(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開閉作動する１対の金敷の開作動時に断面形状が多角形または円形の素材を軸長方向に送り込むとともにその軸心周りに回転させ、前記金敷の閉作動時に前記素材を圧下する鍛造を複数回行って、断面形状が円形または多角形の鋼片に鍛造する熱間鍛造方法において、
平金敷またはＶ溝金敷を用いて粗成形した後、仕上成形での丸溝金敷を用いた各開作動時における素材の軸心周りの回転角度を５０度以上、７５度以下とすることを特徴とする鋼片の熱間鍛造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼または高合金製で、断面形状が多角形または円形の素材から、断面形状が円形または多角形の鋼片に鍛造する鋼片の熱間鍛造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、熱間鍛造によって丸鋼片を製造するには、次に述べる３通りの方法が用いられる。
【０００３】
第１の方法は、平金敷を用いて粗成形する方法である。すなわち、断面形状が正方形または長方形の矩形の素材（鋼塊やブルームなど）の対向面を、１対の平金敷を用いて交互に圧下して寸法の小さい、例えば、断面形状がほぼ正四角形の中間素材に成形する。次いで、上記と同様に、中間素材のコーナ部を１対の平金敷を用いて交互に圧下して断面形状をほぼ正八角形に成形する工程を経て、断面形状がほぼ正十六角形またはそれ以上の多角形の粗丸材に粗成形する。その後、丸溝が形成された金敷（以下、丸溝金敷という）１対を用いて所定の外径を有する断面形状が円形の丸鋼片にスパイラル鍛造により仕上成形する。
【０００４】
第２の方法は、Ｖ溝が形成された金敷（以下、Ｖ溝金敷という）を用いて粗成形する方法である。具体的には、上記第１の方法において断面形状がほぼ正四角形または正八角形に成形された中間素材に対して、１対のＶ溝金敷を用いて断面形状がほぼ正十六角形またはそれ以上の多角形の粗丸材に粗成形するスパイラル鍛造を施した後、上記と同様に、丸溝金敷を用いて所定の外径を有する断面形状が円形の丸鋼片にスパイラル鍛造により仕上成形する。
【０００５】
第３の方法は、連続鋳造で製造された断面形状が円形の太丸鋳片を素材とし、この素材に１対のＶ溝金敷もしくは平金敷を用いて、断面形状がほぼ正十六角形またはそれ以上の多角形の粗丸材に粗成形するスパイラル鍛造を施した後、上記と同様に、丸溝金敷を用いて所定の外径を有する断面形状が円形の丸鋼片にスパイラル鍛造により仕上成形する。
【０００６】
なお、上記の方法において、スパイラル鍛造とは、開閉作動する１対の金敷の開作動時に、素材を軸長方向に送り込むとともに、その軸心周りに所定の角度だけ回転させ、前記金敷の閉作動時に前記素材を圧下する鍛造を複数回行う鍛造方法のことである。以下の説明において、上述の複数回の鍛造におけるそれぞれの鍛造をショットという。
【０００７】
上記のような工程を経る熱間鍛造方法にあっては、第１〜第３の方法のいずれの方法を採る場合にも、仕上成形には、次に述べるような丸溝金敷が用いられる。
【０００８】
図１は、慣用される丸溝金敷の一例を示す図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は（ａ）図のイ−イ線矢視断面図、同図（ｃ）は（ａ）図のロ−ロ線矢視断面図である。
【０００９】
同図に示すように、丸溝金敷１は、溝底中央での深さがＤになるようにオフセット量Ｇをもって形成された曲率半径Ｒｇ、幅Ｈの溝底部１ａと、この溝底部１ａの両側に曲率半径Ｒｃをもって形成された逃げ部１ｂとからなる半円形孔型で、金敷の長手方向の両端部を除き、深さＤが一定の丸溝を有している。また、金敷の長手方向の両端部には曲率半径Ｒｂの面取り部１ｃ、幅方向の両側にはパーチ面１ｆが形成されている。そして、得るべき丸鋼片の熱間仕上げ外径は、オフセット量Ｇを調整することにより設定される。
【００１０】
また、上記の第２および第３の方法におけるスパイラル鍛造による粗成形には、次に述べるようなＶ溝金敷が用いられる。
【００１１】
図２は、慣用されるＶ溝金敷の一例を示す図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は（ａ）図のイ−イ線矢視断面図、同図（ｃ）は（ａ）図のローロ線矢視断面図である。
【００１２】
同図に示すように、Ｖ溝金敷２は、溝底中央での深さがＤになるようにオフセット量Ｇをもって形成された曲率半径Ｒｇの溝底部２ａと、この溝底部２ａの両側に形成された頂角αの傾斜部２ｄと、傾斜部の両側に形成された曲率半径Ｒｃの逃げ部２ｂとからなるＶ状の孔型で、金敷の長手方向の両端部を除き、深さＤが一定のＶ溝を有している。また、金敷の長手方向の両端部には曲率半径Ｒｂの面取り部２ｃ、幅方向の両側にはパーチ面２ｆが形成されている。そして、得るべき多角形の粗丸材の対角距離は、オフセット量Ｇを調整することにより設定される。
【００１３】
図３は、丸溝金敷を用いてスパイラル鍛造により仕上成形する方法を説明する図で、同図（ａ）は、１ショット目の鍛造後の状態を示す断面図、同図（ｂ）は、２ショット目の鍛造開始前の状態を示す断面図、同図（ｃ）は、２ショット目の鍛造後の状態を示す断面図である。
【００１４】
同図（ａ）では、前記図１に示す形状の丸溝金敷１を用いている。この丸溝金敷１は、図示を省略したプレスに１対が対向配置され、プレスの駆動により開閉動作する。断面形状が例えばほぼ正十六角形の素材３は、この１対の丸溝金敷１の閉動作によりその入側で１ショット目の鍛造が行われる。この鍛造により、素材３は丸溝金敷１の溝底部１ａに充満されるとともに、その一部が丸溝金敷１の逃げ部１ｂ間に噛み出して、噛み出し部３ａが生じる。
【００１５】
１ショット目の鍛造が終わり、丸溝金敷１が開くと、図示を省略した搬送部は、素材３を軸方向に所定量送るとともに、素材３をその軸心周りに例えば回転角度θ＝４０度だけ回転させて、同図（ｂ）に示すように、素材３の噛み出し部３ａを丸溝金敷１の溝底部１ａ側まで回転させる。
【００１６】
その後、丸溝金敷１の閉動作により、２ショット目の鍛造が行われる。２ショット目の鍛造では、１ショット目の鍛造で生じた噛み出し部３ａが溝底部１ａにより圧下されるため、噛み出し部３ａは溝底部１ａに沿って流動して消滅する。このとき、噛み出し部３ａが形成されていた部分の近傍には、凹み３ｃが生じるとともに新たな噛み出し部３ｂが生じる。この状態を同図（ｃ）に示す。
【００１７】
このように２ショット目の鍛造により生じた凹み３ｃは、その後のスパイラル鍛造の終了まで残存し、仕上成形された丸鋼片の真円度を悪化させるという問題がある。特に、前工程である粗成形の時に、平金敷やＶ溝金敷の摩耗および摩擦係数の変化などにより、粗丸材の断面寸法が所定の寸法よりも大きくなった場合は、１ショット目の鍛造で生じる噛み出し部３ａが大きくなって、２ショット目に生じる凹み３ｃも大きくなり、鍛造後の真円度がより悪くなる。
【００１８】
上記の大きな噛み出し部３ａが発生するのを避けるために、粗丸材の寸法変動を見越して若干アンダーフィル状態、すなわち仕上成形での圧下代を小さくし、溝底部１ａに対して材料が完全に充満しない状態で鍛造を行った場合は、仕上成形後の丸鋼片には、円周方向および軸長方向に局所的なフラット面が残り、満足できる真円度の丸鋼片が得られないという問題があった。この問題は、圧下時の幅広がり量が大きいフェライト系ステンレス鋼や２相ステンレス鋼などを鍛造する場合、特に顕著になる。
また、上記の問題は、断面形状が多角形または円形の素材を、Ｖ溝金敷を用いて断面形状がほぼ正十六角形またはそれ以上の多角形の粗丸材に粗成形するスパイラル鍛造の際にも生じる。
【００１９】
なお、上記の図１に示す丸溝金敷１または図２に示すＶ溝金敷を用いたスパイラル鍛造方法以外に、溝を備える金敷を用いたスパイラル鍛造方法が、特開平６−７１３７７号公報および特開平１１−５７９２４号公報に開示されている。
【００２０】
特開平６−７１３７７号公報に開示された鍛造方法は、入側から出側に向かって連続的に溝の径が小さくなるテーパ状の丸溝を有する金敷を用い、回転角度４５度／ショットのスパイラル鍛造により、断面形状が四角形の素材を断面形状が円形の丸鋼片に直接仕上成形する鍛造方法である。
【００２１】
また、特開平１１−５７９２４号公報に開示された鍛造方法は、入側にＶ溝で構成される導入部、出側に丸溝で構成される仕上部、中間にＶ溝から丸溝に変化する形状の溝で構成された連結部が形成された金敷を用い、回転角度４５度／ショットのスパイラル鍛造により仕上成形する鍛造方法である。
【００２２】
しかし、これらいずれの鍛造方法の場合も、鍛造の際には、金敷にオフセット量Ｇ（前記図１（ｂ）参照）が設定されるため、１対の金敷の間には隙間が存在し、１ショット目の鍛造により噛み出し部が発生することは避けられない。また、その後、素材をその軸心周りに４５度回転させた後、２ショット目の鍛造を行うため、大きな凹みの発生を防ぐことはできない。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、粗成形および仕上成形のいずれの場合にも局部的に生じる凹みの深さを、極力小さくすることのできる鋼片の熱間鍛造方法を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、開閉作動する１対の金敷の開作動時に断面形状が多角形または円形の素材を軸長方向に送り込むとともにその軸心周りに回転させ、前記金敷の閉作動時に前記素材を圧下する鍛造を複数回行って、断面形状が円形または多角形の鋼片に鍛造する熱間鍛造方法において、平金敷またはＶ溝金敷を用いて粗成形した後、仕上成形での丸溝金敷を用いた各開作動時における素材の軸心周りの回転角度を５０度以上、７５度以下とすることを特徴とする鋼片の熱間鍛造方法である。
【００２５】
なお、本発明において、開作動時とは、開閉作動する金敷が素材と接触していないときをいう。
【００２６】
本発明者らは、断面形状がほぼ正十六角形の素材を、丸溝金敷を用いたスパイラル鍛造により、断面が円形の丸鋼片に仕上成形するする際の、前記金敷の開作動時における素材の軸周りの回転角度の影響を調査して次の知見を得た。本発明は、この知見に基づき成された発明である。
【００２７】
１）素材をスパイラル鍛造する際、素材が丸溝金敷の入側で最初に鍛造されるときに生じる噛み出し部が最も大きく、次の鍛造により噛み出し部が圧下されるときに、この噛み出し部の近傍に局部的な凹みが生じる。
【００２８】
２）この凹みは、スパイラル鍛造の終了まで残存して鍛造された丸鋼片の真円度に大きく影響する。
【００２９】
３）また、この凹みは、素材の回転角度の如何に拘わらず発生するが、凹みの深さは、素材の軸心周りの回転角度によって異なり、回転角度が４５度を超え７５度以下の場合は小さい。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる鋼片の熱間鍛造方法について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
本発明の熱間鍛造方法は、例えば、前記図３により説明したように、丸溝金敷を用いたスパイラル鍛造により仕上成形する方法を前提とする熱間鍛造方法である。
【００３２】
すなわち、同図（ａ）に示すように、図示を省略したプレスに対向配置され、プレスの駆動により開閉動作する１対の丸溝金敷１により、断面形状がほぼ正十六角形の素材３の１ショット目の鍛造が行われる。
【００３３】
１ショット目の鍛造が終わり、丸溝金敷１が開くと、同図（ｂ）に示すように、図示を省略した搬送部は、素材３を軸方向に所定量送るとともに、素材３をその軸心周りに回転角度θだけ回転させ、同図（ｃ）に示すように、２ショット目の鍛造が行われる。上記の鍛造を複数回繰り返すことにより、断面形状がほぼ正十六角形の素材が丸鋼片に仕上成形される。
【００３４】
上記の２ショット目の鍛造の際に、凹み３ｃが生じるのは前述の通りであるが、その理由を図４および図５に基づいて説明する。
【００３５】
図４は、素材の軸心周りの回転角度が４０度の場合の、２ショット目の鍛造により生じる凹みを説明する上半分断面図で、同図（ａ）は、２ショット目の鍛造開始前の状態を示す図、同図（ｂ）は、２ショット目の鍛造後の状態を示す図である。また、図５は、素材の軸心周りの回転角度が９０度の場合の、２ショット目の鍛造により生じる凹みを説明する上半分断面図で、同図（ａ）は、２ショット目の鍛造開始前の状態を示す図、同図（ｂ）は、２ショット目の鍛造後の状態を示す図である。
【００３６】
図４に示すように、素材３の軸心周りの回転角度が４０度程度と小さい場合は、同図（ａ）に示す噛み出し部３ａが、２ショット目の鍛造により逃げ部１ｂ方向へ流動するのに伴って、噛み出し部３ａの溝底部１ａ側の付け根３ｄの部分に同図（ｂ）に示すような凹み３ｃが生じる。
【００３７】
一方、図５に示すように、素材３の軸心周りの回転角度が９０度と大きい場合は、同図（ａ）に示す噛み出し部３ａが、２ショット目の鍛造により素材３内に押し込まれて、噛み出し部３ａの両側の付け根３ｄ、３ｄの部分に同図（ｂ）に示すような凹み３ｃ、３ｃが生じる。
【００３８】
このように、素材３の軸心周りの回転角度が４０度の場合は、噛み出し部３ａの溝底部１ａ側の付け根３ｄに、回転角度が９０度の場合は、噛み出し部３ａの両側の付け根３ｄ、３ｄに凹み３ｃが生じる。この凹み３ｃは、素材の軸心周りの回転角度が、４０度を超え９０度未満の場合にも、噛み出し部３ａの一方の付け根３ｄまたは両側の付け根３ｄ、３ｄに生じる。
【００３９】
図６は、丸溝金敷を用いて仕上成形する場合の、１ショット目と２ショット目の間の素材３の軸心周りの回転角度と、２ショット目の鍛造終了後の凹みの深さとの関係を示す図である。同図に示すように、回転角度が３０度から４５度では、凹みの深さは最も大きい。しかし、回転角度が４５度を超えると凹みの深さは急激に小さくなり、回転角度が５０度では凹みの深さは最も小さくなる。回転角度が５０度より大きくなると、凹みの深さは若干大きくなるがほぼ安定し、７５度を超えると凹みの深さは再び大きくなる。
【００４０】
このように、凹みの深さは、素材３の軸心周りの回転角度に影響され、素材の回転角度を５０度以上とし７５度以下とすれば、凹みの深さを小さくすることができる。したがって、本発明の鍛造方法では、素材３の軸心周りの回転角度を５０度以上とし、７５度以下とする必要がある。
【００４１】
２ショット目の鍛造により、１ショット目の鍛造で生じた噛み出し部が消滅した素材３には、前記図３（ｃ）に示す小さな凹み３ｃと、２ショット目の鍛造による噛み出し部３ｂが生じる。この素材３を前記と同様に軸方向に所定量送るとともにその軸心周りに４５度を超え、７５度以下回転させた後、３ショット目の鍛造を行う。２ショット目の鍛造により生じた噛み出し部３ｂは、１ショット目の鍛造で生じた噛み出し部３ａに比べ小さい。したがって、３ショット目の鍛造により生じる凹みの深さも小さい。
【００４２】
このようにして、素材３は連続してスパイラル鍛造され、断面形状がほぼ真円の丸鋼片に仕上成形される。
【００４４】
【実施例】
ＳＵＳ３１６製で、長さ約２０００ｍｍ、一辺の平均寸法が４９０ｍｍの断面形状が矩形の鋼塊４０本を素材とし、この素材を１２９０℃に加熱して１ヒートで外径１７８ｍｍの丸鋼片に鍛造するに当たり、平金敷を用いて対辺寸法が１８４ｍｍの断面形状が正十六角形の粗丸材に粗成形し、丸溝金敷を用いて丸鋼片に仕上成形した。
【００４５】
丸溝金敷は、熱間仕上げ径１７２〜１８４ｍｍ共用の図１に示す形状で、Ｇ＝１１ｍｍ、Ｄ＝８１ｍｍ、Ｒｇ＝９２ｍｍ、Ｈ＝１５９．３ｍｍ、Ｒｃ＝７０ｍｍ、Ｒｂ＝４０ｍｍ、全長が３００ｍｍのものを用い、圧下時のパーチ面１ｆ間距離を１９．５ｍｍにセットした。仕上成形は、送り込み量２３ｍｍ／ショットの条件によるスパイラル鍛造とし、熱間仕上げ外径１８１．５ｍｍ、長さ１５０００ｍｍの丸鋼片に仕上成形した。
【００４６】
前記の仕上成形において、スパイラル鍛造における回転角度を、本発明例として５０度／ショットおよび７５度／ショットに設定し、比較例では、４５度／ショットおよび８０度／ショットに設定して、各１０本の丸鋼片に仕上成形した。これらの丸鋼片を室温まで大気放冷した後、丸鋼片の長手方向の中央部と端部から４０００ｍｍ離間した位置において、周方向に３０度ピッチで外径を測定し、各位置における真円度を測定した。また、各丸鋼片の全長を目視観察し、凹みの最も著しい部分の凹み量を測定した。なお、真円度は、長手方向各位置における最大外径と最小外径の差とした。
【００４７】
その結果、回転角度が５０度／ショットの本発明例では、真円度２．０〜０．６ｍｍ、凹みの深さ１．０〜０．３ｍｍ、回転角度が７５度／ショットの本発明例では、真円度２．６〜１．０ｍｍ、凹みの深さ１．３〜０．５ｍｍであった。これに対し、回転角度が４５度／ショットの比較例では、真円度４．１〜３．０ｍｍ、凹みの深さ２．１〜１．５ｍｍ、回転角度が８０度／ショットの比較例では、真円度３．６〜２．８ｍｍ、凹みの深さ１．８〜１．４ｍｍであった。以上のように本発明例では、比較例に比べて真円度に優れ、また凹みの深さも小さい。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の熱間鍛造方法によれば、凹みの深さの小さい鋼片を製造することができるので、丸鋼片の仕上成形に採用すれば真円度に優れた丸鋼片を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】慣用される丸溝金敷の一例を示す図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は（ａ）図のイ−イ線矢視断面図、同図（ｃ）は（ａ）図のロ−ロ線矢視断面図である。
【図２】慣用されるＶ溝金敷の一例を示す図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は（ａ）図のイ−イ線矢視断面図、同図（ｃ）は（ａ）図のロ−ロ線矢視断面図である。
【図３】丸溝金敷を用いてスパイラル鍛造により仕上成形する方法を説明する図で、同図（ａ）は、１ショット目の鍛造後の状態を示す断面図、同図（ｂ）は、２ショット目の鍛造開始前の状態を示す断面図、同図（ｃ）は、２ショット目の鍛造後の状態を示す断面図である。
【図４】素材の軸心周りの回転角度が４０度の場合の、２ショット目の鍛造により生じる凹みを説明する上半分断面図で、同図（ａ）は、２ショット目の鍛造開始前の状態を示す図、同図（ｂ）は、２ショット目の鍛造後の状態を示す図である。
【図５】素材の軸心周りの回転角度が９０度の場合の、２ショット目の鍛造により生じる凹みを説明する上半分断面図で、同図（ａ）は、２ショット目の鍛造開始前の状態を示す図、同図（ｂ）は、２ショット目の鍛造後の状態を示す図である。
【図６】  丸溝金敷を用いて仕上成形する場合の、１ショット目と２ショット目の間の素材の軸心周りの回転角度と、２ショット目の鍛造終了後の凹みの深さとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１  ：丸溝金敷、
１ａ：溝底部、
１ｂ：逃げ部、
１ｃ：面取り部、
１ｆ：パーチ面、
２  ：Ｖ溝金敷、
２ａ：溝底部、
２ｂ：逃げ部、
２ｃ：面取り部、
２ｄ：傾斜部、
２ｆ：パーチ面、
３  ：素材、
３ａ：噛み出し部、
３ｂ：噛み出し部、
３ｃ：凹み、
３ｄ：付け根。
【図１】
0003780839.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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