(57)【要約】【課題】  金型本体の内面に割れが発生しにくく、長寿命の金型本体を備えた遠心鋳造用金型を提供する。【解決手段】  本発明の遠心鋳造用金型２は、質量％で、Ｃ：０．０９〜０．１２％、Ｓｉ：０．２０〜０．３０％、Ｍｎ：０．３０〜０．５０％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｎｉ：０．４０％以下、Ｃｒ：５．８〜８．５％、Ｍｏ：０．８５〜０．９５％、Ｎｂ：０．０６０〜０．０８５％、Ｖ：０．１８〜０．２２％、Ａｌ：０．０１５％以下、Ｎ：０．０４０〜０．０６５％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であるクロムモリブデン鋼からなる金型本体３を具備することを特徴とする。【選択図】            図３
2008231521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心鋳造管を鋳造する遠心鋳造用の金型であって、質量％で、Ｃ：０．０９〜０．１２％、Ｓｉ：０．２０〜０．３０％、Ｍｎ：０．３０〜０．５０％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｎｉ：０．４０％以下、Ｃｒ：５．８〜８．５％、Ｍｏ：０．８５〜０．９５％、Ｎｂ：０．０６０〜０．０８５％、Ｖ：０．１８〜０．２２％、Ａｌ：０．０１５％以下、Ｎ：０．０４０〜０．０６５％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であるクロムモリブデン鋼からなる金型本体を具備することを特徴とする遠心鋳造用金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心鋳造設備の金型に関し、詳しくは、高温強度特性及びクリープ強度が高く、長寿命である金型本体を備えた遠心鋳造用金型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ダクタイル鋳鉄管などの遠心鋳造管を製造する遠心鋳造設備は、その軸芯を回転軸として回転する金型と、この金型を搭載する鋳造台車と、溶湯を収容し、傾動することによって金型内に該溶湯を供給する鋳込み用取鍋と、鋳込み用取鍋から流出される溶湯を金型内に中継供給する注入用樋とを備えており、回転している金型内の奥まで挿入された注入用樋の先端から溶湯を注入しながら、金型を鋳造台車とともに鋳込み用取鍋の反対側に移動させることにより、注入した溶湯を順次凝固させて、溶湯から遠心鋳造管を直接製造している。製造された遠心鋳造管は、鋳込み用取鍋の反対側に向けて金型から引き抜かれた後、熱処理などが施され、製品となる。
【０００３】
金型は、溶湯を直接受ける部位である円筒状の金型本体と、この金型本体の外周に設けられるスリーブとで構成され、金型本体とスリーブとの間隙が冷却水の流路となっている。金型本体は、一般的に、高温強度に優れるクロムモリブデン鋼（例えばＪＩＳ  Ｇ  ４１０５に示されるＳＣＭ４２０など）などが使用されている。
【０００４】
溶湯と直接接触する側である、金型本体の内表面には、加熱と冷却とが繰り返し負荷されて周期的な熱応力が作用する。この周期的な熱応力によって金型本体の内表面には割れが発生する。この割れは、鋳造される遠心鋳造管の表面性状を悪化させるので、例えば金型を１日間鋳造に供したならば、金型を鋳造台車から取り外して、金型本体の内面研削を行う、或いは、金型本体の内面に溶接肉盛りした後に内面研削するなどして、金型本体の内面の割れを除去することが行われている。但し、溶接肉盛り補修の可能な範囲は金型本体の端部に限られ、一般的に、金型本体の中央部では内面研削が主体となる。この内面研削の回数が重なると金型本体の内径が拡大し、鋳造される遠心鋳造管が規格のサイズを維持できなくなり、金型本体は廃却処分となって、新品の金型本体が新に設置されることになる。金型本体にはその他に磨耗や変形なども発生するが、金型本体の使用回数つまり寿命は、主に金型本体の内表面に発生する割れに依存していた。
【０００５】
金型本体内表面の割れを防止するために、特許文献１には、製造される遠心鋳造管の端部つまり遠心鋳造管の厚肉部に相当する位置の金型本体の肉厚を、遠心鋳造管の中央部に相当する位置の肉厚よりも薄くした金型本体が提案されている。特許文献１によれば、遠心鋳造管端部の厚肉部に相当する位置の厚みを薄くすることで金型本体の肉厚方向の温度分布が緩くなり、金型本体における割れの発生が防止されるとしている。しかしながら、入熱の多い箇所を相対的に薄肉化することにより、鋳造される遠心鋳造管は急冷されて、遠心鋳造管の表面に割れなどの欠陥が発生しやすくなるという問題点がある。また、相対的に薄肉化することにより金型本体の熱衝撃が大きくなり、却って金型本体に割れが発生しやすくなるという場合もある。
【特許文献１】特開２００１−１５０１１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、従来、金型本体内面の割れを防止することが切望されているにも拘わらず、有効な手段はなく、やむなく金型本体の内面を研削して発生した割れを除去しているのが現状であり、製造コストの上昇をもたらしていた。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、高温強度特性及びクリープ強度が高く、割れが発生しにくく、長寿命の金型本体を備えた遠心鋳造用金型を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等は、上記課題を解決するべく、鋭意研究・検討を実施した。その結果、金型本体を高温強度特性及びクリープ強度に優れた耐熱鋼によって構成することで、割れの発生を防止することができるとの知見を得た。また、オーステナイト系耐熱鋼とフェライト系耐熱鋼とを比較すると、フェライト系耐熱鋼はオーステナイト系耐熱鋼に比べて高温強度は低いものの、熱膨張率が小さいため、繰り返しの加熱・冷却における酸化スケールの剥離が少ないという利点があり、更に、熱疲労特性にも優れるという利点があり、金型本体として好適であることが分かった。また更に、金型本体は繰り返し使用のために、溶接補修が必須であり、溶接性に優れた材料とする必要があることも確認できた。
【０００９】
これらの条件を勘案した結果、Ｃｒを９質量％程度、Ｍｏを１質量％程度含有するフェライト系のクロムモリブデン鋼が金型本体の材料として最適であるとの知見が得られた。
【００１０】
本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、本発明に係る遠心鋳造用金型は、遠心鋳造管を鋳造する遠心鋳造用の金型であって、質量％で、Ｃ：０．０９〜０．１２％、Ｓｉ：０．２０〜０．３０％、Ｍｎ：０．３０〜０．５０％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｎｉ：０．４０％以下、Ｃｒ：５．８〜８．５％、Ｍｏ：０．８５〜０．９５％、Ｎｂ：０．０６０〜０．０８５％、Ｖ：０．１８〜０．２２％、Ａｌ：０．０１５％以下、Ｎ：０．０４０〜０．０６５％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であるクロムモリブデン鋼からなる金型本体を具備することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の金型によれば、高温強度及びクリープ強度が高く、更に、高温靭性及び耐熱疲労特性に優れたフェライト系のクロムモリブデン鋼からなる金型本体を具備しているので、周期的な熱応力が作用しても金型本体の内表面に割れが発生しにくく、その結果、割れの発生を抑制しつつ、長期間にわたって安定して使用することができる。また、溶接性にも優れているので、何ら問題を発生することなく肉盛り補修を実施することができる。これらにより、金型の費用を大幅に削減することができ、遠心鋳造管の製造コストの削減が達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明に係る金型を備えた遠心鋳造設備の概略図、図２は、本発明に係る金型の概略構造を示す斜視図、図３は、本発明に係る金型の一部分の断面図である。
【００１３】
図１に示すように、ダクタイル鋳鉄管などの遠心鋳造管を製造する遠心鋳造設備は、略水平に設置され、その軸芯回りに回転する金型２と、回転する金型２を保持する鋳造台車１と、金型２を回転させる駆動装置として鋳造台車１に搭載された電動機８と、鋳造台車１をレール１１の上で移動させる台車駆動装置１６と、溶湯１７を収容し、鋳込み用取鍋として使用される三角取鍋１２と、三角取鍋１２から注入される溶湯１７を金型２の内部に中継供給するための注入用樋として使用されるシュート１３及びトラフ１４と、を備えており、電動機８により回転している金型２の内部の奥まで挿入されたトラフ１４の先端から溶湯１７を注入しながら、台車駆動装置１６を用いて金型２を鋳造台車１とともに三角取鍋１２の反対側へ移動させることによって、注入した溶湯１７を順次凝固させ、溶湯１７から遠心鋳造管１８を直接製造している。
【００１４】
図中、符号５は、回転する金型２を鋳造台車１に固定するために設置された一対の回転支持装置、６は、金型２を冷却する冷却水の給水及び排水のために設けられた一対の冷却水ジャケット、７はプーリー、９は、電動機８の動力を伝えるためのプーリー７にかかるベルト、１０は車輪である。中子１５は、製造される遠心鋳造管１８の端面形状を形成するとともに、トラフ１４から供給される溶湯１７の漏洩を防止している。
【００１５】
金型２は、図２及び図３に示すように、溶湯１７を直接受ける部位である円筒状の金型本体３と、この金型本体３の外周に設けられるスリーブ４とで構成され、金型本体３とスリーブ４との間隙が冷却水の流路となっており、一方の冷却水ジャケット６から給水された冷却水はこの間隙を通って金型本体３を冷却し、他方の冷却水ジャケット６から排出されるようになっている。冷却水ジャケット６は、冷却水を給排水するための水箱１９を備え、この水箱１９は可塑性の水シール材２０を介して金型２と密着されており、冷却水を漏洩させずに水箱１９に接合して金型２が回転できるようになっている。図３中の符号２１及び２２は固定用金物であり、金型本体３を水箱１９の所定の位置に設置するためのものである。
【００１６】
本発明においては、金型２を構成する金型本体３として、質量％で、Ｃ：０．０９〜０．１２％、Ｓｉ：０．２０〜０．３０％、Ｍｎ：０．３０〜０．５０％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｎｉ：０．４０％以下、Ｃｒ：５．８〜８．５％、Ｍｏ：０．８５〜０．９５％、Ｎｂ：０．０６０〜０．０８５％、Ｖ：０．１８〜０．２２％、Ａｌ：０．０１５％以下、Ｎ：０．０４０〜０．０６５％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であるクロムモリブデン鋼からなる金型本体３を使用する。
【００１７】
このクロムモリブデン鋼は、米国機械学会規格名でＡＳＭＥ  Ｔ９１として知られており、６００℃における１０5 ｈクリープ強度が１００ＭＰａを超えた、クリープ強度に優れた耐熱鋼である。また、組織的にフェライト系であることから、靭性及び耐熱疲労特性に優れている。また更に、炭素濃度が低く、溶接性にも優れた材料である。
【００１８】
従って、金型本体３を上記組成のクロムモリブデン鋼とすることにより、金型本体３の内面に溶湯１７が供給される毎に加熱と冷却とが繰り返し負荷されて周期的な熱応力が作用しても、金型本体３の内面には割れが発生しにくく、その結果、金型本体３を、割れの発生を抑制しつつ、長期間にわたって安定して使用することができる。
【００１９】
また、長期間の使用によって金型本体３の内面に割れが発生した場合には、肉盛り溶接によって肉盛りし、その後、内面研削することで、初期状態と同等形状の金型本体３を再生することができる。溶接性に優れているので、溶接肉盛り補修において何ら問題を発生することがない。管端から離れた金型本体３の中央部などの、肉盛り補修が不可能な範囲は、肉盛り補修は実施せず、内面研削によって割れを除去し、再使用に供する。
【００２０】
このように、本発明の遠心鋳造用金型２によれば、高温強度及びクリープ強度が高く、更に、高温靭性及び耐熱疲労特性に優れたフェライト系のクロムモリブデン鋼からなる金型本体３を具備しているので、周期的な熱応力が作用しても金型本体３の内面に割れが発生しにくく、その結果、割れの発生を抑制しつつ、長期間にわたって安定して使用することができる。また、溶接性にも優れているので、何ら問題を発生することなく肉盛り補修を実施することができる。これらにより、金型２の費用を大幅に削減することができ、遠心鋳造管１８の製造コストの削減が達成される。
【００２１】
尚、本発明は上記説明に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、金型２は、回転支持装置５を一体的に組み込んでいるが、回転支持装置５を鋳造台車１に配置し、そこに金型２を嵌め込むようにしてもよく、また、金型本体２の形状は図３に示す形状とする必要はなく、鋳造される遠心鋳造管の外殻に応じてその形状を決定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る金型を備えた遠心鋳造設備の概略図である。
【図２】本発明に係る金型の概略構造を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る金型の一部分の断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  鋳造台車
２  金型
３  金型本体
４  スリーブ
５  回転支持装置
６  冷却水ジャケット
７  プーリー
８  電動機
９  ベルト
１０  車輪
１１  レール
１２  三角取鍋
１３  シュート
１４  トラフ
１５  中子
１６  台車駆動装置
１７  溶湯
１８  遠心鋳造管
１９  水箱
２０  水シール材
２１  固定用金物
２２  固定用金物
【図１】
2008231521.tif 000003
【図２】
2008231521.tif 000004
【図３】
2008231521.tif 000005