片状石墨铸铁及其制造方法技术

公开了无需特别使用密铈合金、耐磨损性和加工性优良、适用于内燃机引擎零部件的片状石墨铸铁及其制备方法。特别是公开了这样的片状石墨铸铁，其含有以不具有方向性而无序且均匀分布的形式存在的Ａ型石墨，其特征化学组成按质量百分比计，含有：Ｃ：２．８质量％－４．０质量％，Ｓｉ：１．２质量％－３．０质量％，Ｍｎ：１．１质量％－３．０质量％，Ｐ：０．０１质量％－０．６质量％，及Ｓ：０．０１质量％－０．３０质量％，剩余部分由Ｆｅ及不可避免的杂质组成，所述Ｍｎ含量相对于所述Ｓ含量的比（Ｍｎ／Ｓ）为３－３００范围。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及适用于内燃机引擎零部件等的，尤其实现了不使用混合稀土金属等的高强度且切削性等加工性优良的铸铁的廉价制造方法。
技术介绍
—直以来，为寻求内燃机引擎零部件的高强度、加工稳定性及低成本化，进行了各 种研究。例如，由于活塞环需要在内周面滑动以保持气密性，所以气缸套和活塞环等的引擎 零部件需要较强的耐磨损性和耐划伤性， 一直以来，都是使用含有分散有石墨和碳化物组 织的特殊合金铸铁。添加有钼等合金元素的特殊合金铸铁，是一种高强度铸铁，但是，这种 特殊的合金铸铁存在加工性差、縮短加工刀具的使用寿命、增大加工成本的问题。此外，由 于需要添加多种贵重的合金元素，也存在导致制备成本增加的问题。 此外，从资源的有效利用观点出发，铸铁制备普遍将钢板碎屑(钢屑)作为原材料 的一部分使用。近年来，为了提高车辆碰撞安全性及减轻车体重量，有使用高张力钢(低合 金高强度钢)作为汽车材料的趋势。 添加到高张力钢材中的合金元素有作为基质组织强化元素的Mn、Cr、Mo等。其中， 锰(Mn)作为最廉价的原料被大量利用，今后，随着高张力钢材使用比例的增加，预期将会 大量出现含有较多锰的高张力碎屑(钢屑)。 现在，钢板碎屑(钢屑)作为铸造用原材料被大量使用，冲压过程中产生的巴厘作 为钢板碎屑大量产生。因此，预期所述高张力碎屑将可作为铁源使用。 在高张力碎屑中大量含有的作为合金元素之一的锰是一种起到强化基质组织作 用的元素，其在铸铁中可促进基质的珠光体组织，使珠光体中的碳化铁组织间隔致密并被 强化。但是，锰同时又具有稳定碳化物、阻止石墨晶体析出的作用。 因此，目前的现状是，利用高张力碎屑制造铸铁，需要进行Mn的稀释和脱Mn等措 施。这些措施可导致生产成本提高，若可以不除去Mn而直接得到铸铁，在工业应用上将非 常高效。 铸铁年生产量约为500万吨。铸铁中，石墨以片状析出晶体的称为片状石墨铸铁， 年生产量约为300万吨，另一方面，石墨以球状析出晶体的称为球墨铸铁，年生产量约为 200万吨。 此外，总的来说，片状石墨铸铁的抗张强度(引张强度)低于球墨铸铁。导致球墨 铸铁抗张强度高的主要原因是在熔融金属液中添加了含有Mg、 Ca、 Ce等的石墨球化剂后将 石墨进行球化。 但是，现在已知熔融金属液中存在的硫(S)会与这些元素起反应形成硫化物，而 降低石墨球化能力。 因此，对于含S量较高的熔融金属液，要预先进行脱硫处理以降低S含量或增量添 加石墨球化剂等处理。另外，即使微量的Sb、 Sn、 Pb、 Ti等元素仍会抑制石墨的球化，所以 需从钢屑等原材料中去除这些元素以确保其中不存在这些元素。 因此，为得到抗张强度高的铸铁，可以制备球墨铸铁，但是用钢屑制造球墨铸铁时，要留心各种元素的混入并进行必要处理，尤其S可导致熔渣(slag)的产生，其量的控制 就显得尤为重要。 另一方面，利用钢屑制备片状石墨铸铁时，虽然不像制备球墨铸铁那样，需要注意各种元素的混入，但是一般很难得到具有与球墨铸铁相同水平的抗张强度。 此外，铸铁中Mn含量很少时，由于S会与Fe结合形成硫化铁促进冷却， 一般被认为是一种强的石墨化阻碍元素。 但是，在铸铁的熔融金属液中同时存在Mn和S时，会形成稳定的硫化物(MnS)，而 互相中和不利的一面。而且，有消息说MnS有可能促进石墨共晶晶体的晶核的生成。 虽然一直以来有对Mn单体、S单体或两种元素相互间的关系的研究，但是在假定 高锰组成的研究方面，除了例如本专利技术人提议的在专利文献1和专利文献2中所公开的方 法以外，基本难觅踪迹。 此外，专利文献1及专利文献2所公开的任一方法，都需将稀土元素或混合稀土金 属按熔融金属液中S量的两倍的量来添加，但是，因为稀土元素或是混合稀土金属的添加 会降低流动性(铸铁的熔融流动性)，因此在操作上比较费时费力。尤其是为将气缸套和凸 轮轴等加工到最小，对减小壁厚的要求非常高，为满足相关要求就需要有较好的流动性。 此外，专利文献1中所公开的方法采用向铁水中进一步添加S的构成，因为S会导 致熔渣(slag)的产生，从而对再利用产生障碍，因此不建议添加S。 专利文献1 :特开2003-171729号公报 专利文献2 :特开平10-158777号公报 专利技术才既述 本专利技术目的是提供一种不使用稀土和混合稀土金属等元素，强度高且切削性优 良，适用于内燃机引擎零部件等的。 为达到上述目的，本专利技术要点如以下所述。 (I)片状石墨铸铁，其含有以不具有方向性而无序的且均匀分布的形式存在的A 型石墨，其化学组成为C :2. 8质量质量％ -4. 0质量％， Si :1. 2质量％ _3. 0质量％， Mn : 1. 1质量％ _3. 0质量％， P :0. 01质量％ -0. 6质量％，及S :0. 01质量％ -0. 30质量％，剩 余部分由Fe及不可避免的杂质组成，并且所述Mn含量与所述S含量的比(Mn/S)在3-300 范围之内。 (II)如上述(I)所述的片状石墨铸铁，其中所述化学组成中C及Si的含量分别 是，C :2. 8质量％-3. 7质量％， Si :1.4质量％-2. 5质量％，且所述比例(Mn/S)在10-200 范围内。 (III)如上述(I)或(II)所述的片状石墨铸铁，其中所述化学还含有从Cu :0. 1 质量％ -1. 2质量X，Cr :0. 1质量％ -0. 6质量X，Mo :0. 1质量％ -0. 6质量X及Ni :0. 1质 量％ _1.0质量％的组中选择的至少1种成份。 (IV)如上述(1)、 (II)或(III)所述的片状石墨铸铁，其中所述化学组成还含有 0. 01质量％ -0. 20质量％的B。 (V)如上述(I)-(IV)中任意一项所述的片状石墨铸铁，其中所述片状石墨铸铁 中的MnS含量为所述片状石墨铸铁预定横截面中每单位面积内存在MnS的个数，其范围为 200-1100个/mm2 。 (VI)如上述(I)-(V)中任一项所述的片状石墨铸铁，其中所述片状石墨铸铁是用 于气缸套、活塞环、凸轮轴、气缸体、气缸盖、或制动盘的铸铁。(VII)片状石墨铸铁的制备方法，所述片状石墨铸铁含有以不具有方向性而无序的且均匀分布的形式存在的A型石墨，其中调节熔融金属液的化学组成含有C :2. 8质量％ -4. 0质量％， Si :1. 2质量％ -3. 0质量％， Mn :1. 1质量％ -3. 0质量％， P :0. 01质量％ -0. 6质量％，及S :0. 01质量％ -0. 30质量％，并调节剩余部分由Fe及不可避免的杂质组成，并调节所述Mn含量与所述S含量的比(Mn/S)在3-300范围内。 (VIII)如上述(VII)所述的片状石墨铸铁的制备方法，其中所述熔融金属液至少含有一部分投入钢板碎屑后熔融的熔融物。 (IX)如上述(VIII)所述的片状石墨铸铁的制备方法，其中所述钢板碎屑至少一 部分为Mn含量在3. 0质量％以下，且含Mn的高张力钢板碎屑。 (X)如上述(VII) 、 (VIII)或(IX)所述的片状石墨铸铁的制备方法，其中在所述 调节时，不添加稀土元素及混合稀土金属。 根据本专利技术，无需使用混合稀土金属等，即可提供强度高且切削性优良的、适用于如内燃机引擎零部件等的片状本文档来自技高网...

【技术保护点】
片状石墨铸铁，其中所含有的Ａ型石墨的存在形式为不具有方向性而无序且均匀分布，其特征在于，所述片状石墨铸铁的化学组成为，含有：Ｃ：２．８质量％－４．０质量％，Ｓｉ：１．２质量％－３．０质量％，Ｍｎ：１．１质量％－３．０质量％，Ｐ：０．０１质量％－０．６质量％，及Ｓ：０．０１质量％－０．３０质量％，剩余部分由Ｆｅ及不可避免的杂质组成，并且所述Ｍｎ含量与所述Ｓ含量的比（Ｍｎ／Ｓ）为３－３００范围。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：堀江皓，小绵利宪，石川佳树，
申请(专利权)人：国立大学法人岩手大学，日本活塞环株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]