JPS63219552A - 高温強度・靭性に優れた遠心鋳造金型用鋼材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、高温強度・靭性に優れた遠心鋳造金型用鋼
材に関し、とくに製鉄用ロールや鋳造管、各種スリーブ
などの遠心鋳造の際に使用される金型の寿命の延長を図
ろうとするものである。

（従来の技術） 遠心鋳造金型用鋼材としては、従来、主として５Ｆ４５
や５Ｆ５０などの安価な炭素鋼が用いられてきた。

ところでかかる遠心鋳造金型は、その内面は直接あるい
はパウダーを介して間接的に溶湯と接して加熱され、一
方外面は強度保持の目的から水冷または水スプレーなど
によって冷却されているケースが多いが、製品の鋳造サ
イクル毎に、このような加熱と冷却とが繰り返されると
、上記の如き炭素鋼は高温強度や低温靭性が小さいこと
もあって、金型の内面には亀甲状の割れが生じる。

従来、使用中に生じたきすやクラックなどは溶接補修し
て何回も使用されてきたが、かような補修は煩雑なばか
りでなく、生産性の低下を招く不利があった。

（発明が解決しようとする問題点） ＪＩＳ規格で規定されている炭素鋼鍛鋼品は、ＪＩＳＧ
３２０１にてＳＦ　３５〜５Ｆ６５が記載され、Ｃ：　
０．６０ｗｔ％（以下単に％で示す）以下、Ｓｉ：０．
１５〜０．５０％、　Ｍｎ　：　０．３０−１．２０％
、ｐ：ｏ、ｏ３％以下、Ｓ　：　０．０３５％以下と規
定されている。。しかしながらこの鋼種は、高温強度あ
るいは低温靭性が不十分であり、かつ、溶接性が考慮さ
れていないなどの問題点がある。

一方、圧力容器用炭素鋼鍛鋼品としては、ＪＩＳＧ　３
２０２ニて５ＦＶＣ２Ｂが記載され、Ｃ：０．３０％以
下、Ｓｉ　：　０．３５％以下、Ｍｎ　：　０．７０〜
１．３５％、Ｐ：０．０３０％、　　Ｓ　：０．０３０
％以下、Ｎｉ　：　０．４０％以下、Ｃｒ　：　０．２
５％以下、Ｍｏ　：　０．１０％以下、Ｖ：０．０５％
以下と規定されている。この鋼種は、溶接性や低温靭性
の点については上掲のＪＩＳ　Ｇ　３２０１よりもかな
り改善されているけれども、高温強度が低いというとこ
ろに問題を残していた。

（問題点を解決するための手段） 遠心鋳造金型は使用中に生じたきす、クラックなどを溶
接補修して何回も使用され、鋼材としては主として安価
な炭素鋼が使用されてきたのは前述したとおりである。

この寿命を長くするためには、高温強度・低温靭性を改
善することが重要である。−最に、炭素鋼の機械的性質
は化学成分と、熱処理によって支配される。通常、遠心
鋳造金型用鋼材の熱処理は焼ならし一層もどしが施され
るので、当材の機械的性質は、化学成分で概ね決定され
る。ここに強度は炭素当量（Ｃｅｑ　＝Ｃ＋Ｓｉ／２４
＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ１５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１
４）の増加により向上でき、Ｃｅｑの増加はｃｌを増や
すことで容易に達成できるが、これは靭性面からの制約
を受ける。他方、靭性向上にはＭｎ／Ｃの増加が有効で
ある。

この発明では、Ｍｏを添加して、靭性を劣化させること
なしに高温強度（４００°Ｃ以上での引張強さ）を向上
させ、さらに、細粒化元素としてＮ　ｂ　＋　Ｔ　ｉ＋
Ａｌの１種あるいは２種以上を添加することにより強度
と靭性との一層の向上を達成した。

すなわちこの発明は、 Ｃ：０．１０〜０．３０％ Ｓｉ　：　０．１５〜０．５０％ Ｍｎ　：　１．００〜２．００％ Ｍｏ　：　０．２０〜０．４０％ Ｃｕ　：　０．２５％以下 Ｎｉ　：　０．４０％以下 Ｃｒ　：　０．４０％以下および Ｖ　：　０．４０％以下 を含み、かつ Ｎｂ、　ＴｉおよびＡ２のうちから選んだ一種または二
種以上：　０．０１〜０．１０％を含有し、残部は不可
避的不純物およびＦｅの組成になることを特徴とする高
温強度・靭性に優れた遠心鋳造金型用鋼材である。

（作　用） この発明の遠心鋳造金型用鋼材において、化学組成を、
上記の通りに規制した理由について説明する。

（ａ）　　Ｃ：　０．１０〜０．３０％靭性を改善する
ためにはＣ量を減少させることが望ましいが、Ｃ量を０
．１０％未満にすると他の成分との兼合いから強度が不
足してくる。一方、Ｃｆｌが０．３％を超えると優れた
靭性が得られない。

（ｂ）　Ｓｉ　：　０．１５〜０．５０％製鋼時の脱酸
、および強度の維持を考えて０．１５〜０．５０％とし
た。

（ｃ）　Ｍｎ　：　１．００〜２．００％強度と靭性を
ともに改善し、かつ安価な成分として、Ｍｎｌを増加さ
せることが望ましいが、Ｍｎ量が２．００％を超えると
逆に靭性を劣化させる。

一方、Ｍｎ、ｌが１．００％に満たないと他の成分との
兼合いから強度が不足してくる。とくにＭｎ／Ｃが小さ
いと靭性の改善が期待できないので、Ｍｎ／Ｃは６．０
以上とするのが望ましい。

（ｄ）　Ｍｏ　：　０．２０〜０．４０％靭性を劣化さ
せずに高温強度（４００°Ｃ以上での引張強さ）を向上
させるのに寄与するが、０．２０％未満ではその添加効
果に乏しく、一方、０．４０％を超えると靭性劣化の不
利が生じる。

（ｅ）　Ｃｕ、　Ｎｔ、　Ｃｒ＋　Ｖ これらの成分はいずれも、鋼材の強度を向上させるのに
有効に寄与するが、あまりに多量に含有されると溶接性
、炭素鋼の不純物規制などの点で好ましくないので、そ
れぞれＣｕ　　：０．２５％以下、Ｎｉ　：　０．４０
％以下、Ｃｒ　：　０．４０％以下、■：０．４０％以
下の範囲で添加することとした。

（ｆ）　　Ｎｂ、　　Ｔｉ、　　八ｌ これらの成分はいずれも、鋼材の結晶粒を細粒化させて
、強度と靭性をともに改善するのに有用な元素であるが
、含有量があまりに少ないとその添加効果に乏しく、一
方あまりに多いと巨大析出物、介在物が生成するなどの
不利があるので、単独使用および併用いずれの場合にお
いても０．０１〜０．１０％の範囲で添加するものとし
た。

（実施例） 表１に示す種々の成分組成になる鋼を、溶解−造塊−鍛
造後、８７０°Ｃ，８時間（ｈ）の焼ならし一６２０’
Ｃ，１２時間（ｈ）の焼もどしからなる熱処理を施し、
厚み３００　ｍｍの供試鋼を製造した。

かくして得られた各供試鋼の組織および機械的性質につ
いて調べた結果を表２に、また各温度における引張り特
性およびシャルピー衝撃遷移曲線についての調査結果を
第１図および第２図にそれぞれ示す。

供試鋼の組織はいずれも、フェライト＋パーライト組織
を呈していたが、フェライト粒径はＡ２＋ＮｂまたはＡ
ｌ＋Ｔｉを含有する鋼の方がｉのみを含有する鋼よりも
細粒化していた。

さて比較鋼１は通常のＳＦ　５０であるが、Ｍｎ／Ｃが
小さいため靭性に劣っていた。比較ｗ４２は比較鋼ｌよ
りもＭｎ／Ｃを大きくして靭性を改善した例ζまた比較
鋼３は比較鋼１よりも炭素当量（Ｃｅｑ）およびＭｎ／
Ｃを大きくして強度と靭性とを改善した例である。しか
しながら、かような処理を施してもなお比較鋼２，３は
、比較鋼ｌと同様、試験温度が４００°Ｃを超えると強
度の急激な低下を免れ得なかった。

これに対し発明鋼４〜６はいずれも、比較鋼１よりも高
温強度（４００°Ｃ以上での引張り強さ）が大幅に（４
００″ＣでＡＴＳ＝７．５　ｋｇｆ／ｍ＋ｓ”、　５０
０°ＣでΔＴＳ＝１６ｋｇｆ／ｍｍ”　）改善されてい
て、とくにＭｎ／Ｃの確保はもとよりＡ　１．　＋Ｎｂ
またはＡｊ！＋Ｔｉを添加して結晶粒の細粒化を図った
発明鋼５．６は靭性の改善も併せて達成されている。

（発明の効果） かくしてこの発明によれば、高温強度は勿論のこと低温
靭性に優れた遠心鋳造金型用鋼材を容易に得ることがで
き、その寿命延長ひいては生産性の向上に偉効を奏する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、種々の試験温度における引張り特性を示した
グラフ、 第２図は、シャルピー衝撃遷移曲線を示したグラフであ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ：０．１０〜０．３０ｗｔ％ Ｓｉ：０．１５〜０．５０ｗｔ％ Ｍｎ：１．００〜２．００ｗｔ％ Ｍｏ：０．２０〜０．４０ｗｔ％ Ｃｕ：０．２５ｗｔ％以下 Ｎｉ：０．４０ｗｔ％以下 Ｃｒ：０．４０ｗｔ％以下および Ｖ：０．４０ｗｔ％以下 を含み、かつ Ｎｂ、ＴｉおよびＡｌのうちから選んだ一種または二種
   以上：０．０１〜０．１０ｗｔ％を含有し、残部は不可
   避的不純物およびＦｅの組成になることを特徴とする高
   温強度・靭性に優れた遠心鋳造金型用鋼材。