JP4888923B1

JP4888923B1 - シャーナイフ刃の再生処理方法及び再生シャーナイフ刃

Info

Publication number: JP4888923B1
Application number: JP2011120218A
Authority: JP
Inventors: 功中川
Original assignee: 豊栄溶工株式会社
Priority date: 2011-05-30
Filing date: 2011-05-30
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2031-05-30
Also published as: JP2012245591A

Abstract

【課題】再生処理を効率的かつ材料に則して行い、再生刃の強靭性、耐久性が高く、延性をも回復することができるシャーナイフ刃の再生処理方法及びその方法により製造された再生シャーナイフ刃を提供する。
【解決手段】使用済みシャーナイフ刃を幅１インチ当たり１時間の割合で４００℃で予熱し、予熱後のシャーナイフ刃の表面の付着物を除去し、前記シャーナイフ刃の摩耗若しくは損傷部に対して溶接棒を用いて１２００℃で部分溶接を行い、ＤＦ２Ａ−４００−Ｂ系の溶接棒で７〜８ｍｍの厚さとなる全面溶接を温度低下を防ぎながら行い、その後約５５０℃にて応力除去焼純を行い、７〜８時間の炉冷を行って３００℃まで温度低下させ、更に１２時間の除冷を行って後に寸法の成形を行う。
【選択図】図５

Description

本発明は、使用後、本来であれば新刃と交換すべきところの摩耗や欠け等の損傷の生じたシャーナイフ刃（合金工具鋼）に対して、各部位に最適な特殊合金を選択し、各部位に肉盛溶接加工処理を行うことにより新刃同様に再生して使用するためのシャーナイフ刃の再生処理方法及びその方法により製造された再生シャーナイフ刃に関する。

通常、鉄再生の過程において解体工場などで再生素材となる鉄スクラップ等を切断、裁断するには、図１に示すようなギロチンシャーという装置が使用される。このギロチンシャー１０は、空洞ケース１１の底部にほぼ水平に固定されている下シャーナイフ刃１２と、空洞ケース１０の上部に傾斜を付けられ、シリンダ１４で上下動される上シャーナイフ刃１３とで構成され、上シャーナイフ刃１３の下部角（刃先）と下シャーナイフ刃１２の上部角（刃先）とが丁度噛み合う配置になっている。そして、空間１５に鉄スクラップ等を投入し、上シャーナイフ刃１３をシリンダ１４で下降させて鉄スクラップ等を切断、裁断するようになっている。

下シャーナイフ刃１２と上シャーナイフ刃１３は傾斜構造を除いてほぼ同じ形状であり、下シャーナイフ刃１２の斜視構造の一例を図２に示す。円筒状の空洞１２Ａが複数設けられているのは、強度補強と軽量化のためである。また、図３（Ａ）は実際のシャーナイフ刃の寸法例であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＡ−Ａ‘の断面図である。

このようなギロチンシャーにおいて、鉄スクラップを切断する際にかかる力は通常１０００トンを超え、切断時には鉄と鉄が擦れ合うために熱が発生し、その温度は２００〜２５０℃になる。また、上下シャーナイフ刃への負荷負担が大きくなり、シャーナイフ刃の材質は熱に強く且つ摩耗や欠けに強い特別な材質を選定しなければならない。そのため、シャーナイフ刃は多くの化学成分を含む合金工具鋼が使用され、通常は合金工具鋼の中でも更に熱に強い熱間金型用のＳＫＤ−６１、ＳＫＴ−４種、ＳＫＴ−６種等が使用されている。

このような強靭なシャーナイフ刃を使用しても、鉄スクラップをギロチンシャーで切断する場合、上刃の刃先と下刃の刃先に強い圧力がかかるため、刃先に摩耗或いは欠け等の損傷が発生し、ある程度の回数以上使用するとそれ以上の切断が不可能になる。そこで、新しい刃先（エッジ）、つまり左右反対側の刃先に反転し、その刃先が摩耗或いは損傷が生じると上下刃先を反転し、更に左右刃先を反転して、四角に摩耗或いは損傷が生じたシャーナイフ刃は遂には廃棄される。図４は使用され廃棄されるシャーナイフ刃の形状を示しており、４角が摩耗して丸みを帯びている。

このようなシャーナイフ刃の重量は１枚１３０Ｋｇあり、通常４枚使用するため全体で５２０Ｋｇにもなり、当然価格も高価なものとなる。シャーナイフ刃を６枚使用するギロチンシャーもある。それ故、出来ればシャーナイフ刃を廃棄せずに再利用、つまりリサイクルしたいという要請が強い。

廃棄されたシャーナイフ刃を溶接加工して再利用しようという試みは従来あった。例えば炭素工具鋼の調質材などにガスバーナで加熱して刃物のエッジに肉盛溶接を施すものである。この溶接は、刃物の硬さが軟らかければ可能である。しかし、シャーナイフ刃の場合は通常、合金工具鋼の中でも特に肉盛溶接が難しいと言われている熱間金型鋼の材質を使用しており、この材質は多くの化学成分を含み、且つ硬さはショアー硬度で７０°を超えるため、肉盛溶接をするのは不可能とされている。また、シャーナイフ刃のエッジ（刃先）だけを加熱して肉盛溶接を行う方法では、肉盛溶接した部分の周りが熱の影響により脆くなり、早期の切断で溶接部分が剥がれてしまうことになる。

更に、ギロチンシャーは、前述のように上シャーナイフ刃がスライドして下降して下シャーナイフ刃と噛み合う（擦れ合う）ため、刃物と刃物の間に隙間が開いていると鉄スクラップ等を切断することできない。それ故、上シャーナイフ刃と下シャーナイフ刃が噛み合う面（刃先）を研磨してしまうと刃物本体の寸法が薄くなってしまい、シャーナイフ刃としての機能を果たさなくなってしまう。

特開２００７−２５３２４３号公報

このような問題を解決する手法として、特開２００７−２５３２４３号公報（特許文献１）に開示されているものがある。特許文献１で提案されている手法は、熱間金型鋼であるシャーナイフ刃に全面肉盛溶接を施して使用前の寸法に戻し、且つエッジ部分には３層肉盛溶接を行って肉盛溶接が剥がれないようにしている。

しかしながら、特許文献１に開示されている手法は、電気炉での２回の加熱処理温度がいずれも３５０℃と低く、３層目の内盛溶接後に後熱していないため、再生刃の強靭性、耐久性が悪く、延性を回復することができないという問題がある。合金工具鋼は非常に硬化しやすい鋼材のため、炭素当量（C+1/6Mn+1/24Si+1/15Ni+1/5Cv+1/4Mo）と硬さの関係により、それを軽減する処置を講じる必要がある。特許文献１に開示されている手法では、この３層目の肉盛溶接後の応力除去焼鈍（後熱）していないため、割れや剥離が起こり、実際の使用に耐え得ることができない。

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、再生処理を効率的かつ材料に則して行い、再生刃の強靭性、耐久性が高く、延性をも回復することができるシャーナイフ刃の再生処理方法及びその方法により製造された再生シャーナイフ刃を提供することにある。

本発明はシャーナイフ刃の再生処理方法に関し、本発明の上記目的は、使用済みシャーナイフ刃を幅１センチメートル当たり２３分３７．２秒の割合で４００℃で予熱し、予熱後のシャーナイフ刃の表面の付着物を除去し、前記シャーナイフ刃の摩耗若しくは損傷部に対して、ＤＦ２Ａ−４００−Ｂ系の溶接棒よりも柔らかい溶接棒を用いて１２００℃で部分溶接を行い、ＤＦ２Ａ−４００−Ｂ系の溶接棒で７〜８ｍｍの厚さとなる全面溶接を温度低下を防ぎながら行い、その後約５５０℃にて応力除去焼純を行い、７〜８時間の炉冷を行って３００℃まで温度低下させ、更に１２時間の除冷を行って後に寸法の成形を行うことにより達成される。

また、本発明の上記目的は、前記予熱及び応力除去焼純を電気炉で行うことにより、或いは前記部分溶接に被覆アーク溶接機を使用し、溶接棒がＤ６２１６系であることにより、或いは前記除冷を、シャーナイフ刃を断熱性の布でくるんで行うことにより、或いは前記除冷後に防錆処理することにより、より効果的に達成される。

更に本発明は再生シャーナイフ刃に関し、本発明の上記目的は、使用済みシャーナイフ刃を幅１センチメートル当たり２３分３７．２秒の割合で４００℃で予熱し、予熱後のシャーナイフ刃の表面の付着物を除去し、前記シャーナイフ刃の摩耗若しくは損傷部に対して、ＤＦ２Ａ−４００−Ｂ系の溶接棒よりも柔らかい溶接棒を用いて１２００℃で部分溶接を行い、ＤＦ２Ａ−４００−Ｂ系の溶接棒で７〜８ｍｍの厚さとなる全面溶接を温度低下を防ぎながら行い、その後約５５０℃にて応力除去焼純を行い、７〜８時間の炉冷を行って３００℃まで温度低下させ、更に１２時間の除冷を行って後に寸法の成形を行って製造されることにより達成される。

本発明によれば、電気炉での２回の加熱処理温度がいずれも４００℃と高く、３層目の内盛溶接（全体溶接）後に５５０℃で後熱しているため、摩耗或いは損傷が発生したシャーナイフ刃を容易に且つ安価に、充分な強度を有し再利用可能なシャーナイフ刃に再生することができる。

また、本発明による再生刃は、母材が傷まない限り何度でも再生処理が可能であり、このため新刃より安価で済み（市場価格の約６割程度の価格）、新刃と比較しても同等若しくはそれ以上の耐久性・持久性がある。更に、新刃のリスクとしてある「割れ易さ」という問題が、柔らかい溶接棒と刃先に固い溶接棒を組み合わせて肉盛溶接加工をすることにより、しなやかで割れ難い刃物とすることができる。本発明では炉冷後に徐冷を行っているので、熱影響部の硬化度が減じ、冷間割れを軽減することができる。

本発明は、耐久性・持久性が落ちない再生処理加工であるため、再生回数により、シャーナイフ刃の持久性が落ちることはない。よって、クライアントによっては、同じシャーナイフに対しこの再生処理を１０数回行っていることからも分かるように、何度でも同様の効果を得られることができ、費用対効果も高く、また実用的である。

ギロチンシャーの一例を示す断面図である。シャーナイフ刃の一例を示す斜視図である。シャーナイフ刃の一例を示す正面図及び断面図である。使用後のシャーナイフ刃の一例を示す正面図及び断面図である。本発明の処理工程を示すフローチャートである。部分溶接の様子を示す正面図及び側面図である。全体溶接の様子を示す正面図及び側面図である。全体溶接の様子を示す正面図及び側面図である。再生処理されたシャーナイフ刃を示す正面図及び側面図である。

多数回使用後、本来であれば新刃と交換すべきところの摩耗や欠け等の損傷を生じたシャーナイフ刃に対して、本発明では、各部位に最適な特殊合金を選択して肉盛溶接加工を行うことにより、新刃同様に再生処理して再利用できるようにする。本発明による再生シャーナイフ刃は、母材が傷まない限り何度でも再生処理が可能であり、このため新刃より安価で済み（市場価格の約６割程度の価格）、新刃と比較しても同等若しくはそれ以上の耐久性・持久性がある。また、新刃のリスクとしてある「割れ易さ」という問題が、柔らかい溶接棒と刃先に固い溶接棒を組み合わせて肉盛溶接加工をすることにより、しなやかで割れ難い刃物とすることができる。耐久性・持久性が落ちない再生処理加工であるため、再生回数により、シャーナイフ刃の持久性が落ちることはない。

本発明は上述のような再生刃を製造するための再生処理方法であるが、従来の単純な溶接及び成形では溶接部分の剥離などが発生し、シャーナイフ刃としての機能再生には至らない。しかしながら、本発明では、損傷及び摩耗の各部位に対して最適な溶接素材を選定し、各工程間に行う厳密な温度管理により、シャーナイフ刃本体と溶接部分の両者に対して特殊合金本来の特性を損なうことなく、シャーナイフ刃を新刃と同等若しくはそれ以上の特性を有するように再生している。

以下に本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図５は本発明の再生処理工程のフローを示しており、納入（回収）された摩耗若しくは損傷した図４に示すようなシャーナイフ刃の幅、横、縦の各部サイズを計測し、図面に起こして再生処理し易くする（ステップＳ１）。シャーナイフ刃の幅、横、縦の各計測においての注意点は、刃使用で一番摩耗の少ない部分（通常はそれぞれの中央部）での計測を実施することである。一般的に角から摩耗は進むため、中央部は一番摩耗が少なくなる。

次にアーク溶接実施のため、納入（回収）されたシャーナイフ刃を電気炉に搬入して加熱し、温度４００℃にて予熱を行う（ステップＳ２）。電気炉での予熱時間は、幅１センチメートル当たり２３分３７．２秒を目安として実施する。例えば、幅が１００mmの場合は4時間となり、温度が上がるのに4時間かかるため、合計８時間を要することとなる。

加熱温度４００℃での予熱を幅１センチメートル当たり２３分３７．２秒を目安として実施した後、予熱されたシャーナイフ刃を電気炉から取り出し、刃の表面に付着している不純物（錆等）をジェットタガネなどで取り除く（ステップＳ３）。付着した不純物の量にもよるが、平均１つのシャーナイフ刃につき１０分程度かかる。

不純物除去後、直ちに摩耗若しくは損傷部分の部分溶接を図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように行う（ステップＳ４）。溶接機械は被覆アーク溶接機（半自動炭酸ガス溶接機、ロボット溶接機も可）を使用し、１２００℃程度にて行う。溶接直後には、常時ジェットタガネで、スラグをまめに除去することにより、よりむらのないコーティングを行っていく。エッジ部分などの摩耗が激しい場合には、耐割れ性のため、低水素系高張力鋼で下盛溶接を行う。母材が硬いところへ、硬い溶接棒を肉盛すると、割れや剥離が発生しやすくなるため、クッション材（馴染み）として下盛溶接を行う。その際に、シャーナイフ刃のメーカーによるが、Ｄ６２１６系（難吸湿タイプ、６０キロ級高張力鋼用）の柔らかい溶接棒と刃先に固い溶接棒を組み合わせて溶接する。母材とは全く同じ溶接材料を使った溶接棒がないため、今までの経験と実績から選択した最適な硬化肉盛棒を使用する。このタイプは極低水素系全姿勢溶接棒であり、溶着金属のＸ線性能及び機械的性質に優れ、特に水素量を低く抑えているため、優れた耐割れ性を有する。そもそも炭素当量の高い鋼材は、溶接熱影響部に冷間割れを生じ易く、それは熱影響部の硬化と熱影響部内の水素量が関係している。よって、より水素量の少ない低水素系を用いた方が冷間割れにより安全である。
以上が部分溶接の説明である。

続いて、ＤＦ２Ａ−４００−Ｂ系（硬さと靱性の優れた金属間摩耗用）で成る溶接棒で図８（Ａ），（Ｂ）及び図９（Ａ）、（Ｂ）に示すような全表面に対する全体溶接を行う（ステップＳ５）。ただし、この際、最初は図８（Ａ），（Ｂ）に示すようにエッジ部分（摩耗状態によるが、通常２０〜２５ｍｍ程度）は残して表面の溶接を行う。これにより通常３〜５ｍｍ程度の溶接厚さとなる。残りのエッジ部分に関しては、上記ＤＦ２Ａ−４００−Ｂ系では再生後の摩耗が大きいため、ＤＦ２Ａ−４５０−Ｂ系（硬さと耐割れ性および耐熱性に優れた重荷重金属間摩耗用）の溶接棒を使用し、図９（Ａ）、（Ｂ）に示すように全体溶接を行う。再生依頼品のエッジ部分の摩耗状態により、必要に応じた祖層数（例えば３層）の溶接処理を行うが、原寸よりも厚めに肉盛りすることが大切であり、溶接の厚さは通常７〜８ｍｍ程度である。上記全体溶接を４面全てについて実施する場合、相当の時間を要するため、溶接の合間には再生依頼品の温度低下を避けるために、ガスバーナなどにより３５０℃以下にならないようにする。

上記部分溶接及びそれに続く全体溶接後、直ちに電気炉に搬入して応力除去焼鈍（後熱）を約５５０℃で行う（ステップＳ６）。後熱時間は、幅１センチメートル当たり２３分３７．２秒を目安に行う。これによって、再生シャーナイフ刃の延性を回復することができる。

その後、タイマが切れた後の電気炉の中で、加熱を停止したままの状態で７〜８時間程度炉冷を行う（ステップＳ７）。こうすることによって、シャーナイフ刃の温度は約５５０℃から３００℃程度まで低下する。

その後、電気炉から取り出したシャーナイフ刃を断熱性の布等でくるみ、徐冷を１２時間程度行う（ステップＳ８）。冷却時間を稼ぐことで、熱影響部の硬化度が減じ、また水素の逸出が容易になるので、冷間割れが軽減される。ただし、予熱を行っても、シャーナイフ刃のような硬化性鋼ではなお割れの発生を見ることがあるため、上記ステップＳ６〜ステップＳ８までの工程を実施することが再生品の強度回復にとって不可欠となる。

最後に、機械加工（プレーナ）にて余盛部分を取り除き、新刃同様の寸法に成形する（ステップＳ９）。上記ステップＳ６〜ステップＳ８の上記工程を実施することにより、内部応力などによる曲りなどによる寸法のずれは、極力除去することが可能である。しかしながら、若干のずれが生じても全面肉盛溶接を施しているため、本工程にて依頼品の原寸を下回ることはない。最後にシャーナイフ刃の表面に錆止めを塗装して防錆処理し、完成となる。つまり、再生処理されたシャーナイフ刃が製造される。

本発明の再生処理を実施した結果、下記の企業のシャーナイフ刃に適用できることが確認された。
上記以外の製品についても、同様の素材であれば再生処理は可能である。

１０ギロチンシャー
１１空洞ケース
１２上シャーナイフ刃
１３下シャーナイフ刃
１４シリンダ
１５空間

Claims

使用済みシャーナイフ刃を幅１センチメートル当たり２３分３７．２秒の割合で４００℃で予熱し、予熱後のシャーナイフ刃の表面の付着物を除去し、前記シャーナイフ刃の摩耗若しくは損傷部に対して、ＤＦ２Ａ−４００−Ｂ系の溶接棒よりも柔らかい溶接棒を用いて１２００℃で部分溶接を行い、ＤＦ２Ａ−４００−Ｂ系の溶接棒で７〜８ｍｍの厚さとなる全面溶接を温度低下を防ぎながら行い、その後約５５０℃にて応力除去焼純を行い、７〜８時間の炉冷を行って３００℃まで温度低下させ、更に１２時間の除冷を行って後に寸法の成形を行うことを特徴とするシャーナイフ刃の再生処理方法。
前記予熱及び応力除去焼純を電気炉で行う請求項１に記載のシャーナイフ刃の再生処理方法。
前記部分溶接に被覆アーク溶接機を使用し、溶接棒がＤ６２１６系である請求項１に記載のシャーナイフ刃の再生処理方法。
前記除冷を、シャーナイフ刃を断熱性の布でくるんで行う請求項１に記載のシャーナイフ刃の再生処理方法。
前記除冷後に防錆処理する請求項４に記載のシャーナイフ刃の再生処理方法。
使用済みシャーナイフ刃を幅１センチメートル当たり２３分３７．２秒の割合で４００℃で予熱し、予熱後のシャーナイフ刃の表面の付着物を除去し、前記シャーナイフ刃の摩耗若しくは損傷部に対して、ＤＦ２Ａ−４００−Ｂ系の溶接棒よりも柔らかい溶接棒を用いて１２００℃で部分溶接を行い、ＤＦ２Ａ−４００−Ｂ系の溶接棒で７〜８ｍｍの厚さとなる全面溶接を温度低下を防ぎながら行い、その後約５５０℃にて応力除去焼純を行い、７〜８時間の炉冷を行って３００℃まで温度低下させ、更に１２時間の除冷を行って後に寸法の成形を行って製造されたことを特徴とする再生シャーナイフ刃。