(57)【要約】【課題】鋼素材を用いて、フランジ部を有する軸部品を熱間鍛造により製造するに当り、フランジ部に良好な冷間加工性を付与するとともに、フランジ部と軸部との境界部に高い疲労強度を付与した、熱間鍛造部品を提供する。【解決手段】フランジ部および軸部を有する熱間鍛造部品を冷却するに当り、当該熱間鍛造部品の熱間鍛造中もしくは熱間鍛造後に、前記軸部の軸方向を上下方向として熱間鍛造部品を支持し、前記フランジ部の下側よりフランジ部と軸部との境界部に対して、局部的に冷媒を吹き付ける。【選択図】  図５
2008163429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フランジ部および軸部を有する熱間鍛造部品を冷却するに当り、当該熱間鍛造部品の熱間鍛造中もしくは熱間鍛造後に、前記軸部の軸方向を上下方向として熱間鍛造部品を支持し、前記フランジ部の下側よりフランジ部と軸部との境界部に対して、局部的に冷媒を吹き付けることを特徴とする熱間鍛造部品の冷却方法。
【請求項２】
フランジ部および軸部を有する熱間鍛造部品を冷却する装置であって、該熱間鍛造部品の軸部を上下方向として支持する支持部と、該支持部によって支持された熱間鍛造部品の前記フランジ部の下側に配置され、該フランジ部と軸部との境界部に対して冷媒を吹き付ける冷却ノズルと、を有することを特徴とする熱間鍛造部品の冷却装置。
【請求項３】
前記冷却ノズルは、熱間鍛造部品の周方向の複数の箇所より前記吹き付けが可能であることを特徴とする請求項２に記載の熱間鍛造部品の冷却装置。
【請求項４】
前記冷却ノズルは、前記軸部を中心軸とする環状に配列されることを特徴とする請求項３に記載の熱間鍛造部品の冷却装置。
【請求項５】
前記冷却ノズルは、前記熱間鍛造部品の軸部を中心軸とした環状に形成した、スリットの１本もしくは２本以上を、前記冷媒の噴射口とすることを特徴とする請求項２に記載の熱間鍛造部品の冷却装置。
【請求項６】
前記支持部は、前記熱間鍛造部品を前記軸部を中心軸として回転支持可能であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の熱間鍛造部品の冷却装置。
【請求項７】
鋼素材に熱間鍛造を施して、フランジ部および軸部を有する部品に成形し、該成形後の部品を、前記軸部の軸方向を上下方向として支持し、前記フランジ部の下側よりフランジ部と軸部との境界部に対して冷媒を吹き付け、該境界部を局部的に冷却することを特徴とする熱間鍛造部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼を用いた自動車部品、例えば等速ジョイントおよびハブなどの足回り部品やクランクシャフト等のエンジン部品に代表される機械構造用部品を典型例とする鍛造品の、部分熱処理に好適な熱間鍛造部品の冷却方法および装置、さらには、熱間鍛造部品の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
機械構造用鋼は通常、熱間鍛造、亜熱間鍛造もしくは温間鍛造により所定の形状に成形された後、切削加工による仕上加工を行って製造するのが一般的である。かような部品の製造工程として、例えば特許文献１には、鍛造生産工程の代表的なプロセス、すなわち、材料を切断、そして加熱後、鍛造工程により成形し、必要に応じて熱処理を行うプロセスが開示されている。
【０００３】
ところで、近年、上記用途の製品に対して、その適用先である上記した部品の軽量化を所期した小型化や薄肉化の実現に向けて、疲労強度を高めることが希求されている。この点、特許文献１には、熱間鍛造後に部品全体を焼入れ、さらに焼戻し処理によりマトリックスを析出強化する高疲労強度熱間鍛造部品の製造方法が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、熱間鍛造後に鍛造品全体の冷却速度むらをなくし、全体の冷却速度を制御する冷却装置が開示されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、熱間鍛造後に部品そのものを直接冷却するため、部品全体の強度が上昇し、疲労強度が要求されない部位についても不必要に高強度化することとなる。素材の強度と加工性とは相反するため、疲労特性が問題とならない部位についても高強度化を行い、加工性を犠牲にしていることとなる。すなわち、上記使途の機械構造部品は、熱間鍛造によって概略の製品形状を与えた後、この熱間鍛造部品の表層を、通常は、全面的に切削する仕上加工を施して製造される。したがって、この種の機械構造部品の製造において、切削加工と表面研削が不可欠であるところ、部品全体の硬度が高くなると、必然的に被削性の低下が大きな問題となる。
また、この方法を実現する製造設備としては、析出強化処理のために別途焼戻し処理を行うための加熱設備が必要となるため、省エネルギーの観点からも好ましくない。
【０００６】
次に、特許文献２に記載の技術も同様に、ワーク全体の冷却速度を制御するため、切削性の低下が大きな問題となる。
【特許文献１】特許第3100492号公報
【特許文献２】特許第2936198号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の事情に鑑み、鍛造品の軽量化やコンパクト化による発生応力の増大から要求される疲労強度を、従来法で得られた鍛造品に比べて高めるとともに、疲労強度が必要とされない部分はもちろん、それ以外の部分についても熱間鍛造後に切削加工が施された際の被削性が良好であり、容易に仕上加工を行うことのできる、疲労強度ならびに冷間加工性に優れる熱間鍛造部品の提供を所期した際、上記した特許文献１または２に記載された設備では、その実現が困難であった。
【０００８】
特に、自動車のハブに代表される、フランジを有する軸部品においては、その使用状態において繰返される負荷は、フランジの付け根部、すなわち、フランジと軸部との境界領域に対して最も大きくなるため、疲労強度を、この境界領域においても高めることが最も有効となる。一方、このような部品においても、熱間、亜熱間もしくは温間鍛造により部品形状に粗成形された後は、切削等の冷間加工が施されて最終製品とされることから、熱間鍛造後には冷間加工性が要求される。当然、フランジ部についても冷間加工が施される。疲労強度がさほど要求されないフランジ部については、むしろ高強度化よりも冷間加工性を高める方が有益である。特に、上述の自動車のハブでは、部品のほぼ全面が旋削加工されるのが通常であり、特にフランジ部に対してボルト孔の穿孔が切削により施されるため、フランジ部の冷間加工性を向上させることが、切削刃の高寿命化の観点から、特に有効となる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、鋼素材を熱間鍛造により、フランジ部を有する軸部品に製造する際に用いられ、フランジ部と軸部との境界部の疲労強度を向上でき、かつフランジ部については良好な冷間加工性を付与できる、熱間鍛造部品の冷却方法およびその装置、さらには熱間鍛造部品の製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明者らは、フランジ部を有する軸部品を熱間鍛造により製造するに当り、フランジ部と軸部とを有する形状に成形した後に、フランジ部と軸部との境界部を局部的に冷却することにより、疲労特性に優れた境界部と冷間加工性に優れたフランジ部とを有する、熱間鍛造部品が得られるとの知見を得た。例えば、フランジ部と軸部との境界部を局部的に冷却して焼入れると、焼入後にはフランジ部等の非局部冷却領域からの復熱により自己焼戻作用が生じ、疲労強度に優れた境界部と、冷間加工性に優れたフランジ部とが得られる。
また、フランジ部と軸部とを有する形状に粗成形した後、フランジ部と軸部との境界部を局部的に冷却して、境界部の温度をフランジ部よりも低温化し、さらに鍛造を施すことによって、境界部の鋼組織が、その他部分の鋼組織よりも微細化し高強度化する結果、疲労強度に優れた境界部と、冷間加工性に優れたフランジ部とを得ることもできる。
【００１１】
ここで、前記の境界部を冷却する際に、フランジ部については高温のまま保持した状態とすることが、フランジ部の冷間加工性を保持するためには重要となる。そして、フランジ部を高温のまま保持した状態にて、境界部を効率的に冷却する方法として、軸部をその軸方向が上下方向となるように保持し、フランジ部の下側から境界部に対して冷媒を吹付けるようにすれば、冷媒は境界部に当たった後に下側に流れ落ち、フランジ部に冷媒が流れて行かなくなることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明の要旨構成は、以下に示す通りである。
（１）フランジ部および軸部を有する熱間鍛造部品を冷却するに当り、当該熱間鍛造部品の熱間鍛造中もしくは熱間鍛造後に、前記軸部の軸方向を上下方向として熱間鍛造部品を支持し、前記フランジ部の下側よりフランジ部と軸部との境界部に対して、局部的に冷媒を吹き付けることを特徴とする熱間鍛造部品の冷却方法。
【００１３】
（２）フランジ部および軸部を有する熱間鍛造部品を冷却する装置であって、該熱間鍛造部品の軸部を上下方向として支持する支持部と、該支持部によって支持された熱間鍛造部品の前記フランジ部の下側に配置され、該フランジ部と軸部との境界部に対して冷媒を吹き付ける冷却ノズルと、を有することを特徴とする熱間鍛造部品の冷却装置。
【００１４】
（３）前記冷却ノズルは、熱間鍛造部品の周方向の複数の箇所より前記吹き付けが可能であることを特徴とする前記（２）に記載の熱間鍛造部品の冷却装置。
【００１５】
（４）前記冷却ノズルは、前記軸部を中心軸とする環状に配列されることを特徴とする前記（３）に記載の熱間鍛造部品の冷却装置。
【００１６】
（５）前記冷却ノズルは、前記熱間鍛造部品の軸部を中心軸とした環状に形成した、スリットの１本もしくは２本以上を、前記冷媒の噴射口とすることを特徴とする前記（２）に記載の熱間鍛造部品の冷却装置。
【００１７】
（６）前記支持部は、前記熱間鍛造部品を前記軸部を中心軸として回転支持可能であることを特徴とする前記（２）乃至（５）のいずれかに記載の熱間鍛造部品の冷却装置。
【００１８】
（７）鋼素材に熱間鍛造を施して、フランジ部および軸部を有する部品に成形し、該成形後の部品を、前記軸部の軸方向を上下方向として支持し、前記フランジ部の下側よりフランジ部と軸部との境界部に対して冷媒を吹き付け、該境界部を局部的に冷却することを特徴とする熱間鍛造部品の製造方法。
【００１９】
なお、本発明で言う熱間鍛造とは、８００℃以上に加熱して鍛造する工程を意味するものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、熱間鍛造により、フランジ部と軸部とを有する部品を製造するに当り、フランジ部と軸部との境界部については高い疲労強度を有し、かつフランジ部については良好な冷間加工性を有するものとすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
まず、疲労強度並びに冷間加工性に優れる熱間鍛造部品を得るには、熱間鍛造後の部分冷却によって、鍛造品の特に疲労強度が要求される部位に硬化部を導入し、それ以外は非硬化部とすること、とりわけ表面における前記硬化部のビッカース硬さV1と前記非硬化部のビッカース硬さV2とが次式を満足することが好ましい。
（V1−V2）／V2≧0.1
【００２２】
すなわち、（V1−V2）／V2の値が0.1未満では、硬化部の強度上昇が少なく十分な疲労強度の向上効果が得られない。なお、（V1−V2）／V2の値を大きくするために、熱間鍛造後に部品全体を先ず、非硬化部として（焼入れを施さない）、その後に、疲労強度が要求される部位のみに対して、高周波焼入等を施すことは、従来、行われているものの、この場合には、熱間鍛造後に別途焼入れ工程が必要となるため、熱間鍛造後の高温である部品に対して、部分冷却により焼入れを施したり、熱間鍛造工程の途中段階で部分冷却を施して鋼組織を微細化する、本発明の技術は、工程省略の観点からも有益となる。
【００２３】
また、熱間鍛造後に別途焼入れ工程により、部分焼入れを施す場合には、非硬化部に対する硬化部の硬さの上昇率を表す、前記（V1−V2）／V2の値が非常に大きくなるが、本発明のように熱間鍛造直後、あるいは、途中段階において部分冷却により硬化部を形成させる場合には、（V1−V2）／V2の値は最大でも0.8以下程度である。硬化部についても、通常仕上加工は施されるため、硬化部についても硬さが高すぎない方が好ましく、この意味でも本発明の技術は有益となる。
【００２４】
次に、（V1−V2）／V2が0.1〜0.8となる熱間鍛造および、その後の冷却条件の一例について説明する。
この種部品の製造の一般に倣って、鋼素材を加熱して熱間鍛造機に導いて熱間鍛造を施すが、かくして得られた鍛造品に対して、Ac３点以上からAc１−150℃以下まで20℃／ｓ以上の速度にて冷却する、冷却処理を部分的に行う。すなわち、熱間鍛造後に高疲労強度が要求される部位を、Ac３点以上からAc１−150℃以下まで20℃／ｓ以上の冷却速度にて冷却することによって、冷却中のフェライト生成を抑制し、組織をマルテンサイトおよび／またはベイナイトとすることが可能である。
【００２５】
ここで、熱間鍛造後の部分冷却をAc３点以上からAc１−150℃以下までの温度域で行うのは、冷却後に十分な復熱効果を得るためにはAc３点以上からの冷却が不可欠であり、Ac１−150℃以下で冷却するのは、フェライトの生成を抑制するためである。
【００２６】
その後、当該部品が保有する熱量に基く復熱によって、連続的にAc１点を超えない温度域で焼戻しさせることが重要である。すなわち、復熱による焼戻し温度がAc１点を超えると、部分焼入れにより形成された組織が再びオーステナイトとなり、その後の冷却過程においてフェライト・パーライト組織となるためである。これを防止するためにはAc１点を超えない温度域にて焼戻しさせることが重要である。
【００２７】
このように、疲労強度並びに冷間加工性に優れる熱間鍛造部品を得るには、熱間鍛造後の部分冷却を適切に行うことが有効である。そのための熱間鍛造設備の例を、図１に示すところに従って詳しく説明する。
すなわち、図１において、符号１は、鋼素材を加熱する加熱炉であり、この加熱炉１の出側に延びる、加熱後の鋼素材２の搬送ライン３上に熱間鍛造機４を配置し、さらに熱間鍛造機４の出側の搬送ライン３に沿う位置に部分冷却装置５を設置してなる。
【００２８】
加熱後の鋼素材２は熱間鍛造機４において、所望の形状に型鍛造される。そして、例えば図２に示す、フランジ部２１と軸部２２とを有する部品とする場合には、図２（ａ）に示す鋼素材２を、熱間鍛造機４において、図２（ｂ）〜（ｄ）に示す工程に従って、仕上加工前の製品形状を有する鍛造品２０に成形する。
【００２９】
次いで、鍛造品２０は、熱間鍛造機４の出側に設置した部分冷却装置５において、特定部分に冷却が施される。
なお、図１に示した例は、熱間鍛造後に部分冷却を施す場合のラインレイアウトであるが、熱間鍛造プロセスの中で、部分冷却装置５を用いて部分冷却することも可能である。
本発明は、図２に示したような、フランジ部２１と軸部２２とを有する熱間鍛造部品２０のフランジ根元部、すなわち、フランジ部２１と軸部２２との境界部２０ａに対して冷媒、例えば冷却液を吹付けて境界部２０ａに限局した冷却を行うための、部分冷却装置５に摘要して、特に好適な冷却方法並びに冷却装置である。
【００３０】
さて、図３、図４および図５は、本発明に係る冷却装置を説明する概略図であり、図３は冷却装置の斜視図を、図４は同平面図を、図５は図４におけるＢ−Ｂ´断面図を示し、さらに、図５では鍛造品２０を冷却装置に装着した状態を示した。
この冷却装置５は、鍛造品２０を載置する台座６と、冷却水を吹付ける冷却ノズル７とを有する。台座６は、鍛造品２０の軸部２２の下端を下側から、軸部２２の中心軸Ａの方向が上下方向（鉛直方向）となるように支持する、支持部を担っている。また、冷却ノズル７は、管を環状に形成し、環の周方向に沿って複数の冷却水の噴出口７ａが配列されている。すなわち、熱間鍛造部品の周方向の複数の箇所より冷却水の吹き付けが可能となっている。そして、環の中心軸は鍛造品の軸部２２の軸Ａと一致するように構成される。さらに、冷却ノズル７は、鍛造品２０を台座６に載置した状態において、鍛造品２０のフランジ部２１の下側に配置されるようにその位置が調整されており、また、噴出口は冷却水の吹き出し方向Dが、フランジ２１の付根部、すなわち、フランジ部２１と軸部２２の境界部２０ａ（以下、フランジの付根部２０ａと言う）に向くように、穿孔方向が設定されている。
【００３１】
このように、台座６および冷却ノズル７を構成することにより、冷却される部位をフランジの付根部２０ａの近傍（図中格子状のハッチングを施した領域）に限局することができ、また、鍛造品２０の境界部２０ａに吹付けられた冷却水は、境界部２０ａに接触した後は、下方向に流れ落ちる。したがって、境界部２０ａに接触した後に、フランジ部２１に回り込む冷却水量が減少し、フランジ部が冷却されることを防止できる。
【００３２】
また、支持部を構成する台座６は、鍛造品２０を鍛造品２０の軸Aを中心として回転支持できるようにすることが好ましい。このように構成することによって、境界部２０ａを冷却するに当って、鍛造品の周方向にわたる冷却の均一度を増加させることが可能となる。さらに、冷却ノズル７を周方向の複数の箇所から冷却水を吹き付けなくとも、鍛造品のサイズ、冷却ノズル７からの冷却水量によっては、１箇所からの冷却でもフランジ付根部の冷却が可能となる。
ここに、図６は、台座６が鍛造品２０を回転支持可能となっている冷却装置の構成を示す概略図である。鍛造品２０を載置する台座６は、モータ１３により回転駆動可能に構成されており、回転台座となっている。環状の冷却ノズル７については、図３、図４および図５に示したものと同じ構成である。冷却ノズル７は冷却水供給管１２に接続されており、冷却水供給管には、冷却水を供給するための昇圧ポンプ１１、噴出量を制御するための流量調整弁１０および流量を監視するための流量計９が設けられている。鍛造品のフランジ部２１と軸部２２との境界部２０ａに吹き出した冷却水は、境界部２０ａを冷却した後は、破線矢印に示すように、下方に流れ落ちる。
【００３３】
また、図７に示すように、鍛造品２０の軸部２２について、軸方向のフランジ位置近傍まで中空部２０ｂを形成させる鍛造品である場合は、中空部２０ｂ側からフランジ部２２ａの内面側付根部２０ｃを冷却することで、フランジ部の付根部の冷却能力を一層向上させることが可能となる。図７は、その例を示すものであり、同図（ａ）は斜視図を、同（ｂ）は側面から見た断面図を示す。
【００３４】
図７に示した実施形態は、図３〜５に示した実施形態に対して、中空部２０ｂ側から内面側付根部２０ｃに対して冷却水を吹き付けるノズル８をさらに設けたものである。台座６は、鍛造品２０を支持できる面（支持面）６ｂを確保しつつ、その軸周辺には中空部６ａが設けてある。中空部６ａは、ノズル８が入り、かつ、ノズル８から噴出された冷却水が鍛造品２０の中空部２０ｂ内に溜まらずに流れ出るに十分な、空間を有するよう設定される。ノズル８は複数の冷却水の噴射口８ａが、軸Ａを中心とした円に沿って配列するように設けられている。噴射口８ａへの冷却水の供給は、台座６の中空部６ａを通して接続された冷却水供給管８ｂを介して行われる。噴射口８ａは、冷却水の吹き付け方向Ｄ´が、フランジ部の付根部２０ａの内面側を向くようにされている。これら噴射口８ａが、軸部の内面側からフランジの付根部２０ａの内面２０ｃを冷却する冷却ノズル８を構成している。本実施形態においては、フランジ部の付根部２０ａについて、軸部２０の外面側からは冷却ノズル７により、軸部２０の内面側からは冷却ノズル８により冷却するため、付根部２０ａに対する局部的な冷却能力が向上する。
【００３５】
図８は、図７に示した実施形態において、さらに、台座６が鍛造品２０を回転支持可能とした例を示すものである。すなわち、台座６は、回転中心を鍛造品２０の中心軸Aと合わせて回転可能に支持されている。台座６は駆動装置（図示せず）により回転駆動が可能となっている。ノズル８の構成は図８に示したノズル８の構成と同一であるため、説明を省略する。
【００３６】
図８に示した実施形態においては、フランジ部の付根部２０ａについて、軸部２０の外面側からは冷却ノズル７により、軸部２０の内面側からは冷却ノズル８により冷却するため、付根部２０ａに対する局部的な冷却能力が向上し、さらに、台座６を回転させることによって、鍛造品２０を回転させつつ冷却を行えるため、付根部の冷却を周方向にわたって均一に行うことが可能となる。
【００３７】
さらに、図９は、冷却ノズルとして、スリット状の冷却ノズル７０を採用した実施形態を示す断面図である。なお、冷却ノズル７０以外の構成は、図７に示したものと同一の構成であるため、図示あるいは説明を省略する。
ノズル７０は、鍛造品２０および台座６の中心軸Ａを軸として、台座６および台座６に支持させた鍛造品２０を囲む形状となる環状体７１が、台座６に鍛造品を支持させた際に、フランジ部の下側に配置される。環状体７１には、その内部に該環状体と同心の環状冷却水路７２が形成されている。そして、環状冷却水路７２から環状体７１内面につながる環状スリット７３を設けることによって、この環状スリット７３が冷却水の噴射口を形成する。環状スリット７３は、吹付けた冷却水が矢印Ｄで示すように鍛造品２０のフランジ付根部２０ａに当たる構成にする。
かように、冷却ノズルとしてスリット状のノズルを用いた場合には、吹き付ける冷却水注も環状に連続したものとなるため、局部冷却を行う際の周方向における冷却の均一度をより向上させることが可能となる。
【００３８】
なお、図９の例では、環状スリットは１本のみ形成した例を示したが、スリットの本数を増やして、冷却能力を増加させたり、冷却可能領域に幅を持たせたりすることも可能である。
【００３９】
なお、フランジ部と軸部の境界部に対して冷却水を吹付けるノズルの形状は、上述の複数の穴（噴射口）を環状に配列させたものや、スリット状に限定されるものではなく、例えば、図１２に示すように複数の冷却ノズル７４をフランジの下側に、鍛造品の軸を同一とした同一円環状に配列してもよい。
【００４０】
また、上記の実施形態においては、冷却ノズルからは冷媒として冷却水を吹付ける例を示したが、冷媒は水に限定されることはなく、クエンチャント等を適宜配合して冷却能力を調整した冷却液を用いることができる。
【実施例１】
【００４１】
表１に示す化学成分組成の鋼を真空溶解炉にて溶製し、100kgのインゴットに鋳造した。次いで、インゴットを熱間鍛造により６５ｍｍΦの棒鋼としてから、図１に示した熱間鍛造設備に導いた。
まず、この棒鋼を加熱炉１にて1200℃に加熱後、図２（ｂ）〜（ｄ）に示した、３段階の熱間鍛造を熱間鍛造機４において施して、同図（ｄ）に示すフランジを有する熱間鍛造部品２０に成形した。熱間鍛造部品におけるフランジ付根部における軸部の径は８０ｍｍである。この鍛造品２０を直ちに冷却装置に搬入し、フランジ根元部（フランジ部と軸部の境界部）２０ａに対して限局した部分冷却を流量２５／ｍｉｎの冷却水を噴出させることにより行った後、放冷した。この際、冷却装置としては、発明例１として図６に示した冷却装置５を、発明例２として図８に示した冷却装置５を、発明例３として図９に示した冷却装置５を用いた。
【００４２】
また、比較例１として図１２（ａ）に示すように、鍛造品の軸部を上下に支持し、フランジの付根部を上側から冷却する場合、および、比較例２として図１２（ｂ）に示すように、鍛造品の軸部を水平方向に支持し、フランジの横側に配置したノズルによりフランジの付根部を冷却する場合についても行った。さらに、従来一般的に用いられている熱間鍛造・空冷プロセス（従来例１）、および熱間鍛造・全体焼入れ焼もどしプロセス（従来例２）でも鍛造品を作製した。熱間鍛造・全体焼入れ焼きもどしプロセス（従来例２）では、全体焼入後、焼戻し温度６００℃×１ｈの焼戻し処理を行った。
熱間鍛造時の温度条件、冷却条件は表２に示す。
【００４３】
なお、冷却ノズルの形状は、発明例１および２、比較例１および２については、内径２３ｍｍΦ、外形２７．２ｍｍΦの管を、内径１２０ｍｍの環状に形成し、穴径１ｍｍΦの穴（冷却水の噴射口）を環の周方向に沿って６０個を等間隔に配列させた。噴射口と鍛造品のフランジ付根部との距離は３０ｍｍである。発明例２における内面側付根部２０ｃを冷却するための冷却ノズル８については、穴径１ｍｍΦの穴（冷却水の噴射口）を４０個、直径３５ｍｍの円周上に等間隔に配列させた。この内部冷却についても、冷却水の流量は２５ｌ／ｍｉｎとした。発明例３については、スリットの幅は0.5ｍｍとし、スリットと鍛造品のフランジ付根部との距離は３０ｍｍとした。
【００４４】
冷却にあたっては、フランジの付根部２０ａに熱電対を取り付け、冷却時の冷却速度を測定した。鍛造品を回転させる場合には、ロータリージョイントに接続し、回転時にも測温できるようにした。
かくして得られた熱間鍛造部品について、付根部およびフランジ部の組織観察、硬さ測定および切削試験を、以下の要領にて実施した。
まず、組織観察は、得られた熱間鍛造部品のフランジ付根部２０ａおよびフランジ部２１から、組織観察用サンプルを切り出し、そのナイタール腐食組織を光学顕微鏡および電子顕微鏡にて観察した。
【００４５】
ビッカース硬さの測定は、フランジ付根部２０ａおよびフランジ部２１からそれぞれ表皮下１ｍｍ部について荷重３００ｇｆにてビッカース硬さを測定した。またフランジ部２１に対するフランジ付根部の硬さ上昇率をフランジ付根部のビッカース硬さHv1とフランジ部のビッカース硬さHv2とから、
（Hv1−Hv2）／Hv2×100（％）
の値を求めることにより算出した。
【００４６】
切削試験による切削性は、フランジ部の外周施削で評価した。すなわち、超硬工具P10を用い、切削速度２００ｍ／ｍｉｎ、切込み0.25ｍｍおよび送り0.5ｍｍ／ｒｅｖにて、潤滑剤を噴霧して実施し、施削によりフランジ部全体を切削するのに要する時間で評価した。この際、同一の鋼種・鍛造条件について、従来の熱間鍛造・空冷プロセス品の切削に要した時間ｔ１とし、各発明例、比較例および従来例２で切削に要した時間をｔ２とし、ｔ１に対するｔ２の時間の削減率（ｔ２−ｔ１）／ｔ１として評価した。表２に、得られた結果についても示した。
【００４７】
【表１】
2008163429.tif 000003
【００４８】
【表２】
2008163429.tif 000004
【００４９】
表２に示したように、本発明の冷却装置を使用することによって、フランジ付根部の部分冷却が確実に行われた結果、冷却部の組織が焼戻しマルテンサイト又はベイナイト、もしくはそれらの混合組織で、フランジ部の組織がフェライト−パーライト、もしくはベイナイト組織からなり、両者の硬度比が、１．３６〜１．４５である鍛造品が得られた。また、フランジ部の切削性の評価結果は従来プロセスの1.2倍以下であり、従来の前面焼入れを施した鍛造品の約１／３以下であった。
【００５０】
これに対し、比較例では、フランジ付根部を冷却する際に、フランジ部に冷却水が回り込んでしまったことに起因して、フランジ部の硬度についても上昇が認められ、発明例に比較して切削性の評価結果が劣るものとなった。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】熱間鍛造設備の構成を示す図である。
【図２】熱間鍛造の手順を示す工程図である。
【図３】本発明の冷却装置の第１の実施形態を示す斜視図である。
【図４】本発明の冷却装置の第１の実施形態を示す平面図である。
【図５】本発明の冷却装置の第１の実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明の冷却装置の第２の実施形態を示す断面図である。
【図７】本発明の冷却装置の第３の実施形態を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図８】本発明の冷却装置の第４の実施形態を示す断面図である。
【図９】本発明の冷却装置の第５の実施形態を示す断面図である。
【図１０】本発明の冷却装置の他の実施形態を示す斜視図である。
【図１１】比較例による冷却装置を説明する概要図である。
【符号の説明】
【００５２】
１    加熱炉
２    鋼素材
３    搬送ライン
４    熱間鍛造機
５    冷却装置
６    台座
６ａ  台座の中空部
６ｂ  支持面
７    冷却ノズル
７ａ  冷却水の噴出口
８    冷却ノズル
８ａ  冷却ノズルの噴出口
９    流量計
１０  流量調整弁
２０  鍛造品
２２  軸部
２１  フランジ部
２０ａ  フランジ部と軸部の境界部（フランジ付根部）
２０ｂ  鍛造品の中空部
２０ｃ  鍛造品の内面側フランジ付根部
Ａ    鍛造品の中心軸
Ｄ    冷却水の吹き出し方向
【図１】
2008163429.tif 000005
【図２】
2008163429.tif 000006
【図３】
2008163429.tif 000007
【図４】
2008163429.tif 000008
【図５】
2008163429.tif 000009
【図６】
2008163429.tif 000010
【図７】
2008163429.tif 000011
【図８】
2008163429.tif 000012
【図９】
2008163429.tif 000013
【図１０】
2008163429.tif 000014
【図１１】
2008163429.tif 000015