(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間スラブをプレスにより幅圧下するための工具であって、該熱間スラブに対する押圧面に、重量％にて、
Ｃ  ：０．０５〜０．５％、
Ｓｉ：０．２〜０．９％、
Ｍｎ：０．１５〜１．２％、
Ｃｒ：３．０〜８．０％、
Ｍｏ：１．５〜３．５％
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる合金鋼が肉盛溶接されていることを特徴とする熱間幅圧下プレス用工具。
【請求項２】
前記合金鋼が、さらに、重量％にて、
Ｖ  ：０．１〜０．５％、
Ｎｉ：１．５〜３．０％、
Ｗ  ：０．１〜０．５％
を含有していることを特徴とする請求項１記載の熱間幅圧下プレス用工具。
【請求項３】
前記合金鋼が、１５〜３５ｍｍの厚さで肉盛溶接されていることを特徴とする請求項１またな２記載の熱間幅圧下プレス用工具。
【請求項４】
熱間スラブをプレスにより幅圧下するための工具において、該熱間スラブに対する押圧面に、請求項１、２または３記載の合金鋼を肉盛溶接し、母材および肉盛り溶接部の全体を、５００℃〜５５０℃の温度にて、工具の厚さｔ（ｍｍ）に応じ、ｔ／２５時間以上保持したのち冷却することを特徴とする熱間幅圧下プレス用工具の製造方法。
【請求項５】
前記肉盛溶接をブロック溶接により行い、ついで肉盛溶接部にピーニング処理を行うことを特徴とする請求項４記載の熱間幅圧下プレス用工具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼材などの熱間スラブをプレスにより幅圧下する際に使用される工具、具体的にはプレス用の金型を主な対象とし、耐用期間を大幅に延長することのできる工具およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼材などの製造において、熱間圧延用などのために加熱されたスラブ（本明細書ではこれを熱間スラブという）をプレスにより幅圧下することで、製品サイズに適した幅に調整することが行われる。このプレス用の金型には、ダクタイル鋳鉄（ＪＩＳ  Ｇ５５０２  に規定されるＦＣＤ）、機械構造用合金鋼（ＪＩＳ  Ｇ４１０５  に規定されるＳＣＭ）、熱間工具鋼（ＪＩＳ  Ｇ４４０４  に規定されるＳＫＴ）などの材料で一体物として製作されたものが使用されている。
【０００３】
金型の形状に関し、例えば特開昭６０−２０３３０５号公報には、スラブ進行方向入側に傾斜角を限定した傾斜部を有し、引続き平行部を有する金型により、スラブの表面および内部に割れなどの欠陥を生じることなく、任意幅に連続的に幅圧下できることが開示されている。
【０００４】
また特公平４−３３５２１号公報には、少なくともスラブ進行方向入側に傾斜部を有し、引続き平行部を有する金型のスラブ押圧面に、寸法を限定した傾斜カリバー溝を設けることで、圧延時のスラブ表面疵発生を防止できることが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
熱間スラブの幅圧下プレスにおいて、金型のスラブ押圧面には摩耗のほか熱亀裂が発生し、使用回数が増すにつれて亀裂の程度が拡大するという問題がある。熱亀裂が大きくなった状態の金型でスラブを幅圧下すると、引続き行う熱間圧延において圧延材に耳割れなどの欠陥が発生するので、金型を交換しなくてはならない。
【０００６】
例えば、上記ダクタイル鋳鉄で一体物として製作された金型を使用して、連続熱間圧延用の普通鋼の熱間スラブを幅圧下プレスした場合、１日あたり約７００本程度のスラブを処理する通常の使用において、９〜１０日で交換が必要であった。
【０００７】
交換に際しては、連続的に行っているプレス作業を停止しなければならないので前後工程を含めた稼働率が低下し、生産性が損なわれる。また、亀裂が拡大した金型は亀裂を研削除去して再使用するが、研削コストおよび交換用の予備金型の保有数増によりコスト増となっていた。
【０００８】
さらに、金型の研削量が増すと左右１対の金型間距離の変化が大きくなり、プレス作業に支障を来すので、金型厚み補正用のシム板などを挿入して再使用回数の延長が図られているが、金型交換作業の負荷増大および時間延長も必要であった。
【０００９】
なお、上記機械構造用合金鋼や熱間工具鋼で製作された金型は、ダクタイル鋳鉄製のものより摩耗や熱亀裂の発生は改善されるものの、大きな改善はみられず、４〜５回の研削再使用後は廃棄処分せざるを得なかった。
また上記各公報に記載された技術は、いずれも金型の形状に関するものであり、金型耐用期間の延長効果は期待できない。
【００１０】
そこで本発明は、鋼材などの熱間スラブを幅圧下する際に使用されるプレス用の金型などの工具において、スラブ押圧面の熱亀裂発生を抑制することで耐用期間を延長し、工具交換頻度を低減することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明工具は、熱間スラブをプレスにより幅圧下するための工具であって、該熱間スラブに対する押圧面に、重量％にて、Ｃ：０．０５〜０．５％、Ｓｉ：０．２〜０．９％、Ｍｎ：０．１５〜１．２％、Ｃｒ：３．０〜８．０％、Ｍｏ：１．５〜３．５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる合金鋼が肉盛溶接されていることを特徴とする熱間幅圧下プレス用工具である。
そして、前記合金鋼が、さらに、重量％にて、Ｖ：０．１〜０．５％、Ｎｉ：１．５〜３．０％、Ｗ：０．１〜０．５％を含有していることが好ましく、さらに、前記合金鋼が、１５〜３５ｍｍの厚さで肉盛溶接されていることが好ましい。また上記目的を達成するための本発明法は、熱間スラブをプレスにより幅圧下するための工具において、該熱間スラブに対する押圧面に、上記本発明工具における合金鋼を肉盛溶接し、母材および肉盛り溶接部の全体を、５００℃〜５５０℃の温度にて、工具の厚さｔ（ｍｍ）に応じ、ｔ／２５時間以上保持したのち冷却することを特徴とする熱間幅圧下プレス用工具の製造方法である。
そして、前記肉盛溶接をブロック溶接により行い、ついで肉盛溶接部にピーニング処理を行うことが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明工具を、図１および図２に示す金型の例により説明する。図１は平面図で、熱間スラブ１を矢印の方向に移動させつつ、１組の金型２、２で幅方向に幅圧下プレスを行っている状態を示している。図２は図１の金型２のＡ−Ａ矢視断面拡大図である。金型２のスラブ押圧面は（ａ）のようにフラットであってもよく、また（ｂ）のようにカリバー３が形成されていてもよい。
【００１３】
金型２の母材４としては、上記従来材と同様、ダクタイル鋳鉄（ＪＩＳ  Ｇ５５０２  に規定されるＦＣＤ）、機械構造用合金鋼（ＪＩＳ  Ｇ４１０５  に規定されるＳＣＭ）、熱間金型鋼（ＪＩＳ  Ｇ４４０４  に規定されるＳＫＴ）を採用することができるほか、より安価な機械構造用炭素鋼（ＪＩＳ  Ｇ４０５１  に規定されるＳ３５ＣやＳ４５Ｃなど）、およびそれに類する鋼材（ＪＩＳ  Ｇ３２０１  に規定されるＳＦ５９０など）などを採用することもできる。
【００１４】
そして金型２のスラブ押圧面には合金鋼５が肉盛溶接されており、合金鋼５の成分は、重量％にて、Ｃ：０．０５〜０．５％、Ｓｉ：０．２〜０．９％、Ｍｎ：０．１５〜１．２％、Ｃｒ：３．０〜８．０％、Ｍｏ：１．５〜３．５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる。肉盛溶接は、例えば上記成分組成のフラックス入りワイヤを使用して、ＭＩＧ溶接により施工することができる。
【００１５】
以下に各成分範囲の限定理由を説明する。
Ｃは溶接金属の鋼中に固溶して、その硬さと強度を向上させるほか、ＣｒやＭｏ、ＶあるいはＷと結合して炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる効果があるが、その含有量が０．０５％未満では所望の効果が得られず、０．５％を超えると靭性が低下して耐熱亀裂性が低下する。したがってＣ含有量を０．０５％以上０．５％以下とした。
【００１６】
Ｓｉは溶接金属の強度を向上させるとともに、溶融した溶接金属の流動性を良好にして欠陥の発生を防止する効果があるが、その含有量が０．２％未満では所望の効果が得られず、０．９％を超えると靭性が低下して耐熱亀裂性が低下する。したがってＳｉ含有量を０．２％以上０．９％以下とした。
【００１７】
Ｍｎは溶接時に溶接金属の脱酸作用を行うとともに靭性を向上させる効果があるが、０．１５％未満では所望の効果が得られず、１．２％を超えて添加してもその効果は飽和する。したがってＭｎ含有量を０．１５％以上１．２％以下とした。
【００１８】
Ｃｒは耐酸化性を与えるとともに、Ｃと結合して高温強度を高めるために添加し、３．０％未満ではその効果が発揮されず、８．０％を超えると靭性が低下して耐熱亀裂性が低下する。したがってＣｒ含有量を０．３％以上８．０％以下とした。
【００１９】
Ｍｏは溶接金属の鋼中に固溶して硬さおよび強度を向上させるほか、Ｃと結合して高温強度を高め、さらに焼戻し軟化抵抗性をもたらすために添加する。１．５％未満ではその効果が発揮されず、３．５％を超えると靭性が低下して耐熱亀裂性などが低下する。したがってＭｏ含有量を１．５％以上３．５％以下とした。
【００２０】
本発明工具からなる金型２のスラブ押圧面は、このような合金鋼５が肉盛溶接されているので、耐摩耗性に優れ、かつ熱亀裂の発生や拡大が抑制される。このため金型２の母材４には、上記機械構造用炭素鋼などの比較的安価な材料を採用しても、耐用期間を大幅に延長することができる。そして、スラブ押圧面が摩耗や亀裂により劣化した金型には、再び合金鋼を肉盛溶接して再使用できる。
【００２１】
また本発明工具において、合金鋼５は、さらに重量％にて、Ｖ：０．１〜０．５％、Ｎｉ：１．５〜３．０％、Ｗ：０．１〜０．５％を含有していることが好ましい。
Ｖは高温強度および焼戻し軟化抵抗性をさらに高めるために必要に応じて添加する。０．１％未満ではそのさらなる効果が発揮されず、０．５％を超えると靭性が低下して耐熱亀裂性などが低下する。したがってＶ含有量を０．１％以上０．５％以下とした。
【００２２】
Ｎｉは溶接金属の靭性をさらに向上させるために添加し、１．５％未満ではそのさらなる効果が発揮されず、３．０％を超えると硬さが低下し耐摩耗性が低下する。したがってＮｉ含有量を１．５％以上３．０％以下とした。
Ｗは高温強度をさらに向上させるために添加し、０．１％未満ではそのさらなる効果が発揮されず、０．５％を超えると靭性が低下し耐熱亀裂性が低下する。したがってＷ含有量を０．１％以上０．５％以下とした。
これら添加元素の効果により、合金鋼５は熱亀裂の発生および拡大がより抑制され、金型２の耐用期間をさらに一層延長することができる。
【００２３】
さらに本発明工具において、合金鋼５は厚さａが１５〜３５ｍｍの範囲で肉盛溶接されていることが好ましい。厚さａが１５ｍｍ未満では耐用期間の延長効果が十分には発揮され難く、厚さａが３５ｍｍ程度までの範囲において肉盛溶接作業の効率がよくかつ費用面からも適している。
【００２４】
つぎに本発明法を金型２の例により説明する。金型２のスラブ押圧面に上記本発明工具における合金鋼５を肉盛溶接したのち、母材４および肉盛り溶接部の合金鋼５を併せた全体を、５００℃〜５５０℃の温度にて熱処理し、この範囲の温度での保持時間を、金型の厚さｔ（ｍｍ）に応じ、ｔ／２５時間以上とする。なお肉盛溶接の前工程として、金型を４００〜５００℃に予熱しておくと、溶接後の残留応力軽減のために望ましい。
【００２５】
肉盛溶接は、上述のように、例えば上記成分組成のフラックス入りワイヤを使用して、ＭＩＧ溶接により施工することができるが、溶接部の残留応力を除去するとともに、組織を緻密化し延性を向上させるために上記条件の熱処理を行う。熱処理温度が５００℃未満では、実用的な時間内でこれら効果をもたらすのが困難である。５５０℃を超えると、溶接金属の硬さが低下し、耐摩耗性が低下するとともに母材が軟化して強度が低下することになる。またこの温度範囲での保持時間がｔ／２５時間未満では、スラブ押圧面の全体にわたる熱処理効果が得られ難くなる。
【００２６】
さらに本発明法において、肉盛溶接をブロック溶接により行い、ついで肉盛溶接部にピーニング処理を行うことが好ましい。ここでブロック溶接とは、肉盛溶接する面をブロックに区画し、各ブロックをとびとびに溶接し、最終的に全面を肉盛溶接することである。例えば図３の例では、１２区画を▲１▼、▲２▼、▲３▼・・・の順に溶接する。肉盛溶接後、溶接部にピーニングを行うことで残留応力を軽減するとともに溶着金属を強化する。さらにピーニング後、前記熱処理を行うことで、残留応力は除去され、溶着金属は一層強化される。
【００２７】
以上説明した本発明工具およびその製造法において、工具としては、金型のほか、幅圧下プレス時に前後で動きを矯正するサイドガイドの熱間材料と接触する部分や、上下鍛圧機の鍛圧床板材などの高温用工具などを対象とすることができる。
【００２８】
【実施例】
本発明例として、図１に示すような形状の金型２で、スラブ押圧面が図２（ａ）のようなフラットなものと、図２（ｂ）ようなカリバー付きのものを各２組ずつ、機械構造用炭素鋼Ｓ４５Ｃで製作した。金型２の厚さｔはいずれも４００ｍｍである。両金型とも、合金鋼５として表１に示すＡ，Ｂ２種類の成分からなるものをＭＩＧ溶接により肉盛溶接した。合金鋼５の厚さａはいずれも２０〜３０ｍｍとした。また比較例として、ダクタイル鋳鉄製の同形状の金型を製作した。
【００２９】
本発明例の４組の金型は、いずれも電気炉にて４００〜５００℃に予熱後、表１の各成分からなるフラックス入りワイヤを使用して、図３に示すようなブロック溶接を行い、各ブロックの溶接後、赤熱状態でピーニング処理を行ってスラブ押圧面の全面に肉盛溶接を施した。ついで電気炉にて５００〜５５０℃に１６時間保持する熱処理を行い、室温まで放冷したのち、機械研削などにより所定寸法に仕上げた。
【００３０】
これら本発明例４組および比較例２組の金型を使用して、薄鋼板向け熱間スラブの幅圧下プレスを行った。スラブのサイズは、長さが５０００〜１２０００ｍｍ、厚さは２４０ｍｍ、幅はプレス前とプレス後の差が約３００ｍｍであり、１日に約７００本の熱間スラブをプレスした。
【００３１】
比較例の金型は、フラットなもの、カリバー付きのものいずれも、熱亀裂の拡大により、１０日で組替えが必要となった。これに対して本発明例の金型はフラットなもの、カリバー付きのもの、いずれも、合金鋼が表１のＡ成分では６０〜８０日、Ｂ成分では８０〜１００日、組替えなしで使用できた。
【００３２】
【表１】
0003563587.tif 000002
【００３３】
【発明の効果】
本発明工具は、スラブ押圧面に上記成分の合金鋼５が肉盛溶接されているので、耐摩耗性に優れ、かつ熱亀裂の発生や拡大が抑制される。このため、金型２の母材４には、上記機械構造用炭素鋼などの比較的安価な材料を採用しても、耐用期間を大幅に延長することができる。そのうえ、スラブ押圧面が摩耗や亀裂により劣化した金型には、再び合金鋼を肉盛溶接して再使用するので、従来金型のような研削による再使用と異なり、金型サイズ一定範囲で繰返し使用でき、廃棄処分がなくなる。
また本発明法により、上記のような優れた工具が安定して確実に製造できる。
したがって、本発明は熱間スラブのプレス作業率向上、工具の保有個数減、研削作業の廃止および使用期間延長による原単位向上で、コスト削減に大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明金型の使用例を示す平面図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は本発明金型の例を示し、図１のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】本発明法におけるブロック溶接の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１…熱間スラブ
２…金型
３…カリバー
４…母材
５…合金鋼
【図１】
0003563587.tif 000003
【図２】
0003563587.tif 000004
【図３】
0003563587.tif 000005