(57)【要約】【課題】プレス成形等の塑性加工が可能な双ロール式連続鋳造法で製造するダクタイル鋳鉄製の薄板を提供する。【解決手段】ダクタイル鋳鉄の組成を亜共晶組成とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
双ロール式連続鋳造法を用いて鋳造したダクタイル鋳鉄製の薄板であって、
前記ダクタイル鋳鉄が亜共晶組成であることを特徴とする、塑性加工用ダクタイル鋳鉄製薄板。
【請求項２】
上記双ロール式連続鋳造法を用いて薄板状に形成された後、熱処理により球状黒鉛を晶出された後に、冷間圧延されていることを特徴とする請求項１に記載の塑性加工用ダクタイル鋳鉄製薄板。
【請求項３】
鋳鉄成形品の製造方法であって、
亜共晶組成の鋳鉄溶湯を用いて双ロール鋳造機により連続鋳造して薄板を形成し、得られた薄板を熱処理することによりダクタイル鋳鉄とし、その後、前記薄板を塑性加工することにより成形することを特徴とする鋳鉄成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、塑性加工用のダクタイル鋳鉄製薄板及び鋳鉄成形品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダクタイル鋳鉄は比較的安価で良好な機械的性質を有しているとともに、湯流れ性も良好であるため、最終製品に近い形状を得るニアネットシェイプが可能な砂型鋳造や金型鋳造といった鋳造製品に多く使用されている。しかし鋳造製品の多くは、求められる製品の形状に応じた鋳型の製作が必要であり、製品の形状を変更するには鋳型の製作工程にまで遡って対応しなければならない。
【０００３】
一方で、鋼の薄板は圧延鋼板などの塑性加工を施した素材が広く流通しており、様々な形状に加工され利用されている。これは異なる形状の製品であっても、同じ薄板を素材として塑性加工して製造できる汎用性の高さのためである。
【０００４】
ダクタイル鋳鉄による薄板から塑性加工することができれば、個々に鋳造時の型から製造する手間を掛けることなく、元々の良好な機械的性質を活用できる製品を製造することができるので大きなニーズが存在する。しかしダクタイル鋳鉄は比較的塑性加工が難しく、塑性加工性が課題となっている。塑性加工をする前のダクタイル鋳鉄の薄板は、双ロール式連続鋳造法で鋳造することができる。その中でも、塑性加工性を表す指標の一つである曲げ特性が比較的高い薄板の報告例が、特許文献１でされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平５−３８０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載の薄板は、鋳鉄についての炭素当量（｛Ｃ＋Ｓｉ／３｝：（質量％）、以下、「ＣＥ値」と表記する。）が４．３からそれよりも僅かに多い共晶組成である。この共晶組成は、図１に示す鋳鉄の状態図から明らかなように、固体と液体が混在できる凝固温度範囲がほとんど無く、液体から固体、固体から液体への遷移が速やかに進む。さらに図１から明らかなように溶解温度も低くすることができるため、共晶組成は理想的な配合比とされることが多い。特許文献１もこの特質を発揮させるために共晶組成に近い組成比を採用しているものと考えられる。
【０００７】
しかしながら、対を成すロール（双ロール）上に液体として供給し、固体の状態で排出する双ロール式連続鋳造法では、この性質がかえってデメリットとなってしまう。対をなすロール間で固液混合状態とすることが困難で、完全に固体となってしまうと鋳造することができず、逆に液体のままであると板として排出できないため、条件の決定や鋳造環境への対応が非常に難しくなるからである。このため、実験上は特許文献１に記載の薄板を製造することは不可能ではないと考えられるが、実際に安定して良質な薄板を生産することは極めて難しくなってしまう。
【０００８】
そこで、共晶組成よりもＣＥ値を大きくした過共晶組成を採用すると、凝固温度範囲が広がって鋳造が容易になる。しかし、過共晶組成でダクタイル鋳鉄の薄板を得ると、塑性加工性が著しく劣るものになってしまうことを発明者は発見した。
【０００９】
そこでこの発明は、良好な塑性加工性を有しかつ、良質で安定した生産を容易に行うことが出来るダクタイル鋳鉄製薄板を提供すること及び鋳鉄製薄板を塑性加工することによる鋳鉄成形品の製造方法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】
【００１０】
この発明は、双ロール式連続鋳造法を用いてダクタイル鋳鉄製の薄板を製造するにあたり、亜共晶組成とすることにより、上記の課題を解決したのである。
【００１１】
亜共晶組成に調整したダクタイル鋳鉄製の薄板は、良好な塑性加工性を発揮することが発見された。また、塑性加工前の薄板形状を形成するにあたって双ロール式連続鋳造法を実施する際には、双ロール間で固体と液体とが混在する温度領域を広く確保できるために、製造時の温度調整を厳密にしなくても安定的かつ効率的な生産が可能となる。さらに、凝固させながら適切にプレスも進行して排出されて薄板となるため、微細な組織を有する好適なものとなる。
【００１２】
上記の亜共晶組成として、ＣＥ値＜４．２であれば安定した薄板の生産が可能となり、ＣＥ値＜３．８であれば十分に余裕を持って薄板を生産することができ、形成させる薄板の性状も安定させることができる。なお、ダクタイル鋳鉄として通常使用できるのは、ＣＥ値＞３．０である。
【００１３】
双ロール式連続鋳造法により形成した薄板に、球状黒鉛を晶出させたダクタイル鋳鉄とするための熱処理を行うことで、この発明にかかるダクタイル鋳鉄製の薄板を得ることができるが、その熱処理の後に、さらに冷間圧延を行っても良い。冷間圧延を行うことで、より良好な塑性加工性を発揮させることができる。一旦球状黒鉛を晶出させた後、一度冷却された状態で圧延することで、内部の鋳造欠陥を減少させることができるとともに、晶出した球状黒鉛がより安定した状態で板の厚み方向に圧縮されるからである。
【００１４】
ここで塑性加工性とは本発明の薄板をプレス成形等で求められる形状に成形する場合の汎用性のことであり、深絞り、張出、曲げ、圧延等の加工にどの程度耐えられるかに係るものである。以下、塑性加工性の一例として「プレス性」と表現することがある。
【発明の効果】
【００１５】
この発明により、効率良く生産できる塑性加工性も良好なダクタイル鋳鉄製薄板を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】鋳鉄の状態図
【図２】縦型高速双ロールキャスターの概略図
【図３】実施例における組織観察の結果を示す写真
【図４】実施例における曲げ試験の結果を示す写真
【図５】実施例における冷間圧延試験の結果を示す写真
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、この発明の具体的な実施形態について説明する。
この発明は、双ロール式連続鋳造法を用いて鋳造した塑性加工用ダクタイル鋳鉄製薄板である。上記双ロール式連続鋳造法とは、一対のロールを有する双ロール鋳造機を用いて薄板を製造する方法である。例えば、図２に示すように対のロールの高さが揃った縦型高速双ロールキャスターが挙げられる。また、対のロールの高さが異なる双ロール鋳造機を用いても鋳造可能である。
【００１８】
双ロール鋳造機の上部に供給された適切な温度の溶湯は、対のロールに接触した部分で冷却されながら凝固を開始する。この発明においては、溶湯に亜共晶組成の鋳鉄を用いることで、上記ロールに接触した部分の周辺から冷却が開始された溶湯は一部が凝固し、一部が液体のままである半凝固状態で対のロール上に存在する。対のロールはこの半凝固状態の溶湯を巻き込んで圧縮しながらさらに冷却していき、双ロールの下方から薄板状にして連続的に排出することで、薄板を製造できる。
【００１９】
ここで亜共晶組成としては、固液混合状態の温度領域を持たずに固液の状態変化を起こす共晶組成よりも、ＣＥ値が小さい組成をいう。ＣＥ値＜４．２であれば安定的な連続鋳造が可能であり、ＣＥ値＜４．０であるとより安定的な余裕を持った連続鋳造が可能となり、ＣＥ値＜３．８であるとさらに好ましい。なお、本発明ではダクタイル鋳鉄を製造するため、ＣＥ値が３．０未満では通常使用する範囲ではなくなる。
【００２０】
なお、亜共晶に関係するＣとＳｉ以外の成分については、鋳鉄として利用可能な成分比であれば特に限定されず、少量のＭｎなどを含んでよく、材料としては銑鉄や純鉄などを適宜用いてよい。ただし、ダクタイル鋳鉄とするため、球状黒鉛の晶出の際に核となるマグネシウムを含むことが望ましい。マグネシウムを含有させる方法としては、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ合金を導入する方法が挙げられる。
【００２１】
上記の双ロール鋳造機から排出された薄板の厚さは、上記双ロール鋳造機のロール間隔、半径、及び回転速度等によって調整可能である。この発明にかかるダクタイル鋳鉄製薄板はプレス用であり、プレスによって塑性変形可能な厚さであることが必要である。具体的には、厚さが５ｍｍ以下であることが好ましく、３ｍｍ以下であるとより好ましい。
【００２２】
上記の双ロール鋳造機から排出された薄板は一旦冷却した後、球状黒鉛を組織内に晶出させるための熱処理を行う。この熱処理の温度は、８００℃以上１０００℃以下程度であると晶出させやすい。なお、熱処理の温度が高すぎると、双ロール鋳造機によって形成された配向性の高い組織が消えてしまい、再度双ロール鋳造機による圧縮を含む薄板の形成が必要となってしまう。このため、融点付近まで温度を上げてはならない。また、上記温度範囲で熱処理する時間は、１０分以上、１時間以下で球状黒鉛の晶出が可能である。
【００２３】
上記熱処理の後、晶出した球状黒鉛を維持したまま炉冷し、鋳鉄組織をフェライト化させることで延性などの機械的性質を向上させることができる。
【００２４】
上記の手順で冷却が終わったダクタイル鋳鉄製薄板は、プレス性に優れた薄板として利用できる。さらに、こうして得られた薄板に冷間圧延を施すと、薄板中の鋳造欠陥を減少させ、晶出した球状黒鉛を圧延方向に伸長させることが可能で、より優れた機械的性質を付与した薄板とすることができる。
【実施例】
【００２５】
以下、実施例によりこの発明を具体的に示す。
高周波溶解炉にて銑鉄及び純鉄を混合して溶解し、黒鉛球状化処理（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ合金の添加）及び接種（Ｆｅ−Ｓｉ合金）を行った。表１に、溶製した鋳鉄溶湯の成分分析結果を示す。表１組成の溶湯を双ロール鋳造機に鋳込み、供試材を作製した。実施例１は亜共晶組成、比較例１は共晶組成、比較例２は過共晶組成である。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
それぞれの供試材について、大気雰囲気の電気炉にて、熱処理を行った。
【００２８】
熱処理後の各供試材を平面研削加工機で、板厚１ｍｍまで研削加工し、以下に示す評価試験を実施した。
【００２９】
＜組織観察＞
それぞれの供試材の断面の組織観察の結果を図３に示す。観察箇所はそれぞれの板厚中央部付近で行った。鋳放し組織ではロール接触面より板厚中央部方向への柱状晶の成長が確認された。また双ロール鋳造法の急冷効果により基地組織は微細なパーライトとセメンタイトの混合組織を呈し、黒鉛化焼鈍後も微細な黒鉛が晶出することが分かる。
【００３０】
＜曲げ試験＞
それぞれの供試材を用いて、Ｌ１１０ｍｍ×Ｗ２０ｍｍ×ｔ１．０ｍｍの曲げ試験片を作製し、室温にてＪＩＳＺ２２４８に準拠して、９０°、１８０°、密着曲げ試験を実施した。なお、押金具の直径はφ２０ｍｍとした。その結果の写真を図４に示す。実施例１及び比較例１では９０°、１８０°曲げ後も亀裂の発生はなく、良好な曲げ特性を示した。密着曲げ試験は、板幅を貫通する亀裂が発生した時点で終了とした。両供試材ともに密着までは至らなかったが、図４の写真からもわかるように、比較例１に比べ実施例１の方がより密着に近い段階まで亀裂が発生せずに曲げることができた。一方、過共晶組成の比較例２では、曲げ開始から表面に亀裂が入り、曲げ特性が低いことがわかった。
【００３１】
＜冷間圧延試験結果＞
それぞれの供試材を用いて、１０ｍｍ×１０ｍｍ×ｔ１．０ｍｍの試験片を作製し、圧下率１０％、２０％、３０％の３水準で冷間圧延を行い、亀裂の発生状況を目視で確認した。その結果の写真を図５に示す。中間焼鈍なしで３０％圧下後もいずれの供試材においても割れの発生は無く、板表面は鏡面となり良好な冷間圧延特性を示した。
【００３２】
＜引張試験＞
実施例１において圧延を行わなかった供試材と同じく実施例１において圧下率３０％で冷間圧延を行った供試材を用いて、ＪＩＳＺ２２４１に準拠し引張試験を行った。その値を表２に示す。この結果、圧延により伸びの向上が見られた。
【００３３】
【表２】
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【００３４】
＜エリクセン試験＞
それぞれの供試材について、圧下率２０％で上記の冷間圧延を行った試験片と、冷間圧延を行わなかった試験片をそれぞれ作製し、エリクセン試験を行った。その結果を表３に示す。冷間圧延の有無にかかわらず、比較例２に比べて実施例１の方が、良好なプレス性を発揮することがわかった。また、冷間圧延を行った方が、より優れたプレス性を示すことがわかった。また、共晶組成の比較例１と比較しても、亜共晶組成の実施例１は同等程度以上のプレス性を発揮することが示された。
【００３５】
【表３】
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【００３６】
したがって、プレス性に優れた薄板として利用できるため、曲げ加工以外にも、打ち抜き、深絞り、張出、スピニング、ディスクローリング、フローフォーミング、曲げ（ロールフォーミングを含む）、伸びフランジ圧延、せん断、エンボス加工、鍛造等の塑性加工を行い成形品とすることができる。
【００３７】
本発明の双ロール鋳造法によるダクタイル鋳鉄製薄板は簡易な装置で安価に製造できプレス加工等の塑性加工性に優れるため、塑性加工用板材として好適に使用できる。
又、上記双ロール鋳造法によるダクタイル鋳鉄製薄板をプレス加工等の塑性加工をすることにより鋳鉄製成形品を簡易に製造することができる。
【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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