JPS6026824B2 - 球状黒鉛鋳鉄及びその熱処理方法と球状黒鉛鋳鉄製接続部品 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、耐食性及び機械的性質に優れたフェライト組
織を有する球状黒鉛鋳鉄及びその熱処理方法と、前記特
徴を有する球状黒鉛鋳鉄により作られた接続部品に関す
るものである。

各種の建築構造物にあっては多数の接続部品により粗付
け形成されており、地下埋設構造物である水、ガス、油
等の流体輸送用管路に於いても多数の接続部品が使用さ
れている。

その中でも最も多くの使用されているのはボルトである
。そのボルトにあっては、現在欧鋼に比較して耐食性の
良い球状黒鉛鋳鉄のボルトが多く使用されているが、そ
れでもなおかつ海岸地域、粘土質等の腐食性±壌に埋設
される管路に於いては管体が健全であるにも拘らず、管
体接続用のボルトが異状腐食を起きし問題になっている
。また埋立地、軟弱地盤に布設される管路にあっては、
車鋼の大型化、地震等により不等沈下が発生し、その為
に管のフランジ締付け用ボルトが破断する事例も発生し
ている。その為に現在ＳＵＳ３０４のボルトが使用され
始めているが、高価なこと及び塩素イオンの有る所では
孔食を受け易い等の欠点を有している。本発明はこれら
の点を解決する為になされたもである。前記のような管
路に於いてボルトが異状腐食をする原因としては、一般
に土中埋設物の腐食は電気化学的な反応により発生し、
鉄系金属の腐食では陰極面積と陽極面積の比率によりそ
の腐食速度が定まり、この比率が大である時には陽極部
に激しい腐食が生じ、逆の場合は例えば腐食が生じたと
しても余り極端な腐食は生じないとされている。

そこで両方とも球状黒鉛鋳鉄で作られているボトと管体
について調査したところ、ボルトのねじ部はねじり加工
をする事により電位が低下し、管体とボルトがセットさ
れた状態ではボルトは陽極となり、上述した陽極と陰極
の面積比率の関係からボルトが激しく腐食される事が究
明された。従ってボルトが腐食されにくくするには、管
体よりも電位を高くして管体とボルトがセットされた時
にボルトが陰極になれば良いと言える。また腐食性は、
成分組成及び基地組織により左右される事、またボルト
に適用した場合容易にねじり切り加工ができる事を考慮
して種々試験検討を行なったところ、Ｃ２．５〜３．８
％、Ｓｉ２．０〜３．５％、Ｍｎｏ．４％以下、ＳＯ．
０２％以下、ＰＯ．１％以下、Ｃｕｏ．３〜１．０％、
Ｎｉｌ．０〜３．０％、Ｍｇ、Ｃａ，Ｃｅ、Ｙのいづれ
か一種又は二種以上合計で０．０８％以下の成分を有す
る球状黒鉛鋳鉄をオーステナィト化温度まで加熱し、一
定時間保持した後炉中で徐冷してフェライト組織にする
ことにより、ボルトのねじり切り加工が容易でしかも耐
食性及び機械的性質の優れたものを得る事に成功した。
先づ成分を限定した理由について説明する。

Ｃは、耐食性からは、Ｃの電極電位が鉄よりも貴である
ので微視的な電気化学的腐食の陰性となって基地が陽極
となり、基地が腐食されるので、少ない方が望ましいが
、あまり少なくすると鋳造性（流動性）が悪くなる事及
び白鉄化しやすくなるので、一般的な成分範囲の２．５
〜３．８％としたが、その範囲内で少ない方が望ましい
。Ｓｉか、耐食性に効果があるので多い方が望ましいが
、あまり多くすると衝撃値を低下させるので、一般的な
成分範囲の２〜３．５％としたが、その範囲内で多い方
が望ましい。

Ｍｎは、パーラィト安定化元素であるので多いとフェラ
イト基地を得るのが困難になるから、０．４％以下が望
ましい。

Ｓは、黒鉛球状化阻害作用が強く有害であるので少し、
ほど良く、０．０２％を越えると黒鉛球状化処理剤を多
量に使用しなければならないので０．０２％以下とする
。

Ｐは、多くなると材料を腕化させるので、少ないほど良
く、その限度を０．０１％以下とする。

Ｍｇ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｙは、黒鉛球状化剤として一種又は
二種以上のものが使用されているが、適正残留量はその
元素により異なる、特に二種以上を混用する場合等は種
々変化すので０．０８％以下が妥当である。Ｃｕは自然
電位を上げる元素である。

耐食性については特に海水、Ｓイオンの有る所に於いて
０．３％以上含有するとその効果がある。またＣｕはパ
ーラィト安定化元素であるので１％以上含有するとフェ
ライト基地を得るのが非常に困難になる。従って０．３
〜１．０％とした。Ｎｉは自然電位を上げる元素である
。

耐食性については、１％以上含有させることにより海水
等ＣＩイオンを有する所以外で効果がある。しかし、あ
まり多量に入れても、上記効果はその割には増大しない
と共に価格は比例的に増大するので、１％から３％の範
囲内が望ましい。なお、Ｃｕ，Ｎｉは基地組織を繊密化
する効果が・あるので、その点からは両者ともに上記範
囲内で多い方が望ましい。フェライト基地は、Ｍｎ及び
Ｃｕのパーラィト安定化元素を限定する事により、オー
ステナィト化温度に昇温した後破処理物の中心まで均一
な温度になるまで保持した後、炉中で徐冷するという非
常に簡単な熱処理で得られる。

上記フェライト基地とした理由としては、上述した様な
ボルトに適用した場合容易にねじ加工ができる硬さを得
る事と、耐食性から、混合組織では徴視電気化学的腐食
が発生する。

即ち混合組織の中の一方が陽性となり他方が陰性となり
、陽・性となった方が腐食されるので均一な単一組織が
望ましい事からフェライト基地とした。また、上記成分
及び組織の球状黒鉛鋳鉄は、合金した球状黒鉛鋳鉄や欧
鋼等より貴な電位を示し、管及び構造物の接続部品、例
えばボルト等として使用した場合は陰極的になり、耐食
性が増加する共に従来品よりも機械的性質の良いものが
提供できる。

次に実験例について説明する。

酸性ラィニングを施した１トン低周波溶解炉を用いて銑
鉄及び鋼スクラップを主原料とし、これにＦｅ−Ｓｉ、
黒鉛粉末及び必要量の電解ニッケルを加え１５００午０
に加熱溶解した。

その後この溶湯をＦｅ−Ｓｉ−Ｍｇの球状化剤及び必要
量の電解鋼の入った取鍋に移して球状化処理を行ない、
その後Ｆｅ−Ｓｉで接種処理を施し約１３５０ｑｏでＪ
ＩＳＧ５５０２のＡ号Ｙブロック及びＭ１６×１６０の
ボルトの鋳型に鋳込んだ。上記方法で作った試料の成分
組成は表１の通りである。なお、試料１は比較試料でＦ
ＣＤ４の楢当品である。表Ｉ 鋳造した表１の成分組成を有するパーラィト組織の試料
２，３，４について、連続熱処理炉を用いて９００〜９
３０００のオーステナィト化温度まで昇温ごせ１〜２時
間保持し、試料全体をオーステナィト化し、炉中にて１
時間当り２０〜６０ｏｏの冷却速度で５００〜５５００
０まで徐冷し、その後炉から取り出して放冷（空冷）す
る熱処理を施した。

その結果試料２及び３は完全なフェライト組織になった
。熱処理をした試料及び比較試料のＹブロックからＪＩ
ＳＺ２２０１の４号試験片を削り出した引張り試験を行
った所、表２の様な結果を得た。表２ 表２下に併記したＪＩＳＧ５５０２の球状黒鉛鋳鉄の機
械的性質と比較すると、試料２、３については、フェラ
イト組織にも拘らず、Ｎｉ，Ｃｕを含まない一般組成で
はパーラィト組織で得られるＦＣＤ４９相当の機械的性
質が得られた。

また試料４についてはＦＣＤ５０相当の機械的性質を有
するものが得られた。なお、ボルトねじ切りダイスでね
じ切り加工をする場合、被削物は硬さがＨＢ（プリネル
硬度）で２３０以下であれば加工可能であるが、加工機
械及び工具寿命から見て硬さＨＢ２００以下が望ましい
。

そこで、以上までの試験結果から検討を加えると、試料
２，３に関しては問題ないが、試料４についてはＨＢ２
２２と高く、ねじ切り加工し難い事及び、前述した熱処
理方法ではパーラィトとフェラィの混合組織であるので
耐食性も良くないと言える。

従って試料４、即ちＣｕを１％以上含有した球状黒鉛鋳
鉄は容易にフェライト組織が得られない事及び硬さが硬
い事からボルトには不適であるという結論を得た。次に
耐食性の実験例について述べると、前記試料２及び３の
熱処理を行いねじ切り加工した呼びＭ１６×１６０のボ
ルト及び試料１のボルトを管の鋳鉄継手にセットし、そ
れを粘土質、シルト質の土壌及び海岸埋立地に約１年間
埋設したものにつき腐食減量を測定したところ、表３の
結果が得られた。

表３ 表４ また、粘土質の土壌に試料１、２、３のボルト及び前記
鋳鉄継手をそれぞれ単独で埋設して照合電極に飽和カロ
メル電極を用いて電位を測定した結果表４の様になった
。

表３及び表４の結果から、腐食減量について試料２は、
比較試料１の約半分であり、また試料３よりも優れてい
た。

また電位は鋳鉄継手（管体とみなす）に対して試料１の
比較試料では陽極的（電位が低い）になっていたが、試
料２、３は陰極的（電位が高い）になっていた。また試
料２、３を比較すると試料２の方が陰極的になっていた
。これらの事から球状黒鉛鋳鉄にＮｉを合金し、フェラ
イト組織になる様熱処理を施す事により耐食性の良いボ
ルトができるが、Ｎｉ及びＣｕを合金する事によりＮｉ
だけの合金より耐食性の優れたものが得られることが解
明できた。

以上の実験例からもわかる通り、球状黒鉛鋳鉄でその成
分をＣ２．５〜３．８％、Ｓｉ２．０〜３．５％、Ｍｎ
ｏ．４％以下、ＳＯ．０２％以下、ＰＯ．１％以下、Ｃ
ｕｏ．３〜１．０％、Ｎｉｌ．０〜３．０％、Ｍｇ、Ｃ
ａ，Ｃｅ、Ｙのいづれか一種又は二種以上の合計で０．
０８％以下にし、それをオーステナィト化温度まで昇温
して中心部までオーステナィト化するまで保持し、その
後炉中で徐冷してフェライト組織にする事により耐食性
、機械的性質の優れた材質を得る事ができ、しかもねじ
切り等の機械加工の容易な硬度を有している為に構築用
のボルト等の結締具に適した接続部品とすることができ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｃ２．５〜３．８％、Ｓｉ２．０〜３．５％、Ｍｎ
   ０．４％以下、Ｓ０．０２％以下、Ｐ０．１％以下、Ｃ
   ｕ０．３〜１．０％、Ｎｉ１．０〜３．０％、Ｍｇ、Ｃ
   ａ，Ｃｅ、Ｙのいづれか一種又は二種以上合計で０．０
   ８％以下の成分を有する球状黒鉛鋳鉄であつて且つ基地
   がフエライト組織であることを特徴とする耐食性、機械
   的性質に優れた合金球状黒鉛鋳鉄。 ２ Ｃ２．５〜３．８％、Ｓｉ２．０〜３．５％、Ｍｎ
   ０．４％以下、Ｓ０．０２％以下、Ｐ０．１％以下、Ｃ
   ｕ０．３〜１．０％、Ｎｉ１．０〜３．０％、Ｍｇ、Ｃ
   ａ，Ｃｅ、Ｙのいづれか一種又は二種以上合計で０．０
   ８％以下の成分を有する球状黒鉛鋳鉄であつて、それを
   オーステナイト化温度まで加熱してオーステナイト組織
   とし、その後炉中で徐冷し基地をフエライト組織とする
   ことを特徴とする耐食性、機械的性質に優れた合金球状
   黒鉛鋳鉄を得る熱処理方法。 ３ Ｃ２．５〜３．８％、Ｓｉ２．０〜３．５％、Ｍｎ
   ０．４％以下、Ｓ０．０２％以下、Ｐ０．１％以下、Ｃ
   ｕ０．３〜１．０％、Ｎｉ１．０〜３．０％、Ｍｇ、Ｃ
   ａ，Ｃｅ、Ｙのいづれか一種又は二種以上合計で０．０
   ８％以下の成分を有する球状黒鉛鋳鉄であつて且つ基地
   がフエライト組織である耐食性、機械的性質に優れた合
   金球状黒鉛鋳鉄で作られたことを特徴とする接続部品。