JP3922691B2 - 快削鋼 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、快削鋼に関し、特に切削するときの工具寿命に優れた快削元素無添加でＡｌＮ添加の快削鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の快削鋼の多くは、鋼中の介在物による被削性向上を図っており、低切削速度域では、ＭｎＳ、Ｐｂ、高切削速度域では、Ｃａ系複合酸化物が主体で実用化されているが、ＭｎＳと同系統では、ＭｎＳｅ、ＭｎＴｅが用いられ、Ｐｂと同系統では、Ｂｉも用いられている。Ｃａ系複合酸化物は、切削工具面上に付着して、工具と被削材との直接接触を防ぎ、工具の摩耗を抑制する。
【０００３】
近年、地球環境問題からＰｂの不使用の動きがあり、また、能率向上のため、高速切削化が検討されるようになり、ＢＮ快削鋼や黒鉛快削鋼などのような新しい成分組成の快削鋼も開発されている。
【０００４】
これらの従来快削鋼は、特開平３−６４４２９号（従来技術１）、特開昭６０−１７４８５４号（従来技術２）、特開昭６１−２９１９５５号（従来技術３）、特開平１−３１９６５１号（従来技術４）、特開平７−３１６７３２号（従来技術５）などに開示されている。また、本発明者等も既に、特開２０００−２６９３５（従来技術６）、特開２００１−３４２５３９（従来技術７）として提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術１〜７は、以下のような課題があった。
【０００６】
従来技術１は、工具鋼の切削時に切削速度１５０ｍ／ｍｉｎでの効果を示しているものの、Ａｌの規定がない。
【０００７】
従来技術２は、Ａｌ：０．０５〜０．５０％を含有するものの、Ｚｒの硫化物に対する接種作用を増大させ、硫化物を微細にすることにより被削性を向上させるためにＡｌを利用しているものであり、快削元素であるＺｒを必須とするものである。
【０００８】
従来技術３は、Ａｌを２．０％以下含有するものの、結晶組織の改善、熱処理特性の改善のためにＡｌを利用しているものであり、快削元素であるＳ、Ｔｅを必須とするものである。
【０００９】
従来技術４は、Ａｌ：０．００１〜０．１００％を含有するものの、鋼中の酸素を固定し、ＢＮの析出を促進させるためにＡｌを利用しているものであり、快削元素であるＢＮを必須とするものである。
【００１０】
従来技術５は、Ａｌ：０．０１〜０．１％を含有するものの、鋼中でＡｌＮとなり、黒鉛の核生成サイトとしてＡｌを利用しているものであり、快削元素である黒鉛を必須とするものである。
【００１１】
従来技術６は、Ａｌ、Ｎが含有されているが、同時にＢも含有しており、鋼中に存在するのはＢＮである。
【００１２】
従来技術７は、Ａｌを含有しているが、酸化物や窒化物でないフリーのＡｌが有効であることを示したものである。
【００１３】
この発明は、これらの課題を解決するためになされたもので、工具寿命に優れた快削元素無添加でＡｌ、Ｎ添加の快削鋼を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を達成するため、鋭意検討を行い、以下のような従来にない新知見を得た。
（１）快削元素の含有されていない場合、鋼中に析出したＡｌＮが潤滑効果を示して工具寿命が向上する。
（２）快削元素（Ｓ、Ｐｂ、Ｃａ等）を含有するとＡｌＮの効果が現れない。
（３）ＡｌとＮ含有量に最適範囲があることと、Ａｌ／Ｎにも最適範囲がある。
【００１５】
この発明は、上記知見に基づきなされたものであり、下記を特徴とするものである。
【００１６】
請求項１記載の発明は、Ｃ：０．０１〜１．２％、Ｓｉ：０．０３〜１．５％、Ｍｎ：０．３〜２．０％、Ｓ：０．００１〜０．０４０％、Ａｌ：０．０５２〜０．２０％、Ｎ：０．００８０〜０．０２５０％（以上、ｍａｓｓ％）を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、且つ、下記条件Ａｌ／Ｎ：２．０〜１５．０を満足し、快削元素を含まないことに特徴を有するものであり、請求項２記載の発明は、前記快削元素を含まないこととは、Ｓ：０．０４％未満、Ｃａ：０．００１％以下、Ｐｂ：０．０３％以下、黒鉛：０．００２％以下、Ｂ：０．００５％以下、Ｔｅ：０．０１％以下、Ｓｅ：０．０１％以下、Ｚｒ：０．０２％以下、Ｔｉ：０．０３％以下（以上、ｍａｓｓ％）であることに特徴を有するものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、この発明における数値の限定理由について説明する。
【００１８】
Ａｌ
Ａｌは、鋼の脱酸に必要であり、且つ鋼中にＡｌＮを析出させ、切削中の潤滑作用を有効にするのに必要な元素である。しかしながら、０．０５２ｍａｓｓ％未満の含有量では効果がなく、一方、０．２０ｍａｓｓ％を超えると添加効果が飽和するため、０．０５２〜０．２０ｍａｓｓ％の範囲内とする。
【００１９】
Ｎ
Ｎは、鋼中Ａｌと結合してＡｌＮとなる。ＡｌＮが多量に生成すると、被削性が向上するが、０．００８０ｍａｓｓ％未満の含有量では効果がなく、０．０２５０ｍａｓｓ％を超えると添加効果が飽和するため、０．００８０〜０．０２５０ｍａｓｓ％の範囲内とする。
【００２０】
Ａｌ／Ｎ
Ａｌ／Ｎは、鋼中に有効に（特に圧延ままでも）ＡｌＮを析出させるのに２．０以上が必要である。しかしながら、１５．０を超えても効果が飽和するため、２．０〜１５．０の範囲内とする。好ましい範囲は、２．５〜１０．０である。
【００２１】
Ｓ
Ｓは、鋼中でＭｎＳとなり、被削性向上に有効である。しかしながら、ＭｎＳが多く存在すると、ＡｌＮの効果が消失してしまう。その含有量については、０．００１ｍａｓｓ％未満では、製造上コスト高になり、０．０４０ｍａｓｓ％を超えるとＡｌＮの効果がなくなるため、０．００１〜０．０４０ｍａｓｓ％の範囲内とする。
【００２２】
快削元素を添加すると、ＡｌＮが有効でなくなるため、この発明においては、快削元素を無添加とする。
【００２３】
この発明において快削元素とは、Ｓ、Ｃａ、Ｐｂ、黒鉛、ＢＮ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｔｉ等、従来より、快削鋼に用いられている元素をいい、添加量がＳ：０．０４％未満、Ｃａ：０．００１％以下、Ｐｂ：０．０３％以下、黒鉛：０．００２％以下、Ｂ：０．００５％以下、Ｔｅ：０．０１％以下、Ｓｅ：０．０１％以下、Ｚｒ：０．０２％以下、Ｔｉ：０．０３％（何れもｍａｓｓ％）以下を無添加とする。
【００２４】
なお、この発明は、鋼の成分組成として、上述したＡｌ、Ｎ、Ｓ、Ａｌ／Ｎおよび快削元素に関する規定を満足すればよく、冷間鍛造用鋼材、機械構造用炭素鋼および低合金鋼、工具鋼、軸受鋼、ステンレス鋼等でその効果が得られる。これら鋼には、Ｃ：０．０１〜１．２％、Ｓｉ：０．０３〜１．５％、Ｍｎ：０．３〜２．０％（何れもｍａｓｓ％）が含有されると望ましい効果が得られる。
【００２５】
以下に、これらの成分限定理由について説明する。
【００２６】
Ｃ
Ｃは、強度を確保するため、０．０１％以上添加する。一方、１．２％を超えると靭性が劣化するため、０．０１〜１．２％添加する。
【００２７】
Ｓｉ
Ｓｉは、脱酸剤として０．０３％以上添加する。一方、１．５％を超えるとフェライトが硬化して靭性が劣化するため、０．０３〜１．５％添加する。
【００２８】
Ｍｎ
Ｍｎは、強度を確保するため、０．３％以上添加する。一方、２．０％を超えると靭性が劣化するため、０．３〜２．０％添加する。
【００２９】
【実施例】
次に、この発明を実施例によりさらに説明する。
【００３０】
表１に示す化学成分を有する鋼をそれぞれ真空溶解炉にて１５０ｋｇ溶製した。表１において、Ｎｏ．２〜６は、本発明鋼、Ｎｏ．７〜１２は、比較鋼であり、Ｎｏ．７は、通常のＳ４５Ｃ、Ｎｏ．８は、Ｓ量が本発明範囲より多い鋼、Ｎｏ．９は、Ａｌ量が本発明範囲より少ない鋼、Ｎｏ．１０は、Ｎが本発明範囲より少ない鋼、Ｎｏ．１１、１２は、Ａｌ、Ｎは、本発明範囲内であるが、Ａｌ／Ｎが本発明範囲外である鋼である。
【００３１】
【表１】
次いで、それぞれ１５０ｋｇ鋼塊にした後、熱間鍛造（１２００℃、７０ｍｍ丸：旋削用、１００ｍｍ角：フライス用）、焼ならし（８５０℃、２時間加熱後空冷）し、下記試験に供した。
【００３３】
切削は、旋盤による乾式長手旋削とフライス盤による乾式断続切削を行った。条件は、表２の通りである。すなわち、逃げ面摩耗の測定を行い、Ｖ＝１００ｍ／ｍｉｎでは、摩耗幅（ＶＢ）が０．０５ｍｍとなる時間（分）で、Ｖ＝２００ｍ／ｍｉｎおよびＶ＝３００ｍ／ｍｉｎでは、それぞれ摩耗幅（ＶＢ）が０．１ｍｍとなる時間（分）で評価した。
【００３４】
【表２】
表３に結果を示す。
【００３６】
【表３】
表３から明らかなように、本発明鋼Ｎｏ．２〜６は、比較鋼Ｎｏ．７〜１２に比べて、旋削（連続切削）、フライス加工（断続切削）とも工具寿命に優れていることが分かった。特に、フライス加工による断続高速切削ほど効果が著しいことが分かった。
【００３８】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、切削時の工具寿命に優れた快削鋼が得られ、切削時の能率が向上し、また、快削元素としてのＰｂ無添加であるので、地球環境問題にも配慮しており、産業上きわめて有用である。
Claims (2)
- Ｃ ：０．０１〜１．２％、
Ｓｉ：０．０３〜１．５％、
Ｍｎ：０．３〜２．０％、
Ｓ ：０．００１〜０．０４０％、
Ａｌ：０．０５２〜０．２０％、
Ｎ ：０．００８０〜０．０２５０％（以上、ｍａｓｓ％）
を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、且つ、下記条件Ａｌ／Ｎ：２．０〜１５．０を満足し、快削元素を含まないことを特徴とする快削鋼。 - 前記快削元素を含まないこととは、
Ｓ ：０．０４％未満、
Ｃａ：０．００１％以下、
Ｐｂ：０．０３％以下、
黒鉛：０．００２％以下、
Ｂ ：０．００５％以下、
Ｔｅ：０．０１％以下、
Ｓｅ：０．０１％以下、
Ｚｒ：０．０２％以下、
Ｔｉ：０．０３％以下（以上、ｍａｓｓ％）
であることを特徴とする、請求項１記載の快削鋼。
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