(57)【要約】  【課題】断面積が７００ｃｍ2（例えば、３００ｍｍφ）以上の鋼材であっても、鋸刃を噛み込ませることなく、切断面を美麗に切断できる鋼材の加工方法を提供する。  【解決手段】（１）断面積が７００ｃｍ2以上の鋼材を加熱処理し冷却した後、コールドソーを用いて所定長さに切断する鋼材の加工方法であって、前記鋼材を冷却する際に、当該鋼材の全体、または外表面温度が２００℃以下となる温度領域での冷却速度を２０℃／Ｈｒ以下にすることを特徴とする鋼材の加工方法である。（２）同様に、前記鋼材を冷却する際に、当該鋼材の少なくとも切断部位となる近傍の外表面温度が２００℃以下となる温度領域での冷却速度を２０℃／Ｈｒ以下にすることを特徴とする鋼材の加工方法である。ここでは、断熱材を用いて当該鋼材の前記切断部位を保熱するのが望ましい。  【選択図】図２
2006062062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面積が７００ｃｍ2以上の鋼材を加熱処理し冷却した後、コールドソーを用いて所定長さに切断する鋼材の加工方法であって、
前記鋼材を冷却する際に、当該鋼材の外表面温度が２００℃以下となる温度領域での冷却速度を２０℃／Ｈｒ以下にすることを特徴とする鋼材の加工方法。
【請求項２】
断面積が７００ｃｍ2以上の鋼材を加熱処理し冷却した後、コールドソーを用いて所定長さに切断する鋼材の加工方法であって、
前記鋼材を冷却する際に、当該鋼材の少なくとも切断部位となる近傍の外表面温度が２００℃以下となる温度領域での冷却速度を２０℃／Ｈｒ以下にすることを特徴とする鋼材の加工方法。
【請求項３】
断熱材を用いて当該鋼材の前記切断部位を保熱することを特徴とする請求項２に記載の鋼材の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大径の鋼材を冷間鋸切断で所定長さに切断する鋼材の加工方法に関し、さらに詳しくは、コールドソーを用いて加熱、冷却された鋼材を切断する際に、断面積が７００ｃｍ2（例えば、３００ｍｍφ）以上の鋼材であっても、鋸刃を噛み込ませることなく、切断面を美麗に切断できる鋼材の加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼管、または条鋼等の熱間加工に使用されるビレットは、例えば、鋼塊から熱間圧延や熱間鍛造によって製造された長尺の鋼片を素材とし、この鋼片に熱処理、並びに切断および切削などの機械加工が施されて製造される。この鋼片の切断加工に際し、熱間加工される製品の１個当たりの重量に焼き減りや仕上げしろを見込んだ重量を満足する素材長さに切断される。
【０００３】
鋼材の切断加工にともなって切断面の直角度や平坦度の精度が悪くなると、熱間加工される鋼管および条鋼等の表面や端面に疵を発生し易くなり、製造コストの増加要因になることから、適切な切断装置を選択する必要がある。
【０００４】
通常、鋸切断は、切断速度が比較的遅く、切りしろが材料損失になるという欠点があるが、被切断材の寸法や材質に殆ど影響されることなく精度よく切断でき、特に大径の鋼材や難加工性の鋼材を切断する場合、または多品種少量生産に対応する場合に有利な切断方法である。このため、従来から鋼材の切断加工として、冷間鋸断機である、いわゆるコールドソーが多用されている。
【０００５】
また、熱間圧延や熱間鍛造によって製造された鋼材の組織が不均一であり、これを改善するため、ビレットの機械加工前に熱処理が施されることがある。例えば、ステンレス鋼材の場合には、固溶化温度（１１００〜１２００℃）に加熱保持した後、急速冷却する固溶化熱処理が採用される。
【０００６】
ところで、上記の固溶化熱処理を施した鋼材からビレットを製造する際に、鋼材の材質や外径寸法によって、機械加工ができないか、または機械加工はできても加工工具の寿命が極めて短くなることがある。特に被加工材が大径のステンレス鋼材になると、切断加工にともなって、鋸刃が切断部位の両側から多大な圧力を受け、噛み込みを生じ切断加工を継続することができなくなることがある。
【０００７】
従来から、ビレットの製造にともなう同様の問題に対応するため、種々の提案がなされている。例えば、特許文献１では、急速冷却する固溶化熱処理によって機械加工が困難になるのに対応し、ステンレス鋼片を固溶化熱処理する際に、水冷による冷却を停止する温度を、ステンレス鋼片の横断面積Ｓをパラメータとした規定式から導かれる温度とし、その後室温で放冷するステンレス鋼片の固溶化熱処理方法を提案している。
【０００８】
すなわち、ステンレス鋼片の横断面積Ｓが大きい場合には、表層部と内部とに温度差が顕著となり大きな残留応力が発生することから、ステンレス鋼片の横断面積Ｓをパラメータとして冷却を停止する温度を規定し、ステンレス鋼片を十分に固溶化処理するとともに、容易に機械加工ができる程度に残留応力の発生を抑制することにしている。
【０００９】
しかしながら、特許文献１が提案する熱処理方法では、上述の通り、機械加工ができる程度に残留応力の発生を抑制するに過ぎず、ある程度の残留応力の残存は避けられない。言い換えると、外径が３００ｍｍφ以上となり横断面積Ｓが大きいステンレス鋼材でも、残留応力の発生を許容せざるを得ないのである。
【００１０】
このため、ステンレス鋼材が大径化し横断面積Ｓが大きくなるほど、許容せざるを得ない残留応力が増大し、切断時に鋸刃の噛み込みを発生し易くなり、鋸刃および切削工具寿命が短くなる。また、噛み込みが発生すると、切断面の見た目が悪くなるだけでなく、切断面の直角度や平坦度も悪化することになる。これにより、ステンレス鋼材の切断効率を著しく低下させるだけでなく、製造コストの高騰を来すことになる。
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−４９３３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述の通り、大径のステンレス鋼材のビレット製造での切断加工にともなって、鋸刃が切断部位の両側から多大な圧力を受け、噛み込みを生じ易くなる。この場合に、従来の技術によれば、ある程度の残留応力の発生は避けられず、鋸刃の噛み込みを確実に防止することが難しく、切断加工を継続することができなくなるとともに、鋸刃寿命を短くしていた。
【００１３】
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、コールドソーを用いて、大径（例えば、３００ｍｍφ以上）であり、断面積が７００ｃｍ2以上の鋼材を冷却後に切断加工する場合であっても、鋸刃を噛み込ませることなく、切断面の直角度や平坦度を劣化させず美麗に、かつ効率的に切断できる鋼材の加工方法を提供することを目的にしている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、上記の課題を解決するため、種々の検討を重ねた結果、鋼材が加熱温度から室温までの冷却挙動に関し、その外表部が室温まで急速に冷却され、続いて中心部が遅れて冷却され収縮することから、既に室温に達して所定の強度を有する外表部に圧縮応力が残留することに着目した。
【００１５】
図１は、鋼材が室温まで冷却される際に外表部に圧縮応力が残留する状況を説明する図である。鋼材１を処理温度に加熱し室温まで冷却する際に、まず、鋼材の外表部１ａが室温まで冷却され、続いて、中心部１ｂが遅れて冷却される。遅れて冷却される鋼材の中心部１ｂは冷却する際に収縮しようとするので、既に室温に達して所定の強度を有する鋼材の外表部１ａに圧縮応力が残留することになる。
【００１６】
そして、鋼材の外表部が室温に達した時点での外表部と中心部との温度差ΔＴ（℃）が大きくなるほど、鋼材の外表部に残留する圧縮応力は大きくなり、鋼材の切断加工にともなって、鋸刃の噛み込みが発生し易くなる。
【００１７】
図２は、鋼材の冷却速度が外表部と中心部との温度差ΔＴ（℃）に及ぼす影響を説明する図である。鋼材の外表部を放冷により室温まで冷却する場合の外表部と中心部との温度差ΔＴｆ（℃）は、外表部を断熱材などを用いて保熱し室温まで冷却する場合の外表部と中心部との温度差ΔＴｐ（℃）よりも大きくなる。
【００１８】
図２に示すように、鋼材の外表部の冷却速度は中心部のそれに比べ速いため、鋼材の水冷を停止すると、外表部の温度は中心部の余熱により上昇する。このとき、図中で「放冷」と示すように、断熱材などを用いることなく放冷する場合には、外表部の温度は若干上昇した後下降するが、外表部の温度が室温まで下降した時点での中心部の温度はまだ高く、ΔＴｆは大きなものである。
【００１９】
これに対し、図中で「保熱」と示すように、断熱材などを用いて保熱する場合には、余熱が逃げにくくなることから、外表部の温度は大きく上昇した後、ゆっくり下降する。同様に、中心部の温度も、放冷した場合に比べゆっくり下降する。そして、外表部の温度が室温まで下がった時点での中心部の温度は低くなっており、ΔＴｐは小さなものとなる。したがって、加熱後の鋼材の外表部を低い冷却速度で冷却させてやれば、外表部と中心部との温度差ΔＴ（℃）が小さくなり、鋼材の外表部に残留する圧縮応力を小さくすることができる。
【００２０】
本発明は、上記の検討結果に基づいて完成されたものであり、下記（１）および（２）の鋼材の加工方法を要旨としている。
【００２１】
（１）断面積が７００ｃｍ2以上の鋼材を加熱処理し冷却した後、コールドソーを用いて所定長さに切断する鋼材の加工方法であって、前記鋼材を冷却する際に、当該鋼材の外表面温度が２００℃以下となる温度領域での冷却速度を２０℃／Ｈｒ以下にすることを特徴とする鋼材の加工方法である。
【００２２】
（２）断面積が７００ｃｍ2以上の鋼材を加熱処理し冷却した後、コールドソーを用いて所定長さに切断する鋼材の加工方法であって、前記鋼材を冷却する際に、当該鋼材の少なくとも切断部位となる近傍の外表面温度が２００℃以下となる温度領域での冷却速度を２０℃／Ｈｒ以下にすることを特徴とする鋼材の加工方法である。ここでは、断熱材を用いて当該鋼材の前記切断部位を保熱するのが望ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の鋼材の加工方法によれば、コールドソーを用いて断面積が７００ｃｍ2以上の大径（例えば、３００ｍｍφ以上）鋼材を冷却後に切断加工する場合であっても、鋸刃を噛み込ませることなく、鋸刃の長寿命化が図れ、切断面の直角度や平坦度を劣化させず美麗に加工でき、同時にステンレス鋼材の切断効率を向上させ、ビレットの製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明が対象とする鋼材は、例えば、インゴット、スラブ等の鋼片に鍛造、圧延などの加工を施して製造された長尺材をいい、いわゆる鋼板を含まない。鋼板を対象としないのは、板状の鋼材では形状効果より外表部と中心部との温度差ΔＴ（℃）が小さく、本発明の加工方法を適用しなくても鋸刃の噛み込み等のトラブルを生じないためである。
【００２５】
対象とする鋼材の断面積は、７００ｃｍ2以上とする。断面積が７００ｃｍ2未満の鋼材を切断加工する場合には、切断中に鋸刃に加わる負荷が少なく、特に本発明の加工方法を適用するまでもなく、鋸刃の噛み込み発生が防止でき、効率的に鋼材を切断できるからである。
【００２６】
上述の通り、本発明の加工方法は大径の鋼材に適用をすることを前提とするものであり、特に鋼材の断面積の上限を限定しないが、断面積が過剰に大きくなると、一回当たりの切断時間を要し切断効率の低下が見られるとともに、鋸刃に加わる総負荷量も増大することから鋸刃寿命の低下もある。したがって、対象とする鋼材の断面積は１５００ｃｍ2以下とするのが望ましく、さらに望ましくは１０００ｃｍ2以下である。
【００２７】
また、鋼材の断面形状に関しては、断面積が７００ｃｍ2以上の条件を満足する限りにおいて、円形、若しくは楕円形、または多角形であってもよい。対象とする鋼材の円形断面である場合には、直径が３００ｍｍ以上の長尺鋼材に適用できる。
【００２８】
本発明が採用する加熱処理は、鋼材の組織を改善するために行うものであり、特にその目的は問わないが、少なくとも２００℃以上に加熱することが必要である。
【００２９】
例えば、ステンレス鋼の熱処理において、析出物を固溶体中に溶け込ませるために行われる固溶化熱処理が挙げられ、ステンレス鋼材を固溶化温度（１１００〜１２００℃）まで上昇させて一定時間保持した後、急冷して析出物の発生を阻止させることがある。また、鋼材の加工歪みを除去するための焼なましとして、５００〜６５０℃に加熱する場合も、本発明が採用する加熱処理とすることができる。
【００３０】
前記図１および図２に示すように、鋼材を熱処理後に室温まで冷却する場合に、外表部が冷却され、次いで中心部が遅れて冷却されるため、鋼材の外表部に圧縮応力が残留するが、鋼材の外表部が室温に達した時点での外表部と中心部との温度差ΔＴ（℃）が大きくなるほど鋼材の外表部に残留する圧縮応力は大きくなり、鋸刃の噛み込みが発生し易くなる。
【００３１】
本発明の加工方法では、鋼材を熱処理後に室温まで冷却する場合に、鋼材の外表面温度が２００℃以下となる温度領域での冷却速度を２０℃／Ｈｒ以下にする必要がある。したがって、２００℃超の温度領域での冷却履歴は問わない。
【００３２】
このように外表面温度が２００℃以下となる温度領域での冷却速度を管理することによって、鋼材の外表部が室温まで冷却された時の温度差ΔＴｐを、放冷により鋼材の外表部が室温まで冷却された時の温度差ΔＴｆよりも小さく、さらに温度差ΔＴを無視できる程度にまで小さくすることができる。したがって、鋼材の外表部に残留する圧縮応力を小さく、さらに無視できるようにすることができ、鋸刃の噛み込みが発生することなく鋼材の切断が可能になる。
【００３３】
また、本発明の加工方法では、鋼材を熱処理後に室温まで冷却する場合に、鋼材の少なくとも切断部位となる近傍の外表面温度が２００℃以下となる温度領域での冷却速度を２０℃／Ｈｒ以下にすることができる。この場合でも、鋼材の切断部位が室温まで冷却された時の外表部と中心部との温度差ΔＴｐを小さくすることができるので、切断部位近傍での外表面に残留する圧縮応力を小さくすることができる。
【００３４】
本発明において「切断部位となる近傍」と規定するのは、断熱材を用いて鋼材の切断部位を保温し冷却速度の調整することなどを想定するものであり、その「近傍」となる範囲は断熱材による保温の効果が及ぶ範囲を意味する。
【００３５】
図３は、熱処理後に冷却された２本の鋼材の切断部位の近傍を断熱材で保温した状態を示す斜視図である。本発明の加工方法では、図３に示すように、断熱材２を用いて鋼材１を保温し冷却速度の調整するのが、簡便な調整方法として望ましい。しかし、冷却速度の調整は、図３に示す方法に限定されるものではなく、どのようなやり方で行ってもよい。
【００３６】
図３に示す断熱材２として、例えばイソウール（イソライト工業株式会社登録商標）などを用いて切断部位となる近傍を保熱すれば、切断部位の冷却速度を十分低速に調整することができる。具体的には、鋼材の外表面温度が２００℃を超える段階でイソウールを切断部位となる近傍に巻き付け、その後鋼材を室温になるまで放冷することにより、簡易に切断部位となる近傍の外表面温度が２００℃以下となる温度領域での冷却速度を２０℃／Ｈｒ以下に調整することができる。
【００３７】
本発明の加工方法では、冷間用の切断装置として円板鋸を用いるコールドソーを採用する。コールドソーの切断方式としては、フリクションソーとセグメントソーに大きく分けられる。フリクションソーは切断部位を鋸歯が高速で摩擦することにより、その部位を連続してこすり取るようにして切断する方式であり、セグメントソーは胴板の外周に高速度鋼の切断チップ（セグメント）を取り付けて、機械的に切削する方式である。本発明の切断装置として、いずれの方式も採用することができる。
【００３８】
コールドソーによる切断は、鋼材が室温になってからでもよいが、鋸にかかる負荷を少なくするため、作業環境に影響を及ぼさない範囲において、室温まで下がる前であって室温より高い温度条件で行ってもよい。
【実施例】
【００３９】
（実施例１）
電気炉にて表１に示す化学組成の鋼種（二相ステンレス鋼）を溶製し、４５０×４５０ｍｍのインゴットを製造し、このインゴットを１２５０℃に加熱後、熱間鍛造により外径が２５０ｍｍφ〜３５０ｍｍφの断面形状であって、長さが２０００ｍｍ以上のステンレス鋼材を製造した。
【００４０】
【表１】
2006062062.tif 000003
【００４１】
そして、得られたステンレス鋼材を１１００℃に加熱し２時間保持した後、鋼材が所定の表面温度になるまで水冷する固溶化熱処理を実施した。引き続き、水冷を完了した直後の鋼材全体の冷却速度を種々に調整しながら室温まで冷却し、コールドソーを用いて切断加工を実施した。
【００４２】
このとき、冷却速度の調整は、鋼材にコイルを巻いて熱電対で温度を測定するとともに、コイルの発熱量をコントロールすることによって行った。表２に鋼材寸法、冷却条件および切断結果を示す。
【００４３】
【表２】
2006062062.tif 000004
【００４４】
表２に示すように、外径が２５０ｍｍφと小径の鋼材（断面積：約４９０ｃｍ2）については、どのような冷却条件であっても、切断中に鋸刃の噛み込みを発生することがなかった。これは、鋼材の断面積が小さいため、鋼材の外表部に発生する残留応力が少なく影響を及ぼさないためであると推測される。
【００４５】
一方、外径が３００ｍｍφ〜３５０ｍｍφの大径の鋼材（断面積：約７０７〜約９６２ｃｍ2）については、冷却条件により鋸刃の噛み込みが発生する場合と発生しない場合とに分かれた。水冷停止後において、鋼材の外表面温度が２００℃以下となる温度領域での冷却速度を２０℃／Ｈｒ以下で冷却したものについては、鋸刃の噛み込みの発生は無かった。
（実施例２）
断熱材を用いて切断部位の近傍を保熱する効果を確認した。このため、実施例１で製造したとステンレス鋼材を用いて、同様の固溶化熱処理を実施し、次に水冷を完了した直後の鋼材全体の放冷する場合と、冷却速度を保熱により調整しながら室温まで冷却し、コールドソーを用いて切断加工を実施した。
【００４６】
このとき、冷却速度の調整を簡便に行うために、水冷完了直後に、切断部位の近傍を断熱材にて保熱した。表３に鋼材寸法、冷却条件および切断結果を示す。なお、断熱材を用いて保熱することにより、冷却速度が１０〜２０℃／Ｈｒになることを別途の実験で確認している。
【００４７】
【表３】
2006062062.tif 000005
【００４８】
表３に示す結果からも、外径が２５０ｍｍφと小径の鋼材（断面積：約４０９ｃｍ2）については、どのような冷却条件であっても、切断中に鋸刃の噛み込みを発生することがなかったが、外径が３００ｍｍφ〜３５０ｍｍφの大径の鋼材（断面積：約７０７〜約９６２ｃｍ2）については、断熱材による保熱の有無により鋸刃の噛み込みが発生する場合と発生しない場合とに分かれた。すなわち、断熱材を用いて、切断部位となる近傍において外表面温度が２００℃以下となる温度領域での冷却速度を２０℃／Ｈｒ以下にコントロールすることによって、鋸刃の噛み込みの発生は無かった。
【００４９】
上述の実施例１および実施例２の試験結果から、外径が３００ｍｍφ以上（断面積が７００ｃｍ2相当以上）の鋼材を冷却した後コールドソーを用いて切断加工する場合には、鋼材の外表面温度が２００℃以下となる温度領域での冷却速度を２０℃／Ｈｒ以下にすることによって、切断時に発生する鋸刃の噛み込みを防止できることが分かる。
【００５０】
同様に、この２０℃／Ｈｒ以下の冷却速度で冷却する部位は少なくとも切断部位となる近傍であればよく、簡易な調整手段として切断部位の近傍を断熱材を用いて保熱するのが有効であることが明らかになった。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の鋼材の加工方法によれば、コールドソーを用いて断面積が７００ｃｍ2以上の大径（例えば、３００ｍｍφ以上）鋼材を冷却後に切断加工する場合であっても、鋸刃を噛み込ませることなく、鋸刃の長寿命化が図れ、切断面の直角度や平坦度を劣化させることなく美麗に加工できる。
【００５２】
これにより、ステンレス鋼材の切断効率を向上させ、ビレットの製造コストを低減することができるので、長尺鋼材の切断加工方法として広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】鋼材が室温まで冷却される際に外表部に圧縮応力が残留する状況を説明する図である。
【図２】鋼材の冷却速度が外表部と中心部との温度差ΔＴ（℃）に及ぼす影響を説明する図である。
【図３】熱処理後に冷却された２本の鋼材の切断部位の近傍を断熱材で保温した状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５４】
１：鋼材、  １ａ：外表部、  １ａ：中心部
２：断熱材
【図１】
2006062062.tif 000006
【図２】
2006062062.tif 000007
【図３】
2006062062.tif 000008