JP2006263767A - 異形材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高品質の異形材を効率良く製造する。
【解決手段】 連続鋳造部(10)において、鋳造材（Ｓ１）を連続鋳造し、続いて該鋳造材（Ｓ１）を、圧延部(20)において長手方向に垂直な断面の形状が長手方向で変化する非連続断面に圧延することにより異形材を製造する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、量産性に優れた異形材およびその製造方法の製造方法に関する。

従来の異形材の製造方法は、鋳造または押出等によって丸棒状の長尺素材を製作し、この素材を所要長さに切断し、さらに再加熱して鍛造するなどの方法が一般的である。しかし、このような方法は工程数が多く、非常に効率の悪いものであった。また、丸棒状の素材を最終部品に成形するには何回もの鍛造を行う必要があるため、鍛造においても工程数が多いものであった。

このような問題を解消するために、従来は薄板鋳造方法として用いられていたメルトドラッグ法を改良発展させたスラグ製造方法が考案されている（特許文献１、非特許文献１，２参照）。

上記スラグ製造方法は、外周に多数の鋳造キャビティを形成した凝固ロールと成形ロールを用いたものである。鋳造キャビティ内に注ぎ込まれた溶湯は凝固ロールにより急冷され、半凝固状態のままで出口部に配置された成形ロールにて圧されて接触面を平坦にすることによりスラグが連続鋳造される。この方法によれば、肉厚のスラグ、あるいは鋳造キャビティに対応する任意形状の鋳造材を連続して効率良く製造することができる。

また、フォージングロールを使用して、短尺に切断された素材を、所定形状を彫り込んだロールに噛み込ませて任意形状に成形する方法もある（特許文献２参照）。
特開２０００−３１７５８７号公報 特開平５−１６９１７６号公報 岩崎潤哉、本村貢、池田貴史、渡邊涼介、「アルミニウム鍛造素材用ニアネットシェイプ作製の新メルトドラッグ法の研究」、軽金属学会第９５回秋期大会公演概要、第９３〜９４頁、１９９８年 本村貢、渡邊涼介、佐藤博文、高野正敏、「メルトドラッグ法を応用したニアネットシェイプアルミニウム鍛造素材の作製」、軽金属学会第９７回秋期大会公演概要、第５５〜５６頁、１９９９年

しかしながら、上述したスラグの製造方法によって製作した鍛造用素材は、鋳造組織であるため機械的特性等で不利なものであった。また、加工組織または再結晶組織とするためにはある程度以上の塑性加工が必要となるが、ニアネット形状を生かして低加工度で最終製品を得ようとすれば品質の劣るものとなっていた。

また、フォージングロールを使用した方法は、短尺に切断された素材をロールに噛み込ませ、その後ロールを逆回転させて成形した素材を引き抜く必要があり、生産性の低いものであった。

本発明は、上述した技術背景に鑑み、最終製品形状もしくはそれに近いニアネット形状の異形材の製造に際し、高品質で量産性に優れた製造方法の提供を目的とする。

即ち、本発明の異形材の製造方法は、下記〔１〕〜〔７〕に記載の構成を有する。

〔１〕鋳造材を連続鋳造し、続いて該鋳造材を、長手方向に垂直な断面の形状が長手方向で変化する非連続断面に圧延することを特徴とする異形材の製造方法。

〔２〕鋳造材を非連続断面に圧延する前に、長手方向に垂直な断面の形状が長手方向で一定の連続断面に圧延する前項１に記載の異形材の製造方法。

〔３〕前記圧延前に、鋳造材の表層部の少なくとも一部を切除する前項１または２に記載の異形材の製造方法。

〔４〕圧延した異形材を所要長さに切断する前項１〜３のいずれか１項に記載の異形材の製造方法。

〔５〕連続鋳造は、複数の回転モールド部材を鋳造空間を囲んで対向配置し、これらの回転モールド部材を鋳出し方向に駆動することによって行われる前項１〜４のいずれか１項に記載の異形材の製造方法。

〔６〕前記複数の回転モールド部材の温度に高低差を設けて鋳造材を連続鋳造し、この鋳造材の高温側回転モールド部材との接触面において表層部切除を行う前項５に記載の異形材の製造方法。

〔７〕前記鋳造材はアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる前項１〜６のいずれか１項に記載の異形材の製造方法。

本発明の異形材は、下記〔８〕に記載の構成を有する。

〔８〕前項１〜７のいずれか１項に記載された異形材の製造方法により製造されたことを特徴とする異形材。

本発明の金属加工材は、下記〔９〕〜〔１１〕に記載の構成を有する。

〔９〕前項８に記載された異形材に塑性加工が施されたことを特徴とする金属加工材。

〔１０〕前項８に記載された異形材に切削加工が施されたことを特徴とする金属加工材。

〔１１〕前項８に記載された異形材に熱処理が施されたことを特徴とする金属加工材。

本発明の異形材の製造装置は、下記〔１２〕〜〔１４〕に記載の構成を有する。

〔１２〕連続的に鋳造材を鋳造する連続鋳造部と、この連続鋳造部の後段に配置され、鋳造された鋳造材を、連続的に、長手方向に垂直な断面の形状が長手方向で変化する非連続断面に圧延する圧延部とを備えることを特徴とする異形材の製造装置。

〔１３〕前記連続鋳造部と前記圧延部との間に配置され、鋳造材の表層部の少なくとも一部を切削除去する切除部を備える前項１２に記載の異形材の製造装置。

〔１４〕前記圧延部の後段に配置され、圧延された異形材を連続的に所要長さに切断する切断部を備える前項１２または１３に記載の異形材の製造装置。

〔１〕の発明に係る異形材の製造方法によれば、ニアネット形状で、高品質の異形材を効率良く製造することができる。

〔２〕の発明によれば、形状的に精度の高い異形材を製造することができる。

〔３〕の発明によれば、圧延前に表面品質欠陥が切除されるため、高品質の異形材を製造することができる。

〔４〕の発明によれば、圧延された異形材の温度が低下しないうちに切断が行われるために切削抵抗が小さく、切断刃の寿命が向上する。また、圧延材がコイルに巻かれることがないため、巻きくせがつかない。

〔５〕の発明によれば、連続鋳造を円滑に行うことができる。

〔６〕の発明によれば、指向性凝固により最終凝固部を高温側モールド部材側の表面近くに生成させることができる。このため、その後の圧延によって欠陥が消失したり軽減されたりする。また、最終凝固部は表面近くであるから容易に切除することができる。

〔７〕の発明によれば、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる異形材を効率良く製造できる。

〔８〕の発明に係る異形材は、上記方法により製造されたものであるから高品質である。

〔９〕の発明に係る金属加工材は、本発明の異形材に塑性加工が施されたものであるから品質の高いものである。

〔１０〕の発明に係る金属加工材は、本発明の異形材に切削加工が施されたものであるから品質の高いものである。

〔１１〕の発明の係る金属加工材は、本発明の異形材に熱処理が施されたものであるから、加工性あるいは機械的特性に優れたものである。

〔１２〕の発明に係る異形材の製造装置によれば、本発明の製造方法を実施して高品質の異形材を効率良く製造できる。

〔１３〕の発明によれば、異形材の表層部を効率良く除去することができ、ひいては高品質の異形材を製造できる。

〔１４〕の発明によれば、効率良く短尺の異形材を製造することができる。

図１および図２に、本発明を実施する異形材の製造装置(1)の一実施形態を示す。前記製造装置(1)は、直列に配置された連続鋳造部(10)および圧延部(20)により構成され、鋳造材（Ｓ１）の連続鋳造と異形材（Ｓ２）への圧延とが連続して行われ、製造された無限長の異形材（Ｓ２）はコイル（Ｓ３）に巻き取られる。

なお、本発明における非連続断面とは、長手方向に垂直な断面の形状が長手方向で変化することであり、異形材とはこのような非連続断面を有する圧延材である。また、連続断面とは長手方向に垂直な断面の形状が長手方向で変化せず、長手方向で断面形状が一定であることである。

連続鋳造部(10)は、鋳造空間を形成する回転モールド部材として鋳造ホイール(11)と連続ベルト(12)とを備える。前記鋳造ホイール(11)は外周面に凹溝(13)を有し、内部に配置されたノズル(図示省略)から冷却水を供給することによって冷却可能となされている。一方、連続ベルト(12)は、前記鋳造ホイール(11)と張力調整用ホイール(14)とに掛けられた環状の無端ベルトであり、鋳造ホイール(11)の凹溝(13)を閉じて鋳造空間(17)を形成している（図２参照）。前記連続ベルト(12)は、外側から冷却水を供給して冷却することも、外側に加熱器(18)を配置して加熱することもできる。また、図１において、(15)は連続ベルト(12)を鋳造ホイール(11)に密着させるためのピンチロールであり、(16)は鋳造空間(17)に溶湯（Ｍ）を供給するためのタンディッシュである。

前記連続鋳造部(10)において、タンディッシュ(16)から前記鋳造空間(17)に供給された溶湯（Ｍ）は、鋳造ホイール(11)および連続ベルト(12)からの冷却を受けて、これらとの接触面から内部へと凝固しながら鋳造ホイール(11)および連続ベルト(12)の回転駆動に伴って連続的に無限長の鋳造材（Ｓ１）に成形される。

圧延部(20)は、非連続断面に成形するための複数の圧延ロールを１組とする圧延スタンド(21)を少なくとも１つ有する。

図３Ａおよび図３Ｂに例示する圧延スタンド(21)は、３つの圧延ロール(22)を１２０°毎に配置して３方向から圧延するようにしたものである。図４に示すように、各圧延ロール(22)は、本体部(23)の断面において回転軸（Ｐ）から周面までの距離が周方向で変化するロールであり、前記距離が大きく鋳造材（Ｓ１）を小径に圧延する小径成形部(23a)と、前記距離が小さく大径に圧延する大径成形部(23b)が形成されている。そして、前記圧延ロール(22)の回転により、小径成形部(23a)と大径成形部(23b)とが交互に鋳造材（Ｓ１）に接し、鋳造材（Ｓ１）が圧延されてこれらの形状が転写される。図３Ａは大径成形部(23b)が鋳造材（Ｓ１）を圧延し、図３Ｂは小径成形部(23a)が鋳造材（Ｓ１）を圧延している状態を示している。この圧延により、図５に示すように、大径部(40)と小径部(41)が交互に連続し、非連続断面を有する無限長の異形材（Ｓ２）に成形される。なお、図４において(24)はロール本体部(23)の回転軸方向の両端に設けられたつば部である。

また、非連続断面への成形を行う前に、図６に示すような断面円形の圧延ロール(25)を有する圧延スタンド(26)を配置し、縮径するとともに連続断面に圧延しておくことができる。特に、鋳造材（Ｓ１）が台形や五角形である場合は、非連続断面への圧延前に最終断面形状に近い形状に成形しておく方が、異形材（Ｓ２）の形状的な精度を確保し易くなる。

上述した連続断面への圧延および非連続断面への圧延は、いずれも１組の圧延ロールで実施する他、複数の圧延スタンドを設置し、複数組の圧延ロールを用いて多段階に成形することができる。図１に例示した圧延部(20)は、連続断面成形用の３つの圧延スタンド(26)と非連続断面成形用の１つの圧延スタンド(21)によって構成されている。また、非連続断面成形用圧延スタンド(21)を２つ以上配置することも任意であり、連続断面への圧延を行わず非連続断面への圧延のみを行うことも任意である。また、これらの圧延ロールは全てを駆動する必要はなく、前後の圧延ロールの駆動力により圧延ロールに材料が噛み込めば問題ないものである。

また、１つの圧延スタンドを構成する圧延ロール数は限定されず、非連続断面形状も任意に設定することができる。図７に例示する圧延スタンド(27)は、図８に示す２つの圧延ロール(28)で構成され、本体部(29)は小径成形部(29a)と大径成形部(29b)とを有し、さらに小径成形部(29a)の周方向の中央部に外方に突出する突起(29c)が形成されている。そして、前記圧延ロール(28)を用いて圧延すると、図９に示す異形材（Ｓ４）は大径部(42)と小径部(43)が交互に連続し、かつ小径部(43)の中央に縮径されたくびれ(44)が形成されたものなる。

以上に示した圧延ロール(22)(25)(28)は対向するロールが対称形状であるが、異なる形状のロールを組み合わせることにより非対称圧延材とすることもできる。

また、非連続断面への圧延に際しては、必ずしも圧延ロールの全周で鋳造材（Ｓ１）を変形させる必要はなく、周の一部分で鋳造材（Ｓ１）を変形させ、他の部分では鋳造材（Ｓ１）を変形させることなく走行させることもできる。例えば、図３Ａ〜図４に示した圧延ロール(22)を用いる場合、図６の連続断面成形用の圧延ロール(25)で鋳造材（Ｓ１）を大径部(40)の直径まで縮径して連続断面の丸棒に成形しておき、その後に非連続断面成形用の圧延ロール(22)で小径形成部(23a)の形状を転写して縮径し、小径部(41)を成形する。このとき、圧延ロール(22)の大径成形部(23b)では鋳造材（Ｓ１）を縮径することなく、送りロールとして機能している。前記大径成形部(23b)は鋳造材（Ｓ１）を縮径しないため、必ずしも鋳造材（Ｓ１）に接触させなくてもよい。しかし、小径成形部(23a)からの材料流動により、小径部成形部(23a)と大径成形部(23b)の境界部およびその近傍で拡径されてしまうことがある。このような現象を防止するために、大径成形部(23b)で縮径しない場合でも大径成形部(23b)が鋳造材（Ｓ１）に接触するように大径成形部(23b)を設計し、大径成形部(23b)で素材を拘束することが好ましい。

また、圧延ロール(22)の圧延面の形状は、成形過程において素材の流動を考慮した体積バランスを得られるような形状とすることが好ましい。例えば、体積バランス調整のための駄肉部を形成するための凹部および／または凸部を、成形品のつなぎ目箇所に対応する圧延面に設けることができる。

前記圧延部(20)においては、鋳造材（Ｓ１）と圧延ロール(22)(25)の圧延面に適宜潤滑剤を供給することが好ましい。潤滑剤の種類は水性、油性を問わず使用できるが、エマルジョンタイプのソリブル油を推奨できる。また、潤滑剤は圧延ロール(22)(25)と鋳造材（Ｓ１）のどちらに供給しても良く、付与方法も限定されず、滴下、噴霧、浸漬等により適宜行えば良い。鋳造材（Ｓ１）に供給する場合は黒鉛系の潤滑剤を推奨でき、鋳造材（Ｓ１）に噴霧するか、鋳造材（Ｓ１）の走行中に潤滑剤槽を通過させれば、鋳造材（Ｓ１）の表面全体に付与することができる。

また、前記圧延部(20)に導入される鋳造材（Ｓ１）の温度は特に限定されないが、ある程度の高温を保っていることが好ましい。高温であれば、圧延時の変形抵抗が低減され、圧延ロールの負荷が小さくなり、ロールの摩耗や破損も生じにくくなる。しかし、過度に高温である場合は、変形抵抗が小さくなりすぎ、圧延ロールの表面形状が転写されにくくなるおそれがある。このため、圧延部(20)に導入される鋳造材（Ｓ１）の温度は、〔材料の固相線温度×０．２〕〜〔材料の固相線温度×０．９〕が好ましく、特に〔材料の固相線温度×０．３〕〜〔材料の固相線温度×０．８〕が好ましい。なお、前記圧延部(20)に導入される鋳造材（Ｓ１）の温度が高すぎる場合は、連続鋳造部(10)と圧延部(20)との間に冷却部を設けて、圧延最適温度まで冷却することができる。冷却方法は、鋳造材の走行中に水槽を通過させる方法、水をシャワーする方法、ファンで空冷する方法を例示できる。温度調節は水槽通過時間、シャワーの水量、空冷時の風量等によって調節することができる。

本発明の異形材の製造方法は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のような装置構成の変更や工程の追加ができる。

連続鋳造部(10)の回転モールド部材は、鋳造ホイール(11)と連続ベルト(12)の組合せに限定されず、２つの鋳造ロールを所定距離を隔てて対向配置することによっても鋳造空間を形成することができ、本発明を実施することができる。また、鋳造ホイール(11)と連続ベルト(12)を組み合わせる場合は、図１に示した配置に限定するものではなく、鋳造ホイール(11)と連続ベルト(12)により鋳造空間を形成できるものであれば良い。その他の配置例を図１０に示す。本図は、張力調整用ホイール(14)に掛けた連続ベルト(12)を上部押し付けロール(50)および下部押し付けロール(51)で鋳造ホイール(11)の外周に密着させたものであり、上部押し付けロール(50)の上方に配置したタンディッシュ(52)から溶湯（Ｍ）が供給され、下部押し付けロール(51)側から鋳造材（Ｓ１）が排出される。また、前記上部および押し付けロール(50)(51)の間にも押し付けロール(53)を設置しても良い。押し付けロール(53)を追加することにより鋳造ホイール(11)と鋳造材（Ｓ１）の接触面圧が高まり、接触熱抵抗が低下して冷却効率を高めることができる。また、図１に示すベルト配置においても、ピンチロール(15)後に押し付けロールを追加配置することにより、鋳造ホイール(11)と鋳造材（Ｓ１）の接触面圧を高めることができる。

また、他の連続鋳造方法としてハンター法や３Ｃ法、あるいは鋳造材を直接水冷するダイレクトチル方式の鋳造法を用いることができる。ダイレクトチル方式で鋳造した場合は、冷間で圧延することもできるが、誘導加熱やバーナー等により鋳造材温度を上昇させて圧延することもできる。

連続鋳造部(10)においては、回転モールド部材に温度差を設けて凝固速度に差を付け、最終凝固部を中心から表面近くに寄せる鋳造方法（以下、「指向性凝固」あるいは「指向性凝固による連続鋳造方法」と称する）を採用することも好ましい。前記連続鋳造部(10)の場合、前記鋳造ホイール(11)を冷却する一方で連続ベルト(12)を加熱し、指向性凝固により鋳造材（Ｓ１）を連続鋳造するとした場合、連続ベルト(12)との接触部近傍が最終凝固部となる。一般に最終凝固部では引け巣や引け割れのような鋳造欠陥が発生しやすいが、大きな鋳造欠陥のある場合は圧延しても圧着することなく欠陥として残存してしまうことがある。このような場合、圧延前に連続ベルト(12)側の最終凝固部を切除しておくことにより、欠陥のない健全な圧延品を製造することができる。また、指向性凝固により最終凝固部が表面近くに形成されているため、最終凝固部の切除は容易であり、切除量も最小限にとどめることができる。また、切除せずに圧延する場合であっても、最終凝固部が表面近くに存在していれば圧延によって欠陥が消失または軽減されることがあり、最終凝固部が中心部に存在する鋳造材を圧延するよりも良質の異形材を得ることができる。

なお、上記指向性凝固において、連続ベルト(12)の加熱温度は〔材料の液相線温度×０．３５〕以上が好ましく、特に〔材料の液相線温度×０．５〕以上が好ましい。また、連続ベルト(12)の好ましい上限温度は液相線温度である。

鋳造材（Ｓ１）の表層部には、上述した指向性凝固による最終凝固部が存在する他、通常の凝固においても偏析層、異物、微細クラック等の欠陥が存在する。このような場合、図１１に示すように、連続鋳造部(10)と圧延部(20)の間に切除部(30)を設け、圧延前に最終凝固部や表面欠陥を切除しておけば、異形材品質を向上させることができる。

前記切除部において、切削刃の形状は何ら限定されず、回転刃でも固定刃でも良く、切削刃の数も限定されない。

切削刃としては、図１２Ａ〜図１２Ｅに示すものを例示できる。図１２Ａおよび図１２Ｂは、回転盤の盤面に複数の刃(31a)を突設したフルバックカッター(31)である。図１２Ｃは、円筒型回転盤の周面に複数の切削刃(32a)が突設され円筒型カッター(32)である。図１２Ｄは、図１２Ｃと同タイプの周面に切削刃(33a)(33b)を有する円筒型カッター(33)であるが、周面の一部に突出する切削刃(33b)を設けることにより、面全体を切削するとともに、面の一部を深く切除することができる。図１２Ｅはくさび形の固定刃(34)であり、固定刃(34)を鋳造材（Ｓ１）に押付け、鋳造材（Ｓ１）の移動に伴って表層部がそぎ落とされる。また、いずれの場合も切削刃(31)(32)(33)(34)の対向面に複数の支持ロール(35)が配置されるとともに、前後および側面においても支持ロール(36)(37)が配置され、鋳造材（Ｓ１）が走行可能に支持されている。これにより、切削抵抗が生じても連続的な切除が可能である。また、鋳造材（Ｓ１）の曲がりが矯正され、安定した表層除去量を確保できる。

前記切削刃(31)(32)(33)(34)の材質としては、ハイス鋼やＷＣにバインダを配合したいわゆる超硬材を推奨できる。また、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＡｌＮ、ＣｒＮ、ＤＬＣ等の表面処理を施すことも有効である。これらの材質や表面処理は耐摩耗性に優れるとともに、被切削材の凝着を抑制する効果がある。

図１２Ａ〜図１２Ｅは、鋳造材（Ｓ１）の一面のみの切除例であるが、複数の面に切削刃を配置すれば複数面の切除を行うことができる。切除厚さは面内で一定である必要はなく、面の一部を深く切除することもできる。上述した指向性凝固では、最終凝固部が連続ベルト(12)側の中央部に形成されるため、その部分を深く切除することによって表面品質欠陥部分のみを切除することができる。また、一つの面を複数の切削刃で切除することもできる。例えば、切除厚さを大きくする場合、鋳造材の移動方向に沿って２つの切削刃を配置して２段階で切削すれば、切削の負荷を低減し、切削刃の寿命を向上させることができる。また、第１の切削刃で一定厚さに面全体を切除した後、第２の切削刃で面の一部を深く切除することもできる。

切除厚さは表面品質欠陥の厚さに応じて任意に設定すれば良い。表面に付着する異物を除去する場合は０．５〜３ｍｍ、偏析層を除去する場合は０．５〜７ｍｍが好ましい。

また、切除時に切削抵抗を低減するために適宜潤滑剤を用いても良い。潤滑剤の付与方法は滴下や噴霧等何ら限定されないが、多量の潤滑剤を使用すると鋳造材温度を過剰に低下させるおそれがあるため、必要最小限の潤滑剤を均一に付与できる点で潤滑剤を噴霧する方法を推奨できる。また、潤滑剤の種類は水性、油性を問わず使用できるが、切削刃先が高温になる場合にも水分蒸発時の気化熱により効率の良い冷却が可能である点で、エマルジョンタイプの潤滑油を推奨できる。

ところで、切除時の鋳造材（Ｓ１）温度が高い場合は、切削刃との摩擦熱により鋳造材（Ｓ１）表面が局所的に溶融することがある。これに対し、上述したように潤滑剤付与によって鋳造材（Ｓ１）温度を下げることが可能であるが、潤滑剤付与によっても十分に下げることができない場合は、切除の前段階で鋳造材（Ｓ１）を冷却することも好ましい。切除時の鋳造材（Ｓ１）温度は、〔材料の固相線温度×０．３〕〜〔材料の固相線温度×０．９〕が好ましい。温度が低すぎると切削抵抗が大きくなって負荷が大きくなり、高すぎると切削時の摩擦熱によって溶融するおそれがあるためである。好ましい切除時の鋳造材（Ｓ１）温度は、〔材料の固相線温度×０．５〕〜〔材料の固相線温度×０．８〕である。鋳造材（Ｓ１）の冷却方法としては、冷却槽内で冷却水中を通過させる方法や冷却水を浴びせる方法等の水冷を例示できる。

圧延した異形材（Ｓ２）に対しては、表面に付着している酸化物や潤滑剤等の異物を除去するために、洗浄を行うことができる。洗浄は、酸洗浄、アルカリ洗浄、水洗浄を組み合わせて多段階で行うことが好ましい。例えば、アルミニウムまたはその合金の場合は、酸洗浄→水洗浄→アルカリ洗浄→水洗浄→酸洗浄→水洗浄の順で行うことが好ましい。酸洗浄に用いる酸として、硝酸、硫酸、リン酸、酢酸、塩酸、フッ酸またはこれらのうちの２種以上の混酸を例示でき、特に硝酸、硫酸、塩酸を推奨できる。これらの酸はいずれも水で適宜希釈して用いる。アルカリ洗浄に用いアルカリとして、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、またはこれらを混合したものを例示でき、特に水酸化ナトリウムを推奨できる。また、酸洗浄後およびアルカリ洗浄後に水洗浄を行うのは、次工程に前工程の洗浄液が持ち込まれるのを防止するためである。

圧延された異形材（Ｓ２）は、コイル（Ｓ３）に巻き取ることも可能である（図１参照）が、図１１に示すように圧延部(20)の後段に切断部(60)を設け、圧延に続いて所要長さの短尺異形材（Ｓ５）に切断することもできる。

切断部(60)においては、連続的に圧延されてくる異形材（Ｓ２）を所要の長さの短尺異形材（Ｓ５）に切断する。しかし、鋳造速度に応じて圧延速度を調整したり、圧延時のロール滑りにより異形材（Ｓ２）速度が変化することがあり、必ずしも異形材（Ｓ２）の速度は一定ではないため、一定時間間隔で切断すると切断長がばらつくことがある。そのため、正確に所期する長さに切断するために、異形材（Ｓ２）の実送り量を常時計測しながら切断タイミングを設定することが好ましい。測長手段は何ら限定されないが、最後段の圧延ロールにエンコーダ(61)を取付けて送り量を測定する方法（図１３参照）、異形材（Ｓ２）にエンコーダー付ロールを接触させて送り量を測定する測長ロール、あるいは非接触式のレーザー式測長装置等を例示できる。これらのうちで、最後段の圧延ロールにエンコーダを取付ける方法は、異形材（Ｓ２）の大径部と小径部との寸法差が大きい場合でも正確に測長できる点で推奨できる。

走行する異形材（Ｓ２）を切断するには、例えば図１３に示すように切断手段を台車に取付けて異形材（Ｓ２）の移動に同期させて走行させれば良く、異形材（Ｓ２）の走行速度を落とさず遅滞なく切断することができる。図示例では、異形材（Ｓ２）を上下から拘束治具(62a)(62b)で挟むとともに下側拘束治具(62b)にローラを取り付けて走行可能とし、上側拘束治具(62a)に取り付けたシャー(63)を下降させることにより、せん断による切断を行うものである。また、異形材（Ｓ２）を拘束することによって異形材（Ｓ２）曲がり等の不具合を生じさせることなく切断することができる。また、台車の走行と戻り、拘束治具(62a)(62b)によるクランプとアンクランプ、シャー(63)下降のタイミングは、制御装置(65)において測長手段(61)で検出した異形材（Ｓ２）の移動量および移動速度に基づいて制御することができる。

前記切断手段は限定されず、シャー等によるせん断による切断、鋸刃による切断等を例示できる。

これらの切断手段の材質は特に限定されないが、せん断刃としては、ハイス鋼や超硬材、あるいはこれらにＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＡｌＮ、ＣｒＮ、ＤＬＣ等の表面処理を施したものを推奨できる。これらの材質や表面処理は耐摩耗性に優れるとともに、被切断材が凝着しにくく、高寿命とすることができる。鋸刃についても外径や材質を限定するものではないが、刃先部に超硬チップをろう付したチップソーを推奨できる。これらの鋸刃であれば刃先部が摩耗しにくい。また、ハイス鋼や超硬材、あるいはこれらにＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＡｌＮ、ＣｒＮ、ＤＬＣ等の表面処理を施したものを推奨できる。これらの材質や表面処理は耐摩耗性に優れるとともに、被切断材が凝着しにくく、高寿命とすることができる。

切断時の異形材（Ｓ２）温度は特に限定されないが、常温〜３００℃が好ましく、特に１００℃〜３００℃が好ましい。高温になるほど切削抵抗が低下するが、１００℃以上であれば切断抵抗が顕著に低下して切断刃の寿命向上を図ることができる。また、３００℃以下であれば切断された短尺異形材（Ｓ５）の搬出の際に傷がつきにくい。このような温度調整は、圧延部(20)で使用する潤滑油、例えばエマルジョンタイプの潤滑油の供給量を調整したり、圧延後に冷却することによって実施することができる。圧延後の冷却方法としては、異形材（Ｓ２）に水、油、圧延部で使用するようなエマルジョンタイプの潤滑油に浸漬したり浴びせたりする方法を例示できる。
とすることができる。

本発明の異形材の材質は特に限定されず、銅または銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金等のあらゆる金属に適用できるが、アルミニウムまたはアルミニウム合金を推奨できる。アルミニウムまたはアルミニウム合金として、純Ａｌ系、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系の各合金を例示できる。

本発明によって製造された異形材は、ニアネット形状であり、しかも圧延組織を有するものであるから、鋳造のみによって製作された従来の異形材（特許文献１、非特許文献１，２）よりも高品質である。また、非連続断面への成形は鋳造に連続して行われ、異形材は無限長に製造されるから量産性に優れている。圧延された異形材はそれ自体を高品質の部品として利用でき、さらに各種加工用素材として用いることによって、これらの加工品においても高い品質を確保できる。

なお、本発明における異形材とは、無限長の異形材（Ｓ２）と所要長さに切断した短尺異形材（Ｓ５）の両方を含むものである。また、本発明の金属加工材は、本発明の異形材を塑性加工または切削加工し、あるいは熱処理を施したものである。

前記塑性加工方法および切削加工方法は何ら限定されない。塑性加工方法として、鍛造、圧延、鍛造、曲げ、プレス等を例示でき、２種以上の加工を施すこともできる。また、切削加工方法として、旋盤、フライス盤、ボール盤等による切削を例示できる。最終加工形状も限定されない。本発明の異形材および金属加工材は、非連続断面の異形材でありニアネット形状に成形することができるため、最終形状への加工は容易である。異形材の成形に続いて異形材が高温状態にある時にこれらの加工を行えば、荷重負担が小さく加工性が良好である。また、これらの加工は、無限長の異形材の状態で行っても、切断した短尺の異形材に対して行っても良い。

また、熱処理は異形材の加工性や機械的特性を向上させるために行われる。熱処理条件は限定されず、加工方法に応じて適宜設定すれば良い。例えば、異形材に焼鈍を施しておけば変形抵抗が小さくなるため、その後に冷間鍛造をする場合に成形しやすくなる。また、再溶体化処理と時効処理によって機械的特性を向上させることができる。後加工で鍛造等の塑性加工を行わずに切削加工を施す場合には、再溶体化処理後に時効処理を施すのが良い。切削加工後に再溶体化処理を施すと熱ひずみが生じるからである。

本発明の異形材および金属加工材は、各種産業分野における部品として利用される。例えば、サスペンションアーム、エンジンピストン等の自動車用部品、クランク等の自転車用部品、ハードディスク用ハブ等の電子機器用部品、エアコン用ピストン等の電機部品、あるいはこれらの部品への加工用素材として用いられる。

また、本発明の異形材の製造装置は、鋳造材を連続鋳造する連続鋳造部と、この連続鋳造部の後段に配置され、鋳造された鋳造材を、連続的に、長手方向に垂直な断面の形状が長手方向で変化する非連続断面に圧延する圧延部非連続断面を備えるものである。また、要すれば、さらに、前記連続鋳造部と前記圧延部との間に配置され、鋳造材の表層部の少なくとも一部を切削除去する切除部、前記圧延部の後段に配置され、圧延された異形材を連続的に所要長さに切断する切断部を備えるものである。また、鋳造材または異形材の冷却装置、加熱装置、異形材の鍛造、圧延、切削等を行う加工装置、切断した異形材の搬送装置等を任意に追加することができる。

以下の各実施例において、鋳造材料（Ｍ）として、Ｓｉ：０．６質量％、Ｆｅ：０．２質量％、Ｃｕ：０．３２質量％、Ｍｇ：１．０質量％、Ｃｒ：０．２質量％を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＪＩＳ Ａ６０６１合金（液相線温度：６５２℃、固相線温度：５８２℃）を用いた。
〔実施例１〕
図１に示す構成の異形材の製造装置(1)により異形材を製作した。前記製造装置(1)の圧延部(20)は、３つの連続断面成形用圧延スタンド(26)と１つの非連続断面用圧延スタンド(21)を有する。

前記連続鋳造部(10)において、鋳造ホイール(11)として、直径が１４００ｍｍ、凹溝(13)内断面積（＝鋳造空間(17)の断面積）が２２００mm²のものを使用した。

前記鋳造ホイール(11)の回転数を１．８ｒ．ｐ．ｍとした。そして、前記鋳造ホイール(11)の内部に冷却水を供給して冷却するとともに、連続ベルト(12)の外側から冷却水を供給して冷却し、鋳造材（Ｓ１）を鋳造した。

続いて、鋳造材（Ｓ１）を圧延部(20)に導入して圧延を行った。圧延部(20)に導入される直前の鋳造材（Ｓ１）温度は５００℃であった。圧延部(20)において、３つの連続断面成形用圧延スタンド(26)を通して直径３０ｍｍの丸棒に圧延し、さらに非連続断面成形用圧延スタンド(21)を通して圧延し、長手方向の一部を縮径した。非連続断面成形用圧延スタンド(21)における圧延ロール(22)は、小径成形部(23a)におけるロール半径（回転軸Ｐから周面までの距離）が５０ｍｍ、大径成形部(23b)におけるロール半径が４７．５ｍｍに設計されている。これにより、図５に示す、直径３０ｍｍで長さ１５０ｍｍの大径部(40)と直径２５ｍｍで長さ１５０ｍｍの小径部(41)が交互に連続する無限長の異形材（Ｓ２）が３０ｍ／ｍｉｎの速度で製造された。製造した異形材（Ｓ２）はコイル（Ｓ３）に巻き取った。
〔実施例２〕
実施例１で用いた製造装置(1)において、圧延部(20)の非連続断面用圧延スタンド(21)を図７および図８に示す２つの圧延ロール(28)を有する圧延スタンド(27)に変えた。前記圧延ロール(28)は、大径成形部(29b)と突起(29c)が形成された小径成形部(29a)を有するものである。そして、対向する２つの圧延ロール(28)(28)をつば部(24)の間隔が０．５ｍｍとなるように狭めて配置し、圧延ロール(28)(28)間から圧延材がはみ出すのを防止した。

その他の条件は実施例１と同じ条件で鋳造および圧延を行い、図９に示す、厚さ３０ｍｍの大径部(42)と厚さ２５ｍｍの小径部(43)が交互に連続し、かつ小径部(43)の中央に厚さ２０ｍｍのくびれ(44)が形成された無限長の異形材（Ｓ４）を製造した。製造した異形材（Ｓ４）はコイル（Ｓ３）に巻き取った。
〔実施例３〕
図１１に示すように、連続鋳造部(10)、切除部(30)、圧延部(20)、切断部(60)により構成された製造装置を用いた。前記連続鋳造部(10)および圧延部(20)は、図１の製造装置(1)におけるものと同じであり、圧延部(20)は３つの連続断面成形用圧延スタンド(26)と１つの非連続断面用圧延スタンド(21)を有する。また、前記切除部(30)は図１２Ａおよび図１２Ｂに示すフルバックカッター(31)と支持ロール(35)(36)(37)とを備える。前記切断部(60)は、図１３に示すように、測長ロール(61)、台車に搭載した拘束治具(62a)(62b)およびシャー(63)を備え、これらの動作を制御装置(65)で制御することにより、走行する異形材（Ｓ２）を遅滞なく任意の長さに切断することができるものである。

そして、鋳造ホイール(11)の回転数を１．８ｒ．ｐ．ｍとし、前記鋳造ホイール(11)の内部に冷却水を供給して冷却する一方、連続ベルト(12)の外側をバーナー(18)で加熱し、溶湯（Ｍ）と接触する直前のベルト温度が３００℃となるように設定し、指向性凝固による連続鋳造を行い、鋳造材（Ｓ１）を鋳造した。連続鋳造部(10)から排出された鋳造材（Ｓ１）は、最終凝固部がベルト側の中央に寄ったものとなり、その温度は５００℃であった。

続いて、切除部(30)において、鋳造材（Ｓ１）のベルト接触面を深さ３ｍｍの表層部を切除した。次に、圧延部(20)において実施例１と同じ圧延を行った。この圧延により非連続断面を有する無限長の異形材（Ｓ２）を製作したところ、圧延部(20)導入時の鋳造材（Ｓ１）の温度は５００℃であり、適度な変形抵抗を有して小径成形部(23a)の形状を転写することができた。さらに、切断部(60)において、長さ３００ｍｍの短尺の異形材（Ｓ５）に切断した。なお、切断時の異形材（Ｓ２）温度は約３５０℃であり、切断抵抗が小さく円滑に切断することができた。

本発明の異形材の製造方法によれば、ニアネット形状の形材を製造できる。かかる異形材を鍛造等の加工用素材として用いることにより高品質の加工品を製造できる。

本発明の異形材を製造する製造装置の構成を模式的に示す正面図である。 図１の要部断面図である。 非連続断面成形用圧延スタンドにおける圧延ロールの配置を示す片側断面図であり、大径成形部で圧延している状態を示している。 非連続断面成形用圧延スタンドにおける圧延ロールの配置を示す片側断面図であり、小径成形部で圧延している状態を示している。 図３Ａおよび図３Ｂの圧延ロールを回転軸（Ｐ）方向から見た図である。 図３Ａおよび図３Ｂの圧延ロールで成形した異形材の正面図である。 連続断面成形用圧延スタンドにおける圧延ロールの配置を示す側面図である。 他の非連続断面成形用の圧延スタンドにおける圧延ロールの配置を示す片側断面図である。 図７の圧延ロールを回転軸（Ｐ）方向から見た図である。 図７の圧延ロールで成形した異形材の正面図である。 連続鋳造部において、鋳造ホイールと連続ベルトの他の配置を示す模式図である。 異形材の製造装置の他の構成を示すブロック図である。 切除部における切削刃の一例を模式的に示す側面図である 図１２Ａの正面図である。 切除部における切削刃の他の例を模式的に示す側面図である 切除部における切削刃の他の例を模式的に示す側面図である 切除部における切削刃の他の例を模式的に示す側面図である 切断部の構成を示す模式図である。

符号の説明

１…異形材の製造装置
10…連続鋳造部
11…鋳造ホイール
12…連続ベルト
17…鋳造空間
20…圧延部
21,27…非連続断面成形用圧延スタンド
26…連続断面成形用圧延スタンド
30…切除部
60…切断部
Ｓ１…鋳造材
Ｓ２、Ｓ４、Ｓ５…異形材

Claims (14)

1. 鋳造材を連続鋳造し、続いて該鋳造材を、長手方向に垂直な断面の形状が長手方向で変化する非連続断面に圧延することを特徴とする異形材の製造方法。
2. 鋳造材を非連続断面に圧延する前に、長手方向に垂直な断面の形状が長手方向で一定の連続断面に圧延する請求項１に記載の異形材の製造方法。
3. 前記圧延前に、鋳造材の表層部の少なくとも一部を切除する請求項１または２に記載の異形材の製造方法。
4. 圧延した異形材を所要長さに切断する請求項１〜３のいずれか１項に記載の異形材の製造方法。
5. 連続鋳造は、複数の回転モールド部材を鋳造空間を囲んで対向配置し、これらの回転モールド部材を鋳出し方向に駆動することによって行われる請求項１〜４のいずれか１項に記載の異形材の製造方法。
6. 前記複数の回転モールド部材の温度に高低差を設けて鋳造材を連続鋳造し、この鋳造材の高温側回転モールド部材との接触面において表層部切除を行う請求項５に記載の異形材の製造方法。
7. 前記鋳造材はアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる請求項１〜６のいずれか１項に記載の異形材の製造方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載された異形材の製造方法により製造されたことを特徴とする異形材。
9. 請求項８に記載された異形材に塑性加工が施されたことを特徴とする金属加工材。
10. 請求項８に記載された異形材に切削加工が施されたことを特徴とする金属加工材。
11. 請求項８に記載された異形材に熱処理が施されたことを特徴とする金属加工材。
12. 連続的に鋳造材を鋳造する連続鋳造部と、この連続鋳造部の後段に配置され、鋳造された鋳造材を、連続的に、長手方向に垂直な断面の形状が長手方向で変化する非連続断面に圧延する圧延部とを備えることを特徴とする異形材の製造装置。
13. 前記連続鋳造部と前記圧延部との間に配置され、鋳造材の表層部の少なくとも一部を切削除去する切除部を備える請求項１２に記載の異形材の製造装置。
14. 前記圧延部の後段に配置され、圧延された異形材を連続的に所要長さに切断する切断部を備える請求項１２または１３に記載の異形材の製造装置。
    

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