JPS6233009B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はステンレス鋼、超合金等の連続鋳造材
を素材として、管、丸棒、形材等を熱間押出加工
する方法に関するものである。 金属加工法には、大別して熱間加工法と冷間加
工法とがある。加工力を小さくする方法として、
熱間加工法が広く採用されており、その中には圧
延、押出、鍛造等がある。１回の加工で大きい加
工率が取れ、且つダイスの変換のみで種々の形状
の製品が容易に得られるという点では、特に熱間
押出法が有利である。 熱間押出加工に供する素材は、一般には溶製―
造塊―熱間分塊圧延工程により円形断面に仕上げ
られている（以下この工程による素材を熱延素材
と称する）。しかし、連続鋳造技術が発達し、現
在では円形断面の連続鋳造鋳片の製造が可能とな
り、熱間分塊圧延工程を省略した溶製―連続鋳造
工程により熱間押出加工用素材が製造可能な段階
に達している（以下この工程による素材を連鋳素
材と称する）。 連続鋳造技術の発達は、ステンレス鋼、超合金
等においても例外ではなく、上記工程省略の利点
を享受出来る段階に達しており、連鋳素材を熱間
押出加工に適用することで大幅な歩留向上が期待
される。しかし加熱、冷却時に相変態を生じない
材料の連鋳素材を熱間押出加工した場合に押出製
品表面に、押出方向にスジ状欠陥が多発し、商品
価値を著るしく損うという欠点がある。このた
め、従来ステンレス鋼、超合金等においては、連
鋳素材を熱間押出加工して管、丸棒、形材等の熱
間押出製品を製造することが出来なかつた。な
お、このスジ状欠陥は熱延素材を用いた場合に
は、殆んど見られない。 ステンレス鋼の連鋳素材を鋳造組織のままで熱
間押出する研究は古くから行なわれている。しか
しR.CoxがJournal of the Iron and Steel
Institute Vol.202（1964）P.246〜260に述べてい
るように、鋳造組織の粗大結晶粒に起因するスジ
状欠陥（R.Coxはscore marksと呼んでいる）が
発生するために、対策が必要であつた。R.Cox
は、押出機のコンテナ内で32％までの加工率のア
ツプセツト加工を行い引き続き押出加工を試みた
が、鋳造組織の粗大結晶粒の微細化を得ることは
出来ずスジ欠陥防止策とはならなかつた。また、
ダイス形状にも着目して、コニカルダイスと平ダ
イスの比較検討も行つたが、表面品質の改善には
至らなかつた。その他杉谷らは鉄と鋼Vol65
（1979）P.S244において、連鋳素材を直接押出す
るに際し“押拡げ加工等で結晶粒の微細化を行う
ことにより、良好な表面の鋼管が得られた“と述
べている。しかし、杉谷らの行つた結果粒の微細
化は、R.Coxの実験から予想されるように、押拡
げ加工後に再加熱して得られたものと考えられ
る。 本発明の目的は熱間押出温度への加熱および冷
却時に相変態を生じないステンレス鋼や超合金等
の熱間押出製品を製造するにあたり、連鋳素材を
用いて熱延素材を用いた場合と同等以上の表面品
質を有する押出製品を得ることにある。 連鋳素材は方向性の強い鋳造組織を有している
のに対し、熱延素材は熱間分塊圧延工程でこのよ
うな鋳造組織が破壊されて、微細結晶組織とな
り、その方向性がランダム化されていることか
ら、本発明者は、熱間押出加工以前に連鋳素材の
組織を微細化する方法について種々実験検討した
結果、本発明を完成した。すなわち本発明法は、
連続鋳造された素材の表面層に加工組織を与える
冷間加工を施した後、加熱するとによつて、表面
から少なくとも３mm厚の表面層の組織を再結晶微
細組織とし、ついで熱間押出加工することを特徴
とする。 以下本発明法について詳述する。 熱間押出加工に供給する素材は、一般に長尺の
ブルームを400〜1000mm長さに切断し、その後端
面を切削加工して、加熱後熱間押出機により押出
加工される。 本発明法においては、先ず、この素材を製作す
る工程において、連鋳素材を冷間加工する。つい
で、熱間押出加工のための加熱時に素材表面から
少なくとも３mm厚の表面層の鋳造組織を再結晶さ
せて微細結晶粒となす。 冷間加工の手段としては、その後の加熱時に前
述のように表面層のみを再結晶させて微細組織と
すれば良いので、表面層に加工組織を与える比較
的軽度の冷間加工を付与する手段を用いる。例え
ば長尺の連鋳素材を皮削した後、減面率１％以下
の軽圧下圧延を行う。また円形断面の長尺連鋳材
を、センターレスピーリングマシーンを用いて皮
削する際に押えロールの押付力によつて冷間ロー
リング加工を行うと、皮削と冷間加工が同時に行
える利点がある。その他、シヨツトブラスト、サ
ンドブラスト、グリツドブラスト、液体ホーニン
グ等の粒子吹付加工を行つてもよい。粒子吹付加
工は連鋳素材表面を皮削した後に行つても良く、
また皮削前に行つて表面の酸化スケール除去と冷
間加工を同時に行うこともできる。 このようにして連鋳素材の表面を冷間加工する
が、長尺の素材を切断した後の素材端面について
も冷間加工することが望ましい。すなわち、押出
材先端側端面は、押出材先端部の表面になるため
に熱間押出加工前に表面層の微細化をしておかな
いとこの部分でスジ状欠陥が発生するおそれがあ
るために、押出製品先端側の端面を加熱前に冷間
加工しておくことが望ましい。これに対して、押
出材後端側端面は、通常、押盤（ダミーブロツ
ク）と密着しており、押出材の表面にはならない
ために、この部分の微細化は不要である。素材端
面の冷間加工手段としては、前述した粒子吹付加
工等が適している。 以上のように連鋳素材表面または連鋳素材表面
と該素材切断後の素材端面の双方を冷間加工した
後、熱間押出加工のための加熱を行い、素材表面
層の組織を微細化しついで熱間押出加工を行う。 また、設備的に素材端面の冷間加工が不可能で
ある場合には、素材端面に相当する押出製品先端
部外表面にスジ状欠陥が発生するのを防止するた
めにダイス形状を変更して熱間押出加工を行う。
従来一般に用いられているダイスは第１図に示す
ようにダイス前面に、ダイス中心に向けて低くな
るテーパー（角度α）を有しているが、本発明に
おいては、第２図に示すようにダイス前面に、ダ
イス中心に向けて高くなるテーパー（角度β）を
有している逆テーパーダイスを用いる。 微細組織を有する表面層の厚さと熱間押出加工
後のスジ状欠陥の発生状況との関係は、第３図に
示す通りであり、少くとも表面から３mm厚の表面
層が微細化されていれば、スジ状欠陥の発生は見
られなくなり、熱延素材による押出製品と同等の
表面肌を得ることが出来る。 以下実施例について説明する。素材の主な履歴
を表１に示す。 実施例 １ 素材合金：オーステナイト系ステンレン鋼
SUS304素材の主な履歴

【表】 素材No.〜は本発明例であり、は、連鋳素
材に冷間加工を付与しない場合の比較例、は熱
延素材の場合の従来例である。素材はセンター
レスピーリングマシーンによる外表面皮削時にク
ラツシユ量（クツシユ量＝素材直径―押えロール
の接円直径）２mmの表面冷間ローリング加工を
し、素材端面をシヨツトブラストで加工した場合
である。この場合は冷間ローリングによる微細化
表面層は５〜６mm、シヨツトブラストによるそれ
は、３mmであり、押出製品表面は、全長にわたつ
て熱延素材の場合と同等のものであつた。素材
は全面をシヨツトブラスト加工した場合であ
り、微細化表面層は３mmであり、素材と同程度
の押出材表面が得られた。素材はセンターレス
ピーリングマシーンにおける表面冷間ローリング
加工をクラツシユ量1.5mmで行い、端面の冷間加
工は行なわない場合である。センターレスピーリ
ングマシーンによる冷間ローリングで得られる微
細化表面層は３〜４mm厚であるが、端面冷間加工
を行なわないため、押出製品先端１ｍにスジ状欠
陥が発生したが、それ以降の位置では素材と同
じ表面状態であつた。素材は表面冷間加工を行
なわない場合（クラツシユ量＝０mm）である。 第４図に素材，，を1200℃に加熱した後
の横断面金属組織を示す。連鋳素材を冷間加工し
ないで加熱した素材は第４図ｂに示すように粗
大鋳造組織であり熱延素材はｃに示すように全
断面が再結晶微細組織となつている。これに対し
て連鋳素材を冷間加工した素材はａに示すよう
に表層部に深さ３〜６mmの再結晶微細組織が得ら
れ、それより中心部は素材と同様な粗大鋳造組
織のままとなつている。これらを押出加工して得
られた製品の外観状況を第５図に示す。横断面全
体が粗大鋳造組織である素材を押出加工すると
第５図ｂのように最大約100μに達するスジ状欠
陥が発生するが全面再結晶微細組織となつている
熱延素材を押出加工した場合はｃのようにスジ
状欠陥は全くない。これに対して押出製品の表面
となるビレツト表面層を冷間加工して再結晶微細
化した連鋳素材を押出加工した場合は中心部は
鋳造組織であるにもかかわらず表面近傍微細組織
のためａのようにスジ状欠陥の発生は全く見られ
なかつた。これは鋼種を問わず、押出前に少くと
も表層下３mm厚の微細組織が存在すれば、同じ結
果が得られることを示す。 表２に全円周および押出製品長手方向150mm長
の表面粗さ測定結果を示す。

【表】

【表】 表面粗さは測定中最大のものから10個を取り出
して平均した値である。比較例の連鋳素材の押
出製品の粗さは円周方向では70〜100μｍ、長手
方向では30〜50μｍである。円周方向ではスジ状
欠陥のため粗さが大きくなつており長手方向では
潤滑ガラスによる粗さが主となつているために粗
さレベルは低くなつている。これに対して、熱延
素材および、本発明例による連鋳素材の押出
製品の粗さは、円周方向および長手方向共に、20
〜40μｍで両者には全く差はない。これはいずれ
も潤滑ガラスによるものであり、スジ状欠陥が発
生してないことを示している。 この他の実施例２として、素材のセンターレス
ピーリングマシーンによる冷間ローリング加工と
逆テーパーダイスによる押出の場合を述べる。 実施例 ２ 素材：オーステナイト系ステンレス鋼SUS304
素材の履歴

【表】

【表】 表３によつて押出された押出製品先端部の表面
状況を第６図に示す。 比較例の連鋳素材を押出加工するダイス（α＝
10度）では素材の粗大鋳造組織に起因するスジ状
欠陥のため表面粗度は非常に大きい。これに対し
て本発明例の逆テーパーダイスを適用すると第６
図のごとくβ＞10度で従来の分塊圧延材と同等又
はそれ以上に滑らかな表面が得られることが示さ
れている。勿論押出製品長手方向中央、後端部に
おいては実施例１で示す表面性状のものである。 以上の如く、本発明方法により、スジ状欠陥は
全くなくなり従来の熱延素材の押出製品と同等の
表面品質が得られるようになつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来法に用いるダイス形状を示す図、
第２図は本発明法に用いるダイス形状を示す図、
第３図は微細組織を有する表面層の厚さと熱間押
出加工後のスジ状欠陥の発生状況を示す図、第４
図は素材を1200℃に加熱した後の金属組織を示す
図、第５図は第４図の素材を押出加工して得られ
た製品の外観状況を示す図、第６図は押出材トツ
プの表面粗さとダイステーパー角度との関係を示
す図（〇印連鋳材、△分塊圧延材）である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 連続鋳造された素材の表面層に加工組織を与
   える冷間加工を施した後、加熱することによつ
   て、表面から少なくとも３mm厚の表面層の組織を
   再結晶微細組織とし、ついで熱間押出加工するこ
   とを特徴とする熱間押出合金材の製造方法。 ２ 素材端面を粒子吹付加工することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の熱間押出合金材の
   製造方法。 ３ 逆テーパーダイスで熱間押出加工することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載
   の熱間押出合金材の製造方法。 ４ 連続鋳造された円形断面を有する素材の円周
   面をセンターレスピーリングマシーンにより切削
   することにより、皮削とともにバツクアツプロー
   ルによる冷間ローリング加工を行うことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項ないし第３項の何れか
   に記載の熱間押出合金材の製造方法。 ５ 連続鋳造された素材表面を粒子吹付加工する
   ことにより、表面の酸化スケールを除去するとと
   もに冷間加工を行うことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項ないし第３項の何れかに記載の熱間押
   出合金材の製造方法。