DE602005003979T2 - Stahlband für eine Austauschklinge und dessen Herstellung - Google Patents

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf martensitische Edelstahlbänder für Rasierklingen und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Bei der herkömmlichen Herstellung von Rasierklingen wird ein Stahlband mechanisch zerschnitten.
  • JP-A-9-510401 mit dem Titel „RAZOR BLADE MANUFACTURE" beschreibt zum Beispiel ein Herstellungsverfahren für Rasierklingen, bei dem eine als Ausgangsmaterial verwendete Bandrolle (Coil) gestanzt wird, mit Schlitzmessern gerade Nuten (Öffnungen) gebildet werden, sodann eine Wärmebehandlung zum Härten durchgeführt wird und schließlich ein Aufteilen in die Endprodukte erfolgt.
  • Dieses Verfahren eignet sich ausgezeichnet zur Steigerung der Produktivität, weil die Verfahrensschritte des Bildens der Nuten, des Härtens und des Teilens nacheinander an einem Stahlband in Rollenform erfolgen.
  • Im Hinblick auf das Stahlband, das bei dem in JP-A-9-510401 beschriebenen Verfahren als Ausgangsmaterial verwendet wird, werden die Nuten mit den Schlitzmessern auf einem Stahlband im Walzzustand gebildet. In diesem Fall müssen die Schlitzmesser mit großer Genauigkeit positioniert werden. Darüber hinaus entsteht das Problem, dass mit steigender Zuführgeschwindigkeit des Ausgangsmaterialbandes der Verschleiß der Schlitzmesser zunimmt. Daher kann die Zuführgeschwindigkeit des Ausgangsmaterialbandes nicht erhöht werden.
  • GB 1598352 beschreibt ein Herstellungsverfahren für Rasierklingen, nach dem die Kanten eines Rasierklingen-Stahl bandes mit Laserstrahlen gehärtet werden. Ähnliche Verfahren sind in JP 59050120 und JP 60258416 beschrieben.
  • DE 34 05 478 beschreibt ein allgemeines Verfahren zur Bearbeitung eines Metallbandes mit Laserstrahlen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung eines Stahlbandes für Rasierklingen nach einem neuen Verfahren, bei dem die Nuten nicht mechanisch gebildet werden müssen.
  • Zum mechanischen Bilden der Nuten muss das Stahlband mit einem Schlitzmesser in Kontakt stehen und sehr präzise positioniert werden. Die Erfinder haben ein Verfahren untersucht, bei dem mit einem berührungslosen Verfahren ein Teilungsabschnitt auf dem Band gebildet wird. Dabei haben die Erfinder festgestellt, dass es durch teilweises Erwärmen des Bandes mit einer Laserstrahlmaschine mittels thermischer Energie möglich ist, den Teilungsabschnitt mit hoher Präzision zu bilden. Weitere Forschungsarbeiten der Erfinder haben ergeben, dass der Teilungsabschnitt auf dem Band bei Verwendung der Laserstrahlmaschine mit hoher Geschwindigkeit gebildet werden kann.
  • Außerdem haben die Erfinder in weiteren Untersuchungen festgestellt, dass es bei der Bildung des Teilungsabschnitts auf dem Stahlband zur Verformung des Stahlbandes wie zum Beispiel einer Krümmung (Biegung) kommen kann. Die Untersuchungen der Erfinder haben jedoch ergeben, dass sich das Problem der Verformung des Bandes lösen lässt, wenn eine Fläche mit veränderter Struktur durch das Bestrahlen mit thermischer Energie auf einem anderen Bereich gebildet wird, wodurch letztlich das Ziel der vorliegenden Erfindung erreicht wird.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein martensitisches Edelstahlband für Rasierklingen in ausgeglühtem Zustand nach Anspruch 1 bereit. Nach einer Ausführungsform weist das Stahlband eine kontinuierliche (laser)gefertigte Nut, die durch thermische Energie in einer Längsrichtung auf einer Seite des Bandes an einer Position mit einem vorbestimmten Abstand von einer Kante gebildet ist, und eine kontinuierliche Fläche von veränderter Struktur auf, die durch thermische Energie in einer Längsrichtung auf der entgegengesetzten Seite des Bandes ebenfalls an einer Position mit einem vorbestimmten Abstand von der entgegengesetzten Kante gebildet ist, wobei die gebildete Nut als ein Teilungsabschnitt des Bandes dient.
  • Die vorstehend genannte Nut wird durch einen Laserstrahl gebildet, und die lasergefertigte Nut weist eine Breite von höchstens 200 μm und eine Tiefe von mindestens 5% der Dicke des Bandes auf.
  • Der für die vorliegende Erfindung verwendete martensitische Edelstahl enthält (nach Massenprozent) 0,30 bis 0,80% C, bis zu 1,0% Si, bis zu 1,0% Mn, 10,0 bis 15,0% Cr und einen Rest, der im Wesentlichen aus Fe besteht.
  • Der martensitische Edelstahl kann zusätzlich zu der vorstehenden chemischen Zusammensetzung optional bis zu 2,0% Mo nach Massenprozent enthalten.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Herstellen eines Stahlbandes für Rasierklingen mit dem Verfahren nach Anspruch 3 bereit. Nach einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die folgenden Schritte: Bestrahlen von Flächen mit vorbestimmtem Abstand von jeder Kante, während das Band durchläuft, Bilden einer kontinuierlichen Nut, die als Teilungsabschnitt in einer Längsrichtung auf einer Seite des Bandes dient, und Bilden einer kontinuierlichen Fläche von veränderter Struktur in einer Längsrichtung auf der anderen Seite des Bandes.
  • Der Teilungsabschnitt des Bandes nach der vorliegenden Erfindung entsteht durch die kontinuierliche Nut, die durch die thermische Energie in der Längsrichtung des Bandes gebildet wird. Auf diese Weise wird der Teilungsabschnitt des Bandes so gebildet, dass er über die gesamte Länge des Bandes eine im Wesentlichen gleichbleibende Querschnittsform aufweist. Die vorliegende Erfindung ist insofern von Vorteil, als sie beim Teilen des Bandes das Auftreten eines Problems durch teilweise noch nicht abgetrennte Bandbereiche verhindert.
  • Darüber hinaus wird der Teilungsabschnitt des Bandes, weil die kontinuierliche Nut durch thermische Energie (zum Beispiel mit einem Laserstrahl) gebildet wird, berührungslos und mit hoher Präzision hergestellt. Aufgrund der Wahl einer Laserstrahlmaschine kann die Zuführgeschwindigkeit des Bandes im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren erhöht werden. Daher bietet die vorliegende Erfindung eine ausgezeichnete Produktivität.
  • Wie vorstehend beschrieben, besteht das herausragende Merkmal der vorliegenden Erfindung darin, dass eine kontinuierliche Nut durch thermische Energie in einer Längsrichtung an einem Teilungsabschnitt eines Stahlbandes für Rasierklingen auf einer Kantenseite des Bandes gebildet wird, und dass eine kontinuierliche Fläche von veränderter Struktur in der Längsrichtung auf der entgegengesetzten Kantenseite des Bandes gebildet wird.
  • Ferner liegt der Grund, warum beide Abschnitte mit jeweils vorbestimmten Abständen von der jeweiligen Kante des martensitischen Edelstahlbandes in ausgeglühtem Zustand mit thermischer Energie bestrahlt werden, darin, dass es, wenn nur eine Nut gebildet wird, aufgrund des Erwärmens, Schmelzens und Abkühlens zu einer thermischen Kontraktion kommt und dadurch eine Verformung wie zum Beispiel eine Krümmung (Biegung) entsteht. Daher sind die Nut und die Fläche von veränderter Struktur an Abschnitten gebildet, die jeweils einen vorbestimmten Abstand zu der jeweiligen Kante des martensitischen Edelstahlbandes aufweisen.
  • Durch diese Maßnahme kann die Verformung des martensitischen Edelstahlbandes durch das Bestrahlen des Bandes mit thermischer Energie unterdrückt werden.
  • Nachstehend wird die vorliegende Erfindung ausführlich erläutert.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1a zeigt ein Mikrofoto eines Beispiels für ein Stahlband für Rasierklingen im Querschnitt, bei dem eine Nut gebildet ist, und 1b zeigt eine schematische Ansicht des Querschnitt-Mikrofotos.
  • 2a zeigt ein Mikrofoto eines Beispiels für ein Stahlband für Rasierklingen im Querschnitt, bei dem eine Fläche von veränderter Struktur gebildet ist, und 2b zeigt eine schematische Ansicht des Querschnitt-Mikrofotos.
  • 3 zeigt einen schematischen Querschnitt der Breite und Tiefe einer in einem Stahlband für Rasierklingen gebildeten lasergefertigten Nut.
  • 4 zeigt eine schematische Ansicht eines Teilungsversuchs (Biegeversuchs) mit einem Stahlband für Rasierklingen.
  • 5 zeigt eine schematische Ansicht eines Beispiels für ein Band für Rasierklingen, bei dem eine Nut und eine Fläche von veränderter Struktur gebildet sind.
  • 6 zeigt ein Diagramm der Ergebnisse des Teilungsversuchs (Biegeversuchs) mit einem Stahlband für Rasierklingen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Der als Ausgangsmaterial für Rasierklingen verwendete martensitische Edelstahl nach der vorliegenden Erfindung bezeichnet einen Edelstahl, dessen metallographische Struktur durch Quenchen/Abschreckhärten in eine martensitische Struktur umgewandelt wird, dessen Härte dadurch zunimmt und der, nach Massenprozent, einen Gehalt von mindestens 10% Cr aufweist. Der martensitische Edelstahl wird zu einem Band geformt, das wiederum als Ausgangsmaterial verwendet wird.
  • Das Ausgangsmaterial für Rasierklingen weist nach dem Ausglühen eine ferritische Struktur auf, und weil das Ausgangsmaterial noch durch Quenchen gehärtet werden muss, ist die Härte des Ausgangsmaterials gering und es befindet sich in einem Zustand, in dem es zu einem Coil gewickelt werden kann. Daher wird das martensitische Edelstahlband in ausgeglühtem Zustand bei der vorliegenden Erfindung als Ausgangsmaterial für Rasierklingen verwendet.
  • Die Vickers-Härte des martensitischen Edelstahlbandes muss in ausgeglühtem Zustand zwischen HV250 und 370 liegen, so dass das Ausgangsmaterial für Rasierklingen zu dem Coil gewickelt werden kann. Darüber hinaus bezeichnet das in der Erfindung genannte Stahlband in ausgeglühtem Zustand das ausgeglühte Band, das sich in einem Zustand vor dem Quenchen befindet, durch das seine Härte erhöht werden soll. Das Ausglühen erfolgt auf die übliche Weise. Außerdem kann es auch ausgeglühte Stahlbänder umfassen, die mit einem Reduktionsverhältnis von höchstens 20% fertigkaltgewalzt werden. Selbst wenn ein Verfahren zum Fertigkaltwalzen durchgeführt wird, empfiehlt sich im Übrigen ein Härtegrad, bei dem die fertigkaltgewalzten Bänder zu Coils gewickelt werden können, und die gewünschte Vickers-Härte in ausgeglühtem Zustand beträgt HV260 bis 330.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird eine als Teilungsabschnitt dienende Nut durch Erwärmen mit einer Laserstrahlmaschine, die dazu zum Beispiel thermische Energie nutzt, in einer Längsrichtung an einer Position mit einem vorbestimmten Abstand von einer Kante des Stahlbandes gebildet. Außerdem wird eine Fläche von veränderter Struktur zur Verhinderung von Verformungen durch Erwärmen mit einer Laserstrahlmaschine an der entgegengesetzten Kantenseite der Nut gebildet.
  • Dabei stellt die Nut einen ausgesparten Abschnitt dar, der gebildet wird, wenn das martensitische Edelstahlband mit thermischer Energie bearbeitet wird. Die Fläche von veränderter Struktur stellt einen Abschnitt dar, in dem eine Veränderung der metallographischen Struktur stattfindet, wenn das martensitische Edelstahlband zum Beispiel mit thermischer Energie bearbeitet wird. Darüber hinaus wird weiter unten ein bevorzugtes Verfahren zum Bilden der Nut und ihrer Abmessungen beschrieben.
  • Bei der vorliegenden Erfindung erfolgt das Verfahren zum Bilden der Nut vorzugsweise mit einer Laserstrahlmaschine. Der Grund hierfür ist der, dass die Laserstrahlmaschine die Nut durch Erwärmen und Abkühlen eines Abschnitts des martensitischen Edelstahlbandes bildet und dass dies ohne Berührung des Bandes unter Bildung einer spröden, geschmolzenen und wieder erstarrten Struktur geschieht. Die spröden, geschmolzenen und wieder erstarrten Strukturen bleiben fast unverändert erhalten, auch wenn sie gequencht und angelassen werden. Hierdurch wird das Stahlband an der so gebildeten Nut geteilt.
  • Darüber hinaus lassen sich mit einer Laserstrahlmaschine die Abmessungen des wärmeveränderten Bereichs mit hoher Präzision leicht kontrollieren. Außerdem kann das Stahlband mit hoher Geschwindigkeit zugeführt werden, während das Band bestrahlt wird, wodurch sich die Produktivität erheblich steigern lässt.
  • Was das Bilden der Fläche von veränderter Struktur an der entgegengesetzten Kantenseite der Nut betrifft, so kann eine Abmessungskontrolle des Abschnitts mit hoher Präzision problemlos durchgeführt werden. Darüber hinaus kann der Abschnitt mit einem Laserstrahl bestrahlt werden, während das Band mit hoher Geschwindigkeit durchläuft, wodurch sich die Produktivität weiter steigern lässt.
  • Um ferner eine Verformung aufgrund des Erwärmens und Abkühlens zu verhindern, empfiehlt es sich, die Fläche von veränderter Struktur an einer Position mit einem im Wesentlichen gleichen Abstand von ihrer Kante wie dem Abstand zwischen der Nut und ihrer entsprechenden Kante zu bilden. Die Position kann jedoch abhängig von der Leistung des Laserstrahls verschoben sein. Eine Nut kann mit dem Laserstrahl auf der Fläche von veränderter Struktur gebildet werden. Weist die Nut auf der Fläche von veränderter Struktur eine Tiefe auf, die größer ist als die Tiefe der Nut, wird das Band brüchig, und auf der Fläche von veränderter Struktur wird es wahrscheinlich zu einem Bruch kommen. Um diese Brüchigkeit des Bandes zu vermeiden, ist die Tiefe der auf der Fläche von veränderter Struktur gebildeten Nut vorzugsweise geringer als die Tiefe der gebildeten, als Teilungsabschnitt dienenden Nut, und die Tiefe der Nut auf der Fläche von veränderter Struktur sollte so gering wie möglich sein. Auch wenn die Bildung einer Nut auf der Fläche von veränderter Struktur unvermeidlich ist, lässt sich die Brüchigkeit des Bandes verhindern, indem die Tiefe der Nut so eingestellt wird, dass sie höchstens 50% der Tiefe der gebildeten, als Teilungsabschnitt dienenden Nut ausmacht.
  • Zum Bilden der Nut oder der Fläche von veränderter Struktur mit einem Laserstrahl kann ein YAG-Laser benutzt werden. Insbesondere kann ein DISK-YAG-Halbleiterlaser verwendet werden, der über längere Zeit eine konstant hohe Leistung erzeugen kann.
  • Zum Bilden der Nut (wärmeveränderter Bereich) in dem Teilungsabschnitt mit der Laserstrahlmaschine kann das Stahlband als Ausgangsmaterial mit einer Geschwindigkeit von mindestens 500 m/min zugeführt werden, was sich deutlich von einer mechanischen Nutenfräsmaschine unterscheidet. Laut den Erfindern kann das Band mit einer Rate von über 1.000 m/min zugeführt werden.
  • Die Nut und die Fläche von veränderter Struktur, die mit einer Laserstrahlmaschine gebildet werden, weisen im Wesentlichen konstante Querschnittsformen auf und sind in der Längsrichtung des Bandes kontinuierlich. Auf diese Weise kann beim Teilen des Stahlbandes das Problem verhindert werden, das auftritt, wenn das Band teilweise noch zusammenhängt, weil es (in diesen Bereichen) nicht geteilt ist.
  • Dabei werden eine Nut 4 und eine Fläche 2 von veränderter Struktur kontinuierlich an Positionen gebildet, die jeweils einen vorbestimmten Abstand von jeder Kante 6 eines Bandes 1 für Rasierklingen aufweisen, wie in der schemati schen Ansicht einer (gewalzten) Oberfläche des Bandes in 5 gezeigt. Dabei bezeichnet die Längsrichtung die Richtung entlang der Länge des gewalzten Bandes.
  • Sind die Nut und der wärmeveränderte Bereich diskontinuierlich gebildet, entsteht ein Problem, wenn das Band teilweise noch zusammenhängt, weil es (in diesen Bereichen) nicht geteilt ist. Daher müssen die Nut und der wärmeveränderte Bereich kontinuierlich gebildet werden.
  • Bei der vorliegenden Erfindung kann das Band, wenn die Nut darin gebildet ist, durch Biegen im spitzen Winkel geteilt werden. Das Teilen des Bandes durch Biegen wird weiter unten anhand von Beispielen ausführlich beschrieben.
  • Wenn die Nut und die Fläche von veränderter Struktur mit einen Laserstrahl gebildet werden, wie in dem Querschnitt-Mikrofoto in 1 gezeigt, ergibt sich die Besonderheit, dass am Rand der in der Fläche von veränderter Struktur gebildeten Nut 4 ein geschmolzener und wieder erstarrter Bereich 3b und ein wärmeveränderter Bereich 3a entstehen.
  • Der auf dem Querschnittfoto der metallographischen Struktur zu sehende geschmolzene und wieder erstarrte Bereich und der wärmeveränderte Bereich sind auch in der Fläche von veränderter Struktur nach der vorliegenden Erfindung zu beobachten.
  • Nach der vorliegenden Erfindung sollte die Breite der Nut höchstens 200 μm und ihre Tiefe mindestens 5% der Dicke des Bandes betragen.
  • Der Grund, weshalb die Breite der Nut höchstens 200 μm betragen sollte, liegt darin, dass die Teilungsposition bei einer zu großen Breite instabil wird und dass sich eine große Breite ungünstig auf die Genauigkeit auswirkt. Noch besser ist eine Breite zwischen 10 und 100 μm.
  • Die Tiefe sollte mindestens 5% der Dicke des Bandes betragen, weil sich, wenn das Band nach erfolgtem Fixieren durch Biegen geteilt wird, eine größere Spannung auf die Nuten konzentrieren kann, so dass das Band in einem noch spitzeren Winkel geteilt werden kann. Die Tiefe der Nut kann zwar vergrößert werden, aber durch die Wahl eines anderen Typs von Laserstrahlmaschine oder durch eine Änderung des Bearbeitungszustands kann die Nut, wenn die Tiefe zu groß gewählt wird, wegschmelzen, wodurch die Brüchigkeit des Coils zunimmt. Insbesondere weil die Dicke des Bandes für Rasierklingen dünn ist, unter 3 mm (es gibt auch Rasierklingen mit einer Dicke von 100 μm), beträgt die Obergrenze für die Tiefe vorzugsweise 50% der Banddicke.
  • Die Tiefe der Nut beträgt vorzugsweise zwischen 10 und 47% der Banddicke.
  • Nachstehend wird die empfohlene chemische Zusammensetzung des bei der vorliegenden Erfindung verwendeten martensitischen Edelstahls beschrieben. Die Zusammensetzung ist, sofern nicht anders angegeben, in Massenprozent angegeben.
  • Kohlenstoff (C): 0,30 bis 0,80%
  • Bei der Wärmebehandlung vor dem Quenchen wird in einem Carbid enthaltenes C bei einer Austenitisierungstemperatur in einer Matrix gelöst. C ist ein wichtiges Element zur Bestimmung der Härte einer durch Quenchen gebildeten martensitischen Struktur. Um eine ausreichende Härte für Rasierklingen zu erzielen, sollte der C-Gehalt in dem martensitischen Edelstahl vorzugsweise mindestens 0,30% betragen. Liegt der C-Gehalt jedoch über 0,80%, kommt es beim Erstarren wahrscheinlich zur Entstehung großer eutektischer Carbidkristalle. Bei Anwendungen, die eine dünne Dicke und eine scharfe Schneidkante erfordern, können große Carbidkristalle ein Absplittern der Klingenkante verursachen. Daher ist für den C-Gehalt eine Obergrenze von 0,80% festgelegt.
  • Silizium (Si): bis zu 1,0%
  • Si, das normalerweise als Reduktionsmittel zum Frischen einer Stahlschmelze verwendet wird, wird in einer Stahlmatrix gelöst und ist ein geeignetes Element zur Verhinderung des Erweichens bei niedrigen Anlasstemperaturen. Si bleibt jedoch wahrscheinlich als harter nicht metallischer Einschluss (SiO2) im Stahl erhalten und kann zum Absplittern der Klingenkante und sogar zu Rostflecken führen. Daher ist eine Obergrenze für den Si-Gehalt von 1,0% festgelegt. Der Si-Gehalt beträgt vorzugsweise bis zu 0,35%.
  • Mangan (Mn): bis zu 1,0%
  • Mn dient ähnlich wie Silizium als Reduktionsmittel beim Frischen einer Stahlschmelze. Mn bildet einen weichen nicht metallischen Einschluss zum Beispiel als MnS oder Mn-Si-Oxid, das durch plastische Bearbeitung dehnbar ist, und eignet sich zur Vermeidung der Bildung der vorstehend genannten harten nicht metallischen Einschlüsse (SiO2). Übersteigt der Mn-Gehalt jedoch 1,0%, sinkt die Warmformbarkeit des Stahls. Daher ist eine Obergrenze für den Mn-Gehalt von 1,0% festgelegt. Der Mn-Gehalt beträgt vorzugsweise zwischen 0,6 und 0,8%.
  • Chrom (Cr): 10,0 bis 15,0%
  • Cr ist ein für Edelstahl unerlässliches Element, da es seine Korrosionsbeständigkeit ausmacht. Zur Erzielung einer hinreichenden Korrosionsbeständigkeit und Verteilung feiner Chromcarbide im Stahl durch Bindung von Cr an C, sollte der Cr-Gehalt vorzugsweise mindestens 10% betragen. Ein Cr-Gehalt von über 15% führt jedoch zum Ausfällen von großen Carbidverbindungen vom Typ Cr7C3 und wahrscheinlich zum Absplittern der Klingenkante. Daher ist der Cr-Gehalt auf einen Bereich von 10,0 bis 15,0% festgelegt. Der Cr-Gehalt beträgt vorzugsweise zwischen 12,0 und 14,5%.
  • Bei der vorliegenden Erfindung kann neben den vorstehend genannten Elementen auch ein Gehalt von bis zu 2,0% Molybdän (Mo) enthalten sein.
  • Mo: bis zu 2,0%
  • Mo kann dem Stahl optional zugesetzt werden, da es die Korrosionsbeständigkeit gegen Elemente aus der Halogenfamilie, zum Beispiel Chlor, verbessert, das Lochfraßkorrosion bewirken kann. Ein Mo-Gehalt von über 2,0% senkt jedoch die Initialtemperatur für die martensitische Umwandlung (Ms-Punkt), so dass der Gehalt an Abschreckaustenit beim Quenchen übermäßig ansteigt und die Abschreckhärte sinkt. Daher ist der Mo-Gehalt auf bis zu 2,0% festgelegt. Der Mo-Gehaltsbereich beträgt vorzugsweise 0,5 bis 1,5%.
  • Bei der vorliegenden Erfindung umfasst der Stahl neben den vorstehend genannten Elementen einen Rest, der im Wesentlichen aus Fe besteht. Zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit gegen nicht oxidierende Säure wie zum Beispiel Schwefelsäure (H2SO4) kann jedoch auch Nickel enthalten sein; außerdem können Verunreinigungen enthalten sein.
  • Liegt der Gehalt an anderen als den vorstehend genannten Elementen jedoch insgesamt über 2,0%, führt dies wahrscheinlich zum Absplittern der Klingenkante oder zur Verschlechterung der Warmformbarkeit usw. des Stahls. Daher ist der Gesamtgehalt an Elementen, die neben den vorstehend genannten Elementen und dem Fe-Rest enthalten sein können, auf 2,0% begrenzt.
  • BEISPIELE
  • Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand von Versuchsergebnissen erläutert.
  • Blöcke (Legierungen Nr. 1 und Nr. 2) aus durch Schmelzen in Umgebungsatmosphäre hergestellten martensitischen Edelstählen wurden geschmiedet und warmgewalzt, und beim Warmformen gebildeter Zunder wurde entfernt, um auf diese Weise die Ausgangsmaterialien für das Kaltwalzen zu erhalten.
  • Die Ausgangsmaterialien wurden wiederholt kaltgewalzt und geglüht. Nach dem letzten Glühen wurden sie mit einer Reduktionsrate von 18% fertiggewalzt, wodurch Ausgangsmaterial mit einer Dicke von 0,08 mm und einer Breite von 6 mm für Stahlbänder für Rasierklingen erhalten wurde. Die chemische Zusammensetzung der Legierungen ist in Tabelle 1 angegeben.
  • Die Metallographie beider Legierungen der Stahlbänder für Rasierklingen zeigt ferritische Strukturen. In Vickers-Härte betrug die Härte der Legierung Nr. 1 HV280 und die der Legierung Nr. 2 HV290; somit befanden sich die Legierungen in einem Zustand, in dem die Bänder zu Coils gewickelt werden konnten. Tabelle 1
    Legierung Nr. C Si Mn Cr Mo Rest
    1 0,48 0,46 0,90 13,7 1,25 Fe und unvermeidliche Verunreinigungen
    2 0,65 0,27 0,73 13,6 - Fe und unvermeidliche Verunreinigungen
    • Hinweis 1: „-" bedeutet nicht enthalten.
    • Hinweis 2: Der Gehalt an unvermeidlichen Verunreinigungen liegt unter 0,05%.
  • Mit dem Stahlband als Ausgangsmaterial für Rasierklingen wurde, während das Band durch eine Maschine lief, eine mit einer Laserstrahlmaschine gefertigte Nut 4 in einem Bereich mit einem Abstand von 1 mm zu einer Kante 6 des Bandes an der Position gebildet, an der das Band in einer Längsrichtung geteilt werden sollte. Gleichzeitig wurde mit einer Laserstrahlmaschine in einem Bereich mit einem Abstand von 1 mm zur entgegengesetzten Kante 6 des Bandes in einer Längsrichtung eine Fläche 2 von veränderter Struktur zur Vermeidung von Verformungen gebildet, während das Band durch die Maschine lief. Auf diese Weise wurde das in der schematischen Ansicht in 5 gezeigte Stahlband 1 für Rasierklingen hergestellt.
  • Zur Bearbeitung des Bandes mit hoher Geschwindigkeit gibt es ein Verfahren zum Bewegen des Laserstrahlkopfes. Da die Mobilität des Laserstrahlkopfes jedoch begrenzt ist, wurde stattdessen das Band bewegt. Auf diese Weise wurden in den vorliegenden Beispielen die lasergefertigte Nut und die Fläche von veränderter Struktur gebildet, während das Band mit konstanter Geschwindigkeit durch die Maschine lief.
  • Ferner wurde zur Bearbeitung von Bändern mit großer Länge ein Verfahren angewendet, bei dem das zu einem Coil gewickelte Band an einem Ende abgewickelt und am anderen Ende wieder zu einem Coil aufgewickelt wurde. Um Geschwindigkeitsänderungen aufgrund der zunehmenden Menge des aufgewickelten Bandes zu vermeiden, wurde ein Geschwindigkeitsregler zur Lösung dieses Problems verwendet.
  • In einem Versuch wurde ein YAG-Laser als Laserstrahlgenerator verwendet. Man unterscheidet zwei Arten von Laserleistungen, eine kontinuierliche und eine gepulste Laserleistung, wobei sich die kontinuierliche Leistung als die beste Lösung für ein schnelles Bilden der Nut erwiesen hat.
  • In den Tabellen 2 und 3 sind die Arten der verwendeten Legierungen, die Bedingungen der Laserstrahlbearbeitung und die Zuführgeschwindigkeiten der Stahlbänder aufgeführt. Tabelle 2 enthält die Bedingungen zum Bilden der Nut, während Tabelle 3 die Bedingungen zum Bilden der Fläche von veränderter Struktur enthält.
  • Figure 00150001
  • Figure 00160001
  • Von den vorstehend genannten, mit einem Laserstrahl bearbeiteten Stahlbändern A1 bis A10 wurden an drei Positionen Proben genommen: eine Probe von jedem Ende und eine weitere Probe aus der Mitte.
  • Von den Proben wurden Prüfstücke zur Untersuchung von Querschnitt-Mikrofotos und zur Messung der Verformung genommen. Zur Messung der Verformung wurden Prüfstücke mit Abmessungen von 0,08 mm × 6 mm × 1.000 mm verwendet. Die Krümmung des Prüfstücks wurde gemessen, indem beide Enden des Prüfstücks an einer Messskala mit einer Geradheitstoleranz von höchstens 0,1 mm ausgerichtet wurden. Der Abstand zwischen dem Prüfstück und der Skala wurde auf einer Länge von 500 mm gemessen.
  • Die Querschnitt-Mikrofotos der gebildeten Nut und der Fläche von veränderter Struktur wurden jeweils untersucht und vermessen.
  • Als Beispiel sind in 1a und 2a Querschnitt-Mikrofotos der gebildeten Nut und des wärmeveränderten Bereichs von Prüfstück A1 gezeigt.
  • 1a zeigt ein Mikrofoto der metallographischen Struktur der gebildeten Nut von Prüfstück A1 im Querschnitt, woraus ersichtlich ist, dass durch den Laserstrahl in dem Band 1 ein wärmeveränderter Bereich 2 gebildet wird. In dem wärmeveränderten Bereich 2 ist die als Teilungsabschnitt dienende Nut 4 gebildet, und am Rand der gebildeten Nut sind ein geschmolzener und wieder erstarrter Bereich 3b und ein wärmeveränderter Bereich 3a entstanden.
  • Wie die gestrichelte Linie in der schematischen Ansicht von 1b zeigt, kann der Fall eintreten, dass oberhalb der gestrichelten Linie vorstehende Bereiche gebildet werden. In diesem Fall können die vorstehenden Bereiche durch Kaltwalzen mit geringem Reduktionsverhältnis wieder eingeebnet werden.
  • Die Breite 7 der gebildeten Nut gibt nicht den Abstand zwischen den vorstehenden Bereichen 5 an. Wird zwischen den beiden ebenen Abschnitten außerhalb der Nut eine gerade Li nie gezogen, gibt der Abstand zwischen beiden Seiten innerhalb der Nut (schneidet die hypothetische Linie) die tatsächliche Breite der Nut nach der vorliegenden Erfindung an (siehe den mit einer gestrichelten Linie dargestellten Abschnitt in 3). Die Tiefe 8 ist der Abstand zwischen der tiefsten Position der Nut bis zur ebenen Oberfläche außerhalb der Nut (siehe 3).
  • Wie der Querschnitt der Fläche von veränderter Struktur, die zur Vermeidung einer Verformung des Prüfstücks A1 dient, in 2b zeigt, wird außerdem eine Struktur gebildet, die den geschmolzenen und wieder erstarrten Bereich und den wärmeveränderten Bereich umfasst.
  • Von dem Stahlband für Rasierklingen, in dem durch Laserstrahlbearbeitung die als Teilungsabschnitt dienende Nut und die zur Vermeidung einer Verformung dienende Fläche von veränderter Struktur gebildet waren, wurden an drei Positionen Prüfstücke nahe jedem Ende und nahe der Mitte in der Längsrichtung entnommen. Durch Untersuchung der mikroskopischen Strukturen in den Querschnittfotos der Prüfstücke wurde bestätigt, dass alle Prüfstücke im Wesentlichen dieselben Querschnittsformen aufweisen.
  • In Tabelle 4 sind die Breiten und Tiefen der gebildeten Nuten in den aus der Mitte der Bänder entnommenen Prüfstücken aufgeführt. Während in Tabelle 5 die Breiten und Tiefen der Nuten zusammengefasst sind, die gebildet werden, wenn die zur Vermeidung von Verformungen dienende Fläche von veränderter Struktur gebildet wird, ist in den Fällen, in denen in dem wärmeveränderten Bereich keine Nut gebildet wird, „keine Nut gebildet" vermerkt. Die Stahlbänder A9 und A10 sind in Tabelle 5 nicht erfasst, weil keine Flächen von veränderter Struktur gebildet wurden. Tabelle 4
    Nr. Breite (μm) Tiefe (μm) Tiefe/Dicke (%) Umfang der Verformung (mm)
    A1 85 25 31 4
    A2 85 25 31 3
    A3 85 25 31 3
    A4 85 25 31 2
    A5 85 25 31 1
    A6 95 37 46 4
    A7 79 37 46 2
    A8 79 8 10 0
    A9 85 25 31 9
    A10 95 37 46 10
    Tabelle 5
    Nr. Breite (μm) Tiefe (μm) Tiefe/Dicke (%)
    A1 Keine Nut gebildet
    A2 Keine Nut gebildet
    A3 Keine Nut gebildet
    A4 Keine Nut gebildet
    A5 Keine Nut gebildet
    A6 50 3 4
    A7 50 5 6
    A8 79 8 10
  • Zur Durchführung einer Teilungsprüfung mit dem Stahlband für Rasierklingen wurden zwei Prüfstücke mit einer Dicke von 0,08 mm, einer Breite von 6 mm und einer Länge von 15 mm verwendet. Ein Ende des Prüfstücks wurde fixiert, während das andere Ende mit einem Prüfgerät gebogen wurde, wie in der schematischen Ansicht in 4 gezeigt. Das Prüfstück, in dem die Nut gebildet war, wurde mit der nach außen weisenden Nut derart gebogen, dass sich die Biegespannung am Boden der Nut konzentrierte.
  • Prüfstücke für die Teilungsprüfung wurden von dem Stahlband für Rasierklingen genommen, das durch Quenchen ausgehend von einer Temperatur von 1.050 bis 1.100°C und Anlassen bei einer Temperatur von 350°C gehärtet wurde. Die Härte des Prüfstücks nach dem Quenchen und Anlassen betrug HV620 bis 660.
  • Die Ergebnisse der Teilungsprüfung sind in 6 zusammengefasst, wobei in dem Diagramm die Abszisse den Biegewinkel 9 angibt, während auf der Ordinate das zum Erreichen des Biegewinkels erforderliche Drehmoment aufgetragen ist. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 aufgeführt, wobei das Prüfstück, das an der mit dem Laserstrahl gebildeten Nut geteilt werden konnte, mit „Y" und das Prüfstück, das nicht geteilt werden konnte, mit „X" gekennzeichnet ist.
  • Bei der Teilungsprüfung wurde das Prüfstück, in dem keine Nut gebildet war, als Vergleichsprobe (mit einer Legierungszusammensetzung entsprechend der Legierung Nr. 2) geprüft; es ist mit „keine Nut (wärmeveränderter Bereich (B)) gebildet" gekennzeichnet. Das Prüfstück wies eine Dicke von 0,08 mm, eine Breite von 6 mm und eine Länge von 15 mm auf. Tabelle 6
    Nr. Genauigkeit der Teilungsposition
    A1 Y
    A2 Y
    A3 Y
    A4 Y
    A5 Y
    A6 Y
    A7 Y
    A8 Y
    A9 Y
    A10 Y
    Keine Nut (wärmeveränderter Bereich (B)) gebildet X
  • Die Ergebnisse der Versuche zeigen, dass alle Prüfstücke nach der vorliegenden Erfindung mit einem kleineren Winkel und mit geringerem Drehmoment geteilt werden können als jene Prüfstücke, in denen keine Nut und kein wärmeveränderter Bereich gebildet sind, während Verformungen verhindert wurden. Daher ist festzuhalten, dass ausgezeichnete Biegeeigenschaften erreicht werden können.
  • In Bezug auf das Band A8 konnte eine Verformung unterdrückt werden, und das Band zeigte keine Verformung. Da die Tiefe der in dem wärmeveränderten Bereich gebildeten Nut dieses Bandes relativ "groß war, bildeten sich, nachdem das Stahlband für den in 4 gezeigten Biegeversuch in dem Prüfgerät fixiert worden war, in einem Fall in einem Abschnitt der Fläche von veränderter Struktur Risse. Daher sollte bei der Behandlung dieses Stahlbandes vorsichtig vorgegangen werden.
  • Durch das vorstehende Ergebnis wurde bestätigt, dass keine oder nur geringe Verformungen in jenen Bändern auftraten, die zwei thermisch gebildete Abschnitte aufwiesen: die als Teilungsabschnitt dienende Nut und die zur Unterdrückung von Verformungen dienende Fläche von veränderter Struktur.
  • Die vorliegende Erfindung bietet ausgezeichnete Eigenschaften in Bezug auf die Bearbeitungsgeschwindigkeit und Teilung. Daher kann sie für Anwendungen eingesetzt werden, die das Teilen eines Stahlbandes mit hoher Präzision erfordern. Darüber hinaus lässt sich bei Stahlbändern mit einer Fläche von veränderter Struktur ein Biegen des Materials erheblich verringern; daher sinkt beim Aufwickeln des Stahlbandes zu einem Coil die Gefahr des Zusammenbrechens. Somit kann die vorliegende Erfindung für Produkte angewendet werden, deren Herstellung hohe Präzision erfordert.

Claims (3)

  1. Martensitisches Edelstahlband für Rasierklingen in ausgeglühtem Zustand, mit einer kontinuierlichen Nut (4), die durch thermische Energie in einer Längsrichtung auf einer Seite des Bandes (1) an einer Position mit einem vorbestimmten Abstand von einer Kante (6) gebildet ist, und einer kontinuierlichen Fläche (2) von wärmeveränderter Struktur, die durch thermische Energie in einer Längsrichtung auf der entgegengesetzten Seite des Bandes (1) an einer Position mit einem vorbestimmten Abstand von der entgegengesetzten Kante gebildet ist, wobei die Nut (4) als ein Teilungsabschnitt des Bandes (1) dient und eine Breite (7) von höchstens 200 μm und eine Tiefe (8) von mindestens 5% der Dicke des Bandes (1) aufweist, und wobei der Stahl, nach Massenprozent, aufweist: 0,3 bis 0,8% C, bis zu 1,0% Si, bis zu 1,0% Mn, 10,0 bis 15,0% Cr, optional bis zu 2,0% Mo, und einen Rest, der im wesentlichen aus Fe besteht.
  2. Band nach Anspruch 1, wobei die Nut (4) durch einen Laserstrahl gebildet ist.
  3. Verfahren zum Herstellen eines Stahlbandes für Rasierklingen, wobei thermische Energie auf Abschnitten mit entsprechenden vorbestimmten Abständen von jeder Kante (6) eines martensitischen Edelstahlbands (1) in ausgeglühtem Zustand gestrahlt wird, während das Band durchläuft, eine kontinuierliche Nut (4) gebildet wird, die als Teilungsabschnitt in einer Längsrichtung auf einer Seite des Bandes (1) dient und eine Breite (7) von höchstens 200 μm und eine Tiefe (8) von wenigstens 5% der Dicke des Bandes (1) aufweist, und eine kontinuierliche Fläche (2) von wärmeveränderter Struktur in einer Längsrichtung auf der anderen Seite des Bandes (1) gebildet wird, wobei der Stahl, nach Massenprozent, aufweist: 0,3 bis 0,8% C, bis zu 1,0% Si, bis zu 1,0% Mn, 10,0 bis 15,0% Cr, optional bis zu 2,0% Mo, und einen Rest, der im wesentlichen aus Fe besteht.
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