[go: up one dir, main page]

JP7766565B2 - Flake graphite cast iron product and its manufacturing method - Google Patents

Flake graphite cast iron product and its manufacturing method

Info

Publication number
JP7766565B2
JP7766565B2 JP2022122962A JP2022122962A JP7766565B2 JP 7766565 B2 JP7766565 B2 JP 7766565B2 JP 2022122962 A JP2022122962 A JP 2022122962A JP 2022122962 A JP2022122962 A JP 2022122962A JP 7766565 B2 JP7766565 B2 JP 7766565B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
content
cast iron
flake graphite
inoculation
graphite cast
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2022122962A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2024020072A (en
Inventor
亮輔 藤本
直希 杉山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shibaura Machine Co Ltd
Original Assignee
Shibaura Machine Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shibaura Machine Co Ltd filed Critical Shibaura Machine Co Ltd
Priority to JP2022122962A priority Critical patent/JP7766565B2/en
Publication of JP2024020072A publication Critical patent/JP2024020072A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7766565B2 publication Critical patent/JP7766565B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)

Description

本開示は、片状黒鉛鋳鉄製品及びその製造方法に関する。なお、一般に、鋳鉄は、鋳物を指す場合と、鋳物の材料を指す場合とがある。本開示においても同様とする。また、本開示では、鋳物について鋳鉄製品の語を用いることがある。 This disclosure relates to flake graphite cast iron products and methods for manufacturing the same. Generally, cast iron can refer to both castings and the material used to make them. This also applies in this disclosure. Furthermore, in this disclosure, the term "cast iron product" may be used to refer to castings.

通常、工作機械のベッドおよびテーブルは片状黒鉛鋳鉄を機械加工することにより製造される。ベッドに対するテーブルのガイドが摺動式のガイド機構により行われる場合、摺動面には特に高い加工精度が求められる。片状黒鉛鋳鉄の硬さ及び/又は組織を製品全体で均一にすることは通常は困難である。硬さ/組織にばらつきのある片状黒鉛鋳鉄を機械加工(切削、研磨等)すると、部位毎に加工量にばらつきが生じる。このため、所望の精度を確保するために必要となる作業工数が多くなる。部位毎の硬さ/組織のばらつきを抑制するために、鋳型に冷やし金を設置して冷却速度を調節することが行われている。しかしながら、硬さ/組織の十分な均一性を得ることは困難である。 Machine tool beds and tables are typically manufactured by machining flake graphite cast iron. When the table is guided relative to the bed by a sliding guide mechanism, particularly high machining precision is required for the sliding surfaces. It is usually difficult to make the hardness and/or structure of flake graphite cast iron uniform throughout the entire product. When flake graphite cast iron, which has variations in hardness/structure, is machined (cutting, polishing, etc.), variations in the amount of processing occur from part to part. This increases the amount of work required to ensure the desired precision. To suppress variations in hardness/structure from part to part, chills are installed in the mold to adjust the cooling rate. However, it is difficult to achieve sufficient uniformity in hardness/structure.

特開2015-158010号公報JP 2015-158010 A

本開示は、片状黒鉛鋳鉄の化学組成を最適化することにより、必要な硬さを維持しつつ、硬さ/組織の均一性を高める技術を提供するものである。 This disclosure provides a technology that optimizes the chemical composition of flake graphite cast iron to maintain the required hardness while improving hardness/structural uniformity.

本開示の一実施形態に係る片状黒鉛鋳鉄製品は、
質量%で、
C:2.9~3.2%
Si:1.1~1.5%
Mn:0.75~1.1%
Cr:0.1~0.2%
Sn:0.06~0.10%
S:0.01~0.03%
Cu:0.4~0.8%
を含むとともに残部Feおよび不可避的不純物からなり、
さらに
CE:3.3~3.6
であり、かつ、
CE≦-0.33×Si+4.26
(但し、CEは、式:CE=C含有量(質量%)+1/3×Si含有量(質量%)により求められる炭素当量である)
を満足する。
A flake graphite cast iron product according to one embodiment of the present disclosure includes:
In mass%,
C: 2.9-3.2%
Si: 1.1-1.5%
Mn: 0.75 to 1.1%
Cr: 0.1-0.2%
Sn: 0.06-0.10%
S: 0.01-0.03%
Cu: 0.4-0.8%
with the remainder being Fe and unavoidable impurities,
Furthermore, CE: 3.3 to 3.6
and
CE≦−0.33×Si+4.26
(where CE is the carbon equivalent calculated by the formula: CE = C content (mass%) + 1/3 × Si content (mass%))
Satisfy.

本開示では、さらに上記組成を有する片状黒鉛鋳鉄製品の製造方法が提供される。この製造方法は、取鍋から鋳鉄の溶湯を鋳型内に注湯して前記鋳型内で凝固させる工程を備える。必要に応じて接種が行うことができる。 The present disclosure further provides a method for producing a flake graphite cast iron product having the above composition. This production method includes pouring molten cast iron from a ladle into a mold and allowing it to solidify in the mold. Inoculation can be performed as needed.

上記実施形態によれば、必要な硬さを維持しつつ、硬さ/組織の均一性が高い片状黒鉛鋳鉄製品を得ることができる。 According to the above embodiment, it is possible to obtain flake graphite cast iron products with high hardness/structure uniformity while maintaining the required hardness.

硬さ試験の試験片を示す正面図(右)および、Z-Z断面図(左)である。1 shows a front view (right) and a ZZ cross-sectional view (left) of a test piece for hardness testing. 試験に用いたサンプルのC量,Si量を示すグラフである。1 is a graph showing the C content and Si content of samples used in the test. 片状黒鉛鋳鉄において亜共晶組織を得るために必要な条件を説明するための公知のデータを示したグラフである。1 is a graph showing known data for explaining the conditions necessary to obtain a hypoeutectic structure in flake graphite cast iron. 片状黒鉛鋳鉄における共晶反応時および共析反応時における各種元素含有量と黒鉛化時間との関係を説明する公知のデータを示したグラフである。1 is a graph showing known data illustrating the relationship between the contents of various elements and graphitization time during the eutectic reaction and the eutectoid reaction in flake graphite cast iron. 片状黒鉛鋳鉄においてMn量と引っ張り強さおよびブリネル硬さとの関係をS量毎に示した公知のデータを示したグラフである。1 is a graph showing known data showing the relationship between the Mn content and the tensile strength and Brinell hardness for each S content in flake graphite cast iron.

以下に、本開示の一実施形態に係る片状黒鉛鋳鉄製品について説明する。 Below, a flake graphite cast iron product according to one embodiment of the present disclosure is described.

まず、本実施形態に係る片状黒鉛鋳鉄製品の合金設計の考え方を以下に述べる。通常、工作機械のベッドおよびテーブルは、「JIS G5501-1995ねずみ鋳鉄品」で定めるFC350相当材で作製される。本実施形態に係る片状黒鉛鋳鉄は、上述したようにFC350が要求する強度(G5501-1995で定める別鋳込み試験片での引張強さが350MPa)を概ね満足し、かつ、ブリネル硬さ(HB)の標準偏差が概ね1.0未満(後述の試験方法による)となることを目標として、合金設計がなされている。強度に関しては、FC350の規格を厳格に満足していなくてもよく、概ねFC350の規格を満たしていればよい。むしろ安定した加工性を得るために、硬さおよび組織の安定性を重視している。
なお、後述の成分範囲内においてC量を低めに抑えつつMn量を高めにすることにより、引張強さを高めることができるため、引張強さ350MPa以上が必要な場合は、このような調整をすればよい。
First, the concept behind the alloy design of the flake graphite cast iron product according to this embodiment will be described below. Typically, machine tool beds and tables are made of a material equivalent to FC350, as specified in "JIS G5501-1995 Gray Iron Castings." As mentioned above, the flake graphite cast iron according to this embodiment is designed to generally satisfy the strength required by FC350 (tensile strength of 350 MPa in a separate cast test piece specified in G5501-1995) and to have a standard deviation of Brinell hardness (HB) of approximately less than 1.0 (as determined by the test method described below). Regarding strength, the FC350 standard does not need to be strictly met; it is sufficient to generally satisfy the FC350 standard. Rather, emphasis is placed on hardness and structural stability in order to obtain stable workability.
In addition, the tensile strength can be increased by keeping the C content low and increasing the Mn content within the component ranges described below, so if a tensile strength of 350 MPa or more is required, such adjustments can be made.

本実施形態に係る片状黒鉛鋳鉄製品は、
質量%で、
C:2.9~3.2%
Si:1.1~1.5%
Mn:0.75~1.1%
Cr:0.1~0.2%
Sn:0.06~0.10%
S:0.01~0.03%
Cu:0.4~0.8%
を含むとともに残部Feおよび不可避的不純物からなる。
The flake graphite cast iron product according to this embodiment is
In mass%,
C: 2.9-3.2%
Si: 1.1-1.5%
Mn: 0.75 to 1.1%
Cr: 0.1-0.2%
Sn: 0.06-0.10%
S: 0.01-0.03%
Cu: 0.4-0.8%
The remainder is Fe and unavoidable impurities.

本明細書において定義された各種合金元素の成分範囲(CE値範囲も含む)は範囲の両端を含み、かつ、範囲の両端の数値は、当該数値の最下位の桁の1つ下の桁の値を四捨五入したものである。具体的には例えば、Siに関しては、1.05%、1.54%は、1.1~1.5%の範囲内にあるものと理解すべきである。 The composition ranges (including CE value ranges) for various alloying elements defined in this specification include both ends of the range, and the numerical values at both ends of the range are rounded to the nearest digit. Specifically, for Si, 1.05% and 1.54% should be understood to be within the range of 1.1 to 1.5%.

本実施形態に係る片状黒鉛鋳鉄は、上記個々の合金元素の成分範囲に加えてさらに、
式「CE=C含有量(質量%)+1/3×Si含有量(質量%)」で表される炭素当量(CE)が3.3~3.6%であり、かつ、
不等式「CE≦-0.33×Si含有量(質量%)+4.26」
を満たすことを特徴とする。
In addition to the component ranges of the individual alloy elements described above, the flake graphite cast iron according to this embodiment further comprises:
The carbon equivalent (CE) represented by the formula "CE = C content (mass%) + 1/3 × Si content (mass%)" is 3.3 to 3.6%, and
Inequality “CE≦-0.33×Si content (mass%) +4.26”
The present invention is characterized in that:

以下、本実施形態に係る片状黒鉛鋳鉄の合金設計の考え方について説明する。
C,Siに関しては、
C:2.9~3.2%・・・(1)
Si:1.1~1.5%・・・(2)
CE:3.3~3.6・・・(3)
CE≦-0.33×Si+4.26・・・(4)
とすることにより、黒鉛晶出量を最小限にすることで硬さを維持し、
また、
Mn、Cr、Cu、Sn、S添加量を最適化することでばらつきを最小限にしている。
各成分元素の範囲は、実験結果に基づいて、及び/又は、公知の知見に基づいて、決定している。
Hereinafter, the concept of alloy design for flake graphite cast iron according to this embodiment will be described.
Regarding C and Si,
C: 2.9-3.2%...(1)
Si: 1.1-1.5%...(2)
CE: 3.3-3.6...(3)
CE≦−0.33×Si+4.26 (4)
By doing so, the amount of graphite crystallization is minimized, maintaining hardness.
Also,
The amounts of Mn, Cr, Cu, Sn, and S added are optimized to minimize variations.
The range of each component element is determined based on experimental results and/or publicly known knowledge.

まず最初に、成分元素の範囲を定めるために行った実験について説明する。 First, we will explain the experiments conducted to determine the range of component elements.

図1に示すように、砂型鋳造により、全体として1050mm×550mm×300mmのサイズの直方体であって、かつ、上面中央部に1050mm×35mm×20mmのサイズの溝を形成した片状黒鉛鋳鉄品鋳物を、試験用のサンプルとして鋳造した。鋳造方法は、ごく一般的なものである。 As shown in Figure 1, a test sample was cast using sand casting to create a flaky graphite iron casting with a rectangular parallelepiped shape measuring 1050 mm x 550 mm x 300 mm overall and a groove measuring 1050 mm x 35 mm x 20 mm formed in the center of the top surface. The casting method was quite conventional.

鋳鉄の各種成分を溶解炉で溶解し、本実施形態に係る上記組成を有する溶湯を生成した。溶湯は溶解炉から取鍋に移され、取鍋から溶湯が鋳型に注湯され、注湯された溶湯が凝固することにより片状黒鉛鋳鉄品を得た。鋳造にあたっては、一般的な片状黒鉛鋳鉄品用の製造設備をそのまま用いた。サンプルNo.21,22を除く全てのサンプルにおいて、取鍋での置き注ぎ接種を行った。 Various cast iron components were melted in a melting furnace to produce a molten iron having the above-described composition according to this embodiment. The molten iron was transferred from the melting furnace to a ladle, from which it was poured into a mold. The poured molten iron solidified to produce a flake graphite cast iron product. General manufacturing equipment for flake graphite cast iron products was used for casting. All samples except for Samples No. 21 and 22 were inoculated using a ladle.

サンプルの鋳造後に、溝のところで鋳物を切断し、溝の両側面をデジタル硬度計で測定し、ブリネル硬さ(HB)に換算した。溝の各側面では深さ3mm、10mmの位置を100mm間隔で長手方向に10点で測定を行い、すなわち、各組成の鋳物に対してそれぞれ合計40点の硬さ測定を行い、平均値および標準偏差を求めた。 After the samples were cast, the castings were cut at the grooves, and both sides of the grooves were measured with a digital hardness tester, with the results converted to Brinell hardness (HB). Measurements were taken at 10 points along the length of each side of the groove, 3 mm deep and 10 mm apart, at 100 mm intervals. In other words, hardness measurements were taken at a total of 40 points for each casting of each composition, and the average value and standard deviation were calculated.

また、各サンプルの鋳造時に、「JIS G5501-1995ねずみ鋳鉄品」で定める別鋳込み供試材を作製した。各組成の試験片に対して引張り試験を行い、引張り強さの平均値(N=2)を求めた。 In addition, when each sample was cast, separate cast specimens were prepared in accordance with JIS G5501-1995 Gray Iron Castings. Tensile tests were conducted on test pieces of each composition, and the average tensile strength (N=2) was calculated.

実験結果を表1に示す。表1において、No.の数字の前に記載されたアルファベットは、着目すべき成分元素を意味しているが、以下の説明においてはアルファベットについては参照せずに、数字部分のみによりサンプルの番号を記載するものとする。表1に示した成分は、鋳込み前に取鍋から採取した分析用サンプルの分析値である。 The experimental results are shown in Table 1. In Table 1, the letters before the numbers indicate the component elements of interest, but in the following explanation, the letters will not be referenced and the sample numbers will be indicated only by the numbers. The components shown in Table 1 are the analytical values of analysis samples taken from the ladle before pouring.

以下、表1も参照して、各種成分元素の含有量の決定について説明する。なお、図2のグラフは、表1の各サンプルのSi量、C量をプロットしたものである。図2のグラフには、 C=2.9、C=3.2(上記条件1の両上下限値に対応)、Si=1.1、Si=1.5%(上記条件2の上下限値に対応)、CE=3.3、CE=3.6(上記条件3の上下限値に対応)、CE=-0.33×Si+4.26(上記条件(4)のCE上限値に対応)をそれぞれ示す直線が描かれている。なお、条件(4)を示す不等式CE≦-0.33×Si+4.26は、「C+1/3Si≦-0.33×Si+4.26」と書き換えることができ、これはさらに「C≦4.26-0.66Siとさらに書き換えることができる。 The determination of the content of each component element will be explained below, with reference to Table 1. The graph in Figure 2 plots the Si and C amounts for each sample in Table 1. The graph in Figure 2 plots straight lines representing C = 2.9, C = 3.2 (corresponding to the upper and lower limits of the above-mentioned condition 1), Si = 1.1, Si = 1.5% (corresponding to the upper and lower limits of the above-mentioned condition 2), CE = 3.3, CE = 3.6 (corresponding to the upper and lower limits of the above-mentioned condition 3), and CE = -0.33 x Si + 4.26 (corresponding to the upper limit of CE in the above-mentioned condition (4)). The inequality CE ≦ -0.33 x Si + 4.26 representing condition (4) can be rewritten as "C + 1/3Si ≦ -0.33 x Si + 4.26," which can be further rewritten as "C ≦ 4.26 - 0.66Si."

C,Siの含有量設定について以下に詳述する。まず、条件(4)についてであるが、
CE≦-0.33×Si+4.26・・・(4)
とすることにより、黒鉛晶出量を最小限とした亜共晶組織が得られる。亜共晶組織は安定した硬さを得る上で有利である。上記の条件(4)は、既知の知見に基づくものであり、図3のFe-C-Si安定系三元状態図(共晶温度付近を拡大)から導き出せるものである。図3のグラフから、亜共晶組織が得られるか否かの境界となるCE値およびSi量の関係は、CE=0.33Si+4.276であることがわかる。本実施形態では、確実に亜共晶組織を得るためのマージンを考慮して、4.276を4.26とし、これに基づいて上記の条件(4)を導出した。図3は、「中江秀雄:鋳型の高温強度と引け・寸法精度(2014)」より引用したものである。約0.02%を減じたのは実用上、計器精度によるばらつき±0.02%の実績よりによって過共晶とならないような設定とした。
The setting of the C and Si contents will be described in detail below. First, regarding condition (4),
CE≦−0.33×Si+4.26 (4)
By setting the temperature to 4.276, a hypoeutectic structure with minimal graphite crystallization can be obtained. A hypoeutectic structure is advantageous for achieving stable hardness. The above condition (4) is based on known knowledge and can be derived from the Fe-C-Si stable ternary phase diagram (enlarged view near the eutectic temperature) shown in Figure 3. The graph in Figure 3 reveals that the relationship between the CE value and the Si content, which determines whether or not a hypoeutectic structure can be obtained, is CE = 0.33Si + 4.276. In this embodiment, 4.276 was changed to 4.26 to ensure a sufficient margin for obtaining a hypoeutectic structure. The above condition (4) was derived based on this. Figure 3 is taken from "Hideo Nakae: High-Temperature Strength of Molds, Shrinkage, and Dimensional Accuracy (2014)." The reduction of approximately 0.02% was achieved to prevent hypereutectic formation, based on the actual results of a ±0.02% variation due to instrument accuracy.

ところで、図2のグラフから、上記条件(1)~(3)を満足すると自動的に条件(4)を満たすことは明らかであり、この条件(4)には、亜共晶組織が確実に保証されるという以上の意味は無い。 By the way, from the graph in Figure 2, it is clear that satisfying the above conditions (1) to (3) automatically satisfies condition (4), and condition (4) has no other significance than ensuring that a hypoeutectic structure is obtained.

条件(1)~(3)については主に後述の実験結果に基づいて定めた。特にサンプルNo.3,7,15の試験結果からC量を2.9~3.2%の範囲内とすることにより、少なくとも当該範囲内で所望の強度および安定した硬さが得られることがわかる。また、Si量を特に大きく変化させたサンプルNo.8,10,14の試験結果から、サンプルNo.14のようにSi量が1.82%と高くなりすぎると、硬さの標準偏差が大きくなることがわかる。なお、実験の評価項目と直接関係はないが、Si量が、上記の下限値である1.1%よりも低いと、鋳造時の凝固開始が早くなりすぎて湯回りが悪くなることがわかっている。このため、Si量の下限値は1.1%とし、上限値は、良好な結果が得られているサンプルNo.10においてSi量が1.49%であることを考慮して、Si量は、1.1~1.5%とすることとした。Si量をこの範囲とすることにより、所望の強度および安定した硬さが得られている(以下、このことを「良好な特性が得られている」とも記載する)ことがわかる。 Conditions (1) through (3) were determined primarily based on the experimental results described below. In particular, the test results for Samples 3, 7, and 15 demonstrate that by setting the C content within the range of 2.9 to 3.2%, the desired strength and stable hardness can be achieved, at least within that range. Furthermore, the test results for Samples 8, 10, and 14, in which the Si content was significantly varied, demonstrate that an excessively high Si content of 1.82%, as in Sample 14, increases the standard deviation of hardness. While not directly related to the experimental evaluation items, it has been found that if the Si content is lower than the above-mentioned lower limit of 1.1%, solidification begins too early during casting, resulting in poor molten metal flow. Therefore, the lower limit for the Si content was set at 1.1%, and the upper limit was set at 1.1 to 1.5%, taking into account the fact that Sample 10, which produced favorable results, had a Si content of 1.49%. It can be seen that by keeping the Si content within this range, the desired strength and stable hardness are obtained (hereinafter, this is also referred to as "good properties are obtained").

また、CE値については3.3~3.6(条件(3))としたのは、Si量が多少変化しても確実に亜共晶組織を得るためである。 The CE value was set to 3.3 to 3.6 (condition (3)) to ensure that a hypoeutectic structure was obtained even if the Si content changed slightly.

なお、図2のグラフにおいて、条件(1)~(3)の全てを満たすということは、データのプロットが、直線C=2.9より上にあり直線C=3.2より下にあること、直線Si=1.1より右にありSi=1.5%より左にあること、直線CE=3.3より上にあり直線CE=3.6より下にあること、および直線C=4.26-0.66Siよりも下にあることと等価である。図2のグラフでは、サンプルNo.7,11,14,17,21,23が上記直線で囲まれた領域の外にあるが、前述したようにC量、S量およびCE値の有効数字は2桁であり、有効数字の最下位の桁の1つ下の桁の値を四捨五入したものである。つまり、サンプルNo.7,11,17,23は、上記直線で囲まれた領域内にあるものと見なして構わないことに留意されたい。 In the graph of Figure 2, satisfying all of conditions (1) to (3) is equivalent to the data plot being above line C=2.9 and below line C=3.2, to the right of line Si=1.1 and to the left of Si=1.5%, above line CE=3.3 and below line CE=3.6, and below line C=4.26-0.66Si. In the graph of Figure 2, samples No. 7, 11, 14, 17, 21, and 23 are outside the area enclosed by the above lines. However, as mentioned above, the C content, S content, and CE value have two significant digits, and the values are rounded to one digit below the least significant digit. In other words, please note that samples No. 7, 11, 17, and 23 can be considered to be within the area enclosed by the above lines.

[MnおよびSnについて]
Mn量およびSn量を適切な範囲に定めることにより、共晶反応時における黒鉛化阻害影響を小さくし、かつ、共析反応時にパーライト化を促進する。この点については、図4も参照されたい。図4は「井ノ山直哉他:鋳物62(1990)7」より引用したものである。図4は、各元素の含有量(mass %)と黒鉛化時間(min)との関係を示している。図4の上段は、共晶反応時の黒鉛化時間を示しており、黒鉛化時間が長時間であるほど黒鉛化阻害度合いが高くなることを意味している。図4の下段は、共析反応時の黒鉛化時間を示しており、黒鉛化時間が長時間であるほどパーライト化が促進され、黒鉛化時間が短時間であるほどフェライト化が促進されることを意味している。基地組織を全面パーライトにすることにより、引張強さを向上させることができる。本実施形態では、亜共晶組織を狙っていることもあり黒鉛化は阻害された方が好ましく、また、FC350程度の高強度を狙っていることもありパーライト化が促進された方が好ましい。この観点からはMn、Snの含有量は高い方が好ましいが、Mn、Snを必要以上に添加すると硬さの凝固時冷却速度感受性が高くなるため、硬さのムラが生じ易くなるため好ましくない。本実施形態では、上記の知見を考慮した上で、実験結果に基づいて、下記のようにMn、Sn量を決定している。
[Regarding Mn and Sn]
By setting the Mn and Sn contents within appropriate ranges, the graphitization inhibition effect during the eutectic reaction is reduced and pearlitization during the eutectoid reaction is promoted. For more information, please refer to Figure 4. Figure 4 is quoted from "Inoyama Naoya et al.: Castings 62 (1990) 7." Figure 4 shows the relationship between the content (mass%) of each element and the graphitization time (min). The upper part of Figure 4 shows the graphitization time during the eutectic reaction, indicating that the longer the graphitization time, the greater the degree of graphitization inhibition. The lower part of Figure 4 shows the graphitization time during the eutectoid reaction, indicating that the longer the graphitization time, the more pearlitization is promoted, and the shorter the graphitization time, the more ferritization is promoted. By making the matrix structure entirely pearlite, tensile strength can be improved. In this embodiment, since a hypoeutectic structure is being aimed for, it is preferable to inhibit graphitization, but since a high strength of approximately FC350 is being aimed for, it is preferable to promote pearlitization. From this viewpoint, a high content of Mn and Sn is preferable, but adding more Mn and Sn than necessary is not preferable because it increases the sensitivity of hardness to the cooling rate during solidification, making it more likely that uneven hardness will occur. In this embodiment, the amounts of Mn and Sn are determined as follows based on experimental results and taking the above findings into consideration.

表1のサンプルNo.3,13,24の試験結果から、Mn量が0.75~1.13%の範囲内で良好な結果が得られていることがわかる。サンプルNo.23の試験結果から、Mnのみが高くSn量が低いと、硬さの標準偏差が大きくなることがわかる。サンプルNo.17、19の試験結果から、Sn量が0.03%の程度まで低くなるとMn量が比較的高くても(0.85%)十分な引張強さが得られず、一方で、Mn量が比較的高いのならSn量が0.06%でも良好な特性が得られている。サンプルNo.1,16のようにMn量が低い(0.68%,0.72%)場合は、Sn量が0.06%あるいは0.07%あっても十分な引張強さが得られてない。サンプルNo.8~11の試験結果より、Mn量が0.92~1.04%、Snが0.10%では良好な特性が得られている。サンプルNo.20のようにMn量が0.94%であっても、Sn添加量が0.15%まで高くなると硬さが増して標準偏差が大幅に悪化している。上記のことを考慮して、Mn量は0.75~1.1%とし、Sn量は0.06~0.10%とした。少なくとも、これらのMn量およびSn量の範囲内では、良好な特性が得られている。 The test results for Samples No. 3 , 13, and 24 in Table 1 show that good results were obtained when the Mn content was in the range of 0.75 to 1.13%. The test results for Sample No. 23 show that when the Mn content was high and the Sn content was low, the standard deviation of hardness increased. The test results for Samples No. 17 and 19 show that when the Sn content was as low as 0.03%, sufficient tensile strength was not obtained even with a relatively high Mn content (0.85%). On the other hand, when the Mn content was relatively high, good properties were obtained even with a Sn content of 0.06%. When the Mn content was low (0.68%, 0.72% ), as in Samples No. 1 and 16 , sufficient tensile strength was not obtained even with a Sn content of 0.06% or 0.07% . The test results for Samples No. 8 to 11 show that good properties were obtained with a Mn content of 0.92 to 1.04% and a Sn content of 0.10%. Even when the Mn content is 0.94% as in sample No. 20, when the Sn content is increased to 0.15%, the hardness increases and the standard deviation significantly worsens. Taking the above into consideration, the Mn content is set to 0.75 to 1.1% and the Sn content to 0.06 to 0.10%. At least within these ranges of Mn and Sn content, good properties are obtained.

[Sについて]
上述したMn量0.75~1.1%の範囲では、サンプルNo.3,5,8~11,13,19,24より、S量が0.01%、0.03%のときに、硬さ、引張強さが安定していることがわかる。サンプルNo.6のように(Sn量が少ない状態で)S量のみを増やしても十分な硬さは得られず、標準偏差も大きくなることがわかる。
[About S]
Within the above-mentioned Mn content range of 0.75 to 1.1%, it can be seen from Samples Nos. 3, 5, 8 to 11, 13, 19, and 24 that when the S content is 0.01% or 0.03%, the hardness and tensile strength are stable. It can also be seen from Sample No. 6 that increasing only the S content (when the Sn content is low) does not provide sufficient hardness and the standard deviation also increases.

S量とMn量との関係については既に報告がある(図4を参照)。図4は、「菅野ら 鋳造工学85(2013)7」より引用したものである。図4の上段はMn量と引っ張り強さとの関係をS量毎に示しており、下段はMn量とブリネル硬さとの関係をS量毎に示している。図4のデータはFC350相当材に関するものではなく、それより低強度の片状黒鉛鋳鉄に関するものであるが、傾向としては同じである。MnとSは化合物を作って黒鉛核および共晶セル形成の核になることから、一定の割合で存在することが重要であることは知られている。本実施形態では、まず、Mn量およびSn量を前述した考え方に基づいて定め、決定されたMn量に対して好適なS量を実験結果に基づいて定めている。0.01~0.03%と決定している。Mn量を0.75~1.1%、Sn量を0.06~0.10%としたときに、S量を0.01~0.03%とすることにより良好な特性が得られていることが、表1の実験結果より明らかである。 The relationship between S content and Mn content has already been reported (see Figure 4). Figure 4 is taken from "Kanno et al., Foundry Engineering 85 (2013) 7." The upper part of Figure 4 shows the relationship between Mn content and tensile strength for each S content, while the lower part shows the relationship between Mn content and Brinell hardness for each S content. The data in Figure 4 is not for FC350-equivalent material, but for flake graphite cast iron with lower strength, but the trends are similar. It is known that Mn and S form compounds that serve as nuclei for graphite nuclei and eutectic cell formation, so it is important that they exist in a certain ratio. In this embodiment, the Mn and Sn contents are first determined based on the above-mentioned concept, and then the optimal S content for the determined Mn content is determined based on experimental results. It is determined to be 0.01 to 0.03%. It is clear from the experimental results in Table 1 that when the Mn content is 0.75 to 1.1% and the Sn content is 0.06 to 0.10%, good properties are obtained by setting the S content to 0.01 to 0.03%.

[Crについて]
サンプルNo.2,4の試験結果から、Cr量が0.3%以上になると硬さは得られるが標準偏差が大きくなることがわかる。これはCrを必要以上に添加すると、硬さの凝固時冷却速度感受性が高くなるからである。表1では、サンプルNo.10、13より、Cr量が0.09%、0.19%のときに良好な特性が得られている。このことから、Cr量は0.1~0.2%とした。
[Regarding Cr]
The test results for Samples No. 2 and 4 show that when the Cr content is 0.3% or more, hardness is obtained, but the standard deviation becomes larger. This is because adding more Cr than necessary increases the sensitivity of hardness to the cooling rate during solidification. In Table 1, Samples No. 10 and 13 show that good properties are obtained when the Cr content is 0.09% and 0.19%. For this reason, the Cr content was set to 0.1 to 0.2%.

[Cuについて]
Cuは共晶凝固時のセメンタイト化には影響が少なく、硬さの標準偏差への影響も小さい(この点については図4も参照されたい)。但し、Mn量が一定以上あるとCu添加によってパーライトを安定化させる作用が得られる。表1の試験結果によれば、Cu量が0.4~0.8%で良好な特性が得られている。なお、Cu量がこの範囲内であっても、サンプルNo.25のようにCu量が0.45%程度と比較的低い場合には、Mn量が0.61%(これは0.75~1.1%の範囲外であるが)程度に低くなると、引張強さが327Mpaとかなり低くなる。このことからも、Mn量の下限を0.75%に定めている。なお、Cu量が0.8%以上となっても合金の性能に問題は生じないものと考えられるが、必要以上のCu添加は合金のコストを増大させるため、合理的ではない。上記のことを考慮して、Cu量は0.4~0.8%とした。
[Regarding Cu]
Cu has little effect on cementite formation during eutectic solidification and also has little effect on the standard deviation of hardness (see Figure 4 for this point). However, when the Mn content is above a certain level, Cu addition has the effect of stabilizing pearlite. According to the test results in Table 1, good properties are obtained with a Cu content of 0.4 to 0.8%. Even within this range, when the Cu content is relatively low at approximately 0.45%, as in Sample No. 25, the tensile strength drops significantly to 327 MPa when the Mn content drops to approximately 0.61% (which is outside the 0.75 to 1.1% range). For this reason, the lower limit of the Mn content is set at 0.75 %. Although it is believed that a Cu content of 0.8% or more will not cause any problems with the performance of the alloy, adding more Cu than necessary increases the cost of the alloy and is therefore not reasonable. Taking the above into consideration, the Cu content is set at 0.4 to 0.8%.

上述したように、上記実施形態に係る合金は、合金成分の含有量を適切な範囲に調整することにより、亜共晶組織が得られるようにし、かつ、硬さおよび組織の凝固時冷却速度感受性を低く抑えて、硬さと均一性を向上させている。 As described above, the alloy according to the above embodiment has an appropriate range of alloy component contents, which allows for the formation of a hypoeutectic structure, while also reducing the hardness and the sensitivity of the structure to the cooling rate during solidification, thereby improving hardness and uniformity.

[接種について]
上記実施形態に係る片状黒鉛鋳鉄製品の鋳造にあたっても、接種剤例えばFe-Si系接種剤を用いて、溶湯に接種処理を行うことが好ましい。接種処理としては、公知の処理方法を適宜用いることができる。具体的には例えば、取鍋での置き注ぎ接種、取鍋での表面添加接種を、一次接種として行うことができる。
[About vaccinations]
In casting the flake graphite cast iron product according to the above embodiment, it is also preferable to inoculate the molten metal using an inoculant, for example, an Fe-Si-based inoculant. A known treatment method can be used as appropriate for the inoculant treatment. Specifically, for example, primary inoculation can be performed by pouring the material into a ladle or by adding the material to the surface of the ladle.

取鍋での接種から時間が経過すると、フェーディング現象により接種効果が減少してゆくので、その場合は、掛け堰での注湯流接種、掛け堰内に設置した接種剤による接種等を二次接種として行うことができる。二次接種を行う場合には、例えば溶湯重量に対して0.05~0.10%に相当する量のFe-Si系接種剤を追加で接種することができる。 As time passes after inoculation in the ladle, the inoculation effect decreases due to fading, so in such cases, secondary inoculation can be performed, such as inoculating the molten metal flow at the inlet weir or inoculating using an inoculant installed within the inlet weir. When performing secondary inoculation, an additional Fe-Si-based inoculant can be inoculated in an amount equivalent to, for example, 0.05 to 0.10% of the molten metal weight.

さらには、インモールド接種(鋳型内接種)等の三次接種を行うことができる。インモールド接種を行う場合には、例えば溶湯重量に対して0.05~0.10%に相当する量のFe-Si-Ca系接種剤を追加で接種することができる。 Furthermore, tertiary inoculation such as in-mold inoculation (in-mold inoculation) can be performed. When in-mold inoculation is performed, an additional amount of Fe-Si-Ca-based inoculant can be inoculated, for example, in an amount equivalent to 0.05 to 0.10% of the molten metal weight.

このような二次接種または三次接種により、フェーディングにより低下した接種効果を回復させることが期待できる。 Such secondary or tertiary vaccinations are expected to restore the vaccination effectiveness that has been reduced due to fading.

接種を行うことにより、結晶粒を微細化し、引け巣の大きさを最小化し、引張強さを高めることができる。なお、サンプルNo21,22は接種を行っておらず、その他のサンプルは接種を行っている。例えばサンプルNo.3とサンプルNo.21とを比較すると、後者の方がブリネル硬さの標準偏差が悪化していることがわかる。言い換えれば、適切な接種を行うことにより、鋳造製品全体における硬さが一層均一化されることになる。つまり製品端部と中央部とでは冷却速度の差があるため硬さの差が生じやすいが、適切な接種を行うことにより、その差を小さくすることができる。このことは、工作機械のベッドおよびテーブル等の製造において、機械加工時の切削または研磨に対する抵抗のばらつきを小さくすることができる。 Inoculation can refine the crystal grains, minimize the size of shrinkage cavities, and increase tensile strength. Samples No. 21 and 22 were not inoculated, while the other samples were. For example, comparing Sample No. 3 with Sample No. 21, it can be seen that the latter had a worse standard deviation of Brinell hardness. In other words, proper inoculation can make the hardness of the entire cast product more uniform. While differences in cooling rate tend to occur between the edges and center of a product, proper inoculation can reduce these differences. This can reduce variations in resistance to cutting or polishing during machining, such as in the manufacture of machine tool beds and tables.

Claims (3)

片状黒鉛鋳鉄製品であって、
質量%で、
C:2.9~3.2%
Si:1.1~1.5%
Mn:0.75~1.1%
Cr:0.1~0.2%
Sn:0.06~0.10%
S:0.01~0.03%
Cu:0.4~0.8%
を含むとともに残部Feおよび不可避的不純物からなり、
さらに
CE:3.3~3.6
であり、かつ、
CE≦-0.33×Si+4.26
(但し、CEは、式:CE=C含有量(質量%)+1/3×Si含有量(質量%)により求められる炭素当量である)
を満足する片状黒鉛鋳鉄製品。
A flake graphite cast iron product,
In mass%,
C: 2.9-3.2%
Si: 1.1-1.5%
Mn: 0.75-1.1%
Cr: 0.1-0.2%
Sn: 0.06-0.10%
S: 0.01-0.03%
Cu: 0.4-0.8%
with the remainder being Fe and unavoidable impurities,
Furthermore, CE: 3.3 to 3.6
and
CE≦−0.33×Si+4.26
(where CE is the carbon equivalent calculated by the formula: CE = C content (mass%) + 1/3 × Si content (mass%))
Flake graphite cast iron products that satisfy the above requirements.
取鍋から鋳鉄の溶湯を鋳型内に注湯して前記鋳型内で凝固させる工程と、
前記取鍋で注湯前に一次接種を行う工程と、
前記取鍋での接種を行った後に予め定められた時間が経過した場合に、掛け堰内での二次接種、あるいは掛け堰内での二次接種及び鋳型内での三次接種を行う工程と、
を備えた片状黒鉛鋳鉄製品の製造方法であって、
前記片状黒鉛鋳鉄製品が
質量%で、
C:2.9~3.2%
Si:1.1~1.5%
Mn:0.75~1.1%
Cr:0.1~0.2%
Sn:0.06~0.10%
S:0.01~0.03%
Cu:0.4~0.8%
を含むとともに残部Feおよび不可避的不純物からなり、
さらに
CE:3.3~3.6
であり、かつ、
CE≦-0.33×Si+4.26
(但し、CEは、式:CE=C含有量(質量%)+1/3×Si含有量(質量%)により求められる炭素当量である)
を満足する片状黒鉛鋳鉄製品の製造方法。
A step of pouring molten cast iron from a ladle into a mold and solidifying it in the mold;
a step of performing primary inoculation before pouring into the ladle;
a step of performing a secondary inoculation in the sluice gate, or a secondary inoculation in the sluice gate and a tertiary inoculation in the mold, when a predetermined time has elapsed after the inoculation in the ladle;
A method for manufacturing a flake graphite cast iron product, comprising:
The flake graphite cast iron product is composed of:
C: 2.9-3.2%
Si: 1.1-1.5%
Mn: 0.75-1.1%
Cr: 0.1-0.2%
Sn: 0.06-0.10%
S: 0.01-0.03%
Cu: 0.4-0.8%
with the remainder being Fe and unavoidable impurities,
Furthermore, CE: 3.3 to 3.6
and
CE≦−0.33×Si+4.26
(where CE is the carbon equivalent calculated by the formula: CE = C content (mass%) + 1/3 × Si content (mass%))
A method for manufacturing flake graphite cast iron products that satisfy the above.
前記取鍋での接種を行った後に、前記掛け堰内での二次接種及び前記鋳型内での三次接種が行われ、前記三次接種は、Fe-Si-Ca系接種剤を用いて行われる、請求項2記載の製造方法。 3. The manufacturing method according to claim 2, wherein after the inoculation in the ladle, a secondary inoculation in the sluice gate and a tertiary inoculation in the mold are performed, and the tertiary inoculation is performed using an Fe—Si—Ca-based inoculant.
JP2022122962A 2022-08-01 2022-08-01 Flake graphite cast iron product and its manufacturing method Active JP7766565B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022122962A JP7766565B2 (en) 2022-08-01 2022-08-01 Flake graphite cast iron product and its manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022122962A JP7766565B2 (en) 2022-08-01 2022-08-01 Flake graphite cast iron product and its manufacturing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2024020072A JP2024020072A (en) 2024-02-14
JP7766565B2 true JP7766565B2 (en) 2025-11-10

Family

ID=89854037

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022122962A Active JP7766565B2 (en) 2022-08-01 2022-08-01 Flake graphite cast iron product and its manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7766565B2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008510072A (en) 2004-08-18 2008-04-03 フェデラル−モーグル ブルシャイト ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング High hardness wear resistance Corrosion resistance cast iron
JP2008531848A (en) 2005-03-04 2008-08-14 フェデラル−モーグル フリートベルク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング Redebritic cast iron with high carbide content and uniformly distributed graphite morphology
US20110132314A1 (en) 2009-01-09 2011-06-09 Man Nutzfahrzeuge Ag Cast iron alloy for cylinder heads
JP2014189824A (en) 2013-03-27 2014-10-06 Nippon Piston Ring Co Ltd Component for elevator

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120009172A (en) * 2010-07-22 2012-02-01 현대자동차주식회사 Flat graphite cast iron with excellent tensile strength and cutting property and cylinder block for automobile engine manufactured using the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008510072A (en) 2004-08-18 2008-04-03 フェデラル−モーグル ブルシャイト ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング High hardness wear resistance Corrosion resistance cast iron
JP2008531848A (en) 2005-03-04 2008-08-14 フェデラル−モーグル フリートベルク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング Redebritic cast iron with high carbide content and uniformly distributed graphite morphology
US20110132314A1 (en) 2009-01-09 2011-06-09 Man Nutzfahrzeuge Ag Cast iron alloy for cylinder heads
JP2014189824A (en) 2013-03-27 2014-10-06 Nippon Piston Ring Co Ltd Component for elevator

Also Published As

Publication number Publication date
JP2024020072A (en) 2024-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114058935A (en) Ultralow-temperature ferrite nodular cast iron and preparation method thereof
KR20130087213A (en) High strength flake graphite iron using rare earth element and preparation method thereof
ITMI930305A1 (en) NODULAR CAST IRON AND PROCEDURE FOR OBTAINING NODULAR CAST IRON
JP7766565B2 (en) Flake graphite cast iron product and its manufacturing method
JP4636395B1 (en) Method for producing flake graphite cast iron
JP5282546B2 (en) High-strength, thick-walled spheroidal graphite cast iron with excellent wear resistance
JP5282547B2 (en) High-strength, thick-walled spheroidal graphite cast iron with excellent wear resistance
JP4487257B2 (en) Cold die steel with excellent size reduction characteristics
JP4213901B2 (en) Low thermal expansion casting alloy having excellent hardness and strength at room temperature and low cracking susceptibility during casting, and method for producing the same
EP3358026B1 (en) Spheroidal graphite cast iron excellent in gas defect resistance
JPH09202938A (en) Chrome-molybdenum cast steel with excellent machinability
JPS61143554A (en) Cast iron material for surface hardening
SU1763504A1 (en) Cast iron for sleeves of engine cylinder
EP4428259B1 (en) A method for the modification of primary carbide precipitates in cast iron alloys
KR20130073811A (en) Preparation method of high strength flake graphite iron and flake graphite iron preparaed by the same method, and engine body for internal combustion engine comprising the same
JPS63114936A (en) Low thermal expansion cast iron and its production
JPH06108199A (en) Spheroidal graphite cast iron
JP2007327083A (en) Spheroidal graphite cast iron and method for producing the same
US3253907A (en) High-grade cast iron having improved constancy of shape and volume
JPS63183151A (en) Low-expansion cast iron having excellent machinability
Górny Thin-Wall Gray Iron Castings
JP2987618B2 (en) Improvement of machinability in wear-resistant high chromium cast iron containing ultra-high concentration of Cr
JPS5917184B2 (en) As-cast pearlite terrestrial graphite cast iron
JPH08120396A (en) Pearlitic spheroidal graphite cast iron as cast and its production
KR20230025184A (en) Cgi cast iron having enhanced manufacturability and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20241101

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20241101

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20250331

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20250425

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20250616

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20250912

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20250917

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20251003

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20251028

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7766565

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150