厚肉球状黒鉛鋳鉄の材質に及ぼすMnと溶湯処理の影響

• 資料種別: 博士論文
• タイトル: 厚肉球状黒鉛鋳鉄の材質に及ぼすMnと溶湯処理の影響
• 著者・編者: 藤本, 亮輔
• 著者標目: 藤本, 亮輔
• 出版事項: 岩手大学
• 出版年月日等: 2014
• 出版年（W3CDTF）: 2014
• 掲載ページ: 1-122
• 授与機関名: 岩手大学
• 授与年月日: 2014-09-25
• 報告番号: 甲第248号
• 学位: 博士 (工学)
• 本文の言語コード: jpn
• 対象利用者: 一般
• 一般注記: 近年，自動車の軽量化を目的とした高張力鋼の使用率が増加しており，鋳鉄の鉄原料となるスクラップ鋼中の高張力鋼の量も増加している．高張力鋼は普通鋼に比べてMnを多く含むため鋳鉄中のパーライト安定化元素であるMn量の増加により，延性を必要とするフェライト系球状黒鉛鋳鉄においては伸びの低下や加工性の低下が懸念される．近年になって硫化物，酸化物の添加，空気バブリングによるMn除去技術や希土類元素添加によるMn無害化の研究が行われているが，その多くはコスト面，環境面で実用に至っていない．多くの場合，低Mn量の銑鉄による希釈でMn量を調整しているが，希釈量が増加すればコストも増加する．そのため，厚肉球状黒鉛鋳鉄の材質に及ぼすMnの影響を明らかにすると共に対策を検討する必要がある.しかし，厚肉球状黒鉛鋳鉄の機械的性質，組織に及ぼすMnの影響と溶湯処理による組織，機械的性質に関する報告は見当たらない．本研究では，厚肉球状黒鉛鋳鉄の材質に及ぼすMn量，冷却速度，接種，RE量の影響について調べることを目的とした．第1章では研究の背景と目的を記述した．第2章では本研究の基礎となるMn量と肉厚について組織と機械的性質を調査した．Mn量0.3%から1.5%まで増加し，試験片の厚肉は厚肉機械部材の肉厚構成をもとに変化させた．実験に用いた試験片寸法と冷却速度は100×100×500mmが0.22K/s，300×300×500mmが0.12K/s，500×500×500mmが0.08K/sである．冷却速度0.12K/s以下の試料は，Mn量0.9%以上で最終凝固部にMnが濃化し粗大なセメンタイトが形成した．黒鉛形態は冷却速度の影響を受け，引張強さは厚肉化によって冷却速度が0.22K/sになると黒鉛粒の粗大化に伴う黒鉛球状化率の低下と結晶粒の粗大化により低下した．特にMn量が増加するほどその影響が大きくなり，冷却速度が0.12K/s以下では黒鉛粒，結晶粒の粗大化と最終凝固部の粗大なセメンタイトの存在が引張強さ，伸びを低下させた．伸びは黒鉛形態と結晶粒径の影響に加えMn量増加によるパーライト面積率の増加と最終凝固部の粗大なセメンタイトの存在が複合的に影響して低下すると考えられる．硬さへの黒鉛形態の影響は小さく，Mn量，肉厚化で変化するパーライト面積率が影響する．第3章では第2章で得られた結果から組織，機械的性質に大きな影響を与えるMn量0.9％で冷却速度（肉厚）を変化させ，組織，機械的性質に及ぼす後期接種の影響について調査した．マクロ組織観察から肉厚が増加し冷却速度が小さい試料のパーライト組織の塊が大きくなる．後期接種を行うことでパーライト組織は減少し，冷却速度が小さい試料のパーライト組織の塊も小さくなる．後期接種によってMn量0.9％，冷却速度0.12K/s以下の試料において最終凝固部の粗大なセメンタイトはほぼ無くなり，パーライト面積率が低下し黒鉛粒数，結晶粒数が増加した．しかし，後期接種により冷却速度0.12K/s以下の試料にはチャンキー黒鉛が晶出した．そのため引張強さ，伸びは後期接種によって冷却速度0.22K/sでは増加するが，冷却速度0.12K/s以下では大きく増加しなかった．第3章で後期接種を行っても冷却速度が0.12K/s以下になるとチャンキー黒鉛晶出により引張強さ，伸びが大きく増加しなかった．そこで，第4章ではチャンキー黒鉛晶出に大きな影響を及ぼすREに着目し，厚肉球状黒鉛鋳鉄の組織と機械的性質に及ぼすMnとREの影響を調査した．RE量は第2章，第3章の200ppmに対して20ppmに低下させた．パーライト面積率はRE量減少により低下し，黒鉛粒数，黒鉛球状化率は増加してチャンキー黒鉛は晶出しなかった．その結果，RE量低減により引張強さ，伸びが増加し，Mn量増加に対してRE量20ppmにすることで安定した機械的性質が得られた．第5章ではMn量0.3％で後期接種無し（RE量200ppm），Mn量0.6％でRE量を20ppmにした後期接種有りの条件で，実機を模擬した1500×1500×400㎜（6500㎏）鋳造品の組織と機械的性質を評価した．RE量20ppmで後期接種有りの試料はMn量0.6%であってもパーライト面積率が10%以下で，黒鉛球状化率が80％程度まで増加した．その結果，Mn量0.3％で後期接種無しの試料が引張強さ:360MPa，伸び:9%を示したのに対してMn量0.6%でRE量を低減した後期接種有りの試料では引張強さ:380MPa，伸び:12%と高い値を示した．第6章では第2章から第5章までの結論を総括し，本論文の目的に対する結論を述べた．本研究で厚肉球状黒鉛鋳鉄におけるMn量増加による機械的性質低下の組織的要因を特定し，後期接種，RE量低減の組織，機械的性質への影響を検証した．後期接種とRE低減によって黒鉛粒，結晶粒の粗大化，粗大セメンタイト形成は抑制されMn量増加前の機械的性質を維持できることを確認した．
• DOI: 10.15113/00010409
• 記録形式（IMT）: application/pdf
• オンライン閲覧公開範囲: インターネット公開
• 連携機関・データベース: 国立情報学研究所 : 学術機関リポジトリデータベース（IRDB）（機関リポジトリ）; https://irdb.nii.ac.jp
• 提供元機関・データベース: 岩手大学 : 岩手大学リポジトリ

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