(57)【要約】【課題】本発明は、従来より作業効率を良くすると共に、幅方向ばかりでなく長手方向の形状をも改善し、所望する矩形状の中間製品を歩留り高く製造可能な円柱状金属塊の熱間鍛造方法を提供することを目的としている。【解決手段】円柱状金属塊を高温に加熱し、上下一対の金敷の間に装入してから、その軸回りに転回させつつ該金敷の上下動及び横移動で該円柱状金属塊を幅出し圧下して矩形状金属塊にする熱間鍛造技術を改良した。その手段は、まず、前記円柱状金属塊を、その長手方向の中央部径が端部径に比して小さいツヅミ形状になるように、鍛造装置で、全表面にわたって軽圧下を行い、その後引き続いて前記幅出し圧下を施すものである。また、該幅出し圧下の最終時に、金属塊の幅方向中央部に長手方向に沿って凹溝を形成し、その後続いて金属塊全体の厚みを均一にする厚み出し圧下を行っても良い。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状金属塊を高温に加熱し、上下一対の金敷の間に装入してから、その軸回りに転回させつつ該金敷の上下動及び横移動で該円柱状金属塊を幅出し圧下して矩形状金属塊にするに際して、
前記円柱状金属塊を、その長手方向の中央部径が端部径に比して小さいツヅミ形状になるように、全表面にわたって軽圧下を行い、その後引き続いて前記幅出し圧下を施すことを特徴とする円柱状金属塊の熱間鍛造方法。
【請求項２】
請求項１記載の幅出し圧下の最終時に、上下面が平坦になった金属塊の幅方向中央部に長手方向に沿って凹溝を形成し、その後続いて金属塊全体の厚みを均一にする厚み出し圧下を行うことを特徴とする請求項１記載の円柱状金属塊の熱間鍛造方法。
【請求項３】
前記凹溝を、前記平坦になった金属塊の上下面のいずれか一方又は両方に形成することを特徴とする請求項２記載の円柱状金属塊の熱間鍛造方法。
【請求項４】
前記軽圧下の一回当たりの圧下量が１０〜２０ｍｍであり、前記幅出し圧下の一回当たりの圧下量が３０〜１００ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の円柱状金属塊の熱間鍛造方法。
【請求項５】
前記円柱状金属塊が鋼鋳片又はチタン鋳片であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の円柱状金属塊の熱間鍛造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円柱状金属塊の熱間鍛造方法に係わり、特に、断面が円形の所謂「丸鋳片」を素材にして、矩形状の中間製品を熱間鍛造で製造する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属製品としては、大型構造物のフランジ部、回転シャフト、肉厚の一体物の部品等、圧延工程を経ずに丸鋳片から熱間鍛造によって直接矩形状の製品に加工されるものがある。その場合、内部に疵や不純物元素の偏析がない清浄な金属製品にするには、まず金属自体の溶製をそれに見合った適切な方法で行う必要がある。例えば、金属が特殊鋼の場合には、一旦転炉等で溶製され、鋳造された鋼塊を、エレクト・スラグ溶解法（ＥＳＲ）や真空溶解法（ＶＡＲ）等の再溶解プロセスによって再度精製することが多く、そこで得られる鋼塊の形状は円柱状をしている。しかしながら、これら鋼塊の表面には、一般に再溶解時の凝固過程で生ずる凹凸（リップルマークと称する）や微細な割れ等が存在し、そのままの状態で鍛造、圧延等の熱間加工を施すと、疵を内包した鋼製品になる。また、加工前の加熱により表面層の粒径が粗大化し、熱間加工において割れ等の欠陥を生じることもある。そのため、再溶解で得た内部が清浄な鋼塊であっても、機械加工等で表面を研削し、清浄な表面状態にしてから熱間加工する必要がある。
【０００３】
また、このような円柱状金属塊を矩形状の製品に熱間加工だけで製造するには、該円柱状金属塊を径方向に変形（幅出し）させ、製品の幅を確保の上で、厚みを出すことになる。例えば、円柱状金属塊を圧延するに先立ち、平坦部を有する一対のタップ（金敷とか、台座ともいう）により該金属塊の表面を熱間鍛造することで、その表面に長手方向に延伸する少なくとも２面の平坦面を形成してから、その後分塊圧延する丸鋳片の鍛造・圧延方法がある（特許文献１参照）。また、金属をチタンとして同様の熱間加工を行う技術も開示されている（特許文献２参照）。
【０００４】
ところで、このような円柱状金属塊の通常行われる図３に示すような上下動する金敷１を用いた繰り返し圧下による鍛造では、丸鋼塊２の長手方向の端部と中央部とでは鍛造による材の流れ易さが異なるので、得られる形状は所望の矩形状からほど遠く、中央部が膨れ、端部が萎んだ所謂「タイコ状」の中間製品３（図４参照）になることが多い。また、この方法は、中間製品３とするのに、かなりの時間がかかり、所要工数の増加、作業費の上昇等、作業効率が低いという問題がある。また、このようなタイコ状の中間製品をその後に分塊圧延で最終製品にする際にも、所望の矩形状にするまでの時間が長くなるばかりでなく、クロップ切削による鋼歩留りの低下という問題を抱えているのが現状である。
【０００５】
なお、これらの問題は、前記特許文献１及び特許文献２に記載の技術では解消できない。それら技術での鍛造は、丸鋳片が分塊圧延機においてその軸心回りで転回し、圧延中にタオレやネジレが生じるのを防止するため、鍛造で予め平坦部を形成するだけに利用されているに過ぎないからである。
【特許文献１】特開２００２−１４３９０１号公報
【特許文献２】特開昭５７−１４５９４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑み、従来より作業効率を良くすると共に、幅方向ばかりでなく長手方向の形状をも改善し、所望する矩形状の中間製品を歩留り高く製造可能な円柱状金属塊の熱間鍛造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明者は、上記目的を達成するため、丸鋳片の鍛造前に行う機械加工等による表面研削の廃止及び鍛造だけで精度の良く矩形化する手段の発見に鋭意努力し、その成果を本発明に具現化した。
【０００８】
すなわち、本発明は、円柱状金属塊を高温に加熱し、上下一対の金敷の間に装入してから、その軸回りに転回させつつ該金敷の上下動及び横移動で該円柱状金属塊を幅出し圧下して矩形状金属塊にするに際して、まず、前記円柱状金属塊を、その長手方向の中央部径が端部径に比して小さいツヅミ形状になるように、全表面にわたって軽圧下を行い、その後引き続いて前記幅出し圧下を施すことを特徴とする円柱状金属塊の熱間鍛造方法である。また、本発明は、上記の幅出し圧下の最終時に、上下面が平坦になった金属塊の幅方向中央部に長手方向に沿って凹溝を形成し、その後続いて金属塊全体の厚みを均一にする厚み出し圧下を行うことを特徴とする円柱状金属塊の熱間鍛造方法である。この場合、前記凹溝を、前記平坦になった金属塊の上下面のいずれか一方又は両方に形成するれば良い。さらに、本発明では、前記軽圧下の一回当たりの圧下量が１０〜２０ｍｍであり、前記幅出し圧下の一回当たりの圧下量が３０〜１００ｍｍであるのが良い。さらに、前記円柱状金属塊が鋼鋳片又はチタン鋳片であるのが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、円柱状金属塊に機械研削を事前に施さなくても、軽圧下によってリップル・マーク等の金属塊表面の凹凸をならして、割れの物理的起点を消去すると共に、加熱時に粗大化した表層粒を動的に再結晶／微細粒化して、粒界からの割れ発生を抑制できるようになる。また、その軽圧下は、金属塊の形状を、長手方向における径が端部に比して中央部の小さい所謂「ツヅミ形状」にするので、その後の幅出し圧下での矩形状への圧下が容易になる。その結果、従来より作業効率が良い状態で所望する矩形状の中間製品を安定して製造できるようになる。さらに、本発明では、上記の幅出し圧下の最終時に、金属塊の幅方向中央部に長手方向に沿って凹溝を形成し、その後続いて金属塊全体の厚みを均一にする厚み出し圧下を行うようにしたので、該凹溝が厚み出し圧下の際に金属塊の長手方向端部（金属塊の頂部及び底部という）に生ずるタング（舌）状の形状を形成する材料流動を相殺し、それら長手方向端部がタング状になるのを是正し、上記矩形状の中間製品の製造歩留りを一層高めるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の実施の形態を説明する。
【００１１】
まず、発明者は、１０００〜１３００℃程度に加熱された後の円柱状金属塊の表面に生じているリップル・マーク等の凹凸をならして、割れの物理的起点を消去させる手段の発見に努力し、本格的な幅出し圧下を行う前に、金属塊の全表面に軽圧下を施し、それら凹凸を潰してしまえば良いことを見出した。このような軽圧下を行ってから通常の幅出し圧下を行うにも、何ら新しい工夫を凝らした鍛造装置は必要なく、金属塊を挟み、上下動する一対の金敷と、該金敷の位置を前後左右に移動させるスライドテーブル等からなる金敷駆動手段と、金属塊を上下の金敷間に装入し、金属塊をその軸周りで３６０°転回する金属塊の支持装置（トング等）とを備えた既設のもので十分という利点がある。従って、金属塊を別途機械研削する必要がなく、矩形状金属塊を得る鍛造の作業性が向上する。
【００１２】
具体的な軽圧下作業は、円柱状金属塊の軸に対して上方に直交する向きに配置した金敷で該金属塊を軽圧下し、その後順次、該金敷を金属塊の軸方向に沿い僅かな距離だけ移動させ、その位置で再度軽圧下することを繰り返すものである。発明者の検討によれば、この１回当たりの圧下量は、１０〜２０ｍｍであれば十分である。１０ｍｍ未満だと、表面の凹凸を消失させるには不十分であり、２０ｍｍを超えると、圧下量が大き過ぎて材の流動が起き、幅出し圧下に近くなり、好ましくないからである。
【００１３】
次に、発明者は、上記のような軽圧下は、円柱状金属塊が前記のようなタイコ状になることの抑制手段にも利用できることに気がついた。つまり、タイコ状ではなく矩形状の製品にするには、図１に示すように、素材である円柱状金属塊２に予め長手方向に直径差を施し、端部に比して中央部が径小なツヅミ状に成形しておけば、後に行う幅出し圧下によって生ずるタイコ状への材料流動が相殺できると考えたのである。そして、この考えを軽圧下で実施することを要件に加え、本発明を完成させた。
【００１４】
さらに、発明者は、上記本発明で製造される中間製品としての矩形状金属塊は、長手方向とその中央部との幅差は大いに改善されたが、図５（ｃ）の平面図で点線で示すように、長手方向の両端部の形状がまだタング状になっていることに注目した。タング状では、その部分を切断した際に、クロップとして切捨てる部分が多くなり、製品歩留りの低下を来たすからである。そこで、このタング状の形成を防止することを検討し、上記の幅出し圧下の最終時に、金属塊の幅方向中央部に長手方向に沿って凹溝を形成し、その後続いて金属塊全体の厚みを均一にする厚み出し圧下を行うようにしたのである。これにより、該タング状は解消され、クロップとして切り捨てられる部分が大幅に低下する。
【００１５】
なお、この幅出し圧下の最終時に形成する凹溝は、幅出し圧下に用いる金敷だけで十分に形成できる。また、凹溝は、幅出し圧下で平坦になった上下面の両方が好ましいが、加工手順等の理由によりそれが困難な場合には、片面だけの形成であっても良い。相応の効果が得られるからである。さらに、凹溝の深さは、厚み出し圧下の際の圧下量の２５〜３０％、凹溝の幅は、幅出し圧下の完了時の１／３程度で十分である。
【００１６】
以下、実施例にて、具体的にツツミ状にする軽圧下、幅出し圧下及び凹溝を形成する作業を説明する。
【実施例】
【００１７】
真空溶解後に鋳造して得た直径９８０ｍｍ×長さ１２００ｍｍ円柱状チタン塊を素材にして、矩形状の中間チタン製品を鍛造した。その際、上記した本発明に係る円柱状金属塊の鍛造方法を提供した。
【００１８】
まず、円柱状チタン塊を１０００℃に加熱した後、図１に示したように、円柱状チタン塊２を支持装置４で転回させつつ、その端部から軽圧下を開始し、軸方向に沿って中央部の直径が両端部の直径より小さくなるようにした。その場合、圧下量は、勿論、前記した表面凹凸の消失が可能な１０ｍｍとている。その結果、長さ２４５０ｍｍで中央部の直径が９００ｍｍ、両端部の直径が９８０ｍｍのツツミ状チタン塊５になった。そこで、このツツミ状チタン塊５を金敷１の長手方向と同じ向きに転回し、引き続き通常の幅出し圧下（一回の圧下量３０〜１００ｍｍ）を施し、図２に示すような形状及びサイズのほぼ矩形状の中間製品である矩形状のチタン塊にした。この場合、軽圧下からの全作業時間は、円柱状チタン塊表面の研削が省略できたので、従来の約３時間より、約２５分へと短縮できた。また、中間製品の矩形状チタン塊を分塊圧延に供給したところ、形状の良い矩形製品が得られ、分塊でのクロップ除去量が減り、従来より製品歩留まりが約２％向上した。
【００１９】
次に、上記本発明の実施で得た中間製品である矩形状チタン塊の長手方向の両端は、図５（ｃ）に平面視で示したように、タング状になっている。そこで、図５（ａ）に示すように、該中間製品の製造時の幅出し圧下の最終時に、幅の狭い金敷を用いて、金属塊の幅方向中央部に長手方向に沿って４００ｍｍ幅の凹溝を形成し、図５（ｂ）に示す金属塊にした。そして、引き続き金属塊全体の厚みを均一にする厚み出し圧下を行った。その結果、前記タング状は解消され、図５（ｃ）に実線で示すように、先端中央が凹んだ形状になった。つまり、図５（ｃ）で一点鎖線で示す位置で切断すると、凹溝形成なしの場合よりもクロップとして切り捨てられる量が減ることが明らかで、製品歩留りが約４％向上した。
【００２０】
なお、上記実施例は、金属塊をチタンとしているが、本発明が鋼、他の非鉄金属や合金にも適用できることは言うまでもない。また、軽圧下で金属塊の温度が低下し過ぎる場合には、次の幅出し圧下の前に再度加熱を行えば良い。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る熱間鍛造方法での軽圧下作業を説明する図である。
【図２】本発明に係る熱間鍛造で得た矩形状の中間チタン製品を示す平面図である。
【図３】従来の熱間鍛造方法での幅出し圧下作業を説明する図である。
【図４】従来の熱間鍛造で得たタイコ状の中間製品を示す平面図である。
【図５】長手方向端部のタング状を解消する本発明を説明する図であり、（ａ）は矩形状金属塊より幅の狭い金敷で、該金属塊の長手方向に沿い凹溝を形成する状況、（ｂ）は上面だけに凹溝を形成した金属塊、（ｃ）はタング状の解消でクロップとしての切捨て量が減少することを示している。
【符号の説明】
【００２２】
１    金敷（タップ）
２    円柱状金属塊（鋼塊、チタン塊等）
３    中間製品
４    支持装置（トング等）
５    ツヅミ状金属塊
６    幅出し圧下で上下面が平坦になった金属塊形
７    受け台
８    凹溝を形成した矩形状金属塊
９    凹溝
１０  タング状が解消された最終的な矩形状金属塊
【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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