(57)【要約】【課題】後に分塊圧延などの熱間加工を加えることなく表面が平坦で、かつ中心軸に沿った鋳造欠陥の残存を低減できる鍛造方法を提供することを目的とする。【解決手段】鍛造素材Ｗを一対の金型１０でプレスする。鍛造素材Ｗには、第一押圧部１により加工される第一加工部Ｗ１と、第二押圧部２により加工される第二加工部Ｗ２とが形成される。次いで、第二プレス位置まで鍛造素材Ｗを移動させた後にプレスする。鍛造素材Ｗには、先行するプレス工程による第二加工部Ｗ２が第一押圧部１により加工されて新たな第一加工部Ｗ１となり、第二押圧部２により新たな第二加工部Ｗ２が形成される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鍛造素材をその軸方向に沿って後方から前方に向けて間欠的に移動させながら、上下一対の金型により順次プレスする鍛造方法であり、
前記金型は、
第一押圧面を備え、前記鍛造素材の移動方向の前記前方に配置される第一押圧部と、
前記第一押圧面より低い高さの第二押圧面を備え、前記第一押圧部よりも前記移動方向の前記後方に配置される第二押圧部と、
上下一対の前記金型の少なくとも一方に設けられる、前記第一押圧部から前記第二押圧部にかけて、前記金型の幅方向の両側に設けられる、前記第一押圧面よりも高い高さの側壁と、を備え、
前記鍛造素材を前記後方から一対の前記金型の間に挿入する第一搬送工程と、
所定の位置まで挿入された前記鍛造素材を一対の前記金型でプレスすることで、前記鍛造素材に、前記第一押圧部により加工される第一加工部と、前記第二押圧部により加工される第二加工部とを形成する第一プレス工程と、
前記第一プレス工程後に、一対の前記金型間の上下方向の間隔を広げ、前記第一加工部を一対の前記金型間から排出させるとともに、前記第二加工部の位置を前記第一押圧部に対応する第二プレス位置まで、前記鍛造素材を前記前方に向けて移動させる第二搬送工程と、
前記第二プレス位置に搬送された前記鍛造素材を、一対の前記金型でプレスし、前記鍛造素材に、前記第一プレス工程による前記第二加工部を前記第一押圧部により加工することで前記第一加工部とし、前記第二押圧部により加工される新たな第二加工部を形成する第二プレス工程と、
を備えることを特徴とする鍛造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鍛造方法に関し、鋳造時に発生する空隙からなる鋳造欠陥を低減できる鍛造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
造塊法により得られる鋳塊は、表層部の組織は金型に近接しているために凝固速度が速く微細であるが、中心軸に沿って結晶粒が粗大化しやすく、かつ引け巣などと呼ばれる空隙からなる鋳造欠陥が発生する。特に、造塊法よりも生産性が高く、素材の製造コストが安いといわれる連続鋳造法により製造される鋳片には、中心軸に沿って空隙が発生しやすい。
鋳塊及び鋳片は、その後に鍛造、圧延が施される。これら熱間加工により理想的には鋳造欠陥を消滅させたいが、熱間加工された鋼片に鋳造欠陥は残存する。例えば、鋼片のサイズが大きい場合には、熱間加工による変形が鋼片の中心部では十分に得られないため、最終鋼片には空隙が残存しやすい。残存した空隙は、その後の切削などの加工、あるいは使用時の割れの発生原因になり得る。
【０００３】
この問題に対して特許文献１は、前部に配置され、第一の高さを有する第一の押圧面を含む金敷前部と、中央部に配置され、第一の高さよりも低い第二の高さを有する第二の押圧面を含む金敷中央部と、各段付き金敷の後部に配置され、第二の高さ以下である第３の高さを有する第３の押圧面を含む金敷後部とを備える２つの段付き金敷を用いる自由鍛造法により空隙の減少を図っている。つまり特許文献１は、素材を段付き金敷の後部側から段付き金敷の間に挿入する工程と、挿入後に段付き金敷で素材をプレスする工程と、プレス後、段付き金敷間の距離を広げ、段付き金敷の前部側に素材の挿入を開始する工程と、素材のうち第３の押圧面でプレスされた部分が第一の押圧面に対向する位置で、挿入を停止する工程と、挿入を停止後、段付き金敷で素材をプレスする工程とを備えることを特徴とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３４１２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１によると、第３の押圧面でプレスされた部分は次に第一の押圧面でプレスする、という手順を繰り返すので、プレス完了後の鋼材の上下面には凹凸が形成される。したがって、特許文献１は、その後の分塊圧延によりこの凹凸を潰して平坦面にすることを前提としている。しかし、凹凸の高低差が大きいと分塊圧延で平坦にすることが困難な場合もある。また、素材の大きさ、形状によっては、分塊圧延に供することができない場合もある。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、後に分塊圧延などの熱間加工を加えることなく表面が平坦で、かつ中心軸に沿った鋳造欠陥を低減できる鍛造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、鍛造素材をその軸方向に沿って後方から前方に向けて間欠的に移動させながら、上下一対の金型により順次プレスする鍛造方法に関するものであり、金型は、第一押圧部と第二押圧部とを備える金型を用いる。
第一押圧部は、第一押圧面を備え、鍛造素材の移動方向の前方に配置される。第二押圧部は、第一押圧面より低い高さの第二押圧面を備え、第一押圧部よりも移動方向の後方に配置される。
また本発明による金型は、第一押圧部から第二押圧部にかけて、第一押圧面よりも高い高さの側壁を金型の幅方向の両側に備えている。この側壁は、上下一対の金型の少なくとも一方に設けられればよい。
【０００７】
以上の金型を用いる本発明の鍛造方法は、第一搬送工程と、第一プレス工程と、第二搬送工程と、第二プレス工程と、順次行うものである。
第一搬送工程は、鍛造素材を後方から一対の金型の間に挿入するものである。
第一プレス工程は、所定の位置まで挿入された鍛造素材を一対の上記金型でプレスすることで、鍛造素材に、第一押圧部により加工される第一加工部と、第二押圧部により加工される第二加工部とを形成する。
第二搬送工程は、第一プレス工程後に、一対の金型間の上下方向の間隔を広げ、第一加工部を一対の金型間から排出させるとともに、第二加工部の位置を第一押圧部に対応する第二プレス位置まで、鍛造素材を前方に向けて移動させる。
第二プレス工程は、第二プレス位置に搬送された鍛造素材を、一対の金型でプレスし、鍛造素材に、第一プレス工程による第二加工部を第一押圧部により加工することで第一加工部とし、第二押圧部により加工される新たな第二加工部を形成する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、鍛造素材に加えられる加工歪を大きくすることができるので、中心軸に沿った鋳造欠陥の残存を低減できる。また、本発明によると、先行するプレス工程（第一プレス工程）で形成される第二加工部を、後続のプレス工程（第二プレス工程）では第一押圧部によりプレスする。したがって、先行するプレス工程で形成される第一加工部と第二加工部は、後続のプレス工程を経ると同じ厚さにすることができるので、後に分塊圧延を行わなくても、厚さの均一な鋼隗を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態における金型を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。
【図２】本実施の形態における鍛造工程を示し、（ａ）は第一搬送工程、（ｂ）は第一プレス工程、（ｃ）は第二搬送工程（前半）を、各々示している。
【図３】本実施の形態における鍛造工程を示し、（ａ）は第二搬送工程（後半）、（ｂ）は第二プレス工程、（ｃ）は第二プレス工程が終了した状態を、各々示している。
【図４】本実施の形態における金型の他の形態を示す図である。
【図５】（ａ）は押圧面が段付きの金型及び押圧面が平坦な金型を用いて鍛造試験を実施した鍛造素材における、軸方向の塑性歪みの分布を示すグラフであり、（ｂ）は鍛造試験に用いた金型の仕様を示す断面図である。
【図６】本発明により鍛造素材Ｗに導入される塑性歪が大きくなる理由を説明する図であり、（ａ）は押圧面が段付きの金型を用いる場合、（ｂ）は押圧面が平坦な金型を用いてプレスする場合を示している。
【図７】本実施の形態において、円形断面の鍛造素材を用いる場合の鍛造工程を示す図である。
【図８】本実施の形態における金型のさらに他の形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を説明する。
はじめに、本実施の形態に用いる鍛造用の金型１０の構成について、図１を参照しながら説明する。
本実施の形態に用いる鍛造用の金型１０は、図１に示すように、第一押圧部１と第二押圧部２とを備える。第一押圧部１は、矢印ｆで示される鍛造素材の移動方向の前方に配置される。また、第二押圧部２は、第一押圧部１よりも移動方向の後方に配置される。
第一押圧部１は高さＨ１を有する第一押圧面Ｐ１を備えている。第二押圧部２は高さＨ２を有する第二押圧面Ｐ２を備えている。第一押圧面Ｐ１の高さＨ１は第二押圧面Ｐ２の高さＨ２よりも高く設定されており、第一押圧面Ｐ１、第二押圧面Ｐ２は階段状に形成されている。第一押圧面Ｐ１の長さＬ１と第二押圧面Ｐ２の長さＬ２は、等しく設定されている。第一押圧面Ｐ１、第二押圧面Ｐ２はともに平坦な面で構成されている。第一押圧面Ｐ１、第二押圧面Ｐ２の前端及び後端は、面取りあるいはＲ形状にすることができる。なお、高さＨ１、Ｈ２は、金型１０のキャビティＣを上側に配置したときの底面Ｂからの長さを言うもものとする。
金型１０は、第一押圧部１から第二押圧部２にかけて、第一押圧面Ｐ１よりも高い高さの側壁５，６をその幅方向の両側に備えている。第一押圧面Ｐ１、第二押圧面Ｐ２及び側壁５，６の内側側面７，８で取り囲まれる空間が、金型１０のキャビティＣを構成する。側壁５，６の内側側面７，８同士の間隔（金型１０の幅）は、後述する鍛造素材Ｗの幅以上に設定される。なお、側壁５，６の頂面、内側側面はいずれも平坦な面で構成されている。
【００１１】
次に、金型１０を用いて行う本実施の形態による鍛造方法を、図２及び図３を参照しながら説明する。
鍛造は、一対の金型１０を、互いにキャビティＣが対向するように鍛造装置に装着する。このとき、各金型１０の第一押圧部１（第一押圧面Ｐ１）と第二押圧部２（第二押圧面Ｐ２）とを、互いに上下に対向させる。用いる鍛造装置は限定されず、対向する一対の金型１０の上下方向の間隔が相対的に接近及び離間できるものを広く適用できる。
【００１２】
＜第一搬送工程  図２（ａ）＞
金型１０を鍛造装置に装着後、鍛造素材Ｗを後方側から一対の金型１０に挿入する。鍛造素材Ｗはその先端部まで上下一対の金型１０の第一押圧面Ｐ１に押圧されうる所定位置まで挿入、搬送される。
鍛造素材Ｗは、前述した連続鋳造法による鋳塊とすることが本発明の趣旨により好ましいが、造塊法による鋳塊を鍛造素材Ｗとすることを本発明は排除するものでない。また、この例では矩形断面の鍛造素材Ｗを用いているが、円形断面の鍛造素材Ｗを用いることもできる。さらに、鍛造素材Ｗを金型１０間に挿入、搬送は、ローラ、マニピュレータなどの公知の手段を適宜用いればよい。
【００１３】
＜第一プレス工程  図２（ｂ）＞
鍛造素材Ｗを所定位置まで挿入してから、例えば、上側の金型１０Ｕを下降して下側の金型１０Ｌとの間の距離を狭めて鍛造素材Ｗをプレスする。上側の金型１０Ｕの側壁５，６の頂面と下側の金型１０Ｌの側壁５，６の頂面とが接するまで、上側の金型１０Ｕを下側の金型１０Ｌに向けて下降させる。そうすると、鍛造素材Ｗには、第一押圧部１（第一押圧面Ｐ１）により加工される第一加工部Ｗ１と、第二押圧部２（第二押圧面Ｐ２）により加工される第二加工部Ｗ２とが形成される。第一加工部Ｗ１、第二加工部Ｗ２ともに、幅方向の両端が側壁５，６の内側側面７，８に接触して、幅方向への伸びが拘束される。第一加工部Ｗ１は、第二加工部Ｗ２に比べて加工歪が大きいことは容易に推測される。第一加工部Ｗ１は第二加工部Ｗ２よりも加工率が大きいからである。
【００１４】
＜第二搬送工程  図２（ｃ）、図３（ａ）＞
第一プレス工程を終了後、上側の金型１０Ｕをプレス前の位置まで上昇させ、上側の金型１０Ｕと下側の金型１０Ｌの間の間隔を広げる（図２（ｃ））。
次に、鍛造素材Ｗを前方に向けて移動させる。この移動により、第一加工部Ｗ１を上側の金型１０Ｕ及び下側の金型１０Ｌの間から排出させる。また、第一プレス工程による第二加工部Ｗ２の位置を第一押圧部１（第一押圧面Ｐ１）に対応する位置（第二プレス位置）まで鍛造素材Ｗを移動させる。
【００１５】
＜第二プレス工程  図３（ｂ）＞
第二プレス位置まで鍛造素材Ｗを移動させた後、第一プレス工程と同様に、上側の金型１０Ｕを下降させて第二プレス工程を実施する。先行する第一プレス工程による第二加工部Ｗ２は、後続する今回の第二プレス工程では第一押圧部１（第一押圧面Ｐ１）により加工される。このとき、上側の金型１０Ｕの下降量（ストローク）は、側壁５，６により規定されるため、第一プレス工程による第二加工部Ｗ２は、第一プレス工程による第一加工部Ｗ１と同じ厚さになるまでプレスされ、新たな第一加工部Ｗ１を構成する。
【００１６】
第二プレス工程を終了後、上側の金型１０Ｕをプレス前の位置まで上昇させ、上側の金型１０Ｕと下側の金型１０Ｌの間の間隔を広げる（図３（ｃ））。その後、鍛造素材Ｗを前方に向けて移動させて、上述のプレス、搬送工程を、鍛造素材Ｗの先端から後端まで、軸方向に沿って順次繰り返す。そうすることで、鍛造素材Ｗの中心軸方向の加工歪みを大きくできる。以下、この点について言及する。
【００１７】
なお、上記実施の形態では、第一押圧部１と第二押圧部２の二段の段付きの金型１０としている。しかし、本発明は二段以上の段付きが設けられていればよく、例えば図４に示すように、第一押圧部１、第二押圧部２に加えて、第三押圧面Ｐ３を備える第三押圧部３を備える金型２０にすることもできる。
【００１８】
図５（ａ）のグラフは、押圧面が段付きの金型及び押圧面が平坦な金型を用いて鍛造試験を実施した鍛造素材における、軸方向の塑性歪みの分布を示している。押圧面が段付きの一対の金型については、側壁（５，６）を設けていないもの、側壁（５，６）を設けたものの両者を用意した。金型の仕様は下記の通りである。また、この鍛造試験は、同じ組成からなる同じ寸法（下記の鍛造素材寸法）の鍛造素材を用い、鍛造後の寸法も同じ（下記鍛造後寸法）になるように鍛造したものである。金型仕様のＬ、Ｌ１、Ｈは図５（ｂ）に記載の部位を言う。また、図５（ａ）の「端面」とは、鍛造素材の前方側の端面をいう。
金型仕様；素材軸方向寸法Ｌ：６０ｍｍ，金型段数：３段
金型高さＨ：１０ｍｍ，各段の素材軸方向寸法Ｌ１：２０ｍｍ
素材寸法；φ１００ｍｍ
鍛造後寸法；断面；６０ｍｍ×６０ｍｍ，素材長さ；約２００ｍｍ
素材送り量：１０ｍｍずつ
【００１９】
図５に示すように、押圧面が段付きの金型を用いることにより、鍛造素材Ｗに導入される塑性歪が大きくなる。これは、以下の理由によるものと本発明者は推測している。すなわち、図６（ａ）に示すように、段付き金型１０を用いると、最も低い段（第一押圧部１，第一押圧面Ｐ１）の金型直下の鍛造素材Ｗは、後続の段（第二押圧部２，第二押圧面Ｐ２）によって鍛造素材Ｗが押圧されていることにより軸方向の流れ（白抜き矢印で示す）が拘束されるので、鍛造素材Ｗの径方向に変形せざるを得ない。これに対し、図６（ｂ）に示すように押圧面が鍛造素材Ｗの軸方向に一様に平坦な金型１００では、金型１００に接している鍛造素材Ｗは軸方向に対する素材流れの拘束がなく、軸方向に自由に素材が流れることができると考えられる。従って、段付き金型を用いるとともに、幅方向に金型を設置することで更なる素材流れを抑制することができ、結果として中心部に導入される塑性歪はさらに大きくなるものと考えられる。
【００２０】
本発明は、以上の塑性歪の向上の効果に加えて、側壁５，６を設けることで、塑性歪のさらなる向上が期待できる。すなわち、側壁５，６を有しない場合には、プレスの過程で、鍛造素材Ｗは幅方向の両端部は拘束するものがないため、幅方向に容易に変形して伸びる。ところが、側壁５，６を設け、かつプレス過程で鍛造素材Ｗが側壁５，６と接するようにすることで、鍛造素材Ｗの幅方向の両端部の伸びが拘束される。したがって、この伸びが拘束される分の塑性歪が鍛造素材Ｗの厚さ方向に重畳されることで、中心軸方向に沿った塑性歪を全体的により向上できる。
【００２１】
また、上記実施の形態では、矩形断面の鍛造素材Ｗを用いる例を示したが、本発明は図７に示すように、円形断面の鍛造素材Ｗを用いることができる。この場合、図７（ａ）に示すように、鍛造素材Ｗをその先端部まで上下一対の金型１０の第一押圧面Ｐ１に押圧されうる所定位置まで挿入、搬送し、次いで、図７（ｂ）に示すように、上側の金型１０Ｕを下降して下側の金型１０Ｌとの間の距離を狭めて鍛造素材Ｗをプレス（第一プレス工程）する。この段階で、鍛造素材Ｗの第一加工部Ｗ１、第二加工部Ｗ２の幅方向の両側は、当初の円形断面に基づいて円弧面となる。したがって、この円弧面を残さないために、第一プレス工程後に、上側の金型１０Ｕをプレス前の位置まで上昇させ、上側の金型１０Ｕと下側の金型１０Ｌの間の間隔を広げたならば、図７（ｃ）に示すように、鍛造素材Ｗを軸周りに９０度だけ回転させる。そして、もう一度、第一プレス工程に相当するプレスを行って、鍛造素材Ｗの断面を矩形に整えてから、上述した第二搬送工程、第二プレス工程へと移行する。
また他の手法としては、上述した第一搬送工程から第二プレス工程までを行った後に、鍛造素材Ｗを軸周りに９０度だけ回転させるとともに、鍛造素材Ｗを当初の第一搬送工程の位置まで後退させてから、第一搬送工程から第二プレス工程までを実施することで、断面を矩形に整えることもできる。
以上のように、鍛造素材Ｗを９０度回転させた後に、一度鍛造された部分を再度鍛造するので、中心部の変形が大きく、結果として鋳造欠陥が低減しやすい。
【００２２】
さらに、上記実施の形態では上下一対の金型１０の両方に側壁５、６を設けているが、図８に示すように、本発明は、一方の金型１０ａにのみ側壁５，６を設け、他方の金型１０ｂには側壁５，６を設けないようにしてもよい。この場合、一方の金型１０ａの側壁５，６の高さを高くする必要がある。また、金型１０ｂに、第一押圧部１と第二押圧部２が設けられていることは言うまでもない。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択し、あるいは他の構成に適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００２３】
１０，１０ａ，１０ｂ，２０…金型
１…第一押圧部、Ｐ１…第一押圧面
２…第二押圧部、Ｐ２…第二押圧面
３…第三押圧部、Ｐ３…第三押圧面
５，６…側壁、７，８…内側側面
Ｗ…鍛造素材
Ｗ１…第一加工部、Ｗ２…第二加工部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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