一般に鋳鋼の鋳造性能は鋳鉄に比べて劣ります。鋳鋼は流動性が低いため、コールドバリアを形成しやすい。鋳鋼は酸化やガス吸収も比較的大きく、スラグや気孔が発生しやすいです。同時に、鋳鋼の本体収縮と線形収縮も大きすぎるため、引け巣、気孔、熱間割れ、冷間割れが発生しやすくなります。また、鋳鋼は鋳鉄に比べて融点が高いため、鋳造時に粘りのある砂が発生しやすくなります。
鋳鋼中に含まれるSi、Mn等の残留微量元素は、鋳鋼の鋳造性や溶鋼の流動性に影響を与えます。
鋳鋼の鋳造性能とさまざまな要素の関係:
1) 流動性を向上させる元素：Si、P、Cu、Ni、Mn
2) 流動性を低下させる元素：Ti、Cr、Al、S、V、Mo、W
3) 引け巣を発生しやすくする元素：C、Cr、Mn、V、Mo、Ni
4) 熱亀裂傾向を軽減する化学元素: V、Mn、Al、Si
5) 熱亀裂の傾向を高める化学元素: S、Si、P、Cu、Mn、Cr、Mo、Ni
鋳鋼の鋳造特性に対するさまざまな化学元素の影響。
1) カーボン
炭素は鋳鋼の流動性を向上させることができます
2) シリコン
• シリコンは鋳鋼の融点を下げ、流動性を改善します。
・鋳鋼中のケイ素含有量が０．４％未満であると、鋳鋼の熱間割れ傾向が改善される。シリコンの含有量が多いと柱状結晶が生成しやすくなり、熱割れが発生しやすくなります。
3) マンガン
• マンガンは結晶化を抑制し、鋳鋼の流動性を改善します。
• マンガンは鋼鋳物の体積収縮と線形収縮を増加させ、冷間割れと熱間割れの傾向を増加させます。
• マンガン元素は鋳鋼中に MnO を生成し、鋳物砂中のシリカとともに化学的な粘着性の砂を形成します。
4) 硫黄
硫黄元素は鋳鋼中に MnS と三硫化アルミニウムを生成し、鋳鋼の流動性を低下させ、高温割れの傾向を増大させます。
5) リン
リンは流動性を改善しますが、冷間亀裂傾向と熱間亀裂傾向を増加させます。
6) 銅
• 銅は鋳鋼の融点を下げ、結晶化範囲を狭め、鋳鋼の流動性を改善します。
・鋳鋼中の銅含有量が１％を超えると、銅元素が自由析出しやすくなり、熱間割れが発生しやすくなる。 SiおよびMnの含有量を増やすと、鋳鋼中の銅の溶解度が増加します。
7) モリブデン
• 低合金範囲では、モリブデン合金は鋳鋼の流動性を低下させる可能性があります。
• Mo 元素は鋳鋼の空洞を収縮させる傾向をわずかに増加させます。
• 鋳鋼中のモリブデン含有量が 1% 未満の場合、MoS が形成されて粒界に析出し、それによって鋳鋼の熱伝導率が低下し、収縮が増加し、冷間割れおよび熱間割れの傾向が増加します。
8) バナジウム
・鋳鋼中のバナジウム含有量が0.25％～1.0％の場合、酸化皮膜が形成され、鋳鋼の流動性が若干低下します。
• バナジウムは鋼鋳物の高温強度を高め、鋳物の亀裂傾向を改善します。
9) アルミニウム
・アルミニウムを脱酸剤として鋳鋼に添加すると、優れた脱酸効果があり、鋳鋼の流動性を向上させることができます。
・アルミニウムは合金元素として添加すると酸化アルミニウムや硫化アルミニウムを生成しやすくなり、流動性が低下します。
• 収縮と熱亀裂の傾向が増加します。
10) チタン
チタンは鋳鋼の流動性を大幅に低下させる可能性があります
11) クロム
・クロムは鋳鋼中に介在物や酸化皮膜を生成しやすく、溶鋼を厚くし、溶鋼の流動性を低下させます。クロム含有量が比較的高い場合、鋼鋳物にしわやコールドバリアが容易に形成されます。
• クロムはボディの収縮量を増加させ、収縮傾向を増大させます。
• クロムは鋳鋼の熱伝導率を低下させ、高温割れの傾向を増加させます。
12) ニッケル
• ニッケルは鋳鋼の流動性を向上させることができます。
• ニッケルは鋳鋼にデンドライトを生成しやすく、高温割れの傾向を高めます。
13) 希土類元素
• 希土類元素は溶鋼の脱硫と脱酸に役割を果たすことができます。
• 希土類元素は溶鋼の流動性を改善し、高温割れの傾向を軽減します。
