JP6801542B2 - Mechanical steel and its cutting method - Google Patents

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JP6801542B2 JP2017054586A JP2017054586A JP6801542B2 JP 6801542 B2 JP6801542 B2 JP 6801542B2 JP 2017054586 A JP2017054586 A JP 2017054586A JP 2017054586 A JP2017054586 A JP 2017054586A JP 6801542 B2 JP6801542 B2 JP 6801542B2
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Description

本発明は、衝撃特性と断続切削性に優れた機械構造用鋼およびその切削方法に関する。 The present invention relates to a mechanical structural steel having excellent impact characteristics and intermittent machinability, and a cutting method thereof.

近年、鋼の高強度化が進むと共に、被削性の低下が問題となっている。機械構造用鋼から製造される自動車の主要部品、例えば歯車、CVT、クランクシャフト、コンロッド、CVJなどの部品は、機械構造用鋼を切削加工することによって製造される。切削に関するコストは部品製造コストの多くの部分を占めることが知られており、製造コスト低減のために工具寿命を低下させない鋼に対するニーズが高まっている。この傾向はとりわけ、工具費用が高い歯車の歯切り加工やエンドミル加工などの断続切削を含む部品に対して顕著である。 In recent years, as the strength of steel has increased, the decrease in machinability has become a problem. The main parts of an automobile manufactured from machine structural steel, such as gears, CVTs, crankshafts, connecting rods, and CVJs, are manufactured by cutting machine structural steel. It is known that the cost related to cutting accounts for a large part of the cost of manufacturing parts, and there is an increasing need for steel that does not shorten the tool life in order to reduce the manufacturing cost. This tendency is particularly noticeable for parts including intermittent cutting such as gear gear cutting and end milling, which have high tool costs.

従来、工具寿命を向上させるためには、切削される鋼材に合金成分としてPbやSを添加する方法があるが、Pbは、環境負荷上問題があり、Sは添加量を増大すると衝撃値等の機械的性質を劣化させるという問題がある。また、Caを添加することにより、鋼中酸化物を軟質化し、切削中に工具面上に付着する、いわゆるベラーグで工具を保護する方法も必要に応じて活用されている。しかし、ベラーグの活用は、切削条件と成分の制限が多く、一般的に使用されるものではない。 Conventionally, in order to improve the tool life, there is a method of adding Pb or S as an alloy component to the steel material to be cut, but Pb has a problem in terms of environmental load, and S has an impact value or the like when the addition amount is increased. There is a problem of deteriorating the mechanical properties of. Further, a method of softening the oxide in the steel by adding Ca and adhering to the tool surface during cutting, that is, a method of protecting the tool with a so-called bellague is also utilized as needed. However, the utilization of Bellag is not generally used due to many restrictions on cutting conditions and components.

このような背景の中、断続切削時の工具寿命の向上を目的とした新しい成分組成の快削鋼や、断続切削方法が開示されている。例えば、特許文献1には、機械構造用鋼の成分を所定範囲に規定するとともに、工具と機械構造用鋼の接触時間、非接触時間を所定範囲に規定し、50m/分以上の切削速度で切削することにより、工具面上に酸化物が主体の保護膜を生成させることを特徴とする、断続切削における工具寿命に優れた機械構造用鋼の切削方法が開示されている。 Against this background, free-cutting steel with a new composition for the purpose of improving the tool life during intermittent cutting and intermittent cutting methods are disclosed. For example, Patent Document 1 defines the composition of the machine structural steel in a predetermined range, and the contact time and non-contact time between the tool and the machine structural steel in a predetermined range, at a cutting speed of 50 m / min or more. A method for cutting machine structural steel having an excellent tool life in intermittent cutting is disclosed, which comprises forming a protective film mainly composed of oxide on the tool surface by cutting.

断続切削では工具が被削材に連続的に接触しないため、工具に付着した鋼材の新生面が空気に晒されて急速に酸化し、酸化摩耗が起きる場合がある。特許文献2には、切削される機械構造用鋼にAlを添加して、断続切削中の工具の酸化摩耗を抑制する発明が開示されている。特許文献2によれば、工具に付着した鋼材中のAlはFeよりも酸化されやすいため、Alは断続切削時の工具の酸化摩耗を抑制するとしている。 In intermittent cutting, the tool does not continuously contact the work material, so the new surface of the steel material attached to the tool is exposed to air and rapidly oxidizes, which may cause oxidative wear. Patent Document 2 discloses an invention in which Al is added to the machine structural steel to be cut to suppress oxidative wear of the tool during intermittent cutting. According to Patent Document 2, since Al in the steel material adhering to the tool is more easily oxidized than Fe, Al suppresses oxidative wear of the tool during intermittent cutting.

これらの技術は、PbやS等を活用して鋼の第二相を制御し、被削性を改善する従来技術とは異なる。すなわち、鋼材と切削条件の組合せを最適化することで切削中の界面を制御して工具摩耗を抑制する技術であり、高強度の機械構造用鋼の断続切削時の被削性改善技術として非常に重要である。 These techniques are different from the conventional techniques for controlling the second phase of steel by utilizing Pb, S, etc. to improve machinability. In other words, it is a technology that controls the interface during cutting by optimizing the combination of steel materials and cutting conditions to suppress tool wear, and is extremely useful as a technology for improving machinability during intermittent cutting of high-strength machine structural steel. Is important to.

特開2008−36769号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-36769 特開2010−24549号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-24549

前述した従来の技術には、以下に示す問題点がある。
特許文献1では、工具摩耗の抑制に効果を有する保護膜を生成させるために、鋼材がSとAlを所定量含むことを必須としている。しかし、Sは上述のように鋼の機械特性を劣化させる恐れがあるため、高強度鋼への添加は制限される。さらに、Alの添加はAlなどの硬質非金属介在物を生成しやすく、疲労強度等の機械的特性を低下させる恐れがある。硬質介在物は工具のアブレシブ摩耗を引き起こすことが知られており、切削条件によっては工具摩耗が促進されてしまう可能性もある。
The above-mentioned conventional technique has the following problems.
In Patent Document 1, it is essential that the steel material contains a predetermined amount of S and Al in order to generate a protective film that is effective in suppressing tool wear. However, since S may deteriorate the mechanical properties of steel as described above, its addition to high-strength steel is limited. Further, the addition of Al tends to generate hard non-metal inclusions such as Al 2 O 3 , which may reduce mechanical properties such as fatigue strength. Hard inclusions are known to cause absorptive wear of the tool, which may be accelerated depending on the cutting conditions.

特許文献2記載の機械構造用鋼は、Alを0.06〜0.5質量%含有することを必須としている。このAl量は機械構造用鋼としては比較的多量で有り、そのため、上述のように硬質非金属介在物を生成しやすく、疲労強度低下や工具のアブレシブ摩耗増大の原因となる可能性がある。 The mechanical structural steel described in Patent Document 2 is required to contain 0.06 to 0.5% by mass of Al. This amount of Al is relatively large for mechanical structural steel, and therefore, as described above, hard non-metal inclusions are likely to be generated, which may cause a decrease in fatigue strength and an increase in abrasive wear of a tool.

以上のように、従来の技術は鋼材の機械的特性を維持したまま、その被削性を改善する技術としては必ずしも適当ではない。また、切削中の鋼材と工具の界面を制御して工具寿命を向上させるには、鋼材だけでなく工具側の制御も併せて重要と考えられるが、工具側からの技術改善は提案されていない。 As described above, the conventional technique is not always suitable as a technique for improving the machinability while maintaining the mechanical properties of the steel material. In addition, in order to control the interface between the steel material and the tool during cutting and improve the tool life, it is considered important to control not only the steel material but also the tool side, but no technical improvement from the tool side has been proposed. ..

本発明は、上述した問題点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、機械的特性と断続切削時の工具寿命に優れた機械構造用鋼とその切削方法を提供することにある。 The present invention has been devised in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a mechanical structural steel having excellent mechanical properties and a tool life during intermittent cutting and a cutting method thereof.

本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究し、切削中の鋼材/工具界面を制御して工具寿命を向上させるには、鋼材側と工具側の双方の制御が重要と考えた。そこで、工具寿命に与える影響が大きいと考えられる鋼材/工具界面の潤滑メカニズムに注目し、様々な合金元素を添加した鋼材と、種々の工具材を用いて基礎研究を行った。その結果、以下の知見を得た。 The present inventors have conducted intensive research to solve the above problems, and considered that it is important to control both the steel material side and the tool side in order to control the steel material / tool interface during cutting and improve the tool life. Therefore, we focused on the lubrication mechanism of the steel / tool interface, which is considered to have a large effect on the tool life, and conducted basic research using steel materials to which various alloying elements were added and various tool materials. As a result, the following findings were obtained.

(a)FeよりもOが結合しやすい元素を固溶元素として比較的多く含む鋼材を断続切削すると、工具上にその元素を主体とする酸化物被膜が形成される。この効果は工具材の表面粗さが小さいほど顕著である。表面粗さが大きくなると、Feの凝着が激しくなり、酸化物被膜は形成されなくなる。 (A) When a steel material containing a relatively large amount of an element to which O is bonded more easily than Fe is intermittently cut as a solid solution element, an oxide film mainly composed of the element is formed on the tool. This effect is more remarkable as the surface roughness of the tool material is smaller. When the surface roughness becomes large, the adhesion of Fe becomes intense and the oxide film is not formed.

(b)表面粗さが比較的小さい工具材を用いてAlを比較的多量に含む鋼材を断続切削すると、工具寿命が大きく劣化する。工具表面をSEMで詳細に観察すると、酸化物のほか、Feの凝着が多く観察された。アルミナ等のAl主体の酸化物は融点が高く、高温となる切削中の界面において硬度を保ち、せん断されにくい。このため、切削中の界面に付着したAl酸化物の凹凸がFeの凝着を促進し、工具の凝着摩耗を誘発したものと考えられる。特許文献2では、Al添加は酸化摩耗抑制に好ましいとされている。しかしながら凝着摩耗を抑制するためには、その添加量を制限すべきである。酸化摩耗では工具コーティングが徐々に摩耗するが、凝着摩耗ではコーティングが剥離を伴って急激に摩耗するため、工具寿命を向上させるという観点からは凝着摩耗の抑制がより重要である。このAl添加量を制限すべきという知見は、従来知見からは全く予想できなかった結果である。 (B) When a steel material containing a relatively large amount of Al is intermittently cut using a tool material having a relatively small surface roughness, the tool life is greatly deteriorated. When the tool surface was observed in detail by SEM, a lot of adhesion of Fe was observed in addition to oxides. Al-based oxides such as alumina have a high melting point, maintain hardness at the high temperature interface during cutting, and are not easily sheared. Therefore, it is considered that the unevenness of the Al oxide adhering to the interface during cutting promotes the adhesion of Fe and induces the adhesion wear of the tool. In Patent Document 2, addition of Al is preferable for suppressing oxidative wear. However, in order to suppress adhesive wear, the amount of addition should be limited. In oxidative wear, the tool coating gradually wears, but in adhesive wear, the coating wears rapidly with peeling. Therefore, it is more important to suppress adhesive wear from the viewpoint of improving tool life. The finding that the amount of Al added should be limited is a result that could not be predicted from the conventional findings.

(c)表面粗さが比較的小さい工具材を用いて、Al添加量をある範囲に制限しつつ、Siを比較的多量に含む鋼材を断続切削すると、Si酸化物を主体とする酸化物が工具上に形成される。この場合、工具寿命が飛躍的に向上する。工具上のSi酸化物表面をSEMで詳細に観察すると非常に滑らかであるため、切削中の高温下でこの酸化物が軟化し、潤滑効果を与えたものと考えられる。ここで、Si酸化物を主体とする酸化物とは、酸化物中に含まれる金属元素の中でSiの原子比が最も多い酸化物である。 (C) When a steel material containing a relatively large amount of Si is intermittently cut while limiting the amount of Al added to a certain range using a tool material having a relatively small surface roughness, an oxide mainly composed of Si oxide is produced. Formed on the tool. In this case, the tool life is dramatically improved. When the surface of the Si oxide on the tool is observed in detail by SEM, it is very smooth, so it is considered that this oxide softened at a high temperature during cutting and gave a lubricating effect. Here, the oxide mainly composed of Si oxide is an oxide having the largest atomic ratio of Si among the metal elements contained in the oxide.

本発明者らは、以上のように、鋼材成分と工具の表面粗さを適正化することにより、鋼材の断続切削時に工具上にSi酸化物を主体とする酸化物を生成させることができ、その潤滑効果により工具が保護されて工具寿命が向上することを知見した。具体的には従来好ましいとされていたAlの添加量を本発明では低減し、さらに潤滑作用を有する元素としてSiを添加するという全く新しい知見である。 As described above, the present inventors can generate an oxide mainly composed of Si oxide on the tool during intermittent cutting of the steel material by optimizing the steel material component and the surface roughness of the tool. It was found that the lubrication effect protects the tool and improves the tool life. Specifically, it is a completely new finding that the amount of Al added, which has been conventionally considered to be preferable, is reduced in the present invention, and Si is added as an element having a lubricating action.

さらにTi,Nb及び/またはVを適量添加することで、機械構造用鋼の重要特性である衝撃特性の向上が可能であることを見出した。 Furthermore, it was found that the impact characteristics, which are important characteristics of machine structural steel, can be improved by adding an appropriate amount of Ti, Nb and / or V.

すなわち、本発明に係る機械構造用鋼およびその切削方法は、つぎのとおりである。
(1)
質量%で、
C:0.30〜0.72%、
Si:0.73〜1.40%、
Mn:0.460.80%、
Cr:0.065〜0.65%、
P:0.001〜0.045%、
S:0.001〜0.023%、
N:0.0036〜0.0100%、
Al:0.001〜0.026%未満
を含有し、さらに、
Ti:0〜0.500%、
Nb:0〜0.500%、
V:0〜0.110
のいずれか1種または2種以上を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、0<[Ti%]+[Nb%]+[V%]≦0.500、かつ42.5<66[Si%]−3[Mn%]−5[Cr%]<90.9を満たすことを特徴とする機械構造用鋼。
ここで、[Ti%]、[Nb%]、[V%]、[Si%]、[Mn%]および[Cr%]は、それぞれ、Ti、Nb、V、Si、MnおよびCrの含有質量%を表す。
(2)
前記機械構造用鋼が、さらに、質量%で、
B:0.0003〜0.0050%
を含有することを特徴とする(1)に記載の機械構造用鋼。
(3)
前記機械構造用鋼が、さらに、質量%で、
Mo:0.01〜0.30%、
Ni:0.05〜1.0%、
および、
Cu:0.05〜1.0%
からなる群から選択された1種または2種以上を含有することを特徴とする(1)または(2)のいずれかに記載の機械構造用鋼。
(4)
(1)〜(3)のいずれかに記載の機械構造用鋼を断続切削して素形材を得る方法であって、最表面にPVDあるいはCVDにてセラミクスコーティングがなされ、その表面粗さがRa0.80μm以下である工具を用いることを特徴とする機械構造用鋼の切削方法。
That is, the machine structural steel and the cutting method thereof according to the present invention are as follows.
(1)
By mass%
C: 0.30 to 0.72%,
Si: 0.73 to 1.40%,
Mn: 0.46 to 0.80 %,
Cr: 0.065 to 0.65%,
P: 0.001 to 0.045%,
S: 0.001 to 0.023%,
N: 0.0036 to 0.0100%,
Al: contains less than 0.001 to 0.026%, further,
Ti: 0 to 0.500%,
Nb: 0 to 0.500%,
V: 0 to 0.110 %
Containing any one or more of the above, the balance is composed of Fe and unavoidable impurities, 0 <[Ti%] + [Nb%] + [V%] ≤ 0.500, and 42.5 <66. A steel for machine structural use, which satisfies [Si%] -3 [Mn%] -5 [Cr%] <90.9.
Here, [Ti%], [Nb%], [V%], [Si%], [Mn%] and [Cr%] are the masses of Ti, Nb, V, Si, Mn and Cr, respectively. Represents%.
(2)
The mechanical structural steel is further increased by mass%.
B: 0.0003 to 0.0050%
The steel for machine structure according to (1), which is characterized by containing.
(3)
The mechanical structural steel is further increased by mass%.
Mo: 0.01-0.30%,
Ni: 0.05-1.0%,
and,
Cu: 0.05-1.0%
The mechanical structural steel according to any one of (1) and (2), which comprises one or more selected from the group consisting of.
(4)
A method for obtaining a raw material by intermittently cutting the mechanical structural steel according to any one of (1) to (3), wherein the outermost surface is ceramically coated by PVD or CVD, and the surface roughness thereof is reduced. A method for cutting steel for machine structural use, which comprises using a tool having a Ra of 0.80 μm or less.

本発明によれば、歯切り加工やエンドミルなどの断続切削時の工具寿命と衝撃特性に優れた機械構造用鋼及びその切削方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a mechanical structural steel having excellent tool life and impact characteristics at the time of intermittent cutting such as gear cutting and end mills, and a cutting method thereof.

発明例と比較例の鋼の硬さ(HV)と被削性(工具寿命[m])との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the hardness (HV) and machinability (tool life [m]) of the steel of the invention example and the comparative example.

本発明鋼の成分を限定する理由について説明する。以下、%は、質量%を意味する。 The reason for limiting the composition of the steel of the present invention will be described. Hereinafter,% means mass%.

(C:0.30〜0.72%)
Cは、鋼の強度を確保するために添加する元素である。Cの添加量が0.30%未満であると、最終加工品をフェライト・パーライト組織で使用する際や焼入れ、焼き戻しをして使用する際に十分な強度が得られず、一方、0.72%より多いと、切削素材の硬さが上昇して被削性が劣化すると共に、鋼部品の靱性が低下する。このため、C量は、0.30%〜0.72%とする。好ましいC量は、0.40%〜0.60%である。
(C: 0.30 to 0.72%)
C is an element added to ensure the strength of steel. If the amount of C added is less than 0.30%, sufficient strength cannot be obtained when the final processed product is used in a ferrite pearlite structure or when it is hardened or tempered, while 0. If it is more than 72%, the hardness of the cutting material increases, the machinability deteriorates, and the toughness of the steel part decreases. Therefore, the amount of C is set to 0.30% to 0.72%. The preferred amount of C is 0.40% to 0.60%.

(Si:0.73〜1.40%)
Siは本発明で最も重要な元素である。Siは、断続切削中に工具面上で大気中の酸素と化学反応を起こし、工具上にSi酸化物を主体とする酸化物を生成させるために必要である。Siの添加量が0.73%未満であると添加効果が十分に得られず、一方、1.40%を超えると、鋼の靭性が低下し、また鋼中に硬質介在物が生成して、被削性が低下する。このため、Si量は、0.73%〜1.40%とする。好ましいSi量は、0.80%〜1.20%である。
(Si: 0.73 to 1.40%)
Si is the most important element in the present invention. Si is required to cause a chemical reaction with oxygen in the atmosphere on the tool surface during intermittent cutting to generate an oxide mainly composed of Si oxide on the tool. If the addition amount of Si is less than 0.73%, the addition effect cannot be sufficiently obtained, while if it exceeds 1.40%, the toughness of the steel is lowered and hard inclusions are formed in the steel. , The machinability is reduced. Therefore, the amount of Si is set to 0.73% to 1.40%. The preferred amount of Si is 0.80% to 1.20%.

(Mn:0.40〜1.0%)
Mnは、鋼の固溶強化元素であり、また部品を焼入れ、焼き戻しして使用する場合には、焼入れ性確保するために必要な元素である。さらに、鋼材中のSと結合してMnS系硫化物を生成し、被削性を改善させる効果がある。しかしながら、Mn含有量が0.40%未満であると、鋼材中のSがFeと結合してFeSを生成し、鋼が脆くなる。一方、Mn含有量が1.0%を超えると、素地の硬さが高くなり、加工性が低下する。さらに切削中に工具面上にSiを主体とする酸化物が生成するのを阻害する。よって、Mn含有量は0.40〜1.0%とする。好ましくは0.46〜0.80%である。
(Mn: 0.40 to 1.0%)
Mn is a solid solution strengthening element of steel, and is an element necessary for ensuring hardenability when parts are hardened and tempered for use. Further, it has an effect of improving machinability by combining with S in the steel material to generate MnS-based sulfide. However, when the Mn content is less than 0.40%, S in the steel material combines with Fe to generate FeS, and the steel becomes brittle. On the other hand, when the Mn content exceeds 1.0%, the hardness of the substrate increases and the workability decreases. Further, it inhibits the formation of oxides mainly composed of Si on the tool surface during cutting. Therefore, the Mn content is set to 0.40 to 1.0%. It is preferably 0.46 to 0.80%.

(Cr:0.065〜0.65%)
Crは、鋼の固溶強化元素であり、また部品を焼入れ、焼き戻しして使用する場合には、焼入れ性を向上すると共に、焼戻し軟化抵抗を付与して焼入れ後の疲労強度を向上させる。Cr含有量が0.065%未満だと、これらの効果が得られない。Cr含有量が0.65%を超えると、Cr炭化物が生成して鋼が脆化する。さらに切削中に工具面上にSiを主体とする酸化物が生成するのを阻害する。よって、Cr量を0.065〜0.65%とする。好ましくは0.10〜0.30%である。
(Cr: 0.065 to 0.65%)
Cr is a solid solution strengthening element of steel, and when a part is hardened and tempered before use, it improves hardenability and imparts tempering softening resistance to improve fatigue strength after quenching. If the Cr content is less than 0.065%, these effects cannot be obtained. When the Cr content exceeds 0.65%, Cr carbides are generated and the steel becomes embrittled. Further, it inhibits the formation of oxides mainly composed of Si on the tool surface during cutting. Therefore, the amount of Cr is set to 0.065 to 0.65%. It is preferably 0.10 to 0.30%.

(P:0.001〜0.045%)
Pは、不可避的不純物である。Pはオーステナイト粒界に偏析して、熱間加工時に粒界割れの原因となるので、P量を0.045%以下にすることが望ましい。Pはできるだけ低減することが望ましいが、P量を0.001%未満に制限するには過剰なコストがかかる。したがって、P量の範囲は0.001〜0.045%とする。
(P: 0.001 to 0.045%)
P is an unavoidable impurity. Since P segregates at the austenite grain boundaries and causes grain boundary cracks during hot working, it is desirable to reduce the amount of P to 0.045% or less. It is desirable to reduce P as much as possible, but limiting the amount of P to less than 0.001% is excessively costly. Therefore, the range of P amount is 0.001 to 0.045%.

(S:0.001〜0.023%)
SはMnと結合してMnSを形成する。MnSは、被削性を向上させる効果があるが、その効果を得るためには、Sを0.001%以上添加する必要がある。一方、S含有量が0.023%を超えると、靭性や疲労強度を低下させる。よって、S含有量を0.001〜0.023%とする。好ましくは0.005〜0.016%である。
(S: 0.001 to 0.023%)
S combines with Mn to form MnS. MnS has an effect of improving machinability, but in order to obtain the effect, it is necessary to add 0.001% or more of S. On the other hand, when the S content exceeds 0.023%, the toughness and fatigue strength are lowered. Therefore, the S content is set to 0.001 to 0.023%. It is preferably 0.005 to 0.016%.

(N:0.0036〜0.0100%)
Nは鋼中でAlやVなどと結合して炭窒化物を形成し、オーステナイト結晶粒界をピンニングすることによって粒成長を抑制し、オーステナイトから変態する組織を微細化する働きがあり、この効果を得るには0.0036%以上添加する必要がある。一方、0.0100%を超えて過剰に添加すると1000℃以上の高温域における延性が低下し、連続鋳造、圧延時の歩留まり低下の原因になる。このため、N量を0.0036〜0.0100%とする必要がある。N量の好適な範囲は0.0040〜0.0080%である。
(N: 0.0036 to 0.0100%)
N combines with Al and V in steel to form carbonitride, suppresses grain growth by pinning the austenite grain boundaries, and has the function of refining the structure that transforms from austenite. It is necessary to add 0.0036% or more in order to obtain. On the other hand, if it is excessively added in excess of 0.0100%, the ductility in a high temperature range of 1000 ° C. or higher decreases, which causes a decrease in yield during continuous casting and rolling. Therefore, the amount of N needs to be 0.0036 to 0.0100%. A suitable range for the amount of N is 0.0040 to 0.0080%.

(Al:0.001〜0.040%未満)
Alは鋼の脱酸に有効な元素であり、その効果を得るには0.001%以上の添加が必要である。しかしながらAl量が0.040%以上の鋼を断続切削すると、Al酸化物を主体とする酸化物が工具面上に形成され、この酸化物が鉄の凝着を促進し、工具の凝着摩耗を促進してしまう。このため、Al量は0.001〜0.040%未満とし、上限は好ましくは0.026%未満とする。
(Al: 0.001 to less than 0.040%)
Al is an element effective for deoxidizing steel, and it is necessary to add 0.001% or more to obtain the effect. However, when steel with an Al content of 0.040% or more is intermittently cut, an oxide mainly composed of Al oxide is formed on the tool surface, and this oxide promotes iron adhesion, resulting in tool adhesion wear. Will promote. Therefore, the amount of Al is set to less than 0.001 to 0.040%, and the upper limit is preferably set to less than 0.026%.

(Ti:0〜0.500%、Nb:0〜0.500%、V:0〜0.500%のいずれか1種または2種以上を含有)
Ti、NbおよびVは、C及び/又はNと微細な炭化物、窒化物、及び/又は、炭窒化物を形成して、オーステナイト温度域加熱時の結晶粒成長および異常粒成長を抑制して、組織の微細均質化に寄与し、衝撃特性を改善する。この効果を得るために、Ti、NbおよびVは、1種または2種以上を、それぞれ0〜0.500%の範囲で添加する。いずれも0.500%を超えると、硬質の炭化物が生成して被削性が低下するので0.500%を上限とする。Ti、NbおよびVの好ましい添加量はそれぞれ0.020〜0.200%、0.010〜0.150%および0.050〜0.300%である。
(Contains any one or more of Ti: 0 to 0.500%, Nb: 0 to 0.500%, V: 0 to 0.500%)
Ti, Nb and V form fine carbides, nitrides and / or carbonitrides with C and / or N to suppress grain growth and abnormal grain growth during heating in the austenite temperature range. Contributes to fine homogenization of the structure and improves impact characteristics. In order to obtain this effect, one or more Ti, Nb and V are added in the range of 0 to 0.500%, respectively. If it exceeds 0.500% in either case, hard carbides are generated and the machinability is lowered, so the upper limit is 0.500%. Preferred addition amounts of Ti, Nb and V are 0.020 to 0.200%, 0.010 to 0.150% and 0.050 to 0.300%, respectively.

(0<[Ti%]+[Nb%]+[V%]≦0.500)
Ti,NbおよびVによってオーステナイト温度域加熱時の結晶粒成長および異常粒成長を抑制するため、Ti,NbおよびVの1種または2種以上を含有すると共に、その合計含有量として、0<[Ti%]+[Nb%]+[V%]を満たす必要がある。[Ti%]+[Nb%]+[V%]の好ましい範囲は0.003〜0.500、より好ましくは0.010〜0.300である。
(0 <[Ti%] + [Nb%] + [V%] ≤ 0.500)
In order to suppress crystal grain growth and abnormal grain growth during heating in the austenite temperature range by Ti, Nb and V, one or more of Ti, Nb and V are contained, and the total content thereof is 0 <[. It is necessary to satisfy [Ti%] + [Nb%] + [V%]. The preferable range of [Ti%] + [Nb%] + [V%] is 0.003 to 0.500, and more preferably 0.010 to 0.300.

(42.5<66[Si%]−3[Mn%]−5[Cr%]<90.9) ・・・式(1)
表面粗さが比較的小さい工具材を用いて断続切削した場合に、Si酸化物を主体とする酸化物を工具上に形成して工具寿命を飛躍的に向上させるためには、鋼中のSi、Mn及びCrの質量%([Si%]、[Mn%]及び[Cr%])が上記式(1)を満たすことが必要である。
(42.5 <66 [Si%] -3 [Mn%] -5 [Cr%] <90.9) ... Equation (1)
In order to dramatically improve the tool life by forming an oxide mainly composed of Si oxide on the tool when intermittent cutting is performed using a tool material with a relatively small surface roughness, Si in steel , Mn and Cr by mass% ([Si%], [Mn%] and [Cr%]) need to satisfy the above formula (1).

本限定は、以下のようにして定めた。すなわち、種々の成分を持つ鋼材を断続切削し、その工具摩耗量と工具上に生成した酸化物の組成を走査型電子顕微鏡(SEM)に付属したエネルギー分散型X線分光器(EDS)によって調査した。その結果、同等硬さレベルの鋼材同士で比較した場合、工具摩耗量を低減させて工具寿命を向上させるためには、工具上にSi酸化物を主体とする酸化物を生成させることが有効であることがわかった。Si酸化物を主体とする酸化物は低融点となり、切削中に発熱により軟化して潤滑性を与えるため、優れた工具寿命に寄与する。また、酸化物中のSiの割合は、本発明の成分範囲では66[Si%]−3[Mn%]−5[Cr%]の式によって予測でき、この式の下限値が42.5であれば、工具上にSi酸化物を主体とする酸化物が生成されて、優れた工具寿命に寄与することが実験的に明らかになった。ここで、[Si%]、[Mn%]および[Cr%]は、それぞれ、Si、MnおよびCrの含有質量%を表す。このため本式の下限値を42.5と定めた。上限値については、本発明の請求の範囲において66[Si%]−3[Mn%]−5[Cr%]の最大値が90.875となるため、小数点第二位を四捨五入して90.9とした。 This limitation is defined as follows. That is, steel materials having various components are intermittently cut, and the amount of tool wear and the composition of oxides formed on the tool are investigated by an energy dispersive X-ray spectrometer (EDS) attached to a scanning electron microscope (SEM). did. As a result, when comparing steel materials with the same hardness level, it is effective to generate an oxide mainly composed of Si oxide on the tool in order to reduce the amount of tool wear and improve the tool life. It turned out that there was. Oxides mainly composed of Si oxide have a low melting point and soften due to heat generation during cutting to provide lubricity, which contributes to excellent tool life. Further, the ratio of Si in the oxide can be predicted by the formula of 66 [Si%] -3 [Mn%] -5 [Cr%] in the component range of the present invention, and the lower limit value of this formula is 42.5. If there is, it has been experimentally clarified that an oxide mainly composed of Si oxide is generated on the tool and contributes to an excellent tool life. Here, [Si%], [Mn%], and [Cr%] represent the mass% of Si, Mn, and Cr, respectively. Therefore, the lower limit of this equation is set to 42.5. Regarding the upper limit value, since the maximum value of 66 [Si%] -3 [Mn%] -5 [Cr%] is 90.875 within the scope of the claims of the present invention, the second decimal place is rounded off to 90. It was set to 9.

鋼成分として、上記の基本成分に加え、以下に示す元素のうちから選んだ1種又は2種以上を含有させると特性向上に効果的である。 It is effective to improve the characteristics by containing one or more selected elements from the following elements in addition to the above basic components as the steel component.

(B:0.0003〜0.0050%)
Bは必要に応じて添加可能な任意成分である。オーステナイトに固溶したBは、微量で鋼の焼入性を大きく高める効果がある。そのため、切削加工後に焼入れを行う場合に、Bはマルテンサイト組織を得るために有効である。この効果を得るために、本発明では、0.0003%以上のBを添加してもよい。一方、0.0050%を超えて添加しても効果が飽和する。従ってBを添加する場合、B量を0.0003〜0.0050%以下の範囲にする。B量の好適な範囲は0.0010〜0.0025%である。Bを添加する場合には、固溶Bを安定的に確保するため、Nを固定するTiやAlを同時に適量添加することが好ましい。
(B: 0.0003 to 0.0050%)
B is an optional component that can be added as needed. B dissolved in austenite has the effect of greatly enhancing the hardenability of steel in a small amount. Therefore, B is effective for obtaining a martensite structure when quenching is performed after cutting. In order to obtain this effect, 0.0003% or more of B may be added in the present invention. On the other hand, even if it is added in excess of 0.0050%, the effect is saturated. Therefore, when B is added, the amount of B is set in the range of 0.0003 to 0.0050% or less. A suitable range for the amount of B is 0.0010 to 0.0025%. When B is added, it is preferable to add an appropriate amount of Ti and Al for fixing N at the same time in order to stably secure the solid solution B.

(Mo:0.01〜0.30%、Ni:0.05〜1.0%、及び、Cu:0.05〜1.0%のうちの1種又は2種)
Mo、Ni、及びCuは、いずれも、固溶強化元素である。この効果を得るためには、本発明鋼の優れた特性を損なわない範囲で、Moは0.01%以上、Ni及びCuはそれぞれ0.05%以上添加してもよい。Moが0.30%を超えると、焼入れ性が高くなり、ベイナイト又は島状マルテンサイトが生成して、加工性が低下する。このため、Mo含有量は0.30%以下とし、好ましくは0.20%以下とする。NiとCuがいずれも1.0%を超えると、やはり、Moと同様に、焼入れ性が高くなりすぎて、ベイナイト又は島状マルテンサイトが生成して、加工性が低下する。このため、NiとCuの含有量の上限は、いずれも1.0%以下とする。
(Mo: 0.01 to 0.30%, Ni: 0.05 to 1.0%, and Cu: one or two of 0.05 to 1.0%)
Mo, Ni, and Cu are all solid solution strengthening elements. In order to obtain this effect, Mo may be added in an amount of 0.01% or more, and Ni and Cu may be added in an amount of 0.05% or more, respectively, as long as the excellent properties of the steel of the present invention are not impaired. When Mo exceeds 0.30%, hardenability becomes high, bainite or island-like martensite is formed, and processability decreases. Therefore, the Mo content is 0.30% or less, preferably 0.20% or less. If both Ni and Cu exceed 1.0%, as with Mo, the hardenability becomes too high, bainite or island-shaped martensite is formed, and the workability is lowered. Therefore, the upper limit of the contents of Ni and Cu is set to 1.0% or less.

本発明で使用する機械構造用鋼の成分組成は以上の通りであり、残部はFe及び不可避的不純物である。なお、原料、資材、製造設備等の状況によっては、不可避的不純物(例えばAs、Co等)が鋼中に混入するが、本発明の優れた特性を阻害しない範囲であれば許容される。 The composition of the mechanical structural steel used in the present invention is as described above, and the balance is Fe and unavoidable impurities. Depending on the conditions of raw materials, materials, manufacturing equipment, etc., unavoidable impurities (for example, As, Co, etc.) are mixed in the steel, but it is permissible as long as it does not impair the excellent properties of the present invention.

本発明の鋼の切削時の硬さは150〜260HVの範囲であることが好ましい。150HV未満であると切削後の加工面の粗さが大きくなる場合があり、一方260HVを超えると硬すぎて切削が困難になる可能性がある。しかしながら、本発明の工具保護膜の効果は硬さによって影響されるものではなく、広い硬さの範囲で得られるものである。硬さを好ましい範囲に調整するために、切削工程の前に焼鈍、球状化焼鈍等の熱処理を行ってもかまわない。 The cutting hardness of the steel of the present invention is preferably in the range of 150 to 260 HV. If it is less than 150 HV, the roughness of the machined surface after cutting may become large, while if it exceeds 260 HV, it may be too hard and cutting may become difficult. However, the effect of the tool protective film of the present invention is not affected by the hardness and can be obtained in a wide range of hardness. In order to adjust the hardness to a preferable range, heat treatment such as annealing or spheroidizing annealing may be performed before the cutting step.

一般に組織にベイナイトやマルテンサイトが含まれると被削性が低下することが知られているため、本発明の機械構造用鋼の切削時の組織はフェライト-パーライト組織であることが好ましい。但し、本発明の工具保護膜の効果は組織によって影響されるものではなく、どのような組織でも得られるものである。 It is generally known that mainite and martensite are contained in the structure to reduce machinability. Therefore, the structure of the mechanical structural steel of the present invention at the time of cutting is preferably a ferrite-pearlite structure. However, the effect of the tool protective film of the present invention is not affected by the structure and can be obtained by any structure.

本発明の工具寿命向上効果を得るには、上述の成分を有する機械構造用鋼を所定の条件にて切削加工を行う必要がある。 In order to obtain the tool life improving effect of the present invention, it is necessary to cut the machine structural steel having the above-mentioned components under predetermined conditions.

本発明で最も重要な点は切削中にSi酸化物主体の酸化物が工具上に形成されることである。このような酸化物が生成するためには、高温高圧となる鋼材と工具の接触界面に酸素が供給されなければならない。歯切りやエンドミルなどのように、工具と鋼材が切削中に接触と非接触を繰り返す、いわゆる断続切削の場合、非接触の間に大気から酸素が入り込む。この酸素が酸化物形成反応に寄与する。一方、旋削などのように、工具と鋼材が切削中に常に接触している連続切削の場合は、大気から酸素が供給されないため、工具の大部分において酸化物は形成されない。このような理由から、本発明では切削方法を断続切削に限定する。 The most important point in the present invention is that an oxide mainly composed of Si oxide is formed on the tool during cutting. In order for such oxides to be formed, oxygen must be supplied to the contact interface between the steel material and the tool, which are subject to high temperature and high pressure. In the case of so-called intermittent cutting in which the tool and the steel material repeatedly contact and non-contact during cutting, such as gear cutting and end mills, oxygen enters from the atmosphere during the non-contact. This oxygen contributes to the oxide formation reaction. On the other hand, in the case of continuous cutting in which the tool and the steel material are in constant contact during cutting, such as turning, oxygen is not supplied from the atmosphere, so that most of the tools do not form oxides. For this reason, the present invention limits the cutting method to intermittent cutting.

切削界面は高温高圧の苛酷環境となるため、工具には耐摩耗性や耐熱性が求められる。そこで、現在では、高速度鋼、超硬、サーメットなどの基盤工具材に対してCVDやPVDによりセラミックコーティングを施すことで、耐摩耗性や耐熱性を高めたコーティング工具が主に使用されている。コーティングの施されていない無垢の高速度鋼工具や超硬工具も依然として使用されているが、本発明鋼はコーティング工具による切削が望ましい。コーティング工具を使用することで、工具へのFe凝着が大幅に抑制され、Si酸化物が安定的に形成されるためである。コーティングにはTiN、TiAlN、AlCrN、Al、TiC、TiCNなど種々のセラミックスが単層あるいは複層で用いられるが、本発明の効果はコーティングの種類、膜厚や作製方法には特に限定されず、現在産業上に用いられている範囲のものを広く適用することができる。 Since the cutting interface is in a harsh environment of high temperature and high pressure, the tool is required to have wear resistance and heat resistance. Therefore, at present, coating tools with improved wear resistance and heat resistance are mainly used by applying ceramic coating by CVD or PVD to base tool materials such as high-speed steel, cemented carbide, and cermet. .. Although uncoated solid high-speed steel tools and cemented carbide tools are still used, it is desirable to cut the steel of the present invention with coated tools. This is because by using a coating tool, Fe adhesion to the tool is significantly suppressed and Si oxide is stably formed. The coating TiN, TiAlN, AlCrN, Al 2 O 3, TiC, although various ceramic such as TiCN is used in a single layer or multi-layer, the effect of the present invention is the type of coating, particularly limited in thickness and manufacturing method However, the range currently used in industry can be widely applied.

工具上に酸化物被膜を形成するためには、工具材の表面粗さを小さくすることが重要である。表面粗さが大きくなると、工具の凹凸にFeが激しく凝着してしまい、酸化物被膜は形成されなくなるためである。酸化物被膜を安定的に生成させるためには工具表面粗さをRa0.80μm以下とする必要があり、好ましくは0.40μm以下、さらに好ましくは0.10μm以下である。このような表面粗さは例えば工具材をコーティング後あるいはコーティング前後に研磨することで達成することができる。 In order to form an oxide film on the tool, it is important to reduce the surface roughness of the tool material. This is because when the surface roughness becomes large, Fe violently adheres to the unevenness of the tool, and the oxide film is not formed. In order to stably form the oxide film, the tool surface roughness needs to be Ra 0.80 μm or less, preferably 0.40 μm or less, and more preferably 0.10 μm or less. Such surface roughness can be achieved, for example, by polishing the tool material after coating or before and after coating.

本発明では大気中の酸素が切削界面に供給されることが重要であるため、切削はドライで行うことが好ましい。しかしながら、水溶性あるいは不水溶性切削油を使用した場合でもある程度の効果を有するため、本発明は潤滑方法によって特に限定されない。 In the present invention, it is important that oxygen in the atmosphere is supplied to the cutting interface, so that the cutting is preferably performed dry. However, the present invention is not particularly limited by the lubrication method because it has a certain effect even when a water-soluble or water-insoluble cutting oil is used.

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。 Next, an example of the present invention will be described. The conditions in the examples are one condition example adopted for confirming the feasibility and effect of the present invention, and the present invention is described in this one condition example. It is not limited. In the present invention, various conditions can be adopted as long as the gist of the present invention is not deviated and the object of the present invention is achieved.

表1に示す成分組成の鋼を真空溶解法で溶解して180kgインゴットに鋳造し、さらに65φの棒鋼に熱間鍛造した。番号1〜16が発明例であり、番号17〜27が比較例である。なお、番号21〜23は鋼材化学成分は本発明範囲内であるが、工具表面粗さRaが範囲外もしくは工具にセラミクスコーティングがなされていないため、比較例として示した。 The steels having the composition shown in Table 1 were melted by a vacuum melting method, cast into a 180 kg ingot, and hot forged into a 65φ steel bar. Numbers 1 to 16 are invention examples, and numbers 17 to 27 are comparative examples. Nos. 21 to 23 are shown as comparative examples because the chemical composition of the steel material is within the range of the present invention, but the tool surface roughness Ra is out of the range or the tool is not ceramic-coated.

Figure 0006801542
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上記棒鋼を焼ならし処理として、950℃で1時間保持し、その後空冷した。続いて、棒鋼長さ方向と垂直な円形断面上の、円の中心と表面の中間位置を観察できるように試料を切り出して樹脂に埋め、研磨した後、同位置のビッカース硬さを測定した。またナイタール腐食の後、同じ位置を光学顕微鏡で組織観察した。硬さ測定の結果を表1に示す。本試験で用いた鋼材の組織はいずれもフェライト-パーライト組織であった。なおここでいうフェライト-パーライト組織とは、フェライトの面積率が15%以下で大部分がパーライトであるものも含んでいる。焼ならし処理後の棒鋼から切り出した40×40×250mmの角型試験片に対し、歯車の歯切り加工(ホブ切り)を想定して、舞いツール(フライツール)で切削試験を行った。なお、実部品製造時のホブ切り工程で用いられるカッターは、複数の切れ刃を持つ。これに対し、本実施例の舞いツールはホブ切れ刃を1枚のみ有するカッターである。複数の切れ刃を持つカッターと舞いツールとの切削結果は良い対応関係にあることが確認されている。このため、舞いツールはホブ切りの代用テストに用いられる。舞いツール切削による試験方法は、例えば、「TOYOTA Technical Review Vol.52 No.2 Dec.2002 P78」に詳しく記載されている。表2に、試験条件を示す。 As a normalizing treatment, the steel bar was held at 950 ° C. for 1 hour and then air-cooled. Subsequently, a sample was cut out so that an intermediate position between the center of the circle and the surface could be observed on a circular cross section perpendicular to the length direction of the steel bar, embedded in resin, polished, and then the Vickers hardness at the same position was measured. After the nital corrosion, the same position was observed with an optical microscope. The results of hardness measurement are shown in Table 1. The structure of the steel materials used in this test was a ferrite-pearlite structure. The ferrite-pearlite structure referred to here also includes those having a ferrite area ratio of 15% or less and most of which is pearlite. A cutting test was performed on a 40 × 40 × 250 mm square test piece cut out from a steel bar after normalizing with a dance tool (fly tool) assuming gear gear cutting (hobbing). The cutter used in the hobbing process at the time of manufacturing actual parts has a plurality of cutting edges. On the other hand, the dance tool of this embodiment is a cutter having only one hobbing cutting edge. It has been confirmed that the cutting results of the cutter with multiple cutting edges and the dance tool have a good correspondence. For this reason, the dance tool is used as a substitute test for hobbing. The test method by cutting the dance tool is described in detail in, for example, "TOYOTA Technical Review Vol.52 No.2 Dec.2002 P78". Table 2 shows the test conditions.

Figure 0006801542
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切削試験前の工具の表面粗さは触針式粗さ計で測定した。その後、試験片を0.5m切削する毎に、工具の最大すくい面摩耗深さ(クレータ摩耗の最大深さ)を、触針式粗さ計で測定した。摩耗量が70μm以上になった時点で工具寿命と判断し、それまでの切削距離を工具寿命とし、試験を終了した。また、生成酸化物の組成を調べる目的で、別途0.5mのみ切削した工具を準備した。工具のすくい面をSEM観察し、酸化物被膜の組成をEDSにより分析した。酸化物中に含まれる金属元素のうちSiの割合(at%)を求めて表1に記載した。 The surface roughness of the tool before the cutting test was measured with a stylus type roughness meter. Then, every time the test piece was cut by 0.5 m, the maximum rake face wear depth (maximum crater wear depth) of the tool was measured with a stylus type roughness meter. When the amount of wear became 70 μm or more, it was judged that the tool life was reached, and the cutting distance up to that point was taken as the tool life, and the test was completed. In addition, for the purpose of investigating the composition of the produced oxide, a tool cut only 0.5 m was prepared separately. The rake face of the tool was observed by SEM, and the composition of the oxide film was analyzed by EDS. The ratio (at%) of Si among the metal elements contained in the oxide was determined and shown in Table 1.

シャルピー衝撃試験においては、上述の焼ならし処理後の棒鋼から、中心軸が棒鋼の鍛伸方向に対して垂直になるようにして、直径が25mmの円柱材を切出した。次に、各円柱材に対して、850℃の温度条件下で1時間保持した後、60℃まで冷却する油焼入れを行い、更に550℃の温度条件下で30分間保持した後水冷する焼戻しを行った。その後、焼戻しを行った各円柱材を機械加工して、JIS Z 2202に規定されているシャルピー試験片を作製し、JIS Z 2242に規定されている方法で、室温におけるシャルピー衝撃試験を実施した。その際、評価指標としては、単位面積当たりの吸収エネルギー(J/cm)を採用した。 In the Charpy impact test, a cylindrical material having a diameter of 25 mm was cut out from the steel bar after the above-mentioned normalizing treatment so that the central axis was perpendicular to the forging direction of the steel bar. Next, each columnar material is held for 1 hour under a temperature condition of 850 ° C., then oil-quenched to cool it to 60 ° C., further held for 30 minutes under a temperature condition of 550 ° C., and then water-cooled. went. Then, each tempered columnar material was machined to prepare a Charpy test piece specified in JIS Z 2202, and a Charpy impact test at room temperature was carried out by a method specified in JIS Z 2242. At that time, the absorbed energy per unit area (J / cm 2 ) was adopted as the evaluation index.

表1中で、本発明の条件を満たさないものについては、下線を引いて示す。なお。工具寿命は切削時の鋼材硬さによって影響され、硬さが大きいほど工具寿命が短くなることは広く知られている。そこで、工具寿命の長短は、同一硬さレベルの鋼材をもって比較評価することにした。図1に、発明例と比較例の鋼の硬さ(HV)と被削性(工具寿命[m])との関係を示した。 Items that do not meet the conditions of the present invention in Table 1 are underlined. In addition. It is widely known that the tool life is affected by the hardness of the steel material at the time of cutting, and the larger the hardness, the shorter the tool life. Therefore, we decided to compare and evaluate the length of tool life with steel materials of the same hardness level. FIG. 1 shows the relationship between the hardness (HV) and machinability (tool life [m]) of the steels of the invention example and the comparative example.

番号17及び18の鋼は、Si添加量が不足しており、かつ式(1)を満たしていないので、発明例の同一硬さレベルの鋼材に対して工具寿命が短い。
番号19及び20の鋼は、Al添加量が過剰であるため、発明例の同一硬さレベルの鋼材に対して工具寿命が短い。
番号21及び22は、工具表面粗さが大きいため、酸化物被膜が形成されず発明例の同一硬さレベルの鋼材に対して工具寿命が短い。これらの実施例から工具のRaの影響が明らかである。
番号23は、工具にコーティングがされていないため、酸化物被膜が形成されず発明例の同一硬さレベルの鋼材に対して工具寿命が短い。
番号24は、Ti、Nb及びVのいずれも添加されていないため、シャルピー試験での吸収エネルギーが小さい。
番号25は、Ti添加量が過剰であるため、発明例の同一硬さレベルの鋼材に対して工具寿命が短い。
番号26は、Nb添加量が過剰であるため、発明例の同一硬さレベルの鋼材に対して工具寿命が短い。
番号27は、V添加量が過剰であるため、発明例の同一硬さレベルの鋼材に対して工具寿命が短い。
番号1〜16は、成分組成、式(1)、工具表面粗さが本発明の範囲内となっているため、その工具寿命が長く、また十分な吸収エネルギーを示す。
Since the steels of Nos. 17 and 18 have an insufficient amount of Si added and do not satisfy the formula (1), the tool life is shorter than that of the steel material having the same hardness level in the invention example.
Since the steel numbers 19 and 20 have an excessive amount of Al added, the tool life is shorter than that of the steel material having the same hardness level in the invention example.
Nos. 21 and 22 have a large tool surface roughness, so that an oxide film is not formed and the tool life is shorter than that of the steel material having the same hardness level in the invention. From these examples, the influence of Ra of the tool is clear.
In No. 23, since the tool is not coated, no oxide film is formed and the tool life is shorter than that of the steel material having the same hardness level in the invention.
No. 24 has a small absorbed energy in the Charpy test because none of Ti, Nb and V is added.
No. 25 has a shorter tool life than the steel material having the same hardness level in the invention example because the amount of Ti added is excessive.
No. 26 has a shorter tool life than the steel material having the same hardness level in the invention example because the amount of Nb added is excessive.
No. 27 has a shorter tool life than the steel material having the same hardness level in the invention example because the amount of V added is excessive.
Nos. 1 to 16 have a long tool life and sufficiently absorbed energy because the component composition, the formula (1), and the tool surface roughness are within the range of the present invention.

本発明は、部材製造工程における断続切削時の工具寿命と最終部材の衝撃特性に優れた機械構造用鋼を提供するものである。 The present invention provides a mechanical structural steel having excellent tool life during intermittent cutting in a member manufacturing process and impact characteristics of a final member.

Claims (4)

質量%で、
C:0.30〜0.72%、
Si:0.73〜1.40%、
Mn:0.460.80%、
Cr:0.065〜0.65%、
P:0.001〜0.045%、
S:0.001〜0.023%、
N:0.0036〜0.0100%、
Al:0.001〜0.026%未満
を含有し、さらに、
Ti:0〜0.500%、
Nb:0〜0.500%、
V:0〜0.110
のいずれか1種または2種以上を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、0<[Ti%]+[Nb%]+[V%]≦0.500、かつ42.5<66[Si%]−3[Mn%]−5[Cr%]<90.9を満たすことを特徴とする機械構造用鋼。
ここで、[Ti%]、[Nb%]、[V%]、[Si%]、[Mn%]および[Cr%]は、それぞれ、Ti、Nb、V、Si、MnおよびCrの含有質量%を表す。
By mass%
C: 0.30 to 0.72%,
Si: 0.73 to 1.40%,
Mn: 0.46 to 0.80 %,
Cr: 0.065 to 0.65%,
P: 0.001 to 0.045%,
S: 0.001 to 0.023%,
N: 0.0036 to 0.0100%,
Al: contain less than from 0.001 to 0.026 percent, further,
Ti: 0 to 0.500%,
Nb: 0 to 0.500%,
V: 0 to 0.110 %
Containing any one or more of the above, the balance is composed of Fe and unavoidable impurities, 0 <[Ti%] + [Nb%] + [V%] ≤ 0.500, and 42.5 <66. A steel for machine structural use, which satisfies [Si%] -3 [Mn%] -5 [Cr%] <90.9.
Here, [Ti%], [Nb%], [V%], [Si%], [Mn%] and [Cr%] are the masses of Ti, Nb, V, Si, Mn and Cr, respectively. Represents%.
前記機械構造用鋼が、さらに、質量%で、
B:0.0003〜0.0050%
を含有することを特徴とする請求項1に記載の機械構造用鋼。
The mechanical structural steel is further increased by mass%.
B: 0.0003 to 0.0050%
The steel for machine structure according to claim 1, wherein the steel contains.
前記機械構造用鋼が、さらに、質量%で、
Mo:0.01〜0.30%、
Ni:0.05〜1.0%、
および、
Cu:0.05〜1.0%
からなる群から選択された1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の機械構造用鋼。
The mechanical structural steel is further increased by mass%.
Mo: 0.01-0.30%,
Ni: 0.05-1.0%,
and,
Cu: 0.05-1.0%
The steel for machine structural use according to any one of claims 1 or 2, wherein it contains one kind or two or more kinds selected from the group consisting of.
請求項1〜3のいずれかに記載の機械構造用鋼を断続切削して素形材を得る方法であって、最表面にPVDあるいはCVDにてセラミクスコーティングがなされ、その表面粗さがRa0.80μm以下である工具を用いることを特徴とする機械構造用鋼の切削方法。
The method for obtaining a raw material by intermittently cutting the mechanical structural steel according to any one of claims 1 to 3, wherein the outermost surface is ceramically coated by PVD or CVD, and the surface roughness thereof is Ra0. A method for cutting steel for machine structural use, which comprises using a tool having a length of 80 μm or less.
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