JPH09279306A

JPH09279306A - メタルバンドソー用刃材、メタルバンドソーおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH09279306A
Application number: JP9263396A
Authority: JP
Inventors: Shiho Fukumoto; 志保福元; Hideki Nakamura; 秀樹中村
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1996-04-15
Filing date: 1996-04-15
Publication date: 1997-10-28

Abstract

(57)【要約】【課題】高速度工具鋼となる刃材と胴材との組成の違
いに起因する熱処理時の胴材の特性劣化を防止し、寿命
の長いメタルバンドソーを提供する。【解決手段】本発明は重量％で、Ｃ０．６〜１．５
％、Ｃｒ４．５〜７．０％、Ｍｏ４．５〜１１．０％、
Ｖ１．５％以下、Ｓｉ２％以下、Ｍｎ２％以下、残部実
質的にＦｅからなるメタルバンドソー用刃材であり、上
記組成の刃材と、硬さ５３ＨＲＣ以下の鋼よりなる胴材
とを接合してメタルバンドソーを構成する。上記刃材
は、Ｃｒ量とＷ量を増加することにより、１０００〜１
１００℃の焼入れ温度で６０ＨＲＣ以上の硬さが得られ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、刃材となる高速度
工具鋼と、胴材とが並行に接合されて構成されるメタル
バンドソーの刃材、およびメタルバンドソー、およびそ
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】メタルバンドソーは、高速度工具鋼でな
る刃材と、廉価な低級鋼の胴材を電子ビーム溶接等によ
り並行に溶接することで、高価な高速度工具鋼の節約が
図られている。このとき、メタルバンドソーとしての刃
材の性能を十分に引き出すため、刃材となる高速度工具
鋼の熱処理条件に合わせた熱処理が適用されている。具
体的には、刃材としては代表的にはＪＩＳＳＫＨ５９
の高速度工具鋼が使用されており、１１６０から１２２
０℃の焼入れ、５４０〜５８０℃の焼きもどしが行われ
ている。

【０００３】一方胴材としては、従来はＳ５０ＣやＡＩ
ＳＩ６１５０が使用されていたが、これらの鋼を上述し
た高速度工具鋼に適した焼入れ焼もどし条件で熱処理す
ると、焼入れ温度が高すぎるために靭性が低下するとい
う問題があった。このような問題に対して、本願出願人
は高速度工具鋼の熱処理条件でも十分な靭性、硬さを確
保するという目的で、胴材の改良を行ってきた。たとえ
ば、本願出願人は特公昭５４−５３６６号、特公昭５５
−３２７７８号、特開平２−１１５３５３号、あるいは
特開平７−３３８９号で記載される新しい合金を開発
し、実用化してきたのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した新規な胴材の
開発は、メタルバンドソーの寿命を飛躍的に改善するこ
とが可能であり、極めて有効であった。しかし、新規な
組成の胴材を適用することはコストの増加につながるた
め、安価な胴材を適用するというメタルバンドソーの要
求に対してかならずしも満足できるものではなかった。
一方、上述した刃材と胴材を接合したメタルバンドソー
においては、刃材と胴材の組成が異なるため、それぞれ
の鋼に最適な熱処理を行うことができないという問題が
ある。

【０００５】すなわち、刃材として一般に使用されるＪ
ＩＳＳＫＤ５１では、高速度工具硬として、十分な硬
さ、すなわちＨＲＣ６０以上を得るためには１２００℃
〜１２５０℃が適用されているため、この条件を適用す
ると胴材にとってはオーバーヒートとなり、胴材の靱性
が劣化しメタルバンドソーの寿命を短くしてしまうので
ある。本発明の目的は、メタルバンドソーにおいて問題
となる高速度工具鋼となる刃材と胴材との組成の違いに
起因する熱処理時の胴材の特性劣化を防止し、寿命の長
いメタルバンドソーを提供することを目的とする。

【０００６】

【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工具鋼となる刃
材と胴材との組成の違いに起因する胴材の特性劣化につ
いて再検討した。そして、胴材の面からではなく、メタ
ルバンドソーの刃材となる高速度工具鋼の改良を検討し
た。その結果、Ｃｒ、Ｍｏを高め、Ｗ，Ｖを低く抑えた
高速度鋼を刃材として使用すれば従来よりも焼入れ温度
を低温（１１００℃以下）でも、好ましくは６０ＨＲＣ
以上という硬さを得ることができ、胴材の特性劣化の一
因であった焼入れ温度が高すぎることによる胴材の靭性
劣化を低減し、疲労寿命を向上させることが可能である
ことを見いだし本発明に到達した。

【０００７】すなわち、本発明は重量％で、Ｃ０．６〜
１．５％、Ｃｒ４．５〜７．０％、Ｍｏ４．５〜１１．
０％、Ｖ１．５％以下、Ｓｉ２％以下、Ｍｎ２％以下、
残部実質的にＦｅからなるメタルバンドソー用刃材であ
る。また、上述したＭｏの一部はＷ１．４％以下に、Ｆ
ｅの一部はＣｏ１０％以下に置換することができる。ま
た本発明のメタルバンドソーは、上記組成の刃材と、硬
さ５３ＨＲＣ以下の鋼よりなる胴材とが接合されて構成
できる。胴材は、具体的には、重量％でＣ０．６以下、
Ｃｒ７％以下、Ｃｒ以外の４Ａ，５Ａ，６Ａ属の炭化物
形成元素が総量で３％以下、Ｓｉ２％以下、Ｍｎ２％以
下、残部実質的に鉄の合金を使用することができる。

【０００８】上述した本発明のメタルバンドソーは、上
述した組成の刃材と、上述した組成の胴材とを溶接接合
した後、１０００℃以上、１１００℃以下の焼入れを行
うことによって製造することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明における重要な特徴の一つ
は、メタルバンドソーの刃材として、Ｃｒ、Ｍｏを高
め、Ｗ，Ｖを低く抑えた高速度鋼を刃材としたことであ
る。Ｃｒ、Ｍｏの増量はＦｅ₂₁（Ｃｒ，Ｍｏ）₂Ｃ₆型の
炭化物を形成する。一方ＷはＭ₆Ｃ型あるいはＭＣ型の
炭化物を形成しやすく、ＶはＭＣ型の炭化物を形成しや
すい。本発明者等は、Ｆｅ₂₁（Ｃｒ，Ｍｏ）₂Ｃ₆型の炭
化物は、Ｍ₆Ｃ型の炭化物およびＭＣ型の炭化物よりも
固溶温度が低温側にあり、低温で固溶しやすいことに着
目した。

【００１０】このＦｅ₂₁（Ｃｒ，Ｍｏ）₂Ｃ₆型の炭化物
を多く形成するようにＣｒおよびＭｏを高め、一方Ｍ₆
Ｃ型の炭化物あるいはＭＣ型の炭化物を形成するＷおよ
びＶは、高速度工具鋼の特性を劣化しない範囲で低い値
に制限する。こうすることによって、刃材に対して従来
の１１００℃を超える焼入れ温度を適用しなくても、６
０ＨＲＣ以上の高速度工具鋼に必要な硬さが得られるた
め、熱処理時の胴材の靭性を劣化を防止できるのであ
る。

【００１１】以下に具体的な刃材の組成範囲の限定理由
を述べる。Ｃｒは、ＭｏとともにＦｅ₂₁（Ｃｒ，Ｍｏ）
₂Ｃ₆型炭化物を形成するための必須の元素である。本発
明においてはＦｅ₂₁（Ｃｒ，Ｍｏ）₂Ｃ₆型炭化物を形成
させるために、通常の高速度工具鋼で使用されるＣｒ量
の４．５％よりも多めにする必要がある。好ましい添加
量は５％以上である。なお、Ｃｒが７．０％を超えると
高速度鋼組成の特性の一つである耐熱性が低下するので
７．０％以下に制限する必要がある。

【００１２】Ｍｏは、上述したようにＣｒとともにＦｅ
₂₁（Ｃｒ，Ｍｏ）₂Ｃ₆型炭化物を形成するための必須な
重要元素である。高速度工具鋼の基本的な硬さを得るた
めには、炭化物形成元素が必要であるが、上述したよう
に、Ｍ₆Ｃ系およびＭＣ型炭化物を形成するＷやＶを多
量に含有させることは、焼入れ温度を高める必要が生ず
るため添加量を制限する必要がある。したがって、本発
明の基本的な硬さはＭｏ量に大きく依存することにな
り、硬さを高めるためにはできるだけ多く添加する。本
発明においては、上述した理由から、Ｍｏ量を４．５％
以上、好ましくは７．０％以上含有させる。なお、Ｍｏ
を１１．０％を超えて添加することは加工性を劣化する
ことになり、好ましくない。したがって本発明において
Ｍｏの上限は、１１．０％と規定した。

【００１３】Ｖは、上述したようにＭＣ型の炭化物を形
成する元素であり、高速度工具鋼の耐摩耗性を確保する
ためには必要な元素である。しかし、上述したように、
Ｖ量の増加はＦｅ₂₁（Ｃｒ，Ｍｏ）₂Ｃ型炭化物の形成
を抑制することになるため、できるだけ少ない方がよ
い。そのため本発明においては１．５％以下と規定し
た。

【００１４】Ｗは、Ｆｅ₂₁（Ｃｒ，Ｍｏ）₂Ｃ₆型炭化物
の形成を抑制しない１．４％以下含有させても良い。Ｗ
は、鋼の硬さを確保する点においてＭｏとほぼ同様の作
用があるが、Ｆｅ₂₁（Ｃｒ，Ｍｏ）₂Ｃ₆型炭化物の形成
を抑制することになるため、添加量は制限する必要があ
る。より好ましくは、Ｗ／Ｍｏの重量比で、１／５以
下、より好ましくは１／７以下とする。

【００１５】Ｃは、炭化物形成元素であるＣｒ，Ｍｏ，
Ｗ，Ｖと結合して炭化物を形成し、高速度工具鋼の基本
的な機械強度、硬さを得るための必須の元素である。Ｃ
が０．６％未満では、十分な硬さを得ることができず、
一方１．５％を超えると炭化物の偏析が多くなるととも
に、マトリックス中に固溶するＣが靭性を低下する。し
たがって、本発明では、０．６〜１．５％に規定した。
なお、Ｃ量と上述した炭化物形成元素が化学量論的に必
要とする炭素量Ｃ当量との関係において、管理すること
が望ましい。Ｃ当量は次式で計算される。Ｃ当量＝０．０６Ｃｒ＋０．０３３Ｗ＋０．０６３Ｍｏ
＋０．２ＶこのＣ当量と実際のＣ量との差をΔＣ：（Ｃ−Ｃ当量）
とするとき、ΔＣの値が＋０．１を超えると靭性が低下
し、−０．１５よりも小さいと絶対硬さが低下するた
め、 ΔＣは、−０．１５〜＋０．１の範囲で管理する
ことが望ましい。

【００１６】ＳｉおよびＭｎは脱酸剤として添加される
元素であるが、それぞれ２％を超えると靭性を低下する
ためそれぞれ２％以下に規定した。また、本発明におい
て、Ｃｏを含有させても良い。Ｃｏは基地に固溶し、耐
熱性を高め、また焼もどし硬さをたかめ、耐摩耗性を向
上する元素である。添加し過ぎると靭性を劣化するた
め、添加する場合は１０％以下とする。なお、本発明に
おいて上述した元素に対して同様の効果を得る目的で容
易に置換できる元素の存在を除外するものではない。た
とえば、Ｃの一部とＮ、Ｖの一部とＮｂは、容易に置換
可能である。

【００１７】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
きることが必要であり、かつ安価である必要がある。こ
のため、本発明においては、熱処理硬さを５３ＨＲＣ以
下の鋼と規定した。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本来の目的か
らはずれることになるためである。

【００１８】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４
Ａ，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。

【００１９】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，６
Ａ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。

【００２０】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。

【００２１】上述した組成の刃材と、上述した組成の胴
材とを溶接接合した後、１０００℃以上、１１００℃以
下の焼入れを行うことにより、本発明のメタルバンドソ
ーを得ることができる。ここで、焼入れ温度を１０００
℃以上、１１００℃以下としたのは、上記本発明の刃材
であっても１０００℃未満では刃材として必要な硬さを
得ることが難しく、１１００℃以上では、胴材の靭性の
劣化を抑制することができないためである。

【００２２】

【実施例】

（実施例１）表１に示す化学組成の10kgの小型インゴッ
トに造塊した。得られたインゴットを１０８０℃で18mm
角の角型材に鍛造後、焼きなまし処理を施し、試験片を
削り出した。表１に示す合金のうち試料Ａ〜Ｋは本発明
鋼であり、試料Ｌ〜Ｏは比較鋼である。

【００２３】

【表１】

【００２４】得られた試験片を用いて１０００℃〜１１
２５℃の焼入れ温度に保持した後、油冷を行ない、つい
で５６０℃×１ｈで２回の焼戻し処理して得られる硬さ
を測定した。また、焼入れ温度を１０５０℃とし、５０
０℃までの冷却時間を１５分（半冷時間１５分）とする
熱処理を行ない、５６０℃×1hで２回の焼戻して得られ
る硬さを測定した。この条件は３００φの鋼材を油冷し
た時の中心部の冷却速度を想定したものである。各条件
で得られた硬さを表２に示した。本発明鋼である試料Ｎ
ｏＡ〜Ｋは通常の高速度工具鋼には適用されない１０５
０℃の焼入れ温度であっても６０ＨＲＣ以上という高い
硬度が得られることがわかる。

【００２５】これに対して比較鋼は１０５０℃の焼入れ
温度では６０ＨＲＣ以上は得られないものであった。ま
た比較鋼は１０５０℃半冷時間１５分の焼入れに対して
硬さの低下が著しいものであり、焼入れ性も本発明の刃
材よりも劣ることが確認された。

【００２６】

【表２】

【００２７】（実施例２）実施例１で製造した本発明鋼
である試料Ｂと同様な試験片を用いて、得られた試験片
を用いて１０００℃〜１１２０℃の焼入れ温度に保持し
た後、油冷を行ない、ついで５００℃〜６００℃×１時
間で２回の焼戻し処理して、焼戻し温度と得られる硬さ
の関係を評価した。結果を図１に示す。図１に示す様に
本発明鋼は、１０００℃の焼入れ温度でも６０ＨＲＣ以
上の焼戻し硬さが得られ、１０６０℃では６５ＨＲＣ以
上の高い硬さを得ることができることがわかる。ＪＩＳ
鋼種ＳＫＨ５１で通常使用される１２００℃以上の焼入
れ温度に比較すると、６５ＨＲＣ得られる焼入れ温度が
約１００℃〜１２０℃も低い１１２０℃の焼入れ温度で
残留オーステナイトの分解が遅れる傾向が認められ、本
発明鋼が焼入れ温度がメタルバンドソーの胴材の靱性を
劣化しない１１００℃以下でも合金元素の基地への固溶
が進行することができたことがわかる。

【００２８】（実施例３）実施例１で製造した本発明鋼
である試料Ｂと同じ化学組成とし、刃材として断面形状
が１．０５ｍｍ×３．００ｍｍとなる矩形状に圧延製造
した後、重量％ｗで０．５３Ｃ−０．４０Ｓｉ−１．１
２Ｍｎ−０．６８Ｎｉ−５．１８Ｃｒ−０．８９Ｗ−
０．５６Ｍｏ−０．０９Ｖ−０．００７３Ａｌ−０．０
３３Ｎ−残Ｆｅの化学組成となる胴材と電子ビーム溶接
して１．０５ｍｍ×３５ｍｍ×４５００ｍｍのメタルバ
ンドソーを作製した。熱処理条件は１１００℃で焼入
れ、５６０℃×１ｈの焼戻しを施した。硬さは刃部で６
５．２ＨＲＣ、胴部の硬さは５１．９ＨＲＣであった。

【００２９】比較として実施例１のＭ材（ＪＩＳ規格Ｓ
ＫＨ５１相当）も同様にバンドソーを作製した。なお、
熱処理条件は本発明の試料Ｂと同じ条件とした。この場
合の刃部の硬さは６１．２ＨＲＣであった。胴部の硬さ
は５１．４ＨＲＣであった。得られたメタルバンドソー
を用いて、切削性能試験を行った。本発明の試料Ｂと同
様の熱処理を適用した胴材の組織における結晶粒度は、
ＪＩＳオーステナイト結晶粒度番号で８番であった。す
なわち、靭性が低下する結晶粒の粗大化は起こっていな
いものであった。このときの切削条件は切削速度２０ｍ
／ｍｉｎ、湿式、切削率２０ｃｍ²／ｍｉｎ、ワークは
直径１００ｍｍφのＪＩＳＳＵＳ３０４とした。

【００３０】切削試験を開始したところ、本発明鋼は７
５００ｃｍ²、比較鋼は２４００ｃｍ²切削した段階で切
削面にむしれが生じはじめ、切削面にうねりが目立ち始
めた。さらに切削を続行するとメタルバンドソーが疲労
による原因で破断した。また、比較鋼Ｍ材の焼き入れ温
度１２２０℃で熱処理したバンドソーも作製し評価し
た。刃部の硬さは６４．２ＨＲＣ、胴部は５２．７ＨＲ
Ｃであった。その結果、５０００ｃｍ²を超えた段階で
同様に切削面にうねりが発生し、破断した。１２２０
℃の焼入れを適用した時の銅材の組織における結晶粒度
は、ＪＩＳオーステナイト結晶粒度番号で５番と粗大化
していた。すなわち、１２２０℃の焼入れでは胴材の結
晶粒の粗大化により、靭性が低下し、バンドソーの寿命
の低下となったことがわかる。この結果から１１００℃
というＪＩＳＳＫＨ５１を刃材として用いた場合では
高い硬さが得られない焼き入れ温度であっても、本発明
鋼では十分な切削性能と疲労寿命を有することがわかっ
た。

【００３１】

【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、従来の高速度工具鋼の焼き入れ条件より
も低温としても、高い硬さが得られる組成としたことに
よって、従来問題であった、低合金の胴材が高い低温で
あっても問題であった高速度工具鋼となる刃材と、低合
金の胴材との組成の違いに起因する焼き入れにおける切
削性能の劣化を防止することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】焼入れ温度に対する、焼戻し温度と得られる硬
さの関係を示した図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ０．６〜１．５％、Ｃｒ
４．５〜７．０％、Ｍｏ４．５〜１１．０％、Ｖ１．５
％以下、Ｓｉ２％以下、Ｍｎ２％以下、残部実質的にＦ
ｅからなることを特徴とするメタルバンドソー用刃材。
【請求項２】Ｍｏの一部をＷ１．４％以下となるよう
に置換した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。
【請求項３】Ｆｅの一部をＣｏ１０％以下となるよう
に置換したことを特徴とする請求項１または２に記載の
メタルバンドソー用刃材。
【請求項４】重量％で、Ｃ０．６〜１．５％、Ｓｉ２
％以下、Ｍｎ２％以下、Ｃｒ４．５〜７．０％、Ｍｏ
４．５〜１１．０％、Ｖ１．５％以下、残部実質的にＦ
ｅからなる刃材と、硬さ５３ＨＲＣ以下の鋼よりなる胴
材とが接合されてなることを特徴とするメタルバンドソ
ー。
【請求項５】刃材組成のうちＭｏの一部をＷ１．４％
以下となるように置換したことを特徴とする請求項４に
記載のメタルバンドソー。
【請求項６】刃材組成のうちＦｅの一部をＣｏ１０％
以下となるように置換したことを特徴とする請求項４ま
たは５に記載のメタルバンドソー。
【請求項７】胴材は、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
素が総量で３％以下、残部実質的に鉄よりなることを特
徴とする請求項４ないし６のいずれかに記載のメタルバ
ンドソー。
【請求項８】重量％で、Ｃ０．６〜１．５％、Ｓｉ２
％以下、Ｍｎ２％以下、Ｃｒ４．５〜７．０％、Ｍｏ
４．５〜１１．０％、Ｖ１．５％以下、残部実質的にＦ
ｅからなる刃材と、Ｃ０．６以下、Ｃｒ７％以下、Ｃｒ
以外の４Ａ，５Ａ，６Ａ属の炭化物形成元素が総量で３
％以下、Ｓｉ２％以下、Ｍｎ２％以下含有し、残部実質
的に鉄よりなる胴材とを溶接接合した後、１０００℃以
上、１１００℃以下の焼入れを行うことを特徴とするメ
タルバンドソーの製造方法。