(57)【要約】【課題】  鋼素材の熱間による自由鍛造中の鋼素材の表面割れを防止する条件を満たす金敷を用いて自由鍛造する方法を提供する。【解決手段】  自由鍛造用の金敷１の上面２と側面５からなるコーナー４における曲面形状において、曲面形状の水平方向の幅をａとし、垂直方向の幅をｂとするとき、１．０≦ａ／ｂ≦１．５、および、ａ＞８０ｍｍの条件を共に満足する金敷１を使用することにより、鋼素材の自由鍛造時に発生する鍛造品の表面疵を減少させ、表面疵の極めて少ない鍛造製品を得ることができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自由鍛造用の金敷の上面と側面からなるコーナーの曲面形状の水平方向の幅をａとし、垂直方向の幅をｂとするとき、１．０≦ａ／ｂ≦１．５、および、ａ＞８０ｍｍの２つの条件を同時に満足する金敷を用いて鋼を自由鍛造することを特徴とする鋼の自由鍛造時に発生する表面疵の減少方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鋼の自由鍛造に関し、特に表面疵の発生防止に優れた金敷を使用して鋼を自由鍛造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鍛造には型鍛造と自由鍛造がある。型鍛造は３〜５ストロークで製品に仕上がるものが多いが、自由鍛造は製品断面積の４倍以上の断面積を持つ鋼塊から造り込みを行うので、製品に仕上げるまでに多くの時間を要する。このように、自由鍛造は製品に仕上げるまでの時間が長い。このために鍛造される鋼の温度低下が起こりやすい。ところで温度低下した鋼は変形抵抗が高くなるために、鍛造により表面疵が発生する。この発生した表面疵に対しては、鍛造を一時中断して、ガスバーナーにより発生した表面疵を溶削除去する。しかし、この方法では、表面疵を応急的に溶削除去できれば、鋼素材を所定の温度範囲内で鍛造することができるが、この溶削除去の処置が長引けば鋼素材の温度が低下し、再加熱が必要になる。このような問題があるため、溶削除去は時間的ロスを生み、製造費用の増加を招いていた。
【０００３】
一方、鋼素材を加熱しながら、鋼素材を所定温度範囲内に長く保って表面疵を防止するという方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、この方法の技術は鋼素材の表面の温度管理が難しく、過度の加熱による表面疵を発生させる場合もあった。
【０００４】
【特許文献１】特開平０２-３０３６４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のように、鋼を対象とした熱間自由鍛造は、鍛造中の表面疵に対して、一時中断しガスバーナーにて溶削除去せざる得ない状態にあり、その場合は再加熱が必要である。このような問題があるために、時間的ロスを生み、製造費用の増加を招いていた。そこで、本発明が解決しようとする課題は、鋼素材の熱間による自由鍛造中の鋼素材の表面割れを防止する条件を満たす金敷を用いて自由鍛造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため本発明の手段は、自由鍛造用の金敷１の上面２と側面３からなるコーナー４の曲面形状の水平方向の幅をａとし、垂直方向の幅をｂとするとき、１．０≦ａ／ｂ≦１．５、および、ａ＞８０ｍｍを共に満足する金敷１を使用することにより、鋼素材の自由鍛造時に発生する鍛造品の表面疵を減少させる方法である。
【発明の効果】
【０００７】
以上の手段のコーナーの曲面形状の条件を満足する自由鍛造用の金敷を使用することにより、金敷のコーナーの曲面形状において発生する自由鍛造中の表面疵が防止でき、溶削や旋削などによる表面疵除去のための時間的ロスを最小限に抑えて効率的に表面疵の極めて少ない鍛造製品を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の自由鍛造用の金敷１の上面２と側面３のコーナー４における曲面形状の求め方について、図１を参照して説明する。合金工具鋼として、例えば、０．５％Ｃ−２％Ｃｒ合金工具鋼を加工フォーマスターにより熱間据込試験を行った。この試験条件は操業終止温度を９００℃として任意の圧下率で行った。上記の熱間据込試験の結果、圧下率７０％の場合、鋼に小さな表面疵が確認され、圧下率７０％を超える場合は、鋼素材の表面疵が大きくなることを確認した。なお、本発明における圧下率とは、高さＨの素材を据込むことにより高さｈになった場合、１００（Ｈ−ｈ）／Ｈで求まる値である。
【０００９】
上記の９００℃で圧下率７０％という条件を、Ｃｏｃｋｃｒｏｆｔ−Ｌａｔｈａｍの式にあてはめることにより、ダメージ値１２４ＭＰａを算出した。この値を表面疵が発生する限界ダメージ値とした。ここで、Ｃｏｃｋｃｒｏｆｔ−Ｌａｔｈａｍの式とは、ダメージ値＝∫σmaxｄεeq、で表され、σmaxとεeqはＦＥＭ（有限要素法）シミュレーションにより求めることができる。ただし、上記の式において、σmaxは最大主応力で、εeqは相当ひずみを示す。
【００１０】
次に金敷１によるダメージ値をＣｏｃｋｃｒｏｆｔ−Ｌａｔｈａｍの式で、下記の表１の条件で算出し、前述のダメージ値を１２４ＭＰａと比較して金敷１の適否を評価した。この表１において、現状の金敷１のコーナー４の曲面形状は、曲面形状の水平方向の幅をａとし、曲面形状の垂直方向の幅をｂとするとき、ａ／ｂ＝１、ａ＝８０ｍｍであり、このときのダメージ値は１４９ＭＰａとなる。この値は限界ダメージ値を超えていることが確認された。その他にａの大きさを８０ｍｍ超とし、さらにａ／ｂの値を種々に替えた条件として、ダメージ値を計算により求め、限界ダメージ値を超えているかどうかを検討し、ダメージ値が表面疵の発生がないと計算されたものを〇とし、表面疵の発生があると計算されたものを×で表し、これらを表１にまとめた。これにより本願の請求項１に係る発明を求めることができる。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
そこで、表１の結果を実際の自由鍛造により以下の通り実施し、確認した。この場合、金敷１のコーナー４の曲面形状における水平方向の幅ａと垂直方向の幅ｂの比であるａ／ｂを０．５から２．３の範囲で変動させ、コーナー４の曲面形状の水平方向の幅ａを８０ｍｍから１８０ｍｍで変動させ、それぞれの金敷１について、１００回の自由鍛造を実施し、鍛造後に鍛造製品に発生した全表面の表面疵の個数を目視で測定し、これらを表２に平均表面疵個数としてまとめた。この場合の鍛造条件は合金工具鋼（例えば０．５％Ｃ−２％Ｃｒを含む）の素材を１０００〜１２００℃に加熱し、操業終止温度９００℃および圧下量７０〜１００ｍｍで自由鍛造を行った。
【００１３】
【表２】
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【００１４】
表２において、条件現状は、現在使用中の金敷１によるものであり、コーナー４の曲面形状の水平方向の幅ａと垂直方向の幅ｂとの比であるａ／ｂは１．０であり、水平方向の幅ａは８０ｍｍである。したがって、１．０≦ａ／ｂ≦１．５およびａ＞８０ｍｍの条件の内、ａ／ｂの条件は満足するが、水平方向の幅ａの条件は満たしておらず、この場合の表面疵の個数は１１．２個であった。
【００１５】
条件アでは、ａ／ｂは０．５であり、水平方向の幅ａは８０ｍｍである。したがって、１．０≦ａ／ｂ≦１．５およびａ＞８０ｍｍの条件の内、ａ／ｂの条件および水平方向の幅ａの条件を共に満たしておらず、この場合の表面疵の個数は２０．６個と現状の１１．２個よりも悪化した。
【００１６】
条件イでは、ａ／ｂは１．０であり、水平方向の幅ａは１８０ｍｍである。したがって、１．０≦ａ／ｂ≦１．５およびａ＞８０ｍｍの条件の内、ａ／ｂの条件および水平方向の幅ａの条件を共に満たしており、この場合の表面疵の個数は０．５個と現状の１１．２個よりも極めて少なく、極めて良好であった。
【００１７】
条件ウでは、ａ／ｂは１．５であり、水平方向の幅ａは１８０ｍｍである。したがって、１．０≦ａ／ｂ≦１．５およびａ＞８０ｍｍの条件の内、ａ／ｂの条件および水平方向の幅ａの条件を共に満たしており、この場合の表面疵の個数は０．３個と現状の１１．２個よりも極めて少なく、極めて良好であった。
【００１８】
条件エでは、ａ／ｂは２．３であり、水平方向の幅ａは１８０ｍｍである。したがって、１．０≦ａ／ｂ≦１．５およびａ＞８０ｍｍの条件の内、水平方向の幅ａの条件を満たしているが、ａ／ｂの条件を満たしておらず、表面疵の個数も１０．６個と現状の１１．２個とほぼ同等であった。
【００１９】
条件オでは、ａ／ｂは０．８であり、水平方向の幅ａは１００ｍｍである。したがって、１．０≦ａ／ｂ≦１．５およびａ＞８０ｍｍの条件の内、ａ／ｂの条件を満たしておらず、水平方向の幅ａの条件を満たしている。この場合の表面疵の個数は７．８個と現状の１１．２個から劇的に良くならなかった。
【００２０】
条件カでは、ａ／ｂは１．０であり、水平方向の幅ａは１００ｍｍである。したがって、１．０≦ａ／ｂ≦１．５およびａ＞８０ｍｍの条件の内、ａ／ｂの条件および水平方向の幅ａの条件を共に満たしている。この場合の表面疵の個数は２．２個と現状の１１．２個より少なく、良好となった。
【００２１】
条件キでは、ａ／ｂは１．７であり、水平方向の幅ａは１００ｍｍである。したがって、１．０≦ａ／ｂ≦１．５およびａ＞８０ｍｍの条件の内、ａ／ｂの条件を満たしておらず、水平方向の幅ａの条件を満たしている。この場合の表面疵の個数は１１．９個で現状とほぼ同じであった。
【００２２】
以上より、１．０≦ａ／ｂ≦１．５、ａ＞８０ｍｍが疵発生防止に効果があることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】金敷のコーナー曲面形状の説明する側面図である
【符号の説明】
【００２４】
１  金敷き
２  上面
３  側面
４  コーナー
ａ  曲面形状の水平方向の幅
ｂ  垂直方向の幅
【図１】
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