JPS60500217A - 改良された強度を有するダクタイル鋳鉄の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 改良された強度を有するダクタイル鋳鉄の゛製造方法 背景技術 ダクタイル鋳鉄は、ノジュラー鋳鉄又は球状黒鉛鋳鉄としても知られていて、ね ずみ鋳鉄中では通常は黒鉛が片状に、可鍜鋳鉄中では押しつぶされた集合体とし て存在しているのに代って、微小な球状又は粒状となって存在している鋳鉄であ る。

非合金ノジュラー鉄の組成はねずみ鋳鉄の組成と類似し、同程度の量の炭素、け い素、マンガンおよびリンを含有する。その球状黒鉛組織は溶融鉄に１種または 複数種の元素を添加することによって得られ、これらの元素は通常ノジュラー化 剤と呼ばれ、商業ベースではマグネシウムおよび／又はセリウムである。

ダクタイル鋳鉄（・ま鋳造状態（鋳放しの１＼）で製造されろか、あろい（はフ ェライト化焼な徒しなどの焼なまし処理、または焼入れ焼もとしも可能である。

鋳放し０１才のダクタイル鋳鉄のミクロ組織は７トリノクスが少量のセメンタイ トを伴なったパーライト組織であり、黒鉛ノジュールの各々を囲んでいる相当量 のフェライト（一般にプルスアイ・フェライトと呼ばれている）が存在する。パ ーライト、フェライトおよびセメンタイトの相対的な量は組成、接種剤の種別、 接種法および最も重要なものとして冷却速度によって決まる。

焼な丑しされたダクタイル鋳鉄、特にフェライト化焼な捷しされた鋳鉄のミクロ 組織は、マトリツクスがフェライトでその中に黒鉛ノジュールが少量または無視 しうる量のセメンタイトと共に存在している。オーステンパー処理されたダクタ イル鋳鉄のミクロ組織はオーステナイトとマルテンサイト又はベイナイトから成 る混合相組織のマ）　ＩＪソックスある（米国特許２．３２４，３２２と３．８ ６０，４５７参照）。焼入れ焼戻しされたダクタイル鉄のミクロ組織は、焼戻し マルテンサイトおよび／又はベイナイト組織である（米国特許３，７０２，２６ ９参照）。

ダクタイル鋳鉄のこれらいくつかの型のミクロ組織１ｉ−ｊ、物理的性質の全体 の組み合わせの点で向上を望まれろ余地が残されている。例えば、従来の鋳放し のままのダクタイル鋳鉄の降伏強さは典型的に約４２ｋｇｆ／ｍｘ２（６Ｑ　ｋ ｓｉ　）　、引張強さは約５６　ｋｇｆ／１ｎｙｎ２（８０ｋＳ１）、伸びは約 ３％である。この種の鉄は特に強くもなく、特に延性でもない。焼なましされた ダクタイル鋳鉄、特にフェライト化焼なましされたものは、降伏強さが約２　Ｂ 　ｋｇｆ／ｍｘ２（４０ｋｓｉ　）、引張強さが４２ｋｇｆ鷹”（６０ｋｓｉ） で伸び：は１０−１８係になる。後者の鉄は延性はすぐれているが、特に強いも のではな！／′１ｏ従来の焼入れ焼もどしされたダクタイル鋳鉄は、典型的に降 伏強さが約６３　ｋｇｆ／ｍｙｎ、”　（９Ｑ　ｋｓｉ　）　、引張強さが８４ −ｋｇｆ／Ｉｕ１２（１２０ｋｓｉ　）　Ｔ、伸びＨ２％以下である。焼入れ焼 戻しされたダクタイル鋳鉄は非常に強いが延性（は劣っている。

先行技術で要求されていることは、２７５−２９０ＢＨＮ　（プリネル硬度〕の 範囲の非常に高い硬さと共に、少くとも５６　ｋｇｆ　／ｍｘ”　（３Ｑ　ｋｓ ｉ　）の降伏強さ、９８ｋｇｆ／Ｂ２（１４０ｋｓｌ）の引張強さを含む物理的 諸性質が粗み合わせて向上されたダクタイル鉄を製造する方法と能力である。

発明の開示 本発明は、ダクタイル鋳鉄を製造する改良された方法〔および改良された鋳鉄組 成〕であり、前記ダクタイル鋳鉄は、針状フェライトとベイナイトとからなる伏 強さ及び少くとも９８　ｋｇｆ／ｍｙｎ”　（１４０，０００ｐｓｊ、　）の引 張強さを示す。

該方法は次の工程を含む：（ａ）実質的に重量で３，０−６．６％の炭素と、３ ．５−５．０％のけい素と１．７−５．０係のニッケルと、０−１ろ飴のモリブ デンと、２−．４％のマンガンと１．０１５％未満の硫黄と１．０６％未満のリ ンと実質的に残部の鉄とからなる鉄合金を溶解し、前記溶湯にノジュラー化剤な 作用させて冷却と凝固に際して黒鉛が凝集してダクタイル鋳鉄になるようにして タゞクタイル鋳鉄を形成し：（ｂ）前記ダクタイル鋳鉄を８．５７−８９８°Ｃ （１５７５−１６５０Ｆ″〕に１−３時間加熱Ｉ、てから直ちに少くとも１分当 り１５２．８°ＣＣ２７５″Ｆ）の速度で２０４−４１３°Ｃ（４００−７７５ ’Ｆ）−ｆで急冷し；そして（ｃ）ダクタイル鋳鉄を後者の温度に、５−４時間 保持し引続いて室温まで冷却するＯ そのようにして得られたダクタイル鋳鉄は、フェライトと」二ｇＢベイナイトか ら々るマトリックスを有する０溶湯のけｂ素含有量は、鋳鉄中のけい素濃度がマ トリックスに沿ってミクロ的なさざ波状になって存在するように熱処理温度と相 互に関連づけろようにするのが好ましい。このようなけい素のミクロ的濃度勾配 （１、フェライト中のけい素含眉量が上部ベイナイト中のけい素含有量よりも少 くとも１．５重量係たけ多くなるようにするものであることが好ましい。これは 直径６．６５−７１１．２　’３　ｍＭ　（’／４　’／６インチ）の粒度な有 するノジュラー化剤を使って、けい素θつさざ波状偏析を確保することによって 促進することができる。捷た溶湯の化学分析値としては、炭素が６．６％、けい 素７５；４．０％、ニッケルが１．３％％モリブデンが、６０％、マンガンが、 ２％であるのが好適である。

工程（ｂ）および（Ｃ）での加熱で、工程（ｂ）におけろ８７１’Ｃ（１６００ ’Ｆ）のオーステナイト化処理温度を用い、続いてソルトパス中で急冷し、工程 （Ｃ）での保持＠度が６８５°Ｃ（７２５乍）であって冷却がｌぐ°−ミキュラ イト［ｖｅｒｍｉｃｕｌｉｔｅ　（ひる石）〕中で６時間に亘って行なわれれば 有利である。

本発明の合成物は、実質的に重量でろ、０−３．６％の炭素と、６．５−５．０ 係θ）けい素と１．７−５．０％のニッケルと、０−．３％のモリブデン、！： １．２−、４係のマンガンと１．０６　％未満のリンと、０１５％未満の硫黄と １．０２−．０６％のノジュラー化剤と実質的に残部の鉄とからなるフェライト ／ベイナイトダクタイル鋳鉄である。この合成物のマトリックス組織は、好適に は７０−８５％のベイナイトと、１５−３０％のフェライトと、１−２％の等質 オースナイトとから成る。この合成物は、少くとも９８ｋｇｆ／ｍｙｎ”　（１ ４０ｋｓｉ）の引張強さと、少くとも５６ｋｇｆ／Ｕ２（８０ｋＳ１）の降伏強 さと、６−１０％の伸びと、少くとも２７５　ＢＨ＋ｖの硬さとを有する。

図面の簡単な説明 第１図ぽ、本発明のｆヒ学成分を用いた鋳放し状態（熱処理なし〕のダクタイル 鋳鉄の顕微鏡写真（倍率１００Ｘ）ｉ 第２図は本発明の熱処理された材料の顕微鏡写真（倍率５００Ｘ）で、ンリコー フエライトと上部ベイナイトとのミクロ組織を示している。

発明を実施するための最良の形態 フェライトと上部ベイナイトからなるマトリックスを有するミクロ組織を備えた ダクタイル鋳鉄を製造するための、本発明を実施する好ましいフ０ロセスは以下 の通りである。

溶解 ノジュラー化処理の前に、ノジュラー鉄に変化させろ予定の浴融法の基本組成が 、鋼と鋳鉄スクラップと種々の等級の銑鉄との適切な割合によって構成されろ。

溶湯の鉄成分は、通常鉄や鋼に添加されろある種の合金元素は勿論、リン、クロ ム、チタン、銅、鉛、及び黒鉛化な妨（げるその飴の非鉄金属の含有量が低いも のでなければならない。ノジュラー鋳鉄を作るだめの通常の溶湯は、典型的に重 量で３．０−３．８％の炭素と、２．４−２．６％のけい素と１．６−．７％の マンガンと、６０１５％を超えないように制限される硫黄および、０６　％まで に制限されるリンとを包含している。

本発明によれば、鉄基合金は３．０−３．６％の炭素（好適には３，２係の炭素 〕と、３．５−５．０％のけい素（好適にハ４．０％）と１，７−５％のニッケ ル（好適には１．ろ饅のニッケル）と、０−１ろチのモリブデンと１．２−．４ ％のマンガンと、通常の上限量のリンおよび硫黄と共に残部が実質的に鉄から成 るもθっである。

硫黄は、硫黄の低い主成分材料を用いること、溶湯を脱硫すること、又は両者を 組み合わせることによって抑制される。溶湯の温度と組成の良好な制御が維持さ れるならば、どのような溶解設備でも使用できる。

一般に用いられろ施設ば：（ａ）酸・汁又は塩基性スラグな用いろキュポラ溶解 、（ｂ）酸性又は塩基性キュポラ溶解に続いて酸性または塩基性電弧炉中で溶解 し組成の調整を行ないその後でマグネシウム合金による処理のために溶湯温度を 上昇させろ複合溶解および（ｃ）酸性又は塩基性電弧溶解である。

溶湯の温度は、鋳造状態で良好な機械的性質を有する健全な鋳造品を製造するの に極めて重要なものである。最適温度は鋳込１れる鋳造品の断面肉厚、溶解設備 及び鋳型への金属の配分、マグネシウム及び他の接種剤の添加方法並びに用いら れる湯口方案にＪ：つて左右されろ。

ノジュラー鉄溶湯の構成の変化量に対する化学的限界は重要である。例えば、３ ．５−５．０なるけい素の化学的範囲限界については、ろ、５見、下のけい素を 用いた溶湯は（ａ）プルスアイ・フェライトを生じ、本発明で望まれるフェライ ト／ベイナイト混合組織を生じず、（ｂ）ベイナイトが増加することにより延性 を極度に低減させろ。けい素含有量が５．０％を超えると、過剰のけい素による 脆化のため合成物（は十分な強度を有することができない。しかし、更に重大な ことは、オーステナイトｆヒ領域が狭くなることと、温度制御に対する要求が不 都合な程度捷で厳重になることにより材料の熱処理が困難になる。

ニッケル含有量が所望量より低いと、マトリックスの組織はある程度のベイナイ トを伴なったパーライト組織を呈し、強度と延性を著るしく低下させろ。伸びは 、他の機械的性質の低下を伴って２−６係に低下する。ニッケル含有量が６係を 超えると、合成物の機械的性質は劣化しなくても材料の加工が極めて高価になる 。

重量で、６係を超えろモリブデンを期用するとモリブデンの偏析が生じ、それに よりフェライト相の好ましくない組織を生ずる。

球状黒鉛は、マグネシウム、セリウム、カルシウム、リチウム、ナトリウム等を 含む元素の１種又はそれ以上を溶融金属に添加することによって生成され９本明 細書にとって重要憾なものはマグネシウムとセリウムの二つだけであり、その理 由はその二つが商業的に入手可能で且つ夏用されているからである。この三者中 ではマグネシウムの方が一層多く使われ通常は、（ａ）鉄／ケい素／マグネシウ ム、（ｂ）ニッケル／鉄／ケい素／マグネシウム／、（Ｃ）ニッケル／マグネシ ウム、又は他の組み合せからなる合金として添加される。マグネシウムは何種か の方法のどれを用いても溶湯にさらされろ。ｔｐ在の産業界では、とりべ中処理 と鋳型肉処理が使用されているが、圧力とりべ１去や浸漬耐火バスケット法など も利用できる。

熱処理 ノジュラー鋳鉄は凝固及び冷却の後２段階で熱処理され、第１段階は８５７−８ ９８°Ｃ（１５７５−１６５０’Ｆ）に１−６時間、好捷しくば２時間加熱する ものである。この加熱は、オーステナイトとフェライトの混合相が生成されろ実 質的なオーステナイト化である。第２段階では、鉄は直ちに２０１Ｌ−４１３° Ｃ（４００−７７５″Ｆ）の温度に１で少くとも１５２．８’Ｃ／分（２７５’ Ｆ／分）の速度′で、好ましくはソルトバス中で急冷されろ。この温度で、５− ４時間保持され、その後室温１で≠−目１９．５°Ｃ／分（３５″Ｆ／分）又は それり、下の速度で、好１しくにマルテンサイト変態を防止すべくバーミキュラ イト中で冷却（好ましくは徐冷〕されろ。生成された鋳鉄は、フェライトとベイ ナイトとの独特な組合わせを有する。これ（ｒｉ非自明な結果であり、何故なら ば先行技術はフェライトを得るには徐冷が必要であり、一方ペイナイトを得るに は急冷が必要であると認めているからである。通常とは異なる化学成分ならびに 処理により、表面上は相反するような目標が同時に達成された。

本発明の化学成分と処理の限界を例証するために試料が準備されて熱処理された 。生じたデータを第１表に示す。全ての試料は重量でろ、０−３．６％の炭素と 、＼ ０ ．０６％未（角のリンと５１．０１５％未角の硫黄を含有していた。各ダクタイ ル鉄は強く〔少くとも５６ｋｇｆ／ｒｎｙｎ”（８０ｋｓｉ　）の降伏強さ、少 くとも９８　ｋ！？ｆ／ｍｕ”（１４０ｋｓｉ　）の引張強さ〕で延性（少くと も６％の伸びってあった。

国際調査報告

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　フェライトとベイナイトとからなろマ［リツクスを有するミクロ組織を備 え、少くとも９８ｋｇｆ／ｍＬ２の引張強さと少くとも５６ｋｇｔ／ｍ、２の降 伏強さと少くとも６−１０％の伸びとを示すダクタイル鋳鉄の製造方、去であっ て： （ａ）実質的に重量で６．０−６．６係の炭素と、３．５−５．０％のけい素と １．７−５．０条のニッケルと、〇−８６％のモリブデンと１．２−．４％のマ ンガンと１．０６係を超えないリンと１．０１５係を超えない硫黄と、実質的に 残部の鉄とからなる鉄合金を溶解し、該溶解鉄合金に凝固及び冷却後にダクタイ ル鋳鉄を生成すべくノジュラー化剤を作用させ； （ｂ）前記ダクタイル鋳鉄を８５７−８９８°Ｃσ〕温度で１−３時間加熱し、 直ちにろ７５−６９９°Ｃの温度まで少くとも１５２．８°Ｃ／分の速度で急冷 し；さらに（Ｃ）　前記ダクタイル鋳鉄を２０４−４１３″ＣＱ）温度で、５− ４時間保持し続いて室温まで冷却する；諸工程を有するダクタイル鋳鉄の製造方 法。 ２　前記鉄合金の、容湯が約４１．Ｏ％σ〕けい素と、１．６係のニッケルと１ ，５係のモリブデンと１，２襲のマンガンと本質的に残部の鉄とから成っている 請求の範囲第１項に記載の方法。 ろ　前記熱処理（は、第１段階で約８７１°Ｇに２時間加熱して直ちに３８５° Ｇまで急冷し室温まで冷却する前に約２時間保持することによって実施される請 求の範囲第１項に記載の方法。 ４、　前記鉄合金中に存在するけい素は臨界的なミクロ濃度勾配にあり、それに よづてフェライト中のけい素含有量が重量で少くとも約１．５％だけベイナイト 中のけい素含有量よりも多くなっている請求の範囲第１項に記載の方法。 ５　実質的に重量でろ、０−３．６％の炭素と、３．５−５．０％のけい素と１ ．７−５．０％のニッケルと、０−１３％のモリブデンと１．２−．４％のマン ガンと１．０６％未満のリンと１．０１５％未満の硫黄と１．０２−．０６　％ のマグネシウムと、実質的に残部の鉄とから成るフェライト−ベイナイト・ダク タイル鋳鉄合成物であって、７０−８５％のベイナイトと、１５−３０％の針状 フェライトと、０−２％の等質オーステナイトとを有しグラファイトノジュール がマトリックス全体に分散しているマトリックスを有するミクロ組織により荷に 特徴付けられるダクタイルνｊ鉄合成物。 ６　前記合成物が少くとも９８　ｋｇｆ／　ｍｘ２の引張強さと、少くとも５６ ｋｇｆ／門２の降伏強さと、６−１０％の伸ひとを示￥請求の範囲第５項に記載 の≠す＃＃ツ合成物。 Ｚ　前記合成物が更に少くとも２７０　ＢＨＮの硬度レベルを示す請求の範囲第 ６項に記載の合成物。 １４ ８　前記ノジュラーｆヒ剤は６．３５Ｕから４．２３ｙの平均粒度直径を有する 請求の範囲第１項に記載の方法。 特許ａＧＯ−５００２１７（２）