(57)【要約】【課題】状黒鉛鋳鉄に配合される元素組成の割合を改良することにより、既存の球状黒鉛鋳鉄よりも優れた強度及び延性を発揮する球状黒鉛鋳鉄を提供する。【解決手段】Ｃ：３．７０〜４．１０質量％、Ｓｉ：１．４０〜２．００質量％、Ｍｎ：０．３０質量％以下、Ｃｕ：０．３０〜０．５１質量％、Ｍｇ：０．０２７〜０．０４５質量％、Ｓ：０．００６〜０．００９質量％、Ｐ：０．０１５〜０．０２１質量％、Ｃｒ：０．０６質量％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成物であり、組成物の引張強度が６００ＭＰａ以上、かつ、当該組成物の伸びが５％以上であり、常温及び−４０℃における当該組成物の衝撃値が６Ｊ／ｃｍ２以上である。【選択図】図７
2020066772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：３．７０〜４．１０質量％、
Ｓｉ：１．４０〜２．００質量％、
Ｍｎ：０．３０質量％以下、
Ｃｕ：０．３０〜０．５１質量％、
Ｍｇ：０．０２７〜０．０４５質量％、
Ｓ：０．００６〜０．００９質量％、
Ｐ：０．０１５〜０．０２１質量％、
Ｃｒ：０．０６質量％以下を含有し、
残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成物である
ことを特徴とする球状黒鉛鋳鉄。
【請求項２】
前記組成物におけるＣｕの含有が、Ｃｕ：０．４５〜０．５１質量％である請求項１に記載の球状黒鉛鋳鉄。
【請求項３】
前記組成物の引張強度が６００ＭＰａ以上、かつ、前記組成物の伸びが５％以上である請求項１または２に記載の球状黒鉛鋳鉄。
【請求項４】
常温及び−４０℃における前記組成物の衝撃値が６Ｊ／ｃｍ２以上である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の球状黒鉛鋳鉄。
【請求項５】
前記組成物の−３０℃におけるビッカース硬さが１７０ｋｇｆ／ｍｍ２以上である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の球状黒鉛鋳鉄。
【請求項６】
前記組成物が車体材料に使用される請求項１ないし５のいずれか１項に記載の球状黒鉛鋳鉄。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球状黒鉛鋳鉄に関し、特に球状の黒鉛を含有することにより強度と延性を両立させた鋳鉄に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の燃費向上、炭酸ガス削減等のため、車体部品の軽量化がこれまでにも増して一段と求められている。車体部品の軽量化に際し、鉄の鋳造品に代えてアルミニウム合金、マグネシウム合金等の軽金属材料の使用も検討されている。
【０００３】
しかしながら、アルミニウム合金、マグネシウム合金の場合、鋳鉄と比較して曲げ性（ヤング率）は低い。このため、自動車の車体のサスペンション、車輪軸と車体の接続箇所等の足廻り等に関連する部品に前記の軽金属材料を適用する場合、部品自体の剛性を確保するために当該部品の断面積を大きくする必要がある。それゆえ、軽金属材料の使用であっても十分な軽量化を達成していなかった。加えて、軽金属材料は高価であることから車体部品としての使用範囲は限定的である。
【０００４】
次に、金属板を加工して車体の足廻り関連の部品を製造する場合、軽量化は実現できるとしても、板金の加工、成形に伴う制限から所望の部品形状に仕上げることは難しい。さらに、複数の部品を組み合わせて溶接等により接合するため、接合部位の強度低下、部品数の増加が避けられない。ゆえに、足廻り等に関連する部品を板金加工により製造することは現実的ではない。
【０００５】
この点を踏まえ、現状、鋳鉄の軽量化として球状黒鉛を含有した球状黒鉛鋳鉄（ダクタイル鋳鉄）が車体の足廻り関連をはじめとする部品として広範に使用されている（特許文献１、２、３、４等参照）。
【０００６】
現状、自動車車体の足廻り等に関連する部品用の球状黒鉛鋳鉄として、ＪＩＳ  Ｇ  ５５０２（２００７）に準拠のＦＣＤ４００材（引張強度が４００ＭＰａ）、ＦＣＤ４５０材（引張強度が４５０ＭＰａ）等が多用されている。さらに、球状黒鉛鋳鉄を使用した部品の軽量化を図るべく、ＦＣＤ５００材（引張強度が５００ＭＰａ）、ＦＣＤ６００材（引張強度が６００ＭＰａ）が使用されている。この結果、部品の断面積は縮小し軽量化は可能である。
【０００７】
しかしながら、自動車車体の足廻り等に関連する部品へ球状黒鉛鋳鉄を適用する場合、自動車の走行条件等を鑑みると、これらの部品は、−４０℃等の低温環境、走行時の負荷等が加わる極めて過酷な条件に晒される。従って、軽量化の要請とともに、より強度及び延性を高めた球状黒鉛鋳鉄が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１９４４７９号公報
【特許文献２】特開２００４−２３２００８号公報
【特許文献３】特開２０１４−１８１３５６号公報
【特許文献４】特開２０１５−１０２５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
発明者らは、球状黒鉛鋳鉄の強度及び延性を改善するべく球状黒鉛鋳鉄の組成について鋭意検討を重ねた結果、従前の球状黒鉛鋳鉄よりも優れた強度及び延性を発揮する組成を見出すに至った。
【００１０】
本発明は前記の点に鑑みなされたものであり、球状黒鉛鋳鉄に配合される元素組成の割合を改良することにより、既存の球状黒鉛鋳鉄よりも優れた強度及び延性を発揮する球状黒鉛鋳鉄を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
すなわち、本発明の第１の形態は、Ｃ：３．７０〜４．１０質量％、Ｓｉ：１．４０〜２．００質量％、Ｍｎ：０．３０質量％以下、Ｃｕ：０．３０〜０．５１質量％、Ｍｇ：０．０２７〜０．０４５質量％、Ｓ：０．００６〜０．００９質量％、Ｐ：０．０１５〜０．０２１質量％、Ｃｒ：０．０６質量％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成物であることを特徴とする球状黒鉛鋳鉄に係る。
【００１２】
第２の形態は、前記組成物におけるＣｕの含有が、Ｃｕ：０．４５〜０．５１質量％である第１の形態に記載の球状黒鉛鋳鉄に係る。
【００１３】
第３の形態は、前記組成物の引張強度が６００ＭＰａ以上、かつ、前記組成物の伸びが５％以上である第１または２の形態に記載の球状黒鉛鋳鉄に係る。
【００１４】
第４の形態は、常温及び−４０℃における前記組成物の衝撃値が６Ｊ／ｃｍ２以上である第１ないし３のいずれかの形態に記載の球状黒鉛鋳鉄に係る。
【００１５】
第５の形態は、前記組成物の−３０℃におけるビッカース硬さが１７０ｋｇｆ／ｍｍ２以上である第１ないし４のいずれかの形態に記載の球状黒鉛鋳鉄に係る。
【００１６】
第６の形態は、前記組成物が車体材料に使用される第１ないし５のいずれかの形態に記載の球状黒鉛鋳鉄に係る。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の球状黒鉛鋳鉄によると、Ｃ：３．７０〜４．１０質量％、Ｓｉ：１．４０〜２．００質量％、Ｍｎ：０．３０質量％以下、Ｃｕ：０．３０〜０．５１質量％、Ｍｇ：０．０２７〜０．０４５質量％、Ｓ：０．００６〜０．００９質量％、Ｐ：０．０１５〜０．０２１質量％、Ｃｒ：０．０６質量％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成物とすることにより、既存の球状黒鉛鋳鉄よりも優れた強度及び延性を発揮する。特に低温下における物性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】試作例３の球状黒鉛鋳鉄の断面写真である。
【図２】試作例９の球状黒鉛鋳鉄の断面写真である。
【図３】試作例１１の球状黒鉛鋳鉄の断面写真である。
【図４】試作例１４の球状黒鉛鋳鉄の断面写真である。
【図５】試作例１８の球状黒鉛鋳鉄の断面写真である。
【図６】試作例２５の球状黒鉛鋳鉄の断面写真である。
【図７】硬さと引張強さ等との関係を示すグラフである。
【図８】温度と衝撃値との関係を示すグラフである。
【図９】硬さと衝撃値との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の説明、実施例において配合割合を示すパーセント（％）は「質量パーセント」である。本発明の球状黒鉛鋳鉄について、はじめに組成元素から説明する。球状黒鉛鋳鉄の好ましい組成は、Ｃ：３．７０ないし４．１０質量％、Ｓｉ：１．４０ないし２．００質量％、Ｍｎ：０．３０質量％以下、Ｓ：０．００６ないし０．００９質量％、Ｃｕ：０．３０ないし０．５１質量％、Ｍｇ：０．０２７ないし０．０４５質量％、Ｐ：０．０１５ないし０．０２１質量％、Ｃｒ：０．０６質量％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成物である。特に、本発明の球状黒鉛鋳鉄の特徴は、従前の球状黒鉛鋳鉄と比較して積極的にＳｉの量を抑制するとともにＣｕの量を増加させた組成である。
【００２０】
Ｃ（炭素）は黒鉛組織を形成する元素である。Ｃは球状黒鉛鋳鉄の全質量において好ましくは３．７ないし４．１０質量％の範囲の含有である。Ｃの含有量が３．７質量％よりも少ない場合、球状黒鉛鋳鉄の黒鉛粒子は相対的に減少しパーライト組織が球状黒鉛鋳鉄中に多くなる。結果、強度は向上するものの、伸び及び衝撃値は低下する。Ｃの含有量が４．１０質量％を超える場合、黒鉛の粒子が大きくなり球状化が阻害されやすくなる。そのため、Ｃは３．７０ないし４．１０質量％の範囲の含有であり、より好ましくは、３．８０ないし４．１０質量％の範囲の含有である。
【００２１】
Ｓｉ（ケイ素）は黒鉛の晶出を促進する元素である。Ｓｉは球状黒鉛鋳鉄の全質量において好ましくは１．４０ないし２．００質量％の範囲の含有である。Ｓｉの含有量が１．４０質量％未満の場合、球状黒鉛鋳鉄の伸びは向上するものの強度低下が否めない。Ｓｉの含有量が２．００質量％を超える場合、衝撃値は低下しやすくなる。そのため、Ｓｉは１．４０ないし２．００質量％の範囲の含有である。Ｓｉの当該含有量は、従前のＦＣＤ５００材（ＪＩＳ  Ｇ  ５５０２（２００７）に準拠）等の球状黒鉛鋳鉄におけるＳｉ量よりも相対的に少ない含有量である。
【００２２】
Ｍｎ（マンガン）は球状黒鉛鋳鉄中のパーライト組織を安定化させる元素である。Ｍｎは球状黒鉛鋳鉄の全質量において好ましくは０．３０質量％以下の含有である。Ｍｎの含有量が０．１５質量％未満の場合、強度低下が否めない。Ｍｎの含有量が０．３０質量％を超過する場合、パーライト組織が多くなり、伸び及び衝撃値は低下する。そのため、Ｍｎは０．３０質量％以下、より好ましくは、０．２５質量％以下の含有である。
【００２３】
Ｃｕ（銅）は球状黒鉛鋳鉄中のパーライト組織を安定化させる元素である。Ｃｕの含有量の増加に伴い球状黒鉛鋳鉄中のパーライト組織の割合も増加して強度向上に寄与する。そこで、Ｃｕは球状黒鉛鋳鉄の全質量において好ましくは０．３０ないし０．５１質量％の含有である。本発明は強度及び延性の向上を目的としてＣｕの含有量を増やしている。そのため、Ｃｕの含有量が０．３０質量％未満の場合、所望の強度を充足しない。Ｃｕの含有量が０．５１質量％を超える場合、パーライト組織が過剰となり、伸び及び衝撃値の低下が生じやすくなる。そこで、双方の性質の均衡からＣｕは０．３０ないし０．５１質量％の含有であり、より好ましくは、０．４５ないし０．５１質量％、さらにより好ましくは、０．４７ないし０．５１質量％の含有である。Ｃｕの当該含有量は、従前のＦＣＤ５００材（ＪＩＳ  Ｇ  ５５０２（２００７）に準拠）等の球状黒鉛鋳鉄におけるＣｕ量を上回る含有量である。従来の球状黒鉛鋳鉄において、硬さ（ビッカース硬さ：Ｈｖ）を向上させるためには、熱処理を行っていた。これに対し、本発明のようにＣｕの含有量を増加させることにより、鋳放し状態で硬さを向上させることが可能となった。
【００２４】
Ｍｇ（マクネシウム）は球状黒鉛鋳鉄中の黒鉛の球状化に寄与する元素である。Ｍｇは球状黒鉛鋳鉄の全質量において好ましくは０．０２７ないし０．０４５質量％の範囲の含有である。Ｍｇの含有量が０．０２７質量％未満の場合、黒鉛の球状化率が低下して、球状黒鉛鋳鉄の強度及び伸びが低下する。Ｍｇの含有量が０．０４５質量％を超える場合、炭化物が析出しやすくなり球状黒鉛鋳鉄の伸び及び衝撃値を押し下げることになる。そのため、Ｍｇは０．０２７ないし０．０４５質量％の範囲の含有である。
【００２５】
Ｓ（硫黄）は球状黒鉛鋳鉄中の黒鉛粒の数を制御する元素である。Ｓは球状黒鉛鋳鉄の全質量において好ましくは０．００６ないし０．００９質量％の範囲の含有である。Ｓの含有量が０．００６質量％未満の場合、黒鉛粒が減少してパーライト組織が多くなる。そのため、球状黒鉛鋳鉄の伸び及び衝撃値が低下する。Ｓの含有量が０．００９質量％を超える場合、黒鉛化が阻害されて黒鉛の球状化率も低下する。従って、球状黒鉛鋳鉄の伸び及び衝撃値が低下する。そのため、Ｓは０．００６ないし０．００９質量％の範囲の含有である。
【００２６】
Ｐ（リン）は球状黒鉛鋳鉄の製造時に由来する元素である。Ｐは球状黒鉛鋳鉄の全質量において好ましくは０．０１５ないし０．０２１質量％の範囲の含有に抑制される。Ｐの含有量の増加に伴いステダイト（リン共晶）が生じる。ステダイトが増加すると、球状黒鉛鋳鉄の伸び及び衝撃値は低下する。よって、Ｐの混入を極力避けるべきであることから、不可避的な混入を除外してＰは０．０１５ないし０．０２１質量％の範囲の含有である。
【００２７】
Ｃｒ（クロム）は主に球状黒鉛鋳鉄の製造時の原料鉄等に由来する元素である。原料鉄には、屑鉄、ステンレス鋼等の各種の原料鉄も含められる。そのため、これらの鉄製品中にＣｒも含有されているため、最終的に球状黒鉛鋳鉄にも包含され得る。Ｃｒの含有量が０．１質量％を超える場合、炭化物が析出しやすくなる。そのため、析出抑制の観点からＣｒの含有量は０．０６質量％以下の含有に抑制される。
【００２８】
球状黒鉛鋳鉄における残りの成分は自明ながらＦｅ（鉄）である。さらに、球状黒鉛鋳鉄の原料鉄の調達に際し、純鉄に加えて屑鉄、ステンレス鋼等の各種の原料鉄も含められる。従って、Ｆｅ以外の前述の元素の他に、各種の不可避的不純物の混入も生じる。不可避的不純物は、例えば、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｅ（セリウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｓｎ（錫）等である。不可避的不純物の量は前述の各種元素よりも十分に微量であり検出限界であるため具体的な数量の規定はできない。
【００２９】
球状黒鉛鋳鉄の製造は、既存の鋳造方法と同様である。公知の高周波電気炉等に原料となる原料鉄、球状化材、接種材が投入される。各種の元素がさらに追加されて均一に溶融され、成分は調整される。そして、溶融状態の溶湯が炉から取り出され含有成分の元素組成はスパーク放電発光分光分析等の方法により測定される。その後、所定の鋳型（計測用の試験片）に溶湯は流し込まれ、冷却を経て取り出される。こうして各成分に応じた球状黒鉛鋳鉄は出来上がる。
【００３０】
前述の元素組成に基づき調製された組成物、すなわち本発明の球状黒鉛鋳鉄の引張強度は６００ＭＰａ以上である。同時に、当該組成物の伸び（破断伸び）は５％以上である。これらの指標は延性に関し、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１（２０１１）の規格に準拠して測定される。球状黒鉛鋳鉄は、例えば同規格の４号試験片等の形状に加工または鋳造される。
【００３１】
引張強度が高まることにより、本発明の球状黒鉛鋳鉄の強度向上は実現する。そこで、球状黒鉛鋳鉄の引張強度は６００ＭＰａ以上であり、好ましくは７５０ＭＰａ以上、さらに好ましくは８００ＭＰａ以上である。引張強度の上昇に反して伸びは減少する。そこで、球状黒鉛鋳鉄に所望の物性を鑑み、良好な伸びの範囲として伸びは５％以上、好ましくは７％以上である。
【００３２】
当該組成物、すなわち本発明の球状黒鉛鋳鉄について、常温及び−４０℃における衝撃値は６Ｊ／ｃｍ２以上である。衝撃値は強度に関し、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２（２００５）金属材料のシャルピー衝撃試験方法に準拠して測定される。同測定に際し、球状黒鉛鋳鉄はＵノッチ付衝動試験片（３号試験片）の形状に加工または鋳造される。本発明の球状黒鉛鋳鉄は、低温環境下においても耐性を備えることが求められる。特に、本発明の球状黒鉛鋳鉄は自動車車体の足廻り等に関連する部品への使用を想定する。従って、自動車の走行条件を勘案すると−４０℃の条件下における衝撃耐性も必要である。そこで、前掲の常温から−４０℃の範囲における衝撃値を把握することにより球状黒鉛鋳鉄の品質管理が可能となる。
【００３３】
さらに、当該組成物、すなわち本発明の球状黒鉛鋳鉄は、−３０℃におけるＪＩＳ  Ｚ  ２２４４（２００９）に準拠した測定のビッカース硬さは１７０ｋｇｆ／ｍｍ２以上、好ましくは２００ｋｇｆ／ｍｍ２以上、さらには２３０ｋｇｆ／ｍｍ２以上である。前述のとおり、本発明の球状黒鉛鋳鉄は低温環境下の使用を想定する。そのため、低温下において球状黒鉛鋳鉄の硬さは必要となる。そこで、前述の範囲が好ましく規定される。
【００３４】
ここで、球状黒鉛鋳鉄の諸物性において、硬さと衝撃値は逆相関であり、硬さと伸びも逆相関である。また、伸びと衝撃値は正相関であることが知られている。従って、本発明の球状黒鉛鋳鉄を適用する部品の目的、用途、条件等が総合的に考慮され、最適な物性値の球状黒鉛鋳鉄が選択される。後述の実施例のとおり、球状黒鉛鋳鉄は硬さを適度な水準としつつ耐性を充足する。
【００３５】
一連の説明の組成及び物性を有する当該組成物、すなわち本発明の球状黒鉛鋳鉄は自動車の車体材料に使用される。主に自動車車体の足廻り等に関連する部品であり、具体的には、ステアリングナックル、ロアアーム、アッパーアーム、サスペンション等である。
【実施例】
【００３６】
［球状黒鉛鋳鉄の作製］
球状黒鉛鋳鉄の作製において２００ｋｇ高周波溶解炉を用い、原料鉄のシュレッダー（破砕鉄原料）と加炭材、ＦｅＳを１０ｇ投入して溶融量を１００ｋｇの溶融物（溶湯）とし、１５６０±３０℃により同溶融物を坩堝内に出湯した。出湯に際し、球状化材を１．６％、カバー材を０．６％、接種材を０．４％、ＣａＳｉを０．１％、接種材０．４％の重量割合とするべく予め坩堝内に配置した。併せて、後出の表に記載の試作例の元素組成割合とするべくＣｕ等の金属を添加し成分調整を行った。この時点において球状化処理を進行させて溶融物の表面に浮かぶ不純物を除去（のろかき）した。
【００３７】
溶融物の球状化処理が進行した時点において適量を分取して、スパーク放電発光分光分析により当該溶融物中の含有成分の元素組成を測定した。こうして組成の異なる試作例１ないし２６の溶融物を調製した。そして各種物性の測定に必要な試験片を得るため、鋳型内に各試作例の溶融物を１４４０±３０℃により注湯した。一連の調製を通じて組成の異なる試作例に応じた球状黒鉛鋳鉄の所定長さの棒状物を鋳造により得た。そして、次の物性を測定した。
【００３８】
［ビッカース硬さの測定］
ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４（２００９）に準拠した測定に基づき当該温度下の球状黒鉛鋳鉄の試験片のビッカース硬さを測定した。測定に際し、株式会社明石製作所製，ＡＶＫ−Ｃ２を使用した。測定値は表１ないし表６のＨｖの項目である。以降、単に「硬さ」とは、ビッカース硬さをいう。
【００３９】
［引張強度の測定］
引張強度は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１（２０１１）の規格に準拠して測定した。併せて、同規格に準拠して伸びと０．２％耐力も測定した。各試作例の球状黒鉛鋳鉄の棒状物を旋盤によりＪＩＳ４号試験片の形状に加工した。当該試験片の測定には、株式会社島津製作所製，２０ｔｏｎオートグラフ（ＡＧ−Ｘ２５０ｋＮ）を使用した。測定時の温度は室温とし、引張速度は１ｍｍ／ｍｉｎとした。
【００４０】
［衝撃値の測定］
衝撃値は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２（２００５）金属材料のシャルピー衝撃試験方法に準拠して測定した。各試作例の球状黒鉛鋳鉄の棒状物を旋盤により同規格の３号試験片の形状に加工した。当該試験片を用いた衝撃値の測定には、株式会社東京試験機製，５ｋｇｆシャルピー衝撃試験機（ＣＩ−５０Ｄ−ＳＣ）を使用した。測定時の温度は−３０℃とした。なお、一部の試作例の試験片については、２０℃、−２０℃、−３０℃、−４０℃と複数の温度下において測定した。
【００４１】
［組織観察と結果］
試作例の球状黒鉛鋳鉄について代表的な例を６品選び、各例の断面を光学顕微鏡により倍率を１００倍にて観察した。明暗を強調するべく、ナイタールエッチングの処理を施した。図１は試作例３、図２は試作例９、図３は試作例１１、図４は試作例１４、図５は試作例１８、図６は試作例２５の写真である。
【００４２】
試作例３ではＳｉが多いためＳｉ由来の結晶性部分（白い部分）が多い。試作例９ではＣｕが相対的に少なく黒鉛粒の形成が未発達である。試作例１１，１４，１８ではＳｉを抑えＣｕを増やしており良好な球状黒鉛の粒構造が見られ、しかもＳｉ由来の結晶性部分も抑制されている。試作例２５ではＳｉもＣｕも抑制しており黒鉛粒は見られるもののＳｉ由来の結晶性部分が全体的に多くなった。
【００４３】
［元素組成及び物性の結果］
表１ないし６は試作例１ないし２６の球状黒鉛鋳鉄の元素組成である。表中の元素組成は、質量％（ｍａｓｓ％）である。併せて、ビッカース硬さ（表中Ｈｖ）の測定結果を示す。一部の試作例についての引張強度（単位：ＭＰａ）、０．２％耐力（単位：ＭＰａ）、及び伸び（単位：％）の測定結果も示す。以降も同様の単位系の表記とする。各項目の測定に際し、一の試作例当たり３または５回の測定により平均値とした。
【００４４】
【表１】
2020066772.tif 000003
【００４５】
【表２】
2020066772.tif 000004
【００４６】
【表３】
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【００４７】
【表４】
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【００４８】
【表５】
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【００４９】
【表６】
2020066772.tif 000008
【００５０】
［硬さと引張強さの関係、硬さと０．２％耐力の関係の考察］
次に、異なるＳｉ量の試作例を選び、各例の硬さ（Ｈｖ）と引張強さ（ＭＰａ）の関係、各例の硬さ（Ｈｖ）と０．２％耐力（ＭＰａ）の関係は表７である。Ｓｉの含有量（概ね２．８，２．３，２．０，１．５質量％）により区分するとともに、各Ｓｉ含有量における個々の硬さの試作例を提示し、その引張強さ及び０．２％耐力を示す。併せて、各例の硬さ（Ｈｖ）と引張強さ（ＭＰａ）の関係、各例の硬さ（Ｈｖ）と０．２％耐力（ＭＰａ）の関係をプロットしグラフ化した（図７のグラフ参照）。
【００５１】
【表７】
2020066772.tif 000009
【００５２】
表７及び図７より、硬さと引張強さ、及び硬さと０．２％耐力は正相関の関係にある。さらに、Ｓｉ量を抑制しつつ、異なる硬さの球状黒鉛鋳鉄を作製することができた。すなわち、試作例「２４，１４，２５」である。球状黒鉛鋳鉄にあっては、Ｓｉの含有量の多少よりも、その硬さに依存して引張強さと０．２％耐力が規定される。従って、Ｓｉ量を抑制して作製した球状黒鉛鋳鉄についても硬さを指標として整理することができる。
【００５３】
［温度と衝撃値の関係］
異なるＳｉ含有量の試作例の球状黒鉛鋳鉄について、温度条件を変えて衝撃値を測定した。表８ないし表１０のとおり、概ね共通する硬さ（Ｈｖ２５０，Ｈｖ２３０，Ｈｖ１７０）毎に集約し、Ｓｉの含有量が２．８，２．３，２．０，１．５質量％に相当する試作例によりまとめあげた。表中の数値は衝撃値（Ｊ／ｃｍ２）である。さらに、各表における温度（℃）と衝撃値（Ｊ／ｃｍ２）について図８のとおりグラフ化した。測定に際し、一の試作例当たり３回の測定により平均値とした。
【００５４】
【表８】
2020066772.tif 000010
【００５５】
【表９】
2020066772.tif 000011
【００５６】
【表１０】
2020066772.tif 000012
【００５７】
［温度と衝撃値の関係についての考察］
表８ないし表１０及び図８のグラフより、硬さの低い試作例の球状黒鉛鋳鉄はいずれの温度においても高い衝撃値を示した（Ｈｖ１７０の群参照）。さらに着目すると、より低温度域では、Ｓｉの含有量を抑制した試作例の球状黒鉛鋳鉄が高い衝撃値を示した（試作例１２参照）。次に、中位及び高位の硬さの試作例の球状黒鉛鋳鉄に注目すると、温度依存的に衝撃値は低下傾向にある。ただし、Ｓｉの含有量を抑制した試作例１０と１４では他の試作例と比較して衝撃値の低下は少ない。
【００５８】
従って、低温環境下における球状黒鉛鋳鉄の衝撃値を勘案すると、Ｓｉの含有量の抑制が極めて効果的であることが判明した。なお、部品に応じて球状黒鉛鋳鉄の硬さが求められるため、単純に硬さを下げることができない。しかしながら、Ｓｉの含有量の抑制により衝撃値の制御も可能である。そこで、目的に応じた球状黒鉛鋳鉄の提供が可能である。
【００５９】
［硬さと衝撃値の関係］
前出異なるＳｉ含有量の試作例の球状黒鉛鋳鉄について、硬さに応じて区分し−３０℃における衝撃値（Ｊ／ｃｍ２）との関係を求めた。表１１のとおり、Ｓｉの含有量（１．５，２．０，２．３，２．８質量％）において、それぞれ硬さ（Ｈｖ）を概ね２５０，２３０，１７０により区分した。これに対応する試作例の番号と−３０℃の衝撃値も付した。さらに、図９のとおりグラフ化した。
【００６０】
【表１１】
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【００６１】
［硬さと衝撃値の関係についての考察］
表１１及び図９のグラフより、いずれの硬さにおいても、Ｓｉの含有量を抑制するほど衝撃値の向上が明らかとなった。従って、球状黒鉛鋳鉄の部品により要求される硬さは相違するものの、傾向としてＳｉの含有量を抑制するほど衝撃値の向上に貢献し得ることを確認した。試作例から明らかであるように、適宜の硬さの球状黒鉛鋳鉄及びその部品を提供しつつ、その中においても衝撃値の向上が可能である。
【００６２】
［元素組成についての考察］
一連の検討及び考察より、球状黒鉛鋳鉄におけるＳｉ含有量の抑制が衝撃値の向上に有効であるといえる。しかしながら、前掲の硬さと引張強さの関係（「表７と図７」）と、硬さと衝撃値（「表１１と図９」）のとおり、硬さのみの指標では、所望の引張強さと衝撃値が得難くなる。従って、衝撃値と、引張強さ及び０．２％耐力を均整良く充足する必要がある。そこで、表１ないし表６の各試作例の元素組成に着目すると、Ｃｕの量の多少により硬さの調整が可能であることがわかる。
【００６３】
例えば、試作例１０，１１と試作例１２の比較では、明らかにＣｕの含有量の多い球状黒鉛鋳鉄ほど硬さは向上する。試作例２４，２６と試作例２５の比較においても同様の傾向が確認される。他に、試作例１４，１８も同様の傾向にある。このことから、ＳｉとＣｕの含有量の調整を通じて球状黒鉛鋳鉄の硬さの制御が可能であり、最終的に衝撃値と、引張強さ及び０．２％耐力等の物性の好適に充足し得る球状黒鉛鋳鉄の作製が可能であると考えることができる。
【００６４】
各試作例を踏まえると、球状黒鉛鋳鉄におけるＳｉの好ましい含有量は、１．４０ないし２．００質量％である。
【００６５】
球状黒鉛鋳鉄におけるＣｕの含有量については、０．３０ないし０．５１質量％の含有であり、より好ましくは、０．４５ないし０．５１質量％、さらにより好ましくは、０．４７ないし０．５１質量％の含有である。例えば、試作例１，３，４，７，２１，２３等はＳｉとＣｕの含有量を共に増加した例である。この場合、硬さが高めに発現する。また、ＳｉとＣｕの両方の含有量を抑制した試作例２５では硬さが低下した。試作例１１と１３はＳｉ含有量をほぼ共通としながら、Ｃｕの含有量が異なる。当該両試作例では明らかに硬さが相違する。従って、球状黒鉛鋳鉄における良好な物性を勘案すると、前掲の含有の範囲とすることができる。Ｓｉ及びＣｕの両方が規定の範囲内に収束する例は、試作例１０，１１，１４，１８，２４，２６である。
【００６６】
試作例の結果より、球状黒鉛鋳鉄の他の元素組成は、Ｃは３．７０ないし４．１０質量％、Ｍｎは０．３０質量％以下、Ｓは０．００６ないし０．００９質量％、Ｍｇは０．０２７ないし０．０４５質量％、Ｐは０．０１５ないし０．０２１質量％、Ｃｒは０．０６質量％以下として導き出される。
【００６７】
一連の試作例の測定結果から、球状黒鉛鋳鉄の引張強度は６００ＭＰａ以上、７８０ＭＰａ以下と導き出すことができる（各表及び図７参照）。同様に、伸びは５％以上、好ましくは７％以上である。そして、常温及び−４０℃における衝撃値は、Ｓｉ含有量を考慮して６Ｊ／ｃｍ２以上である（各表及び図７，８参照）。加えて、ビッカース硬さは１７０ｋｇｆ／ｍｍ２以上、好ましくは２３０ｋｇｆ／ｍｍ２以上である（各表参照）。
【００６８】
本発明の球状黒鉛鋳鉄は、その物性より理解されるとおり、衝撃値、引張強さ、０．２％耐力、伸びの指標から車体材料用途に好適であり、低温下においても耐性を備える。従って、より負荷の加わりやすい自動車車体の足廻り等に関連する部品に好適である。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明の球状黒鉛鋳鉄は、良好な物性を呈して寒冷地（例えば、ロシア、北アメリカ等）の低温下においても耐性を備えることから、負荷の加わりやすい自動車車体の足廻り等に関連する部品に好適である。そのため、従前の部品用途の球状黒鉛鋳鉄の代替として有望である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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