(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量比でＷが１．９８％以上、Ｗ当量が２０％以上、Ｃｒが３〜6％、Ｖが１〜２％、Ｓｉが２％以下、Ｍｎが２％以下、Ｃが１〜１．４％、Ｗ当量とＣｏとの和が２０〜３３％で、残部Ｆｅからなる高速度鋼よりなり、金属ミクロ組織における長径が３μｍ以上のＭ６Ｃ炭化物が、金属ミクロ観察面において３〜１０面積％を占めることを特徴とするメタルバンドソー用刃材。
【請求項２】
金属ミクロ観察面における全炭化物が４〜１８面積％であることを特徴とする請求項１記載のメタルバンドソー用刃材。
【請求項３】
Ｖが重量比で１．４６〜２％である請求項１あるいは２記載のメタルバンドソー用刃材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属材料などの切削に用いられるメタルバンドソー用刃材、特に胴材と並行に接合されて用いられる高速度鋼からなるメタルバンドソー用刃材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属材料などの切削に用いられるメタルバンドソーは、靱性のある胴材と平行に硬さの高い高速度鋼などからなる刃材が接合されたものが用いられることが多い。かかるメタルバンドソー用刃材としてはＳＫＨ５９やＳＫＨ５１が用いられている。ＳＫＨ５９材は、ＳＫＤ１１やステンレス鋼など難削材の切削におもに用いられ、ＳＫＨ５１材は構造用鋼などの切削に用いられている。ＳＫＨ５９材はＳＫＨ５１材と比較してＣｏが添加されＷ当量（Ｗ＋２Ｍｏ）がやや多く含まれ、耐熱性、耐摩耗性を高めていて、難削材の切削に利用されている。しかし、ＳＫＨ５９材で作ったメタルバンドソーはまだ難削材の切削において刃先摩耗が大きく十分に満足できるものではない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、メタルバンドソー用刃材に用いる高速度鋼としてＶを多く含有させた材料を用いることによって刃先摩耗を少なくすることが行われている。Ｖを多く添加することによって刃先摩耗を少なくすることはできるが、刃先の欠けが発生することがあり、寿命を延ばすことが困難であった。
【０００４】
刃先の欠けは、硬く大きな炭化物が刃材の中に析出して、その析出した炭化物によって生じることが判明した。特に、Ｖ含有量が多い場合、硬く大きなＶＣ炭化物が存在し、それに伴い基地中のＣが減少し、基地の硬度が低下して基地の耐摩耗性の劣化を同時に生じていた。
【０００５】
そこで本発明では、刃先の欠けを防ぐとともに、耐摩耗性に優れたメタルバンドソー用刃材を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のメタルバンドソー用刃材は、重量比でＶが２％以下を含有する高速度鋼よりなり、金属ミクロ組織における長径が３μｍ以上のＭ６Ｃ炭化物が、金属ミクロ観察面において３〜１０面積％を占めることを特徴とする。
【０００７】
更に本発明のメタルバンドソー用刃材では、金属ミクロ観察面における全炭化物が４〜１８面積％であることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の最も特徴とするところは、高速度工具鋼でなるメタルバンドソー刃材に対してＶ量を２％以下に規制するとともに、組織中に存在する炭化物サイズを大きくすることで、メタルバンドソーとして優れた切削寿命を達成したことにある。
【００１０】
すなわち、Ｖを増加した高速度工具鋼をメタルバンドソー刃材として適用すると、刃先の欠けが発生する問題がありＶを低く抑える必要がある。しかし、Ｖを低減すると、刃先摩耗が増大するという問題がある。本発明者はこの点を解決するために、Ｖを低減した状態で組織中の炭化物サイズを大きくし、ＶＣ炭化物に頼らずに刃先摩耗を低減することができたものである。
【００１１】
本発明でＶを２％以下と規定するのは、２％を越えると大きなＶＣが存在することになり、刃先の欠けによって寿命が短くなるためである。
【００１２】
また、本発明においては、炭化物サイズが大きいことを明確にするために、金属ミクロ組織における長径が３μｍ以上のＭ６Ｃ炭化物が、金属ミクロ観察面において３〜１０面積％を占めるとした。ここで長径３μｍ以上の炭化物で規定したのは、これ未満の炭化物サイズでは、寿命に対する効果が明瞭ではないためである。
【００１３】
上述した特定の炭化物を存在させた組織とするためには、たとえば、鋳造、鍛造、加工といった素材製造条件の影響もあるが、最も影響が大きいのは組成の選択である。
【００１４】
以下、本発明のメタルバンドソーを得るのに適した合金組成について説明する。
【００１５】
本発明のメタルバンドソー用刃材に用いる高速度鋼は、組成でいうと、重量比でＷが１．９８％以上、Ｗ当量（Ｗ＋２Ｍｏ）が２０％以上、Ｃｒが３〜６％、Ｖが１〜２％、Ｓｉが２％以下、Ｍｎが２％以下、Ｃが１〜１．４％で、残部Ｆｅからなる。ここで、Ｃｏを含有することができ、その場合Ｗ当量とＣｏとの和が２０〜３３％である。また、Ｖ含有量は１．４６〜２％であることが好ましい。
【００１６】
ＷあるいはＭｏは刃材としての硬さを増すために不可欠なものであり、Ｗ当量が２０％未満であると焼き入れ後に析出する硬い炭化物が少なくなって耐摩耗性が得られなくなる。Ｗ当量とＣｏとの和が２０％未満の場合も同様に析出する硬い炭化物が少なくなって耐摩耗性が得られなくなる。
【００１７】
一方、Ｗ当量とＣｏとの和が３３％を超えると析出する硬い炭化物は多くなるが、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。
【００１８】
Ｗが１．９８％未満であると、焼き入れ温度での基地の結晶粒が粗くなり、靱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、靱性が低下する。そこでＷは１．９８％以上含まれていることが好ましい。
【００１９】
Ｃｏは、本発明では必須の元素ではないが、５％以上含んでいることが望ましい。５％以上含むことによって、刃材の硬さが高くなって、耐摩耗性の向上が図られる。
【００２０】
Ｖは、上述したように、本発明の根幹をなす元素である。ＶはＣと結び付いて硬いＶＣ化合物を析出するので刃材の硬さを高めて耐摩耗性を向上させるものであるが、Ｖが２％を超えて含有すると、ＶＣが初晶として析出し、基地に固溶すべきＣがＶＣに取られてしまい、基地の硬さが低下する。更にＶＣが初晶として析出すると、それが大きくなって靱性を低下させることにつながる。
【００２１】
一方、Ｖが２％以下であると、ＶＣの初晶がなくなり、Ｍ２Ｃ炭化物が晶出する。このＭ２Ｃは熱間加工により微細なＭＣやＭ６Ｃへ分解する性質がある。本発明のようにＷ当量が多い場合、Ｍ２Ｃが増えるので、これがひいてはＭ６Ｃを安定化させる。このＭ６Ｃはその長径が３μｍ以上と大きくなり切削性能を高めていると考えられる。
【００２２】
Ｖが１％未満であると、Ｖが基地中に固溶してしまいＶＣの析出がなく、刃材の硬さを低下させるので、Ｖは１％以上含まれていることが好ましい。更に、好ましくはＶ含有量が１．４６〜２％である。
【００２３】
Ｃｒ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃは安定した刃材の硬さと寿命を得るために含まれる。Ｃｒは３〜６％、Ｓｉは２％以下、Ｍｎは２％以下、Ｃは１〜１．４％が好ましいが、これらは他の元素の含有量との関係で適当量が含まれる。
【００２４】
上記組成の高速度鋼鋼材を鍛造後、温間および冷間加工を行って、好ましい大きさの素材として、熱処理を施す。この熱処理は好ましくは共晶温度から４０℃程度低めの温度で焼き入れをして、その後約５５０℃で焼き戻しを行う。
【００２５】
本発明では、金属ミクロ観察面における全炭化物量を４〜１８面積％とすることによって、切削寿命を更に向上させることができる。長径が３μｍ以上の炭化物が３面積％以上含まれる状態で、全炭化物量が４面積％未満の時は微小な炭化物がほとんど存在しないことになって刃先の摩耗が発生しやすくなる。また、全炭化物量が１８面積％を超えている場合は、刃先の欠けが発生しやすくなる。
【００２６】
また、本発明では金属ミクロ観察面における長径が３μｍ以上の炭化物が１０面積％以下であることが好ましい。炭化物が大きくなりすぎ刃欠けが発生する場合があるためである。
【００２７】
上述した刃材に対して接合する胴材は従来から提案されている素材を用いることができる。例えば重量比でＣが０．６％以下、Ｃｒが７％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の一種以上が総量で３％以下、残部実質的に鉄よりなる鋼を用いることができる。もちろん胴材としてＳ５０ＣやＡＩＳＩ６１５０も使用できる。
【００２８】
【実施例】
表１に示す化学組成（重量比％）の鋼塊を造塊し、それを１０００〜１２００℃の温度範囲で１５ｍｍ直径の棒材に鍛造後、断面形状１ｍｍ×２ｍｍの素材まで温間および冷間加工により製造した。表でＮｏ．１〜８は発明鋼、Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ７は比較鋼である。比較鋼Ｎｏ．Ｃ１はＳＫＨ５９材、Ｎｏ．Ｃ２はＳＫＨ５１材に相当する。これらの素材を共晶温度から約４０℃低めで焼き入れを行い、５５０℃で焼き戻しを行なった後の、硬さＨＲＣの測定および金属ミクロ組織を観察し、硬さと全炭化物量（面積％）と長径が３μｍ以上の炭化物量（面積％）を表２に示している。また、発明鋼Ｎｏ．１と８および比較鋼Ｎｏ．Ｃ６の４００倍の金属ミクロ組織写真を各々図１、２、３に示している。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
【表２】
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【００３１】
発明鋼のミクロ組織図１、２では３μｍ以上の炭化物が均一に分散して析出している。これに対して比較鋼のミクロ組織図３では大きな炭化物が析出しているが他は微細な炭化物であり、この大きな炭化物はＶＣである。
【００３２】
上記の高速度鋼を用いて、胴材と溶接接合して、焼き入れ焼き戻しを行い、大きさが１ｍｍ×４５ｍｍ×４５００ｍｍのメタルバンドソーを作った。胴材の組成は重量比で０．５３Ｃ−０．４０Ｓｉ−１．１２Ｍｎ−０．６８Ｎｉ−５．１８Ｃｒ−０．８９Ｗ−０．５６Ｍｏ−０．０９Ｖ−０．００７３Ａｌ−０．０３３Ｎ−残部Ｆｅで、その硬さはＨＲＣ５２．１であった。このバンドソーを用いて、切削条件を湿式、切削速度２０／ｍｉｎ、切削率２０ｃｍ2 ／ｍｉｎとし、ワークとして１００ｍｍ径で硬さがＨＢ１８０のＳＫＤ１１材を切削試験した。
【００３３】
切削試験結果として、切削寿命と寿命原因を表２に合わせて示す。ここで切削寿命は、比較鋼Ｎｏ．Ｃ１（ＳＫＨ５９）の寿命を１００として、それとの対比で示した。また、試験結果の切削寿命を、Ｖ含有量（％）対比で図４に、長径３μｍ以上の炭化物量（面積％）対比で図５に、全炭化物量（面積％）対比で図６に示している。これらのグラフで、発明鋼は黒丸で、比較鋼は白丸でプロットしている。表２および図６から分かるように単純な炭化物量と切削寿命の相関は殆どない。
【００３４】
これらの図および表２から明らかなように、発明鋼Ｎｏ．１〜８ではＶの含有量が重量比で２％以下となっており、その切削寿命は比較鋼Ｎｏ．Ｃ１（ＳＫＨ５９）よりも長くなっている。発明鋼のうちでもＣｏを多く含んでいるＮｏ．１、２、５〜７は切削寿命がＮｏ．Ｃ１の１２０％と特に優れている。また発明鋼はいずれも途中で刃先の欠けが生じなかったもので、刃先摩耗によって寿命が来たものである。これに対して、比較鋼Ｎｏ．Ｃ４〜Ｃ７はＶ含有量が２％を超えているものであり、いずれも刃先の欠けが生じている。Ｎｏ．Ｃ２はＶ含有量が２％を超えているが刃先の欠けが観察されなかったのは、刃先摩耗が激しく非常に短い時間で使用できなくなったために刃先の欠けが観察されなかったものと考えられる。
【００３５】
金属ミクロ観察面における長径が３μｍ以上の炭化物についてみると、発明鋼Ｎｏ．１〜８はいずれも３面積％以上であった。比較鋼Ｎｏ．Ｃ４〜Ｃ７も３μｍ以上の炭化物が３面積％以上であったが、これらはＶ含有量が高く刃先の欠けが生じているので、この大きな炭化物は初晶で生じたＶＣ炭化物である。
【００３６】
【発明の効果】
以上本発明を詳細に説明したように、重量比でＶ２％以下を含有する高速度鋼よりなり、金属ミクロ観察面における長径が３μｍ以上の炭化物が３面積％以上であるメタルバンドソー用刃材は、従来から難切削材の切削に広く用いられていたＳＫＨ５９材と比して、耐摩耗性を向上して切削寿命が非常に長いものとなり、しかも刃先の欠けの生じにくいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明鋼の金属ミクロ組織写真を示す図である。
【図２】発明鋼の金属ミクロ組織写真を示す図である。
【図３】比較鋼の金属ミクロ組織写真を示す図である。
【図４】メタルバンドソーの切削寿命をＶ含有量（％）対比で示すグラフである。
【図５】メタルバンドソーの切削寿命を長径３μｍ以上の炭化物量（面積％）対比で示すグラフである。
【図６】メタルバンドソーの切削寿命を全炭化物量（面積％）対比で示すグラフである。
【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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