(57)【要約】特定成分について鋼組成を制限するとともに、鋼中のＴｉ、Ｚｒ、ＳおよびＮ含有量を適切な範囲に調整することにより、ＴｉやＺｒの微細な硫化物を形成させ、鋳造後の内部品質および被削性に優れた鋳鋼であり、この鋳鋼を鋳造することによって、鋳造状態での内部品質が鍛鋼製品に匹敵するような優れた被削性を有する金型を製造することができる。これにより、従来では適用できなかった、鋳造材で加工表面が素形材内部におよぶ深彫用や、仕上げ用で表面性状の良さが厳しく要求される用途にも適用することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０２〜０．４５％、Ｓｉ：０．１〜２．５％、Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｐ：０．１０％以下、Ｓ：０．０２〜０．６０％、Ｎ：０．０２０％以下、Ａｌ：０．００１〜０．０３％を含み、さらに、Ｔｉ：０．０５〜０．２５％およびＺｒ：０．０５〜０．５０％の１種または２種を含み、残部がＦｅおよび不純物からなり、下記式（１）により与えられる有効Ｔｉ等量（Ｔｉ＊）が下記式（２）により与えられる関係を満足し、鋼中にＴｉおよびＺｒのうちの１種以上を含む硫化物を含むことを特徴とする鋳造後の内部品質および被削性に優れた鋳鋼。
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【請求項２】
Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｃｒ：０．２〜９．０％、Ｎｉ：０．２〜２．０％、Ｍｏ：０．０５〜２．０％およびＶ：０．０１〜１．５％のうちから選ばれた１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の鋳造後の内部品質および被削性に優れた鋳鋼。
【請求項３】
Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｃｕ：０．１〜３．０％およびＯ（酸素）：０．００５〜０．０２０％のうちの１種または２種を含有することを特徴とする請求項１に記載の鋳造後の内部品質および被削性に優れた鋳鋼。
【請求項４】
Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｃｒ：０．２〜９．０％、Ｎｉ：０．２〜２．０％、Ｍｏ：０．０５〜２．０％およびＶ：０．０１〜１．５％のうちから選ばれた１種または２種以上を含有させ、さらにＣｕ：０．１〜３．０％およびＯ（酸素）：０．００５〜０．０２０％のうちの１種または２種を含有することを特徴とする請求項１に記載の鋳造後の内部品質および被削性に優れた鋳鋼。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の鋳鋼を鋳造してなる金型。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、鋳造後の内部品質および被削性に優れた鋳鋼ならびに、前記鋳鋼を鋳造して得られる鋳鋼製品とりわけ金型に関するもので、詳しくは、鋳造状態で各種欠陥を抑制し、鍛鋼製品に匹敵する内部品質および優れた被削性を有する鋳鋼ならびにそれを用いた金型に関する。
背景技術
金型は金属やプラスチックをはじめとする各種の材料を成形する上で不可欠な加工部材（工具）である。これには一般に各種鋼材が使用されている。
例えば、プラスチック成形用金型にはＣ：０．１０〜０．５０質量％を含有する炭素鋼またはこれにＣｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｖ等を添加した鋼材が使用されている。また、熱間鍛造用金型にはＪＩＳ  ＳＫＤ６１種を始めとして、Ｃｒ：１〜９質量％とＶ：０．２〜１．２質量％、Ｍｏ：０．２〜２．０質量％を主要成分とする鋼材が使用される。さらに、冷間成形用金型には例えば質量％で１％Ｃ−３．５％Ｃｒ程度を含有する鋼材が使用される。
これらの金型は主に鋼素材を熱間加工して素形材とし、必要に応じて切断したのちユーザーにて所定の金型形状に切削加工されることが多い。しかしながら、熱間加工後切削加工する方法では、素形材を入手し、切削加工にて仕上げるまでに多くの日数を要し、納期の短縮等の面で限界がある。さらに熱間加工仕上げのため、必要な形状に近い形状、いわゆるニアネットシェイプに加工することが困難であり、素形材の多くを切削切り屑として排出することでロスするとともに、切削加工において長い時間と多大の工具費を必要とする。
一方、鋳造材では、各種の冷却用孔をはじめ、最終仕上げ形状に近い形状に鋳造が可能であるが、下記のような課題があり、適用には大きな制約があった。
例えば、特開平１１−２７９６７３号公報では融点が低く取り扱いが容易なＺｎ鋳造合金を用いることを提案している。すなわち、重量％にて、Ｍｇ：１．５〜２．５％、Ａｌ：３〜５％およびＣｕ：２〜４％を含み、残部が実質的にＺｎからなり、凝固開始温度が３９０℃以下、ビッカース硬さが１５０以上で、ポロシティーの発生が抑制された亜鉛合金の使用である。
また、特開平１０−１４７８４０号公報では鋳鋼で金型を製造することを提案している。すなわち、重量％で、Ｃ：０．５〜１．０％、Ｓｉ：０．２５〜１．５％、Ｍｎ：１．０〜１．８５％、Ｃｒ：０．６〜５．０％、ＭｏとＷの１種または２種を（Ｍｏ＋Ｗ／２）で０．０６〜０．８０％含み、さらに、Ｓ：０．１０〜０．４０％、残部が実質的にＦｅよりなり、硫化物系介在物が基地組織中に粒状に分散した快削鋳鋼による金型の製造である。
しかしながら、前者ではＺｎを主体とする合金であるために、被削性には優れるものの、金型としての寿命を改善するために必要な硬さに限界がある。また、Ｚｎ合金は鋼材に比べ著しく高価である。
後者では従来と同様な鋼成分を使用するため、硬さは十分に得られるものの、被削性改善のためにＳを積極的に添加し、ＭｎＳ量を増加させると、鋳鋼であるため、ポロシテイーやＳの偏析、あるいはこれらに起因した割れ等の鋳造欠陥を助長する。さらに、鋳鋼では、ポロシテイーはその後に熱間加工が加わらないために圧着せず、切削後の表面欠陥となる。
したがって、従来の技術では、鋳造材で加工表面が素形材内部におよぶ深彫用や、仕上げ用で表面性状の良さが厳しく要求される用途には適用出来なかった。
発明の開示
本発明は上述した従来技術における問題点を解決するためになされたものであり、その課題は、鋳造後の内部品質および被削性に優れた鋳鋼ならびに、前記鋳鋼を鋳造して得られる、鋳造状態で各種欠陥を抑制し、鍛鋼製品に匹敵する内部品質および優れた被削性を有する金型を提供することを目的としている。
本発明者らは、前記課題の解決を図るため、下記の目標を同時に満足し得る鋳鋼および金型の開発を進めてきた。
１）鋳造にて金型素材を作製し、金型仕上げのための切削加工量を大きく低減させ、加工時間および加工コストを大幅に低減する。
２）鋳造にて十分な硬さの金型が得られる鋳鋼を開発する。
３）鋳鋼金型で問題のある被削性および鋳造欠陥を同時に解決するために、高Ｓ含有成分系で、鋳造のままにて鍛鋼なみの内部品質を実現する。
ここでいう内部品質とは、単に鋳造品の内部の品質を指すだけでなく、切削により新たに表面となる表面部分における品質をも含むものである。
なお、以上のような課題が解決出来れば、上記の鋳鋼は、一般の機械部品用等の鋳鋼にももちろん適用が可能である。
上記の開発を進めた結果、以下の知見を得た。
ａ）鋼中に被削性改善を目的にＳを多量に含有させ、さらにＴｉやＺｒを必要量添加すると、ＴｉやＺｒを含有する硫化物が生成し、ＭｎＳが皆無になるかまたはその生成が著しく抑制され、その結果、ＴｉやＺｒを含む硫化物が鋳鋼内にて微細に分散する。
ｂ）上記ａ）の結果、被削性が改善されるばかりでなく、従来とは異なった凝固形態が得られ、Ｓ含有率が高くても鋳造のままでＳの偏析が大幅に改善されるとともに、柱状晶が減少または消失し、ポロシティーや偏析といった欠陥だけでなく、粗い柱状晶に起因する切削表面の凹凸も改善され、鍛鋼に匹敵する画期的な内部品質が得られる。
上記の知見に基づいて完成させた本発明の要旨は、下記のとおりである。
▲１▼  質量％で、Ｃ：０．０２〜０．４５％、Ｓｉ：０．１〜２．５％、Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｐ：０．１０％以下、Ｓ：０．０２〜０．６０％、Ｎ：０．０２０％以下、Ａｌ：０．００１〜０．０３％を含み、さらに、Ｔｉ：０．０５〜０．２５％およびＺｒ：０．０５〜０．５０％の１種または２種を含み、残部がＦｅおよび不純物からなり、下記式（１）により与えられる有効Ｔｉ等量（Ｔｉ＊）が下記式（２）により与えられる関係を満足し、鋼中にＴｉおよびＺｒのうちの１種以上を含む硫化物を含むことを特徴とする鋳造後の内部品質および被削性に優れた鋳鋼である。
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▲２▼  前記▲１▼に記載の鋳鋼において、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｃｒ：０．２〜９．０％、Ｎｉ：０．２〜２．０％、Ｍｏ：０．０５〜２．０％およびＶ：０．０１〜１．５％のうちから選ばれた１種または２種以上を含有させてもよい。
▲３▼  前記▲１▼または▲２▼に記載の鋳鋼において、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｃｕ：０．１〜３．０％およびＯ（酸素）：０．００５〜０．０２０％のうちの１種または２種を含有させてもよい。
▲４▼  前記▲１▼から▲３▼のいずれかに記載の鋳鋼を鋳造してなる金型である。
発明を実施するための最良の形態
本発明に係る鋳鋼の組織および化学組成について、以下で詳細に説明する。なお、以下の説明において、各元素の含有量としての「％」は、特に断らない限り、「質量％」を意味するものとする。
図１は、ＴｉおよびＺｒのいずれをも含有しない鋳鋼による鋳塊のマクロ組織写真である。後述する実施例における鋼番号１６の鋳鋼により直径１４３ｍｍの鋳塊を製造し、そのマクロ組織写真を撮影したものである。中心部に割れや極端なマクロ偏析は認められないものの、組織は粗大で、表面から半径方向に半径の約３０％の範囲が柱状晶からなっている。
図２は、Ｚｒを含有する鋳鋼による鋳塊のマクロ組織写真である。実施例における鋼番号２の鋳鋼により直径１４３ｍｍの鋳塊を製造し、そのマクロ組織写真を撮影したものである。組織はきわめて微細で、柱状晶も認められず熱間鍛造後のマクロ組織に匹敵する。
図３は、Ｔｉを含有する鋳鋼（実施例の鋼番号１）の鋳塊中心部の介在物のミクロ写真であり、図４は、Ｚｒを含有する鋳鋼（実施例の鋼番号２）の鋳塊中心部の介在物のミクロ写真である。
介在物のＥＰＭＡによる点分析で得た硫化物の組成分析結果から、図３の介在物は、大部分がＴｉの硫化物を含有する介在物であり、図４の介在物は、大部分がＺｒの硫化物を含有する介在物であることが判明した。
この現象は鋳鋼中の元素成分のうち、Ｔｉ、Ｚｒ、ＳおよびＮによって支配される。すなわち、これらの元素含有量により前記式（１）で与えられる有効Ｔｉ等量が前記式（２）を満足すると、凝固時に、まず少量のＴｉやＺｒはＮと反応して窒化物を形成し、残りの大部分のＴｉやＺｒは硫化物を生成する。この硫化物が、凝固形態を変化させる最終凝固部で、Ｓ、Ｐ等の大きな濃縮をともなうことなく一挙に凝固を促進させるため、偏析が改善されるとともに、凝固収縮にともなうポロシティー等の鋳造欠陥が改善される。
前記式（１）は硫化物として反応可能なＴｉおよびＺｒの量であり、前記式（２）で与えられる関係を満足すると、化学量論的にはＳは全てＴｉやＺｒの硫化物になる。実際には凝固した後に、少量のＭｎＳが観察されることはあるが、問題にならない程度の量である。式（２）の左辺の値が１．５未満になるとＭｎＳが多量に観察され、凝固組織の改善やこれに関連した欠陥の改善が認められなくなる。
なお、Ｔｉ含有量やＺｒ含有量がＳ含有量に対して多過ぎると、ＴｉやＺｒの炭化物の生成量が多くなり、靭性や被削性が劣化することから、前記式（２）の左辺の値は１０以下であることが好ましい。
以下に、本発明で規定する各元素の含有量の範囲を前記のとおり定めた理由を説明する。
Ｃ：
Ｃは、安価に強度を高めるために有効な元素である。プラスチック金型等では被削性が重視されるため、Ｃ含有量はできるだけ低くし、鋼材の硬度を低くして工具摩耗を低減することが必要である。しかし、０．０２％未満になると硬度低下が著しく、切削加工中にむしれが生じ、かえって被削性が劣化する。また、含有量が０．６０％を超えると硬度が高くなりすぎ、被削性や靭性が劣化する。そこで、Ｃ含有量の範囲を０．０２〜０．４５％とした。好ましい範囲は、０．０８〜０．４５％である。
Ｓｉ：
Ｓｉは、脱酸および被削性改善に有効な元素である。含有量が０．１％未満ではこの効果が十分に得られない。さらに、鋳造時の湯流れが阻害され鋳型内での溶鋼の充満性が不十分となる。一方、含有量が２．５％を超えて高すぎると被削性改善効果や靭性が低下する。そこで、Ｓｉ含有量の範囲を０．１〜２．５％とした。好ましい範囲は、０．５〜２．０％である。
Ｍｎ：
Ｍｎは、脱酸剤として有効な元素であるが、多量に含有すると被削性を劣化させる。含有量が０．１％未満では脱酸効果が得られない。一方、含有量が２．５％を超えると被削性を劣化させる。そこで、Ｍｎ含有量の範囲を０．１〜２．５％とした。好ましい範囲は、０．１〜１．５％である。
Ｐ：
Ｐは、凝固時の偏析を助長し、靭性を劣化させるが、一方では、含有されることにより被削性を改善する作用を有する。Ｐは鋼の使用目的により、不純物として含有されていても良く、また、積極的に含有させても良い。例えば、靭性を重視する場合には、Ｐ含有量は０．０２％以下とすることが好ましいし、被削性を重視する場合には０．０５％以上を含有させることが好ましい。しかし、含有量が０．１０％を超えると靭性の劣化が著しくなるため、Ｐ含有量は０．１０％以下とした。
Ｓ：
Ｓは、被削性を改善するために含有させる元素である。含有量が０．０２％未満では、ＴｉやＺｒの硫化物の生成が不十分であり、十分な効果が得られない。一方、含有量が０．６０％を超えると、ＦｅＳやＭｎＳが多量に生成し、凝固時の偏析やボイド、あるいは割れを助長する。そこで、Ｓ含有量の範囲は０．０２〜０．６０％とした。好ましい範囲は０．０５〜０．４０％であり、より好ましい範囲は０．０５〜０．２０％である。
ＴｉおよびＺｒ：
ＴｉおよびＺｒは、硫化物を生成させる効果を有する元素であり、本発明においては、これらの元素のうちのいずれか１種または２種を含有させる。いずれもその含有量が０．０５％未満では十分な硫化物を生成することが出来ないため、ＭｎＳが多量に生成し、凝固組織の改善やこれに関連した欠陥の改善が認められなくなる。一方、Ｔｉについては１．０％を超えると、また、Ｚｒについては０．５０％を超えると、硫化物以外に炭化物の生成量が増加し、被削性や靭性を劣化させる。
そこで、Ｔｉ含有量の範囲は０．０５〜０．２５％とした。好ましい範囲は０．１０〜０．２５％である。
また、Ｚｒ含有量の範囲は０．０５〜０．５０％とした。好ましい範囲は０．０５〜０．２０％であり、より好ましい範囲は０．１０〜０．２０％である。
なお、これらの元素は、前記式（１）で与えられる有効Ｔｉ等量が前記式（２）を満足するように含有させる必要がある。
Ｎ：
Ｎは、ＴｉやＺｒの硫化物を生成する前に窒化物を生成するため、ＴｉやＺｒの硫化物の生成を抑制する元素である。さらに生成した窒化物は硬質で、工具刃先を痛め、工具寿命を低下させる。このため、上限は０．０２０％とした。含有量は低ければ低いほどよく、０．００２％未満では、Ｎによる悪影響の原因となる窒化物の生成は回避でき、好ましい。
Ａｌ：
Ａｌは、強力な脱酸元素であり、靭性を改善する効果も有する。０．００１％未満ではその効果が得られず、一方、０．０３％を超えて含有させると脱酸効果が飽和するとともに、被削性が低下する。そこで、Ａｌ含有量の範囲を０．００１〜０．０３％とした。
なお、本発明において、Ａｌ含有量とは、酸可溶Ａｌ含有量（ｓｏｌ．Ａｌ含有量）をいう。
Ｃｒ：
Ｃｒは、強度、靭性および耐熱性の向上に効果を有する元素である。含有してもしなくてもよいが、強度、靭性および耐熱性の向上を要求される場合には、０．２％以上を含有させることにより、これらの効果が得られる。特に、熱間鍛造用金型ではＣｒを３．０％以上含有させることが好ましい。一方、９．０％を超えて含有させると、靭性が劣化する。そこで、含有させる場合の含有量の範囲を０．２〜９．０％とした。含有量の好ましい範囲は０．５〜５．０％である。
Ｍｏ：
Ｍｏは、強度、靭性および高温強度の改善に効果を有する元素である。含有してもしなくてもよいが、強度、靭性および高温強度の改善を要求される場合には、０．０５％以上を含有させることにより、これらの効果が得られる。一方、２．０％を超えて含有させても高温強度の改善効果は飽和し、また、靭性が劣化する。そこで、含有させる場合の含有量の範囲を０．０５〜２．０％とした。含有量の好ましい範囲は０．０５〜１．０％である。
Ｎｉ：
Ｎｉは、強度および靭性の改善に効果を有する元素である。含有してもしなくてもよいが、靭性の改善を要求される場合は、０．２％以上を含有させることにより、その効果が得られる。一方、２．０％を超えて含有させると、靭性の改善効果は得られるものの、Ｎｉ元素は高価なことから、経済性を損なうこととなる。そこで、含有させる場合の含有量の範囲を０．２〜２．０％とした。含有量の好ましい範囲は０．２〜１．５％である。
Ｖ：
Ｖは、強度改善に効果を有し、かつ、含有による靭性劣化が少ない元素である。含有してもしなくてもよいが、強度改善を要求される場合は、０．０１％以上を含有させることにより、その効果が得られる。一方、１．５％を超えて含有させると、靭性が劣化する。そこで、含有させる場合の含有量の範囲を０．０１〜１．５％とした。含有量の好ましい範囲は０．０５〜０．５％である。
Ｃｕ：
Ｃｕは、被削性、強度および靭性の改善に効果を有する元素である。含有してもしなくてもよいが、被削性、強度および靭性の改善を要求される場合は、０．１％以上を含有させることにより、それらの効果が得られる。一方、３．０％を超えて含有させると、靭性が劣化する。そこで、含有させる場合の含有量の範囲を０．１〜３．０％とした。含有量の好ましい範囲は０．２〜１．０％である。
Ｏ：
Ｏ（酸素）は、適度に含有させることにより、鋼中にて低融点の酸化物を形成し、被削性を改善する効果を有する。含有してもしなくてもよいが、酸化物の形成による被削性の改善を要求される場合は、０．００５％以上を含有させることにより、その効果が得られる。一方、０．０２０％を超えて含有させると、鋼中に巨大介在物が形成され、金型表面の仕上げ精度が低下し、靭性も劣化する。そこで、含有させる場合の含有量の範囲を０．００５〜０．０２０％とした。含有量の好ましい範囲は０．０１０〜０．０２０％である。
ここで、Ｏ（酸素）とは、鋼中の全酸素をいう。
熱処理：
本発明にて得られた鋳塊は、その後の熱処理によってさらにミクロ組織や硬度、靭性を改善することができる。また、被削性を改善するために、必要な硬度にまで軟化することもできる。この熱処理は、８５０〜１０５０℃に加熱後、焼準または焼入れを行い、その後、７００℃以下での焼戻しによる軟化処理を行うか、または歪み取り焼鈍を行うか、または焼戻しおよび歪み取り焼鈍を行うことにより、実施することができる。
（実施例）
次頁の表１に示す化学組成を有する試験鋼を溶製し、直径１４３ｍｍの円柱状の鋳塊を作製した。
鋳造のままでマクロ試験を実施した後、さらに、以下の試験を実施した。
〔硬度〕マクロ試験に用いた試験板を用い、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４３に規定されたブリネル硬さ試験方法に準じて、前記鋳塊中心部位置、半径の１／２位置および表面近傍位置において、硬度を測定し、これらの平均値にて評価した。
〔靭性〕ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２に規定されたシャルピー衝撃試験方法に準じて、鋳塊の円柱中心軸に平行方向で且つ半径の１／２の位置から、Ｕノッチ試験片（ＪＩＳ  Ｚ  ２２０２に規定された幅が１０ｍｍのフルサイズ試験片）を採取し、室温にて衝撃値を測定した。
〔フライス加工性〕硬さ試験および衝撃試験用の各試験片を採取後、鋳塊を直径を含む円筒軸方向に切断した後、フライス加工を実施し、工具の摩耗量でフライス加工性を評価した。
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前頁の表２に、各試験鋼についての前記式（１）および式（２）による計算値、前記の試験結果およびマクロ組織の調査結果を示した。
表１に示された試験鋼のうちで、鋼番号１〜１５の鋼は本発明鋼であり、いずれも鋼成分は本発明で規定する化学組成の範囲を満足している。また、表２に示されるとおり、鋼の化学組成に基づき計算される式（１）の値は、式（２）により与えられる関係を満足している。
試験鋼のマクロ組織は、以下のように評価した。
図１に示される鋼番号１６の鋼（比較鋼）のマクロ組織を粗大で望ましくない組織として×印で表し、図２に示される鋼番号２の鋼（本発明鋼）のマクロ組織を微細で良好な組織として○印で表し、それと同等またはそれ以上の組織も○印で表した。また、×印と○印との中間の組織を△で表した。
本発明鋼のマクロ組織は、概ね評価○となっている。一部の試験鋼（鋼番号７、８、１４および１５）では評価△のものもあったが、これはＳ含有量が比較的少なく、凝固組織の改善に寄与するＴｉやＺｒの硫化物の生成量が少なかったためである。
鋼番号１４および１５の鋼は、鋳造のままでは硬度が高すぎるため、焼準後、焼戻し処理を行い、軟化させることにより、鋳造後の切削加工を容易にしている。特に鋼番号１５の鋼は、熱間鍛造用金型に使用されるため、切削加工後、改めて焼入れおよび焼戻しの熱処理が施される。
衝撃値は、Ｓ含有量が高いレベルにあるにも拘わらず、鋼番号１５の鋼を除き、いずれの本発明鋼の場合も良好である。
また、いずれの本発明鋼についても、フライス加工における工具摩耗量は少なく、良好な被削性を有している。
鋼番号７の鋼はＣｒおよびＣｕを、また、鋼番号１３の鋼はＣｒおよびＶを含有し、硬度は上昇しているが、靭性が改善されている。
鋼番号９および１０の鋼はＮｉを含有し、靭性改善の効果が認められる。鋼番号３の鋼はＣｒおよびＭｏを含有し、強度および靭性の改善効果が認められる。
鋼番号１１および１２の鋼はＶを含有し、強度および靭性が大きく改善されている。鋼番号５の鋼はＣｕを含有し、強度が高められているが、被削性も改善されている。
鋼番号６の鋼はＣｕおよびＯ（酸素）を含有し、被削性が改善されている。鋼番号７および８の鋼はＯ（酸素）を含有し、被削性が改善されている。
これらに対して、鋼番号１６〜２２の鋼は比較鋼であり、鋼成分または式（２）により与えられる関係の少なくとも１つが、本発明で規定される範囲から外れている。
このうちで、鋼番号１６、１７、２０、２１および２２の鋼は、式（２）により与えられる関係を満足せず、マクロ組織の評価は×または××である。また、鋼番号１８および１９の鋼は、式（２）により与えられる関係を満足するが、それぞれ、ＰおよびＴｉ含有量が過多となっていることから、ＰやＴｉの偏析が激しく、鋼塊中心部に割れを伴う顕著な偏析が観察された。
鋼番号１６の鋼は、柱状晶が著しく成長したマクロ組織となり、その結果、鋼塊中心部にＰ、Ｓ等の顕著な偏析組織が認められた。さらに、その偏析組織の存在する位置でポロシティーおよび割れも観察された。また、鋼番号２０の鋼も同様である。
鋼番号２２の鋼においては、さらに、低い衝撃値にみられるとおり、靭性に劣っていた。
鋼番号１７の鋼はＭｎおよびＡｌ含有量が高過ぎることから、また、鋼番号１８の鋼はＮ含有量が高過ぎることから、フライス加工性に劣っていた。鋼番号１９の鋼はＴｉ含有量が高過ぎるために大量のＴｉＣが生成し、しかも硬度が高いことから、また、鋼番号２１の鋼はＣ含有量が高過ぎ、しかもＳ含有量が不足していることから、フライス加工性に劣っていた。
以上の結果から明らかなように、鋼中のＴｉ、Ｚｒ、ＳおよびＮ含有量を適切な範囲に調整することにより、ＴｉやＺｒの微細な硫化物を形成させ、鋳造後の内部品質および被削性に優れた鋳鋼ならびに、鋳造状態での内部品質が鍛鋼製品に匹敵するような優れた被削性を有する金型を製造することが可能である。
産業上の利用の可能性
本発明の鋳鋼および鋳造金型によれば、特定成分について鋼組成を制限するとともに、鋼中のＴｉ、Ｚｒ、ＳおよびＮ含有量を適切な範囲に調整することにより、ＴｉやＺｒの微細な硫化物を形成させ、鋳造後の内部品質および被削性に優れた特性が確保でき、この鋳鋼を鋳造することによって、鋳造状態での内部品質が鍛鋼製品に匹敵するような優れた被削性を有する金型を製造することができる。これにより、従来では適用できなかった、鋳造材で加工表面が素形材内部におよぶ深彫用や、仕上げ用で表面性状の良さが厳しく要求される用途にも、広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、ＴｉおよびＺｒのいずれも含有しない鋳鋼についての鋳塊のマクロ組織写真を示す図である。
図２は、Ｚｒを含有する鋳鋼についての鋳塊のマクロ組織写真を示す図である。
図３は、Ｔｉを含有する鋳鋼についての鋳塊中心部の介在物のミクロ写真を示す図である。
図４は、Ｚｒを含有する鋳鋼についての鋳塊中心部の介在物のミクロ写真を示す図である。
【図１】
2002077309.tif 000007
【図２】
2002077309.tif 000008
【図３】
2002077309.tif 000009
【図４】
2002077309.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成14年10月18日(2002.10.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０２〜０．４５％、Ｓｉ：０．１〜２．５％、Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｐ：０．１０％以下、Ｓ：０．０２〜０．６０％、Ｎ：０．０２０％以下、Ａｌ：０．００１〜０．０３％を含み、さらに、Ｔｉ：０．０５〜０．２５％およびＺｒ：０．０５〜０．５０％の１種または２種を含み、残部がＦｅおよび不純物からなり、下記式（１）により与えられる有効Ｔｉ等量（Ｔｉ＊）が下記式（２）により与えられる関係を満足し、鋼中にＴｉおよびＺｒのうちの１種以上を含む硫化物を含むことを特徴とする鋳造後の内部品質および被削性に優れ鋳造のままで使用される鋳鋼。
2002077309.tif 000011
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｃｒ：０．２〜９．０％、Ｎｉ：０．２〜２．０％、Ｍｏ：０．０５〜２．０％およびＶ：０．０１〜１．５％のうちから選ばれた１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の鋳造後の内部品質および被削性に優れ鋳造のままで使用される鋳鋼。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｃｕ：０．１〜３．０％およびＯ（酸素）：０．００５〜０．０２０％のうちの１種または２種を含有することを特徴とする請求項１に記載の鋳造後の内部品質および被削性に優れ鋳造のままで使用される鋳鋼。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｃｒ：０．２〜９．０％、Ｎｉ：０．２〜２．０％、Ｍｏ：０．０５〜２．０％およびＶ：０．０１〜１．５％のうちから選ばれた１種または２種以上を含有させ、さらにＣｕ：０．１〜３．０％およびＯ（酸素）：０．００５〜０．０２０％のうちの１種または２種を含有することを特徴とする請求項１に記載の鋳造後の内部品質および被削性に優れ鋳造のままで使用される鋳鋼。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
なった凝固形態が得られ、Ｓ含有率が高くても鋳造のままでＳの偏析が大幅に改善されるとともに、柱状晶が減少または消失し、ポロシティーや偏析といった欠陥だけでなく、粗い柱状晶に起因する切削表面の凹凸も改善され、鍛鋼に匹敵する画期的な内部品質が得られる。
上記の知見に基づいて完成させた本発明の要旨は、下記のとおりである。
▲１▼  質量％で、Ｃ：０．０２〜０．４５％、Ｓｉ：０．１〜２．５％、Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｐ：０．１０％以下、Ｓ：０．０２〜０．６０％、Ｎ：０．０２０％以下、Ａｌ：０．００１〜０．０３％を含み、さらに、Ｔｉ：０．０５〜０．２５％およびＺｒ：０．０５〜０．５０％の１種または２種を含み、残部がＦｅおよび不純物からなり、下記式（１）により与えられる有効Ｔｉ等量（Ｔｉ＊）が下記式（２）により与えられる関係を満足し、鋼中にＴｉおよびＺｒのうちの１種以上を含む硫化物を含むことを特徴とする鋳造後の内部品質および被削性に優れ鋳造のままで使用される鋳鋼である。
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▲２▼  前記▲１▼に記載の鋳鋼において、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｃｒ：０．２〜９．０％、Ｎｉ：０．２〜２．０％、Ｍｏ：０．０５〜２．０％およびＶ：０．０１〜１．５％のうちから選ばれた１種または２種以上を含有させてもよい。
▲３▼  前記▲１▼または▲２▼に記載の鋳鋼において、Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｃｕ：０．１〜３．０％およびＯ（酸素）：０．００５〜０．０２０％のうちの１種または２種を含有させてもよい。
▲４▼  前記▲１▼から▲３▼のいずれかに記載の鋳鋼を鋳造してなる金型である。




【国際調査報告】
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