專利名稱：：壓力鍛制方法
技術領域：
：本發明涉及一種鍛制技術，特別是，涉及一種其中采用圓坯料作為原材料的壓力鍛制技術。
背景技術：
：在現有技術的鍛制過程中，采用軋制鋼作為原材料。換言之，在現有技術的鍛制過程中，需要軋制過程作為預處理過程。這是由于在軋制鋼中，在軋制過程中去除孔隙(氣孔和類似物)。同時，具有多種類型的生產線。例如，具有一種生產線，其中設置適用于壓力鍛制例如圓坯料的鋼錠的壓力鍛制機；需要直接對作為原材料處理的鋼錠進行的壓力鍛制過程；以及—不處理軋制鋼。但是，在鋼錠作為原材料處理的情況下，需要去除孔隙。其原因在于如果在原材料中存在孔隙，鋼產品的延展性和韌性退化。在現有技術的鋼錠作為原材料處理的情況下，用于采用鋼錠的條件及其鍛制比被預先確定，并且需要滿足這種條件(預定條件)。另外，在現有技術中，在鋼錠作為原材料處理的情況下，采用脫氧鋼，并且切除具有孔隙和偏析的部分。如果采用這種處理，需要切除具有孔隙和偏析的部分的過程，并且此外，由于切除鋼錠，鋼產品的產量減小。如上所述，在現有技術中，難以處理作為原材料的鋼錠，并且鋼產品的產量減小。因此，在低價格鋼錠作為原材料處理的情況下，不能具有基于"低價格鋼錠的使用"的成本優勢。因此此前不同地研究孔隙或偏析和縮小率或類似物之間的關系(例如，參考非專利文件1-3)。但是，在所述文件中，沒有在鋼錠作為原材料處理的情況下去除孔隙和改善鋼產品的延展性和韌性的內容。另外，在現有技術中，公知的是用于制造具有出色內部性能的厚鋼板的技術。在這種技術中，具有用于在模具中固化鋼、一旦鋼固化便從模具中取出鋼產品、熱軋制鋼并在熱軋制過程中在厚度方向上將小壓下量施加給鋼的步驟。但是，這種現有技術(專利文件1)沒有披露解決所述問題的內容。日本專利公開文本NO.S62-134101"SeitetsuKenkyu，，，第309巻，"Metallurgicalsignificanceofhot—rollingofcontinuously-caststeelonsteelplatequality"(作者MichihikoNagumo，NaokiOkumura和YasushiInoue)。"TetsuToHagane，，1980，第2巻，"Influenceofrollingconditionsontheeliminationofporositiesinacontinuously-castslab"(作者NaokiOkumura,TakeshiKubota，TadakatsuMaruyama和MichihikoNagumo)日本標準協會"JIS手冊2006，鋼I"，PP548,"Generalruleonproduction,test,andinspectionofforgedsteelproduct"
發明內容考慮到現有技術的問題，提出本發明。本發明的目的在于提供一種壓力鍛制方法，通過該方法，原材料內的孔隙被去除，并且在壓力鍛制過程中，在鋼錠作為原材料處理的情況下，鋼產品的延展性和韌性處于所需水平。按照本發明的壓力鍛制方法的特征在于圓柱形鋼錠(所謂"圓坯料"1)作為原材料設置在模具上；以及鍛制過程施加在鋼錠上，使得在鍛制過程中不產生鋼的翹曲，并且縮小率和鍛制比分別大于特定數值(權利要求l)。此說明書中的術語"壓力鍛制"用作包括在軸向上的壓力鍛制(墩鍛)、橫向上的壓力鍛制(拉鍛)以及軸向上的壓力鍛制和橫向上的壓力鍛制的相結合的術語。另外，術語"縮小率"和"鍛制比"的定義如下所述"縮小率"=原材料在鍛制之前的長度/原材料在鍛制之后的長度(通過鍛制而縮短)；以及"鍛制比"=原材料在鍛制之前的截面/原材料在鍛制之后的截面(通過鍛制而減小)。按照所述定義，"縮小率"和"鍛制比，，都具有大于1.0的數值。另外，在本發明中，最好是鍛制過程施加在鋼錠上，使得原材料的總長度與直徑的比例(L/D)被控制在3或更小，并且使得縮小率被控制在2.3或更大(權利要求2)。在這種情況下，與術語"鍛制過程施加在鋼錠上，使得原材料的總長度與直徑的比例(L/D)被控制在3或更小"相對應的構造使得操作與本發明的"在鍛制過程中不產生鋼翹曲，，(權利要求1的壓力鍛制方法)的術語相對應。同樣，術語"鍛制過程施加在鋼錠上，使得縮小率被控制在2.3或更大"所述的構造與"縮小率和鍛制比大于特定數值"(權利要求l的壓力鍛制方法)的構造相對應。另外在本發明中，最好是在橫向上以1.2或更大的鍛制比將壓力鍛制施加在鋼錠上，并且隨后，在軸向上以1.7或更大的縮小率將壓力鍛制施加在這樣的鋼錠上(權利要求3)。同樣在這種情況下，雖然原材料(圓坯料1)具有不適用于所述壓力鍛制(按照權利要求1的壓力鍛制方法)的形狀和尺寸，這種原材料可以變形，以便具有適用于所述壓力鍛制(按照權利要求1的壓力鍛制方法)的形狀和尺寸。由于多次研究，本發明人已經發現即使圓柱形鋼錠(所謂的"圓形坯料，，)用作原材料，通過在鍛制過程中分別將縮小率和鍛制比控制成不小于特定數值，鍛制產品內的孔隙也可減小到軋制鋼的相同水平。包括所述構成因素的本發明根據這種發現形成。圖7是表示縮小率和鍛制產品內所含總體氫含量之間的關系的圖表。如圖7所示，在縮小率為2.3或更大的區域內，作為與孔隙數量相對應的參數的總體氫含量恒定。即，總體氫含量(也就是孔隙)在縮小率為2.3時最小，并且總體氫含量(也就是孔隙)甚至在縮小率進一步增加時也不再減小。因此，在本發明中，通過以特定數值或更大的縮小率(具體是2.3或更大)進行鍛制，即使在作為原材料的鋼錠上進行壓力鍛制，也可將孔隙去除到最小水平。因此，形成的鋼產品的延展性和韌性保持在與通過軋制鋼作為原材料處理的壓力鍛制過程制造的產品相同的水平。另外，即使在本發明中不采用軋制過程，也可將孔隙去除到與軋制鋼作為原材料處理的情況相同的水平。并且因此，在本發明中，可以在沒有軋制過程下制造鍛制產品。因此，本發明可以減小用于這種軋制過程的成本。另外，在本發明中，孔隙被去除到與軋制鋼作為原材料處理的情況相同的水平，并且因此，不同于現有技術使用鋼錠作為原材料的情況，不需要明確孔隙存在的區域，或者不需要限制有用部分。即，可以顯著地改善原材料的產量。另外，在按照本發明的壓力鍛制方法中，足夠的是縮小率保持在2.3，并且鍛制比保持在1.2，并且隨后縮小率保持在1.7(即鍛制比是1.2并且縮小率是1.7)。不再需要現有技術所需的大縮小率(例如4.0)。因此，可以減小用于鍛制過程的成本。隨后的附圖所示的實施例只是實例，并且不意味著本發明的技術范圍被這些實施例限制。圖1是在本發明的實施例中通過鍛制過程制造的輥子的截面圖2是第一實施例中用于壓力鍛制的主要過程的視圖3是類似于圖2的表示進行鍛制的情況的視圖4是類似于圖2和3的表示完成鍛制的情況的視圖5是表示在第一實施例中的沖制過程的視圖6是表示調節圓坯料的尺寸或質量的過程的流程圖7是表示縮小率和總體氫含量之間關系的圖表；圖8是用于測量總體氫含量的裝置的示意圖9是不同于圖7的表示縮小率和總體氫含量之間關系的另一圖表；圖IO是表示在本發明的第二實施例中加熱過程的視圖11是表示在第二實施例中橫向壓力鍛制過程的視圖12是表示在第二實施例中軸向壓力鍛制過程的視圖13是說明在笫二實施例中制造的鍛制件的宏觀結構的截面圖。具體實施例方式下面參考附圖描述本發明的實施例。附圖所示的實施例基于稱為圓形坯料的圓柱形鋼錠作為原材料被處理并接著制造輥子的情況。在圖1中，表示的是將要在本發明實施例中制造的輥子的形狀。在圖1中，輥子10形成具有臺階的圓柱形形狀。在輥子10中，外周邊和內周邊都形成為具有多個臺階。在圖1中，輥子IO在其左端處具有倒圓的傾斜表面11。傾斜表面11的外周邊lla形成輥子10的最大直徑的一部分。作為最大直徑的部分lla的直徑朝著輥子10的右端減小，以便形成兩個臺階。首先，部分lla的直徑減小到通過參考標號12表示的部分(外周表面12)的直徑，并且接著，部分12的直徑減小到通過參考標號13表示的部分(外周表面13)的直徑。在外周表面12和13上分別具有下降(decline)。在縮小率和鍛制比增加的情況下，如果原材料的總長度與直徑的比例(L/D)大于3，在鍛制過程中出現翹曲。為了防止這種翹曲，需要將數值L/D設置在3或更小。輥子10具有中空中心，并且在內周邊，形成內直徑部分14、l5、16和17,其直徑相互不同。內直徑部分16在縱向上沿著該中心具有最小的直徑。分別在內直徑部分14、15、16和17上具有下降。在圖1中，具有通過雙點線表示的部分。在壓力鍛制之后，這種部分通過加工過程切除。隨后，進行熱處理，并且接著輥子10作為產品完成。換言之，輥子IO通過如下方法制成鍛制原材料；將部分沖制的原材料3(參考圖5)切削成雙點線表示的形狀(在圖1中)；以及進行熱處理。在圖2-5中，具有與第一實施例的過程相關的描述。換言之，在圖2-5中表示了形成圖1所示的輥子10的過程，包括壓力鍛制過程和沖制過程。在圖2中，表示作為原材料的圓坯料l放置在下模具22內的狀態。上模具21布置在圓坯料1之上的位置上。鍛制模具組2包括上模具21和下模具22。在圖3中，表示通過朝著下模具22加壓上模具21來進行壓力鍛制的狀態。具有圓柱形形狀的圓坯料21沿著上模具21和下模具22的內表面塑性變形(參考標號1C)。在圖4中，表示上模具21與下模具22結合的狀態，并且在壓力鍛制之前具有圓柱形形狀的圓坯料1經由壓力鍛制形成所需形狀。形成所需形狀的工件通過參考標號3表示。在圖3和4所示的壓力鍛制中，在第一實施例中，縮小率被控制在2.3或更大。在圖4所示的狀態下，通過參考標號X表示的部分始終保持在成形的原材料3內，并且因此，圖1所示的中空形狀還未形成。因此，如圖5所示，所謂的"沖制，，過程進行，并且通過參考標號X表示的部分被去除。在圖5中，參考標號4表示沖制工具，參考標號5表示模具，并且參考標號6表示沖制工具4沿其滑動的引導件。在如圖5所示進行沖制之后，針對原材料3進行加工過程，以便如圖1雙點線表示那樣切除或去除。在應該鍛制具有例如圖1所示的輥子10的復雜形狀的產品的情況下，難以在鍛制過程之后只從產品的形狀限定縮小率。相比之下，在第一實施例中，其尺寸或質量被預先調節的圓坯料1在圖3和4所示的壓力鍛制情況下被調節或選擇。即，在第一實施例中，其尺寸或質量被預先調節的圓坯料1被調節或選擇成滿足下面條件(1)和(2)中的任一條件(1)縮小率是2.3或更大，以及(2)鍛制比是1.2或更大，并且縮小率是1.7或更大。在如圖6所示調節圓坯料的尺寸或質量的過程中，使用圖2-5所示的上模具21和下模具22。根據圖6所示的流程圖，如下說明調節圓坯料的尺寸或質量的過程在圖6中，制備具有不同尺寸或質量的多個圓坯料(步驟S1)。圓坯料l以與參考圖2描述的相同方式放置在下模具22上，并且接著如圖3-5所示，這種圓坯料1被壓力鍛制成圖1所示的輥子1的形狀(步驟S2)。在此階段，圓坯料1的尺寸或質量設置成將廢棄質量添加到圖1所示的輥子質量上的數值。這種數值被認為是適當的。接著，在完成一個圓坯料1的壓力鍛制之后，具有不同于前面圓坯料l的尺寸(或質量)的另一圓坯料1被放置在下模具22上，并且進行壓力鍛制過程。類似地，在相互具有不同尺寸或質量的所有制備的圓坯料1上進行壓力鍛制過程。在此階段，各自作為原材料處理的圓坯料1的尺寸或質量分別被記錄，與各自處于進行圖1所示切削過程之前的狀態下的壓力鍛制產品3相對應。在步驟S3，判斷是否在所有制備的圓坯料1上進行壓力鍛制過程。如果在制備的圓坯料1中具有不進行壓力鍛制過程的圓坯料1(在步驟S3處是否定的)，重復步驟S2和S3。如果在所有制備的圓坯料1上進行壓力鍛制過程(在步驟S3處是肯定的)，過程繼續到步驟S4。接著，對于在步驟S2處進行壓力鍛制過程的所有樣品，測量總體氫含量(步驟S4)。總體氫含量的這種測量隨后參考圖7描述。在步驟S5，判斷是否完全測量了所有原材料3的總體氫含量。在所有原材料3的總體氫含量完全測量的情況下(在步驟S5處是肯定的)，過程繼續到步驟S6。如果存在其總體氫含量還未測量的原材料(1A)(在步驟S5處是否定的)，重復步驟S4和S5。在步驟S6，將所有原材料的每個的總體氫含量與特定數值比較。接著，對于具有是特定數值或更小的總體氫含量的原材料3,(原始)圓坯料1的尺寸或質量被確定為需要采用2.3或更大的縮小率的圓坯料l的尺寸或質量。即，在通過上模具21和下模具22進行墩鍛之后具有是特定數值或更小的總體氫含量的圓坯料1被選擇成"具有預先調節使得縮小率可以是2.3或更大的尺寸或質量的圓坯料1"。已經清楚的是總體氫含量或孔隙在縮小率是2.3或更大的情況下幾乎恒定。因此，與具有是特定數值或更小的總體氫含量的原材料3相對應的圓坯料1的尺寸或質量的最小數值被確定成"具有預先調節使得縮小率可以是2.3或更大的尺寸或質量的圓坯料1"(步驟S7)。圖7表示縮小率(水平軸上的數值)和總體氫含量(垂直軸上的數值其單位是"ppm")之間的關系。在圖7中，其縮小率相互不同的多個原材料3的總體氫含量的測量結果以多個點表示。總體氫含量通過圖8示意表示的測量裝置7測量。在圖8中，原材料3被放置在測量裝置7內部內的密封空間8內。預定量的電流(E)經由電極(附圖未示出)供應到原材料3上。在這種情況下，空間8的溫度增加。在供應電流E并且空間8內的溫度(大氣溫度)增加時，氫從原材料3排出。排出的氫含量通過氫測量裝置9測量。通過氫測量裝置9測量的排出氫含量的累積量限定為原材料3中的總體氫含量。圖6的步驟S5和S4處的"總體氫含量的測量"以與參考圖8描述的相同方式進行。參考圖7，在縮小率是2.3或更大的區域內，總體氫含量不降低,并且幾乎是恒定的。應該理解到總體氫含量具有與孔隙(氣泡)的正面相關性，并且在縮小率是2.3或更大的區域內，氫含量不減小并且幾乎是恒定數值。這種理解意味著只要縮小率是2.3或更大，孔隙不減小(與縮小率是2.3的情況相比)。同樣，在縮小率是2.3的情況下，孔隙幾乎是最小數值。按照本發明人的研究，估計的是如果縮小率增加到大于2.3，這種縮小率的數量有助于晶粒細化。參考圖7，明顯的是在進行壓力鍛制以便獲得縮小率為2.3的情況下孔隙減小到最小數值。換言之，通過進行壓力鍛制以便獲得縮小率是2.3,可以將孔隙減小到與軋制鋼的水平相同的水平，并且獲得所需質量。更特別是，鍛制產品的延展性和韌性保持在與通過進作為原材料處理的軋制鋼的壓力鍛制而制成的產品相同的水平。另外，雖然不采用軋制過程，孔隙被去除到與對軋制鋼進行鍛制過程的情況相同的水平，并且因此，可以只通過鍛制過程形成產品，而不采用軋制過程。因此，可以減小軋制過程所需的成本。另外，由于孔隙被去除到與軋制鋼作為原材料處理的情況相同的水平，不同于現有技術中鋼錠作為原材料處理的情況，不需要限定其中存在孔隙的區域，并且不需要限制產品的有用部分。因此，可以顯著改善材料產量。圖9表示不同于圖7所示試驗的試驗結果。在圖9中，如圖7所示，在縮小率(水平軸上的數值)和總體氫含量(垂直軸上的數值；其單位是"ppm")之間具有一定關系。圖9所示的試驗以與參考圖7和8描述的情況相同的方式進行。在圖9所示的試驗中，除了只在軸向上進行壓力鍛制的測試件內測量總體氫含量之外，還測量在橫向上進行壓力鍛制(鍛制比是1.2)并隨后在軸向進行壓力鍛制(縮小率是1.7和2.0)(在圖9以及說明書中，這種兩種類型的壓力鍛制的組合被描述為"復雜壓力鍛制")的另一測試件內的另一總體氫含量。通過圖9和7之間的比較，明顯的是在橫向上以1.2的鍛制比進行壓力鍛制并隨后在軸向上以1.7的縮小率進行壓力鍛制的情況下總體氫含量接近軋制鋼材料。換言之，通過在橫向上以1.2的鍛制比進行壓力鍛制并隨后在軸向上以1.7的縮小率進行壓力鍛制，可以的是鍛制過程可以只在鋼錠上進行，以便在沒有軋制過程的情況下制造鍛制產品。由此，可以減小軋制過程的成本。另外，由于孔隙被去除到與軋制鋼作為原材料處理的情況相同的水平，不需要限定其中存在孔隙的區域，并且不需要限制產品的有用部分。因此，可以改善材料產量。第一測試件和第二測試件的卻貝沖擊數值表示在下面的表格1中。第一測試件在橫向上以1.2的鍛制比進行壓力鍛制并隨后在軸向上以1.7的縮小率進行壓力鍛制的情況下從通過復雜壓力鍛制制造的輥子的外周邊附近采樣。第二測試件在軸向上以2.3的縮小率進行壓力鍛制的情況下從通過壓力鍛制制造的輥子的外周邊附近采樣。<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>(卻貝沖擊數值J/cm2)在測量卻貝沖擊數值時，從鍛制輥子的外周邊附近采樣的測試件被完全淬火和回火，并且接著通過卻貝沖擊測試機測量。通過表格l所示的結果，從由復雜壓力鍛制(在橫向上以1.2的鍛制比進行壓力鍛制和在軸向上以1.7的縮小率進行壓力鍛制的組合)制造的輥子的外周邊附近采樣的測試件的卻貝沖擊數值是與通過在軸向上以2.3的縮小率進行壓力鍛制而制造的輥子的外周邊附近采樣的測試件的卻貝沖擊數值相同的大小。換言之，從由復雜壓力鍛制(在橫向上以1.2的鍛制比進行壓力鍛制和在軸向上以1.7的縮小率進行壓力鍛制的組合)制造的鍛制產品的韌性是與通過在軸向上以2.3的縮小率進行壓力鍛制而制造的鍛制產品的韌性相同的大小。在按照所述實施例的壓力鍛制方法中，只需要將縮小率保持在2.3的數值。不需要現有技術所需的大縮小率(例如4.0)。因此，鍛制過程的成本可以降低到低水平。參考圖10-12說明笫二實施例。在第二實施例中，相繼進行橫向上的壓力鍛制以及軸向上的壓力鍛制。即，采用復雜壓力鍛制。在圖10-12所示的第二實施例中，以1.2的鍛制比在橫向上進行壓力鍛制，并且隨后以1.7的縮小率在軸向上進行壓力鍛制。在第二實施例中，首先如圖10所示，具有圓形截面和預定長度的圓坯料1通過加熱爐H被加熱到預定溫度。在圖10中，參考標號1H表示圓坯料(不進行壓力鍛制的圓坯料；這種圓坯料作為原材料處理)在加熱爐H中被加熱到預定溫度。隨后，在圖ll所示的過程中，剛好在加熱之后，圓坯料1H橫向(水平軸線位于水平平面內的情況)設置在壓力鍛制機M中。并且接著，通過壓力鍛制機M對這種圓形坯料1H進行鍛制過程(橫向上壓力鍛制)。在此階段，鍛制比是例如1.2。圖11內的參考標號1F表示在橫向上進行壓力鍛制的圓坯料。在圖12所示的過程中，在橫向上進行壓力鍛制的圓坯料1F被設置在壓力鍛制機M內，以便使得原材料1F的軸線方向是垂直方向。并且接著，通過壓力鍛制機M在軸向上進行壓力鍛制。此階段的縮小率是例如1.7。圖12所示的過程中的其它情況與圖2-5所示過程的那些相同。圖12內的參考標號1G表示在軸向上進行壓力鍛制的原材料(鍛制產品)。圖13表示按照第二實施例的鍛制產品的切削平面。這種切削平面制備用于鋼和機械測試的宏觀結構和微觀結構檢測。即，圖13表示進行復雜壓力鍛制的鍛制產品(輥子)1G的截面的結構。在圖13中，通過參考標號A表示的區域包括被冷卻結構。被冷卻結構是含有稀量雜質元素的高純度結構。同樣，被冷卻結構A具有與軋制鋼材料相同的延展性和韌性。通過圖13的參考標號B表示的區域是枝狀結構。枝狀結構是進行鑄造過程之后的結構。在鍛制過程中，枝狀結構不被破壞。雖然枝狀結構在鍛制過程之后保持，輥子的功能可以被操作。在圖13中，具有通過由參考標號C代表的線表示的金屬流。在產生金屬流C的區域內，孔隙(空隙)通過鍛制過程中的壓縮操作壓碎。換言之，如果產生金屬流C，防止由于孔隙造成的機械強度減小。權利要求1.一種壓力鍛制方法，其特征在于圓柱形鋼錠作為原材料設置在模具上；以及鍛制過程施加在鋼錠上，使得在鍛制過程中不產生鋼的翹曲，并且縮小率和鍛制比分別大于特定數值。2.如權利要求1所述的壓力鍛制方法，其特征在于，鍛制過程施加在鋼錠上，使得原材料的總長度與直徑的比例被控制在3或更小，并且使得縮小率被控制在2.3或更大。3.如權利要求1所述的壓力鍛制方法，其特征在于，在橫向上以1.2或更大的鍛制比的壓力鍛制施加在鋼錠上，并且隨后，在軸向上以1.7或更大的縮小率的壓力鍛制施加在這樣的鋼錠上。全文摘要本發明是一種壓力鍛制方法，其中在壓力鍛制過程中鋼錠作為原材料處理的情況下原材料中的孔隙被去除并且例如鋼產品的延展性和韌性的機械性能保持在所需水平。在本發明中，圓柱形鋼錠(所謂的“圓坯料1”)作為原材料設置在模具上(下模具22)并且鍛制過程施加在鋼錠上，使得在鍛制過程中不出現鋼的翹曲，并且縮小率和鍛制比分別大于特定數值。例如，以1.2或更大的鍛制比在橫向上進行壓力鍛制，并且隨后以1.7或更大的縮小率在軸向上進行壓力鍛制。文檔編號B21J1/02GK101190453SQ200710193299公開日2008年6月4日申請日期2007年12月3日優先權日2006年12月1日發明者佐藤俊彥,吉川隆憲,吉田靖男,大杉武宏,柿澤升,竹內勇吾申請人:都美工業株式會社