JPS6028578B2 - 鋳鋼鋳造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、鋼鋳物（銭鋼）の内部性状を改善する目的
で、鋳型の一部又は全面に用いられる鏡鋼用冷し金の改
良に関するものである。

銭鋼製品は圧延あるいは鍛造製品よりも形状に対する制
約条件が少ない利点があるが、砂型の中に鋳込む場合、
製品の大型化や形状の複雑化に伴ない、綾塊内部に凝固
現象に必然的に由来する内部欠陥が発生する欠点がある
。

従来、この防止策として鏡鋼内の凝固条件を制御するた
め、鋳型面に通常冷し金と呼ばれている鉄ブロックある
いは鋼ブロックを使用して、これ等のブロックに相対す
る鍵塊部分の冷却凝固を促進させる方法が用いられて、
銭鋼の内部品質の改善については効果をあげている。

しかしながら、冷し金を当てると銭鋼製品表面にワレが
発生しやすいこと、またこのワレは銭鋼製品が大きい程
、又冷し金の面積が広い程発生傾向が大となることが経
験的に認められており、その発生要因としては次の様な
現象が挙げられている。

即ち、銭鋼に冷し金を適用する場合の砂型との差は、冷
し金の当る銭肌面が急冷され、凝固に伴なう収縮応力が
急速に発生する事および冷し金は金属魂であり、綾鋼の
凝固収縮に伴なう変形に全く追随しないこと、むしろ冷
し金が温度上昇により膨張し、鏡鋼の凝固収縮に逆行す
る挙動を示し、銭肌ワレを助長する方向に作用する事な
どである。

又、冷し金をあてた部分の銭肌のワレ防止のためには、
従来から砂付きとする方法があるが、砂付とすると砂の
断熱性のために、冷し金による銭鋼の内部性状改善効果
が著しく減殺されるという不具合が生じる。

従来、この冷し金を使用した場合の表面ワレを防止する
適切な方法がなく、鏡肌に発生したワレを除去するため
の溶剤および溶接補修などが不可欠となり、製造コスト
並びに工程的に著しい損失を招いており、その防止法の
確立が求められているところである。

綾肌面のワレを防止する技術としては、圧延用および鋳
造用銭塊のフルート、あるいはコルゲート鋳型がある。

これらの鏡塊の断面形状は、巨視的に見れば角型、長方
形あるいは円形と単純であり、鋼塊の凝固に伴なうワレ
はその外周上に、且つ、鋼塊高さ方向に発生することか
ら、鋼塊軸に平行な一方向のみの凹凸が鋳型内面に与え
られていることは公知である。フル−トあるいはコルゲ
ートの凹凸の形状は、鋼塊の収縮状況を勘案して複雑な
曲線で構成されているのが一般であるが、その効果とし
て鋼塊肌の所謂縦ワレは、ほぼ完全に防止されていると
考えられる。

しかし乍ら銭鋼においては、冷し金の当たる鰭放面は、
フルートあるいはコルゲートを必要とする鋼塊用鋳型の
面積より遥かに小さし、にも拘わらずワレが発生するが
、その原因は銭鋼の銭込形状が鋼塊に比べて複雑であり
、冷し金の当る銭肌面における多方向の応力を考慮しな
ければならないことによる。

応力はベクトル合成されることは周知のところであり、
多方面に鰯ろく応力が合成された合力が材力を越える場
合に、その合力の方向に直角方向にワレが発生すること
は避けられない。即ち銭鋼の冷し金のあたる鏡肌面につ
いては、多方向の応力に対する対応を勘案しなければな
らない。本発明は上述の諸点から鋳鋼鋳造時の鍵肌の収
縮応力を詳に解析した結果完成されたものであって、そ
の要旨は、銭鋼鋳造時に鋳型の一部又は全面に用いられ
る冷し金面に、銭肌の収縮応力を分割する所望の凹凸を
形成して鋳造することにある。

一般にヮレの発生はその部分にかかる応力が、その部分
の耐力を上回る際に見られることは周知であり、ワレ発
生を防止するには、材力を高めるか又は応力を減少せし
める必要がある。

銭鍵に関する場合、その材力は製品の材質特性に要求さ
れる範囲で決まるものでありその材力を鋳造時の銭放し
面に限って加。滅することは不可能である。また鋳造時
の銭肌に鋤らく引張り応力という点から見れば、この応
力は凝固収縮により生成するものであり、綾鋼の銭放し
面の形状並びに広さによってその面についての総量は決
り、これを窓意的に増減させることは不可能である。冷
し金の大きさが小さければ、冷し金に当る銭肌に発生す
る応力も総量が小さいため、ワレの発生には至らない。
即ち本発明者等の調査によれば、冷し金面の幅および長
さ各々に２０仇舷未満のもの（以下小型冷し金と称する
）を単独で使用する際は、冷し金に起因する銭肌のワレ
発生の懸念はないが、この小型冷し金を複数個並べて集
合体とし、幅および長さのいずれかが２０比肋以上とし
たもの、又は冷し金単独で、２０仇舷を超えるもの（以
下、これらを大型冷し金と称する）を使用した場合は、
鋳肌のワレ感受性が急速に高まる。

このワレの原因となる応力の大きさを、鉾肌に対する冷
却効果、換言すれば、冷し金の厚さおよび錆放面に当て
る冷し金面積を小さくすることで減少させようとする対
策は、冷し金の冷却効果による鰭鋼の内部性状改善の狙
いを無視することにより本末転倒である。鏡鋼の内部欠
陥防止の狙いに対して、必要な厚さならびに広さの冷し
金、即ち大型冷し金の使用は必然であり、その上で冷し
金の当る銭肌におけるワレ防止手段がなければならない
。本発明者らは冷し金を当てた銭鋼の銭肌のワレに関す
る前述の検討から、当該鋳肌に多方向に働らく応力を多
方向について各々分散せしめ、その合成された応力の絶
対値を銭鋼の村力以下に留め、以つて鍵肌におけるワレ
発生を防止する手段として、冷し金の鏡肌と接触する面
（冷し金面）に、一方向のみでなく多方向に連続模様を
形成する凹凸を付ける銭鋼の鋳造方法を着想したもので
ある。

以下、本発明の詳細について図面により説明する。

第１図は平型の大型冷し金について、本発明の基本思想
を具体化した例であるが、図に示す如く縦、横あるいは
垂直水平方向のような２方向に働ら〈応力を考慮し、直
交する格子状の溝３を冷し金１の緒肌４と接する冷し金
面２に設ける方法であり、これにより大きな凝固収縮応
力場である銭肌４を、溝に囲まれた範囲毎の小さい応力
場に分割された応力場内における応力の絶対値を、錆肌
４の村力のワレ発生限度以内の充分小さい値とすること
により、銭肌４におけるワレ発生を防止せんとするもの
である。

この場合、溝は銭肌を小さい応力場に分割する役目を持
っており、そのためには浅すぎる溝では効果がはし、。

第２図に示すごとく溝の深さＦはその時の銭込条件によ
り変るが、通常の鋳造では、およそ５肋以上あれば十分
であることが本発明者らの実験により確認された。同時
に、溝３の側壁５と冷し金面２のなす角度が９０度に近
いと、溝３による銭肌４の拘束が強くなりすぎ、溝３の
周辺に銭肌４の収縮応力の集中点をつくりやすくなるた
め、この角度は通常１２０度以上必要であり、望ましく
は１３５度前後であることが認められた。更に溝３の側
壁５と冷し金面２の交線が、はっきり角度を持つ稜線と
なるような状態では、この稜線が鋳肌４に転写され、そ
の角隅部６が銭肌４に生じる応力の集中箇所となり、か
えってワレ発生を助長する故、角隅部６は滑らかな丸み
をつけねばならない。応力緩和効果を期待するは、その
丸味の曲率半径Ｒを、溝３の深さＦ以上にすれば良い事
が確められた。以上の他に、溝には銭鋼の表面積を増し
、凝固及び温度低下に伴なう錆肌の収縮応力を弛緩させ
るための銭肌の収縮代を提供するものである。

溝の側壁の角度及び溝と冷し金面の交わる稜線につけた
丸味は、この鏡肌の収縮を円滑に行なわしめるための役
割を兼ねている。また、銭肌４の収縮代を決める要素は
、主として溝深さＦと、溝間隔Ａである。

副次的要因として薄緑の曲率があるが、前述した応力集
中への影響は大きくても、収縮代としての銭肌面積の増
加に対する効果は小さい。中空円筒体について本発明者
らの実験において、鏡肌４のワレ防止のためには下記の
条件が必要であることが判った。〔溝開隔／溝深さ〕〔
港切り後の残存冷し金面〕‘１｝外側側面冷し金・・・
２０倍以内 ８０％以内‘２ー内側側面冷し金・
・・１２倍以内 ７０％以内‘３｝底面冷し金・
・・１２倍以内 ７０％以内外側冷し金につ
いての制約が、他の冷し金より緩いのは錆鋼の凝固収縮
によるエアーギャップの生成があるためである。又、上
記の２つの条件を同時に満足させる必要は必ずしもない
が、双方の条件を満足させる方が望ましい。以上のよう
な要領により、平型の大型冷し金面に格子状の溝をつけ
、これを実際製品の鋳造に使用した場合の銭肌ワレ防止
効果を第３図に示す。

（図中斜線がワレによる補修量を示す。）前述した如き
注意を払えば、冷し金の当る銭肌のワレは顕著に減少す
る。又、円筒形外型について前述の格子状の溝をつけた
冷し金を適用した場合も、大型平面形状冷し金の場合と
同等の成績を示すことが確認された。しかしながら、円
筒型中子冷し金あるいは、球面冷し金を適用する場合は
、銭肌に働らく応力状態は更に複雑となり、直交格子型
溝では銭肌におけるワレ防止効果が不十分であることが
判った。

その対応策の検討の結果、銭肌４に発生する応力を、例
えば三方向とか六方向等に分割するという着想が得られ
、第４図および第６図に示すごとく、例えば三角形の連
続模様（第４図ａ）、又は、六角形の連続模様（第４図
ｂ）をなす溝３を冷し金面２に刻み込む方法、あるし、
は（第４図ｃ）（第４図ｄ）の如く、例えば三角形又は
六角形連続模様における三角形の頂点（ィーローハ）又
は、六角形の頂点（ィーローハーニーホ−へ）に円錐又
は教頭円錐（第６図ａ）、又は、球面又は繊頭球面（第
６図ｂ）を設ける方法でこれを具体化した。その際の溝
３や凹み８の間隔および緑の丸味の付け方などは、格子
状溝（第１図、第２図）の場合と同じである。（この場
合、要は応力を分散させれば良いのであり、場合によっ
ては五角形状、八角形状でも購わない。）また、冷し金
は、場合によって鋳込まれた溶鋼と溶着することがある
。

溶着現象は冷し金面に塗型剤を塗布することで防止でき
る。但し、冷し金面を熱伝導率の低い材料で被覆するこ
とになり、冷し金による鏡鋼の冷却並びに内質改善効果
を減殺する。従って、塗型剤の塗布厚は可及的に薄くす
る必要があり、本発明者等の検討では、塗型厚は５肌を
超えないように留意する必要がある。この点を守れば、
本発明にかかるワレ防止対策を施した冷し金に対し塗型
剤を塗布することは許容される。以下、本発明の実施例
について説明する。

実施例 １ 本発明の冷し金を肉厚不同の鏡鋼の厚肉部に適用した例
を以下に示す。

対象品；サポートラグ付上皿型銭鋼品 （上皿型部肉厚２０仇肋、 鏡込重量１２ｍｏｎ） 材質：ＳＣ４９（０．２５％Ｃ，０．４０％Ｓｉ，０．
９５％Ｍｎ）成品形状；上皿状半球型 内のり半径；１５５仇舷 サポートラグ寸法：縦４０仇舷 下部４０仇岬 上部１００側 頚５０仇奴 冷し金の適用状況 適用範囲：サポートラグ 機及び下面 冷し金厚さ：１０仇帆 冷し金面積：４００×５０仇舷 冷し金への功込み形式・・・直交十字溝 〃 切込み形状・・・溝深さ：２５側 溝幅；５仇吻 溝緑曲率；５仇蚊 溝間隔：２５仇岬 実施例１の結果、銭肌はワレ発生なく良好であり、且つ
、サポートラグ部は、放射線探傷結果で欠陥なしの良好
な品質が得られた。

実施例 ２ 本発明の１つである連続三角形模様の三角形の頂点に円
錐を設けた冷し金を中子全面に用いて鋳込んだ銭鋼品の
製造実績を示す。

対象品：リブ付円孤状銭鋼品 （製品厚２５仇吻、銭込重量２１ｔ６００）材質：ＳＣ
４９（０．２５％Ｃ，０．４０％Ｓｉ，′０．９４％Ｍ
ｎ）形状：全幅１９３５肌、円筒面幅１６３５側、リブ
幅１５０側、製品全高１８００側、円筒内のり半径１５
５仇奴冷し金の適用状況 適用範囲：製品の円筒状部の内側鏡肌の全面冷し金厚さ
：５０物吻冷し金への切込みの形式：連続三角形模様の
三角形の頂点冷し金への切込み形状：１１仇炊ぐ、深さ
４５肋円錐状功込みの中心間隔：１８３側以上の要領で
実施した結果、銭肌における応力の三方向あるいは六方
向への分散は、前記円筒状中子冷し金あるいは球面状冷
し金においては、２方向への応力分散方式より更に効果
があり、ヮレ除去のための緒肌面の手入補修量は更に一
段と減少し実質的にゼロとなった。

その状況を第５図に示す。（図中斜線域はワレによる補
修を示す。）実施例 ３塗型剤の使用例 対象品：厚板平板銭物 成品厚２０仇舷、幅１８０仇駁、長さ２５００材質 Ｓ
Ｃ４６（０．２％Ｃ，０．４０％Ｓｉ，０．８０％Ｍｎ
）底面平板一体冷し金適用 冷し金厚：３００側、幅１８０仇豚、長さ２５００ワレ
防止対策：直交十字溝溝深さ：２５肋、溝幅：５仇吻 溝間隔；２５仇豚 この条件で第１表の如く塗型剤を 使用した。

第１表 表から判るように塗型剤を塗布した場合でも、ワいま発
生せず健全層も変化はない。

以上の様に、鏡鋼の冷し金面に格子状あるいは三角形又
は六角形等の連続模様をなす溝を設けること、更には連
続模様をなす又は六角形などの頂点位置に円錐状又は教
頭円錐又は球面状又ば教頭」球面状の凹みを設けること
により、鏡鋼の内部品質向上を目的とした広い面積の冷
し金を使用する際には、ワレ防止のために極めて有効な
工業的手段であり、その効果として銭鋼のコストおよび
工期に重大な影響のある錆肌の手入補修量が大幅に短縮
されるなど非常に有用な発明である。

本発明は上述の外、外型の金型による鋳造にも適用しう
るものであり、勿論本発明の範囲を逸脱するものではな
い。

以上本発明を説明したが、本発明の実施の態様‘は次の
通りである心１ 鏡鋼鋳造時に鋳型の一部又は全面に用
いられる冷し金において、鋳型として、１個又は複数並
べた場合の幅、および長さが、各々２０仇奴以上の寸法
を有する冷し金の冷し金面（銭肌と接触する面）上に、
直交する格子状の溝を設け、該溝の側壁は冷し金面に対
し垂直と水平との間の角度を有すると共に、側壁と冷し
金面との交点のなす角隅部は丸味をおびている特許請求
の範囲記載の鎌鋼鋳造法。

２ 冷し金面の溝の側壁と、冷し金面との交点のなす角
隅部に付与した丸味の曲率半径が、溝の深さと等しいか
、または大きい特許請求の範囲記載の銭鋼鋳造法。

３ 冷し金面の深さが、５肋以上である特許請求の範囲
記載の銭鋼鋳造法。

４ 冷し金に設けた溝の間隔が、外側側面冷し金につい
ては溝深さの２Ｍ音以内で、溝切り後の残存冷し金面が
８０％以内、また内側側面冷し金および底面冷し金につ
いてか溝間隔が、溝深さの１２倍以内で、溝切り後の残
存冷し金面が７０％以内である特許請求の範囲記載の銭
鋼鋳造法。

５ 冷し金面に設けた溝の形状が格子状に替えて、三角
形あるいは六角形の連続模様でなる特許請求の範囲記載
の鏡鋼鋳造法。

６ 冷し金面に設けた溝の形状が、格子状に替えて、三
角形又は六角形の頂点に相応する位置に、円錐状又は教
頭円錐状の凹みを設けた特許請求の範囲記載の銭鋼鋳造
法。

７ 冷し金面に設けた溝の形状が、格子状に替えて、三
角形又は六角形の頂点に相応する位置に、球面状又は裁
頭球面状の凹みを設けた特許請求の範囲記載の鋳鋼鋳造
法。

８ 冷し金面を用いて鋳造するに際し、冷し金面に厚さ
５肌以内の塗型剤を塗布する特許請求の範囲記載の銭鋼
鋳造法。

【図面の簡単な説明】

第１図は、冷し金面に格子状溝を付けた模式図、第２図
は溝の断面形状の漠式図、第３図は、平型の大型冷し金
面に格子状溝を付けた場合のワレ防止効果の図表、第４
図は、三角形あるいは六角形連続模様溝と、凹みの模式
図、第５図は、曲率をもった中子冷し金面の銭肌手入補
修量比較の図表、第６図は、教頭円錐凹みａと、教頭球
面状凹みｂの模式図である。 １・・・冷し金、２・・・冷し金面、３・・・溝、４・
・・鏡肌、５・・・溝の側壁、６・・・角隅部、７・・
・溝の底部、８・・・凹み、Ａ・・・溝間隔、Ｆ・・・
溝深さ、Ｒ・・・角隅部曲率半径。 第１図 第２図 第３図 第４図（Ｑ） 第４図（の 第４図（〇 多々函仏） 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋳鋼鋳造時に鋳型の一部又は全面に用いられる冷し
   金の冷し金面に、鋳肌の収縮応力を分割する所望の凹凸
   を形成して鋳造することを特徴とする鋳鋼鋳造法。 ２ 冷し金面に直交する格子状の溝を設け、該溝の側壁
   と冷し金面とのなす角度を１２０°以上とし、側壁と冷
   し金面との交点をなす角隅部に曲率Ｒを与えてなる特許
   請求の範囲第１項記載の鋳鋼鋳造方法。 ３ 冷し金面に角形の連続模様を形成する溝を構成して
   いる特許請求の範囲第１項及び第２項記載の鋳鋼鋳造方
   法。