鋳造

連続鋳造は、金属の精錬工程で溶融された高温の液体金属、すなわち溶湯を、底のない鋳型に連続的に注入し、凝固させながら引き抜くことで、スラブ、ブルーム、ビレットといった半製品を大量かつ高効率に製造するプロセスです。英語ではコンティニュアスキャスティングと呼ばれ、産業界ではしばしばCCという略称で呼ばれます。かつて主流であった造塊法が、溶湯を鋳型に注ぎ込んで冷え固まるのを待ち、個々のインゴットを製造するバッチ式のプロセスであったのに対し、連続鋳造は文字通り連続的に凝固と成形を行う点に工学的な革新性があります。この技術の導入により、金属製品の歩留まりは劇的に向上し、熱エネルギーのロスは最小化され、均質な品質を持つ素材の大量供給が可能となりました。現代の製鉄所における粗鋼生産の95パーセント以上がこの連続鋳造によって行われており、まさに現代産業の基盤を支える最も重要な製造技術の一つと言えます。

砂型鋳造は、耐火性を持つ砂を主原料として作製された鋳型に、融点以上の温度で溶解した金属を注入し、冷却凝固させることで所定の形状を持つ金属製品を得る加工技術です。この手法は、人類が金属加工を開始した初期から存在する極めて原始的な技術であると同時に、現代の素形材産業において最も生産量が多く、かつ技術的な奥深さを持つ基幹技術でもあります。その工学的な本質は、成形の自由度が極めて高い砂という流動性のある粒子を、粘結剤の作用によって一時的に固形化し、高温の溶融金属を受け止める容器として機能させ、金属が凝固した後には再び砂粒子へと解体できるという、可逆的なプロセスにあります。この消耗型鋳型という特性により、砂型鋳造は、数グラムの精密部品から数百トンに及ぶ巨大な構造物まで、さらには一点ものの試作品から大量生産品まで、あらゆるサイズと生産数量に対応可能な、圧倒的な汎用性を有しています。

ロストワックス鋳造は、ろう、すなわちワックスで作られた模型の周囲を耐火物で覆い固め、加熱によって中のワックスを溶かし出すことで空洞を作り、そこに溶融金属を流し込んで鋳物を製造する精密鋳造法です。工業的にはインベストメント鋳造とも呼ばれます。インベストメントとは包む、覆うという意味を持ち、模型をセラミックスなどの耐火物で包み込む工程に由来します。この技術の工学的な最大の特徴は、鋳型に合わせ目、すなわちパーティングラインが存在しないことです。一般的な砂型鋳造や金型鋳造では、模型を取り出すために鋳型を二つ以上に分割する必要がありますが、ロストワックス法では模型そのものを溶かして消失させるため、分割面が不要となります。これにより、他の鋳造法では不可能な複雑なアンダーカット形状や、中空構造を持つ部品を、極めて高い寸法精度と美しい鋳肌で一体成形することが可能となります。

白鋳鉄は、鉄と炭素を主成分とする鋳鉄材料の一種であり、その破断面が金属光沢を持つ白色を呈することからその名が付けられました。工学的な定義としては、凝固過程において炭素が黒鉛として晶出せず、その大部分が鉄と化合してセメンタイトという極めて硬い炭化物を形成した鋳鉄を指します。一般的なねずみ鋳鉄やダクタイル鋳鉄が、組織内に黒鉛を分散させることで被削性や靭性を確保しているのに対し、白鋳鉄は黒鉛を排除し、炭化物の硬さを全面的に利用するという、対極の設計思想に基づいた材料です。その結果、白鋳鉄は金属材料の中で最高レベルの硬度と耐摩耗性を誇りますが、同時に極めて脆く、切削加工が困難であるという特性を持ちます。

ダイカストは、アルミニウムや亜鉛といった、融点の低い非鉄金属を溶かした溶湯を、金型と呼ばれる精密な鋼製の鋳型の中に、高圧かつ高速で射出して、鋳物を製造する鋳造法の一種です。ダイキャストとも呼ばれます。プラスチックの射出成形（インジェクションモールディング）の、金属版と考えると理解しやすいでしょう。この「高圧・高速で射出する」という原理により、ダイカストは、他の鋳造法では達成が困難な、極めて高い寸法精度、滑らかで美しい鋳肌、そして薄肉形状の成形を、驚異的な生産性で実現します。

鍛造は、金属材料をハンマーやプレスで叩いたり、圧力を加えたりして塑性変形させ、目的の形状に成形する金属加工法です。古くから刀鍛冶が鉄を叩いて刀剣を作り上げてきたように、金属を叩くことで形を作るだけでなく、その内部組織を改善し、強度を向上させるという極めて重要な目的を持っています。

鋳造は、人類が古くから利用してきた最も基本的な金属加工法の一つです。金属を融点以上に加熱して液体状態にし、それを目的の形状を持つ空洞に流し込み、冷却・凝固させて製品を得る加工方法です。一見単純な原理ですが、その背後には材料科学、熱力学、流体力学などが複雑に絡み合う奥深い加工方法です。