JPS6040502B2 - 複合鉄 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、柔軟性，耐食性を主とし、その他多様な可能
性をもった複合材料的性格の鉄（以下複合鉄という）に
関するものであり、特に本発明は、温間温度で超塑性を
有し、常温において強さと級性を兼ね備え、さらに熱処
理によって高硬度となすことのできる複合鉄に関するも
のである。

従来の鉄は、その性質上酸化しやすく、従ってすぐに錆
びて腐食しやすい。そのため鉄製品のほとんどはその対
策上表面塗装をしたり、用途と環境によっては鉄以外の
金属にたよらねばならないために工業材料としての用途
が目から限られていた。本発明は今日製造される鉄に比
し、著しく異なった組織を有し、また同一炭素含有量の
高炭素鉄よりはるかに柔軟性にとみ、かつ中世に生産さ
れた鉄よりはるかに耐食性に優れる鉄を提供することも
目的とするものである。

次に本発明を実施例に基いて詳細に説明する。本発明者
らは昭和熟年２月２２日付でたたら製鉄炉とこの炉によ
る製鉄方法を特許出願（特開昭５５一１１紙１６号）し
た。本発明の複合鉄は上記特関昭５５−１１紙１６号に
開示した製鉄方法により製造されるものである。前記発
明によれば、前方後円形の炉底とこれを覆う俺体部とを
有し、この俺体部の側面には左右各３個の送風口を設け
ると共に、後円形部分の底の上部を覆う俺体部の内側中
位以上の高さに段差を設け、その俺体部の頂部に原材料
等の投入口を設けた製鉄炉に、木炭を適量菱入し、４０
０こ○から５００ｏｏに加熱する。

次に原材料砂鉄あるいは鉄鉱石を菱入しさらに木炭を装
入して加熱還元する。このさし、温度にじゆうふくん注
意し、送風しながら１０００ｏｏ前後に炉内温度を保ち
つつ、随時木炭を供給しつつ約７幼時間製錬する。この
様な炉構造をもった製鉄炉にて製錬した鉄を自然冷却さ
せたのち取り出す。このようにしてできた鉄の成分組成
の一例を表に示す。

註：上記各元素のうち：Ｎａ，ＡＺ，Ｔｉ，Ｍｎ，Ｇａ
，Ａｓは熱中性子放射化分析法にょる分析値；Ｓｉはモ
リブデンブルー吸光光度法による分析値；Ｓは燃法宅ガ
スクロマトグラフ法にょる分析値；Ｃａ，Ｃｒ，Ｃｏ
，Ｎｉ ，Ｃｕは原子吸光法にょる分析値；Ｃは赤外線
吸収法にょる分析値である。

上記成分組成の鉄の断面を研磨後ピクラール標準液で腐
食後、光学顕微鏡によりその組織を観察したところ、第
１図の顕微鏡写真（倍率２０の音）に示すようにセメン
タイト（白色の部分）とパーライト（縞状の部分）の共
晶マトリックス中に片状黒鉛（黒色の細長い片状形）が
多量に存在する組織（炭素含有量３．８〜４．３％の部
分）と、第２図の顕微鏡写真（倍率２０の苦）に示すよ
うにパーラィト（灰白色の部分）と共晶，初折セメンタ
ィト（白色の部分）より主とてなる組織（炭素含有量１
．５〜１．９％の部分）と、第３図の顕微鏡写真（倍率
２０ぴ音）に示すように純鉄に近い主としてフェライト
よりなる組織（炭素含有量０．０５〜０．３％の部分）
との３種の組織部分が第４図の顕微鏡写真（倍率】０併
苔）に示すようにからみ合った構造を有しているいわゆ
る複合鉄というべき鉄であることを新規に知見した。

次に本発明の複合鉄の組織構造についてさらに説明する
。

第５図の顕微鏡写真（倍率２０坊音）および第５図の一
部をさらに拡大した第６図の顕微鏡写真（倍率４０針音
）において、地の白い部分はフェライトであり、黒Ｖ点
が点在している部分はフェライト中に微細黒鉛が分散し
ている部分であり、島状の擬楕円形部分は粗大初晶セメ
ンタイト粒が介在している部分であると考えられる。

第５および６図に示す組織ならびに第４図に示すように
高炭素，中炭素および低炭素をそれぞれ含有する組織が
からみ合った組織構造は従来知られていない。なお本発
明の複合鉄は前記本発明者らが発明した製鉄炉より取出
したま）の状態では玉状，微粒状，不定形状などの形状
をそれぞれ有する複合鉄である。次に本発明の複合鉄を
実験データに基いて説明する。

本発明鉄と市販の釘（炭素含有量０．０５％）とを１０
％の食塩水に浸潰した後取出して空気中に２岬時間放置
した。

放置後それぞれの鉄を取出して表面状態を観察したとこ
ろ、市販の釘は全面が赤錆びでおおわれてし、たが、一
方本発明鉄は表面がうっすらと黒色に変化しただけであ
った。次に高純度鉄ＲＲＲＨ，４．２Ｋ６０００〔縦磁
界７５０ェルステッド，絶対温度４．狐における残留抵
抗比（ｒｅｓｉｄＭ１ｒｅｓｉｓｂｎｃｅｒａｔｉｏ）
６０００〕と；現状の市販のかすがし、と；本発明鉄の
鍛造品との３種類の鉄をホウ酸系緩衝溶液（０．１９Ｍ
−＆Ｂ０３十０．０３７８Ｍ−Ｎａ２Ｂ４０７，ｐＨ８
．４５，Ｎ２脱気）中でアノード分極曲線を用いて耐食
性を調べた。

この結果は第７図に示すようであり、縦軸に示す電流値
ｌａ／Ａ・ｍ‐２が小さい程耐食性が優れていることを
示すものである。同図によれば現代市販のかすがし、■
は技も耐食性が劣り、次に高純度鉄ｍも耐食性が劣って
いるのに対し、本発明の複合鉄は極めて耐食性に優れて
いることが判る。本発明の複合鉄を温間あるいは熱間で
加工する場合に１５００％以上の伸び、すなわち超塑性
を示すが、このような超塑性は現在製鉄，製鋼方法によ
りメルトダウン方式により製造された鉄には全く見るこ
とのできない特性であり、また本発明の複合鉄はＡ，点
以下の固相においても軟鋼と容易に接合すなわち固相圧
着させることができるという優れた特性を有することが
この組織上から裏付けされる。

とにかく本発明の複合鉄は組織的に上述のような３つの
組織がからみあった新規な組織よりなるため硬くしかも
柔軟で、割れにくいという一見矛盾した性質をもち、し
かも錆びにくく腐りにくいという点でも従来鉄を克服し
ている。

また本発明鉄によって作った刃物は、日本刀の古刀に優
るとも劣らない切れ味を有し、さらに従釆鉄による刃物
と較べ格段の差を示す切れ味と、柔軟性をもっている。
また本発明鉄は、従来鉄にくらべて脱炭，惨炭が非常に
自由に制御でき、銭援及び圧後によりつぎ目がなくなる
という効果がある。本発明は工学材料として熱望されな
がらも、作ることの出来なかった新規な複合鉄であり、
本発明の複合鉄を加工，熱処理することにより級性，硬
度ならびに耐食性に殴れ、従来品に見られない特性を有
する材料を提供することができるので、将来種々の適用
が期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の複合鉄の高炭素部分の組織を示す顕微
鏡写真（倍率２０び音）、第２図は本発明の複合鉄の中
炭素部分の組織を示す顕微鏡写真（倍率２０の音）、第
３図は本発明の複合鉄の低炭素部分の組織を示す顕微鏡
写真（倍率２０針音）、第４図は本発明の複合鉄の高炭
素部分、中炭素部分および低炭素部分の３種の組織がか
らみ合った組織構造を示す顕微鏡写真（倍率ＩＯＮ音）
、第５図は本発明の複合鉄の組織の一部の顕微鏡写真（
倍率２００倍）、第６図は第５図に示す組織の拡大顕微
鏡写真（倍率４０針音）、第７図は本発明の複合鉄およ
び市販の鉄筆の耐食性を比較して示す図である。 第１図第２図第３図 第４図 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 平均炭素０．３〜０．８％を含み、残部Ｆｅと不可
   避的不純物からなり、その組織は炭素３．８〜４．３％
   ，１．５〜１．９％，０．０５〜０．３％をそれぞれ含
   有する３種の組織からなり、前記炭素３．８〜４．３％
   を含有する組織はセメンタイトとパーライトの共晶マト
   リツクス中に片状黒鉛が多量に存在する組織からなり、
   前記炭素１．５〜１．９％を含有する組織は共晶，初析
   セメンタイトとパーライトより主としてなり、さらに前
   記炭素０．０５〜０．３％を含有する組織は純鉄に近い
   フエライトより主としてなり、かつ前記３種の組織がか
   らみあつた組織構造を有することを特徴とする複合鉄。