(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリフォームを製造するステップ（Ｓ１）と、
前記プリフォームからＩ段砂時計型モジュールを製造するステップ（Ｓ２）と、
前記Ｉ段砂時計型モジュールを加熱した後に、高さ方向に沿った据え込み変形と鍛造間保温とを施すことにより、中間素材を製造するステップ（Ｓ３）と、
前記中間素材からＩＩ段砂時計型モジュールを製造するステップ（Ｓ４）と、
前記ＩＩ段砂時計型モジュールを加熱した後に、高さ方向に沿った据え込み変形と鍛造間保温とを施すことにより、半製品を製造するステップ（Ｓ５）と、
前記半製品を環状鍛造品に製造加工するステップ（Ｓ６）と、を含む、大型環状鍛造品の製造プロセス。
【請求項２】
ステップ（Ｓ４）〜（Ｓ５）を複数回繰り返して、前記中間素材から多段砂時計型モジュールを製造し、次に半製品を製造することができることを特徴とする、請求項１に記載の大型環状鍛造品の製造プロセス。
【請求項３】
ステップ（Ｓ１）において、前記プリフォームは、鋳造素材、鍛造素材又は圧延素材である基材を構築し、封止溶接し、鍛造して得られるものであり、又は、鍛造素材を機械加工方式で直接製造して得られるものであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の大型環状鍛造品の製造プロセス。
【請求項４】
ステップ（Ｓ２）において、前記プリフォームから錐台形状要素を製造した後、２つの前記錐台形状要素の小面を重ね合わせて真空電子ビーム溶接を行い、前記Ｉ段砂時計型モジュールを製造し、
ステップ（Ｓ４）において、前記中間素材から錐台形状要素を製造した後、２つの前記錐台形状要素の小面を重ね合わせて真空電子ビーム溶接を行い、前記ＩＩ段砂時計型モジュールを製造することを特徴とする、請求項１又は２に記載の大型環状鍛造品の製造プロセス。
【請求項５】
前記錐台形状要素は、円錐台形状又は四角錐台形状であってよく、２つの前記錐台形状要素の中間界面が滑らかに遷移することを特徴とする、請求項４に記載の大型環状鍛造品の製造プロセス。
【請求項６】
前記真空電子ビーム溶接の溶接深さは、２０ｍｍ〜５０ｍｍであることを特徴とする、請求項４に記載の大型環状鍛造品の製造プロセス。
【請求項７】
ステップ（Ｓ２）及び（Ｓ４）において、前記砂時計型モジュールのアスペクト比は、１〜３の間にあることを特徴とする、請求項１又は２に記載の大型環状鍛造品の製造プロセス。
【請求項８】
ステップ（Ｓ３）及び（Ｓ５）において、前記砂時計型モジュールに対して据え込み変形を施す圧下量は、素材全高の３０％〜５５％であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の大型環状鍛造品の製造プロセス。
【請求項９】
ステップ（Ｓ３）及び（Ｓ５）において、据え込んだ後の素材に対して高温拡散接続を施し、加熱温度が１２００℃以上であり、均熱した後の保温時間が１２時間以上であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の大型環状鍛造品の製造プロセス。
【請求項１０】
ステップ（Ｓ６）において、据え込み、打ち抜き、穴拡げ及び平坦化工程により、前記半製品を環状鍛造品に製造加工することを特徴とする、請求項１又は２に記載の大型環状鍛造品の製造プロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料の製造方法に関し、具体的には、大型環状鍛造品の製造プロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
人間社会の発展の歴史は、ある意味では、材料の使用と開発の歴史である。社会の急速な発展に伴って、材料の製造及び加工に対する要求が高まっている。新しい材料及びその先進的な製造技術は、国家が産業のアップグレードをサポートする鍵になる。大型環状鍛造品を例にすると、それは、航空宇宙、石油、化学工業及び原子力発電所の大型容器に広く適用されており、その製造技術は、重大な設備の製造レベルを直接決定する。
【０００３】
従来の工業レベルでは、環状鍛造品に用いられるスチールインゴットは、ダイカストインゴット又はエレクトロスラグインゴットを用いて製造される。大型環状鍛造品は、一般的に組立溶接構造を採用する。組立溶接プロセスは、コストが高く、周期が長い。また、溶接継目位置は、鋳造組織であり、母材よりも遥かに性能が低く、製品の信頼性に影響を及ぼす。
【０００４】
安全で信頼性が高く経済的な設計の要求を満たすために、低コストで短周期の新しい大型環状鍛造品の製造プロセスを開発する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、大型環状鍛造品の製造に対して、より安全で、信頼性が高く経済的な製造プロセス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】
【０００６】
本発明の技術的解決手段は、以下のとおりである：
大型環状鍛造品の製造プロセスは、
プリフォームを製造するステップ（Ｓ１）と、
プリフォームからＩ段砂時計型モジュールを製造するステップ（Ｓ２）と、
Ｉ段砂時計型モジュールを加熱した後に高さ方向に沿った据え込み変形と鍛造間保温を施すことにより、中間素材を製造するステップ（Ｓ３）と、
中間素材からＩＩ段砂時計型モジュールを製造するステップ（Ｓ４）と、
ＩＩ段砂時計型モジュールを加熱した後に高さ方向に沿った据え込み変形と鍛造間保温を施すことにより、半製品を製造するステップ（Ｓ５）と、
半製品から環状鍛造品を製造加工するステップ（Ｓ６）と、を含む。
【０００７】
さらに、上記大型環状鍛造品の製造プロセスにおいて、該プロセスは、ステップ（Ｓ４）〜（Ｓ５）を複数回繰り返して、中間素材から多段砂時計型モジュールを製造し、次に半製品を製造することができる。
【０００８】
さらに、上記大型環状鍛造品の製造プロセスにおいて、ステップ（Ｓ１）に記載のプリフォームは、鋳造素材、鍛造素材又は圧延素材という基材を構築し、封止溶接し、鍛造して得られるものであり、又は鍛造素材を機械加工方式で直接製造して得られるものである。
【０００９】
さらに、上記大型環状鍛造品の製造プロセスにおいて、ステップ（Ｓ２）において、前記プリフォームから錐台形状要素を製造した後、２つの錐台形状要素の小面を重ね合わせて真空電子ビーム溶接を行い、Ｉ段砂時計型モジュールを製造し、ステップ（Ｓ４）において、前記中間素材から錐台形状要素を製造した後、２つの錐台形状要素の小面を重ね合わせて真空電子ビーム溶接を行い、ＩＩ段砂時計型モジュールを製造する。前記錐台形状要素は、円錐台形状又は四角錐台形状であってよく、２つの錐台形状要素の中間界面が滑らかに遷移する。
【００１０】
さらに、上記大型環状鍛造品の製造プロセスにおいて、前記真空電子ビーム溶接の溶接深さは、２０〜５０ｍｍである。
【００１１】
さらに、上記大型環状鍛造品の製造プロセスにおいて、ステップ（Ｓ２）及び（Ｓ４）において、前記砂時計型モジュールのアスペクト比は、１〜３の間にある。
【００１２】
さらに、上記大型環状鍛造品の製造プロセスにおいて、ステップ（Ｓ３）及び（Ｓ５）において、砂時計型モジュールに対して据え込み変形を施す圧下量は、素材全高の３０〜５５％である。
【００１３】
さらに、上記大型環状鍛造品の製造プロセスにおいて、ステップ（Ｓ３）及び（Ｓ５）において、据え込んだ後の素材に対して高温拡散接続を施し、加熱温度が１２００℃以上であり、均熱した後の保温時間が１２時間以上である。
【００１４】
さらに、上記大型環状鍛造品の製造プロセスにおいて、ステップ（Ｓ６）において、据え込み、打ち抜き、穴拡げ、平坦化工程により、半製品を環状鍛造品に製造加工する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の有益な効果は、以下のとおりである：
本発明に係る大型環状鍛造品の製造プロセスは、プレフォームから砂時計型モジュールを製造し、砂時計型構築素材のため、据え込み中の変形を界面位置に集中させ、表面の引張応力の発生を回避し、素材に均一に大きな圧縮応力を与え、素材表面の引張応力状態を著しく改善することができる。また、砂時計型素材の最小断面積が小さく、鍛造に必要な圧力を効果的に低減することができる。本発明のプロセスにより製造される大型環状鍛造品は、組立溶接プロセスにより製造される構造よりも材料を約３０％節約し、製造周期を約５０％短縮し、総合的に製造コストを約１５％低減する。また、本発明で製造される環状鍛造品は、性能の変動性が小さく、強度が３０〜５０ＭＰａの範囲に変動し、衝撃靭性が５０〜７０Ｊの範囲に変動し、そのサービスの安全性と信頼性を大幅に向上させる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の大型環状鍛造品の製造プロセスのフロー図である。
【図２】本発明の実施例１の環状鍛造品の製造フロー概略図である。
【図３】本発明の実施例２の環状鍛造品の製造フロー概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面及び実施例を参照しながら本発明を詳細に説明する。
【００１８】
図１に示すように、プロセス全体から説明すると、本発明に係る異形金属の構築成形方法は、プリフォームを製造するステップ（１）と、プリフォームからＩ段異形モジュール（砂時計型モジュール）を製造するステップ（２）と、Ｉ段異形モジュールを加熱した後に高さ方向に沿った据え込み変形と鍛造間保温を施すことにより、中間素材を製造するステップ（３）と、中間素材からＩＩ段異形モジュール（砂時計型モジュール）を製造するステップ（４）と、ＩＩ段砂時計型モジュールを加熱した後に高さ方向に沿った据え込み変形と鍛造間保温を施すことにより、半製品を製造するステップ（５）と、半製品を環状鍛造品に製造加工するステップ（６）と、を含む。
【００１９】
本発明は、半製品を製造する過程において、ステップ（４）〜（５）を複数回繰り返して、中間素材から多段異形モジュールを製造し、砂時計型モジュールの利点を十分に利用し、中間素材の体積と重量を続けて拡大し、最後に半製品を製造することができる。
【００２０】
ステップ（１）に記載のプリフォームは、鋳造素材、鍛造素材又は圧延素材という基材を構築し、封止溶接し、鍛造して得られるものであり（具体的な方法は、２０１５１１０２６２７２．Ｘ「均質金属の構築成形方法」の説明を参照）、又は鍛造素材を機械加工方式で直接製造して得られるものである。
【００２１】
本発明の特徴の一態様は、ステップ（２）〜（５）の半製品製造過程に表現され、プレフォームから多段砂時計型モジュールを製造し、砂時計型構築素材のため、据え込み中の変形を界面位置に集中させ、表面の引張応力の発生を回避し、素材に均一に大きな圧縮応力を与え、素材表面の引張応力状態を著しく改善することができる。このため、本発明は、まず、前記プリフォーム又は中間素材から錐台形状要素を製造し、鍛造及び／又は機械加工の方式で錐台形状要素を製造することができる。そして、２つの錐台形状要素の小面を重ね合わせて真空電子ビーム溶接を行い、砂時計型モジュールを製造する。具体的な実施形態において、前記錐台形状要素は、円錐台形状又は四角錐台形状であってよい（他の錐台形状、例えば、六角錐台形状、八角錐台形状などであってよい）。砂時計型素材の最小断面積が小さいため、鍛造に必要な圧力を効果的に低減することができる。しかし、中間窪みが狭いと、鍛造過程においてしわ疵が発生し、中間窪みが広いと、鍛造圧力を低下させる作用が弱められる。このため、砂時計型素材を設計するとき、錐台形状要素の縦方向台形断面の下底辺と脚との夾角の大きさを考慮し、それを理想的な範囲にさせるべきである。また、中間界面での台形素材の折り畳みを回避するために、それを滑らかに遷移させ、２つの台形の境界での尖った角の発生を回避する。２つの錐台形状要素の接合は、真空電子ビーム溶接により実現され、まず被溶接面を加工し、洗浄し、次に、真空チャンバー内で被溶接素材の縁部に対して真空電子ビーム封止溶接を行い、真空電子ビーム封止溶接の溶接深さが２０〜５０ｍｍである。溶接後に形成された砂時計型モジュールのアスペクト比が１〜３の間にある。前記アスペクト比は、砂時計型モジュールの全高と円錐台の底面の直径（又は四角錐台の底面の辺長）との比を指す。
【００２２】
ステップ（２）〜（５）の半製品製造過程において、本発明のもう１つの特徴は、多段モジュール化製造プロセスを採用し、大型鍛造品を複数のモジュールに分けて構築することである。このようなプロセス方法は、材料を投入するときに複数の材料を投入し、生産効率を効果的に向上させ、工事期間を確保することができる。
【００２３】
ステップ（３）及び（５）の製造過程において、まず、素材を加熱し、最高加熱温度が１２００℃以上であり、次に、砂時計型素材に対して高さ方向に沿った据え込み変形を施し、加熱後の素材をプレス機の操作台上に置き、高さ方向に沿って据え込みを施し、据え込み変形の圧下量が素材全高の３０〜５５％である。そして、据え込んだ後の素材に対して高温拡散接続を施し、据え込んだ後の素材を加熱炉に戻して加熱し、加熱温度が１２００℃以上であり、均熱した後の保温時間が８時間以上である。
【００２４】
本発明の特徴のもう１つの様態は、ステップ（６）に表現され、据え込み、打ち抜き、穴拡げ、平坦化工程により、半製品を環状鍛造品に製造加工する。該方法は、コストが高く、周期が長いという従来の組立溶接プロセスの欠陥を克服し、溶接継目位置の性能が母材よりも遥かに低く、製品の信頼性に影響を及ぼすという問題を回避する。
【実施例１】
【００２５】
本実施例の目標製品は、大型環状鍛造品である。
【００２６】
ステップ１では、鋳造方式でスチールインゴットを取得し、スチールインゴットを加熱し、分塊鍛造してプリフォームを形成し、プリフォームの寸法が直径２１００ｍｍ、高さ１５００ｍｍであり、図２（ａ）に示すとおりである。
【００２７】
ステップ２では、プリフォームを鍛造する前に加熱し、最高加熱温度が１２００℃以上である。プリフォームを型鍛造して、Ｉ段錐台形状要素を形成し、図２（ｂ）に示すとおりである。
【００２８】
ステップ３では、Ｉ段錐台形状要素に対して真空電子ビーム溶接を行う。真空チャンバー内で、重ね合わせたＩ段錐台形状要素素材に対して真空電子ビーム封止溶接を行い、溶接深さが２０〜５０ｍｍであり、Ｉ段砂時計型モジュールを形成し、図２（ｃ）に示すとおりである。
【００２９】
ステップ４では、溶接されたＩ段砂時計型モジュールを鍛造する前に加熱し、最高加熱温度が１２００℃以上である。加熱後の素材をプレス機の操作台上に置き、素材の高さ方向を鉛直方向に沿わせる。高さ方向に沿って据え込みを施し、素材全高の３０〜５５％を圧下する。素材に対して高温拡散接続を施す。据え込んだ後の素材を加熱炉に戻して加熱し、加熱温度が１２００℃以上であり、均熱した後の保温時間が１２時間以上である。続いて、素材を球状化処理し、図２（ｄ）に示すとおりである。
【００３０】
ステップ５では、素材を鍛造する前に加熱し、最高加熱温度が１２００℃以上である。素材を型鍛造して、ＩＩ段錐台形状要素を形成し、図２（ｅ）に示すとおりである。
【００３１】
ステップ６では、ＩＩ段錐台形状要素に対して真空電子ビーム溶接を行う。真空チャンバー内で、重ね合わせたＩＩ段錐台形状要素素材に対して真空電子ビーム封止溶接を行い、溶接深さが２０〜５０ｍｍであり、ＩＩ段砂時計型モジュールを形成し、図２（ｆ）に示すとおりである。
【００３２】
ステップ７では、溶接されたＩＩ段砂時計型モジュールを鍛造する前に加熱し、最高加熱温度が１２００℃以上である。加熱後の素材をプレス機の操作台上に置き、素材の高さ方向を鉛直方向に沿わせる。高さ方向に沿って据え込みを施し、素材全高の３０〜５５％を圧下する。素材に対して高温拡散接続を施す。据え込んだ後の素材を加熱炉に戻して加熱し、加熱温度が１２００℃以上であり、均熱した後の保温時間が１２時間以上である。続いて、素材を球状化処理して半製品を製造し、図２（ｇ）に示すとおりである。
【００３３】
ステップ８では、半製品に対して据え込み、打ち抜き、穴拡げ、平坦化を施す。直径１６ｍのロールリング機で素材を最終寸法に加工し、図２（ｈ）に示すとおりである。
【００３４】
該実施例におけるステップ５〜７を繰り返して行い、中間素材から多段砂時計型モジュールを製造し、次に半製品を製造することができる。
【実施例２】
【００３５】
本実施例の目標製品は、大型環状鍛造品である。
【００３６】
ステップ１では、連続鋳造方式で製造されるステンレス鋼連続鋳造スラブを１１枚の仕様が１５００ｍｍ×１５００ｍｍ×２００ｍｍの素材に切り取る。各連続鋳造スラブの６つの面を機械加工し、被溶接面を洗浄して、新しい金属表面を露出させる。
【００３７】
ステップ２では、素材に対して真空電子ビーム溶接を行う。真空チャンバー内で、重ね合わせた素材の縁部に対して真空電子ビーム封止溶接を行い、溶接深さが２０〜５０ｍｍであり、溶接後の寸法が幅１５００ｍｍ、長さ１５００ｍｍ、高さ２２００ｍｍであり、図３（ａ）に示すとおりである。
【００３８】
ステップ３では、溶接された素材を鍛造する前に加熱し、最高加熱温度が１２００℃以上であり、加熱速度が１００℃／ｈ未満である。加熱後の素材をプレス機の操作台上に置き、素材の高さ方向を鉛直方向に沿わせる。高さ方向に沿って据え込みを施し、素材全高の３０〜５５％を圧下する。素材に対して高温拡散接続を施す。据え込んだ後の素材を加熱炉に戻して加熱し、加熱温度が１２００℃以上であり、均熱した後の保温時間が１２時間以上である。
【００３９】
ステップ４では、素材に対して三方向据え込みを施し、チャンファ、面取り及び機械加工処理を行い、プリフォームを形成し、図３（ｂ）に示すとおりである。
【００４０】
ステップ５では、プリフォームを鍛造する前に加熱し、最高加熱温度が１２００℃以上である。プリフォームを型鍛造して、Ｉ段錐台形状要素を形成し、図３（ｃ）に示すとおりである。
【００４１】
ステップ６では、Ｉ段錐台形状要素に対して真空電子ビーム溶接を行う。真空チャンバー内で、重ね合わせたＩ段錐台形状要素素材に対して真空電子ビーム封止溶接を行い、溶接深さが２０〜５０ｍｍであり、Ｉ段砂時計型モジュールを形成し、図３（ｄ）に示すとおりである。
【００４２】
ステップ７では、溶接された異形モジュールを鍛造する前に加熱し、最高加熱温度が１２００℃以上である。加熱後の素材をプレス機の操作台上に置き、素材の高さ方向を鉛直方向に沿わせる。高さ方向に沿って据え込みを施し、素材全高の３０〜５５％を圧下する。素材に対して高温拡散接続を施す。据え込んだ後の素材を加熱炉に戻して加熱し、加熱温度が１２００℃以上であり、均熱した後の保温時間が１２時間以上である。続いて、素材を球状化処理し、図３（ｅ）に示すとおりである。
【００４３】
ステップ８では、素材を鍛造する前に加熱し、最高加熱温度が１２００℃以上である。素材を型鍛造して、ＩＩ段錐台形状要素を形成し、図３（ｆ）に示すとおりである。
【００４４】
ステップ９では、ＩＩ段錐台形状要素に対して真空電子ビーム溶接を行う。真空チャンバー内で、重ね合わせたＩＩ段錐台形状要素素材に対して真空電子ビーム封止溶接を行い、溶接深さが２０〜５０ｍｍであり、ＩＩ段砂時計型モジュールを形成し、図３（ｇ）に示すとおりである。
【００４５】
ステップ１０では、溶接されたＩＩ段砂時計型モジュールを鍛造する前に加熱し、最高加熱温度が１２００℃以上である。加熱後の素材をプレス機の操作台上に置き、素材の高さ方向を鉛直方向に沿わせる。高さ方向に沿って据え込みを施し、素材全高の３０〜５５％を圧下する。素材に対して高温拡散接続を施す。据え込んだ後の素材を加熱炉に戻して加熱し、加熱温度が１２００℃以上であり、均熱した後の保温時間が１２時間以上である。続いて、素材を球状化処理して半製品を製造し、図３（ｈ）に示すとおりである。
【００４６】
ステップ１１では、半製品に対して据え込み、打ち抜き、穴拡げ、平坦化を施す。直径１６ｍのロールリング機で素材を最終寸法に加工し、図３（ｉ）に示すとおりである。
【００４７】
該実施例におけるステップ８〜１０を繰り返して行い、中間素材から多段砂時計型モジュールを製造し、次に半製品を製造することができる。
【００４８】
明らかに、当業者であれば、本発明の精神及び範囲から逸脱せずに、本発明に対して様々な修正及び変形を行うことができる。このように、本発明のこれらの修正及び変形が本発明の請求項及びその均等の技術の範囲に属すれば、本発明は、これらの修正及び変形も含むことが意図されている。
【図１】
0006913238.tif 000002
【図２】
0006913238.tif 000003
【図３】
0006913238.tif 000004