(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材に対し、一対の平金敷を用いた圧下と、長手方向への送りを繰り返すパス操作によって、減厚処理のための厚み方向圧下を行う鋼材の鍛造において、送り量をＢｈ、圧下前の鋼材厚さをＨとするとき、金敷長さがＢｈ＋Ｈ／２以上の同一長さの一対の平金敷を用い、２つの平金敷の鋼材に対する当接端部位置を、少なくとも未鍛造側でＨ／２以上ずらして厚み方向圧下を行うことを特徴とする鋼材の鍛造方法。
【請求項２】
前記パス操作による減厚処理をｎ回（ｎは２以上の整数とする）に分けて行うに際し、ｉを２〜ｎの整数としたとき、ｉ−１回目の減厚処理における送り境界部を、ｉ回目の減厚処理において鋼材との接触長さが短い方の平金敷の接触長さの中心±（送り量／６）の範囲に位置させることを特徴とする請求項１に記載の鋼材の鍛造方法。
【請求項３】
前記パス操作による減厚処理をｎ回（ｎは２以上の整数とする）に分けて行うに際し、ｉを２〜ｎの整数としたとき、ｉ−１回目とｉ回目の減厚処理で鋼材を反転させ、一対の金敷と接触する鋼材の加工面をｉ−１回目とｉ回目とで逆にすることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼材の鍛造方法。
【請求項４】
鋼材に対し、一対の平金敷を用いて、連続的に幅方向ついで厚み方向に圧下を加えることからなる鋼材の鍛造方法において、
上記の幅方向の圧下に際しては、２つの平金敷の端部位置をそろえて幅圧下を行い、
一方、厚み方向圧下に際しては、請求項１〜３のいずれかに記載の減厚処理を適用することを特徴とする鋼材の鍛造方法。
【請求項５】
前記幅方向の圧下において、素材を保持する側から圧下を開始することを特徴とする請求項４に記載の鋼材の鍛造方法。
【請求項６】
前記鋼材の幅／厚み比が３以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の鋼材の鍛造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材とりわけ厚肉の鋼材の鍛造方法に関し、特に鋼材のポロシティー圧着能力を向上させ、さらには仕上がり形状の有利な改善を図ろうとするものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に厚鋼板は、連続鋳造スラブを圧延することによって製造されている。鋳造したままのスラブでは、凝固収縮時に生じた空隙（ポロシティー）が、特に凝固が遅い厚さ中心部に多量に残存している。また、鋳片の凝固は幅端面からも進むため、早い段階で凝固する幅端部近傍は空隙の残存は少なく、その他の部分に残存する。そのため幅／厚さ比が大きくなると幅端面からの凝固の影響がない幅方向中央域の広い範囲にわたって空隙が残存する。かような空隙部は、通常、後続の熱間圧延工程にて消滅し、内質欠陥のない製品厚鋼板となる。
空隙を消滅（閉鎖−圧着）させるには、厚み方向の加工量（圧下率）を大きくすることが有効である。しかしながら、それ故、所定厚さのスラブから製造できる製品板厚は限られてくる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、圧延に先立って、平坦な金敷でスラブの板厚方向への加工を加える鍛造を併用し、鍛造工程での圧下率と厚板圧延での圧下率の範囲を定め、総圧下率が３０％以上、７０％以下で極厚鋼板を製造する方法が提案されている。
【０００４】
また、特許文献２には、スラブの鍛造工程で幅方向に１５０ｍｍ以上減尺させることにより、厚板圧延での全圧下率が２０〜６０％にて極厚鋼板を製造する方法が提案されている。
【０００５】
さらに、特許文献３には、幅方向圧下によりスラブ幅を３００ｍｍ以上減尺させると共に、連続鋳造スラブに対する上金敷の接触長さよりも、下金敷の接触長さを３倍以上とした上下非対称の鍛造金敷を用い、全圧下率が１６％以上、２０％以下の範囲の加工条件で極厚鋼板を製造する方法が提案されている。
【０００６】
しかしながら、板厚中心部の機械的特性を要求される製品においては、超音波探傷試験に合格しても、伸びが仕様を満たさない場合があり、かような傾向は特に高強度材で多く見られる。このような鋼材の破面を観察すると、超音波探傷試験の検出感度よりも小さい０．１〜０．２ｍｍ程度の微少な空隙が残存しており、特許文献１〜３の方法では、十分な空隙消滅性能が得られるとは言い難かった。
【０００７】
さらに、特許文献４では、材料幅の０．４〜０．７倍の幅を有し、かつ材料高さの０．３〜０．５倍の軸方向長さを有する上金敷と、材料幅の１〜１．５倍の幅を有し、かつ材料長さの１〜１．５倍の軸方向長さを有する下金敷とを用いて、空隙が残存しやすい大型鋼塊の中心部に十分な圧下力を加えて欠陥を効率的に消滅させる熱間鍛錬方法が提案されている。
このとき、上金敷を材料幅の０．４〜０．７倍の幅と小さくすることで、荷重を小さく抑えることを実現しているが、幅／厚み比が大きいスラブでは、幅方向中央域の広い範囲にわたって厚さ中心近傍に空隙が存在するため、幅方向の中心部に局所的に圧下を加えても、空隙を完全に消滅することはできない。
【０００８】
この点、特許文献５では、特許文献３と同様な非対称な金敷を用いた鍛造法において、一方の金敷長さを他方の２倍以上とすることで、より大きなφ２５．４ｍｍの空孔が２０％の圧下で閉鎖する方法を提案されている。
【０００９】
また、特許文献６には、非対称な金敷を用いたＦＭ（Free from Mannesmann effect）鍛造法において、ＦＭ鍛造を２回にするとともに、２回目のＦＭ鍛造で１回目のＦＭ鍛造の送り代の境界部を鍛造することにより、１回目のＦＭ鍛造で残存した空隙部を２回目の鍛造で消滅させる方法が提案されている。この方法によれば、超音波探傷試験はいうまでもなく、マクロ試験や中心ミクロ研磨顕微鏡観察でも有害な中心未圧着が見られない、優れた空隙消滅性能が得られることが報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平７−２３２２０１号公報
【特許文献２】特開平１０−２６３６１４号公報
【特許文献３】特開２００６−２６３７３０号公報
【特許文献４】特開平６−２７７７８３号公報
【特許文献５】特開昭５４−１３９８６０号公報
【特許文献６】特開２００１−７１０８２号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】奥村ら、鉄と鋼  Ｖｏｌ．６６，Ｎｏ．２，ｐｐ２０３〜
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献５では、貫通した孔の両端を溶接で塞いだ形状の空隙の閉鎖特性を評価している。しかしながら、例えば特許文献６の実施例では、下金敷寸法を上金敷の２倍としても１回の鍛造では超音波欠陥が見られたとされていることからも推測できるように、実際の鋳片に存在する空隙に対して充分な閉鎖能力を有するとは言いがたい。一般に、貫通した空隙は、球状の空隙に比べて閉鎖しやすいとの報告（例えば、非特許文献１）があり、少なくとも特許文献５では、連続鋳造スラブに見られるような貫通していない空隙に対しての閉鎖能力は明らかになっていない。
【００１３】
特許文献６では、１回目と２回目とで圧下位置をずらす方法であるが、１回目の圧下による軸方向の伸びがあるため、２回目の送り代は１回目の送り代よりも大きくなる。この時の伸びは圧下率や金敷との摩擦係数により種々に変化するため、２回目の圧下の送り代も一定ではない。特に、特許文献６の実施例で開示されているのは、鍛錬比が２．４（断面減少率は５８％）と大きな圧下の場合であり、２回目の送り代が１回目の２倍前後と大きくなり、広幅のスラブ材では設備の荷重の荷重限界を超える場合が出てくるため、適用できない場合が出てくる。
【００１４】
また、一般に、スラブの幅と最終製品の幅は異なるため、鍛造時に、まず幅方向の圧下を行って幅サイズを整えるための幅方向圧下も行う場合がある。このとき、厚さ方向圧下に先立って幅方向圧下を行うと、厚さ方向圧下時の鋼材幅が小さくなり、金敷と鋼材の接触面積も小さくなるので、鍛造荷重を低く抑えるのに有効であり、厚さ方向圧下に先立って行われることが多い。
このような幅方向の圧下において、上下金敷の接触長さや接触位置が異なる状態で圧下を行うと、変形が上下非対称となって幅反りが発生する。
【００１５】
上記したような鍛造プロセスの後、幅反りが発生した状態で厚み方向圧下を行うとさらなる形状不良を誘発する。また、幅反りが残存したまま熱間圧延を行うと、蛇行のような通板不良を招く懸念があるため、鍛造後に幅反りを有しない形状に切断する工程が生じ、歩留りが低下する。
なお、通常、金敷の長さはスラブ長さに対して非常に短いため、鍛造時に幅反りの矯正を行うのは極めて困難であり、またたとえ矯正を行えたとしてもその場合は鍛造能率が大幅に低下する。
また、スラブの幅が厚さに比べて大きい場合には、金敷の平行度がずれていたり、温度分布が不均一であると、幅方向圧下時に曲がりや倒れが生じ、所定の肥厚が得られず空隙の圧着不足につながる場合がある。
【００１６】
本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、第１の目的は、上下金敷の長さが等しい平金敷を用いた鋼材の厚み方向圧下において、超音波探傷試験はいうまでもなく、マクロ試験や中心ミクロ研磨顕微鏡観察でも未圧着の空隙が見られない、優れた空隙消滅性能を有する鋼材の鍛造方法を提供することである。
【００１７】
また、本発明の第２の目的は、鋼材の幅方向圧下を連続的に行う場合であっても、幅方向圧下時における倒れ、曲がりや幅反りの発生を効果的に抑制して、優れた仕上がり形状が得られる鋼材の鍛造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
さて、発明者等は、上記の問題を解決すべく、平金敷を用いた厚み方向圧下（減厚処理）時、さらには幅方向圧下時における鋼材の変形挙動に着目し、ポロシティーの圧着、さらには倒れ、曲がりや幅反りの防止を図るべく鋭意検討を行った結果、以下に述べる知見を得た。
【００１９】
平金敷を用いて鋼材の厚み方向圧下を行った場合、接触長さが短い加工面側と接触長さが長い加工面側とでは、被加工材である鋼材に対する歪みの導入形態が異なり、必ずしも鋼材の内部に適切に歪みを導入できるとは限らないことが判明した。
そこで、鋼材の内部により効果的に歪みを導入できる方法について種々検討を重ねた結果、平金敷を用いて厚み方向の圧下を行う際の上下一対の平金敷の接触端部位置を、少なくとも未鍛造側で、鋼材の圧下前の板厚に応じた所定の距離だけずらすことによって、優れたポロシティーの圧着効果が達成されることの知見を得た。
さらに、接触長さが長い加工面側では、歪みが加工面から中心部に向けてほぼ一様に導入されるのに対し、接触長さが短い加工面側では、加工面の中央域および厚み方向の中心部に歪みが導入されない領域が残存することが明らかとなった。
【００２０】
また、スラブの幅方向圧下時における幅反りの発生原因は、上下平金敷の圧下位置のずれあるいは上下平金敷の接触長の違いに起因した上下非対称変形であることが判明した。
そこで、上下平金敷を同一寸法とするとともに、かかる平金敷の端部位置（スラブ長手中央側）のずれを一定値以下に制御したところ、上下非対称変形が抑制されて幅反りが低減されることが判明した。
さらに、幅圧下における曲がりや倒れは被鍛造材を保持している近くから鍛造を開始すると抑止できることが判明した。
本発明は、上記の知見を基に、さらに検討を加えた末に開発されたものである。
【００２１】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．鋼材に対し、一対の平金敷を用いた圧下と、長手方向への送りを繰り返すパス操作によって、減厚処理のための厚み方向圧下を行う鋼材の鍛造において、送り量をＢｈ、圧下前の鋼材厚さをＨとするとき、金敷長さがＢｈ＋Ｈ／２以上の同一長さの一対の平金敷を用い、２つの平金敷の鋼材に対する当接端部位置を、少なくとも未鍛造側でＨ／２以上ずらして厚み方向圧下を行うことを特徴とする鋼材の鍛造方法。
【００２２】
２．前記パス操作による減厚処理をｎ回（ｎは２以上の整数とする）に分けて行うに際し、ｉを２〜ｎの整数としたとき、ｉ−１回目の減厚処理における送り境界部を、ｉ回目の減厚処理において鋼材との接触長さが短い方の平金敷の接触長さの中心±（送り量／６）の範囲に位置させることを特徴とする前記１に記載の鋼材の鍛造方法。
【００２３】
３．前記パス操作による減厚処理をｎ回（ｎは２以上の整数とする）に分けて行うに際し、ｉを２〜ｎの整数としたとき、ｉ−１回目とｉ回目の減厚処理で鋼材を反転させ、一対の平金敷と接触する鋼材の加工面をｉ−１回目とｉ回目とで逆にすることを特徴とする前記１または２に記載の鋼材の鍛造方法。
【００２４】
４．鋼材に対し、一対の平金敷を用いて、連続的に幅方向ついで厚み方向に圧下を加えることからなる鋼材の鍛造方法において、
上記の幅方向の圧下に際しては、２つの平金敷の端部位置をそろえて幅圧下を行い、
一方、厚み方向圧下に際しては、請求項１〜３のいずれかに記載の減厚処理を適用することを特徴とする鋼材の鍛造方法。
【００２５】
５．前記幅方向の圧下において、素材を保持する側から圧下を開始することを特徴とする前記４に記載の鋼材の鍛造方法。
【００２６】
６．前記鋼材の幅／厚み比が３以上であることを特徴とする前記１〜５のいずれかに記載の鋼材の鍛造方法。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、空隙の残存のない、特に超音波探傷では検出できないが材料の機械的特性に影響を及ぼす０．２ｍｍ程度の空隙も残存しない鋼材を得ることができる。また、本発明によれば、幅方向圧下を連続して行う場合においても、鍛造後のスラブの形状や品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】同一長さの一対の平金敷を用いて、鋼材に対する当接端部位置をずらし、鋼材との接触長さが異なる状態で厚さ方向圧下を行う場合の圧下要領を示した図である。
【図２】鋼材の未鍛造側に平金敷の当接端部位置ずれΔＢEを設けた場合（ａ）および鋼材の未鍛造側および既鍛造側の両側に平金敷の当接端部位置のずれΔＢEおよびΔＢDを設けた場合（ｂ）を示した図である。
【図３】鋼材の幅中央、厚さ中央部における長手方向最小ひずみと、平金敷の当接端部位置のずれ量ΔＢE、ΔＢDの関係を示した図である。
【図４】同一長さの一対の平金敷を用いて鋼材との接触長さが異なる状態で厚み方向圧下を行った場合に、鋼材に導入される歪みの状態を示した図である。
【図５】歪みの測定位置を示した図である。
【図６】１回の厚み方向圧下および鋼材の反転を含む２回の厚み方向圧下を行った場合に、鋼材内における歪みの導入形態の違いを比較して示した図である。
【図７ａ】同一長さの一対の平金敷を用いて、幅方向に圧下を加えた状態を示した図である。
【図７ｂ】図７ａの幅方向圧下終了後、平金敷対の間隙を初期状態に復帰させたのち、予め定めた所定の長さだけ鋼材を同一軸方向に送り、あらためて鋼材の上下面に平金敷を当接させ、その後幅方向圧下を行う状態を示した図である。
【図７ｃ】２回目の幅方向圧下を行う場合に、１回目の減尺処理時の送り境界部に平金敷の長手方向中央部が位置するように配置した状態を示した図である。
【図７ｄ】２回目の幅方向圧下が終了したときの状態を示した図である。
【図７ｅ】図７ａ〜ｄに示した幅方向圧下を行った後に、厚さ方向の圧下を行う場合の圧下要領を示した図である。
【図８】スラブの長さ方向端部における倒れおよび曲がり量の評価要領を示した図である。
【図９】スラブの長さ一部を幅圧下状態での幅反り量の評価要領を示した図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明を図面に従い具体的に説明する。
長さが等しい一対の平金敷を用いて鋼材の減厚処理を行う場合の要領を、図１に基づいて説明する。図中、符号１は上平金敷、２は下平金敷であり、この例では、上平金敷１の鋼材３（スラブ）に対する接触長が小さくなるように、上平金敷１と下平金敷２の端部の位置をずらしている。なお、４は鋼材保持具である。
【００３０】
図１（ａ）は、鋼材３の上下面に平金敷１，２を当接した状態を示している。特に、幅が大きい鋼材の厚み圧下では、平金敷と鋼材の接触面積を小さくして荷重を低く抑えるために、平金敷の長さ方向の一部しか用いないことがある。この時は、保持具４で保持している側とは反対側の鋼材３の端部から圧下が行われる。
図１（ｂ）は、上記の平金敷対１，２により、実際に２方向から圧下を加えた状態を示している。このとき、接触長が小さい側（本図では上側）の減厚量が大きくなる。
上記した端部圧下終了後、平金敷対１，２の間隙を初期状態に復帰させたのち、予め定めた所定の長さだけ鋼材３を同一軸方向に送り、あらためて鋼材３の上下面に平金敷１，２を当接する。この状態を示したのが図１（ｃ）である。
そして、図１（ｂ）に示したところと同様に、平金敷対１，２により鋼材に対して２方向から圧下を加える。この状態を示したのが図１（ｄ）である。
【００３１】
このように、鋼材の厚み方向圧下を、鋼材の端部から順次、一対の平金敷を用いた２方向からの圧下と、同一軸方向への送り動作とを交互に繰り返すパス操作によって行う一連の工程を、以下では減厚処理と称し、１回の減厚処理で鋼材の全長、もしくは保持具で保持した部分を除いた範囲の厚さ方向圧下を行う。
【００３２】
さて、本発明では、上記したような減厚処理に際し、図２（ａ）に示すように、鋼材の未鍛造側で、上下一対の平金敷の当接端部位置を一致させるのではなく、記号ΔＢEで示すように適正量のずれを設けるのである。
また、図２（ｂ）に示すように、鋼材の未鍛造側にずれΔＢEを設けるだけでなく、既鍛造側にも記号ΔＢDで示すずれを設けることが、一層有利である。
【００３３】
以下、図２（ａ），（ｂ）に示したように、平金敷と鋼材の接触長さが対向する上下の平金敷で異なる場合における、鋼材内部の変形をＦＥ解析により調査した結果について説明する。
初期厚３１０ｍｍの鋳片を、平金敷２の接触長さを３１０ｍｍとして、平金敷１，２の長さおよびその当接端部位置を種々に変えて、送り量３１０ｍｍで２５ｍｍ鍛造した後の、幅中央、厚さ中央部における長手方向の最小歪みと、平金敷の当接端部位置のずれ量ΔＢE、ΔＢDとの関係について調べた結果を、図３に示す。なお、図３には、参考のため、既鍛造側のみに当接端部位置ずれを設けた場合（ΔＢE＝０）についての調査結果も併せて示す。
【００３４】
図３に示したとおり、未鍛造側のみに当接端部位置ずれΔＢEを設けた場合および未鍛造側と既鍛造側の両方に当接端部位置ずれΔＢE、ΔＢDを設けた場合にはいずれも、ΔＢE、ΔＢDをそれぞれ、圧下前の鋼材の厚さＨに対する比で０．５０以上とすることによって幅中央、厚さ中央部における長手方向の最小歪みを増大させることができた。そして、この効果は、未鍛造側と既鍛造側の両方に当接端部位置ずれを設けた場合の方が一層大きいことも確認された。
なお、既鍛造側のみに当接端部位置ずれを設けた場合には、ずれ量の如何にかかわらず、最小歪みを増大させることはできなかった。
【００３５】
そこで、本発明では、上下平金敷の当接端部位置を、少なくとも未鍛造側でずらすこととし、そのずれ量を圧下前の鋼材厚さの０．５倍以上とすることにしたのである。
なお、未鍛造側のずれΔＢEを圧下前の厚さＨ／２以上とするためには、平金敷の長さは（送り量Ｂｈ＋圧下前の厚さＨ／２）以上が必要であり、さらに既鍛造側のずれΔＢDを圧下前の厚さＨ／２以上とするためには、やはり平金敷の長さは（送り量Ｂｈ＋圧下前の厚さＨ／２）以上が必要となる。
【００３６】
ところで、鋼材の厚みを所定の厚さまで減厚する場合、かかる減厚処理は、１回だけで行うとは限らず、複数回行って、所定の厚みに減厚することが考えられる。
この場合には、減厚処理をｎ回（ｎは２以上の整数）に分けて厚み方向圧下を行うに際し、ｉを１〜ｎの整数としたとき、ｉ−１回目の減厚処理における送り境界部を、ｉ回目の減厚処理時に鋼材との接触長さが短い方の平金敷の接触長さの中心±（送り量／６）の範囲に位置させることが有利である。その理由を以下に示す。
なお、ここでいう送り境界部とは、ｉ−１回目の減厚処理において、接触長さが短い方の平金敷の平坦部の端部（未鍛造側）で減厚された位置であり、また接触長さが短い方の平金敷の接触長さの中心は、平坦部の未鍛造側端部から送り量／２の位置に相当する。
【００３７】
まず、図４に、当接端部位置をずらし接触長さが異なる状態で厚み方向圧下を行った場合に、鋼材に導入される歪みの状態について調べた結果を示す。ここで、送り後に加工を付与したい領域は黒枠で囲まれた部分である（以下、加工領域と記す）。
図４に示したように、厚み方向の中心部をみると、加工領域の端部で歪みが小さくなっている。
すなわち、厚み方向の中心部において、平金敷の長さ方向中央域ではそれなりの加圧力が作用して歪みが導入されているものの、両サイドでは十分な加圧力が作用してなく導入歪み量は小さい。
しかし、ｉ−１回目の厚み方向圧下において歪みが小さい部分に、ｉ回目において大きな歪みを与えてやれば、鋼材内に導入される歪みが鋼材長手方向でより均等になる。このとき、図４のように、厚み方向の中心部で圧下率相当以上の大きな歪みが加わるのは、平金敷の長さ方向中央域、特に平金敷の長さ方向中央域における送り量の１／３の範囲であり、この部分が送り境界域に含まれるように、ｉ−１回目の減厚処理における送り境界部を、ｉ回目の減厚処理時に鋼材との接触長さが短い方の平金敷の接触長さの中心±（送り量／６）の範囲に位置させることが望ましい。
なお、送り量は、通常、厚み方向の中心部に圧下率相当の歪みが加わる、減厚前の板厚の１／２以上とされる。また、送り量を大きくすると全長を減厚処理するための処理回数が少なくなるので生産性が向上するが、荷重が増大する。このため、送り量は、設備許容荷重の中で、できる限り大きくされる。
また、減厚処理の回数は２回以上とすることができるが、回数が多くなりすぎると、生産性の低下を招くため、上限は６回程度とすることが好ましい。さらに、鋼材の厚み中心部における歪みの導入形態をさらに均質化する観点からは、偶数回とすることが好ましい。
【００３８】
また、図４に示したとおり、上下平金敷との接触長さが異なる場合は鋼材の上下面で歪みの導入形態が異なり、接触長さが長い平金敷で押圧された側の加工領域においては、金敷接触面の中央部のわずかな部分を除き、ほぼ全域に歪みが導入されている。一方、接触長さが短い平金敷で押圧された側の加工領域においては、金敷接触面に歪みが小さい部分がある。
このため、鋼材との接触長さが短い平金敷面の直下において、ポロシティーの圧着能力が不足する懸念がある。
【００３９】
そこで、本発明では、上記したような接触長が異なる厚み方向圧下を２回以上、すなわち減厚処理をｎ回（ｎは２以上の整数）以上に分けて行う際に、ｉ−１回目とｉ回目の減厚処理で鋼材を反転させ、上下の平金敷と接触する鋼材の加工面をｉ−１回目とｉ回目とで逆にするのである。
鋼材を反転させて行う２回以上の圧下により、鋼材に対する歪みの導入形態が上下加工面および厚み中心部で均等化され、それにより効果的なポロシティー圧着が達成されるのである。
【００４０】
次に、従来のように鋼材の厚み方向圧下による減厚処理を、１回で行った場合と、かかる減厚処理を２回に分け、１回目と２回目とで鋼材を反転させて行った場合における、鋼材中への歪み導入状態の違いについて調査した。
【００４１】
実験は、次のようにして行った。
１回の減厚処理および鋼材の反転を含む２回の減厚処理により、初期厚３１０ｍｍの鋳片を２８５ｍｍまで２５ｍｍ圧下した場合の変形をＦＥ解析で確認した。平金敷１，２の長さは６４０ｍｍとして、未鍛造側および既鍛造側でその当接端部位置を１５５ｍｍずらしている。圧下した後に、鋼材の軸方向の位置を３１０ｍｍずつずらしている。すなわち送り量は３１０ｍｍとした。このとき、上平金敷１と鋼材の接触長さは３１０ｍｍ、下平金敷２と鋼材の接触長さは６４０ｍｍとなっている。また、２回圧下を行う場合は、１回目に１２．５ｍｍ圧下した後、鋼材を上下反転し、さらに１２．５ｍｍの圧下を行った。
なお、歪みの分布は、図５に２点鎖線で示したように、接触長さが小さい方の平金敷の接触長さの中央部において測定した。
得られた結果を図６に示す。横軸には圧下量相当の歪みの場合を１としたときの、歪みの相対比で、縦軸は厚さ方向の位置であり、１回目の圧下で上平金敷１と接触した面を１．０、厚さ中心を０．０と相対値で示している。
【００４２】
図６中、△で示したのが１回で圧下した場合であり、上平金敷１と接触した、接触長さが小さい＋側（図の上側）では、歪み量が相対的に小さい。
一方、●で示したものは、１２．５ｍｍずつ２回に分けて、平金敷と接触する面を反転して圧下した場合であるが、この場合は上下での歪みがほぼ同等となっていることが分かる。
【００４３】
なお、鋼材を反転は、鋼材の端部を挟んでいる保持具を利用することで、容易に行うことができる。
【００４４】
次に、減厚処理に先立って、幅方向の圧下を行う場合を、図７ａ〜図７ｅに基づいて説明する。
図７ａは、鋼材３の短辺側を上下にし、平金敷１，２で２方向から圧下を加えた状態を示している。幅方向の圧下時は、平金敷は鋳片の短辺側と接するのでその接触面積が小さく、平金敷の全面を用いても荷重は小さいため、鋼材保持具側から圧下をすることが可能である。
上記した圧下終了後、平金敷対１，２の間隙を初期状態に復帰させたのち、予め定めた所定の長さだけ鋼材３を同一軸方向に送り、あらためて鋼材３の上下面に平金敷１，２を当接する。この状態を示したのが図７ｂである。そして、図７ａに示したところと同様に、平金敷対１，２により鋼材に対して２方向から圧下を加える。
このように、鋼材の幅方向圧下を、平金敷を用いた２方向からの圧下と、同一軸方向への送り動作とを交互に繰り返すパス操作によって行う一連の工程を、以下では減尺処理と称し、１回の減尺処理で鋼材の全長、もしくは保持具で保持した部分を除いた範囲の幅方向圧下を行う。
【００４５】
減尺処理を２回以上行う場合は、２回以上の減厚処理を行う場合と同様に、１回目の減尺処理時の送り境界部を平金敷の長手方向中央部に位置するように配置することで、鋼材に導入されるひずみが均等になる。そこで、図７ｃに示すように、１回目の減尺処理にて圧下部分とずらした位置から減尺処理を行うことが望ましい。
図７ｄは、２回目の減尺処理を終了したときの状態であり、保持具で保持された部分を除く範囲を所定の幅とする。このとき、その断面は幅中央部に比べて端部近傍で肥厚量が大きい形状となる。
引き続き、図７ｅに示すように、端部側から減厚処理を行う。このときは、ポロシティー圧着効果が高まるように、平金敷の当接端部位置をずらして圧下を行う。
【００４６】
さて、図７ａ〜ｄに示したように、減尺処理を行うに際しては、上下非対称な変形により生じる幅反りを防ぐために、上下の平金敷の当接端部は同じ位置にするのが望ましい。仮に当接端部位置がずれたとしても、そのずれ量ΔＬは、接触長さが短い側の接触長さの０．２０以下であれば、上下非対称変形が効果的に抑制されて幅反りが軽減されることが判明した。より好ましいΔＬの範囲は、接触長さが短い方の接触長さＢに対して０．１０以下である。
【００４７】
さらに、減尺処理に際しては、図７にも示したとおり、を保持具で拘束されている側から開始すると、その部分の幅／厚さが小さくなり、倒れや曲がりが防止できる。
【００４８】
なお、上下平金敷の端部位置のずれ量を調整するには、上下各金敷位置をスライドさせるといった方法が挙げられる。さらに、接触長の短い平金敷をスライドして接触範囲の中心が鍛造プレス機の中心に位置するように配置することで、プレス機の中心に荷重がかかるようになり、設備保護につながる
また、本発明は、圧下されるスラブの成分組成の影響を受けないので、どのような成分組成のスラブにも適用可能である。
【実施例】
【００４９】
実施例１
連続鋳造で製造した一般構造用４００ＭＰａ級鋼、一般構造用４９０ＭＰａ級鋼、調質７８０ＭＰａ級鋼、炭素鋼Ｓ３５ＣおよびＳＵＳ３０４鋼について、それぞれ厚み３１０ｍｍ、幅１８００ｍｍ、長さ３５００ｍｍの鋳片を準備した。これらを、加熱炉で１２５０℃に再加熱した後、端部から長手方向に順次送りながら、全幅を一度に厚さ方向に圧下し、１回の減厚処理で厚さ２８０ｍｍに仕上げた。このとき、鋳片長手方向の両側端部にＲ８０ｍｍの逃げを設けた平金敷を用い、長手方向への送り量や平金敷端部の位置のずれ量を種々変化させた。
【００５０】
かくして得られた鋼材の幅中央部から、厚さ中心±１０ｍｍ、長さ中心±２５０ｍｍのサンプルを採取し、まず２０倍の投影機でポロシティーの有無を観察し、ポロシティーが観察された場合には１００倍に拡大して寸法を確認し、長手方向にわたって０．１ｍｍ以上のポロシティーの数を調査した。
鍛造条件およびポロシティーの調査結果を鋼種毎に表１−１から表１−５に示す。なお、平金敷長さは平坦部の長さである。
【００５１】
【表１−１】
0006439637.tif 000002
【００５２】
【表１−２】
0006439637.tif 000003
【００５３】
【表１−３】
0006439637.tif 000004
【００５４】
【表１−４】
0006439637.tif 000005
【００５５】
【表１−５】
0006439637.tif 000006
【００５６】
表１−１〜表１−４に示したとおり、本発明の要件を満足する各鋼種のＮｏ．１，６，７，８，１０〜１５の条件では０．２ｍｍを超える大きさのポロシティーは残存してなく、特に未鍛造側および既鍛造側とも当接端部位置をＨ／２以上ずらしたＮｏ．１０，１１，１３は、ポロシティーが全く残存しておらず、とりわけ優れていることが分かる。
これに対し、未鍛造側のずれ量が小さいＮｏ．３，４，５では、超音波探傷で検出される０．５ｍｍ超のポロシティーはないものの、０．２〜０．５ｍｍのポロシティーが残存していた。また、両側とも当接端部位置をずらさなかったＮｏ．９では、０．５ｍｍを超えるポロシティーが存在していた。さらに、平金敷長さが長さ指標（Ｂｈ＋Ｈ／２）より短いＮｏ．２では、未鍛造側のずれ量を大きく取っても未圧下の部分が生じ厚み不良となった。
また、表１−５に示したＳＵＳ３０４鋼では、本発明の要件を満足するＮｏ．Ｅ−１，Ｅ−６，Ｅ−１１〜１４の条件では０．２ｍｍを超える大きさのポロシティーは残存していなかったが、未鍛造側のずれ量が小さいＮｏ．Ｅ−３では、超音波探傷で検出される０．５ｍｍを超えるポロシティーはなかったものの、０．２〜０．５ｍｍのポロシティーが残存し、また両側とも当接端部位置をずらさなかったＮｏ．Ｅ−９では０．５ｍｍを超えるポロシティーが存在していた。
【００５７】
実施例２
連続鋳造で製造した一般構造用４００ＭＰａ級鋼の厚み３１０ｍｍ、幅１８００ｍｍ、長さ３５００ｍｍの鋳片を準備した。これらを、加熱炉で１２５０℃に再加熱した後、１回目の減厚処理で２９５ｍｍまで、２回目の減厚処理で２８０ｍｍまで圧下した。
このとき、平坦部長さ４５０ｍｍ、鋳片長手方向の両側に８０ｍｍの平金敷を用い、Ｎｏ．１６〜１９は未鍛造側で２００ｍｍ、Ｎｏ．２０は未鍛造側で１００ｍｍの金敷端部ずらし量とし、Ｎｏ．２１は金敷端部をそろえてずらし量は０とした。１回目の減厚処理を送り量１５０ｍｍで行った後、Ｎｏ．１６，１７では２回目の減厚処理も同じ１５０ｍｍの送り量とし、Ｎｏ．１８〜２１では１回目の減厚処理の送り境界部が、接触長が短い方の平金敷の接触範囲の中心から２０ｍｍ以内となるように調整した。さらに、Ｎｏ．１７，１９〜２１では、２回目の減厚処理に際し、鋳片の厚さ方向を反転し１回目の減厚処理で上平金敷に接触した面が、２回目の減厚処理では下平金敷に接触するようにした。
【００５８】
かくして得られた鋼材の幅中央部から、鍛造開始側端部、長さ中心、鍛造終了側端部から長さ方向に５００ｍｍの全厚さのサンプルを採取し、まず２０倍の投影機でポロシティーの位置を観察し、ポロシティーが観察された場合には１００倍に拡大して寸法を確認し、長手方向にわたって０．１ｍｍ以上のポロシティーの数を調査した。
鍛造条件およびポロシティーの調査結果を表２に示す。
【００５９】
【表２】
0006439637.tif 000007
【００６０】
同表に示したとおり、本発明の未鍛造側のずれ量の要件を満足するＮｏ．１６〜１９の条件では、０．２ｍｍ超のポロシティーは残存していない。特に２回目の減厚処理において送り境界部の位置を調整し、かつ上下を反転したＮｏ．１９では、ポロシティーが全く残存しておらず、とりわけ優れていることがわかる。
これに対し、未鍛造側のずれ量が小さいＮｏ．２０，２１では、超音波探傷で検出される０．５ｍｍ超のポロシティーはないものの、０．２〜０．５ｍｍのポロシティーは残存していた。
【００６１】
実施例３
連続鋳造で製造した一般構造用４００ＭＰａ級鋼について、それぞれ厚み３１０ｍｍ、幅２４００ｍｍ、長さ３５００ｍｍの鋳片を準備した。これらを、加熱炉で１２５０℃に再加熱した後、長さ４５０ｍｍの平金敷を用いて減尺処理を行った。減尺処理は鋼材を保持している７００ｍｍを除いた２８００ｍｍの範囲を、幅を１００ｍｍずつ４回に分けて圧下した。このとき保持範囲に隣り合う６００ｍｍの部分は、段差ができている。
これらについて減尺処理後、長手端部の面における倒れ量、曲がり量および幅圧下した部分の幅反り量を測定した。
なお、倒れ量、曲がり量は図８に示す数値である、また幅反り量は、図９に示す圧下前のスラブ幅Ｗ0、圧下後のスラブ幅Ｗおよび幅圧下側の端部の浮き上がり量ΔＷから、幅反り量＝ΔＷ−（Ｗ0−Ｗ）／２として求めた。
鍛造条件および倒れ量、曲がり量、幅反り量の調査結果を表３に示す。なお、倒れ量および曲がり量については、これらの合計が圧下後幅の１％以下となる２０ｍｍ以下を、また幅反り量については、スラブ長さの１％以下となる３５ｍｍ以下を合格とした。
【００６２】
【表３】
0006439637.tif 000008
【００６３】
表３に示したとおり、幅ずらし量を０ｍｍとしたＮｏ．２２，２３の形状は合格しており、特に、保持具側から圧下を開始したＮｏ．２２は倒れ量も非常に小さく優れていた。
これに対し、減厚処理時に充分な空隙閉鎖効果が得られるように、平金敷の端部位置をずらしたＮｏ．２４では、上下で平金敷の接触長さが異なるため、大きな幅反りを生じ不合格となった。
【符号の説明】
【００６４】
１  上平金敷
２  下平金敷
３  スラブ
４  鋼材保持具
【図１】
0006439637.tif 000009
【図２】
0006439637.tif 000010
【図３】
0006439637.tif 000011
【図４】
0006439637.tif 000012
【図５】
0006439637.tif 000013
【図６】
0006439637.tif 000014
【図７ａ】
0006439637.tif 000015
【図７ｂ】
0006439637.tif 000016
【図７ｃ】
0006439637.tif 000017
【図７ｄ】
0006439637.tif 000018
【図７ｅ】
0006439637.tif 000019
【図８】
0006439637.tif 000020
【図９】
0006439637.tif 000021