JP3965662B2 - メタルバンドソー用刃材およびメタルバンドソー - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
刃材となる高速度鋼と胴材が並行に接合されて構成されるメタルバンドソー用刃材およびメタルバンドソーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
メタルバンドソーは高速度鋼でなる刃材と廉価な低合金鋼の胴材を電子ビーム溶接などにより平行に溶接することで、高速度鋼の節約がなされている。刃材の代表的な組成は（１）１Ｃ−４Ｃｒ−９Ｍｏ−１．５Ｗ−１．３Ｖ−８Ｃｏ（ＳＫＨ５９）、（２）０．９Ｃ−４Ｃｒ−５Ｍｏ−６Ｗ−２Ｖ（ＳＫＨ５１）である。（１）の鋼は主に難削材（ＳＫＤ１１、ステンレス鋼など）の切削、（２）の鋼は一般の切削（構造用鋼など）に使用されている。（１）の鋼は（２）の鋼に対しＷ当量（Ｗ＋２Ｍｏ）がやや多くとＣｏが多く添加され、耐熱性、耐摩耗性を高めていることを特徴としており、これにより、難削材の切削に利用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した難削材切削用途にメタルバンドソーを適用する場合、最も問題となるのは寿命である。従来、メタルバンドソー用の刃材として、寿命を飛躍的に改善する提案はされておらず、高寿命の材料が望まれている。本発明の目的は、上記問題に鑑み、メタルバンドソーの寿命を飛躍的に改善する刃材およびこれを用いたメタルバンドソーを提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、メタルバンドソーの分野において問題となる高速度鋼の刃材の組成を見直し、組成を適切に変更することで切削寿命を大幅に改善できることを見出した。具体的には、高速度鋼の組成の中で、Ｗｅｑ（＝Ｗ＋２Ｍｏ）＋Ｃｏ量を従来材よりも高め、かつＷを規定し、さらに望ましくはＣｏを適切な組成の範囲に規定することにより、刃材の硬度を安定して１０００ＨＶ得ることが可能となり、切削寿命を大幅に改善することを見出したものである。
【０００５】
すなわち、重量％でＷｅｑ＋Ｃｏ ２９％以上、３３％以下で、Ｗが５％以上、９％以下、残部がＦｅを主体とする高速度鋼であることを特徴とするメタルバンドソー用刃材である。
望ましくは、Ｃｏが５％以上１２％以下とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明における重要な特徴はメタルバンドソー用刃材として、従来材と比較してＷｅｑ＋Ｃｏを高めたことにある。以下にこの値を限定した理由を述べる。
ＷｅｑはＷと等価な効果をもつようにＭｏ量を規格化し、ＷとＭｏを既定したものである。Ｍｏ量を２倍にすることでＷと等価な効果得られる。ＷｅｑはＷ＋２Ｍｏと表現できる。以下の実施の形態の表現に「Ｗｅｑ＋Ｃｏ」の項を用いる。
【０００７】
メタルバンドソーの切削寿命を高める因子の中で刃材の硬さがすべてに優先する。Ｗｅｑ、Ｃｏはそれぞれ刃材の高硬度化に不可欠な因子であるが、本発明ではそれぞれの効果をＷｅｑ＋Ｃｏの項で刃材の硬度、切削寿命を整理できることを見出したので、以下の記述ではＷｅｑ＋Ｃｏの項で実施の根拠を記述する。
【０００８】
Ｗｅｑ＋Ｃｏが２９％未満であると、焼き入れ後の基地に固溶しない基地より硬い炭化物（以下、未固溶炭化物）が少なくなり、耐摩耗性が得られなくなる。さらに、基地の硬度を硬くするためにできるだけ焼き入れ温度を高めに設定するのが望ましいが、高めにするとＣが過剰に基地に固溶し、刃材の硬度が得られにくくなり、靭性が低下するので、Ｗｅｑ＋Ｃｏは２９％以上必要である。
Ｗｅｑ＋Ｃｏが３３％を越えると、未固溶炭化物量が多くなるが、基地に固溶するＣが少なくなり硬さが得られにくくなり、刃材の耐摩耗性が低下する。また、製造性が著しく劣化する。したがって、３３％以下が必要である。
Ｗが５％未満であると、焼き入れ温度では基地の結晶粒が粗くなり、靭性が低下し刃が欠けやすくなる。また、基地にＣが過剰に固溶しやすくなり、靭性が低下する。したがってＷは５％以上が必要である。より好ましくは６％以上である。
Ｗが９％を越えると、焼き入れ温度での基地は結晶粒は細かくなるが、基地に固溶するＣが不足し硬度が得られなくなるので、Ｗは９％以下が必要である。
【０００９】
Ｃｏが５％未満であると、刃材の硬度が低くなるので、５％以上が望ましい。１５％以上を越えると刃材の圧延性が著しく低下するので１５％以下が望ましい。
硬度を１０００ＨＶ以上得るには上述したＷｅｑ＋Ｃｏの範囲を既定するのがもっとも適切な指標である。Ｃ，Ｃｒ、Ｖ、Ｓｉ，Ｍｎのそれぞれの組成は、さらに安定した刃材の硬さを得るために必要である。
典型的には、Ｃｒは３％以上６％以下、Ｖは１％以上２％以下、Ｓｉは２％以下、Ｍｎは２％以下が望ましい。ＣはＷまたはＭｏとＣｒ、Ｖの組み合わせで炭化物量に応じて適切な範囲が選択される。本発明では１％以上１．４％以下が望ましい。
【００１０】
上述した組成の刃材と胴材を溶接接合後、刃材の硬さが１０００ＨＶ以上得られるように焼き入れ焼き戻しを行うことにより、本発明のメタルバンドソーを得ることができる。
上述した刃材に対して、接合する胴材は従来提案された素材を適用することが可能である。
胴材は、刃材を保持し、メタルバンドソーとして使用される場合にかかる曲げ応力および引張応力に耐えることができ、かつ安価であることが望ましい。
このため、本発明においては、熱処理硬さを５３ＨＲＣ以下の鋼とすることが好ましい。
これ以上の硬さを発揮できる素材を選択する場合、合金元素を増加する必要があり、安価な胴材を使用するというメタルバンドソーの目的からはずれることになるためである。
【００１１】
なお具体的な胴材の組成としては、たとえば重量％でＣ０．６以下、Ｃｒ７％以下、Ｃｒ以外の４Ａ，５Ａ，６Ａ属の炭化物形成元素、例えばＷ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔｉの１種または２種以上が総量で３％以下、残部実質的に鉄よりなる鋼を使用することができる。
ここで、Ｃを０．６％以下としたのは、Ｃは鋼の基本的な硬さと靭性を確保するために必要な元素であるが、０．６％を超えると靭性は低下していくため、０．６％を上限とすることが好ましい。
【００１２】
またＣｒは、胴材の焼入れ性を高めるとともに、Ｃと結合してＣｒ炭化物を形成し、焼きもどし軟化抵抗を高める元素である。
しかし、過剰な添加は逆に焼きもどし軟化抵抗を低下させるため、７％以下と規制することが望ましい。
また、Ｃｒ以外の４Ａ，５Ａ，６Ａ属の炭化物形成元素であるＷおよびＭｏは、胴材の耐摩耗性を高める元素であり、胴材として必要な硬さおよび靭性の向上に対して有効な元素である。
添加量が多すぎると胴材としてもっとも重要な靭性を低下してしまうため、３％以下とすることが望ましい。
【００１３】
たとえば、またＶ、Ｎｂ、Ｔｉ等は胴材の耐摩耗性を向上させるという点でＷおよびＭｏと同様の効果があり有効である。
しかし、これらの元素は高価であり、安価な胴材を用いるという目的に反するとため総量で３％以下とする。
また、鋼の製造過程において脱酸剤として添加されるＳｉ，Ｍｎが含有されていても良いが、２％を超えると靭性を低下するためそれぞれ２％以下とすることが望ましい。
もちろん胴材の組成としては、従来のＳ５０ＣやＡＩＳＩ６１５０の使用もできる。
【００１４】
【実施例】
（実施例１）
表１に示す化学組成の鋼塊を造塊した。得られた鋼塊を１０００〜１２００℃の範囲で１５ｍｍ直径の棒材に鍛造後、断面形状１×２ｍｍの素材まで温間および冷間加工により製造した。本発明鋼はＮｏ．ＡからＮｏ．Ｅ、比較鋼はＣ１からＣ４である。比較鋼Ｎｏ．Ｃ１はＳＫＨ５９、Ｎｏ．Ｃ２はＳＫＨ５１に対応する。
なお、比較鋼のＮｏ．Ｃ４は鍛造の段階で大きな鍛造割れが生じたので、鋳造材で評価した。
実施例１では焼き入れ焼き戻し硬さが刃材にとって重要な測定値であるので、硬さの評価を行った。
【００１５】
表１に焼き入れ温度（Ｑ）の１１８０、１２００℃から焼き入れ、５４０℃と５６０℃で焼き戻し（Ｔ）したときのビッカース硬さＨＶの測定値を併記した。本発明鋼は上記の熱処理条件のいずれかで１０００ＨＶ以上の硬さが得られている。
特にＮｏ．Ａは上記の熱処理条件のいずれでも１０００ＨＶ以上の硬さが得られている。Ｎｏ．Ｂは２条件で１０００ＨＶ以上の硬さが得られている。Ｎｏ．Ｃ〜Ｎｏ．Ｅは、Ｎｏ．Ａ、Ｎｏ．Ｂに比べると１０００ＨＶ得られる熱処理条件は少なくなっているが、Ｎｏ．Ａ，Ｂに次いで安定して１０００ＨＶ得られる。
【００１６】
【表１】

【００１７】
【表２】

【００１８】
比較例Ｎｏ．Ｃ１からＮｏ．Ｃ３まではいずれの熱処理条件でも１０００ＨＶ得られていない。Ｎｏ．Ｃ４は本発明と同じく安定して１０００ＨＶ得られているが、この測定値は鋳造材で評価した値である。メタルバンドソーの刃材を提供するには、鋳造材では刃材に要求される靭性が著しく劣り、かつ、鍛造も困難であるので刃材として不適切である。
焼き入れ焼き戻し硬さとＷｅｑおよびＷｅｑ＋Ｃｏの関係を図１ないし図２に図示した。焼戻し硬さは、１２００℃で焼き入れ、５４０℃で焼戻した時の硬さである。Ｗｅｑと（Ｗｅｑ＋Ｃｏ）の変数による硬さの関係はＷｅｑよりＷｅｑ＋Ｃｏで整理すると一義的な関係が明確になる。したがって、本発明で定義するＷｅｑ＋Ｃｏで特性を整理する重要性はきわめて高い。
【００１９】
（実施例２）
表１に示した発明鋼と比較鋼を用いて、胴材と溶接接合させ、焼き入れ焼き戻しを行い、メタルバンドソーを製造した。サイズは１×４５×４５００ｍｍである。ただし、比較鋼Ｎｏ．４は刃材を製造できなかったので、評価対象から外した。胴材の組成は、重量％で０．５３Ｃ−０．４０Ｓｉ−１．１２Ｍｎ−０．６８Ｎｉ−５．１８Ｃｒ−０．８９Ｗ−０．５６Ｍｏ−０．０９Ｖ−０．００７３Ａｌ−０．０３３Ｎ−残Ｆｅの化学組成となり、胴材の硬さは５２．１ＨＲＣであった。
バンドソーの切削条件は、湿式、切削速度２０／ｍｉｎ、切削率２０ｃｍ²／ｍｉｎ、ワークは１００ｍｍφの硬さが１８０ＨＢのＳＫＤ１１とした。
【００２０】
図３にＷｅｑ＋Ｃｏで整理した切削寿命を示した。切削寿命は切削面にうねりを生じ始めた段階の切削面積で表した。切削面積が大きいほど切削寿命が長いことを意味する。
本発明鋼のＮｏ．ＡからＮｏ．Ｅまでは比較鋼Ｎｏ．Ｃ１に対し最低１．２倍、最高１．７倍の切削寿命の改善効果が現れた。一方、比較鋼Ｎｏ．Ｃ２とＮｏ．Ｃ３は比較鋼Ｎｏ．Ｃ１に対し、最高でも約０．８倍程度であった。
実施例２の評価結果から、本発明鋼は従来鋼に対し優れた切削寿命を得ることがわかった。
【００２１】
【発明の効果】
上述したように、本発明はメタルバンドソーの刃材をＷｅｑ＋Ｃｏを２９％以上、３３％以下とし、Ｗを５％以上、９％以下とすることで従来鋼の難削材切削用途に適するとされる代表的なＳＫＨ５９に対し優れた切削性能を得ることが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ｗｅｑ＋Ｃｏ）を用いたときの焼き入れ焼き戻し硬さに対する関係を示した図である。
【図２】Ｗｅｑを用いたときの焼き入れ焼き戻し硬さに対する関係を示した図である。
【図３】（Ｗｅｑ＋Ｃｏ）で切削性能に対する関係を示した図である。

Claims (3)

1. 重量％でＷｅｑ＋Ｃｏ ２９％以上、３３％以下、但し、Ｗｅｑ＝Ｗ＋２Ｍｏで、Ｗを５％以上、９％以下、残部がＦｅを主体とする高速度鋼であることを特徴とするメタルバンドソー用刃材。
2. Ｃｏを５％以上１２％以下含むことを特徴とする請求項１に記載のメタルバンドソー用刃材。
3. 請求項１または２からなる帯状のメタルバンドソー用刃材が帯状の胴材と溶接されてなるメタルバンドソー。

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