(57)【要約】【課題】  鍛造時の酸化スケールの発生を抑制できる熱間鍛造方法および熱間鍛造装置を提供する。【解決手段】  ビレットを第１所定温度(1,200℃)まで昇温する昇温工程と、第１所定温度まで昇温されたビレットを所定の冷却速度でA3変態点以上の第２所定温度(900℃)まで冷却する冷却工程と、第２所定温度まで冷却されたビレットの表面の酸化スケールを除去するデスケール工程と、第２所定温度まで冷却され、かつ、酸化スケールが除去されたビレットを鍛造する鍛造工程と、を備えた。【選択図】  図２
2017006945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を第１所定温度まで昇温する昇温工程と、
前記第１所定温度まで昇温された前記被加工物を所定の冷却速度でA3変態点以上の第２所定温度まで冷却する冷却工程と、
前記第２所定温度まで冷却された前記被加工物の表面の酸化スケールを除去するデスケール工程と、
前記第２所定温度まで冷却され、かつ、酸化スケールが除去された前記被加工物を鍛造する鍛造工程と、
を備えることを特徴とする熱間鍛造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の熱間鍛造方法において、
前記鍛造された前記被加工物を、所定の放冷速度で冷却する放冷工程を備え、
前記所定の冷却速度は、前記所定の放冷速度よりも高い速度であることを特徴とする熱間鍛造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱間鍛造方法において、
前記冷却工程は、前記被加工物の温度を測定し、前記被加工物が前記第２所定温度まで冷却されるまで前記被加工物を待機させる工程であることを特徴とする熱間鍛造方法。
【請求項４】
被加工物を第１所定温度まで昇温する昇温手段と、
前記第１所定温度まで昇温された前記被加工物を所定の冷却速度でA3変態点以上の第２所定温度まで冷却する冷却手段と、
前記第２所定温度まで冷却された前記被加工物の表面の酸化スケールを除去するデスケール手段と、
前記第２所定温度まで冷却され、かつ、前記酸化スケールが除去された前記被加工物を鍛造する鍛造手段と、
を備えることを特徴とする熱間鍛造装置。
【請求項５】
請求項４に記載の熱間鍛造装置において、
前記鍛造された前記被加工物を、所定の放冷速度で冷却する放冷手段を備え、
前記所定の冷却速度は、前記所定の放冷速度よりも高い速度であることを特徴とする熱間鍛造装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の熱間鍛造装置において、
前記冷却手段は、前記被加工物の温度を測定し、前記被加工物が前記第２所定温度まで冷却されるまで前記被加工物を待機させることを特徴とする熱間鍛造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間鍛造方法および熱間鍛造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、1,050℃以上の温度において鍛造を行う熱間鍛造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2007-84909号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術にあっては、鍛造時の温度が高いため、金型寿命の低下や焼き付きの原因となる酸化スケールが鍛造時に多く発生するという問題があった。
本発明の目的は、鍛造時の酸化スケールの発生を抑制できる熱間鍛造方法および熱間鍛造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の熱間鍛造方法では、被加工物を第１所定温度まで昇温する昇温工程と、第１所定温度まで昇温された被加工物を所定の冷却速度でA3変態点以上の第２所定温度まで冷却する冷却工程と、第２所定温度まで冷却された被加工物の表面の酸化スケールを除去するデスケール工程と、第２所定温度まで冷却され、かつ、酸化スケールが除去された被加工物を鍛造する鍛造工程と、を備えた。
【発明の効果】
【０００６】
本発明にあっては、鍛造時の温度が低いため、鍛造時の酸化スケールの発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例１の熱間鍛造装置の構成を示す図である。
【図２】実施例１の熱間鍛造方法におけるビレット5の熱履歴を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
〔実施例１〕
まず、実施例１の熱間鍛造装置について説明する。図１は、実施例１の熱間鍛造装置の構成を示す図である。
実施例１の熱間鍛造装置は、昇温装置（昇温手段）1、冷却装置（冷却手段）2、デスケール・鍛造装置（デスケール手段，鍛造手段）3および放冷装置（放冷手段）4を備える。
昇温装置1は、昇温工程として、例えば、インダクションヒーターを用い、被加工物であるビレット（鋼材）5を加熱して第１所定温度まで昇温させる。第１所定温度は1,200℃とする。
【０００９】
冷却装置2は、冷却工程として、昇温装置1により昇温されたビレット5を所定の冷却速度で第２所定温度まで冷却する。第２所定温度は、A3変態点以上の温度であって、A3変態点に近い900℃とする。A3変態点は、低温の体心立方格子からオーステナイトの面心立方格子に変態する温度である。冷却装置2は、ベルトコンベア2a、ファン2b、温度センサ2c,2dおよびストッパ2eを有する。ベルトコンベア2aは、昇温装置1により昇温されたビレット5をデスケール・鍛造装置3まで搬送する。ファン2bは、ベルトコンベア2a上の各ビレット5を送風によりファン2bは、ベルトコンベア2aにて搬送中の各ビレット5に対し、送風による冷却を行う。温度センサ2c,2dは、ベルトコンベア2aの上流と下流に設けられ、各ビレット5の温度を測定する。ストッパ2eは、ベルトコンベア2a上に設けられ、温度センサ2dにより測定されたビレット5の温度が900℃を超える場合には当該ビレット5のデスケール・鍛造装置3への移送を禁止し、ビレット5の温度が900℃以下である場合には当該ビレット5のデスケール・鍛造装置3への移送を許可する。すなわち、冷却装置2は、ビレット5の温度が900℃となるまで冷却されるまでビレット5を待機させる。
【００１０】
デスケール・鍛造装置3は、デスケール工程および鍛造工程として、デスケール処理および鍛造プレスを行う。デスケール処理は、ビレット5に高圧エアを吹き付けながら、僅かに据え込み加工を行うことでビレット5の表面の酸化スケールを除去する処理である。据え込み加工は、ビレット5を軸方向に圧縮する加工である。
放冷装置4は、放冷工程として、デスケール・鍛造装置3により鍛造されたビレット5を、ベルトコンベア4a上で放置し、自然放冷により冷却する。ベルトコンベア4aは、デスケール・鍛造装置3により鍛造されたビレット5を、所定位置まで搬送する。所定位置まで搬送されたビレット5は、容器6に投入され、図外のショットブラスト装置へ搬送されて鍛造時に発生した酸化スケールを除去するデスケール処理が施される。デスケール処理後は、後工程としてビレット5の表面に浸炭処理が施される。浸炭処理によりビレット5の耐摩耗性が向上する。
【００１１】
［酸化スケールの抑制］
図２は、実施例１の熱間鍛造方法におけるビレット5の熱履歴を示す図である。
ビレット5は、昇温工程により常温から1,200℃まで昇温されてオーステナイトに相変態した後、冷却工程によりA3変態点により高い900℃まで所定の冷却速度で冷却される。ビレット5の温度が900℃まで冷却されると、ビレット5は、デスケール工程により表面の酸化スケールが除去された後、鍛造工程により鍛造されて所定の形状が与えられる。鍛造後は、放冷工程により所定の放冷速度（自然放冷による放冷速度）で冷却され、オーステナイト相からフェライト＋パーライト相に相変態する。
実施例１の熱間鍛造方法の流れを以下に示す。
実施例１：1,200℃まで昇温→900℃まで冷却→デスケール→鍛造
【００１２】
ここで、実施例１の比較例として、以下の流れに沿って行われる２つの熱間鍛造方法について考える。
比較例１：1,200℃まで昇温→デスケール→鍛造
比較例２：1,200℃まで昇温→デスケール→900℃まで冷却→鍛造
まず、比較例１の熱間鍛造方法では、鍛造時の温度が高いため、鍛造時に発生する酸化スケールが多くなる。次に、比較例２の熱間鍛造方法では、鍛造時の温度は低いものの、デスケール直後の温度が高いため、デスケール直後から鍛造までの間に発生する酸化スケールが多くなる。つまり、比較例１および２の熱間鍛造方法は、酸化スケールに起因する金型寿命の低下や焼き付きが問題となる。
【００１３】
これに対し、実施例１の熱間鍛造方法では、ビレット5を900℃まで冷却した後にデスケールおよび鍛造を行う。これにより、比較例１の熱間鍛造方法と比べて鍛造時の温度が低いため、鍛造時の酸化スケールの発生を抑制できる。また、比較例２の熱間鍛造方法と比べてデスケール直後の温度が低いため、デスケール直後から鍛造までの間に発生する酸化スケールを抑制できる。この結果、酸化スケールに起因する金型寿命の低下や焼き付きを抑えることができる。
【００１４】
実施例１の熱間鍛造方法では、ビレット5をA3変態点以上の温度であって、A3変態点に近い900℃で鍛造を行う。A3変態点以上の温度（オーステナイト領域）で鍛造を行う際、温度が低いほど再結晶粒を小さくできる。結晶粒が小さいほど焼入れ性が低下するため、その後の放冷時におけるベイナイトの生成を抑制できる。フェライト＋パーライト金属組織中にベイナイトが含まれると、その機械強度および被削性を劣化させてしまうため、ベイナイトの生成を抑えることで、高い機械強度および被削性を確保できる。また、実施例１の熱間鍛造方法では、ビレット5を鍛造後に自然放冷させている。結晶粒が小さいほどベイナイト生成の臨界冷却速度は高くなるため、ビレット5を自然放冷させることにより、ベイナイトの生成を防止できる。
【００１５】
実施例１の熱間鍛造方法では、ビレット5を一旦1,200℃まで昇温させている。ここで、仮に1,200℃まで昇温させず900℃まで昇温させてデスケールおよび鍛造を行った場合、アルミ−窒素化合物が十分に固溶されないため、後工程の浸炭処理における結晶粒粗大化防止効果が目減りする。よって、ビレット5を一旦1,200℃まで昇温させることにより、短時間で十分にアルミ−窒素化合物を固溶させることができるため、後工程の浸炭処理における結晶粒粗大化防止効果の目減りを抑制でき、ビレット5の耐摩耗性を向上できる。
【００１６】
実施例１にあっては、以下に列挙する効果を奏する。
(1) ビレット5を第１所定温度(1,200℃)まで昇温する昇温工程と、第１所定温度まで昇温されたビレット5を所定の冷却速度でA3変態点以上の第２所定温度(900℃)まで冷却する冷却工程と、第２所定温度まで冷却されたビレット5の表面の酸化スケールを除去するデスケール工程と、第２所定温度まで冷却され、かつ、酸化スケールが除去されたビレット5を鍛造する鍛造工程と、を備える。
よって、デスケール直後から鍛造までの間、および鍛造時に発生する酸化スケールを共に抑制できるため、酸化スケールに起因する金型寿命の低下や焼き付きを抑えることができる。また、後工程の浸炭処理における結晶粒粗大化防止効果の目減りを抑制でき、耐摩耗性を向上できる。
【００１７】
(2) 鍛造されたビレット5を、所定の放冷速度で冷却する放冷工程を備え、冷却工程における冷却速度は、放冷工程における放冷速度よりも高い速度である。
よって、放冷時にはベイナイトが生成されない放冷速度、すなわち、ベイナイト生成の臨界冷却速度未満の速度で放冷する一方、冷却時には冷却速度を高めることで、ベイナイトの生成防止とサイクルタイムの短縮との両立を実現できる。
【００１８】
(3) 冷却工程は、ビレット5の温度を測定し、ビレット5が第２所定温度まで冷却されるまでビレット5を待機させる工程である。
よって、鍛造時におけるビレット5の温度バラツキを抑制できる。
【００１９】
(4) ビレット5を第１所定温度(1,200℃)まで昇温する昇温装置1と、第１所定温度まで昇温されたビレット5を所定の冷却速度でA3変態点以上の第２所定温度(900℃)まで冷却する冷却装置2と、第２所定温度まで冷却されたビレット5の表面の酸化スケールを除去すると共に、第２所定温度まで冷却され、かつ、酸化スケールが除去されたビレット5を鍛造するデスケール・鍛造装置3と、を備える。
よって、デスケール直後から鍛造までの間に発生する酸化スケールおよび鍛造時に発生する酸化スケールを抑制でき、酸化スケールに起因する金型寿命の低下や焼き付きを抑えることができる。また、後工程の浸炭処理における結晶粒粗大化防止効果の目減りを抑制でき、耐摩耗性を向上できる。
【００２０】
(5) 鍛造されたビレット5を、所定の放冷速度で冷却する放冷装置4を備え、所定の冷却速度は、所定の放冷速度よりも高い速度である。
よって、放冷時にはベイナイトが生成されない放冷速度、すなわち、ベイナイト生成の臨界冷却速度未満の速度で放冷する一方、冷却時には冷却速度を高めることで、ベイナイトの生成防止とサイクルタイムの短縮との両立を実現できる。
【００２１】
(6) 冷却装置2は、ビレット5の温度を測定し、ビレット5が第２所定温度まで冷却されるまでビレット5を待機させる。
よって、鍛造時におけるビレット5の温度バラツキを抑制できる。
【００２２】
〔他の実施例〕
以上、本発明を実施するための形態を実施例に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は実施例に示した構成に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、第１所定温度は、短時間で十分にアルミ−窒素化合物を固溶させることができる温度であればよい。また、第２所定温度は、A3変態点以上の温度であればよい。
放冷工程における放冷速度は、ベイナイト生成の臨界冷却速度未満であればよい。
デスケール手段と鍛造手段とを別に設けてもよい。
【符号の説明】
【００２３】
1  昇温装置（昇温手段）
2  冷却装置（冷却手段）
2a  ベルトコンベア
2b  ファン
2c,2d  温度センサ
2e  ストッパ
3  デスケール・鍛造装置（デスケール手段，鍛造手段）
4  放冷装置（放冷手段）
4a  ベルトコンベア
5  ビレット（被加工物）
6  容器
【図１】
2017006945.tif 000003
【図２】
2017006945.tif 000004