JPS6137020B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、形鋼用圧延素材である粗形鋼片の鍛
造による製造方法に関するものである。

従来、形鋼用圧延素材としての粗形鋼片は一部
連続鋳造工程で製造されている例もあるが、主と
して分塊工程で製造されている。

しかしながら分塊工程は、溶鋼を連続鋳造して
鋼片（鋳片）を得るプロセスに比し能率、歩留、
エネルギー消費等ので遜色があるため、特に我国
では次第に連続鋳造によつて鋼片を得るプロセス
に変換される趨勢にある。

連続鋳造を前提にした形鋼用粗形鋼片製造プロ
セスの１つに粗形鋼片を連続鋳造によつて得ると
いうものがある。

連続鋳造によつて粗形鋼片を得るプロセスに
は、種々の断面形状、サイズ毎に鋳型を交換しな
ければならないから、設備稼動率を低下せしめ生
産性の低下を招くのみならず、複雑な断面形状の
連続鋳造であるから、鋳片の冷却過程における
“割れ”、“偏析”の発生等品質面の問題もある。

高い品質、生産性水準の下で連続鋳造を行なう
には、能う限り扁平な矩形断面の鋳片をサイズ数
少なく、換言すれば１つのサイズロツトを能う限
り大きくすることが必要である。

従つて、連続鋳造によつて方形断面の鋳片を
得、これを以降の工程で種々の断面サイズの粗形
鋼片とすることが必要となつてくる。

一方、従来分塊圧延機で粗形鋼片を製造してい
たプロセスのように、方形断面の素材から粗形鋼
片を得るプロセスは、殊に孔型を有する水平ロー
ル対で粗形鋼片を得るプロセスでは粗形鋼片のフ
ランジ部の幅を確保するために方形の大断面材料
を出発材料としなければならないから必然的にパ
ス回数が多くなり生産性が低下する。

方形断面材料から粗形鋼片を得る過程にユニバ
ーサル圧延機を適用するという提案（特開昭50−
93851号）もあり、孔型圧延法によるよりも格段
にパス回数が減少するものの圧延によつて粗形鋼
片を得るプロセスでは圧延方向へのメタル流動の
ために、フランジ部分からも圧延方向へのメタル
流動分が補給される結果、フランジの擦り下げが
起るから粗形鋼片のフランジ幅を確保することの
困難さは本質的に存在する。

この発明は、方形断面の素材から粗形鋼板を得
るに際し、フランジ部分の擦り下げを全く伴なわ
ない造形法を得ることを目的としてなされた。

フランジ部分の擦り下げを全く伴わない造形法
として発明者等は、鍛造によつて方形断面材料か
ら粗形鋼片を得る技術を既に提案している（特願
昭53−40280号）。

本発明は、前述の技術の改良に係るものであ
り、その特徴とするところは断面方形の金属材料
の長手方向に、鍛造工具による鍛造圧縮過程を繰
返し進行させて実質的に幅方向中央部に凹部を形
成する粗形鋼片の製造方法において、鍛造工具と
してその長手方向先端に、該工具後方定常部に比
べて圧縮方向および幅方向の一方または双方に
徐々に圧下量が少なくなるような非定常部を有す
る鍛造工具を使用し、前記鍛造圧縮工程を進行さ
せる際、前の鍛造圧縮動作時に非定常部で圧縮し
た部分を次の鍛造圧縮動作時に定常部で圧縮し、
これを繰返し進行させることにより材料の長手方
向にわたり均一な粗形鋼片断面を形成する粗形鋼
片の製造方法にある。

本発明における鍛造機は、連続鋳造ライン中に
或は分塊圧延ライン中に、または形鋼圧延ライン
の前段に設けることができる。

以下に本発明を詳細に説明する。

一般に、鍛造は圧延に比べてメタルが材料の長
手方向よりも幅方向に出易いことが知られてお
り、所望とする断面形状を得るには極めて適して
いる。

しかしながら、鍛造は離散的に材料に塑性加工
が加えられる過程であり、圧延のように連続的に
材料に塑性加工が加えられる過程に比し、生産
性、能率の面で劣る。

しかしながら、たとえば鋼の連続鋳造のように
極めて低速（0.5〜3m／min）で材料が移動する
ラインで切断後の鋳片に鍛造を行なう場合や圧延
ラインにおけるエントリセクシヨンのように後段
の材料速度に比し、極めて低速で処理しても質量
流量としてバランスする場合のように圧延との比
較における低生産性、低能率が問題として顕在下
しない場にあつては、造形における材料長さ方向
へのメタル流動が殆んどないこと、材料断面形状
を変化させる自由度が大きいという利点を最大限
に活用し得る。

そこで、発明者等が先に行なつた提案（特願昭
53−40280号）になる技術においては、第２図
ａ，ｂに示すような鍛造プロセスによつて第１図
に示すような粗形鋼片とするようにしている。

即ち、第２図ａに示すように、鍛造工具１を素
材２（この例ではブルーム）の中央部に設定し、
第２図ｂに示すように所定の量だけ素材を圧縮す
ることにより、鍛造工具形状に応じた粗形鋼片
２′を得ることができる。得られる粗形鋼片の全
幅は工具形状、鍛造量によつて調整可能であり、
鍛造の特性上粗形鋼片のフランジ幅も出発材料で
ある方形断面素材の厚さよりも減少することがな
いし、クロツプ部分も殆んど生ぜず極めて歩留の
高い良好な形状の粗形鋼片が得られる。

第３図ａ，ｂは、垂直方向および水平方向から
同時に圧縮を行ない、スラブから鍛造により粗形
鋼片を製造する場合を示したものである。垂直方
向の工具３、水平方向の工具４をスラブ５の所定
位置に設定し、目的とする寸法になるまで工具
３，４で同時に圧縮を行なう。この場合、第１図
のような方法に比べて鍛造荷重は増加するが、粗
形鋼片５′のフランジ高さはスラブ５の厚みより
も大幅に増加する特徴がある。従つて、鋼片の厚
みよりもフランジ高さの高い粗形鋼片を製造する
場合は極めて有効な方法である。

第４図ａ，ｂは、先に垂直方向の圧縮を行ない
次に水平方向の圧縮を行なつてスラブから鍛造に
より粗形鋼片の製造を行なう場合の例を示したも
のである。先ず工具３をスラブの中央部に設定し
て垂直方向に所定量だけ圧縮を行ない、次に工具
４で所定の幅になるように水平方向に圧縮を行な
うが、この場合工具３は圧縮後の位置にそのまま
保持したままあるいは圧縮前の位置に戻した後工
具４で圧縮を行なつてもどちらでもよい。かかる
方法をとることにより、第３図の場合に比べて鍛
造荷重が減少し、しかもほぼ同等の効果が得られ
る。

第５図ａ，ｂは、水平方向の工具を所定の粗形
鋼片の全幅が得られる位置に保持し、垂直方向の
工具で垂直方向に圧縮を行なつて粗形鋼片を製造
する場合の例を示したものである。工具６で垂直
方向に鍛造圧縮することにより鋼片８は水平方向
に拡がるが、工具７によりこの幅拡りは防止され
る。そのため、粗形鋼片８′は若干長手方向にも
伸びるがフランジ幅は鋼片８の厚みよりも大きく
なり、第３図、第４図の場合と同様の効果が得ら
れる。しかしながら、本法の主な目的は工具７に
よつて幅拡りを防止することにより粗形鋼片８′
の形状を良好なものとすることにあり、幅拡りの
比較的小さな鍛造を行なう場合に適している。ま
た、工具７は圧縮を行なわないため例えば圧延に
用いるマニプレータのようなものでもよい。

上に述べた手段によつて、方形断面素材から粗
形鋼片を製造するのであるが、鋼片の長さは通常
10m前後であり、この長さの鋼片を一度に圧縮成
形するには巨大な鍛造機を必要とし、現実的では
ない。

実用的には鋼片長を数回に分けて順次鍛造圧縮
工程を繰返し行なう。

第６図ａ，ｂ，ｃ，ｄに、繰返し鍛造圧縮工程
の過程を模式的に示した。先ず、(a)に示すように
鋼片１０の一方の先端から工具９により鍛造圧縮
を開始し、第１段階の圧縮は(b)に示す工具９の状
態で完了する。次に、工具９または鋼片１０を(c)
に示す位置に移動させて第２段階の圧縮を行な
う。その場合、境界部の疵の発生と形状不良を防
止するため(c)に示すように工具９を距離ｍだけ既
鍛造部にオーバーラツプさせて(d)に示すように第
２段階の圧縮を行なう。かかる方法により鋼片の
長さ方向に順次鍛造圧縮工程を繰返すことによ
り、疵が発生することなく良好な形状の粗形鋼片
が得られる。

上記の鍛造圧縮を行なう場合の鍛造機は特殊な
鍛造機ではなく通常用いられているタイプの鍛造
機で何ら支障はない。

第７図ａ，ｂ，ｃ，ｄに示すのは、これまで説
明してきた非定常のない長さ方向に一様な形状を
有する鍛造工具を用いてブルームを垂直方向のみ
圧縮した場合の粗形鋼片の形状の例を示したもの
である。長さのステツプ鍛造を行なる場合、既
鍛造部と未鍛造部では材料自身の拘束状態が異な
るため、鍛造境界部近傍の幅拡りが異なり、(a)，
(b)，(c)に示すようにフランジ内側が段付き状とな
り、疵が生じると同時に大きなフランジ厚みおよ
びフランジ幅の長手方向変動が発生する。従つて
境界部近傍の形状と定常部の形状が異なり圧延上
望ましくない。また、ウエブについても工具に非
定常部がないため各部の圧下量が同一となり、そ
のため(d)に示すように境界部は垂直方向にメタル
を伸し下げることになり段付き状の疵が生じて圧
延上好ましくない。

この発明は、上に述べた問題点を解決し、疵お
よび形状不良のない良好な形状の粗形鋼片を得る
手段を与えるものである。

第８図は、既に述べた発明者等の提案になる技
術における定常部のみで構成された長手方向にそ
の断面形状が一様な鍛造工具を示している。この
図に示す鍛造工具によるときは、ステツプ鍛造後
の材料の鍛造後の部分と未鍛造部分の境界部分は
垂直方向に切り立つた段付き部分となつている。
この部分は、次のステツプ鍛造により、未鍛造部
分の鍛造によつてフランジ側とウエブ側へ流動す
るから、ステツプ鍛造完了後一様であるべきフラ
ンジ内側とウエブ部分に段付きを遺すことにな
る。

第９図ａは、この発明において適用する鍛造工
具を示している。第９図ａに示す鍛造工具はその
長手方向先端（長さ方向の距離ｎの範囲）に圧縮
方向および幅方向の双方に、徐々に圧下量が少な
くなるような非定常部を有している。かかる非定
常部を設けることにより、鍛造後の材料における
境界部は滑らかな遷移変形部となり、次のステツ
プ鍛造を行なうとき、この境界部は未鍛造部から
既鍛造部に向つて滑らかな圧下が加わる結果、メ
タルの擦り下げが防止され、鍛造完了後の段付き
は殆んどなくなる。

第９図ｂ，ｃは、上に述べた非定常部の他の態
様を示す。

第９図ｂに示すのは、長手方向先端ｎの範囲に
圧縮方向に徐々に圧下量が少なくなるような非定
常部を有する鍛造工具である。

第９図ｃに示すのは長手方向先端ｎの範囲に幅
方向に徐々に圧下量が少なくなるような非定常部
を有する鍛造工具である。

第９図ａに示すのは、第９図ｂ，ｃに示した非
定常部を合成した非定常部を有する鍛造工具とい
える。

第１０図ａ，ｂ，ｃに、この発明において適用
される鍛造工具の定常部の断面形状のいくつかを
示す。たとえば大きな幅拡がりを必要とする場
合、つまりウエブ幅の広い粗形鋼片を得ようとす
る場合は、第１０図ａに示す扁平形状の工具を使
用する。このように所望する粗形鋼片の断面形
状、寸法に応じて適切な形状の鍛造工具を使用す
る。次いで実施例について述べる。

第１１図は、実際にブルームから粗形鋼片をス
テツプ鍛造により製造する場合に使用した円弧形
鍛造工具の例を具体的に示したものである。工具
の全長は1000mm、非定常部の長さ300mm、定常部
の円弧の半径は120mm、非定常部の球面の半径300
mmである。

第１２図は第１１図に示した鍛造工具を用いス
テツプ鍛造により製造した粗形鋼片の境界部の断
面形状を示したものである。素材として使用した
ブルームの寸法は300H×340W×7500L、境界部
の工具のオーバーラツプ量は100mmとし14回のス
テツプ鍛造を行なつている。この時用いた鍛造機
の容量は最大1500Ton、鍛造速度は50mm／secで
ある。鍛造量は200mm、材料温度は平均1100℃程
度で鍛造荷重は単位ステツプあたり約700Ton、
鍛造完了までに要した時間は約150secであり、製
品工場の圧延ピツチに充分マツチングさせること
ができた。本図において実線は非定常部を設けた
該工具で、点線は従来の定常部のみからなる工具
でそれぞれ鍛造した場合の粗形鋼片の断面形状で
あるが、従来工具で生じていた境界部の鍛造疵は
該工具を用いることにより完全に解消することが
できた。また、円弧形工具は材料の水平方向の幅
拡りが扁平状工具に比べて小さい特徴があり、余
り大きな幅拡りを要しない鍛造に適している。得
られた粗形鋼片のクロツプ長さは先端、後端とも
約100mm程度で、本法は歩留の面でも分塊圧延に
比べて格段に有利である。

第１３図ａ，ｂは上記粗形鋼片の全長にわたつ
て測定したウエブ高さとフランジ厚の絶対量を示
したものである。何れの場合も実線は本発明によ
る工具による寸法、点線は定常部のみからなる長
手方向に一様な断面形状を有する従来工具で鍛造
したときの寸法を表わしている。ウエブ高さにお
いて粗形鋼片の先端、後端は材料自身の拘束がな
いため何れの工具を用いても中央部に比べて若干
大きくなるが、特に顕著な特徴は境界部の寸法に
あるすなわち、従来工具では定常部と境界部のウ
エブ高さの差が約15mm程度あり、全長に渡つて凹
凸が生じるが、本発明の工具を使用すればその量
が２〜３mmに減少し全長がほぼ一様な安定した形
状寸法の粗形鋼片が得られる。

フランジ厚においてもウエブ高さと同様境界部
にその大きな特徴が認められる。従来の工具の場
合、工具全長に渡つて圧下量が一定となるため、
工具の先端および後端に相当する材料の拘束効果
の違いにより材料の幅拡り量が異なる。そのため
鍛造の境界部に相当するフランジ内側に約10mm程
度の段付きが生じる。一方本発明による工具の場
合、工具の先端と後端で圧下量が異なるため材料
の定常部と境界部の幅拡り量がほぼ等しくなり、
段付き量はほぼ２〜３mmに減少し、全長に渡つて
フランジ厚の一様な良好な粗形鋼片が得られる。

以上のことから明らかなように、本発明による
鍛造工具を使用しステツプ鍛造を行なうことによ
り従来に比べて粗形鋼片の形状、寸法の改善効果
が極めて大きく、目的とする良好な粗形鋼片が得
られた。

なお、本発明は種々の応用が考えられ、本実施
例で示したものはその一例であり、本発明の目的
に沿うものは全て包含されることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、粗形鋼片を示す見取図、第２図ａ，
ｂは、鍛造によつて粗形鋼片を得る過程を示す
図、第３図ａ，ｂは、垂直方向および水平方向か
ら同時に鍛造工具で圧縮を行なつてスラブから粗
形鋼片を得る過程を示す図、第４図ａ，ｂは、先
に垂直方向の圧縮を行なつて、然る後に水平方向
の圧縮を行なつてスラブから粗形鋼片を得る過程
を示す図、第５図ａ，ｂは、最終的に得ようとす
る粗形鋼片の幅に合せて位置せしめ、垂直方向か
らの圧縮によつて、スラブから粗形鋼片を得る過
程を示す図、第６図ａ，ｂ，ｃ，ｄは、繰返し
（ステツプ）鍛造圧縮工程を模式的に示す図、第
７図ａ，ｂ，ｃ，ｄは、長手方向に一様な断面形
状をもつ鍛造工具で、方形断面素材から粗形鋼片
を製造するときに生ず段付き部の模様を示す図、
第８図は、長手方向に一様な断面形状をもつ鍛造
工具の斜視図、第９図ａ，ｂ，ｃは、この発明に
なる粗形鋼片の製造方法における鍛造工具を示す
図、第１０図ａ，ｂ，ｃは、この発明になる粗形
鋼片の製造方法における鍛造工具の定常部断面形
状のいくつかを示す図、第１１図は、第９図ａに
示した鍛造工具の非定常部の各段階における断面
プロフイルを示す図、第１２図は、従来工具とこ
の発明における工具によるステツプ鍛造境界部の
断面の相違を示す図、第１３図ａ，ｂは、従来技
術と本発明の粗形鋼片製造後における粗形鋼片の
ウエブ部、フランジ部の凹凸状況を示す図であ
る。 １…鍛造工具、２…素材、３…垂直方向工具、
４…水平方向工具、５…スラブ、６…工具、７…
工具、８…鋼片、９…工具、１０…鋼片。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 断面方形の金属材料の長手方向に鍛造工具に
   よる鍛造圧縮過程を繰り返し進行させて実質的に
   幅方向中央部に凹部を形成する粗形鋼片の製造方
   法において、鍛造工具としてその長手方向先端
   に、該工具後方定常部に比べて圧縮方向および幅
   方向の一方または双方に徐々に圧下量が少なくな
   るような非定常部を有する鍛造工具を使用し、前
   記鍛造圧縮工程を進行させる際、前の鍛造圧縮動
   作時に非定常部で圧縮した部分を次の鍛造圧縮動
   作時に定常部で圧縮し、これを繰り返し進行させ
   ることにより材料の長手方向にわたり均一な粗形
   鋼片断面を形成することを特徴とする粗形鋼片の
   製造方法。 ２ 鋼片の垂直方向および水平方向から同時に圧
   縮を行ない、この鍛造圧縮工程を順次繰返すこと
   によつて長手方向に均一な断面形状を有する粗形
   鋼片を得ることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の鍛造による粗形鋼片の製造方法。 ３ 先に鋼片の垂直または水平方向どちらか一方
   から圧縮を行ない、次に水平または垂直方向どち
   らか一方から圧縮を行なう鍛造圧縮工程を順次繰
   返すことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の鍛造による粗形鋼片の製造方法。 ４ 垂直方向または水平方向どちらか一方の鍛造
   工具を所定の寸法が得られる位置に保持し、水平
   方向または垂直方向どちらか一方の鍛造工具で圧
   縮を行ない、圧縮による鋼片の垂直または水平方
   向の幅拡りを防止しながら鍛造圧縮工程を順次繰
   返すことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
   の粗形鋼片の製造方法。