
ダクタイル溶融鋳鉄３を１３２０℃で４０Kg鋳造した。
鋳造後直ちにＮｉを主成分とし全体の溶融温度が１０６
０℃となるように調整した低融点金属の粉体４を２Kg、
トラフ５を反転して鋳造体の内面全長に亘って均等に散
布した。表１はこの実施例で使用した低融点金属の粉体
と比較のために他は同条件で同時に鋳造したＦｅ−Ｃｒ
粉体の成分である。

【０００９】

【表１】

【００１０】図２は実施例、図３は比較例の表面付近の
断面を拡大した顕微鏡写真（倍率４０）であり、図２の
白い部分がＮｉ２０〜５０％を含むオーステナイト相
で、母相上にＣｒ炭化物が析出している。左方の黒い部
分が鋳鉄材のパーライト相であり、その境界に細かいセ
メンタイトが析出している。写真の倍率から計算してオ
ーステナイト相の合金層は約１．５〜２ｍｍである。図
３は全面に無数の空洞が重なり合い、また左方の黒い鋳
鉄材と完全に溶着しておらず、簡単に剥離するような状
態であり、Ｆｅ−Ｃｒの粉末が鋳造品の内面に一体的な
耐食性合金膜を形成したとは到底言い難い。なおこの実
施例で使用した低溶融金属の粉体は表１に示した成分よ
りなる自溶合金の一種で、Ｎｉろうと命名して既に市販
されているものを採用したが、溶融点が１２００℃以下
の耐食性金属を主体とする配合材であれば問うところで
はない。

【００１１】

【発明の効果】本発明は以上述べたように単に遠心力鋳
造時に若干の後工程を加えるだけで鋳鉄管の内面にきわ
めて耐食性の高い皮層を一体的に形成するので、耐食性
遠心力鋳鉄管をきわめて容易に製造することができる。
特に従来のセメントライニングでは対応できなかった酸
化性雰囲気での耐食性に有効であり、軽度の内面手入れ
の後露出したままの内周面が耐酸性の特徴を発揮する。
より具体的に従来技術との差を述べると、本発明で得ら
れる合金層はＮｉ２０〜５０％（他にＣｒ、Ｂ、Ｓｉ、
残りＦｅ）を固溶するオーステナイト相をマトリックス
とするが、鋳造時に母材である溶融状態の鋳鉄、および
該Ｎｉとの共晶反応を主体において成分構成を選ぶこと
によって、粉末状態で添加する合金材の溶融温度を必要
なレベルまで低下し、かつ、溶融後は相互の界面間の反
応を重視して完全一体化した合金層の形成に成功したも
のである。 本発明は低溶融点の好ましい成分と凝固前後
における鋳鉄特有の挙動を活用して、富Ｎｉのオーステ
ナイト相（γ鉄）を基地として鋳鉄溶湯から進入したＣ
と披着金属に含まれるＣｒによって強固な炭化物を析出
し、母材（鋳鉄）と合金層とが一体化した連続組織を形
成していることを特徴とし、相互の原子置換によって完
全無欠な合金層を披着した点が際立った効果に繋がるの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す縦断面図である。

【図２】本発明の実施例の金属組織を示す顕微鏡写真で
ある。

【図３】比較例の金属組織を示す顕微鏡写真である。

【符号の説明】

１ 遠心力鋳造用金型 ３ 溶融鋳鉄 ４ 粉体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 遠心力鋳造用金型を高速で回転しつつ低
   くとも１３００℃以上の溶融ダクタイル鋳鉄を注湯し、
   注湯完了後直ちにＮｉをベースとし、該Ｎｉと共晶関係
   にあるＣｒ、および該共晶点をさらに低温側へ誘導する
   Ｂ、Ｓｉなどの高くとも１２００℃以下に共晶点を持つ
   ように他成分を配合した粉体を鋳造体の内面全長に亘っ
   て均等に散布し、ダクタイル鋳鉄管内面に高率でＮｉを
   固溶したオーステナイト相をマトリックスとし、析出し
   たＣｒ炭化物で強化した耐食性の合金層を鋳鉄側組織と
   連続して一体的に形成することを特徴とする耐食性遠心
   力鋳鉄管の製造方法。