JP6270559B2 - 低熱膨張鋳物 - Google Patents
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Description
このような機械や機器などは、寸法精度を保つために、恒温恒湿の環境下で使用される。しかし、上記機械や機器の使用による発熱で、これら温度が若干上昇してしまった場合、上記機械や機器が熱膨張し、その寸法精度が狂うおそれもある。このため、上記機械や機器の材料には、低い熱膨張性のもの、特に成形性および加工性を考慮して、低い熱膨張性の鋳物(以下、低熱膨張鋳物という)が望まれている。
Nbの含有量が、Cの含有量の8倍以上で且つ、2.5質量%以下であり、
含有されたCとNbとが結合してNbCとなり、当該結合により低熱膨張性の低下要因となる固溶Cを減少させるとともに、切削性の向上要因となる上記NbCが晶出または析出した鋳放し材であるものである。
Nbの含有量が、Cの含有量の8倍以上で且つ、2.5質量%以下であり、
含有されたCとNbとが結合してNbCとなり、当該結合により低熱膨張性の低下要因となる固溶Cを減少させるとともに、切削性の向上要因となる上記NbCが晶出または析出したものであり、
CとNbとの結合により低熱膨張性の低下要因となる固溶Cを減少させる量が、室温〜100℃の熱膨張率が2.11×10 −6 以下となる量である。
さらに、上記本発明材は、本発明の要旨として、Nbの含有量が、Cの含有量の8倍以上で且つ、2.5質量%以下である。
Cは、低熱膨張を要求される鋳物の場合であれば、インバー合金のように、極力低い含有量であることが望ましい。しかしながら、現実の製造現場においては、1つの溶解炉で成分の異なる様々な鋼材を溶解・鋳造している。このため、このようなCの含有量が極力低い鋳鋼、つまり極低炭素鋳鋼を製造するためには、上記溶解炉は、他の鋼材の製造で使用されたことにより、内部にCを含有する金属が残留した場合には、極低炭素鋳鋼を製造する前に、この金属を予めC含有量の低い純鉄ないし鉄スクラップで洗い流すことが必要となる。このような洗い流し、つまり洗い湯といわれる溶解作業は、純鉄ないし鉄スクラップが必要となり工数も増加するので、製造コストを上昇させることになるが、行わなければ溶解炉に残留したCが鋳物に混入してしまう。そこで、本発明では、洗い湯を行わず、現場でのCの調整を容易にするために、Cの混入をある程度(0.1質量%以上)許容する。このため、Cの含有量の下限を0.1質量%とした。また、本発明では、ある程度のCが混入しても、Cと結合する成分であるNbを添加することにより、CがNbと結合してNbC(ニオブ炭化物)として固定されることで、Cが基地に固溶することを防止している。すなわち、CをNbCとして固定することは、擬似的にCの含有量を低くすることにつながる。しかし、Cの含有量が0.25質量%を超えると、必要とされるNbが多量となるので、現実的でない。このため、Cの含有量の上限を0.25質量%とした。
上記本発明材は、通常の方法により鋳造されるが、鋳造時の凝固偏析を防止するために、鋳込み温度を低く設定するとともに、鋳型にチル(冷し金)を多く使用して、溶湯を急冷凝固または急速凝固させる。なぜなら、鋳造時の凝固偏析が発生すると、Niの偏析により、低熱膨張性が悪くなるからである。なお、鋳造時の凝固偏析を防止しても、鋳造品の内部偏析が発生すると、Niの偏析により、低熱膨張性が悪くなるので、この内部偏析を防止するために、鋳造された製品を鋳放しではなく、以下の熱処理を行う。
一定の温度に保持する温度を700℃以上としたのは、詳しくは以下の従来例および実施例で説明するが、上記温度が500℃未満だと低熱膨張性の向上があまり現れないのに対し、上記温度が700℃以上だと低熱膨張性の向上が顕著に現れるからである。また、上記温度を1150℃以下としたのは、上記温度が1150℃を超えると、製品の熱変形の問題などが生じ得るからである。なお、上記温度が1150℃をある程度超えても、低熱膨張性は悪くならない。また、上記温度のより好ましい範囲は、低熱膨張性の向上が一層顕著に現れる850〜950℃である。
このように、上記本発明材によると、擬似的にCの含有量が低くされるとともに、Niの偏析が防止されるので、低熱膨張性に優れるという効果を奏する。同時に、NbCの晶出または析出により、切削性にも優れるという効果を奏する。
[従来例]
従来例に係る低熱膨張鋳物は、Cを0.007質量%、Siを0.20質量%、Mnを0.02質量%、Niを36.59質量%、Sを0.003質量%、Pを0.010質量%、Alを0.054質量%含有するものとし、つまり、極低炭素鋳鋼とした。
比較例1に係る低熱膨張鋳物は、Cを0.26質量%、Siを0.70質量%、Mnを0.13質量%、Niを36.44質量%、Nbを2.56質量%、Sを0.005質量%、Pを0.008質量%、Alを0.088質量%含有するものとし、つまり、本発明材よりも多いC,Si,MnおよびNbを含有するものとした。
比較例2に係る低熱膨張鋳物は、Cを0.009質量%、Siを0.070質量%、Mnを0.030質量%、Niを36.16質量%、Nbを0.59質量%、Sを0.005質量%、Pを0.004質量%、Alを0.084質量%含有するものとし、つまり、本発明材よりも少ないC,Si,MnおよびNbを含有するものとした。
試験片に卓上ボール盤で穴をあけ、その際に生じた最長の切り屑を図6に示す。通常、試験片に卓上ボール盤で穴を開けると、その試験片が切削性の良い材料の場合、切り屑が適当に割れて短くなるのに対し、その試験片が切削性の悪い材料の場合、切り屑が連続的に捻れて長くなる。なぜなら、切削性の良い材料だと切り屑がミクロ的に破壊されて短くなりやすく、切削性の悪い材料だと粘い材料のため切り屑がミクロ的に破壊されず長くなりやすいからである。ここで、図6(a)は試験片が実施例2に係る本発明材(以下、単に本発明材という)の場合であり、図6(b)は試験片が従来例に係るもの(以下、単に従来材という)の場合である。試験片が本発明材の場合、長い切り屑でも全長が1〜3cmであり、最長の切り屑で全長が5cmであった。これに対して、試験片が従来材の場合、長い切り屑だと全長が15〜20cmであり、最長の切り屑で全長が35cmもあった。
次に、切削される材料のミクロ的な観点から説明する。
このように、上記実施例に係る本発明材は、低熱膨張性に優れる効果を奏した。特に、700〜1150℃(好ましくは850〜950℃)の所定温度で保持され、その後に水靭された上記本発明材は、熱膨張率(室温〜100℃)が1.5×10−6以下となり、低熱膨張性に一層優れるという効果を奏した。同時に、上記本発明材は、晶出または析出したNbCの脆さにより、亀裂が入りやすくなるので、切削性にも優れるという効果を奏した。
Claims (2)
- Cを0.1〜0.25質量%、Siを0.1〜0.5質量%、Mnを0.05〜0.8質量%、Niを33〜40質量%、Nbおよびその他不可避的不純物を含有し、残部がFeからなる低熱膨張鋳物であって、
Nbの含有量が、Cの含有量の8倍以上で且つ、2.5質量%以下であり、
含有されたCとNbとが結合してNbCとなり、当該結合により低熱膨張性の低下要因となる固溶Cを減少させるとともに、切削性の向上要因となる上記NbCが晶出または析出した鋳放し材であることを特徴とする低熱膨張鋳物。 - Cを0.1〜0.25質量%、Siを0.1〜0.5質量%、Mnを0.05〜0.8質量%、Niを33〜40質量%、Nbおよびその他不可避的不純物を含有し、残部がFeからなる低熱膨張鋳物であって、
Nbの含有量が、Cの含有量の8倍以上で且つ、2.5質量%以下であり、
含有されたCとNbとが結合してNbCとなり、当該結合により低熱膨張性の低下要因となる固溶Cを減少させるとともに、切削性の向上要因となる上記NbCが晶出または析出したものであり、
CとNbとの結合により低熱膨張性の低下要因となる固溶Cを減少させる量が、室温〜100℃の熱膨張率が2.11×10 −6 以下となる量であることを特徴とする低熱膨張鋳物。
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