(57)【要約】【課題】摩擦係数が低く、靱性に優れる鋳鉄材を提供する。【解決手段】本実施形態による鋳鉄材は、化学組成が、質量％で、Ｃ：２．４〜３．３％、Ｓｉ：２．０％以下、及び、Ｍｎ：０．３３％以下、を含有し、ミクロ組織において、黒鉛を除いた総面積に対するフェライトの面積率は８８．５％以上であり、鋳鉄材の長手方向に平行な縦断面において、黒鉛の平均アスペクト比が１１．０以上であり、鋳鉄材の長手方向に垂直な横断面において、黒鉛の平均アスペクト比が９．０以下である。【選択図】図１
2020164917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳鉄材であって、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：２．４〜３．３％、
Ｓｉ：２．０％以下、及び、
Ｍｎ：０．３３％以下、
を含有し、
ミクロ組織において、黒鉛を除いた総面積に対するフェライトの面積率は８８．５％以上であり、
前記鋳鉄材の長手方向に平行な縦断面において、前記黒鉛の平均アスペクト比が１１．０以上であり、
前記鋳鉄材の長手方向に垂直な横断面において、前記黒鉛の平均アスペクト比が９．０以下である、
鋳鉄材。
【請求項２】
鋳鉄材の製造方法であって、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：２．４〜３．３％、
Ｓｉ：２．０％以下、及び、
Ｍｎ：０．３３％以下、
を含有する鋳鉄素材を準備する工程と、
前記鋳鉄素材を９２０〜９８０℃に加熱する加熱工程と、
前記加熱工程後の前記鋳鉄素材に対して熱間加工を実施し、前記熱間加工中の前記鋳鉄素材の表面温度を８６０〜９４０℃とする熱間加工工程と、
前記熱間加工工程後の前記鋳鉄素材に対して、６６０℃〜Ａc1変態点の熱処理温度でフェライト化熱処理を実施する熱処理工程とを備え、
ミクロ組織において、黒鉛を除いた総面積に対するフェライトの面積率は８８．５％以上であり、前記鋳鉄材の長手方向に平行な縦断面において、前記黒鉛の平均アスペクト比が１１．０以上であり、前記鋳鉄材の長手方向に垂直な横断面において、前記黒鉛の平均アスペクト比が９．０以下である鋳鉄材を製造する、
鋳鉄材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳鉄材に関し、さらに詳しくは、熱間加工して製造される鋳鉄材に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳鉄材は、炭素（Ｃ）含有量が２．１％以上の鋼である。鋳鉄材は、一般の炭素鋼材と比較して融点が低く、鋳造により成型しやすい。さらに、鋳鉄材は耐摩耗性に優れる。そのため、鋳鉄材は、圧延ロールとして利用されている。
【０００３】
鋳鉄材の圧延ロールへの使用として、たとえば、特開２０１５−２０５３４２号公報（特許文献１）、特開２００５−２７０９９１号公報（特許文献２）、特開２００１−２９４９７５号公報（特許文献３）に、鋳鉄材を利用した複合ロールが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−２０５３４２号公報
【特許文献２】特開２００５−２７０９９１号公報
【特許文献３】特開２００１−２９４９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、通常、金属素材の圧延に使用される圧延ロールでは、圧延時において、金属素材との摩擦が生じる。そのため、圧延ロールの表面粗さが使用時間とともに大きくなる。圧延ロールの表面平坦性は製品の外観性（美観）に影響する。そのため、使用開始から一定量の金属素材の圧延を実施した後の圧延ロールに対して、研削を実施して、圧延ロールの表面粗さを小さくして、使用開始時点の表面粗さに近づける。圧延ロールの摩耗量が大きいほど、上述の研削量が増大し、製造コストが高くなる。したがって、圧延ロールの摩耗による表面粗さの増大を抑制できれば、製造コストを低減することができる。圧延ロールにおいて、圧延ロール自体の摩擦係数を小さくできれば、表面粗さの増大が抑制され、圧延ロールの寿命が延びる。そのため、圧延ロールの研削量を抑えることができる。さらに、圧延ロールは、圧下時に強い外力を受けるため、高い靱性も求められる。したがって、圧延ロールとして使用される鋳鉄材では、摩擦係数が低く、靱性に優れることが要求される。
【０００６】
本発明の目的は、摩擦係数が低く、靱性に優れる鋳鉄材、及び、鋳鉄材の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による鋳鉄材は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：２．４〜３．３％、
Ｓｉ：２．０％以下、及び、
Ｍｎ：０．３３％以下、
を含有し、
ミクロ組織において、黒鉛を除いた総面積に対するフェライトの面積率は８８．５％以上であり、
前記鋳鉄材の長手方向に平行な縦断面において、前記黒鉛の平均アスペクト比が１１．０以上であり、
前記鋳鉄材の長手方向に垂直な横断面において、前記黒鉛の平均アスペクト比が９．０以下である。
【０００８】
本発明による鋳鉄材の製造方法は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：２．４〜３．３％、
Ｓｉ：２．０％以下、及び、
Ｍｎ：０．３３％以下、
を含有する鋳鉄素材を準備する工程と、
前記鋳鉄素材を９２０〜９８０℃に加熱する加熱工程と、
前記加熱工程後の前記鋳鉄素材に対して熱間加工を実施し、前記熱間加工中の前記鋳鉄素材の表面温度を８６０〜９４０℃とする熱間加工工程と、
前記熱間加工工程後の前記鋳鉄素材に対して、６６０℃〜Ａc1変態点の熱処理温度でフェライト化熱処理を実施する熱処理工程とを備え、
ミクロ組織において、黒鉛を除いた総面積に対するフェライトの面積率は８８．５％以上であり、前記鋳鉄材の長手方向に平行な縦断面において、前記黒鉛の平均アスペクト比が１１．０以上であり、前記鋳鉄材の長手方向に垂直な横断面において、前記黒鉛の平均アスペクト比が９．０以下である鋳鉄材を製造する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による鋳鉄材は、摩擦係数が低く、靱性に優れる。本発明による鋳鉄材の製造方法は、摩擦係数が低く、靱性に優れる鋳鉄材を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本実施形態の鋳鉄材の長手方向に平行な断面（縦断面）での光学顕微鏡写真画像である。
【図２】図２は、鋳鉄材の断面中の黒鉛の一例を示す模式図である。
【図３】図３は、黒鉛縦断面アスペクト比の平均と、黒鉛横断面アスペクト比の平均とを測定するためのサンプルの採取位置を説明するための模式図である。
【図４】図４は、図３のサンプルの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明者は、鋳鉄材の摩擦係数及び靱性の改善について検討を行った。従来の鋳鉄材では、内部の黒鉛をなるべく球状化することにより、耐摩耗性を高めていた。また、外層組織を硬質組織（マルテンサイト、ベイナイト、パーライト）とすることにより、耐摩耗性を高めていた。そして、従来の鋳鉄材では、熱間加工を実施することなく、鋳造したものを圧延ロールとして使用していた。
【００１２】
しかしながら、本発明者は、上述の従来のアプローチとは全く異なるアプローチを試みた。すなわち、本発明者は、鋳鉄材中の黒鉛を球状とするのではなく、あえて、延伸させて板状にすることにより、摩擦係数を改善できるのではないかと考えた。
【００１３】
そこで、本発明者は、鋳鉄材に対して熱間加工を実施することにより、黒鉛形状を制御することを試みた。鋳鉄材に対して、熱間鍛造に代表される熱間加工を実施する場合、鋳鉄材の熱間加工性が問題となる。そこで、本発明者は、鋳鉄材の化学組成を検討した。その結果、本発明者は、鋳鉄材の化学組成が、質量％で、Ｃ：２．４〜３．３％、Ｓｉ：２．０％以下、及び、Ｍｎ：０．３３％以下を含有すれば、熱間加工（熱間鍛造）が可能であり、摩擦係数及び靱性の改善が可能と考えた。
【００１４】
さらに検討した結果、熱間加工により製造された鋳鉄材において、鋳鉄材の長手方向に平行な断面（縦断面）の黒鉛の平均アスペクト比が１１．０以上であり、かつ、鋳鉄材の長手方向に垂直な断面（横断面）の黒鉛の平均アスペクト比が９．０以下となるような、いわゆる板状の黒鉛形状とすれば、摩擦係数が著しく改善されることが判明した。
【００１５】
しかしながら、上述の平均アスペクト比を有する板状の黒鉛を含む鋳鉄材であっても、十分な靱性が得られない場合があった。そこで、本発明者はさらに、鋳鉄材の靱性の向上について検討を行った。その結果、熱間加工後の鋳鉄材に対して、６６０℃〜Ａc1変態点で熱処理を実施して、鋳鉄材のミクロ組織をフェライト組織とすることにより、鋳鉄材の靱性を顕著に高めることができることが判明した。熱間加工後の鋳鉄材に対して６６０℃〜Ａc1変態点で熱処理を実施することにより靱性が高まる理由は定かではないが、次の理由が考えられる。鋳鉄材において、縦断面の黒鉛の平均アスペクト比が１１．０以上となり、横断面の黒鉛の平均アスペクト比が９．０以下となる程度に熱間加工を実施した場合、熱間加工工程においてオーステナイト結晶粒が再結晶により微細化される。そして、熱間加工にて板状となった黒鉛が、熱間加工後の熱処理時におけるフェライト結晶粒の粗大化を抑制する。その結果、熱処理後の鋳鉄材では、実質的にフェライト結晶粒が小さいまま保たれたミクロ組織となり、優れた靱性が得られると考えられる。
【００１６】
以上のとおり、本実施形態の鋳鉄材は、鋳造後熱間加工を実施しないことを前提とする従前の鋳鉄材とは全く異なる技術思想に基づいて完成したものであり、次の構成を有する。
【００１７】
本実施形態による鋳鉄材は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：２．４〜３．３％、
Ｓｉ：２．０％以下、及び、
Ｍｎ：０．３３％以下、
を含有し、
ミクロ組織において、黒鉛を除いた総面積に対するフェライトの面積率は８８．５％以上であり、
前記鋳鉄材の長手方向に平行な縦断面において、前記黒鉛の平均アスペクト比が１１．０以上であり、
前記鋳鉄材の長手方向に垂直な横断面において、前記黒鉛の平均アスペクト比が９．０以下である。
【００１８】
本実施形態による鋳鉄材の製造方法は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：２．４〜３．３％、
Ｓｉ：２．０％以下、及び、
Ｍｎ：０．３３％以下、
を含有する鋳鉄素材を準備する工程と、
前記鋳鉄素材を９２０〜９８０℃に加熱する加熱工程と、
前記加熱工程後の前記鋳鉄素材に対して熱間加工を実施し、前記熱間加工中の前記鋳鉄素材の表面温度を８６０〜９４０℃とする熱間加工工程と、
前記熱間加工工程後の前記鋳鉄素材に対して、６６０℃〜Ａc1変態点の熱処理温度でフェライト化熱処理を実施する熱処理工程とを備え、
ミクロ組織において、黒鉛を除いた総面積に対するフェライトの面積率は８８．５％以上であり、前記鋳鉄材の長手方向に平行な縦断面において、前記黒鉛の平均アスペクト比が１１．０以上であり、前記鋳鉄材の長手方向に垂直な横断面において、前記黒鉛の平均アスペクト比が９．０以下である鋳鉄材を製造する。
【００１９】
以下、本実施形態の鋳鉄材及び鋳鉄材の製造方法について詳述する。元素に関する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。
【００２０】
［化学組成］
本実施形態の鋳鉄材の化学組成は、次の元素を含有する。
【００２１】
Ｃ：２．４〜３．３％
炭素（Ｃ）は、鋳鉄材の強度及び耐摩耗性を高める。Ｃ含有量が２．４％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋳造時において湯流れ不良等が発生して鋳造欠陥が生じやすくなる。この場合、鋳鉄材の強度が低下する。一方、Ｃ含有量が３．３％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、異常黒鉛が晶出しやすくなる。異常黒鉛が晶出すれば、鋳鉄材の靱性が低下する。したがって、Ｃ含有量は２．４〜３．３％である。Ｃ含有量の好ましい下限は２．５％であり、さらに好ましくは２．６％であり、さらに好ましくは２．７％である。Ｃ含有量の好ましい上限は３．２％であり、さらに好ましくは３．１％であり、さらに好ましくは３．０％である。
【００２２】
Ｓｉ：２．０％以下
シリコン（Ｓｉ）は、不可避に含有される。つまり、Ｓｉ含有量は０％超である。Ｓｉは、溶湯を脱酸する。Ｓｉはさらに、黒鉛の晶出を促進する。しかしながら、Ｓｉ含有量が２．０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、黒鉛の晶出が過剰となる。この場合、鋳鉄材の靱性が低下する。Ｓｉ含有量が２．０％を超えればさらに、鋳鉄材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は２．０％以下である。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．１％であり、さらに好ましくは０．５％であり、さらに好ましくは０．６％であり、さらに好ましくは０．７％である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は１．８％であり、さらに好ましくは１．７％であり、さらに好ましくは１．３％であり、さらに好ましくは１．２％である。
【００２３】
Ｍｎ：０．３３％以下
マンガン（Ｍｎ）は、不可避に含有される。つまり、Ｍｎ含有量は０％超である。Ｍｎは、溶湯を脱酸する。Ｍｎはさらに、Ｓと結合してＭｎＳを形成し、Ｓを固定する。しかしながら、Ｍｎ含有量が０．３３％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋳鉄材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は０．３３％以下である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は０．３２％であり、さらに好ましくは０．３１％であり、さらに好ましくは０．３０％である。
【００２４】
本実施形態の鋳鉄材の残部はＦｅ及び不純物である。ここで、不純物とは、本実施形態の鋳鉄材を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから混入されるものであって、本実施形態の鋳鉄材に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。不純物はたとえば、次の元素が挙げられる。
Ｓ：０．０３０％以下
Ｎ：０．０２５％以下
Ｐ：０．０５０％以下
【００２５】
［任意元素について］
本実施形態の鋳鉄材は、化学組成が上述の元素を含有し、かつ、ミクロ組織に黒鉛を含めば、特に限定されない。つまり、本実施形態の鋳鉄材の化学組成は、上述のＦｅの一部に代えて、他の任意元素を含有していてもよい。ただし、本実施形態の鋳鉄材の化学組成において、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ及びＦｅの総含有量は９７．０％以上であり、さらに好ましくは９８．０％以上である。
【００２６】
任意元素は、たとえば、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃａ及びＭｇからなる群から選択される１種又は２種以上である。Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃａ及びＭｇは、鋳鉄材に含有される元素として周知である。
【００２７】
［ミクロ組織］
本実施形態の鋳鉄材のミクロ組織において、黒鉛を除いた総面積に対するフェライトの面積率は８８．５％以上である。以下、鋳鉄材のミクロ組織において、黒鉛を除いた総面積に対するフェライトの面積率を、「フェライト面積率」と称する。
【００２８】
本実施形態の鋳鉄材において、フェライト面積率は８８．５％以上であり、母相（マトリックス）は実質的にフェライトである。ミクロ組織中の黒鉛の形状が後述する平均アスペクト比を有する板状であって、フェライト面積率が８８．５％以上である場合、フェライト結晶粒は微細化されている。そのため、本実施形態の鋳鉄材は優れた靱性を示す。
【００２９】
フェライト面積率は次の方法により求めることができる。鋳鉄材の長手方向に平行な断面（縦断面）を表面に含むサンプルを採取する。採取されたサンプルの表面のうち、鋳鉄材の縦断面、又は縦断面に平行な表面を観察面に特定する。観察面に対して鏡面研磨を実施する。研磨後の観察面に対して組織現出のためのエッチングを実施する。エッチングにはたとえば、ナイタール腐食液を利用する。エッチング後の観察面を、５００倍の光学顕微鏡にて観察して、写真画像を生成する。生成した写真画像内の任意の視野（１６０μｍ×１６０μｍ）において、各相のコントラストは異なる。たとえば、正立型光学顕微鏡（金属顕微鏡）を用いた明視野像において、フェライトの部分はパーライトの部分よりも明度が高い。さらに、黒鉛の部分はフェライト及びパーライトの部分よりも明度が低い。
【００３０】
図１は、本実施形態の鋳鉄材の長手方向に平行な断面（縦断面）での光学顕微鏡写真画像である。図１は、上述の方法により生成された写真画像である。図１を参照して、白色の領域はフェライト２０である。黒色の領域は黒鉛１０である。なお、図１にはパーライトは存在していない。
【００３１】
光学顕微鏡写真画像に基づいて、フェライト２０と、黒鉛１０とを特定する。上記視野のうち、黒鉛１０を除く総面積Ａ０（μｍ2）を求める。さらに、上記視野のうち、フェライト２０の面積Ａ１（μｍ2）を求める。次の式に基づいて、フェライト面積率（％）を求める。
フェライト面積率＝視野中のフェライトの面積Ａ１／黒鉛の領域を除く領域の総面積Ａ０×１００
【００３２】
観察面内の任意の５視野において、フェライト面積率を求める。求めたフェライト面積率の算術平均値を、鋳鉄材のフェライト面積率（％）と定義する。なお、上述のフェライト２０及び黒鉛１０の特定は、周知の画像処理を用いて行う。
【００３３】
［黒鉛の平均アスペクト比］
鋳鉄材の長手方向に平行な断面を縦断面と定義する。鋳鉄材の長手方向に垂直な断面を横断面と定義する。この場合、縦断面における黒鉛のアスペクト比の平均は１１．０以上である。さらに、横断面における黒鉛のアスペクト比の平均は９．０以下である。ここで、アスペクト比は、黒鉛の短軸に対する長軸の比であり、次の式で定義される。
アスペクト比＝長軸／短軸
【００３４】
ここで、黒鉛の長軸及び短軸は、次のとおり定義する。図２は、鋳鉄材の断面中の黒鉛１０の一例を示す模式図である。図２を参照して、始めに、黒鉛１０の長軸ＤＬを求める。黒鉛１０の長軸ＤＬは、黒鉛１０と母相（マトリックス）であるフェライト２０との界面の任意の２点の間の距離が最も長くなる線分とする。長軸ＤＬを決定した後、黒鉛１０の短軸ＤＳを決定する。具体的には、黒鉛１０の短軸ＤＳは、黒鉛１０と母相２０との界面の任意の２点を結ぶ線分であって、長軸ＤＬに垂直な線分のうち、最も長くなる線分とする。
【００３５】
縦断面における黒鉛の平均アスペクト比を「黒鉛縦断面平均アスペクト比ＡＲV」と定義する。横断面における黒鉛の平均アスペクト比を「黒鉛横断面平均アスペクト比ＡＲC」と定義する。
【００３６】
黒鉛縦断面平均アスペクト比ＡＲVが１１．０以上であり、黒鉛横断面平均アスペクト比ＡＲCが９．０以下である場合、鋳鉄材中の黒鉛は長手方向に延びる板状となっている。この場合、摩擦係数μが０．１００未満となり、優れた耐摩耗性を示す。その理由は定かではないが、次の理由が考えられる。上述のとおり、鋳鉄材中の黒鉛は長手方向に延びる板状となっている。そのため、鋳鉄材が他の素材と接触又は摺動する場合、黒鉛が球状の場合と比較して、他の素材が黒鉛と接触する面積（接触面積）が増大する。その結果、黒鉛の潤滑作用により、摩擦係数が小さくなると考えられる。
【００３７】
［黒鉛縦断面平均アスペクト比ＡＲV及び黒鉛横断面平均アスペクト比ＡＲCの測定方法］
黒鉛縦断面平均アスペクト比ＡＲVと、黒鉛横断面平均アスペクト比ＡＲCとは、次の方法で測定できる。図３は、黒鉛縦断面平均アスペクト比ＡＲVと、黒鉛横断面平均アスペクト比ＡＲCとを測定するためのサンプルの採取位置を説明するための模式図である。図３を参照して、鋳鉄材１の長手方向を「ＲＤ」方向と定義する。鋳鉄材１の厚さ方向を「ＮＤ」方向と定義する。鋳鉄材１の幅方向を「ＴＤ」方向と定義する。さらに、鋳鉄材１の厚さをｔ（ｍｍ）と定義する。このとき、鋳鉄材１の厚さ方向ＮＤにおいて、鋳鉄材１の表面からｔ／２深さ位置から、サンプル２００を採取する。サンプル２００の形状は直方体とする。
【００３８】
図４は、図３に示すサンプル２００の拡大図である。図４を参照して、サンプル２００のうち、長手方向ＲＤに垂直な面を「黒鉛横断面平均アスペクト比観察面ＣＳ」と定義する。さらに、サンプル２００のうち、長手方向ＲＤに平行な面（幅方向ＴＤ又は厚さ方向ＮＤに垂直な面）を「黒鉛縦断面平均アスペクト比観察面ＶＳ」と定義する。黒鉛横断面平均アスペクト比観察面ＣＳ及び黒鉛縦断面平均アスペクト比観察面ＶＳに対して鏡面研磨を実施する。研磨後の黒鉛横断面平均アスペクト比観察面ＣＳ及び黒鉛縦断面平均アスペクト比観察面ＶＳに対して組織現出のためのエッチングを実施する。エッチングにはたとえば、ナイタール腐食液を利用する。
【００３９】
［黒鉛縦断面平均アスペクト比ＡＲVの測定］
エッチング後の黒鉛縦断面平均アスペクト比観察面ＶＳを、５００倍の光学顕微鏡にて観察して、写真画像を生成する。生成した写真画像の任意の１視野（１６０μｍ×１６０μｍ）において、黒鉛部分と、他の相（フェライト及びパーライト）の部分とのコントラストは上述のとおり異なる。したがって、写真画像の任意の１視野において、黒鉛を特定する。特定された各黒鉛の長軸ＤＬ及び短軸ＤＳを求める。特定された複数の黒鉛のうち、長軸ＤＬが２μｍ以上の黒鉛を、「対象黒鉛」と定義する。各対象黒鉛のアスペクト比を求める。求めたアスペクト比の算術平均値を、黒鉛縦断面平均アスペクト比ＡＲV（μｍ）と定義する。
【００４０】
［黒鉛横断面平均アスペクト比ＡＲCの測定］
エッチング後の黒鉛横断面平均アスペクト比観察面ＣＳを、５００倍の光学顕微鏡にて観察して、写真画像を生成する。生成した写真画像の任意の１視野（１６０μｍ×１６０μｍ）において、黒鉛を特定する。特定された各黒鉛の長軸ＤＬ及び短軸ＤＳを求める。特定された複数の黒鉛のうち、長軸ＤＬが２μｍ以上の黒鉛を、「対象黒鉛」と定義する。各対象黒鉛のアスペクト比を求める。求めたアスペクト比の算術平均値を、黒鉛横断面平均アスペクト比ＡＲC（μｍ）と定義する。
【００４１】
以上の構成を有する鋳鉄材は、摩擦係数μを低く抑えることができ、さらに、靱性に優れる。
【００４２】
鋳鉄材の摩擦係数μは、次の方法で測定する。鋳鉄材の表面からｔ／２深さ位置から、長手方向に２１ｍｍ以上のサンプルを採取する。サンプルの長手方向は、鋳鉄材の長手方向と一致させる。バウデン式滑り試験機を用いて、摩擦係数μを測定する。具体的には、ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５（２００８）に規定されるＳＵＪ２に相当する化学組成を有する鋼球を、常温（１５〜３０℃）にて、５Ｎの荷重でサンプルの表面に押し当てながら、摺動速度４ｍｍ／秒でサンプルの長手方向に２０ｍｍの範囲で摺動させる。摺動開始から４００秒後の摩擦係数μを、鋳鉄材の摩擦係数μと定義する。
【００４３】
本実施形態の鋳鉄材の場合、上述の方法にて測定された摩擦係数μは０．１００未満である。摩擦係数μの好ましい上限は０．０９７であり、さらに好ましくは０．０９５であり、さらに好ましくは０．０９３である。
【００４４】
靱性に関して、シャルピー衝撃試験により得られる、本実施形態の鋳鉄材の延性脆性遷移温度（ＤＢＴＴ）は−２１℃以下である。ＤＢＴＴは次の方法により求めることができる。鋳鉄材の表面からｔ／２深さ位置から、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２（２００５）に準拠したＶノッチ試験片を採取する。Ｖノッチ試験片の長手方向に垂直な断面は１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形とし、Ｖノッチ試験片の長手方向の長さは５５ｍｍとする。つまり、Ｖノッチ試験片は、いわゆるフルサイズ試験片である。Ｖノッチ試験片の長手方向は、鋳鉄材の長手方向ＲＤと平行とする。Ｖノッチ試験片の長さ中央位置（つまり、長さ５５ｍｍの中央位置）に、Ｖノッチを形成する。Ｖノッチ角度を４５°とし、ノッチ深さを２ｍｍとし、ノッチ底半径を０．２５ｍｍとする。ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２（２００５）に準拠して、種々の温度に保持したＶノッチ試験片に対してシャルピー衝撃試験を実施する。１０個のＶノッチ試験片に対して上述のシャルピー衝撃試験を実施し、得られた延性破面率の算術平均値を求める。求めた延性破面率が５０％となる温度を、延性脆性遷移温度（ＤＢＴＴ）（℃）と定義する。
【００４５】
本実施形態の鋳鉄材のＤＢＴＴの好ましい上限は−２２℃であり、さらに好ましくは−２３℃である。
【００４６】
［黒鉛体積率］
なお、本実施形態の鋳鉄材の黒鉛の体積率は８．００〜１３．００％である。黒鉛の体積率は、次の方法で測定できる。鋳鉄材の長手方向に平行な断面（縦断面）を表面に含むサンプルを採取する。採取されたサンプルの表面のうち、鋳鉄材の縦断面、又は縦断面に平行な表面を観察面に特定する。観察面に対して鏡面研磨を実施する。研磨後の観察面に対して組織現出のためのエッチングを実施する。エッチングにはたとえば、ナイタール腐食液を利用する。エッチング後の観察面を、５００倍の光学顕微鏡にて観察して、写真画像を生成する。生成した写真画像内の任意の視野（１６０μｍ×１６０μｍ）において、黒鉛を特定する。上記視野のうち、黒鉛の面積Ａ２（μｍ2）を求める。次の式に基づいて、黒鉛の面積率（％）を求める。
黒鉛の面積率＝視野中の黒鉛の面積Ａ２／視野の総面積×１００
観察面内の任意の５視野において、黒鉛の面積率を求める。求めた黒鉛の面積率の算術平均値を、対応する試験番号の鋳鉄材の黒鉛体積率（％）と定義する。
【００４７】
［鋳鉄材の製造方法］
本実施形態の鋳鉄材の製造方法の一例を説明する。以降に説明する鋳鉄材の製造方法は、本実施形態の鋳鉄材を製造するための一例である。したがって、上述の構成を有する鋳鉄材は、以降に説明する製造方法以外の他の製造方法により製造されてもよい。しかしながら、以降に説明する製造方法は、本実施形態の鋳鉄材の製造方法の好ましい一例である。
【００４８】
本実施形態の鋳鉄材の製造方法の一例は、鋳鉄素材を準備する準備工程と、鋳鉄素材を加熱する加熱工程と、加熱工程後の鋳鉄素材に対して熱間加工を実施する熱間加工工程と、熱間加工工程後の鋳鉄素材に対して熱処理を実施して、鋳鉄材のミクロ組織中のフェライト面積率を８８．５％以上とするフェライト化熱処理工程とを備える。以下、各工程について説明する。
【００４９】
［準備工程］
準備工程では、上述の化学組成を有する鋳鉄素材を準備する。鋳鉄素材は第三者から供給されたものであってもよいし、鋳鉄素材を製造して準備してもよい。鋳鉄素材を製造して準備する場合、たとえば、鋳鉄素材を次の方法により製造する。
【００５０】
上述の化学組成を有する溶湯を製造する。精錬方法は特に限定されず、周知の方法を用いればよい。たとえば、周知の方法で製造された溶銑に対して転炉での精錬（一次精錬）を実施する。転炉から出鋼した溶鋼に対して、周知の二次精錬を実施する。二次精錬において、成分調整の合金元素の添加を実施して、各元素含有量が本実施形態の範囲内である化学組成を有する溶湯を製造する。
【００５１】
上述の精錬方法により製造された溶湯を用いて、周知の鋳造法により鋳鉄素材を製造する。たとえば、溶湯を用いて造塊法によりインゴットを製造する。また、溶湯を用いて連続鋳造法によりブルーム又はビレットを製造してもよい。以上の方法により、鋳造品である、鋳鉄素材（ブルーム、インゴット）を製造する。
【００５２】
［加熱工程］
準備された鋳鉄素材を加熱する。たとえば、鋳鉄素材を、加熱炉、又は、均熱炉を用いて加熱する。加熱工程での加熱温度は次のとおりとする。
【００５３】
加熱温度：９２０〜９８０℃
加熱温度が低すぎれば、鋳鉄素材の熱間加工性が低い。加熱温度が９２０℃未満であれば、後述の熱間加工工程において、鋳鉄素材に割れが発生しやすくなる。一方、加熱温度が９８０℃を超えれば、鋳鉄素材の一部が溶融するため、後述の熱間加工工程において、溶融割れが発生しやすくなる。加熱温度が９２０〜９８０℃であれば、後述の熱間加工工程において割れを発生させることなく鋳鉄素材を熱間加工することができ、他の製造条件を満たすことを前提として、黒鉛横断面平均アスペクト比ＡＲC及び黒鉛縦断面平均アスペクト比ＡＲVが本実施形態の範囲内となる鋳鉄材を製造できる。加熱温度の好ましい下限は９２５℃であり、さらに好ましくは９３０℃であり、さらに好ましくは９３５℃であり、さらに好ましくは９４０℃である。加熱温度の好ましい上限は９７５℃であり、さらに好ましくは９７０℃であり、さらに好ましくは９６５℃であり、さらに好ましくは９６０℃である。
【００５４】
なお、ここでいう加熱温度は、加熱炉及び均熱炉の炉温（℃）を意味する。加熱炉が挿入口から抽出口に向かって複数のゾーン（帯）に区分けされている場合、加熱炉の炉温は、最も抽出口に近いゾーン（帯）の炉温を意味する。
【００５５】
加熱工程において、上記加熱温度での保持時間は特に限定されない。保持時間はたとえば０．２５〜１２時間である。
【００５６】
［熱間加工工程］
加熱工程後の鋳鉄素材に対して、熱間加工を実施する。ここで、熱間加工は、熱間鍛造であってもよいし、熱間圧延であってもよい。熱間加工中の条件は、次のとおりである。
【００５７】
熱間加工中の鋳鉄素材の温度：８６０〜９４０℃
熱間加工中の鋳鉄素材の温度（℃）とは、熱間加工開始から熱間加工終了までの鋳鉄素材の温度を意味する。熱間加工中の鋳鉄素材の温度が低すぎれば、鋳鉄素材の熱間加工性が低い。熱間加工中の鋳鉄素材の温度が８６０℃未満であれば、熱間加工工程後の鋳鉄素材に割れが発生している場合がある。一方、熱間加工中の鋳鉄素材の温度が９４０℃を超えれば、熱間加工中の鋳鉄素材の一部が溶融して、溶融割れが発生しやすくなる。熱間加工中の鋳鉄素材の温度が８６０〜９４０℃であれば、熱間加工中の鋳鉄素材の熱間加工性の低下を抑制し、かつ、鋳鉄素材の一部が溶融することに起因した割れや、熱間加工に起因した割れの発生も抑制できる。
【００５８】
熱間加工中の鋳鉄素材の温度の好ましい下限は８７０℃であり、さらに好ましくは８８０℃であり、さらに好ましくは８９０℃である。熱間加工中の鋳鉄素材の温度の好ましい上限は９３５℃であり、さらに好ましくは９３０℃であり、さらに好ましくは９２５℃である。
【００５９】
熱間加工中の鋳鉄素材の温度は、次の方法で測定する。熱間加工が熱間鍛造である場合、熱間鍛造装置の周辺に配置された測温計により、熱間鍛造中の鋳鉄素材の表面温度（℃）を測定する。測定された表面温度について、１分ごとの表面温度の算術平均を求める。求めた１分ごとの鋳鉄素材の表面温度を、熱間加工中の鋳鉄素材の温度と定義する。熱間加工が熱間圧延である場合、熱間圧延装置の入側又は出側に配置された測温計により、熱間圧延中の鋳鉄素材の表面温度（℃）を測定する。測定された表面温度について、１分ごとの表面温度の算術平均を求める。求めた１分ごとの鋳鉄素材の表面温度を、熱間加工中の鋳鉄素材の温度と定義する。
【００６０】
なお、熱間加工における好ましい減面率は２５．０〜７０．０％である。ここで、減面率（％）は次の式で求めることができる。
減面率＝（１−熱間加工後の鋳鉄素材の横断面での面積／熱間加工前の鋳鉄素材の横断面での面積）×１００
熱間加工工程での減面率は特に限定されない。熱間加工工程及びフェライト化熱処理工程後の鋳鉄材において、黒鉛縦断面平均アスペクト比ＡＲVが１１．０以上となり、黒鉛横断面平均アスペクト比ＡＲCが９．０以下となれば、減面率は特に限定されない。
【００６１】
［フェライト化熱処理工程］
熱間加工工程後の鋳鉄素材に対して、フェライト化熱処理を実施する。フェライト化熱処理は、次の条件（熱処理温度）で実施する。
【００６２】
熱処理温度：６６０℃〜Ａc1変態点
フェライト化熱処理では、鋳鉄材のミクロ組織をフェライト組織とし、さらに、黒鉛のアスペクト比を整える。熱処理温度がＡc1変態点を超えれば、二相（フェライト及びオーステナイト）温度域での熱処理となるため、ミクロ組織がフェライト組織にならない。一方、熱処理温度が６６０℃未満であれば、パーライトが分解しにくく、ミクロ組織がフェライト組織になりにくい。熱処理温度が６６０〜Ａc1変態点であれば、上述の化学組成を有する鋳鉄材のミクロ組織において、黒鉛を除いた総面積に対するフェライトの面積率を８８．５％以上とすることができ、かつ、黒鉛縦断面平均アスペクト比ＡＲVを１１．０以上とし、黒鉛横断面平均アスペクト比ＡＲCを９．０以下とすることができる。
【００６３】
熱処理温度の好ましい下限は６６５℃であり、さらに好ましくは６７０℃であり、さらに好ましくは６７５℃であり、さらに好ましくは６８０℃である。熱処理温度の好ましい上限は７２０℃であり、さらに好ましくは７１５℃であり、さらに好ましくは７１０℃である。
【００６４】
なお、熱処理温度での保持時間は特に限定されない。保持時間はたとえば、５．０時間以上である。保持時間の上限は特に限定されないが、燃料原単位を考慮すれば、たとえば、３０．０時間である。保持時間経過後の鋳鉄素材を冷却する。冷却方法は特に限定されない。好ましくは、冷却方法は空冷である。
【００６５】
以上の製造工程により、鋳鉄材が製造される。上述の製造方法により製造された鋳鉄材では、ミクロ組織において、黒鉛を除いた総面積に対するフェライトの面積率は８８．５％以上であり、鋳鉄材の長手方向に平行な縦断面において、黒鉛の平均アスペクト比（黒鉛縦断面平均アスペクト比ＡＲV）が１１．０以上であり、鋳鉄材の長手方向に垂直な横断面において、黒鉛の平均アスペクト比（黒鉛横断面平均アスペクト比ＡＲC）が９．０以下である。そのため、バウデン式滑り試験機により、ＳＵＪ２に相当する鋼球を用いて荷重５Ｎ、摺動速度４ｍｍ／秒で実施する摺動試験において、摺動開始から４００秒後の摩擦係数μが０．１００未満であり、摩擦係数μを低く抑えることができる。さらに、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２（２００５）に準拠したＶノッチ試験片を用いてシャルピー衝撃試験により得られた延性脆性遷移温度（ＤＢＴＴ）が−２１℃以下であり、優れた靱性を示す。
【実施例】
【００６６】
以下、実施例により本実施形態の鋳鉄材の効果を具体的に説明する。以下の実施例での条件は、本実施形態の鋳鉄材の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例である。したがって、本実施形態の鋳鉄材はこの一条件例に限定されない。
【００６７】
種々の化学組成を有する溶鋼を製造した。溶鋼を用いて造塊法により、表１に示す化学組成を有する鋳鉄素材を製造した。鋳鉄素材はいずれも、直方体状のインゴットであった。
【００６８】
【表１】
2020164917.tif 000003
【００６９】
各試験番号の鋳鉄素材を用いて、加熱工程、熱間加工工程、及び、フェライト化熱処理工程を実施して、鋳鉄材を製造した。本実施例では、熱間加工はいずれも熱間鍛造（鍛伸）を実施した。製造された鋳鉄材のサイズは、直方体状であった。加熱工程での加熱温度（℃）、熱間加工工程での熱間加工中の鋳鉄素材温度の下限及び上限（℃）、減面率（％）、フェライト化熱処理温度での熱処理温度（℃）及び保持時間（時間）は、表２に示すとおりであった。
【００７０】
【表２】
2020164917.tif 000004
【００７１】
［評価試験］
［熱間加工後割れ観察試験］
各試験番号において、熱間加工後の鋳鉄素材に割れが発生しているか否かを目視により観察した。鋳鉄素材の角部に割れが確認された場合、割れが発生していると判断した。
【００７２】
［フェライト面積率の測定］
各試験番号のフェライト面積率を次の方法で測定した。鋳鉄材の長手方向に平行な断面（縦断面）を表面に含むサンプルを採取した。採取されたサンプルの表面のうち、鋳鉄材の縦断面、又は縦断面に平行な表面を観察面に特定した。観察面に対して鏡面研磨を実施した。研磨後の観察面に対して組織現出のためのエッチングを実施した。エッチングにはナイタール腐食液を利用した。エッチング後の観察面を、５００倍の光学顕微鏡にて観察して、写真画像を生成した。生成した写真画像内の任意の視野（１６０μｍ×１６０μｍ）において、フェライトと、黒鉛とを特定した。上記視野のうち、黒鉛を除く総面積Ａ０（μｍ2）を求めた。さらに、上記視野のうち、フェライトの面積Ａ１（μｍ2）を求めた。次の式に基づいて、フェライト面積率（％）を求めた。
フェライト面積率＝視野中のフェライトの面積Ａ１／黒鉛の領域を除く領域の総面積Ａ０×１００
【００７３】
観察面内の任意の５視野において、フェライト面積率を求めた。求めたフェライト面積率の算術平均値を、対応する試験番号の鋳鉄材のフェライト面積率（％）と定義した。求めたフェライト面積率（％）を表２に示す。
【００７４】
［黒鉛縦断面平均アスペクト比ＡＲV及び黒鉛横断面平均アスペクト比ＡＲC測定試験］
各試験番号の鋳鉄材１の表面からｔ／２深さ位置（ｔは鋳鉄材の厚さ）から、サンプル２００を採取した。サンプル２００の形状は直方体とした。サンプル２００のうち、長手方向ＲＤに垂直な面を「黒鉛横断面平均アスペクト比観察面ＣＳ」と定義した。さらに、サンプル２００のうち、長手方向ＲＤに平行な面（幅方向ＴＤ又は厚さ方向ＮＤに垂直な面）を「黒鉛縦断面平均アスペクト比観察面ＶＳ」と定義した。黒鉛横断面平均アスペクト比観察面ＣＳ及び黒鉛縦断面平均アスペクト比観察面ＶＳに対して鏡面研磨を実施した。研磨後の黒鉛横断面平均アスペクト比観察面ＣＳ及び黒鉛縦断面平均アスペクト比観察面ＶＳに対して組織現出のためのエッチングを実施した。エッチングにはナイタール腐食液を利用した。
【００７５】
エッチング後の黒鉛縦断面平均アスペクト比観察面ＶＳを、５００倍の光学顕微鏡にて観察して、写真画像を生成した。生成した写真画像の任意の１視野（１６０μｍ×１６０μｍ）において、黒鉛を特定した。特定された各黒鉛の長軸ＤＬ及び短軸ＤＳを求めた。特定された複数の黒鉛のうち、長軸ＤＬが２μｍ以上の黒鉛を、「対象黒鉛」と定義した。各対象黒鉛のアスペクト比を求めた。求めたアスペクト比の算術平均値を、黒鉛縦断面平均アスペクト比ＡＲV（μｍ）と定義した。得られた黒鉛縦断面平均アスペクト比ＡＲV（μｍ）を表２に示す。
【００７６】
エッチング後の黒鉛横断面平均アスペクト比観察面ＣＳを、５００倍の光学顕微鏡にて観察して、写真画像を生成した。生成した写真画像の任意の１視野（１６０μｍ×１６０μｍ）において、黒鉛を特定した。特定された各黒鉛の長軸ＤＬ及び短軸ＤＳを求めた。特定された複数の黒鉛のうち、長軸ＤＬが２μｍ以上の黒鉛を、「対象黒鉛」と定義した。各対象黒鉛のアスペクト比を求めた。求めたアスペクト比の算術平均値を、黒鉛横断面平均アスペクト比ＡＲC（μｍ）と定義した。得られた黒鉛横断面平均アスペクト比ＡＲC（μｍ）を表２に示す。
【００７７】
［黒鉛体積率（％）］
各試験番号の鋳鉄材の黒鉛体積率について、次の方法で測定した。鋳鉄材の長手方向に平行な断面（縦断面）を表面に含むサンプルを採取した。採取されたサンプルの表面のうち、鋳鉄材の縦断面、又は縦断面に平行な表面を観察面に特定した。観察面に対して鏡面研磨を実施した。研磨後の観察面に対して組織現出のためのエッチングを実施した。エッチングにはナイタール腐食液を利用した。エッチング後の観察面を、５００倍の光学顕微鏡にて観察して、写真画像を生成した。生成した写真画像内の任意の視野（１６０μｍ×１６０μｍ）において、黒鉛を特定した。上記視野のうち、黒鉛の面積Ａ２（μｍ2）を求めた。次の式に基づいて、黒鉛の面積率（％）を求めた。
黒鉛の面積率＝視野中の黒鉛の面積Ａ２／視野の総面積×１００
観察面内の任意の５視野において、黒鉛の面積率を求めた。求めた黒鉛の面積率の算術平均値を、対応する試験番号の鋳鉄材の黒鉛体積率（％）と定義した。
【００７８】
［摩擦係数測定試験］
各試験番号の鋳鉄材に対して、次の方法により、摩擦係数μを測定した。各試験番号の鋳鉄材の表面からｔ／２深さ位置から、長手方向に２１ｍｍ以上のサンプルを採取した。サンプルの長手方向は、鋳鉄材の長手方向と一致させた。バウデン式滑り試験機を用いて、摩擦係数μを測定した。具体的には、ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５（２００８）に規定されるＳＵＪ２に相当する化学組成を有する鋼球を、常温にて、５Ｎの荷重でサンプルの表面に押し当てながら、摺動速度４ｍｍ／秒でサンプルの長手方向に２０ｍｍの範囲で摺動させた。摺動開始から４００秒後の摩擦係数μを、鋳鉄材の摩擦係数μと定義した。得られた摩擦係数μを表２に示す。
【００７９】
［延性脆性遷移温度（ＤＢＴＴ）測定試験］
各試験番号の鋳鉄材のＤＢＴＴを、次の方法により求めた。鋳鉄材の表面からｔ／２深さ位置から、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２（２００５）に準拠したＶノッチ試験片を採取した。Ｖノッチ試験片の長手方向に垂直な断面は１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形とし、Ｖノッチ試験片の長手方向の長さは５５ｍｍとした。つまり、Ｖノッチ試験片は、いわゆるフルサイズ試験片とした。Ｖノッチ試験片の長手方向は、鋳鉄材の長手方向ＲＤと平行であった。Ｖノッチ試験片の長さ中央位置（つまり、長さ５５ｍｍの中央位置）に、Ｖノッチを形成した。Ｖノッチ角度を４５°とし、ノッチ深さを２ｍｍとし、ノッチ底半径を０．２５ｍｍとした。ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２（２００５）に準拠して、種々の温度に保持したＶノッチ試験片に対してシャルピー衝撃試験を実施した。５個のＶノッチ試験片に対して上述のシャルピー衝撃試験を実施し、得られた延性破面率の算術平均値を求めた。求めた延性破面率が５０％となる温度を、延性脆性遷移温度（ＤＢＴＴ）（℃）と定義した。得られたＤＢＴＴを表２に示す。
【００８０】
［評価結果］
表２を参照して、試験番号１及び２の鋳鉄材の化学組成は適切であり、製造条件も適切であった。その結果、ミクロ組織において、黒鉛を除いた総面積に対するフェライトの面積率は８８．５％以上であった。さらに、黒鉛縦断面平均アスペクト比ＡＲVは１１．０以上であり、黒鉛横断面平均アスペクト比ＡＲCは９．０以下であった。なお、黒鉛体積率は８．０〜１３．０％の範囲内であった。そのため、試験番号１及び２の摩擦係数はいずれも０．１００未満であった。さらに、ＤＢＴＴはいずれも−２１℃以下であり、優れた靱性を示した。
【００８１】
試験番号３〜試験番号６では、フェライト化熱処理での熱処理温度が低すぎた。そのため、黒鉛縦断面平均アスペクト比ＡＲVは１１．０未満となった。さらに、フェライト面積率が８８．５％未満であった。その結果、摩擦係数μが０．１００以上となった。さらに、ＤＢＴＴはいずれも−２１℃よりも高かった。
【００８２】
試験番号７では、フェライト化熱処理での熱処理温度がＡc1変態点を超えた。そのため、フェライト面積率が８８．５％未満であり、さらに、黒鉛縦断面平均アスペクト比ＡＲVは１１．０未満であった。その結果、摩擦係数μが０．１００以上となった。さらに、ＤＢＴＴはいずれも−２１℃よりも高かった。
【００８３】
試験番号８及び９では、Ｓｉ含有量が高すぎた。試験番号９はさらに、Ｃ含有量が高すぎた。そのため、熱間加工工程後の鋳鉄素材において、割れが確認された。
【００８４】
以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。
【符号の説明】
【００８５】
１    鋳鉄材
１０  黒鉛
２０  フェライト
【図１】
2020164917.tif 000005
【図２】
2020164917.tif 000006
【図３】
2020164917.tif 000007
【図４】
2020164917.tif 000008