ロストフォーム鋳造技術は、アルミニウム、銅、鉄の鋳造において成熟した技術として応用されていますが、鋼の鋳造における応用は比較的限られています。溶鋼の注湯温度が高いため、フォームパターンの熱分解生成物が溶鋼と容易に反応します。排気性能が不十分だと、気孔、浸炭、水素化などの欠陥が発生しやすく、中でも気孔はロストフォーム鋼鋳物で最も一般的な品質欠陥です。生産工程を最適化し、鋳造品質を向上させるため、当社は気孔欠陥に関する的を絞った分析を行い、標準化された一連の予防および管理プロセスを策定しました。

I. 鋼鋳物における気孔欠陥の主な原因

1. 侵襲性多孔性（主要な欠陥タイプ）

   （１）充填速度が速すぎたり、注湯時間が短すぎたりすると、発泡体の完全な気化が妨げられます。溶融鋼中に液体の熱分解生成物が包み込まれ、鋳造凝固後に多孔質構造を形成します。

   （２）鋼の注湯温度が高いと、泡状パターンから瞬間的に大量のガスが発生し、キャビティ圧力が急激に上昇します。ガスは適時に排出されず、溶鋼の乱流充填によってガスの閉じ込めがさらに悪化します。

   （３）不適切なパターン接合プロセスにより、気孔が集中する。接着剤は蒸発温度が高く蒸発速度が遅いため、溶融鋼に巻き込まれやすく、冷却中にガスが継続的に発生する。機械的な接合ではこのような欠陥は発生しない。

   （４）製造システム内の過剰な水分は、不完全に乾燥または再吸収されたコーティング水分、十分に乾燥されていない発泡パターン、湿った成形砂など、多孔性を引き起こします。水分は高温で急速に蒸発し、ガス孔を形成します。

2. 沈殿多孔度

   溶融鋼は製錬中に水蒸気を吸収し、高温で水素原子に分解して鋼に溶解する。凝固の過程で、水素原子は再結合して水素気泡となり、外部に逃げ出すことができない。これにより、滑らかで金属光沢のある内壁を持つ、無数の微細な拡散孔が形成される。

II．最適化された予防・管理対策

1. ガス発生量を削減し、ガス放出速度を遅くする

   パターン強度を保証することを前提に、低密度発泡材（社内標準：0.018～0.020g/cm³）を採用。湯口、ライザー、厚肉鋳造部には中空構造を採用。湯口サイズを20mm×15mmから15mm×15mmに調整することで湯口システムを最適化し、注湯時間を約20秒に延長。充填速度を落とすことで、熱分解ガスの完全排出を確保。

2. ガス発生量を低減するための接合プロセスの最適化

   接着剤の使用量は厳密に管理されています。鋳造品とライザーの一体成形が優先されます。過剰な接着剤使用によるガス欠陥を排除するため、差し込み接続、鋼釘固定、または複合接着と釘接続が採用されています。

3. コーティング処方を改良し、乾燥制御を強化

   耐熱性に優れ、通気性と強度に優れたコーティング材を選定し、コーティング厚を0.5～1mmに安定的に制御します。均一なコーティングと十分な乾燥が必須であり、水分の再吸収を防ぐため、乾燥したパターンは速やかに注型する必要があります。当社独自の最適化された配合では、シリカ砂の粒径を180メッシュに調整し、ラテックスの添加量を25kgから20kgに減らし、セルロースの添加量を4kgから5kgに増やしています。改良されたコーティング材は、耐熱強度と通気性が向上し、ひび割れもありません。

4. 効率的なスラグおよびガス除去のために排気ライザーを装備する

   小型の排気ライザーは、熱分解生成物が蓄積しやすいデッドコーナーや上部に配置されています。ライザーの上面コーティングには微細な排気孔が開けられており、残留液状生成物の蒸発と排出を促進します。この方法により、スラグ混入や多孔性といった欠陥を効果的に除去し、ライザーの後処理を容易にすることができます。

5. 安定した充填のための注型プロセスの標準化

   注湯位置は、主要な鋳造面が垂直または傾斜した状態を保ち、安定した充填ができるように適切に配置される。密閉底注湯、段差注湯、または側面注湯方式が好ましい。注湯温度は1600℃以上に制御され、泡の模様が完全に蒸発し、ガスが完全に抜けるように、低速・高速・低速の注湯原理が厳密に守られる。

6. 溶鋼脱ガスを強化し、生産環境を厳密に管理する

   炉材の錆除去処理を行い、高温での溶解時間を短縮する。アルミニウム脱酸剤の添加量は0.04%～0.06%に標準化する。乾式鋳型砂を採用し、真空負圧を0.05～0.06MPaに安定的に制御することで、気孔発生リスクを総合的に低減する。

上記のような包括的な対策を実施した結果、鋳鋼部品の気孔欠陥はほぼ解消されただけでなく、他の種類の鋳鋼部品におけるガス収縮空洞現象も低減され、歩留まりは90%以上に達した。