(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被鍛造材に対し、その軸に直角の複数方向からの金敷による同時圧下動作と、その軸方向への移動動作とを交互に繰り返し加えて、前記被鍛造材をその軸方向に鍛伸する鍛造方法において、前記被鍛造材は熱間工具鋼であり、前記圧下を６０〜１７０回／分、１パス当たりの減面率を１５〜３３％、前記被鍛造材の挿入側での送り速度を２．５〜６．８ｍ／分の範囲とすることを特徴とする熱間工具鋼の鍛造方法。
【請求項２】
請求項１の熱間工具鋼の鍛造方法に引き続いて、圧下を１７０を越え２４０回／分以下、１パス当たりの減面率を２〜１８％、被鍛造材の挿入側での送り速度を２．５〜９ｍ／分の範囲として鍛造を継続することを特徴とする熱間工具鋼の鍛造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被鍛造材に対し、その軸に直角の複数方向からの金敷による同時圧下動作と、その軸方向への移動動作とを交互に繰り返し加えて、前記被鍛造材をその軸方向に鍛伸する所謂高速鍛造法の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鍛造方法として、鍛造ハンマ、鍛造プレスによる自由鍛造の方法が一般に用いられてきた。これらの方法は、所定の温度に加熱した被鍛造材を、固定の下金敷と昇降可能な上金敷との一対の金敷間で繰り返し圧下するものであった。これら従来の方法では、ＳＰＭ（槌打回数／分）が低いため、鍛造能率が低い、鍛造加工中の温度低下のため、一般には再加熱を必要とする等の問題があった。
【０００３】
上記従来の鍛造方法に対して、棒状等の被鍛造材に対し、その軸に直角の複数方向からの金敷による同時圧下動作と、その軸方向への移動動作とを交互に高頻度で繰り返し加えて、前記被鍛造材をその軸方向に鍛伸する鍛造方法が提案され実用化されている。該高速鍛造法は、鍛造能率が高く、またＳＰＭしたがって時間当たりの鍛造加工熱（鍛造時の機械的エネルギが被鍛造材中で変換された熱量）が、大きいので加工中の冷却による温度低下が緩和され（または温度上昇する場合もある）、再加熱の必要性が解消または低減される利点がある。
【０００４】
特許第２５７０８０８号は、高速鍛造法による工具鋼の鍛造方法を提案しており、それによると、被鍛造材が冷間工具鋼では、１パス当たりの減面率を２０〜３０％、送り速度を７〜１０ｍ／分、高速度工具鋼では、１パス当たりの減面率を２８〜４０％、送り速度を５〜８ｍ／分とするとしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者の調査では一般的な機械式鍛造方法では、そのＳＰＭは２００〜３００回／分またはその前後程度と比較的高いものであった。このため、冷間工具鋼および高速度工具鋼とも、鍛造効果が、丸断面の被鍛造材でいえばその半径の１／２の付近に集中する傾向があり、特に材料中心（半径０）部の材質改善効果が不足し易いことがサンプルテストで確認され、また鍛造加工熱による過度な昇温（過熱）が上記集中部に生じ易いことが推定された。
上記の材質改善効果の不足および過熱が生じ易い点は被鍛造材が熱間工具鋼であっても同様である。
【０００６】
本発明は、▲１▼鍛造効果が、特定部へ集中するのが緩和されて全断面により平均的に及び、よって材料中心部の材質改善効果が向上され、また局部的な過熱が抑制されつつ、能率的な鍛伸を目指す一方で、鍛造の初期であって鋳造組織が未だ十分破壊されていない脆性段階の材料においても疵の発生を防止可能な熱間工具鋼の高速鍛造方法、および▲２▼該鍛造方法に引き続いて、真円度等高い寸法精度を維持しつつ能率的仕上げを可能とする熱間工具鋼の高速鍛造方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記それぞれの課題に対して、ＳＰＭ、１パス当たり減面率および送り速度の適切な組み合わせを実験結果から導き出してなされたものである。
本第１発明は、被鍛造材に対し、その軸に直角の複数方向からの金敷による同時圧下動作と、その軸方向への移動動作とを交互に繰り返し与えて、前記被鍛造材をその軸方向に鍛伸する鍛造方法において、前記被鍛造材は熱間工具鋼であり、前記圧下を６０〜１７０回／分、１パス当たりの減面率を１５〜３３％、前記被鍛造材の挿入側での送り速度を２．５〜６．８ｍ／分の範囲とすることを特徴とする工具鋼の鍛造方法である。
【０００８】
また、本第２発明は、請求項１の熱間工具鋼の鍛造方法に引き続いて、圧下を１７０を越え２４０回／分以下、１パス当たりの減面率を２〜１８％、被鍛造材の挿入側での送り速度を２．５〜９ｍ／分の範囲として鍛造を継続することを特徴とする熱間工具鋼の鍛造方法である。
【０００９】
高速鍛造法において、過熱の危険性は、１パス当たりの減面率と送り速度（該速度が大きいと、加工局部からその周辺や金敷への鍛造加工熱の熱伝導が制限され、また金敷との摩擦熱も増加する）の積にほぼ比例すると考えられる。
また該鍛造法では、通常、適当な１パス当たりの減面率による多数回のパスを繰り返すことで、必要な鍛練成形比を確保しており、また金敷は、汎用性の点から作業面を平面で構成して、丸断面材の成形は多角形で近似させているから、その真円度は多角形の角数を増加することで向上し、また平材の厚み寸法精度は、被鍛造材の単位送り長さ当たりの打撃回数の増加で鍛造装置の剛性を補うようにしている。
【００１０】
本第１発明において、ＳＰＭを６０〜１７０回／分と比較的低く、かつ１パス当たりの減面率を３３％までと比較的大きく設定したことにより、鍛造効果が断面の全般により平均的に及び、したがって、材料の中心部の材質改善効果の不足や鍛造加工熱の特定部への集中が防止される。
しかし、１パス当たりの減面率を大きくしたことによる過熱の傾向を抑制するため、送り速度は比較的低く設定されている。
【００１１】
本第１発明において、ＳＰＭを低く設定する理由は、前記のように、１パス当たりの減面率を大きく設定することとの組合わせにより、鍛造効果を全断面により平均的に及ぼさせるためであり、ＳＰＭが１７０回／分を越えると、中心部への鍛造効果の不足、特定部の過熱による結晶粒の粗大化等の内部欠陥を生じ易くなり、一方６０回／分未満では、鍛造作業能率が低下するとともに、材料温度の低下により疵が発生し易くなる。
【００１２】
また、上記本第１発明において、１パス当たりの減面率が３３％越えると、へげ疵の発生、局部加工歪が塑性加工の限界を超えることによる疵の発生や過熱による結晶粒の粗大化等の内部欠陥の原因となり易く、また、１パス当たりの減面率が１５％未満では、鍛造能率の低下、材料温度の低下による疵の発生、ＳＰＭを低くしたとはいえ中心部の鍛造効果不足による内部欠陥等の原因となる。
また、挿入側での送り速度が６．８ｍ／分を越えると、過熱による結晶粒の粗大化等の内部欠陥の原因となり、送り速度が２．５ｍ／分未満では、作業能率が低下し、また材料温度低下により疵の原因となる。
本第１発明において、１パス当たりの減面率が低い領域や、送り速度が低い領域は、鍛造の初期であって鋳造組織が未だ十分破壊されていない脆性段階の材料や、材料直径が大きく冷却が比較的緩慢な材料にそれぞれ有効な領域である。
【００１３】
次に、本第２発明は、第１発明の鍛造方法に引き続いて、寸法精度の向上を図る等仕上げパスを主対象としており、ＳＰＭを高くすることで、多角形の角数増加による真円度向上や材料送り量当たりの打撃回数増加による平材等の高い厚み寸法精度と、送り速度したがって仕上げ鍛造能率とを両立可能とするものである。
一方、１パス当たりの減面率は、ＳＰＭを高くすることと、送り速度を高くすることによる断面の特定部の過熱回避のため、および鍛造装置の能力の点から、逆に低くすべきである。
なお、この発明は仕上げパスを主対象とするから、低い１パス当たりの減面率としてよい。
【００１４】
該仕上げ鍛造等としてのパスにおいて、ＳＰＭが２４０回／分を越える領域は、実験で確認されていない領域であり、一方、ＳＰＭが１７０回／分以下では、真円度等の高い寸法精度と高い鍛造作業能率とを両立さることが困難となる。
このパスは、主に真円度等の寸法精度を高く維持しつつ、能率的な仕上げ鍛造を可能とせんとするものであり、１パス当たりの減面率は、これを高くする意義は少なく、本発明では寸法精度や送り速度との両立性の点から１８％以下とした。なお、下限の２％は、丸断面材の仕上げパスにおける実質的最少の減面率である（金敷の圧下側死点の設定位置をその直前のパスのままとし、１２角形断面を３６角形断面に仕上げした場合）。
挿入側での送り速度が９ｍ／分を越える領域の作業を可能とするためには、ＳＰＭを高くしたとしても長さ方向に過度に長い金敷が必要で、経済的に不利となる。送り速度が、２．５ｍ／分未満では、作業能率が低下し、実用性が低下する。
【００１５】
図１に、前述の提案の冷間工具鋼および高速度工具鋼に係る発明と、本第１および第２の各発明について、１パス当たりの減面率と送り速度との関係を示す。図１によると、本第１発明は、前記のようにＳＰＭが低く、前記提案の冷間工具鋼に係る発明に対して、送り速度では明かに低く、１パス当たりの減面率では高い領域から低い領域にまで及んでおり、提案の高速度工具鋼に係る発明に対しては、一部重複部分があり、１パス当たり減面率と送り速度とも全般に低い。
この対比から、本第１発明は、▲１▼比較的大きな１パス当たりの減面率と比較的低いＳＰＭとにより、鍛造効果を断面の全般により平均的に及ぼしつつ、大きい１パス当たりの減面率の見返りに送り速度を低くする点、および鍛造の初期の脆性段階の材料を視野に入れた点とが端的に表れている。
なお、本第２発明は、前記提案の冷間工具鋼および高速度工具鋼に係る発明に対して１パス当たりの減面率が低い関係である。
【００１６】
本発明に係る熱間工具鋼の対象組成としては、ＪＩＳ  Ｇ  ４４０４：１９８３の、主として熱間金型用とされているＳＫＤ４〜６、６１、６２、７，８、ＳＫＴ３、４の他、下記の組成のものが含まれる。
Ｃ：０．１〜０．６％、Ｓｉ：３．０％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｃｒ：１．２〜１７％、ＷとＭｏの１種または２種をＷ／２＋Ｍｏで０．２〜５％、Ｖ：０．０５〜３％を含み、またはさらに、ＲＥＭ：０．００１〜０．５％、Ｍｇ：０．００５〜０．３％以下、Ｃｕ：０．１〜３％、Ｂ：０．００５〜０．２％、Ａｌ：０．０１〜０．５％、Ｎｉ：０．２〜６％、Ｃｏ：０．１〜８％、Ｎｂ：０．０１〜２％、Ｔｉ：０．０１〜２．０％、Ｚｒ：０．０１〜２．０％のうち１種または２種以上からなるクループと、Ｓ：０．２％以下、Ｐｂ：０．４％以下、Ｓｅ：０．３％以下、Ｂｉ：０．０５％以下、Ｔｅ：０．３％以下、Ｃａ：０．００２〜０．０１％のうち１種または２種以上からなるクループの、１種または２種のクループを含有し、残部Ｆｅ及び不純物からなるもの。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（実施例および比較例）
被鍛造材として、ＪＩＳ  ＳＫＤ６１相当鋼であるＣ：０．３８％、Ｓｉ：１．０％、Ｍｎ：０．４％、Ｃｒ：５．２％、Ｍｏ：１．４％、Ｖ：０．８％、残部Ｆｅ及び不純物からなる丸断面の熱間工具鋼材を加熱炉で１１００℃に加熱し、金敷を４個有する高速四面鍛造機により鍛造した。
ＳＰＭは７５〜１５０回／分、１打当たりの被鍛造材の自転角度は約３０度とし、鍛造スケジュールは表１に示すものとした。但し、送り速度は挿入側の値であり、また本発明実施例は、仕上パスを有するものと有しないものの各２種とし、該仕上げパスは、ＳＰＭ：２１４回／分、１パス当たりの減面率：約２％、送り速度：４．３ｍ／分、１打当たりの被鍛造材の自転角度１０度とする１パスとした。
【００１８】
各鍛造材について、表面品質と内部欠陥について調査した結果を表１に示す。該表によると、本発明の実施例１および３の材料は、表面疵がなく、内部は過熱による欠陥の発生が抑制されている。また本発明の実施例１および３の材料の中心部のミクロ検鏡の結果、中心部のミクロ品質が前記サンプルテストでの結果に比し、明かに改善されていることが確認された。
【００１９】
【表１】
0004228328.tif 000002
【００２０】
前記実施例２および４の表面は、１打当たりの被鍛造材の自転角度１０度とする仕上げパスによって疵のない３６角形断面に成形できた。
【００２１】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明は、ＳＰＭ、１パス当たり減面率および送り速度の適切な組み合わせを実験結果から導き出してなされたものであり、本発明により、熱間工具鋼に対して、鍛造効果が、特定部へ集中するのを緩和して全断面により平均的に及び、能率的な鍛伸を可能とする高速鍛造方法、および高い寸法精度を維持しつつ、能率的な仕上げ鍛伸を可能とする高速鍛造方法が確立された。
【図面の簡単な説明】
【図１】 公知の提案の冷間工具鋼および高速度工具鋼に係る発明と、本発明について、ＳＰＭ、１パス当たりの減面率および送り速度の関係を示した図である。
【図１】
0004228328.tif 000003