(57)【要約】【課題】鉄系材料でマルテンサイト組織を得るためには、９００℃前後から焼入れ処理を施す必要があった。そして酸化防止のため真空中で熱処理するためコスト高となり、加えて硬さが冷却速度に依存するため厚肉材では均質な材料を得ることが困難であった。【解決手段】本発明は、冷却するだけでマルテンサイト組織が得られるため大気中での処理でも酸化の心配がないばかりでなく、硬さは温度のみに依存するため厚肉品でも均質な材料を得ることができる。【選択図】    図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．５〜１０％のバナジウムを含み、次の式を満足するニッケル及びマンガンを含有し、黒鉛を有する鉄系鋳造材料。
５．９≦（％Ｎｉ）＋０．４（％Ｍｎ）≦８．２
ただし  ８≦（％Ｎｉ）≦１６
０．５≦（％Ｖ）≦１０
（％Ｍｎ）≧０
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、鋳放し状態ではオーステナイト組織で軟らかく、低温処理（サブゼロ処理）を施すことにより高硬度のマルテンサイト組織に変態する鋳鉄に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来ニッケル（Ｎｉ）を含有する鋳鉄で、鋳放しでオーステナイト組織のものを冷却することによりマルテンサイトに変態させる技術としては▲１▼特開平７−７３６４９号「低熱膨張鋳鉄およびその製造方法」，▲２▼特開２０００−１１９７９３号「低温安定性低熱膨張鋳鉄およびその製造方法」，あるいは▲３▼特表２００２−５４３２７９号「周面部分を有する不定ローラのための鋳造材料及びその製造方法」が開発されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記公知例▲１▼は、ニッケル（Ｎｉ）を２５〜４０ｗｔ％またはＮｉ＋Ｃｏを３３〜４３ｗｔ％含む鋳鉄で、本発明とはＮｉ含有量が大きく異なるとともに、マルテンサイトをできるだけ生じないようにしたものである。
【０００４】
前記公知例▲２▼は、Ｎｉを３２〜３７％、またはＮｉ＋Ｃｏ３３〜３７％含む鋳鉄であって本発明とはＮｉ含有量が大きく異なると共に、マルテンサイト変態が生じないようにしたものである。
【０００５】
さらに前記公知例▲３▼は、３．５〜４．９％Ｎｉ、０．５〜２．０％Ｍｎ（マンガン）、その他を含む鋳鉄で、特に記載はないが、成分からみて鋳放しでマルテンサイト組織を得ようとするものであって、本発明とは組織もＮｉ含有量も異なる。
【０００６】
これに対して本発明は、Ｎｉを８〜１６ｗｔ％含有する鋳鉄で、鋳放しでオーステナイト組織（一部マルテンサイト）のものを冷却することにより積極的にマルテンサイト変態させようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
一般的に、鉄系材料でマルテンサイト組織を得るためには、９００℃前後から焼入れ処理を施す必要がある。酸化防止のため真空中で熱処理する必要があり高コストとなる。また、硬さが冷却速度に依存するため厚肉材では均質な材料を得ることが難しい。
【０００８】
発明者らはこの点に鑑み鋭意研究を続けた結果本発明に致ったもので、本発明は、冷却するだけでマルテンサイト組織が得られるため、大気中の処理でも酸化の心配がないばかりでなく、硬さは温度のみに依存するため厚肉品でも均質な材料を得ることができる。
【０００９】
【実施例】
予備試験の結果、鋳鉄にニッケル（Ｎｉ）及びマンガン（Ｍｎ）を添加することにより、図１に示すように基地組織が変化することが判明した。「オーステナイト安定領域」では、鋳放し状態でもサブゼロ処理してもオーステナイト組織である。一方「マルテンサイト安定領域」では、鋳放し状態ですでにマルテンサイト組織であり、サブゼロ処理後もマルテンサイト組織である。
【００１０】
この両領域に挟まれた「マルテンサイト変態領域」では、鋳放し状態でオーステナイト組織（一部マルテンサイト組織）であり、サブゼロ処理により、オーステナイト組織の一部または大部分がマルテンサイト組織に変態する。図１は、Ｎｉ，Ｍｎによる鋳鉄の基地組織変化を示している。
【００１１】
「マルテンサイト組織変態領域」中の１２．５％Ｎｉ−２％鋳鉄のサブゼロ処理による硬さの変化を図２に示す。鋳放し状態で２５０ＨＢＷ程度の硬さであるが、−８０℃以下でサブゼロ処理することにより、４００〜４４０ＨＢＷの硬さが得られる。
【００１２】
さらなる硬度向上、耐摩耗性向上を目的に、微細なバナジウム（Ｖ）炭化物を分散させた。１２．５％Ｎｉ−２％Ｍｎ鋳鉄に１０％までのＶを添加したときの鋳放し材及びサブゼロ処理材（−１９６℃）の硬さ変化を図３に示す。鋳放し材では、０．５〜１０％のＶを添加することにより、Ｖ無添加材に比べて硬さが減少する。しかし、サブゼロ処理後の硬さは０．５％以上のＶを添加することにより逆に増加することがわかった。
【００１３】
したがって、０．５〜１０％のＶ添加は鋳放し材及びサブゼロ処理材のいずれにも有効であるといえる。
【００１４】
Ｖを６％添加したときのＮｉ，Ｍｎによる鋳放し材の硬さ変化を図４に示す。Ｎｉ量が多いほど、またＭｎ量が多いほど硬さが低いことがわかる。
【００１５】
３５０ＨＢＷ以下の材料では通常の切削加工ができることを確認しており、８％以上のＮｉを含む材料ではＭｎ量を調整することにより鋳放し状態（常温）で機械加工可能な材質を得られることがわかった。
【００１６】
Ｖを６％添加したときのＮｉ，Ｍｎによるサブゼロ処理（−１９６℃）材の硬さ変化を図５に示す。Ｎｉ量が少ないほど、またＭｎ量が少ないほど硬さが上昇することがわかる。
【００１７】
４００ＨＢＷ以上の硬さがあればさまざまな用途への応用が考えられる。１６％以下のＮｉを含む材料ではＭｎ量を調整することによりサブゼロ処理によりこの特性を得ることができる。
【００１８】
０．５〜１０％Ｖ添加材で、鋳放し硬さ３５０ＨＢＷ以下かつサブゼロ処理硬さ４００ＨＢＷ以上の領域を図６に示す。
鋳放し硬さ３５０ＨＢＷを得られる組成は、（％Ｎｉ）＋０．４（％Ｍｎ）＝５．９で、またサブゼロ処理硬さ４００ＨＢＷを得られる組成は、（％Ｎｉ）＋０．４（％Ｍｎ）＝８．２で近似できることがわかった。すなわち、次式を満足するようにＮｉ及びＭｎを調整すれば、鋳放し硬さ３５０ＨＢＷ以下でサブゼロ処理硬さ４００ＨＢＷ以上の硬さを得ることができる。
５．９≦（％Ｎｉ）＋０．４（％Ｍｎ）≦８．２
ただし、８≦（％Ｎｉ）≦１６，０．５≦（％Ｖ）≦１０，
（％Ｍｎ）≧０
【００１６】
【他の実施例】
１２．５％Ｎｉ−１〜５％Ｍｎ−６％Ｖ鋳鉄のサブゼロ処理による硬さ変化を図７に示す。
１％以上のＭｎを含む材料では、鋳放し硬さが機械加工可能な３５０ＨＢＷ以下であり、３％以下のＭｎでサブゼロ処理温度により鋳放し硬さ及びサブゼロ処理硬さ４００ＨＢＷ以上が得られた。
また、Ｍｎ量やサブゼロ処理温度により鋳放し硬さ及びサブゼロ処理硬さを調整できることもわかった。
【００１７】
１２．５％Ｎｉ−２％Ｍｎ−６％Ｖ鋳鉄の顕微鏡写真を図８，９に示す。鋳放し材ではオーステナイト組織の中に微細なバナジウム炭化物が分散している。また、サブゼロ処理（−１９６℃）材ではマルテンサイトに変態していることがわかる。
【００１８】
【発明の効果】
上述のように、本発明は、冷却するだけでマルテンサイト組織が得られるため大気中の処理でも酸化の心配がないばかりでなく、硬さは温度のみに依存するため厚肉品でも均質な材料を得ることができ、このため常温で機械加工が可能な材料が得られるという画期的な鋳鉄材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｎｉ、Ｍｎによる鋳鉄の基地組織変化
【図２】サブゼロ処理による１２．５％Ｎｉ−２％Ｍｎ鋳鉄の硬さ変化
【図３】Ｖ添加による１２．５％Ｎｉ−２％Ｍｎ鋳鉄の硬さ変化
【図４】６％Ｖ添加鋳鉄（鋳放し）のＮｉ量、Ｍｎ量による硬さ変化
【図５】６％Ｖ添加鋳鉄（−１９６℃サブゼロ材）のＮｉ量，Ｍｎ量による硬さ変化
【図６】鋳放し硬さＨＢＷ３５０以下でサブゼロ処理後にＨＢＷ４００以上を示す本発明のマルテンサイト鋳鉄の領域
【図７】鋳放し状態の顕微鏡写真
【図８】サブゼロ処理材の顕微鏡写真
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年6月6日(2003.6.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｎｉ、Ｍｎによる鋳鉄の基地組織変化
【図２】サブゼロ処理による１２．５％Ｎｉ−２％Ｍｎ鋳鉄の硬さ変化
【図３】Ｖ添加による１２．５％Ｎｉ−２％Ｍｎ鋳鉄の硬さ変化
【図４】６％Ｖ添加鋳鉄（鋳放し）のＮｉ量、Ｍｎ量による硬さ変化
【図５】６％Ｖ添加鋳鉄（−１９６℃サブゼロ材）のＮＩ量，Ｍｎ量によ
る硬さ変化
【図６】鋳放し硬さＨＢＷ３５０以下でサブゼロ処理後にＨＢＷ４００以上を示す本発明のマルテンサイト鋳鉄の領域
【図７】鋳放し状態の顕微鏡写真
【図８】サブゼロ処理材の顕微鏡写真
【図９】マルテンサイトに変態した顕微鏡写真




【手続補正書】
【提出日】平成15年6月26日(2003.6.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｎｉ、Ｍｎによる鋳鉄の基地組織変化
【図２】サブゼロ処理による１２．５％Ｎｉ−２％Ｍｎ鋳鉄の硬さ変化
【図３】Ｖ添加による１２．５％Ｎｉ−２％Ｍｎ鋳鉄の硬さ変化
【図４】６％Ｖ添加鋳鉄（鋳放し）のＮｉ量、Ｍｎ量による硬さ変化
【図５】６％Ｖ添加鋳鉄（−１９６℃サブゼロ材）のＮＩ量，Ｍｎ量による硬さ変化
【図６】鋳放し硬さＨＢＷ３５０以下でサブゼロ処理後にＨＢＷ４００以上を示す本発明のマルテンサイト鋳鉄の領域
【図７】サブゼロ処理温度表
【図８】鋳放し状態の顕微鏡写真
【図９】サブゼロ処理材の顕微鏡写真