(57)【要約】【課題】  ＣｕまたはＳｎの少なくとも一方を含有する鉄スクラップを用いて、品質が高く、加工性の良好な鋳鉄を、効率的に製造する手段を提供する。【解決手段】  ０．１質量％以上の銅、または０．００８質量％以上の錫の少なくとも一方を含有し、白鋳鉄組織を有することを特徴とする鋳片である。白鋳鉄組織を有しているため圧延可能である。黒鉛生成核が鋳片に分散されている場合には、短時間の熱処理によって黒鉛が生成し、加工性に優れる鋳鉄を、少ないエネルギーで簡便に製造可能である。【選択図】  図１
2005232477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．１質量％以上の銅、または０．００８質量％以上の錫の少なくとも一方を含有し、白鋳鉄組織を有することを特徴とする鋳片。
【請求項２】
前記白鋳鉄組織における炭素原子の濃度［Ｃ］（質量％）、およびケイ素原子の濃度［Ｓｉ］（質量％）が、下記式を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の鋳片。
【数１】
2005232477.tif 000007
【請求項３】
球状化剤元素の酸化物、硫化物、窒化物またはこれらの複合化合物が分散していることを特徴とする、請求項１または２に記載の鋳片。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の鋳片を、圧延して得られる圧延鋳鉄。
【請求項５】
球状黒鉛が分散していることを特徴とする、請求項４に記載の圧延鋳鉄。
【請求項６】
伸延した黒鉛が分散していることを特徴とする、請求項４または５に記載の圧延鋳鉄。
【請求項７】
銅または錫の少なくとも一方を含有する鉄スクラップを、鉄源の一部として使用して、溶鉄を得る段階と、
前記溶鉄を鋳造して、０．１質量％以上の銅、または０．００８質量％以上の錫の少なくとも一方を含有し、白鋳鉄組織を有する鋳片を得る段階と、
を有することを特徴とする、鋳片の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅または錫を含む鋳片、および鋳片を圧延して得られる圧延鋳鉄に関する。特に、本発明は、銅または錫を含む鉄スクラップを鉄源として使用して得られる鋳片、および該鋳片を圧延して得られる圧延鋳鉄に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保全の面から、鉄スクラップをリサイクルして、資源を最大限に利用する必要性が高まっている。しかしながら、鉄スクラップに含有される銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）などの所謂トランプエレメントは、鉄（Ｆｅ）よりも酸化されにくい。このため、現在の製鉄プロセスを適用した場合、トランプエレメントが殆ど除去されずに残存し、製造性、材質または表面品質特性に悪影響を及ぼす。
【０００３】
例えば、自動車等の鉄スクラップにはＣｕが含まれるが、Ｃｕを含有するスラブを長時間酸化雰囲気中で加熱しても、Ｃｕは酸化されない。そして、表面の酸化スケールにＦｅが拡散することによって、酸化スケールの直下にＣｕが濃化して、Ｃｕ富化層が形成される。このＣｕ富化層の融点は比較的低いため、通常のスラブ加熱温度である１０５０℃超の温度では、Ｃｕ富化層は融液となる。融解したＣｕ富化層はオーステナイト粒界に浸透し、熱間圧延時に、表面割れ、即ちＣｕ疵などの欠陥を引き起こす。
【０００４】
トランプエレメントによる悪影響を低減する方法として、種々の方法が提案されている。例えば、特許文献１には、鋼片の組成および処理温度を制御することによって、深絞り性に優れる冷延鋼板を製造する方法が開示されている。特許文献２には、圧延前に、スラブ、ビレットまたはブルームの表面を溶削または研削することによって、表面欠陥の発生を防止する圧延方法が開示されている。また、非特許文献１および非特許文献２には、銅および錫を含有する鋼に、ニッケルを所定量添加することにより、表面割れの生成を防止する技術が開示されている。しかしながら、ニッケルは高価な希少金属であるため、製造コストが上昇してしまう。
【特許文献１】特開平４−３７１５２８号公報
【特許文献２】特開平６−１９８３０４号公報
【非特許文献１】ＩＳＩＪ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，ｖｏｌ．３７（１９９７），Ｎｏ．３，ｐｐ．２１７−２２３
【非特許文献２】ＩＳＩＪ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，ｖｏｌ．３７（１９９７），Ｎｏ．３，ｐｐ．２２４−２３１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在の製鉄プロセスにおいて、トランプエレメントが含有された鉄スクラップをリサイクルして有効利用するために、Ｃｕ疵やスケール疵のようなトランプエレメントによる品質低下が少なく、かつ、加工性の良好な鋳鉄を効率的に製造する手段の開発が所望されている。特に、工業的な生産過程に適応させる上では、ニッケルの添加などの、製造コストを上昇させる手段を極力用いずに、鋳鉄を製造することが好ましい。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、鉄スクラップなどのＣｕまたはＳｎの少なくとも一方を含有する鉄源を用いて、品質が高く、加工性の良好な鋳鉄を、効率的に製造する手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、
（１）  ０．１質量％以上の銅、または０．００８質量％以上の錫の少なくとも一方を含有し、白鋳鉄組織を有することを特徴とする鋳片、
（２）  前記白鋳鉄組織における炭素原子の濃度［Ｃ］（質量％）、およびケイ素原子の濃度［Ｓｉ］（質量％）が、下記式を満たすことを特徴とする、（１）に記載の鋳片、
【０００８】
【数１】
2005232477.tif 000003
【０００９】
（３）  球状化剤元素の酸化物、硫化物、窒化物またはこれらの複合化合物が分散していることを特徴とする、（１）または（２）に記載の鋳片、
（４）  （１）〜（３）のいずれか１項に記載の鋳片を、圧延して得られる圧延鋳鉄、
（５）  球状黒鉛が分散していることを特徴とする、（４）に記載の圧延鋳鉄、
（６）  伸延した黒鉛が分散していることを特徴とする、（４）または（５）に記載の圧延鋳鉄、
（７）  銅または錫の少なくとも一方を含有する鉄スクラップを、鉄源の一部として使用して、溶鉄を得る段階と、前記溶鉄を鋳造して、０．１質量％以上の銅、または０．００８質量％以上の錫の少なくとも一方を含有し、白鋳鉄組織を有する鋳片を得る段階とを有することを特徴とする、鋳片の製造方法、
である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によって、ＣｕまたはＳｎの少なくとも一方を含有する鉄源を用いて、品質が高く、加工性の良好な鋳鉄が提供される。本発明は、鉄スクラップの有効利用を通じた地球環境保全に貢献する発明である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の第１は、０．１質量％以上の銅、または０．００８質量％以上の錫の少なくとも一方を含有し、白鋳鉄組織を有することを特徴とする鋳片である。
【００１２】
前述のように、ＣｕやＳｎを含む鋳鉄を加工する際には、表面の酸化スケールにＦｅが拡散し、酸化スケールの直下にＣｕやＳｎが濃化することに起因して、表面割れなどの表面欠陥が発生する。従って、酸化スケールの生成を抑制することができれば、ＣｕやＳｎによる表面欠陥を根源的に解決可能である。本発明者らは、このような観点から、本発明を完成させた。
【００１３】
本発明は、白鋳鉄組織を有する鋳片に関する。鋳鉄は、炭素鋼よりも多くの炭素原子を含有し、融点が低く、鋳造性がよい。このような炭素原子を多く含有する材料であると、圧延などの加熱処理の際には、Ｆｅよりも炭素が優先的に酸化され、Ｆｅの酸化による酸化スケールの生成が抑制される。その結果、ＣｕやＳｎの濃化に起因する表面欠陥が抑制される。白鋳鉄組織を有する鋳片であれば、このような機構によりＣｕやＳｎに起因する表面欠陥の発生が抑制されるため、ＣｕやＳｎを含有する鉄スクラップなどを、鉄源として有効に再利用可能である。
【００１４】
以下、本発明の鋳片について、詳細に説明する。
【００１５】
鋳片とは、ビレット、ブルーム、スラブなどの、鋳型を用いて成型された材料を意味する。鋳片の製造には、多数の鋳型を用いたバッチ式鋳造法が用いられてもよいし、タンディッシュおよび中空の鋳型を用いた連続鋳造法が用いられてもよい。鋳片の生産性を考慮すると、鋳片は、連続鋳造法を用いて製造されることが好ましい。鋳片の形状や大きさは、特に限定されない。鋳片の使用用途や、圧延工程で用いられる装置の種類に応じて、鋳片の形状や大きさが制御されればよい。鋳片の形状および大きさは、鋳型の形状および大きさを変化させることによって、制御され得る。
【００１６】
本発明の鋳片は、０．１質量％以上のＣｕ、または０．００８質量％以上のＳｎの少なくとも一方を含有する。すなわち、ＣｕおよびＳｎの一方の含有量が上記範囲内であってもよいし、ＣｕおよびＳｎの双方の含有量が上記範囲内であってもよい。鋳片に含まれるＣｕおよびＳｎは、鉄スクラップを鉄源として用いた場合に、混入しやすい。ただし、本発明の鋳片は、鉄源の一部として鉄スクラップを用いて製造された鋳片に限定されない。鉄源として鉄スクラップを用いない場合であっても、０．１質量％以上のＣｕ、または０．００８質量％以上のＳｎの少なくとも一方を含有する鋳片は、本発明の技術的範囲に包含され得る。ＣｕまたはＳｎの含有量の上限は、特に限定されないが、得られる鋳鉄の性能などを考慮すると、通常はＣｕは１質量％以下、Ｓｎは０．１質量％以下が好ましい。鋳片におけるＣｕ濃度およびＳｎ濃度は、例えば、吸光光度法を用いて測定される。
【００１７】
鉄系材料に含まれるＣｕやＳｎは、加熱処理の際の表面欠陥の原因となる。しかしながら、本発明においては、鋳片に含まれる炭素が優先酸化されることによって、ＣｕやＳｎによる表面欠陥が抑制される。このため、ＣｕやＳｎを含有する鉄源を、有効に活用可能である。本発明においては、ＣｕやＳｎによる弊害を抑制できるばかりではなく、逆に、これらの元素による性能向上も可能である。例えば、鋳鉄に含まれるＣｕは、鋳鉄の耐食性を向上させる。０．１質量％以上のＣｕが含有されていれば、本発明の鋳片および鋳片から製造される製品の耐食性が向上する。
【００１８】
本発明の鋳片の組成については、鋳片が白鋳鉄組織を有する限り、特に限定されない。鋳鉄には、白鋳鉄、ねずみ鋳鉄、まだら鋳鉄などの種類がある。白鋳鉄は、黒鉛を含まない鋳鉄である。白鋳鉄は、亜共晶成分からなることが好ましい。ねずみ鋳鉄は、Ｃが遊離して、黒鉛の状態で存在する鋳鉄である。まだら鋳鉄とは、ねずみ鋳鉄や白鋳鉄が混合した鋳鉄である。本発明の鋳鉄は、白鋳鉄組織を有することを特徴とする。「白鋳鉄組織を有する」とは、鋳鉄の少なくとも一部が白鋳鉄であることを意味する。好ましくは、本発明の鋳片は、鋳片の全体または実質的に全体が白鋳鉄である。ここで、「実質的に全体」とは、不可避的に混入する不純物に基づく非白鋳鉄組織が、鋳片の一部に存在している状態を含む概念である。
【００１９】
白鋳鉄となるためには、炭素原子およびケイ素原子の含有量が重要である。炭素原子は、鋳片の質量に対して、好ましくは１．７質量％以上含まれる。炭素原子の含有量の上限は、特に限定されないが、通常は４．３質量％以下である。ケイ素原子の好ましい含有量は、炭素原子の含有量に依存する。具体的には、白鋳鉄組織における炭素原子の濃度［Ｃ］（質量％）、およびケイ素原子の濃度［Ｓｉ］（質量％）が、下記式を満たすことが好ましい。鋳片における炭素濃度は、例えば、赤外線吸収法を用いて測定され、鋳片におけるケイ素濃度は、例えば、吸光光度法を用いて測定される。
【００２０】
【数２】
2005232477.tif 000004
【００２１】
より好ましくは、鋳片に存在する白鋳鉄組織における炭素原子の濃度［Ｃ］（質量％）、およびケイ素原子の濃度［Ｓｉ］（質量％）が、下記式を満たす。
【００２２】
【数３】
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【００２３】
炭素原子およびケイ素原子以外の含有成分については、特に限定されない。例えば、鉄の濃度、硫黄の濃度、リンの濃度などについては、通常は、鋳鉄に一般的な範囲とされる。ただし、硫黄の濃度やリンの濃度が一般的な濃度範囲でない鋳片を、本発明の技術的範囲から除外するわけではない。
【００２４】
非特許文献１および非特許文献２においては、表面欠陥の発生を防止するためにニッケルを人為的に添加する技術が開示されていたが、本発明においては、ニッケルなどの高価な材料を用いなくても、表面欠陥の発生が効果的に抑制される。この観点からは、本発明の鋳片におけるニッケル含有量は少ないほど好ましい。具体的には、ニッケル原子の含有量は、鋳片の質量に対して、好ましくは０．０３質量％以下である。ただし、これを超えるニッケル原子が、鋳片に含まれることを除外するわけではない。例えば、ニッケル原子を多く含む鉄スクラップを原料として製造されたニッケル原子含有量の多い鋳片が、本発明の技術的範囲から除外されるわけではない。
【００２５】
鋳片は、脱炭処理などの精錬処理を施さなくても製造可能であるため、低コストで製造可能である。ただし、必要であれば、脱硫処理などの精錬処理を施してもよい。精錬処理を経て製造された鋳片が、本発明の技術的範囲から排除されるわけではない。
【００２６】
鋳片は、その種類によって加工性や制振性が異なるが、様々な製品に適用できるよう、加工可能であることが好ましい。白鋳鉄は一般的に加工性に乏しいため、鋳鉄の加工性を向上させる技術として、焼なましによる黒鉛化処理が提案されている（例えば、日本鉄鋼協会、「第３版  鉄鋼便覧、第Ｖ巻  鋳造・鍛造・粉末冶金」、頁１１５〜１１６、１９８２年参照）。微細な黒鉛を鋳鉄内部に生成させることによって、鋳鉄の加工性が向上する。つまり、鋳鉄を変形させやすくなる。焼なまし条件は、多くの他の鋳造要因によって、その時間および温度が決定される。通常は、焼なましは二段階の焼なまし工程を含み、その総処理時間は２０〜１００時間程度である。
【００２７】
しかしながら、これまでに提案されている圧延鋳鉄の黒鉛化処理は、処理時間が長く、鉄鋼製品の生産性を低下させる要因となる可能性がある。また、長時間の加熱により表面の酸化および脱炭を抑止するために、非酸化雰囲気下で加熱する場合、処理コストが上昇する可能性がある。さらに、長時間の焼なましによって得られた鋳鉄内部に生成した黒鉛は、球状化されづらく、所望した加工性が得られない虞がある。
【００２８】
本発明の鋳片は、好ましくは、内部に、球状化剤元素の酸化物、硫化物、窒化物またはこれらの複合化合物が分散している。球状化剤元素とは、鋳鉄中に含まれる酸素、硫黄、窒素と化合し、熱が加えられた際に、核として、黒鉛粒子の生成を促進する化合物を形成する元素を意味する。つまり、溶鉄中に球状化剤元素が配合されると、球状化剤元素は、鉄中に含まれる酸素、硫黄または窒素と化合して、酸化物、硫化物、窒化物またはそれらの複合化合物からなる粒子を形成する。この粒子は、黒鉛粒子生成の核として作用し、鋳片または圧延鋳鉄に熱が加えられた場合に、黒鉛粒子の生成が促進される。このような球状化剤元素の酸化物、硫化物、窒化物またはこれらの複合化合物を分散させておくことによって、長時間の熱処理を行わなくても、比較的短時間の熱処理によって、または、圧延時の熱によって、圧延鋳鉄内部に黒鉛粒子が生成する。この黒鉛粒子によって、圧延鋳鉄の加工性が向上する。
【００２９】
以下、球状化剤元素の酸化物、硫化物、窒化物またはこれらの複合化合物（以下、「黒鉛生成核」とも記載する）を分散させた場合の効果について、図面を参照しながら説明する。図１は、球状黒鉛鋳鉄（ダクタイル鋳鉄）、黒鉛生成核が分散していない白鋳鉄、および黒鉛生成核が分散している白鋳鉄のそれぞれについて、圧延鋳鉄を製造する工程を示すフロー図である。
【００３０】
図１Ａは、球状黒鉛鋳鉄（ダクタイル鋳鉄）についての、圧延鋳鉄製造工程を示すフロー図である。ダクタイル鋳鉄は、過共晶成分からなる鋳鉄であり、溶製工程において、溶鉄１０には、マグネシウム化合物などの黒鉛生成核１１０を中心として形成された球状黒鉛１２０が分散している。鋳造工程において製造された鋳片２０においても、黒鉛生成核１１０を中心として形成された球状黒鉛１２０が分散している。ダクタイル鋳鉄である鋳片２０は、球状黒鉛１２０が鋳片内部に分散しているため、ある程度の加工性を有する。しかしながら、球状黒鉛が分散している鋳片を圧延すると、圧延鋳鉄３０には、球状黒鉛に由来する粗大な薄片状黒鉛１２１が生成し、表面形状に問題がある圧延鋳鉄となってしまう。
【００３１】
鋳片を圧延可能とするためには、黒鉛粒子が分散していない鋳片を作製することが好ましい。図１Ｂは、白鋳鉄である黒心可鍛鋳鉄についての、圧延鋳鉄製造工程を示すフロー図である。黒心可鍛鋳鉄は、亜共晶成分からなる鋳鉄であり、溶製工程において、溶鉄１１には、球状化剤元素が配合されていない。したがって、鋳造工程において製造された、白鋳鉄成分からなる鋳片２１においても、黒鉛粒子は分散しておらず、圧延可能である。ただし、黒心可鍛鋳鉄である鋳片は、連続鋳造が困難である。圧延工程において得られた圧延鋳鉄３１は、ダクタイル鋳鉄と比較して表面形状に優れる。しかしながら、圧延鋳鉄３１は、硬くて脆いため、前述した焼なましのような後処理が施されることが好ましい。まず、短時間の熱処理によって、遊離セメンタイトが分解された圧延鋳鉄４１を得る。圧延鋳鉄４１は、長時間の熱処理が施され、黒鉛粒子１２２が分散した圧延鋳鉄５１を得る。黒鉛粒子１２２は、通常、塊状の黒鉛である。黒鉛粒子１２２を圧延鋳鉄５１の内部に生成させることによって、圧延鋳鉄５１の加工性が向上する。通常の焼なまし条件は、短時間熱処理が９００〜９８０℃の温度で、１０〜２０時間である。長時間熱処理は、７００〜７６０℃の温度での徐冷と、７００〜７３０℃の範囲での長時間処理とを組み合わせる。全焼なまし工程に要する時間は、通常では２０〜１００時間程度である。
【００３２】
図１Ｂに示す工程によって、加工性に優れ、制振性にも優れる圧延鋳鉄を得ることが可能である。しかしながら、焼なましによる黒鉛化処理は、長時間を要するため、圧延鋳鉄の生産性を向上させる観点からは、より簡便な製法を用いることが好ましい。本発明者らは、白鋳鉄となる成分からなる溶鉄に、黒鉛生成を促進する黒鉛生成核を配合しておき、圧延工程以降において黒鉛を生成させる製法を採用することによって、加工性に優れる圧延鋳鉄を、短時間で効率的に製造可能であることを見出した。
【００３３】
図１Ｃは、黒鉛生成核が分散している白鋳鉄についての、圧延鋳鉄製造工程を示すフロー図である。白鋳鉄は、亜共晶成分からなる鋳鉄であり、溶製工程において、溶鉄１２には、黒鉛生成核１３０が分散している。鋳造工程において製造された、白鋳鉄成分からなる鋳片２２においても、黒鉛粒子の生成は進行しておらず、黒鉛生成核１３０が分散している。図１Ａにおける鋳片２０のように、黒鉛粒子が鋳片に分散していないので、鋳片２２は圧延可能である。
【００３４】
圧延工程において得られる圧延鋳鉄の内部構造は、圧延条件によって異なる。圧延条件が高温である場合には、圧延工程において、黒鉛生成核１３０を核として黒鉛化が進行し、黒鉛粒子１２３が分散した圧延鋳鉄３２が得られる。圧延する際に黒鉛化が進行した黒鉛粒子１２３は、圧延時の圧力によって、伸延した形状となる。圧延鋳鉄３２は、黒鉛粒子１２３が分散しており、加工性に優れる。このように、黒鉛生成核を分散させた鋳片を作製した場合、非常に簡便に、加工性に優れる圧延鋳鉄が得られる。圧延鋳鉄３２の加工性を向上させたい場合には、圧延鋳鉄３２に短時間の熱処理を施して、より多くの黒鉛粒子１２３が分散した圧延鋳鉄４２を作製すればよい。圧延後の熱処理によって黒鉛化が進行した黒鉛粒子１２３’は、球状黒鉛となる。黒鉛粒子１２３をより多く分散させることによって、圧延鋳鉄４２の加工性が向上する。圧延後に熱処理を施して黒鉛粒子を生成させる場合であっても、黒鉛生成核１３０を核として黒鉛化を進行させる場合には、短時間の熱処理で黒鉛化が進行する。このため、加工性に優れる圧延鋳鉄の生産性が向上する。
【００３５】
圧延条件が低温である場合には、圧延工程において黒鉛化が進行せず、黒鉛生成核１３０が分散した圧延鋳鉄３３が得られる。黒鉛化が進行していない圧延鋳鉄３３に短時間の熱処理を施すことによって、黒鉛化を進行させて、黒鉛生成核１３０を核として形成された黒鉛粒子１２４を生成させる。圧延鋳鉄３３中には、黒鉛生成核１３０が分散しているので、短時間の熱処理によって、迅速に黒鉛化が進行し、加工性に優れた圧延鋳鉄４３が、比較的簡便な工程で作製される。
【００３６】
黒鉛生成核１３０が分散している鋳片２２を原料として、黒鉛が分散した圧延鋳鉄（３２、４２、４３）のいずれを作製するかは、製造コスト、加工性、制振性などを考慮して決定すればよい。加工性は、一般的に、圧延鋳鉄４３が最も良く、次に圧延鋳鉄４２、その次に圧延鋳鉄３２が良い。したがって、加工性に優れる圧延鋳鉄を製造したい場合には、低温条件下において、黒鉛化を進行させずに鋳片を圧延処理し、その後、熱処理する工程を採用すればよい。制振性は、一般的に、圧延鋳鉄４２が最も良く、次に圧延鋳鉄３２、その次に圧延鋳鉄４３が良い。したがって、制振性に優れる圧延鋳鉄を製造したい場合には、高温条件下において、黒鉛化を進行させながら鋳片を圧延処理し、その後、熱処理する工程を採用すればよい。製造コストを優先する場合には、圧延後の熱処理が不要な、圧延鋳鉄３２を製造する工程を採用すればよい。
【００３７】
図１を用いて説明したように、本発明の鋳片は、好ましくは、鋳片の内部に、熱が加えられた際に、黒鉛粒子の生成の核として作用し、黒鉛粒子の生成を促進する黒鉛生成核が分散されている。このような黒鉛生成核が分散している鋳片を原料として用いることによって、加工性に優れる圧延鋳鉄を、簡便な工程で製造することが可能である。
【００３８】
黒鉛生成核は、鋳片内部に存在し、黒鉛粒子の生成を促進する作用を有する材料であれば、特に限定されない。鋳片に分散している黒鉛生成核は、球状化剤元素の酸化物、硫化物、窒化物またはこれらの複合化合物である。２種以上の黒鉛生成核が分散していてもよい。球状化剤元素としては、Ｍｇ、Ｃａ、希土類元素（ＲＥＭ）が含有されることが好ましく、球状化促進効果が大きいＭｇが含有されることが、より好ましい。球状化剤元素は、単一元素であってもよいし、複数の元素からなる混合物であってもよい。球状化剤元素の具体例としては、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ、Ｃａ−Ｓｉ、Ｆｅ−ＲＥＭ、Ｆｅ−Ｍｇ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃａ−Ｍｇ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ−ＲＥＭ、ミッシュメタル、Ｎｉ−Ｍｇなどが挙げられる。
【００３９】
黒鉛生成核の分散量は、特に限定されないが、分散量が少なすぎると、熱処理時の黒鉛粒子の生成が遅くなり、生産性が低下する虞がある。また、生成する球状黒鉛の密度がやや小さくなり、かつ、黒鉛粒子が粗大になるため、加工性が低下する虞がある。したがって、好ましくは、鋳片における黒鉛生成核の個数密度が５０個/ｍｍ２以上である。
【００４０】
黒鉛生成核の大きさは、黒鉛粒子形成の核として作用し得るのであれば、特に限定されないが、好ましくは、黒鉛生成核の平均粒径が０．０５μｍ〜５μｍである。黒鉛生成核が小さすぎると、黒鉛粒子生成の核として作用しづらくなる虞がある。また、黒鉛生成核が大きすぎると、生成する黒鉛粒子が粗大になり、加工性などが低下する虞がある。ここで、粒子の直径とは、粒子の円相当径を意味している。粒子の直径は、例えば、断面を観察して所定領域内の全粒子の円相当径を測定し、その平均を算出することによって求められる。他の測定方法が採用されてもよい。
【００４１】
球状化剤元素を添加して、鋳片の内部に、黒鉛生成核を分散させた場合、圧延前の鋳片においては黒鉛化が進行せずに、黒鉛生成核として分散されていることが好ましい。ただし、黒鉛粒子が少しでも存在している態様を排除する趣旨ではなく、圧延可能である範囲で、黒鉛生成核を中心とする黒鉛粒子が生成していてもよい。つまり、黒鉛生成核のみが分散しており、黒鉛粒子は分散していない鋳片が好ましいが、黒鉛生成核とともに多少の黒鉛粒子が分散している鋳片であってもよい。
【００４２】
本発明の第２は、本発明の第１の鋳片を圧延して得られる圧延鋳鉄に関する。圧延鋳鉄とは、鋳片の圧延によって得られる製造物を意味する。圧延鋳鉄としては、例えば、薄板鋳鉄、厚板鋳鉄、条鋳鉄などが挙げられる。条鋳鉄としては、棒材、線材、レール材、山形、Ｉ形またはＨ形等の断面の形材、および矢板材等が挙げられる。例えば、図１における、圧延鋳鉄（３１、３２、３３、４１、４２、４３、５１）が、本発明の第２の圧延鋳鉄である。
【００４３】
圧延鋳鉄は、好ましくは、内部に黒鉛粒子が分散しており、より好ましくは、黒鉛生成核を中心として形成された黒鉛粒子が分散している。黒鉛粒子の形状は、球状黒鉛であってもよいし、伸延した黒鉛であってもよい。球状黒鉛および伸延した黒鉛の双方が、圧延鋳鉄中に分散していてもよい。分散している黒鉛粒子の形状は、圧延鋳鉄の製造方法によって異なる。例えば、圧延工程において黒鉛粒子を生成させる場合には、圧延鋳鉄３２のように、伸延した黒鉛粒子が分散している圧延鋳鉄が得られる。伸延した黒鉛粒子が分散している圧延鋳鉄を熱処理することによって、圧延鋳鉄４２のように、伸延した黒鉛粒子と球状の黒鉛粒子とが分散している圧延鋳鉄が得られる。圧延工程において黒鉛粒子を生成させずに、その後の熱処理工程において黒鉛粒子を生成させる場合には、圧延鋳鉄４３のように、球状の黒鉛粒子が分散している圧延鋳鉄が得られる。なお、本願において、球状黒鉛とは必ずしも完全な球体という意味ではなく、表面に凹凸があっても良く、また部分的には平面部を有していても良い。
【００４４】
圧延鋳鉄中に分散している黒鉛粒子は、その外周の一部または全体がフェライトで覆われていることが好ましい。フェライトが外周に形成されている黒鉛粒子が分散している圧延鋳鉄は、加工性が良好である。好ましくは、鋳鉄中のフェライトの占める割合が７０体積％以上であることが望ましい。フェライトの割合が７０体積％以上であると、加工性が良好な圧延鋳鉄が得られる。フェライトの割合は、鋳片断面におけるフェライトの面積を測定することで算出される。
【００４５】
圧延鋳鉄における黒鉛粒子の分散量は、特に限定されないが、分散量が少なすぎると、加工性が低くなる虞がある。このため、好ましくは、圧延鋳鉄における黒鉛粒子の個数密度が５０個/ｍｍ２以上である。
【００４６】
黒鉛粒子の大きさや形状については、特に限定されないが、黒鉛粒子が粗大化すると、加工性が損なわれる虞がある。このため、分散している黒鉛粒子は、大きすぎないことが好ましい。具体的には、伸延した黒鉛が分散している場合には、伸延した黒鉛の平均幅が０．４ｍｍ以下、平均長さが５０ｍｍ以下であることが好ましい。球状の黒鉛が分散している場合には、球状の黒鉛の平均粒径が０．４ｍｍ以下であることが好ましい。平均幅、平均長さ、および平均粒径は、黒鉛粒子が分散している圧延鋳鉄の断面を観察することによって求められ得る。他の測定方法が採用されてもよい。
【００４７】
本発明の第３は、鉄スクラップを鉄源の一部として使用して、本発明の第１の鋳片を製造する方法に関する。即ち、本発明の第３は、銅（Ｃｕ）または錫（Ｓｎ）の少なくとも一方を含有する鉄スクラップを、鉄源の一部として使用して、溶鉄を得る段階と、前記溶鉄を鋳造して、０．１質量％以上の銅、または０．００８質量％以上の錫の少なくとも一方を含有し、白鋳鉄組織を有する鋳片を得る段階とを有する、鋳片の製造方法である。以下、本発明の第３について、詳細に説明する。
【００４８】
まず、ＣｕまたはＳｎの少なくとも一方を含有する鉄スクラップを鉄源の一部として使用して、溶鉄を得る。鉄源として鉄スクラップを用いることによって、資源の有効活用が可能である。鉄鉱石、焼結鉱、石灰石、コークス、ペレットなどの原料の使用量および製銑工程については、特に限定されない。例えば、鉄スクラップを原料として電気炉において溶鉄を得て、この溶鉄を、高炉から出銑された溶鉄と混合して、ＣｕまたはＳｎの少なくとも一方を含有する溶鉄を得る。
【００４９】
溶鉄は、鋳造され、０．１質量％以上の銅、または０．００８質量％以上の錫の少なくとも一方を含有し、白鋳鉄組織を有する鋳片が製造される。鋳造は、連続鋳造法が採用されても、バッチ式鋳造法が採用されてもよいが、冷却速度が小さいほど黒鉛が生成する傾向があるため、冷却速度を大きくしやすい連続鋳造法が好ましい。また、連続鋳造法を用いた方が、鋳片製造の生産性が向上する。鋳造に用いられる装置は、既に得られている知見を適宜参照して、決定されればよい。例えば、連続鋳造法においては、取鍋、タンディッシュ、鋳型、サポートロール、スプレーノズルなどを備えた連続鋳造装置が用いられる。好ましくは、鋳型として、水冷銅鋳型が用いられる。水冷銅鋳型を用いることによって、鋳片の冷却速度を高めることが可能である。また、グラファイト製の鋳型と用いる場合に比べて、鋳型に起因する黒鉛の生成を抑制可能である。
【００５０】
鋳造条件は、白鋳鉄が得られる冷却速度となるように制御されることが好ましい。具体的な冷却速度は、鋳造条件によって影響を受けるため一義的に規定できないが、得られた知見や事前調査等を用いて適宜決定すればよい。一般的には、冷却速度が大きい方が、白鋳鉄が得られやすい。
【００５１】
黒鉛生成核を鋳片に分散させる場合には、取鍋やタンディッシュに球状化剤元素を添加する。球状化剤元素の添加量は、最終製品としての圧延鋳鉄が良好な加工性を確保できる量であれば、特に規定するものではなく、事前調査等により適宜設定すれば良い。通常は溶鉄に対して０．０２質量％程度の濃度となるように、球状化剤元素が添加される。
【００５２】
必要であれば、クロムやニッケルなどの他成分が、溶鉄に対して添加されてもよい。ただし、ニッケルなどの高価な材料は、製造コストを上昇させてしまうため、添加量は少なくすることが好ましい。
【００５３】
連続鋳造によって得られる鋳片が厚すぎると、中心部での冷却速度が低下し、黒鉛化が進行する虞がある。このため、連続鋳造によって得られる、スラブまたはブルームである鋳片の厚さは、好ましくは１〜１２０ｍｍである。この厚さの鋳片を製造するには、例えば、薄スラブ連鋳機を用いて製造すると、厚みが３０〜１２０ｍｍ程度の鋳片が得られる。さらには、ベルトやロールといった移動鋳型を用いる双ベルト、短ベルト、双ドラム、短ドラム鋳造機で鋳造すると、厚みが１〜３０ｍｍ程度の鋳片が得られる。棒状の製品を製造する場合には、四角や円形の断面を持つビレットの連続鋳造機が用いられてもよい。ビレットである鋳片の断面は、四角の辺の長さまたは円の直径が、通常は、７５〜２５０ｍｍ程度である。
【００５４】
得られた鋳片は、圧延処理が施され、各種製品となる。場合によっては、圧延処理が施されなくてもよい。例えば、双ベルト、短ベルト、双ドラム、短ドラム鋳造機で鋳造して得られた、厚みが１〜３０ｍｍ程度の鋳片を、加熱処理して黒鉛化することによって得られた鋳鉄が、製品として使用されてもよい。
【００５５】
圧延処理は、好ましくは熱間圧延が用いられる。黒鉛生成核が分散している鋳片を熱間圧延処理する場合には、温度条件の制御が重要である。熱間圧延の処理温度が高温であると、圧延の際に黒鉛の生成が進行し、得られる圧延鋳鉄の内部には、黒鉛粒子が分散する（図１の圧延鋳鉄３２を参照）。圧延工程において黒鉛粒子の生成を進行させた場合、熱処理工程を用いずに、黒鉛粒子が内部に分散している、加工性に優れる圧延鋳鉄が得られる。しかしながら、加工性を向上させるために、圧延鋳鉄に熱処理を加えてもよい。圧延処理の過程において黒鉛粒子の生成が進行する場合には、得られる圧延鋳鉄の内部には、伸延した黒鉛粒子が分散する。伸延した黒鉛粒子とともに、球状黒鉛も形成され得る。一方、熱間圧延の処理温度が低温であると、圧延の際に黒鉛の生成が進行せず、黒鉛粒子が分散していない圧延鋳鉄が得られる（図１の圧延鋳鉄３３を参照）。黒鉛粒子が分散していない圧延鋳鉄は、その後の熱処理によって黒鉛化を進行させて、加工性に優れる圧延鋳鉄を得る。
【００５６】
具体的には、圧延温度が９００℃を超えると、黒鉛の生成が進行する傾向がある。従って、圧延工程と同時に黒鉛の生成を進行させる場合には、圧延温度を９００℃を超える温度とするとよい。逆に、圧延工程と同時に黒鉛の生成を進行させない場合には、圧延温度を９００℃以下とするとよい。圧延前の加熱温度についても、同様の観点から、温度を制御するとよい。例えば、黒鉛の生成を進行させたくない場合には、圧延前の加熱温度を９００℃以下とするとよい。圧延前の加熱温度および圧延温度の上限については、特に限定されないが、通常は、鉄の融点である１１５０℃以下とされる。
【００５７】
熱間圧延後の冷却工程は、フェライトの割合が増加し、圧延鋳鉄の加工性が向上するように、冷却工程を制御することが好ましい。具体的には、熱間圧延後の冷却過程で７３０〜６５０℃で一旦保持するか、７３０℃から３００℃までの間を徐冷することが望ましく、その冷却速度は１０℃／ｍｉｎ以下の冷却速度とすることが好ましい。この温度範囲を外れると、フェライトの生成がうまく進行しない可能性がある。
【００５８】
圧延鋳鉄を加熱処理することによって、黒鉛を生成させることが可能である。黒鉛の生成によって、圧延鋳鉄の加工性が向上する。加熱処理される圧延鋳鉄には、好ましくは、黒鉛生成核が分散されている。黒鉛生成核が分散している鋳片を用いて製造された圧延鋳鉄を用いることによって、黒鉛生成に要する加熱処理時間が大幅に短縮可能である。黒鉛生成核が分散している圧延鋳鉄を加熱処理する場合、好ましくは、加熱処理時間は６０分以下である。あまりに長時間の加熱処理を行うと、黒鉛が粗大化し、得られる圧延鋳鉄の特性が低下する虞がある。黒鉛生成核が分散している場合、加熱処理時間が短時間であっても、微細な黒鉛が均一に分散した圧延鋳鉄を製造可能である。
【００５９】
熱間圧延された圧延鋳鉄は、コイル状に巻き取ってもよい。その際には、フェライト量を増加させるために７５０〜５５０℃の温度でコイルに巻き取ることが好ましい。この範囲の温度で圧延鋳鉄を巻き取ることによって、フェライトの生成がうまく進行する。また、熱間圧延された圧延鋳鉄を、さらに必要に応じて冷間圧延しても良い。
【実施例】
【００６０】
＜実施例１＞
高炉から出銑した溶銑を、転炉型の精錬容器に移した後、鋼スクラップを添加し、表１に示す成分となるように調整した。その後、鍋に移し、球状化剤としてＦｅ−Ｓｉ−Ｍｇを添加した。球状化剤が添加された溶鉄を、水冷銅鋳型を備えた垂直型の連続鋳造機に注入し、幅８００ｍｍ、厚１００ｍｍのスラブを、鋳造速度１．０ｍ／分で連続鋳造した。得られた白鋳鉄組織を有する鋳片を、加熱炉において１１００℃で加熱した後、熱間圧延機で１０００〜８５０℃で圧延して圧延板を得た。得られた圧延板中には、伸延した黒鉛が分散しており、圧延板における欠陥はなかった。圧延板の加工性は良好であり、制振性は優れていた。
【００６１】
＜実施例２〜５＞
鋳片の成分、球状化剤を表１に示すように変更して、圧延板を製造した。実施例２および３においては、加熱炉における温度を９００℃、圧延温度を８５０〜７００℃とし、得られた圧延板にさらに９５０℃の熱処理を加えた以外は、実施例１と同様の条件により、球状黒鉛が分散した圧延板を得た。実施例４および５においては、実施例１と同様、加熱炉における温度を１１００℃、圧延温度を１０００〜８５０℃として、伸延黒鉛が分散した圧延板を得た。得られた圧延板の評価は、表１に示す通りである。
【００６２】
＜比較例１〜２＞
比較例１は、鋼組織となる成分系における製造例である。比較例２は、ねずみ鋳鉄となる成分系における製造例である。
【００６３】
【表１】
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【００６４】
表１に示すように、本発明の鋳片は、ＣｕまたはＳｎの少なくとも一方を所定量以上含有し、圧延時に欠陥が発生しにくい。しかも、本発明の鋳片を圧延して得られた圧延鋳鉄は、加工性および制振性が良好である。このような鋳片によって、ＣｕまたはＳｎを多く含む、鉄スクラップなどの鉄源が有効に再利用される。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】球状黒鉛鋳鉄（ダクタイル鋳鉄）、黒鉛生成核が分散していない白鋳鉄、および黒鉛生成核が分散している白鋳鉄のそれぞれについて、圧延鋳鉄を製造する工程を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０…溶鉄、１１…溶鉄、１２…溶鉄、２０…鋳片、２１…鋳片、２２…鋳片、３０…圧延鋳鉄、３１…圧延鋳鉄、３２…圧延鋳鉄、３３…圧延鋳鉄、４１…圧延鋳鉄、４２…圧延鋳鉄、４３…圧延鋳鉄、５１…圧延鋳鉄、１１０…黒鉛生成核、１２０…球状黒鉛、１２１…薄片状黒鉛、１２２…黒鉛粒子、１２３…黒鉛粒子、１２３’…黒鉛粒子、１２４…黒鉛粒子、１３０…黒鉛生成核。
【図１】
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