(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間スラブの進行方向に対し入側方向に傾斜したテーパ部と該テーパ部と連続し前記進行方向と平行な平行部からなる主加工面を持つ金型を用いて前記熱間スラブを幅方向から鍛造するサイジングプレス方法において、前記熱間スラブと金型の接触開始面が、前記テーパ部と平行部間の遷移領域及び前記平行部の一部であり、前記金型の主加工面のうち少なくとも熱間スラブとの接触面に潤滑剤を塗布することを特徴とする熱間スラブのサイジングプレス方法。
【請求項２】
前記テーパ部のテーパ角は１６度以上３０度以下であることを特徴とする請求項１記載の熱間スラブのサイジングプレス方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱間スラブのサイジングプレス方法に関し、特に熱間圧延用素材である熱間鋼スラブを金型によって前記スラブの幅方向から鍛造する熱間スラブのサイジングプレス方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱延鋼板は、通常、熱間スラブから圧延などにより製造されている。近年、熱間スラブに対し、材料入り側方向にテーパ部を持つ金型によって幅方向から熱間スラブに鍛造を加えるサイジングプレス技術が開発されている。この技術で、実用のものは最大で３５０ｍｍ程度の幅圧下が可能であると報告されている。
【０００３】
図８は、熱間スラブのサイジングプレスに使用される一般的な金型の一部の平面図を示す。なお、金型は熱間スラブを挟むように左右にそれぞれ配置された一対の金型からなるが、図８では便宜上片側の金型のみを示している。
金型１の側面は、材料送り方向と平行な平行部２と、材料の進行方向に対して入側に傾斜したテーパ部３と、平行部２及びテーパ部３間の遷移領域４からなる主加工面となっている。ここで、前記平行部２に対する前記テーパ部３の角度θは、１０〜１５度が多く使われている。
【０００４】
次に、こうした金型を用いて熱間スラブの定常部をサイジングプレスする方法について図９（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明する。この方法は、金型を熱間スラブの板幅方向間隙を周期的に変化させて、熱間スラブの板幅方向から鍛造する方法である。
【０００５】
まず、図９（Ａ）に示すように金型１ａ，１ｂを熱間スラブ５の進行方向に対し垂直方向に配置した後、熱間スラブ５を金型側に送る（ｎパス目  プレス前）。次に、図９（Ｂ）に示すように金型１ａ及び金型１ｂにより熱間スラブ５をプレスする（ｎパス目  プレス中）。つづいて、図９（Ｃ）に示すように熱間スラブ５から金型１ａ及び金型１ｂを離した後、熱間スラブ５を所定量送る（（ｎ＋１）パス目  プレス前）。なお、図９（Ｂ）中、Ｗは熱間スラブ５のプレス前の幅を、ｗはプレス後の幅をそれぞれ示す。
【０００６】
また、図９の方法以外に、フライングタイプのように材料がプレス中も連続的に長手方向に移動しており、材料との相対速度を小さくするため金型が長手方向に移動するものもある。
【０００７】
しかし、上述した鍛造方法では、プレス時にスリップが発生することがあり、操業上問題となっている。つまり、図１０（Ａ）に示すようにプレス前の状態からプレスする際、図１０（Ｂ）に示すように熱間スラブ５が圧下されず後退するという現象が生じていた。ところで、スリップが発生すると、熱間スラブ５が規定の送り量分の加工を受けないことになるため、プレス回数を増やさざるを得ず、操業能率が低下する。また、熱間スラブ５の表面にはスリップの痕が残るため、製品の表面品質を低下させる原因ともなる。
【０００８】
実開平５−５２０１号には、スラブ側面に接する金型表面に溝や突起、穴加工を施すなどして摩擦係数を増加させ、スリップを抑制するプレス用金型について開示されている。しかし、この考案の場合、金型の加工に費用がかかったり、溝が磨耗すれば金型が使えなくなるため金型の交換頻度が高くなるといった問題があった。また、材料側面に金型表面の溝や突起が転写するため、疵の原因となりやすいという問題があった。
【０００９】
特開平９−１２２７０６号には、プレス荷重や搬送ロールの送り量からスリップを検出し、スリップが発生したときに規定の送り量となるように材料の搬送をやり直すサイジングプレスのスリップ検出方法が開示されている。また、特開平２−５２１０６号、特開昭６２−１２４０５７号及び特開平６−２１０３１６号には、プレス中は搬送ロールの押し込み力をなくす、あるいは小さくすることでスリップ時のダメージを最小限にとどめようとする搬送方法、装置について開示されている。
【００１０】
しかし、これらの発明の場合、スリップすれば、材料表面に対し何らかのダメージは避けられず、やはり理想的には金型表面に特殊な加工を施さずにスリップが発生しないプレス方法が必要である。
【００１１】
また、操業の点から見れば、サイジングプレスが早く終わればそれだけ生産能率が向上するとともに、サイジングプレス中の材料の温度降下が防止できるため、スラブ加熱の熱量の節約や製品品質の向上が図れる。また、サイジングプレスのプレス回転数が一定であれば、材料送り量が大きいほどプレス回数が少なくて済み、効率的である。しかし、送り量が大きければ、プレス荷重も大きくなるのは当然である。文献（「材料とプロセス」，Ｖｏ１９，ＮＯ．２，ｐ２８８）によれば、１２度のテーパ角の金型を用いた場合には、送り量（図９参照）は送り量４００ｍｍ程度が適当であり、装置耐荷重の面からも送り量をこれ以上増加できない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、こうした事情を考慮してなされたもので、熱間スラブと金型の接触開始面を、テーパ部と平行部間の遷移領域及び平行部の一部として鍛造することにより、特別な金型加工することなく、プレス時にスリップが発生するのを回避しえるとともに、送り量を大きくしてもプレス荷重が増加せず効率的なプレスが可能な熱間スラブのサイジングプレス方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、熱間スラブの進行方向に対し入側方向に傾斜したテーパ部と該テーパ部と連続し前記進行方向と平行な平行部からなる主加工面を持つ金型を用いて前記熱間スラブを幅方向から鍛造するサイジングプレス方法において、前記熱間スラブと金型の接触開始面が、前記テーパ部と平行部間の遷移領域及び前記平行部の一部であり、前記金型の主加工面のうち少なくとも熱間スラブとの接触面に潤滑剤を塗布することを特徴とする熱間スラブのサイジングプレス方法である。
【００１４】
本発明において、前記金型の主加工面のうち少なくとも熱間スラブとの接触面に潤滑剤を塗布するのは、金型の平行部から接触する場合には摩擦係数を低減させてもスリップが発生しないため、潤滑剤を用いることにより荷重低減を図ることが非常に効果的であることに基づく。ここで、潤滑剤としては、例えば黒鉛や二硫化モリブデン、グラファイト等の固体潤滑剤を鉱物油（グリース）と混合したもの、鉱物油単独等、摩擦係数を低下させる作用を持つ熱間潤滑剤であれば種類を問わない。潤滑剤を塗布する箇所は、上記のように金型の主加工面のうち少なくとも熱間スラブとの接触面に施せばよいが、金型の長手方向及び／又は幅方向の一部でも全体にわたって施してもよい。なお、金型表面の溝加工等で摩擦係数を変化させることは、金型表面が材料に転写し疵の原因となり得るため望ましくない。
【００１５】
また、潤滑剤の塗布方法としては、例えば金型のテーパ部については、材料を鍛造して一旦金型のギャップを開き、次パスの鍛造に向けて規定量だけ材料を移動させている（送っている）時に、材料の入側方向から金型のテーパ部に向けてノズルで潤滑剤を噴射することにより行う。一方、金型の平行部については、材料の出側方向から同様にして塗布する。同様に、金型の幅方向の端部から潤滑剤を噴射することにより、金型のテーパ部、平行部の両方に潤滑剤を塗布することが可能である。
【００１６】
本発明において、鍛造された材料は入出側方向に伸びるため、金型の平行部はプレス時の送り量以上の長さを持つことが望ましい。また、本発明は、熱間スラブ先端から定常部を経て後端までのプレスのうち、特に定常部に用いるとスリップが防止でき効果的である。
【００１７】
本発明において、金型のテーパ部のテーパ角は１６度以上３０度以下であることが好ましい。ここで、テーパ角が１６度未満では、後述するように圧下量が大きい場合（あるいは材料の送り量が小さい場合）、スリップする頻度が高くなる。また、テーパ角が３０度を超えると、材料がプレス中に金型から離脱する現象が発生する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、プレス時の材料のスリップ発生について調査を行った。その結果、スリップは金型と材料（熱間スラブ）の接触開始時に発生し、ある程度圧下が進んだ状態ではスリップは発生しないことがわかった。ここで、サイジングプレスでは、圧下量や送り、金型のテーパ角度により、金型と材料の接触箇所は金型の略平行部（本発明では、金型の平行部と、遷移領域中の傾斜角５度以内の部分を合わせて略平行部と呼ぶ）であったり、テーパ部であったりする。
【００１９】
図１は、金型１ａ，１ｂの接触開始面がテーパ部であるときの、接触開始時点で金型１ａ，１ｂに働く力を模式的に示すものである。図１において、Ｐは金型１ａ，１ｂを熱間スラブ５に押し付ける外力を、Ｎは熱間スラブ５から金型１ａ，１ｂに働く反力を、ｆは熱間スラブ５と金型１ａ，１ｂ間に働く摩擦力を示す。図１において、金型１ａ，１ｂがスリップせずに鍛造を続けるためには、摩擦力ｆが圧下力のテーパ方向の分力Ｐ‖と等しくなければならない。そして、分力Ｐ‖が最大静止摩擦力μＮを超えると、金型１ａ，１ｂと熱間スラブ５はスリップし始める。従って、スリップしない条件を熱間スラブ５と金型１ａ，１ｂ間の摩擦係数μ及び角度θを用いて表すと、μ≧ｔａｎθとなる。なお、図１において、Ｗは熱間スラブ５のプレス前の幅を、ｗは熱間スラブ５のプレス後の幅を示す。
【００２０】
熱間鍛造では、鍛造面の荒れのため材料と金型の接触状態が悪く、また鍛造面にスケールが発生するため材料と金型間の摩擦係数μは低いものとなる。従って、接触開始面が金型のテーパ部である場合は、スリップ発生頻度が高くなることになる。
【００２１】
ところで、テーパ部の角度が１５度以下であり、圧下量が大きい場合あるいは材料の送り量が小さい場合には、一旦金型のテーパ部で鍛造した材料面を次周期の鍛造でも金型のテーパ部から接触させることが頻繁に発生するため、スリップする頻度が高くなる。
【００２２】
また、発明者らの実験では、金型のテーパ部が５度程度の傾斜まではスリップは発生しなかった。これは、圧下力の入側方向の分力が小さいためと推測される。しかし、テーパ部の傾斜が５度以下であると、熱間スラブと金型の長手方向の接触長さが非常に大きくなり、荷重増加や鍛造と垂直方向（図の場合は板厚方向）の変形の増加を招くため実用的でない。
【００２３】
一方、図１に対し、図２のように金型と熱間スラブ５の接触開始面が金型の平行部であるときは、圧下力のテーパ部方向の分力が働かないため、スリップは発生しない。また、発明者らの実験結果により、金型の平行部が５度程度の傾斜をもっていてもスリップが発生しないため、平行部からテーパ部への遷移領域中、傾斜角が５度以内の部分から接触を開始してもスリップは発生しない。従って、本発明では、上記したように、金型の平行部と、遷移領域中の傾斜角５度以内の部分を合わせて略平行部と呼ぶ。
【００２４】
なお、この条件は、金型のテーパ部での材料接触長さよりも送り量が大きいときでも同様である。また、図２による方法は、熱間スラブ先端から定常部を経て後端までのプレスのうち、特に定常部に用いるとスリップが防止でき効果的である。更に、金型の平行部から接触する場合には摩擦係数を低減させてもスリップが発生しないため、潤滑剤を金型の主加工面に塗布して荷重低減を図る等すると非常に効果的である。
【００２５】
次に、本発明者らは、金型のテーパ部の角度を変化させたときのプレス荷重変化について、鉛を用いたラボ実験により調査した。図３は、テーパ角１２度、２０度の金型を用い、板厚３２ｍｍ×板幅１５０ｍｍ×長さ３００ｍｍの材料を用い、３０ｍｍの圧下量としたときの定常部プレス荷重の場合の特性図を示す。なお、図３では、横軸に金型と材料の接触長をとっているが、同一の送り量で金型のテーパ角が大きければ材料との接触長が短くなるため、送り量を調整して接触長をほぼ一致させている。従って、金型のテーパ角が大きいほど送り量も大きくしている。
【００２６】
その結果、材料と金型の接触長が等しければ、テーパ角度に関係なくプレス荷重はほぼ一致することが分かった。また、本発明者らは、同様の実験を材料板幅８０〜２２０ｍｍ（板厚は３２ｍｍで一定）、金型のテーパ角度８〜４５度、圧下量最大５０ｍｍまでの範囲で実施し、同様の結果を得た。
【００２７】
このようなことから、金型のテーパ角度が大きいほど、送り量を大きくして効率的にプレスを行うことが可能となる。図４は、図３の時に実験材料全長をプレスするのにかかった回数を示すが、金型のテーパ角が大きく送り量が大きい２０度の方がプレス回数は少なくなっている。但し、金型角度が３０度以上であると、材料がプレス中に金型から離脱する現象が発生し好ましくないことが分かった（金型のテーパ角度の上限）。
【００２８】
しかし、金型のテーパ角度が大きくなった時には、送り量が小さいと前述の様にテーパ部分で材料と接触を開始しスリップするため好ましくない。そこで、荷重（＝接触長）が従来のサイジングプレス（金型のテーパ角度１２度＋送り４００ｍｍ）と等しくなり、かつ金型の平行部が接触を開始するために必要な最小テーパ角の時にスリップしないための最小送り量を算出した。図５は、その結果を示すものである。
【００２９】
図５より、プレス時のスリップを防止しつつ、かつ従来並みの荷重でプレスを行うには、図５に示すスリップ限界テーパ角以上の角度をもつ金型を用い、その金型の最小送り量以上の送り量でプレスを行えばよいことが明らかである。現在、実際に用いられているサイジングプレスの圧下量は最大３５０ｍｍ程度であるから、テーパ角度１６度以上の金型を用い、スリップの発生しない送り量、例えば金型のテーパ角度１６度の時は送り量を６００ｍｍ以上とすればよい。この送り量でプレスを行えば、プレス時間は従来（送り量４００ｍｍ）の約２／３となり、効率は約５０％アップする。但し、スリップしない最小送り量は金型のテーパ角度によってきまるため、ここでは規定しない。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
本実施例では、図８に示すように入り側のテーパ部が１段の金型を用いた場合を示す。図６は、この１段の金型を用いた場合の、金型テーパ角と送り量と圧下量との関係を示す。図６において、（イ）は圧下量が５０ｍｍの場合を、（ロ）は圧下量が１００ｍｍの場合を、（ハ）は圧下量が１５０ｍｍの場合をそれぞれ示す。図６の矢印の範囲（曲線の上側の範囲）であれば、プレス時にスリップが発生することなくプレスが行えたが、図の範囲外（図６の曲線の下側）では、スリップが発生することがあり、必ずしも安定してプレスはできなかった。また、送り量、圧下量が一定で金型角度のみを変更した場合を考えると、金型角度の増加にしたがってプレス荷重は減少するから、図６の範囲でプレスを行うことによってプレス荷重の低減という効果もある。
【００３１】
また、本発明の範囲内のプレス条件で潤滑剤を前記金型の主加工面のうち、平行部、テーパ部、主加工面全体に施して摩擦係数を低減させたときの荷重低減効果を調べたところ、平行部、テーパ部及び主加工面全体における荷重低減率はそれぞれ１０％、２０％、３０％であった。このときも、スリップは発生せず、プレスの安定性を保ちながら潤滑剤による荷重低減を行うことが可能である。
【００３２】
また、金型角度を２０度とした場合及び１２度とした場合の変形形状を調べたところ、接触長が等しい条件Ａ（図３参照）でのドッグボーン形状を比較しても図７のようにほとんど差がなく、幅圧下効率を保ちながら、従来と同等の荷重でスリップなく大送り量のため効率的にサイジングプレスを行うことが可能である。なお、図７中、曲線（イ）はテーパ角１２度の場合、曲線（ロ）はテーパ角２０度の場合を示す。
【００３３】
なお、上記実施例では、入り側のテーパ部が１段の金型の場合について述べたが、これに限らず、例えば図１１に示すように入り側のテーパ部が２段の傾斜を持つように多段の傾斜をもつ金型にも適用できる。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明による熱間スラブのサイジングプレス方法によれば、熱間スラブと金型の接触開始面を、テーパ部と平行部間の遷移領域及び平行部の一部として鍛造することにより、特別な金型加工することなく、プレス時にスリップが発生するのを回避できる。従って、スリップ発生による操業上の問題を回避できる。また、同一圧下量、同一送り量で金型のテーパ角度を本発明範囲外から徐々に増加させることを考えると、本発明は金型のテーパ角度が大きくなる方向であるから、プレス荷重の低減にもなる。更に、金型表面に特殊な加工を施す必要がないため、金型加工費が安価となるし、スリップ発生時に必要な複雑な制御を行わなくてもよい。
また、金型の主加工面の一部又は全体に潤滑剤を塗布して、主加工面の一部又は全体の摩擦係数を低下させてもスリップが発生しないため、プレスの安定性を保ちながら荷重低減を行うことが可能となる。更に、金型角度１６度〜３０度の金型を用い、スリップしない送り量とすることで従来に比べサイジングプレスの効率を飛躍的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】金型のテーパ部が材料と接触開始する時の説明図。
【図２】本発明による鍛造方法の説明図。
【図３】金型のテーパ角度を２０度、１２度とした時のプレス荷重と金型接触長さとの関係を示す特性図。
【図４】金型のテーパ角度を２０度、１２度とした時のプレス回数と金型接触長さとの関係を示す特性図。
【図５】材料への圧下量とスリップ限界テーパ角、必要最小送り量との関係を示す特性図。
【図６】金型のテーパ角と送り量と圧下量との関係を示す特性図。
【図７】金型のテーパ角が１２度、２０度の時の材料の厚みと材料幅方向の位置との関係を示す特性図。
【図８】熱間スラブの鍛造に使用される一般的な金型形状の平面図。
【図９】従来の鍛造方法を工程順に示す説明図。
【図１０】従来の鍛造方法によるスリップ発生の説明図。
【図１１】２段テーパ金型の説明図。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ…金型、
２…平行部、
３…遷移領域、
４…テーパ部、
５…熱間スラブ。
【図１】
0003671722.tif 000002
【図２】
0003671722.tif 000003
【図３】
0003671722.tif 000004
【図４】
0003671722.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0003671722.tif 000008
【図８】
0003671722.tif 000009
【図９】
0003671722.tif 000010
【図１０】
0003671722.tif 000011
【図１１】
0003671722.tif 000012