JPH03297530A - 熱間プレス工具用鍛鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、連続鋳造によって得られた鋳片ストランド
を、その引き抜き過程で幅方向に圧下（幅殺し）する場
合などに使用される加工工具（以下連続幅プレス金敷と
記す）の如きに適用して好適な熱間プレス工具用鍛鋼の
製造方法に関するものである。

（従来の技術） プレス型や鍛造型などに用いられる熱間プレス金型用の
鍛鋼は、切削工具用鋼、耐衝撃工具用鋼あるいは冷間金
型用鋼などとともにＪＩＳ　Ｇ　４４０４に規格があり
、鋳片ストランドの幅殺し用のプレス金敷の如きは、主
に５ＫＤ６あるいはＭｏｄｉｆｉｅｄ　５ＫＤ６などが
用いられていた。このような鍛鋼は、その製造過程で超
清浄化のため、エレクトロスラグ再溶解（ＢＳＲ）処理
とか真空アーク再溶解（ＶＡＲ）処理が適用されている
のが普通であった。

鍛造用鋼塊は鋼種・大きさ・形状など多種多様であるが
、鍛鋼品の良否は素材である鍛造用鋼塊の品質によって
決まるともいわれ、鋼塊の製造に当たっては上記の超清
浄化とともに鋼塊の内部性状に応じた加熱・鍛造・熱処
理を施すことが不可欠であったのである。従来から知ら
れている鍛鋼の一般的な製造要領としては、鋼塊の鋳造
・鍛造終了後、通常割れ防止の観点から室温に至るまで
放冷することなく高温状態のままで熱処理炉に挿入する
、いわゆる赤材扱いにし、予備熱処理工程（最終の調質
熱処理に備えた焼ならし一焼もどし処理）、次いでＪＩ
Ｓ　Ｇ　４４０４に規定されている調質処理工程（焼入
れ一焼もどし処理）を経るのが普通であって、ここに、
上記の予備熱処理に関しては、「第３版　鉄鋼便覧第Ｖ
巻（日本鉄網協会側）」あるいは「鋳造・鍛造・粉末冶
金（丸首）昭和５７゜５．３ＬＬａ２Ｏ２１表１１・６
」等が参照される。

（発明が解決しようとする課題） 連続鋳造における鋳片スＩ−ランドの幅殺しに使用され
るような連続プレス金敷用鍛鋼は、これらの−船釣な製
造要領に従って製造されてきたが、所望の品質を確保す
るためには上記のような工程を経ることになるので多大
の経費と３〜４週間程度の日数を要する不利があった。

とくに、予備熱処理は鍛鋼品の結晶粒及び組織の調整の
ために不可欠な工程であるが、この処理も多大な経費と
１週間程度の日数を要するという問題があったのである
。

またＪＩＳ　Ｇ　４４０４に規定されている焼もどし温
度範囲の５５０〜６５０℃による＠鋼本体の硬度Ｉ］ｓ
ば５１〜５５と規定されているが、連続幅プレス用金敷
のような高温で長時間使用される使途では充分とは言え
ないのが現状であった。

すなわち連続幅プレス用金敷の如きは、鋳片ストランド
の幅圧下中に、金敷本体の冷却を抑制しつつ最大荷重：
２５００トツ、圧下回数＝４２回／ｍｉｎ、最大幅圧下
Ｍ　：　３００　ｍｍなどの過酷な条件下で使用され、
圧下サイクル毎に加熱と冷却とが繰り返され金敷の表面
温度は最高８５０℃程度まて達する。

このような状況においては、金敷の表面が焼もどされ極
端な硬度むらが生じ、また金敷本体の硬度がＨ３：５１
〜５５程度ではクランク伝播を阻止できず、従って従来
法に従うだけでは金敷の交換周期が短くこれにかかる経
費がかさむ他、幅殺しにおける生産性の著しい低下を余
儀なくされたのである。

ＥＳＲ、ＶＡＲ等の再溶解処理や予備熱処理などの工程
を省略しても、連続幅プレスなどの金敷に適した高品質
の熱間プレス工具用鍛鋼を得ることができる新規な方法
を提案することがこの発明の目的である。

（課題を解決するための手段） 近年では、製網技術の進歩により大気溶解して得た鋼塊
でも超清浄化を図ることができるようになってきたこと
から、鍛造方法や鍛造後の冷却方法あるいは調質熱処理
の適合性を」二手に組合せることによってＥＳＲやＶＡ
Ｒ等の再溶解処理の省略（大気溶解のままの鋼塊を使用
）、予備熱処理を省略しても高品質の熱間プレス工具用
鍛鋼を製造できることを突き止めた。この発明は上記の
知見に立脚するものである。

すなわちこの発明は、大気中で溶解して得た鋼塊を用い
て熱間プレス工具用鍛鋼を製造するに当たり、上記鋼塊
を１１５０〜１２００℃に加熱した後圧下率３〜５％の
軽圧下を施し、次いで１２００〜１２５０℃に加熱後圧
下率１０〜３０％の圧下さらに１１５０〜１２００℃の
温度域で圧下率１０〜３０％の仕上げ圧下を施し、その
後Ｍ３点＋（３０〜１５０℃）の温度域まで空冷し、そ
の後調質熱処理を施すことを特徴とする熱間プレス工具
用鍛鋼の製造方法である。

（作　用） この発明において、大気中で溶解して得た鋼塊をまず、
初回鍛造として１１５０〜１２００℃に加熱したのち圧
下率３〜５％の軽圧下を施すのは、大気中で溶解して得
た熱間プレス工具用の鋼塊は、結晶粒が粗大でかつ脆弱
であるために、鍛造初期のきず発生を防止するとともに
２回目以降の強圧下鍛造に備えて鋼塊全体を軽圧下して
なじませておく必要があるからであり、初回の鍛造加熱
温度が１１５０℃より低いと鍛造作業が悪く、一方１２
００℃を越えると鍛造きずが生じるので初回における鍛
造温度は１１５０〜１２００℃に限定した。なお、ここ
での圧下化は、鋼塊全体を軽圧下でなじませて２回以降
の強圧下鍛造に備える目的で３〜５％に限定した。

次に、上記の鍛造工程を経たのち２回目以降の鍛造とし
て、１２００〜１２５０℃に加熱、圧下率１０〜３０％
の圧下を施すこととしたのは、大気中で溶解して得た鋼
塊はザクきず等の発生を伴うことが多いので、鋼塊のザ
クなどの内部欠陥を圧着しておく必要があるからであり
、鍛造加熱温度が１２００℃より低いと鍛造作業性やザ
ク圧着効果が小さく、方１２５０℃を越えると結晶粒の
粗大化やＣｒ、　Ｍｏ炭化物が溶融し鍛鋼製品に空隙欠
陥を発生させる。よって２回目以降の鍛造加熱温度は１
２００〜１２５０℃の範囲に限定した。鍛造圧下量は、
１０％よりも小さいと鋼塊のザク圧着のための充分な鍛
造効果を得ることができず、一方３０％を超えると形状
を整えることができなくなる。よって圧下量については
１０〜３０％の範囲に限定した。ここで、２回以降の鍛
造を行うに当たっては、１３５°■広幅金敷（第５図参
照）を用い八角鍛造法を適用するのが有用であって、１
３５°■広幅金敷を用いるのがよいのは、該金敷の場合
、平金敷や狭幅■金敷に比較して圧下量が小さくても鋼
塊の中心部まで圧下刃を伝え、大きな塑性加工を加える
ことができるからである。　また、上記の八角鍛造法と
は、後で実施例（第１図参照）に示すように鋼塊の塑性
変形域を軸心を含めた広範囲とするために、鋼塊の円周
に沿う任意の基準を例えば０°、９０°　　１３５゜２
２５°として定め、まず、０°、９０°の領域で圧下し
てその断面を正八角形にして、次に４５°回転させて１
３５°、２２５°の位置で圧下して鋼塊の断面を再び正
八角形に成形し、さらにその軸方向の中央部、トップ部
、ボトム部を順次圧下し、これを所定の寸法になるまで
複数回繰り返して行う鍛造法である。

次に、仕上げ鍛造の際の鍛造加熱温度を１１５０〜１２
００℃としたのは、仕上げ鍛造温度が１１５０℃未満で
は鍛造作業性が悪くなり所定の形状に成形することがで
す、一方１２００℃を超えると結晶粒の粗大化を招き予
備熱処理を省略することができなくなるからである。

仕上げ鍛造における圧下量は、１０％よりも小さいと結
晶粒を微細化することができなくなり、３０％を超える
場合には形状を整えたり所望の寸法にできなくなるため
、仕上げ鍛造における圧下量は１０〜３０％の範囲に限
定した。

次に、上記の工程を経てマルテンサイト変態開始点Ｍｓ
十（３０〜１５０℃）の温度域まで空冷するが、これは
鍛造後の冷却速度が遅いと炭化物が粗くなり、次工程の
調質熱処理による靭性の改善効果が望めないからであっ
て仕上げ鍛造後に、上記の温度域まで空冷することによ
って炭化物を均一に分布させることができる。この空冷
は割れ防止の観点からＭｓ点＋（３０〜１５０℃）の温
度域までとし、それ以降は赤材扱いで熱処理炉に挿入し
Ｔ→αの相変態を行わせ、その後調質熱処理でマトリッ
クスの強靭化を図る。

一般に鍛造を終了した鍛造品は、結晶粒が粗大でかつ脆
弱であるが、仕上げ鍛造時に上記の如き条件で圧下しさ
らに上記の冷却条件に従うことによって予備熱処理を省
略することができる。

調質熱処理については、連続幅プレス金敷の使用特性か
ら、クラック発生の阻止に対しては硬度が高い方が、ま
たクラックの伝播を防止する点からは低い方が望ましい
。これは、硬度を上昇させると降伏強度（又は熱疲労強
度）が向上しこれによって耐クラツク特性が向上するか
らであり、反面硬度を低下させると破壊靭性（又は疲労
亀裂伝播特性）が向上しこれによって耐クラツク伝播特
性が向上する。連続幅プレス金敷のような加工工具にお
いては、耐クラツク発生特性と耐クラツク伝播特性のバ
ランスを考慮した硬度として、Ｈ３を３５〜４５程度と
するのがよい。なお、連続幅プレス金敷は、金敷表面が
焼もどされるので、焼もどし温度は硬度の許容範囲で６
５０℃以上のできる限り高くすることが重要である。

この発明においては、以上の工程に従うことにより、Ｅ
ＳＲ、ＶＡＲ等の再溶解処理や予備熱処理などの工程を
省略しても、所望の品質をもった鍛鋼を得ることができ
るのである。

なお、熱間プレス工具用鍛鋼は製鋼工程、鍛造工程、熱
処理工程に続き機械加工を施して所望の形状・寸法にな
る製品に仕上げられる。

（実施例） 第１表に示す成分組成になる鋼を転炉（ＬＤ）及び取鍋
精錬炉（ＬＲＦ）にて溶製し、直径７４０Ｍになる電極
用鋼塊（１６，５）：、）と、平均直径１１７６ｍｍに
なる鍛造用鋼塊（１６，５ト、）を造塊した。そして、
直径７４０　ｍｍになる電極用鋼塊についてはエレクト
ロスラグ再溶解（ＢＳＲ）にて直径１０００ｍｍ、長さ
２２７０ｍｍのサイズになるＥＳＲ鋼塊（比較例）に造
塊しこれを用い従来法に従って、一方、平均直径１１７
６ｍｍになる銅塊については、初回鍛造において、まず
鋼塊を１２００℃まで加熱した後圧下率３〜５％で軽圧
下し、次いで１２５０℃に加熱後、１３５°Ｖ広幅金敷
を用いた六角鍛造法を適用して第１図（ａ）〜（ｊ）に
示す要領で１５〜２５％の圧下ボで圧下し、さらに１１
８０℃に加熱後２０％の圧下率で圧下・成形して鍛造品
の表面温度が３００〜４００℃になるまで空冷し続いて
赤材扱いで熱処理炉に挿入して調質熱処理を施しく適合
例）、それぞれ厚み４１０ｍｍ、幅４４０ｍｍ、長さ２
０６０ｍｍになる金敷を各４個（１セツト）製造してそ
れら金敷の使用実績について調査した。

その結果を第２表及び第２図に示し、また金敷の具体的
な製造手順を分かりやすく第３図に図解した。また、第
４図に、従来法に従う予備熱処理の熱処理サイクルを示
す。

第１表中、鋼Ｎｏ、　１〜４は、０．４％Ｃ−５％Ｃｒ
−１．２５％Ｍｏ−０，５％Ｖ鋼であって、金敷の性能
は硬度によって変化はするものの、鋼Ｎｏ、３，４につ
いては、再溶解処理や予備熱処理を省略しても訓Ｎｏ、
１　、２と同等の品質であることが明らかである。

また、鋼Ｎｏ、　５〜６は０．１５％Ｃ−８％Ｃｒ−１
．２５％Ｍｏ−０，３％Ｖｆｉ、鋼Ｎｏ、　７〜Ｂは０
．１５％Ｃ−８％Ｃｒ１．２５％Ｍｏ−０，３％Ｖ−０
．０７％Ｎｂ鋼であって、それぞれ金敷の成分や硬度に
よってその性能が変化するが、この発明に従えば再溶解
処理や予備熱処理を省略できることが確かめられた。

なお、上記の結果から、連鋳ストランドの幅殺しを行う
場合に使用する連続幅プレス金敷としてはクランク発生
及び欠けきず発生率の面から、その硬度をＨ３３５〜４
５程度とするのが最もよい。

（発明の効果） かくしてこの発明によれば、熱間プレス工具用鍛綱の製
造に当たって従来不可欠であったＥＳＲ等の再溶解処理
や予備熱処理を、鍛鋼品の品質劣化を招くことなしに省
略できるので、生産能率を高めて製造コストを有利に低
減できる。

また、この発明によれば、と（に連鋳ストランドの幅殺
しに使用するプレス金敷として適用したときクラック発
生やその伝播を極力回避できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜Ｕ）はこの発明に従う鍛銅の製造要領を
示した図 第２図は金敷の使用実績を調査したグラフ第３図は金敷
の製造要領を製鋼段階から機械加工段階までまとめて示
した図 第４図は予備熱処理の熱サイクルを示した図、第５図（
ａＬ　（ｂ）は１３５°■広幅金敷を示した図である。 圧）位置に順厚 第１ 図 （ｂ） 第１ 図 圧）位置に順序 （ｂ） 圧下量４５０″″ 圧下量ＩｑＯ馴 （ｆ） 圧下量ｌθｒ１　　　　　　圧下量１９０−・→召ｊ吋
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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、大気中で溶解して得た鋼塊を用いて熱間プレス工具
   用鍛鋼を製造するに当たり、 上記鋼塊を１１５０〜１２００℃に加熱した後圧下率３
   〜５％の軽圧下を施し、次いで１２００〜１２５０℃に
   加熱後圧下率１０〜３０％の圧下、さらに１１５０〜１
   ２００℃の温度域にて圧下率１０〜３０％の仕上げ圧下
   を施し、その後Ｍ＿ｓ点＋（３０〜１５０℃）の温度域
   まで空冷し、その後調質熱処理を施すことを特徴とする
   熱間プレス工具用鍛鋼の製造方法。