專利名稱：用于金屬帶鋸的鋸刃材料及由其制造的金屬帶鋸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于切割金屬材料和類似材料的金屬帶鋸用的鋸刃材料，更具體地說，是涉及一種包含高速鋼的并用于具有鋸身材料和平行連接到鋸身材料上的鋸刃材料的金屬帶鋸的鋸刃材料；并涉及由其制造的金屬帶鋸。
大多數(shù)用于切割金屬材料和類似材料的金屬帶鋸由韌性較高的鋸身材料和包括如呈現(xiàn)高硬度的高速鋼的鋸刃材料構(gòu)成，其中鋸刃材料平行焊接在鋸身材料上。用于這樣金屬帶鋸的鋸刃材料包括SKH59(相當于AISI M42，DIN W Nr 13247 SS SWEDEN 2716和AFNOR HS 2-9-1-8 Z110 DKCWV 09-08-04-02-01)和SKH51(相當于AISI M2，DIN W Nr 13343，SS SWEDEN 2722和AFNOR HS6-5-2 Z85 WDCV06-05-04-02)。SKH59主要用于切割難切割材料，如SKD11(相當于AISI D2，DIN 12379，SS SWEDEN 2310和AFNOR X160CrMoV12Z160 CDV12)和不銹鋼，而SKH51用于切割，例如結(jié)構(gòu)鋼。與SKH51相比，SKH59含有添加元素Co，另外還含有量稍多的W當量(W+2Mo)，由此獲得高的耐熱性和耐磨性并應(yīng)用于切割難切割材料。但是，當用于切割難切割材料時，SKH59制造的金屬帶鋸的刃口受到很大的磨損，因此不完全令人滿意。
為了降低刃口的磨損，富V高速鋼已被用作鋸刃材料。雖然添加大量的V(釩)降低刃口的磨損，但是它有時導致刃口崩落，由此限制了鋸刃的使用壽命。
刃口的崩落可由起因于在鋸刃材料中析出的硬且大的碳化物晶粒來解釋。特別是高含量V使形成硬且大的碳化物晶粒，由于伴隨有降低基體中的C含量，使基體的硬度降低，由此同時引起基體的耐磨性惡化。
因此，本發(fā)明的目的是提供用于金屬帶鋸的鋸刃材料，該鋸刃材料呈現(xiàn)抗崩落性和極好的耐磨性。
本發(fā)明鋸刃材料包括含大直徑至少3μm的碳化物晶粒且不大于2％(重量)的釩的高速鋼，其中，按金相觀察面積，該碳化物晶粒占至少3％(面積)。
較好，以金相觀察面積，總體碳化物晶粒占4-18％(面積)。
更好，以金相觀察面積，大直徑至少3μm的碳化物晶粒占不大于10％(面積)。
更好，本發(fā)明鋸刃材料是具有下述成分(重量％)的高速鋼W當量(W+2Mo)20％(重量)或更大，Cr3-6％(重量)，V2％(重量)或更小，Si2％(重量)或更小，Mn2％(重量)或更小和C1-1.4％(重量)，余量基本上是Fe。
另外，當在本發(fā)明鋸刃材料中含Co時，W含量，W當量與Co含量之和和V含量最好分別為1％或更大、20-33％和1-2％(包括1％和2％在內(nèi))。


圖1和2是顯示本發(fā)明鋼金相顯微組織的照片。
圖3是顯示比較鋼金相顯微組織的照片。
圖4是表示金屬帶鋸的使用壽命與V含量(％)的關(guān)系曲線圖。
圖5是表示金屬帶鋸的使用壽命與具有3μm或更大的長軸的碳化物晶粒的量(面積％)的關(guān)系曲線圖。
圖6是表示金屬帶鋸的使用壽命與碳化物總量(面積％)的關(guān)系曲線圖。
本發(fā)明主要的優(yōu)點是金屬帶鋸的使用壽命大大延長，這是通過限制含高速鋼的金屬帶鋸鋸刃材料中V含量不大于2％，同時通過增加金相組織中存在的碳化物晶粒的尺寸獲得的。
當增加V含量的高速鋼用作金屬帶鋸的鋸刃材料時，會產(chǎn)生刃口崩落的問題。要防止崩落，應(yīng)限制V含量。但是，當V含量降低時，刃口的耐磨性顯著惡化。本發(fā)明通過增加金相組織中碳化物晶粒的尺寸同時降低V含量解決了這個難題，并且不依靠VC碳化物而獲得提高了耐磨性的刃口。
在本發(fā)明中限制V含量不大于2％，因為當V含量超過2％時，存在大約VC晶粒，并由此引起刃口的崩落，導致使用壽命的縮短。
在本發(fā)明中碳化物晶粒較大，這是指具有3μm或更大大直徑的碳化物晶粒占金相組織的3％(面積)或更多。以3μm的大直徑為界限，是因為碳化物尺寸小于3μm不能起到延長使用壽命的作用。
為了獲得含有上述特定碳化物的金相組織，雖然該材料的制造條件，如鑄造、鍛造、加工等條件也有影響，但是最重要的因素是化學成分的選擇。
下面敘述適合本發(fā)明金屬帶鋸的合金成分。
用于本發(fā)明金屬帶鋸的鋸刃材料的高速鋼的化學成分(％指重量％)如下W當量(W+2Mo)≥20％，Cr3-6％，V≤2％，Si≤2％，Mn≤2％，和C1-1.4％，余量基本上為Fe?？梢院蠧o，且當含Co時，W當量和Co含量之和為20-33％。優(yōu)選地，W含量≥1％，而V含量≥1％。
W或Mo是提高鋸刃材料硬度的基本元素。W當量小于20％時，淬火后析出的硬質(zhì)碳化物的量減少，導致耐磨性變差。當W當量和Co含量的總量小于20％時，淬火后析出的硬質(zhì)碳化物的量也減少，導致耐磨性變差。
另一方面，當W當量和Co含量的總量超過33％時，析出的硬質(zhì)碳化物量增加，但是難以達到高硬度，因為在基體中形成固溶體的C量減少，導致耐磨性變差。還有，生產(chǎn)率顯著惡化。
當W含量小于1％時，在淬火溫度下基體中的晶粒變大，韌性降低，導致刃口崩落傾向產(chǎn)生。還有，導致在基體中產(chǎn)生過量的碳(C)的固溶體，使韌性降低。所以，W含量最好不小于1％。
Co不是本發(fā)明中的基本元素，但是Co含量最好不小于5％。當Co含量不小于5％時，鋸刃材料的硬度增加，導致耐磨性提高。
V是如上所述的基本元素。V和C結(jié)合產(chǎn)生硬質(zhì)VC化合物析出，因而提高鋸刃材料的硬度，導致鋸刃材料耐磨性改善。但是，當V含量超過2％時，VC一次晶體結(jié)晶，而C作為VC而不是基體中的固溶體而存在，導致基體的硬度變差。另外，當VC作為一次晶體結(jié)晶時，該晶體長大導致韌性降低。
另一方面，當V含量不大于2％時，不結(jié)晶出VC的一次晶體，而M2C碳化物結(jié)晶。該M2C化合物有在熱加工下分解成顯微MC或M6C的特性。當W當量高時，如在本發(fā)明中，M2C含量增加，因而M6C穩(wěn)定。該M6C化合物大直徑為3μm或更大，且改善切割性能。
當V含量小于1％時，V可固溶于基體，且不析出VC，導致鋸刃材料硬度降低。所以，V含量最好為1％或更多。
為了獲得高硬度和長使用壽命的鋸刃材料可含有Cr、Si、Mn和C。下面的含量是優(yōu)選的Cr3-6％，Si≤2％，Mn≤2％，C1-1.4％；但是參照相對于其它元素的量可確定具體的含量。
將上述成分的高速鋼材鍛造后，進行熱加工和冷加工，由此獲得希望尺寸的材料，并進行熱處理。熱處理最好包括在低于共晶溫度約40℃的溫度下淬火，接著在約550℃回火。
在本發(fā)明中，當在金相組織中碳化物總量為4-18％(面積)時，可進一步改進使用壽命。當碳化物總量占小于4％(面積)，同時大直徑3μm或更大的碳化物晶粒占3％(面積)或更多時，很小尺寸的碳化物幾乎不存在，導致刃口很容易磨損。當碳化物總量占超過18％(面積)時，很容易產(chǎn)生刃口崩落。
在本發(fā)明中大直徑不小于3μm的碳化物晶粒最好在金相組織中占10％(面積)或更少；結(jié)果在碳化物晶粒生長過大的地方發(fā)生刃口崩落。
建議使用的常規(guī)材料可用作上述焊接到鋸刃材料上的鋸身材料。希望的是，鋸身材料固定鋸刃材料并可在金屬帶鋸使用期間耐彎曲應(yīng)力和拉伸應(yīng)力，并且也是經(jīng)濟的。為此，在本發(fā)明中優(yōu)選在熱處理后硬度為53HRC或更小的鋼。當選擇硬度超過53HRC的鋼時，合金元素的量必須增加，這與金屬帶鋸使用經(jīng)濟材料的目標不一致。
例如，可使用下述化學成分(重量％)的鋼C≤0.6％，Cr≤7％，除Cr以外的4A、5A或6A族的碳化物形成元素，如選自W、Mo、V、Nb和Ti的一種或幾種，總量≤3％，余量基本上為Fe。C含量限制到0.6％或更小，因為C是維持鋼的基本硬度和韌性的基本元素，但當C含量超過0.6％時，韌性惡化，因此碳(C)最大含量最好到0.6％。
Cr用來提供鋸身材料好的淬透性和通過與C結(jié)合形成Cr碳化物提供高的抗回火軟化性能。但是，過量添加鉻(Cr)反而惡化抗回火軟化，所以，Cr含量最好限制到7％或更小。
W、Mo和除Cr以外的4A、5A或6A族的碳化物形成元素是用來提供鋸身材料高耐磨性的元素，對保證鋸身材料所需的硬度和改進韌性也是有效的。但是，其過量添加惡化鋸身材料最需要的韌性，所以，其總量最好為3％或更小。V、Nb、Ti等對改善鋸身材料的耐磨性與W和Mo一樣有效，但是昂貴，所以其總量限制到3％或更小。
也可能含有在鋼的生產(chǎn)過程中用作脫氧劑的Si和Mn，但當其各自含量超過2％時，韌性惡化。所以，其各自含量最好為2％或更小。
JIS G 4051 S50C(碳鋼)或AISI6150也可用作鋸身材料。
實施例將具有表1所示化學成分(重量％)的鋼材料鑄成錠，并在1000-1200℃溫度范圍內(nèi)鍛成直徑15mm的棒，接著熱加工和冷加工，由此獲得橫截面尺寸1mm×2mm的試樣。在表1中，試樣No.1-8是本發(fā)明實施例，而試樣C1-C7是比較例。比較例C1相當于SKH59，而比較例C2相當于SKH51。將這些材料在低于共晶溫度約40℃的溫度下淬火并在550℃回火。接著，測量HRC硬度并觀察金相組織。結(jié)果示于表2，結(jié)果包括硬度、碳化物總量(面積％)和具有大直徑3μm或更大的碳化物晶粒含量(面積％)。圖1、2和3分別是顯示本發(fā)明實施例No1-8和比較例C6的400倍的金相組織照片。
表1
表2
<p>在顯示本發(fā)明鋼的顯微組織的圖1和2中具有3μm或更大尺寸的碳化物晶粒均勻分布。相反，在顯示比較鋼顯微組織的圖3中觀察到大尺寸碳化物析出物，但析出物的剩余部分是微小碳化物的形式，大尺寸碳化物晶粒是VC。
上述高速鋼試樣的每一種都可通過焊接結(jié)合到鋸身材料上，并經(jīng)過淬火和回火，由此獲得尺寸的1mm×45mm×4500mm的金屬帶鋸鋸條。鋸身材料的化學組成(重量％)如下C0.53，Si0.40，Mn1.12，Ni0.68，Cr5.18，W0.89，Mo0.56，V0.09，Al0.0073，N0.033和Fe余量，而硬度為HRC52.1。使這種帶鋸鋸條經(jīng)受切割試驗，在試驗中切割具有100mm直徑和硬度HB180的SKD11材料，試驗在下面條件下進行濕切；切割速度20/分；金屬切削速度20cm2/分。
表2通過使用壽命和損壞原因示出了切割試驗的結(jié)果。相對比較例C1(SKH59)的使用壽命，將其看作100，對使用壽命進行歸一化。還有，圖4示出了由切割試驗確定的使用壽命和V含量(％)之間的關(guān)系；圖5示出了使用壽命和尺寸不小于3μm的碳化物晶粒的含量(面積％)之間的關(guān)系；圖6示出了使用壽命和碳化物總量(面積％)之間的關(guān)系。在這些圖中，本發(fā)明鋼標作黑點，而比較鋼標作白點。如表2和圖6所示，在碳化物含量和使用壽命之間不存在簡單關(guān)系。
如在這些圖和表2中清楚所示，實施例1-8的V含量為2％(重量)或更小，而使用壽命比比較例C1(SKH59)長。特別是實施例1、2和5-7，含有大量的Co，具有極好的使用壽命，即比較例C1的120％。另外，沒有一個本發(fā)明實施例在刃口上發(fā)生崩落，而損壞發(fā)生由于刃口的磨損。相反，比較例C4-C7含大于2％的釩(V)，且全部都在刃口上產(chǎn)生崩落。比較例C2含大于2％的釩(V)，但是沒在刃口上看到崩落。其原因被認為是刃口的快速磨損導致快速損壞，所以在刃口上沒看到崩落。
當觀察金相組織時，實施例1-8全都呈現(xiàn)具有大直徑3μm或更大的碳化物晶粒占3％(面積)或更多。比較例C4-C7也都呈現(xiàn)3％(面積)或更多的具有大直徑3μm或更大的碳化物，但是，由于這些試樣具有高的V含量并產(chǎn)生了刃口的崩落，大尺寸碳化物晶粒被認為是一次結(jié)晶形成的VC碳化物。
如上詳細所述，由含不大于2％(重量)含量釩并具有如在金相組織中觀察到的3％(面積)或更多的大直徑3μm或更大的碳化物晶粒的高速鋼制成的本發(fā)明金屬帶鋸鋸刃材料，與常規(guī)廣泛用于切割難切割材料的SKH59相比，耐磨性極好，具有很長的使用壽命并沒有在刃口產(chǎn)生崩落的傾向。
權(quán)利要求
1.一種金屬帶鋸用鋸刃材料，該鋸刃材料包括含有大直徑至少3μm的碳化物晶粒和不大于2％(重量％)的釩的高速鋼，其中，按金相觀察面積，該碳化物占至少3％(面積)。
2.按照權(quán)利要求1的鋸刃材料，其中，按金相觀察的面積，全部碳化物晶粒占4-18％(面積)。
3.按照權(quán)利要求1的鋸刃材料，其中，該鋸刃材料是具有如下組成(重量％)的高速鋼W當量(W+2Mo)≥20％，Cr3-6％，V≤2％，Si≤2％，Mn≤2％，C1-1.4％，余量基本上為Fe。
4.按照權(quán)利要求3的鋸刃材料，其中該組成進一步含Co，且W含量≥1％，W當量與Co含量的和為20～33％，和V含量≥1％但≤2％。
5.一種包括帶型鋸身材料和由高速鋼制成的并焊接在該鋸身材料上的鋸刃材料的金屬帶鋸，該高速鋼含有大直徑至少3μm的碳化物晶粒和不大于2％(重量)的釩，其中，按金相觀察的面積，該碳化物晶粒占至少3％(面積)。
6.按照權(quán)利要求5的金屬帶鋸，其中，按金相觀察的面積，全部碳化物晶粒占4-18％(面積)。
7.按照權(quán)利要求5的金屬帶鋸，其中，該鋸刃材料是具有如下組成(重量％)的高速鋼W當量(W+2Mo)≥20％，Cr3-6％，V≤2％，Si≤2％，Mn≤2％，C1-1.4％，余量基本上為Fe。
8.按照權(quán)利要求7的金屬帶鋸，其中，該組成還含有Co；且W含量≥1％，W當量與Co含量之和為20～33％，和V含量為≥1％但≤2％。
全文摘要
公開一種用于切割難切割材料,如SKD11、不銹鋼等的金屬帶鋸,其特征是很少產(chǎn)生刃口崩落及改善耐磨性,結(jié)果具有很長的使用壽命。用于金屬帶鋸的鋸刃材料包括含2%(重量)或更少的釩(V)的高速鋼,該高速鋼中,按在金相組織中觀察的,具有大直徑3μm或更大的碳化物晶粒占3%(面積)或更多。
文檔編號C22C38/30GK1262339SQ9911752
公開日2000年8月9日 申請日期1999年8月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月28日
發(fā)明者福元志保 申請人:日立金屬株式會社