JP2000508061A - 鋳物鋳鉄の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は熱分析段階を用いてＣＶ黒鉛鋳鉄を製造する方法に関するものであり、この方法においてａ）１個または２個のサンプル容器が用いられ、このサンプル容器の内面の一部分は溶解した元素マグネシウムの濃度を低下させる物質でコーティングされており、一部分は比較的不活性のコーティング層でコーティングされており、かつｂ）少なくとも３個の温度感応性の手段が用いられ、そのうちの少なくとも１個は容器の中心に配置され、少なくとも１個は溶解した元素マグネシウムのレベルに影響を与えるコーティング層に近接して配置され、少なくとも１個は比較的不活性のコーティング層に近接して配置される。

Description

【発明の詳細な説明】 鋳物鋳鉄の製造方法 鋳造業においては、特定の合金溶湯が、どのような構造をとって凝固するかを 判定できることが望ましい。このような判定を実施する一つの方法は溶湯の熱分 析を行うことである。少量の合金溶湯のサンプルが採取され、凝固するにまかせ られる。この過程中に、時間の関数として温度が測定される。次いで、得られた 冷却曲線と、その時間導関数を参照曲線と比較することによって、構造が判定さ れる。このような熱分析の方法は例えばＷＯ８６／０１７５５、ＷＯ９１／１３ １７６、およびＷＯ９２／０６８０９に開示されている。 上述した方法において、金属溶湯のサンプルはサンプル容器を金属溶湯の中に 沈めることによって採取され、その後、サンプルは凝固するにまかせられる。熱 分析は温度感応性の手段、通常は２個の熱電対を用いて行われる。前記手段のう ちの１個は容器の中心に置かれ、他の１個は容器壁の近傍に置かれる。 ＷＯ９２／０６８０９による方法においては、内面を反応性を有する壁でコー ティングしたサンプル容器が用いられる。反応性コーティング層はシリコン、マ ンガン、鉄および／またはナトリウムの酸化物からなり、サンプルとして採取さ れた鉄の中の活性マグネシウムと反応して、サンプル容器の壁際の領域における 活性マグネシウムのレベルを低下させる。 ＷＯ９２／０６８０９によるコーティングされたサンプル容器を用いることに よって、ＷＯ８６／０１７５５に代表される技術状況に比較して、より正確な凝 固構造の予測を行うことができる。とりわけ、壁の近傍の領域におけるマグネシ ウムの消費は、鋳造期間中のマグネシウムの自然の損失をシミュレートして、マ グネシウム損失に対する予測的な警告を与える。このような特徴が、ＣＶ黒鉛鋳 鉄の信頼性ある製造に欠くことができないものである一方、さらに精度を高める ことが非常に重要である。 発明の概要 ２個の代わりに少なくとも３個の、温度感応性の手段を用いることにより、か つ内面の一部が、溶解した元素マグネシウムの濃度を低くする物質でコーティン グされ、内面の残りの一部が不活性な、あるいは反応性のない物質（例えばアル ミナおよびジルコンの酸化物）でコーティングされているか、あるいはサンプル 容器自身が非反応性である（石英または鋼）ようなサンプル容器を用いることに よって、溶融鋳鉄の凝固構造予測の精度をさらに高めることが可能であることが 、今や明らかになった。別法として、１個の容器が反応性の層でコーティングさ れ、他の１個が実質的に不活性または非反応性であるか、または不活性または非 反応性の物質でコーティングされているような、別々の２個のサンプル容器が、 本発明の方法に用いられてもよい。適当な温度感応性手段は熱電対または高温測 定法的手段である。 分析されるべき溶融鋳鉄のサンプルが採取され、前記の、部分的に反応性およ び非反応性のコーティング層でコーティングされたサンプル容器に注がれる。少 なくとも１個の温度感応性手段はサンプル容器の中心に置かれ、少なくとも１個 の手段は反応性のコーティングが施された内面の近傍に置かれ、少なくとも１個 の手段は非反応性のコーティングが施された内面の近傍に置かれる。次いで、各 々の前記温度感応性手段は、凝固過程に亙って溶湯の温度を、時間の関数として 記録するのに用いられる。次いで、得られた曲線は凝固した鋳鉄サンプルの構造 を判定するために評価される。 発明の詳細な説明 添付した図面を参照しつつ本発明をより詳細に説明する。図面は以下の通りで ある。 第１図は、ＷＯ８６／０１７５５による方法で得られる典型的な冷却曲線を開 示している。 第２図は、黒鉛球状化度をマグネシウムの百分率の関数として図示している。 このグラフにおいて、黒鉛球状化度０％は完全なＣＶ黒鉛鋳鉄（ＣＧＩ）に相当 し、１００％は完全な球状黒鉛鋳鉄（ＳＧＩ）に相当する。また０％より低い黒 鉛球状化度の値はねずみ鋳鉄に関係する。実際は、黒鉛球状化度０％は１００％ ＣＶ黒鉛鋳鉄に相当し、この軸の底部が１００％片状ねずみ鋳鉄に相当する。 第３図は、本発明によって得られた冷却曲線を示している。 第４図は、本発明による方法に用いられ得る、３個の熱電対を備えたサンプル 容器の例を開示している。 すでに述べたように、溶融鋳鉄がどのような構造をとって凝固するかを予測す るＷＯ８６／０１７５５による方法は、２個の熱電対を用いている。そのうちの １個はサンプル容器の中心に、他の１個は容器壁の近傍に配置される。これらの 別々の２個の熱電対は第１図に図示されるように、明瞭に異なる２本の冷却曲線 を与える。 これらの曲線の重要な点は、ＷＯ８６／０１７５５において適切に説明されて いる。冷却曲線の解釈についてのもう一つの考え方が、ＷＯ９２／０６８０９に 教示されている。この場合は、サンプル容器壁の上の反応性コーティング層が溶 湯中のマグネシウムを消費し、壁際の領域で溶湯をねずみ鋳鉄として凝固させる 。ねずみ鋳鉄の片状黒鉛の成長と沈降によって放出された潜熱は正常な壁際の冷 却曲線に「偏向」を生じさせる。ねずみ鋳鉄／ＣＶ黒鉛鋳鉄（ＣＧＩ）の遷移、 および「偏向された」壁際の冷却曲線は、第２図と第３図に、それぞれ図示され ている。 すでに言及したように、第２図は球状黒鉛鋳鉄（ＳＧＩ）およびねずみ鋳鉄の 量を、それぞれマグネシウム（組織改良材）のレベルの関数として示している。 もし溶湯の組成が点Ａにあれば、ＷＯ９２／０６８０９が教示するような壁際で の０．００３％のＭｇ減少は、壁の近傍の溶湯が組成Ｂに到達する結果をもたら すが、これは依然としてＣＧＩの高原部分にあるから、壁際の冷却曲線には（第 １図に示されるように）偏向は現れない。しかしながら初期の溶湯組成が点Ｃに あれば、同じ０．００３％の壁際でのＭｇ減少は結果として、壁の近傍の領域に おける片状黒鉛鋳鉄の形成（点Ｄ）をもたらす。 ＷＯ８６／０１７５５およびＷＯ９２／０６８０９で言及された全ての測定点 は、重要な情報を与える点であることが分かった。ＷＯ８６／０１７５５で言及 されているデータ点の一つは、壁際の冷却曲線において共晶による再輝現象に先 だって現れる温度の極小点、いわゆるＴｖである。しかしながら片状黒鉛の生成 に基づく壁際反応が存在する場合には、壁際の冷却曲線上の温度の極小点は薄片 生成過程で放出される潜熱によって変化を受けるか、または「隠蔽」されてしま う。 第３図は、同じ溶融ＣＶ黒鉛鋳鉄（ＣＧＩ）のサンプルについて、壁際反応の 有る場合および無い場合において、同時にかつ制御された条件下に測定された３ 本の冷却曲線の例を示している。ＷＯ９２／０６８０９に記載されているような 壁際反応を保証するために、１個のサンプルカップは３％の硫黄溶液でコーティ ングされたのに対し、他方のサンプルカップはより反応性の低いコーティングが 施された。３本の冷却曲線について、第３図中の符号にしたがってより詳細に説 明するが、その符号は次の通りである： Ｔａ３％ ３％硫黄の壁コーティングを有するサンプルカップの中心熱電対。 Ｔｂ３％ ３％硫黄の壁コーティングを有するサンプルカップの壁際熱電対。 Ｔｂ１％ １％硫黄の壁コーティングを有するサンプルカップの壁際熱電対。 第３図は通常の中心熱電対の冷却曲線と、２本の異なる壁際冷却曲線を明瞭に 示している。３％硫黄コーティング層の近傍の熱電対は典型的で明瞭な壁際反応 を示し、この反応は点Ａ（約６０秒、１１４３℃）に始まって点Ｂ（約１００秒 、１１４４℃）まで継続している。冷却曲線におけるこのような「移動」の最終 的な結果は、壁際反応が存在する場合において、壁際冷却曲線上の温度極小点が 約２．５℃高くなる、ということである。このことは製造の観点からは非常に重 要である。なぜならば、ＷＯ８６／０１７５５によれば、測定された過冷却にお ける２．５℃の差は、過度の黒鉛球状化を避けるため（−０．５ｋｇ／トン）、 あるいは炭化物形成を避けるため（＋０．５ｋｇ／トン）のトン当たり＋／−０ ．５ｋｇの接種剤所要量に相当し得るからである。 上述した方法で３個の温度感応性手段を用いることは予期しない利点を与える 。第一に、本発明は二つの明確に異なる種類の情報を集めることを可能にする。 ＷＯ８６／０１７５５は、ＣＧＩ仕様の枠に留まるために、溶融鉄中のマグネシ ウムと接種剤の含量を同時に調節することの重要性を教示している。本発明は両 方の値（接種剤の効率とねずみ鋳鉄への近さ）を正確に測定することを可能にす るばかりでなく、接種効率を測定する能力を犠牲にすることなく、コーティング 層を極端に反応性（ＷＯ９２／０６８０９におけるような被還元性酸化物ではな く、硫黄を含む）にすることをも可能にする。このことは、例えば長い注湯時間 （小 型の鋳物）や、長い凝固時間（大型の鋳物）を有する部品を鋳造する場合に、Ｍ ｇ損失をシミュレートするために反応性の極めて高いコーティング層を使用する ことを可能にする。これは従来、ＷＯ９２／０６８０９による方法では、造核能 力測定に対する悪影響のために、不可能であったものである。 第４図は本発明の方法に使用され得るサンプル容器を開示している。るつぼ（ ８）の壁の内側は、下記の物質で部分的にコーティングされている。 Ｉ ０〜５％の硫黄、０〜１０％のシリコン、マンガンまたは鉄の酸化物、 または０〜０．５％のカリウムまたはナトリウムの酸化物を含む反応性 のコーティング層（１０）。 II アルミニウムまたはジルコニウムの酸化物のような比較的不活性のコー ティング層（９）。 ３個の熱電対の１個（１）をるつぼ（８）の中心に、１個（２）を反応性のコー ティング層（２）に近接して、残りの１個（３）を比較的に不活性のコーティン グ層（９）に近接して配置された３個の熱電対（１、２、３）は、セラミック性 のプラグ（５）に固定され、厚紙製のチューブ（６）のなかに保持される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 33/20 Ｇ０１Ｎ 33/20 Ｄ Ｂ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．鋳鉄溶湯の組成を調整および補正する必要がある密集形態の黒鉛結晶を含有 する種類の鋳鉄鋳物の製造に関する方法であって、 該方法は、鋳鉄溶湯を準備し、この溶湯に組織改良材および造核剤を経験上、 直接凝固したときに完全なＣＶ黒鉛鋳鉄を得るに十分なだけの量で添加すること を含み、 溶湯のサンプルはサンプル容器に採取され、該サンプル容器はその内壁の一部 が、その近傍の溶湯中の溶融した元素マグネシウムの濃度を少なくとも０．００ ３％または他の改良剤を相当する百分率で低下させるような物質でコーティング され、他の一部が、溶湯中の溶解した元素マグネシウムのレベルに影響を及ぼさ ない、比較的不活性な物質でコーティングされており、 該方法はさらに、温度感応性手段によって指示された温度を記録することと、 こうして記録された冷却曲線から知られている方法によって溶湯の特性を評価す ることと、鋳造工程において必要とされる注湯および凝縮の全時間を通じて密集 した黒鉛結晶が形成されるように造核剤およびマグネシウムの含量またはその他 の改良剤の含量を補正することとを含む方法において、 少なくとも３個の温度感応性手段を用い、そのうちの少なくとも１個が容器の 中心に配置され、少なくとも１個が溶解した元素マグネシウムのレベルに影響す るコーティング層に近接して配置され、少なくとも１個が不活性のコーティング 層に近接して配置され、かつ前記温度感応性手段を溶湯と熱的平衡に至らせるこ とを特徴とする鋳鉄鋳物の製造方法。 ２．鋳鉄溶湯の組成を調整および補正する必要がある密集形態の黒鉛結晶を含有 する種類の鋳鉄鋳物の製造に関する方法であって、 該方法は、鋳鉄溶湯を準備し、この溶湯に組織改良材および造核剤を経験上、 直接凝固したときに完全なＣＶ黒鉛鋳鉄を与えるのに十分なだけの量で添加する ことと、溶湯のサンプルを採取することと、温度感応性手段によって指示された 温度を記録することと、こうして記録された冷却曲線から知られている方法によ って溶湯の特性を評価することと、鋳造工程において必要とされる注湯および凝 縮の全時間を通じて密集した黒鉛結晶が形成されるよう造核剤およびマグネシウ ムの含量またはその他の改良剤の含量を補正することと、からなる方法において 、採取されたサンプルは２個のサンプル容器に注がれ、そのうちの１個の容器は その内壁の一部が、その近傍の溶湯において、溶解した元素マグネシウムを少な くとも０．００３％、または他の改良剤を相当する百分率で低下させるような物 質でコーティングされ、他の容器は溶湯中の溶解した元素マグネシウムのレベル に影響を及ぼさない比較的不活性な物質で部分的にコーティングされ、少なくと も３個の温度感応性手段を用い、そのうちの少なくとも１個が容器の中心に配置 され、少なくとも１個が溶解した元素マグネシウムのレベルに影響するコーティ ング層に近接して配置され、少なくとも１個が不活性のコーティング層に近接し て配置され、かつ前記温度感応性手段を溶湯と熱的平衡に至らせることを特徴と する鋳鉄鋳物の製造方法。 ３．溶解した元素マグネシウムのレベルに影響するコーティング層が０〜５％の 硫黄、０〜１０％のシリコン、マンガン、または鉄の酸化物、および／または０ 〜０．５％のカリウムおよびナトリウムの酸化物からなることを特徴とする請求 項１または請求項２記載の鋳鉄鋳物の製造方法。 ４．溶解した元素硫黄のレベルに影響するコーティング層が３〜５％の硫黄から なることを特徴とする請求項３記載の鋳鉄鋳物の製造方法。 ５．温度感応性手段が熱電対であることを特徴とする、先行する請求項のいずれ かに記載の鋳鉄鋳物の製造方法。 ６．温度感応性手段が高温測定法を実施する手段であることを特徴とする請求項 １〜５のいずれかに記載の鋳鉄鋳物の製造方法。