[0001] 本发明涉及一种用于制造热锻品的热锻设备，典型的热锻品为，以等速接头及轮毂等行走部分零件、曲轴等发动机零件等使用钢的汽车零件为代表的机械结构零件。

[0002] 制造用于汽车的行走部分零件、发动机零件的钢制品，一般是进行热锻后，通过切削加工来进行最终加工。作为这样的零件的制造工序，例如在非专利文献1中公开了锻造生产工序的代表工艺，即切断、加热材料后，通过锻造工序成形，根据需要进行热处理的工艺。

[0003] 可是，近几年对于上述用途的制品，为了通过实现小型化和薄壁化使应用上述制品的汽车达到预期的轻量化，希望提高疲劳强度。

[0004] 即，作为提高热锻品的疲劳强度的技术，在专利文献1中公开了通过热锻后对锻造品整体进行淬火、进而进行回火处理以使基体析出强化的高疲劳强度热锻品的制造方法。

[0005] 而且，在专利文献2中公开了消除热锻后锻造品整体的冷却速度不均来控制整体冷却速度的冷却装置。

[0006] 非专利文献1：(社)日本塑性加工学会編 塑性加工技術シリ一ズ4 鍛造 コロナ社

[0007] 专利文献1：日本专利第3100492号公报

[0008] 专利文献2：日本专利第2936198号公报

[0009] 但是，当使用如专利文献1中所述的方法时，由于在热锻后直接对零件本身进行冷却，因而零件整体的硬度提高，对疲劳强度没有要求的部位的可加工性降低。即，上述用途的机械结构零件如下制得：通过热锻形成大概的产品形状后，通常对该热锻品的表层实施全面的切削，以进行最终加工。因此，在这种机械结构零件的制造中，切削加工和表面研削不可或缺，因而当零件整体的硬度提高时，必然会产生被切削性降低的较大问题。

[0010] 而且，作为实现该方法的制造设备，为了进行析出强化处理，必需采用另行实施回火处理的加热设备，因此从节省能源的观点出发并不优选。

[0011] 专利文献2中所述的技术也一样，由于控制工件整体的冷却速度，被切削性降低成为了较大问题。

[0012] 鉴于上述情况，由锻造品的轻量化、小型化引起的应力增大所要求的疲劳强度比用以往方法制得的锻造品高，同时，不必具有疲劳强度的部分自不必说，对其以外的部分在热锻后实施切削加工时的被切削性也良好，在期望提供能容易地进行最终加工、疲劳特性及冷加工性优良的热锻品时，以上述专利文献1或2所述的设备较难实现。

[0013] 因此，本发明的目的是提供一种能够制造疲劳特性及冷加工性优良的热锻品的热锻设备。

[0014] 本发明人为了达到上述目的，特别关于在热锻后实施部分冷却的方面进行了反复的深入研究，结果得出以下所示(I)～(III)的结论。

[0015] (I)通过冷却热锻品的特别是必需具有疲劳强度的部分并进行部分淬火，如果该部分的硬度上升率达10％以上，则可以使作为零件的疲劳强度提高20％以上。

[0016] (II)而且，通过部分冷却实施了部分淬火的部分利用未被冷却部位的保有热量进行自回火，结果能得到与以往作为附加工序而进行的回火处理相同的效果。而且，为了得到该效果，该自回火满足特定的参数。

[0017] (III)因此，由于不必在将锻造品冷却至室温后再次进行回火，因而能够非常廉价地制造高疲劳强度零件。

[0018] 并且，为了实施以上述结论为基础的技术，发明人深入研究了能以工业规模进行制造的设备的组成，从而导出本发明。

[0019] 本发明为基于上述结论的成果。

[0020] 即，本发明的要点组成如下所述。

[0021] (1)一种热锻设备，其在输送线上依次设有加热钢原材的加热炉及对加热后的钢原材实施锻造的热锻机，所述热锻设备的特征在于，在所述热锻机内和/或热锻机的下游侧，设有对热锻后的锻造品进行部分冷却的部分冷却装置。

[0022] (2)根据上述(1)所述的热锻设备，其中，所述部分冷却装置具有向锻造品的一部分喷射冷却液的喷嘴。

[0023] (3)根据上述(1)或(2)所述的热锻设备，其中，在热锻机输出侧的沿着输送线的位置上，至少设有1个所述部分冷却装置。

[0024] (4)根据上述(1)、(2)或(3)所述的热锻设备，其中，在热锻机输出侧的沿着输送线的位置上，设有多个所述部分冷却装置。

[0025] 根据本发明，能够提供一种用于确实地制造出疲劳强度及冷加工性优良的热锻品的设备。附图说明

[0026] 图1是回热过程中的温度履历的概念图。

[0027] 图2是表示参数H和(V1-V2)/V2的关系的图。

[0028] 图3是表示热锻设备组成的图。

[0029] 图4是表示热锻过程的工序图。

[0030] 图5是表示部分冷却装置的图。

[0031] 图3、图4、图5中的标号说明如下所示。

[0032] 1 加热炉

[0033] 2 钢原材

[0034] 3 输送线

[0035] 4 热锻机

[0036] 5 部分冷却装置

[0037] 20 热锻品

[0038] 20a 法兰根部

[0039] 20b 轴端部

[0040] 首先，为了得到疲劳强度及冷加工性优良的热锻品，通过热锻后的部分冷却在锻造品的特别要求疲劳强度的部位导入硬化部，将其以外的部分作为非硬化部，特别优选为上述硬化部的表面维氏硬度V1与上述非硬化部的表面维氏硬度V2满足下式：

[0041] (V1-V2)/V2：0.1～0.8。

[0042] 即，当比值(V1-V2)/V2不足0.1时，硬化部的强度上升较少，不能得到充分的提高疲劳强度的效果。另一方面，当比值(V1-V2)/V2超过0.8时，硬度变得过高，从而使被切削性等冷加工性大幅降低。特别是由于在热锻后直接进行部分淬火，所以其后的切削加工不可或缺，因而推荐使(V1-V2)/V2为0.8以下。最佳范围为0.2～0.6。

[0043] 具有这样的硬度差的上述硬化部包含马氏体组织和/或贝氏体组织；另一方面，非硬化部以铁素体组织和/或珠光体组织为主体，有时也会混入部分贝氏体组织。

[0044] 以上的热锻品，是经热锻后直接进行部分淬火，然后自回火而得到的，之后经切削最终加工而成为机械结构零件。此处所说的热锻是加热到AC3以上的温度进行锻造的工序。

[0045] 接下来，对用于制造(V1-V2)/V2：0.1～0.8的热锻品的制造条件进行说明。

[0046] 即，根据制造这种零件的一般方法，加热钢原材并投入热锻机进行热锻，但是对于这样得到的锻造品，局部地进行以20℃/s以上的速度从AC3以上冷却至AC1-150℃以下的冷却处理很重要。即，通过在热锻后以20℃/s以上的速度将要求高疲劳强度的部位从AC3以上冷却至AC1-150℃以下，能抑制冷却过程中生成铁素体，并使组织为马氏体和/或贝氏体。

[0047] 在此，热锻后的部分冷却之所以在从AC3以上至AC1-150℃以下的温度范围内进行，是因为为了在冷却后得到充分的回热效果必须进行从AC3以上开始冷却；冷却至AC1-150℃以下是为了抑制铁素体的生成。

[0048] 而且，将上述温度范围内的冷却速度设为20℃/s以上是为了抑制冷却过程中铁素体发生相变，并使组织为马氏体和/或贝氏体。

[0049] 其后，通过利用该零件的保有热量进行回热而在不超过AC1点的温度范围内连续地回火，是很重要的。即，因为当回热的回火温度超过AC1点时，由部分淬火所形成的组织再次变成奥氏体，在其后的冷却过程中变成铁素体-珠光体组织。为了防止发生上述情况，在不超过AC1点的温度范围内使其回火很重要。

[0050] 并且，通过上述回热进行的回火，在冷却停止后，对于在回热后的降温过程中到达300℃之前的期间，由每Δtn秒的平均温度Tn(K)并以下式(1)定义的参数H优选满足65≤H≤85。

[0051] H＝log10∑10fn ……(1)

[0052] 其中，fn＝logΔtn-1.597×104/Tn+100

[0053] 在此，图1表示了部分冷却部分回热时的温度履历。如图1所示，从冷却停止后的冷却曲线求出各Δtn的平均温度Tn(K)，通过将其应用于上述(1)式，确定参数H。此时，由于自回火过程中的温度Tn连续变化，因而将Δtn设为0.5秒以下而求出。

[0054] 图2中表示了上述比值(V1-V2)/V2与参数H的关系。如图2所示，参数H与硬度比关系密切，当参数H不足65时，回火效果不充分，因此硬度比(V1-V2)/V2超过0.8，则存在被切削性差的问题。而且，当参数超过85时，由于过度软化使(V1-V2)/V2变得不足0.1，因而不能得到提高疲劳强度的效果。

[0055] 如上所述，为了得到疲劳强度及冷加工性优良的热锻品，必须恰当地进行热锻后的部分冷却，优选根据上述参数H进行，根据图3对所使用的热锻设备进行详细说明。

[0056] 即，在图3中，标号1为加热钢原材的加热炉，其如下构成，在向该加热炉1的输出侧延伸并输送加热后的钢原材2的输送线3上设有热锻机4，并且在热锻机4的输出侧的沿着输送线3的位置上设有部分冷却装置5。

[0057] 加热后的钢原材2在热锻机4中被模锻为所需的形状。例如，图4(a)所示的钢原材2，在热锻机4中经图4(b)～(d)所示的工序成形为具有最终加工前的制品形状的锻造
品20。

[0058] 然后，在设置于热锻机4的输出侧的部分冷却装置5中，对锻造品20的特定部分实施冷却。在部分冷却装置5中，例如如图5所示，对应锻造品20，在其圆周等分的多个位置上设有上下两层多个喷嘴5a，通过从这些喷嘴5a例如向锻造品20的法兰根部20a喷射
冷却液，能仅对法兰根部20a进行冷却。

[0059] 图5所示的部分冷却装置具有放置锻造品20的旋转台座6，该旋转台座6能够通过电动机8进行旋转。多个喷嘴5a的位置被固定，用以对放置于旋转台座6上的锻造品20
的法兰根部20a喷出冷水。喷嘴5a连接于冷却水供给管12，在冷却水供给管12中设有用
于供给冷却水的升压泵11、用于控制喷出量的流量调整阀10以及用于监视流量的流量计
9。并且，为了仅对锻造品20的法兰根部20a进行局部冷却，而抑制其他部分被冷却，在喷嘴5a的上侧设有上部冷却水隔板7a、在喷嘴5a的下侧设有下部冷却水隔板7b。上部冷却
水隔板7a、下部冷却水隔板7b均为环状隔板，分别以能够抑制冷却水向锻造品20的非冷却对象部分漏出的方式构成。而且，为了防止锻造品20的与旋转台座6接触的部分的热量放出，使用陶瓷制台座作为旋转台座6。

[0060] 在如上构成的部分冷却装置中，当一边使旋转台座6旋转一边由喷嘴5a喷出冷却水时，仅冷却法兰根部20a而没有强制冷却其他部分，因此能够仅对局部冷却部分、即该例中的法兰根部20a进行淬火。然后，在冷却结束后，利用来自非局部冷却部分的热量实施自回火。

[0061] 此时，优选根据上述参数H进行部分冷却。

[0062] 部分冷却后实行放冷。该放冷可以在配置于输送线3的终端的未图示的斗内进行，也可以在输送线3上进行。

[0063] 通过使用以上热锻设备，能够对从热锻机出来的锻造品确实地进行局限于特定部分的冷却，因而能够制造出(V1-V2)/V2：0.1～0.8的热锻品。

[0064] 另外，在上述设备示例中，沿输送线3的位置上设有1个部分冷却装置5，但也可以沿输送线3配置多个部分冷却装置5。通过这样的构成，能够几乎同时对多个锻造品进行部分冷却，从而能够根据锻造速度在同一输送线上实行部分冷却处理。

[0065] 而且，喷嘴5可以是在环形管的内侧设有多个孔的喷嘴，也可以是圆周形的狭缝喷嘴。当使用这些喷嘴时，也可以用非旋转的台座代替旋转台座6，但为了进一步提高均匀性，优选使用旋转台座6。

[0066] 而且，对于隔板7a，其是根据非冷却对象部温度下降量的容许程度而设置的部件，并不一是必需的。

[0067] 上述例中，在锻造机的下游侧设有部分冷却装置5，但是也可以将其设于锻造机中使得在锻造后立即就能进行冷却。并且，在多道次中进行锻造的情况下，也可以设定成在所有道次间均能进行冷却。

[0068] 实施例

[0069] 将表1所示化学成分组成的钢在真空熔解炉中进行熔炼，铸造为100kg的钢锭。然后，通过热锻使钢锭成为65mmΦ的轧制棒钢后，导入图3所示的热锻设备中。首先，将该轧制棒钢于加热炉1中加热至1200℃后，在810～1200℃的温度范围内，在热锻机4中实
施图4(b)～(d)所示3个阶段的热锻，从而成形为该图(d)所示的具有法兰的热锻品20。
将该锻造品20直接送入图5所示的部分冷却装置5中，并在其中通过喷出流量10～20l/
min的冷却水进行局限于法兰根部20a的部分冷却，之后放冷。部分冷却部的开始温度设为
780～1150℃。

[0070] 对于这样得到的热锻品，根据以下要点实施组织观察、硬度测定及切削试验。为了进行比较，也用以往一般使用的热锻/空气冷却工艺以及热锻/整体淬火回火工艺制造成锻造品。整体淬火后，进行回火温度为600℃×1hr的回火处理。

[0071] 首先，组织观察是从得到的热锻品的法兰根部20a及轴端部20b切出组织观察用样品，在光学显微镜及电子显微镜下观察其硝酸乙醇腐蚀组织。

[0072] 维氏硬度测定是从法兰根部20a及轴端部20b分别测定其表皮下1mm处在300克载荷下的维氏硬度。

[0073] 通过外周车削来评价切削试验中的切削性。即，使用超硬工具P10，在切削速度为200m/min、切深为0.25mm及进给量为0.5mm/rev的条件下，喷射雾状润滑剂并实施切削，以通过车削来切削零件整体所需要的时间进行评价。设切削以往的热铸/空气冷却工艺材料所需要的时间t1，此时需要的时间为t2，以(t2-t1)/t1来进行评价。

[0074] 表1

[0075]钢标 化学组成(mass％) 相变点(℃)号
C Si Mn Mo P S Al Cu Ni Nb Cr Ti V B Ca Ac3 Ac1
1 0.54 0.230.83 - 0.014 0.015 0.026 - - - 0.20 - - - - 771 724
2 0.31 0.220.64 - 0.014 0.008 0.021 - - - - - - - - 807 723
3 0.53 0.69 0.8 - 0.015 0.015 0.019 - 0.05 - 0.16 - 0.03 - - 795 736
4 0.45 0.660.55 0.360.010 0.010 0.030 0.16 0.21 0.021 - 0.0150.02 0.0020.004 817 733
5 0.51 0.760.62 0.540.021 0.009 0.0250.31 - - - - - - - 816 738[0076] Ac3＝910-203_C-15.2Ni+44.7Si+104V+31.5Mo

[0077] Ac1＝723-10.7Mn-16.9Ni+29.1Si+16.9Cr

[0078] 表2

[0079]热锻 冷却 冷却 冷却 换热
No. 钢 温度 开始 速度 停止 最大 H 硬化部 非硬化 硬度 切削 备注
部 上 时间
温度 (℃/ 温度 温度 升率比
(℃) (℃) s) (℃) (℃) (％)
种 组织 Hv 组织 Hv

1 1 1200 1100 35 203 560 M 332 F+P 234 42 1.1 发明例
80
2 1200 1150 22 214 620 M 269 F+P 236 14 1.0 ″
84
3 1050 980 34 229 370 M 427 F+P 241 77 1.2 ″
67
4 950 870 60 220 520 M 346 F+P 236 47 1.1 ″
78
5 810 780 40 219 530 M 362 F+P 247 47 1.1 ″
79
6 1150 1100 38 340 550 B 301 F+P 243 24 1.0 ″
81
7 1150 1100 51 270 540 M+B 354 F+P 239 48 1.1 ″
79
8 1150 1100 0.5 - - - - F+P 231 - 1.0 比较例：以往工艺-
9 1150 1100 36 室温 - M 687 - - - 4.2 比较例：完全淬- 火回火
1100 1030 26 367 560 M 296 F+P 224 32 1.1 发明例
10 63
2
1100 1030 0.7 - - - - F+P 226 - 1.0 比较例：以往工艺
11 -

3 1140 1050 27 260 530 M 342 F+P 267 28 1.2 发明例
12 81
1140 1050 0.7 - - - - - 267 - 1.0 比较例：以往工艺
13 -
1080 1020 23 305 520 M 339 B 285 19 1.1 发明例
14 79
4
1080 1020 0.6 - - - - - 279 - 1.0 比较例：以往工艺
15 -

16 1120 1080 42 237 530 M 319 B 264 21 1.1 发明例
76
5
1120 1080 0.4 - - - - - 263 - 1.0 比较例：以往工艺
17 -

[0080] 如表2所示，通过使用本发明的设备确实地进行部分冷却，结果得到了以下锻造品，其冷却部的组织包含回火马氏体或贝氏体、或它们的混合组织，冷却部以外的组织包含铁素体或贝氏体，两者的硬度比(V1-V2)/V2为0.14～0.77。而且，切削性的评价结果为以往工艺材料的1.2倍以下，约为以往实施全面淬火后的锻造品的1/3以下。