(57)【要約】【課題】耐高温酸化性に優れた球状黒鉛鋳鉄品を得ることができる球状黒鉛鋳鉄品の製造方法を提供すること。【解決手段】基地の金属組織をフェライト化するフェライト化熱処理を行う工程と、フェライト化熱処理を施した基地の表面にクロムを拡散浸透させる第１浸透処理（クロマイジング処理）を行う工程と、第１浸透処理を施した基地の表面にアルミニウムを拡散浸透させる第２浸透処理（カロライジング処理）を行う工程と、を含む方法により、基地表面に金属種含浸処理が施された球状黒鉛鋳鉄品を製造する。一態様において、基地をフェライト化熱処理の処理温度以上に保持したまま、フェライト化熱処理から第１浸透処理に移行する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地の金属組織をフェライト化するフェライト化熱処理を行う工程と、
前記フェライト化熱処理を施した前記基地の表面にクロムを拡散浸透させる第１浸透処理を行う工程と、
前記第１浸透処理を施した前記基地の表面にアルミニウムを拡散浸透させる第２浸透処理を行う工程と、
を含む、球状黒鉛鋳鉄品の製造方法。
【請求項２】
前記基地の温度を前記フェライト化熱処理の処理温度以上に保持したまま、前記フェライト化熱処理から前記第１浸透処理に移行する、請求項１に記載の球状黒鉛鋳鉄品の製造方法。
【請求項３】
前記フェライト化熱処理は、前記基地の金属組織をオーステナイト化した後にフェライト化する処理である、請求項１又は２に記載の球状黒鉛鋳鉄品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球状黒鉛鋳鉄品の製造方法に関し、特に、基地表面に金属種含浸処理を施すことによって球状黒鉛鋳鉄の表面改質を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
球状黒鉛鋳鉄は、高温強度及び耐酸化性に優れ、しかも安価で成形しやすいことから、例えばディーゼル機関のエキゾーストマニホールドやタービンハウジング等に使用されている。また、鋳鉄製品の高温強度や耐酸化性等の特性を更に優れたものとするべく、種々の球状黒鉛鋳鉄が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１には、クロム、モリブデン、バナジウム、タングステン、ニオブ等を所定の配合量ずつ添加することにより、高温強度、耐酸化性及び延性に優れた球状黒鉛鋳鉄を低コストで製造することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１４４２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、高出力自動車等の高速ディーゼル機関では排ガス温度が従来よりも高く、より高温の環境（例えば８５０℃や９００℃を超える温度）に耐え得る鋳鉄材が要求されている。しかしながら、特許文献１に記載のものは、８００℃における耐酸化性の評価結果において、タービンハウジング用材料として従来使用されている高ケイ素モリブデン系鋳鉄材とほぼ同等であり、上記要求を満足する程度に十分に高い耐酸化性を有しているとは言いにくい。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、耐高温酸化性に優れた球状黒鉛鋳鉄品を得ることができる球状黒鉛鋳鉄品の製造方法を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、金属表面にクロムを拡散浸透させる処理（クロマイジング処理）と、アルミニウムを拡散浸透させる処理（カロライジング処理）とを複合的に施すことにより、球状黒鉛鋳鉄の表面改質を行うことに着目した。ところが、本発明者らが検討したところ、基地に対し上記の拡散浸透処理を単に施しただけでは金属拡散層と鋳鉄基地との密着性が十分でなく、鋳鉄に対して十分に高い耐高温酸化性を付与できないことが分かった。耐高温酸化性に優れた鋳鉄品を得るべく本発明者らは更に鋭意検討し、その結果、クロマイジング処理及びカロライジング処理を行う前に、鋳鉄基地に対して特定の処理を施すことにより上記課題を解決可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明により以下の手段が提供される。
【０００８】
本発明は、球状黒鉛鋳鉄品の製造方法に関する。第１の構成は、基地の金属組織をフェライト化するフェライト化熱処理を行う工程と、前記フェライト化熱処理を施した前記基地の表面にクロムを拡散浸透させる第１浸透処理を行う工程と、前記第１浸透処理を施した前記基地の表面にアルミニウムを拡散浸透させる第２浸透処理を行う工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、第１浸透処理によって鋳鉄基地にクロムを拡散浸透する前に、基地に対してフェライト化熱処理を行うことにより、金属拡散層（耐酸化皮膜）の基地に対する密着性を改善することができる。これにより、耐高温酸化性に優れた球状黒鉛鋳鉄品を得ることができる。
【００１０】
第２の構成は、上記第１の構成において、前記基地の温度を前記フェライト化熱処理の処理温度以上に保持したまま、前記フェライト化熱処理から前記第１浸透処理に移行することを特徴とする。この構成では、フェライト化熱処理時の高温状態を保持したまま、フェライト化熱処理から連続して第１浸透処理（クロマイジング処理）を行う。これにより、酸化物の生成を抑制しながら基地表面にクロムを拡散浸透させることができ、更には、基地に対する金属拡散層の密着性をより高くすることができる。また、フェライト化熱処理とクロマイジング処理とを連続して行うことにより、工程時間の短縮化及び製造工程の簡略化を図ることができる。
【００１１】
第３の構成は、上記第１の構成又は第２の構成において、前記フェライト化熱処理は、前記基地の金属組織をオーステナイト化した後にフェライト化する処理であることを特徴とする。この場合、第１浸透処理の前に金属組織を十分にフェライト化しておくことができ、基地と金属拡散層との密着性を改善する上でより好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】球状黒鉛鋳鉄の熱処理時のヒートパターンを示す図。（ａ）は、フェライト化処理とクロマイジング処理とを独立して行った場合のフェライト化処理のヒートパターンであり、（ｂ）は、フェライト化処理とクロマイジング処理とを連続して行った場合のフェライト化処理及びクロマイジング処理のヒートパターンである。
【図２】高温酸化試験後の試験片の組織写真を示す図。（ａ）は、フェライト化処理を行わなかった場合の試験片であり、（ｂ）は、フェライト化処理を行った場合の試験片である。
【図３】電子プローブアナライザ（ＥＰＭＡ）により元素分析を行った結果の組織写真を示す図。（ａ）は炭素分布を示し、（ｂ）はクロム分布を示し、（ｃ）はアルミニウム分布を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に関連する事項について詳細に説明する。本発明に係る球状黒鉛鋳鉄品は、球状黒鉛鋳鉄からなる基地に対して金属種含浸処理を施すことにより製造される。本発明の球状黒鉛鋳鉄品の製造方法は、フェライト化工程と、クロマイジング工程と、カロライジング工程とを含む。以下、各工程について詳細に説明する。
【００１４】
本製造方法により金属種含浸処理を施すにあたり、まず、金属種含浸処理を施す鋳造品を準備する（準備工程）。本製造方法に供される鋳造品（すなわち、球状黒鉛鋳鉄）の化学成分は特に限定されず、所望とする製品の用途等に応じて適宜選択することができる。優れた高温強度及び耐高温酸化性を有する球状黒鉛鋳鉄製品を得る観点から、金属種含浸処理を施す対象の球状黒鉛鋳鉄として、ケイ素を４．０〜６．０質量％含む高ケイ素球状黒鉛鋳鉄を用いることが好ましい。より具体的には、その化学成分が、質量％で、Ｃ：２．０〜３．５％、Ｓｉ：４．０〜６．０％、Ｍｎ：０．５％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｃｒ：０．７％以下、Ｍｏ：０．４％以下、Ｍｇ：０．０１５〜０．０６％、Ａｌ：０．１％以下であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる球状黒鉛鋳鉄を用いることが好ましい。
【００１５】
Ｃは、適量の黒鉛を形成させるとともに、マトリックスに固溶して鋳鉄を有効に強化する観点から、その含有量は、２．１〜３．４％であることがより好ましく、２．２〜３．３％であることが更に好ましい。また、炭素当量（ＣＥ値）は、４．０〜４．５であることが好ましい。
Ｓｉは、十分な耐酸化性を得るとともに、基地組織のフェライト相が脆化することを抑制するために、その含有量は、４．２〜５．９％であることがより好ましく、４．３〜５．７％であることが更に好ましい。
Ｍｎは、硫黄を十分に取り除くための成分元素である。ただし、過剰であると鋳鉄の組織がチル化する傾向があるため、０．５％以下であることが好ましく、０．４以下であることがより好ましい。
【００１６】
Ｐは、加熱冷却の繰り返しによる熱劣化を抑制する観点から、好ましくは０．０５％以下、より好ましくは０．０４以下である。
Ｓは、加熱冷却の繰り返しによる熱劣化を抑制する観点から、好ましくは０．０２％以下であり、より好ましくは０．０１％以下である。
Ｃｒは、鋳鉄の靭性が低下することを抑制するために、好ましくは０．７％以下であり、より好ましくは０．６％以下である。
【００１７】
Ｍｏは、鋳鉄の靭性が低下することを抑制するために、好ましくは０．４％以下であり、より好ましくは０．３７％以下である。
Ｍｇは、黒鉛の球状化を好適に行わせるとともに、余剰のＭｇが晶出して中温脆化を引き起こすことを抑制するために、０．０１５〜０．０６％であることが好ましく、０．０２〜０．０５％であることがより好ましい。
Ａｌは、鋳鉄材の耐酸化性に寄与するが、過剰であると湯流れを悪化させるため、好ましくは０．１％以下であり、より好ましくは０．０７％以下である。
【００１８】
本製造方法に供される鋳造品を得るには、まず、球状黒鉛鋳鉄の最終的な化学成分が、上記の各成分組成となるように原料を調製し、これを電気炉で溶融し、更に溶湯に黒鉛球状化処理を施し、その後、所定の形状に鋳込む。本製造方法では、このようにして得られた鋳放し状態の鋳造品に対して、以下に説明するフェライト化処理、クロマイジング処理、及びカロライジング処理を施す。
【００１９】
＜フェライト化工程＞
本工程は、球状黒鉛鋳鉄の金属組織をフェライト化するための熱処理（以下、「フェライト化処理」という。）を行う工程である。なお、フェライト化処理が「フェライト化熱処理」に相当する。
【００２０】
フェライト化処理は、好適には、球状黒鉛鋳鉄の基地の金属組織をオーステナイト化した後にフェライト化する熱処理（フェライト化焼鈍）である。具体的には、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、まず、上記で準備した鋳造品を加熱してオーステナイト化温度Ｔｏまで昇温し、オーステナイト化温度Ｔｏで所定時間ｔｏ保持することにより、基地組織中のパーライト相を形成するセメンタイトを分解してオーステナイト化する。続いて、オーステナイト化温度Ｔｏよりも低温のフェライト化温度Ｔｆまで、パーライト変態が生じない速度で炉冷し、フェライト化温度Ｔｆで所定時間ｔｆ保持し、必要に応じて炉冷した後、空冷する。これにより、フェライト相を主体とする球状黒鉛鋳鉄が得られる。
【００２１】
オーステナイト化温度Ｔｏは、オーステナイト単相温度域内であればよく、例えば８００〜１１００℃である。保持時間ｔｏは、例えば３０分〜５時間である。金属組織のオーステナイト化を十分に行いつつ、過剰な熱エネルギーの消費を抑制する点で、保持時間ｔｏは、好ましくは１〜４時間である。フェライト化温度Ｔｆは、例えば７４０〜７７０℃である。保持時間ｔｆは、例えば３０分〜５時間であり、好ましくは１〜４時間である。オーステナイト化温度Ｔｏからフェライト化温度Ｔｆへの炉冷の時間は、パーライト変態の生成を抑制する観点から、好ましくは１〜６時間、より好ましくは２〜６時間である。
【００２２】
＜クロマイジング工程＞
本工程は、フェライト化処理を施した基地の表面に対し、クロムを拡散浸透させる処理（クロマイジング処理）を行う工程である。本工程により、球状黒鉛鋳鉄の基地表面に、クロムを含む合金層を形成することができる。こうした合金層が基地表面に形成されることにより、基地に耐浸硫性及び耐酸化性を付与することができる。なお、クロマイジング処理が「第１浸透処理」に相当する。
【００２３】
クロマイジング処理の各種条件は特に限定されるものではなく、従来公知の方法を適用することができる。クロマイジング処理は通常、被処理物（すなわち、球状黒鉛鋳鉄）を、金属Ｃｒ粉４０〜８０質量％、Ａｌ２Ｏ３粉１９〜５９質量％、及びＮＨ４Ｃｌ粉０．５〜１．０質量％を混合してなるクロム浸透剤と共に半密閉容器内に充填し、不活性ガス又は還元ガスを流しながら８００〜１１００℃で５〜３０時間加熱することにより行う。
【００２４】
クロマイジング処理は、フェライト化処理を施した基地の表面にクロムを拡散浸透させるように行う限り、その実施態様は特に制限されない。フェライト化処理からクロマイジング処理へ移行する際の熱処理の温度パターンの具体例としては、（１）フェライト化処理の完了後に一旦冷却し、その後昇温することによりクロマイジング処理を実施する態様（図１（ａ）参照）、（２）フェライト化処理の完了後に冷却せずに、フェライト化処理時の温度以上で保持することによりクロマイジング処理を実施する態様（図１（ｂ）参照）、等が挙げられる。これらのうち、パーライト変態による炭化物の生成を十分に抑制し、耐高温酸化性をより高めることができる点、及び工程時間の短縮化を図ることができる点で、上記（２）の方法によることが好ましい。
【００２５】
上記（２）の方法の場合、鋳造品とクロム浸透剤とを容器内に充填した状態でフェライト化処理を実施し、フェライト化処理の完了に伴い、そのままフェライト化温度Ｔｆからクロマイジング処理温度Ｔｃまで昇温し（図１（ｂ）参照）、等温保持することによりクロムを拡散浸透させるとよい。この場合、フェライト化処理からクロマイジング処理への移行の際に鋳造品をわざわざ取り出さなくてもよく、工程の簡略化を図ることができる点で好適である。上記（２）の方法では、フェライト化焼鈍により鋳鉄基地の金属組織をフェライト相＋オーステナイト相の状態とし、その状態のまま、フェライト化焼鈍から連続的にクロマイズ処理に移行する加熱パターンとすることが好ましい。
【００２６】
＜カロライジング工程＞
本工程は、クロマイジング処理を施した鋳鉄基地の表面に対し、アルミニウムを拡散浸透させる処理（カロライジング処理）を行う工程である。本工程により、球状黒鉛鋳鉄の基地表面に、アルミニウムを含む合金層を形成することができる。また、アルミニウム含有の合金層が基地表面に形成されることにより、鋳鉄基地に優れた耐高温酸化性を付与することができる。また、カロライジング処理を単独で実施すると処理面の面荒れが目立ちやすいが、本製造方法のように、クロマイジング処理の後にカロライジング処理を行うことにより、処理面の面荒れを抑制できる点で好適である。なお、カロライジング処理が「第２浸透処理」に相当する。
【００２７】
カロライジング処理の各種条件は特に限定されるものではなく、従来公知の方法を適用することができる。カロライジング処理は、通常、試験片（本発明では、クロマイジング処理後の試験片）を、Ｆｅ−Ａｌ合金粉１０〜６０質量％、Ａｌ２Ｏ３粉３９〜８９質量％、及びＮＨ４Ｃｌ粉０．５〜１．０質量％を混合してなるアルミ浸透剤と共に半密閉容器内に充填し、不活性ガス又は還元ガスを流しながら、８００℃〜１１００℃で５〜３０時間加熱することにより行う。
【００２８】
ここで、クロマイジング処理によれば、球状黒鉛鋳鉄に対し耐浸硫性を付与でき、また処理後の面荒れを抑制できる一方、高温環境下での耐酸化性が十分でなく、例えば９００℃を超える温度域での使用が想定される製品への適用が妨げられることがある。また、球状黒鉛鋳鉄に耐酸化性を付与するべく、クロマイジング処理とカロライジング処理とを複合的に実施すると、クロマイジング処理により形成したクロム拡散層と鋳鉄基地との密着性が十分でなく、鋳鉄基地に対して優れた耐高温酸化性を付与できないことが分かった。
【００２９】
これに対し、本製造方法では、前処理として、鋳鉄基地に対してフェライト化処理（フェライト化焼鈍）を行い、その後、フェライト化した基地の表面にクロムを拡散浸透させる。これにより、鋳鉄基地に対するクロム拡散層の密着性を改善することができるとともに、アルミ拡散層の剥離を抑制することができ、耐高温酸化性に優れた球状黒鉛鋳鉄製品を得ることができる。なお、前処理としてフェライト化焼鈍を行うことによって、耐酸化皮膜の基地に対する密着性を改善できた理由は定かではないが、フェライト化焼鈍によって基地中（より具体的には、フェライト基地中）に存在する過剰な炭化物が分解されたことによるものと推測される。
【００３０】
球状黒鉛鋳鉄に対してフェライト化処理、クロマイジング処理及びカロライジング処理を施す際の処理条件を下記式（１）により各処理ごとにパラメータ変換し、それらの総和（パラメータ総和ΣＰ）を下記数式（２）により算出した場合、より優れた耐高温酸化性を実現するために、パラメータ総和ΣＰは、６０００以上であることが好ましく、６１００以上であることがより好ましい。
Ｐ＝（Ｔ＋２７３）×（ｌｏｇｔ＋１）    …（１）
（数式（１）中、Ｔは処理温度［℃］であり、ｔは処理時間［ｈｒ］である。）
ΣＰ＝Ｐｆ＋Ｐｃ＋Ｐａ    …（２）
ただし、Ｐｆ＝ｋ×（Ｔｆ＋２７３）×（ｌｏｇ（ｔｆ）＋１）    …（３）
Ｐｃ＝（Ｔｃ＋２７３）×（ｌｏｇ（ｔｃ）＋１）    …（４）
Ｐａ＝（Ｔａ＋２７３）×（ｌｏｇ（ｔａ）＋１）    …（５）
（数式（３）中、ｋは係数であり、Ｔｆはフェライト化処理の処理温度［℃］であり、ｔｆは処理時間［ｈｒ］である。数式（４）中、Ｔｃはクロマイジング処理の処理温度［℃］であり、ｔｃは処理時間［ｈｒ］である。数式（５）中、Ｔａはカロライジング処理の処理温度［℃］であり、ｔａは処理時間［ｈｒ］である。）
【００３１】
なお、ｋは、フェライト化条件のパラメータ値であり、フェライト化処理からクロマイジング処理に連続的に移行した場合（すなわち、図１（ｂ）のヒートパターンとした場合）をｋ＝１．０とし、フェライト化処理とクロマイジング処理とを独立して実施した場合（すなわち、図１（ａ）のヒートパターンとした場合）をｋ＝０．５とし、フェライト化処理及びクロマイジング処理を共に実施しなかった場合をｋ＝０とした係数である。
【００３２】
また、本発明によれば、上記のフェライト化工程、クロマイジング工程及びカロライジング工程を含む球状黒鉛鋳鉄の表面処理方法が提供される。この表面処理方法によれば、金属表面に強固な耐酸化皮膜を形成でき、耐高温酸化性に優れた球状黒鉛鋳鉄を得ることができる。
【００３３】
本製造方法により得られる球状黒鉛鋳鉄品は種々の用途に利用される。特に、本製造方法により得られた球状黒鉛鋳鉄品は耐高温酸化性に優れており、例えば９００℃を超える高温環境下での使用にも耐え得る。したがって、高温環境下での使用が想定される自動車用の排気系部品、具体的には、エキゾーストマニホールド、タービンハウジング、ターボハウジング、ターボハウジングアウトレットパイプ、タービンハウジング一体型エキゾーストマニホールド、ターボハウジング一体型エキゾーストマニホールド等に好ましく適用することができる。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例及び比較例中の「部」及び「％」は、特に断らない限り質量基準である。
【００３５】
＜試験片の作製＞
Ｆｅ以外の元素の組成が、質量％で、Ｃ：３．１４％、Ｓｉ：４．３３％、Ｍｎ：０．２１％、Ｐ：０．０３５％、Ｓ：０．００８％、Ｃｒ：０．５３％、Ｍｏ：０．３４％、Ｍｇ：０．０３５％、Ａｌ：０．０２１％である球状黒鉛鋳鉄を製造した。なお、Ｃｒ及びＭｏが少量添加された、パーライト組織が析出しやすい化学成分値の高ケイ素球状黒鉛鋳鉄を試験片として用いた。この球状黒鉛鋳鉄のビッカース硬度（Ｈｖ（１９６Ｎ））は２５７Ｈｖであり、Ａｃ１変態開始温度は８７５℃、Ａｃ１変態完了温度は９２０℃であった。なお、球状黒鉛鋳鉄の化学成分データは、作製した球状黒鉛鋳鉄を発光分光分析装置により分析した値である。
試験片は、鋳放し状態の鋳造ブロック（Ｙブロック）から２５ｍｍ角×２２０ｍｍの角材を切り出し、その切り出した角材を湿式鋸刃切断機により更に切断し、１０ｍｍ角×３０ｍｍの大きさとした。
【００３６】
＜球状黒鉛鋳鉄の表面処理及び評価＞
［実施例３〜９］
１．試験片の表面処理
上記で作製した試験片に対し、フェライト化処理、クロマイジング処理及びカロライジング処理をこの順に実施した。実施例３〜９では、図１（ｂ）に示すヒートパターンに従って熱処理を行った。
まず、クロム粉末４０〜８０質量％、アルミナ粉末１９〜５９質量％、及び塩化アンモニウム粉末０．５〜１．０質量％を混合してなるクロム浸透剤に試験片を埋設し、半密閉容器に充填して、Ａｒガスを流しながらバッチ式電気炉にて９００〜１０００℃まで昇温し、３時間保持することにより、試験片の金属組織をオーステナイト化した。その後、７００〜８００℃の温度まで炉冷し、その温度を保持してフェライト相を析出させた。
徐冷後、処理温度（Ｔｃ）まで昇温し、温度Ｔｃで保持することによりクロマイジング処理を行った。処理時間ｔｃの経過後、室温まで徐冷した。
続いて、試験片を取り出し、Ｆｅ−Ａｌ合金粉末１０〜６０質量％、アルミナ粉末３９〜８９質量％、及び塩化アンモニウム粉末０．５〜１．０質量％を混合してなるアルミ浸透剤に、クロマイジング処理後の試験片を埋設し、半密閉容器に充填して、Ａｒガスを流しながら処理温度（Ｔａ）まで昇温し、時間ｔａの間、温度Ｔａで保持することによりカロライジング処理を行った。実施例３〜９では、下記表１に示すように、各試験片に対して異なる処理温度及び処理時間にて、フェライト化処理、クロマイジング処理及びカロライジング処理をそれぞれ行った。
【００３７】
２．高温酸化試験
表面処理を施した各試験片を用いて高温酸化試験を行った。高温酸化試験は次のようにして行った。
まず、表面処理後の各試験片をムライト質磁性製ルツボ（株式会社ニッカトー社製、理化学用陶磁器（最大１１００℃耐用品））に１個ずつ入れ、剥離スケールが毀れ落ちないようにした上で電気炉内に装填した。なお、ルツボには蓋を取り付けなかった。電気炉としては、光洋サーモシステム株式会社製（型式：ＫＢＦ８２８Ｎ１）を用いた。電気炉内において試験片を、目標耐用温度よりも高温の１０００℃で１００時間、連続で恒温保持し、高温加熱前後の質量変化を計測した。試験片の質量増減については、ルツボ単独の質量を最初に計測しておき、それ以降は、高温加熱前、高温加熱後、及びスケール除去後のそれぞれについて、磁性製ルツボ内に試験片を入れた状態で質量計測を行うことにより求め、試験片の質量増減から酸化減耗率［％］を算出した。なお、酸化減耗率が低い値であるほど、耐高温酸化性が良好であるといえる。各試験片の試験結果を下記表１に示した。
【００３８】
［実施例１、２］
上記で作製した試験片に対し、図１（ａ）に示すヒートパターンに従ってフェライト化処理を行い、室温まで徐冷後にクロマイジング処理を実施した点、及び各処理条件を下記表１に記載のとおりとした点以外は実施例３〜９と同様に試験片に各処理を施すとともに、高温酸化試験を行った。
［比較例１〜１０］
フェライト化処理、クロマイジング処理及びカロライジング処理の少なくともいずれかを実施しなかった点、及び各処理条件を下記表１に記載のとおりとした点以外は実施例１、２と同様に試験片に各処理を施すとともに、高温酸化試験を行った。なお、比較例７では、フェライト化処理、クロマイジング処理及びカロライジング処理のいずれも実施しなかった。表１中、処理温度及び処理時間に「０」が付された処理については、その処理を行わなかったことを意味する。
【００３９】
＜パラメータ変換＞
熱処理の処理時間及び処理温度を一元化するために、各実施例及び比較例の処理条件について、上記数式（１）によりパラメータ変換した。また、上記数式（１）に基づき、フェライト化処理、クロマイジング処理及びカロライジング処理の各処理のパラメータ（Ｐｆ、Ｐｃ、Ｐａ）を算出し、それらの総和であるパラメータ総和ΣＰを上記数式（２）により算出した。各実施例及び比較例におけるＰｆ、Ｐｃ、Ｐａ及びΣＰを下記表１に併せて示した。
【００４０】
【表１】
2020122212.tif 000002
【００４１】
表１の結果から明らかなように、クロマイジング処理前にフェライト化処理を行った実施例１〜９では、クロマイジング処理前にフェライト化処理を行わなかった比較例（比較例１、２、４〜６）に比べて、高温酸化試験により算出した酸化減耗率（０．２８％以下）が低かった。特に、フェライト化処理から連続的にクロマイジング処理に移行した実施例３〜９では、酸化減耗率（０．１０％〜０．２２％）がより低く、耐高温酸化性により優れることが分かった。
一方、カロライジング処理を単独で又はクロマイジング処理と組み合わせて行った場合（比較例１〜６）には、酸化減耗率が０．５％以上と大きい値を示した。また、カロライジング処理を行わず、クロマイジング処理を単独で行った場合（比較例９、１０）には、酸化減耗率が７．８０％、５．８０％と非常に大きい値であった。
【００４２】
さらに、フェライト化処理、クロマイジング処理及びカロライジング処理を行った実施例１〜９のΣＰ値と酸化減耗率との関係を見ると、ΣＰが６１００以上では酸化減耗率が０．２０％以下となり、耐高温酸化性により優れた球状黒鉛鋳鉄品を得るための好適条件であると言える。
【００４３】
図２に、高温酸化試験後の試験片の組織写真を示す。図２中、（ａ）は、クロマイジング処理及びカロライジング処理の前にフェライト化処理を行わなかった場合の組織写真であり、（ｂ）は、クロマイジング処理前にフェライト化処理を行い、フェライト化後の試験片に対しクロマイジング処理及びカロライジング処理を行った場合の組織写真である。なお、図２（ｂ）には、フェライト化処理から連続的にクロマイジング処理へ移行することにより表面処理を行った試験片の組織写真を示した。高温酸化試験は、上記「２．高温酸化試験」に記載の条件と同じ条件にて行った。
【００４４】
図２の（ａ）と（ｂ）の組織写真を対比すると分かるように、前処理としてフェライト化焼鈍を行った試験片では、表面処理層の基地との剥離が小さく、基地と表面処理層との密着性が改善された。また、前処理としてフェライト化焼鈍を行った試験片では、表面荒れを抑制しつつ基地表面に金属拡散層を形成することができた。
【００４５】
図３に、フェライト化焼鈍を行った試験片の高温酸化試験後の表面状態を調べるために、電子プローブアナライザ（ＥＰＭＡ）により元素分析を行った結果の組織写真（倍率１００倍）を示す。評価には、フェライト化処理から連続的にクロマイジング処理へ移行し、その後カロライジング処理を行った試験片を用いた。高温酸化試験は、上記「２．高温酸化試験」に記載の条件と同じ条件にて行った。図３中、（ａ）は炭素分布、（ｂ）はクロム分布、（ｃ）はアルミニウム分布を示す。図３の結果から分かるように、試験片の基地に球状黒鉛の分布が確認されるとともに、表面にクロム及びアルミニウムの分布が確認された。この試験片の高温酸化試験後における酸化減耗率は０．０９％であった。
【図１】
2020122212.tif 000003
【図２】
2020122212.tif 000004
【図３】
2020122212.tif 000005