(57)【要約】      （修正有）【課題】ダクタイル鋳鉄（球状黒鉛鋳鉄）の製造方法に関し、熱処理を行なうことなく、特に低温での耐衝撃性に優れたダクタイル鋳鉄の製造方法を提供する。【解決手段】ダクタイル鋳鉄の製造方法において、Ｃ：３．５〜３．７重量％，Ｓｉ：２．３〜２．５重量％，Ｍｎ：０．２５重量％以下，を含有し、パーライト率をが２０％以下に調整する。  さらには、注湯前に接種材の添加を複数回実施する。組成組織において直径５μｍ以上の黒鉛粒数を４５０個／ｍｍ２以上に調整する。材料配合率において、銑鉄を４０％使用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：３．５〜３．７重量％，Ｓｉ：２．３〜２．５重量％，Ｍｎ：０．２５重量％以下を含有し、パーライト率を２０％以下に調整することを特徴とするダクタイル鋳鉄の製造方法。
【請求項２】
注湯前に接種材の添加を複数回実施することを特徴とする請求項１に記載のダクタイル鋳鉄の製造方法。
【請求項３】
組成組織において、直径５μｍ以上の黒鉛粒数を４５０個／ｍｍ２以上に調整することを特徴とする請求項１または２に記載のダクタイル鋳鉄の製造方法。
【請求項４】
材料配合率において、銑鉄を４０％使用することを特徴とする請求項１から３に記載のダクタイル鋳鉄の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温での耐衝撃性に優れたダクタイル鋳鉄（球状黒鉛鋳鉄）の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、優れた材料特性を示すダクタイル鋳鉄は、ナックルなどの自動車用部品の材料として多く使用されている。
自動車用の材料は、野外の過酷な気象条件下で使用されるので、厳格な材質基準が設定されている。それは、耐力・引張り強さ・伸び・硬さなど多岐にわたり、特に低温環境下での耐衝撃性が強く求められている。
例えば、−４０°Ｃでのシャルピー衝撃試験において、衝撃吸収エネルギが１２Ｊ（ジュール）以上に求められることがある。
表１に、要求される材質基準の一覧を示す。
【０００３】
【表１】
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【０００４】
本出願人はこれらの要求に応える為、一般的に用いられる表２に示す組成成分のダクタイル鋳鉄を使って各種の実験を行なった。その結果を表３に示す。
【０００５】
【表２】
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【０００６】
【表３】
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【０００７】
この結果によると、熱処理を行なわない（鋳放し）と要求される材質性能が得られず、熱処理（焼鈍）を行なうことで要求される材質性能が得られることが解かった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、自動車用部品、特にナックルなどの形状が複雑な部品においては、熱処理を部品へ均一に行うには熱管理において微妙なコントロールが困難であり、非常にデリケートな温度調整が必要となって、大変手間のかかる作業となる。
また、熱管理でのコントロールを誤り、材料品質にバラツキが発生すると、要求される材料性能が全て、或いはいくつかが満足できない恐れがある。
さらに、熱処理による変形が発生するため、部品の全てを寸法検査し、部品形状の異常を確認しなければならない。
【０００９】
本発明は、上記した従来の問題点を解決し、熱処理を行なうことなく、特に低温での耐衝撃性に優れたダクタイル鋳鉄の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した目的を達成するために、本発明のダクタイル鋳鉄の製造方法は、Ｃ：３．５〜３．７重量％，Ｓｉ：２．３〜２．５重量％，Ｍｎ：０．２５重量％以下，を含有し、パーライト率を２０％以下に調整することを要旨としている。
さらには、注湯前に接種材の添加を複数回実施すること、組成組織において直径５μｍ以上の黒鉛粒数を４５０個／ｍｍ２以上に調整すること、材料配合率において、銑鉄を４０％使用すること、を要旨としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明を実施することにより、低温での耐衝撃性に優れたダクタイル鋳鉄の製造に際して、熱処理を行なう必要が無い。そのため、部品が変形を起こすことなく、安定した品質の部品を安定して供給することが可能となる。また、変形をチェックする検査をする必要が無くなり、作業工程の短縮となる。
さらには、熱処理の際に部品へ付着するスケールを取り除くために行っていたショットでの付着除去工程を行なわなくてもよくなり、工場内での部品の移動を含めた作業時間の短縮、及び設備コストの削減が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
鋳鉄の組成成分において、一般にＳｉの含有量が多くなると、低温下での衝撃吸収エネルギは大幅に減少することが知られている。
図７で示すグラフでは、Ｓｉ含有量の違いにおける温度と衝撃吸収エネルギとの相関図を示している。
図７（Ａ）では、Ｓｉ含有量２．９５％の材料における温度と衝撃吸収エネルギとの相関図を示し、図７（Ｂ）では、Ｓｉ含有量２．０５％の材料における温度と衝撃吸収エネルギとの相関図を示している。（文献  ＢＣＩＲＡ  ＲＥＰＯＲＴ  １５２１より）
図７（Ａ）と、図７（Ｂ）を比較して解かるように、Ｓｉの含有量が多くなると、温度と衝撃吸収エネルギとの相関曲線の変曲点が高温側（図７中右側）へ移動しており、特に−４０°Ｃ付近での衝撃吸収エネルギの値は大きく異なるものである。
そこで本出願人は、Ｓｉの含有量をできるだけ小さくし、低温下での衝撃吸収エネルギを大きくするために、他の要因との相関関係を確認する実験を行った。
【００１３】
表４へ実験に用いたダクタイル鋳鉄の元の組成成分を示す。
【００１４】
【表４】
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【００１５】
これらの材料を元にＳｉ含有量及び、他の要因条件を変えた多種類の材料を用い、低温下での衝撃吸収エネルギと、他の要因との相関関係を確認した実験を行った。その実験結果を以下のグラフに示す。
図１は、−４０°Ｃでの衝撃吸収エネルギと、Ｓｉ含有量との相関図である。
図２は、パーライト率と、Ｓｉ含有量との相関図である。
図３は、−４０°Ｃでの衝撃吸収エネルギと、パーライト率との相関図である。
図４は、パーライト率と、Ｍｎ含有量との相関図である。
図５は、−４０°Ｃで衝撃吸収エネルギと、Ｍｎ含有量との相関図である。
【００１６】
図１の−４０°Ｃでの衝撃吸収エネルギと、Ｓｉ含有量との相関関係のグラフでわかるように、Ｓｉ含有量が２．４％の時に、−４０°Ｃでの衝撃吸収エネルギは最も大きな値を示し、その前後でも高い値を示している。しかし、Ｓｉの含有量が２．４％前後の値から外れ、含有量がより大きくなる、或いは小さくなると、−４０°Ｃでの衝撃吸収エネルギの値は小さくなることが解かる。
前記の通り、Ｓｉの含有量が多くなると、低温下での衝撃吸収エネルギは大幅に減少することはすでに知られている。したがって、Ｓｉの含有量が少なくなった際に低温下での衝撃吸収エネルギが小さくなることについて、他の要因を検討すべく実験を行った。
【００１７】
図２のパーライト率と、Ｓｉ含有量との相関関係のグラフでは、Ｓｉの含有量が小さくなるにつれて、パーライト率が大きくなることが解かる。
ここで、−４０°Ｃでの衝撃吸収エネルギと、パーライト率との相関関係を調べると、図３の−４０°Ｃでの衝撃吸収エネルギと、パーライト率との相関関係のグラフで示されるように、パーライト率が小さくなると−４０°Ｃでの衝撃吸収エネルギの値が大きくなる。
したがって、Ｓｉ含有量が小さくなると、パーライトが増え、そのため低温下での衝撃吸収エネルギが小さくなるものと考えられる。
【００１８】
また、低温下での衝撃吸収エネルギの値と、パーライト率との相関関係からパーライトの発生を小さくすると、低温下での衝撃吸収エネルギが大きくなることが予想される。
そこで、パーライトの発生に関与する元素として知られるＭｎに注目し、パーライト率と、Ｍｎ含有量との相関関係を確認した。
図４は、パーライト率と、Ｍｎ含有量との相関関係をグラフにしたものである。図４のグラフに示す通り、Ｍｎの含有量が小さくなるにつれて、パーライト率も小さくなっている。
【００１９】
これにより、低温下での衝撃吸収エネルギの値とパーライト率との相関関係を鑑みると、Ｍｎ含有量を小さくすると、パーライトの発生が小さくなり、そのために低温下での衝撃吸収エネルギが大きくなるものと考えられる。
これを実証するための実験を行い、その結果を図５に示す。
図５は、−４０°Ｃで衝撃吸収エネルギと、Ｍｎ含有量との相関図である。
図５の相関曲線で示すように、Ｍｎ含有量を小さくすると、−４０°Ｃで衝撃吸収エネルギが大きくなっており、先の検証を裏付けることが解かった。
【００２０】
以上述べたように、本出願人は、低温下での衝撃吸収エネルギの値に因果関係をもつ３つの要因である、Ｓｉ含有量と、Ｍｎ含有量と、パーライト率を管理することで、低温下での衝撃吸収エネルギの値が得られることの実証を行なった。
前記実験の結果から、Ｓｉ含有量と、Ｍｎ含有量と、パーライト率の数値を各々以下のようにすれば、−４０°Ｃでのシャルピー衝撃試験において、衝撃吸収エネルギが１２Ｊ（ジュール）以上となる。
【００２１】
次に、本実施例のダクタイル鋳鉄における化学組成の限定理由を説明する。
パーライト率：図３の−４０°Ｃでの衝撃吸収エネルギと、パーライト率との相関関係のグラフで示されるように、パーライト率が２０％以上となると、低温下での衝撃吸収エネルギが１２Ｊ（ジュール）以下になり、低温下での衝撃吸収エネルギが低下する。
従って、本実施例ではパーライト率を２０％以下としている。
【００２２】
Ｃ：本出願人の行なった実験によると、Ｃの含有量については、Ｃの含有量が少ないと、低温下での衝撃吸収エネルギが大きくなることから、本実施例ではＣの含有量を３．５〜３．７重量％としている。
【００２３】
Ｓｉ：図１の−４０°Ｃでの衝撃吸収エネルギと、Ｓｉ含有量との相関図から−４０°Ｃでの衝撃吸収エネルギが１２Ｊ（ジュール）以上となるには、Ｓｉ含有量が２．３〜２．５重量％であればよい。含有量がこれより大きくなる、或いは小さくなると、−４０°Ｃでの衝撃吸収エネルギの値は小さくなる。
従って、本実施例ではＳｉの含有量を２．３〜２．５重量％としている。
【００２４】
Ｍｎ：Ｍｎはパーライトの発生を促進するパーライト化促進元素であり、Ｍｎの含有量が多くなりすぎるとパーライト率が上昇し、−４０°Ｃでの衝撃吸収エネルギも小さくなる。図５で示す−４０°Ｃでの衝撃吸収エネルギと、Ｍｎ含有量との相関図では、Ｍｎ含有量が０．２５重量％以上となると、−４０°Ｃでの衝撃吸収エネルギが１２Ｊ（ジュール）より低下してしまう。
従って、本実施例ではＭｎの含有量を０．２５重量％以下としている。
【００２５】
また、Ｍｎ含有量を０．２５重量％以下とするには、使用する材料配合率において、Ｍｎの含有量の少ない銑鉄を通常より多量に用いることが効果的である。
一般に、鋳鉄の溶湯をつくる際には戻り材（方案部と不良品）と、廃材である鉄屑と、前工程で残った湯と、銑鉄を加えて必要な量の溶湯をつくる。加える銑鉄の材料配合率を４０％以上とすることで全体のＭｎの含有量を０．２５重量％以下に抑えるようにする。
【００２６】
図６は、−４０°Ｃでの衝撃吸収エネルギと、１ｍｍ２当たりでの直径５μｍ以上の黒鉛粒数との相関図である。図６のグラフで示されるように、黒鉛粒数の数が多くなるにつれて、−４０°Ｃでの衝撃吸収エネルギも大きくなる。図６で示すグラフでは、直径５μｍ以上の黒鉛粒数が４５０個／ｍｍ２以上となると、−４０°Ｃでの衝撃吸収エネルギが１２Ｊ（ジュール）より大きくなる。従って、本実施例では直径５μｍ以上の黒鉛粒数が４５０個／ｍｍ２以上としている。
【００２７】
また、鋳鉄の鋳込み作業の際には、注湯前に接種材を添加することが行われている。これは、球状黒鉛の析出を促すために行なうもので、通常１回のみ行なうものであるが、本実験において、接種材の添加を出湯から注湯までの工程の中で複数回行なうことで、球状黒鉛の析出がより強く促進され、黒鉛粒数の数も多く析出される効果がある事が解かった。
特に注湯流接種や鋳型内接種などの溶湯を鋳型へ注湯する直前に接種を行なうと、より大きい効果が得られる。
したがって、注湯前に接種材を複数回添加することでより黒鉛粒数の数が多くなり、低温下での衝撃吸収エネルギを大きくすることができる。
【００２８】
黒鉛粒数を多くすることは、パーライト率を少なくすることにも効果がある。黒鉛粒数が多いことにより、パーライトの発生を抑制し、パーライト率が低減される。また、前記の接種材の添加による効果の他にも、銑鉄を多く加えることで黒鉛粒数の発生数を多くし、パーライト率を低減することができる。
さらに、溶湯内の不純物を少なくすることで、パーライトの発生を抑えることができる。そのためには、不純物の含有量の少ない銑鉄を多く用いることが効果的であり、鋳鉄の溶湯をつくる際に、加える銑鉄の配合率を高くすることで溶湯内の不純物を少なくし、パーライトの発生を抑えることができる。
また、戻り材に銑鉄を多く用いたものを使うことでも溶湯内の不純物を少なくし、パーライトの発生を抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】−４０°Ｃでの衝撃吸収エネルギと、Ｓｉ含有量との相関図。
【図２】パーライト率と、Ｓｉ含有量との相関図。
【図３】−４０°Ｃでの衝撃吸収エネルギと、パーライト率との相関図。
【図４】パーライト率と、Ｍｎ含有量との相関図。
【図５】−４０°Ｃで衝撃吸収エネルギと、Ｍｎ含有量との相関図。
【図６】−４０°Ｃでの衝撃吸収エネルギと、１ｍｍ２当たりでの直径５μｍ以上の黒鉛粒数との相関図。
【図７】Ｓｉ含有量の違いにおける温度と衝撃吸収エネルギとの相関図。
【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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