JP6471444B2

JP6471444B2 - 熱間鍛造用金型の製造方法

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Publication number: JP6471444B2
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Inventors: 昇平佐々木
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Description

本発明は、熱間鍛造用金型の製造方法に関するものである。

熱間鍛造はおおよそ９００℃以上の高温域で鍛造用素材を塑性加工するものである。このうち、型鍛造は特定の形状を有する型彫り面を形成した、上下一対の熱間鍛造用金型で所定の形状に塑性加工を行うものである。
この型鍛造では、例えば、特開２００７−８９２号公報（特許文献１参照）に記されるように、金型母材としてＪＩＳ−ＳＫＤ６１やＳＫＴ４等が用いられており、特に摩耗量が多いと予想される場所について肉盛溶接を行って型寿命を向上している。

特開２００７−８９２号公報

上述の型鍛造での熱間鍛造において、最近では５万トン規模の大型鍛造装置が稼働を開始している。それに用いる熱間鍛造用金型も大型化し、更に、熱間鍛造する鍛造用素材においてもＮｉ基超耐熱合金やＴｉ合金等の難加工性合金が用いられ、大型のタービン用部品等に熱間鍛造が行われる。
この大型鍛造装置に用いられる熱間鍛造用金型には、従来と比較して大きな荷重が加わることか熱間鍛造用金型の型彫り面に対して肉盛溶接を行って金型の型寿命を向上させる必要がある。
この肉盛溶接に対しては、一般的には、熱間鍛造用金型の重量が小さな場合は、肉盛溶接による熱間鍛造用金型内部に引張や圧縮の応力が生じたとしても金型自体が変形して、熱間鍛造用金型内部に残留する引張や圧縮等の応力は軽減されることになる。しかし、熱間鍛造用金型の重量が大きくなると、熱間鍛造用金型は変形を生じることなく、内部に引張や圧縮の応力が蓄積されて熱間鍛造用金型が破壊するおそれがある。なかでも特に割れ等を引き起こす応力は引張応力であり、肉盛溶接時の引張応力を軽減させるか、或いは、肉盛溶接時に生じる熱間鍛造用金型内部の引張応力のバランスを均等として局所的な引張応力の高い場所を生じないように肉盛溶接を行うこと必要である。もし、肉盛溶接終了時に熱間鍛造用金型内部の引張応力に起因した割れが発生すると、その損害金額は多大となる。
しかしながら、従来においては、数万トン規模の熱間鍛造装置に用いる熱間鍛造用金型に対して、適切な引張応力となるような肉盛溶接の方法は見当たらない。
本発明の目的は、特に大型の熱間鍛造用金型への肉盛溶接時に生じる引張応力のバランスを適切とすることが可能な熱間鍛造用金型の製造方法を提供する。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものである。
すなわち本発明は、熱間鍛造用金型母材に肉盛溶接を行って肉盛層を形成する熱間鍛造用金型の製造方法において、
前記肉盛層が形成される領域が第１の幅方向の一方端部と、他方端部と、前記一方端部と前記他方端部との中間部とを有し、
前記肉盛溶接は、前記一方端部となる部分に連続溶接を行い最初の肉盛溶接部を形成し、次いで、前記最初の肉盛溶接部に連続し、前記中間部側に次の連続溶接を行い、前記連続溶接を順次繰返して前記中間部方向に向けて肉盛溶接を行って、連続した肉盛層を形成し、前記中間部の手前で肉盛溶接を停止する第１の肉盛溶接工程と、
前記他方端部となる部分に連続溶接を行い最初の肉盛溶接部を形成し、次いで、最初の肉盛溶接部に連続し、前記中間部側に次の連続溶接を行い、前記連続溶接を順次繰返して前記中間部方向に向けて肉盛溶接を行って、連続した肉盛層を形成し、前記第１の肉盛溶接工程にて形成した肉盛層との間隔が１〜８ｍｍの位置で肉盛溶接を停止する第２の肉盛溶接工程と、
前記中間部の間隔部分に肉盛溶接を行う第３の肉盛溶接工程と、
前記第１〜３の肉盛溶接工程の後、肉盛溶接した熱間鍛造用金型に、５４０〜６２０℃で１〜１０時間の熱処理を行う熱処理工程、
を行う熱間鍛造用金型の製造方法である。
この方法は矩形状の溶接領域を形成させるに好適である。

また本発明は、熱間鍛造用金型母材に肉盛溶接を行って肉盛層を形成する熱間鍛造用金型の製造方法において、
前記肉盛層が形成される領域が外周端部と、内周端部と、前記外周端部と前記内周端部との中間部とを有し、
前記肉盛溶接は、前記外周端部または内周端部のいずれか一方の端部となる部分に連続溶接を行い最初の肉盛溶接部を形成し、次いで、前記最初の肉盛溶接部に連続し、前記中間部側に次の連続溶接を行い、前記連続溶接を順次繰返して前記中間部方向に向けて肉盛溶接を行って、連続した肉盛層を形成し、前記中間部の手前で肉盛溶接を停止する第１の肉盛溶接工程と、
前記外周端部または内周端部のいずれか他方の端部となる部分に連続溶接を行い最初の肉盛溶接部を形成し、次いで、前記最初の肉盛溶接部に連続し、前記中間部側に次の連続溶接を行い、前記連続溶接を順次繰返して前記中間部方向に向けて肉盛溶接を行って、連続した肉盛層を形成し、前記第１の肉盛溶接工程にて形成した肉盛層との間隔が１〜８ｍｍの位置で肉盛溶接を停止する第２の肉盛溶接工程と、
前記中間部の間隔部分に肉盛溶接を行う第３の肉盛溶接工程と、
を含み、
前記第１〜３の肉盛溶接工程の後、肉盛溶接した熱間鍛造用金型に、５４０〜６２０℃で１〜１０時間の熱処理を行う熱処理工程、
を行う熱間鍛造用金型の製造方法である。
この方法はリング状の溶接領域を形成するのに好適である。

更に本発明は、熱間鍛造用金型母材に肉盛溶接を行って肉盛層を形成する熱間鍛造用金型の製造方法において、
前記肉盛層が形成される領域が外周端部と、中心部と、前記外周端部と前記中心部との中間部とを有し、
前記肉盛溶接は、前記外周端部または中心部のいずれか一方となる部分に連続溶接を行い最初の肉盛溶接部を形成し、次いで、前記最初の肉盛溶接部に連続し、前記中間部側に次の連続溶接を行い、前記連続溶接を順次繰返して前記中間部方向に向けて肉盛溶接を行って、連続した肉盛層を形成し、前記中間部の手前で肉盛溶接を停止する第１の肉盛溶接工程と、
前記外周端部または中心部のいずれか他方となる部分に連続溶接を行い最初の肉盛溶接部を形成し、次いで、前記最初の肉盛溶接部に連続し、前記中間部側に次の連続溶接を行い、前記連続溶接を順次繰返して前記中間部方向に向けて肉盛溶接を行って、連続した肉盛層を形成し、前記第１の肉盛溶接工程にて形成した肉盛層との間隔が１〜８ｍｍの位置で肉盛溶接を停止する第２の肉盛溶接工程と、
前記中間部の間隔部分に肉盛溶接を行う第３の肉盛溶接工程と、
を含み、
前記第１〜３の肉盛溶接工程の後、肉盛溶接した熱間鍛造用金型に、５４０〜６２０℃で１〜１０時間の熱処理を行う熱処理工程、
を行う熱間鍛造用金型の製造方法である。
この方法は円形状の溶接領域を形成するのに好適である。

好ましくは、前記第１〜第３の肉盛溶接工程を順次繰り返し、肉盛層を厚み方向に多層とする熱間鍛造用金型の製造方法である。
更に好ましくは、前記第１及び第２の肉盛溶接工程のビード幅が１０ｍｍ以上である熱間鍛造用金型の製造方法である。
より好ましくは、前記肉盛層の材質がＮｉ基超耐熱合金である熱間鍛造用金型の製造方法である。
また、本発明は、前記熱間鍛造用金型母材の重量が５００ｋｇ以上のものに好適である。
好ましくは、前記肉盛溶接がアーク溶接である熱間鍛造用金型の製造方法である。

本発明によれば、特に大型の熱間鍛造用金型への肉盛溶接時に生じる引張応力のバランスを適切とすることができるため、より確実に肉盛溶接時の割れを防止することができる。

肉盛層の形成方向と熱間鍛造用金型に残留する応力の大きさ、方向を示す模式図である。肉盛層の形成方向と熱間鍛造用金型に残留する応力の大きさ、方向を示す模式図である。肉盛層の形成方向と熱間鍛造用金型に残留する応力の大きさ、方向を示す模式図である。肉盛層の形成方向と熱間鍛造用金型に残留する応力の大きさ、方向を示す模式図である。肉盛層断面の模式図である。熱間鍛造用金型断面の模式図である。熱間鍛造用金型の一例を示す斜視図である。熱間鍛造用金型の一例を示す斜視図である。熱間鍛造用金型の一例を示す斜視図である。

先ず、本発明者らは型彫り面に肉盛溶接層を形成する熱間鍛造用金型において、肉盛溶接時に発生する引張と圧縮応力について調査した。調査に用いた熱間鍛造用金型の材質はＪＩＳ−ＳＫＤ６１とし、型彫り面を模擬した窪み部を切削加工にて形成した。
Ｕｄｉｍｅｔ５２０相当合金（ＵｄｉｍｅｔはＳｐｅｃｉａｌＭｅｔａｌｓ社の登録商標）を用いて窪み部に数種類の方法で肉盛溶接を行った。肉盛溶接終了後、６００℃×２時間の歪取り熱処理を行い、調査用金型を切断して残留する応力を調査した。残留応力の評価はひずみゲージを用いて測定した。残留する応力量を図１〜３に模式図として示す。
図１〜３において、肉盛層内の矢印は肉盛層を形成した方向を示している。肉盛層は、幅方向端部となる部分に最初の連続溶接を所定の長さ行い、次いで、最初の連続溶接部に連続する次の連続溶接を行い、前記連続溶接を順次繰返して所定の幅の肉盛層としたものである。厚みが有るのは前記の肉盛を積層する如く繰返したものである。
また、金型の応力量は矢印の長さで示し、基準（２０ＭＰａ）となる矢印長さを示している。矢印の向きは応力分布の方向を示し、矢印の長さが長いと大きな応力が残留しているということである。
熱間鍛造用金型１に形成された肉盛層２に示す矢印は肉盛溶接の方向を示している。また、熱間鍛造用金型母材に丸１〜丸５と示す場所は残留応力の測定箇所である。応力量の矢印にて、実線は引張応力を示し、破線は圧縮応力を示している。

図２は図１に示す熱間鍛造用金型に歪取り焼鈍を行ったときの応力変化を示す図である。このように、肉盛溶接後に歪取り熱処理を行うことで熱間鍛造用金型母材３の残留歪量が軽減されているのが分かる。また、肉盛溶接の方向により、残留する応力の大きさが変化するのも分かる。
中でも、図３に示す両端部から中央部に向けてそれぞれ肉盛溶接を行い、中央部に間隔（ルート間隔）部分を設けておき、最後にその間隔部分を肉盛溶接する方法を順次行いながら多層に肉盛溶接を行ったものは割れの原因となる引張応力が軽減されていること、また、残留する応力のバランスがほぼ均衡しているのが分かる。
以上の結果から、図３で示す肉盛溶接方法が大型の熱間鍛造用金型への肉盛溶接時に生じる引張応力のバランスを適切とすることができることが分かる。そのため、本発明では図３で示す肉盛溶接の順序を採用することとする。

上記のように、本発明において、肉盛溶接工程を３つの工程に分けて行うのは引張応力を軽減させること、熱間鍛造用金型母材に残留する応力のバランスをほぼ均衡とするためである。以下に本発明を詳細に説明する。最初に、溶接領域が矩形状とする場合の肉盛溶接方法について説明する。なお、「矩形状」とは、図７に示すように熱間鍛造用金型を上方向から見たときの形状を言う。
図５及び図７は、図３で示す肉盛溶接の方法を詳細に示す一実施形態であり、図５は断面模式図、図７は斜視図である。最初に、肉盛溶接を行う熱間鍛造用金型母材３を準備する。肉盛溶接を行うのは、熱間鍛造時に鍛造用素材を所定の形状に塑性加工を行う型彫り面側である。また、熱間鍛造用金型母材は、肉盛溶接時の割れを防止するため２５０℃を下限として、熱間鍛造用金型母材の焼戻し温度未満の温度域に予熱を行っておくのが良い。好ましくは、３００〜焼戻し温度マイナス１００℃の範囲である。なお、予熱した熱間鍛造用金型母材は、後述する肉盛層の形成終了時まで温度を保持することでより確実に熱間鍛造用金型母材の割れを防止することができる。
そして、第１の肉盛溶接工程を行う。先ず、肉盛層２の第一の幅方向の一方端部となる部分に連続溶接を所定の長さ行い最初の肉盛溶接部を形成し、次いで、前記最初の肉盛溶接部に連続し、前記中間部側に次の連続溶接を行い、最初の肉盛溶接部と次の連続溶接が長さ方向に重複するように前記連続溶接を順次繰返して前記肉盛層の中間部方向に向けて肉盛溶接を行って、連続した肉盛層を形成し、中間部の手前で肉盛溶接を停止して、第１の肉盛層４（肉盛層Ａ’）を形成する。

前述の第１の肉盛溶接工程の後、第２の肉盛溶接工程を行う。
第２の肉盛溶接工程は、肉盛層２の他方端部となる部分に連続溶接を所定の長さ行い最初の肉盛溶接部を形成し、次いで、最初の肉盛溶接部に接続し、前記中間部側に次の連続溶接が長さ方向に重複するように最初の肉盛溶接部に連続する次の連続溶接を行い、前記連続溶接を順次繰返して前記肉盛層の中間部方向に向けて肉盛溶接を行って、連続した肉盛層を形成し、前記第１の肉盛溶接工程にて形成した肉盛層との間隔が１〜８ｍｍの位置で肉盛溶接を停止して第２の肉盛層５（肉盛層Ａ）を形成する。また、本発明で間隔を１〜８ｍｍとするのは第１の肉盛溶接工程で形成した肉盛層のエッジと第２の肉盛溶接工程で形成した肉盛層のエッジを十分に溶け込ませるためである。好ましい間隔の上限は７ｍｍであり、更に好ましくは６ｍｍである。
そして、第３の肉盛溶接工程として、前記中間部の間隔部分に第３の肉盛層６となる肉盛溶接を行って第３の肉盛層６（肉盛層Ａ”）とする。なお、本発明において、第３の肉盛層を形成する場合は、１〜８ｍｍの間隔とした第２の肉盛層を形成した後、一旦、肉盛溶接を中断する。そして、肉盛溶接トーチか或いは熱間鍛造用金型母材の角度を変化させ、間隔の中央部に肉盛溶接が可能なように再調整する。その後、熱間鍛造用金型母材の垂直方向から１回の肉盛溶接で第３の肉盛層を形成すると良い。これにより、肉盛溶接の融合不良やブローホール等の溶接不良の発生を防止することができる。
上述した本発明で規定する肉盛溶接の順序によって、肉盛溶接時の引張や圧縮の応力のバランスをほぼ均等とすることができる。
なお、熱間鍛造用金型においては、熱間鍛造用金型母材と作業面となる肉盛層の中間に、両者の溶接性を向上させ、熱間鍛造用金型母材と肉盛層との間に発生する応力を緩和させる中間層７を肉盛溶接する場合がある。その場合においても、中間層を本発明の肉盛溶接の順序により形成するのが好ましい。中間層の形成効果は後述するリング状、円形状の溶接領域を形成したときも同じである。

次に、図８を用いて、リング状の溶接領域を形成する場合の肉盛溶接の方法について説明する。基本的には前述の矩形領域の肉盛と同じであるが、リング状の場合、肉盛層が形成される領域が外周端部と、内周端部と、前記外周端部と前記内周端部との中間部とを有する。外周端部か内周端部の何れかから第１の肉盛層４（肉盛層Ａ’）を形成し、もう一方側から第２の肉盛層５（肉盛層Ａ）を形成する。第３の肉盛層６（肉盛層Ａ”）は中間部に形成することになる。この場合も、第１の肉盛層４と第２の肉盛層５との間隔は１〜８ｍｍであり、その間隔があけられた中間部に第３の肉盛層６を形成する。
また、用いる熱間鍛造用母材は、代表的には、図８のようなリング状形状となる。この場合、肉盛溶接は、熱間鍛造用母材を周方向に回転させながら行うのが簡便である。
なお、「リング状」とは、図８に示すように熱間鍛造用金型を上方向から見たときの形状を言う。

次に、図９を用いて、円形状の溶接領域を形成する場合の肉盛溶接の方法について説明する。基本的には前述の矩形領域やリング状領域の肉盛と同じであるが、円形状の場合、肉盛層が形成される領域が外周端部と、中心部と、前記外周端部と前記中心部との中間部とを有する。外周端部か中心部の何れかから第１の肉盛層４（肉盛層Ａ’）を形成し、もう一方側から第２の肉盛層５（肉盛層Ａ）を形成する。第３の肉盛層６（肉盛層Ａ”）は中間部に形成することになる。この場合も、第１の肉盛層４と第２の肉盛層５との間隔は１〜８ｍｍであり、その間隔があけられた中間部に第３の肉盛層６を形成する。
また、用いる熱間鍛造用金型母材は円錐台状形状や円柱状形状となる。この場合、肉盛溶接は、熱間鍛造用金型母材を周方向に回転させながら行うのが簡便である。
なお、「円形状」とは、図８に示すように熱間鍛造用金型を上方向から見たときの形状を言う。

次に本発明では、前記の肉盛溶接工程の後、熱処理工程として肉盛溶接した熱間鍛造用金型に、５４０〜６２０℃で１〜１０時間の熱処理を行う。これは、肉盛溶接時に発生した応力の低減を主たる目的とする。応力緩和の熱処理温度が５４０℃未満の場合、十分に引張や圧縮の応力低減ができない。一方、６２０℃を超える温度域では、熱間鍛造用金型母材の焼戻し温度を超える場合があり、熱間鍛造用金型母材の硬さが低下してしまう。そのため、本発明で行う熱処理工程の温度範囲は５４０〜６２０℃に限定する。
また、前述の温度範囲にて、十分な応力緩和を行うには、その時間も適切にする必要がある。熱処理時間が１時間未満であると十分に引張や圧縮の応力低減ができない。一方、熱処理時間が１０時間を超えても、応力緩和効果の向上が望めないばかりか、例えば、熱処理温度が６００℃以上の場合、熱間鍛造用金型母材の硬さがやや低下してしまうおそれがある。そのため、熱処理時間の上限は１０時間とする。
以上説明する本発明の構成により、前述の図２で説明した肉盛溶接時に生じる引張応力のバランスを適切とし、更に肉盛溶接時に発生した応力を低減させることができる。

なお、本発明において、肉盛層２を多層とする場合は、前記第１〜第３の肉盛溶接工程を順次繰り返し、肉盛層を厚み方向に多層とするのが好ましい。これは、肉盛溶接時に生じる引張応力のバランスを適切とすることができるためである。
また、第１及び第２の肉盛溶接工程において、前述の一回の連続溶接で形成する溶接ビードの幅は１０ｍｍ以上とするのが好ましい。これは、１０ｍｍ以上のビード幅とすることでビード形状が平滑となり、多層盛りした際の形状および肉盛品位を安定化させることができる。ビード幅の上限は特に規定しないが、例えば３５ｍｍを超えるとウィービングの幅が広くなり、シールド不足によりアーク雰囲気へ大気が混入するおそれがあるため。上限は３５ｍｍとすると良い。
更に本発明で用いる肉盛層の材質はＮｉ基超耐熱合金であることが好ましい。これは熱間鍛造を行う温度範囲での高温強度が非常に優れており、また、打撃面の高温下での耐酸化性に優れているためである。なお、本発明言う「Ｎｉ基超耐熱合金」とは、Ｎｉを最も多く含有し、耐酸化性、高温強度に優れる合金を言う。具体的には、前述のＵｄｉｍｅｔ５２０相当合金やＪＩＳ−Ｇ４９０１やＧ４９０２に示される組成を有する合金が代表的である。これらはγ´相等の金属間化合物を析出させて合金を強化（硬化）できる。
また、前記肉盛溶接はアーク溶接であることが好ましい。これは高エネルギービーム溶接でも同様の肉盛層を得られることが出来るが、溶接設備費用が高価であること。また、ワークの形状や寸法に制限がかかるためである。

以上、説明する本発明の熱間鍛造用金型の製造方法を、例えば、数万トン規模の大型熱間鍛造装置用の熱間鍛造用金型の製造方法に好適である。大型の熱間鍛造装置用の熱間鍛造用金型となると、その重量が５００ｋｇ以上となる。このように熱間鍛造用金型の重量が大きくなると、通常は内部に引張や圧縮の応力が蓄積されて熱間鍛造用金型が破壊するおそれがあるところ、本発明の熱間鍛造用金型の製造方法によれば、肉盛溶接時に生じる引張応力のバランスを適切とすることが可能となり、肉盛溶接時の割れ等の問題をより確実に防止することができる。

以下の実施例で本発明を更に詳しく説明する。
１０００℃×１時間での焼入れと６００℃×５時間での焼戻しを行ったＪＩＳ−ＳＫＤ６１で作製した熱間鍛造用金型母材３を用意した。熱間鍛造用金型母材はその重さが約３０００ｋｇで作業面にはディスク鍛造用の型彫り面が機械加工によって形成されている、最大荷重５万トンの大型熱間鍛造装置用に製造したものである。断面模式図を図６に示す。図６に示すように、今回の熱間鍛造用金型は、リング状の熱間鍛造用金型１ａと円錐台状の熱間鍛造用金型１ｂとの組立て体である。
前述の熱間鍛造用金型母材を加熱炉で４００℃に加熱を行い、肉盛溶接を行った。なお、肉盛溶接終了まで熱間鍛造用母材は３００℃で保熱を行った。
肉盛溶接はアーク溶接装置を用いて、肉盛用粉末は中間層をＨａｓｔｅｌｌｏｙ−Ｃ２７６相当合金（ＨａｓｔｅｌｌｏｙはＨａｙｎｅｓＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社の登録商標）、中間層上の作業面となる部分にＵｄｉｍｅｔ５２０相当合金を用いて肉盛溶接を行った。

先ず、リング状の熱間鍛造用金型１ａの製造工程を説明する。
第１の肉盛溶接工程として、内周端部となる部分に連続溶接を所定の長さ行い最初の肉盛溶接部を形成し、次いで、前記最初の肉盛溶接部に連続し、中間部側に次の連続溶接を行い、最初の肉盛溶接部と次の連続溶接が長さ方向（周方向）に重複するように前記連続溶接を順次繰返して前記中間部方向に向けて肉盛溶接を行って、連続した肉盛層を形成し、中間部の手前で溶接を停止して、図５に示すような第１の肉盛層４（肉盛層Ａ’）を形成した。なお、図５に示す模式図は、Ｖ字状の断面を有するものであるが、実際には図６に示すような断面形状であり、簡易的に図５を用いて説明している。
次に、前述の第１の肉盛溶接工程の後、外周端部となる部分に連続溶接を所定の長さ行い最初の肉盛溶接部を形成し、次いで、前記最初の肉盛溶接部に連続し、中間部側に次の連続溶接が長さ方向（周方向）に重複するように最初の肉盛溶接部に連続する次の連続溶接を行い、前記連続溶接を順次繰返して前記中間部方向に向けて肉盛溶接を行って、連続した肉盛層を形成し、前記第１の肉盛溶接工程にて形成した肉盛層との間隔が５ｍｍの位置で溶接を停止して第２の肉盛層５（肉盛層Ａ）を形成した。
次に、第３の肉盛溶接工程として、前記中間部の間隔部分に第３の肉盛層６となる肉盛溶接を行って、厚さが３ｍｍの第３の肉盛層６（肉盛層Ａ”）を形成した。なお、前記第１及び第２の肉盛溶接工程のビード幅は２２ｍｍとした。第３の肉盛層の形成は、熱間鍛造用金型母材の垂直方向から１回の肉盛溶接とした。

次に、中間層上にＵｄｉｍｅｔ５２０相当合金を用いて肉盛溶接を行った。溶接順序、ルート間隔及びビード幅は前記の中間層の肉盛溶接と同様として、Ｕｄｉｍｅｔ５２０相当合金を４層積層して図６に示すリング状の熱間鍛造用金型を作製した。
この間の肉盛溶接は、リング状の熱間鍛造用母材を回転させながら順次肉盛溶接を行った。
その後、肉盛溶接した熱間鍛造用金型に、６００℃で２時間の熱処理を行って、肉盛溶接時に発生した応力を低減させた。
なお、得られたリング状の熱間鍛造用金型は直径が１４００ｍｍ、内径が３００ｍｍという極めて大型のものであったが前記の肉盛溶接工程、熱処置工程の間に割れ等の問題は一切生じなかった。

次に、円錐台状（上から見ると円形状）の熱間鍛造用金型１ｂの製造工程を説明する。
第１の肉盛溶接工程として、外周端部となる部分に連続溶接を所定の長さ行い最初の肉盛溶接部を形成し、次いで、前記最初の肉盛溶接部に連続し、中間部側に次の連続溶接を行い、前記最初の肉盛溶接部に連続し、中間部側に次の連続溶接が長さ方向（周方向）に重複するように前記連続溶接を順次繰返して前記中間部方向に向けて肉盛溶接を行って、連続した肉盛層を形成し、中間部の手前で溶接を停止して、図５に示すような第１の肉盛層４（肉盛層Ａ’）を形成した。
次に、前述の第１の肉盛溶接工程の後、中心部に連続溶接を所定の長さ行い最初の肉盛溶接部を形成し、次いで、前記最初の肉盛溶接部に連続し、中間部側に次の連続溶接が長さ方向（周方向）に重複するように最初の肉盛溶接部に連続する次の連続溶接を行い、前記連続溶接を順次繰返して前記中間部方向に向けて肉盛溶接を行って、連続した肉盛層を形成し、前記第１の肉盛溶接工程にて形成した肉盛層との間隔が５ｍｍの位置で溶接を停止して第２の肉盛層５（肉盛層Ａ）を形成した。
次に、第３の肉盛溶接工程として、前記中間部の間隔部分に第３の肉盛層となる肉盛溶接を行って、厚さが３ｍｍの第３の肉盛層６（肉盛層Ａ”）を形成した。なお、前記第１及び第２の肉盛溶接工程のビード幅は２２ｍｍとした。第３の肉盛層の形成は、熱間鍛造用金型母材の垂直方向から１回の肉盛溶接とした。

次に、中間層上にＵｄｉｍｅｔ５２０相当合金を用いて肉盛溶接を行った。溶接順序、ルート間隔及びビード幅は前記の中間層の肉盛溶接と同様として、Ｕｄｉｍｅｔ５２０相当合金を４層積層して図６に示すリング状の熱間鍛造用金型を作製した。
この間の肉盛溶接は、リング状の熱間鍛造用母材を回転させながら順次肉盛溶接を行った。
その後、肉盛溶接した熱間鍛造用金型に、６００℃で２時間の熱処理を行って、肉盛溶接時に発生した応力を低減させた。
なお、得られた円錐台状の熱間鍛造用金型は直径が３００ｍｍという大型のものであったが前記の肉盛溶接工程、熱処理工程の間に割れ等の問題は一切生じなかった。
前記のリング状の熱間鍛造用金型と前記の円錐台状の熱間鍛造用金型とを、焼嵌めにて組み合わせ、鍛造面を機械加工して図６に示すような、熱間鍛造用金型を製造することが出来た。

以上の結果から、通常は内部に引張や圧縮の応力が蓄積されて熱間鍛造用金型が破壊するおそれがあるところ、本発明の熱間鍛造用金型の製造方法によれば、肉盛溶接時に生じる引張応力のバランスを適切とすることが可能となる。また、大型の熱間鍛造用金型であっても、肉盛溶接時の割れ等の問題をより確実に防止することができる。

１熱間鍛造用金型
２肉盛層
３熱間鍛造用金型母材
４第１の肉盛層
５第２の肉盛層
６第３の肉盛層
７中間層

Claims

熱間鍛造用金型母材に肉盛溶接を行って肉盛層を形成する熱間鍛造用金型の製造方法において、
前記肉盛層が形成される領域が第１の幅方向の一方端部と、他方端部と、前記一方端部と前記他方端部との中間部とを有し、
前記肉盛溶接は、前記一方端部となる部分に連続溶接を行い最初の肉盛溶接部を形成し、次いで、前記最初の肉盛溶接部に連続し、前記中間部側に次の連続溶接を行い、前記連続溶接を順次繰返して前記中間部方向に向けて肉盛溶接を行って、連続した肉盛層を形成し、前記中間部の手前で肉盛溶接を停止する第１の肉盛溶接工程と、
前記他方端部となる部分に連続溶接を行い最初の肉盛溶接部を形成し、次いで、前記最初の肉盛溶接部に連続し、前記中間部側に次の連続溶接を行い、前記連続溶接を順次繰返して前記中間部方向に向けて肉盛溶接を行って、連続した肉盛層を形成し、前記第１の肉盛溶接工程にて形成した肉盛層との間隔が１〜８ｍｍの位置で肉盛溶接を停止する第２の肉盛溶接工程と、
前記中間部の間隔部分に肉盛溶接を行う第３の肉盛溶接工程と、
を含み、
前記第１〜３の肉盛溶接工程の後、肉盛溶接した熱間鍛造用金型に、５４０〜６２０℃で１〜１０時間の熱処理を行う熱処理工程、
を行うことを特徴とする熱間鍛造用金型の製造方法。
熱間鍛造用金型母材に肉盛溶接を行って肉盛層を形成する熱間鍛造用金型の製造方法において、
前記肉盛層が形成される領域が外周端部と、内周端部と、前記外周端部と前記内周端部との中間部とを有し、
前記肉盛溶接は、前記外周端部または内周端部のいずれか一方の端部となる部分に連続溶接を行い最初の肉盛溶接部を形成し、次いで、前記最初の肉盛溶接部に連続し、前記中間部側に次の連続溶接を行い、前記連続溶接を順次繰返して前記中間部方向に向けて肉盛溶接を行って、連続した肉盛層を形成し、前記中間部の手前で肉盛溶接を停止する第１の肉盛溶接工程と、
前記外周端部または内周端部のいずれか他方の端部となる部分に連続溶接を行い最初の肉盛溶接部を形成し、次いで、前記最初の肉盛溶接部に連続し、前記中間部側に次の連続溶接を行い、前記連続溶接を順次繰返して前記中間部方向に向けて肉盛溶接を行って、連続した肉盛層を形成し、前記第１の肉盛溶接工程にて形成した肉盛層との間隔が１〜８ｍｍの位置で肉盛溶接を停止する第２の肉盛溶接工程と、
前記中間部の間隔部分に肉盛溶接を行う第３の肉盛溶接工程と、
を含み、
前記第１〜３の肉盛溶接工程の後、肉盛溶接した熱間鍛造用金型に、５４０〜６２０℃で１〜１０時間の熱処理を行う熱処理工程、
を行うことを特徴とする熱間鍛造用金型の製造方法。
熱間鍛造用金型母材に肉盛溶接を行って肉盛層を形成する熱間鍛造用金型の製造方法において、
前記肉盛層が形成される領域が外周端部と、中心部と、前記外周端部と前記中心部との中間部とを有し、
前記肉盛溶接は、前記外周端部または中心部のいずれか一方となる部分に連続溶接を行い最初の肉盛溶接部を形成し、次いで、前記最初の肉盛溶接部に連続し、前記中間部側に次の連続溶接を行い、前記連続溶接を順次繰返して前記中間部方向に向けて肉盛溶接を行って、連続した肉盛層を形成し、前記中間部の手前で肉盛溶接を停止する第１の肉盛溶接工程と、
前記外周端部または中心部のいずれか他方となる部分に連続溶接を行い最初の肉盛溶接部を形成し、次いで、前記最初の肉盛溶接部に連続し、前記中間部側に次の連続溶接を行い、前記連続溶接を順次繰返して前記中間部方向に向けて肉盛溶接を行って、連続した肉盛層を形成し、前記第１の肉盛溶接工程にて形成した肉盛層との間隔が１〜８ｍｍの位置で肉盛溶接を停止する第２の肉盛溶接工程と、
前記中間部の間隔部分に肉盛溶接を行う第３の肉盛溶接工程と、
を含み、
前記第１〜３の肉盛溶接工程の後、肉盛溶接した熱間鍛造用金型に、５４０〜６２０℃で１〜１０時間の熱処理を行う熱処理工程、
を行うことを特徴とする熱間鍛造用金型の製造方法。
前記第１〜第３の肉盛溶接工程を順次繰り返し、肉盛層を厚み方向に多層とすることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の熱間鍛造用金型の製造方法。
前記第１及び第２の肉盛溶接工程のビード幅が１０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の熱間鍛造用金型の製造方法。
前記肉盛層の材質がＮｉ基超耐熱合金であることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の熱間鍛造用金型の製造方法。
前記熱間鍛造用金型母材の重量が５００ｋｇ以上であることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の熱間鍛造用金型の製造方法。
前記肉盛溶接がアーク溶接であることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の熱間鍛造用金型の製造方法。