JPH10195587A - 中温延性に優れた球状黒鉛鋳鉄、エキゾーストマニホールド、およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ４００℃付近での中温脆化域における延性に
優れた球状黒鉛鋳鉄、エキゾーストマニホールド、およ
びその製造方法を提供する。 【解決手段】 Ｃ：２．７〜４．２重量％、Ｓｉ：３．
５〜５．２重量％、Ｍｎ：１．０重量％以下、Ｓ：０．
０３重量％以下、Ｍｇ：０．０２〜０．１５重量％（ま
たはＭｇを少なくとも０．０２重量％含み，Ｍｇ，Ｃ
ａ，希土類元素の少なくとも１種以上：０．０２〜０．
１５重量％）、Ａｓ：０．０３〜０．２０重量％、残
部：Ｆｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする
中温延性に優れた球状黒鉛鋳鉄、エキゾーストマニホー
ルド、およびその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中温延性に優れた
球状黒鉛鋳鉄、エキゾーストマニホールド、およびその
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車の排気系部品用材料は、高温加熱
−冷却が繰り返される環境下で使用されるため、耐酸化
性および耐熱疲労性が要求され、安価で形状容易性に優
れた高Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄が使用されている。近年、エン
ジンの高出力化、低燃費化により、排気ガス温度がより
高温度になり、使用環境がますます厳しくなっており、
Ｍｏなどを添加して基地を強化するなどの改良が検討さ
れている。しかしながら、これら従来の高Ｓｉ球状黒鉛
鋳鉄は、４００℃近傍で延性が低下する現象を有する。
これは、中温脆化現象（中温脆性）と言われ、球状黒鉛
鋳鉄に見られる特有の現象であって、４００℃近傍で発
生し、粒界破壊により延性が低下する現象であり、これ
が熱疲労特性低下の原因となっている。

【０００３】そこで、これら問題を解決するため、Ｐま
たはＰ＋Ｔｉの含有量を制御した「高靱性耐酸化フェラ
イト球状黒鉛鋳鉄」（特開昭６１−７３８５９号公報）
が提案されている。この球状黒鉛鋳鉄は、Ｓｉ含有量が
ＪＩＳの球状黒鉛鋳鉄より高いが所謂高Ｓｉ球状黒鉛鋳
鉄より少ないにもかかわらず耐酸化性に優れ、更に結晶
粒を細かくすることによって靱性を高めることができ
る、としている。また、ＭｇやＰの含有量のみならずＭ
ｇ／Ｐ（重量比）を制御した「球状黒鉛鋳鉄とその製造
方法」（特開平７−１８３６７号公報）が提案されてい
る。この球状黒鉛鋳鉄は、従来のＪＩＳ規格の球状黒鉛
鋳鉄、高珪素含有球状黒鉛鋳鉄、その他一般の球状黒鉛
鋳鉄の化学組成のものであっても、特にＭｇとＰの成分
範囲とそれらの比を特定して鋳造することによって、格
段に優れた耐青熱脆性を備えた材料とすることができ
る、としている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしがら、特開昭６
１−７３８５９号公報に記載の「高靱性耐酸化フェライ
ト球状黒鉛鋳鉄」および特開平７−１８３６７号公報に
記載の「球状黒鉛鋳鉄とその製造方法」は、何れもＭ
ｇ、Ｐの組成コントロールが難しいという問題点を有し
ている。すなわち、Ｍｇの含有量は、球状化処理時の溶
湯の温度、保持時間、球状化処理の方法などによってば
らつく。また、Ｐは溶解原料として使用する銑鉄、鋼屑
から混入する不可避不純物元素であり、原料によるばら
つきが大きい。このため、最終鋳物製品におけるこれら
元素の含有量をコントロールすることが難しい。そこ
で、本発明者らは、上述の如き従来技術の問題点を解決
すべく鋭意研究し、各種の系統的実験を重ねた結果、本
発明を成すに至ったものである。

【０００５】（発明の目的）本発明の目的は、４００℃
付近での中温脆化域における延性に優れた球状黒鉛鋳鉄
を提供するにある。本発明の目的は、４００℃付近での
中温脆化域における延性に優れたエキゾーストマニホー
ルドを提供するにある。本発明の他の目的は、ＭｇやＰ
の含有量の如何を問わず、難しく複雑な管理を必要とす
ることなく、４００℃付近での中温脆化域における延性
に優れた球状黒鉛鋳鉄を容易に製造できる方法を提供す
るにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

【０００７】〔第１発明〕本発明の中温延性に優れた球
状黒鉛鋳鉄は、主要成分としてＣ、Ｓｉ、Ｍｎを含有
し、黒鉛球状化成分として少なくともＭｇを含有し、残
部がＦｅおよび不可避不純物からなる球状黒鉛鋳鉄であ
って、Ａｓを0.０３〜0.２０重量％含んでなることを特
徴とする。

【０００８】

【発明の効果】

【０００９】〔第１発明の効果〕本発明の球状黒鉛鋳鉄
は、４００℃付近での中温脆化域における延性に優れて
いる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、前記発明をさらに具体的
にした発明、前記発明以外の他の発明、これら発明の実
施の形態について説明する。

【００１１】（着眼点）本発明者らは、上述の従来技術
の問題に対して、以下のことに着眼した。すなわち、上
述の従来技術の球状黒鉛鋳鉄は、中温延性が十分でな
く、ＭｇやＰの組成コントロールが難しいという問題点
を有している。そこで、本発明者らは、ＭｇやＰの含有
量の如何を問わず、難しく複雑な管理を必要とすること
なく、４００℃付近での中温脆化域における延性に優れ
た球状黒鉛鋳鉄を得るために、球状黒鉛鋳鉄に通常混入
する不純物元素以外の特殊な元素を添加することに着目
した。そして、この特殊元素を最終鋳物製品に含有させ
ることによって、中温脆化を抑制し、中温延性に優れた
球状黒鉛鋳鉄とすることができると考えた。

【００１２】〔第１実施形態〕本発明の中温延性に優れ
た球状黒鉛鋳鉄は、主要成分としてＣ、Ｓｉ、Ｍｎを含
有し、黒鉛球状化成分として少なくともＭｇを含有し、
残部がＦｅおよび不可避不純物からなる球状黒鉛鋳鉄で
あって、Ａｓを0.０３〜0.２０重量％含んでなることを
特徴とする。

【００１３】本発明の球状黒鉛鋳鉄が優れた効果を発揮
するメカニズムについては、未だ必ずしも明らかではな
いが、次のように考えられる。すなわち、本発明の球状
黒鉛鋳鉄は、主要成分としてＣ、Ｓｉ、Ｍｎを含有し、
黒鉛球状化成分として少なくともＭｇを含有してなるの
で、球状黒鉛鋳鉄とすることができる。また、本発明の
球状黒鉛鋳鉄は、Ａｓを0.０３〜0.２０重量％含んでな
る。Ａｓは、中温脆化を緩和、抑制する元素である。こ
の中温脆化は、黒鉛の球状化に与かった以外の余剰のＭ
ｇが結晶粒界に存在し、発現するものと考えられる。Ａ
ｓは、最終凝固部あるいはフェライト結晶粒界に偏析し
易い元素であり、結晶粒界のＭｇと結合してＭｇの脆化
挙動を阻止し、あるいはＭｇと結合した後の余剰のＡｓ
が結晶粒どうしの結合状態を改善して、中温脆性の緩和
及び／又は抑制効果を発揮しているものと考えられる。
Ａｓの含有量が0.０３重量％未満の場合は、中温脆化の
緩和効果が十分得られない。また、Ａｓの含有量が0.２
０重量％を超える場合は、低温での衝撃特性を劣化さ
せ、また黒鉛の球状化を阻害する。

【００１４】以上により、本発明の球状黒鉛鋳鉄は、４
００℃付近での中温脆化域における延性に優れているも
のと考えられる。

【００１５】〔第１実施形態の好適な形態〕本発明の中
温延性に優れた球状黒鉛鋳鉄は、前記第１実施形態にお
いて、以下のような好適な実施形態（発明）を採りう
る。

【００１６】（Ｃの含有量）Ｃの含有量は、２．７〜
４．２重量％が好適である。Ｃは、亜共晶組成の２．６
重量％以下では、球状黒鉛数が少なく、凝固開始温度が
高く鋳造性が悪いので好ましくない。また、Ｃ量が高い
と黒鉛が粗大化し易く、ドロスが多くなるので、４．２
重量％以下が好ましい。

【００１７】（Ｓｉの含有量）Ｓｉの含有量は、３．５
〜５．２重量％が好適である。Ｓｉは、耐酸化性を向上
させる元素であり、３．５重量％未満では７００℃以上
での耐酸化性が不足するので好ましくない。また、５．
２重量％を超えると、延性に問題が生じる虞れがあるの
で好ましくない。なお、耐酸化性を要求される場合に
は、Ｓｉの含有量を４重量％〜５．２重量％とすること
がより好ましい。また、良好な溶解および鋳造性を確保
する目的で、炭素等量、すなわちＣ量＋Ｓｉ量／３を
４．０〜５．５とすることが好ましい。

【００１８】（Ｍｎの含有量）Ｍｎの含有量は、１．０
重量％を超えると延性が低下するので、１．０重量％以
下が好適である。さらに、低温での延性を十分に確保す
る目的の場合は、０．５重量％以下がより好適である。

【００１９】（Ｓの含有量）Ｓは不可避元素であり、そ
の含有量は０．０３重量％以下が好適である。Ｓの含有
量が０．０３重量％を超えると、ＳがＭｇやＣａと結合
して黒鉛球状化を阻害する虞れがある。

【００２０】（Ｍｇの含有量）Ｍｇは、黒鉛球状化成分
である。Ｍｇの含有量は、０．０２〜０．１５重量％が
好適である。Ｍｇ量が０．０２重量％未満では、黒鉛の
球状化が十分とならない虞れがある。また、Ｍｇ量が
０．１５重量％を超えると、黒鉛球状化効果が飽和し、
さらに、余剰のＭｇが最終凝固部に晶出して中温脆化の
原因となる虞れがある。なお、Ｍｇの含有量は、０．０
３〜０．０８重量％がより好適である。Ｍｇ量が０．０
５重量％を超えると、Ｍｇが酸化物となって低温での延
性を害する虞れがある。また、黒鉛球状化成分は、Ｍｇ
を少なくとも０．０２重量％含み、Ｍｇ，Ｃａ，希土類
元素の少なくとも１種以上を０．０２〜０．１５重量％
含有してなる構成でもよい。

【００２１】（Ａｓの含有量）Ａｓの好適な含有量は、
０．０３〜０．１５重量％である。これにより、低温で
の延性を十分に確保する。

【００２２】〔第２実施形態〕本第２実施形態の中温延
性に優れた球状黒鉛鋳鉄は、前記第１実施形態の好適な
実施形態である。すなわち、本発明の中温延性に優れた
球状黒鉛鋳鉄は、Ｃ：２．７〜４．２重量％、Ｓｉ：
３．５〜５．２重量％、Ｍｎ：１．０重量％以下、Ｓ：
０．０３重量％以下、Ｍｇ：０．０２〜０．１５重量％
（またはＭｇを少なくとも０．０２重量％含み、Ｍｇ，
Ｃａ，希土類元素の少なくとも１種以上：０．０２〜
０．１５重量％）、Ａｓ：０．０３〜０．２０重量％、
残部：Ｆｅおよび不可避不純物からなることを特徴とす
る。

【００２３】すなわち、本発明の球状黒鉛鋳鉄は、上記
本発明の第１実施形態において、さらに、Ｃ：２．７〜
４．２重量％、Ｓｉ：３．５〜５．２重量％、Ｍｎ：
１．０重量％以下、Ｓ：０．０３重量％以下、Ｍｇ：
０．０２〜０．１５重量％（または、Ｍｇを少なくとも
０．０２重量％含み，Ｍｇ，Ｃａ，希土類元素の少なく
とも１種以上：０．０２〜０．１５重量％）、としてな
ることを特徴とする。これにより、本発明の球状黒鉛鋳
鉄は、４００℃付近での中温脆化域における延性に優れ
ているものと考えられる。また、Ｍｇの他にＣａや希土
類元素の少なくとも１種以上を含有させた場合には、黒
鉛の球状化をより安定して行うことができる。

【００２４】〔第３実施形態〕本発明の中温延性に優れ
た球状黒鉛鋳鉄は、主要成分としてＣ、Ｓｉ、Ｍｎを含
有し、黒鉛球状化成分として少なくともＭｇを含有し、
基地強化成分としてＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｉ、
Ｃｕの少なくとも１種以上を含有し、残部がＦｅおよび
不可避不純物からなる球状黒鉛鋳鉄であって、Ａｓを0.
０３〜0.２０重量％含んでなることを特徴とする。

【００２５】本発明の球状黒鉛鋳鉄が優れた効果を発揮
するメカニズムについては、未だ必ずしも明らかではな
いが、次のように考えられる。すなわち、本発明の球状
黒鉛鋳鉄は、上記本発明の第１実施形態において、さら
に、基地強化成分としてＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎ
ｉ、Ｃｕの少なくとも１種以上を含有してなる。これに
より、基地中のＦｅと置換固溶または一部が炭化物を形
成し、あるいは黒鉛化を促進するなど、基地組織が強化
改良される。また、Ａｓと基地強化成分は、相互干渉す
ることがないので、Ａｓにより中温における延性を保ち
ながら、高温強度を向上することができる。

【００２６】以上により、本発明の球状黒鉛鋳鉄は、４
００℃付近での中温脆化域における延性に優れているも
のと考えられる。また、高温強度が向上するので、中温
脆化域をはさんだ低温と高温領域の間を繰り返し加熱−
冷却される場合の熱疲労寿命にに優れているものと考え
られる。

【００２７】〔第３実施形態の好適な形態〕本発明の中
温延性に優れた球状黒鉛鋳鉄は、前記第３実施形態にお
いて、以下のような好適な実施形態（発明）を採りう
る。

【００２８】（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔｉ，Ｖ）本発明の球
状黒鉛鋳鉄は、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔｉ，Ｖの少なくとも
１種以上を、１．０重量％以下含有してなることが好ま
しい。このＣｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔｉ，Ｖは、高温強度を改
善する元素である。特に、高温でのクリープ強度を改善
したい場合には、Ｍｏの添加が有効である。なお、これ
ら元素を複合的に含有させてもよい。上記元素の含有量
は、多いと延性を害する虞れがあるので、１．０重量％
以下が好ましい。なお、上記元素〔Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔ
ｉ，Ｖの少なくとも１種以上〕の好適な含有量は、０．
１〜０．８重量％である。これにより、延性を損なうこ
となく、高温強度を高めることができる。

【００２９】（Ｎｉ，Ｃｕ）本発明の球状黒鉛鋳鉄は、
Ｎｉ，Ｃｕの少なくとも１種以上を、３重量％以下含有
してなることが好ましい。このＮｉ，Ｃｕは、黒鉛化促
進元素である。Ｎｉは含有量が多くても弊害は少ない
が、Ｃｕは量が多いと黒鉛の球状化を妨げるので、目的
または目的組成に応じて、元素や含有量を選択する。上
記のうち、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖは、白銑化助長元素であ
るので、黒鉛化促進元素としてのＮｉ，Ｃｕを併用する
ことが望ましい。その場合は、上記白銑化助長元素と同
等以上の量を添加することが好ましい。なお、上記元素
〔Ｎｉ，Ｃｕの少なくとも１種以上〕の好適な含有量
は、０．２〜１．０重量％である。これにより、炭化物
形成を抑制し、延性に優れた鋳鉄が得られる。

【００３０】〔第４実施形態〕本第４実施形態の中温延
性に優れた球状黒鉛鋳鉄は、前記第３実施形態の好適な
実施形態である。すなわち、本発明の中温延性に優れた
球状黒鉛鋳鉄は、Ｃ：２．７〜４．２重量％、Ｓｉ：
３．５〜５．２重量％、Ｍｎ：１．０重量％以下、Ｓ：
０．０３重量％以下、Ｍｇ：０．０２〜０．１５重量％
（またはＭｇを少なくとも０．０２重量％含み、Ｍｇ，
Ｃａ，希土類元素の少なくとも１種以上：０．０２〜
０．１５重量％）、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔｉ，Ｖの少なく
とも１種以上：１重量％以下、Ｎｉ，Ｃｕの少なくとも
１種以上：３重量％以下、Ａｓ：０．０３〜０．２０重
量％、残部：Ｆｅおよび不可避不純物からなることを特
徴とする。

【００３１】すなわち、本発明の球状黒鉛鋳鉄は、上記
本発明の第３実施形態において、さらに、Ｃｒ，Ｍｏ，
Ｗ，Ｔｉ，Ｖの少なくとも１種以上：１重量％以下、Ｎ
ｉ，Ｃｕの少なくとも１種以上：３重量％以下、含有し
てなる。これにより、本発明の球状黒鉛鋳鉄は、４００
℃付近での中温脆化域における延性に優れているものと
考えられる。また、高温強度が向上するので、中温脆化
域をはさんだ低温と高温領域の間を繰り返し加熱−冷却
される場合の熱疲労寿命にに優れているものと考えられ
る。

【００３２】〔第５実施形態〕本発明のエキゾーストマ
ニホールドは、上記第１実施形態〜第４実施形態、およ
びそれぞれの好適な実施形態に記載の球状黒鉛鋳鉄の何
れかからなることを特徴とする。

【００３３】本発明の球状黒鉛鋳鉄が優れた効果を発揮
するメカニズムについては、未だ必ずしも明らかではな
いが、次のように考えられる。すなわち、エキゾースト
マニホールドは、中温脆化領域をはさむ低温領域と高温
領域の間を、繰り返し加熱−冷却される。従って、中温
脆化が発生すると、熱疲労亀裂が発生し易く、またその
進展も速い。本発明のエキゾーストマニホールドは、上
記第１実施形態〜第４実施形態、およびそれぞれの好適
な実施形態に記載の球状黒鉛鋳鉄の何れかからなるの
で、中温での延性に優れており、熱疲労亀裂に対して優
れた耐久性を有する。

【００３４】以上により、本発明のエキゾーストマニホ
ールドは、４００℃付近での中温脆化域における延性に
優れており、優れた耐久性を有するものと考えられ
る。。

【００３５】〔第６実施形態〕本発明の球状黒鉛鋳鉄の
製造方法は、前記第１形態〜第４実施形態およびそれぞ
れの好適な実施形態に記載の球状黒鉛鋳鉄の何れかの組
成となるように原料を調製し、鋳造することにより、４
００℃付近での中温脆化域における延性に優れた球状黒
鉛鋳鉄としてなることを特徴とする。

【００３６】本発明の球状黒鉛鋳鉄が優れた効果を発揮
するメカニズムについては、未だ必ずしも明らかではな
いが、次のように考えられる。すなわち、黒鉛球状化の
ために添加されるＭｇを含有する球状黒鉛鋳鉄において
は、中温脆化はＭｇの粒界偏析によって中温脆化が発生
すると考えられる。本発明の球状黒鉛鋳鉄の製造方法
は、前記第１形態〜第４実施形態およびそれぞれの好適
な実施形態に記載の球状黒鉛鋳鉄の何れかの組成となる
ように原料を調製し、鋳造することにより、すなわち、
Ａｓを添加することにより、結晶粒界のＭｇと結合して
Ｍｇの脆化挙動を阻止し、あるいはＭｇと結合した後の
余剰のＡｓが結晶粒どうしの結合状態を改善して、中温
脆性の緩和及び／又は抑制効果を発揮しているものと考
えられる。

【００３７】以上により、本発明の球状黒鉛鋳鉄の製造
方法により、ＭｇやＰの含有量の如何を問わず、難しく
複雑な管理を必要とすることなく、中温延性に優れた球
状黒鉛鋳鉄を容易に製造することができるものと考えら
れる。また、本製造方法により得られた球状黒鉛鋳鉄
は、４００℃付近での中温脆化域における延性に優れて
いる。

【００３８】〔発明の好適な適用分野の例〕本発明およ
び上記実施形態において得られる球状黒鉛鋳鉄は、Ａｓ
量を適正量添加することにより、中温脆化を抑制し、４
００℃近傍での必要な延性を確保することができる。Ａ
ｓは、鋳鉄の基地組織をパーライト化する元素でもある
ので、Ａｓの添加量が多い場合には、フェライト化焼鈍
を行ってから実用に供する方法がある。また、この球状
黒鉛鋳鉄は、鋳鉄基地がパーライトである場合よりもフ
ェライトである場合の方が延性により優れているが、パ
ーライトである場合にも４００℃付近での中温脆化域に
おける延性に優れた効果を発揮する。溶解も一般の溶解
法と異なることなく、通常の溶解法を採用することがで
き、安価で中温延性に優れた鋳鉄を容易に得ることがで
きる。本発明（実施形態を含む）の黒鉛球状鋳鉄は、エ
キゾーストマニホールドなどの自動車用排気系部品など
のほか、高温加熱−冷却が繰り返される箇所に使用され
る部品に適用することが好適である。

【００３９】

【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。

【００４０】（第１実施例）本実施例は、球状黒鉛鋳鉄
の中温脆化現象と、中温脆化に及ぼすＡｓの影響につい
て調べた。先ず、球状黒鉛鋳鉄製の試料を準備した。ダ
クタイル銑、グラファイト、金属Ｓｉを溶解原料として
準備し、この原料を高周波誘導溶解炉で２５ｋｇ溶解
し、次いで、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇを添加して球状化処理
を、Ｆｅ−Ｓｉを添加して接種を施し、Ｙブロック砂型
に鋳造した。必要部分を切り出し、窒素雰囲気の電気炉
で９２０℃×３ｈ＋７３０℃×３ｈ、炉冷のフェライト
化焼鈍を施した。その後、切削加工によって試験用の試
料を得た。得られた試料の化学成分を、表１に示す（試
料番号：１〜６）。なお、試料番号３の試料について
は、鋳放し材からも試料を切り出した。

【００４１】

【表１】

【００４２】比較例１ 比較のため、Ａｓを添加していない（試料番号：Ｃ
１）、またはＡｓの含有量が本発明の範囲外（試料番
号：Ｃ２：Ｃ３）のほかは、前記第１実施例と同様の組
成の比較用試料を、前記第１実施例と同様にして作製し
た（試料番号：Ｃ１〜Ｃ３）。

【００４３】（性能評価試験）得られた本第１実施例に
かかる試料および比較例１の比較用試料の性能評価試験
を、４００℃での引張試験および曲げ試験により行っ
た。得られた結果を、図１に示す。なお、引張試験片
は、平行部がφ８×４０ｍｍの形状であり、２．５×１
０^-4／秒のひずみ速度で行った。曲げ試験は、４００℃
での延性を、引張試験に比べて簡便に評価するために行
ったものであり、ＪＩＳ３号のシャルピー衝撃試験片を
用い、図２に示すような３点曲げ試験を、４．２×１０
^-3ｍｍ／秒の変位速度で行った。次に、比較用試料（試
料番号Ｃ１）について、試験温度による引張破断伸びの
変化を調べた。その結果を、図３に示す。なお、引張試
験片は、平行部がφ８×４０ｍｍの形状であり、２．５
×１０^-4／秒のひずみ速度で行った。

【００４４】（性能評価試験結果）図１より明らかなよ
うに、４００℃での引張破断伸びおよび曲げ破断たわみ
量は、Ａｓ量が増えるとともに同じように変化してい
る。すなわち、いずれもＡｓ量が０．０２％以下では著
しく低いが、Ａｓ量が０．０３％を越えると急激に大き
くなっており、その量が約０．１％のときに最大となる
傾向が見られる。このように、本実施例により、Ａｓ添
加によって中温脆化が抑制されることが分かる。また、
Ａｓ添加による中温脆化の抑制効果は、その量が約０．
１％で飽和し、０．２％を越えると、その効果が小さく
なることから、Ａｓの含有量としては、０．０３〜０．
２％が望ましいことが分かる。一方、図３から明らかな
ように、Ａｓを添加していない試料番号Ｃ１の比較用試
料では、４００℃付近の温度で破断伸びが著しく低下し
ており、中温脆化が生じていることが分かる。また、試
料番号３は、鋳放し材では、基地の約６０％がパーライ
ト組織であった。鋳放し材で４００℃曲げを行った結
果、１．０２mmのたわみ量が得られ、フェライト化焼鈍
材の１．１０mm（図１）よりは若干劣るものの、実用上
十分な中温延性を有していることが分かった。

【００４５】（第２実施例）前記第１実施例と同様にし
て、ＣおよびＳｉ量を変えた球状黒鉛鋳鉄（試料番号：
７〜９）、球状化処理剤としてＭｇとともにＣａあるい
は稀土類を添加した球状黒鉛鋳鉄 (試料番号１０〜１
２）、基地を強化して高温強度を高める元素として知ら
れるＣｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗを添加した球状黒鉛鋳鉄
（試料番号１３〜１７）、黒鉛化促進元素として知られ
るＮｉ、Ｃｕを添加した球状黒鉛鋳鉄（試料番号１８〜
２０）を製造し、それぞれ所望の大きさに切り出して試
料を作製し（試料番号：７〜２０）、球状黒鉛鋳鉄の中
温脆化現象と、中温脆化に及ぼすＡｓの影響について調
べた。得られた試料の化学成分を、表２に示す。なお、
性能評価試験は、４００℃の曲げ試験により行った。得
られた結果を、表２に併せて示す。

【００４６】

【表２】

【００４７】比較例２ 比較のため、Ａｓの含有量が本発明の範囲外のほかは前
記第２実施例と同様の組成の比較用試料を、前記第２実
施例と同様にして作製し（試料番号：Ｃ４〜Ｃ１７）、
同様に性能評価試験を４００℃の曲げ試験により行っ
た。得られた結果を、表３に併せて示す。なお、得られ
た比較用試料の化学成分を、表３に示す。

【００４８】

【表３】

【００４９】表２および表３より明らかなように、すべ
ての場合において、本実施例にかかる試料のたわみ量は
比較例２の比較用試料よりも大きくなっており、Ａｓの
添加によって中温脆化が抑制されることが分かる。

【００５０】上記実施例から明らかなように、本発明の
球状黒鉛鋳鉄は、Ａｓを適正量添加することにより、中
温脆化を抑制し、４００℃近傍での延性を確保できるこ
とが分かる。また、鋳鉄基地がパーライトである場合よ
りもフェライトである場合の方が延性に優れるのは勿論
であるが、パーライト量が多い場合にも上記効果を発揮
していることが分かる。溶解も通常の溶解法と異なるこ
とはなく、安価で中温延性に優れた鋳鉄を容易に得るこ
とができる。従って、本発明の球状黒鉛鋳鉄は、エキゾ
ーストマニホールドなどの自動車用排気系部品により好
適である。すなわち、中温延性に優れるので、高温加熱
と冷却が繰り返される使用環境に適用する場合にあって
も寿命が長く、実用上の極めて大きい効果が期待でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例において得られた球状黒鉛
鋳鉄および比較例１の比較用球状黒鉛鋳鉄の性能評価試
験結果を示す線図である。

【図２】本発明の第１実施例で得られた球状黒鉛鋳鉄お
よび比較例１の比較用球状黒鉛鋳鉄の性能評価のために
行った曲げ試験について説明する説明図である。

【図３】比較例１の比較用球状黒鉛鋳鉄の性能評価試験
結果を示す線図である。

【符号の説明】

１・・・試験片 ２・・・熱電対 ３・・・支持台 ４・・・圧下用治具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩永 省吾 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 粟野 洋司 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 日比野 義博 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 上野 治己 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主要成分としてＣ、Ｓｉ、Ｍｎを含有
   し、黒鉛球状化成分として少なくともＭｇを含有し、残
   部がＦｅおよび不可避不純物からなる球状黒鉛鋳鉄であ
   って、Ａｓを0.０３〜0.２０重量％含んでなることを特
   徴とする中温延性に優れた球状黒鉛鋳鉄。
2. 【請求項２】 Ｃ： ２．７〜４．２重量％、 Ｓｉ：３．５〜５．２重量％、 Ｍｎ：１．０重量％以下、 Ｓ： ０．０３重量％以下、 Ｍｇ：０．０２〜０．１５重量％、または、Ｍｇを少な
   くとも０．０２重量％含み，Ｍｇ，Ｃａ，希土類元素の
   少なくとも１種以上：０．０２〜０．１５重量％、 Ａｓ：０．０３〜０．２０重量％、 残部：Ｆｅおよび不可避不純物からなることを特徴とす
   る中温延性に優れた球状黒鉛鋳鉄。
3. 【請求項３】 主要成分としてＣ、Ｓｉ、Ｍｎを含有
   し、黒鉛球状化成分として少なくともＭｇを含有し、基
   地強化成分としてＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃ
   ｕの少なくとも１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不
   可避不純物からなる球状黒鉛鋳鉄であって、Ａｓを0.０
   ３〜0.２０重量％含んでなることを特徴とする中温延性
   に優れた球状黒鉛鋳鉄。
4. 【請求項４】 Ｃ： ２．７〜４．２重量％、 Ｓｉ：３．５〜５．２重量％、 Ｍｎ：１．０重量％以下、 Ｓ： ０．０３重量％以下、 Ｍｇ：０．０２〜０．１５重量％、または、Ｍｇを少な
   くとも０．０２重量％含み，Ｍｇ，Ｃａ，希土類元素の
   少なくとも１種以上：０．０２〜０．１５重量％、 Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔｉ，Ｖの少なくとも１種以上：１重
   量％以下、 Ｎｉ，Ｃｕの少なくとも１種以上：３重量％以下、 Ａｓ：０．０３〜０．２０重量％、 残部：Ｆｅおよび不可避不純物からなることを特徴とす
   る中温延性に優れた球状黒鉛鋳鉄。
5. 【請求項５】 前記請求項１〜請求項４に記載の球状黒
   鉛鋳鉄の何れかからなることを特徴とするエキゾースト
   マニホールド。
6. 【請求項６】 前記請求項１〜請求項４に記載の球状黒
   鉛鋳鉄の何れかの組成となるように原料を調製し、鋳造
   することにより、４００℃付近での中温脆化域における
   延性に優れた球状黒鉛鋳鉄としてなることを特徴とする
   球状黒鉛鋳鉄の製造方法。