(57)【要約】【課題】鋳鉄溶湯に含有する炭素から鋳鉄組織内に微細な球状黒鉛粒子を生成することができる球状黒鉛鋳鉄の製造方法を提供する。【解決手段】球状黒鉛鋳鉄の製造方法では、鋳鉄溶湯にＣｕが２．２〜２．７質量％、Ｂｉが０．００５〜０．０５質量％添加されるように、粒状の黒鉛球状化剤６、粉状のビスマス７、および粒状の銅８を、取鍋２０の底面側から順に、取鍋２０内に層状に配置する。取鍋２０の上方から鋳鉄溶湯Ｍを取鍋２０内に注入し、取鍋２０内で、鋳鉄溶湯Ｍに、粒状の黒鉛球状化剤６、粉状のビスマス７、および粒状の銅８を接触させることにより、鋳鉄溶湯Ｍの炭素から球状黒鉛粒子を生成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳鉄溶湯にＣｕが２．２〜２．７質量％、Ｂｉが０．００５〜０．０５質量％添加されるように、粒状の黒鉛球状化剤、粉状のＢｉ、および粒状のＣｕを、容器の底面側から順に、前記容器内に層状に配置し、
前記容器の上方から前記鋳鉄溶湯を前記容器内に注入し、前記容器内で、前記鋳鉄溶湯に、前記粒状の黒鉛球状化剤、前記粉状のＢｉ、および前記粒状のＣｕを接触させることにより、前記鋳鉄溶湯の炭素から球状黒鉛粒子を生成すること特徴とする球状黒鉛鋳鉄の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳鉄溶湯に黒鉛球状化剤を接触させることにより、鋳鉄溶湯の炭素から球状黒鉛粒子を生成する球状黒鉛鋳鉄の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車のエンジン、足回り部品、または駆動部品等に、球状黒鉛鋳鉄が採用されることがある。球状黒鉛鋳鉄は、鉄基地内に球状黒鉛粒子を含むので、他の鋳鉄に比べて高い強度を期待することができる。このような球状黒鉛鋳鉄は、鋳鉄溶湯に、Ｍｇ、Ｃａ、またはＣｅ等を含む黒鉛球状化剤を接触・反応させることにより、製造される。
【０００３】
たとえば、特許文献１には、鋳鉄にＣｕを１．８〜４．０質量％、Ｂｉを０．０００５〜０．０１質量％含有させた球状黒鉛鋳鉄の製造方法が提案されている。この技術では、まず、鋳鉄溶湯（ＪＩＳ規格：ＦＣＤ４５０相当）に、上記含有量のＣｕを添加する。次にＣｕを添加した鋳鉄溶湯に対して、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ−Ｃａ−ＲＥＭ合金（黒鉛球状化剤）添加のサンドイッチ法による黒鉛球状化処理を実施時に、Ｂｉ、Ｓｎを添加している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１９７３１１号公報（明細書段落［００６３］参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示す技術では、鋳鉄溶湯に予めＣｕを添加しているため、Ｃｕ添加からＢｉ添加まで長い時間が経過しており、Ｂｉによる黒鉛の微細化効果を十分に発現することができない場合があった。また、Ｃｕの添加量によっては、ＣｕがＦｅにすべて固溶して黒鉛の微細が阻害されたり、不規則な形状の黒鉛が生成されたりして、黒鉛が球状化しないことがあった。
【０００６】
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、鋳鉄溶湯の炭素から微細な球状黒鉛粒子を生成することができる球状黒鉛鋳鉄の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を鑑みて、本発明に係る球状黒鉛鋳鉄の製造方法は、鋳鉄溶湯にＣｕが２．２〜２．７質量％、Ｂｉが０．００５〜０．０５質量％添加されるように、粒状の黒鉛球状化剤、粉状のＢｉ、および粒状のＣｕを、容器の底面側から順に、前記容器内に層状に配置し、前記容器の上方から前記鋳鉄溶湯を前記容器内に注入し、前記容器内で、前記鋳鉄溶湯に、前記粒状の黒鉛球状化剤、前記粉状のＢｉ、および前記粒状のＣｕを接触させることにより、前記鋳鉄溶湯の炭素から球状黒鉛粒子を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、鋳鉄溶湯の炭素から微細な球状黒鉛粒子を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る球状黒鉛鋳鉄の製造方法を説明するための模式図。
【図２】図１に示す取鍋の模式的断面図。
【図３】（ａ）本実施形態に係る製造方法で、球状黒鉛粒子が生成されるメカニズムを説明するための模式図、（ｂ）従来技術に係る方法で、球状黒鉛粒子が生成されるメカニズムを説明するための模式図。
【図４】（ａ）実施例１に係る球状黒鉛鋳鉄の組織写真、（ｂ）比較例１に係る球状黒鉛鋳鉄の組織写真。
【図５】実施例１および比較例２、３に係る球状黒鉛鋳鉄の組織写真。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態に係る球状黒鉛鋳鉄は、球状黒鉛鋳鉄品（ＪＩＳ規格：ＦＣＤ７００）に、Ｃｕが２．２〜２．７質量％、Ｂｉが０．００５〜０．０５質量％、さらに接種・添加されたものであり、以下の表１に示す成分の範囲を満たす。なお、表１に示す成分以外の残部は、鉄および不可避不純物からなる。本実施形態に係る球状黒鉛鋳鉄には、鉄基地に、従来（たとえばＦＣＤ７００）に比べて微細な球状黒鉛粒子が数多く分散している。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
以下に、本実施形態に係る球状黒鉛鋳鉄の製造方法を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る球状黒鉛鋳鉄の製造方法を説明するための模式図であり、図２は、図１に示す取鍋の模式的断面図である。
【００１３】
まず、図１に示すように、表１に示す元素の含有量を超えない範囲で、溶解炉１０内で鋳鉄溶湯Ｍの成分調整を行う。ここで成分調整された鋳鉄溶湯Ｍの各元素の含有量と、後述する取鍋２０内に配置される粒状・粉状の材料の各添加元素の添加量と、を合わせた総量が、最終的に表１に示す含有量となるように、溶解炉１０内で鋳鉄溶湯Ｍを成分調整する。なお、本実施形態では、鋳鉄溶湯Ｍの成分調整において、少なくとも、Ｍｇ，Ｂｉは添加していない。
【００１４】
次に、溶解炉１０から取鍋（容器）２０への鋳鉄溶湯Ｍの注湯時に、以下に示すサンドイッチ法を用いて、鋳鉄溶湯ＭにＣｕが２．２〜２．７質量％、Ｂｉが０．００５〜０．０５質量％含有するように、鋳鉄溶湯Ｍに、Ｃｕ、Ｂｉ、黒鉛球状化剤（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ粉末）を接種・添加する。
【００１５】
ここで、本実施形態で用いる取鍋２０には、注湯される鋳鉄溶湯Ｍを収容する収容部２２が形成されており、収容部２２の底部には、仕切り壁部２２ｂを設けることにより、後述する粒状・粉状の材料を収容する収容凹部２２ａが形成されている。
【００１６】
本実施形態では、図１及び図２に示すように、取鍋２０の収容凹部２２ａに、粒状の黒鉛球状化剤（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ）６と、粉状のＢｉ（ビスマス）７と、粒状のＣｕ（銅）８とを投入する。より具体的には、取鍋２０の底面側から順に、粒状の黒鉛球状化剤６と、粉状のビスマス７と、粒状の銅８とを、収容凹部２２ａ内に層状に配置する。ここで、粒状の銅８は、収容凹部２２ａに層状に配置された粒状の黒鉛球状化剤６および粉状のビスマス７を覆うように層状に配置される。
【００１７】
また、粒状の銅８の量の方が、粉状のビスマス７の量に比べて多く、粒状の銅８は、粉状のビスマス７のカバー剤としての機能を果たしている。ここで、本明細書でいう「粒状」とは、「粉状」に比べて粒径が大きい状態のことをいう。
【００１８】
次に、成分調整された鋳鉄溶湯Ｍを溶解炉１０から出湯し、取鍋２０の上方から鋳鉄溶湯Ｍを取鍋２０内に注入（注湯）する。これにより、鋳鉄溶湯Ｍは、粒状の銅８、粉状のビスマス７、および粒状の黒鉛球状化剤６の順に接触し、これらの粒状・粉状の材料からなる元素は、鋳鉄溶湯Ｍに含有する炭素と反応する（黒鉛の球状化処理反応）。これにより、鋳鉄溶湯Ｍ内に球状黒鉛粒子が生成される。このように、取鍋２０の収容凹部２２ａは、粉末の元素と、鋳鉄溶湯Ｍの元素とが反応する反応室として機能する。
【００１９】
取鍋２０内で鋳鉄溶湯Ｍに球状黒鉛粒子が生成された後、鋳鉄溶湯Ｍの表面に生成されたシリカ等の不要物（ノロ）を除去し、取鍋２０から鋳鉄溶湯Ｍを出湯し、金枠４０内に配置された鋳型５０の注湯口５１に鋳鉄溶湯Ｍを注湯する。その後、鋳型５０内で鋳鉄溶湯Ｍを冷却する。これにより、鋳鉄溶湯Ｍが冷却された鋳鉄組織（鉄基地）内に球状黒鉛粒子を形成した球状黒鉛鋳鉄を得ることができる。
【００２０】
ここで、上述した球状化処理反応を図３（ａ），（ｂ）を参照しながら、詳細に説明する。図３（ａ）は、本実施形態に係る製造方法で、球状黒鉛粒子が生成されるメカニズムを説明するための模式図であり、図３（ｂ）は、従来技術に係る方法で、球状黒鉛粒子が生成されるメカニズムを説明するための模式図である。
【００２１】
従来の如く、ＢｉおよびＣｕを添加せず、黒鉛球状化剤を用いて、球状黒鉛粒子を生成した場合には、図３（ｂ）に示すように、球状黒鉛粒子に鉄基地内の炭素（Ｃ）が拡散し、球状黒鉛粒子が成長し、粗大な球状黒鉛粒子が生成されてしまうことがある。
【００２２】
しかしながら、本実施形態では、鋳鉄溶湯Ｍに粉状のビスマス７のビスマス成分を添加することにより、鉄基地内に分散したビスマスを核として、球状黒鉛粒子が従来よりも数多く分散される。これにより、図３（ｂ）に示す場合に比べて、鉄基地内の球状黒鉛粒子の個数を増やすことができる（図３（ａ）参照）。さらに、鋳鉄溶湯Ｍに粒状の銅８の銅成分を添加することにより、球状黒鉛粒子への炭素の拡散を抑制し、球状黒鉛粒子の粗大化を抑えることができる。これにより、従来に比べて、微細な球状黒鉛粒子を鋳鉄組織内に形成することができる。
【００２３】
特に、本実施形態では、粒状の銅８、粉状のビスマス７、および粒状の黒鉛球状化剤６の順に時間を空けることなく、これらの粉末に鋳鉄溶湯Ｍを接触させることができるので、このような効果をより一層発現することができると考えられる。
【００２４】
ここで、鋳鉄溶湯Ｍに添加されるＢｉが０．００５質量％未満である場合には、鉄基地内における、ビスマスによる黒鉛粒子の分散効果を十分に期待することができず、添加されるＢｉが０．０５質量％を超えた場合には、黒鉛粒子の粒状化の阻害や鋳鉄製品への原価増加が懸念される。
【００２５】
一方、鋳鉄溶湯Ｍに添加されるＣｕが２．２質量％未満である場合には、銅による黒鉛粒子の微細化が阻害され、鋳鉄溶湯Ｍに添加されるＣｕが２．７質量％を超えた場合には、黒鉛粒子の球状化が阻害される。
【実施例】
【００２６】
以下に本発明を実施例により説明する。
＜実施例１＞
図１に示す方法で、表１に示す含有量の範囲の元素が添加された球状黒鉛鋳鉄を製造した。まず、表２に示す成分の球状黒鉛鋳鉄（ＪＩＳ規格：ＦＣＤ７００）を準備し、これを溶解炉内で１５１０℃の温度まで加熱して溶融して、鋳鉄溶湯Ｍを作製した。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
次に、表２の成分に、最終的にＣｕが２．５質量％、Ｂｉが０．０３質量％含有するように、粒状の黒鉛球状化剤（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ）、粉状のＢｉ、および粒状のＣｕを、取鍋の底面側から順に、取鍋内に層状に配置した。なお、表２に示すように、溶解炉において銅が添加されていてもよい。次に、溶解炉から鋳鉄溶湯Ｍを取鍋に注入し、鋳鉄溶湯Ｍに、粒状の黒鉛球状化剤、粉状のＢｉ、粒状のＣｕを接触させて、球状化処理反応により、鋳鉄溶湯内に球状黒鉛粒子を生成した。球状黒鉛粒子が生成された鋳鉄溶湯Ｍを鋳型内に注湯した後、これを冷却し、鋳鉄組織内に球状黒鉛粒子が形成された球状黒鉛鋳鉄を製造した。
【００２９】
＜比較例１＞
実施例１と同じように、球状黒鉛鋳鉄を製造した。実施例１と相違する点は、粉状のＢｉ、および粒状のＣｕを取鍋内に配置せず（すなわち鋳鉄溶湯ＭにＢｉ、Ｃｕを添加せず）、粒状の黒鉛球状化剤（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ粉末）のみで、球状化処理反応により、鋳鉄溶湯Ｍ内に球状黒鉛粒子を生成した点である。
【００３０】
＜比較例２＞
実施例１と同じように、球状黒鉛鋳鉄を製造した。実施例１と相違する点は、鋳鉄溶湯に添加されるＣｕが２．０質量％となるように、取鍋に配置する粒状のＣｕを減量した点である。
【００３１】
＜比較例３＞
実施例１と同じように、球状黒鉛鋳鉄を製造した。実施例１と相違する点は、鋳鉄溶湯に添加されるＣｕが３．０質量％となるように、取鍋に配置する粒状のＣｕを増量した点である。
【００３２】
（顕微鏡観察）
実施例１、および比較例１〜３に係る球状黒鉛鋳鉄の組織写真を、光学顕微鏡で４００倍に拡大して観察した。この結果を、図４、図５に示す。図４（ａ）は、実施例１に係る球状黒鉛鋳鉄の組織写真、図４（ｂ）は、比較例１に係る球状黒鉛鋳鉄の組織写真である。図５は、実施例１および比較例２、３に係る球状黒鉛鋳鉄の組織写真である。
【００３３】
（結果）
図４（ａ），（ｂ）に示すように、実施例１の球状黒鉛鋳鉄は、比較例１の球状黒鉛鋳鉄に比べて、球状黒鉛粒子の粒径は小さく、球状黒鉛粒子の個数は多かった。具体的には、同じ面積内において、実施例１の球状黒鉛粒子の平均粒径は１２μｍであり、比較例１の球状黒鉛粒子の平均粒径は２４μｍであった。さらに、実施例１の球状黒鉛粒子の個数は７０８個であり、比較例１の球状黒鉛粒子の個数は１７５個であった。すなわち、実施例１の如く、特定の量のＣｕおよびＢｉを添加することにより、球状黒鉛粒子の平均粒径は、５０％程度まで減少し（微細化され）、この微細化した球状黒鉛粒子の個数は、４倍程度に上昇すると考えられる。
【００３４】
さらに、図５に示すように、比較例２に係る球状黒鉛鋳鉄の球状黒鉛粒子は、実施例１のものに比べて粗大となった。これは、比較例２では実施例１に比べてＣｕの添加量が少ないからであると考えられる。このことから、Ｃｕの添加量が２．２質量％以上であれば、黒鉛粒子の微細化は阻害されないと推定される。
【００３５】
一方、図５に示すように、比較例３に係る球状黒鉛鋳鉄の黒鉛粒子の球状化は、阻害されていた。これは、比較例２では実施例１に比べてＣｕの添加量が多いからであると考えらえる。このことから、Ｃｕの添加量が２．７質量％以下であれば、黒鉛粒子の球状化が阻害されないと推定される。
【００３６】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、明細書並びに特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【符号の説明】
【００３７】
６：粒状の黒鉛球状化剤、７：粉状のＢｉ粉末、８：粒状のＣｕ、１０：溶解炉、２０：取鍋、２２：収容部、２２ａ：収容凹部、２２ｂ：仕切り壁、４０：金枠、５０：鋳型、５１；注湯口
【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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