JPH09263816A

JPH09263816A - 接種剤

Info

Publication number: JPH09263816A
Application number: JP6967996A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Igarashi; 芳夫五十嵐; Hiroyuki Kinoshita; 博之木下
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1996-03-26
Filing date: 1996-03-26
Publication date: 1997-10-07

Abstract

(57)【要約】【課題】黒鉛の核の増加、ひいては黒鉛粒数の増加に
つながり、接種剤とともに黒鉛球状化にも寄与しうる接
種剤を提供することである。【解決手段】本発明の接種剤は、母合金のなかに硫黄
と黒鉛球状化元素との化合物を含有することを特徴とす
る。さらに詳細には、硫黄と化合したマグネシウムとの
化合物、硫黄と化合した希土類元素との化合物、硫黄と
マグネシウムと希土類元素との化合物のいずれかの化合
物を含有する母合金としたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鋳物製造における鋳
鉄の溶湯処理のための接種剤に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に鋳鉄溶湯に行なう接種は、強度の
増加、組織の改善、チル化の防止、質量効果の改善、鋳
物の外引けとの関係等がある。接種剤としては、黒鉛化
促進元素であるＳｉを主体としたＦｅ−Ｓｉ（７５％）
合金等、また耐摩耗性や耐熱性等の改善を目的としたＳ
ｉ（３０％）−Ｃｒ（５０％）合金やＳｉ（３０％）−
Ｍｏ（６０％）合金等が用いられている。また黒鉛球状
化元素としては、Ｍｇ、Ｃｅ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｙ等
が知られており、球状黒鉛鋳鉄の製造に用いられてい
る。

【０００３】“社団法人新日本鋳鍛造協会”により平
成４年３月３１日発行された刊行物“反応論からみた鋳
鉄”の第１１２頁〜第１２５頁には“接種と黒鉛化”に
ついて記載されている。そこで、本願発明に関連すると
考えられる記載部分を抜粋して示す（段落番号“０００
３”〜“００１０”の記載内容）と、「一般の鋳造鋳鉄
のチル化を防止するためや均一なパーライト組織を得る
ために、鋳造直前の溶湯に接種剤を添加する方法がとら
れている。接種剤の種類としては、黒鉛化促進を目的と
する接種剤例えば７５％ＦｅＳｉ（７６．５％Ｓｉ、
０．５％Ｃａ、１．３％Ａｌ）やＣａ／Ｓｉ（５７．５
％Ｓｉ、１４．０％Ｃａ、１．０％Ａｌ）等、及び基地
組織強化を目的とする接種剤例えばＣｒ／Ｓｉ／Ｍｎ
（４０％Ｃｒ、１８．０％Ｓｉ、１０％Ｍｎ、０．５％
Ｃａ、０．２％Ａｌ、０．７５％Ｔｉ）等が記載されて
いる。

【０００４】接種剤の成分の特徴は、黒鉛化促進作用と
しては、Ｓｉ、Ｃａを主構成成分としてＡｌ、Ｓｒ、Ｍ
ｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｂａ、ＲＥ（希土類元素）が単
体または合金化して含まれている。一方、基地強化用と
しては、Ｃｒ及びＭｎが主要元素で、これら元素のみで
はチル化作用も強くなるので、チル化防止としてＳｉが
配合されている。

【０００５】そして、接種効果についての記載のなか
に、“鋳鉄溶湯中にＯやＳが多いほど接種が効きにく
く、逆に０．０３％以下の低Ｓになってもまた接種が効
きにくくなる。”と述べられている。

【０００６】さらに接種による組織学的及び材質的変化
に対しての記載のなかに、“ＥＰＭＡ分析ではＣａなど
の硫化物や酸化物が増し、黒鉛はそれら介在物粒子の近
傍またはそれを中心にして黒鉛が晶出していることが多
い。”と述べられている。

【０００７】接種による黒鉛化促進効果に対して、酸化
物説、硫化物説、炭化物説等の不均質核説及び接種直後
の珪素の溶解拡散時の局部的な炭素過飽和部での黒鉛核
生成説、またはＣミクログループの発生とその核作用等
の均質核生成説がある。

【０００８】酸化物説と同じように接種剤中のＣａやＡ
ｌが硫化物を作りやすいことやこれら硫化物から黒鉛が
生長していることから硫化物説が唱えられている。しか
し、その効果がＳ量と対応していないこと、即ち、溶湯
中のＳ含有量は多すぎてもすくなすぐても接種は効きに
くくなることに対しては説明がつかず、またフェイディ
ング現象がおこる原因は硫化物説では説明できないこ
と。さらに核説を肯定したとしても理論的には表５−４
（同書の第１１５頁に記載の表）に示すようにいずれの
硫化物も黒鉛の最近接原子間距離１．４２Å、面間隔
３．３６Å（格子定数ａ＝２．４５６Å、ｃ＝６．６９
６Å）と著しく異なり不整合であることなどの矛盾があ
る。

【０００９】硫黄については溶湯中にＭｎがＭｎＳとな
る以上の量が含まれている限りＳが減少するほど黒鉛化
が促進されるという実証はされておらず逆にＳが減少す
れば黒鉛核となるべきＭｎＳも減少したり、チル化を促
進するＭｎＳ以外の過剰のＭｎが増加して黒鉛化を阻害
するという報告が多い。炭素もまた低含有量になるほど
黒鉛化は阻害されるというのが一般的である。

【００１０】球状黒鉛鋳鉄ではＭｇ添加によおて多量の
酸化物や硫化物の介在物またはドロスが生成されるので
Ｃａ−Ｓｉで接種してもそのＣａ−Ｓｉがこれら介在物
やドロスと反応しやすく、溶解が不十分となって接種が
効きにくいことがある。」と記載されている。

【００１１】接種による黒鉛化促進効果については、前
述の通り、各種の学説があるが、現実的には接種剤の添
加によって、チルの防止、組織の改善、外引けの軽減等
が行われいる。また各種接種剤の研究開発、これら技術
に関する各種の提案がなされている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】接種剤は通常粉末状あ
るいは粒状で使用されるが、粉末状の接種剤では溶湯に
より酸化されやすくノロ（スラグ）を生成しやすい、飛
散しやすく歩留まりも良くない、環境上好ましくない、
添加量計量時に手間がかかる等の課題がある。また、鋳
鉄溶湯へのＭｇの添加は、取鍋の底に純Ｍｇを配置し、
この純Ｍｇが溶湯によって浮上しないように鉄屑などで
覆って使用される。あるいは、鉄棒の先端部分にＦｅ−
Ｓｉ−Ｍｇ母合金を凝固固着させ、これを溶湯に浸漬し
て反応させる。いずれの場合も、Ｍｇは溶湯に接触する
と爆発的ともいえる激しい急激な反応をするので、安全
作業に注意が必要であり、Ｍｇ処理作業のやり方によっ
てはＭｇの歩留まりが悪い場合があり、不良品発生に直
結するので品質管理上の課題がある。接種処理やＭｇ処
理が良好でないと、目標の黒鉛粒数が得られずまた良好
な球状の黒鉛も得られ難い。

【００１３】本発明は、これら課題に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、Ｓ（硫黄）とＭｇ（マ
グネシウム）や希土類元素等の黒鉛球状化元素との化合
物を当初から母合金のなかに存在せしめた接種剤であ
り、溶解時において該母合金を添加することにより、歩
留まりも良く、目標とする正確な成分調整が容易であ
り、黒鉛の核の増加、ひいては黒鉛粒数の増加につなが
り、接種剤とともに黒鉛球状化にも寄与し得る接種剤を
提供することにある。なお、本発明における母合金と
は、硫化物を含有する接種剤用母合金である。更に詳し
くは、Ｓ（硫黄）とＭｇ（マグネシウム）等の元素を溶
解させて化合物としたもの、またはＳ（硫黄）と希土類
元素（Ｃｅ、Ｌａなどのランタノイド系希土類元素）等
の元素を溶解させて化合物としたもの、さらにはＳ（硫
黄）とＭｇ（マグネシウム）と希土類元素（Ｃｅ、Ｌａ
などのランタノイド系希土類元素）等の元素を溶解させ
て化合物としたものを意味する。これら母合金のその他
の元素としては、たとえばＦｅ（鉄）やＳｉ（シリコ
ン）等化合物を形成できる元素を含有せしめてよいこと
は至当である。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
に鑑み、まず球状黒鉛鋳鉄の黒鉛の構造について鋭意研
究した結果、黒鉛の芯即ち中央部分に核が存在するこ
と。そして、この核がＭｇとＳの化合物であるＭｇＳと
なって必ず存在することを多数の黒鉛を輪切りにした断
面を、電子顕微鏡により観察することにより確認するこ
とができた。本発明者等は、生成された黒鉛の芯に必ず
ＭｇＳが存在することから、当初からＭｇとＳの化合物
であるＭｇＳを母合金のなかに存在せしめておけば、溶
解時において該母合金を添加することにより、歩留まり
も良く、目標とする正確な成分調整が容易であり、黒鉛
の核の増加、ひいては黒鉛粒数の増加につながり、接種
剤とともに黒鉛球状化にも寄与し得ることに着目し、本
発明の接種剤に想到した。本発明者等は、またＭｇと同
様に黒鉛の球状化作用を有する希土類元素についても同
様に考察し、当初からＳと希土類元素との化合物を母合
金のなかに存在せしめるた接種剤、さらには当初からＳ
とＭｇと希土類元素との化合物を母合金のなかに存在せ
しめた接種剤にも想到した。

【００１５】すなわち、本発明の接種剤は、母合金のな
かに硫黄と黒鉛球状化元素との化合物を含有することを
特徴とする。本発明の接種剤は、硫黄と化合したマグネ
シウムとの化合物、または硫黄と化合した希土類元素と
の化合物、または硫黄とマグネシウムと希土類元素との
化合物のいずれかの化合物を含有する母合金としたこと
を特徴とする。そして、前記希土類元素がランタノイド
系希土類元素のうちの１種または２種以上である。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て実施例に基づいて比較例と共に説明する。

【００１７】

【実施例１】球状黒鉛鋳鉄を製造するために、原材料と
して、戻し屑（５０重量％）、鋼屑（４０重量％）、純
鉄（１０重量％）を高周波溶解炉に装入し、溶解を行っ
た。溶解時において、溶湯に硫黄と化合したマグネシウ
ムとの化合物を含有する母合金とした接種剤を添加し、
表１に示す目標成分となるように成分調整を行った。表
１に示す数値は各成分元素の重量％をしめす。なお、炭
素％の調整には電極屑を使用した。出湯時の溶湯Ｓｉ
２．１５〜２．２０％の範囲で調整を行い、出湯時（出
湯温度：１５２０°Ｃ）に７５％Ｓｉ−Ｆｅにより加珪
をおこない、目標のＳｉ％とした。なお、砂鋳型への注
入溶湯量は５０ｋｇ、注湯温度は１４５０°Ｃであっ
た。解体あと、試料を採取し、検鏡して黒鉛の断面を走
査型電子顕微鏡（２０ＫＶ）で観察した。図１は倍率６
０００倍の反射電子像であり、図２は図１と同部位の２
００００倍の反射電子像である。黒鉛の芯部にある白色
真珠状のものがＭｇＳであることは、エネルギー分散型
検出器（ＥＤＳ）により確認することができた。なお、
白色真珠状のＭｇＳの周囲の黒色部分は黒鉛を示す。黒
鉛を輪切りした断面（図１）に見るように良好な球状形
態を示していた。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【比較例】溶解時に加硫剤として黄鉄鉱を使用したこ
と、および黒鉛球状化処理剤として純Ｍｇを取鍋の底に
配置するサンドイッチ法によりＭｇ１．２重量％を添加
したこと、さらに０．３Ｓｉ重量％が増加するように接
種したことをのぞいては、実施例１と同様に行った。図
３は倍率６０００倍の反射電子像であり、図４は図３と
同部位の２００００倍の反射電子像である。黒鉛の芯部
にある白色真珠状のものがＭｇＳであることは、実施例
１の場合と同様にエネルギー分散型検出器（ＥＤＳ）に
より確認することができた。ただし図４に示すように、
黒鉛の芯にある白色真珠状のＭｇＳの上部に土星の環の
ように形成された部分があり、これは（Ｍｇ・Ｓｉ・Ａ
ｌ）Ｎであることをエネルギー分散型検出器（ＥＤＳ）
により確認することができた。また白色片状部分は基地
が部分的に取り込まれたものであることが確認できた。
なお、図３及び図４において黒色部分は黒鉛を示す。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、Ｓ（硫黄）とＭｇ
（マグネシウム）や希土類元素等の黒鉛球状化元素との
化合物を当初から母合金のなかに存在せしめた本発明の
接種剤によれば、溶解時において該母合金を添加する
ことにより、歩留まりも良く、目標とする正確な成分調
整が容易であり、黒鉛の核の増加、ひいては黒鉛粒数の
増加につながり、接種剤とともに黒鉛球状化にも寄与す
ることができ、安全作業や作業環境の向上も期待でき
る。黒鉛化が良好であることから、球状黒鉛鋳鉄の材質
の改善や外ひけが軽減されることから製品歩留まりの向
上にも効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る球状黒鉛鋳鉄の黒鉛の断面の電子
顕微鏡写真（倍率：６０００倍）である。

【図２】図１に示す球状黒鉛鋳鉄の黒鉛の断面の電子顕
微鏡写真（倍率：２００００倍）である。

【図３】従来の接種剤を用いて製造した球状黒鉛鋳鉄の
黒鉛の断面の電子顕微鏡写真（倍率：６０００倍）であ
る。

【図４】図３に示す従来の接種剤を用いて製造した球球
状黒鉛鋳鉄の黒鉛の断面の電子顕微鏡写真（倍率：２０
０００倍）である。

【符号の説明】

（なし）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】母合金のなかに硫黄と黒鉛球状化元素と
の化合物を含有することを特徴とする接種剤。
【請求項２】硫黄と化合したマグネシウムとの化合物
を含有する母合金としたことを特徴とする接種剤。
【請求項３】硫黄と化合した希土類元素との化合物を
含有する母合金としたことを特徴とする接種剤。
【請求項４】硫黄とマグネシウムと希土類元素との化
合物を含有する母合金としたことを特徴とする接種剤。
【請求項５】前記希土類元素がランタノイド系希土類
元素のうちの１種または２種以上であることを特徴とす
る請求項３又は請求項４に記載の接種剤。