(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
珪素３７〜７０重量％、マグネシウム２〜１５重量％、炭素０.４〜５重量％、残部実質的に鉄及び不可避的不純物からなり、前記炭素の大部分が珪素炭化物相として存在していることを特徴とする鋳鉄製造用黒鉛球状化合金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鋳鉄製造用黒鉛球状化合金、具体的には、球状黒鉛鋳鉄及びバーミキュラー鋳鉄を製造する際に鋳鉄中の黒鉛を球状化するのに使用する黒鉛球状化合金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、球状黒鉛鋳鉄及びバーミキュラー鋳鉄は、低硫黄の鋳鉄溶湯中にマグネシウム単体又はマグネシウムと希土類元素を併添加して導入する方法が採用されている。しかしながら、この方法では、マグネシウムの反応による激しい沸騰現象を伴うため、注湯取鍋とは別の反応装置が必要となり、球状化処理に多大な工数が必要となるだけでなく、処理された溶湯がチル化する傾向が強くなり、引け巣欠陥等を招く恐れがあった。
【０００３】
他方、マグネシウムを単体で若しくは希土類元素と共に添加する代わりに、マグネシウムを合金の形態で導入する方法が実用化されている。この場合、黒鉛球状化処理のコスト面から黒鉛球状化合金中のマグネシウム含有量を多くし、これを少量添加するのが最も良いが、この種の黒鉛球状化合金でもマグネシウム含有量が多くなるにつれて沸騰現象が強くなることは避けられず、マグネシウム含有量が多ければ、処理中に溶湯が周囲に飛散するという問題がある。しかも、沸騰現象が強ければ強いほど球状黒鉛鋳鉄溶湯のチル化傾向が強くなり、引け巣欠陥を誘発する恐れがある。このため、球状黒鉛鋳鉄溶湯の性状品質を確保しながら経済性を高めることができる黒鉛球状化合金が要望されている。
【０００４】
この種の黒鉛球状化合金は、通常、マグネシウム、シリコン及び鉄からなる基本組成を有し、これに球状化補助及び球状化処理用溶湯（元湯）に含まれている球状化阻害元素を中和する目的で希土類元素が、また、マグネシウムの沸騰現象を和らげ、かつ、チル化傾向を少なくするという接種効果を持たせる目的でカルシウムが配合される場合が多い。この方法は、マグネシウムの反応による沸騰現象をある程度小さくできるため、注湯取鍋で処理でき特別な処理装置が不要となるという利点がある。
【０００５】
この黒鉛球状化合金中のカルシウムは、マグネシウムやシリコンと金属間化合物の状態で存在している。このカルシウムのごとき鋳鉄溶湯に溶けにくい元素が黒鉛球状化合金中にある程度均一に存在することによって、黒鉛球状化合金を難溶解性なものにしており、結果として反応時間を長期化させる為、穏やかな反応になるものと推察される。また、反応中にカルシウムと鋳鉄溶湯とが十分に接触することで、接種効果が得られるものと推察される。
【０００６】
カルシウムは反応を効果的に抑制すると同時に、黒鉛球状化処理溶湯のチル化傾向を減少させるという大きな効果を併せ持つが、反面、鋳鉄溶湯に殆ど溶解しないため、黒鉛球状化処理後は湯面に滓化浮上し、スラグ除去作業を困難にし、ひいては製品に混入してノロカミ、ピンホール不良等を誘発し易いという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
これらの問題を解決する為、特公昭６１ー２７４４３号公報及び特許第２６８９８３７号公報にて、カルシウムの弊害を除去し、かつ、反応を抑制する黒鉛球状化処理合金として炭素を固溶体又は微細な黒鉛として合金中に存在させたものが提案されている。しかしながら、これらの合金では、カルシウムの弊害は除去できても、カルシウムの持つ大きな長所、即ち、チルを減じるという効果が全く補われていない。
【０００８】
又、特公平４−５４７２３号公報にて、カルシウムの弊害を除去し、反応を抑制しながらマグネシウムと希土類元素の比率でもって接種効果を持たせた合金が提案されている。しかしながら、この合金は希土類元素を必須成分とするため、希土類元素を添加したくない鋳鉄、例えば、薄肉球状黒鉛鋳鉄鋳物や厚肉球状黒鉛鋳鉄鋳物等には適用できないという問題がある。
【０００９】
本発明は、前記理由に鑑みてなされたものであって、マグネシウムの反応を抑え、カルシウム添加に起因するスラグの発生を抑制するだけでなく、カルシウムや希土類元素の有無に係わらず、カルシウムと同等以上の接種効果を発揮し、チル発現の少ない球状黒鉛鋳鉄の製造を可能にする黒鉛球状化合金を得ることを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、珪素炭化物が高温まで安定な化合物であり、単体では２０００℃以上の温度でシリコンガスと黒鉛に分解するが、鋳鉄溶湯や鋼溶湯中では徐々に溶け出すという特徴を併有している、換言すれば、難溶解性でありながらも溶湯中に溶け込み滓化しない特徴を持っていることを見い出し、この珪素炭化物をシリコン、マグネシウム、残部鉄及び不可避的不純物からなる球状黒鉛鋳鉄製造用黒鉛球状化合金に均一に分散晶出させることによって、マグネシウムの反応を抑制すると共に、接種効果を持たせるようにしたものであって、カルシウムを含有する黒鉛球状化合金に対しては合金中のカルシウムの一部又は全部を珪素炭化物に置き換えるようにしたものである。
【００１１】
即ち、本発明は、珪素３７〜７０重量％、マグネシウム２〜１５重量％、炭素０.４〜５重量％、残部実質的に鉄及び不可避的不純物からなり、前記炭素の大部分を珪素炭化物相として存在させることを特徴とする鋳鉄製造用黒鉛球状化合金を提供するものである。
【００１２】
実施態様においては、前記黒鉛球状化合金に希土類元素を０.５〜９重量％含有させても良い。又、要すれば、カルシウムを０.５〜５重量％含有させても良い。
【００１３】
本発明に係る黒鉛球状化合金を鋳鉄の黒鉛球状化処理に用いた場合、合金中に存在せしめた珪素炭化物が合金の溶解速度を遅らせ、マグネシウムの反応を抑制して反応時間を長期化させると同時に、少しずつ溶け出す際に周囲の鋳鉄溶湯中にシリコンと炭素に富む微細領域を形成し、鋳鉄溶湯が凝固する際に黒鉛が晶出する下地を作り、チル化傾向を減少させる役割を果たす。
【００１４】
本発明に係る黒鉛球状化合金の組成を前記範囲に限定したのは、次の理由による。即ち、マグネシウム含有量が２重量％未満では、黒鉛球状化処理に要する黒鉛球状化合金の添加量が多くなりすぎて不経済であるだけでなく、温度降下も大きくなるため好ましくない。
【００１５】
また、マグネシウム含有量が１５重量％を越えると、黒鉛球状化処理時の反応がマグネシウム単体の反応に近くなり、取鍋内での安全な処理という黒鉛球状化合金本来の使用目的を達成することができない。
【００１６】
シリコン含有量が３７重量％未満では、公知方法で安定的に、かつ、経済的に黒鉛球状化合金を製造することが不可能であり、また、シリコン含有量が７０重量％を越えると、比重が小さくなると共に、経済的な珪素材料であるシリコン５０〜７５重量％のフェロシリコンを用いることが困難となるので、シリコンの含有量は３７〜７０重量％とした。
【００１７】
炭素は、マグネシウムの急激な反応を抑制し黒鉛化を促進すると共に、カルシウム添加による弊害を除去するためカルシウムの一部又は全部に代えて添加されるが、炭素含有量が０.４重量％未満では、晶出した珪素炭化物の量が少な過ぎて反応抑制効果が不十分であり、５重量％を越えると、鋳鉄溶湯中での未溶解珪素炭化物の量が増加し、その浮上、滓化も始まるのでノロを少なくするという効果が得られなくなる。黒鉛球状化合金中の炭素は、その大部分が珪素炭化物として晶出していることが必須であり、黒鉛その他の形態で存在させた場合には本発明の目的を達成することができない。ここでいう炭素の大部分とは、一般的なＸ線回折分析で黒鉛が検出できない程度を意味する。
【００１８】
本発明に係る黒鉛球状化合金は、球状化処理時にノロを多く発生させないで反応を抑制し、接種効果を持たせるために炭素を珪素炭化物相として合金に存在せしめることを特徴としているが、必要に応じて希土類元素やカルシウムを含有させることができる。希土類元素は黒鉛球状化性能を補助すると共に、球状化阻害元素を中和する効果があるが、その含有量が０.５重量％未満では、十分な効果が得られず、９重量％を越えて過度に添加すると、逆に黒鉛の形状を崩したりチル化傾向を高めたり、いわゆるチャンキー黒鉛を発生するなどの弊害を招く恐れがあるので、希土類元素の含有量は０.５〜９重量％が好ましい。
【００１９】
また、カルシウムは、マグネシウム含有量の高い黒鉛球状化合金を使用して低珪素の処理溶湯を得る場合や、製品肉厚等による湯流れの問題から黒鉛球状化処理温度を通常以上に高くする場合には、マグネシウムの反応の抑制を補助するために添加されるが、カルシウムの含有量が０.５重量％未満ではその添加効果が十分に期待できず、また、５重量％を越えると、カルシウム添加による弊害が出始めるので、カルシウムの含有量は０.５〜５重量％が好ましい。
【００２０】
なお、工業的な炭素原料としては、炭素を含む鉄原料（銑鉄等）、黒鉛粉、珪素炭化物（ＳiＣ）等があるが、炭素を含む鉄原料を使用して十分に合金溶湯と反応させることによって本発明の合金は公知方法で製造することができる。以下、本発明の実施例について説明する。
【００２１】
【実施例１】
原料としてフェロシリコン（７５％Ｓi−Ｆe）、マグネシウム、カルシウムシリコン及びミッシュメタルと共に銑鉄を用い、公知方法により表１に示す成分組成の黒鉛球状化合金を調製した。また、前記組成において銑鉄の代わりに鋼屑を用い、同様にして表１に示す成分組成の従来型黒鉛球状化合金(比較例１)を調製した。
【００２２】
鋳鉄溶解用２Ｔ高周波炉で２トンの鋳鉄溶湯を溶製し、その溶湯１トンを５００ｋｇづつ２回に分けて前記２種類の黒鉛球状化合金でそれぞれ球状化処理を行った。球状化処理温度はいずれも１５００℃とし、球状化合金の添加量を１％とした。
【００２３】
本発明に係る黒鉛球状化合金及び従来型黒鉛球状化合金の成分組成、元湯及び処理後の成分組成並びに使用結果をそれぞれ表１、表２及び表３に示す。また、本発明に係る黒鉛球状化合金について、Ｃoをターゲットとし、５０ＫＶ，３５mＡ、スキャン速度２度／分の条件下でＸ線回折分析したところ、図１及び図２に示す結果が得られた。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
【表２】
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【００２６】
【表３】
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【００２７】
表３に示す結果から、本発明に係る黒鉛球状化合金は、カルシウム含有量が比較例１の従来型黒鉛球状化合金に比べて半分であるにも係わらず、マグネシウムの沸騰現象を効果的に抑制し穏やかに反応を進行させることができ、比較例１の場合と同等のチル幅が得られ、しかも、ノロの発生が少なく、鋳鉄製品は比較例１の黒鉛球状化合金を用いた場合と同等以上の機械的性質を示すことが解る。また、図１に示される結果から、本発明に係る黒鉛球状化合金においては、黒鉛のピークは認められず、炭素は殆ど全て炭化珪素（ＳiＣ）の形態で存在していることが解る。
【００２８】
【実施例２】
原料としてフェロシリコン（７５％Ｓi−Ｆe）、マグネシウム、ミッシュメタル及び銑鉄を用い、公知方法により表４に示す成分組成の黒鉛球状化合金を調製した。また、前記組成において銑鉄の代わりに鋼屑を用い、同様にして表１に示す成分組成の従来型黒鉛球状化合金(比較例２)を調製した。
【００２９】
鋳鉄溶解用３Ｔ低周波炉で３トンの元湯を溶製し、その溶湯２トンを１トンづつ２回に分けて本発明に係る黒鉛球状化合金と従来型黒鉛球状化合金とでそれぞれ黒鉛球状化処理を行った。球状化処理温度はいずれも１５１０℃とし、球状化合金の添加量は１．２％とした。本発明に係る黒鉛球状化合金及び従来型黒鉛球状化合金の成分組成、元湯及び処理後の成分組成並びに使用結果をそれぞれ表４、表５及び表６に示す。また、本発明に係る黒鉛球状化合金及び従来型黒鉛球状化合金のＸ線回折分析結果を図３及び図４に示す。
【００３０】
【表４】
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【００３１】
【表５】
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【００３２】
【表６】
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【００３３】
表６に示す結果から明らかなように、本発明に係る黒鉛球状化合金は、カルシウムを含有しない場合であっても、マグネシウムの反応を効果的に抑制し、穏やかに反応を進行させることができ、しかも、従来型黒鉛球状化合金を用いた場合と同等以上の機械的性質を示し、比較例２のものに比べてチル幅をほぼ半減させることができる。また、図３に示す結果から、本発明に係る黒鉛球状化合金においては、黒鉛のピ−クは認められず、炭素はほとんど全て珪素炭化物（SiＣ）の形態で存在していることが解る。
【００３４】
【実施例３】
原料としてフェロシリコン（７５％Ｓi−Ｆe）、マグネシウム及び銑鉄を用い、公知方法により表７に示す成分組成の黒鉛球状化合金を調製した。また、前記組成において銑鉄の代わりに鋼屑を用い、公知方法により表１に示す成分組成の従来型黒鉛球状化合金(比較例３)を調製した。
【００３５】
鋳鉄溶解用２Ｔ高周波炉で２トンの元湯を溶製し、その溶湯１トンを５００ｋｇづつ２回に分けて本発明に係る黒鉛球状化合金と従来型黒鉛球状化合金とでそれぞれ黒鉛球状化処理を行った。球状化処理温度はいずれも１５００℃とし、球状化合金の添加量を１．７％とした。本発明に係る黒鉛球状化合金及び従来型合金の成分組成、元湯及び処理後の成分組成並びに使用結果をそれぞれ表７、表８及び表９に示す。
【００３６】
【表７】
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【００３７】
【表８】
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【００３８】
【表９】
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【００３９】
表９に示す結果から明らかなように、本発明に係る黒鉛球状化合金は、カルシウム及び希土類元素を含有しない場合であっても、穏やかに反応を進行させることができ、しかも、従来型黒鉛球状化合金を用いた場合と同等以上の機械的性質やスラグ量を維持しつつ、比較例３に比べて著しくチル幅が小さくなっており、優れた接種効果を有することが解る。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、珪素、マグネシウム及び残部実質的に鉄及び不可避的不純物からなる合金中に炭素を含有させ、かつ、当該炭素の大部分を珪素炭化物の形態で存在させることによって、従来型黒鉛球状化合金と同等以上の機械的性質を維持させつつ、穏やかな反応でチル化傾向の低い溶湯を得ることができ、しかも、スラグ量が少なく、カルシウムに起因するノロカミ、ピンホール、チル幅などの欠陥を著しく減少させることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る黒鉛球状化合金（実施例１）のＸ線回折図
【図２】  従来型黒鉛球状化合金（比較例１）のＸ線回折図
【図３】  本発明に係る黒鉛球状化合金（実施例２）のＸ線回折図
【図４】  従来型黒鉛球状化合金（比較例２）のＸ線回折図
【図５】  本発明に係る黒鉛球状化合金（実施例３）のＸ線回折図
【図６】  従来型黒鉛球状化合金（比較例３）のＸ線回折図
【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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