(57)【要約】  高い強度及び／又は延性を必要とする構成要素用のオーステンパダクタイル鉄（ＡＤＩ）であって，このオーステンパダクタイル鉄は，ケイ素含有量が３．３５重量％〜４．６０重量％であり，少なくとも９１０℃のオーステナイト化温度を用いてＡＤＩ熱処理を行うことにより得られる。
2010513707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高い強度と延性を必要とする構成要素用のオーステンパダクタイル鉄（ＡＤＩ）であって，前記鉄は，ケイ素含有量が３．３５重量％〜４．６０重量％であり，少なくとも９１０℃のオーステナイト化温度を用いてＡＤＩ熱処理を行うことによって得られることを特徴とするオーステンパダクタイル鉄（ＡＤＩ）。
【請求項２】
ケイ素含有量が３．７重量％以上であることを特徴とする請求項１記載のオーステンパダクタイル鉄（ＡＤＩ）。
【請求項３】
少なくとも９３０℃のオーステナイト化温度を用いてＡＤＩ熱処理を行うことによって得ることができることを特徴とする請求項１記載のオーステンパダクタイル鉄（ＡＤＩ）。
【請求項４】
少なくとも９００ＭＰａ，好ましくは少なくとも１０００ＭＰａ，及び，最も好ましくは少なくとも１０５０ＭＰａの最大引張強度（ＵＴＳ）を示すことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載のオーステンパダクタイル鉄（ＡＤＩ）。
【請求項５】
少なくとも６５０ＭＰａ，好ましくは少なくとも７５０ＭＰａ，及び，最も好ましくは少なくとも８５０ＭＰａの降伏強度を示すことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載のオーステンパダクタイル鉄（ＡＤＩ）。
【請求項６】
少なくとも９％の破断伸度を示すことを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載のオーステンパダクタイル鉄（ＡＤＩ）。
【請求項７】
微細構造が５％未満，好ましくは３％未満の非オーステナイト化フェライトを含むことを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載のオーステンパダクタイル鉄（ＡＤＩ）。
【請求項８】
以下の組成（重量％）： 
・Ｃ    ３．０〜３．６
・Ｓｉ  ３．３５〜４．６０
・Ｍｎ  最大０．４
・Ｐ    最大０．０５
・Ｓ    最大０．０２
・Ｃｕ  最大０．１
・Ｎｉ  最大０．１
・Ｍｏ  最大０．０１
・残部  Ｆｅ及び不可避的不純物
を有することを特徴とする請求項１〜７いずれか１項記載のオーステンパダクタイル鉄（ＡＤＩ）。
【請求項９】
以下の組成（重量％）： 
・Ｃ    ３．０〜３．６
・Ｓｉ  ３．３５〜４．６０
・Ｍｎ  最大０．４
・Ｐ    最大０．０５
・Ｓ    最大０．０２
・Ｃｕ  最大０．８
・Ｎｉ  最大２．０
・Ｍｏ  最大０．３
・残部  Ｆｅ及び不可避的不純物
を有することを特徴とする請求項１〜７いずれか１項記載のオーステンパダクタイル鉄（ＡＤＩ）。
【請求項１０】
ケイ素含有量３．３５重量％〜４．６０重量％の非合金ダクタイル鉄にＡＤＩ熱処理を行うことによって得ることができることを特徴とする請求項１〜９いずれか１項記載のオーステンパダクタイル鉄（ＡＤＩ）。
【請求項１１】
構成要素の少なくとも一部分に高い強度と延性が必要とされる構成要素用のオーステンパダクタイル鉄（ＡＤＩ）を製造する方法であって，ケイ素含有量が３．３５重量％〜４．６０重量％の合金又は非合金ダクタイル鉄から前記ＡＤＩを製造するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記非合金ダクタイル鉄は，以下の組成（重量％）：
・Ｃ    ３．０〜３．６
・Ｓｉ  ３．３５〜４．６０
・Ｍｎ  最大０．４
・Ｐ    最大０．０５
・Ｓ    最大０．０２
・Ｃｕ  最大０．１
・Ｎｉ  最大０．１
・Ｍｏ  最大０．０１
・残部  Ｆｅ及び不可避的不純物
を有することを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記非合金ダクタイル鉄は，以下の組成（重量％）：
・Ｃ    ３．０〜３．６
・Ｓｉ  ３．３５〜４．６０
・Ｍｎ  最大０．４
・Ｐ    最大０．０５
・Ｓ    最大０．０２
・Ｃｕ  最大０．８
・Ｎｉ  最大２．０
・Ｍｏ  最大０．３
・残部  Ｆｅ及び不可避的不純物
を有することを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも９１０℃又は少なくとも９３０℃の温度で前記非合金ダクタイル鉄（ＡＤＩ）の少なくとも一部分をオーステナイト化するステップを含むことを特徴とする請求項１２又は１３記載の方法。
【請求項１５】
ケイ素含有量に応じ，前記オーステナイト化温度を所定時間維持して前記構成要素をオーステナイト化するステップを含むことを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
以下の各ステップ：
・ケイ素含有量が３．３５重量％〜４．６０重量％の合金又は非合金ダクタイル鉄を含む溶融物を形成するステップと，
・前記溶融物から構成要素を鋳造するステップと，
・前記構成要素を冷却するステップと，
・前記冷却された構成要素の少なくとも一部分を少なくとも９１０℃又は少なくとも９３０℃の第１の温度で熱処理し，この構成要素の前記少なくとも一部分を前記温度で所定時間維持して前記構成要素をオーステナイト化するステップと，
・前記熱処理された構成要素を，パーライトの形成を防ぐのに十分な焼入れ速度，例えば少なくとも１５０℃／分で焼入れするステップと
を含むことを特徴とする，オーステンパダクタイル鉄（ＡＤＩ）からなる構成要素を作製する方法。
【請求項１７】
２５０〜４００℃，好ましくは３５０〜３８０℃の第２の温度まで前記構成要素を熱処理するステップと，この構成要素の前記少なくとも一部分をオーステンパするために，この構成要素の前記少なくとも一部分を所定時間，前記温度に維持するステップとを含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
請求項１〜１０いずれか１項記載の前記オーステンパダクタイル鉄（ＡＤＩ）を含むことを特徴とする構成要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，高い強度と延性を必要とする構成要素（少なくとも９００ＭＰａの最大引張強度及び／又は少なくとも６００ＭＰａの降伏強度及び／又は少なくとも６％の破断伸度を有する構成要素等）用の主にオースフェライト系マトリクスを有するオーステンパダクタイル鉄（ＡＤＩ）に関する。本発明はまた，そのようなオーステンパダクタイル鉄を製造する方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
ダクタイル鉄（ノジュラー鋳鉄とも呼ばれる）は，黒鉛球／ノジュールの形の炭素を含む鋳鉄である。それらの形状により，黒鉛のそのような小さな球／ノジュールは，ねずみ鋳鉄中の微細分散片状黒鉛よりも応力を低下させる点で優れており，それにより，他のタイプの鉄よりも大きい引張強度を達成できる。
【０００３】
オーステンパダクタイル鉄（ＡＤＩ）（このＡＤＩは，普通鋼よりもケイ素含有量が高いために適切な熱処理によってベイナイトを殆ど或いは全く含んでいない場合でも，「ベイナイトダクタイル鉄」と呼ばれることがある）は，「オーステンパリング」と称される熱処理の結果として改善された強度及び延性特性を有する特別な種類のダクタイル鉄合金を表わす。
【０００４】
典型的なオーステンパ熱処理サイクルでは，鋳物は最初に加熱され，次に鋳物が完全にオーステナイト系(austenitic)になり，かつ，マトリクスが炭素で飽和するまでオーステナイト化温度に維持される。鋳物は，完全にオーステナイト化された後，焼入れ中のパーライト（又は固溶強化フェライト(solution strengthen ferrite)）の形成を防ぐために十分に高い焼入れ速度で塩浴内で焼入れされる。次に，鋳物は，「オーステンパ」温度と呼ばれる温度で維持される。ＡＤＩ鋳物の最終的な微細構造と特性は，通常，主にオーステンパ温度と保持時間によって決定されると考えられる。前記等温オーステンパリングの後，鋳物は室温まで冷却される。
【０００５】
オーステナイト化する間のオーステナイト中への炭素の固溶を促進するには，通常，高炭素（セメンタイトＦｅ3Ｃ）領域から低炭素（フェライト）領域への拡散距離を短くするために，ＡＤＩ生成の前駆体として実質的に完全にパーライトの鋳放し微細構造が使用される。フェライトダクタイル鉄では，炭素が，黒鉛ノジュールから，形成されるオーステナイトマトリクス内に更に数桁多く拡散しなければならず，非常に長いオーステナイト化時間及び／又はより高いオーステナイト化温度が必要になる。
【０００６】
ＡＤＩ鋳物は，従来のダクタイル鉄と比較して，同じ延性レベルで少なくとも２倍の強度を有するか，同じ強度レベルで少なくとも２倍の延性を示す。ＡＤＩの鋳造及び熱処理コストは同じ強度の鋳鋼に比べかなり低く，同時に機械加工性は特に熱処理前に行われる場合に改善される。従って，高強度ＡＤＩ鋳造合金は，特に鋼で作製された構成要素がＡＤＩで作製された構成要素よりも重く，かつ，製造と仕上げに費用がかかるので，溶接構造体や鋳鋼に対する費用効率の高い代替物として次第に多く利用されるようになってきている。
【０００７】
ＡＤＩの優れた機械的性質は，高い炭素含有量により熱力学的に安定化されたオーステナイトのマトリクス中の針状フェライトの極めて細い針のオースフェライト微細構造から生じる。オーステンパダクタイル鉄のケイ素含有量は，普通鋼よりはるかに高いので，セメンタイト（Ｆｅ3Ｃ）の代わりに黒鉛中の炭素を安定化させ，従って，オーステンパが長すぎない限りカーバイドの析出が防止される。
【０００８】
ＡＤＩの化学組成は，従来のダクタイル鉄の化学組成と似ており，すなわち，約３．４〜３．８重量％の炭素，２．３〜２．７重量％のケイ素，０．３〜０．４重量％のマンガン，最大０．０１５重量％の硫黄，及び最大０．０６重量％のリンである。鋳造の厚さにより，オーステナイト化温度からオーステンパ温度へのコアの冷却速度が遅いことによる好ましくないパーライトの形成を防ぐために，通常，最大０．８重量％の銅，最大２．０重量％のニッケル，及び最大０．３重量％のモリブデン等の合金元素が基本組成に添加される。
【０００９】
「オーステンパダクタイル鉄鋳物の標準規格（Standard Specification for Austempered Ductile Iron Castings）」（名称：８９７Ｍ−０６。２００６年４月３日，米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）刊）では（７ページ，表Ｘ１．２），ケイ素が黒鉛の形成を促進し，オーステナイト中の炭素の固溶度(solubility)を低下させ，共析温度を高め，ベイナイトカーバイドの形成を抑制するため，ケイ素は，ＡＤＩ中の最も重要な元素の一つであると述べている。また，ケイ素の含有量が高すぎるとフェライトを安定化させ局所領域内においてオースフェライトを抑制する可能性があると警告している。従って，ケイ素の推奨量は２．５０％±０．２０％とされている。この規格では熱処理パラメータ（温度，保持時間及び冷却速度）は指定されていないが，科学文献では，オーステンパの影響が強調されており，これに先立って行われるオーステナイト化の段階はあまり注目されていない。Ｓｉの含有量が３．３５％未満の従来のＡＤＩでは，オーステナイト化温度は，通常，９００℃を超えることはなく，Ｓｉが３．３５％〜４．６０％の高いケイ素含有量を有するダクタイル鉄をオーステンパするために行われた幾つかの試みでは，オーステナイト化温度は９１０℃より低かった。
【００１０】
発明の概要
本発明の目的は，特に鋳放しフェライト状態で機械加工される際に改善された機械加工性と共に，改善された高い強度と延性の組み合わせを有する新しい種類のオーステンパダクタイル鉄を提供することである。
【００１１】
この目的は，ケイ素含有量が３．３５重量％〜４．６０重量％，例えば，３．６５〜４．５５重量％であり，かつ，少なくとも９１０℃のオーステナイト化温度を用いてＡＤＩ熱処理を実行することによって達成可能なオーステンパダクタイル鉄によって達成される。そのようなＡＤＩは，従来のダクタイル鉄の生産面での全ての利点だけでなく，低い総合コスト，高い比強度，優れた延性，耐摩耗性，疲労強度及び改善された機械加工性の極めて有利な組み合わせを提供する。本発明のＡＤＩは，ケイ素含有量が最大２．５０％±０．２０％の従来のＡＤＩ並びに従来のダクタイル鉄，鋳鍛アルミニウム及び幾つかの鋳鍛鋼より優れた機械的性質を有する。また，このＡＤＩは，鋼より１０％密度が低い。
【００１２】
ダクタイル鉄に関する最初の特許（すなわち，１９４９年に発行された米国特許第２，４８５，７６０号）以来ずっと，ケイ素含有量が高いとダクタイル鉄の延性が低下するという共通の誤解がある。しかしながら，このことは，高いケイ素含有量（すなわち，２．７重量％を超えるケイ素含有量）によって固溶強化されたフェライトダクタイル鉄と，より弱い従来のフェライト材料を不適切に比較したときしか当てはまらず，フェライト固溶強化ダクタイル鉄は，類似の強度の従来のフェライトパーライト材料と適切に比較すると，延性が高いことは明らかである。更に，類似の強度（５００ＭＰａ  ＵＴＳ）のダクタイル鉄を比較したとき，硬さの標準偏差は，通常，従来のフェライトパーライト材料の±２４ＨＢＷ単位（ブリネル高度値単位）からフェライト固溶強化ダクタイル鉄の±４まで減少し，また機械加工性は，カーバイドを含むパーライトが無いために少なくとも２０％改善されることが分かった。
【００１３】
ＡＤＩに関する科学文献と特許文献の双方で支配的な見解によれば，高いケイ素含有量（２．７重量％超）も高いオーステナイト化温度（すなわち，９１０℃以上の温度）も有益ではなく，焼入れ性には比較的大量の銅，ニッケル及びモリブデンの添加が必要である。これに対して，高温でオーステナイト化され，銅，ニッケル又はモリブデンを殆ど又は全く含まない高ケイ素含有量のＡＤＩは，従来のＡＤＩより優れた幾つかの利点を有することが見出された。
【００１４】
すなわち，ＡＤＩの熱処理性能と機械的性質の双方が改善される。如何なる理論にも縛られるつもりはないが，ケイ素含有量が異常に高いとダクタイル鉄を鋳造する間の球状化率とノジュール密度(nodule density)が高くなるようである。比較的厚い部品を鋳造するときでも，銅，ニッケル及びモリブデンの高価な金属焼入れ添加物が不要であり，これにより製造コストが減少する。ケイ素含有量が多いとオーステナイト化温度からオーステンパ温度に冷却する間のパーライトの形成が遅れて焼入れ性が改善されるので，通常，前記焼入れ添加物は不要である。なお，他の状況では，前記パーライトが形成されると，微細構造の強度が低下する。更に，より厚い鋳物でも，コア内に生成される微細構造は，パーライトではなく固溶強化型フェライトになり，ＡＤＩの機械的特性に及ぼす悪影響を減少させる。
【００１５】
また，基本組成は，ケイ素によって固溶強化されるフェライト構造のため，極めて良好な機械加工性を示す。従来のパーライト微細構造及びフェライト−パーライト微細構造は，ツールの摩耗を早め，微細構造中において強度と硬度を大幅に変化させ，これにより，機械加工パラメータを最適化し，かつ，幾何公差を小さくするのが極めて困難になる。
【００１６】
ケイ素含有量が多くなると，脆いベイナイト（フェライト＋セメンタイトＦｅ3Ｃ）の形成が更に遅くなるか又は完全に防止され，それにより，オーステンパ中のオースフェライト（高炭素含有量によって熱力学的に安定化されたダクタイルオーステナイトのマトリクス中の針状フェライト）への完全な等温変態が可能になる。オーステンパ後の熱力学的安定化とオーステナイト相の量は，フェライトマトリクスをオーステナイト化する間の適切な時間に炭素が黒鉛ノジュールから拡散するのに必要なオーステナイト化温度が高いほど炭素が高濃度になるので改善される。また，ケイ素含有量が３．３５重量％〜４．６０重量％のＡＤＩは，主にマンガンとモリブデンの偏析の減少，脆いカーバイドの形成の防止，及び延性マトリクスを提供する安定化オーステナイト中の炭素量の増大により，ケイ素含有量が２．４〜２．６重量％の従来のＡＤＩに比べ，強度と延性の双方が改善される。
【００１７】
本発明の一実施形態によれば，ケイ素含有量は，３．７０重量％以上である。本発明の別の実施形態によれば，ＡＤＩは，少なくとも９３０℃又は少なくとも９５０℃のオーステナイト化温度を用いて熱処理を行うことによって得ることができる。
【００１８】
本発明の一実施形態によれば，オーステンパダクタイル鉄は，少なくとも９００ＭＰａ，好ましくは少なくとも１０００ＭＰａ，及び，最も好ましくは少なくとも１０５０ＭＰａの最大引張強度を示す。
【００１９】
本発明の別の実施形態によれば，オーステンパダクタイル鉄は，少なくとも６５０ＭＰａ，好ましくは少なくとも７５０ＭＰａ，及び，最も好ましくは少なくとも８５０ＭＰａの降伏強度を示す。
【００２０】
本発明の更なる実施形態によれば，オーステンパダクタイル鉄は，少なくとも９％の破断伸度を示す。
【００２１】
本発明の更に他の実施形態によれば，オーステンパダクタイル鉄の微細構造は，５％未満，好ましくは３％未満（ポイントカウンティング法又は画像解析を使用して測定された）の非オーステナイト化フェライトを含む。応力又は歪み，すなわち最も大きい応力又は歪みを受ける構成要素の一又は複数の部分には完全オーステナイト構造が望ましいので，前記一又は複数の部分の微細構造における非オーステナイト化フェライトは５％未満，好ましくは３％未満であるべきである。これは，ケイ素量を増やし，高いオーステナイト化温度を適用することにより得られる。
【００２２】
本発明の一実施形態によれば，オーステンパダクタイル鉄は以下の組成（重量％）を有する。
・Ｃ    ３．０〜３．６
・Ｓｉ  ３．３５〜４．６０
・Ｍｎ  最大０．４
・Ｐ    最大０．０５
・Ｓ    最大０．０２
・Ｃｕ  最大０．１
・Ｎｉ  最大０．１
・Ｍｏ  最大０．０１
・残部  Ｆｅ及び不可避的不純物
【００２３】
上記組成は，非合金ダクタイル鉄に関するものである。「非合金」という表現は，ダクタイル鉄に銅もニッケルもモリブデンも添加されていないことを意味し，すなわち，ダクタイル鉄の組成は，最大０．１重量％のＣｕ又はＮｉと，最大０．０１重量％のＭｏを含む。
【００２４】
本発明の別の実施形態によれば，オーステンパダクタイル鉄は，また，焼入れ性を高いケイ素含有量で得られるレベルよりも更に高めるために，従来のＡＤＩで一般に使用される高レベルの金属元素を含み，その結果，重量％で表した組成は以下のようになる。
・Ｃ    ３．０〜３．６
・Ｓｉ  ３．３５〜４．６０
・Ｍｎ  最大０．４
・Ｐ    最大０．０５
・Ｓ    最大０．０２
・Ｃｕ  最大０．８
・Ｎｉ  最大２．０
・Ｍｏ  最大０．３
・残部  Ｆｅ及び不可避的不純物
【００２５】
本発明の別の実施形態によれば，オーステンパダクタイル鉄は，ケイ素含有量が３．３５〜４．６０重量％の合金又は非合金ダクタイル鉄にＡＤＩ熱処理を行うことによって得られる。すなわち，固溶強化フェライトダクタイル鉄を前駆体として使用することで最適化されたオースフェライト微細構造を有するＡＤＩが作製される。
【００２６】
本発明はまた，高い強度及び／又は延性を必要とする構成要素用のオーステンパダクタイル鉄を製造する方法に関する。この方法は，ケイ素含有量が３．３５〜４．６０重量％の合金又は非合金ダクタイル鉄からＡＤＩを製造するステップを含む。
【００２７】
本発明の一実施形態によれば，前記非合金ダクタイル鉄は，以下の組成（重量％）を有する。
・Ｃ    ３．０〜３．６
・Ｓｉ  ３．３５〜４．６０
・Ｍｎ  最大０．４
・Ｐ    最大０．０５
・Ｓ    最大０．０２
・Ｃｕ  最大０．１
・Ｎｉ  最大０．１
・Ｍｏ  最大０．０１
・残部  Ｆｅ及び不可避的不純物
【００２８】
本発明の別の実施形態によれば，前記合金ダクタイル鉄は，以下の組成（重量％）を有する。
・Ｃ    ３．０〜３．６
・Ｓｉ  ３．３５〜４．６０
・Ｍｎ  最大０．４
・Ｐ    最大０．０５
・Ｓ    最大０．０２
・Ｃｕ  最大０．８
・Ｎｉ  最大２．０
・Ｍｏ  最大０．３
・残部  Ｆｅ及び不可避的不純物
【００２９】
本発明の一実施形態によれば，本方法は，ケイ素含有量に応じて少なくとも９１０℃，好ましくは少なくとも９３０℃又は９５０℃の温度で非合金ダクタイル鉄の少なくとも一部分をオーステナイト化するステップを含む。本発明の別の実施形態によれば，本方法は，前記オーステナイト化温度を少なくとも３０分間維持するステップを含む。本発明の一実施形態によれば，オーステナイト化ステップは，炭素の酸化を防ぐために，窒素雰囲気，アルゴン雰囲気，塩浴，又は解離アンモニア雰囲気等の任意の還元雰囲気中で実行される。
【００３０】
本発明は更に，オーステンパダクタイル鉄からなる構成要素を形成する方法にも関する。この方法は，ケイ素含有量が３．３５〜４．６０重量％の合金又は非合金ダクタイル鉄を含む溶融物を形成するステップと，溶融物から構成要素を所望の形状に鋳造するステップと，この構成要素を冷却するステップとを含む。次いで，冷却された構成要素の少なくとも一部分を少なくとも９１０℃，好ましくは少なくとも９３０℃又は９５０℃の第１の温度で加熱し，この温度で所定時間維持して前記構成要素をオーステナイト化する。このステップにおける「所定時間」という表現は，オーステナイト化される構成要素全体又はその一又は複数の部分をオーステナイト化温度まで加熱し，オーステナイトを炭素で飽和させてオースフェライト構造を生成するのに十分な時間を意味する。オーステナイト化は，高温塩浴，炉，又は炎や誘導加熱等の局所的方法を使用して達成されてもよい。
【００３１】
次に，構成要素はパーライトの形成を防ぐのに十分な速度で塩浴内で焼入れされる。次に，ケーシングは，２５０〜４００℃，好ましくは３５０〜３８０℃の温度でオーステンパされ，その温度で断面寸法に応じて３０分〜２時間等の所定時間維持され，その後で室温まで冷却される。このステップにおける「所定時間」という表現は，構成要素又はその一又は複数の部分にオースフェライトのマトリクスを作成するのに十分な時間を意味する。オーステンパするステップは，塩浴，熱油又は溶融鉛又はスズを使用して達成されてもよい。
【００３２】
本発明の一実施形態によれば，本方法は，鋳造された後，オーステナイト化ステップ前に公差が所望のレベルを満たすまで構成要素を機械加工するステップを含む。すなわち，ＡＤＩ処理前に，構成要素に必要な機械加工をできるだけ多く行うことが好ましい。本方法により，固溶硬化（３．３５〜４．６０重量％のＳｉ）フェライトダクタイル鉄の利点を鋳造と機械加工に利用できるＡＤＩが形成される。その後で，鋳造され機械加工された構成要素は，少なくとも９１０℃の温度のオーステナイト化によってオーステンパされて従来のＡＤＩよりも改善された延性と強度が得られるが，その理由は，本発明のＡＤＩによって，脆化をもたらすカーバイドの析出がケイ素で防止されると共に，針状フェライトと安定化オーステナイトの双方の中のケイ素が固溶強化されるからである。これに代え，或いは付加的に，構成要素は，例えば何か特定の表面処理が必要な場合は，オーステンパリングステップ後に機械加工されてもよい。
【００３３】
本発明はまた，本発明の実施形態のいずれかによるオーステンパダクタイル鉄を含む構成要素に関する。そのような構成要素は，具体的には，採鉱，建築，農業，土木，製造業，鉄道産業，自動車産業，林業，高い耐摩耗性を必要とする用途，又は厳密な仕様が常に満たさなければならない用途で使用されるが，これらに限定されない。
【００３４】
以下，本発明を添付図面を参照して，非限定的な例により更に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態によるオーステンパ２段階ＡＤＩ熱処理サイクルを概略的に示す。
【図２】従来のダクタイル鉄，固溶強化ダクタイル鉄，本発明のＡＤＩ，及び従来のＡＤＩの機械的性質の比較を示す。
【００３６】
実施形態の詳細な説明
図１は，本発明の一実施形態に係るＡＤＩ熱処理サイクルを示す。ケイ素含有量が３．３５〜４．６０重量％の合金又は非合金ダクタイル鉄構成要素が，加熱され［ステップ（ａ）］，構成要素が完全にオーステナイトになりマトリクスが炭素で飽和する迄ある一定時間９１０〜１０００℃のオーステナイト化温度で維持される［ステップ（ｂ）］。構成要素は，例えば，スプリングハンガー，ブラケット，車輪ハブ，ブレーキキャリパ，調時歯車，カム，カム軸，内歯車，クラッチカラー，プーリ等，大型輸送車で使用される懸架又は動力伝達関連構成要素である。この構成要素は，完全にオーステナイト化された後，焼入れ媒体中で１５０℃／分以上等の高い焼入れ速度で焼入れされ［ステップ（ｃ）］，２５０〜４００℃，好ましくは３５０〜３８０℃のオーステンパ温度で維持される［ステップ（ｄ）］。等温オーステンパリングの後，構成要素は，室温まで冷却される［ステップ（ｅ）］。次いでＡＤＩ構成要素は，通常の運転サイクルで応力，歪み，衝撃及び／又は摩耗を受ける可能性の高い任意の用途に使用されることもある。
【００３７】
図２は，異なる７グループのダクタイル鉄試料の機械的性質，すなわちＭＰａで表した最大引張応力（ＵＴＳ），ＭＰａで表した降伏強度，及び％で表した破断伸度の比較を示す。
2010513707.tif 000003
完全フェライト微細構造を有するダクタイル鉄ＩＳＯ  １０８３／ＪＳ／５００−１０（グループ２）は，ダクタイル鉄ＩＳＯ  １０８３／ＪＳ／５００−７（グループ１）のフェライトパーライト微細構造に取って代わるために開発された。すなわち，ダクタイル鉄ＩＳＯ  １０８３／ＪＳ／５００−１０（グループ２）は，そのケイ素含有量を２．５％から３．７％に増やすことによって固溶強化され，それにより，降伏強度と破断伸度が共にかなり向上し，一方，ＵＴＳはあまり上昇しなかった。
【００３８】
図２から分かるように，本発明のＡＤＩ試料（グループ４）は，ノジュラーダクタイル鉄試料（グループ１，２，３）の２倍を超える降伏強度とＵＴＳを示す。更に，本発明のＡＤＩ試料（グループ４）は，全ての従来のＡＤＩ試料（グループ５〜７）より高い降伏強度と破断伸度を示し，従来のＡＤＩ試料の内の最初の２種（グループ５及び６）より高いＵＴＳを示す。
【００３９】
ケイ素含有量が多いＡＤＩ試料（グループ４）の極めて優れた機械的性質にもかかわらず，９１０℃では非オーステナイト化フェライトの残滓（＜５％）が見られた。これは，オーステナイト化温度がもっと高くなければならなかったこと，すなわち，オーステンパ温度に焼入れする前にオーステナイト中の炭素含有量を０．６５〜０．７５重量％に高めるためにオーステナイト化温度が少なくとも９３０℃又は９５０〜９７０℃でなければならなかったことを示し，この場合，オーステナイトは，更に，針状フェライトの析出中に炭素濃度が高くなり，これにより熱力学的に安定化する。ケイ素含有量が２．５重量％の従来のダクタイル鉄の場合，炭素含有量は，既に８５０〜８９０℃で０．６５〜０．７５重量％の同じレベルに達する。
【図１】
2010513707.tif 000004
【図２】
2010513707.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成21年8月18日(2009.8.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高い強度と延性を必要とする構成要素用のオーステンパダクタイル鉄（ＡＤＩ）であって，前記鉄は，ケイ素含有量が３．３５重量％〜４．６０重量％であり，少なくとも９１０℃のオーステナイト化温度を用いてＡＤＩ熱処理を行うことによって得られることを特徴とするオーステンパダクタイル鉄（ＡＤＩ）。
【請求項２】
微細構造が５％未満，好ましくは３％未満の非オーステナイト化フェライトを含むことを特徴とする請求項１記載のオーステンパダクタイル鉄（ＡＤＩ）。
【請求項３】
構成要素の少なくとも一部分に高い強度と延性が必要とされる構成要素用のオーステンパダクタイル鉄（ＡＤＩ）を製造する方法であって，ケイ素含有量が３．３５重量％〜４．６０重量％の合金又は非合金ダクタイル鉄から前記ＡＤＩを製造するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
少なくとも９１０℃又は少なくとも９３０℃の温度で前記非合金ダクタイル鉄（ＡＤＩ）の少なくとも一部分をオーステナイト化するステップを含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
以下の各ステップ：
・ケイ素含有量が３．３５重量％〜４．６０重量％の合金又は非合金ダクタイル鉄を含む溶融物を形成するステップと，
・前記溶融物から構成要素を鋳造するステップと，
・前記構成要素を冷却するステップと，
・前記冷却された構成要素の少なくとも一部分を少なくとも９１０℃又は少なくとも９３０℃の第１の温度で熱処理し，この構成要素の前記少なくとも一部分を前記温度で所定時間維持して前記構成要素をオーステナイト化するステップと，
・前記熱処理された構成要素を，パーライトの形成を防ぐのに十分な焼入れ速度，例えば少なくとも１５０℃／分で２５０〜４００℃，好ましくは３５０〜３８０℃の温度範囲の第２の温度まで焼入れし，この構成要素の前記少なくとも一部分をオーステンパするために，この構成要素の前記少なくとも一部分を所定時間，前記温度に維持するステップと
を含むことを特徴とする，オーステンパダクタイル鉄（ＡＤＩ）からなる構成要素を作製する方法。
【請求項６】
請求項１又は２記載の前記オーステンパダクタイル鉄（ＡＤＩ）を含むことを特徴とする構成要素。
【国際調査報告】
2010513707.tif 000006
2010513707.tif 000007
2010513707.tif 000008