JPS6358656B2

JPS6358656B2 -

Info

Publication number: JPS6358656B2
Application number: JP22420384A
Authority: JP
Priority date: 1984-10-26
Filing date: 1984-10-26
Publication date: 1988-11-16
Also published as: JPS61103637A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、金属材料の鍜錬方法に関する。

［従来の技術］熱間鍜錬の主目的の一つは、金属が凝固する際
に発生するザク性欠陥を閉鎖圧着することにあ
る。近年、高品質の鍜造製品が要求されるように
なつてきたため、例えば鍜鋼材では特殊金属元素
の含有量が増加し、また、より大形の製品が要求
されるに伴なつて鋼塊が大形化している。そのた
め、ザク性欠陥が鋼塊の中心部はもとより、鋼塊
の断面内のより広範囲に存在し、鋼塊の性状が悪
化してきている。

このようなザク性欠陥を鍜造で閉鎖圧着するこ
とを目的として、上下の金敷幅の異なる平金敷で
鍜錬する方法が特公昭58−19373に示されている。
この方法の特徴は、従来のように上下対称の平金
敷で鍜錬すると、金敷幅が材料厚よりも小さい場
合にザク性欠陥のある材料中心部にいわゆるマン
ネスマン効果による引張応力を生じてザク性欠陥
の圧着に不利となるため、上下非対称の金敷を用
いてマンネスマン効果の現われる位置をザク性欠
陥のある材料中心部からずらそうとするものであ
る。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、上記従来の方法では、一方の金
敷（例えば上金敷）の軸方向長さが短いため、軸
全長の圧下を終了するための圧下回数が増加し、
他方の金敷（例えば下金敷）の軸方向長さは長い
ため、材料は常に金敷と接して金敷への伝熱によ
る材料の温度低下が大きいという欠点がある。

また、上記従来の方法では、鍜錬による材料の
変形が本質的に非対称となるため、鍜造によつて
材料が曲り、これを防ぐために鍜造工程中に材料
を反転する作業が避けられず、一度曲つた材料を
矯正するのは手間がかかり、また完全に矯正しな
いと特に据込鍜造する場合に座屈の原因になり、
軸材の場合には製品の偏心回転の原因になりやす
い。このように、従来の方法では鍜伸に時間がか
かり、材料温度の低下も大きいため、場合によつ
ては途中で再加熱しなければならない欠点があ
る。また、ザク性欠陥が材料中心部だけでなく、
材料断面内の広範囲にわたつている場合には、任
意の基準方向と、該基準方向から90度回転した方
向のみでの圧下を繰返しても、常に圧下方向と45
度方向をなすＸ字状の同一領域のみが大きな塑性
変形を受け、他の領域は有効な塑性変形を受けな
いので、鍜錬効果が少ない。

本発明は、効率的に、材料断面の広い範囲にわ
たつて、圧縮応力下で大きな塑性変形を与え、ザ
ク性欠陥の圧着はもちろん、鍜錬効果による材質
改善を高めることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］本発明に係る金属材料の鍜錬方法は、金属材料
を熱間鍜錬するに際し、頂角が120度〜150度の上
下対称Ｖ金敷によつて、被鍜錬材断面に設定した
任意の基準方向に６％以上の圧下率で圧下した
後、圧下断面内で該被鍜錬材を基準方向から90±
10度回転させて６％以上の圧下率で圧下する鍜伸
工程と、上記鍜伸工程によつて上記圧下断面を略
正八角形に成形した被鍜錬材を前記基準方向から
135±10度および225±10度（基準方向に対して±
45±10度）回転させていずれも６％以上圧下する
鍜伸工程とを、鍜錬工程中に少なくとも１回以上
含むようにしたものである。

［作用］本発明によれば、120度〜150の上下対称Ｖ金敷
によつて６％以上の圧下率で材料を鍜造すること
により、上下の金敷接触端と中心を結ぶＸ字状領
域において圧縮応力下での塑性変形が大となる。
ただし、材料断面に設定した任意の基準方向と、
この基準方向から90±10度回転した方向のみでの
圧下を繰返しても、常にＸ字状領域のみに大きな
塑性変形を受け、他の部分は大きな塑性変形を受
けることがない。そこで、本発明においては、上
記材料の基準方向、および該基準方向に対する90
度方向からの圧下に加えて、135度および225度方
向から６％以上の圧下率で圧下を加えることによ
り、材料のより広範囲の領域に圧縮応力下におけ
る塑性変形を生じさせ、中心より外側のザク性欠
陥を有効に圧着可能とする。また、一連の鍜錬工
程で120度〜150度のＶ金敷を用いるだけなので、
工程の途中で金敷交換をするような時間を必要と
せず、また変形が常に対称となり、曲り等を生ず
ることなく、生産能率も向上する。

［実施例］第１図Ａに示すような本発明に係る135度の上
下対称Ｖ金敷で円形断面の被鍜錬材を、10％の圧
下率で鍜造した結果、圧下方向歪分布は第１図Ｂ
に示すようになり、上下の金敷端と中心を結ぶＸ
字状領域で塑性歪が大きく、しかも中心で最大と
なることが認められた。また、圧下方向と直交す
る方向の歪分布も同様であり、剪断歪も中心を除
いて（中心では対称のため剪断成分は零）、Ｘ字
状領域で大きくなることが認められた。

ところで、鍜錬による鋳造組織の改善やザク性
欠陥を圧着するための必要条件は、その領域が圧
縮応力下で大きく塑性変形することであり、上記
Ｘ字状領域以外はその点から好ましくなく、より
広い領域をＸ字状領域に取入れることが必要であ
る。さらに、圧縮応力に関しては、従来公知の平
面歪に対するすべり線場理論によれば、第２図に
示すように、金敷との接触幅Ｂが厚さＨよりも等
しいか大きければ、すなわちＢ≧Ｈの場合に、領
域Ｒ，Ｐでは最大主応力が常に圧縮応力状態にな
り、135度の上下対称Ｖ金敷の場合には、第３図
に示す通り、円形断面材を６％以上圧下すれば、
上記Ｂ≧Ｈの条件が得られることを実験により確
認した。すなわち、本発明において、頂角が略
135度の上下対称Ｖ金敷で被鍜錬材を６％以上圧
下する理由は以上説明した通りであり、それによ
り、上記Ｘ字状領域は圧縮応力の作用下で大きな
塑性変形を受け、ザク性欠陥の圧着が有効に達成
されることとなる。

第１図Ｂの結果を元の断面に換算すると第４図
Ａが得られる。第４図ＡのＸ字状領域はザク性欠
陥の圧着に有効な領域である。ここで、材料断面
を常に八角形に成形し鍜錬するには、第４図Ａに
示す基準方向での圧下（０度方向圧下）を行つた
後、材料を90度回転させた90度方向圧下を行なう
ことを交互に繰返せば良く、どの表面も金敷によ
り直接圧下されるため、表面割れなどの不都合を
生じないが、基本的にはＸ字状領域のみが有効変
形するため、第４図Ｂに示すように材料中心部の
ごく一部（直径相当の半定量値として材料直径Ｄ
の約20％）にしかザク性欠陥圧着の効果が得られ
ない。

そこで、本発明においては、上記０度−90度方
向圧下によつて材料断面を略正八角形に成形した
後、基準方向から135度回転させて圧下する135度
方向圧下（第４図Ｃ）、さらにこれから90度回転
させて圧下する225度方向圧下（第４図Ｄ）を行
なうこととし、これらの圧下においてもＸ字状領
域が有効圧下を受けることに基づき、結果とし
て、材料中心のより広範囲の領域（直径相当の半
定量値として材料直径Ｄの約45％）や、第４図Ｄ
の白抜領域のザク性欠陥の圧着および鍜造組織の
改善をなすことを可能としている。

なお、鍜錬に際しては、第４図Ａ〜Ｄに示すよ
うに、０度−90度、135度−225度方向圧下を連続
的に行なう必要はなく、鍜伸工程において、材料
の基準方向（０度方向）を定めておき、０度−90
度、135度〜225度方向の圧下が鍜造終了までに少
なくとも１回含まれれば、上記の効果を得ること
が可能である。

さらに、完壁な鍜錬効果を期すのであれば、材
料の基準方向から22.5度、112.5度、157.5度、
247.5度の方向の圧下を行ない、第４図Ｄにおい
て点で表示した塑性変形の少ない領域がＸ字状領
域となるようにすれば、材料断面の全域に有効圧
下を加えることができるが、特に製品直径が鋳込
材の直径よりよほど大きくない限り、これらの圧
下は不要である。なお、頂角が略135度、すなわ
ち120度〜150度程度のＶ金敷を用いても、０度〜
90度、135度−225度方向に圧下を加えれば同様な
効果が期待できる。また、被鍜錬材の基準方向か
らの回転角度についてもそれぞれの値に対して±
10度程度の誤差があつてもほぼ同様な効果が期待
できるが、90度−135度方向圧下に移行するとき、
断面を略正八角形に成形しておく必要がある。こ
のような略正八角形の成形が成されていない場合
には、材料がねじれたり、曲つたりしやすいとい
う不都合がある。

以下、本発明の具体的実施結果について説明す
る。直径1000mmの５％Cr鋼塊を1200℃に均一加
熱し、炉出後、１本は本発明による方法により鍜
造し、他の１本は従来法により鍜造し、直径600
mmの軸材を製造した。本発明において、圧下方向
は０度−90度−０度−135度−225度−135度−０
度−90度であり、鍜造終了までに約25分を要し
た。一方、従来法ではまず900mm×900mmの略正方
形に成形した後、０度方向に圧下し、反転させて
180度方向に圧下し、次に90度回転させて90度方
向に圧下し、再び反転して270度方向の圧下を行
なうサイクルを繰返した。この従来法にあつて
は、鍜造中の曲りを極力減らすため、１回あたり
の圧下量を100〜150mmとしたが、曲りの矯正、上
金敷の軸方向長さが短いために圧下回数が大幅に
増え、時間がかかるとともに、下金敷への伝熱に
よる温度低下もあつて、途中で再加熱する必要が
あつた。これらの両方法によつて得られた材料を
超音波探傷誌験により検査したところ、本発明に
よる鍜造材にはなんの欠陥も検出されなかつた
が、従来法によるものでは90度および180度方向
の軸心から半径の0.3〜0.4倍の位置に、直径1.0mm
以下の欠陥が検出された。

［発明の効果］以上のように本発明に係る金属材料の鍜練方法
は、金属材料を熱間鍜錬するに際し、頂角が120
度〜150度の上下対称Ｖ金敷によつて、被鍜錬材
断面に設定した任意の基準方向に６％以上の圧下
率で圧下した後、圧下断面内で該被鍜錬材を基準
方向から90±10度回転させて６％以上の圧下率で
圧下する鍜伸工程と、上記鍜伸工程によつて上記
圧下断面を略正八角形に成形した被鍜錬材を前記
基準方向から135±10度および225±10度（基準方
向に対して±45±10度）回転させていずれも６％
以上圧下する鍜伸工程とを、鍜錬工程中に少なく
とも１回以上含むようにしたものである。したが
つて、効率的に、材料断面の広い範囲にわたつ
て、圧縮応力下で大きな塑性変形を与え、ザク性
欠陥の圧着はもちろん、鍜錬効果による材質改善
を高めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは135度上下対称Ｖ金敷で円形断面材
を10％圧下率で鍜錬する状態を示す模式図、第１
図Ｂは10％圧下材の圧下方向等歪線図、第２図は
上下対称金敷で圧縮される材料のすべり線場を示
す模式図、第３図は135度上下対称Ｖ金敷で円形
断面材を圧下した時の圧下率とＢ／Ｈの関係を示
す線図、第４図Ａ〜Ｄは０度方向圧下（基準方向
圧下）、90度方向圧下、135度方向圧下、225度方
向圧下のそれぞれにおける塑性変形の大きい領域
とほとんど塑性変形しない領域を示す模式図であ
る。１……Ｖ金敷、２……被鍜錬材。

Claims

【特許請求の範囲】

１金属材料を熱間鍜錬するに際し、頂角が120
度〜150度の上下対称Ｖ金敷によつて、被鍜錬材
断面に設定した任意の基準方向に６％以上の圧下
率で圧下した後、圧下断面内で該被鍜錬材を基準
方向から90±10度回転させて６％以上の圧下率で
圧下する鍜伸工程と、上記鍜伸工程によつて上記
圧下断面を略正八角形に成形した被鍜錬材を前記
基準方向から135±10度および225±10度（基準方
向に対して±45±10度）回転させていずれも６％
以上圧下する鍜伸工程とを、鍜錬工程中に少なく
とも１回以上含むことを特徴とする金属材料の鍜
錬方法。