黑心可锻铸铁及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种与现有技术相比能够大幅缩短石墨化所需的时间的黑心可锻铸铁及其制造方法。上述黑心可锻铸铁具有铁素体基质和包含于所述基质中的块状石墨，并含有如下(i)及(ii)中的至少一方：(i)0.0050质量％以上且0.15质量％以下的铋及0.020质量％以上的锰；(ii)0.0050质量％以上且1.0质量％以下的铝及0.0050质量％以上的氮，并且，所述基质的结晶粒度以通过金属组织照片与结晶粒度标准图的比较而数值化的粒度编号计为8.0以上且10.0以下。

Black center malleable iron and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】黑心可锻铸铁及其制造方法
本专利技术涉及黑心可锻铸铁及其制造方法。
技术介绍
铸铁根据碳的存在形态，可分为片状石墨铸铁、球状石墨铸铁及可锻铸铁等。可锻铸铁还可进一步分为白心可锻铸铁、黑心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁等。作为本专利技术的对象的黑心可锻铸铁也被称为展性铸铁，具有石墨分散存在于由铁素体构成的基质中的形态。黑心可锻铸铁与片状石墨铸铁相比机械强度优异，并且由于基质为铁素体，因此韧性也优异。因此，黑心可锻铸铁作为构成需要机械强度的汽车部件或管接头等的材料而被广泛使用。在片状石墨铸铁和球状石墨铸铁中，在铸造后的冷却过程中，片状或球状的石墨(graphite)析出。与此相对，在黑心可锻铸铁中，铸造、冷却后的铸件中的碳以作为与铁的化合物的渗碳体(Fe3C)的形态存在。其后，通过将铸件加热并保持在720℃以上的温度，渗碳体被分解，从而石墨析出。在本说明书中，以下将通过热处理使石墨析出的工序称为“石墨化”。黑心可锻铸铁的石墨化需要极长的时间。石墨化存在有第一阶段石墨化和第二阶段石墨化，第一阶段石墨化是在900℃以上的温度下分解在奥氏体中游离的渗碳体，第二阶段石墨化在第一阶段石墨化后实施，是在720℃左右的温度下分解珠光体中的渗碳体。由于第一阶段石墨化及第二阶段石墨化均伴有基质中的碳的扩散和石墨的析出过程，所以一般需要数小时至数十小时。该长时间的石墨化是增加黑心可锻铸铁的制造成本的原因。出于缩短石墨化所需的时间的目的，一直以来研究了各种方法。第一方法是通过调节黑心可锻铸铁的成分或者添加新的添加元素，从而缩短石墨化所需的时间的方法。例如，在专利文献1中，记载了将作为促进石墨化的元素的硅的含量调整得比通常的量多，并且在铸造前的熔融金属中添加混合稀土金属的黑心可锻铸铁的制造方法。根据该制造方法，通过混合稀土金属的添加而防止在铸造后即刻的冷却过程中的片状石墨的生成，并且能够将第一阶段石墨化缩短至2小时，将第二阶段石墨化缩短至4小时。第二方法是在进行石墨化之前，在比石墨化所需的温度低的温度下进行热处理的方法。例如，在专利文献2中，记载了通过在100℃至400℃的低温范围内进行至少10小时的热处理，从而与现有技术相比能够缩短石墨化所需的时间。另外，在专利文献3中，记载了通过第二方法能够缩短第一阶段石墨化及第二阶段石墨化所需的时间、进行石墨化后的石墨的粒径比现有技术小且颗粒数增加。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特公昭46-17421号公报专利文献2：美国专利第2227217号说明书专利文献3：美国专利第2260998号说明书非专利文献非专利文献1：“钢-结晶粒度的显微镜试验方法”，日本工业标准JISG0551，一般财团法人日本规格协会，2013年1月21日修订
技术实现思路
专利技术所要解决的问题在上述第一方法中，由于增加了促进石墨化的硅的含量，因此根据铸模的形状、铸造后即刻的冷却速度等冷却条件，在铸造时及其后的冷却过程中容易生成被称为“斑点”的片状石墨。在铸造时所生成的斑点不会因后续的热处理而消失，成为致使黑心可锻铸铁的机械强度降低的原因。因此，第一方法存在以工业规模实施时风险大的课题。在上述第二方法中，在比石墨化所需的温度低的温度下进行的热处理所需的时间长至8小时到10小时左右。因此，将新进行的热处理与以往的石墨化相加的合计热处理时间并不一定缩短。因此，存在不能大幅削减热处理所需的制造成本的课题，所以第二方法也并未广泛普及。本专利技术鉴于上述各课题而作，其目的在于，提供一种能够大幅缩短黑心可锻铸铁的石墨化所需的合计热处理时间，并且没有在铸造时产生斑点的危险性，能够进行稳定的操作的黑心可锻铸铁及其制造方法。用于解决问题的手段本专利技术在第一实施方式中为一种黑心可锻铸铁，其具有铁素体基质和包含于基质中的块状石墨，并含有以下(i)和(ii)中的至少一方：(i)0.0050质量％以上且0.15质量％以下的铋及0.020质量％以上的锰；(ii)0.0050质量％以上且1.0质量％以下的铝及0.0050质量％以上的氮，并且，所述基质的结晶粒度以通过金属组织照片与结晶粒度标准图的比较而数值化的粒度编号计为8.0以上且10.0以下。在如上所述含有给定量的铋和锰、或者含有给定量的铝和氮的情况下，块状石墨容易分散存在于基质的晶粒边界的位置处，容易形成基质的结晶粒度以粒度编号计为8.0以上且10.0以下的金属组织。在优选的实施方式中，在本专利技术所涉及的黑心可锻铸铁中，所述块状石墨分散存在于所述基质的晶粒边界的位置处。由于块状石墨分散存在于所述基质的晶粒边界的位置处，从而阻碍基质的晶粒边界的移动和晶粒生长，因此，与现有的黑心可锻铸铁相比，能够使基质的结晶粒径微细化。石墨化工序中的碳原子的扩散所引起的移动距离最长也就是从基质的晶粒的中心到晶粒边界的位置处的长度。结果，能够将石墨化所需的热处理时间缩短为例如3小时以下。在优选的实施方式中，本专利技术所涉及的黑心可锻铸铁的所述块状石墨的平均粒径为10微米以上且40微米以下。另外，在优选的实施方式中，本专利技术所涉及的黑心可锻铸铁的每1平方毫米截面积的所述块状石墨的颗粒数为200个以上且1200个以下。在优选的实施方式中，本专利技术所涉及的黑心可锻铸铁含有2.0质量％以上且3.4质量％以下的碳、0.5质量％以上且2.0质量％以下的硅、以及作为余量的铁和不可避免的杂质。在更优选的实施方式中，含有2.5质量％以上且3.2质量％以下的碳、1.0质量％以上且1.7质量％以下的硅。在优选的实施方式中，本专利技术所涉及的黑心可锻铸铁还含有大于0质量％且0.010质量％以下的硼。本专利技术在第二实施方式中为一种黑心可锻铸铁的制造方法，其具有：铸造铸件的工序，所述铸件含有2.0质量％以上且3.4质量％以下的碳、0.5质量％以上且2.0质量％以下的硅、以下(i)和(ii)中的至少一方以及作为余量的铁和不可避免的杂质：(i)0.0050质量％以上且0.15质量％以下的铋以及0.020质量％以上的锰，(ii)0.0050质量％以上且1.0质量％以下的铝以及0.0050质量％以上的氮；在275℃以上且425℃以下的温度下对所述铸件进行预加热的工序；以及在所述预加热之后，在高于680℃的温度下使所述铸件石墨化的工序。在优选的实施方式中，在本专利技术所涉及的黑心可锻铸铁的制造方法中，所述铸件还含有大于0质量％且0.010质量％以下的硼。在优选的实施方式中，在本专利技术所涉及的黑心可锻铸铁的制造方法中，在所述预加热的工序中，在275℃以上且425℃以下的温度下对所述铸件进行预加热的时间为30分钟以上且5小时以下。在优选的实施方式中，在本专利技术所涉及的黑心可锻铸铁的制造方法中，在所述石墨化的工序中，在高于680℃的温度下使所述铸件石墨化的时间合计为1小时以上且6小时以下。在优选的实施方式中，在本专利技术所涉及的黑心可锻铸铁的制造方法中，所述石墨化的工序包括：第一阶段石墨化，在大于900℃的温度下进行加热；以及第二阶段石墨化，开始温度为720℃以上且800℃以下，并且结束温度为680℃以上且720℃以下。专利技术效果根据本专利技术所涉及的黑心可锻铸铁及其制造方法，在铸造的工序中不会生成斑点，并且在石墨化工序中能够缩短石墨的扩散所引起的移动距离。结果，能够大幅缩短将预加热和石墨化加在一起本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种黑心可锻铸铁，其具有铁素体基质和包含于所述基质中的块状石墨，并含有以下(i)和(ii)中的至少一方：(i)0.0050质量％以上且0.15质量％以下的铋以及0.020质量％以上的锰；(ii)0.0050质量％以上且1.0质量％以下的铝以及0.0050质量％以上的氮，并且，所述基质的结晶粒度以通过金属组织照片与结晶粒度标准图的比较而数值化的粒度编号计为8.0以上且10.0以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.27 JP 2017-0616801.一种黑心可锻铸铁，其具有铁素体基质和包含于所述基质中的块状石墨，并含有以下(i)和(ii)中的至少一方：(i)0.0050质量％以上且0.15质量％以下的铋以及0.020质量％以上的锰；(ii)0.0050质量％以上且1.0质量％以下的铝以及0.0050质量％以上的氮，并且，所述基质的结晶粒度以通过金属组织照片与结晶粒度标准图的比较而数值化的粒度编号计为8.0以上且10.0以下。2.根据权利要求1所述的黑心可锻铸铁，其中，所述块状石墨分散存在于所述基质的晶粒边界的位置处。3.根据权利要求1或2所述的黑心可锻铸铁，其中，所述块状石墨的平均粒径为10微米以上且40微米以下。4.根据权利要求1～3中任一项所述的黑心可锻铸铁，其中，每1平方毫米截面积的所述块状石墨的颗粒数为200个以上且1200个以下。5.根据权利要求1～4中任一项所述的黑心可锻铸铁，其中，所述黑心可锻铸铁含有2.0质量％以上且3.4质量％以下的碳、0.5质量％以上且2.0质量％以下的硅、以及作为余量的铁和不可避免的杂质。6.根据权利要求5所述的黑心可锻铸铁，其中，所述黑心可锻铸铁含有2.5质量％以上且3.2质量％以下的碳、1.0质量％以上且1.7质量％以下的硅。7.根据权利要求5或6所述的黑心可锻铸铁，其中，所述黑心可锻铸铁还含有大于0质量％...

【专利技术属性】
技术研发人员：后藤亮，深谷刚千，松井博史，松浦健太，
申请(专利权)人：日立金属株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP