(57)【要約】【課題】Ｔｉが比較的多く含まれていても共晶セルの粗大化を抑制して高い強度を保ち得るようにした片状黒鉛鋳鉄を提供する。【解決手段】Ｃ：３．１〜３．５重量％、Ｓｉ：１．８〜２．４重量％、Ｍｎ：０．３〜０．８重量％、Ｔｉ：０．０２〜０．０４重量％を含み、残部がＦｅから成る片状黒鉛鋳鉄に関し、Ｓ：０．０３〜０．０９重量％と希土類元素：０．０３〜０．２０重量％を複合添加する。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：３．１〜３．５重量％、Ｓｉ：１．８〜２．４重量％、Ｍｎ：０．３〜０．８重量％、Ｔｉ：０．０２〜０．０４重量％を含み、残部がＦｅから成る片状黒鉛鋳鉄であって、Ｓ：０．０３〜０．０９重量％と希土類元素：０．０３〜０．２０重量％を複合添加したことを特徴とする片状黒鉛鋳鉄。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、片状黒鉛鋳鉄に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりシリンダブロックやシリンダヘッド等の複雑形状の自動車部品には片状黒鉛鋳鉄（普通鋳鉄）が採用されているが、本発明者は同じ製造方法で生産された片状黒鉛鋳鉄に強度（抗張力）のバラツキが生じることに着目し、その原因が鋳鉄の溶湯中に微量に存在するＴｉ（チタン）にあることを見い出した。
【０００３】
即ち、Ｔｉのような不純物を除いて商品化された鋳鉄部品のスクラップのみをリターン材として再利用する場合は、鋳造される鋳鉄部品に強度的なバラツキが少なくて済むが、高炉でつくった不純物を含む鋳物用の銑鉄を多く使うと、溶湯中のＴｉの含有率が変動して強度的なバラツキが生じてしまうことが判明した。
【０００４】
そして、本発明者による更なる研究によれば、鋳鉄の溶湯中に含まれるＴｉの含有率が高くなると、金属組織の共晶セル（鋳鉄が凝固する際にできる金属結晶で黒鉛とオーステナイト［７２３℃以下でパーライトに変態］の共晶［混合組織］組成を成すもの）が粗大化して強度（抗張力）の低下を招いていることがつきとめられた。
【０００５】
尚、この種の鋳鉄の強度に関連する先行技術文献情報としては、次にあげる特許文献１〜３等がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３１７２３８号公報
【特許文献２】
特開２００２−３１７２１９号公報
【特許文献３】
特開２０００−２６９３２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、今後の自動車業界においては、車両の外板にＴｉを含む抗張力鋼板を採用する気運が高まってきており、将来的にＴｉを含む抗張力鋼板のスクラップをリターン材として再利用した場合に、溶湯中のＴｉの含有率が増えて鋳鉄部品の強度を高く維持することが困難になる虞れがある。
【０００８】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、Ｔｉが比較的多く含まれていても共晶セルの粗大化を抑制して高い強度を保ち得るようにした片状黒鉛鋳鉄を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Ｃ：３．１〜３．５重量％、Ｓｉ：１．８〜２．４重量％、Ｍｎ：０．３〜０．８重量％、Ｔｉ：０．０２〜０．０４重量％を含み、残部がＦｅから成る片状黒鉛鋳鉄であって、Ｓ：０．０３〜０．０９重量％と希土類元素：０．０３〜０．２０重量％を複合添加したことを特徴とするものである。
【００１０】
ここで、Ｃは湯流れを良化して鋳造性を高めるための元素として含有されており、良好な鋳造性を確保するために少なくとも３．１重量％以上の添加が必要であるが、３．５重量％を越えて添加すると、ドロス等の異常組織の発生を招いてしまうことになるので、鋳鉄中に占めるＣの含有率を３．１〜３．５重量％の範囲に規定している。
【００１１】
また、Ｓｉも鋳造性を高める元素として含有されているが、１．８重量％を下まわると耐力低下を引き起こしてしまい、また、２．４重量％を越えて添加してしまうと、基地組織にフェライトが多くなってしまうので、鋳鉄中に占めるＳｉの含有率を１．８〜２．４重量％の範囲に規定している。
【００１２】
更に、Ｍｎは原料の銑鉄やリターン材から入ってくる成分であって、ＭｎＳを形成して黒鉛析出を促進するものであるが、０．３重量％を下まわると鋳物の薄肉部でチル化を引き起こしてしまい（Ｍｎが少ないと相対的にＳが増えてＳの効果によりチル化が起こる）、また、０．８量％を越えて添加してしまうと、パーライト組織の疎密化が進んで基地組織の不均一が顕著に現れ始めるので、鋳鉄中に占めるＭｎの含有率を０．３〜０．８重量％の範囲に規定している。
【００１３】
尚、Ｔｉも原料の銑鉄やリターン材から入ってくる成分であって、共晶セルを粗大化させて鋳鉄の強度低下を招く成分であることを既に独自の調査でつきとめているが、このような望ましくない不純物であるＴｉが０．０２〜０．０４重量％という比較的多い含有率で含まれている場合を対象として本発明の他の成分の含有率を規定しているのである。
【００１４】
そして、Ｓは希土類元素と化合して硫化物を形成するものであり、この硫化物が共晶セルを生成するための核となる。即ち、共晶セルを微細化するには、硫化物から成る核を多量に発生させる必要があり、このように核が多量に発生することで共晶セルが多数生成されると、該共晶セルが成長していくに従い互いに干渉して成長が妨げられることになり、この結果、あまり大きく成長しない共晶セルが増えて該共晶セルの微細化が図られることになる。
【００１５】
ただし、Ｓの添加量が０．０３重量％を下まわると、共晶セルの生成核が不足して良好な微細化が起こらなくなり、また、０．０９重量％を越えて添加してしまうと、共晶セルの生成核に必要な希土類元素が相対的に足りなくなって、余剰分のＳによる作用が発現して鋳物の薄肉部でのチル化が促進されてしまうので、鋳鉄中に占めるＳの含有率を０．０３〜０．０９重量％の範囲に規定している。
【００１６】
更に、前述した通り、希土類元素はＳと協働して共晶セルを微細化させる元素として添加されているが、０．０３重量％を下まわると、共晶セルの生成核が不足して良好な微細化が起こらなくなり、また、０．２０重量％を越えて添加してしまうと、核生成が飽和してそれ以上の共晶セルの微細化が達成できなくなる上、余剰分の希土類元素による作用で微細な引け巣（鋳型に注入した溶湯が凝固する際に先に凝固収縮した部分に引っ張られて陥入した空孔）が発生して強度（抗張力）の低下を招いてしまうので、鋳鉄中に占める希土類元素の含有率を０．０３〜０．２０重量％の範囲に規定している。
【００１７】
そして、これらＳ及び希土類元素の適切な含有率での複合添加により効果的に硫化物が形成されて共晶セルの生成核が増やされ、これにより共晶セルの成長が抑えられてその微細化が促進される結果、Ｔｉが比較的多く含まれていても共晶セルの粗大化が抑制されて高い強度（抗張力）が保持されることになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
本発明は、Ｃ（炭素）：３．１〜３．５重量％、Ｓｉ（珪素）：１．８〜２．４重量％、Ｍｎ（マンガン）：０．３〜０．８重量％、Ｔｉ（チタン）：０．０２〜０．０４重量％を含み、残部がＦｅ（鉄）から成る片状黒鉛鋳鉄であって、Ｓ（硫黄）：０．０３〜０．０９重量％と希土類元素（殆どがセリウムのミッシュメタル）：０．０３〜０．２０重量％を複合添加した片状黒鉛鋳鉄に関するものである。
【００２０】
即ち、本発明者は、原料の銑鉄やリターン材から入ってくる不純物のＴｉが、共晶セルを粗大化させて鋳鉄の強度低下を招く成分であることを既に独自の調査でつきとめており、このような望ましくない不純物であるＴｉが０．０２〜０．０４重量％という比較的多い含有率で含まれている場合を対象として高い強度（抗張力）を保ち得る各成分の含有率を上記の通りに見い出したわけである。
【００２１】
例えば、図１のグラフは溶湯中のＴｉの含有率と共晶セルの大きさ及び抗張力の関係について検証したものであり、図１中における黒丸で示す共晶セルの大きさは、該共晶セルが三次元構造をとっていることから、同じ共晶セルであっても切断方向ごとに異なる大きさで検出されることになるので、様々な切断方向の大きさの最大値から最小値までの幅を持たせた表記としてある。
【００２２】
ここで、図１のグラフにおいては、Ｔｉの含有率を変えた三つのサンプルについて検証しているが、この図１のグラフから明らかな通り、Ｔｉの含有率が高くなるほど共晶セルの大きさが粗大化し、しかも、共晶セルが粗大化するに従い抗張力（図１中の黒三角を参照）が低下することが確認された。
【００２３】
そして、Ｔｉが０．０２〜０．０４重量％という比較的多い含有率で含まれている場合に、本発明者がＴｉによる共晶セルの粗大化作用に打ち勝つ手段として創案したことは、Ｓ：０．０３〜０．０９重量％と希土類元素：０．０３〜０．２０重量％を複合添加することである。
【００２４】
このようにＳ：０．０３〜０．０９重量％と希土類元素：０．０３〜０．２０重量％を複合添加した場合、Ｓが希土類元素と化合して硫化物を形成し、この硫化物が共晶セルを生成するための核となる。
【００２５】
即ち、共晶セルを微細化するには、硫化物から成る核を多量に発生させる必要があり、このように核が多量に発生することで共晶セルが多数生成されると、該共晶セルが成長していくに従い互いに干渉して成長が妨げられ、あまり大きく成長しない共晶セルが増えて該共晶セルの微細化が図られることになる。
【００２６】
尚、本発明者による検証試験によれば、このようなＳ及び希土類元素の複合添加による共晶セルの微細化作用を得るにあたり、Ｓの添加量が０．０３重量％を下まわると、共晶セルの生成核が不足して良好な微細化が起こらなくなることが判った。
【００２７】
また、Ｓを０．０９重量％を越えて添加してしまうと、共晶セルの生成核に必要な希土類元素が相対的に足りなくなって、余剰分のＳによる作用が発現して鋳物の薄肉部でのチル化が促進されてしまうことも判った。
【００２８】
一方、希土類元素については、０．０３重量％を下まわると、共晶セルの生成核が不足して良好な微細化が起こらなくなり、また、０．２０重量％を越えて添加してしまうと、核生成が飽和してそれ以上の共晶セルの微細化が達成できなくなる上、余剰分の希土類元素による作用で微細な引け巣（鋳型に注入した溶湯が凝固する際に先に凝固収縮した部分に引っ張られて陥入した空孔）が発生して強度（抗張力）の低下を招いてしまうことが判った。
【００２９】
更に、図２のグラフは、希土類元素をこれに見合うＳと共に複合添加した片状黒鉛鋳鉄の実施例ｘ（本発明で規定した組成から成る片状黒鉛鋳鉄）と、希土類元素及びＳを無添加とした片状黒鉛鋳鉄の比較例ｙとを共晶セルの大きさについて評価したものであり、このグラフにおいては、共晶セルの大きさを縦軸にとり、溶湯中のＴｉの含有率を横軸にとっている。
【００３０】
この図２のグラフから明らかな通り、比較例ｙの場合には、Ｔｉの含有率が高くなるほど共晶セルの大きさが明らかに粗大化しているのに対し、本発明に係る実施例ｘでは、Ｔｉの含有率が高くなっても、共晶セルの大きさに顕著な増加が見られないことが確認された。
【００３１】
更に、図３のグラフは、希土類元素を０．０３重量％の含有率でこれに見合うＳと共に複合添加した片状黒鉛鋳鉄の実施例Ａと、希土類元素を０．２０重量％の含有率でこれに見合うＳと共に複合添加した片状黒鉛鋳鉄の実施例Ｂと、希土類元素及びＳを無添加とした片状黒鉛鋳鉄の比較例Ｃとを抗張力に関して評価したものであり、このグラフにおいては、抗張力を縦軸にとり、溶湯中のＴｉの含有率を横軸にとっている。
【００３２】
そして、この図３のグラフから明らかな通り、比較例Ｃの場合には、Ｔｉの含有率が高くなるにつれて抗張力が著しく低下しているのに対し、本発明に係る実施例Ａ，Ｂでは、Ｔｉの含有率が高くなっても、抗張力が高く保たれていることが確認され、しかも、希土類元素を０．０３重量％の含有率で添加した片状黒鉛鋳鉄の実施例Ａよりも、希土類元素を０．２０重量％の含有率で添加した片状黒鉛鋳鉄の実施例Ｂの方がより高い抗張力が維持されることが確認された。
【００３３】
而して、このような片状黒鉛鋳鉄を採用すれば、Ｓ及び希土類元素の適切な含有率での複合添加により効果的に硫化物が形成されて共晶セルの生成核が増やされ、これにより共晶セルの成長が抑えられてその微細化が促進される結果、Ｔｉが比較的多く含まれていても共晶セルの粗大化が抑制されて高い強度（抗張力）が保持されることになる。
【００３４】
尚、本発明の片状黒鉛鋳鉄は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３５】
【発明の効果】
以上に説明したことから明らかなように、上記した本発明の片状黒鉛鋳鉄によれば、Ｔｉが比較的多く含まれていても共晶セルの粗大化を抑制して高い強度（抗張力）を保つことができるので、将来的にＴｉを含む抗張力鋼板のスクラップをリターン材として再利用することで溶湯中のＴｉの含有率が従来より高くなるような事態が生じたとしても、これに支障なく対処して高強度の鋳鉄部品を製造できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶湯中のＴｉの含有率と共晶セルの大きさ及び抗張力の関係を示すグラフである。
【図２】本発明に係る実施例ｘと比較例ｙを共晶セルの大きさについて評価したグラフである。
【図３】本発明に係る実施例Ａ，Ｂと比較例Ｃを抗張力について評価したグラフである。
【図１】
2004323889.tif 000002
【図２】
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【図３】
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