JP4264284B2 - サイジングプレス用金型 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱間スラブ等を幅方向にプレスするサイジングプレス装置に使用されるサイジングプレス用金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、熱延スラブを幅方向にプレスするサイジングプレス装置におけるプレス動作を模式的に示したものである。まず、サイジングプレス用金型１（プレス金型１という）を外側に移動させて開き、熱延スラブ２が矢印の方向に送り出される。次に、熱延スラブ２の送り出しを停止して、プレス金型１を内側に移動させて圧下すると、熱延スラブ２の幅サイズが小さくなる。これを繰り返すことにより、熱延スラブ２の全体が幅方向にプレスされる。
【０００３】
プレス金型１が熱延スラブ２に接触する際、熱延スラブ２は約１０００℃という高温であるため、プレス金型１の表面の温度が急激に上昇する。その後、プレス金型１を開き、熱延スラブ２から離すと、プレス金型１の表面は放冷されて温度が低下する。これを繰り返すと、プレス金型１の表面は、加熱による熱膨張と放冷による熱収縮を繰り返し受ける。
【０００４】
この熱膨張と熱収縮は、プレス金型１の熱延スラブ２との接触部の近傍で生じ、その周囲は拘束されている。そのため、プレス金型１の熱延スラブ２との接触部の近傍には、熱応力が繰り返し発生し、熱疲労を受けることになる。この熱疲労により、図２に示すように、プレス金型１の熱延スラブ２と接触する部分の近傍にはヒートクラック３が発生し、進展して欠け落ち４が発生する。この欠け落ち４が発生すると、熱延スラブ２に欠け落ち４が転写されて疵になるため、使用期間が制限されてしまう。
【０００５】
このような問題に対して、サイジングプレス用金型のヒートクラックを抑制し、寿命を延長するために材質の改善が進められており、特許文献１には、黒鉛の面積率と粒径を定めた鋳鉄材料からなるサイジングプレス用金型が開示されている。しかし、材質のヒートクラックに対する耐性（耐ヒートクラック性という）を改善するだけでは、工業的に有益なレベルの寿命の延長は達成できていない。
【０００６】
一方、サイジングプレス用金型の構造による耐ヒートクラック性の改善も進められており、特許文献２には、内部に断熱部材を設けたサイジングプレス用金型を加熱し、温度分布を一様にして、ヒートクラックを抑制する技術が開示されている。また、特許文献３には、端部の表面に凹部を設けたサイジングプレス用金型が開示されている。
【０００７】
しかし、このような構造の改善によっても、サイジングプレス用金型のヒートクラックの発生、進展による欠け落ちを防止することはできず、寿命を、工業的に有益なほど充分に延長することができていない。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−１９４４７８号
【特許文献２】
特開２０００−２０２５６１号
【特許文献３】
特開平７−１０８３３８号
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、スラブを幅方向に熱間加工するサイジングプレス装置において、スラブと接触する部分のヒートクラックの生成、進展を長期間に渡り抑制し、長寿命化が可能なサイジングプレス用金型を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は以下のとおりである。
【００１１】
（１） 表面にスリットを有するサイジングプレス用金型において、スリットのアスペクト比が３以上であり、前記スリットの前記サイジングプレス用金型内部側の端部にスリットの幅よりも大きい空洞部を有することを特徴とするサイジングプレス用金型。
【００１２】
ここで、アスペクト比は、スリットの深さと幅の比である。
【００１３】
（２） 表面に互いに平行な複数のスリットを有し、前記スリットとスラブの送り方向との角度が０〜９０°であることを特徴とする（１）記載のサイジングプレス用金型。
【００１４】
（３） スリットを格子状に配置したことを特徴とする（１）又は（２）の何れか１項に記載のサイジングプレス用金型。
【００１５】
（４） スリットの間隔が５〜２００ｍｍであることを特徴とする（１）〜（３）の何れか１項に記載のサイジングプレス用金型。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明のサイジングプレス用金型は、図３に示すように、表面にスリットを設け、サイジングプレス用金型内部においてスリットの端部に空洞を設けたものである。スリット５の深さ８の幅７に対する比、即ちアスペクト比を大きくすることが必要である。このような、間口の細いスリット５を設けることにより、プレス金型１に生じる熱応力を緩和して、熱疲労によるクラックの発生を防止することができる。
【００１７】
また、スリット５は金型内の端部に、応力集中の発生を防止するため、スリット５の幅７より大きい空洞部６を設ける。この空洞部６は、如何なる形状でも良いが、矩形である場合は、角部の曲率が１Ｒ以上であることが好ましく、断面が円形又は楕円であることが好ましい。空洞部の形状が円形の場合、曲率は応力集中を防止する観点から、スリット５の幅より大きいことが好ましい。
【００１８】
スリット５のアスペクト比は、大きいほど熱応力の抑制に効果的であり、最低でも、３以上であることが好ましい。一方、スリット５のアスペクト比は１０００以下が好ましい。これはアスペクト比が１０００超になると、深さに対する幅が狭いため、スリット５を挟んで相対する壁同士が金型の表面近傍で接触し、応力を生じ易くなるためである。
【００１９】
また、スリット５の幅７が、プレス金型１の温度上昇による熱膨張量よりも狭いと、熱応力が発生して効果が小さくなる。そのため、スリット５の幅７を０．１〜５ｍｍの範囲とすることが好ましい。また、スリット５の深さ８は、プレス金型１の厚みから、３〜３００ｍｍ程度である。
【００２０】
図３は、スリット５を送り方向に平行に配置した態様を示しているが、図４に示したように送り方向に垂直に配置しても良い。また、図５に示したように、スリット５の送り方向に対する角度９は、０〜９０°の任意の角度で良い。図３〜５に示したように、スリット５は複数設けることが好ましく、スリット５が互いに平行であることが好ましい。なお、平行とは、加工時の誤差を許容するものである。更に間隔を一定とすることが一層好ましい。
【００２１】
また、図６に示したように、スリット５を格子状に配置すると、プレス金型１の熱応力をより低減することができるため好ましい。この格子状の形状は、図７に示したように平行四辺形状でも良く、長方形状、正方形状、菱形状であることが好ましい。
【００２２】
スリット５の間隔は、小さいほど熱応力低減効果は大きいが、必要以上に小さいと加工費用が増加したり、熱延スラブ圧下の際にかかる面圧に耐えられず変形する。そのため、スリット５の間隔は、５ｍｍ以上であることが望ましい。一方、スリット５の間隔が大きく過ぎると、熱応力緩和の効果が少なくなるため、２００ｍｍ以下とすることが好ましい。スリット５の間隔は、一定であることが好ましいが、５〜２００ｍｍの範囲内でプレス金型１の形状に応じて適宜変更しても構わない。
【００２３】
なお、プレス金型１の材質は、合金ダクタイル鋳鉄、ハイクロム鋳鉄等の鋳鉄、鋳鋼、耐熱鋳鋼、鍛鋼でも良く、鋳鉄の表面にステンレス溶接肉盛を行っても良い。スリット５の加工、スリットの先端の空洞部の加工は、機械加工、電解加工で行っても良い。ワイヤー放電加工は、スリット加工と同時にスリットの先端の空洞部を加工することができるため、好ましい加工方法である。
【００２４】
【実施例】
図６に模式的に示したサイジングプレス用金型を、球状黒鉛可鍛鋳鉄を用いて製造した。サイジングプレス用金型のスラブの送り方向の長さは、５００〜２０００ｍｍとし、中央にテーパーを設けた。サイジングプレス用金型のスラブと接触する面において、スラブの送り方向と直交する方向の長さは１００〜８００ｍｍとした。
【００２５】
サイジングプレス用金型のスラブと接触する面には、スリットをスラブの送り方向と平行及び垂直に２０ｍｍ間隔で設け、格子状とした。このスリットの幅は１ｍｍであり、スリット先端の空洞部を含む深さは２０ｍｍであり、アスペクト比は２０である。先端部の空洞は円形であり、曲率半径は３ｍｍとした。スリットの加工、スリットの先端の空洞部の加工は、ワイヤー放電加工によって行った。
【００２６】
このスリットを設けたサイジングプレス用金型（本発明金型という）をサイジングプレス装置に組み込み、圧下率２０〜３０％、開閉間隔３０〜５０ｓとして、１００日間操業した。操業開始から、５日後、１０日後、２０日後、４０日後、６０日後、１００日後の亀裂の発生有無を目視で調査した。表１に示すように、本発明金型は操業後１００日を経過しても、亀裂が発生せず、継続して使用可能であった。
【００２７】
これに対し、本発明金型と同じ材質、サイズでスリットを設けないサイジングプレス金型（比較金型という）も本発明金型と同条件で操業した。結果を表１に示すが、比較金型では、操業開始から５日後に亀裂が確認され、２０日後には欠け落ちが発生したため、操業を中止した。
【００２８】
【発明の効果】
本発明により、サイジングプレス用金型の交換の回数を減らすことができるため、大幅にメンテナンスコストを抑制でき、交換時の熱延ラインの休止時間を短縮することができるなど、産業上の貢献が極めて大きい。
【００２９】
【表１】

【図面の簡単な説明】
【図１】サイジングプレス用金型の動作を説明する斜視図である。
【図２】サイジングプレス用金型のヒートクラックを説明する図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明によるサイジングプレス用金型の一例を説明する図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は、一部拡大図を含む（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図４】本発明によるサイジングプレス用金型の他の例を説明する図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図であり、（ｃ）は一部拡大図を含む（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。
【図５】本発明によるサイジングプレス用金型の他の例を説明する図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ断面図、（ｃ）は（ａ）のＧ−Ｇ断面図である。
【図６】本発明によるサイジングプレス用金型の他の例を説明する図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＨ−Ｈ断面図、（ｃ）は（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。
【図７】本発明によるサイジングプレス用金型の他の例を説明する図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＪ−Ｊ断面図、（ｃ）は（ａ）のＫ−Ｋ断面図である。
【符号の説明】
１…サイジングプレス用金型
２…熱延スラブ
３…ヒートクラック
４…欠け落ち
５…スリット
６…空洞部
７…スリットの幅
８…スリットの深さ
９…スリットと送り方向との角度（θ）

Claims (4)

1. 表面にスリットを有するサイジングプレス用金型において、スリットのアスペクト比が３以上であり、前記スリットの前記サイジングプレス用金型内部側の端部にスリットの幅よりも大きい空洞部を有することを特徴とするサイジングプレス用金型。
   ここで、アスペクト比は、スリットの深さと幅の比である。
2. 表面に互いに平行な複数のスリットを有し、前記スリットとスラブの送り方向との角度が０〜９０°であることを特徴とする請求項１記載のサイジングプレス用金型。
3. スリットを格子状に配置したことを特徴とする請求項１又は２の何れか１項に記載のサイジングプレス用金型。
4. スリットの間隔が５〜２００ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のサイジングプレス用金型。

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