(57)【要約】【課題】上下金敷の長さが異なる非対称の平金敷き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。【解決手段】鋼材に対し、上金敷と下金敷の長さが異なる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減厚処理を行う、鋼材の鍛造方法において、上記のパス操作による鋼材の減厚処理をｎ回（ここで、ｎは２以上の整数とする）に分けて行うものとし、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、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。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材に対し、上金敷と下金敷の長さが異なる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減厚処理を行う、鋼材の鍛造方法であって、
上記のパス操作による鋼材の減厚処理をｎ回（ここで、ｎは２以上の整数とする）に分けて行うものとし、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、上下の平金敷と接触する鋼材の加工面をｉ−１回目とｉ回目とで逆にすることを特徴とする鋼材の鍛造方法。
【請求項２】
鋼材の同一軸方向への送り動作に関し、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長さが短い方の平金敷の所定位置±（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】
上下一対の平金敷の端部位置が、未鍛造側で、（鋼材の圧下前の厚さＨ）／２以上離れてい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】
上下一対の平金敷の端部位置が、未鍛造側および既鍛造側の両側で、（鋼材の圧下前の厚さＨ）／２以上離れてい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５】
請求項１〜４のいずれかに記載の鍛造方法により製造したことを特徴とする鋼材。
【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の向上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。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】
この点、特許文献４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している。
【０００８】
また、特許文献５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】
【０００９】
【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】特開昭５４−１３９８６０号公報
【特許文献５】特開２００１−７１０８２号公報
【非特許文献】
【００１０】
【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】
【００１１】
特許文献４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５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４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。
【００１２】
特許文献５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５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。
【００１３】
本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、上下金敷の長さが異なる非対称の平金敷きを用いた鋼材の厚み方向圧下（減厚処理）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を目的とする。
また、本発明は、上記の鍛造方法により得られる鋼材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】
【００１４】
さて、発明者等は、上記問題を解決すべく、非対称の平金敷を用いた厚み方向圧下（減厚処理）時における鋼材の変形挙動に着目し、ポロシティーの効果的な圧着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。
【００１５】
非対称の平金敷を用いて減厚処理を行った場合、長さが短い平金敷で押圧された加工面側と長さが長い平金敷で押圧された加工面側とでは、被加工材である鋼材に対する歪みの導入形態が異なることが判明した。
すなわち、長さが長い平金敷で押圧された加工面側では、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、長さが短い平金敷で押圧された加工面側では、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。
【００１６】
そこで、上記したような両加工面で歪みの導入形態が異なる鋼材を反転させ、加工面の中央域に歪みが導入されなかった領域が残留する面側を長さが長い平金敷に当接させて、再度減厚処理を行ったところ、鋼材の両加工面は言うまでもなく、厚み方向中心部に歪みが効果的に導入され、その結果、ポロシティーの圧着が可能になることが突き止められた。
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。
【００１７】
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、上金敷と下金敷の長さが異なる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減厚処理を行う、鋼材の鍛造方法であって、
上記のパス操作による鋼材の減厚処理をｎ回（ここで、ｎは２以上の整数とする）に分けて行うものとし、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、上下の平金敷と接触する鋼材の加工面をｉ−１回目とｉ回目とで逆にすることを特徴とする鋼材の鍛造方法。
【００１８】
２．鋼材の同一軸方向への送り動作に関し、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長さが短い方の平金敷の所定位置±（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。
【００１９】
３．上下一対の平金敷の端部位置が、未鍛造側で、（鋼材の圧下前の厚さＨ）／２以上離れてい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。
【００２０】
４．上下一対の平金敷の端部位置が、未鍛造側および既鍛造側の両側で、（鋼材の圧下前の厚さＨ）／２以上離れてい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。
【００２１】
５．前記１〜４のいずれかに記載の鍛造方法により製造したことを特徴とする鋼材。
【発明の効果】
【００２２】
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ものの材料の機械的特性に悪影響を及ぼす０．２ｍｍ程度の空隙も残存しない鋼材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】上金敷と下金敷の長さが異なる一対の平金敷を用いて鋼材の減厚処理（厚み方向圧下）を行う場合の圧下要領を示した図である。
【図２】上下非対称の平金敷を用いて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３】歪みの測定位置を示した図である。
【図４】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５】鋼材の未鍛造側に平金敷の端部位置ずれ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方に平金敷の端部位置ずれΔＢEおよびΔＢDを設けた場合（ｂ）を示した図である。
【図６】長さが短い方の平金敷の中心部において、厚さ方向で変形が生じた範囲と平金敷の端部位置ずれとの関係を示した図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を図面に従い具体的に説明する。
上金敷と下金敷の長さが異なる一対の平金敷を用いて鋼材の減厚処理（厚み方向圧下）を行う場合の圧下要領を、図１（ａ）〜（ｄ）に基づいて説明する。図中、符号１は上金敷、２は下金敷であり、この例では上金敷１が長さが短い平金敷を、下金敷２が長さが長い平金敷を構成している。３は鋼材（スラブ）である。
【００２５】
図１（ａ）は、鋼材３の上下面に非対称の平金敷１，２を当接した状態を示している。このように、鋼材の厚み方向圧下は、鋼材３の端部から行う。
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。
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の上下面に非対称の平金敷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。
このように、鋼材の厚み方向圧下は、鋼材の端部から順次、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。
【００２６】
次に、図２（ａ）に、上記のようにして上下非対称の平金敷を用いて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）。なお、図２（ｂ）は、上下金敷の長さが同じ一対の平金敷を用いた場合の歪み導入状態を参考のために示したものである。
図２（ａ）、（ｂ）の何れの場合も、金敷接触面では、歪みが導入されていない部分がある。
また、図２（ａ）に示したとおり、非対称の平金敷を用いた場合は鋼材の上下面で歪みの導入形態が異なり、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、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。
つぎに、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。
このため、非対称の平金敷を用いた場合でも、歪みが小さくなっている、長さが短い金敷面の直下や、加工領域境界部の厚み方向中央部において、ポロシティーの圧着能力が不足する懸念がある。
【００２７】
そこで、本発明では、上記したような非対称平金敷による厚み方向圧下を２回以上、すなわち減厚処理をｎ回（ｎは２以上の整数）以上に分けて行うものとし、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、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。
【００２８】
さらに、ｉ回目の圧下に際しては、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長さが短い方の平金敷と接触する長さの中央部付近に位置させることが好ましく、これにより、ｉ−１回目の圧下では必ずしも十分な歪みが導入されなかった厚み中心部における平金敷の長さ方向両サイドに対しても十分な歪みが導入される結果、鋼材の厚み中心部における歪みの導入形態がより均質化され、その結果、より一層効果的にポロシティーを圧着することが可能になるのである。
ここに、図２（ａ）のように、厚み方向中心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長さが短い方の平金敷の所定位置±（送り量／６）の範囲に位置させることが望ましい。
なお、減厚処理の回数は２回以上とすればよいが、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。また、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。
さらに、送り量は、通常、１００〜８００ｍｍ程度である。
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、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、平金敷の所定位置とは、長さが短い方の平金敷の平坦部の端部（未鍛造側）から送り量／２の位置である。
【００２９】
次に、従来のように鋼材の厚み方向圧下を、従来のように１回で行った場合と、厚み方向圧下を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。
【００３０】
実験は、次のようにして行った。
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の長さは３１０ｍｍ、平金敷２の長さは６２０ｍｍとして、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。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３に２点鎖線で示したように、長さが小さい方の平金敷の中心部において測定した。
得られた結果を図４に示す。
なお、歪みは、圧下量相当の歪みの場合を１として、相対比で示している。
【００３１】
図中、△で示したのが１回で圧下した場合であり、長さの小さい平金敷と接触している＋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。
【００３２】
なお、鋼材の反転は、鋼材の端部を挟んでいるマニピュレータを利用することで、容易に行うことができる。
【００３３】
次に、２つの平金敷の端部位置の差の影響について、ＦＥ解析を行った。
図５に、鋼材に対する上下平金敷の接触領域における金敷端部位置のずれ量の定義を示す。
図５（ａ）は、鋼材の未鍛造側で平金敷の端部位置をずらした場合であり、そのずれ量をΔＢEで示す。
図５（ｂ）は、鋼材の未鍛造側および既鍛造側の両側で平金敷の端部位置をずらした場合であり、この場合の既鍛造側におけるずれ量をΔＢDで示す。
【００３４】
図６に、長さが短い方の平金敷の中心部において、厚さ方向で変形が生じた範囲と金敷端部位置のずれ量との関係について調べた結果を整理して示す。ここで、圧下量に相当する歪みの５０％以上の歪みが生じた範囲を変形が生じた範囲とした。また、平金敷の端部位置のずれ量ΔＢEおよびΔＢDは、鋼材の圧下前の厚さＨに対する比で表した。
【００３５】
同図に示したとおり、上下平金敷の端部位置をずらすことによって厚さ方向で変形が生じる範囲は増加する。そして、この変形範囲の増加量は、１回で圧下した場合よりも鋼材の反転を含む２回圧下の方が大きい。また、未鍛造側だけをずらした場合よりも、未鍛造側および既鍛造側の両側をずらした場合の方が、その効果は大きい。さらに、ずれ量ΔＢに関しては、ΔＢ／Ｈを０．５０以上とすることにより、極めて良好な結果を得ることができる。ここに、２回法における２回目の圧下の際における鋼材の厚みＨは、１回目の圧下後の鋼材厚みである。
【００３６】
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。
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】
【００３７】
実施例１
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、端部から長手方向に３００ｍｍずつ送りながら、全幅を一度に厚さ方向に、２９５ｍｍ厚まで圧下した。引き続き、鋳片を反転して平金敷と接触する面を反対にし、長手方向に３１５ｍｍずつ送りながら、厚さ２８０ｍｍまで２回目の圧下を行った。このとき、平金敷の鋳片長手方向は両側ともＲ８０ｍｍの逃げを設け、端部位置の調整は長さが長い下平金敷の位置を長手方向に移動させることにより行った。また、Ｎｏ．１４および１５では、２回目の圧下において、長さの短い上平金敷の位置を長手方向に移動させることで、１回目の圧下の送り境界部が、上平金敷の長さ方向の所定位置から３０ｍｍ以内となるように調整した。
【００３８】
かくして得られた鋼材の幅中央部から、長さ中心±２５０ｍｍの範囲において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１に示す。なお、平金敷長さは平坦部と逃げＲ部を合わせた長さである。
【００３９】
【表１】
2016078098.tif 000003
【００４０】
同表に示したとおり、本発明の要件を満足するＮｏ．１〜６，１３，１４，１５の条件では、０．５ｍｍ以下のポロシティーしか残存していない。さらに、未鍛造側の金敷端部間の距離がΔＢ／Ｈで０．５以上となる、Ｎｏ．２，３，５，６では、０．２〜０．５ｍｍのポロシティーも残存していなかった。特に、両側で端部位置をずらしたＮｏ．５，６では、ポロシティーが全く残存しておらず、特に優れていることが分かる。
これに対し、鋼材の反転をせずに、平金敷との接触面を同一としたＮｏ．７〜１２では、より多くのポロシティーが残存していた。上下の平金敷長さは異なるが、端部位置の差が小さいＮｏ．７，１０では、超音波探傷で検出される０．５ｍｍ超のポロシティーも残存していた。
【符号の説明】
【００４１】
１  上金敷
２  下金敷
３  スラブ
【図１】
2016078098.tif 000004
【図３】
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【図４】
2016078098.tif 000006
【図５】
2016078098.tif 000007
【図６】
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【図２】
2016078098.tif 000009