特許 7272588 鋼材の鍛造装置および鋼材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-01

(45)【発行日】2023-05-12

(54)【発明の名称】鋼材の鍛造装置および鋼材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B21J 5/00 20060101AFI20230502BHJP

【ＦＩ】

B21J5/00 A

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019188271

(22)【出願日】2019-10-14

(65)【公開番号】P2021062391

(43)【公開日】2021-04-22

【審査請求日】2022-01-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(73)【特許権者】

【識別番号】301023238

【氏名又は名称】国立研究開発法人物質・材料研究機構

(74)【代理人】

【識別番号】110001128

【氏名又は名称】弁理士法人ゆうあい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】栗木 健

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼尾 智紀

(72)【発明者】

【氏名】西井 清明

(72)【発明者】

【氏名】上路 林太郎

(72)【発明者】

【氏名】井上 忠信

【審査官】永井 友子

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－０３６６９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－０４２６７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１７７１１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１１３６７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－００１０７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１５５１１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２１Ｊ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定のひずみ量および第１ひずみ速度で鋼材（１００）を圧縮して塑性変形させる第１プレス機（２０）と、
前記第１プレス機により塑性変形した前記鋼材を所定鋼材温度以上に保温しながら所定工程間時間をかけて搬送する搬送部（３０）と、
前記搬送部により搬送された前記鋼材を第２ひずみ速度で圧縮して塑性変形させる第２プレス機（４０）と、
前記所定のひずみ量をε、前記第１ひずみ速度をεドット、前記所定工程間時間をδ、前記所定鋼材温度をＴとする変数とし、Ｒを気体定数、Ａ、Ｑ’、Ｃ１、Ｃ２、ｐを前記鋼材の材質によって決定される定数としたとき、

【数1】

【数2】

数式１～数式２で算出される軟化率（Ｘ）が０．９以上となるよう前記所定のひずみ量、前記第１ひずみ速度、前記所定工程間時間および前記所定鋼材温度を制御する制御部（５０）と、を備えた鋼材の鍛造装置。

【請求項2】

前記搬送部は、前記第１プレス機により塑性変形した前記鋼材を、前記鋼材の変態点以上の前記所定鋼材温度以上に保温する請求項１に記載の鋼材の鍛造装置。

【請求項3】

前記第２ひずみ速度は、前記第１ひずみ速度よりも低速である請求項１または２に記載の鋼材の鍛造装置。

【請求項4】

第１プレス機（２０）により所定のひずみ量および第１ひずみ速度で鋼材を圧縮して塑性変形させることと、
前記塑性変形させることにより塑性変形した前記鋼材を所定鋼材温度以上に保温しながら所定工程間時間をかけて第２プレス機（４０）に搬送することと、
前記搬送された前記鋼材を前記第２プレス機により第２ひずみ速度で圧縮して塑性変形させることと、を含み、
前記所定のひずみ量をε、前記第１ひずみ速度をεドット、前記所定工程間時間をδ、前記所定鋼材温度をＴとする変数とし、Ｒを気体定数、Ａ、Ｑ’、Ｃ１、Ｃ２、ｐを前記鋼材の材質によって決定される定数としたとき、

【数1】

【数2】

数式１～数式２で算出される軟化率（Ｘ）が０．９以上となるよう前記所定のひずみ量、前記第１ひずみ速度、前記所定工程間時間および前記所定鋼材温度が制御される鋼材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鋼材の鍛造装置および鋼材の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、環境問題への対応や動力システムの多様化に伴い、自動車の動力系等を構成する鍛造製品に要求される機械的性質がより厳しくなっている。優れた機械的性質を得るためには、新たに開発された新規合金を採用する必要も生じている。そこで、従来から用いられている鋼材から新たに開発された新規合金に至る種々の素形材を所望の形状に鍛造する工程が必須となっている。

【0003】

例えば、より高耐熱性を有するニッケル基合金を比較的低い温度で鍛造する方法として、特許文献１に記載された鍛造方法が開示されている。この方法は、ニッケル基合金を挟圧する２つのアンビルを変位させてニッケル基合金に巨大ひずみを付与することによりニッケル基合金の結晶粒を微細化させ、このニッケル基合金の温度を８００℃以下に保持すると共に、ひずみ速度を制御して超塑性鍛造を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１３－１７３１６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、鍛造製品に変形抵抗の高い合金を採用した場合、鍛造荷重が増大するとともに金型に作用する応力が増加し、金型が短命化したり、複雑な形状の製品を加工できないなどの問題が生じる。

【0006】

したがって、自動車に用いられる鍛造部品等においては、鍛造荷重を軽減することが重要となっている。しかし、荷重軽減を鋼種によらず適用できる鍛造方法はこれまでに提案されていない。

【0007】

本発明は上記点に鑑みたもので、鍛造に要する鍛造荷重を、種々の鋼種で軽減できるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、所定のひずみ量および第１ひずみ速度で鋼材（１００）を圧縮して塑性変形させる第１プレス機（２０）と、第１プレス機により塑性変形した鋼材を所定鋼材温度以上に保温しながら所定工程間時間をかけて搬送する搬送部（３０）と、搬送部により搬送された鋼材を第２ひずみ速度で圧縮して塑性変形させる第２プレス機（４０）と、所定のひずみ量をε、第１ひずみ速度をεドット、所定工程間時間をδ、所定鋼材温度をＴとする変数とし、Ｒを気体定数、Ａ、Ｑ’、Ｃ１、Ｃ２、ｐを鋼材の材質によって決定される定数としたとき、

【0009】

【数1】

【0010】

【数2】

数式１～数式２で算出される軟化率（Ｘ）が０．９以上となるよう所定のひずみ量、第１ひずみ速度、所定工程間時間および所定鋼材温度を制御する制御部（５０）と、を備えた鋼材の鍛造装置。

【0011】

これによれば、制御部は、数式１～数式２で算出される軟化率（Ｘ）が０．９以上となるよう所定のひずみ量、第１ひずみ速度、所定工程間時間および所定鋼材温度を制御するので、鍛造に要する鍛造荷重を、種々の鋼種で軽減することができる。

【0012】

また、請求項４に記載の発明のように、請求項１に記載の鋼材の鍛造装置を、鋼材の製造方法として捉えることもできる。

【0013】

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施
形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】鋼材の鍛造装置の全体構成を示した図である。

【図2】低荷重鍛造工程のフローを示した図である。

【図3】プレス加工によって鋼材の組織に転位が蓄積された形態に変化した様子を表した図である。

【図4】鋼材の組織に蓄積された転位が回復して再結晶が生じた様子を表した図である。

【図5】第１鍛造工程におけるひずみ速度を変化させたときの変形抵抗とひずみ量の関係を示した図である。

【図6】第１鍛造工程の圧縮率を１０％とし、所定工程間時間δを３０秒としたときの試験片の第１および第２鍛造工程における変形抵抗の測定結果を表した図である。

【図7】第１鍛造工程の圧縮率を３０％とし、所定工程間時間δを３０秒としたときの試験片の第１および第２鍛造工程における変形抵抗の測定結果を表した図である。

【図8】第１鍛造工程の圧縮率を５０％とし、所定工程間時間δを３０秒としたときの試験片の第１および第２鍛造工程における変形抵抗の測定結果を表した図である。

【図9】第１鍛造工程の圧縮率を４５％とし、所定工程間時間δを０．１秒としたときの第１および第２鍛造工程の抵抗の測定結果を表した図である。

【図10】所定工程間時間δを１秒としたときの変形抵抗の測定結果を表した図である。

【図11】所定工程間時間δを１０秒としたときの変形抵抗の測定結果を表した図である。

【図12】所定工程間時間を変化させて試験片の軟化率をプロットした図である。

【図13】１台のプレス機で第１鍛造工程と第２鍛造工程を実施する構成を表した図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本実施形態に係る鋼材の鍛造装置について図１～図１３を用いて説明する。本実施形態に係の鍛造装置によって加工される鋼材は、自動車の動力系等を構成する製品等に用いられる。

【0016】

図１に示すように鋼材の鍛造装置は、誘導加熱炉１０、第１プレス機２０、搬送部３０および第２プレス機４０および制御部５０を備えている。本実施形態では、２回の鍛造工程に分けて鋼材１００を変形させる。本実施形態の鋼材１００は、炭素とマンガンを含む鉄鋼により構成されている。

【0017】

誘導加熱炉１０は、鋼材１００を非接触で加熱するための加熱用コイルを有している。加熱用コイルに高周波の交流電流を流すことにより鋼材１００を非接触で加熱する。鋼材１００を加熱することにより鋼材１００の変形抵抗を小さくし変形を容易にする。誘導加熱炉１０により加熱された鋼材はコンベアによって第１プレス機２０に搬送される。

【0018】

第１プレス機２０は、鋼材１００を成形するための金型を有し、この金型で鋼材１００に圧力を加え鋼材１００を所望の形状に成形する。第１プレス機２０は、所定のひずみ量、所定のひずみ速度で鋼材に圧力を加え塑性変形させる。ひずみ量、ひずみ速度等は、制御部５０からの信号によって調整可能となっている。第１プレス機２０で圧縮された鋼材１００は搬送部３０によって第２プレス機４０に搬送される。

【0019】

搬送部３０は、第１プレス機２０から搬送された鋼材１００を所定鋼材温度以上に保温しながら所定工程間時間をかけて搬送する。また、搬送部３０は、第１プレス機２０により塑性変形した鋼材１００を、鋼材１００の変態点以上の温度で加熱することが可能となっている。搬送部３０の加熱温度、所定工程間時間等は、制御部５０からの信号によって調整可能となっている。

【0020】

第２プレス機４０は、搬送部３０によって搬送された鋼材１００を成形するための金型を有し、この金型で鋼材１００に圧縮を加え鋼材１００を所望の形状に成形する。第２プレス機４０は、所定のひずみ量、所定のひずみ速度で鋼材に圧縮を加え塑性変形させる。ひずみ量、ひずみ速度等は、制御部５０からの信号によって調整可能となっている。

【0021】

制御部５０は、ＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏ等を備えたコンピュータとして構成されており、ＣＰＵはメモリに機構されたプログラムに従って各種処理を実施する。

【0022】

次に、本実施形態の鋼材１００の鍛造工程について図２を用いて説明する。本実施形態では、まず、Ｓ１００にて鋼材１００の誘導加熱工程を実施する。この誘導加熱工程では、誘導加熱炉１０によりＳ１００を高温で加熱する。

【0023】

次に、Ｓ２００にて第１鍛造工程を実施する。この第１鍛造工程では、Ｓ１００の誘導加熱工程により加熱された鋼材１００に対し、第１プレス機２０を用いて圧縮を加え鋼材１００を所望の形状に成形する。

【0024】

次に、Ｓ３００にて搬送工程を実施する。この搬送工程では、第１プレス機２０から取り出された鋼材１００を搬送部３０により所定鋼材温度以上に保温しながら所定工程間時間をかけて第２プレス機４０へ搬送する。

【0025】

次に、Ｓ４００にて第２鍛造工程を実施する。この第２鍛造工程では、搬送部３０により搬送された鋼材１００に対し、第２プレス機４０を用いて圧力を加え鋼材１００を所望の形状に成形する。上記した工程が完了すると、本鍛造工程を終了する。

【0026】

本発明者らは、鋼材１００を鍛造により成形するにあたって、１回のプレス加工のみで鋼材１００を成形するのではなく、上記したように複数の工程に分けて鋼材１００を形成することに着目した。すなわち、誘導加熱炉１０で鋼材１００を加熱した後、第１鍛造工程にて第１プレス機２０で鋼材１００をプレス加工し、搬送工程にてプレス加工した鋼材１００を搬送部３０で第２プレス機４０に搬送する。そして、第２鍛造工程にて搬送部３０により搬送された鋼材１００を第２プレス機４０でプレス加工する。

【0027】

ところで、鋼材１００をプレス加工する際には、鋼材１００を構成している金属組織が塑性変形し転位と呼ばれる結晶格子欠陥が生じる。転位が蓄積されると加工硬化と呼ばれる現象により鋼材１００の変形抵抗が大きくなる。

【0028】

図３は、鋼材１００をプレス加工する前の鋼材１００の組織の形態からプレス加工によって鋼材１００の組織に転位Ｄが蓄積された形態に変化した様子を表している。（ａ）は、鋼材１００をプレス加工する前の鋼材１００の組織である多結晶体を表している。線は粒界を意味している。（ｂ）は、プレス加工によって鋼材１００の組織に転位Ｄが蓄積された様子を表している図に示すように、プレス加工によって鋼材１００を構成している結晶粒が塑性変形して伸長し、新たに転位Ｄが生じている。

【0029】

このようにして変形抵抗の大きくなった鋼材１００を第２プレス機４０でプレス加工する際、金型に作用する応力が増加し、金型が短命化したり、加工精度が悪化する等の問題が生じる。

【0030】

本発明者らは、第１プレス機２０で鋼材１００をプレス加工する際の条件および搬送部３０で鋼材１００を搬送する際の条件を適切に制御すれば、鋼材１００に蓄積された転位の回復と再結晶が促進され、鋼材１００を軟化させることが可能であることに着目した。このように鋼材１００を軟化させることができれば、第２プレス機４０で鋼材１００をプレス加工する際に鋼材１００を精度よく可能することが可能となる。

【0031】

図４は、鋼材１００の組織に蓄積された転位Ｄが回復し、再結晶が生じた様子を模式的に表している。（ａ）は、鋼材１００の組織に蓄積された一部の転位Ｄが回復し、内部に転位を含まない再結晶粒Ｒが新たに生じて成長している様子を表している。（ｂ）は、鋼材１００の組織に蓄積されたほぼ全ての転位Ｄが回復して多数の再結晶粒Ｒが成長した様子を表している。このような再結晶の進行速度は、塑性変形により鋼材に与えられた転位の量などにより変化することが知られている。したがって、第１プレス機２０でプレス加工された鋼材１００を第２プレス機４０に搬送する期間を、その工程に応じて適切に設けることができれば、再結晶により転位密度が減少し鋼材１００を軟化させることが可能となる。

【0032】

本発明者らは、鍛造による荷重軽減の可能性を検証するため、０．３％の炭素と１．５％のマンガンを含む鋼製の試験片を用いて第１プレス機２０でプレス加工する際のひずみ速度εドットを変化させたときの変形抵抗とひずみ量εの関係を測定した。本明細書では、εの上にドットがついた記号をひずみ速度εドットとして表記する。なお、ひずみ速度εドットの単位は１／秒である。また、試験片は、直径８ミリメートル、高さ１２ミリメートルの小型円柱形状のものを用いた。

【0033】

まず、試験片を９００℃に加熱した上で、ひずみ速度εドットを５０/ｓ、１０/ｓ、１/ｓ、０．１/ｓに変化させたときの変形抵抗とひずみ量εの関係を測定した。

【0034】

図５に、第１鍛造工程におけるひずみ速度εドットを変化させたときの変形抵抗とひずみ量の関係を示す。ひずみ速度εドットが小さくなるほど、すなわち試験片をプレス加工する速度が遅いほど変形抵抗が小さくなることが確認できた。

【0035】

また、本発明者らは、鍛造による荷重軽減の可能性を検証するため、第１鍛造工程のひずみ量εを種々変化させたときの試験片の変形抵抗の変化を測定した。ここでは、搬送部３０が第１プレス機２０から第２プレス機４０へ鋼材１００を搬送する所定搬送時間を３０秒間、ひずみ速度εドットを１／ｓとして第１鍛造工程における第１プレス機２０のひずみ量εを１０％、３０％、５０％に変化させた。この測定結果を図６～図８に示す。

【0036】

図６は、第１プレス機２０による１回目の鍛造で圧縮率１０％まで変形させ、その後所定搬送時間３０秒間保持した上で、第２プレス機４０による２回目の鍛造で圧縮率５５％まで変形させた場合の変形抵抗の変化を表している。図６には、「１０％→３０ｓｅｃ→５５％」と記してある。

【0037】

図７は、第１プレス機２０による１回目の鍛造で圧縮率３０％まで変形させ、その後所定搬送時間３０秒間保持した上で、第２プレス機４０による２回目の鍛造で圧縮率５５％まで変形させた場合の変形抵抗の変化を表している。図７には、「３０％→３０ｓｅｃ→５５％」と記してある。

【0038】

図８は、第１プレス機２０による１回目の鍛造で圧縮率５０％まで変形させ、その後所定搬送時間３０秒間保持した上で、第２プレス機４０による２回目の鍛造で圧縮率５５％まで変形させた場合の変形抵抗の変化を表している。図８には、「５０％→３０ｓｅｃ→５５％」と記してある。

【0039】

なお、図６～図８における各変形抵抗Ｔ２ｅの値は、２回目の鍛造における圧縮率が５５％、ひずみ量が０．８のときの変形抵抗の値である。この各変形抵抗Ｔ２ｅの値が小さいほど２回目の鍛造の荷重負荷が小さくなる。

【0040】

図８に示した結果の方が図６に示した結果の方よりも変形抵抗Ｔ２ｅの値が小さくなっている。すなわち、１回目の鍛造の圧縮率、すなわち、第１プレス機２０でプレス加工する際のひずみ量εが小さいほど、搬送中に再結晶が進行し、２回目の鍛造の荷重が小さくなることが分かった。

【0041】

さらに、発明者らは、鍛造による荷重軽減の可能性を検証するため、第１鍛造工程におけるひずみ量ε、ひずみ速度εドットおよび搬送部３０における所定鋼材温度Ｔを一定とし、所定工程間時間δを変化させたときの試験片の変形抵抗の変化を測定した。

【0042】

なお、第１鍛造工程におけるひずみ量εは４５％、ひずみ速度は１／ｓとなっている。また、搬送工程における所定鋼材温度Ｔは、９００℃とした。また、第２鍛造工程では、ひずみ量εを４５％から７５％に変化させた。また、第２鍛造工程におけるひずみ速度は１／ｓとなっている。

【0043】

図９～図１１は、それぞれ所定工程間時間δを０．１秒、１秒、１０秒としたときの変形抵抗の変化を示している。

【0044】

ここで、軟化率をＸ＝（σ_ｍ－σ_０．２）／（σ_ｍ－σ_０）として定義する。ただし、σ_０は、第１鍛造工程における降伏応力であり、σ_ｍは第１鍛造工程における最後の変形抵抗をσ_ｍであり、σ_０．２は第２鍛造工程における降伏応力である。なお、降伏応力とは、鋼材１００の塑性変形が開始する応力のことである。

【0045】

図９～図１１に示されたデータに基づいて軟化率Ｘを計算すると、所定工程間時間δ＝０．１秒の場合、Ｘ＝０．１２となり、所定工程間時間δ＝１秒の場合、Ｘ＝０．６８となり、所定工程間時間δ＝１０秒の場合、Ｘ＝０．９５となった。

【0046】

図１２は、所定工程間時間δを変化させて算出した軟化率Ｘをプロットしたものである。所定工程間時間δが長くなるほどが大きくなり１に近づいている。軟化率Ｘ＝１は、第１鍛造工程で生じた転位が回復して完全再結晶組織となったことを意味する。

【0047】

ここで、鋼材１００の再結晶率が０．５となる所定工程間時間をδ_０．５を求める。δ_０．５は一般に再結晶時間と称される。ここに示す実施例では、所定のひずみ量をε、第１ひずみ速度をεドット、所定鋼材温度をＴとするとき、所定工程間時間δ_０．５は、数式１を用いて表すことができるとした。

【0048】

【数1】

なお、Ｒは気体定数（８.３１４［Ｊ／（ｍｏｌ・Ｋ）］）、Ａ、Ｑ’、Ｃ１、Ｃ２は鋼材１００の材料によって決まる定数である。所定工程間時間δ_０．５を用いてＪＭＡＫ（Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov)の式に回帰させると、鋼材１００の軟化率Ｘは、数式２のように表すことができる。ＪＭＡＫの式とは温度や時間と再結晶率の相関に関する実験データを整理する際にしばしば用いられる式である。

【0049】

【数2】

ただし、所定工程間時間δは変数であり、ｐは鋼材１００の材料によって決まる定数である。

【0050】

上記数式１～数式２を用いることで、種々の材質の鋼材１００の軟化率を算出することができる。なお、本実施形態の鋼材１００は、Ａ＝９．７Ｅ－０７［ｓｅｃ］、Ｑ’＝１４１［ｋＪ／ｍｏｌ］、Ｃ１＝１．９１［単位なし］、Ｃ２＝－０．２７［単位なし］、ｐ＝０．７［単位なし］となった。

【0051】

なお、鋼材１００の材料によって決まる定数Ａ、Ｑ’、Ｃ１、Ｃ２、ｐは、変数である所定のひずみ量ε、第１ひずみ速度εドット、所定鋼材温度Ｔ、所定工程間時間δを変化させた際の実験結果から決定することができる。

【0052】

発明者らは、材料によって決まる定数が実験により予め決定されていれば、数式１～数式２を用いれば、所望の軟化率Ｘ以上の軟化率を得るために必要な所定工程時間δおよび最低限必要な所定工程温度を算出することができることに気づいた。本実施形態では、第１鍛造工程の際に生じた加工硬化がほぼすべて除去され、再結晶により達成でいる限界まで変形抵抗が軟化されたと判断する基準として、軟化率Ｘが０．９以上となるよう所定のひずみ量ε、第１ひずみ速度εドット、所定工程間時間δおよび所定鋼材温度Ｔを制御する。

【0053】

例えば、図１２に示すように、所定工程間時間δを３秒以上にすることにより鋼材１００の軟化率Ｘを０．９以上にすることが可能である。

【0054】

本実施形態の鋼材の鍛造装置の制御部５０は、図２に示した誘導加熱工程Ｓ１００にて、鋼材１００の材質を特定する。具体的には、作業者が不図示の操作部を操作して鋼材１００の材質を入力すると、操作部から制御部５０に鋼材１００の材質を示す情報が通知される。制御部５０は、この情報に基づいて鋼材１００の材質を特定する。

【0055】

また、制御部５０は、鋼材１００の材質に基づいて定数Ａ、Ｑ’、Ｃ１、Ｃ２、ｐを特定する。制御部５０のメモリには、鋼材１００の材質に対応させて、定数Ａ、Ｑ’、Ｃ１、Ｃ２、ｐの値が記憶されている。制御部５０は、メモリに記憶された各値を読みだして定数Ａ、Ｑ’、Ｃ１、Ｃ２、ｐを特定する。

【0056】

さらに、制御部５０は、数式１～数式２を用いて軟化率Ｘが０．９以上となるよう所定のひずみ量ε、第１ひずみ速度εドット、所定工程間時間δおよび所定鋼材温度Ｔを特定する。

【0057】

制御部５０は、第１鍛造工程Ｓ２００にて、第１プレス機２０に対し、Ｓ１００の誘導加熱工程により加熱された鋼材１００を、所定のひずみ量ε、第１ひずみ速度εドットでプレス加工するよう指示する。ここで、第１ひずみ速度εドット＝Ｖ１とする。第１プレス機２０は、所定のひずみ量ε、第１ひずみ速度εドットで鋼材１００をプレス加工する。

【0058】

また、制御部５０は、搬送工程Ｓ３００にて、第１プレス機２０から取り出された鋼材１００を所定鋼材温度Ｔで加熱しながら所定工程間時間δをかけて第２プレス機４０へ搬送するよう搬送部３０に指示する。搬送部３０は、第１プレス機２０から取り出された鋼材１００を所定鋼材温度Ｔで加熱しながら所定工程間時間δをかけて第２プレス機４０へ搬送する。

【0059】

また、制御部５０は、第２鍛造工程Ｓ４００にて、第２プレス機４０に対し、搬送部３０により搬送された鋼材１００を、所定のひずみ量で、かつ、第１ひずみ速度εドットよりも低速である第２ひずみ速度でプレス加工するよう指示する。ここで、第２ひずみ速度εドット＝Ｖ２＜Ｖ１とすることが好ましく、第２鍛造工程における変形抵抗をさらに減少させることが可能である。これは、加工硬化の有無や再結晶の進行度にかかわらず、金属材料一般において変形抵抗とひずみ速度の間には、正の相関があるためである。第２鍛造工程におけるひずみ速度軽減による変形抵抗軽減策をとることができるのも、工程間の再結晶の利用をする本発明の特徴である。第２プレス機４０は、所定のひずみ量、第２ひずみ速度で鋼材１００をプレス加工する。上記した工程が完了すると、本鍛造工程を終了する。

【0060】

上記したように本実施形態では、２回の鍛造に分けて鋼材１００を形成する。鋼材１００は、誘導加熱炉１０で加熱された後、第１プレス機２０でプレス加工され、第１プレス機２０でプレス加工された鋼材１００は、第２プレス機４０に搬送されるまでの間、鋼材１００は高温の状態で保持される。この間の所定工程間時間δを十分に設けることで、鋼材１００において転位が回復し再結晶が促進され、第２プレス機４０を用いた第２鍛造工程において鋼材１００を軟化させることができる。

【0061】

また、搬送部３０は、第１プレス機２０により塑性変形した鋼材１００を、鋼材１００の変態点以上の温度で加熱する。すなわち、搬送部３０は、所定鋼材温度Ｔを、鋼材１００の変態点以上の温度で加熱する。

【0062】

ところで、従来は、図１３に示すように、第１鍛造工程と第２鍛造工程を１つのプレス機で実施するようにしていた。しかし、このような構成では、第１鍛造工程と第２鍛造工程の各ひずみ速度を異ならせることができない。

【0063】

しかし、本実施形態の鋼材の鍛造装置は、第１プレス機２０と第２プレス機４０を備えている。したがって、鋼材１００を鍛造する際のひずみ速度を別々に制御することができる。

【0064】

本実施形態では、第２プレス機４０で鋼材１００を鍛造する際のひずみ速度を、第１プレス機２０で鋼材１００を鍛造する際のひずみ速度よりも低速とする。これにより、鋼材１００の変形抵抗を小さくすることができ、第２鍛造工程時における鋼材１００の変形を容易にすることができる。

【0065】

以上、説明したように、本実施形態の鋼材の鍛造装置は、所定のひずみ量および第１ひずみ速度で鋼材１００を圧縮して塑性変形させる第１プレス機２０を備えている。また、第１プレス機により塑性変形した鋼材を所定鋼材温度以上に保温しながら所定工程間時間をかけて搬送する搬送部３０備えている。また、搬送部により搬送された鋼材を第２ひずみ速度で圧縮して塑性変形させる第２プレス機４０を備えている。ここで、所定のひずみ量をε、第１ひずみ速度をεドット、所定工程間時間をδ、所定鋼材温度をＴとする変数とし、Ａ、Ｑ’、Ｃ１、Ｃ２、ｐを鋼材の材質によって決定される定数とする。

【0066】

鋼材の鍛造装置は、上記した数式１～数式２で算出される軟化率Ｘが０．９以上となるよう所定のひずみ量、第１ひずみ速度、所定工程間時間および所定鋼材温度を制御する制御部５０を備えている。

【0067】

これによれば、制御部は、数式１～数式２で算出される軟化率Ｘが０．９以上となるよう所定のひずみ量、第１ひずみ速度、所定工程間時間および所定鋼材温度を制御するので、鍛造に要する鍛造荷重を、種々の鋼種で軽減することができる。

【0068】

また、搬送部３０は、第１プレス機２０により塑性変形した鋼材１００を、鋼材１００の変態点以上の所定鋼材温度以上に保温する。これにより、所定鋼材温度Ｔを、鋼材１００の変態点未満の温度で加熱する場合と比較して、短時間で再結晶を生じさせることが可能である。

【0069】

また、第２ひずみ速度は、第１ひずみ速度よりも低速となっている。これにより、鋼材１００の変形抵抗を小さくすることができ、第２鍛造工程時における鋼材１００の変形を容易にすることができる。

【0070】

また、上記したように、鋼材１００の製造方法として捉えることができる。すなわち、
第１プレス機２０により所定のひずみ量および第１ひずみ速度で鋼材を圧縮して塑性変形させることを含んでいる。

【0071】

また、塑性変形させることにより塑性変形した鋼材を所定鋼材温度以上に保温しながら所定工程間時間をかけて第２プレス機４０に搬送することを含んでいる。

【0072】

また、搬送された鋼材を第２プレス機により第２ひずみ速度で圧縮して塑性変形させることを含んでいる。

【0073】

ここで、所定のひずみ量をε、第１ひずみ速度をεドット、所定工程間時間をδ、所定鋼材温度をＴとする変数とし、Ａ、Ｑ’、Ｃ１、Ｃ２、ｐを鋼材の材質によって決定される定数とする。

【0074】

鋼材１００の製造方法では、上記した数式１～数式２で算出される軟化率Ｘが０．９以上となるよう所定のひずみ量、第１ひずみ速度、所定工程間時間および所定鋼材温度が制御される。

【0075】

（他の実施形態）
（１）上記実施形態では、２回の鍛造工程に分けて鋼材１００を変形させるようにしたが、３回以上の鍛造工程に分けて鋼材１００を変形させるようにしてもよい。

【0076】

（２）上記実施形態では、炭素とマンガンを含む鉄鋼により構成された鋼材１００をプレス加工する例を示したが、このような材質の鋼材１００に限定されるものではなく、例えば、新たに開発された新規合金により構成された鋼材１００のプレス加工に適用することもできる。

【0077】

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。

【符号の説明】

【0078】

１０ 誘導加熱炉
２０ 第１プレス機
３０ 搬送部
４０ 第２プレス機
５０ 制御部
１００ 鋼材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】