JIS G 5502「球状黒鉛鋳鉄品」では，球状黒鉛鋳鉄は球状化率80％となっていますが，これは何に基づき定められたものなのでしょうか．
黒鉛球状化率の経緯を説明するにあたり、まず、NIK法とISOの個数法の黒鉛球状化率測定方法を説明する必要があります。NIK法は図1に示す黒鉛形状区分に対して、表1の各黒鉛形状区分の計数を与え、式(1)を用いて、算出した値です．表1にある丸み係数は．式(2)で算出され、これは対象となる黒鉛粒子の面積とその黒鉛粒子の最大軸長に外接する円の面積との比です1)．ISOの個数法は，図2に示す黒鉛形状の分類を用いて，式(3)により算出された値です．これは、計測した黒鉛粒子中のⅤとⅥに分類された黒鉛の個数割合を示しています3)．
図１ 鋳鉄品の黒鉛形状区分1)
表1 黒鉛形状区分と係数1)2)
Nsg：NIK法による黒鉛球状化率
ni：黒鉛形状区分iに属する黒鉛粒子数（i＝1～5）
n：測定に用いた黒鉛粒子数
図2 黒鉛形状の分類5)
図3 丸み係数の模式図16)
Am：直径lmの円の面積
A：対象となる黒鉛粒子の面積
lm：対象となる黒鉛粒子の最大軸長
NIK法が提案された1968年においては，黒鉛球状化率の測定方法を規定し，この黒鉛球状化率が50%以上であれば機械的特性や超音波などの物理的性質と有意な関係があるとして，50％以下では，ばらつきが多く問題が多いと言われました．そのため，NIK法による球状化率判別法は球状化率50％以上の鋳鉄に適用すると書いてあるのみで，球状黒鉛鋳鉄の球状化率には言及されておらず，球状化率は各特性と相関のある値とされています．球状黒鉛鋳鉄の黒鉛球状化率が規定されたのは，1986年のJIS改定時です2)8)．それまでは，NIK法を用いた黒鉛球状化率を各社使用していたが，球状黒鉛鋳鉄の球状化率の合格率は各社でばらばらでした．この規格において，各社の状況や機械的性質から70%以上の球状化率を有する鋳鉄を球状黒鉛鋳鉄すると明記されました2)8)．
1995年のJIS改定時に黒鉛球状化率の測定方法がNIK法からISO1083:1987に記載されていた式(3)に示す球状黒鉛の数から求めるISOの個数法に変更され3)4)、この時，NIK法とISOの個数法の黒鉛球状化率測定比較を約100個の試料を用いて行った結果を図4になります4)．1986年のJISでNIK法を用いて70%以上としていた球状化率は，ISOの個数法では78%以上に相当し，ISO1083-1987に要求されている80%以上に近い値となり，JISにおいてもISOの個数法で80%以上として適用されました3)9)．
2018年に制定されたISO945-4では，従来は球状黒鉛の個数の比で規定されていたものが面積比(以後、ISO945-4法)に変更になました。その計算式を式(4)に示します。この時，黒鉛分類Ⅴ及びⅥを画像解析により判定する場合は，式(2)の丸み係数を用いて0.6以上の黒鉛としています10)．
図4 黒鉛球状化率判定法の比較4)
Nsg：ISO1083-1987による黒鉛球状化率
nⅤ：黒鉛形状の分類Ⅴに属する黒鉛粒子数
nⅥ：黒鉛形状の分類Ⅵに属する黒鉛粒子数
n：測定に用いた黒鉛粒子数
JIS G5502が22年に改定16)となり、黒鉛球状化率測定方法が3種類規定され、それぞれの測定方法は下記になります。従来のISO法、ISO945-4法、もう一つは最小黒鉛粒径を最大径10μm以上に見直したNIK法(以後JIS法)を用いて計算した方法です16)。JIS法を採用した理由は、JIS G5505のCV黒鉛鋳鉄において、NIK法によりCV黒鉛鋳鉄の判別を行っているために、球状黒鉛鋳鉄とCV黒鉛鋳鉄の両方を製造している会社において管理が行いやすくするために制定されています。
図5 黒鉛球状化率判定法の比較16)
Nsg：ISO945-4による黒鉛球状化率
Sall：対象となる全黒鉛粒子の面積の総和
SⅤ+SⅥ：丸み係数0.6以上の黒鉛粒子の面積の総和
主要な企業6社から提供された447個の球状黒鉛鋳鉄品の画像解析を行い，黒鉛粒径が10um以上で，かつ機械的性質と相関性がある黒鉛球状化率が50％以上8)であった407個の球状黒鉛鋳鉄品から，ISO945-4法及び2022年に追加されたJIS法により黒鉛球状化率を求めて比較し、その結果を，図5に示す。図5は，ISO945-4法とJIS法との黒鉛球状化率の計算結果を比較した。図5は，図4の結果と大きく異なり，ISO945-4 法とJIS 法との間にはISO945-4法＝1.741×JIS法-62.2の関係式が成立し，黒鉛球状化率が 83.9 % のとき，ISO945-4法とJIS法が等しくなり，それ以上では，ISO 945-4法の測定値が大きくなり，それ以下ではJIS法が大きくなることを示しています。このことから，黒鉛球状化率を80 ％以上と規定しているISO 1083:2018と同様に，この規格のJIS法においても黒鉛球状化率を80 ％以上と規定することに問題はないと判断されました16)。
1) 森田志郎，尾崎良平：鋳物 40(1968)，3，296
2) JIS G 5502：1986
3) JIS G 5502：1995
4) 井川克也：素形材(1996)，9，1
5) ISO945-1：2019
6) 平本雄一，岩見祐貴，菅野利猛，中山英明，辻寛明，五十嵐芳夫，中江秀雄：鋳造工学91(2019)，7，403
7) 金森陽一，藤川貴朗：平成8年度三重県金属試験場研究報告(1997) 63
8) 中山幸吉：鋳物 59(1987)，5，254
9) ISO1083：1987
10) ISO945-4：2019
11) JIS G 5505：2020
12) ISO16112：2017
13) JIS G 5502：2001
14) ISO945-2：2011
15) 例えば 安藤正，岡田和彦，佐藤和則，山田聡：鋳造工学 84(2012)702
16)JIS G5502：2022
(『鋳造工学』98巻11号掲載)
