JP2005007469A - 金属スラブの製造方法 - Google Patents

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Muneyuki Iwasaki
宗之 岩崎
Yasushi Chichihara
寧 乳原
Yukihiro Matsubara
行宏 松原
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Jfe Steel Kk
Jfeスチール株式会社
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Abstract

【課 題】円柱状金属塊から金属スラブを製造するにあたって、設備改造に要する費用を低減し、しかも高能率かつ高歩留りで金属スラブを製造する方法を提供する。
【解決手段】円柱状金属塊の中心線を水平にして円柱状金属塊を金敷に載置し、中心線に対して垂直に上方から圧下を加えて1次鍛造を行ない板状金属塊とした後、板状金属塊の上面の角部に上方から圧下を加えて2次鍛造を行ない板状金属塊の角部に薄肉部を形成し、次いで必要に応じて再加熱を施し、さらに仕上げ鍛造または仕上げ圧延を行なう。あるいは仕上げ鍛造と仕上げ圧延を併用しても良い。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円柱状の金属鋳塊(以下、 円柱状金属塊という)から板状金属塊を経て、矩形断面を有する金属塊(以下、金属スラブという)を製造する方法に関し、特に金属鋳塊の製造工程において真空溶解炉等で溶製し円柱形鋳型に鋳込むことによって円柱状金属塊を鋳造する金属(たとえばチタン,ジルコニウム等)から金属スラブを製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
種々の金属材料を製造するにあたって、まず所定の成分を有する溶融金属を溶製した後、鋳型に鋳込んで金属鋳塊とし、次いで鍛造あるいは圧延を施して所定の寸法の金属スラブを得る。これらの溶融金属の溶製から金属鋳塊を経て金属スラブを得るまでの一連の工程は、その金属材料の成分や特性に応じて適宜選択される。
【0003】
たとえばチタン,ジルコニウム等の金属材料では、その金属鋳塊の製造工程において、一般的に、真空溶解炉等で溶製し円柱形鋳型に鋳込むことによって円柱状金属塊を製造する。この円柱状金属塊から金属スラブを製造する際には、分塊圧延機が広く使用されている。図6は、分塊圧延機の圧延ロールと板状金属塊との配置の例を模式的に示す斜視図である。
【0004】
なおここでは、素材となる円柱状金属塊と所定の寸法に仕上げられた金属スラブの中間製品である円柱状金属塊に圧下を施し、平面部を形成したものを板状金属塊と記す。
【0005】
分塊圧延機で円柱状金属塊から金属スラブを製造する場合は、図6に示すように、分塊圧延機に配設された水平圧延ロール10と垂直圧延ロール11を用いて円柱状金属塊(図示せず)に水平方向および垂直方向の圧下を施して板状金属塊2とし、さらに圧下を加えて所定の寸法の金属スラブ(図示せず)を製造する。
【0006】
ところが円柱状金属塊を圧延して金属スラブに仕上げると、金属スラブの端部にタングと呼ばれる舌状のクロップが生じる。金属スラブが製品として出荷される際には、このタングを切断除去するので、歩留り低下の原因となる。そこでタングの形成を抑制する技術が種々提案されている。
【0007】
たとえば金属スラブとしてチタンスラブを製造する技術は、特公昭59−16858号公報に開示されている。この技術は、丸形チタン鋳塊を加熱した後、鍛造して扁平鋳塊を得る際に、その扁平鋳塊の端部を先細りのテーパー形状に加工し、次いで再加熱して分塊圧延を施すことによって、タングの生成を抑制するものである。しかしながら特公昭59−16858号公報に開示された技術では、鍛造によって扁平鋳塊の端部に先細りのテーパー部を設けるので、テーパー面に段差が生じて、金属スラブの表面欠陥として残存する。テーパー面に段差を生じさせず、所定のテーパー角度を有するテーパー面を形成するためには、鍛造の圧下量を細分化した上で圧下回数を増加せざるを得ず、テーパー面の形成に長時間を要する。しかも扁平鋳塊の上面,下面,両側面(合計4面)にテーパー面を形成するので、作業能率が低下するのは避けられない。
【0008】
なお特公昭59−16858号公報の第2図によれば、素材となる丸型チタン鋳塊の中心線を扁平鋳塊の各面に投影した線に対して、テーパー部の縁部は、いずれも直角になっている。
【0009】
また特開昭60−3950 号公報には、チタンスラブの製造方法が開示されている。この技術は、チタンを溶解した後、端部にテーパー部を設けた矩形断面の鋳型に鋳込んで、端部にテーパー部を有する角形チタン鋳塊を製造し、さらに分塊圧延を施すことによって、タングの生成を抑制するものである。しかしながらチタンスラブを製造する際には、真空溶解炉等で溶製し円柱形鋳型に鋳込むことによって円柱状のチタン鋳塊を製造するのが、組織が均一になり、不純物の巻き込みも少ないので一般的である。したがって特開昭60−3950 号公報に開示された技術を適用するには、溶融チタンを溶製してチタン鋳塊を鋳込むまでの一連の工程で使用する設備を改造する必要がある。
【0010】
【特許文献1】
特公昭59−16858号公報
【特許文献2】
特開昭60−3950 号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような問題を解消し、チタン,ジルコニウム等の円柱状金属塊から金属スラブを製造するにあたって、既存の設備を利用して設備改造に要する費用を低減し、しかも高能率かつ高歩留りで金属スラブを製造する方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、加熱した円柱状金属塊から所定の厚さを有する金属スラブを製造する方法において、円柱状金属塊の中心線を水平にして円柱状金属塊を金敷に載置し、中心線に対して垂直に上方から圧下を加えて1次鍛造を行ない板状金属塊とした後、板状金属塊の上面の長手端片方あるいは両方の角部に上方から圧下を加えて2次鍛造を行ない板状金属塊の角部に薄肉部を形成し、次いで必要に応じて再加熱を施し、さらに仕上げ鍛造を行なう金属スラブの製造方法である。
【0013】
また上記の仕上げ鍛造を仕上げ圧延に置き換えても良い。すなわち、2次鍛造を行なった後、 必要に応じて再加熱を施し、さらに仕上げ圧延を行なって金属スラブを製造することも可能である。
【0014】
あるいは仕上げ鍛造を行なった後、 必要に応じて再加熱を施し、さらに仕上げ圧延を行なって金属スラブを製造することも可能である。
【0015】
前記した仕上げ鍛造を行なう方法あるいは仕上げ圧延を行なう方法においては、いずれも好適態様として、薄肉部の縁部が板状金属塊の上面に中心線を投影した線に対して所定の傾斜角を有することが好ましく、またその傾斜角が45°±10°であることが好ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明における円柱状金属塊から金属スラブに到るまでの形状変化の推移を模式的に示す斜視図である。
【0017】
図1(a) ,(b) に示すように、加熱した円柱状金属塊1に1次鍛造を施して板状金属塊2を得る。図2は、1次鍛造の具体例であり、(a) は円柱状金属塊1を金敷5に載置した状態、(b) は圧下を加えて板上金属塊2とした状態を、それぞれ平面図,正面図,側面図で示す。
【0018】
本発明では、円柱状金属塊1の加熱方法は特定の方法に限定しない。ただしチタンの場合、加熱温度が 920℃未満では、タングの形成を抑制できない。一方、 990℃を超えると、後述する金属スラブ3表面のシワ疵が深くなり、手入れ作業の負荷が増大するばかりでなく、歩留り低下を招く。したがって、円柱状金属塊1の加熱温度はチタンでは 920〜990 ℃の範囲内を満足するのが好ましい。
【0019】
1次鍛造では、図1(a) に示すように、円柱状金属塊1を、その中心線CLを水平にして金敷5に載置する。次いで(b) に示すように、上金型6を用いて上方から中心線CLに対して垂直に圧下を加えて板状金属塊2とする。このとき、圧下の回数は特定の数値範囲に限定しない。すなわち、板状金属塊2や上金型6の寸法に応じて、圧下回数を適宜設定する。
【0020】
次いで、図1(b) ,(c) に示すように、板状金属塊2に2次鍛造を施して板状金属塊2上面の長手端片方の角部に薄肉部4を形成する。図3は、この2次鍛造の具体例であり、(a) は板状金属塊2の長手端片方の角部(1ケ所)に薄肉部4を設けた状態、(b) は板状金属塊2の長手端片方の角部(合計2ケ所)に薄肉部4を設けた状態を、それぞれ平面図,正面図,側面図で示す。
【0021】
2次鍛造では、図3(a) に示すように、板状金属塊2を回転させた後、上金型6を用いて上方から板状金属塊2上面の長手端片方の角部1ケ所を圧下して薄肉部4を設ける。なお、必要に応じてマニピュレーター7等を用いて板状金属塊2を固定しても良い。次いで(b) に示すように、板状金属塊2を再度回転させて、上金型6を用いて上方から板状金属塊2上面の長手端片方の角部のもう1ケ所を圧下して薄肉部4を設ける。このとき、圧下の回数は特定の数値範囲に限定しない。すなわち、薄肉部4や上金型6の寸法に応じて、圧下回数を適宜設定する。
【0022】
このようにして図1(c) に示すように、板状金属塊2の長手端片方の角部に薄肉部4が形成される。なお本発明では、薄肉部4を設ける角部は長手端片方に限定せず、長手端両方であっても良い。薄肉部4を4ケ所設ける場合は、図3(c) ,(d) に示すように、板状金属塊2を回転させて、上金型6を用いて上方から板状金属塊2上面の角部をそれぞれ圧下して薄肉部4を設ける。
【0023】
薄肉部4を形成する際には、板状金属塊2上面に上方から圧下を加える。ただし薄肉部4を形成する際の圧下量t(mm)が、円柱状金属塊1の直径(mm)の2%未満では、タングの形成を抑制できない。一方、 6%を超えると、後述する金属スラブ3に薄肉部4が残留して、歩留りの低下を招く。したがって、薄肉部4を形成する際の圧下量t(mm)は円柱形状金属塊1の直径(mm)の2〜6%の範囲内を満足するのが好ましい。
【0024】
本発明における薄肉部4は、図1(c) に示すように、テーパー形状に加工する必要はない。しかも図3(c) ,(d) に示すように、薄肉部4に段差が生じても、後述する仕上げ鍛造あるいは仕上げ圧延を支障なく行なうことができる。したがって、薄肉部4を高能率で形成することが可能である。
【0025】
また薄肉部4の縁部ELは、円柱状金属塊1の中心線CLを板状金属塊2上面に投影した線に対して傾斜しており、その角度を傾斜角と記す。このようにして薄肉部4の縁部ELに傾斜角θを設けることによって、後述する金属スラブ3のタングを減少し、歩留りを向上させることができる。
【0026】
なお傾斜角θは、45±10°の範囲内とするのが好ましい。その理由は、傾斜角θがこの範囲を外れると、タングの生成を防止する効果が著しく減少するからである。
【0027】
次に、図1(c) ,(d) に示すように、板状金属塊2に仕上げ鍛造,仕上げ圧延あるいはそれらの組合せを施して金属スラブ3を得る。仕上げ鍛造を行なう場合は水平金型と垂直金型を用いて2方向から圧下を加える。仕上げ圧延を行なう場合は水平圧延ロールと垂直圧延ロールを用いて2方向から圧下を加える。
【0028】
図4は、薄肉部4を長手端片方に設けた板状金属塊2の仕上げ鍛造の具体例であり、図5は、薄肉部4を長手端両方に設けた板状金属塊2の仕上げ鍛造の具体例である。図4,5において、いずれも(a) は垂直金型9を用いた幅圧下を示す平面図、(b) は水平金型8を用いた厚さ圧下を示す正面図である。このようにして圧下を加える方向は、いずれも円柱状金属塊1の中心線CLに対して垂直である。なお、必要に応じてマニピュレーター7等を用いて板状金属塊2を固定しても良い。
【0029】
本発明では、仕上げ鍛造における圧下の回数は特定の数値範囲に限定しない。ただし圧下を2回以上加えると場合は、図4,5に示すように、垂直金型9と水平金型8を板状金属塊2の中央部から薄肉部4の方向へ順次移動させながら圧下を加える必要がある。
【0030】
このようにして予め板状金属塊2に薄肉部4を形成することによって、メタルフローに起因する肉盛りを発生させ、その薄肉部4を有する板状金属塊2に圧下を加えることによって、板状金属塊2の幅方向中央部がタング形状に張り出す部分とバランスする。その結果、金属スラブ3のタングを減少して歩留りを向上させることができる。
【0031】
仕上げ圧延を行なう場合の具体例は図示を省略するが、圧延装置の構成は特定の形式に限定しない。たとえば、図6に示すような従来から知られている分塊圧延機を用いて支障なく圧延できる。すなわち、垂直圧延ロール11を用いて板状金属塊2を幅方向に圧下し、水平圧延ロール10を用いて板状金属塊2を厚さ方向に圧下する。
【0032】
本発明で仕上げ圧延を行なう場合は、図4,5に示した仕上げ鍛造と同様に、垂直圧延ロール11と水平垂直圧延ロール10を板状金属塊2の中央部から薄肉部4の方向へ相対的に移動させながら圧下を加える必要がある。したがって、圧延装置の搬送コンベアに板状金属塊2を載置して、板状金属塊2の中央部から薄肉部4の方向へ搬送しながら圧延を行なう。
【0033】
あるいは、仕上げ鍛造と仕上げ圧延を併用しても良い。すなわち図4,5に示す仕上げ鍛造を行なった後、 必要に応じて再加熱を施し、さらに図6に示す仕上げ圧延を行なって金属スラブを製造することも可能である。
【0034】
このようにして予め板状金属塊2に薄肉部4を形成することによって、メタルフローに起因する肉盛りを発生させ、その薄肉部4を有する板状金属塊2に圧下を加えることによって、板状金属塊2の幅方向中央部がタング形状に張り出す部分とバランスする。その結果、金属スラブ3のタングを減少して歩留りを向上させることができる。
【0035】
【実施例】
真空溶解炉を用いて溶製した純チタンを円柱形鋳型に鋳込んで、円柱状金属塊1(直径980mm ,長さ2430mm)を製造した。次いで、その円柱状金属塊1を加熱炉に装入して 980℃に加熱した後、幅800mm の上金型6と幅3000mmの金敷5を有する6000ton 鍛造プレス機を用いて、図2に示すように1次鍛造を行ない、厚さ 400〜450mm の板状金属塊2を製造した。
【0036】
さらに図3に示すように2次鍛造を行ない、板状金属塊2の長手端両方の角部にそれぞれ薄肉部4を形成した。なお傾斜角θは45°とした。薄肉部4の圧下量tは、40mm(発明例1),60mm(発明例2),80mm(発明例3)とした。また、薄肉部4を形成しないもの(すなわち圧下量t=0mm)を比較例とした。
【0037】
これらの発明例1〜3と比較例の板状金属塊2を再度加熱炉に装入して 980℃に加熱した。次いで、金敷5を幅800mm のものに交換して幅方向の圧下と厚さ方向の圧下を繰り返し加えて仕上げ鍛造を行ない、金属スラブ3(厚さ320mm ,幅1330mm,長さ4200mm)を製造した。
【0038】
得られた金属スラブ3を分塊工場に搬送し、加熱炉で 970℃に加熱した後、分塊圧延機で圧延して、厚さ210mm ,幅1250mmの金属板とした。この金属板のタング部を切断除去して、歩留りを調査した。その結果を表1に示す。
【0039】
【表1】
【0040】
表1に示す通り、 発明例1は歩留り96.5%,発明例2は歩留り94.9%,発明例3は歩留り95.1%であったのに対して、比較例の歩留りは94.7%であった。したがって本発明によって歩留りが向上することが確かめられた。
【0041】
また発明例1と発明例2,3を比べると、発明例1の圧下量tは円柱状金属塊1の直径の 4.1%(すなわち40mm)であるのに対して、発明例2,3の圧下量tはそれぞれ円柱状金属塊1の直径の 6.1%, 8.2%(すなわち60mm,80mm)であるから、発明例1の歩留りが最も高かった。
【0042】
【発明の効果】
本発明によれば、円柱状金属塊から金属スラブを製造するにあたって、設備改造に要する費用を低減し、しかも高能率かつ高歩留りで金属スラブを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における円柱形状金属塊から金属スラブに到るまでの形状変化の推移を模式的に示す斜視図である。
【図2】1次鍛造の例を模式的に示す平面図,正面図,側面図である。
【図3】2次鍛造の例を模式的に示す平面図,正面図,側面図である。
【図4】仕上げ鍛造の例を模式的に示す平面図,正面図である。
【図5】仕上げ鍛造の他の例を模式的に示す平面図,正面図である。
【図6】分塊圧延機の圧延ロールと板状金属塊との配置の例を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
1 円柱形状金属塊
2 板状金属塊
3 金属スラブ
4 薄肉部
5 金敷
6 上金型
7 マニピュレーター
8 水平金型
9 垂直金型
10 水平圧延ロール
11 垂直圧延ロール
CL 円柱形状金属塊の中心線
EL 薄肉部の縁部
θ 傾斜角

Claims (5)

  1. 加熱した円柱状金属塊から所定の厚さを有する金属スラブを製造する方法において、前記円柱状金属塊の中心線を水平にして前記円柱状金属塊を金敷に載置し、前記中心線に対して垂直に上方から圧下を加えて1次鍛造を行ない板状金属塊とした後、前記板状金属塊の上面の長手端片方あるいは両方の角部に上方から圧下を加えて2次鍛造を行ない前記板状金属塊の角部に薄肉部を形成し、次いで必要に応じて再加熱を施し、さらに仕上げ鍛造を行ない前記金属スラブを製造することを特徴とする金属スラブの製造方法。
  2. 加熱した円柱状金属塊から所定の厚さを有する金属スラブを製造する方法において、前記円柱状金属塊の中心線を水平にして前記円柱状金属塊を金敷に載置し、前記中心線に対して垂直に上方から圧下を加えて1次鍛造を行ない板状金属塊とした後、前記板状金属塊の上面の長手端片方あるいは両方の角部に上方から圧下を加えて2次鍛造を行ない前記板状金属塊の角部に薄肉部を形成し、次いで必要に応じて再加熱を施し、さらに仕上げ圧延を行ない前記金属スラブを製造することを特徴とする金属スラブの製造方法。
  3. 加熱した円柱状金属塊から所定の厚さを有する金属スラブを製造する方法において、前記円柱状金属塊の中心線を水平にして前記円柱状金属塊を金敷に載置し、前記中心線に対して垂直に上方から圧下を加えて1次鍛造を行ない板状金属塊とした後、前記板状金属塊の上面の長手端片方あるいは両方の角部に上方から圧下を加えて2次鍛造を行ない前記板状金属塊の角部に薄肉部を形成し、次いで必要に応じて再加熱を施し、さらに仕上げ鍛造を行ない、次いで必要に応じて再加熱を施し、さらに仕上げ圧延を行ない前記金属スラブを製造することを特徴とする金属スラブの製造方法。
  4. 前記薄肉部の縁部が、前記板状金属塊の上面に前記中心線を投影した線に対して所定の傾斜角を有することを特徴とする請求項1、2または3に記載の金属スラブの製造方法。
  5. 前記傾斜角が45±10°であることを特徴とする請求項4に記載の金属スラブの製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010149141A (ja) * 2008-12-25 2010-07-08 Daido Steel Co Ltd 大断面鋳片からの太丸製品の製造方法

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