[发明专利]黑心可锻铸铁及其制造方法

说明书

本实施方式的黑心可锻铸铁具有铁素体基质和基质中所含的块状石墨，以质量比计含有50ppm以上且100ppm以下的硼和65ppm以上且200ppm以下的氮，并且，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。

技术领域

本发明涉及黑心可锻铸铁及其制造方法。

背景技术

作为铁系材料的总称表示的铸铁可以根据碳的存在形态分类为片状石墨铸铁、球墨铸铁和可锻铸铁等。可锻铸铁可以进一步分类为白心可锻铸铁、黑心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁等。

本发明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，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、管接头等的材料而被广泛使用。

在片状石墨铸铁和球墨铸铁中，在铸造后的冷却过程中析出片状或球状的石墨(graphite)。与此相对，在黑心可锻铸铁中，在铸造后进行冷却而得到的铸铁中的碳以作为与铁的化合物的渗碳体(Fe₃C)的形态存在。然后，通过将铸铁加热至720℃以上的温度并保持，从而渗碳体被分解而石墨析出。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”。另外，在本说明书中，将铸造后且石墨化前的制品(中间品)称为“铸铁”或“石墨化前的铸铁”，将石墨化后的材料(包括最终制品)称为“黑心可锻铸铁”。例如从提高机械强度的观点出发，黑心可锻铸铁中所含的渗碳体优选尽量少。

黑心可锻铸铁的制造工序中的铸铁的石墨化需要极长的时间。石墨化有将游离在奥氏体中的渗碳体在900℃以上的温度下分解的第一阶段石墨化、和在第一阶段石墨化之后实施且将珠光体中的渗碳体在720℃左右的温度下分解的第二阶段石墨化。第一阶段石墨化和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，因此通常需要数小时至数十小时。该长时间的石墨化成为使黑心可锻铸铁的制造成本增大的原因。

为了缩短石墨化所需的时间，一直以来研究了各种方法。例如，专利文献1中记载了通过将作为促进石墨化的元素的硅的含量调整为比通常的量多，能够缩短石墨化所需的时间。专利文献2中记载了：通过在100℃～400℃的低温范围内进行至少10小时的热处理，从而与以往相比能够缩短石墨化所需的时间。

在本申请人在先申请的专利文献3中记载了一种黑心可锻铸铁和黑心可锻铸铁的制造方法，该黑心可锻铸铁包含铋和锰以及选自铝和氮中的至少一者，基质的结晶粒度以粒度编号计为8.0以上且10.0以下，该黑心可锻铸铁的制造方法具有将包含上述添加元素的铸铁在275℃以上且425℃以下进行预加热后进行石墨化的工序。专利文献3中记载的黑心可锻铸铁由于基质的晶粒微细，所以与现有技术相比能够大幅缩短石墨化所需的时间。另外，记载了在对石墨化前的铸铁实施预加热的情况下，与不实施预加热的情况相比，能够容易地形成晶粒微细的金属组织。

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：国际公开第2018/180424号

发明内容

发明要解决的课题

在上述专利文献1所记载的方法中，由于增加了促进石墨化的硅的含量，所以根据铸模的形状、刚铸造后的冷却速度和其他冷却条件，容易生成具有在铸造时及其后的冷却过程中结晶的石墨(结晶石墨)的被称为“斑点”的金属组织。铸造时生成的结晶石墨不会因之后的热处理而消失，成为使黑心可锻铸铁的机械强度降低的原因。上述专利文献2中记载的方法中，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小时至10小时左右。因此，新进行的热处理与以往的石墨化的合计热处理时间未必变短。