JPH11508964A - 丸鋸、カットオフ・ホイールおよび長鋸盤、更に、切断およびスクレーピング装置用のブランク刃の製造のための基材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 基材は、０．３重量％以下のベース炭素含有量を有し、かつ、２つのカバー面（２）と、２つの先端縁面（３）と、２つの長手縁面（４）とからなるその表面（２，３，４）を介して炭素富化された基材（ベース）鋼からなる。少なくとも１つのカバー面（２）の熱化学処理によって、前記ベース鋼には、０．５−１．１重量％の炭素を富化された縁領域（５）が形成され、この縁部（５）は炭素含有量が徐々に減少しながら、ほとんど、又は全く炭素富化されていない領域（６）に合流する。その縁面（３，４）において、前記基材は、前記炭素富化縁領域（５）と、前記非炭素富化領域（６）とによって作り出されるサンドイッチ構造を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 丸鋸、カットオフ・ホイールおよび長鋸盤、更に、切断およびスクレーピング装 置用のブランク刃の製造のための基材 本発明は、２つの広域面と、２つの端面と、２つの長手縁面とからなるその表 面から炭素富化され、０．３ｗｔ％の炭素の基本炭素含有量を有する、ベース鋼 からなる、ブランク刃、特に、丸鋸、カットオフ・ホイールおよび長鋸盤、更に 、切断およびスクレーピング装置用のブランク刃の製造のための基材に関する。 従来、ブランク刃の製造、特に、丸鋸、カットオフ・ホイールおよび長鋸盤、 更に、切断およびスクレーピング装置用のブランク刃ための基材を製造するのに 、炭素有率が０．５−１．０重量％の工具鋼、又は、低合金構造用鋼（焼戻し用 鋼として）を使用する。次に、その厚み範囲全体にわたって均質な組織と均一な 高硬度とを得る目的で、これらの材料の熱処理を行う。前記基材の必要強度は、 制御された焼戻しによって達成されるが、後者は、必然的に熱損失を伴う。たと えば、鋸用としての、基材の使用目的およびそれにかかる特定の負荷に応じて、 約３７−５０ＨＲＣの硬度値範囲のものが作られ る。 特に、典型的に使用される工具鋼または焼戻し用鋼の熱間圧延とその硬化のた めのオーステナイト化処理において、炭素が材料の境界層から拡散する。その結 果、表面の脱炭素化が起こり、低硬度の脱炭された境界層を、熱処理の後、研磨 除去する必要がある。 耐久性を改善するために、鋸の多くは、硬質クロームめっき、硬質金属または ダイアモンドでの刃先被覆（チッピング）、もしくはステライト化処理される。 前記刃先被覆は、はんだ付け又は焼結によって行われる。これらの手段によって 、ブランク刃本来の強度に影響を与えることなく、耐久性が明らかに向上する。 しかし、これらの耐久性を増すための手段によって、これらの鋸の製造コストは 顕著に増加する。これによって、必然的に、刃またはセグメントの数が減少し、 これは、切削品質を劣化させ、騒音の発生を増加させる。 スタールヴェルケ・ジュートヴェストファーレン（Ｓｔａｈｌｗｅｒｋｅ Ｓ ｕｅｄｗｅｓｔｆａｌｅｎ）社の”Ｓｉｅ＋Ｗｉｒ”Ｎｏ．１４／１９７５とい う企 業出版物において、様々なタイプの鋸の製造方法が記載されており、低い脱炭素 化値と均質な組織形成を有し、可能な限りひずみの無いシートに対する需要が常 に存在するという事実に言及している。使用される鋼は、硬化処理と焼戻し処理 後において良好な靭性を備えた非常に微細粒組織を有し、発生する非常に強い遠 心分離力およびせん断力が確実に吸収されるように構成されなければならない。 上述した企業出版物の鋸の分類は、切断すべき材料に対応した、通常の３つの グループへの分割に基づくものである。材料グループによって、鋸の特性には様 々な必要条件が課せられる。これらのグループは以下の通りである。 １．木およびプラスチック用鋸（丸木鋸、硬質金属刃先被覆丸鋸、森林および長 鋸盤）； ２．金属用鋸（分割式丸鋸、カットオフ鋸、円形高温鋸装置）； ３．石材用鋸（ダイアモンド刃先被覆丸鋸、ダイアモン ド刃先被覆スラブ鋸）。 鋸刃の必要条件の１つは、高曲げ剛性または形状安定性である。スラブ、帯、 丸、および高速切断鋸刃、更に、ダイアモンド盤を安定化させるため、特に、工 具本体中の非均一加熱によって発生するひずみを相殺するために、公知の工程は 、慎重にその刃を引張することによって、ある領域に内部ひずみを発生させるも のである("Vergleichende Untersuchungen ueber das Spannenvon Kreissaegebl aettern mit Maschinen und Richthaemmern" in Sonderdruck aus "Holz als Ro h-und Werkstoff" ,Bd．21(1963),S.135-144)。硬化した鋼ディスク又はバンド 中におけるこのような内部ひずみの発生は、冷間ハンマー打ち、又は、圧延また はプレスによって達成することができるが、いずれの場合においても、それは製 造において慎重を要する処理工程である。 鉄および鋼材の炭素による熱化学処理は既に知られており、それは表面硬化と 称されている。窒素が同時に材料中に導入される場合には、これは、浸炭窒化と 呼ばれる。特に、その数学的モデリングに焦点を当てた浸炭窒化の概要は、例え ば、記事”Der Aufkohlungsvorgang” in Haerterei Technische Mitteilungen,Bd．50(1995)No.2，S.86-92 によって 提供されている。浸炭窒化は、気体媒体、塩浴、または粉体中において、行うこ とができ、一般に、９００−１０００℃の温度で行われる。炭素ドナーとしては 、その炭素活量が、鉄材のそれよりも高い物質が使用される。表面硬化剤から放 出される炭素は、表面硬化されるべき作業対象物の境界層中に拡散する。温度、 処理時間、更に、前記表面硬化剤の炭素活量、および鉄材の組成などの選択され た処理パラメータによって、特有の濃度プロフィールが得られる。前記境界から の距離が増加するに従って炭素濃度は連続的に低下し、その材料の内部において 、その材料の初期レベルに達する。この点に関して、表面硬化深さＡ_tが、実際 の考慮されるべき重要な特性パラメータである。表面硬化深さＡ_tは、炭素富化 された前記層の厚みを特徴付ける、表面から境界までの垂直距離として定義され る。この境界が存在すると推定される炭素含有量は、標準化されており（ＤＩＮ ＥＮ １０ ０５２参照）、一般に０．３５重量％であると合意されている。 材料の表面硬化深さＡ_tは、作業対象物の表面硬化の時間の増加とともに増加し 、それは対象物の形状によっても影響される。凹湾曲作業対象物面の、その縁部 または尖った部分において、従っ て、表面硬化深さＡ_tは大きくなる。なぜならば、すべての方向から炭素が比較 的小さな体積部分中に拡散するからである。これによって、過剰炭化が起こり、 これは、カーバイドの分離または硬化後の不要な残留オーステナイト含有量によ って特徴づけられる。 高速切断用に使用される高合金化ストリップ鋼を製造するためのこのクラスの 方法と、それに使用される工具鋼、とりわけ、剃刀刃または金属鋸刃に見られる 刃およびカッターを製造するという課題は、ドイツ特許公開公報（ＤＥ−ＯＳ２ ，４３１，７９７）から知られている。それによって高い高温硬度が達成可能な 、１２−１３重量％のクローム等の、高含有量の合金成分とその合金成分の種類 とは、上記分類による第２グループに分類される、この金属鋸または剃刀刃の課 題に対応している。追加高炭素含有量を有する高合金鋼は、製造工程において熱 間または冷間圧延を使用することによっては加工が困難である。即ち、これらは 、クラッキングや割れの危険がある。従って、まず、低炭素含有量のストリップ 材を焼結または冷間圧延し、その後、その縁領域を、その表面全部または一部に おいて炭素富化させる。炭素富化は、前記ストリップ材の全断面または厚みにわ たって行われ る。従って、そのレベルにおいて工具鋼の炭素濃度に対応する炭素濃度が、スト リップ材の全厚みにわたって、ほとんど一定のプロフィールで提供され、その材 料の将来の用途にはわずかにしか対応していないものとなる。 オーストリア特許（ＡＴ−ＰＳ ３７２，７０９）から、合金鋼からなる、切 削工具、具体的には鋸が知られており、これは、その作業面または歯の領域にお いて０．０２−０．１０ｍｍの深さにまで、１．８−２．２重量％炭素で富化さ れ、０．１５−０．２５ｍｍの深さにおいて、その炭素含有量が前記炭素含有量 に達している。前記鋼合金は、不可避不純物を含有する鉄からなり、０．１−０ ．３重量％炭素と、０．２−２．０重量％珪素と、０．５−１．５重量％マンガ ンと、５．０−７．０重量％クロームと、１．０−２．０重量％タングステンと 、１．０−２．０重量％モリブデンと、０−２．０重量％バナジウムと、０−０ ５重量％チタンと、０−０．５重量％ニオブとを含有する。前記切断工具を製造 するために、前記作業対象物ブランク、具体的には、鋸刃を８５０−１０５０℃ の範囲の温度で表面硬化し、その後、空気、油、または高温浴中での硬化処理を 行う。浅い表面硬化深さＡ_tと強い表面硬化によって、広い面から、 炭素で富化されていない領域までの炭素勾配は、ベース鋼の境界領域で約６−１ ４重量％Ｃ／ｍｍとなる。このようにすることで、これは、耐摩耗性を向上させ た表面層用に意図されている。使用される合金は、その合金成分の含有率におい ては高速度鋼に対応するが、対応の高い炭素含有量を有さない特殊鋼である。こ こでの炭素含有量は、表面硬化鋼の典型的なものであるが、その合金含有量は典 型的なものではない。このような材料を使用する目的は、切削用高速度鋼を、上 述したように特化および処理された合金によって置き換えることにある。ここで も、ドイツ特許公開公報（ＤＥ−ＯＳ ２，４３１，７９７）に対応する前記方 法に類似して、欠陥品を減少させることによる製造コストの削減と、その形成工 程においてストリップ鋼を過剰に使用することを避けることによる材料の節約と が意図されている。この工程において、処理対象物の高い高温硬度は、５００℃ 以上の焼戻し温度という特徴によって達成可能である。原料の前記芯硬度が与え られれば、前記切削用高速度鋼の場合と同様の４５−５５ＨＲＣの値を見積もる ことができる。 この切削工具とその製造方法の欠点は、帯鋸をはっきりと問題外とするという ことであり、その理由は恐らく、 必要な引張強度と、繰返し曲げ疲労強度とを達成することができないことにある 。更に、作業対象物ブランクとして、鍵穴鋸刃が、歯の型打ち、ミリング、およ びはめ込み（セッティング）によって作られ、その後で初めて表面硬化、硬化お よび焼戻しされる。しかしながら、この処理後、前記鋸刃は、その高い炭素含有 量のため、もはや、歯をはめ込むことはできないものと推測される。更に、表面 硬化は全方向に行われるため、上述したように、ある縁領域において、過剰な炭 素富化が起こる可能性があり、これは材料の脆化を起こすため、縁の特性と歯の 強度とに悪影響を及ぼす。 本発明は、（請求項１の）上位概念タイプの基材に特有の前記問題に基づき、 これによれば、脱炭された縁部領域の形成を避けながら、より高いコンポーネン ト強度を有した、丸鋸、カットオフ・ディスク、長鋸盤および切削、スクレーピ ング装置を製造することが可能であり、その表面の高い硬度によって、作業およ び破壊安全性を同じものとしながら、耐摩耗性を高めることが可能で、その作動 状態における騒音の発生を低減することができる。更に、この基材からは、長い 寿命と低製造コストとによって特徴づけられる、丸木鋸、森林または長鋸盤な どの木およびプラスチック用の非刃先被覆鋸も製造することが可能である。 この問題は、そのベース鋼が、その縁部における、１つの外側面から延出し、 炭素含有量の低下と共に、全く炭素によって富化されていない、あるいはわずか のみ富化された領域へ延出する０．５−１．１重量％炭素で熱化学処理によって 富化された境界領域を有し、これに対して、その縁面において、前記基材が、炭 素富化された前記境界領域と、炭素富化されていない領域とによって形成された サンドイッチ構造を有するという前記上位概念タイプの基材によって解決される 。前記熱化学処理は、好ましくは、表面硬化工程であるが、もしも表面硬化媒体 が窒素またはアンモニア等の窒素化合物を含有している場合には、浸炭窒化処理 であってもよい。本発明により基材中にこのようにして形成された窒化物によっ て、材料の耐摩耗性と耐疲労性が更に増加する。 このように、通常使用されている純度の高い工具鋼を、そのベース鋼がこれら の要件を満たす必要のない、本発明による低合金化または非合金化構造用鋼によ って置き換えることができるである。出発材料として、特殊鋼は 不要であり、これは、製造コストの削減を意味する。本発明の基材によれば、広 い面の耐摩耗性が高められるばかりでなく、より高い曲げ強度、静的曲げ強度お よび逆曲げ強度によって特徴づけられるより高いコンポーネント強度をも達成す ることが可能である。 前記基材は、更に、炭素富化された１つの広い面と、炭素を全く富化されてい ないか、もしくは、わずかにのみ富化された内部コアと、炭素富化された別の表 面とからなるサンドイッチ構造とすると有利である。鋸、カットオフ・ディスク 又は切削装置の製造後、この構造は、その鋸の歯または刃にも存在することにな る。前記工具の繰り返し使用によって、その工具の厚み方向に不均一な摩耗、具 体的には所謂、凹みが発生する。即ち、前記硬質耐摩耗性の広い面は、炭素富化 されていないコアよりもゆっくりと摩耗し、これにより、縁表面は凹部状となり 、その切削領域において自動鋭利化効果を生じる。 前記基材の物理特性は、炭素含有量の違いによって徐々に変化させることがで きるので、ブランク刃において達成すべき摩耗および強度特性を、炭素含有量が ０．３５重量％である前記縁領域での表面硬化深さＡ_tと、基材 の厚みとの比が、０．１５−０．４０の値となるようにすると特に有利である。 前記表面硬化領域の深さは、好ましくは、前記熱化学処理済み基材の硬化および 焼戻し後に、この基材の全深さの約１／３以下の部分が、実質的にこの基材の初 期硬度と同じ硬度か、もしくはそれよりもわずかに高い硬度を有し、かつ、前記 基材の厚みの少なくとも約２／３の部分がより高い硬度を有するように、選択さ れる。特に、前記熱化学処理基材の硬化と焼戻し後において、前記基材の厚みの 少なくとも約５０％がこの基材の初期硬度を有し、基材の厚みの約５０％がより 高い硬度を有することが好ましい。硬化および焼戻し後において、基材の前記両 広域面の硬度は、約５０−６３ＨＲＣの範囲で、炭素富化されていない領域は２ ０−４０、好ましくは３０−３５ＨＲＣの範囲であると有利である。前記基材の 炭素富化は、鋼シートの全広域面の両側に行われているが、炭素富化を部分的に のみ行って、その両側の後に刃に形成される領域、又は、後ではんだ付けされる 一部領域には、炭素富化から除外することも可能である。炭素富化されない、あ るいはわずかだけ炭素富化される領域は、好ましくは、その下段階における、フ ェライトおよびパーライトおよび／又はベーナイトの混合組織の硬化および焼戻 し処理後に形成される。 従って、鋸用ベース鋼に対する要件が低くても、その両側が炭素富化され、例 えば、熱化学処理、特に表面硬化によって部分的にのみ処理された鋼板を作るこ とが可能である。驚くべきことに、０．１−０．２重量％の非常に低い炭素含有 量のベース鋼でも、その後に表面硬化および硬化および焼戻し処理すれば、その 厚みおよび表面に対してリニア／硬度強度プロフィールのない、より良好な品質 のものを作ることが可能であることが判った。ここで炭素富化された前記境界領 域は、炭素富化されていない領域に対して、約０．２５−０．７５重量％Ｃ／ｍ ｍ、好ましくは０．４０−０．５０重量％Ｃ／ｍｍの平均炭素勾配を有すること が好ましい。 従来の鋸は、その全体が均質特性のマルテンサイト構造を有しているのに対し て、本発明による基材から製造された鋸においては、これは、炭素富化された領 域の表面にのみ存在する。剛性の要件は、比較的軟質のコアによって大体満たさ れ、これに対して、刃先被覆またはステライト加工されていない鋸の場合には、 その表面によって、その硬度とともに、鋸の良好な切削特性と高安定性とが決ま る。 既に示したように、本発明の基材用のベース鋼としては、低または非合金化構 造用鋼が好ましい。従って、硬化鋼として使用される、すべての合金化、または 非合金化鋼が、本発明による基材用に適している。同様に、低炭素含有量の熱処 理用鋼、さらに、高められたクローム含有量（１２−１３重量％）を有する耐錆 および耐酸鋼も使用可能である。表１に、本発明によって使用可能なそのような 鋼が具体例として示されているが、本発明はこれらに限定されるものではない。 本発明のその他の有利な実施形態は、従属請求項に含まれており、後述される いる通りである。 本発明を、添付図面を参照して、いくつかの具体例を元により詳細に説明する 。これらの図面において、 図１は、丸鋸、カットオフ・ディスク、フライス削リ鋸、および切断およびス クレーピング装置用のブランク刃製造用の、本発明による基材のプレートの斜視 図、 図２は、様々なタイプの鋼を前記ベース鋼とし使用して作られた、本発明によ る前記基材の３つの特性の炭素濃度プロフィールの比較表示、 図３は、図２の本発明の基材の硬度プロフィールの比較表示、 図４は、様々な厚みに関して、強化工具鋼から形成された従来の基材と、本発 明による基材から形成されたものとの静的曲げ剛性の比較表示、そして 図５は、本発明による基材の平らなサンプルに対する 曲げテストの結果を、力／変形図として表わしたものである。 図１において、本発明による、下記のすべての実施形態の特徴を有するタイプ の基材のプレート１が示されている。このプレート１は、２つの広域面２と、２ つの端面３と、２つの縁面４とから形成されている。製造されるべき刃ブランク 用の基材として、このタイプのプレート１は、熱化学処理後に、その端面３と長 手縁面４とがトリミング処理され、この状態で製造業者に供給されるか、もしく は、工具製造業者は、前記縁面３，４の切削を避ける状態で、所望の部分を打ち 抜くか、もしくはレーザ切断する。本発明によれば、前記基材は、広域面２側か らのみ炭素富化され、縁面３，４側からは炭素富化されていない。熱化学処理の 結果、前記基材には、その両面の表面硬化により、広域面２から延出し、炭素含 有量の低下とともに、炭素富化されていない領域６、この例では、コア領域６、 へとつながる、０．５−１．１重量％炭素で富化された境界領域５が形成される 。前記縁領域３，４において、前記基材は、炭素富化された前記境界領域５と炭 素富化されていない領域６とによって形成されたサンドイッチ構造を有する。 図には、輪郭線７で表す、丸鋸用刃ブランク８ａと長鋸盤用鋸刃ブランク８ｂ とが示されている。本発明による前記基材のプレート１を製造するための出発点 は、０．３重量％以下の炭素含有量の後述するベース鋼の内の１であった。 例１： 使用材料： Ｃ１５ 焼なまし冷間圧延ストリップ冷延 帯板 試料厚み：Ｄ＝２．５−２．７ｍｍ 複数のサンプルに対して、プロパン富化内発性（ｅｎｄｏｇｅｎｏｕｓ）雰囲 気中にて、８８０−９３０℃の温度で、かつ、６０−９０分間の処理時間、薄膜 表面硬化処理を行い、これにより、図２から理解されるように、約０．５−１． ０ｍｍのばらつきで、平均侵入深さＡ_tが約０．８ｍｍの境界層５が形成された 。前記熱化学処理ベース鋼の境界領域５の侵入深さＡ_tと、前記基材の厚みＤと の比率は、０．１５−０．４０で、平均で０．３２の値となった。更に図２に示 されているように、前記広域面直上の炭素含有量は、０．７と０．８重量％ の間であった。前記ベース鋼の炭素富化領域５は、炭素富化されていない前記領 域６に対して、約０．３０−０．５５重量％Ｃ／ｍｍ広域面２の平均炭素勾配を 有していた。 その後の、油焼入れによる８２０−８６０℃の温度範囲での硬化処理によって 、前記広域面２での硬度が約６３−６５ＨＲＣの範囲で、前記コア６での硬度が ４４ＨＲＣの非常に平らな基材プレート１が得られた。温度２６０℃で３時間の 焼戻し後、図３に示すように、前記平坦面２の硬度値が理想的な５６ＨＲＣ（７ ００ＨＶ）で、前記コア６では４０ＨＲＣ（４００ＨＶ）の値が達成された。前 記基材の炭素富化境界領域５は、前記広域面２から、炭素富化されていないか、 もしくは、わずかだけ炭素富化された領域６にかけて９−１５ＨＲＣの平均硬度 勾配を有していた。このような硬度プロフィール曲線の存在下においては、鋸歯 のはめ込みを、鋸用のこの基材を使用してまだ行うことが可能である。この基材 から製造された鋸は、高い剛性と、動的応力付加能力とによって際立っており、 非常に静粛で、従来技術から知られている鋸よりも約１０ＨＲＣ高い硬度を有し 、さらに、非常に良好な耐摩耗性を備えている。この基材は、 非回転鋸、および切断、スクレーピング装置に特に適しているものであると考え られる。 例２： 使用材料： １３ＣｒＭｏ４４焼なまし冷間圧延ストリ ップ 試料厚み：Ｄ＝２．４−２．７ｍｍ 第１実施形態同様の処理パラメータで、複数のサンプルに対して薄膜ガス表面 硬化処理を行い、図２に示すように、平均侵入深さＡ_tが０．７ｍｍの境界層５ が形成された。前記熱化学処理されたベース鋼の境界領域５の表面硬化深さＡ_t と、前記基材の厚みＤとの比率は、約０．２５の平均値であった。更に図２に示 すように、前記広域面２直上の炭素含有量は、約０．７重量％であった。前記ベ ース鋼の炭素富化境界領域５は、前記広域面２から、炭素富化されていない領域 ６にかけて約０．４６−０．５３重量％の平均炭素勾配を有していた。 前記第１実施形態と実質的に同じ条件下で同様に行われたその後の硬化処理に よって、前記広域面２と前記コ ア６とは、それぞれ第１実施形態とはわずかに異なる硬度値となり、平坦性の良 好なプレート１が得られた。最適であると判断された、図３に示すように、温度 ３００℃で３時間の焼戻し後、広域面２での約５４−５５ＨＲＣ（約６７０ＨＶ ）と、コア６での約３８ＨＲＣ（３８０ＨＶ）の硬度値が達成された。前記基材 の炭素富化領域５は、前記広域面２から、炭素富化されていないか、もしくはわ ずかのみ炭素富化された前記領域６にかけて、約１５ＨＲＣ／ｍｍの平均硬度勾 配を有していた。 本発明のこの実施形態の基材は、約５５ＨＲＣのはめ込み歯を備えた丸鋸とし て、テーブル鋸、トリム鋸に特に適しているものと考えられる。製造された工具 鋼のこのタイプの普通の鋸の硬度は、約４３−４４ＨＲＣである。 静的曲げ強度Ｃを測定するために、本発明の基材から丸鋸刃を作成した。前記 鋸刃の静的曲げ強度Ｃは、所定条件下において静的負荷ケース（ｓｔａｔｉｃ ｌｏａｄ ｃａｓｅ）に付与された曲げ力Ｆと、この負荷点で発生した変形量ｆ との比率として得られる。前記鋸刃は、表 ２に示されているように直径Ｄ_Kと、厚みＤとを有していた。この鋸刃の内側開 口部の直径Ｄ_Iは、４０ｍｍであった。この鋸刃を、１１８ｍｍの直径Ｄ_Eを有す るフランジで締め付けた。従って、クランプの直径と鋸の直径との比率Ｄ_E／Ｄ_K の値が０．３４であるという特徴があった。前記曲げ力Ｆが付加され、前記変形 量ｆが測定された測定ポイントは、前記フランジの外縁から９５ｍｍ離間した測 定円上であった。前記屈曲力は、１９．７Ｎであり、鋸刃の前面と後面上におい て前記測定円上の４つのポイントで測定された。 １４３Ｎ／ｍｍの平均静的曲げ剛性Ｃが測定され、これは、第３実施形態の値 との比較で表３に示されている。 例３： 使用材料： １０Ｎｉ１４ 焼なまし冷間圧延ストリッ プ 試料厚み：Ｄ＝２．５−３．０ｍｍ 複数のサンプルに対して、第１実施形態と同様の条件下処理パラメータで薄膜 表面硬化を行い、これによって、図２に示すように、約０．５−０．６ｍｍの平 均侵入深さＡ_tの境界層５が形成された。前記熱化学処理ベース鋼の境界領域５ の表面硬化深さＡ_tと前記基材の厚みＤとの比率は、約０．２０の平均値を有し ていた。図２は、更に、前記広域面２直上の炭素含有量が、前記広域面２から、 炭素付加されていない領域６にかけて約０．４８重量％Ｃ／ｍｍの平均炭素勾配 を有していた。従来技術と比較して低いこれらの勾配は、広域面２において高い 耐摩耗性が達成されるだけでなく、本発明による基材では更に一体的に高い強度 値が達成されるという効果を有している。 第１実施形態と実質的に同じ条件下で行われたその後の硬化処理によって、プ レート１の平坦性が良好で、第１実施形態よりもわずかに低い硬度値が得られた 。温度２００℃で３時間の焼戻し時間後、図３に示されているように、広域面２ における５４ＨＲＣ（約６５０ＨＶ）以下の硬度値と、コア６における約３１Ｈ ＲＣ（３１０ＨＶ）の硬度値とが達成された。前記基材の炭素富化境界領域５は 、前記広域面２から、炭素富化されていないか、もしくはわずかのみ炭素富化さ れた領域６にかけて約１７−２０ＨＲＣ／ｍｍの平均硬度勾配を有していた。 前記表面硬化ベース鋼の硬化と焼戻し後の、１２．５ｘ３ｍｍの寸法の６つの サンプルに対して引張強度テストを行った。約１５５０Ｎ／ｍｍ²の平均引張強 度値Ｒ_mが測定された。これに対して、公知の基材に使用される硬化焼戻し工具 鋼の引張強度は、約１６００Ｎ／ｍｍ²の平均値Ｒ_mを有していた。 前記表面硬化ベース鋼の硬化と焼戻し後の、５５ｍｍｘ１０ｍｍｘ３ｍｍの寸 法の更に別の６つのサンプルに対して衝撃強度テストを行った。約６０Ｊ／ｃｍ² の平均 衝撃強度値が測定された。公知の基材用の硬化焼戻し工具鋼の６つのサンプルに 対して行った比較テストは、約５２Ｊ／ｃｍ²の値であった。 これらのテストは、本発明の基材によれば、平均引張強度値Ｒ_mは公知の基材 の引張強度Ｒ_mにほぼ対応するが、しかし、刃が切削工程を受ける場合には非常 に重要な、衝撃強度の特性パラメータに関して、工具鋼に基づく硬化材の場合よ りも平均で１５％高い値を達成することができる、ということを示している。 金属組織分析によって、本発明による基材の最適組織組成を、前記広域面２か らの様々な距離において決定することが可能である。このような組織構造が、図 ３中において、４つの顕微鏡図９，１０，１１，１２によって略示されている。 前記炭素富化境界領域５は、焼戻し混合構造から構成されている（図９，１０， １１）。この混合構造は、マルテンサイトを有していて、いくつかのケースにお いては、カーバイド排出物と、少量の残留オーステナイトと中間組織とを有し、 前記マルテンサイト含有量は、最初、炭素富化されていない領域６の方向に向け て前記広域面２からの距離が増加するに従って最大 値（図１０）にまで増加し、その後、炭素富化されていない領域６においてほぼ 消滅している。前記残留スーステナイトの含有量または前記混合構造の含有量は 、最初、炭素富化されていない領域６の方向に向けて前記広域面２からの距離が 増加するに従って局所的最小値（図１０）にまで減少し、その後、わずかに増加 し（図１１）、そして、炭素富化されていない領域６において急激に減少してい る。図１２は、使用したベース鋼の基本構造の特徴を有する前記コア領域６のフ ェライト−パーライト組織を示している。 本発明の基材に現れる内部ひずみに関して、この意味における最適状態は、０ ．９０ＧＰａ以下、好ましくは、０．４０−０．７５ＧＰａの範囲の最大内部圧 ひずみが、前記広域面２から前記表面硬化深さＡ_tよりも短い距離の所に存在す る場合である。これに対して、工具鋼を元に製造された公知の基材の場合には、 内部引張ひずみは、外側の境界領域５において発生する。鋸の作業中において、 これらの内部引張ひずみによって、亀裂の発生と伝播とが容易に起こるか、もし くは、これらの現象が誘発される。工具の繰り返し使用中に発生する繰り返され る温度変化と組み合わされて、これによって、更に、材料 の摩耗の加速化も起こる。 もしも、前記熱化学処理ベース鋼の硬化および焼戻し後において、基材が、前 記広域面２から、前記表面硬化深さＡ_tと等しいか、もしくは、これよりもわず かに長い距離のところで、約０．０６ＧＰａ以下、好ましくは、０．２０ＧＰａ 以下の最大内部引張ひずみを有すると更に有利である。内部引張ひずみの増大に より、この領域において硬化クラックが容易に形成される。従って、内部引張ひ ずみが、前記広域面２からの距離が増大するにつれて再び減少し、その後、０． ８０ＧＰａ以下の最大内部圧縮ひずみが、前記広域面２から、前記表面硬化深さ Ａ_tよりも長い距離のところで発生すると特に有利である。ある種の条件下にお いては、基材中の内部ひずみの分布によって、展伸ハンマーや機械による展伸工 程による鋸刃の引張りを不要とすることができる。 本発明のこの実施形態の基材は、約５７ＨＲＣのはめ込み歯を備えた丸鋸の製 造に特に適しているものと考えられる。 静的曲げ剛性Ｃを測定するために、本発明による前記 基材から、２つの丸鋸を製造した。これら鋸刃の静的曲げ剛性Ｃを、第２実施形 態に記載した方法によって測定した。これら鋸刃は、それぞれ表２の番号ＩＩお よびＩＩＩで示すように、直径寸法Ｄ_Kと厚みＤとを有していた。これら鋸刃の 内部円形開口部の直径Ｄ_Iは、第２実施形態と同様、４０ｍｍであった。前記鋸 刃を、第２実施形態と同様の寸法のフランジＤ_Eでクランプした。測定点の位置 と、曲げ力のレベルとも、本発明の第２実施形態のものと同じであった。曲げ剛 性について得られた平均値が表３に示されている。上述したものと異なり、焼戻 し温度は、約１８０℃（ＩＩ）と２２０℃（ＩＩＩ）の範囲であった。 その品質によるが、その焼戻し耐性を考慮して、一般には１５０−３５０℃の 焼戻し温度が、熱化学処理硬化ベース鋼に対して実用的である。硬度プロフィー ル曲線など、基材の組織および物理特性は、前記熱化学処理および硬化処理の技 術的パラメータの他に、焼戻し温度と時間によって影響されうる。従って、約５ ７−５８ＨＲＣの硬度値が、これらのサンプルの表面上で測定された。 表３の値と、得られた別の値とに基づいて、クランプ対鋸の直径比Ｄ_E／Ｄ_K＝ ０．３４として、硬化工具鋼からなる従来の基材と、本発明による基材との静的 曲げ剛性Ｃのプロフィールを、図４に様々なシート厚みで比較表示している。本 発明による基材では、従来の鋸刃の曲げ剛性Ｃの１ｘ１／２−２倍が達成可能で あることが理解されるであろう。 図５は、本第３実施形態によって作られた本発明による基材からの、幅１５ｍ ｍで、厚みＤが２．８ｍｍの平坦サンプルに対する３点屈曲テストの結果を示す 。前記サンプルの支持間隔（ｂｅａｒｉｎｇ ｓｐａｃｅ）は３０ｍｍであった 。同図は、１０００の測定値から得られた力−変形図を再現したものである。前 記曲線プロフ ィールが示すように、約８１０ｄａＮでの約０．７５ｍｍの変形量ｆの弾性限界 を超えた後、約２．００ｍｍの変形量ｆで最大曲げ力Ｆが達成されている。発生 する最大曲げひずみは、約３０５ｄａＮ／ｍｍ²である。その後曲げ力Ｆが減少 すると、前記サンプルの追加変形を観察することができ、これは、約３．７５ｍ ｍの変形量ｆで発生する破壊は、せん断ではなく、変形破壊であることを示して いる。このような、本発明による基材の破壊挙動は、鋸刃と、それから製造され るものとに対して”中断機会（Weglegechance）”を提供するものであり、即ち 、破壊が現れる前に交換を行うことが可能であり、これによって作業上の安全性 が増す。 要約すると、本発明による基材から作られた鋸、カットオフ・ディスク等は、 従来技術から知られているものに対して、下記の利点を提供するものである。 − 炭素が均一に導入されていることにより、その特性の再現性の高い工具を 製造することができる。 − 熱間圧延および硬化処理において従来は不可避であった脱炭処理を省略す ることが可能であり、これによ って、広域面の再研磨の必要がなくなる。冷間圧延においては、熱化学処理にお いて起こる寸法変化を考慮しながら、所望の材料厚みを特定することが可能であ る。 − 段階化（ｇｒａｄｕｉｅｒｔｅｎ）構造により、目的の熱化学処理と、場 合によっては、その後の熱処理によって、作業安全性を同じものとしながら、工 具の表面硬度を高めることができる。 − ベース鋼の熱化学処理後の焼入れによって、微細粒組織を備えた硬質構造 を達成することができる。このようにすることで、その後の硬化処理を省略した り、あるいは、２回の硬化処理によって、その物理特性を更に改善することも可 能である。 − 熱化学処理、硬化および焼戻し処理の処理パラメータを適当に選択するこ とにより、炭素プロフィール、硬度プロフィール曲線、および内部ひずみの分布 と構造、従って、所望の成分特性を得るために大きな設計上の自由度がある。 − 赤熱プロフィール・鋼の切断プロセスと、金属の 切削加工、特に、所謂、溶融切断における高い周速度での温度上昇との両方にお いて熱亀裂の形成を少なくすることができる。 − コアの炭素含有量が低いことにより、不要の熱が導入された場合に、作業 者とって危険な硬化の危険を減らすことができる。 − 表面とコアとの構造が異なり、これに関連して、硬化処理と焼戻し処理中 に体積が変化することにより、構造変形中に圧縮ひずみを作り出すことができる 。従って、強く、しかし制御された不均質性が、特に、鋸の内部ひずみ状態にお いて形成され、これが、特に、材料疲労の遅延と、亀裂の発生の減少との点で、 利用特性において好影響を与える。 − 本発明の基材によれば、コンポーネント強度を完全に増加させることがで きる。従って、使用時における曲げ振動が、特に、高速時において低下する。そ の結果、ノイズの発生が減少する。又、従来の鋸のノイズ発生を減少させるため の手段は全部そのままであり、これらを追加的に利用することが可能である。 − 混合構造の場合、減衰特性は、純粋マルテンサイトのそれよりも良好であ る。従って、更にノイズが減少する。 − コンポーネント強度が高いため、板厚を減らすことができる。このことか ら、切断ギャップが少なくなり、切断損失が減少し、したがって、切断される材 料が節約される。 − 一定の板厚に対して、刃の剛性が比較的高いため、２５−７５ｍ／分の範 囲のより高い切断速度での作業が可能となり、これによって切断作業能力が大幅 に増加する。 − より高い鋸の硬度が達成可能であるため、従来使用されていた刃先被覆、 ステライト化加工鋸、または硬質クロームめっき長鋸盤、または丸鋸に置き換わ ることが可能である。 − 切断方向に対して垂直な非均一硬度プロフィール（サンドイッチ構造）に より、歯付き鋸は、その表面にわたって異なる速度で摩耗する。これによって、 ある種 の”自動鋭利効果”が達成される。鋸の再研磨における利点も銘記することがで きる。 − 本発明の基材から製造された鋸歯においては、作業安全性を増加させる変 形亀裂メカニズムの出現により、”中断機会”が提供される。 − 部分的熱化学処理によって、はんだ付け又は溶接部位の近傍において障害 となる、高炭素含有量を避けることができる。これは、金属切削の分野において 相当な利点である。 − 鋸のコアが軟質であるため、楔を挿入することによって、所謂、アップセ ット歯を製造することが可能である。これは、従来は、ニッケル鋼においてのみ 可能であった。参照符号 １ 基材のプレート ２ １の広域面 ３ １の短縁面 ４ １の長縁面 ５ 境界領域 ６ 炭素を富化されていない領域 ７ ８ａ，８ｂの輪郭 ８ａ 鋸刃ブランク、丸鋸 ８ｂ 鋸刃ブランク、長鋸盤 ９ ５の顕微鏡図 １０ ５の顕微鏡図 １１ ５の顕微鏡図 １２ ６の顕微鏡図 Ａ_t 表面硬化深さ Ｃ 静的屈曲剛性 Ｄ １の厚み Ｄ_E クランプ直径 Ｄ_I 内径 Ｄ_K 鋸直径 Ｆ 屈曲力 ｆ 変形量 Ｒ_m 引張強度

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． ブランク刃、特に、丸鋸、カットオフ・ディスク、長鋸盤、更に、切断装 置およびスクレーピング装置用、を製造するための基材であって、２つの広域面 （２）と、２つの短縁面（３）と２つの長縁面（４）を形成する表面（２，３， ４）からなり、そのベース鋼が炭素０．３重量％以下の炭素含有量を有するもの において、前記ベース鋼が、少なくとも１つの広域面（２）から、炭素含有量が 低下しながら、炭素が富化されていないか、もしくはわずかしか富化されていな い領域（６）にまで延出する、０．５−１．１重量％の炭素が富化された境界領 域（５）を有し、これに対して、前記両縁面（３，４）において、前記基材が、 前記炭素富化境界領域（５）と前記非炭素富化領域（６）とからなるサンドイッ チ構造を有することを特徴とする基材。 ２． 請求項１の基材であって、前記ベース鋼は、前記両広域面（２）から延出 する炭素富化境界領域（５）を有し、前記両縁面（３，４）において、前記基材 は、前記２つの炭素富化境界領域（５）と前記非炭素富化領域（６）とからなる サンドイッチ構造を有することを特徴とする。 ３． 請求項１又は２の基材であって、前記基材は、前記境界領域（５）におい て、炭素富化のために表面硬化されていることを特徴とする。 ４． 請求項１又は２の基材であって、この基材は前記境界領域（５）において 、炭素富化のために浸炭窒化されていることを特徴とする。 ５． 請求項１〜４のいずれかの基材であって、この基材は非合金化構造用鋼で あることを特徴とする。 ６． 請求項１〜４のいずれかの基材であって、この基材は低合金化構造用鋼で あることを特徴とする。 ７． 請求項１〜６のいずれかの基材であって、前記熱化学処理ベース鋼の、前 記炭素含有量が０．３５重量％である前記境界領域（５）の表面硬化深さ（Ａ_t ）と、前記ベース鋼の前記厚み（Ｄ）との比率が、０．１５−０．４０の値を有 することを特徴とする。 ８． 請求項１〜７のいずれかの基材であって、前記熱化学処理ベース鋼の硬化 および焼戻し処理後に、前記炭素富化境界領域（５）の選択された深さ部分に対 応して、前記基材の深さ（Ｄ）の約５０％以下が、前記ベース鋼の初期の硬度に ほぼ等しい硬度を有するか、もしくは、それよりもわずかに高い硬度を有し、前 記基材の厚み（Ｄ）の少なくとも約５０％が、より高い 硬度を有することを特徴とする。 ９． 請求項１〜８のいずれかの基材であって、前記熱化学処理ベース鋼の硬化 および焼戻し処理後に、前記炭素富化境界領域（５）の選択された深さ部分に対 応して、前記基材の厚み（Ｄ）の約１／３以下が、前記ベース鋼の初期の硬度に ほぼ等しい硬度を有するか、もしくは、それよりもわずかに高い硬度を有し、前 記基材の厚み（Ｄ）の少なくとも約２／３が、より高い硬度を有することを特徴 とする。 １０．請求項１〜９のいずれかの基材であって、前記炭素富化領域（５）は、前 記広域面（２）から、前記非炭素富化領域（６）にかけて、約０．２５〜０．７ ５重量％Ｃ／ｍｍ、好ましくは、０．４０〜０．５０重量％Ｃ／ｍｍの平均炭素 勾配を有することを特徴とする。 １１．請求項１〜１０のいずれかの基材であって、前記熱化学処理ベース鋼の硬 化および焼戻し処理後、前記基材の前記炭素富化境界領域（５）は、前記広域面 （２）から前記非炭素富化領域（６）にかけて、約１０〜２２ＨＲＣ／ｍｍ、好 ましくは、１４〜１８ＨＲＣ／ｍｍの平均硬度勾配を有することを特徴とする。 １２．請求項１〜１１のいずれかの基材であって、前記熱化学処理ベース鋼の硬 化および焼戻し処理後、前記基材の前記広域面（２）の前記領域は、約５０〜６ ３ＨＲＣ、好ましくは、５２〜５５ＨＲＣの硬度を有し、前記非炭素富化領域（ ６）は、２０〜４０ＨＲＣ、好ましくは３０〜３５ＨＲＣの硬度を有することを 特徴とする。 １３．請求項１〜１２のいずれかの基材であって、前記熱化学処理ベース鋼の硬 化および焼戻し処理後、前記境界領域（５）は、前記広域面（２）から、前記表 面硬化深さ（Ａ_t）よりも短い距離のところで、約０．９０ＧＰａ以下、好まし くは、０．４０−０．７５ＧＰａの範囲の最大圧縮内部ひずみを有することを特 徴とする。 １４．請求項１〜１３のいずれかの基材であって、前記熱化学処理ベース鋼の硬 化および焼戻し処理後、前記基材は、前記広域面（２）から前記表面硬化深さ（ Ａ_t）よりもわずかに短い距離のところで、約０．６０ＧＰａ以下、好ましくは 、０．２０ＧＰａ以下、の最大内部引張ひずみを有することを特徴とする。 １５．請求項１〜１４のいずれかの基材であって、前記熱化学処理ベース鋼の硬 化および焼戻し処理後、前記 基材は、前記広域面（２）から、前記表面硬化深さ（Ａ_t）よりも長い距離のと ころで、約０．３０ＧＰａ以下の範囲の最大圧縮内部ひずみを有することを特徴 とする。 １６．請求項１〜１５のいずれかの基材であって、前記境界領域（５）は、マル テンサイトと、場合によってはカーバイド排出物と、わずかな比率の残留オース テナイトおよび／又は中間段階構造との焼戻し混合組織（９，１０，１１）から なり、前記広域面（２）から、前記非炭素富化領域（６）の方向に向かう距離の 増加に伴い、前記マルテンサイト含有量が、最初、最大値（１０）にまで増加し 、その後、前記領域（６）においてほぼゼロまで減少し、前記非炭素富化領域（ ６）に向かう方向で前記広域面（２）からの距離の増大につれて、前記残留オー ステナイトおよび／又は中間段階構造の含有量が、最初、局所的最小値（１０） にまで減少し、その後、わずかに増大し（１１）、最後に、前記非炭素富化領域 （６）において、前記局所的最小値（１０）以下に減少することを特徴とする。 １７．請求項１〜１６のいずれかの基材であって、前記ベース鋼は、前記広域面 （２）の領域において部分的にのみ熱化学処理されていることを特徴とする。 １８．請求項１〜１７のいずれかの基材であって、前記厚み（Ｄ）にわたって前 記非炭素富化またはわずかのみ炭素富化さた領域（６）および／又は、非炭素富 化またはわずかのみ炭素富化された、前記基材の前記表面（２，３，４）の前記 領域（６）とは、原料および／又は、好ましくはその最低段階におけるベーナイ トとからなるフェライト−パーライト混合構造（１２）からなることを特徴とす る。