ダクタイル鉄製バルブマンホール蓋の硬度解析：性能の優位性と今後の展望

1. ダクタイル鋳鉄製マンホール蓋の硬度特性と科学的根拠

ダクタイル鋳鉄は通常、ブリネル硬度 (HB) の範囲が140 ～ 250HBで、通常のねずみ鋳鉄 ( 180 ～ 220HB ) よりも大幅に高くなります。この優れた性能は、グラファイトがフェライトまたはパーライトのマトリックス内に均一に分散された球形で存在するという、その独特の微細構造に由来しています。

ダクタイル鋳鉄は、ダクタイル化処理（マグネシウムと希土類元素の添加）により、従来の鋳鉄の鋳造性を維持しつつ、機械的強度を大幅に向上させます。例えば：

• 圧縮強度：最大600～900MPa （ISO1083規格に基づく）、ねずみ鋳鉄の2倍以上。

• 伸び率： 10～18％ （従来の鋳鉄は0.5～1％）で、耐衝撃性に優れています。

専門的な試験データ ( Modern Foundry Technology、2022 年) によると、ダクタイル鉄製マンホール カバーは-40°C においても 90% 以上の硬度安定性を維持しており、極端な気候地域での使用に適しています。

2. エンジニアリング上の利点

1. 高い耐荷重性

地方自治体の頑丈なマンホール カバーは、 400 kN ( EN 124規格による) を超える荷重に耐える必要があります。ダクタイル鋳鉄は、その高い硬度と靭性により、 A15 ～ F900 の荷重クラスを容易に満たすかそれを超えます。
たとえば、上海浦東空港の滑走路マンホール カバーにはQT500-7 材料が使用されており、実測耐荷重600 kNを達成しています。

2. 耐食性と長寿命

溶融亜鉛メッキまたはエポキシ樹脂コーティングの後、ダクタイル鋳鉄カバーは、目に見える腐食なしに1,000 時間以上の塩水噴霧試験(GB/T 10125) に耐えることができます。耐用年数は 30 年に達し、メンテナンスコストを最大 60%削減します。

3. 応用の展望と技術の高度化

• スマートシティの統合:
  変位および温度監視用の埋め込みセンサーを備えた高度なマンホール カバーには、高硬度と良好な信号透過性を組み合わせた材料が必要です。シリコン含有量を 2.1 ～ 2.8% の間で制御すると、このバランスを達成するのに役立ちます。

• 軽量設計:
  有限要素解析 (FEA) の最適化により、硬度を損なうことなく最大 15% の重量削減が可能になります (ドイツの DIN 19580 規格のケーススタディを参照)。

• リサイクル材の利用：
  中国鋳造協会の 2023 年レポートによると、スクラップ鋼の割合を50%に増やすと、硬度の変動はわずか ±5HB となり、持続可能な生産がサポートされます。

4. 今後の展望

3D プリンティングと精密鋳造技術の成熟に伴い、ダクタイル鉄製マンホール カバーの硬度の一貫性と幾何学的柔軟性は向上し続けるでしょう。この進化により、原子力、深海工学、インテリジェントインフラストラクチャーなどのハイエンド分野での応用が加速されるでしょう。