鋳鋼品とは
鋳鋼品とは、溶けた鋼を鋳型に流し込んで冷却・凝固させ、所定の形状、寸法の製品としたものをいいます。鋳鉄に比べ強度が大きく、粘り強さも大きいため、主に大きな力がかかる機械構造物の部品として使われます。
鋳鋼品の特徴は、複雑な形状の部品の生産が可能で、組織の方向性がなく、靭性が大きいので衝撃や変動荷重がかかる部品に使える等です。また、溶けた鋼を直接型に入れて生産するため、鍛造や圧延に比べ生産工程が少ないメリットもあります。
鋳鉄は黒鉛すなわちグラファイトがあるのに対し、鋳鋼にはグラファイトがないのが大きな違いです。物理的には炭素を2.1％以上含むのが鋳鉄で、2.1％未満が鋳鋼です。
鋳鋼品の使用用途
鋳鋼品は、大別すると炭素鋼鋳鋼と合金鋼鋳鋼とがあります。炭素鋼鋳鋼は、焼なまし、焼ならし処理後に使用され、電動機や発電所に用いる機械部品、鉄道車両部品などの用途があります。低炭素鋼は含有炭素量が0.2％以下のものを言い、マンガン、シリコン、クロームなどを添加することで強度、耐食性、耐摩耗性などを向上させた低合金鋳鋼品は、ブラケットや歯車、自動車・鉄道車両・建設機械の部品などに広く使用されます。
高合金鋼鋳鋼は、ニッケル、クローム、マンガンなどを20％近辺まで添加して耐食性、耐熱性、耐摩耗性などを向上させたもので、耐熱鋼鋳鋼、ステンレス鋼鋳鋼、高マンガン鋼鋳鋼などがあります。高温高圧にさらされる蒸気タービンのケーシング、圧延機ロールのフレームや各種ロールなどの他、車両の連結器、ポンプや水車の部品などに使われます。
鋳鋼品の原理
鋳鋼品の製造は鋳型を使用して成型しますが、古くから使われているのは、砂型鋳造法です。木型から砂型を作って溶鋼を注ぎ、冷却・凝固後、砂型を壊して鋳鋼品を得る方法です。
この他各種の鋳造法があります。フルモールド法は、木型の代わりに発泡スチロールの型を使って、鋳造後は型を完全に消滅させる方法です。また、ロストワックス法は、型をろう材で作る方法で、精密鋳造に適しています。シェルモールド法は、珪砂と石炭酸系のレジンとの混合したものを加熱して金型に注ぎ、冷却して薄い半殻状の鋳型を作り、この鋳型を使って鋳鋼品を製造する方法です。大量生産に適しています。
鋳鋼品の製造工程は、製作図の作成から始まって、鋳造方案の設計、模型の製作、造型、鋼の溶解、鋳鋼の鋳込み、湯口等の切断、熱処理、鋳物の仕上げと続き、最後は検査、梱包の各工程となります。
製作図のデータは、鋳造シミュレーションに使用して、事前に湯流れの最適化、巣の防止、確実な凝固などを検討します。鋳造方案の設計では、凝固時の寸法変化や体積変化、変形を予測し、湯道や押し湯の最適化などを行います。熱処理の工程も重要で、熱処理の温度や時間、回数など合金鋼の金属組織を確実にして、所定の性能を発揮するようにします。