(57)【要約】      （修正有）【課題】従来の中空スラグの製造プロセスにおいて必須であった球状化焼鈍、デスケール、潤滑処理を不要または低減することができる冷間鍛造用中空スラグの製造方法を提供する。【解決手段】以下の条件を満たして温間鍛造によって冷間鍛造用中空スラグを製造する。温間鍛造温度：６００〜９００℃、温間鍛造後の冷却開始温度：７２０℃以上、温間鍛造後の冷却速度：１．５℃／秒以下、冷却終了温度：６００℃以下【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温間鍛造によって製造された
ことを特徴とする冷間鍛造用中空スラグ。
【請求項２】
ビッカース硬さＨＶが１７０以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の冷間鍛造用中空スラグ。
【請求項３】
以下の条件を満たすことを特徴とする請求項２に記載の冷間鍛造用中空スラグの製造方法。
温間鍛造温度            ：６００〜９００℃
温間鍛造後の冷却開始温度：７２０℃以上
温間鍛造後の冷却速度    ：１．５℃／秒以下
冷却終了温度            ：６００℃以下
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の冷間鍛造用中空スラグに冷間鍛造を施すことによって形成された
ことを特徴とする冷間鍛造部品。
【請求項５】
請求項３に記載の製造方法により製造される冷間鍛造用中空スラグに冷間鍛造を施すことによって形成された
ことを特徴とする冷間鍛造部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷間鍛造用中空スラグ及び冷間鍛造部品、並びに冷間鍛造用中空スラグの製造方法に関する。詳しくは、自動車、産業機械等の分野において、冷間鍛造（仕上冷間鍛造）にて製造される部品のための素材となる冷間鍛造用中空スラグ及びこの中空スラグを素材とする冷間鍛造部品、並びにこの冷間鍛造用中空スラグの製造方法に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の環境問題にも関連して、自動車や産業機械の低燃費化の要望がますます高まっており、自動車や産業機械に用いられる各部品の更なる軽量化が求められている。
こうした部品の軽量化に応えるため、比較的負荷の低い部品に対しては、そもそもの部品形状はそのままにした状態で、部品の内部を空洞化させることが検討され、かつ実施化されている。この内部を空洞化した中空部品は、通常、内部を空洞化した素材、即ち中空スラグを冷間鍛造（仕上冷間鍛造）を施すことによって製造されている。
【０００３】
そして、中空スラグは、冷間鍛造工程（仕上冷間鍛造工程）や更にその後の切削工程での生産性向上や歩留り向上を考慮して寸法精度が要求されるため、通常、冷間鍛造プロセスを経て製造されている。
ここで、冷間鍛造プロセスの具体例としては、図６（ａ）で示す様な、被成型材１０１にパンチ１０２を押し付けることで被成型材を前方に押し出した後に、打ち抜きパンチ１０３で底部の打ち抜きを行う前方押出（カップ成型）及び打ち抜き方法、図６（ｂ）で示す様な、被成型材１０１にパンチ１０２を押し付けることで被成型材を後方に押し出した後に、パンチ１０２で底部の打ち抜きを行う後方押出（カップ成型）及び打ち抜き方法、図６（ｃ）で示す様な、被成型材１０１にパンチ１０２を押し付けることで被成型材を前後方向に押し出した後に、パンチ１０２で底部の打ち抜きを行う前後方押出（Ｈ型成型）及び打ち抜き方法が挙げられる。
【０００４】
なお、素材を中空にする製造方法として、溶接管を適用することが一応考えられるが、溶接管の製造に際しては、肉厚に制限があるため、厚肉の中空スラグを得ることができないという問題がある。また、溶接管用素材に溶接性が要求され、中空スラグ用材質にも制約が生じるという問題がある。更にまた、溶接管を適用した中空スラグでは、部品形状にするための冷間鍛造（仕上冷間鍛造）が困難という問題もある。
また、素材を中空にするための他の製造方法として、シームレス管を適用することも考えられるが、シームレス管の製造に際しては、内径と外径の芯ずれ（偏芯）が発生するという問題が避けられない。
【０００５】
上記の様な溶接管やシームレス管での問題を回避するために、丸棒から内部を除去した中空スラグが適用されている。なお、丸棒から内部を除去する方法として、切削加工という手段があるものの、切削加工は生産性と歩留が悪い。
【０００６】
従って、一般的には、圧延された丸棒に、
（１）冷間鍛造を施し［丸棒の圧縮］、
（２）球状化焼鈍を施し、
（３）スケールを除去し（ショットブラストや酸洗等）、
（４）潤滑処理を施し（リン酸亜鉛＋反応石鹸等）、
（５）冷間鍛造を行い［丸棒の中空化］、
（６）冷間鍛造にて生じた底部を打ち抜き［中空スラグの成形が完成］、
（７）球状化焼鈍を施し、
（８）スケールを除去する（ショットブラストや酸洗等、［仕上冷間鍛造用中空スラグが完成］）
という工程を付与して、仕上冷間鍛造用中空スラグを製造している。
【０００７】
ところで、中空スラグの製造に際しての冷間鍛造（前記の一般的な工程における（１）丸棒の圧縮や（５）丸棒の中空化）においては、素材である丸棒が常温であるため、素材の硬さが高く、鍛造荷重が極めて大きくなってしまう。鍛造荷重が大きいということは、冷間鍛造用金型にも大きな負荷を加えることになり、金型素材の選定、金型形状の設計、冷間鍛造性と金型寿命向上に優れた潤滑処理等に細心の注意を払う必要がある。この様に細心の注意が必要であるにも拘らず、中空スラグの製造に際して冷間鍛造を適用する理由としては、冷間鍛造後の寸法形状や表面粗さに優れた中空スラグが得られ、かつ冷間鍛造及び球状化焼鈍の組み合わせによって得られた中空スラグに冷間鍛造（仕上冷間鍛造）を施す時の割れの発生を防止できるからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、中空スラグの製造に際して冷間鍛造を採用するが故に、冷間鍛造用中空スラグの製造プロセス全般としては、球状化焼鈍、スケール除去、更には潤滑処理の工程が増加し、製造コストの上昇をもたらすという問題を抱えている。
【０００９】
本発明は、上記現状に鑑みて創案されたものであって、冷間鍛造を行わない中空スラグの製造プロセスを採用することによって球状化焼鈍、スケール除去、更には潤滑処理の工程を不要または低減し、製造コストの低減を図ることが可能となる冷間鍛造用中空スラグ及びこの中空スラグを素材とする冷間鍛造部品、並びにこの冷間鍛造用中空スラグの製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の要旨は、下記（１）〜（５）に示す冷間鍛造用中空スラグ及び冷間鍛造部品、並びに冷間鍛造用中空スラグの製造方法である。
【００１１】
（１）温間鍛造によって製造されたことを特徴とする冷間鍛造用中空スラグ。
【００１２】
（２）ビッカース硬さＨＶが１７０以下であることを特徴とする上記（１）に記載の冷間鍛造用中空スラグ。
【００１３】
（３）以下の条件を満たすことを特徴とする上記（２）に記載の冷間鍛造用中空スラグの製造方法。
温間鍛造温度            ：６００〜９００℃
温間鍛造後の冷却開始温度：７２０℃以上
温間鍛造後の冷却速度    ：１．５℃／秒以下
冷却終了温度            ：６００℃以下
【００１４】
（４）上記（１）または（２）に記載の冷間鍛造用中空スラグに冷間鍛造を施すことによって形成されたことを特徴とする冷間鍛造部品。
【００１５】
（５）上記（３）に記載の製造方法により製造される冷間鍛造用中空スラグに冷間鍛造を施すことによって形成されたことを特徴とする冷間鍛造部品。
【００１６】
本発明者は、上記した課題を解決するために冷間鍛造用中空スラグの製造プロセスにおいて、冷間鍛造を採用しないことについて検討を行い、以下の知見を得た。
【００１７】
（ａ）従来の冷間鍛造用中空スラグの製造プロセスにおいては、冷間鍛造によって丸棒を中空化するという事情もあって、冷間鍛造後、球状化焼鈍化を必須のものと思い込んでいた。即ち、冷間鍛造によって製造した中空スラグを必要十分な程度に軟質化させるには、球状化焼鈍が必須であると思い込んでいたのである。
【００１８】
（ｂ）しかし、そもそも冷間鍛造用中空スラグとして最も重要なことは、中空スラグに冷間鍛造（仕上冷間鍛造）を施した際に、割れを生じさせないということである。
従って、本発明者は、中空スラグの製造プロセスにおいて冷間鍛造を中止し、代わりに温間鍛造を採用し、その際の温熱を活用しつつ徐冷を施すことによって冷間鍛造用中空スラグを製造することを試みた。
【００１９】
（ｃ）即ち、冷間鍛造（仕上冷間鍛造）において割れを発生させないためには、必要十分な程度に中空スラグを軟質化させておけば良いはずなので、中空スラグの製造工程において、わざわざ球状化焼鈍を施すのではなく、温間鍛造後に徐冷を施すことによって割れの発生を解決することはできないかということを検討し、その結果温間鍛造後に徐冷を施すことによって割れの発生を充分に解決することができることを究明した。
【００２０】
（ｄ）更に、冷間鍛造（仕上冷間鍛造）において割れを発生させないための、必要十分な「軟質化の程度」を得るための具体的な「温間鍛造及び徐冷」の条件として、従来プロセスにおける冷間鍛造によって製造される中空スラグと同程度の寸法形状や表面粗さを得るためには、温間鍛造での鍛造温度は６００〜９００℃、温間鍛造後の冷却開始温度は７２０℃以上、冷却速度は１．５℃／秒以下、冷却終了温度は６００℃以下が適切であることも究明した。
【００２１】
本発明は上記の知見に基づいて完成されたものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の冷間鍛造用中空スラグ及び冷間鍛造部品、並びに冷間鍛造用中空スラグの製造方法では、従来の中空スラグの製造プロセスにおいて必須であった球状化焼鈍、デスケール、潤滑処理を不要または低減することができ、特に球状化焼鈍を不要とし、温間鍛造時の温熱を活用した徐冷を採用するということは、製造時間の短縮に繋がるのみでなく、省エネルギーの効果をも発現することができるので、経済上、産業上のみならず、環境保護の観点からも優れていると言える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明方法の温間鍛造及び徐冷の条件について説明する。
【００２４】
先ず、冷間鍛造用中空スラグに要求される寸法形状については、従来は、冷間鍛造を施して中空スラグを製造しない限り達成不可能と考えられていたが、温間鍛造を採用して中空スラグを製造した場合であっても、その後の冷却過程を徐冷で行い、冷却ムラを発生させないように注意し、冷却ムラに起因する不均一な収縮、不均一な変形を防止することにより、温間鍛造を採用しても所望の寸法形状を達成できることを確認した。
また、冷間鍛造用中空スラグに要求される表面粗さについては、冷間鍛造の場合であっても温間鍛造の場合であっても、仕上冷間鍛造前にショット工程（スケール除去工程）を介在させるので、冷間鍛造の場合と温間鍛造の場合に相違が無いことを確認した。
【００２５】
次に、中空スラグに冷間鍛造（仕上冷間鍛造）を施しても割れが発生しない条件について検討した。即ち、割れの発生と素材特性との相関を求めるための圧縮試験を実施し、割れの発生しない条件を求めた。
【００２６】
ここで、圧縮試験は、ＪＩＳに規定されているＳ２０Ｃ、Ｓ４５Ｃ、ＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４３５に様々な熱処理を施し、その後直径が１４ｍｍ、高さが２１ｍｍの円柱試験片を機械加工により作成し、供試材とした。そして、これらの円柱試験片を圧縮試験により高さ方向へ潰した場合、どの程度の硬度を有する円柱試験片をどの程度潰した時に割れが発生するかを調査した。
その結果、圧縮試験前の円柱試験片のビッカース硬さと限界圧縮率との間に直線的な相関があることを突きとめた。
なお、ここで「限界圧縮率」は、５００ｔクランクプレスを用いて、鋼種及び熱処理が同一条件の複数の円柱試験片を高さ方向へ圧縮し、試験片表面での割れの発生が半数を超えた時点での圧縮率（＝圧縮後の試験片高さ／圧縮前の試験片高さ）と定義する。
【００２７】
上記の圧縮試験によって得られたビッカース硬さと限界圧縮率との関係を図１に示す。
【００２８】
ここで、図２に示す内外径比（＝中空スラグの内径ｄ／中空スラグの外径Ｄ）が０．５５〜０．８９の範囲内で、かつ高さ比（＝中空スラグの高さＨ／中空スラグの外径Ｄ）が３以下である中空スラグに対して、図３で示す形状に冷間鍛造を施した場合、どの様な変形が加わっているかを数値解析の手法を用いて検討した結果、各部位の最大主歪、相当塑性歪で評価した結果、最も加工が厳しい部位での加工度は、前記の円柱試験片の圧縮試験における限界圧縮率が７３％での加工度に相当することを究明した。
即ち、最も加工度が厳しい部位を除く他の部位では、円柱試験片の圧縮試験における圧縮率に換算すると、７３％未満の加工しか受けていないと判断できる。
【００２９】
従って、この判断と上記した図１に示した結果を照らし合わせると、円柱試験片の圧縮試験における限界圧縮率が７３％以上の加工度が良いということになり、換言すると、図１の結果から、ビッカース硬さＨＶ≦１７０を満たす中空スラグが良いということになる。即ち、ビッカース硬さＨＶ≦１７０を満たす中空スラグであれば、どの様な形状に仕上冷間鍛造を行っても割れが発生しないということになる。
【００３０】
そこで、本発明者は、冷間鍛造（仕上冷間鍛造）を施す前の中空スラグのビッカース硬さＨＶを１７０以下とするための中空スラグの製造方法について検討した。
具体的には、温間鍛造後の冷却開始温度Ａ、冷却速度Ｂ、冷却終了温度Ｃを様々に変更し、冷却終了後のビッカース硬さＨＶが１７０以下となる方法を検討した。
なお、冷却終了後のビッカース硬さＨＶが１７０以下となる方法を検討するための具体的な手順は以下の通りである。
【００３１】
供試材としては、ＪＩＳに規定されているＳ４５ＣとＳＣＭ４３５の鋼片から、直径１０ｍｍ、高さ１５ｍｍの円柱試験片を機械加工により切り出したものを用いた。この試験片を６００〜９００℃に加熱後、圧縮率７０％まで圧縮し、その後、冷却開始温度、冷却速度及び冷却終了温度を種々に変更して冷却した。冷却終了後、試験片のビッカース硬さＨＶを測定した。測定結果を図４及び図５に示す。
【００３２】
図４は、冷却速度Ｂと冷却終了温度Ｃを様々に設定して、冷却開始温度Ａが試験片のビッカース硬さＨＶに及ぼす影響を示したものである。
図４から、ビッカース硬さＨＶ≦１７０を実現するためには、冷却開始温度Ａを７２０℃以上にしなければならないことが分かる。これは、冷却開始温度が７２０℃未満では、既に変態が終了し、徐冷の効果が小さくなるためと考えられる。
従って、冷却開始温度Ａは７２０℃以上と規定した。
【００３３】
図５は、冷却開始温度を７２０℃以上とした上で、冷却速度Ｂ若しくは冷却終了温度Ｃの一方を固定し、他方を種々に変更した結果を示したものであり、図５（１）は冷却終了温度を５５０℃として冷却後硬さに与える冷却速度の影響を示し、図５（２）は冷却終了温度を６００℃として冷却後硬さに与える冷却速度の影響を示し、図５（３）は冷却終了温度を６５０℃として冷却後硬さに与える冷却速度の影響を示し、図５（４）は冷却速度を０．０１℃／秒として冷却後硬さに与える冷却終了温度の影響を示し、図５（５）は冷却速度を１．５℃／秒として冷却後硬さに与える冷却終了温度の影響を示し、図５（６）は冷却速度を２．０℃／秒として冷却後硬さに与える冷却終了温度の影響を示している。
【００３４】
上記した図５より、冷却速度Ｂは１．５℃／秒以下、冷却終了温度Ｃは６００℃以下が望ましいと判断した。なお、冷却速度Ｂについては、０．００１℃／秒より小さくても目標のビッカース硬さＨＶ１７０以下を実現することは可能であるが、冷却時間が長すぎるため、０．００１℃／秒以上とすることが望ましい。
従って、冷却速度Ｂは１．５℃／秒以下、冷却終了温度Ｃは６００℃以下と規定した。
【実施例】
【００３５】
以下、実施例により本発明を詳しく説明する。
【００３６】
表１に示す化学組成を有する鋼１と鋼２を通常の方法によって溶製した。なお、鋼１はＪＩＳのＳ４５Ｃであり、鋼２はＪＩＳのＳＣｒ４３５である。
【００３７】
【表１】
2005169402.tif 000003
【００３８】
鋼１と鋼２を通常の手段によって鋼片とした後、１２３０℃に加熱してから１２００〜９５０℃の温度範囲にて直径３５ｍｍの丸棒に熱間鍛造した。熱間鍛造後、一旦常温まで冷却した。
これらの丸棒より、切削加工によって直径が２７．５ｍｍ、長さが１５．０ｍｍの試験片を作成した。試験片の内、試験番号１〜２０のものは、基本的に本発明プロセスである「温間鍛造及び徐冷」の組み合わせによって中空スラグを製造した。但し、試験番号が６、７、８、９、１０、１２、１４、１５、１７、１８の試験片については、温間鍛造後の冷却開始温度、冷却速度、冷却終了温度の１つ或いは２つが上記で規定した条件から外れたものである。なお、本実施例での温間鍛造における鍛造温度は８００℃とした。
【００３９】
また、試験片の内、試験番号２１のものについては、従来プロセスである「球状化焼鈍及び冷間鍛造」の組み合わせによって中空スラグを製造した。
具体的には、７３０℃で３時間保持し、８℃／時間の冷却速度で６００℃まで冷却を行った後に、放冷することによって球状化焼鈍を行う。その後、常温において冷間鍛造（カップ成型及び打ち抜き）を行うことによって中空スラグを製造した。
【００４０】
以上の各試験結果を表２に整理して示す。なお、本実施例における本発明例及び比較例での冷却条件（冷却開始温度Ａ、冷却速度Ｂ、冷却終了温度Ｃ）は表２に記載の通りである。
【００４１】
【表２】
2005169402.tif 000004
【００４２】
表２から明らかな様に、「温間鍛造及び徐冷」のプロセスにおいて、適切な条件を選択するならば、従来プロセスと同様に、冷間鍛造（仕上冷間鍛造）において割れが生じないことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】圧縮試験結果によって得られたビッカース硬さと限界圧縮率との関係示すグラフである。
【図２】中空スラグの形状を説明するための模式的な図である。
【図３】冷間鍛造後の中空スラグの形状を説明するための模式的な図である。
【図４】冷却速度と冷却終了温度を様々に設定して、冷却開始温度が試験片のビッカース硬さＨＶに及ぼす影響を示したものである。
【図５】冷却開始温度を７２０℃以上とした上で、冷却速度若しくは冷却終了温度の一方を固定し、他方を種々に変更した結果を示したものである。
【図６】冷間鍛造プロセスの具体例を説明するための模式的な図である。
【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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