JP4211386B2

JP4211386B2 - 鍛鋼の製造方法

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Publication number: JP4211386B2
Application number: JP2002373147A
Authority: JP
Inventors: 章裕山中; 克之山本; 和久西野
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2022-12-24
Also published as: JP2004202525A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大型鋳塊から鍛造工程を経て製造される大型鍛鋼の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大型のプラスチック成形用の金型や、鍛造用の金型、鍛造管等の鍛鋼品は、大断面の鋳塊の製造、鍛造工程を経て最終製品まで加工される。鍛鋼品を製造する方法としては、鋳塊に鍛造その他の二次加工を行って最終製品を得る方法のほかに、鋳塊を造塊後、鍛造により一次加工して素材としての鍛鋼とする方法がある。この鍛鋼は、ほとんど二次加工を行わずに所定寸法に切断するだけで最終製品の鍛鋼品として用いられる場合もあるし、さらに二次加工としての鍛造やその他の高度な加工が施されて最終製品の鍛鋼品が完成する場合もある。
【０００３】
通常、鋳塊の内部には、Ｖ偏析、逆Ｖ偏析といったマクロ偏析に加え、鋳塊の中心部にセンターキャビティ又は粗大なポロシティの集まりであるザクといった気孔性の欠陥が存在する。鋳塊が外表面から凝固しつつ、内部に残された溶鋼がさらに凝固するときに凝固収縮が生じ、その収縮分が空隙となり、鋳塊中に溶けていたガス成分である窒素や水素が冷却過程で溶解度を超えるに及んで空隙中に溜まり、気孔性の欠陥が生じる。気孔性の欠陥は、通常、造塊工程において鋳塊を圧下加工し、それに続く鍛造工程において鍛造ヒート数を多くして高い鍛造比で鍛造加工することにより圧潰される。
【０００４】
しかしながら、最終製品が大型の場合、鋳塊の内部全体を充分に圧潰することは困難であり、通常は圧下量及び鍛造比を小さく取らざるを得ないため、これら気孔性欠陥が最終製品まで残存して製品欠陥となる場合がある。さらに、近年、省力化の意味から、鍛造ヒート数を極力減らし、且つ、鍛造比を極力小さくすることが望まれている。また、ザクのような気孔性欠陥は内部にガスが充満しているために鍛造加工によっても容易に圧潰されない場合がある。
【０００５】
従って、鋳塊段階でこれらのセンターキャビティやザクをできるだけ小さくすることが、鍛鋼の製造工程において重要となる。
【０００６】
通常、造塊過程において鋳塊の底部より鋳塊径又は厚さの半分程度の高さまでは、鋳塊底部より抜熱され凝固シェルが鋳塊軸と平行して上方一方向に成長していくためにザク欠陥を生じることはない。しかし、鋳塊の底部からの高さが、鋳塊径又は厚さの半分よりも上部の位置では抜熱が主として側面より生じるために、凝固シェルは鋳塊径又は厚さ方向に成長して鋳塊の中心部で最終凝固となる。鋳塊の中心部では溶鋼の溜まりが少ないために、凝固収縮が生じてもこれを充満させることができず、結果的に空隙が生じる。通常の造塊過程では、溶鋼の収縮分を補填するために上部に押し湯を設けているが、鋳塊が大きくなればなるほど収縮量が大きくなり、且つ鋳塊中心部の最終残溶鋼の形状が長いパイプ状になって流動抵抗が大きくなるため、凝固収縮により負圧が生じても空隙を充満させるのに十分な溶鋼移動が行われなくなる。このため、大型の鋳塊の場合には、押し湯による空隙の低減では不充分である。
【０００７】
鋳塊の気孔性欠陥を防止、あるいは低減するためには、Ｎｉ基超合金に代表されるように、ＥＳＲ、ＶＡＲといった再溶解凝固法の適用が確実であるが、通常は溶解用の電極の鋳造、さらにその電極の再溶解と少なくとも２回の造塊工程を経る必要があるために、普通の造塊法に比べて極めて製造コストが高いという問題がある。
【０００８】
また、従来より、鋳塊の内部欠陥を低減するために鋳型形状の変更等が実施されている。
【０００９】
さらに、特許文献１には、凝固中に側面から鋳塊本体を加圧して偏析を防止する方法が開示されている。しかしながら、この方法は鋳塊外部より凝固収縮に応じてわずかな量を圧下する方法であり、圧下量が小さいために内部への圧下効果の浸透が充分でなく、ザクを安定して低減することが困難である。さらに、程度の大きな数十ｍｍという空隙のザクを解消することは期待できない。
【００１０】
一方、本発明者らは、特許文献２に開示される造塊方法を発明した。しかし、大型鍛鋼の品質を向上させるためには、鋳塊の未凝固部を圧下する条件をさらに検討し、より効果的な方法へ改善することが望まれている。
【００１１】
【特許文献１】
特開昭５１−６６２３３号公報
【特許文献２】
特開２００１−２８６９８８号公報
塊
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、大型鍛鋼におけるザクを低減し、大型鍛鋼品を製造する場合であっても気孔性欠陥を防止できる鍛鋼の製造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】
本発明者らは、鋳塊の内部が未凝固の段階で、凝固収縮を上回る大きな変形、すなわち、鋳塊中心部に負偏析が形成される程度の大きな変形を、鋳塊の特定の高さの部位に付与することにより、鋳塊のザクのような気孔性欠陥の発生を効果的に低減できることを見出した。さらに、この鋳塊に若干の鍛造加工を施すことにより、成分濃度の大幅な変化がなく、且つ、微細な気孔性欠陥を防止できることを見出した。
【００１３】
すなわち本発明は、鋳塊を圧下後、鍛造する鍛鋼の製造方法であって、鋳塊底部から鋳塊の径又は厚さに相当する距離だけ上部に離れた位置の鋳塊中心部の炭素含有率Ｃ（質量％）をレードル内の溶鋼の炭素含有率Ｃ_０（質量％）で除した比Ｃ／Ｃ_０の値が０．７〜０．９となるように、未凝固部を有する鋳造後の鋳塊の少なくとも未凝固部が存在する全領域の側面を、未凝固部の厚み相当を超える圧下量で圧下し、さらに、圧下した鋳塊を鍛造加工することを特徴とする。
【００１４】
上記鍛造工程における鍛造比、すなわち、鋳造したままの鋳塊の横断面積の平均断面積Ｓ₀（ｍｍ²）を、鍛造加工後の鍛鋼横断面の平均断面積Ｓ（ｍｍ²）で除した比Ｓ₀／Ｓの値を２以上とする場合には、鍛造工程のヒート数を１として鍛造を完了することが可能となるので省力化の点から好ましい。
【００１５】
本発明の鍛鋼の製造方法は、鋳塊底部から鋳塊の径又は厚さに相当する距離だけ上部に離れた位置の鋳塊中心部の炭素含有率Ｃ（質量％）をレードル内の溶鋼の炭素含有率Ｃ_０（質量％）で除した比Ｃ／Ｃ_０の値が０．７〜０．９となるように、未凝固部を有する鋳造後の鋳塊の少なくとも未凝固部が存在する全領域の側面を、未凝固部の厚み相当を超える圧下量で圧下し、さらに、圧下した鋳塊を鍛造加工することを特徴とする。
【００１６】
本発明は、鋳塊中心部の最終残溶鋼の形状が長いパイプ状になるために、押し湯による溶鋼移動では凝固収縮によって生じる空隙を充満させるのに十分ではないような大型の鋳塊であっても、外表面より凝固収縮以上の圧下を加えることにより、ザクの発生そのものを防止するものである。ここで、凝固収縮以上の圧下がどの程度の圧下であるかは、鋳塊サイズ、鋳塊の温度、圧下時期によって異なるため、圧下量として一定に定めることは困難である。そこで本発明者らは、凝固界面の圧着によって生じるミクロ偏析溶鋼の排出度合いに着目し、負偏析の程度を目安にすることにより、鋳塊内部の圧潰状態、すなわち凝固収縮以上の圧下が行われたかを決定できることを見出した。
【００１７】
すなわち、ミクロ凝固過程では、初晶が負偏析となり、続く凝固で正偏析となるようなミクロ偏析が形成される。鋳塊のどの部分でもこのミクロ凝固が繰り返されるが、凝固途上の鋳塊の側面を圧下することにより空洞を取り囲む凝固シェルの内面同士が圧着されると、鋳塊中心部からミクロ偏析溶鋼のみが絞り出され、その残部分の初期凝固相が鋳塊中心部に残り負偏析を形成する。この負偏析の程度は鋳塊中心部の圧潰の程度と相関があり、圧潰が凝固収縮に等しい程度であれば負偏析とならないが、これを上回れば上回る程、負偏析の度合いが大きくなることが見出された。個々の圧下部位において圧潰の程度を凝固収縮量に等しくするのが理想的だが、現実的には凝固が鋳塊の全ての部分で均質に進んでいるとは限らないため、理想的な圧下量を各部位ごとに調節することは非常に困難である。
【００１８】
これに対して本発明者らは、鋳塊の特定の高さにおける中心部が負偏析になる程度に過剰に圧下し、実質的に同じ圧下量で鋳塊全体を圧下することによって、鋳塊全体に渡り安定してザクの発生を低減することができることを見出した。この方法により、鋳塊全体に渡り安定してザクの発生を低減できることから、高品質の大型鋳塊を効率良く製造することが可能となる。ザクは、鋳塊の底部より鋳塊径又は厚さの半分程度の高さより上で生じるため、本発明においては、負偏析の程度を見る位置を、鋳塊底部から鋳塊の径又は厚さに相当する距離だけ上部に離れた位置の鋳塊中心部とした。この位置における負偏析の程度を、鋳塊中心部の炭素含有率Ｃ（質量％）をレードル内の溶鋼、すなわち鋳塊全体の平均濃度の炭素含有率Ｃ₀（質量％）で除した比（以下、偏析比という）Ｃ／Ｃ₀が０．７〜０．９の範囲となるように調節することにより、マクロなザクを鋳塊全体に渡り安定してほぼ消滅させることができ、且つ、材料特性の均質化を保持でき、鋳塊中心部の強度を確保できる。
【００１９】
本発明においては、圧下した鋳塊を更に鍛造加工することにより、偏析比Ｃ／Ｃ₀が０．７〜０．９の負偏析になる程度に鋳塊を圧下しただけでは残存する可能性がある微細な気孔をも圧潰することができる。
【００２０】
従って、上記未凝固部を有する鋳塊の圧下工程と鍛造工程を組み合わせることにより、大型であってもザクや微細気孔等の気孔性欠陥が低減され、材料特性の均質化が保持され、中心部の強度が確保された鍛鋼を得ることができる。
【００２１】
以下において本発明の好ましい実施形態を挙げて詳しく説明する。本発明は、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼などの鋼を対象とする。また、対象とする鋳塊の大きさは、とくに限定しないが、１０ｔ程度以上の鋳塊に適用するのが効果的である。例えば、１２ｔの鋳塊で、水平断面形状が長方形の鋳塊の場合に、おおよそ、そのサイズは、高さ２０００ｍｍ、水平断面の厚さ６５０ｍｍ、幅１２００ｍｍ程度となる。また、水平断面形状が円形の鋳塊の場合に、おおよそ、そのサイズは、高さ２０００ｍｍ、直径１０００ｍｍ程度となる。
【００２２】
図１は、造塊を行う手順の一例を模式的に示した図である。図１においては、溶鋼をレードル１から鋳型２へ下注ぎで鋳込み、鋳造が行なわれる（工程１Ａ）。次に、中心部に未凝固溶鋼４を有する鋳塊３を鋳型から取り出し、横倒し（工程１Ｂ、工程１Ｃ）、鋳塊３の未凝固溶鋼が存在する位置の側面を相対する２方向から挟んで圧下する（工程１Ｄ）。工程１Ｄの圧下過程で鋳塊上部より未凝固溶鋼４が漏鋼する可能性があるため、鋳型上部に事前に冷やし金を設けるなどをして（図示せず）、鋳塊頭部を先行的に凝固させて閉塞しておくことが好ましい。
【００２３】
鋳型から鋳塊を抜く時期は、鋳塊の中心にある未凝固溶鋼すなわち未凝固部の径又は厚さが鋳塊の径又は厚さの５０〜７０％程度となる時期が望ましい。
【００２４】
鋳塊を圧下する際には、圧下治具５を固定して、マニピュレータ等により鋳塊底部を支持し（図示せず）、鋳塊を移動させて圧下してもよいし、鋳塊３を固定して、圧下治具５を移動させて圧下してもよい。圧下の順番は、特に限定されず、上側から下側に順次行ってもよいし、その逆に下側からでもよいし、鋳塊の高さの半分付近の位置から圧下を開始しても良いが、排出された成分の偏析した溶鋼を上側に集め、凝固後に切り捨てる観点から、鋳塊の下側から上側に向かって行う方が好ましい。
【００２５】
圧下する鋳塊の側面は、鋳塊の径、厚み（短径）又は幅（長径）のいずれを規定する対向面でもよいが、圧下を充分に行うためには、鋳塊の厚み（短径）又は径を規定する対向面を圧下するのが好ましい。例えば、水平断面形状が長方形の場合には、相対する長辺側が好ましい。正方形及び円形の場合には相対する側面である。鋳塊は、相対する側面の両方から挟み込む方向６、７に向けて同時に圧下することが好ましい。
【００２６】
圧下を開始する時期は、鋳塊の中心にある未凝固部の径又は厚さが鋳塊の径又は厚さの２０〜４０％程度となる時期が望ましい。たとえば、水平断面形状が長方形である鋳塊の両側の長辺側を圧下する場合、両長辺間の距離、すなわち鋳塊の厚さをベースとして、未凝固部の厚さが鋳塊の厚さの２０〜４０％程度となる時期が望ましい。また、水平断面形状が円形である鋳塊の相対する２方向から鋳塊の側面を圧下する場合も鋳塊の直径をベースとして、未凝固部の直径が鋳塊の直径の２０〜４０％程度となる時期が望ましい。
【００２７】
圧下を開始する時期は、一般的に用いられている凝固厚さＤ（ｍｍ）と凝固時間Ｔ（分）との間の関係式であるＤ＝Ｋ×Ｔ^１／２（一般的にルート則と言う）から求めることができる。ただし、Ｋは凝固係数で、鋳型の重量、溶融金属の注入温度などで決まる係数である。一般的には、ほぼ２５（ｍｍ×分^−１／２）の値である。鋳型内に注入した溶融金属にトレーサーを添加することにより、このＫ値を確認することができる。
【００２８】
圧下を開始する時期における鋳塊の表面温度は、７００〜１１００℃程度とすることが望ましい。７００℃未満では、鋳塊の凝固殻の強度が高いため、圧下が困難となるので、圧下の効果が発揮できない。また、過大な圧下装置を用いるのは現実的でない。１１００℃を超える場合には、鋳塊の凝固殻の強度が低いため、圧下の効果を十分発揮できない。なお、鋳塊の表面温度は、鋳塊側面の圧下する部位の温度とすることが望ましく、放射温度計などにより測定できる。
【００２９】
圧下装置としては、一般的な油圧プレス装置などを用いればよい。また、鋳塊を圧下する圧下治具、すなわち圧下金型の大きさ及び形状は、鋳塊の大きさ、形状、圧下する回数などで決めればよく、特に限定されない。１０ｔ程度以上の鋳塊の場合、例えば、鋳塊と接する面の形状が、縦１００〜４００ｍｍ、横８００〜１２００ｍｍ程度の長方形の圧下治具を用いることができる。その際、長方形の各コーナー部には丸味をもたせることが好ましい。丸味をもたせると、鋳塊の表面に圧下による疵が発生しにくい。鋳塊の横断面が円形の場合には、鋳塊と接する圧下治具を疑似円形の孔形としてもよい。
【００３０】
圧下は、鋳塊底部８から鋳塊の径又は厚さに相当する距離だけ上部に離れた位置の鋳塊中心部９の炭素含有率Ｃ（質量％）をレードル１内の溶鋼の炭素含有率Ｃ₀（質量％）で除した偏析比Ｃ／Ｃ₀の値が０．７〜０．９となるように行う。本発明において、鋳塊の径又は厚さに相当する距離とは、鋳塊の水平断面形状を取り囲む４本の接線により描かれる最も小さい長方形又は正方形の幅であり、例えば、鋳塊の水平断面形状が長方形である場合は、鋳塊の厚さ、すなわち鋳塊の長辺の距離をいい、鋳塊の水平断面形状が円形である場合は、鋳塊の直径に相当する距離をいう。鋳塊が上径と下径で異なる錐形である場合には、平均径をいう。
【００３１】
圧下する際の圧下量及び圧下開始時の未凝固部分の径又は厚さを変えることにより、偏析比を容易に且つ安定的に０．７〜０．９の範囲内に調節することができる。偏析比の値を０．７〜０．９の範囲内に調節することができる圧下量及び圧下開始時の未凝固部分の径又は厚さを決定する方法としては、例えば、未凝固部分の径又は厚さをある適当な値に固定し、圧下量を種々変更して試験を行い、偏析比が０．７〜０．９となる範囲を求めても良い。また、圧下量をある適当な値に固定し、圧下開始時における未凝固部分の径又は厚さを種々変更して試験をし、偏析比が０．７〜０．９となる範囲を求めても良い。
【００３２】
本発明で規定する圧下後の鋳塊底部８から鋳塊の径又は厚さに相当する距離だけ上部に離れた位置の鋳塊中心部９の炭素含有率Ｃ（質量％）は、圧下後の鋳塊中心部９の位置の化学分析を行うことにより求めることができるが、下記の方法でも求めることができる。
【００３３】
すなわち、上記圧下後の鋳塊中心部９の炭素含有率Ｃは、圧下後さらに鍛造加工された鍛鋼において、上記鋳塊中心部９に相当する位置の炭素含有率を測定してもほとんど同じ値であることから、比Ｃ／Ｃ₀を計算する際には、上記鋳塊中心部９に相当する鍛造後の鍛鋼中心部の位置の炭素含有率を、圧下後の鋳塊中心部９の炭素含有率Ｃとして採用しても良い。
【００３４】
マクロ的なザクは、上記の造塊工程において鋳塊を圧下することによって、ほぼ消滅できるが、気孔性欠陥にはザクだけでなく微細気孔もある。鋳塊底部８から鋳塊の径又は厚さに相当する高さの鋳塊中心部９の偏析比が０．７〜０．９となるような圧下のみでは、微細気孔内に存在するガス圧の抵抗により微細気孔が充分に圧潰されず、残存する場合がある。このような微細気孔を完全に潰すには、造塊後に鍛造を行うことが有効である。圧下した鋳塊を一旦室温に冷却後に加熱炉で加熱後、鍛造しても良いし、圧下した鋳塊を直接加熱炉に入れて加熱後、鍛造しても良いし、圧下した鋳塊をそのまま鍛造しても良い。
【００３５】
鍛造加熱温度は、鋳塊の大きさ、形状、加工速度等を考慮して適当な温度を選択すれば良いが、７００〜１２００℃程度とするのが望ましい。加熱温度が低すぎると、鋳塊の変形抵抗が高く鍛造が困難であり、加熱温度が高すぎると、結晶粒の粗大化と共に表面の酸化や脱炭が生じ、脆化して割れやすくなり鍛造不能となる。また、鍛造終了温度としては、再結晶温度より少し高い温度であることが好ましい。
【００３６】
鍛造加工の工程における鍛造比、すなわち、鋳造したままの鋳塊の横断面の平均断面積Ｓ₀（ｍｍ²）を、鍛造加工後の鍛鋼品の横断面の平均断面積Ｓ（ｍｍ²）で除した比Ｓ₀／Ｓの値は特に制限されないが、鍛造比を２以上とする場合には、鍛造工程のヒート数を１として鍛造を完了することが可能となるので、省力化の点から好ましい。鍛造比が大きすぎる場合にはヒート数を２以上とする必要があるので、鍛造比の上限は４以下であることが好ましい。
【００３７】
例えば、未凝固部を有し、横断面が丸形状である鋳塊の側面を圧下する場合には、圧下された部位の横断面形状が長円又は楕円形状となる。それら長円又は楕円形状の短径は、元の鋳塊の直径より圧下量分を引いた値となり、長径は元の鋳塊の直径より大きな値となる。これらの長円又は楕円形状から平均横断面積を正確に求めるのは困難である。しかしながら、未凝固部を有する鋳塊の側面を圧下する際には、鋳塊の高さ方向の伸びがほとんどないことから、圧下前後での横断面の断面積変化は極僅かで無視できる程度と考えられる。そこで、本発明においては、鍛造比は、鋳造したままの元の鋳塊の横断面の平均断面積Ｓ₀（ｍｍ²）と、最終的に鍛造された鍛鋼の横断面の平均断面積Ｓ（ｍｍ²）とを用いて、前者を後者で除した比の値とした。
【００３８】
上記の製造方法により、マクロ的なザクや微細気孔等の気孔性欠陥が非常に少なく、材料特性が均一で、割れが発生し難い鍛鋼を効率良く製造することができる。そして、得られた鍛鋼を素材として用い、必要に応じて鍛造等の二次加工を行うことにより、所望の形状の鍛鋼品を得ることができる。
【００３９】
【実施例】
０．５５質量％Ｃ鋼の溶鋼を、図１のように内法寸法で上径が１０５０ｍｍ、下径が９５０ｍｍ、高さが２０００ｍｍの逆錐形鋳型に下注ぎし、鋳造した。鋳塊を中心部に未凝固部がある状態で圧下する過程で、鋳塊上部より漏鋼する可能性があるため、鋳型上部に冷やし金を設け、先行的に鋳塊頭部を凝固させて閉塞した。
【００４０】
給湯完了後、約１５０分経過してから、鋳型より鋳塊を抜き、横倒し、圧下した。但し、一部の比較例では、鋳塊を圧下しなかった。
【００４１】
圧下を開始する時期は、給湯完了時点より約２００分後で、未凝固部分の等固相線温度基準の直径が約３３０ｍｍと推定される時期とした。
【００４２】
鋳塊を圧下する際には、鋳塊と接する面の形状が４００ｍｍ×１１００ｍｍの圧下金具を有する油圧プレス機に鋳塊を置き、マニピュレータにより鋳塊底部を支持し、鋳塊径方向に１１００ｍｍの辺、長手方向に４００ｍｍの辺を位置合わせし、鋳塊の側面を相対する２方向から圧下した。
【００４３】
圧下部位は、マニピュレータにより鋳塊を高さ方向の下側から上部側に移動させて、鋳塊底部を除く高さ５００ｍｍの部位から高さ２０００ｍｍの部位にかけて未圧下部が残らないように順次圧下した。
【００４４】
圧下力の設定は最大で３０００ｔｏｎとし、圧下シリンダの圧下速度は４０ｍｍ／秒とした。圧下後は、圧下速度と同じ速度で圧下金具を開放した。
【００４５】
圧下量を種々変更することにより、鋳塊中心部の負偏析の程度を調整した。各実施例においては、未凝固部分の直径が３３０ｍｍであるのに対し、表１に示すように２００〜４００ｍｍの圧下量を加えることにより、偏析比を０．７〜０．９の範囲に調節した。比較例の一部では、より小さい圧下量とした。
【００４６】
圧下しなかった鋳塊は鋳型から抜き出した後に、また圧下した鋳塊は圧下終了後に、加熱炉で約５時間加熱し、鋳塊の温度を約１２００℃としてから鍛造を行なった。
【００４７】
鍛造は、自由鍛造法である図１の工程１Ｄに示す縦プレスを用いて行い、鍛造比を表１に示すように種々変更し、丸棒とした。鍛造比は、鋳造したままの元の鋳塊の横断面の平均断面積Ｓ₀（ｍｍ²）と、最終的に鍛造された鍛鋼品の横断面の平均断面積Ｓ（ｍｍ²）とを用いて、前者を後者で除した比（Ｓ₀／Ｓ）の値とした。
【００４８】
鍛造後の丸棒サンプルを冷却後、中心軸を通る面で縦断し丸棒の両端から１０ｃｍをはずして、未凝固部を有する状態で圧下された後でさらに鍛造された部分に相当する位置から１０ｃｍ幅×１０ｃｍ縦の縦断面を８枚、縦軸方向に均等に切り出し、気孔径、及び炭素濃度を調査した。これらのサンプルには、鋳塊底部から鋳塊の直径に相当する距離だけ上部に離れた位置に相当するサンプルが含まれる。
【００４９】
気孔径は、それぞれのサンプルで観察される気孔の最大の円相当径を求めて、８サンプルの算術平均を求めた。１ｍｍ径以下の微細気孔については、顕微鏡観察によりこれを実施した。
【００５０】
炭素濃度は、各８サンプルの中心から化学分析用サンプルを採取して、それぞれの濃度を求めた。未凝固圧下しなかった比較例５も、同様の位置から縦断面のサンプルを８枚採取して、炭素濃度を測定した。表１には、８サンプルの偏析比（Ｃ／Ｃ₀）の最大値と最小値を示した。
【００５１】
表１に、試験条件および試験結果を示す。
【００５２】
【表１】

【００５３】
実施例１及び２では、未凝固部分の圧下量を３５０ｍｍまたは４００ｍｍとすることにより、偏析比を０．７〜０．８程度となるようにし、鍛造比はいずれも２以上とした。その結果、気孔は認められず、きわめて良好な結果となった。
【００５４】
参考例１〜６（旧実施例３〜８）では、未凝固部分の圧下量を２００〜３００ｍｍとすることにより、偏析比を０．８程度〜０．９となるようにし、鍛造比は１．５〜２．５とした。その結果、気孔径は最大でも１．８ｍｍとなり、比較的良好な結果となった。
【００５５】
比較例１〜３では、未凝固部分の圧下量を２００ｍｍより小さくすることにより、偏析比が０．９以上となった。鍛造比はいずれも２以上としたが、気孔径は最大でも５．５ｍｍ〜１１．３ｍｍとなり、実施例と比べて極めて悪い結果となった。
【００５６】
比較例４では、未凝固部分の圧下量を３００ｍｍとすることにより、偏析比を０．７〜０．９となるようにしたが、鍛造工程を実施しなかった。その結果、気孔径は２．２ｍｍとなり、鍛造工程を行ったものに比べて劣る結果となり、鍛造工程が必要であることが明らかになった。
【００５７】
比較例５では、未凝固部分の圧下を実施せず、鍛造比は２以上とした。その結果、気孔径は２１．５ｍｍと粗大になり、鋳塊段階での圧下が重要であることが明らかになった。
【００５８】
【発明の効果】
本発明に係る鍛鋼の製造方法によれば、鋳塊の内部が未凝固の段階で、鋳塊の所定高さにおける中心部に適度な負偏析が形成される程度に鋳塊の少なくとも未凝固部を圧下することによって、凝固収縮により生じる空隙量を上回る圧下量を鋳塊全体に渡り付与するため、大型の鋳塊であっても、ザクのようなマクロ的な気孔性欠陥の発生を鋳塊全体に渡り安定して低減することができ、且つ、材料特性の均質化を保持でき、鋳塊中心部の強度を確保できる。
【００５９】
さらに、圧下した鋳塊を鍛造することにより、比Ｃ／Ｃ₀で０．７〜０．９の負偏析になる程度に鋳塊を圧下しただけでは残存する可能性がある微細な気孔をも圧潰することができ、気孔性欠陥が更に低減される。
【００６０】
従って、上記本発明においては、未凝固部を有する鋳塊を所定の部位で圧下する工程と鍛造工程を組み合わせることにより、大型であってもザクや微細気孔等の気孔性欠陥が非常に少なく、材料特性の均質性が高く、中心部の強度が確保された鍛鋼を効率良く得ることができる。
【００６１】
また、上記鍛造工程における鍛造比Ｓ₀／Ｓの値を２以上とする場合には、鍛造工程のヒート数を１とすることができ、省力化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の鍛鋼の製造方法を実施する手順の一例を説明する図である。
【符号の説明】
１…レードル
２…鋳型
３…鋳塊
４…未凝固溶鋼
５…圧下治具
６…圧下の方向
７…圧下の方向
８…鋳塊底部
９…偏析比を測定する高さの鋳塊中心部

Claims

鋳塊を圧下後、鍛造する鍛鋼の製造方法であって、鋳塊底部から鋳塊の径又は厚さに相当する距離だけ上部に離れた位置の鋳塊中心部の炭素含有率Ｃ（質量％）をレードル内の溶鋼の炭素含有率Ｃ_０（質量％）で除した比Ｃ／Ｃ_０の値が０．７〜０．９となるように、未凝固部を有する鋳造後の鋳塊の少なくとも未凝固部が存在する全領域の側面を、未凝固部の厚み相当を超える圧下量で圧下し、さらに、圧下した鋳塊を鍛造加工することを特徴とする鍛鋼の製造方法。
鋳造したままの鋳塊の横断面の平均断面積Ｓ_０（ｍｍ^２）を、鍛造加工後の鍛鋼の横断面の平均断面積Ｓ（ｍｍ^２）で除した比Ｓ_０／Ｓの値を２以上とすることを特徴とする、請求項１に記載の鍛鋼の製造方法。