ステンレス鋳造ガイド｜プロセス、ステップ、グレード、鋳物、サプライヤー

ステンレス鋳造は、溶融したステンレス鋼を鋳型に流し込むことにより、耐久性、耐食性、精密性に優れた様々なステンレス部品を形成する、柔軟で広く使用されている製造プロセスです。様々な鋳造工程、鋳造ステップ、鋳造に影響を与える要因や規格、鋳造用途などを網羅し、ステンレス鋳物と他の材料との比較など、ステンレス鋳物について総合的にご紹介します。

ステンレス鋳鋼とは？

ステンレス鋳造は、溶融したステンレス材料を鋳型に通して成形し、冷却凝固させて目的の形状や大きさにする金属加工です。耐食性、耐熱性、高強度を備えた様々なサイズのステンレス鋳物を製造することができ、建築、化学工業、食品加工など多くの産業で広く使用されています。

ステンレス鋼は鋳造に適しているか？

はい、ステンレス鋼は鋳造、特に複雑な形状や部品の製造に適しています。鋳造では、他の方法では困難な複雑な設計が可能です。しかし、鋳造ステンレス鋼には、気孔や介在物な どの固有の欠陥があり、機械的性質に影響を与え る可能性があることに注意が必要です。

鋳造ステンレス鋼の分類

耐食鋳物

腐食性の高い環境に対応し、化学機器、海洋機器、食品加工機械などに広く使用され、長期にわたる安定稼働を保証している。

耐熱鋳物

超高温環境用に設計され、ガスタービン、ボイラーシステム、各種工業炉で一般的に使用されています。これらの鋳物は炭素とクロムを豊富に含んでおり、高温条件下での強度と安定性を大幅に向上させ、機器の優れた性能と耐久性を保証します。

精密鋳造

航空宇宙、医療機器、高精度機械部品など、高い寸法精度と表面仕上げを必要とする用途に使用。

構造鋳物

橋梁、建築物の支柱、機械構造物など、高い強度と耐久性を持つ建築・土木構造物に使用される。

ステンレス鋼の鋳造方法とは？

インベストメント鋳造

ロストワックス鋳造とも呼ばれるインベストメント鋳造は、まずワックスパターンを作り、セラミックシェルで覆って溶けたワックスの空隙を残し、ステンレスを注入する。この方法は、高精度、複雑な形状、滑らかな表面で知られている。航空宇宙や医療機器など、高い精度と複雑な形状を必要とする部品の製造によく使われる。

遠心鋳造

回転する鋳型に溶融したステンレスを流し込み、遠心力で金属を壁面に付着させて凝固させ、均一で緻密な鋳物を形成する。パイプやリングなどの円筒形部品に適しており、化学工業や石油工業で広く使用されている。

連続鋳造

連続鋳造は、連続鋳型に溶けたステンレ ス鋼を流し込み、鋳型がベルトコンベ ア上を移動する間に金属が徐々に凝固す る方法である。この方法では、棒、ロッド、プレートなど、長くて均一なステンレス鋼断面が効率的に生産される。連続鋳造は、高い効率で大量の鋼を生産できるため、鉄鋼製造業界で広く使用されている。

砂型鋳造

砂型鋳造は、砂にバインダーを混ぜて鋳型を作り、そこに溶けたステンレ ス鋼を流し込んで凝固させ、鋳物を形成します。砂型鋳造は柔軟でコスト効率が高く、大型部品や小ロットの生産に適している。工作機械のベッドやエンジンブロックなど、大型で単純な形状の鋳物の製造に広く使用されている。

コーナーキャスティング

コーナー鋳造は、複雑な形状の部品、特に鋭利なコーナーや複雑な細部を持つ部品を作成するために使用される特殊な技術です。この方法は、砂型鋳造とインベストメント鋳造の技術を組み合わせて、望ましい結果を得ることが多い。一般的には、建築物や橋の部品など、高い強度と正確な寸法を持つ構造部品を製造するために用いられる。

圧力ダイカスト

圧力鋳造は、溶けたステンレス鋼を高圧で鋳型に流し込む方法です。この方法は大量生産に非常に効率的で、極めて高い寸法精度と滑らかな表面を持つ部品を製造することができる。自動車業界では、エンジン部品などの高精度部品の製造に広く用いられている。

ステンレス鋳造に必要な温度は？

ステンレス鋼の鋳造に必要な温度は、通常、以下の間です。 2500°F～2700°F (について 1370°C～1480°C).この高温は、ステンレ ス鋼を溶かし、鋳型に適切に流し込むために必 要である。正確な温度は、使用する合金や鋳造方法によって異なる。

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ステンレス鋼を鋳造するには？

ステンレス鋼鋳造プロセスには、高品質の部品を確実に製造するための複数の工程があります。

モデル作成

精密鋳型を使用して、目的の部品のワックスまたは発泡模型を作成する。模型の精度は最終的な鋳造品の品質に直接影響するため、模型の作成には高度な3Dモデリングと印刷技術が使用されることが多い。

金型の準備

鋳造工程や鋳物の特性に応じて、アルミニウム、石膏、セラミックなど適切な鋳型材料を選択し、セラミックシェルをコーティングしたり、砂の中に模型を埋め込んだりして鋳型を作製する。鋳型の選択と製作は、その後の鋳造の成否に直結する。

ロストワックス

インベストメント鋳造プロセスでは、ロストワックス技術を用いてワックス模型を高温環境下に置き、完全に溶かして排出し、鋳型内に正確な空洞を残します。この工程により、鋳型の純度と鋳造の高い精度が保証されます。

メルティング

ステンレス鋼の原料を高温炉に入れ、温度条件を厳密に管理し、金属が完全に溶けて理想的な純度になるようにし、その後の注湯作業の基礎を築く。

注ぐ

厳重な監視のもと、準備された鋳型に高温のステンレス溶融液をゆっくりと流し込む。この工程では、気泡や不純物の混入を防ぐため、慎重な作業が要求され、鋳造品の高い品質が保証される。

冷却

ステンレス鋼の液体は自然に冷却され、鋳型の中で凝固して鋳物を形成する。冷却速度と冷却方法は品質に影響するため、性能を最適化するためには科学的に制御する必要がある。

金型の除去

鋳型を壊して鋳物を見せる。このステップでは、鋳物を傷つけないよう慎重に作業する必要がある。

後処理

鋳物は、その性能と表面仕上げをさらに向上させるために、特定のニーズに応じて研削、研磨、熱処理などの一連の後処理工程を受けます。後処理工程の選択と実施は、鋳物の最終品質に直接影響します。

検査

加工後の鋳物は完全に検査され、非破壊検査、寸法測定、表面品質評価などさまざまな方法で、鋳物に欠陥がなく、確立された品質基準を満たしていることが確認される。

ステンレス鋼鋳物の一般的な等級

304/304L

Known for excellent corrosion resistance and weldability, suitable for food processing and chemical equipment. 304L is a carbon-free version of 304 and is less susceptible to intergranular corrosion when welded.

316/316L

Provides excellent corrosion resistance, especially in chloride environments, suitable for marine and medical applications. 316L is a carbon-free version of 316 with better corrosion resistance.

410

A martensitic stainless steel with high strength and moderate corrosion resistance, used in valves and pumps. 410 steel can be heat treated to increase hardness and strength.

416

416 is a martensitic stainless steel known for excellent machinability and moderate corrosion resistance. It’s ideal for precision machining and applications like valves and pumps. While it offers good strength and wear resistance, its corrosion resistance is lower than austenitic grades like 304.

17-4 PH

A precipitation-hardening stainless steel known for high strength and hardness, suitable for aerospace and petrochemical applications. 17-4 PH steel can significantly improve mechanical properties through heat treatment and aging.

2205

A duplex stainless steel. 2205 steel combines the advantages of austenite and ferrite, with good plasticity and toughness, as well as high strength and corrosion resistance. Suitable for chemical and oil and gas industries.

304ステンレス鋳鋼とは？

304ステンレス鋳鋼は、溶融した304ステンレスを鋳型に流し込んで作る部品で、複雑な形状を作ることができる。約18%のクロムと約8%のニッケルを含むこの合金は、優れた耐食性を提供し、食品加工や化学用途で一般的に使用されていますが、それはいくつかのポロシティを持っている可能性があります。

316ステンレス鋼は鋳造できますか？

はい、316ステンレス鋼は鋳造できます。複雑な形状や部品を作るためのインベストメント鋳造工程でよく使用されます。

ステンレス鋳造の利点

• 設計の柔軟性：複雑な形状や細部のパーツも製造可能です。鋳造プロセスにより、設計者は複雑な内部構造やユニークな外観を自由に作り出すことができます。

• 寸法精度：鋳造プロセスは精密であり、仕様を高度に満たす部品を製造することができます。最新の鋳造技術は、非常に小さな寸法公差を達成し、高精度の要件を満たすことができます。

• 機械的特性の向上：制御された冷却と後処理工程により、鋳物は優れた機械的特性を持つ。熱処理と表面処理により、鋳物の強度、硬度、耐摩耗性をさらに高めることができます。

• 耐食性：鋳造プロセスは、材料の均一な分布を確保し、耐食性を高めることができます。ステンレス鋼鋳物は、過酷な環境で広く使用され、優れた耐食性を示しています。

• 費用対効果：初期費用は高くなりますが、鋳物の耐久性とメンテナンスの低さから、費用対効果の高い選択肢となります。鋳造プロセスは、材料の無駄と処理時間を削減し、全体的なコストを削減することができます。

ステンレス鋳鋼の用途

ステンレス鋼鋳物は、いくつかの産業で広く使用されています。

航空宇宙 ステンレス鋼鋳物は、航空機やタービンに使用され、強度と耐熱性を高め、飛行の安全性を向上させている。

自動車:ステンレス鋳鋼は、エンジンや排気システムの耐久性と耐食性を向上させ、車両の寿命を延ばし、メンテナンスコストを削減します。

医療機器： 手術器具やインプラントに使用され、生体適合性と高強度を提供する。ステンレス鋼鋳物を医療分野に応用することで、医療機器の安全性と信頼性を向上させることができる。

食品加工： 加工設備や容器に使用され、洗浄が容易で耐食性が高い。食品産業におけるステンレス鋳物の応用は、食品加工の衛生と安全性を確保することができます。

化学物質だ： ステンレス鋼鋳物は、パイプライン、リアクター、貯蔵タンクに使用されています。腐食や高温に強く、効率を高め、故障を減らします。

建設： 構造支持や装飾要素に使用され、美しさと耐久性を提供します。ステンレス鋼鋳物を建築分野に応用することで、建築物の外観や構造性能を高めることができる。

何がステンレス鋳造の結果に影響するのか？

合金の選択： 合金によって、融点、流動性、耐食性などの特性が異なります。鋳物が理想的な機械的特性と耐久性を持つためには、適切な合金を選択することが不可欠です。

金型設計： 高精度、滑らかな表面、優れた機械的特性を持つ鋳物には、精巧な金型設計と高品質の材料選択が不可欠です。合理的な金型設計は、効果的に鋳造欠陥を回避し、生産効率を向上させ、各工程が最適な状態に達することを保証することができます。

注湯温度： 溶湯の注湯温度は、鋳型を満たし、欠陥なく凝固する能力に影響します。注湯温度が高すぎても低すぎても、鋳造品質に問題が生じます。

冷却速度： 重要なパラメータとして、冷却速度は鋳物の内部構造の形成と機械的特性の性能に直接影響します。冷却速度を制御することで、鋳物の内部構造を最適化し、ホットクラックや引け巣などの欠陥を回避することができます。

後処理工程： 熱処理、機械加工、表面処理など、鋳物の最終的な特性を大幅に向上させることができます。正しい後処理工程は、鋳物の強度、靭性、耐食性を向上させることができます。

ステンレス鋳鋼の欠陥と解決策

ステンレス鋼鋳造工程では、鋳造品の品質と性能に影響する様々な欠陥が発生する可能性がある。これらの欠陥の原因と解決策を理解することで、鋳物の品質を効果的に改善し、スクラップ率を減らすことができる。

1.気孔率

• 原因

ポロシティの主な原因は、ガスがスムーズに排出されない無理な金型設計、液体金属中の過剰なガス、金属中にガスが混入する不適切な注湯速度、金型材料中の水分などである。

• ソリューション

金型設計を最適化し、スムーズなガス排出を確保するためにベントを追加し、ガス封入を避けるために注湯速度を適度なレベルに制御し、液体金属中のガス含有量を低減するために脱ガス処理を使用し、使用前に金型材料が完全に乾燥していることを確認する。

2.縮みと収縮

• 原因

収縮・引けとは、凝固時の金属の体積収縮によって形成される穴やルーズな部分のこと。主な原因としては、無理な注湯システム設計、不適切な注湯温度、鋳物の偏肉などが挙げられる。

• ソリューション

合理的な注湯システムを設計し、凝固中に溶湯をスムーズに補給できるようにし、注湯温度を適切な範囲に制御し、鋳造設計を最適化して均一な肉厚を確保する。

3.ひび割れ

• 原因

亀裂は通常、鋳造品の冷却過程で発生するが、その主な原因は、応力集中をもたらす無理な鋳造設計、過剰な冷却速度による過剰な熱応力、不適切な合金組成による不十分な材料靭性である。

• ソリューション

応力集中部を減らすために鋳造設計を最適化し、過度の冷却を避けるために冷却速度を均一に制御し、材料の靭性を向上させるために適切な合金組成を選択する。

4.スラグ封入

• 原因

スラグ介在物とは、鋳物中に混入する非金属不純物のことで、主に溶湯の精製不足、注湯システムの無理な設計、注湯時の不適切な操作などが原因となり、鋳型内に不純物が混入する。

• ソリューション

溶湯の精製を強化し、適切な精製・ろ過技術を採用し、不純物がスムーズに排出されるように注湯システムの設計を最適化し、鋳型に不純物が入らないように注湯作業を厳密に管理する。

5.変形

• 原因

鋳物の変形は、冷却中の不均一な応力によって引き起こされる。主な原因としては、不均一な冷却をもたらす無理な鋳造設計、過度の冷却速度、不適切な注湯温度などが挙げられます。

• ソリューション

鋳造設計を最適化して均一な冷却プロセスを確保し、冷却速度を適度に制御して冷却が早すぎないようにし、注湯温度を調整して適切な範囲に保つ。

6.表面欠陥

• 原因

表面欠陥には、表面粗さ、表面気孔、クラックなどがあり、これらは主に鋳型の表面品質不良、不適切な注湯速度、溶湯中の不純物などに起因する。

• ソリューション

鋳型の表面品質を向上させて鋳型表面の平滑性を確保し、注湯速度を適度に制御して表面の気孔や亀裂を回避し、溶湯の精製を強化して不純物の含有量を低減する。

7.隔離

• 原因

偏析とは、鋳物中の合金元素の不均一な分布のことで、主に無理な注湯システム設計、不適切な注湯速度、不均一な冷却速度が原因となり、凝固中に合金元素が分離する。

• ソリューション

溶湯の均一な流れを確保するために合理的な注湯システムを設計し、合金元素の均一な分布を確保するために注湯速度を適度に制御し、均一な冷却速度を確保するために冷却プロセスを最適化する。

鋳造表面処理技術

表面処理技術は、ステンレス鋼鋳物の外観と性能を向上させることができる。

サンドブラスト： 粒子をブラストすることで表面の不純物を取り除き、質感を向上させます。サンドブラストにより、密着性を高め、コーティング効果を向上させることができます。

研磨： 滑らかで明るい表面を得るための機械研磨。研磨は鋳物の表面仕上げを改善し、摩擦や摩耗を減らすことができます。

電解研磨： 電気化学的処理により表面層を除去し、表面仕上げと耐食性を向上させます。電解研磨は鋳物の抗菌性と耐食性を向上させることができ、医療や食品産業に適しています。

不動態化： 特定の化学的方法を使用して、鋳物の表面の自然不動態化層を強化し、耐食性を大幅に向上させます。このプロセスは、鋳物の耐酸化性を向上させるだけでなく、鋳物の耐用年数を効果的に延長します。

パウダーコーティング： 乾燥した粉体塗料を塗布し、オーブンで硬化させることで、耐久性のある表面を得ることができる。粉体塗装は、鋳物の耐摩耗性と耐紫外線性を向上させることができ、屋外用途に適しています。

鋳造ステンレス鋼 vs ステンレス鋼

鋳造ステンレス鋼と鍛造ステンレ ス鋼のどちらを選ぶかは、複雑さ、強度、コス トなど、用途に特有の要件によって決まる。両者には次のような違いがある：

1. 製造工程

• 鋳造ステンレス鋼:溶かしたステンレスを型に流し込み、冷やし固めて特定の形状にする。複雑な形状に適している。
• 鍛造ステンレス鋼:ステンレス鋼を加熱し、機械的に変形（ハンマーまたはプレス）させて成形します。この工程により、金属の強度と結晶粒構造が強化される。

2. プロパティ

• 鋳造ステンレス鋼:一般に、より均一な構造を持つが、空隙や介在物のような欠陥を含むことがあり、機械的特性に影響を及ぼすことがある。
• 鍛造ステンレス鋼:一般的に、鍛造時に達成される微細な結晶粒組織により、優れた強度、靭性、耐疲労性を示す。

3. アプリケーション

• 鋳造ステンレス鋼:バルブ、継手、装飾品など、複雑な形状が要求される部品によく使用される。
• 鍛造ステンレス鋼:信頼性と強度が重要視される航空宇宙、自動車、構造物産業などの高応力用途に適している。

4. コスト

• 鋳造ステンレス鋼:通常、複雑な形状を大量に生産する場合、より費用対効果が高い。
• 鍛造ステンレス鋼:手間がかかるため一般的に高価だが、重要な用途ではより優れた性能を発揮する。

ステンレス鋳鋼と鋳鉄の比較

• ステンレス鋼鋳物：優れた耐食性と機械的特性を提供。化学薬品、食品加工、医療機器などの厳しい用途に適しています。ステンレス鋼鋳物は、高温や腐食性の環境下でも優れた性能を発揮し、耐用年数も長くなります。

• 鋳鉄：コストが低く、加工性と耐摩耗性に優れる。パイプ、ポンプ、バルブなど、高い耐摩耗性と寸法安定性を必要とする用途に適している。鋳鉄鋳物は、静荷重や低衝撃の用途で優れた性能を発揮するが、耐食性や靭性は劣る。

ステンレス鋳物とアルミニウム鋳物の比較

• ステンレス鋼鋳物：強度、耐食性、高温性能で知られ、要求の厳しい用途に適しています。ステンレス鋳鋼は、機械的特性と耐久性において大きな利点を提供し、高強度と長寿命を必要とする用途に適しています。

• アルミニウム鋳物：強度対重量比に優れ、加工が容易で、航空宇宙や自動車部品などの軽量用途に適している。アルミ鋳物は、重量を重視する用途や耐食性に優れるが、強度と高温性能は低い。

さらに読む： ステンレスとアルミニウムの比較.

ステンレス鋳鋼のコストを左右する要因とは？

原材料費： ステンレス鋼の価格は、その合金組成と市 場需要の変動に左右される。ニッケル、クロム、モリブデンなどの合金元素の価格変動は、ステンレス鋼のコストに直接影響する。

鋳造法： 鋳造方法によって生産効率やコストは異なる。例えば、インベストメント鋳造は通常より高価だが、高精度で複雑な形状の部品を製造することができ、砂型鋳造は安価だが、より大きく単純な鋳物に適している。

金型製造： 鋳型の設計と製造は、鋳造工程における重要なコスト要素である。複雑な金型設計や高精度の要求は、金型の製造コストを上昇させる。

加工と後処理： 機械加工、熱処理、表面処理などの後処理工程も含まれる。これらの工程は総コストを増加させますが、鋳物の品質と性能を大幅に向上させることができます。

生産バッチ： 大規模生産は、金型や設備のコストをより多くの製品に償却できるため、通常1個あたりのコストを削減できる。小規模生産は、各製品の固定費が高くなるため、割高になる。

品質管理： 非破壊検査や化学分析などの厳しい品質管理措置は、コストは増加するが、製品の品質を保証し、顧客満足度を向上させることができる。

人件費： 熟練労働者の賃金や手当など、製造工程で必要とされる人的資源のコスト。

エネルギー消費： 電気や燃料など、鋳造工程で使用するエネルギーもコストに影響する重要な要素です。金属を溶かしたり注いだりするには多くのエネルギーが必要で、エネルギー価格の変動は生産コストに直接影響する。

輸送とロジスティクス： 鋳物の輸送と物流コストも、特に大きくて重い鋳物については考慮する必要がある。

ステンレス鋳鋼の品質管理と規格

ステンレス鋳鋼品質管理

資材管理： ステンレス鋼原料が基準を満たしていることを確認し、合金組成を厳密に管理し、溶融精製を行う。

プロセス制御： 鋳物の内部品質を確保するために、温度、注湯速度、圧力などのパラメーターを含む鋳造プロセスを最適化する。

金型と設備 生産工程の安定性と信頼性を確保するため、高精度の鋳型を使用し、鋳造設備を定期的にメンテナンスする。

プロセス監視： 鋳造工程をリアルタイムで監視し、非破壊検査技術を使って鋳物の品質をチェックし、問題を迅速に発見して解決する。

鋳造基準

ステンレス鋼鋳造規格は、鋳造品の品質と性能を保証します。一般的な規格は以下の通りです：

ASTM：American Society for Testing and Materials（米国材料試験協会）で、ASTM A351、ASTM A743など、ステンレス鋼鋳物に関する一連の規格を提供している。

ISO: 国際標準化機構。ISO 8062など、ステンレス鋳鋼に関連する多くの国際規格を策定している。

ASME：米国機械技術者協会（American Society of Mechanical Engineers）の略で、ステンレス鋼鋳物を含む圧力容器やボイラーの設計・製造に関する規格。

EN: EN 10283のような、ステンレス鋼鋳物の化学成分や機械的性質に関する欧州規格。

自宅で金属を鋳造するには？

必要な材料

自宅で金属を鋳造するには、金属としてアルミニウムか青銅、プロパンか炭火の炉、溶けた金属を入れるためのルツボ、砂、粘土、金属でできた型が必要だ。耐熱手袋、安全ゴーグル、顔面シールドなどの安全装備と、トング、レードル、ハンマー、金属ヤスリなどの道具も用意すること。

ステップ・バイ・ステップ

鋳造したい対象物の形状に基づいて、鋳型を設計することから始めます。鋳型を準備し、鋳型がコンパクトで、砂を使用する場合はガス抜き孔があることを確認する。風通しの良い場所に炉を設置し、るつぼの中の金属を温度を見ながら加熱する。金属が溶けたら、慎重に鋳型に流し込み、冷やして固めます。冷却後、鋳型を取り外し、ハンマーやヤスリで粗い部分を滑らかにし、必要に応じてサンディングや研磨で仕上げる。

安全に関するヒント

火傷やガスの吸入を防ぐため、必ず保護具を着用する。有害なガスにさらされないように換気の良い場所で作業し、重度の火傷を避けるため溶融金属の取り扱いには注意する。

鋳造と鍛造

• 鋳造：鋳造とは、金属を加熱して溶融状態にし、あらかじめ作られた鋳型に溶融金属を流し込み、冷却して目的の形状を形成することである。複雑な形状、特に大型部品や複雑な形状の部品を作るのに適している。鋳物には通常、一定の気孔や引け巣があるため、機械的特性（強度や靭性など）が鍛造品より若干劣ることがある。エンジンブロック、バルブ、ポンプハウジングなどの製造に広く使用されている。

• 鍛造：鍛造とは、金属を一定の温度まで加熱し、ハンマーや押し出しなどの機械的な力で変形させ、目的の形状を得ることである。鍛造品は一般に単純な形状であるが、寸法精度が高く、表面品質が良い。塑性変形により、鍛造品は高い強度と靭性を持つ。シャフト、ギア、コネクティングロッドなどの高強度・高靭性部品の製造に広く使用されている。

さらに読む： ステンレス鍛造.

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