(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも入り側テーパ部と平行部からなる主加工面を持つ金型を用いて熱間スラブを鍛造する際に、金型の平行部のみに潤滑剤を供給して熱間スラブと金型との間の摩擦係数を低減することを特徴とする板厚プレス方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間スラブ、特に熱間圧延用素材である熱間鋼スラブを金型によって鍛造する板厚プレス方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、熱延鋼板は熱間スラブから圧延などにより製造されているが、近年熱間スラブに対し、材料入り側テーパ部を有する金型によって熱間スラブを鍛造するを加える技術が開発されている。図２に示すように、板厚プレス鍛造に使用されるテーパ付金型１は、平行部１３と、材料入側方向に開口するテーパ部１１と、これらテーパ部１１および平行部１３の間に存在する遷移領域（通常は円弧状）１２とを備えている。通常、平行部１３に対するテーパ部１１の傾き角度は１０°から１５°までの範囲である。
【０００３】
従来の板厚プレス鍛造は、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、材料２を送りながら金型１を材料長手方向（進行方向）に対して直交する方向（すなわち材料の板厚方向）の間隙を周期的に変化させて材料２の板厚から製品の板厚まで鍛造する。ただし、フライングタイプのように材料２がプレス中も連続的に長手方向に移動しており、材料２との相対速度を小さくするために金型１が長手方向に移動するものもある。金型１により材料２をプレスすると、図３（ｂ）に示すように材料２は長手方向上流端側（金型入側）と下流端側（金型出側）とにそれぞれ延び出す。これら両端部における材料の延び出し量をそれぞれ後進量ＢＷおよび先進量ＦＷと呼んでいる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の方法ではサイジングプレスに関して荷重低減および変形の均一化を図るために、テーパ部１１から平行部１３に至るまでの金型全面にわたって潤滑剤を供給し、材料２に対する金型１の摩擦係数を低下させ、荷重を低減させている。
【０００５】
しかし、従来の方法においては金型１と材料２との間に滑りを生じてしまい、材料を効率的にプレスすることができない。また、摩擦係数を下げると先進量ＦＷが小さくなり、プレス回数が増えて生産効率が低下するという問題もある。
【０００６】
さらに、上述の従来方法を用いて材料の板幅全面にわたる板厚歪が０．５以上となるような大圧下量の板厚プレスを行うことも可能ではあるが、板厚プレス時に過大な負荷が圧延機にかかる。例えば、軟鋼スラブを板厚２５０ｍｍ（又は２５６ｍｍ）から板厚１００ｍｍまで鍛造する場合について発明者らが試算したところによると、圧延機に対して単位幅（１ｍｍ）あたりの荷重（幅荷重）で約５トンという過大な負荷がかかることになる。これを幅１ｍの熱延スラブにあてはめて換算すると約５０００トンもの荷重が発生し、プレス圧延機に非常に大きな負荷がかかる。このような過大な負荷の下で使用されるとプレス圧延機の故障頻度が高くなり、その寿命が短くなる。
【０００７】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は板厚プレス等の、入り側テーパ部および略平行部からなる主加工面を持つ金型を用いた熱間スラブの鍛造において、所望の先進量ＦＷを確保するとともに、金型と材料との間での滑り発生頻度を低減することができ、かつ、プレス圧延機にかかる負荷を低減することができる板厚プレス方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る板厚プレス方法は、少なくとも入り側テーパ部と平行部からなる主加工面を持つ金型を用いて熱間スラブを鍛造する際に、金型の平行部のみに潤滑剤を供給して熱間スラブと金型との間の摩擦係数を低減することを特徴とする。
【０００９】
材料２を板厚プレスする際に先進量ＦＷが大きいと、プレス回数が少なくなり、より効率的である。この先進量ＦＷは金型１と材料２との間の摩擦係数に強く依存する。本発明では金型平行部１３のみに潤滑剤を供給するので、テーパ部１１において必要な摩擦力が発生し、材料２に滑りを生じることなく、先進量ＦＷは増大する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について説明する。
【００１１】
発明者らは、潤滑剤の供給部位を種々変えることにより摩擦係数を様々に変え、荷重低減効果および先進量ＦＷの変化について実験的に調査した。すなわち、金型平行部１３のみに潤滑剤を供給する場合と、金型テーパ部１１のみに潤滑剤を供給する場合と、金型全面１１〜１３に潤滑剤を供給する場合とにつきそれぞれ荷重および先進量ＦＷを測定した。その結果を表１に示す。なお、表１中にて先進量比はＦＷ／（ＦＷ＋ＲＷ）により与えられる指数である。ちなみに同一プレス条件下では（ＦＷ＋ＲＷ）の値はほとんど一定である。
【００１２】
表１から明らかなように、金型テーパ部１１の潤滑による荷重低減効果が大きいが、平行部１３のみの潤滑でも効果がある。また、先進量ＦＷは金型テーパ部１１を潤滑すると低下するが、金型平行部の潤滑ではほとんど変わらないことが判明した。
【００１３】
【表１】
0004172083.tif 000002
【００１４】
この理由はプレスによる面圧が金型接触面の長手方向に分布しているためと推定される。そこでスラブ法を用いた解析により長手方向面圧分布を求めた。その結果を図４（ａ）〜（ｄ）にそれぞれ示す。
【００１５】
図４の（ａ）は金型のテーパ部のみに潤滑剤を供給した場合（比較例の方法）と無潤滑の場合とにつきプレス時における面圧分布を比較して示す特性線図であり、図４の（ｂ）は金型の平行部のみに潤滑剤を供給した場合（本発明方法）と無潤滑の場合とにつきプレス時における面圧分布を比較して示す特性線図であり、図４の（ｃ）は金型の全面に潤滑剤を供給した場合（従来の方法）と無潤滑の場合とにつきプレス時における面圧分布を比較して示す特性線図である。なお、プレス圧力条件は金型の出側で約８ｋｇｆ／ｍｍ2（面圧力）とした。また、平行部１３に対するテーパ部１１の傾斜角θを１２°とした。また、材料の送り量ＳＤは４００ｍｍとした。
【００１６】
図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、面圧は材料入り側テーパ部で増加する。そして金型平行部側の中央からテーパ部寄りのところで最大値となり、この箇所で材料速度が金型速度と一致する、いわゆる中立点となる。この中立点から材料出側では面圧は徐々に低下する。面圧の増加の仕方はテーパ部１１ではなだらかであるが平行部１３では急峻である。そしていずれも摩擦係数が低いほうが増加度合いが小さくなる。一般的なテーパ角θ（１０°〜１５°）では金型テーパ部１１の接触長は平行部１３の接触長よりも長くなる。
【００１７】
一般的な金型１ではテーパ部１１との接触長が平行部１３のそれよりも大きくなるため、金型テーパ部１１での摩擦係数を変化させた時の面圧の変化量が大きくなるが、この場合には図４（ａ）に示すように中立点が出側に移動し、先進量ＦＷが小さくなる。一方、金型平行部１３の摩擦係数を低減させた時は面圧分布が若干小さくなり、図４（ｂ）に示すように中立点の位置はあまり変化しないということが判明した。
【００１８】
次に、発明者らは、板厚プレス時における材料の滑り発生について調査を行った。その結果、材料の滑りは金型１と材料２との接触が開始した時に発生し、ある程度まで圧下が進んだ状態では材料２は滑りを生じなくなることが判明した。
【００１９】
板厚プレスでは金型テーパ部１１によりプレスした面を、次工程以降において金型平行部１３によりプレスすることにより材料進行方向とほぼ平行に鍛造することになる。このため、金型１と材料２との接触開始箇所は、圧下量（Ｈ−ｈ）や送り量ＳＤ、あるいは金型テーパ角θに応じて種々変わることになる。
【００２０】
図１は、接触開始面がテーパ部１１であるときの、接触開始時点で金型１に作用する種々の力を記入した模式図である。図中にて記号Ｐは金型１を材料２に押し付ける圧下力、記号Ｎは材料（スラブ）２から金型１に作用する反力、記号ｆは材料２と金型１との間に生じる摩擦力にそれぞれ相当する。金型１が材料２の滑りを生じることなくプレス鍛造を続けるためには、摩擦力ｆが圧下力Ｐのテーパ方向分力Ｐ‖と等しくなければならない。この場合に、テーパ方向分力Ｐ‖が最大静止摩擦力μＮを超えると、金型１に対して材料２がスリップし始める。ここで、材料２がスリップしない条件を、材料と金型間の摩擦係数μおよびテーパ角θを用いてあらわすと下式（１）の関係が成り立つ。
【００２１】
μ≧ｔａｎθ        …（１）
熱間鍛造では鍛造面の荒れのため材料２と金型１との接触状態が悪く、さらに鍛造面にスケールが発生するため材料２と金型１との間の摩擦係数μは低いものとなる。従って接触開始面が金型テーパ部１１である場合はスリップ発生の可能性がある。
【００２２】
テーパ角θが１５°以下であり、かつ圧下量（Ｈ−ｈ）が大きい場合あるいは材料２の送り量ＳＤが小さい場合には、金型テーパ部１１で鍛造した材料面を、次工程のプレス鍛造でも金型テーパ部１１から接触させる場合が多く、スリップ発生の可能性はある。しかし接触開始面でない金型平行部の摩擦係数を低下させてもスリップ発生頻度は変わらない。
【００２３】
一方、金型１と材料２との接触開始面が金型平行部１３であるときは、圧下力の入側方向分力（テーパ方向分力Ｐ‖）が働かないため、金型平行部１３を潤滑してもスリップは発生しないのは当然である。なお、この場合には接触開始面でない金型テーパ部１１を潤滑してもかまわない。
【００２４】
また、発明者らの実験では、金型テーパ部１１が５°程度の傾斜まではスリップは発生しなかった（圧下力の入側方向分力が小さいためと推定される）。したがって金型の遷移領域１２については、テーパ角θが５°以内の部分であれば潤滑してもよい。
【００２５】
なお、本発明は板厚プレスのみにとどまるものではなく、少なくとも入側テーパ部と平行部からなる金型を用いた熱間材料の鍛造（たとえばサイジングプレスなど）において一般的に使用可能であることは言うまでもない。
【００２６】
なお、熱間スラブの鍛造に用いる潤滑剤は、プレス時における金型／スラブ間の摩擦係数を低減させる特性を有するものであればよく、例えば黒鉛、二硫化モリブデン、あるいはグラファイト等の固体潤滑剤を鉱物油（グリース）と混合した混合物などを用いる。なお、摩擦係数を調整するために金型表面に溝などを形成する表面加工を施すと、スラブの表面に疵を生じる原因となるため望ましくない。
【００２７】
潤滑剤の金型への塗布方法についても、プレスの最中に材料と金型が離間した間隙にスプレー式で塗布する、あるいはスラブとスラブのあいだのアイドリング時に塗布するなどさまざまな方法が考えられるが金型と材料間の平行部摩擦係数を低下させるに充分な潤滑剤が塗布出来れば方法は問わない。
【００２８】
上記実施例によれば、表１に示すように、平行部１３のみの潤滑を行っても材料２の滑りは発生せず、荷重は約１０％も低減できる一方で、先進量ＦＷはほとんど変わらないために熱間スラブを効率的に板厚プレスすることができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、少なくとも入り側テーパ部と平行部からなる主加工面を持つ金型を用いて熱間スラブを鍛造する際に、金型の平行部のみに潤滑剤を供給して熱間スラブと金型との間の摩擦係数を低減することにより、熱間スラブの滑り発生頻度を高めることなく、プレス荷重を低減させることができ、かつ所望の先進量ＦＷを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る板厚プレス方法を説明するために被圧延材、金型、潤滑剤供給ノズルの関係を模式的に示す概略構成図。
【図２】熱間スラブの板厚プレス鍛造に用いられる金型を示す図。
【図３】（ａ）はｎパス目のプレス前の状態を示す金型とスラブを示す模式図、（ｂ）はｎパス目のプレス中の状態を示す金型とスラブを示す模式図、（ｃ）は（ｎ＋１）パス目のプレス前の状態を示す金型とスラブを示す模式図。
【図４】（ａ）は金型のテーパ部のみに潤滑剤を供給した場合（比較例の方法）と無潤滑の場合とにつきプレス時における面圧分布を比較して示す特性線図、（ｂ）は金型の平行部のみに潤滑剤を供給した場合（本発明方法）と無潤滑の場合とにつきプレス時における面圧分布を比較して示す特性線図、（ｃ）は金型の全面に潤滑剤を供給した場合（従来の方法）と無潤滑の場合とにつきプレス時における面圧分布を比較して示す特性線図、（ｄ）は金型のプロファイルを模式的に示す図である。
【符号の説明】
１…金型、１１…テーパ部、１２…遷移領域、１３…平行部、
２…熱間スラブ、
３…潤滑剤供給ノズル。
【図１】
0004172083.tif 000003
【図２】
0004172083.tif 000004
【図３】
0004172083.tif 000005
【図４】
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