JP3999109B2 - 耐候性鋳鉄及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は耐候性鋳鉄及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、重量比で、Ｃ：０．６〜４．０％、Ｖ：４〜１５％、Ｃｒ：１３〜３０％、Ｎｉ：４〜１５％、Ｓｉ：０．２〜４．５％、Ｍｎ：０．２〜１．５％、Ｐ：０．０１〜０．１５％、Ｓ：０．０１〜０．０５％を含有すると共に、その組織に主として共有結合性の粒状又は球状Ｖ−Ｃ系炭化物を晶出させてなるステンレス球状炭化物鋳鉄が開示されている。このものによれば、Ｃｒ：１３〜３０％、Ｎｉ：４〜１５％と多量に含まれているため、表面に形成されている緻密なクロム系の不働態膜により、耐食性を高めることができる。
【０００３】
特許文献２には、重量比で、Ｃ：０．６〜６．５％、Ｖ：４〜１５％、Ｃｒ：１３〜３０％、Ｎｉ：４〜１５％、Ｓｉ：０．２〜３．０％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｐ：０．０１〜０．１５％、Ｓ：０．０１〜０．０５％を含有すると共に、その組織に主として共有結合性の粒状又は球状Ｖ−Ｃ系炭化物、Ｆｅ−Ｃｒ系炭化物を晶出させてなる強靱高炭素バナジウムセメンタイト系合金鋳鉄が開示されている。このものによれば、Ｃｒ：１３〜３０％、Ｎｉ：４〜１５％と多量に含まれているため、表面に形成されている緻密なクロム系の不働態膜により、耐食性を高めることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３１３９３４号公報
【特許文献２】
特開平１１−１２４６５１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した公報に係る鋳鉄によれば、Ｃｒを１３〜３０％、Ｎｉを４〜１５％と多量に含み、耐食性が良好になるものの、コストが高くなる。また炭化物の量が過剰に多くなり、靱性が充分でなくなり、鋳鉄系の製品としてなりたたない。更に鋳鉄特有の利点である鋳造性が低下し、複雑形状製品、薄肉製品等の製造には不向きである。加えて炭素が黒鉛として生成されず、炭化物として生成されるため、鋳鉄特有の利点である振動減衰性や熱伝導性を期待できない。
【０００６】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、鋳鉄特有の利点である鋳造性、振動減衰性等の特性を得つつ、耐食性を向上させることができる耐候性鋳鉄及びその製造方法を提供することを課題とするにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は耐候性鋳鉄について鋭意開発を進めている。そして、本発明者は、重量比で、ニッケル：０．５〜４．３％、銅：０．１〜１．５％、モリブデン：０．０５〜１．５％の３種を含む鋳鉄組成をもつ片状黒鉛鋳鉄または球状黒鉛鋳鉄で形成された耐候性鋳鉄であれば、その表面に、Ｆｅ３Ｏ４系の黒錆を主体とする防錆層を生成させ易いことを知見し、鋳鉄特有の利点である鋳造性、振動減衰性等の特性を得つつ、耐食性を向上させ得ることを確認し、本発明に係る耐候性鋳鉄を開発した。なお本明細書では特に断らない限り、％は重量％を意味する。
【０００８】
また、本発明者は、重量比で、ニッケル：０．５〜４．３％、銅：０．１〜１．５％、モリブデン：０．０５〜１．５％の３種を含む鋳鉄組成をもつ片状黒鉛鋳鉄または球状黒鉛鋳鉄で形成された鋳鉄本体を用い、酸素を含む雰囲気において鋳鉄本体を５００〜１２００℃の温度領域に加熱し、鋳鉄本体の表面に黒錆を主体とする防錆層を形成する熱処理工程を実施すれば、鋳鉄本体の表面に、Ｆｅ３Ｏ４系の黒錆を主体とする防錆層を容易に生成させ得ることを知見し、鋳鉄特有の利点である鋳造性、振動減衰性等の特性を得つつ、耐食性を向上させ得ることを確認し、本発明に係る耐候性鋳鉄の製造方法を開発した。
【０００９】
様相１に係る耐候性鋳鉄は、重量比で、ニッケル：０．５〜４．３％、銅：０．１〜１．５％、モリブデン：０．０５〜１．５％の３種を含むとともに、炭素：２．５〜４．３ ％、シリコン：１．７〜３．０％、マンガン：０．０２〜２．０％、リン：０．９％以下、イオウ：０．９％以下、残部が不可避不純物および鉄からなる鋳鉄組成をもつ片状黒鉛鋳鉄で形成された鋳鉄本体と、
前記鋳鉄本体の表面に形成された黒錆を主体とする防錆層とで構成されていることを特徴とするものである。
様相２に係る耐候性鋳鉄は、重量比で、ニッケル：０．５〜４．３％、銅：０．１〜１．５％、モリブデン：０．０５〜１．５％の３種を含むとともに、炭素：３．２〜４．３％、シリコン：１．５〜３．５％、マンガン：０．０２〜２．０％、リン：０．９％以下、イオウ：０．９％以下、マグネシウム：０．９０％以下、残部が不可避不純物および鉄からなる鋳鉄組成をもつ球状黒鉛鋳鉄で形成された鋳鉄本体と、
前記鋳鉄本体の表面に形成された黒錆を主体とする防錆層とで構成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
防錆層は鋳鉄本体の表面に形成された黒錆を主体とする層である。黒錆は四三酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４系：マグネタイト）であり、緻密な膜を形成し易い。本発明に係る耐候性鋳鉄によれば、防錆層により耐食性が向上する。
【００１１】
様相３に係る耐候性鋳鉄の製造方法は、重量比でニッケル：０．５〜４．３％、銅：０．１〜１．５％、モリブデン：０．０５〜１．５％の３種を含むとともに、炭素：２．５〜４．３％、シリコン：１．７〜３．０％、マンガン：０．０２〜２．０％、リン：０．９％以下、イオウ：０．９％以下、残部が不可避不純物および鉄からなる鋳鉄組成をもつ片状黒鉛鋳鉄で形成された鋳鉄本体を用意する工程と、
酸素を含む雰囲気において前記鋳鉄本体を５００〜１２００℃の温度領域に加熱し、前記鋳鉄本体の表面に黒錆を主体とする防錆層を形成する熱処理工程とを実施することを特徴とするものである。
様相４に係る耐候性鋳鉄の製造方法は、重量比で、ニッケル：０．５〜４．３％、銅：０．１〜１．５％、モリブデン：０．０５〜１．５％の３種を含むとともに、炭素：３．２〜４．３％、シリコン：１．５〜３．５％、マンガン：０．０２〜２．０％、リン：０．９％以下、イオウ：０．９％以下、マグネシウム：０．９０％以下、残部が不可避不純物および鉄の鋳鉄組成をもつ球状黒鉛鋳鉄で形成された鋳鉄本体を用意する工程と、
酸素を含む雰囲気において前記鋳鉄本体を５００〜１２００℃の温度領域に加熱し、前記鋳鉄本体の表面に黒錆を主体とする防錆層を形成する熱処理工程とを実施することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明に係る耐候性鋳鉄の製造方法によれば、防錆層により耐食性が向上する耐候性鋳鉄を形成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る鋳鉄本体は、ニッケル：０．５〜４．３％、銅：０．１〜１．５％、モリブデン：０．０５〜１．５％の３種を含む鉄−炭素系の鋳鉄組成をもつ。
【００１４】
ニッケルは単独添加でも防錆性、耐食性に有効な元素であり、黒錆を生成させるのに有効であるが、少なすぎるとその効果は少なく、多すぎると、鋳鉄本体のマトリックスにおいてマルテンサイトの割合が増加し、被削性を低下させると共に、コストアップを誘発する。このためニッケルとしては０．５〜４．３％としている。特に０．６〜４．０％、０．７〜３．９％、０．９〜３．９％、なかでも０．８〜３．５％とすることができる。
【００１５】
銅は単独添加でも防錆性、耐食性に有効な元素であり、黒錆を生成させるのに有効であるが、少なすぎるとその効果は少なく、多すぎると、鋳鉄本体のマトリックスを硬化させ、被削性を低下させると共に、コストアップを誘発する。このため銅としては０．１〜１．５％としている。特に０．１５〜１．５％、０．２〜１．５％、０．２〜１．２％とすることができ、また０．３〜０．９％、０．３〜０．８％とすることができる。
【００１６】
モリブデンは塩素イオンが防錆層を通過することを抑制する効果があると言われている。少なすぎるとその効果は少なく、多すぎると鋳鉄本体のマトリックスにおいてマルテンサイトの割合が増加すると共に、炭化物の割合も増加し、被削性を低下させると共に、コストアップを誘発する。このためモリブデンとしては０．０５〜１．５％としている。殊に０．１〜１．０％、０．２〜１．０％、殊に０．２〜０．８％とすることができる。
【００１７】
本発明に係る耐候性鋳鉄によれば、鋳鉄本体の表面には、黒錆を主体とする防錆層が形成されている。防錆層の平均厚みとしては、熱処理の程度、耐候性鋳鉄の用途などによって相違するものの、０．０５〜１．２ｍｍ、０．０７〜１．０ｍｍ、０．１〜０．８ｍｍとすることができる。但しこれらに限定されるものではない。本発明に係る耐候性鋳鉄によれば、防錆層としては、耐候性鋳鉄の全表面に形成しても良いし、あるいは、必要部のみに形成しても良い。耐候性鋳鉄が摩擦摺動面を有する場合には、摩擦摺動面にはマスキング処理あるいは切削加工などにより防錆層を形成しないようにできる。なお鋳鉄本体のマトリックスは特に限定されるものではなく、パーライト系、フェラィト系、パーライト−フェライト系、マルテンサイト系、ベイナイト系等を例示できる。
【００１８】
好ましい形態によれば、鋳鉄本体の表面側にはフェライトを主要組織として含む脱炭層であるフェライトリッチ層が形成されており、防錆層はフェライトリッチ層の外側に形成されている。フェライトリッチ層はフェライトを多く含むため、一般的には、耐候性鋳鉄の鋳鉄本体の内部よりも延性を有する。フェライトリッチ層の平均厚みとしては、適宜選択できるが、一般的には１０〜５０００μｍ、殊に５０〜１０００μｍとすることができる。但しこれに限定されるものではない。鋳鉄本体としては、片状黒鉛が分散した片状黒鉛鋳鉄、または、球状黒鉛が分散した球状黒鉛鋳鉄を採用することができる。
【００１９】
鋳鉄本体が片状黒鉛鋳鉄の場合には、炭素：２．５〜４．３％、シリコン：１．７〜３．０％、マンガン：０．０２〜２．０％、リン：０．９％以下、イオウ：０．９％以下、残部が不可避不純物および鉄からなる鋳鉄組成とすることができる。この場合、炭素は適量の黒鉛を形成すると共に、マトリックスに固溶してマトリックスを強化するのに有効である。このため炭素としては２．５〜４．３％、２．７〜３．９％、殊に３．１〜３．８％とすることができる。
【００２０】
シリコンは炭素当量に影響を与え、適量の黒鉛を形成すると共に、マトリックスに固溶してマトリックスを強化するのに有効である。このためシリコンとしては１．７〜３．０％、特に１．８〜２．８％、１．９〜２．７％とすることができる。マンガンはマトリックスを強化するのに有効である。このためマンガンとしては０．０２〜２．０％、特に０．１〜１．５％、０．２〜１．５％とすることができる。リン及びイオウは一般的には少ない方が好ましいが、鋳鉄であるため原料などから配合される。従ってリンとしては０．９％以下、殊に０．６％以下とすることができ、イオウとしては０．９％以下、殊に０．６％以下とすることができる。クロムが含まれると、炭化物が過剰となるし、チルが形成され易くなる傾向がある。このためクロムとしては０．９％以下、０．７％以下、殊に０．５％以下とすることができる。
【００２１】
好ましい形態によれば、鋳鉄本体は球状黒鉛鋳鉄とすることができる。この場合、炭素：３．２〜４．３％、シリコン：１．５〜３．５％、マンガン：０．０２〜２．０％、リン：０．９％以下、イオウ：０．９％以下、マグネシウム：０．９０％以下、残部が不可避不純物および鉄からなる鋳鉄組成とすることができる。この場合、炭素は適量の黒鉛を形成すると共に、マトリックスに固溶してマトリックスを強化するのに有効である。このため炭素としては３．２〜４．３％、特に３．３〜４．３％、３．４〜３．９％とすることができる。シリコンは炭素当量に影響を与え、適量の黒鉛を形成すると共に、マトリックスに固溶してマトリックスを強化するのに有効である。このためシリコンとしては１．５〜３．５％、特に１．７〜３．３％、１．８〜３．０％とすることができる。マンガンはマトリックスを強化するのに有効である。マンガンとしては０．０２〜２．０％、特に０．０５〜１．５％、０．０６〜１．２％とすることができる。リン及びイオウは一般的には少ない方が好ましいが、鋳鉄であるため原料などから配合される。リンとしては０．９％以下、特に０．６％以下とすることができ、イオウとしては０．９％以下、特に０．６％以下とすることができる。マグネシウムは球状化に必要である。マグネシウムとしては０．７０％以下、０．１０％以下とすることができる。クロムが含まれると、炭化物が過剰となるし、チルが形成され易くなる。このためクロムとしては０．９％以下、０．７％以下、殊に０．５％以下とすることができる。
【００２２】
様相３に係る耐候性鋳鉄の製造方法によれば、重量比で、ニッケル：０．５〜４．３％、銅：０．１〜１．５％、モリブデン：０．０５〜１．５％の３種を含むとともに、炭素：２．５〜４．３％、シリコン：１．７〜３．０％、マンガン：０．０２〜２．０％、リン：０．９％以下、イオウ：０．９％以下、残部が不可避不純物および鉄からなる鋳鉄組成をもつ片状黒鉛鋳鉄で形成された鋳鉄本体を用意する。
また様相４に係る耐候性鋳鉄の製造方法によれば、重量比で、ニッケル：０．５〜４．３％、銅：０．１〜１．５％、モリブデン：０．０５〜１．５％の３種を含むとともに、炭素：３．２〜４．３％、シリコン：１．５〜３．５％、マンガン：０．０２〜２．０％、リン：０．９％以下、イオウ：０．９％以下、マグネシウム：０．９０％以下、残部が不可避不純物および鉄の鋳鉄組成をもつ球状黒鉛鋳鉄で形成された鋳鉄本体を用意する。
次に様相３，４に係る製造方法において、熱処理工程を実施し、酸素を含む雰囲気において鋳鉄本体を５００〜１２００℃の温度領域に加熱し、鋳鉄本体の表面に黒錆を主体とする防錆層を形成する。熱処理の温度が過剰に低温であると、防錆層の生成が安定せず、しかも防錆層の生成に時間を要する。熱処理の温度が過剰に高温であると、鋳鉄本体の変形を発生させ易いし、防錆層と共に防錆層の外側に形成されるスケールが過剰になり易い。これらを考慮して熱処理の温度としては５００〜１２００℃とした。殊に７００〜１１００℃、なかでも８００〜１０００℃を採用することができる。熱処理の温度としてはＡ１変態点以上の温度とすることが好ましい。熱処理の温度をＡ１変態点以上の温度とすれば、熱処理後の冷却時にＡ１変態点の通過による変態を利用することができる。
【００２３】
熱処理の際に、鋳鉄本体の表面における脱炭を促進させて、鋳鉄本体の表面における黒鉛の低減または除去を図ることができる。このように鋳鉄本体の表面における黒鉛の低減または除去を図れば、黒鉛跡にも防錆層を形成させることができ、防錆層による被覆性を向上させることができる。上記したように鋳鉄本体の表面を脱炭させれば、鋳鉄本体の表面側において防錆層の内側に、延性を有するフェライトを主要組織として含むフェライトリッチ層を形成することができる。フェライトリッチ層の平均厚みとしては、熱処理の程度等によっても相違するものの、１０〜５０００μｍ、２０〜３０００μｍ、５０〜１０００μｍ等とすることができるが、これらに限定されるものではない。フェライトリッチ層ではフェライトの面積率としては一般的には３０％以上,４０％以上,５０％以上，６０％以上とすることができる。
【００２４】
熱処理の雰囲気としては、酸素を含む雰囲気を採用する。この場合、大気雰囲気、あるいは、減圧した酸素含有雰囲気を採用することができ、場合によっては大気圧よりも高圧とした酸素含有雰囲気を採用することもできる。熱処理の雰囲気における酸素濃度としては、大気における酸素濃度よりも酸素濃度を高めにしても良いし、低めにしても良い。熱処理の時間としては、良好な防錆層を生成させ得る時間であり、熱処理の雰囲気の酸素濃度、熱処理の温度、鋳鉄本体のサイズ等によって相違する。熱処理の雰囲気の酸素濃度が低いとき、熱処理の温度が低いときには、一般的には熱処理時間は長くなる。熱処理の雰囲気の酸素濃度が高いとき、熱処理の温度が高いときには、一般的には熱処理時間は短くなる。これらを考慮して熱処理時間としては、１０分〜１００時間、殊に２０分〜３０時間、１時間〜１０時間を採用することができる。熱処理時間が過剰に短いと、充分な防錆層が得られない。
【００２５】
本発明方法によれば、熱処理工程により鋳鉄本体には剥離可能なスケールが生成することがある。この場合、熱処理後の鋳鉄本体に対してサンドブラスト処理等のブラスト処理を行い、防錆層を鋳鉄本体の表面に残留させつつ、鋳鉄本体に生成したスケールを除去する形態を採用することができる。防錆層は鋳鉄本体の母材に対する密着性が高いため、ブラスト処理が過剰でなければ、鋳鉄本体に生成したスケールを除去させたとしても、鋳鉄本体の表面に防錆層を残留させることができる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について比較例と共に説明する。実施例１、実施例２、参考例１、参考例２、比較例１に係る試験片は片状黒鉛鋳鉄で形成されている。実施例５、参考例３、比較例２に係る試験片は球状黒鉛鋳鉄で形成されている。実施例７〜実施例１０に係る試験片は片状黒鉛鋳鉄で形成されている。試験片のサイズとしては５０ｍｍ×３０ｍｍ×５ｍｍとした。各試験片の組成を表１に示す。なお実施例３、実施例４、実施例６は欠番である。
【００２７】
【表１】
【００２８】
実施例１、実施例２、参考例１、参考例２、実施例７〜実施例１０に係る試験片は、重量比で、炭素：２．５〜４．３％、シリコン：１．７〜３．０％、マンガン：０．０２〜２．０％、リン：０．９％以下、イオウ：０．９％以下を含む鋳鉄組成をもち、ニッケル：０．５〜４．３％、銅：０．１〜１．５％、モリブデン：０．０５〜１．５％の３種を含む。実施例５、参考例３に係る試験片は、炭素：３．２〜４．３％、シリコン：１．５〜３．５％、マンガン：０．０２〜２．０％、リン：０．９％以下、イオウ：０．９％以下、マグネシウム：０．９０％以下を含む鋳鉄組成をもち、ニッケル：０．５〜４．３％、銅：０．１〜１．５％、モリブデン：０．０５〜１．５％の３種を含む。各実施例の鋳鉄組成にはクロムは積極的元素としては含まれておらず、０．１％未満である。
【００２９】
比較例１に係る試験片、比較例２に係る試験片は、ニッケル、銅、モリブデンを積極的に含んでいない。
【００３０】
そして、各試験片を熱処理炉にそれぞれ装入し、大気雰囲気（酸素を含む雰囲気）において９３０℃の温度領域において５時間加熱保持する熱処理工程を実施した。熱処理後に試験片を熱処理炉から取り出し、炉冷により冷却した。
【００３１】
実施例に係る各試験片についてサンドブラスト処理を行い、実施例に係る各試験片の表面に形成されたスケールである酸化膜を除去したところ、黒錆を主体とする黒色の防錆層が形成されていた。防錆層の平均厚みは０．２〜０．４ｍｍ程度であった。この防錆層は試験片の母材に対する密着性が高かった。
【００３２】
比較例に係る各試験片についてサンドブラスト処理を行ない、表面に形成されたスケールである酸化膜を除去したところ、実施例のような黒錆を主体とする黒色の防錆層はほとんど形成されていなかった。
【００３３】
サンドブラスト処理を行った各試験片について、耐食性試験を実施した。この場合、塩水噴霧試験方法（ＪＩＳ Ｚ２３７１）を２４０時間行った。即ち、塩水を噴霧ノズルにより試験片の表面に噴霧して赤錆（Ｆｅ２Ｏ３）を生成させる試験を行った。赤錆は試験片の母材に対する密着性が低いため、母材から脱落し易い性質をもつ。塩水噴霧後、試験片に生成した赤錆をサンドブラスト処理により除去した。サンドブラスト処理では赤錆は除去されるものの、黒色の防錆層は除去されない。そして塩水噴霧前後における試験片の重量の減量を求め、これを腐食減量（％）とした。腐食減量が大きいほど耐食性が悪く、腐食減量が小さいほど耐食性が良好である。
【００３４】
試験結果を図１に示す。図１に示すように、片状黒鉛鋳鉄で形成されている比較例１，球状黒鉛鋳鉄で形成されている比較例２については、黒色の防錆層が形成されておらず、腐食減量が重量比で１．２％を越えており、かなり大きく、耐食性が良好ではなかった。
【００３５】
これに対して、ニッケル、銅、モリブデンの３種が含有されている片状黒鉛鋳鉄で形成されている実施例１、実施例２については、防錆層が良好であり、腐食減量が０．４％以下であり、耐食性が優れていた。ニッケル、モリブデンが含有されている片状黒鉛鋳鉄で形成されている参考例１については、防錆層が良好であり、腐食減量が０．８％以下であり、耐食性が良好であった。銅、ニッケルが含有されている片状黒鉛鋳鉄で形成されている参考例２については、防錆層が良好であり、腐食減量が０．８％以下であり、耐食性が良好であった。
【００３６】
またニッケル、銅、モリブデンが含有されている球状黒鉛鋳鉄で形成されている実施例５については、防錆層が良好であり、腐食減量が０．４％以下であり、耐食性が優れていた。ニッケル、銅が含有されている球状黒鉛鋳鉄で形成されている参考例３については、防錆層が良好であり、腐食減量が０．６％以下であり、耐食性が良好であった。
【００３７】
ニッケル、銅、モリブデンが含有されている片状黒鉛鋳鉄で形成されている実施例７〜実施例１０については、防錆層が良好であり、腐食減量が０．２％以下とかなり小さく、耐食性が優れていた。上記した試験結果から、本実施例に係る防錆層が耐食性に有効であることがわかる。
【００３８】
図２は、実施例１、実施例２、参考例１に係る試験片について、熱処理をしなかった場合と、９３０℃で２時間の熱処理をした場合と、９３０℃で５時間の熱処理をした場合とを比較して示す。図２に示すように、実施例１、実施例２、参考例１といえども、防錆層形成用の熱処理をしなかったときには、腐食減量がかなり大きく、耐食性は悪かった。しかし熱処理すれば、腐食減量が低下し、耐食性が向上する。殊に、熱処理の時間が長くなるにつれて、腐食減量が減少するため、耐食性が向上することがわかる。
【００３９】
実施例２について、試験片の表面部分の組織について光学顕微鏡で確認した。これを図３（倍率１００倍）,図４（倍率２００倍）に示す。図３，図４の組織はナイタル腐食液で腐食されている。図３,図４に示すように、試験片の内部では、パーライトを主体とする鋳鉄本体のマトリックスには多数の片状の黒鉛が分散していた。そして試験片の表面側の黒鉛は脱炭しており、試験片の表面側において防錆層の内側に、フェライトを主要組織として含む脱炭層であるフェライトリッチ層（平均厚み：２００〜５００μｍ）が形成されていた。フェライトリッチ層においてはフェライトの面積率は５０％以上であった。防錆層はフェライトリッチ層の外面側に形成されていた。図３,図４によれば、フェライトリッチ層におけるフェライトは比較的異形のものが多かった。熱処理時における黒鉛の脱炭が寄与しているものと推察される。フェライトの異形性は防錆層とフェライトとの密着性の向上に寄与でき、鋳鉄本体に対する防錆層の密着性の向上に寄与できるものと推察される。防錆層には空孔であるボイドが形成されていた。熱処理時における黒鉛の脱炭によるものと推察される。なおボイドは含油性の向上を期待できる。
【００４０】
（適用例）
図５は、ディスクロータ１００及びキャリパ２００を有するブレーキ装置を示す。この場合にはディスクロータ１００及びキャリパ２００に適用されている。ディスクロータ１００は片状黒鉛が分散した片状黒鉛鋳鉄で形成され、キャリパ２００は球状黒鉛が分散した球状黒鉛鋳鉄で形成されている。これの外壁面には、上記したように形成した黒錆を主体とする防錆層１１０,２１０が形成されている。ディスクロータ１００によれば、多数の片状黒鉛が基地に分散しているため、鋳鉄特有の利点である鋳造性、振動減衰性、熱伝導性等の特性を得ることができる。更に表面に防錆層１１０が形成されているため、耐食性を向上させることができ、ディスクロータ１００の長寿命化を図ることができる。また、ディスクロータ１００の複数のフィン部１２０は、耐食性を考慮して設計段階では厚肉に設定されるのが通常であるが、これらのフィン部１２０は防錆層１１０を有して耐食性が向上しているため、フィン部１２０を薄肉とすることが可能となり、ディスクロータ１００の軽量化も図ることができる。ディスクロータ１００の摩擦摺動面では、防錆層を切削加工で除去している。なおディスクロータ１００及びキャリパ２００に限らず、ブレーキシュー、シリンダブロック、シリンダカバー、キャリパサポート、ベアリングキャップ、デフケース、デフキャリア等の鋳鉄部品にも適用することができる。
【００４１】
（その他）その他、本発明は上記した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。上記した記載から次の技術的思想も把握できる。
（付記項１）重量比で、ニッケル：０．５〜４．３％、銅：０．１〜１．５％、モリブデン：０．０５〜１．５％の３種を含む鉄−炭素系の鋳鉄組成をもつと共に内部に黒鉛が分散された耐候性鋳鉄であって、酸素を含む雰囲気において５００〜１２００℃の温度領域に加熱することにより、表面に黒錆を主体とする防錆層が形成されていることを特徴とする耐候性鋳鉄。
（付記項２）各請求項において、前記防錆層の内部には空孔が形成されていることを特徴とする耐候性鋳鉄。
【００４２】
【発明の効果】
本発明に係る耐候性鋳鉄によれば、多数の黒鉛が基地に分散しているため、鋳鉄特有の利点である鋳造性、振動減衰性、熱伝導性等の特性を得ることができる。更に本発明に係る耐候性鋳鉄によれば、表面に防錆層が形成されているため、耐食性を向上させることができ、耐候性鋳鉄の長寿命化や軽量化を図ることができる。
【００４３】
本発明に係る耐候性鋳鉄の製造方法によれば、上記したように鋳鉄特有の利点である鋳造性、振動減衰性、熱伝導性等の特性を有すると共に、耐食性を向上させることができ、長寿命化や軽量化を図ることができる耐候性鋳鉄を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】比較例１，２、各実施例および各参考例に係る試験結果を示すグラフである。
【図２】熱処理時間を変えたときにおける実施例１、実施例２、参考例１に係る試験結果を示すグラフである。
【図３】光学顕微鏡で観察した表面組織を示す写真図である。
【図４】光学顕微鏡で観察した表面組織を示す写真図である。
【図５】ブレーキ装置のディスクロータに適用した適用例を示す斜視図である。
【符号の説明】
図中、１００はディスクロータ、１１０,２１０は防錆層を示す。
【発明の属する技術分野】
本発明は耐候性鋳鉄及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、重量比で、Ｃ：０．６〜４．０％、Ｖ：４〜１５％、Ｃｒ：１３〜３０％、Ｎｉ：４〜１５％、Ｓｉ：０．２〜４．５％、Ｍｎ：０．２〜１．５％、Ｐ：０．０１〜０．１５％、Ｓ：０．０１〜０．０５％を含有すると共に、その組織に主として共有結合性の粒状又は球状Ｖ−Ｃ系炭化物を晶出させてなるステンレス球状炭化物鋳鉄が開示されている。このものによれば、Ｃｒ：１３〜３０％、Ｎｉ：４〜１５％と多量に含まれているため、表面に形成されている緻密なクロム系の不働態膜により、耐食性を高めることができる。
【０００３】
特許文献２には、重量比で、Ｃ：０．６〜６．５％、Ｖ：４〜１５％、Ｃｒ：１３〜３０％、Ｎｉ：４〜１５％、Ｓｉ：０．２〜３．０％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｐ：０．０１〜０．１５％、Ｓ：０．０１〜０．０５％を含有すると共に、その組織に主として共有結合性の粒状又は球状Ｖ−Ｃ系炭化物、Ｆｅ−Ｃｒ系炭化物を晶出させてなる強靱高炭素バナジウムセメンタイト系合金鋳鉄が開示されている。このものによれば、Ｃｒ：１３〜３０％、Ｎｉ：４〜１５％と多量に含まれているため、表面に形成されている緻密なクロム系の不働態膜により、耐食性を高めることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３１３９３４号公報
【特許文献２】
特開平１１−１２４６５１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した公報に係る鋳鉄によれば、Ｃｒを１３〜３０％、Ｎｉを４〜１５％と多量に含み、耐食性が良好になるものの、コストが高くなる。また炭化物の量が過剰に多くなり、靱性が充分でなくなり、鋳鉄系の製品としてなりたたない。更に鋳鉄特有の利点である鋳造性が低下し、複雑形状製品、薄肉製品等の製造には不向きである。加えて炭素が黒鉛として生成されず、炭化物として生成されるため、鋳鉄特有の利点である振動減衰性や熱伝導性を期待できない。
【０００６】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、鋳鉄特有の利点である鋳造性、振動減衰性等の特性を得つつ、耐食性を向上させることができる耐候性鋳鉄及びその製造方法を提供することを課題とするにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は耐候性鋳鉄について鋭意開発を進めている。そして、本発明者は、重量比で、ニッケル：０．５〜４．３％、銅：０．１〜１．５％、モリブデン：０．０５〜１．５％の３種を含む鋳鉄組成をもつ片状黒鉛鋳鉄または球状黒鉛鋳鉄で形成された耐候性鋳鉄であれば、その表面に、Ｆｅ３Ｏ４系の黒錆を主体とする防錆層を生成させ易いことを知見し、鋳鉄特有の利点である鋳造性、振動減衰性等の特性を得つつ、耐食性を向上させ得ることを確認し、本発明に係る耐候性鋳鉄を開発した。なお本明細書では特に断らない限り、％は重量％を意味する。
【０００８】
また、本発明者は、重量比で、ニッケル：０．５〜４．３％、銅：０．１〜１．５％、モリブデン：０．０５〜１．５％の３種を含む鋳鉄組成をもつ片状黒鉛鋳鉄または球状黒鉛鋳鉄で形成された鋳鉄本体を用い、酸素を含む雰囲気において鋳鉄本体を５００〜１２００℃の温度領域に加熱し、鋳鉄本体の表面に黒錆を主体とする防錆層を形成する熱処理工程を実施すれば、鋳鉄本体の表面に、Ｆｅ３Ｏ４系の黒錆を主体とする防錆層を容易に生成させ得ることを知見し、鋳鉄特有の利点である鋳造性、振動減衰性等の特性を得つつ、耐食性を向上させ得ることを確認し、本発明に係る耐候性鋳鉄の製造方法を開発した。
【０００９】
様相１に係る耐候性鋳鉄は、重量比で、ニッケル：０．５〜４．３％、銅：０．１〜１．５％、モリブデン：０．０５〜１．５％の３種を含むとともに、炭素：２．５〜４．３ ％、シリコン：１．７〜３．０％、マンガン：０．０２〜２．０％、リン：０．９％以下、イオウ：０．９％以下、残部が不可避不純物および鉄からなる鋳鉄組成をもつ片状黒鉛鋳鉄で形成された鋳鉄本体と、
前記鋳鉄本体の表面に形成された黒錆を主体とする防錆層とで構成されていることを特徴とするものである。
様相２に係る耐候性鋳鉄は、重量比で、ニッケル：０．５〜４．３％、銅：０．１〜１．５％、モリブデン：０．０５〜１．５％の３種を含むとともに、炭素：３．２〜４．３％、シリコン：１．５〜３．５％、マンガン：０．０２〜２．０％、リン：０．９％以下、イオウ：０．９％以下、マグネシウム：０．９０％以下、残部が不可避不純物および鉄からなる鋳鉄組成をもつ球状黒鉛鋳鉄で形成された鋳鉄本体と、
前記鋳鉄本体の表面に形成された黒錆を主体とする防錆層とで構成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
防錆層は鋳鉄本体の表面に形成された黒錆を主体とする層である。黒錆は四三酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４系：マグネタイト）であり、緻密な膜を形成し易い。本発明に係る耐候性鋳鉄によれば、防錆層により耐食性が向上する。
【００１１】
様相３に係る耐候性鋳鉄の製造方法は、重量比でニッケル：０．５〜４．３％、銅：０．１〜１．５％、モリブデン：０．０５〜１．５％の３種を含むとともに、炭素：２．５〜４．３％、シリコン：１．７〜３．０％、マンガン：０．０２〜２．０％、リン：０．９％以下、イオウ：０．９％以下、残部が不可避不純物および鉄からなる鋳鉄組成をもつ片状黒鉛鋳鉄で形成された鋳鉄本体を用意する工程と、
酸素を含む雰囲気において前記鋳鉄本体を５００〜１２００℃の温度領域に加熱し、前記鋳鉄本体の表面に黒錆を主体とする防錆層を形成する熱処理工程とを実施することを特徴とするものである。
様相４に係る耐候性鋳鉄の製造方法は、重量比で、ニッケル：０．５〜４．３％、銅：０．１〜１．５％、モリブデン：０．０５〜１．５％の３種を含むとともに、炭素：３．２〜４．３％、シリコン：１．５〜３．５％、マンガン：０．０２〜２．０％、リン：０．９％以下、イオウ：０．９％以下、マグネシウム：０．９０％以下、残部が不可避不純物および鉄の鋳鉄組成をもつ球状黒鉛鋳鉄で形成された鋳鉄本体を用意する工程と、
酸素を含む雰囲気において前記鋳鉄本体を５００〜１２００℃の温度領域に加熱し、前記鋳鉄本体の表面に黒錆を主体とする防錆層を形成する熱処理工程とを実施することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明に係る耐候性鋳鉄の製造方法によれば、防錆層により耐食性が向上する耐候性鋳鉄を形成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る鋳鉄本体は、ニッケル：０．５〜４．３％、銅：０．１〜１．５％、モリブデン：０．０５〜１．５％の３種を含む鉄−炭素系の鋳鉄組成をもつ。
【００１４】
ニッケルは単独添加でも防錆性、耐食性に有効な元素であり、黒錆を生成させるのに有効であるが、少なすぎるとその効果は少なく、多すぎると、鋳鉄本体のマトリックスにおいてマルテンサイトの割合が増加し、被削性を低下させると共に、コストアップを誘発する。このためニッケルとしては０．５〜４．３％としている。特に０．６〜４．０％、０．７〜３．９％、０．９〜３．９％、なかでも０．８〜３．５％とすることができる。
【００１５】
銅は単独添加でも防錆性、耐食性に有効な元素であり、黒錆を生成させるのに有効であるが、少なすぎるとその効果は少なく、多すぎると、鋳鉄本体のマトリックスを硬化させ、被削性を低下させると共に、コストアップを誘発する。このため銅としては０．１〜１．５％としている。特に０．１５〜１．５％、０．２〜１．５％、０．２〜１．２％とすることができ、また０．３〜０．９％、０．３〜０．８％とすることができる。
【００１６】
モリブデンは塩素イオンが防錆層を通過することを抑制する効果があると言われている。少なすぎるとその効果は少なく、多すぎると鋳鉄本体のマトリックスにおいてマルテンサイトの割合が増加すると共に、炭化物の割合も増加し、被削性を低下させると共に、コストアップを誘発する。このためモリブデンとしては０．０５〜１．５％としている。殊に０．１〜１．０％、０．２〜１．０％、殊に０．２〜０．８％とすることができる。
【００１７】
本発明に係る耐候性鋳鉄によれば、鋳鉄本体の表面には、黒錆を主体とする防錆層が形成されている。防錆層の平均厚みとしては、熱処理の程度、耐候性鋳鉄の用途などによって相違するものの、０．０５〜１．２ｍｍ、０．０７〜１．０ｍｍ、０．１〜０．８ｍｍとすることができる。但しこれらに限定されるものではない。本発明に係る耐候性鋳鉄によれば、防錆層としては、耐候性鋳鉄の全表面に形成しても良いし、あるいは、必要部のみに形成しても良い。耐候性鋳鉄が摩擦摺動面を有する場合には、摩擦摺動面にはマスキング処理あるいは切削加工などにより防錆層を形成しないようにできる。なお鋳鉄本体のマトリックスは特に限定されるものではなく、パーライト系、フェラィト系、パーライト−フェライト系、マルテンサイト系、ベイナイト系等を例示できる。
【００１８】
好ましい形態によれば、鋳鉄本体の表面側にはフェライトを主要組織として含む脱炭層であるフェライトリッチ層が形成されており、防錆層はフェライトリッチ層の外側に形成されている。フェライトリッチ層はフェライトを多く含むため、一般的には、耐候性鋳鉄の鋳鉄本体の内部よりも延性を有する。フェライトリッチ層の平均厚みとしては、適宜選択できるが、一般的には１０〜５０００μｍ、殊に５０〜１０００μｍとすることができる。但しこれに限定されるものではない。鋳鉄本体としては、片状黒鉛が分散した片状黒鉛鋳鉄、または、球状黒鉛が分散した球状黒鉛鋳鉄を採用することができる。
【００１９】
鋳鉄本体が片状黒鉛鋳鉄の場合には、炭素：２．５〜４．３％、シリコン：１．７〜３．０％、マンガン：０．０２〜２．０％、リン：０．９％以下、イオウ：０．９％以下、残部が不可避不純物および鉄からなる鋳鉄組成とすることができる。この場合、炭素は適量の黒鉛を形成すると共に、マトリックスに固溶してマトリックスを強化するのに有効である。このため炭素としては２．５〜４．３％、２．７〜３．９％、殊に３．１〜３．８％とすることができる。
【００２０】
シリコンは炭素当量に影響を与え、適量の黒鉛を形成すると共に、マトリックスに固溶してマトリックスを強化するのに有効である。このためシリコンとしては１．７〜３．０％、特に１．８〜２．８％、１．９〜２．７％とすることができる。マンガンはマトリックスを強化するのに有効である。このためマンガンとしては０．０２〜２．０％、特に０．１〜１．５％、０．２〜１．５％とすることができる。リン及びイオウは一般的には少ない方が好ましいが、鋳鉄であるため原料などから配合される。従ってリンとしては０．９％以下、殊に０．６％以下とすることができ、イオウとしては０．９％以下、殊に０．６％以下とすることができる。クロムが含まれると、炭化物が過剰となるし、チルが形成され易くなる傾向がある。このためクロムとしては０．９％以下、０．７％以下、殊に０．５％以下とすることができる。
【００２１】
好ましい形態によれば、鋳鉄本体は球状黒鉛鋳鉄とすることができる。この場合、炭素：３．２〜４．３％、シリコン：１．５〜３．５％、マンガン：０．０２〜２．０％、リン：０．９％以下、イオウ：０．９％以下、マグネシウム：０．９０％以下、残部が不可避不純物および鉄からなる鋳鉄組成とすることができる。この場合、炭素は適量の黒鉛を形成すると共に、マトリックスに固溶してマトリックスを強化するのに有効である。このため炭素としては３．２〜４．３％、特に３．３〜４．３％、３．４〜３．９％とすることができる。シリコンは炭素当量に影響を与え、適量の黒鉛を形成すると共に、マトリックスに固溶してマトリックスを強化するのに有効である。このためシリコンとしては１．５〜３．５％、特に１．７〜３．３％、１．８〜３．０％とすることができる。マンガンはマトリックスを強化するのに有効である。マンガンとしては０．０２〜２．０％、特に０．０５〜１．５％、０．０６〜１．２％とすることができる。リン及びイオウは一般的には少ない方が好ましいが、鋳鉄であるため原料などから配合される。リンとしては０．９％以下、特に０．６％以下とすることができ、イオウとしては０．９％以下、特に０．６％以下とすることができる。マグネシウムは球状化に必要である。マグネシウムとしては０．７０％以下、０．１０％以下とすることができる。クロムが含まれると、炭化物が過剰となるし、チルが形成され易くなる。このためクロムとしては０．９％以下、０．７％以下、殊に０．５％以下とすることができる。
【００２２】
様相３に係る耐候性鋳鉄の製造方法によれば、重量比で、ニッケル：０．５〜４．３％、銅：０．１〜１．５％、モリブデン：０．０５〜１．５％の３種を含むとともに、炭素：２．５〜４．３％、シリコン：１．７〜３．０％、マンガン：０．０２〜２．０％、リン：０．９％以下、イオウ：０．９％以下、残部が不可避不純物および鉄からなる鋳鉄組成をもつ片状黒鉛鋳鉄で形成された鋳鉄本体を用意する。
また様相４に係る耐候性鋳鉄の製造方法によれば、重量比で、ニッケル：０．５〜４．３％、銅：０．１〜１．５％、モリブデン：０．０５〜１．５％の３種を含むとともに、炭素：３．２〜４．３％、シリコン：１．５〜３．５％、マンガン：０．０２〜２．０％、リン：０．９％以下、イオウ：０．９％以下、マグネシウム：０．９０％以下、残部が不可避不純物および鉄の鋳鉄組成をもつ球状黒鉛鋳鉄で形成された鋳鉄本体を用意する。
次に様相３，４に係る製造方法において、熱処理工程を実施し、酸素を含む雰囲気において鋳鉄本体を５００〜１２００℃の温度領域に加熱し、鋳鉄本体の表面に黒錆を主体とする防錆層を形成する。熱処理の温度が過剰に低温であると、防錆層の生成が安定せず、しかも防錆層の生成に時間を要する。熱処理の温度が過剰に高温であると、鋳鉄本体の変形を発生させ易いし、防錆層と共に防錆層の外側に形成されるスケールが過剰になり易い。これらを考慮して熱処理の温度としては５００〜１２００℃とした。殊に７００〜１１００℃、なかでも８００〜１０００℃を採用することができる。熱処理の温度としてはＡ１変態点以上の温度とすることが好ましい。熱処理の温度をＡ１変態点以上の温度とすれば、熱処理後の冷却時にＡ１変態点の通過による変態を利用することができる。
【００２３】
熱処理の際に、鋳鉄本体の表面における脱炭を促進させて、鋳鉄本体の表面における黒鉛の低減または除去を図ることができる。このように鋳鉄本体の表面における黒鉛の低減または除去を図れば、黒鉛跡にも防錆層を形成させることができ、防錆層による被覆性を向上させることができる。上記したように鋳鉄本体の表面を脱炭させれば、鋳鉄本体の表面側において防錆層の内側に、延性を有するフェライトを主要組織として含むフェライトリッチ層を形成することができる。フェライトリッチ層の平均厚みとしては、熱処理の程度等によっても相違するものの、１０〜５０００μｍ、２０〜３０００μｍ、５０〜１０００μｍ等とすることができるが、これらに限定されるものではない。フェライトリッチ層ではフェライトの面積率としては一般的には３０％以上,４０％以上,５０％以上，６０％以上とすることができる。
【００２４】
熱処理の雰囲気としては、酸素を含む雰囲気を採用する。この場合、大気雰囲気、あるいは、減圧した酸素含有雰囲気を採用することができ、場合によっては大気圧よりも高圧とした酸素含有雰囲気を採用することもできる。熱処理の雰囲気における酸素濃度としては、大気における酸素濃度よりも酸素濃度を高めにしても良いし、低めにしても良い。熱処理の時間としては、良好な防錆層を生成させ得る時間であり、熱処理の雰囲気の酸素濃度、熱処理の温度、鋳鉄本体のサイズ等によって相違する。熱処理の雰囲気の酸素濃度が低いとき、熱処理の温度が低いときには、一般的には熱処理時間は長くなる。熱処理の雰囲気の酸素濃度が高いとき、熱処理の温度が高いときには、一般的には熱処理時間は短くなる。これらを考慮して熱処理時間としては、１０分〜１００時間、殊に２０分〜３０時間、１時間〜１０時間を採用することができる。熱処理時間が過剰に短いと、充分な防錆層が得られない。
【００２５】
本発明方法によれば、熱処理工程により鋳鉄本体には剥離可能なスケールが生成することがある。この場合、熱処理後の鋳鉄本体に対してサンドブラスト処理等のブラスト処理を行い、防錆層を鋳鉄本体の表面に残留させつつ、鋳鉄本体に生成したスケールを除去する形態を採用することができる。防錆層は鋳鉄本体の母材に対する密着性が高いため、ブラスト処理が過剰でなければ、鋳鉄本体に生成したスケールを除去させたとしても、鋳鉄本体の表面に防錆層を残留させることができる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について比較例と共に説明する。実施例１、実施例２、参考例１、参考例２、比較例１に係る試験片は片状黒鉛鋳鉄で形成されている。実施例５、参考例３、比較例２に係る試験片は球状黒鉛鋳鉄で形成されている。実施例７〜実施例１０に係る試験片は片状黒鉛鋳鉄で形成されている。試験片のサイズとしては５０ｍｍ×３０ｍｍ×５ｍｍとした。各試験片の組成を表１に示す。なお実施例３、実施例４、実施例６は欠番である。
【００２７】
【表１】
実施例１、実施例２、参考例１、参考例２、実施例７〜実施例１０に係る試験片は、重量比で、炭素：２．５〜４．３％、シリコン：１．７〜３．０％、マンガン：０．０２〜２．０％、リン：０．９％以下、イオウ：０．９％以下を含む鋳鉄組成をもち、ニッケル：０．５〜４．３％、銅：０．１〜１．５％、モリブデン：０．０５〜１．５％の３種を含む。実施例５、参考例３に係る試験片は、炭素：３．２〜４．３％、シリコン：１．５〜３．５％、マンガン：０．０２〜２．０％、リン：０．９％以下、イオウ：０．９％以下、マグネシウム：０．９０％以下を含む鋳鉄組成をもち、ニッケル：０．５〜４．３％、銅：０．１〜１．５％、モリブデン：０．０５〜１．５％の３種を含む。各実施例の鋳鉄組成にはクロムは積極的元素としては含まれておらず、０．１％未満である。
【００２９】
比較例１に係る試験片、比較例２に係る試験片は、ニッケル、銅、モリブデンを積極的に含んでいない。
【００３０】
そして、各試験片を熱処理炉にそれぞれ装入し、大気雰囲気（酸素を含む雰囲気）において９３０℃の温度領域において５時間加熱保持する熱処理工程を実施した。熱処理後に試験片を熱処理炉から取り出し、炉冷により冷却した。
【００３１】
実施例に係る各試験片についてサンドブラスト処理を行い、実施例に係る各試験片の表面に形成されたスケールである酸化膜を除去したところ、黒錆を主体とする黒色の防錆層が形成されていた。防錆層の平均厚みは０．２〜０．４ｍｍ程度であった。この防錆層は試験片の母材に対する密着性が高かった。
【００３２】
比較例に係る各試験片についてサンドブラスト処理を行ない、表面に形成されたスケールである酸化膜を除去したところ、実施例のような黒錆を主体とする黒色の防錆層はほとんど形成されていなかった。
【００３３】
サンドブラスト処理を行った各試験片について、耐食性試験を実施した。この場合、塩水噴霧試験方法（ＪＩＳ Ｚ２３７１）を２４０時間行った。即ち、塩水を噴霧ノズルにより試験片の表面に噴霧して赤錆（Ｆｅ２Ｏ３）を生成させる試験を行った。赤錆は試験片の母材に対する密着性が低いため、母材から脱落し易い性質をもつ。塩水噴霧後、試験片に生成した赤錆をサンドブラスト処理により除去した。サンドブラスト処理では赤錆は除去されるものの、黒色の防錆層は除去されない。そして塩水噴霧前後における試験片の重量の減量を求め、これを腐食減量（％）とした。腐食減量が大きいほど耐食性が悪く、腐食減量が小さいほど耐食性が良好である。
【００３４】
試験結果を図１に示す。図１に示すように、片状黒鉛鋳鉄で形成されている比較例１，球状黒鉛鋳鉄で形成されている比較例２については、黒色の防錆層が形成されておらず、腐食減量が重量比で１．２％を越えており、かなり大きく、耐食性が良好ではなかった。
【００３５】
これに対して、ニッケル、銅、モリブデンの３種が含有されている片状黒鉛鋳鉄で形成されている実施例１、実施例２については、防錆層が良好であり、腐食減量が０．４％以下であり、耐食性が優れていた。ニッケル、モリブデンが含有されている片状黒鉛鋳鉄で形成されている参考例１については、防錆層が良好であり、腐食減量が０．８％以下であり、耐食性が良好であった。銅、ニッケルが含有されている片状黒鉛鋳鉄で形成されている参考例２については、防錆層が良好であり、腐食減量が０．８％以下であり、耐食性が良好であった。
【００３６】
またニッケル、銅、モリブデンが含有されている球状黒鉛鋳鉄で形成されている実施例５については、防錆層が良好であり、腐食減量が０．４％以下であり、耐食性が優れていた。ニッケル、銅が含有されている球状黒鉛鋳鉄で形成されている参考例３については、防錆層が良好であり、腐食減量が０．６％以下であり、耐食性が良好であった。
【００３７】
ニッケル、銅、モリブデンが含有されている片状黒鉛鋳鉄で形成されている実施例７〜実施例１０については、防錆層が良好であり、腐食減量が０．２％以下とかなり小さく、耐食性が優れていた。上記した試験結果から、本実施例に係る防錆層が耐食性に有効であることがわかる。
【００３８】
図２は、実施例１、実施例２、参考例１に係る試験片について、熱処理をしなかった場合と、９３０℃で２時間の熱処理をした場合と、９３０℃で５時間の熱処理をした場合とを比較して示す。図２に示すように、実施例１、実施例２、参考例１といえども、防錆層形成用の熱処理をしなかったときには、腐食減量がかなり大きく、耐食性は悪かった。しかし熱処理すれば、腐食減量が低下し、耐食性が向上する。殊に、熱処理の時間が長くなるにつれて、腐食減量が減少するため、耐食性が向上することがわかる。
【００３９】
実施例２について、試験片の表面部分の組織について光学顕微鏡で確認した。これを図３（倍率１００倍）,図４（倍率２００倍）に示す。図３，図４の組織はナイタル腐食液で腐食されている。図３,図４に示すように、試験片の内部では、パーライトを主体とする鋳鉄本体のマトリックスには多数の片状の黒鉛が分散していた。そして試験片の表面側の黒鉛は脱炭しており、試験片の表面側において防錆層の内側に、フェライトを主要組織として含む脱炭層であるフェライトリッチ層（平均厚み：２００〜５００μｍ）が形成されていた。フェライトリッチ層においてはフェライトの面積率は５０％以上であった。防錆層はフェライトリッチ層の外面側に形成されていた。図３,図４によれば、フェライトリッチ層におけるフェライトは比較的異形のものが多かった。熱処理時における黒鉛の脱炭が寄与しているものと推察される。フェライトの異形性は防錆層とフェライトとの密着性の向上に寄与でき、鋳鉄本体に対する防錆層の密着性の向上に寄与できるものと推察される。防錆層には空孔であるボイドが形成されていた。熱処理時における黒鉛の脱炭によるものと推察される。なおボイドは含油性の向上を期待できる。
【００４０】
（適用例）
図５は、ディスクロータ１００及びキャリパ２００を有するブレーキ装置を示す。この場合にはディスクロータ１００及びキャリパ２００に適用されている。ディスクロータ１００は片状黒鉛が分散した片状黒鉛鋳鉄で形成され、キャリパ２００は球状黒鉛が分散した球状黒鉛鋳鉄で形成されている。これの外壁面には、上記したように形成した黒錆を主体とする防錆層１１０,２１０が形成されている。ディスクロータ１００によれば、多数の片状黒鉛が基地に分散しているため、鋳鉄特有の利点である鋳造性、振動減衰性、熱伝導性等の特性を得ることができる。更に表面に防錆層１１０が形成されているため、耐食性を向上させることができ、ディスクロータ１００の長寿命化を図ることができる。また、ディスクロータ１００の複数のフィン部１２０は、耐食性を考慮して設計段階では厚肉に設定されるのが通常であるが、これらのフィン部１２０は防錆層１１０を有して耐食性が向上しているため、フィン部１２０を薄肉とすることが可能となり、ディスクロータ１００の軽量化も図ることができる。ディスクロータ１００の摩擦摺動面では、防錆層を切削加工で除去している。なおディスクロータ１００及びキャリパ２００に限らず、ブレーキシュー、シリンダブロック、シリンダカバー、キャリパサポート、ベアリングキャップ、デフケース、デフキャリア等の鋳鉄部品にも適用することができる。
【００４１】
（その他）その他、本発明は上記した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。上記した記載から次の技術的思想も把握できる。
（付記項１）重量比で、ニッケル：０．５〜４．３％、銅：０．１〜１．５％、モリブデン：０．０５〜１．５％の３種を含む鉄−炭素系の鋳鉄組成をもつと共に内部に黒鉛が分散された耐候性鋳鉄であって、酸素を含む雰囲気において５００〜１２００℃の温度領域に加熱することにより、表面に黒錆を主体とする防錆層が形成されていることを特徴とする耐候性鋳鉄。
（付記項２）各請求項において、前記防錆層の内部には空孔が形成されていることを特徴とする耐候性鋳鉄。
【００４２】
【発明の効果】
本発明に係る耐候性鋳鉄によれば、多数の黒鉛が基地に分散しているため、鋳鉄特有の利点である鋳造性、振動減衰性、熱伝導性等の特性を得ることができる。更に本発明に係る耐候性鋳鉄によれば、表面に防錆層が形成されているため、耐食性を向上させることができ、耐候性鋳鉄の長寿命化や軽量化を図ることができる。
【００４３】
本発明に係る耐候性鋳鉄の製造方法によれば、上記したように鋳鉄特有の利点である鋳造性、振動減衰性、熱伝導性等の特性を有すると共に、耐食性を向上させることができ、長寿命化や軽量化を図ることができる耐候性鋳鉄を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】比較例１，２、各実施例および各参考例に係る試験結果を示すグラフである。
【図２】熱処理時間を変えたときにおける実施例１、実施例２、参考例１に係る試験結果を示すグラフである。
【図３】光学顕微鏡で観察した表面組織を示す写真図である。
【図４】光学顕微鏡で観察した表面組織を示す写真図である。
【図５】ブレーキ装置のディスクロータに適用した適用例を示す斜視図である。
【符号の説明】
図中、１００はディスクロータ、１１０,２１０は防錆層を示す。
Claims (7)
- 重量比で、ニッケル：０．５〜４．３％、銅：０．１〜１．５％、モリブデン：０．０５〜１．５％の３種を含むとともに、炭素：２．５〜４．３％、シリコン：１．７〜３．０％、マンガン：０．０２〜２．０％、リン：０．９％以下、イオウ：０．９％以下、残部が不可避不純物および鉄からなる鋳鉄組成をもつ片状黒鉛鋳鉄で形成された鋳鉄本体と、
前記鋳鉄本体の表面に形成された黒錆を主体とする防錆層とで構成されていることを特徴とする耐候性鋳鉄。 - 重量比で、ニッケル：０．５〜４．３％、銅：０．１〜１．５％、モリブデン：０．０５〜１．５％の３種を含むとともに、炭素：３．２〜４．３％、シリコン：１．５〜３．５％、マンガン：０．０２〜２．０％、リン：０．９％以下、イオウ：０．９％以下、マグネシウム：０．９０％以下、残部が不可避不純物および鉄からなる鋳鉄組成をもつ球状黒鉛鋳鉄で形成された鋳鉄本体と、
前記鋳鉄本体の表面に形成された黒錆を主体とする防錆層とで構成されていることを特徴とする耐候性鋳鉄。 - 請求項１または２において、前記鋳鉄本体の表面側にはフェライトを主要組織として含むフェライトリッチ層が形成されており、前記防錆層はフェライトリッチ層の外側に形成されていることを特徴とする耐候性鋳鉄。
- 重量比で、ニッケル：０．５〜４．３％、銅：０．１〜１．５％、モリブデン：０．０５〜１．５％の３種を含むとともに、炭素：２．５〜４．３％、シリコン：１．７〜３．０％、マンガン：０．０２〜２．０％、リン：０．９％以下、イオウ：０．９％以下、残部が不可避不純物および鉄からなる鋳鉄組成をもつ片状黒鉛鋳鉄で形成された鋳鉄本体を用意する工程と、
酸素を含む雰囲気において前記鋳鉄本体を５００〜１２００℃の温度領域に加熱し、前記鋳鉄本体の表面に黒錆を主体とする防錆層を形成する熱処理工程とを実施することを特徴とする耐候性鋳鉄の製造方法。 - 重量比で、ニッケル：０．５〜４．３％、銅：０．１〜１．５％、モリブデン：０．０５〜１．５％の３種を含むとともに、炭素：３．２〜４．３％、シリコン：１．５〜３．５％、マンガン：０．０２〜２．０％、リン：０．９％以下、イオウ：０．９％以下、マグネシウム：０．９０％以下、残部が不可避不純物および鉄からなる鋳鉄組成をもつ球状黒鉛鋳鉄で形成された鋳鉄本体を用意する工程と、
酸素を含む雰囲気において前記鋳鉄本体を５００〜１２００℃の温度領域に加熱し、前記鋳鉄本体の表面に黒錆を主体とする防錆層を形成する熱処理工程とを実施することを特徴とする耐候性鋳鉄の製造方法。 - 請求項４または５において、熱処理の際に、前記鋳鉄本体の表面の黒鉛を脱炭させ、前記鋳鉄本体の表面側において防錆層の内側に、フェライトを主要組織として含むフェライトリッチ層を形成することを特徴とする耐候性鋳鉄の製造方法。
- 請求項４から請求項６のうちの一項において、前記熱処理工程の後でブラスト処理を行い、前記防錆層を前記鋳鉄本体の表面に残留させつつ、前記鋳鉄本体の前記防錆層の外側に生成したスケールを除去することを特徴とする耐候性鋳鉄の製造方法。
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