JP2003226932A - 快削鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 切削時の工具寿命に優れた快削鋼が得られ、切削時の能
率が向上する。 【解決手段】 Ｓ：０．００１〜０．０４０％、Ａｌ：
０．０４〜０．２０％、Ｎ：０．００８０〜０．０２５
０％（以上、ｍａｓｓ％）を含有し、且つ、Ａｌ／Ｎ：
２．０〜１５．０を満足し、快削元素を含まない。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【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、Ｍｎ
Ｓ、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、ＭｎＳ
ｅ、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３−６４４
２９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２０００−２６
９３５（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、Ｔ
ｅを必須とするものである。 【０００９】従来技術４は、Ａｌ：０．００１〜０．１
００％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Ａｌ
Ｎ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に記載の発明は、Ｓ：０．００１
〜０．０４０％、Ａｌ：０．０４〜０．２０％、Ｎ：
０．００８０〜０．０２５０％（以上、ｍａｓｓ％）を
含有し、且つ、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、０．０４ｍａｓｓ％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、０．０４〜０．２０ｍａｓ
ｓ％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、０．００８０ｍａ
ｓｓ％未満の含有量では効果がなく、０．０２５０ｍａ
ｓｓ％を超えると添加効果が飽和するため、０．００８
０〜０．０２５０ｍａｓｓ％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、２．５〜１
０．０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、０．００１
ｍａｓｓ％未満では、製造上コスト高になり、０．０４
０ｍａｓｓ％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、Ｃ
ａ、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：０．０
０５％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、０．０
１〜１．２％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、Ｎ
ｏ.１〜６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】 【００３２】次いで、それぞれ１５０ｋｇ鋼塊にした
後、熱間鍛造（１２００℃、７０ｍｍ丸：旋削用、１０
０ｍｍ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＝１０
０ｍ／ｍｉｎでは、摩耗幅（ＶＢ）が０．０５ｍｍとな
る時間（分）で、Ｖ＝２００ｍ／ｍｉｎおよびＶ＝３０
０ｍ／ｍｉｎでは、それぞれ摩耗幅（ＶＢ）が０．１ｍ
ｍとなる時間（分）で評価した。 【００３４】 【表２】【００３５】表３に結果を示す。 【００３６】 【表３】 【００３７】表３から明らかなように、本発明鋼Ｎｏ.
１〜６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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 俊之 東京都中央区新川２丁目12番８号 エヌケ ーケー条鋼株式会社内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】Ｓ：０．００１〜０．０４０％、 Ａｌ：０．０４〜０．２０％、 Ｎ：０．００８０〜０．０２５０％（以上、ｍａｓｓ
   ％）、 を含有し、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。