(57)【要約】【課題】厚肉鋳物としても、高硬度で、靭性、耐摩耗性、耐焼付き性に優れた、よって鋼板圧延などにも適した、鋳鉄鋳物とその製造方法の提供を課題とする。【解決手段】本発明の鋳鉄鋳物は、重量％で、Ｃ：１．８〜２．５％、Ｓｉ：１．０〜２．０％、Ｍｎ：０．２〜１．５％、Ｎｉ：２．０〜４．０％、Ｍｏ：１．５〜２．５％、Ｍｇ：０．０１〜０．１％、Ｃｒ：０〜０．８％、を含有し、基地の６０％以上をマルテンサイト相で占める組織とすると共に基地中に少なくとも球状黒鉛を分散させた組織としてある。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、
Ｃ  ：１．８〜２．５％、
Ｓｉ：１．０〜２．０％、
Ｍｎ：０．２〜１．５％、
Ｎｉ：２．０〜４．０％、
Ｍｏ：１．５〜２．５％、
Ｍｇ：０．０１〜０．１％、
Ｃｒ：０〜０．８％、
を含有し、基地の６０％以上をマルテンサイト相で占める組織とする共に基地中に少なくとも球状黒鉛を分散させた組織としてあることを特徴とする鋳鉄鋳物。
【請求項２】
重量％で、
Ｃ  ：１．９〜２．４％、
Ｓｉ：１．２〜１．８％、
Ｍｎ：０．４〜１．３％、
Ｎｉ：２．６〜３．８％、
Ｍｏ：１．７〜２．４％、
Ｍｇ：０．０３〜０．０８％、
Ｃｒ：０〜０．７％、
を含有することを特徴とする請求項１に記載の鋳鉄鋳物。
【請求項３】
重量％で、
Ｃ  ：２．０〜２．３％、
Ｓｉ：１．４〜１．６％、
Ｍｎ：０．６〜１．１％、
Ｎｉ：３．０〜３．５％、
Ｍｏ：２．０〜２．３％、
Ｍｇ：０．０４〜０．０７％、
Ｃｒ：０．０１〜０．５％、
を含有することを特徴とする請求項１に記載の鋳鉄鋳物。
【請求項４】
基地の７０〜９０％をマルテンサイト相で占める組織にしてあることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の鋳鉄鋳物。
【請求項５】
基地の８０〜９０％をマルテンサイト相で占め、残りがベイナイト相と残留オーステナイト相の何れか１相若しくは２相からなり、基地中への分散相として球状黒鉛と、鉄と合金成分とＣとによる炭化物とが共晶及び析出にて分散してなる組織にしてあることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の鋳鉄鋳物。
【請求項６】
Ｖ＋Ｗ＋Ｎｂ＋Ｃｏの合計を１．０％以下含有させることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の鋳鉄鋳物。
【請求項７】
硬度をショア硬度（Ｈｓ）で６５〜８５にしてあることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の鋳鉄鋳物。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかに記載の鋳鉄鋳物の製造方法であって、予め成分組成を調整してなる鋳造物を９５０〜１１００℃まで加熱した後、常温まで急冷するようにしたこと特徴とする鋳鉄鋳物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鋳鉄鋳物とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高硬度で高耐摩耗性、耐肌荒れ性を必要とする肉厚鋳物、例えば熱間圧延用ロール等では、下記特許文献１、２に開示するように、アダマイト系が用いられている。
【０００３】
特許文献１には、アダマイト系のベース組成に、Ｂ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｃａ等を添加含有させることで、均一で微細化されたＭ３Ｃ共晶炭化物を晶出させた、外層材からなる熱間圧延用アダマイトロールが開示されている。
また本出願人の以前の出願に係る特許文献２には、アダマイト系のベース組成にＶ等を添加含有させることで、ベイナイトと微細パーライトが混在した基地中に粗大な一次セメンタイトと、微細粒状炭化物、粒状黒鉛が分散した圧延用ロール材と圧延用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２００２−１６１３３４号公報
【特許文献２】特開２００５−２８１８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら上記特許文献１の発明においては、Ｂ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｃａ等の多種類の成分を添加させなければならない点や、硬い炭化物が基地中に分散する等の問題があった。
また上記特許文献２の発明においては、基地中に粗大な一次セメンタイトが分散するため、鋳物の靭性を悪化させる問題があった。またこのため、特に厚肉鋳物製品やその他、使用環境の厳しい鋳物製品には用いることができないという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は上記従来の問題点を解消し、厚肉鋳物としても、高硬度で、靭性、耐摩耗性、耐焼付き性に優れた、よって鋼板圧延などにも適した、鋳鉄鋳物とその製造方法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する本発明の鋳鉄鋳物は、重量％で、Ｃ：１．８〜２．５％、Ｓｉ：１．０〜２．０％、Ｍｎ：０．２〜１．５％、Ｎｉ：２．０〜４．０％、Ｍｏ：１．５〜２．５％、Ｍｇ：０．０１〜０．１％、Ｃｒ：０〜０．８％、を含有し、基地の６０％以上をマルテンサイト相で占める組織とする共に基地中に少なくとも球状黒鉛を分散させた組織としてあることを第１の特徴としている。
また本発明の鋳鉄鋳物は、上記第１の特徴に加えて、重量％で、Ｃ：１．９〜２．４％、Ｓｉ：１．２〜１．８％、Ｍｎ：０．４〜１．３％、Ｎｉ：２．６〜３．８％、Ｍｏ：１．７〜２．４％、Ｍｇ：０．０３〜０．０８％、Ｃｒ：０〜０．７％、を含有することを第２の特徴としている。
また本発明の鋳鉄鋳物は、上記第１の特徴に加えて、重量％で、Ｃ：２．０〜２．３％、Ｓｉ：１．４〜１．６％、Ｍｎ：０．６〜１．１％、Ｎｉ：３．０〜３．５％、Ｍｏ：２．０〜２．３％、Ｍｇ：０．０４〜０．０７％、Ｃｒ：０．０１〜０．５％、を含有することを第３の特徴としている。
また本発明の鋳鉄鋳物は、上記第１〜第３の何れかの特徴に加えて、基地の７０〜９０％をマルテンサイト相で占める組織にしてあることを第４の特徴としている。
また本発明の鋳鉄鋳物は、上記第１〜第４の何れかの特徴に加えて、基地の８０〜９０％をマルテンサイト相で占め、残りがベイナイト相と残留オーステナイト相の何れか１相若しくは２相からなり、基地中への分散相として球状黒鉛と、鉄と合金成分とＣとによる炭化物とが共晶及び析出にて分散してなる組織にしてあることを第５の特徴としている。
また本発明の鋳鉄鋳物は、上記第１〜第５の何れかの特徴に加えて、Ｖ＋Ｗ＋Ｎｂ＋Ｃｏの合計を１．０％以下含有させることを第６の特徴としている。
また本発明の鋳鉄鋳物は、上記第１〜第６の何れかの特徴に加えて、硬度をショア硬度（Ｈｓ）で６５〜８５にしてあることを第７の特徴としている。
また本発明の鋳鉄鋳物の製造方法によれば、上記第１〜第７の何れかの特徴に記載の鋳鉄鋳物の製造方法であって、予め成分組成を調整してなる鋳造物を９５０〜１１００℃まで加熱した後、常温まで急冷するようにしたことを第８の特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載の鋳鉄鋳物によれば、そこに示された成分組成、相構成により、厚肉鋳物としても、靭性に優れ、また高硬度で、耐摩耗性、耐焼付き性にも優れた、鋼板圧延などにも適した鋳鉄鋳物を現に提供することができる。
また請求項２に記載の鋳鉄鋳物によれば、上記請求項１の構成による作用効果に加えて、成分組成をより好ましい範囲に限定することで、厚肉鋳物としても、より靭性に優れ、またより高硬度で、耐摩耗性、耐焼付き性にも優れた、より鋼板圧延にも適した鋳鉄鋳物を現に安定して提供することができる。
また請求項３に記載の鋳鉄鋳物によれば、上記請求項１又は２の構成による作用効果に加えて、一層、靭性に優れ、また高硬度で、耐摩耗性、耐焼付き性にも優れた鋳鉄鋳物を現に安定して提供することができる。
【０００９】
また請求項４に記載の鋳鉄鋳物によれば、上記請求項１〜３の何れかに記載の構成による作用効果に加えて、基地の７０〜９０％をマルテンサイト相で占める組織にしてあることにより、硬度と耐摩耗性を一層向上させた鋳鉄鋳物を提供することができる。
また請求項５に記載の鋳鉄鋳物によれば、上記請求項１〜４の何れかに記載の構成による作用効果に加えて、基地の８０〜９０％をマルテンサイト相で占め、残りがベイナイト相と残留オーステナイト相の何れか１相若しくは２相からなり、基地中への分散相として球状黒鉛と、鉄と合金成分とＣとによる炭化物とが共晶及び析出にて分散してなる組織にしてあるので、硬度と耐摩耗性に一層優れ、且つ靭性と耐焼付き性に優れた鋳鉄鋳物を確実に提供することができる。
また請求項６に記載の鋳鉄鋳物によれば、上記請求項１〜５の何れかの構成による作用効果に加えて、Ｖ＋Ｗ＋Ｎｂ＋Ｃｏの合計を１．０％以下含有させることにより、基地中への黒鉛の安定した晶出を維持させながら微細炭化物の分散による硬度向上を確保することができる。
また請求項７に記載の鋳鉄鋳物によれば、上記請求項１〜６の何れかの構成による作用効果に加えて、硬度をショア硬度（Ｈｓ）で６５〜８５にしてあるので、靭性、硬度、耐摩耗性、耐焼付き性に優れた鋳鉄鋳物を現に安定して提供することができる。
【００１０】
また請求項８に記載の鋳鉄鋳物の製造方法によれば、上記請求項１〜７の何れかに記載の鋳鉄鋳物の製造方法であって、予め成分組成を調整してなる鋳造物を９５０〜１１００℃まで加熱した後、常温まで冷却するようにしたので、この組成と熱処理によって、現に高硬度で耐摩耗性に優れると共に、球状黒鉛の分散による良好な靭性と良好な耐焼付き性を備えた、厚肉の鋳鉄鋳物を製造することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の鋳鉄鋳物とその製造法について、先ず実施形態に係る鋳鉄鋳物の成分組成における各成分元素の含有範囲の限定理由を、以下に説明する。
【００１２】
Ｃの含有量は、１．８〜２．５重量％とする。
Ｃは黒鉛を晶出し、耐焼付き性を向上させる。１．８重量％未満では黒鉛が得られない。一方、２．５重量％を超えると、Ｃｒ、Ｍｏとの一次セメンタイトを多量に形成して靭性が低下する。また冷却が遅くなる厚肉鋳物の場合は、焼入れ性が低下する。
Ｃの含有量は、黒鉛の晶出、焼入れ性を考慮すると、１．９〜２．４重量％がより好ましく、最も好ましくは２．０〜２．３重量％とするのがよい。
【００１３】
Ｓｉの含有量は、１．０〜２．０重量％とする。
ＳｉはＣの黒鉛化を容易にさせる元素である。このためには１．０重量％が必要である。一方、２．０重量％を超えると鋳物の靭性を低下させる。
Ｓｉの含有量は、Ｃの黒鉛化と靭性の低下防止を考慮すると、１．２〜１．８重量％がより好ましく、更に好ましくは１．４〜１．６重量％とする。
【００１４】
Ｍｎの含有量は、０．２〜１．５重量％とする。
Ｍｎは溶湯の脱酸脱硫のために０．２重量％以上必要である。また１．５重量％を超えると靭性が低下する。
Ｍｎの含有量は、溶湯の脱酸脱硫と鋳物の靭性を考慮すると、０．４〜１．３重量％がより好ましく、更に好ましくは０．６〜１．１重量％とする。
【００１５】
Ｎｉの含有量は、２．０〜４．０重量％とする。
Ｎｉは基地中に固溶して焼入れ性を向上させ、黒鉛化を促進する。２．０重量％未満では焼入れ性の向上の効果が得られない。４．０重量％を超えると焼入れ後の残留オーステナイト量が増え、硬さが下がる。
Ｎｉの含有量は、焼入れ性、Ｃの黒鉛化を考慮すると、２．６〜３．８重量％が好ましく、最も好ましくは３．０〜３．５重量％とする。
【００１６】
Ｍｏの含有量は、１．５〜２．５重量％とする。
Ｍｏは基地中に固溶して焼入れ性を向上させ、焼戻し軟化抵抗を増す。１．５重量％未満では前述の効果が得られない。また２．５重量％を超えると基地中への固溶は飽和し、共晶炭化物が靭性を劣化させる。
Ｍｏの含有量は、焼入れ性、焼戻し軟化抵抗と共晶炭化物による靭性低下を考慮して、より好ましくは１．７〜２．４重量％とし、更に好ましくは２．０〜２．３重量％とするのがよい。
【００１７】
Ｍｇの含有量は、０．０１〜０．１重量％とする。
Ｍｇは晶出する黒鉛を球状化する。０．０１重量％未満では黒鉛が球状化しない。０．１重量％を超えるとＭｇ酸化物が多く残り、欠陥となる。
Ｍｇの含有量は、黒鉛の球状化と鋳物欠陥を考慮すると、０．０３〜０．０８重量％がより好ましく、０．０４〜０．０７重量％が更に好ましい。
【００１８】
Ｃｒの含有量は、０〜０．８重量％とする。
Ｃｒは共晶炭化物を形成し、硬さを高める効果がある。一方、黒鉛化は阻害する。一部は基地中に固溶して焼入れ性を向上させる。また０．８重量％を超えると黒鉛化しなくなる。
Ｃｒの含有量は、共晶炭化物の形成、黒鉛化、焼入れ性を考慮して、０〜０．７重量％がより好ましく、０．０１〜０．５重量％が更に好ましい。
【００１９】
Ｖ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｏは、合計で１．０重量％以下含有させることができる。Ｖ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｏは炭化物生成元素であり、硬度向上、耐摩耗性向上に役立つ。ただし１．０重量％を超えると黒鉛化を阻害し、靭性、耐焼付き性を阻害する。
Ｖ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｏの合計は、黒鉛化による靭性、耐焼付き性の向上と炭化物分散による硬度、耐摩耗性の向上を考慮して、０．０１〜０．８重量％がより好ましく、０．０１〜０．５重量％が更に好ましい。
勿論、Ｖ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｏは含有させなくてもよい。
【００２０】
Ａｌは脱酸剤として用いることができる。０．３重量％を超えると鋳造性が悪くなるため、０．３重量％以下とする。好ましくは０．２重量％以下とし、更に好ましくは０．１重量％以下とするのがよい。
【００２１】
次に上述の成分組成の鋳鉄材料を用いた鋳造鋳物の製造方法について説明する。
製造方法は、所定の成分組成としたものを溶融炉で溶かし、これを一旦、鋳込んで鋳鉄鋳物を得る。次に、この鋳放し状態の鋳鉄鋳物を９５０〜１１００℃の温度に加熱し、２〜１０時間保持して後、常温まで冷却する。
この場合、加熱温度が９５０℃未満では基地中のＣ濃度が低下し、硬さが低下する。更に基地中のＣｒ、Ｍｏ濃度も低下し、焼入れ性が悪くなる。一方、１１００℃を超えるとＣの黒鉛化が必要以上に進行し、靭性を劣化させる。
また保持時間が２時間未満であると、共晶炭化物の黒鉛化がなされない。一方、１０時間を超えると黒鉛が粗大になると共に、硬度も低下する。
加熱温度は、基地中のＣ濃度の他、Ｃｒ、Ｍｏ濃度、焼入れ性、黒鉛化を考慮して、９７０〜１０８０℃が好ましく、更に９９０〜１０６０℃がより好ましい。
また保持時間は、共晶炭化物の黒鉛化促進と黒鉛の粗大化の防止を考慮して、３〜８時間がより好ましく、４〜６時間が更に好ましい。
前記常温までの冷却は、冷却速度が０．２℃／秒以上となるようにして行っている。０．２℃／秒より遅いと、ベイナイト変態が生じ、マルテンサイト相の割合が６０％未満となる。
【００２２】
本発明の係る成分組成の鋳物は上記の熱処理により、また複数回の焼戻し処理等を行うことなく、基地の６０〜９５％がマルテンサイト相から、残りがベイナイト相や残留オーステナイト相となる。また基地中への分散相としては、球状黒鉛が基地中に分散し、且つ粗大な一次炭化物は存在せず、鉄と合金成分とＣとによる複合炭化物が共晶及び析出にて微細に分散した組織を得ることができる。
本発明の鋳物においては、前記基地に占めるマルテンサイト相の比率を６０〜９５％、残りがベイナイト相と残留オーステナイト相となる組織にするが、硬度、耐摩耗性を考慮して、基地組織としてマルテンサイト層が７０〜９０％を占めることがより好ましく、８０〜９０％を占めることが最も好ましいと言える。
【００２３】
このような熱処理により、上記のような鋳物組織を得ることができ、高靭性で、耐焼付き性に優れ、且つショア硬度（Ｈｓ）で６５〜８５の高硬度で、耐摩耗性に優れ、例えば厚みが１５０ｍｍ以上の肉厚鋳物にも適した鋳鉄鋳物を安定して得ることができる。また鋼板圧延にも適した鋳鉄鋳物を安定して提供することができる。
【実施例】
【００２４】
実施例１〜１２、比較例１〜６の各材料を、表１〜表３に示すような成分組成となるように鋳造した。その後、表４に示す各焼入温度（９３０〜１１２０℃）で３〜４時間保持した後、常温まで０．３℃／秒の冷却速度で冷却した。
【００２５】
得られた実施例１〜１２、比較例１〜６の各鋳物のショア硬度（Ｈｓ）を測定し、また基地に分散した黒鉛形状を観察した。
結果を表４に示す。
表４において、黒鉛形状が球状黒鉛のものには「球」と、片状黒鉛や粗大黒鉛のものには「片」と、黒鉛が確認できないものには「−」と、それぞれ表記した。
耐焼付き性については黒鉛が晶出しているものを良とした。
靭性については球状黒鉛が分散しているものを良とした。
硬度、耐摩耗性はショア硬度（Ｈｓ）が６５以上のものを良とした。
そして表４での判定は、前記耐焼付き性（黒鉛晶出の有無）、靭性（球状黒鉛の分散）、硬度、耐摩耗性の全てが良であるものを合格として「○」とした。それ以外は失格として「×」をつけた。
【００２６】
【表１】
2014214343.tif 000002
【００２７】
【表２】
2014214343.tif 000003
【００２８】
【表３】
2014214343.tif 000004
【００２９】
【表４】
2014214343.tif 000005
【００３０】
前記実施例１〜１２のうち、実施例２、３、５、８、１０、１２は成分組成がより好ましい範囲にあり、実施例７、９は成分組成が更に好ましい範囲にある。
前記比較例１〜６は何れも成分組成が本発明の成分組成には入っていない。
なお表４に示す評価においては、必ずしも前記実施例１、４、６、１１と、より好ましい実施例２、３、５、８、１０、１２と、更に好ましい実施例７、９との差は示されていないが、好ましい実施例、より好ましい実施例になるにつれて、全体としての評価が増す。