(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量比でＣ：３．２０〜４．００％、Ｓｉ：２．００〜３．２０％、Ｍｎ：０．０５〜３．００％、Ｐ：０．１０％以下、Ｓ：０．１２０％以下、Ｃｕ：０．４０〜２．００％、Ｍｇ：０．０２〜０．０８％、希土類：０．００５〜０．３００％、残部Ｆｅからなり、鋳放しで、引張り強度６００〜７００Ｎ／ｍｍ2 、伸び３％以上、又は引張り強度７００Ｎ／ｍｍ2 以上、伸び２％以上であることを特徴とする球状黒鉛鋳鉄品。
【請求項２】
重量比でＣ：３．２０〜４．００％、Ｓｉ：２．００〜３．２０％、Ｍｎ：０．３０〜２．５０％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．１２０％以下、Ｃｕ：０．３０〜２．００％、Ｍｇ：０．０２〜０．０８％、希土類：０．０１０〜０．３００、残部Ｆｅからなり、鋳放しで、引張り強度８００Ｎ／ｍｍ2 以上、伸び４％以上であることを特徴とする球状黒鉛鋳鉄品。
【請求項３】
希土類の添加量は重量比でＳの１．５〜５．０倍であることを特徴とする請求項１又は２に記載の球状黒鉛鋳鉄品。
【請求項４】
Ｍｎ％＋Ｃｕ％の合計が重量比で１．２０〜２．８０％であることを特徴とする請求項２又は３に記載の球状黒鉛鋳鉄品。
【請求項５】
重量比でＭｏを０．３％以下含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の球状黒鉛鋳鉄品。
【請求項６】
鋳鉄品はカプラーナットであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の球状黒鉛鋳鉄品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高強度球状黒鉛鋳鉄品に関するものであり、、引張り強度６００Ｎ／ｍｍ2 以上のもの、及び引張り強度８００Ｎ／ｍｍ2 以上、伸び４％以上の高張力強靱性のものに係る。
高強度球状黒鉛鋳鉄品は、軽量化を進めるために強度と靱性を必要とする自動車及び機械用部品並びに建築関連部品、例えばねじ鉄筋用カプラーナット等として好適である。
【０００２】
【従来の技術】
自動車、機械、建築部品の強度を必要とする箇所に使用する鋳物は、引張り強度６００Ｎ／ｍｍ2 以上の鋳放しで使用可能な球状黒鉛鋳鉄品である。又、さらに、引張り強度８００Ｎ／ｍｍ2 以上、伸び４％以上の高張力、強靱性を必要とする鋳物は、球状黒鉛鋳鉄を熱処理した鋳鉄品（ＪＩＳ．ＦＣＡＤ８００−４、ＪＩＳＦＣＤ８００−２）である。
【０００３】
従来は、ＦＣＤ４５０で製造した鋳物を、熱処理により高張力鋳物にして使用するか、又は、ＦＣＤ４５０の溶湯にＭｎ、Ｃｕを添加するか、もしくはＭｏ、Ｎｉを添加して製造していた。
又、ＦＣＤ４５０鋳物に熱処理を施して品質を安定させた鋳鉄品はコストが増大するという問題があった。Ｃｕ、Ｍｎのみを添加した鋳鉄品は引張り強度、伸び等の品質が不安定になり、Ｍｏ、Ｎｉを添加した鋳鉄品は品質が安定するが、コストが増大する上に、パーライトが緻密にならないため、伸びを４％以上にすることができないという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、その課題とするところは、鋳放しで引張り強度６００Ｎ／ｍｍ2 以上の品質が安定した球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ６００以上）、及び鋳放しで引張り強度８００Ｎ／ｍｍ2 以上、伸び４％以上の品質が安定した球状黒鉛鋳鉄品（ＦＣＤ８００以上）を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を達成するため、本発明が採用する第１の手段は、球状黒鉛鋳鉄品の組成を、重量比でＣ：３．２〜４．０％、Ｓｉ：２．０〜３．２％、Ｍｎ：０．０５〜３．００％、Ｐ：０．１０％以下、Ｓ：０．１２０％以下、Ｃｕ：０．４０〜２．００％、Ｍｇ：０．０２〜０．０８％、希土類：０．００５〜０．３００％、残部Ｆｅとするか、又は、Ｃ：３．２〜４．０％、Ｓｉ：２．０〜３．２％、Ｍｎ：０．０５〜３．００％、Ｐ：０．１０％以下、Ｓ：０．１２０％以下、Ｃｕ：０．４０以下、Ｍｇ：０．０２〜０．０８％、希土類：０．００５〜０．３００％、残部Ｆｅとし、面積比でパーライトを多くして安定化させたことにある。
【０００６】
この鋳鉄品は、６００Ｎ／ｍｍ2 以上の引張り強度を有し、強度の必要な自動車部品や機械部品、及び建築用ねじ鉄筋カプラーナット、ロックナット等にして形成すると、そのまま鋳放しで使用することができる。又、特に品質を安定させるために、Ｍｏを重量比で０．３０％以下添加してもよい。
第２の手段は、球状黒鉛鋳鉄品の組成を重量比でＣ：３．２０〜４．００％、Ｓｉ：２．００〜３．２％、Ｍｎ：０．３０〜２．５０％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．１２０％以下、Ｃｕ：０．３０〜２．００％、Ｍｇ：０．０２〜０．０８％、希土類：０．０１０〜０．３００、残部Ｆｅとし、基地組織を面積比でパーライトを多く緻密にするか、フェライトと緻密なパーライトの共存組織にして安定させたことにある。
【０００７】
この鋳鉄品は、８００Ｎ／ｍｍ2 以上の引張り強度、４％以上の伸び自動車部品、機械部品、建築用ねじ鉄筋カプラーナット、ロックナット等に鋳造してそのまま鋳放しで使用することが出来る。又、特に品質を安定させるために、Ｍｏ、Ｎｉの一方又は双方を重量比で０．３％以下添加してもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明鋳鉄品の組成について説明する。
ＣとＳｉは、鋳鉄品の組織を決めるものであり、含有率は重量比でＣが３．２％未満、Ｓｉが２．００未満になると白銑化し、Ｃが４．０％、Ｓｉが３．２％をそれぞれ越えるとフェライト化する。したがって、組織をパーライト鋳鉄とするために、含有率について、Ｃは重量比で３．２〜４．０％、Ｓｉは２．０〜３．２％の範囲にそれぞれ限定する。
【０００９】
Ｍｎは、鋳鉄品の引張り強度を増大させるが、含有率が重量比で０．０５％以下ではその効果が少なく、３．００％を越えると粘り強さを低下させる。したがって、Ｍｎの含有率は重量比で０．０５〜３．０％の範囲に、特に高靱性とするためには、０．３０〜２．５％の範囲に限定する。
Ｐは黒鉛化を妨害し、鋳鉄品の粘りを特に低下させるので、含有率は重量比で０．１％以下に、特に伸びを４％以上確保するためには、含有率を重量比で０．０３５％以下とする。
【００１０】
Ｓは黒鉛化を妨害するので、その含有率は重量比で０．１２０％以下に留める。
Ｃｕは鋳鉄品の引張り強度を増大させるが、含有率は重量比で０．４０％以下ではその効果が低く、２．００％を越えると不規則黒鉛を生じる。したがって、Ｃｕの効果を狙うときはＣｕの含有率は重量比で０．４０〜２．００％の範囲に、好ましくは０．０３〜２．００％の範囲に限定する。
【００１１】
なお、ＣｕとＭｎが共存するときは、重量比でＭｎ＋Ｃｕ含有率が１．２０％以下では効果が少なく、２．８０％を越えると粘り強さを低下させるから、Ｍｕ＋Ｃｕの含有率はは重量比で１．２０〜２．８０％の範囲に限定する。
Ｍｇは黒鉛を球状化するためのものであり、重量比で０．０２０％未満ではその効果が不十分であり、重量比で０．０８０％を越えても効果は変わらないのと、Ｍｇドロス等の欠陥発生原因となるので、その範囲は０．０２〜０．０８％とする。
【００１２】
希土類元素は活性元素であり、球状化阻害元素のＳと反応して、硫化希土類となり、黒鉛化及び黒鉛球状化を促進する。又、鋳鉄品の基地組織のフェライト量を減少させて、パーライト量を増加させ、さらに、パーライト組織を緻密にする。この希土類により、鋳鉄品のパーライトの面積比は多くなるから、鋳鉄品の強度、伸びは安定する。しかし、重量比０．００５％未満ではその効果が不十分であり、０．３％以上になると、効果が上がり過ぎて炭化物（チル化）を形成して、もろくなる。したがって、希土類は重量比で０．００５〜０．３０％の範囲、好ましくは０．０１〜０．３０％の範囲として、Ｓの１．５倍〜５．０倍に限定する。
【００１３】
希土類としては主としてＣｅ、Ｌａを使用するが、高純度のものか又はＣｅ、Ｌａを２０％以上含む安価な軽希土類合金を使用してコストを低下させることが好ましい。
【００１４】
【実施例】
本発明の実施例鋳鉄品と従来の比較例鋳鉄品のＪＩＳ規格試験片について実施した２つの材料試験について説明する。
材料試験１
ＦＣＤ４５０の溶湯に、ＦＣＤ８００を狙って、ＭｎとＣｕを添加して、比較例試験片ＮＯ．１の溶湯とし、ＭｎとＣｕとＭｏを添加して比較例試験片ＮＯ．２の溶湯とした。ＮＯ．１の溶湯にＳｉ−ＲＥを添加して実施例試験片ＮＯ．３の溶湯とした。ＮＯ．２の溶湯にＳｉ−ＲＥを添加して実施例試験片ＮＯ．４の溶湯とし、それぞれの溶湯から各試験片を２本づつ鋳込んだ。ここで、Ｓｉ−ＲＥはＣｅ、Ｌａを主とする希土類：３０％、Ｓｉ：３０％、残部Ｆｅのレアアースシリサイド（商品名）である。
【００１５】
各試験片のＦｅを除く化学成分（重量％）は表１のとおりである。ただし、ＲＥの数値は、括弧で示すＳｉ−ＲＥの添加量から歩留まり５０％として算出したものである。
表１：化学成分
試験片      ＮＯ．１        ＮＯ．２        ＮＯ．３        ＮＯ．４
Ｃ          ３．７５        ３．７５        ３．６２        ３．６２
Ｓｉ        ２．７５        ２．６５        ２．８４        ２．９０
Ｍｎ        ０．６０        ０．６９        ０．６２        ０．６７
Ｐ          ０．０３５      ０．０５１      ０．０３４      ０．０３５
Ｓ          ０．０１５      ０．０１０      ０．０１３      ０．０１０
Ｃｕ        １．０３        ０．９１        ０．９２        １．２８
Ｍｏ            −          ０．２０        ０．１８            −
Ｍｇ        ０．０３３      ０．０４７      ０．０３４      ０．０３０
ＲＥ            −              −          ０．０２７      ０．０３０
（Ｓｉ−ＲＥ）  −              −         （０．１８）    （０．２０）
【００１６】
各試験片の球状率及びパーライト面積率及び材料試験結果は表２のとおりであった。
表２
区分                     比較例      比較例     実施例     実施例
試験片                    NO.1        NO.2       NO.3       NO.4
球状率（％）              94.0        91         90         90
パーライト面積率（％）    92〜96      96〜98     99〜100    99〜100
降伏点（Ｎ／ｍｍ2 ）      577         620.9      623        642
引張り強度（Ｎ／ｍｍ2 ）  801.5       778.4      837.9      851.5
伸び（％）                4.0         1.66       2.32       2.10
硬さ（ＨＢ）              248         285        277        302
表２から、比較例のパーライト面積率は９２〜９８％であるが、実施例のパーライト面積率は９９〜１００％であること、並びに実施例の引張り強度は比較例よりも大きく、伸びも実施例の方が比較例よりも安定することが確かめられた。
【００１７】
材料試験２
ＦＣＤ４５０の溶湯に、ＦＣＤ８００を狙って、ＭｎとＣｕを添加して比較例試験片ＮＯ．１の溶湯とし、ＭｎとＣｕとＭｏを添加して比較例試験片ＮＯ．２の溶湯とし、ＭｎとＣｕとＭｏ、ＲＥを添加して比較例試験片ＮＯ．３の溶湯とした。
ＮＯ．４〜ＮＯ．８はＰを０．０３５以下にしてＭｎとＣｕとＲＥを添加して実施例の溶湯とした。
それぞれの溶湯から各試験片を２本づつ鋳込んだ。ここでＳｉ−ＲＥはＣｅ、Ｌａを主とする希土類３０％、Ｓｉ３０％、残部Ｆｅのレアースシリサイド（商品名）である。
【００１８】
各試験片のＦｅを除く成分（重量％）は表３のとおりである。
表３：化学成分
試験片      NO.１  NO.２  NO.３  NO.４  NO.５  NO.６  NO.７  NO.８
Ｃ          3.75   3.75   3.76   3.74   3.74   3.77   3.74   3.76
Ｓｉ        2.75   2.65   2.62   2.55   2.37   2.55   2.40   2.34
Ｍｎ        0.60   0.69   0.78   1.48   0.97   0.96   0.99   0.99
Ｐ          0.035  0.051  0.045  0.018  0.016  0.016  0.016  0.017
Ｓ          0.015  0.010  0.013  0.013  0.010  0.009  0.009  0.013
Ｃｕ        1.03   0.91   1.03   1.00   1.01   0.48   1.02   1.41
Ｍｏ         −    0.20   0.057   −     −     −     −     −
Ｍｇ        0.033  0.047  0.035  0.041  0.038  0.029  0.038  0.027
ＲＥ         −     −    0.042  0.032  0.032  0.025  0.034  0.025
ＲＥ／Ｓ     −     −    3.23   2.46   3.20   2.78   3.78   1.92
Ｍｎ＋Ｃｕ  1.63   1.60   1.81   2.48   1.98   1.44   2.01   2.40
【００１９】
各試験片の球状化率、パーライト面積率、フェライト又は共存組織面積率及び材料試験結果は表４のとおりであった。
表４：材料試験結果
区分             比較例 比較例 比較例 実施例 実施例 実施例 実施例 実施例
試験片               １     ２     ３     ４     ５     ６     ７     ８
球状化率（％）      94.0    91     89     92     94     90     94     90
パーライト
面積率（％）     92〜96 96〜98   99   96〜98 96〜98 92〜94 96〜98 94〜96
フェライト又は共
存組織面積率（％）4〜8   2〜4     1    2〜4   2〜4   6〜8   2〜4   4〜6
降伏点
（Ｎ／ｍｍ2）     577    620.9  596.0  706.2  789.7  562.2  671.9  627.1
引張り強度
（Ｎ／ｍｍ2 ）    801.5  778.4  853.0  907.5  992.1  813.3  911.4  871.1
伸び（％）         4.0    1.66   2.56   4.28   4.65   7.38   5.34   4.56
硬さ（ＨＢ）       248    285    285    262    285    255    269    269
【００２０】
重量比でＰを０．０３５％以下に限定し、ＲＥをＳの含有率の１．５〜５．０倍の範囲内で添加した表３の実施例試験片ＮＯ．４〜ＮＯ．８は、表４に示すように、引張り強度が８００Ｎ／ｍｍ2 〜１０００Ｎ／ｍｍ2 、伸びが４．２８〜７．３８％と高い延性を示した。この結果から、本発明実施例のＦＣＤ８００以上の球状黒鉛鋳鉄品は比較例のものよりも高強度、高靱性であり、かつ品質が安定したものであることが確かめられた。
【００２１】
【発明の効果】
上記のとおり、本発明の鋳鉄品、例えばＦＣＤ８００は、従来のＦＣＤ４５０程度のものにＭｎとＣｕを添加し、又はそれと共にＭｏ、Ｎｉを添加してＦＣＤ８００鋳鉄品としたものとは異なり、Ｐの含有率を低く限定してＭｎとＣｕと共に希土類を添加して、パーライト面積率を９８％以上としたものであるか、又はパーライト面積率を９２％以上とし、黒鉛周囲をフェライトとパーライトの共存組織としたものであるから、従来のものよりも引張り強度と共に伸びも格段に向上して、品質が安定するという優れた効果を奏する。
さらに、希土類として、比較的安価な軽希土類を使用することにより、ＦＣＤ８００鋳鉄品の製造コストの低減も可能である。