JP6515376B2 - 均質化鍛造品を製造する構築成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、鍛造品鍛造の分野に関し、具体的には、均質化鍛造品の連続鋳造素材積層鍛造成形に適する、均質化鍛造品を製造する構築成形方法に関する。

鍛造品は、冶金機械、石油化工、交通輸送、エネルギ電力等の分野における大型セット設備の重要なパーツとして、国民経済建設、国防設備及び大型科学研究装置において極めて重要な作用を発揮し、その生産能力と品質水準は国の自主能力及び国力を評価するのに重要である。したがって、鍛造品の内在品質を向上し、そのランニング過程における安全性と信頼性を保証することは重要な意義を有する。

鍛造品は一般にインゴットを鍛造してなるものであり、インゴット内部において、金属の凝固収縮によって大量の微小収縮孔及びルーズ欠陥が不可避的に発生し、これらホール型欠陥はインゴット中心部に分散され、材料の連続性を破壊し、鍛造品の機械的性質に影響を与える。同時に、凝固過程における溶質再分配により、大断面インゴットは凝固末期において、合金濃度が高いだけではなく、多くの場合に低融点物質及び不純物元素が集中してマクロ偏析を形成し、インゴットの首尾間の機械的性質を大きく異ならせ、鍛造品性能の均一性及び使用の安全性に影響を与える。このようなマイナス的作用を軽減するために、現在産業上、インゴットの首尾を切り捨てる方法が汎用され、切除率は３０％以上にもなり、材料利用率を大幅に低下させ、製品の経済性が悪い。

連続鋳造板状素材は、現在、鉄鋼工業大量生産における最も安定で熟成した製品の１つである。連続鋳造素材の特徴は、製造コストが低く、生産効率が高く、且つ断面サイズが所定規格（一般には、板状素材が３００ｍｍ、丸状素材が６００ｍｍ）以下であり、その内部組織が緻密であり、マクロ偏析度合が低いことである。しかしながら、迅速凝固及びライザー補償なしの特徴に制約され、連続鋳造素材の断面サイズが上記規格以上になると、鋳造素材中心に貫通収縮孔が発生しやすく、切断後に酸化しやすく、後続の圧延及び鍛造によって癒合させることができないため、その応用範囲は制約されている。したがって、現在、高品質の鍛造品は未だに連続鋳造素材を用いて製造されることができず，依然としてコストの高い鋳造インゴットを母材として用いる。

近年、ハイパワー電子ビーム発生器の開発に成功したことにつれて、格別厚肉板の製造分野では真空複合圧延方法が出現している（非特許文献１）。このような方法は、通常厚さの板状素材を積層し、真空電子ビームによって界面周囲をシール溶接した後、加熱及び圧延を行い、格別厚肉板を得る方法である。このような方法は真空電子ビーム溶接を利用し、界面における重度汚染及び高温酸化を防止し、圧延中金属の高温拡散溶接原理に基づいて複数の板状素材を接続するため、製鋼所で格別厚肉板状素材を生産できない問題を解決した。しかしながら、拡散溶接過程における三要素は温度、圧力及び時間である。圧延は高温高圧下で行われるが、圧延速度が速く、圧力は複合界面に瞬間的に加えられ、界面を完全に溶合させて基体に一致させるのが難しい。同時に、鍛造に比べて、圧延過程の特徴は、変形方向が単一、変形量が小さく、ひずみが主に素材表面に分布され、中心のひずみ量が小さいことであり、これは中心位置にある界面溶合に不利である。非特許文献２では、異なる圧延圧下率の界面溶合効果への影響を研究し、圧下比が７０％に達して初めて、界面におけるＺ方向延伸強度が基体に一致する度合いに達することを見出した。これで分かるように、小さい圧下率では界面溶合が不十分であり、微小ルーズ及び酸化膜が依然として存在し、材料の機械的性質にひどい影響を与え、特に交代荷重下で働く部品には不向きである。したがって、現在、真空複合圧延方法で製造された格別厚肉板は、非過酷荷重環境での使用に限られる。

それに比べて、鍛造は数千年も続いてきた金属圧力加工手段として、効率が圧延ほど高くないが、変形方式が自由であり、素材の一次大幅変形及び多方向変形を実現することができる。現代産業革命までは、刀・剣などの高品質の金属製品は鍛造方法によって生産される。当時の製錬レベルに制約されて、鍛造品の母材はスポンジ鉄であり、大幅変形を繰り返すことにより、金属内部の夾雑物を破砕することができ、表面積拡張及び酸化により脱炭素を実現することができ、数百回の折り畳み・ハンマ打ちにより材料のじん性と均一性を向上することができる。このような鍛造方式で生産された高硬度と高じん性を兼ねるツールは、現在から見ても素晴らしい工芸レベル及び性能を有する。残念ながらも、当時の工芸レベル条件では、折り畳み・ハンマ打ちは界面の汚染と酸化を避けることができず、複数回の大幅変形によって界面における酸化膜を十分に破壊、分散して溶合を実現するしかない。

近年、表面クリーニング分野ではプラズマ洗浄技術が発展しており、このような技術はＲＦ電源が発生した高圧交番電界を利用し、酸素、アルゴン、水素などのプロセスガスを振動させて高反応活性又は高エネルギを有するイオンとした後、有機汚染物及び微粒子汚染物に反応又は衝突させて揮発性物質を形成し、作動ガス流及び真空ポンプによってこれら揮発性物質を除去することにより、表面クリーニング活性化の目的を達し、洗浄方法における最も徹底的な剥離式洗浄である。この技術の特徴は、素材表面の微細孔及び凹みの内部に入り洗浄を完成し、表面油汚染を効果的に除去するとともに、その表面活性を向上し、溶合効果を向上することができる。かつ、有害溶媒の使用を避け、洗浄後に有害汚染物を発生せずにクリーンである。

Development of new heavy gauge steel plate using cladding technology． JFE Technical Report, 2004, 5（8）:65 謝広明等，圧延プロセスの真空圧延複合鋼板組織・性能への影響，鉄鋼研究学報，2011，23（12）27−30

刀・剣の積層鍛造成形思想及びプラズマ洗浄、真空電子ビーム溶接等の技術に基づき、本発明の目的は、低コストの連続鋳造素材を原料とし、表面加工とクリーニングの後、真空電子ビームによって複数の板状素材をシール溶接し、そして大幅変形保圧と多方向鍛造を特徴とする鍛造溶接プロセスを施し、界面を十分に溶合して分散させ、最終的に界面における成分、組織及び夾雑物レベルを基体に一致させることを実現する均質化鍛造品を製造する構築成形方法を提供することにある。

本発明の技術案は以下の通りである。
均質化鍛造品を製造する構築成形方法は、まず、複数の連続鋳造板状素材を所定のサイズで投入し、溶合待ち表面をフライス盤で平らに加工し、真空プラズマ洗浄を行い、素材を積層した後に真空室内において溶合待ち面周囲に対して電子ビームシール溶接を行うことにより、素材を製造し、その後、溶接後の素材を所定温度に加熱して炉から出し、油圧プレス機で鍛造し、初回の据込み過程では鍛造中保圧、鍛造間保温の措置を施し、界面を十分に溶合させ、後続の据込み・引き延ばし過程では三方向鍛造方法を用い、溶合界面を分散させて界面における成分、組織、夾雑物を基体に一致するレベルにすることにより、素材の鍛造溶接及び均一化を実現し、最後に、素材を最終規格サイズに鍛造することにより、成形を行い、具体的なステップは以下の通りである。
第１のステップ：所定の規格に従って連続鋳造素材を切断する；
第２のステップ：溶接待ち表面を加工、洗浄する；
第３のステップ：素材に対して真空電子ビーム溶接を行う；
第４のステップ：素材に対して鍛造前加熱を施す；
第５のステップ：素材に対して据込みと保圧鍛造溶接を施す；
第６のステップ：素材に対して高温拡散接続を施す；
第７のステップ：Ｙ方向に沿って引き延ばし鍛造を施す；
第８のステップ：Ｘ方向に沿って引き延ばし鍛造を施す；
第９のステップ：Ｚ方向に沿って引き延ばし鍛造を施す；
第１０のステップ：最終鍛造品サイズとなるように素材を鍛造成形する。

前記均質化鍛造品を製造する構築成形方法は、第１のステップにおいて、長さと幅との比が２:３となるように連続鋳造素材を切断し、積層後の総高さと幅との比が２:１となるように、即ち積層後に幅（Ｘ）：長さ（Ｙ）：高さ（Ｚ）＝２:３:４となるように切断後の連続鋳造素材を所定の数用意し、三方向鍛造の実施を容易にする。

前記均質化鍛造品を製造する構築成形方法は、第２のステップにおいて、ガントリーフライス盤を用いて溶合待ち表面を加工し、そして真空室中に投入し、プラズマによって溶合待ち表面を洗浄し、表面の高度清浄を保障し、フレッシュな金属を露出させる。

前記均質化鍛造品を製造する構築成形方法は、第３のステップにおいて、素材を真空室に投入して積層し、溶合待ち面周囲に対して真空電子ビーム溶接を行い、溶接深さが１０〜５０ｍｍである。

前記均質化鍛造品を製造する構築成形方法は、第４のステップにおいて、溶接済みの素材を加熱炉に送入して加熱し、加熱温度が０．８５Ｔ_ｍ（Ｔ_ｍ：材料の融点，単位：℃）である。

前記均質化鍛造品を製造する構築成形方法は、第５のステップにおいて、加熱後の素材を鍛造プレス機の操作台に配置し、高さ方向を垂直方向に一致させ、据込み板を用いて高さＺ方向に沿って素材に対して据込みを行い、据込みは二段階に分けて行われ、まず、素材総高さの１０％を圧下し、圧力を素材に５ｍｉｎ作用させ、そして、素材高さが原高さの５０％になるまで据込みを引き続き行い、圧力を素材に１０ｍｉｎ作用させる。

前記均質化鍛造品を製造する構築成形方法は、第６のステップにおいて、据込み後の素材を加熱炉に戻して加熱し、加熱温度が０．８５Ｔ_ｍ（Ｔ_ｍ：材料の融点，単位：℃）であり、素材温度が均一になった後の保温時間は２０Ｔ_ｈ（Ｔ_ｈ：素材据込み後の高さ，単位：ｍ）時間である。

前記均質化鍛造品を製造する構築成形方法は、第７のステップにおいて、フラットアンビルを用い、幅（Ｘ）：長さ（Ｙ）：高さ（Ｚ）＝３:４:２の直方体となるようにインゴットを長さＹ方向に沿って引き延ばす。

前記均質化鍛造品を製造する構築成形方法は、第８のステップにおいて、フラットアンビルを用い、素材を長さＹ方向に沿って５０％据込み、指定サイズに変形させた後、幅（Ｘ）：長さ（Ｙ）：高さ（Ｚ）＝４:２:３の直方体となるように素材を幅Ｘ方向に沿って引き延ばす。

前記均質化鍛造品を製造する構築成形方法は、第９のステップにおいて、フラットアンビルを用い、素材を幅Ｘ方向に沿って５０％据込み、指定サイズに変形させた後、幅（Ｘ）：長さ（Ｙ）：高さ（Ｚ）＝２:３:４の直方体となるように素材を高さＺ方向に沿って引き延ばす。

本発明は以下のメリット及び有益な効果を有する。
１、大断面鍛造品の均質化製造を実現する。複数の連続鋳造素材の積層鍛造を採用すると、その成分均一性は鋳造インゴットより遥かに優れ、特に鍛造素材は成形後、両端の化学的成分が基本的に一致するのに対して、鋳造インゴットから製造された鍛造品は両端の化学的成分が大きく異なる。
２、大断面鍛造品の緻密化製造を実現する。用いる連続鋳造素材組織は緻密であり、中心ルーズは存在しない。溶合界面は保温、保圧及び多方向鍛造を経た後、鋳造インゴットから製造された鍛造品よりも致密性が高い。
３、大断面鍛造品の清浄化製造を実現する。製鋼所は連続鋳造素材を生産するとき、通常、ＲＨ炉を用いて脱気するが、機械工場で鋳造インゴットを生産するとき、通常、ＶＤ炉を用いて脱気する。ＲＨ炉はサイクル作用を有するため、ＶＤ炉よりもその脱気効果が遥かに優れる。したがって、連続鋳造素材における全酸素含有量は鋳造インゴットより低く、さらに夾雑物含有量も割りに低い。連続鋳造素材積層鍛造方法により鍛造品を製造すると、夾雑物の全体含有量は、鋳造インゴットから製造された鍛造品より低い。
４、大断面鍛造品の低コスト製造を実現する。連続鋳造素材を鍛造品母材とすると、投入重量を正確に計算することができるが、鋳造インゴットを鍛造品母材とすると、ライザー・ゲート切除き、及びインゴット規格に制約されて２０〜３０％の材料ロスが発生する。同時に、連続鋳造素材は大規模生産のメリットを有し、単位コストは鋳造インゴットのコストの７０％しかない。連続鋳造素材積層鍛造方法は鍛造品製造コストを低減しながら、連続鋳造素材の応用範囲を広げ、製品の付加価値を向上する。
５、大断面鍛造品の清浄化、安定化製造を実現する。鋳造インゴットは生産種類が多く、ロットが小さく、注湯前に鋳型、ランナー、保温材料を用意する必要があり、準備作業が複雑でありながら、注湯後のライザー発熱剤及び被覆剤は環境を汚染する。連続鋳造素材、真空電子ビーム溶接と積層鍛造を採用すると、生産過程の完全自動化を実現でき、作業環境を改善できるだけではなく、人為的要素の影響を減少でき、製品品質はより安定的になる。

界面欠陥癒合メカニズムを示す図である。（ａ）は変形開始段階を示し、（ｂ）はホールの巨視的閉鎖を示し、（ｃ）はクラック欠陥が不安定になり分解することを示し、（ｄ）は冶金結合を示す。 本発明の実施例における積層してシール溶接された後の連続鋳造素材の写真である。 本発明の実施例における鍛造過程中の素材の写真である。 本発明のプロセスのフローチャートである。（ａ）において、連続鋳造板状素材を切断して投入する；（ｂ）において、溶接待ち表面をフライスして平らにし、フレッシュな金属を露出させ、プラズマ洗浄を行う；（ｃ）において、真空室内において界面周囲に対して電子ビームシール溶接を行う；（ｄ）において、高温炉に投入して加熱する；（ｅ）において、油圧プレス機で据込み板を用い、溶合待ち面に垂直である方向に沿って据込む；（ｆ）において、据込み変形が適切になった後、圧力を素材に作用させたまま欠陥を十分に溶合させる；（ｇ）において、素材を据込んだ後、炉に戻して高温拡散させる；（ｈ）〜（ｉ）において、素材に対して三方向鍛造を施し、各方向における大幅変形を保障する；（ｊ）において、最終パーツ形状及びサイズとなるように素材を鍛造する。 本発明実施例における鍛造終了後の原溶接界面位置に対応する金相組織である。 比較例１における伝統的インゴット鍛造によって得られた鍛造素材中心位置組織である。 比較例２における、伝統的積層圧延方式による変形終了後の原溶接界面位置に対応する金相組織である。そのうち、（ａ）は素材中心領域を示し、（ｂ）は素材縁部領域を示す。

本発明の物理冶金学と力学の分析は以下の通りである。

連続鋳造素材を積層して縁部をシール溶接した後、巨視的に界面両側の板は接触するが、実際に、板状素材表面が一定の粗さを有するため、微視的に２つの板は多点接触し、接触点の間に空隙が大量に存在し、このような空隙をホールと見なすことができる。

１つのホールを例として、素材の据込み鍛造過程におけるその変化経歴を分析する。図１に示すように、（ａ）変形開始段階において、ホールは押し潰され、結晶粒は歪む；（ｂ）ホールは巨視的に閉鎖し、クラック状欠陥を形成し、基体は再結晶する；（ｃ）クラック状欠陥は不安定になり、円柱体又は球状微細孔を形成する。（ｄ）粒界が遷移し、結晶粒が成長し、微細孔が原子拡散作用で徐々になくなり、２つの板状素材間は冶金結合を実現する。

ホール型欠陥の癒合過程はホールの閉鎖と閉鎖表面の溶合とを含む。閉鎖とは、ホール表面が応力変形の作用で物理的接触を実現することであり、溶合とは、閉鎖表面が一定の温度、接触圧力及び保温時間の条件下で拡散、再結晶等の方式によって冶金結合を実現することである。閉鎖は溶合を実現する前提であり、鍛造方式を用いて積層溶接後の素材を加工すると、素材中心のひずみ量は圧延方法を用いる場合より遥かに大きい。溶合は欠陥の完全な癒合には重要である。発明者は大量の実験研究を重ねて、一部のマイクロ的な欠陥が閉鎖したが溶合しておらず、外力の作用で再度開きやすいことを見出した。同時に、溶合したばかりの界面成分、組織は基体のと大きく異なり、「結合帯」を形成し、このような「傷跡」組織を完全になくすには、変形後の長期間の高温高熱処理を必要とする。

上記考慮から、本発明は「鍛造中保圧」、「鍛造間保温」及び「多方向鍛造」の方法により、界面の癒合、及び成分・組織の均一化を実現する。
「鍛造中保圧」は２つの表面の溶合を最大限に実現することを保障でき、溶合したばかりの界面が外力で再度開くことを避ける。
「鍛造間保温」は高温拡散によって、変形時に微視的に微小なホールを完全に癒合させることを保障することができる。
「多方向鍛造」は、溶合界面が多数の方向において大幅変形し、界面に残留する酸化膜をできるだけ基体に分散させ、その機械的性質への悪影響を低減することができる。
上述方法を組合わせて使用すれば、界面と基体との一致性を最大限に実現することができる。

本発明は、大断面鍛造品が鋳造インゴットのみを母材とし得る伝統的手段を突破し、連続鋳造素材積層鍛造の方法により、冶金業界と機械業界との長所を結合し、製造コストを低減し、製品品質を向上しながら、大量の鋳造インゴットの生産を減少し、省エネ・排出減少に寄与することができる。

図４に示すように、本発明による均質化鍛造品を製造する連続鋳造素材積層鍛造方法のプロセスフローは以下の通りである。
（ａ）連続鋳造板状素材を切断して投入する→（ｂ）溶接待ち表面をフライスして平らにし、フレッシュな金属を露出させ、プラズマ洗浄を行う→（ｃ）真空室内において界面周囲に対して電子ビームシール溶接を行う→（ｄ）高温炉に投入して加熱する→（ｅ）油圧プレス機で据込み板を用い、溶合待ち面に垂直である方向に沿って据込む→（ｆ）据込み変形が適切になった後、圧力を素材に作用させたまま欠陥を十分に溶合させる→（ｇ）素材を据込んだ後、炉に戻して高温拡散させる→（ｈ）〜（ｉ）素材に対して三方向鍛造を施し、各方向における大幅変形を保障する→（ｊ）通常の据込み、引き延ばし、球体化、打ち抜き、リーミング、コアバーストレッチ等の自由鍛造手段によって、最終パーツ形状及びサイズとなるように素材を鍛造する。

以下、実施例、比較例及び実験例を通じて本発明をさらに詳しく説明する。

（実施例１）
連続鋳造方式を用い、幅１２００ｍｍ、厚さ２００ｍｍの連続鋳造板状素材を製造し、その鋼種は２５Ｃｒ_２Ｎｉ_４ＭｏＶであり、化学成分は表１に列記される。この鋼種はよく見かける圧力容器用鋼である。適当規格の素材を切り取り、加工、洗浄した後に真空室内でシール溶接し、そして鍛造を行う。具体的なステップは以下の通りである。

第１のステップ：所定の規格に従って連続鋳造素材を切断する。規格が２００×４５０×３００ｍｍである連続鋳造素材を３つ切取り、幅＝３００ｍｍ、長さ＝４５０ｍｍ、高さ＝６００ｍｍとなるように積層させ、三方向鍛造の実施を容易にする。
第２のステップ：溶接待ち表面を加工、洗浄する。ガントリーフライス盤を用いて溶合待ち表面を加工し、そして真空室中に投入し、プラズマによって溶合待ち表面を洗浄し、表面の高度清浄を保障し、フレッシュな金属を露出させる。
第３のステップ：素材に対して真空電子ビーム溶接を行う。素材を真空室に投入して積層し、溶合待ち面周囲に対して真空電子ビーム溶接を行い、溶接深さが５０ｍｍである（図２）。
第４のステップ：素材に対して鍛造前加熱を施す。溶接済みの素材を加熱炉に送入して加熱し、加熱温度は１２５０℃である。
第５のステップ：素材に対して据込みと保圧鍛造溶接を施す。加熱後の素材を鍛造プレス機の操作台に配置し、高さ方向を垂直方向に一致させる。据込み板を用いて高さＺ方向に沿って素材に対して据込みを行う。据込みは二段階に分けて行われる。まず、素材総高さの１０％を圧下し、圧力を素材に５ｍｉｎ作用させる。そして、素材高さが原高さの５０％になるまで据込みを引き続き行い、圧力を素材に１０ｍｉｎ作用させる（図３）。
第６のステップ：素材に対して高温拡散接続を施す。据込み後の素材を加熱炉に戻して加熱し、加熱温度は１２５０℃であり、素材温度が均一になった後の保温時間は６時間である。
第７のステップ：Ｙ方向に沿って引き延ばし鍛造を施し、幅＝４５０ｍｍ、長さ＝６００ｍｍ、高さ＝３００ｍｍとなるように素材を変形させる。
第８のステップ：Ｘ方向に沿って引き延ばし鍛造を施す。幅＝６００ｍｍ，長さ＝３００ｍｍ，高さ＝４５０ｍｍとなるように素材を変形させる。
第９のステップ：Ｚ方向に沿って引き延ばし鍛造を施す。幅＝３００ｍｍ，長さ＝４５０ｍｍ，高さ＝６００ｍｍとなるように素材を変形させる。
第１０のステップ：厚さが１８０ｍｍ、長さが１０００ｍｍ、幅が１０００ｍｍである最終鍛造品サイズとなるように素材を鍛造成形する。

（比較例１）
比較例１で用いた材料化学成分と最終ワークサイズはいずれも実施例１と一致しており、比較例１は通常の鋳造インゴット、鍛造プロセスを用いる。具体的なステップは以下の通りである。

第１のステップ：インゴット鋳型、シャーシ、ライザーボックス、注入管を製造する。ねずみ鋳鉄を用いて２トンのインゴットのインゴット鋳型、シャーシ、ライザーボックス、注入管を製造し、かつライザー保温板、保護スラグ、炭化籾殻、発熱剤などの補助材を用意する。
第２のステップ：インゴット鋳型を組み立てる。シャーシに鋼製レンガを積み上げ、ランナーを作製する。インゴット鋳型と注入管をシャーシに着座させ、ライザーをインゴット鋳型に取付け、保護スラグをインゴット鋳型内に配置する。
第３のステップ：製錬注湯する。２トンの溶融鋼を製錬して注湯し、注湯終了後、炭化籾殻をライザー上部にして配置して保温する。
第４のステップ：離型する。インゴット注湯終了５時間後、離型し、サイズがΦ２８０×１０００ｍｍであるインゴットを取得する。
第５のステップ：投入する。インゴットライザー、ゲートを切除き、素材を取得する。
第６のステップ：加熱する。素材を加熱炉内に配置し、加熱温度が１２５０℃であり、素材温度が均一になった後の保温時間は６時間である。
第７のステップ：Ｙ方向に沿って引き延ばし鍛造を施し、幅＝４５０ｍｍ、長さ＝６００ｍｍ、高さ＝３００ｍｍとなるように素材を変形させる。
第８のステップ：Ｘ方向に沿って引き延ばし鍛造を施す。幅＝６００ｍｍ，長さ＝３００ｍｍ，高さ＝４５０ｍｍとなるように素材を変形させる。
第９のステップ：Ｚ方向に沿って引き延ばし鍛造を施す。幅＝３００ｍｍ，長さ＝４５０ｍｍ，高さ＝６００ｍｍとなるように素材を変形させる。
第１０のステップ：厚さが１８０ｍｍ、長さが１０００ｍｍ、幅が１０００ｍｍである最終鍛造品サイズとなるように素材を鍛造成形する。

（比較例２）
比較例２で用いた材料化学成分と最終ワークサイズはいずれも実施例１と一致しており、比較例２は通常の複合圧延プロセスを用いる。具体的なステップは以下の通りである。

第１のステップ：所定の規格に従って連続鋳造素材を切断する。規格が２００×４５０×３００ｍｍである連続鋳造素材を３つ切取り、幅＝３００ｍｍ、長さ＝４５０ｍｍ、高さ＝６００ｍｍとなるように積層させる。
第２のステップ：溶接待ち表面を加工、洗浄する。ガントリーフライス盤を用いて溶合待ち表面を加工してから、アルコール、アセトンによって溶接待ち表面を洗浄する。
第３のステップ：素材に対して真空電子ビーム溶接を行う。素材を真空室に投入して積層し、溶合待ち面周囲に対して真空電子ビーム溶接を行い、溶接深さが５０ｍｍである。
第４のステップ：素材に対して圧延前加熱を施す。溶接済みの素材を加熱炉に送入して加熱し、加熱温度は１２５０℃である。
第５のステップ：素材に対して圧延を施す。加熱後の素材をワイド厚肉板圧延機に配置して圧延し、一回の圧下量は平均で３０ｍｍであり、横圧延、縦圧延を組合わせる方式を用い、１４パス圧延し、厚さが１８０ｍｍ，長さが１０００ｍｍ，幅が１０００ｍｍとなるように素材を圧延する。

（実験例１）
実施例１及び比較例１、比較例２における鍛造品を中部から切開し、溶合界面位置から試験片を取り、硝酸アルコールで腐食させる。低倍率組織は具体的に図５、図６及び図７に示す。
図示の通り、本発明の連続鋳造素材積層鍛造方法と通常の方法とで鍛造する場合、顕微組織は基本的に一致しており、原界面位置で組織異常が発見されていないが、本発明の連続鋳造素材積層鍛造方法は通常の鍛造方法に比べて材料利用率を３０％向上している。連続鋳造素材積層圧延方式で生産された厚肉板は、中心位置には、圧延結合が不完全な界面が存在しており（図７ａ）、縁部位置では、マルチパス圧延のため、最初の数パスの圧延過程において、積層された複合面にはせん断応力が発生し、電子ビーム溶接位置が破裂し、溶合待ち表面が酸化し、変形終了後、図７ｂに示すように、非常に鮮明な界面組織を形成した。

実施例の結果から明らかであるように、本発明は通常の鋳造インゴットを用いる鍛造品製造方法を越えた技術であり、連続鋳造素材に対して真空洗浄、電子ビーム溶接を行い、鍛造中保圧、鍛造間保温の措置を施すことにより、界面を十分に溶合させ、後続の据込み・引き延ばし過程では三方向鍛造方法を用い、溶合界面を分散させて界面における成分、組織、夾雑物を基体に一致するレベルにする。

本発明は製造コストを大幅に低減し、材料利用率を向上し、通常インゴットで克服しにくい偏析、粗結晶、夾雑及びホールルーズ等の問題を解決し、均質化鍛造品の熱間製造を実現することができる。
また、本発明は異質金属接続に用いることもできる。

Claims (10)

1. 均質化鍛造品を製造する構築成形方法であって、
   まず、複数の連続鋳造板状素材を所定のサイズで投入し、溶合待ち表面をフライス盤で平らに加工し、真空プラズマ洗浄を行い、素材を積層した後に真空室内において溶合待ち面周囲に対して電子ビームシール溶接を行うことにより、素材を製造し、
   その後、溶接後の素材を所定温度に加熱して炉から出し、油圧プレス機で鍛造し、初回の据込み過程では鍛造中保圧を施した後、鍛造間保温を行い、界面を十分に溶合させ、後続の据込み・引き延ばし過程では三方向鍛造方法を用い、溶合界面を分散させて界面における成分、組織、夾雑物を基体に一致するレベルにすることにより、素材の鍛造溶接及び均一化を実現し、
   最後に、素材を最終規格サイズに鍛造することにより、成形を行い、
   具体的なステップは以下の通りである、ことを特徴とする均質化鍛造品を製造する構築成形方法。
   第１のステップ：所定の規格に従って連続鋳造素材を切断する；
   第２のステップ：溶接待ち表面を加工、洗浄する；
   第３のステップ：素材に対して真空電子ビーム溶接を行う；
   第４のステップ：素材に対して鍛造前加熱を施す；
   第５のステップ：素材に対して据込みを施し、据込み過程では、素材に対して保圧鍛造溶合を施す；
   第６のステップ：素材に対して高温拡散接続を施す；
   第７のステップ：Ｙ方向に沿って引き延ばし鍛造を施す；
   第８のステップ：Ｘ方向に沿って引き延ばし鍛造を施す；
   第９のステップ：Ｚ方向に沿って引き延ばし鍛造を施す；
   第１０のステップ：最終鍛造品サイズとなるように素材を鍛造成形する。
2. 第１のステップにおいて、長さと幅との比が３:２となるように連続鋳造素材を切断し、積層後の総高さと幅との比が２:１となるように、即ち積層後に幅（Ｘ）：長さ（Ｙ）：高さ（Ｚ）＝２:３:４となるように切断後の連続鋳造素材を所定の数用意し、三方向鍛造の実施を容易にする、ことを特徴とする請求項１に記載の均質化鍛造品を製造する構築成形方法。
3. 第２のステップにおいて、ガントリーフライス盤を用いて溶合待ち表面を加工し、そして真空室中に投入し、プラズマによって溶合待ち表面を洗浄し、表面の高度清浄を保障し、フレッシュな金属を露出させる、ことを特徴とする請求項１に記載の均質化鍛造品を製造する構築成形方法。
4. 第３のステップにおいて、素材を真空室に投入して積層し、溶合待ち面周囲に対して真空電子ビーム溶接を行い、溶接深さが１０〜５０ｍｍである、ことを特徴とする請求項１に記載の均質化鍛造品を製造する構築成形方法。
5. 第４のステップにおいて、溶接済みの素材を加熱炉に送入して加熱し、加熱温度が０．８５Ｔ_ｍ（Ｔ_ｍ：材料の融点，単位：℃）である、ことを特徴とする請求項１に記載の均質化鍛造品を製造する構築成形方法。
6. 第５のステップにおいて、加熱後の素材を鍛造プレス機の操作台に配置し、高さ方向を垂直方向に一致させ、据込み板を用いて高さＺ方向に沿って素材に対して据込みを行い、据込みは二段階に分けて行われ、まず、素材総高さの１０％を圧下し、圧力を素材に５ｍｉｎ作用させ、そして、素材高さが原高さの５０％になるまで据込みを引き続き行い、圧力を素材に１０ｍｉｎ作用させる、ことを特徴とする請求項１に記載の均質化鍛造品を製造する構築成形方法。
7. 第６のステップにおいて、据込み後の素材を加熱炉に戻して加熱し、加熱温度が０．８５Ｔ_ｍ（Ｔ_ｍ：材料の融点，単位：℃）であり、素材温度が均一になった後の保温時間は２０Ｔ_ｈ（Ｔ_ｈ：素材据込み後の高さ，単位：ｍ）時間である、ことを特徴とする請求項１に記載の均質化鍛造品を製造する構築成形方法。
8. 第７のステップにおいて、フラットアンビルを用い、幅（Ｘ）：長さ（Ｙ）：高さ（Ｚ）＝３:４:２の直方体となるようにインゴットを長さＹ方向に沿って引き延ばす、ことを特徴とする請求項１に記載の均質化鍛造品を製造する構築成形方法。
9. 第８のステップにおいて、フラットアンビルを用い、素材を長さＹ方向に沿って５０％据込み、指定サイズに変形させた後、幅（Ｘ）：長さ（Ｙ）：高さ（Ｚ）＝４:２:３の直方体となるように素材を幅Ｘ方向に沿って引き延ばす、ことを特徴とする請求項１に記載の均質化鍛造品を製造する構築成形方法。
10. 第９のステップにおいて、フラットアンビルを用い、素材を幅Ｘ方向に沿って５０％据込み、指定サイズに変形させた後、幅（Ｘ）：長さ（Ｙ）：高さ（Ｚ）＝２:３:４の直方体となるように素材を高さＺ方向に沿って引き延ばす、ことを特徴とする請求項１に記載の均質化鍛造品を製造する構築成形方法。