(57)【要約】【課題】  ダクタイル鋳鉄溶湯による鋳造時の引け巣の発生を低位に安定させるためのダクタイル鋳鉄溶湯評価方法及びこれを用いて鋳造したダクタイル鋳鉄を提供することを目的とする。【解決手段】ダクタイル鋳鉄溶湯に対しＺｒを添加しダクタイル鋳鉄溶湯の凝固過程の共晶凝固段階において固相の一部として存在する樹枝状のオーステナイト組織を微細化させて凝固過程において溶湯の残液の固相間における流動性を向上させる。Ｚｒを添加した溶湯の一部を抽出して試験片を作成する。樹枝状のオーステナイト組織が観察可能な状態となるように試験片を処理する。その処理した試験片を顕微鏡観察する。その試験片における樹枝状のオーステナイト組織の発生度を評価することにより、鋳型内の引け巣の発生について当該溶湯を評価する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダクタイル鋳鉄溶湯に対しＺｒを添加し前記ダクタイル鋳鉄溶湯の凝固過程の共晶凝固段階において固相の一部として存在する樹枝状のオーステナイト組織を微細化させて前記凝固過程において前記溶湯の残液の前記固相間における流動性を向上させ、前記Ｚｒを添加した溶湯の一部を抽出して試験片を作成し、前記樹枝状のオーステナイト組織が観察可能な状態となるように前記試験片を処理し、その処理した試験片を顕微鏡観察し、その試験片における樹枝状のオーステナイト組織の発生度を評価することにより、鋳型内の引け巣の発生について当該溶湯を評価するダクタイル鋳鉄溶湯評価方法。
【請求項２】
前記溶湯全体に対するＺｒの含有量を０．０１０〜０．０４５重量％に調整した請求項１記載のダクタイル鋳鉄溶湯評価方法。
【請求項３】
前記処理はカラー腐食液によるカラー腐食法である請求項１又は２記載のダクタイル鋳鉄溶湯評価方法。
【請求項４】
ダクタイル鋳鉄溶湯に対しＺｒを添加し前記ダクタイル鋳鉄溶湯の凝固過程の共晶凝固段階において固相の一部として存在する樹枝状のオーステナイト組織を微細化させて前記凝固過程において前記溶湯の残液の前記固相間における流動性を向上させ、前記Ｚｒを添加した溶湯の一部を抽出して試験片を作成し、前記樹枝状のオーステナイト組織が観察可能な状態となるように前記試験片を処理し、その処理した試験片を顕微鏡観察し、その試験片における樹枝状のオーステナイト組織の発生度を評価することにより、鋳型内の引け巣の発生について当該溶湯を評価し、当該溶湯を用いて鋳造したダクタイル鋳鉄。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダクタイル鋳鉄溶湯評価方法及びこれを用いて鋳造したダクタイル鋳鉄に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ダクタイル鋳鉄は普通鋳鉄と比べて、より大きな引張り強さと靭性を有する特性から産業上の重要な分野に広く利用されている。しかしながら、ダクタイル鋳鉄は鋳造時に普通鋳鉄と比べ引け巣を発生する傾向（以下、「引け性」という。）が強く、同じような形状の鋳造品であれば、引け巣防止のために設置される押し湯はダクタイル鋳鉄品の方が普通鋳鉄の場合よりも大きなものとなる。
【０００３】
このダクタイル鋳鉄の引け性は、化学成分や溶解履歴、鋳込み条件、鋳型条件などによって変化することが知られている。個別のダクタイル鋳鉄品は、このような条件を考慮して、引け巣の発生しない鋳造条件を試作設定し工業的な生産が行われている。しかし、通常管理される鋳造条件に大きな変化がないにもかかわらず、突如として引け巣の発生に悩まされることがある。これは、溶湯の引け性がばらつくことがその一因と考えられる。この引け性のばらつきは、引け巣不良発生の直接的な損害ばかりでなく、より大きな安全率を考慮して押し湯を増やしたり、冷やし金を設置することとなり、鋳造歩留まりや生産性の低下を招いていた。そして、ダクタイル鋳鉄品の素材としての信頼性を低下させる要因の一つともなっていた。
【０００４】
一方、ダクタイル鋳鉄の組織観察の方法として、例えば非特許文献１に記載のカラー腐食法が知られている。本方法により、組織中の樹枝状のオーステナイト組織を観察することが可能となり、樹枝状のオーステナイト組織の分布が引け性に関連することが判明した。しかし、この樹枝状のオーステナイト組織の分布を微細かつ無方向性にして引け性を低位に安定させる手法は未だ明らかではなかった。
【０００５】
また、例えば特許文献１に記載の如く、Ｚｒを含有するダクタイル鋳鉄が知られている。しかし、Ｚｒとダクタイル鋳鉄の引け性との関連について未だ解明されていなかった。
【特許文献１】特開２００７−１１８０７３号公報
【非特許文献１】三宅誠、星山康洋、三宅秀和  「ダクタイル鋳鉄の凝固過程に関する考察」  （社）日本鋳造工学会第１４６回全国講演大会講演概要集  第１４６回鋳造工学会全国大会  ２００５年５月  講演番号５９  ６５ページ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
かかる従来の実情に鑑みて、本発明は、ダクタイル鋳鉄溶湯による鋳造時の引け巣の発生を低位に安定させるためのダクタイル鋳鉄溶湯評価方法及びこれを用いて鋳造したダクタイル鋳鉄を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係るダクタイル鋳鉄溶湯評価方法の特徴は、ダクタイル鋳鉄溶湯に対しＺｒを添加し前記ダクタイル鋳鉄溶湯の凝固過程の共晶凝固段階において固相の一部として存在する樹枝状のオーステナイト組織を微細化させて前記凝固過程において前記溶湯の残液の前記固相間における流動性を向上させ、前記Ｚｒを添加した溶湯の一部を抽出して試験片を作成し、前記樹枝状のオーステナイト組織が観察可能な状態となるように前記試験片を処理し、その処理した試験片を顕微鏡観察し、その試験片における樹枝状のオーステナイト組織の発生度を評価することにより、鋳型内の引け巣の発生について当該溶湯を評価することにある。
【０００８】
上記特徴構成により、ダクタイル鋳鉄溶湯に対しＺｒを添加することで、樹枝状のオーステナイト組織を微細かつ無方向性のものとすることができ、溶湯の引け性を低位に安定させることができる。また、前記Ｚｒを添加した溶湯の一部を抽出して試験片を作成し、樹枝状のオーステナイト組織を観察可能な状態に処理して顕微鏡観察することで、引け性に影響を与える樹枝状のオーステナイト組織の発生度を評価することができる。その結果、鋳造する溶湯の状態を確認することができ、鋳造時の引け巣の発生を防止又は抑制することが可能となる。
【０００９】
係る場合、前記溶湯全体に対するＺｒの含有量を０．０１０〜０．０４５重量％に調整することが望ましい。この成分範囲に歩留まらせることで、樹枝状のオーステナイト組織を微細かつ無方向性なものとし、溶湯の引け性を低位かつ安定に保つことができる。
【００１０】
また、前記処理はカラー腐食液によるカラー腐食法を用いるとよい。このカラー腐食法によりサンプルにおける樹枝状のオーステナイト組織を観察可能な状態とすることができる。
【００１１】
また、上記目的を達成するため、本発明に係るダクタイル鋳鉄溶湯評価方法を用いたダクタイル鋳鉄の特徴は、ダクタイル鋳鉄溶湯に対しＺｒを添加し前記ダクタイル鋳鉄溶湯の凝固過程の共晶凝固段階において固相の一部として存在する樹枝状のオーステナイト組織を微細化させて前記凝固過程において前記溶湯の残液の前記固相間における流動性を向上させ、前記Ｚｒを添加した溶湯の一部を抽出して試験片を作成し、前記樹枝状のオーステナイト組織が観察可能な状態となるように前記試験片を処理し、その処理した試験片を顕微鏡観察し、その試験片における樹枝状のオーステナイト組織の発生度を評価することにより、鋳型内の引け巣の発生について当該溶湯を評価し、当該溶湯を用いて鋳造することにある。
【発明の効果】
【００１２】
上記本発明に係るダクタイル鋳鉄溶湯評価方法及びこれを用いて鋳造したダクタイル鋳鉄の特徴によれば、ダクタイル鋳鉄溶湯による鋳造時の引け巣の発生を低位に安定させ得るに至った。
本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、適宜添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。
本発明に係るダクタイル鋳鉄溶湯評価方法は、カラー腐食法を用いて凝固顕微鏡組織中で樹枝状のオーステナイト組織を観察可能な状態となるように試験片を処理し顕微鏡観察し、樹枝状のオーステナイト組織の発生度を評価する。この試験片は、Ｚｒを添加したダクタイル鋳鉄溶湯の一部を抽出して作成される。
【００１４】
このカラー腐食法にはカラー腐食液を用いる。カラー腐食液には、例えば９％ＮａＯＨ、１８％ＫＯＨ及び９％ピクリン酸を含有する試薬を用いる。オーステナイト組織を観察可能な状態とする処理は、まず、ダクタイル鋳鉄溶湯の一部を抽出して作成した試験片を鏡面研磨する。次に、研磨した試験片を沸騰させたカラー腐食液に約３０秒〜３分間浸漬する。そして、浸漬させた試験片を取り出して洗浄、乾燥して検鏡する。これにより、樹枝状のオーステナイト組織が観察可能となる。
【００１５】
ところで、発明者らが上述のカラー腐食法で工業的に製造されたダクタイル鋳鉄を観察したところ、観察した全ての試料において樹枝状のオーステナイト組織を観察された。発明者らは観察した樹枝状のオーステナイト組織を詳細に観察した結果、同一形状の鋳造品であっても樹枝状のオーステナイト組織が微細、無方向に分布している場合と、長く方向性を持って分布している場合があることを見出し、樹枝状のオーステナイト組織の分布と溶湯の引け性との関連を考察した。
【００１６】
ダクタイル鋳鉄の凝固過程において、引け巣の有無が決定される共晶凝固段階に晶出する固相は、球状黒鉛とこれを取り囲むオーステナイト殻が構成する球形の粒子ならびに樹枝状に成長したオーステナイト組織である。これらの分布は図１の如く類型される。同図（ａ）は、樹枝状のオーステナイト組織が存在していない状態を示し、同図（ｂ）は小さく無方向に樹枝状のオーステナイト組織が分布した状態を示す。また、同図（ｃ）は、樹枝状のオーステナイト組織が長く方向性をもって分布した状態を示す。
【００１７】
共晶凝固段階におけるダクタイル鋳鉄溶湯の内部では、黒鉛の晶出による体積膨張、オーステナイトの晶出による体積収縮、温度の低下に伴う体積収縮といった現象が逐次発生しており、晶出した固相を取り囲む残液は周辺相の体積変化に追従して頻繁に移動している。体積収縮した領域を残液が移動して補うことができない場合に引け巣は発生すると考えられる。
【００１８】
図１（ａ）（ｂ）に示す如く、樹枝状のオーステナイト組織が存在していない場合、または、樹枝状のオーステナイト組織が小さく無方向に分布した場合には、凝固の進行に伴う鋳造品の体積収縮を補うための溶湯移動は比較的容易である。しかし、図１（ｃ）に示す如く、樹枝状のオーステナイト組織が長く方向性を持って分布した場合には、溶湯の移動は困難となる。このことは、実際にダクタイル鋳鉄に生じた引け巣の内面に、長く方向性を持った樹枝状晶が観察される現象とも符合する。このように、樹枝状のオーステナイト組織の分布は、引け性のばらつきに影響を与えており、これを微細かつ無方向に分布させることができれば、溶湯の引け性は低位に安定する。
【００１９】
そして、発明者らは、ダクタイル鋳鉄の鋳込み前にＺｒを溶湯に新たに添加して正常に歩留まらせることで、ダクタイル鋳鉄の製造において、その共晶凝固時点で晶出する樹枝状のオーステナイト組織を微細かつ無方向性なものとし、溶湯の引け性を低位かつ安定に保つことが可能であることを見い出した。本実施形態においては、通常の球状黒鉛鋳鉄溶湯にＺｒを０．０１０−０．０４５重量％新たに添加して正常に歩留まらせる。このＺｒの添加量０．０１０重量％以下では樹枝状のオーステナイト組織を微細かつ無方向化する効果が得られない。また、０．０４５重量％以上のＺｒを鋳鉄溶湯に添加すると、黒鉛の球状化率が低下するとともに炭化物を生じて材質上の不具合が生じる。
【００２０】
ジルコニウムＺｒは上記の量を正常に含有させることができればよく、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｚｒ母合金など、どのような添加剤を用いてもよい。例えば、球状化処理剤により添加しても構わない。但し、ジルコニウムは他の元素との親和性が高く、鋳鉄溶湯に含まれる元素の中では、炭素、シリコン、チッソ、酸素などと化合物を形成することが知られており、鋳鉄溶湯に添加されたジルコニウムはさまざまな元素と化合物を形成しつつ、より安定な化合物を形成して活性を失う。すなわち、鋳鉄溶湯に添加されたジルコニウムは時間の経過につれて、その存在形態の変化とともに樹枝状オーステナイト組織を微細かつ無方向性にする効果も減衰するので、鋳込み前に所定量を新たに添加する必要がある。
【００２１】
従って、本実施形態における樹枝状のオーステナイト組織の発生度の評価は、上述の処理を行った試験片を顕微鏡観察することで、その試験片が図１（ａ）〜（ｃ）のいずれの状態（存在形態）であるかを評価して、Ｚｒを添加したダクタイル鋳鉄溶湯を評価する。そして、例えば図１（ａ）（ｂ）の如く、樹枝状のオーステナイト組織が存在していない状態又は、小さく無方向に分布している状態である場合に、その試験片を作成したダクタイル鋳鉄溶湯は引け巣の発生が防止又は抑制されたと判断し、そのダクタイル鋳鉄溶湯を用いてダクタイル鋳鉄を製造する。
【００２２】
このように、Ｚｒを所定量添加することで、得られるダクタイル鋳鉄品に生じる樹枝状のオーステナイト組織を微細かつ無方向性のものとなる。これによって共晶凝固中に溶湯内に晶出する固相による膨張、収縮に伴う圧力の変化に応じた溶湯の移動が容易となり、溶湯の引け性を低位かつ安定に保つことができる。しかも、カラー腐食法により、顕微鏡観察で引け性に影響を与える樹枝状のオーステナイト組織の発生度（存在形態）を評価することが可能となった。その結果、鋳造歩留まりを改善して生産性を向上させるとともに、ダクタイル鋳鉄の素材としての信頼性を高めることができる。
【実施例】
【００２３】
４０００Ｋｇ高周波炉において表１に示す成分の球状黒鉛鋳鉄元湯を溶製した。これに対して、表２に示す球状化条件で球状化処理を行った。球状化処理はジルコニウムを添加しないものとジルコニウムを０．０２６％添加したものを連続して行った。そして、球状化処理後の溶湯を１３５０℃にて、ＣＯ2ガス砂製の１インチＹブロック鋳型に鋳造した。次に、得られた試験片を鏡面研磨し、沸騰させたＭｏｔｚ試薬に約３０秒〜３分間を浸漬した。その処理した試験片を取り出して洗浄、乾燥させ、処理を行った試験片のキール部分で顕微鏡組織を観察し、Ｙブロック上部中央の切断面において内引け巣の発生状況を観察した。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
【表２】
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【００２６】
【表３】
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【００２７】
図２に示す処理番号１のカラー腐食後の顕微鏡組織を観察すると、長く方向性を持った樹枝状組織が観察される。一方で、図３に示す処理番号２のカラー腐食後の顕微鏡組織では、樹枝状晶が微細かつ均一に分布している。これに対応してＹブロック上部中央切断部に観察された内引け巣の分布は、処理番号１では比較的広い範囲に多数の巣穴が分散しているが、処理番号２では引け巣の発生範囲は狭く、巣穴の量も少ない。
【００２８】
最後に、本発明の他の実施形態の可能性について言及する。
上記実施形態において、カラー腐食液として、９％ＮａＯＨ、１８％ＫＯＨ及び９％ピクリン酸を含有する試薬を用いた。しかし、カラー腐食液はこの成分の試薬に限られず、樹枝状のオーステナイト組織が顕微鏡組織観察において観察可能な状態とし得る試薬であれば、成分は特に限定されない。また、試験片の処理はカラー腐食液を用いたカラー腐食法による化学腐食の他、電解腐食やサーマルチント等による処理であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、ダクタイル鋳鉄溶湯評価方法として利用することができる。そして、この評価方法を用いてダクタイル鋳鉄を鋳造することにより引け巣の発生を低位に安定させることができる。また、この評価方法は、ダクタイル鋳鉄の溶湯処理法、球状化処理方法に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】ダクタイル鋳鉄の共晶凝固途中の固相部分を模式的に示す図であり、（ａ）は樹枝状のオーステナイト組織が存在していない状態、（ｂ）は樹枝状のオーステナイト組織が小さく無方向に分布している状態、（ｃ）は樹枝状のオーステナイト組織が長く方向性をもって分布している状態を示す。
【図２】試験片の顕微鏡組織である。
【図３】試験片の顕微鏡組織である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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