(57)【要約】動いている帯鋸の刃からの磨耗に曝される帯鋸のガイドの磨耗パッドが鋼材から粉末冶金法で製造され、鋼材は、重量パーセントでの以下の組成（１）を有し、さらに、（Ｖ＋Ｎｂ／２）が７．５から１４であり（ここで、一方のＮ含有率および他方の（Ｖ＋Ｎｂ／２）含有率は、前記元素の含有率が直交平面座標系における範囲Ｉ’’、Ｆ’’、Ｇ、Ｈ、Ｉ’’内になるように、互いに対して均衡が保たれ、ここで、Ｎの含有率は横軸であり、Ｖ＋Ｎｂ／２の含有率は縦軸であり、前記点についての座標（２）は：である。）、Ｔｉ、ＺｒおよびＡｌのいずれも最大７であり；残部が本質的に鉄および不可避の不純物のみである。
2013522470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動いている帯鋸の刃からの磨耗に曝される帯鋸のブレードガイドの磨耗パッドを製造する方法であって、
−  重量％での以下の組成：
【表１】
2013522470.tif 000006
を有し、さらに、
（Ｖ＋Ｎｂ／２）が７．５から１４であり、ここで、一方のＮの含有率および他方の（Ｖ＋Ｎｂ／２）の含有率は、前記元素の含有率が直交平面座標系における範囲Ｉ’’、Ｆ’’、Ｇ、Ｈ、Ｉ’’内になるように、互いに対して均衡が保たれ、ここで、Ｎの含有率は横軸であり、Ｖ＋Ｎｂ／２の含有率は縦軸であり、前記点についての座標は：
【表２】
2013522470.tif 000007
であり、
Ｔｉ、ＺｒおよびＡｌのいずれも最大７であり；
残部が本質的に鉄および不可避の不純物のみである
耐磨耗性鋼材を、粉末冶金法で製造するステップ；
−  １０００から１３５０℃、好ましくは１１００から１１５０℃で、１００ＭＰａの圧力で、３時間の期間の間、製造された粉末を熱間静水圧プレスして、完全に稠密な稠密体、または少なくとも完全な稠密に近い稠密体とするステップ；ならびに、
−  ９５０から１１５０℃のオーステナイト化温度からの焼入れ、および２００から４５０℃、２×２時間の低温焼戻し、または４５０から７００℃、２×２時間の高温焼戻しによって稠密体を熱処理して、大きさが最長長さで１から１０μｍである、最大５０体積％の、Ｍ２Ｘ、ＭＸおよび／またはＭ２３Ｃ６／Ｍ７Ｃ３型の硬質相粒子の均等な分布を含む微細組織であって、前記硬質相粒子の含有率は、最大２０体積％がＭ２Ｘ（式中、Ｍは主にＣｒであり、Ｘは主にＮである。）の炭化物、窒化物および／または炭窒化物であり、５から４０体積％がＭＸ（式中、Ｍは主にＶおよびＣｒであり、Ｘは主にＮである。）の炭化物、窒化物および／または炭窒化物であるようにされ、前記ＭＸの粒子の平均の大きさは、３μｍ未満、好ましくは２μｍ未満、なおより好ましくは１μｍ未満である微細組織を有する鋼の磨耗パッドを製造するステップ
を特徴とする、磨耗パッドを製造する方法。
【請求項２】
−  前記粉末をカプセル中に入れること；
−  カプセル中のガスを排気すること；および、熱間静水圧プレスの後に、
−  耐磨耗性鋼材を覆うカプセルまたはカプセルの少なくとも一部を除去すること
をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
耐磨耗性鋼材の粉末において粉末の顆粒を結合させることと、その後に、得られた結合している粉末の顆粒をカプセル中に入れることとにより、耐磨耗性鋼材の中間製品を製造することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
中間製品がストリップ（strip）またはパッドの形状を有する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
熱間静水圧プレスにより粉末の顆粒を結合させることを特徴する、請求項３または４に記載の方法。
【請求項６】
カプセルの壁が主にニッケルまたはモネルメタルからなる、請求項２から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
不活性ガス、好ましくは窒素により、窒素を除いて耐磨耗性鋼材について示された組成をもつ溶融物を粉状化することと、ここで不活性ガスは溶融物の噴流を通して吹きつけられ、溶融物は液滴に分裂して凝固し；その後に、得られた粉末を固相窒化して、前記に示された窒素含有率にすることとにより製造される耐磨耗性鋼材の粉末を製造することを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
下記の元素が、下記の重量％での含有率で磨耗パッドに含まれる：
【表３】
2013522470.tif 000008
請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
耐磨耗性鋼材中に、炭素が０．１から２重量％の含有率で、窒素が最大９．８重量％の含有率で、バナジウムが最大約１４重量％の含有率で存在することを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
動いている帯鋸の刃からの磨耗に曝される帯鋸のブレードガイドの磨耗パッドであって、磨耗パッドは、以下の組成：
【表４】
2013522470.tif 000009
を有し、さらに、
（Ｖ＋Ｎｂ／２）が７．５から１４であり、ここで、一方のＮの含有率および他方の（Ｖ＋Ｎｂ／２）の含有率は、前記元素の含有率が直交平面座標系における範囲Ｉ’’、Ｆ’’、Ｇ、Ｈ、Ｉ’’内になるように、互いに対して均衡が保たれ、ここで、Ｎの含有率は横軸であり、Ｖ＋Ｎｂ／２の含有率は縦軸であり、前記点についての座標は：
【表５】
2013522470.tif 000010
であり、
Ｔｉ、ＺｒおよびＡｌのいずれも最大７であり；
残部が本質的に鉄および不可避の不純物のみである鋼の部材であり、
鋼の磨耗パッドは、大きさが最長長さで１から１０μｍである、最大５０体積％の、Ｍ２Ｘ、ＭＸおよび／またはＭ２３Ｃ６／Ｍ７Ｃ３型の硬質相粒子の均等な分布を含む微細組織であって、前記硬質相粒子の含有率は、最大２０体積％がＭ２Ｘ（式中、Ｍは主にＣｒであり、Ｘは主にＮである。）の炭化物、窒化物および／または炭窒化物であり、５から４０体積％がＭＸ（式中、Ｍは主にＶおよびＣｒであり、Ｘは主にＮである。）の炭化物、窒化物および／または炭窒化物であるようにされ、前記ＭＸの粒子の平均の大きさは、３μｍ未満、好ましくは２μｍ未満、なおより好ましくは１μｍ未満である微細組織を有する
ことを特徴とする磨耗パッド。
【請求項１１】
下記の元素が、下記の重量％での含有率で、耐磨耗性鋼材に含まれる：
【表６】
2013522470.tif 000011
ことを特徴とする、請求項１０に記載の磨耗パッド。
【請求項１２】
耐磨耗性鋼材に、炭素が０．１から２重量％の含有率で、窒素が最大９．８重量％の含有率で、バナジウムが最大約１４重量％の含有率で存在することを特徴とする、請求項１０に記載の磨耗パッド。
【請求項１３】
動いている帯鋸の刃からの磨耗に曝される帯鋸のブレードガイドの磨耗パッドの粉末冶金製造のための鋼材の使用であって、
前記鋼材は、重量パーセントでの以下の組成：
【表７】
2013522470.tif 000012
を有し、さらに、
（Ｖ＋Ｎｂ／２）が７．５から１４であり、ここで、一方のＮの含有率および他方の（Ｖ＋Ｎｂ／２）の含有率は、前記元素の含有率が直交平面座標系における範囲Ｉ’’、Ｆ’’、Ｇ、Ｈ、Ｉ’’内になるように、互いに対して均衡が保たれ、ここで、Ｎの含有率は横軸であり、Ｖ＋Ｎｂ／２の含有率は縦軸であり、前記点についての座標は：
【表８】
2013522470.tif 000013
であり、
Ｔｉ、ＺｒおよびＡｌのいずれも最大７であり；
残部が本質的に鉄および不可避の不純物であり、
さらに、鋼の粉末材料は、１０００から１３５０℃、好ましくは１１００から１１５０℃で、１００ＭＰａの圧力で、３時間の期間の間、製造された粉末を熱間静水圧プレスして、完全に稠密な稠密体、または少なくとも完全な稠密に近い稠密体とした後に、ならびにその後に９５０から１１５０℃のオーステナイト化温度からの焼入れ、および２００から４５０℃、２×２時間の低温焼戻し、または４５０から７００℃、２×２時間の高温焼戻しにより、稠密体を熱処理した後に、大きさが最長長さで１から１０μｍである、最大５０体積％の、Ｍ２Ｘ、ＭＸおよび／またはＭ２３Ｃ６／Ｍ７Ｃ３型の硬質相粒子均等な分布を含む微細組織であって、前記硬質相粒子の含有率は、最大２０体積％がＭ２Ｘ（式中、Ｍは主にＣｒであり、Ｘは主にＮである。）の炭化物、窒化物および／または炭窒化物であり、５から４０体積％がＭＸ（式中、Ｍは主にＶおよびＣｒであり、Ｘは主にＮである。）の炭化物、窒化物および／または炭窒化物であるようにされ、前記ＭＸの粒子の平均の大きさは、３μｍ未満、好ましくは２μｍ未満、なおより好ましくは１μｍ未満である微細組織を有するようにされた
ことを特徴とする、磨耗パッドの粉末冶金製造のための鋼材の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動いている帯鋸の刃（band saw blade）からの磨耗に曝される帯鋸のブレードガイド（blade guide）の磨耗パッド（wear pad）を製造する方法に関する。
【０００２】
本発明は、動いている帯鋸の刃からの磨耗に曝される帯鋸のブレードガイドの磨耗パッドにも関する。
【０００３】
さらに、本発明は、動いている帯鋸の刃からの磨耗に曝される帯鋸のブレードガイドの磨耗パッドの粉末冶金的な製造のための鋼材の使用に関する。
【０００４】
従来技術
帯鋸は、一般的に、材木、木の幹、金属、セラミックおよびプラスチックを含む様々な材料を切断するための軌道または進路に、柔軟で連続した鋸歯状の刃を進めるように運転される、帯鋸のモータおよび刃の組合せを特徴とする。帯鋸の刃は、一般的に、間隔を置いた一対の刃駆動輪に巻きつけられるので、旋回する帯鋸の刃の切断面は、垂直面または水平であることができ、垂直な刃の切断部を水平または垂直な走行の進路を通してガイドする機構が設けられなければならない。そのうえ、刃は、薄く柔軟であるので、鋸引きの運転中に多大な振動および歪みを受け、このことは、帯鋸の刃が水平または垂直な切断面に適切に安定化されていない場合に、作業台（work stock）における不均等な切断につながることがある。したがって、刃のガイドまたは安定化の機構は、帯鋸の技術分野において周知の手段である。
【０００５】
そのような帯鋸の刃のガイド機構は、米国特許第3,534,647号に開示されており、垂直に間隔を置いた一対の駆動プーリ（その上に、連続した帯鋸の刃が仕込まれる）の間に延在する一対の支持アームを含む。それぞれの支持アームの延在する端に設けられるブレードガイドアセンブリ（assembly）は刃を受けとめ（receive）、刃が駆動プーリ上で駆動されるときに、刃の対向する面（opposite surfaces）に接触し、ブレードガイドアセンブリ（複数）の間の刃の切断部の振動を最小にするために、炭化物のインサート（inserts）がブレードガイドアセンブリ中に組み入れられている。
【０００６】
通常、その炭化物は、タングステンカーバイドコバルトまたは超硬合金（hardmetal）とも呼ばれる焼結炭化物（cemented carbide）であり、これはタングステンカーバイド粒子が骨材（aggregate）であり、金属コバルトがマトリックスとしての役目をする金属マトリックス複合体である。数十年間にわたり、焼結炭化物は、鋼の性能が不満足である用途において鋼の代わりに用いられてきており、焼結炭化物のブロックがロウ付けにより適切な基材に取り付けられた。焼結炭化物のブロックを含む磨耗パッドの主な問題は、焼結炭化物のクラッキング（cracking）またはチッピング（chipping）により終わりを迎えるその寿命である。さらに、焼結炭化物のブロックを含む磨耗パッドは高価である。
【０００７】
米国特許第6,889,589 B1号および米国特許第7,325,473 B2号には、製材用鋸アセンブリ（saw mill assembly）の鋸刃を安定化するためのガイドが開示されている。ガイドは、鋸刃の面と係合するための第１の面と、対向する第２の面とを有するガイドブロックを含む。ガイドブロックまたはインサートは、刃に係合するその第１の面に近い金属材料が、ガイドに係合する第２の面に近い金属材料より硬いバイメタルである。硬い方の材料は、好ましくは、４６０と６１４の間のブリネル硬度数を有するオーステナイト系クロム炭化物合金である。
【０００８】
さらに、国際公開第2007/024192 A1号（Uddeholm Tooling Aktiebolag）には、粉末冶金的に製造された合金鋼の他に、合金から作製した工具および部品が記載されている。その合金は、重量％での以下の組成：Ｃ  ０．０１から２、Ｎ  ０．６から１０、Ｓｉ  ０．０１から３．０、Ｍｎ  ０．０１から１０．０、Ｃｒ  １６から３０、Ｎｉ  ０．０１から５、（Ｍｏ＋Ｗ／２）０．０１から５．０、Ｃｏ  ０．０１から９、Ｓ  最大０．５、および（Ｖ＋Ｎｂ／２）０．５から１４（ここで、一方ではＮの含有率、他方では（Ｖ＋Ｎｂ／２）の含有率は、これらの元素の含有率が座標Ａ’、Ｂ’、Ｇ、Ｈ、Ａ’により定義される領域内であるように、互いに対して均衡が保たれており（balanced）、ここで、これらの点についての［Ｎ，（Ｖ＋Ｎｂ／２）］の座標は：Ａ’：［０．６，０．５］；Ｂ’：［１．６，０．５］；Ｇ：［９．８，１４．０］；Ｈ：［２．６，１４．０］である。）を有し、さらに、Ｔｉ、ＺｒおよびＡｌのいずれも最大７であり、残りは本質的に鉄および通常の含有率の不純物のみである。この鋼は、プラスチック部品の射出成形、圧縮成形および押出成形のための工具、ならびに腐食を受ける冷間加工工具の製造のために使用されることが意図される。さらにまた、エンジニアリング部品、例えば、エンジン用噴射ノズル、磨耗金属部品、ポンプ部品、ベアリング部品等。さらなる応用分野は、食品産業のためのナイフを製造するための合金鋼の使用である。国際公開第2007/024192 A1号は、参照により本明細書に組み込まれている。
【０００９】
発明の開示
本発明の目的は、焼結炭化物を使用する磨耗パッドより長い寿命を有し、安価である帯鋸のブレードガイドの磨耗パッドを製造する方法を提供することである。
【００１０】
上記の最初の段落に記載した方法において、この目的は、添付した特許請求の範囲による本発明に従って達成される。
【００１１】
上記の組成の鋼の磨耗パッドは、著しく良好な寿命、すなわち、焼結炭化物を使用する磨耗パッドの寿命の２倍を超える寿命を有する。そのうえ、それは、実質的に安価である、すなわち、焼結炭化物を使用する磨耗パッドの価格の約半分である。そのうえ、本発明による磨耗パッドはクラッキングまたはチッピングをしないという重要な利点が存在し、それにより焼結炭化物を使用する磨耗パッドにより時として生じる帯鋸の突然の破損がなくなるので、利用の度合が増加する。したがって、パッドの交換の必要性を容易に予測することができるので、他種のメンテナンスと合わせて計画し得る。さらに、このパッドは磨耗したときには研ぎ（grind）、次いでもう一度の使用期間（service period）に繰り返して使用し得るが、一方、クラッキングまたはチッピングを生じた焼結炭化物ブロックは基材から除去し、新しいブロックを基材上にロウ付けしなければならない。さらに、上記の組成の鋼の磨耗パッドは、低減された騒音レベルを与えるので、環境上の利益をもたらし、これはひいては、帯鋸の刃における振動も低減し、それにより帯鋸盤の寿命も増大させる可能性がある。全体として、本発明が驚くべき相乗効果を提供することは明白である。
【００１２】
本発明の方法に関連して上記に言及した利点の他に、好ましい実施形態における上述の組成の耐磨耗性材料は、バナジウムおよび存在する可能性があるニオブの含有率に対する窒素の含有率に関して均衡が保たれる。その微細組織（microstructure）は、非常に硬く安定な硬質相粒子の高い含有率を有し、請求項８によれば、腐食に対する非常に良好な特性を有すると同時に、耐ゴーリング（galling）性および耐フレッチング（fretting）性に対する非常に高い要件を容易に満足する磨耗面を達成することができる。
【００１３】
本発明のなお別の目的は、動いている帯鋸の刃からの磨耗に曝される帯鋸のブレードガイドの磨耗パッドの粉末冶金的な製造（powder metallurgical production）のための鋼材の使用を提供することであり、それは請求項１０によれば、焼結炭化物を使用する磨耗パッドより長い寿命を有する。
【００１４】
このように、製品が、基材（substrate）および磨耗層（wear layer）の両方に関して、耐腐食性、加工性（workability）、延性、機械加工性（machinability）、硬度、熱処理応答についての要件を好ましく満足すると同時に、製品の表面領域において非常に良好な耐磨耗性を必要とする磨耗パッドのために、粉末冶金的に製造された鋼材を使用することが可能である。
【００１５】
本発明のいろいろな実施形態のさらなる特有な特徴と、それとともに得られるものとは、以下の詳細な説明および特許請求の範囲から明らかである。
【００１６】
同封した図面の簡単な説明
以下に、本発明を、好ましい実施形態と同封した図面とを参照し、より詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】使用される鋼についてのＮの含有率と（Ｖ＋Ｎｂ／２）の含有率との間の割合を座標系の形で示す図である。
【図２】耐磨耗性を示すグラフである。
【図３】耐腐食性を示すグラフである。
【図４】本発明の好ましい実施形態に従って、熱間静水圧プレスされ、次いで熱処理された、粉末冶金的に製造される鋼材から作製された耐磨耗層の微細組織を示す図である。
【図５】Ｖａｎａｘ  ７５の摩擦特性を示すグラフである。
【図６】Ｖａｎａｘ  ７５の摩擦特性を示すグラフである。
【図７】本発明による耐磨耗性鋼材の間において、焼戻し温度に対する硬度を比較したグラフである。
【図８】動いている帯鋸の刃からの磨耗に曝される帯鋸のブレードガイドのための、本発明の磨耗パッドの好ましい実施形態の例の側面図である。
【図９】図８の磨耗パッドの平面図である。
【図１０】図９における線ＸＶ−ＸＶに沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
好ましい実施形態の詳細な説明
鋼材
本発明の磨耗パッドにおいて使用される鋼材は、粉末冶金的に製造され、これは、酸化物含有を大幅に無くした鋼のための条件（condition）であり、また、Ｍ２Ｘ、ＭＸおよび／またはＭ２３Ｃ６／Ｍ７Ｃ３型硬質相粒子（大きさがそれらの最長長さで１から１０μｍである）最大５０体積％の均等な分布を含む微細組織であって、前記硬質相粒子の含有率は、最大２０体積％がＭ２Ｘ（式中、Ｍは主にＶおよびＣｒであり、Ｘは主にＮである。）の炭化物、窒化物および／または炭窒化物であり、５から４０体積％がＭＸ（式中、Ｍは主にＶであり、Ｘは主にＮである。）の炭化物、窒化物および／または炭窒化物であるように分布し、前記ＭＸの粒子の平均の大きさは３μｍ未満、好ましくは２μｍ未満、なおより好ましくは１μｍ未満である微細組織を得るための条件である。好ましくは、粉末冶金的な製造は、アトマイジングガスとしての窒素で鋼溶融物（steel melt、溶鋼）をガスアトマイジングすることを含み、これは鋼合金に窒素の或る最小限の含有率を付与する。粉末の固相窒化（solid phase nitriding）により、より高く望ましい窒素含有率を得ることができる。
【００１９】
以下は、鋼の合金元素についてあてはまる。
【００２０】
第１に、炭素は、鋼のマトリックス中の固溶体中の窒素とともに、鋼にその焼入れおよび焼戻しされた状態で最大６０から６２ＨＲＣの高い硬度を付与することに寄与するのに十分な量で、本発明の鋼中に存在するであろう。窒素とともに、炭素は、一次析出したＭ２Ｘ（式中、Ｍは主にＶおよびＣｒであり、Ｘは主にＮである。）の窒化物、炭化物および／または炭窒化物中、ならびに一次析出したＭＸ（式中、Ｍは主にＶであり、Ｘは主にＮである。）の窒化物、炭化物および／または炭窒化物中、ならびに存在する可能性があるＭ２３Ｃ６および／またはＭ７Ｃ３の炭化物中に存在することもある。
【００２１】
炭素は、窒素とともに、所望の硬度を付与し、鋼に含まれる硬質相を形成するであろう。鋼中の炭素の含有率、すなわち、炭化物および／または炭窒化物中で結合している炭素に加えて、鋼のマトリックス中の固溶体中にある炭素は、製造の経済的理由および段階的な実行（to phase）のための動機付けとなり得るほどに低い水準で保たれるであろう。鋼は、オーステナイト化することができ、焼入れ時にマルテンサイトに変態可能であろう。必要であれば、残留オーステナイトを回避するために、材料を深冷凍結する（deep frozen）。好ましくは、炭素含有率は、少なくとも０．０１％、なおより好ましくは少なくとも０．０５％、最も好ましくは少なくとも０．１％であろう。最高の炭素含有率は、最大２％まで許容され得る。応用分野によって、炭素含有率は、第１に、鋼が最大２０体積％のＭ２Ｘの炭化物、窒化物および／または炭窒化物の含有率、ならびに５から４０体積％のＭＸの炭化物、窒化物および／または炭窒化物の含有率を得るように、鋼中の窒素の量に、ならびに鋼中の炭化物形成元素であるバナジウム、モリブデンおよびクロムの合計含有率に適合される（adapted）。Ｍ２３Ｃ６および／またはＭ７Ｃ３の炭化物は、主に非常に高いクロム含有率において、最大８から１０重量％の含有率で存在することができる。しかし、鋼中のＭＸ、Ｍ２Ｘおよび／またはＭ２３Ｃ６／Ｍ７Ｃ３の炭化物、窒化物および／または炭窒化物の合計含有率は、５０体積％を超えないであろう。そのうえ、鋼中における追加の炭化物の存在は、オーステナイト中に固溶した（dissolve）クロムの含有率が１２％未満とならないように、最小限にされるであろう。好ましくは、オーステナイト中に溶解したクロムの含有率は、少なくとも１３％であり、なおより好ましくは少なくとも１６％であり、これにより、鋼が良好な耐腐食性を得ることが確実になる。
【００２２】
窒素は、本発明の鋼において本質的な合金元素である。炭素と同様に、窒素は、鋼のマトリックス中の固溶体中に存在して、鋼に適した硬度を付与し、所望の硬質相を形成するであろう。好ましくは、窒素は、金属粉末の粉末冶金製造プロセスにおける噴霧ガスとして使用される。このような粉末の製造により、鋼は、最大０．２から０．３％の窒素を含有するだろう。次いで、この金属粉末には、任意の公知の技術により、例えば、窒素ガス中で加圧することにより、または製造された粉末の固相窒化により、所望の窒素含有率が付与されてよく、したがって、鋼は、好適には、少なくとも１．６％、好ましくは少なくとも２．６％の窒素を含有する。窒素ガス中における加圧、または固相窒化を使用する場合において、当然、アトマイジングを別のアトマイジングガス、例えば、アルゴンで行うことも可能である。
【００２３】
脆性の問題を引き起こさないためには、および残留オーステナイトを付与しないためには、窒素含有率は、最大で９．８％、好ましくは８％、なおより好ましくは最大６％とされる。バナジウムだけでなく、他の強い窒化物／炭化物の形成体、例えば、クロムおよびモリブデンが、窒素および炭素と反応する傾向を有する場合において、炭素含有率が、上述の窒素含有率について、最大で２％、適切には最大１．５％、好ましくは最大１．２％であるように、炭素含有率は、前記の高い窒素含有率に同時に適合されるべきである。しかし、これに関連して、とりわけ、上述した最も高い含有率より低い炭素含有率が付与されている本発明の鋼と比べて、比較的大きなクロム炭化物であるＭ２３Ｃ６および／またはＭ７Ｃ３が形成されることがあるので、炭素含有率の増加とともに耐腐食性が減少すること、および耐ゴーリング性も減少し得ることに留意すべきであり、それは不利な点である。
【００２４】
したがって、鋼が比較的低い窒素含有率を有することで十分である場合において、炭素含有率も低減されることが望ましい。好ましくは、炭素含有率は、経済的理由のための動機付けとなり得るほど低い水準に制限されるが、本発明によれば、炭素含有率は、或る窒素含有率において変化させられることができ、ここで、鋼中の硬質相粒子の含有率、およびその硬度は、鋼が意図される応用分野に応じて適合され得る。腐食を阻害する合金元素であるクロムおよびモリブデンの或る含有率において、窒素も、ＭＸの炭窒化物の形成を促進するのに寄与し、不都合に鋼の耐腐食性を低減させるＭ２３Ｃ６および／またはＭ７Ｃ３の形成を抑制することに寄与する。
【００２５】
ケイ素は、鋼の製造からの残留物として存在し、０．０１％の最小含有率で存在することがある。高い含有率において、ケイ素は、固溶硬化（solution hardening）の効果を付与するが、或る程度の脆性も付与する。ケイ素は、比較的強いフェライト形成体でもあるので、３．０％を超える量で存在してはならない。好ましくは、鋼は、最大１．０％、適切には最大０．８％を超えるケイ素を含有しない。公称の（nominal）ケイ素含有率は０．３％である。
【００２６】
マンガンは、鋼に良好な焼入れ性を付与することに寄与する。脆性の問題を回避するために、マンガンは、１０．０％を超える含有率で存在してはならない。好ましくは、鋼は、最大５．０％のマンガン、適切には最大２．０％のマンガンを超えて含有しない。焼入れ性があまり重要でない実施形態において、マンガンは、鋼の製造からの残留元素として低い含有率で鋼中に存在し、供給マンガン（manganese supplied）の形成により存在することができる硫黄の量を結合する（bind）。したがって、マンガンは、少なくとも０．０１％の含有率で存在すべきであり、適切なマンガンの範囲は０．２から０．４％である。
【００２７】
クロムは、１６％、好ましくは１７％、なおより好ましくは少なくとも１８％の最小含有率で存在して、所望の耐腐食性を鋼に付与するであろう。クロムも、重要な窒化物形成体であり、そうした元素として鋼中に存在して、窒素とともに、所望の耐ゴーリング性および耐磨耗性を鋼に付与することに寄与するある量の硬質相粒子を鋼に付与するであろう。前記硬質相粒子のうちで、最大２０体積％は、Ｍ２Ｘ（式中、Ｍは主にＣｒであるが、或る量のＶ、ＭｏおよびＦｅでもある。）の炭化物、窒化物および／または炭窒化物からなることができ、５から４０％はＭＸ（式中、Ｍは主にＶである。）の炭化物、窒化物および／または炭窒化物からなることができる。しかし、クロムは、強いフェライト形成体である。焼入れ後のフェライトを回避するために、クロム含有率は、３３％を超えてはならず、適切には、クロム含有率は、最大３０％、好ましくは最大２７％、なおより好ましくは最大２５％になる。
【００２８】
ニッケルは、オプションの（optional）元素であり、そのようなものとして、最大５．０％、適切には最大３．０％の含有率でオーステナイト安定化元素として存在して、鋼中の高い含有率のフェライト形成元素であるクロムおよびモリブデンと均衡が保たれることができる可能性がある。しかし、好ましくは、本発明の鋼は、意図的に添加された量のニッケルを含有しない。しかし、ニッケルは、不可避の不純物として許容され得、そのため、そのようなものとして、約０．８％ほどの多さであり得る。
【００２９】
コバルトも、オプションの元素であり、そのようなものとして、最大９％、適切には最大５％の含有率で、焼戻し応答性（tempering response）を改善するために存在することができる可能性がある。
【００３０】
モリブデンは、所望の耐腐食性、特に、良好な耐フレッチング性を鋼に付与することに寄与するので、鋼中に存在すべきである。しかし、モリブデンは、強いフェライト形成体であるので、鋼は、最大５．０％、適切には最大４．０％、好ましくは最大３．５％を超えるＭｏを含有してはならない。公称のモリブデン含有率は１．３％である。
【００３１】
モリブデンは、大抵、完全または部分的に、タングステンにより置き換えられ得るが、タングステンは、同様の耐腐食性の改善を付与しない。さらに、モリブデンの２倍のタングステンが必要とされ、それは不利益である。さらに、廃金属の処理もより困難である。
【００３２】
バナジウムは、７．５から１１．０、好ましくは８．５から１０．０、なおより好ましくは８．８から９．２％の含有率で鋼中に存在するであろう。公称のバナジウム含有率は９．０％である。本発明の思想の範囲内において、最大約９．８％の窒素含有率および０．１から２％の範囲内の炭素含有率と組み合わせて、最大約１４％のバナジウム含有率を許容することも考えられ、それにより、特に、高い硬度（最大６０から６２のＨＲＣ）および中くらいの（moderate）延性（ductility）を組み合わせた耐腐食性に対する高い要件と、耐磨耗性（アブレッシブ（abrasive）／凝着性（adhesive）  ゴーリング／フレッチング）に対する極めて高い要件とを伴う工具における硬質材料のコーティングとしての使用において、所望の特性が鋼に付与される。
【００３３】
原則として、バナジウムを、ニオブで置き換えて、ＭＸの窒化物、炭化物および／または炭窒化物を形成することができるが、そのような場合において、バナジウムに比べてより多くの量が必要とされ、それは不利益である。さらに、ニオブによって、純粋なバナジウムの窒化物、炭化物および／または炭窒化物と比べて、窒化物、炭化物および／または炭窒化物がより尖った形状になり、より大きくなり、それにより、破壊またはチッピングが起きることがあるので、材料の靭性および研磨性（polishability）が低下されることがある。これは、材料の機械的特性に関して、良好な延性および高い硬度と組み合わせた優れた耐磨耗性を達成するために組成が最適化されている場合において、鋼に特に有害であり得る。この場合において、鋼は、ニオブを最大２％、適切には最大０．５％、好ましくは最大０．１％を超えて含有してはならない。Ｎｂ（Ｃ，Ｎ）が、アトマイジング中においてレードル（ladle）からのタッピングジェット（tapping jet）の目詰まりをもたらすことがあるので、製造に関しても問題がある。したがって、前記第１の実施形態によれば、鋼は、ニオブを６％を超えて含有してはならず、好ましくは、それは最大２．５％、適切には最大０．５％のニオブの量になる。最も好ましい実施形態において、ニオブは、鋼の製造時において原料金属材料から発出する残留元素の形態の不可避の不純物としてを超えて許容されることはない。
【００３４】
前記合金元素の他に、鋼は、有意な量の追加の合金元素を含有する必要がなく、含有するべきではない。或る元素は、望ましくない様式で鋼の特性に影響を及ぼすので、極めて望ましくない。これは、例えば、リンについて当てはまり、リンは、鋼の靭性に悪影響を及ぼさないように、可能な限り低い水準、好ましくは最大０．０３％に保たれるべきである。また硫黄は、ほとんどの場合において望ましくない元素であるが、靭性へのその否定的な影響は、とりわけ、本質的に無害な硫化マンガンを形成するマンガンにより本質的に打ち消されることがあるので、鋼の機械加工性を改善するために０．５％の最大含有率において許容され得る。チタン、ジルコニウムおよびアルミニウムも、ほとんどの場合において望ましくないが、一緒にして７％の最大量、しかし通常はかなりより低い含有率、合計して０．１％未満で許容され得る。
【００３５】
説明したように、窒素含有率は、材料においてバナジウムおよび存在する可能性があるニオブの含有率に適合されて、５から４０体積％の量のＭＸの炭化物、窒化物および／または炭窒化物を鋼に付与するであろう。Ｎと（Ｖ＋Ｎｂ／２）との間の割合についての条件を図１に示し、図１は、本発明の鋼についての（Ｖ＋Ｎｂ／２）含有率に関するＮの含有率を示す。図示された領域の角の点は、以下の表による座標を有する：
【００３６】
【表１】
2013522470.tif 000003
【００３７】
本発明に従って使用される鋼の第１の態様によれば、一方のＮの含有率、他方の（Ｖ＋Ｎｂ／２）の含有率は、これらの元素の含有率が図１の座標系における座標Ｉ’’、Ｆ’’、Ｇ、Ｈ、Ｉ’’により定義される領域内になるように、互いに対して均衡が保たれるであろう。
【００３８】
本発明の第１の好ましい実施形態によれば、鋼中の窒素、バナジウムおよび存在する可能性があるニオブの含有率は、含有率が座標Ｉ’’、Ｆ’’、Ｆ’’’、Ｉ’’’、Ｉ’’により定義される領域内、より好ましくはＪ’’、Ｅ’’、Ｅ’’’、Ｊ’’’、Ｊ’’内になるように、互いに対して均衡が保たれるであろう。
【００３９】
表２に、本発明の第１の好ましい実施形態による鋼についての組成の範囲を重量％で示す。
【００４０】
【表２】
2013522470.tif 000004
【００４１】
第１の実施形態による鋼は、高い硬度（最大６０から６２のＨＲＣ）および比較的良好な延性と組み合わされた耐腐食性に対する高い要件と、耐磨耗性（アブレッシブ／凝着性／ゴーリング／フレッチング）への高い要求とを伴う製品の磨耗面のための使用に適している。前記表による組成をもって、鋼は、１０８０のオーステナイト化温度からの焼入れ、および２００から４５０℃、２×２時間の低温焼戻し、または４５０から７００℃、２×２時間の高温焼戻しの後に、最大約３から１５体積％のＭ２Ｘ（式中、Ｍは主にＣｒおよびＶであり、Ｘは主にＮである。）および１５から２５％のＭＸ（式中、Ｍは主にＶであり、Ｘは主にＮである。）からなる硬質相の量をもつ焼戻しされたマルテンサイトからなるマトリックスを有する。
【００４２】
表３に、さらなる、好ましい本発明の実施形態による鋼についての組成の範囲を重量％で示す。
【００４３】
【表３】
2013522470.tif 000005
【００４４】
本発明の思想の範囲内において、最大約１４％のバナジウム含有率および０．１から２％の範囲内の炭素含有率と組み合わせて、特に、高い硬度（最大６０から６２のＨＲＣ）および中くらいの延性と組み合わされた耐腐食性に対する高い要件と、耐磨耗性（アブレッシブ／凝着性／ゴーリング／フレッチング）に対する極めて高い要件とを伴う磨耗面のための使用において、所望の特性を鋼に付与する、最大約９．８％の窒素含有率が許容されることも考えられる。前記実施形態による鋼は、約１１００℃のオーステナイト化温度からの焼入れ、および２００から４５０℃、２×２時間の低温焼戻し、または４５０から７００℃、２×２時間の高温焼戻しの後に、最大約２から１５体積％のＭ２Ｘ（式中、Ｍは主にＣｒおよびＶであり、Ｘは主にＮである。）および１５から２５％のＭＸ（式中、Ｍは主にＶであり、Ｘは主にＮである。）からなる硬質相の量をもつ焼戻しされたマルテンサイトからなるマトリックスを有する。
【００４５】
上述の実施形態による鋼は、動いている帯鋸の刃からの磨耗に曝される帯鋸のブレードガイドの磨耗パッドのための使用に適していることがわかった。そのような磨耗パッドは、凝着性およびアブレッシブ磨耗の混合磨耗、特に、ゴーリングおよびフレッチングを大いに受ける。
【００４６】
熱間加工において、磨耗パッドは、９５０と１１５０℃の間、好ましくは１０２０と１１３０℃の間、最も好ましくは１０５０と１１２０℃の間の温度でオーステナイト化される。より高いオーステナイト化温度は、原則として考えられるが、通常存在する焼入れ炉が、より高い温度に適合しないという事実に関して適切とは言えない。オーステナイト化温度における適切な保持時間は１０から３０分である。前記オーステナイト化温度から、鋼は、室温以下、例えば、−４０℃に冷却される。所望の寸法安定性が製品に付与されるように残留オーステナイトを取り除くために深冷凍結を実施してもよく、それは適切にはドライアイス中で約−７０から−８０℃まで、または液体窒素中で約−１９６℃において行われる。最適な耐腐食性を得るために、工具は、少なくとも１回、好ましくは２回、２００から３００℃で低温焼戻しする。鋼が、代わりに、二次硬化を得るために最適化されている場合において、製品は、少なくとも１回、好ましくは２回、ことによると数回、４００と５６０℃の間、好ましくは４５０および５２５℃の温度で、高温焼戻しする。製品は、それぞれのそのような焼戻し処理の後に冷却される。好ましくは、この場合においても、さらに、残っている可能性がある残留オーステナイトを取り除くことにより所望の寸法安定性を確実にするために、深冷凍結が上述のように使用される。焼戻し温度での保持時間は、１から１０時間、好ましくは１から２時間であってよい。耐磨耗性鋼材の組成により、非常に良好な焼戻し応答性が付与される。
【００４７】
磨耗パッドが受けるいろいろな熱間加工に関連して、例えば、圧密化された複合的な製品（compacted compound product）を形成するための熱間静水圧プレスにおいて、および仕上げられた（finished）複合的な製品の焼入れにおいて、耐磨耗性鋼材中の隣接する炭化物、窒化物および／または炭窒化物は、合体し、大きな凝集体（agglomerates）を形成することがある。したがって、仕上げられ、熱処理された製品の磨耗層中の前記硬質相粒子の大きさは、３μｍを超えることがある。体積％で表わされた大部分（the main part）は、粒子の最長長さで１から１０μｍの範囲内であり、粒子の平均の大きさは１μｍ未満である。硬質相の総量は、窒素含有率、ならびに窒化物形成体、すなわち、主にバナジウムおよびクロムの量に依存する。一般に、完成された製品の磨耗層中の硬質相の総量は、５から４０体積％の範囲内である。
【００４８】
磨耗パッドを製造するために使用される鋼粉末は、窒素を除いて耐磨耗性鋼材について前記示された組成をもつ溶融物の粉状化（disintegration）により製造される。不活性ガス、好ましくは窒素が、溶融物の噴流を通して吹きつけられ（blown through a jet of the melt）、その溶融物は液滴に分裂して、凝固することができる。次に、得られた粉末は、固相窒化を受けて所望の窒素含有率にする。
【００４９】
実行した実験
動いている帯鋸の刃からの磨耗に曝される帯鋸のブレードガイドのための、長い寿命および比較的安価な磨耗パッドの製造を可能にする材料を見出すために、以下の実験を行った。
【００５０】
金属を鋸引きするための帯鋸において、支持体にロウ付けされた焼結炭化物のブロックを有する磨耗パッドは、クラッキングによる破損の前に約６ヶ月持続した。鋼材Ｖａｎａｘ  ７５、請求項１に示された区間（intervals）内の組成をもつ粉末冶金的に製造された鋼から製造した磨耗パッドは、１年を超えて運転した後もなお作動しており、なお驚くべき良好な形状である。
【００５１】
図８から１０に、動いている帯鋸の刃からの磨耗に曝される帯鋸のブレードガイドのための本発明の磨耗パッドの好ましい実施形態の例を示す。図示したように、本発明による磨耗パッド１は非常に簡単な形状、例えば、Ｖａｎａｘ  ７５から作製された基本的に平行六面体のブロックを有することができ、これによってその製造が非常に容易で費用効率が高くなる。図示した実施形態において、それは約１０ｃｍの長さ２、約６ｃｍの幅３、および約２ｃｍの厚さ４を示す。好ましくは、磨耗パッドは、１０ｃｍ±２０％の長さ、６ｃｍ±２０％の幅、および２ｃｍ±２０％の厚さを有する。好ましくは、帯鋸の刃に面することが意図される磨耗面５の少なくともリーディングエッジ（leading edge）９は丸くなっている。ブロックの対向面６には、磨耗パッドを、図示していないキャリヤ（carrier）に、同様に図示していないネジにより、容易に搭載することを可能にする、ネジを切った２つの盲穴７および８がある。
【００５２】
図示した磨耗パッドは、Ｖａｎａｘ  ７５の一様なブロック（solid block）として図示されているが、それは、複合的な製品（compound product）を形成するように、図示していない支持体に冶金的に結合していることが可能であり、いくつかの場合においては好ましい。例として、支持体は、磨耗面からの熱放散を改善するために、Ｖａｎａｘ  ７５の熱伝導度より良好な熱伝導度を有する材料のものであってもよい。
【００５３】
Ｖａｎａｘ  ７５、請求項１に示された区間内の組成をもつ粉末冶金的に製造された鋼の試験ロッド（複数）を、熱間静水圧プレスされた（hit isostatic pressed）本体（body）から切り出し、次いで、研ぎ、磨いて、溶接により付けられた前記合金と同じ表面仕上げにした（the same surface finish as the alloys applied by welding）。
【００５４】
Ｖａｎａｘ  ７５の試験棒を、焼入れ剤（quenching medium）として窒素ガスを使用して、真空炉内で熱処理した。使用した熱作業サイクル（hot working cycle）は、オーステナイト化温度、ＴＡ＝１０８０℃で３０分の間オーステナイト化すること、これに続いて液体窒素中で深冷凍結すること、および４００℃の焼戻し温度で２時間の焼戻しを２回（２×２時間）することであった。
【００５５】
微細組織
Ｖａｎａｘ  ７５の微細組織は、マルテンサイトのマトリックス、および２３体積％のＭＸ型（式中、ＭはＶであり、ＸはＮおよびＣである。）の硬質相からなる。硬質相粒子は、３μｍ未満、好ましくは２μｍ未満、なおより好ましくは１μｍ未満の平均の大きさを有する。硬質相粒子は、マトリックス中に均一に分布しており、図４を参照されたい。
【００５６】
Ｖａｎａｘ  ７５の２つの面を互いに対して試験したときの摩擦特性を、図５に示す。この材料は、一様な水準、μ約０．３６で良好な摩擦特性を示し、それは、非常に微細で硬質な硬質相粒子の一様な分布に起因するだろう。
【００５７】
焼戻しの応答
耐磨耗性鋼材、Ｖａｎａｘ  ７５の焼戻し応答性を試験した。結果を図７に示し、それにより、その耐磨耗性鋼材が、非常に良好な焼戻し応答性を有することが証明されている。深冷凍結された状態におけるＶａｎａｘ  ７５について、６０から６２ＨＲＣの硬度が、最大約５００℃までの焼戻しにおいて得られる。深冷凍結されない状態におけるＶａｎａｘ  ７５により、良好な焼戻しの応答が示され、５１から５５ＨＲＣの硬度が得られる。
【００５８】
耐熱性
耐磨耗性鋼材の高温耐性を、硬質相粒子が最大約１３００℃までのいろいろな温度への加熱時にどのように影響を受けたかを研究することにより調査した。硬質相粒子が非常に安定であったと決定付けることができた。原則として、使用した高温にもかかわらず、硬質相粒子の成長は、生じなかった、または非常に少ししか生じなかった。これは、材料が高い操作温度（７００から８００℃）および長い操作期間で使用されることになるときに非常に有利である。
【００５９】
機械加工性
本発明による耐磨耗性鋼材の機械加工性を調査した。Ｖａｎａｘ  ７５の機械加工性は、引き渡し状態（delivery condition）、すなわち、熱間静水圧の軟化焼きなまし状態（hot isostatic soft annealed condition）（３５ＨＲＣ）における、ならびに、焼入れおよび焼戻し状態（hardened and tempered condition）（６０ＨＲＣ）におけるＶａｎａｘ  ７５の機械加工性を調査した（図７を参照されたい。）。引き渡し状態におけるＶａｎａｘ  ７５は、最良の機械加工性（１．０）を有する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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2013522470.tif 000026