KR101290880B1 - 기계 구조용 강의 절삭 방법 - Google Patents

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Abstract

이 기계 구조용 강의 절삭 방법에서는, 0.01 내지 200㎖/시의 공급 속도로 공급되는 절삭유제와 체적%로 21% 이상 또한 50% 이하의 산소를 포함하는 산화성 가스를 혼합해서 미스트를 생성하고, 이 미스트를 공구의 날 끝 표면 및 기계 구조용 강의 표면에 분사하면서, 상기 기계 구조용 강을 절삭하고, 상기 기계 구조용 강이 질량%로, C : 0.01 내지 1.2%, Si : 0.005 내지 3.0%, Mn : 0.05 내지 3.0%, P : 0.001 내지 0.2%, S : 0.001 내지 0.35%, N : 0.002 내지 0.035%, Al : 0.05 내지 1.0%를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, O : 0.003% 이하로 제한하고, 또한 Al 함유량[Al%]과, N 함유량[N%]이, [Al%] - (27/14) × [N%] ≥ 0.05%를 만족한다.

Description

기계 구조용 강의 절삭 방법 {CUTTING METHOD FOR STEEL FOR USE IN MACHINE STRUCTURE}
본 발명은, 기계 구조용 강의 절삭 방법에 관한 것이다.
본 출원은, 2010년 3월 30일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2010-78231호에 의거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
최근 지구 환경 문제로 인해, 공업 제품을 제조할 때에, 에너지 절약, 자원 절약, 환경 부하 물질 저감 등의 환경 배려가 필요 불가결해지고 있다. 기계 구조용 강으로 제조되는 자동차의 주요 부품, 예를 들어 기어, CVT(Continuously Variable Transmission), 크랭크 샤프트, 커넥팅 로드, CVJ(Constant Velocity Joint) 등의 부품 대부분은, 기계 구조용 강을 절삭 가공함으로써 제조되어 있다. 따라서, 기계 구조용 강의 절삭 가공의 분야에 있어서도, 절삭 기술 및 깎이는 피삭재로서의 기계 구조용 강의 점에서, 환경을 배려한 기술을 검토할 필요가 있다.
기계 구조용 강의 절삭 기술에 있어서는, 특히 절삭유제의 사용을 적게 하는 것이 필요하다. 절삭유제는, 공구와 피삭재 사이의 윤활, 절삭 가공 시의 냉각, 절삭칩의 배제 등의 역할을 담당하고, 절삭 가공 효율을 비약적으로 향상시키기 위해, 지금까지 절삭유제를 비교적 대량으로 사용한 절삭이 행해져 왔다. 그러나 생산 환경의 개선 및 폐기물의 미니멈화를 목표로 하여, 절삭유제를 최대한 저감해도 고효율을 얻을 수 있는 절삭 기술이 요구되고 있다.
한편, 기계 구조용 강에 대해서는, 절삭 가공 능률을 높이기 위해, 강재의 피삭성, 즉 강재의 깎기 쉬움을 높이는 것이 필요하다. 종래, 기계 구조용 강의 피삭성 향상에는, 강 속에 S나 Pb의 첨가가 행해져 왔다. 그러나 S는, 그 첨가량이 증대하면, 기계적 성질을 열화시키게 된다고 하는 문제가 있다. 한편, Pb는 기계적 성질을 그다지 저하시키는 일 없이 피삭성을 향상시키는 점에서, 특히 기계 구조용 강의 피삭성 향상에 애용되어 왔다. 그러나 Pb는, 환경 부하 물질이라고 하는 문제가 있다. 그로 인해, S 및 Pb를 사용하지 않고 피삭성을 향상시키는 기술이 요구되고 있다.
이러한 배경 중에, 기계 구조용 강의 절삭 기술에 있어서, 예를 들어 비특허 문헌 1에서는, 절삭유제의 사용을 최대한 적게 한 MQL(Minimal Quantity Lubricants) 절삭이라고 하는 기술이 검토되고 있다. MQL 절삭은, 극미량의 절삭유제를 다량의 캐리어 가스에 의해 미스트 형상으로 하고, 공구의 날 끝이나 피삭재의 표면에 이 미스트 형상의 절삭유제를 분사하면서 절삭하는 방법이다. 이 기술에 의해, 절삭유제의 사용량을 대폭으로 삭감할 수 있다.
또한, 기계 구조용 강에 있어서는, 새로운 성분 조성이나 조직을 갖는 강재의 검토가 이루어져 있다. 예를 들어, 특허 문헌 1에는 Al 및 그 밖의 질화물 생성 원소의 첨가량과 N의 첨가량을 조정하는 동시에, 적절한 열처리를 행한 기계 구조용 강이 개시되어 있다. 이 기계 구조용 강에서는, 피삭성에 유해한 고용 N을 낮게 억제하여, 고온 취화에 의해 피삭성을 향상시키는 고용 Al 및 고온 취화와 벽개성의 결정 구조에 의해 피삭성을 향상시키는 AlN을 적당량 확보하고 있다. 그로 인해, 이 기계 구조용 강은 저속에서 고속까지의 폭넓은 절삭 속도 영역에 대하여 우수한 피삭성을 갖고, 높은 충격치와 항복비를 아울러 갖고 있다. 또한, 특허 문헌 2에는 미량의 윤활유를 사용한 절삭용 강재, 즉 MQL 절삭용의 강재를 개시하고 있다. 이 강재에서는, MQL 절삭 시의 절삭 저항과 상관이 있는 200 내지 400℃ 근방의 강도를 저하시키기 위해, N, Ti, V, Mo 등의 원소 첨가량을 규정하고, 페라이트-펄라이트 조직의 페라이트율을 규정함으로써 공구 수명의 향상을 달성하고 있다.
이와 같이, 절삭 가공에 있어서의 환경 대응 기술로서, MQL 절삭이나 강재 성분의 검토가 진행되고 있어, 금후 다시 환경을 배려한 기술을 검토할 때에는, MQL 절삭의 방법과 강재 성분의 양쪽을 검토해 갈 필요가 있다.
일본 특허 출원 공개 제2008-13788호 공보 일본 특허 출원 공개 제2006-83448호 공보
「트라이볼러지스트」제53권 제1호(2008), P4 내지 P9「환경 대응형 절삭 기술에 있어서의 트라이볼러지의 역할」
그러나 전술한 종래 기술에는, 이하에 나타내는 문제점이 있다.
비특허 문헌 1에서는, MQL 절삭의 방법 및 유제의 작용 기구가 기재되어 있지만, 사용되는 강재(피삭재)가 JISS45C 강뿐이며, 피삭재에 관한 자세한 검토는 이루어져 있지 않다. 특히, MQL은 모든 절삭 조건(절삭유제, 공구, 피삭재, 공작 기계, 가공법)에 있어서 적용할 수 있는 것은 아니다.
또한, 특허 문헌 1에는 MQL 절삭이 기재되어 있지 않으며, 기계 구조용 강은 드릴 가공이나 선삭 가공 등의 종래의 절삭 방법을 이용해서 절삭된다.
또한, 특허 문헌 2에는 MQL용의 강재가 개시되어 있지만, MQL 절삭 시의 조건에 관해서는 상세하게 개시되어 있지 않다. 그로 인해, 특허 문헌 2에 개시된 기술을, 폭넓은 절삭 조건에 있어서 적용할 수 있다고는 할 수 없다.
MQL 절삭을 폭넓은 절삭 조건에 있어서 적용하기 위해서는, MQL 절삭 방법과 강재 성분의 양쪽을 검토하고, 미량 윤활(Minimal Quantity Lubrication) 하에서도 우수한 피삭성을 얻을 수 있는 방법을 개발할 필요가 있지만, 기존에는 그러한 방법이 제안되어 있지 않다고 생각된다.
본 발명은, 상술한 문제점에 비추어 창안된 것이며, 그 목적은 MQL 절삭, 즉, 극미량의 절삭유제를 캐리어 가스에 의해 미스트 형상으로 하고, 공구의 날 끝이나 피삭재의 표면에 이 미스트 형상의 절삭유제를 분사하면서 절삭을 행하는 경우에 있어서, 공구 수명이 우수한 기계 구조용 강의 절삭 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 연구를 행하였다. 특히, 공구 수명에 부여하는 영향이 크다고 생각되는 공구와 피삭재와의 계면 윤활 메커니즘에 주목하여, 문헌 조사 및 실험을 행했다.
비특허 문헌 1에는, MQL 절삭 시의 공구와 피삭재와의 계면에 있어서, 다음과 같은 현상이 일어나는 것을 기재하고 있다.
(A) JISS45C 강의 MQL 절삭에 있어서, 캐리어 가스 중의 산소 농도가 높을수록 절삭 저항을 저감한다. 그 이유는, 미스트 중의 산소가 절삭에 의해 발생한 금속 신생면에 흡착 및 반응해서 산화철의 피막을 형성하고, 이 산화철은 전단 강도가 낮으므로, 마찰에 있어서의 고체 윤활제로서 작용하기 때문이다.
(B) 한편, 알루미늄 합금의 MQL 절삭에 있어서는, JISS45C 강과는 반대의 거동을 나타내고, 캐리어 가스 중의 산소 농도가 높을수록 절삭 저항이 증가된다. 그 이유는, 미스트 중의 산소가 절삭에 의해 발생한 금속 신생면에 흡착 및 반응해서 고경도인 알루미나를 형성하고, 이 알루미나는 전단 강도가 높으므로, 마찰 특성을 악화시키기 때문이다.
이와 같이, 피삭성을 향상시키기 위해서는, 공구와 피삭재와의 계면에 산화철을 생성시키는 것이 바람직하고, 알루미나를 생성시키는 것은 마찰 특성을 악화시키므로 바람직하지 않다고 여겨지고 있었다. 발명자들은, 이러한 공구와 피삭재와의 계면에서의 산화물 생성에 착안하여, 다양한 실험을 거듭함으로써, 이하의 지식을 얻었다.
(a) 발명자들은, 고용 Al이 다량으로 존재하는 강재에 대하여, 캐리어 가스 중의 산소 농도를 높인 조건으로 MQL 절삭을 행한 경우, 강재의 신생면 및 공구 위에 알루미나를 주체로 하는 산화물이 생성되는 것을, SEM-EDS, AES나 TEM-EDS를 사용함으로써 발견했다. Al은, Fe보다도 산소와의 결합력이 큰 원소이므로, 고용 Al을 다량으로 함유하는 강재에 대하여 산소 농도가 높은 캐리어 가스를 사용하여 MQL 절삭을 행한 경우, 고용 Al과 미스트 중의 산소와의 화학 반응이 일어나, 강재인 경우라도 산화철이 아닌 알루미나를 주체로 하는 산화물이 생성된다.
(b) 절삭 후의 강재 표면을 SEM 등으로 상세하게 관찰한 바, 심한 응착의 흔적 등이 보이지 않았으므로, 강재의 신생면에 생성된 알루미나를 주체로 하는 산화물은, 마찰 특성을 악화시키지 않는 것을 알 수 있었다. 그 이유에 대해서는, 다음과 같이 생각된다. 예를 들어「용융 금속과 금속 산화물 간의 부착 일에 대해서, 나카노 아키라사부로, 오타니 마사야스, 일본 금속 학회지, 제34권, 1970년, P562 내지 P567」에 기재되어 있는 바와 같이, 알루미나와 금속 원소와의 결합 에너지는, 금속 원소의 산화물의 생성 자유 에너지가 작을수록 크다. Fe는, Al과 비교해서 산화물의 생성 자유 에너지가 큰 원소이므로, 알루미나가 강재의 신생면에 생성된 경우의 결합 에너지는, 알루미나가 알루미늄 합금의 신생면에 생성된 경우의 결합 에너지에 비해 작다. 따라서, 강재의 신생면에 알루미나가 생성되어도, 강재와 알루미나와의 계면으로부터 쉽게 전단이 발생하여, 알루미나가 마찰 저항으로서 작용하지 않는다.
(c) 알루미나가 경질이므로, 공구 위에 생성된 알루미나를 주체로 하는 산화물은, 공구 보호막으로서 작용하여, 공구에 내마모성을 부여하여 공구 수명을 향상시킨다.
(d) 공구 위에 알루미나를 안정적으로 생성시켜 공구 수명을 향상시키기 위해서는, 절삭유제의 양, 캐리어 가스의 유량과 절삭유제의 양과의 비, 미스트 토출 단면적과 캐리어 가스의 공급 압력과의 비, 1초당 미스트 토출 횟수, 캐리어 가스의 온도를 최적화하는 것이 필요하다.
이와 같이, 강재 성분과 MQL 절삭의 조건을 적정화함으로써, 강재의 절삭 시에 금속 신생면 및 공구 위에 알루미나를 주체로 하는 산화물을 생성시킬 수 있어, 이 산화물에 의한 공구 보호막의 형성에 의해 공구 수명을 향상시킬 수 있는 것을 지견했다. 본 발명은, 상기 지식을 기초로 하여 완성시켰다.
즉, 본 발명에 관한 기계 구조용 강의 절삭 방법은, 다음과 같다.
(1) 본 발명의 일형태에 관한 기계 구조용 강의 절삭 방법에서는, 0.01 내지 200㎖/시의 공급 속도로 공급되는 절삭유제와, 체적%로 21% 이상 또한 50% 이하의 산소를 포함하는 산화성 가스를 혼합해서 미스트를 생성하고, 이 미스트를 공구의 날 끝 표면 및 기계 구조용 강의 표면에 분사하면서, 상기 기계 구조용 강을 절삭하고, 상기 기계 구조용 강이 질량%로, C : 0.01 내지 1.2%, Si : 0.005 내지 3.0%, Mn : 0.05 내지 3.0%, P : 0.001 내지 0.2%, S : 0.001 내지 0.35%, N : 0.002 내지 0.035%, Al : 0.05 내지 1.0%를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, O : 0.003% 이하로 제한하고, 또한 Al 함유량[Al%]과, N 함유량[N%]이 [Al%] - (27/14) × [N%] ≥ 0.05를 만족한다.
(2) 상기 (1)에 기재된 기계 구조용 강의 절삭 방법에서는, 상기 기계 구조용 강이, 질량%로, Ca : 0.0001 내지 0.02%, Ti : 0.0005 내지 0.5%, Nb : 0.0005 내지 0.5%, W : 0.0005 내지 1.0%, V : 0.0005 내지 1.0%, Ta : 0.0001 내지 0.2%, Hf : 0.0001 내지 0.2%, Mg : 0.0001 내지 0.02%, Zr : 0.0001 내지 0.02%, Rem : 0.0001 내지 0.02%, Sb : 0.0001 내지 0.015%, Sn : 0.0005 내지 2.0%, Zn : 0.0005 내지 0.5%, B : 0.0001 내지 0.015%, Te : 0.0003 내지 0.2%, Se : 0.0003 내지 0.2%, Bi : 0.001 내지 0.5%, Pb : 0.001 내지 0.5%, Cr : 0.001 내지 3.0%, Mo : 0.001 내지 1.0%, Ni : 0.001 내지 5.0%, Cu : 0.001 내지 5.0%, Li : 0.00001 내지 0.005%, Na : 0.00001 내지 0.005%, K : 0.00001 내지 0.005%, Ba : 0.00001 내지 0.005%, Sr : 0.00001 내지 0.005% 중 1종 이상을 더 함유하고 있어도 된다.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 기계 구조용 강의 절삭 방법에서는, 상기 산화성 가스의 유량을 Q(ℓ/분), 상기 절삭유제의 공급 속도를 q(㎖/시)라 정의한 경우에, q/Q의 비가 0.001 내지 1을 만족시켜도 좋다.
(4) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 기계 구조용 강의 절삭 방법에서는, 상기 미스트를 토출하는 출구의 단면적을 S(㎟), 상기 산화성 가스의 공급 압력을 P(MPa)라 정의한 경우에, S/P의 비가 0.2 내지 40을 만족시켜도 좋다.
(5) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 기계 구조용 강의 절삭 방법에서는, 상기 절삭유제를 공급하는 토출 펌프의 1초당의 토출 횟수가 0.05 내지 16회라도 좋다.
(6) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 기계 구조용 강의 절삭 방법에서는, 상기 산화성 가스의 온도가 -80℃ 이상 또한 40℃ 이하라도 좋다.
(7) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 기계 구조용 강의 절삭 방법에서는, 상기 산화성 가스의 산소 농도가 25% 이상 또한 50% 이하라도 좋다.
본 발명에 따르면, MQL 절삭, 즉, 극미량의 절삭유제를 다량의 캐리어 가스에 의해 미스트 형상으로 하고, 공구의 날 끝이나 피삭재의 표면에 이 미스트 형상의 절삭유제를 분사하면서 절삭을 행할 때에, 공구 수명이 우수한 기계 구조용 강의 절삭 방법을 제공할 수 있다.
도 1a는 공구 수명 평가 시험의 개요를 설명하는 사시도이다.
도 1b는 공구 수명 평가 시험에 사용하는 드릴의 사시도이다.
이하, 본 발명의 기계 구조용 강의 절삭 방법을 실시하기 위한 최선의 형태에 대해서 설명한다.
우선, 본 발명의 일실시 형태에 관한 MQL 절삭에 관해서 설명한다.
본 실시 형태의 MQL 절삭에서는, 캐리어 가스에 산화성 가스를 사용하는 것이 특징이다. 본 실시 형태에 있어서의 산화성 가스는, 가스 중의 산소 농도가 21% 이상인 가스이며, 공기도 산화성 가스에 포함된다. 고용 Al을 다량으로 포함하는 강재에 대하여, 캐리어 가스로서 산화성 가스를 사용해서 MQL 절삭을 행함으로써, 공구 위에 알루미나를 주체로 하는 산화물을 생성시킬 수 있고, 이 산화물에 의한 공구 보호막의 형성에 의해 공구 수명을 향상시킬 수 있다. 가스 중의 산소 농도는, 산소 농도계에 의해 측정할 수 있다. 산소 농도가 21%보다 높은 기체는, 공기에 산소를 혼합하거나, 산소 농축기를 사용하거나 함으로써 얻을 수 있다. 공구 위에 알루미나를 주체로 하는 산화물이 생성되는 것을 촉진하여, 공구 수명을 더욱 높일 경우에는, 산소 농도가 25% 이상인 것이 바람직하고, 30% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 단, 안전면의 문제로 인해, 산소 농도가 50% 이하인 것이 바람직하다. 또, 이 캐리어 가스 중의 산소 농도는, 체적%이다.
미스트 중의 절삭유제의 양이 200㎖/시를 초과하면, 공구에 부착된 미스트가 공구 상에의 알루미나를 주체로 하는 산화물의 생성을 방해하므로, 공구 수명의 향상을 얻기 어렵다. 한편, 절삭유제의 양이 0.01㎖/시 미만이면, 절삭유제에 의한 윤활 작용을 얻기 어렵다. 따라서, 절삭유제의 양(공급 속도)은 0.01 내지 200㎖/시일 필요가 있다. 공구 수명 및 절삭 효율의 관점에서, 이 절삭유제의 양은 0.1 내지 150㎖/시인 것이 바람직하고, 1 내지 100㎖/시인 것이 보다 바람직하다.
절삭유제의 양은, 캐리어 가스의 유량에 따라서 변화시키는 것이 바람직하다. 캐리어 가스 중의 절삭유제의 양(비율)이 지나치게 많으면, 공구에 부착된 미스트가 공구 상에의 알루미나를 주체로 하는 산화물의 생성을 방해하므로, 공구 수명의 향상을 얻기 어렵다. 한편, 캐리어 가스 중의 절삭유제의 양(비율)이 지나치게 낮으면, 절삭유제에 의한 윤활 작용을 얻기 어렵다. 그로 인해, 캐리어 가스의 유량을 Q(ℓ/분), 절삭유제의 양을 q(㎖/시)라 정의하면, q를 Q로 나눈 ｑ/Q가 0.001 내지 1인 것이 바람직하고, 0.005 내지 0.5인 것이 보다 바람직하고, 0.01 내지 0.2인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 공구 날 끝에 공급되는 미스트의 입경이 지나치게 크면, 절삭유제가 공구에 지나치게 부착되어 공구 상에의 알루미나를 주체로 하는 산화물의 생성을 방해한다. 한편, 미스트의 입경이 지나치게 작으면, 공구에 미스트가 대부분 부착되지 않아, 절삭유제에 의한 윤활 효과를 얻기 어렵다. 따라서, 미스트의 입경을 최적화하는 것이 바람직하다. 미스트의 입경은, 최종적으로 미스트를 토출하는 출구(오일 구멍의 개구단부)의 단면적과, 캐리어 가스의 유속에 의해 변화되어, 단면적이 작아 유속이 클수록 미스트의 입경이 커지기 쉽다. 캐리어 가스(산화성 가스)의 유속은, 가스의 공급 압력이 클수록 빨라진다. 따라서, 단면적 S(㎟)를 공급 압력 P(MPa)로 나눈 값 S/P(㎟/MPa)가 작을수록, 미스트의 입경이 커진다. S/P가 0.2 내지 40일 경우에는, 미스트의 입경을 적당한 범위로 제어할 수 있어, 공구 수명이 보다 향상된다. 그로 인해, 미스트를 토출하는 출구의 단면적을 S(㎟), 산화성 가스의 공급 압력을 P(MPa)라 정의하면, S를 P로 나눈 S/P는 0.2 내지 40인 것이 바람직하고, 0.25 내지 25인 것이 보다 바람직하고, 0.3 내지 10인 것이 더욱 바람직하다. 미스트를 토출하는 출구의 단면적은, 드릴 등의 공구의 오일 구멍으로부터 축심 급유할 경우에는 오일 구멍의 단면적, 노즐로부터 급유할 경우에는 노즐 구멍의 단면적이다. 오일 구멍이나 노즐 구멍이 복수인 경우에는, 이 단면적은 그들 구멍의 단면적의 합계치이다.
절삭유제는, 토출 펌프에 의해 공급된다. 토출 펌프에 의한 펌프 숏 빈도(1초당의 토출 횟수)가 지나치게 많으면, 공구에 부착된 미스트가 공구 상에의 알루미나를 주체로 하는 산화물의 생성을 방해하므로, 공구 수명의 향상을 얻기 어렵다. 한편, 펌프 숏 빈도가 지나치게 낮으면, 절삭유제에 의한 윤활 작용을 얻기 어렵다. 그로 인해, 이 펌프 숏 빈도 N은 0.05 내지 16Hz(회)인 것이 바람직하고, 0.1 내지 8Hz인 것이 보다 바람직하고, 0.5 내지 4Hz인 것이 더욱 바람직하다.
MQL 절삭에서는, 일반적으로 절삭유제에 의한 냉각 효과가 작으므로, 발열이 커서 열 균열이 발생해 공구 마모가 발생되기 쉽다. 그로 인해, 냉각 효과를 높여 열 균열을 방지하는 것으로, 공구 수명을 보다 높일 수 있다. 따라서, 저온의 캐리어 가스에 의해, 냉각 효과를 높이는 것이 바람직하다. 캐리어 가스의 온도가 40℃ 이하인 경우에, 또한 공구 수명의 향상을 얻을 수 있다. 그로 인해, 캐리어 가스(산화성 가스)의 온도는 40℃ 이하인 것이 바람직하고, 20℃ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0℃ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 냉각 가스의 취급 및 제조 비용을 고려하면, 온도가 지나치게 낮지 않은 쪽이 좋으므로, 캐리어 가스의 온도가 -80℃ 이상이라도 좋다. 냉각 가스는, 공기 냉각 장치에 의해 얻을 수 있다.
미스트는, 절삭유제와 산화성 가스를 미스트 생성 장치에 공급함으로써 생성한다. 가는 직경 공구의 오일 구멍으로부터 미스트를 축심 급유할 경우에는, 공구 내부에서 압력 손실이 커지므로, 산화성 가스의 공급 압력을 높이는 경우도 있다.
MQL 절삭에서는, 절삭유제의 성분은 특별히 한정되지 않는다. 또한, 보다 환경에 배려할 경우에는, 절삭유제가 생분해성 윤활유인 것이 바람직하다. 예를 들어, 생분해성이 높은 합성 에스테르 오일이나 식물 오일을 절삭유제로서 사용할 수 있다.
MQL 절삭에 있어서, 보다 냉각 효과를 높이고 싶은 경우에는, 산화성 가스와 절삭유제에 더하여, 물 등의 냉각액을 미스트 형상으로 공급해도 좋다.
미스트의 공급 방법에는, 외부에 설치한 노즐로부터 절삭부에 미스트를 분사하는 방식, 공작 기계의 공구 홀더에 MQL 미스트의 공급 기능을 갖게 하는 방식, 회전 주축의 중심부에 설치한 관로를 통해서 공구 날 끝의 오일 구멍으로부터 미스트를 공급하는 방식 등 복수의 방식이 있다. 이들의 어떠한 방식에 있어서도, 공구 수명을 향상시킬 수 있다.
본 실시 형태의 MQL 절삭은, 드릴 가공, 선삭 가공, 탭 가공 등의 연속 절삭, 프라이즈 가공, 엔드밀 가공, 호브 가공 등의 단속 절삭 중 어떠한 것에 대하여 적용할 수 있다.
다음에, 본 실시 형태의 MQL 절삭에 있어서의 기계 구조용 강(피삭재)의 각 성분의 함유량에 대해서 설명한다. 여기서, 이 기계 구조용 강(피삭재)은, 이하에 설명하는 각 성분의 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 화학 성분을 갖고 있다. 또, 이하의 설명에 있어서는, 화학 조성에 있어서의 질량%를, 단순히 %라 기재한다.
C : 0.01 내지 1.2%
C는 강재의 기본 강도에 큰 영향을 미치는 원소이다. 그러나 C 함유량이 0.01% 미만일 경우, 충분한 강도를 얻을 수 없다. 한편, C 함유량이 1.2%를 초과하면, 경질의 탄화물이 많이 석출되므로, 피삭성이 현저하게 저하된다. 따라서, 충분한 강도와 피삭성을 얻기 위해, 피삭재 중의 C 함유량은 0.01 내지 1.2%이며, 바람직하게는 0.05 내지 0.8%, 더욱 바람직하게는 0.10 내지 0.70%이다.
Si : 0.005 내지 3.0%
Si는, 일반적으로 탈산 원소로서 강 중에 첨가되고, 페라이트의 강화 및 템퍼링 연화 저항을 부여한다. 그러나 Si 함유량이 0.005% 미만일 경우, 충분한 탈산 효과를 얻을 수 없다. 한편, Si 함유량이 3.0%를 초과하면, 인성 및 연성이 낮아지는 동시에, 피삭재의 경도가 커지므로 피삭성도 열화한다. 따라서, 피삭재 중의 Si 함유량은 0.005 내지 3.0%이며, 바람직하게는 0.01 내지 2.5%, 더욱 바람직하게는 0.05 내지 2.0%이다.
Mn : 0.05% 내지 3.0%
Mn은, 매트릭스에 고용해서 켄칭성을 향상시켜, 켄칭 후의 강도를 확보하기 위해 필요한 원소이다. 또한, Mn에는 강재 중의 S와 결합해서 MnS계 황화물을 생성하고, 피삭성을 개선시키는 효과가 있다. 그러나 Mn 함유량이 0.05% 미만이면, 강재 중의 S가 Fe와 결합해서 FeS를 생성하여, 강이 물러진다. 한편, Mn 함유량이 증가하면, 구체적으로는 Mn 함유량이 3.0%를 초과하면, 피삭재의 경도가 커져 가공성 및 피삭성이 저하된다. 따라서, 피삭재 중의 Mn 함유량은 0.05 내지 3.0%이며, 바람직하게는 0.2 내지 2.5%, 더욱 바람직하게는 0.35 내지 2.0%이다.
P : 0.001 내지 0.2%
P는, 피삭성을 양호하게 하는 효과가 있다. 그러나 P 함유량이 0.001% 미만일 경우, 그 효과를 얻을 수 없다. 또한, P 함유량이 증가하면, 구체적으로는 P 함유량이 0.2%를 초과하면, 인성이 크게 저화되고, 강 중에 있어서 피삭재의 경도가 커져, 냉간 가공성뿐만 아니라 열간 가공성 및 주조 특성도 저하된다. 따라서, 피삭재 중의 P 함유량은 0.001 내지 0.2%이며, 바람직하게는 0.005 내지 0.1%, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.05%이다.
S : 0.001 내지 0.35%
S는, Mn과 결합하고, MnS계 황화물로서 강 중에 존재한다. MnS에는, 피삭성을 향상시키는 효과가 있다. 그 효과를 현저하게 얻기 위해서는, S 함유량이 0.001% 이상일 필요가 있다. 한편, S 함유량이 0.35%를 초과하면, 인성 및 피로 강도의 저하를 현저하게 촉진한다. 따라서, 피삭재 중의 S 함유량은 0.001 내지 0.35%이며, 바람직하게는 0.005 내지 0.15%, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.07%이다.
N : 0.002 내지 0.035%
N은, Al, Ti, V 또는 Nb 등과 결합해서 질화물 또는 탄질화물을 생성하고, 결정립의 조대화를 억제하는 효과가 있다. 단, N 함유량이 0.002% 미만에서는, 그 효과가 불충분하다. 또한, N 함유량이 0.035%를 초과하면, 그 효과가 포화되는 동시에 열간 연성이 현저하게 열화하고, 압연 강재의 제조가 매우 곤란해진다. 따라서, 피삭재 중의 N 함유량은 0.002 내지 0.035%이며, 바람직하게는 0.003 내지 0.02%, 더욱 바람직하게는 0.0035 내지 0.016%이다.
O : 0% 초과 또한 0.003% 이하
O는, 불가피하게 포함되는 불순물이다. O 함유량이 과잉이면, 조대한 산화물계 개재물이 강재 중에 다량으로 생성되고, 아브레시브 마모에 의해 절삭 시의 공구 마모가 증대한다. 또한, 이 경우에는, 후술하는 고용 Al량이 저하되는 경우가 있다. 따라서, 될 수 있는 한 O 함유량을 줄이는 것이 바람직하다. 그로 인해, O 함유량을 0.003% 이하로 제한할 필요가 있으며, 0.0015% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
Al : 0.05 내지 1.0%
고용 Al : 0.05 내지 1.0%
Al은, 본 발명에서 가장 중요한 원소이다. Al은, 탈산 원소로서 강재의 내부 품질을 향상시킨다. 또한, Al은 산화성 가스와 절삭유제를 포함하는 미스트를 공구의 날 끝 및 피삭재의 표면에 분사하면서 피삭재를 절삭할 경우에, 공구 수명을 향상시키기 위해 불가결한 원소이다. 즉, 강재 중의 고용 Al과 미스트 중의 산소가 화학 반응하면, 공구 위에 알루미나를 주체로 하는 산화물의 보호막이 형성되어, 공구 수명이 향상된다. 이 공구 수명의 향상에 유효한 고용 Al을 충분히 생성시키기 위해서는, 0.05% 이상의 Al 함유량이 필요하다. 그러나 Al 함유량이 1.0%를 초과하면, 고융점에서 경질인 산화물이 강재 중에 다량으로 생성되어, 경질 개재물로서 아브레시브 마모를 일으키므로 절삭 시의 공구 마모를 증대시킨다. 따라서, Al 함유량은 0.05 내지 1.0%이며, 바람직하게는 0.08 내지 0.5%, 더욱 바람직하게는 0.1% 초과 또한 0.26% 이하이다.
상술한 이유로부터, 고용 Al의 양은 0.05% 이상 필요하다. 강 중에 N이 존재하면, AlN이 생성되므로, Al이 포함되는 경우라도 고용 Al이 감소되어 버린다. 즉, N의 원자량이 14, Al의 원자량이 27인 것을 고려하면, 예를 들어 강 중에 N이 0.01% 첨가된 경우, N 함유량의 약 2배(27/14배)인 0.02%의 고용 Al이 감소되어 버리므로, 공구 수명이 충분히 향상되지 않는 경우가 있다. 고용 Al의 양은 0.05% 이상 필요하므로, N이 소정량(예를 들어, 0.002% 이상) 존재하면, 그 N량을 고려해서 강 중에 Al을 첨가할 필요가 있다. 따라서, Al 함유량[Al%]과 N 함유량[N%]이, 질량%로, 하기 (1)식을 만족시킬 필요가 있으며, 하기 (2)식을 만족시키는 것이 바람직하다.
[Al%] -（27/14) × [N%] ≥ 0.05 ···(1)
[Al%] -（27/14) × [N%] ＞ 0.1 ···(2)
또, 고용 Al 양의 상한은 1.0%이다.
또한, 이 기계 구조용 강은 상기 각 성분에 더하여, 피삭성의 향상을 위해 Ca를 함유하고 있어도 된다.
Ca : 0.0001 내지 0.02%
Ca는 탈산 원소이며, Al2O3 등의 경질 산화물의 융점을 저하시켜 경질 산화물을 연질화함으로써, 피삭물의 피삭성을 향상시켜, 공구 마모를 억제한다. 그러나 Ca 함유량이 0.0001% 미만일 경우, 이 피삭성의 향상 효과를 얻을 수 없다. 또한, Ca 함유량이 0.02%를 초과하면, 강 중에 CaS가 생성되어, 오히려 피삭성이 저하된다. 따라서, 강 중에 Ca를 첨가할 경우, Ca 함유량은 0.0001 내지 0.02%이며, 바람직하게는 0.0003 내지 0.005%, 더욱 바람직하게는 0.0004 내지 0.0020%이다.
또한, 탄질화물을 형성시켜, 강도를 높일 필요가 있는 경우에는, 이 기계 구조용 강은 상기 각 성분에 더하여, Ti : 0.0005 내지 0.5%, Nb : 0.0005 내지 0.5%, W : 0.0005 내지 1.0% 및 V : 0.0005 내지 1.0%로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 함유해도 좋다.
Ti : 0.0005 내지 0.5%
Ti는, 탄질화물을 형성하고, 오스테나이트립의 성장 억제 및 강의 강화에 기여하는 원소이다. 그로 인해, Ti는 고강도가 필요한 강 및 저 변형이 요구되는 강에는, 조대립을 방지해서 조직의 결정립을 정립하는 원소로서 사용된다. 또한, Ti는 탈산 원소이기도 하고, 연질 산화물을 형성시킴으로써, 피삭성을 향상시키는 효과도 있다. 그러나 Ti 함유량이 0.0005% 미만일 경우, 그 효과가 인정되지 않는다. 또한, Ti 함유량이 0.5%를 초과하면, 열간 균열의 원인이 되는 미고용의 조대한 탄질화물이 석출되어, 오히려 기계적 성질이 손상된다. 따라서, 강 중에 Ti를 첨가할 경우, Ti 함유량은 0.0005 내지 0.5%이며, 바람직하게는 0.01 내지 0.3%이다.
Nb : 0.0005 내지 0.5%
Nb도, 탄질화물을 형성하고, 2차 석출 경화에 의한 강의 강화 및 오스테나이트립의 성장 억제에 기여하는 원소이다. 그로 인해, 고강도가 필요한 강 및 저 변형이 요구되는 강에는, 조대립을 방지해서 조직의 결정립을 정립하는 원소로서 사용된다. 그러나 Nb 함유량이 0.0005% 미만일 경우, 강도를 높이는 효과를 얻을 수 없다. 또한, 강 중에 Nb를 첨가해서 Nb 함유량이 0.5%를 초과하면, 열간 균열의 원인이 되는 미고용의 조대한 탄질화물이 석출되어, 오히려 기계적 성질이 손상된다. 따라서, 강 중에 Nb를 첨가할 경우, Nb 함유량은 0.0005 내지 0.5%이며, 바람직하게는 0.005 내지 0.2%이다.
W : 0.0005 내지 1.0%
W도, 탄질화물을 형성하고, 2차 석출 경화에 의해 강을 강화할 수 있는 원소이다. 그러나 W 함유량이 0.0005% 미만일 경우, 강도를 높이는 효과를 얻을 수 없다. 또한, 강 중에 W를 첨가해서 W 함유량이 1.0%를 초과하면, 열간 균열의 원인이 되는 미고용의 조대한 탄질화물이 석출되어, 오히려 기계적 성질이 손상된다. 따라서, 강 중에 W를 첨가할 경우, W 함유량은 0.0005 내지 1.0%이며, 바람직하게는 0.01 내지 0.8%이다.
V : 0.0005 내지 1.0%
V도, 탄질화물을 형성하고, 2차 석출 경화에 의해 강을 강화할 수 있는 원소이며, 고강도가 필요한 강에는 적절하게 첨가된다. 그러나 V 함유량이 0.0005% 미만일 경우, 강도를 높이는 효과를 얻을 수 없다. 또한, 강 중에 V를 첨가해서 V 함유량이 1.0%를 초과하면, 열간 균열의 원인이 되는 미고용의 조대한 탄질화물이 석출되어, 오히려 기계적 성질이 손상된다. 따라서, 강 중에 V를 첨가할 경우, V 함유량은 0.0005 내지 1.0%이며, 바람직하게는 0.01 내지 0.8%이다.
또한, 고강도가 더욱 필요한 경우에는, 이 기계 구조용 강은 상기 각 성분에 더하여, Ta : 0.0001 내지 0.2%, Hf : 0.0001 내지 0.2%로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 함유해도 좋다.
Ta : 0.0001 내지 0.2%
Ta도, Nb와 마찬가지로, 2차 석출 경화에 의한 강의 강화 및 오스테나이트립의 성장 억제에 기여하는 원소이다. 그로 인해, Ta는 고강도가 필요한 강 및 저 변형이 요구되는 강에는, 조대립을 방지해서 조직의 결정립을 정립하는 원소로서 사용된다. 그러나 Ta 함유량이 0.0001% 미만일 경우, 강도를 높이는 효과를 얻을 수 없다. 또한, 강 중에 Ta를 첨가해서 Ta 함유량이 0.2%를 초과하면, 열간 균열의 원인이 되는 미고용의 조대한 석출물에 의해, 오히려 기계적 성질이 손상된다. 따라서, 강 중에 Ta를 첨가할 경우, Ta 함유량은 0.0001 내지 0.2%이며, 바람직하게는 0.001 내지 0.1%이다.
Hf : 0.0001 내지 0.2%
Hf도, Ti와 마찬가지로, 오스테나이트립의 성장 억제 및 강의 강화에 기여하는 원소이다. 그로 인해, Hf는 고강도가 필요한 강 및 저 변형이 요구되는 강에는, 조대립을 방지해서 조직의 결정립을 정립하는 원소로서 사용된다. 그러나 Hf 함유량이 0.0001% 미만일 경우, 강도를 높이는 효과를 얻을 수 없다. 또한, 강 중에 Hf를 첨가해서 Hf 함유량이 0.2%를 초과하면, 열간 균열의 원인이 되는 미고용의 조대한 석출물에 의해, 오히려 기계적 성질이 손상된다. 따라서, 강 중에 Hf를 첨가할 경우, Hf 함유량은 0.0001 내지 0.2%이며, 바람직하게는 0.001 내지 0.1%이다.
게다가 또한, 탈산 조정에 의해 황화물의 형태 제어를 행할 경우에는, 이 기계 구조용 강은, 상기 각 성분에 더하여, Mg : 0.0001 내지 0.02%, Zr : 0.0001 내지 0.02% 및 Rem : 0.0001 내지 0.02%로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 함유해도 좋다.
Mg : 0.0001 내지 0.02%
Mg는 탈산 원소이며, 강 중에서 산화물을 생성한다. Al에 의한 탈산이 전제일 경우에는, 피삭성에 유해한 Al2O3을, 비교적 연질로 미세하게 분산하는 MgO 또는 Al2O3·MgO로 개질한다. 또한, 그 산화물은 MnS의 핵이 되기 쉬워, MnS를 미세 분산시키는 효과도 있다. 그러나 Mg 함유량이 0.0001% 미만에서는, 이들의 효과가 인정되지 않는다. 또한, Mg는 MnS와의 복합 황화물을 생성하여, MnS를 구상화하지만, 강 중에 Mg를 과잉으로 첨가하여 Mg 함유량이 0.02%를 초과하면, 단독의 MgS 생성을 촉진해서 피삭성을 열화시킨다. 따라서, 강 중에 Mg를 첨가할 경우, Mg 함유량은 0.0001 내지 0.02%이며, 바람직하게는 0.0003 내지 0.0040%, 더욱 바람직하게는 0.0005 내지 0.0030%이다.
Zr : 0.0001 내지 0.02%
Zr은 탈산 원소이며, 강 중에서 산화물을 생성한다. 그 산화물은 ZrO2라고 여겨지고 있지만, 이 산화물이 MnS의 석출핵으로서 작용하므로, MnS의 석출 사이트를 늘려, MnS를 균일하게 분산시키는 효과가 있다. 또한, Zr은 MnS에 고용해서 복합 황화물을 생성하고, MnS의 변형 능력을 저하시켜, 압연 및 열간 단조 시에 MnS 형상의 신연을 억제하는 작용도 있다. 이와 같이, Zr은 이방성의 저감에 유효한 원소이다. 그러나 Zr 함유량이 0.0001% 미만일 경우, 이들에 대해 현저한 효과는 얻을 수 없다. 한편, 강 중에 Zr을 첨가해서 Zr 함유량이 0.02%를 초과하면, 수율이 극단적으로 나빠질 뿐만 아니라, ZrO2 및 ZrS 등의 경질인 화합물이 대량으로 생성되어, 오히려 피삭성, 충격치 및 피로 특성 등의 기계적 성질이 저하된다. 따라서, 강 중에 Zr을 첨가할 경우, Zr 함유량은 0.0001 내지 0.02%이며, 바람직하게는 0.0003 내지 0.01%, 더욱 바람직하게는 0.0005 내지 0.005%이다.
Rem : 0.0001 내지 0.02%
Rem(희토류 원소)은 탈산 원소이며, 저융점 산화물을 생성하고, 주조 시의 노즐 막힘을 억제한다. 또한, Rem은 MnS에 고용 또는 결합하고, MnS의 변형 능력을 저하시켜, 압연 및 열간 단조 시에 MnS 형상의 신연을 억제하는 작용도 있다. 이와 같이, Rem은 이방성의 저감에 유효한 원소이다. 그러나 Rem 함유량이 총량으로 0.0001% 미만일 경우, 그 효과가 현저하지 않다. 또한, 강 중에 Rem을 첨가해서 Rem 함유량이 0.02%를 초과하면, Rem의 황화물이 대량으로 생성되어, 피삭성이 악화된다. 따라서, 강 중에 Rem을 첨가할 경우, Rem 함유량은 0.0001 내지 0.02%이며, 바람직하게는 0.0003 내지 0.015%, 더욱 바람직하게는 0.0005 내지 0.01%이다.
게다가 또한, 피삭성을 더욱 향상시킬 경우에는, 이 기계 구조용 강은 상기 각 성분에 더하여, Sb : 0.0001 내지 0.015%, Sn : 0.0005 내지 2.0%, Zn : 0.0005 내지 0.5%, B : 0.0001 내지 0.015%, Te : 0.0003 내지 0.2%, Se : 0.0003 내지 0.2%, Bi : 0.001 내지 0.5% 및 Pb : 0.001 내지 0.5%로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 함유해도 좋다.
Sb : 0.0001 내지 0.015%
Sb는, 페라이트를 적절하게 취화해 피삭성을 향상시킨다. 그 효과는, Sb 함유량이 0.0001% 미만에서는 인정되지 않는다. 또한, Sb 함유량이 증가하면, 구체적으로는 Sb 함유량이 0.015%를 초과하면, 과잉인 Sb의 매크로 편석이 발생해서 충격치가 크게 저하된다. 따라서, 강 중에 Sb를 첨가할 경우, Sb 함유량은 0.0001 내지 0.015%이며, 바람직하게는 0.0005 내지 0.012%, 더욱 바람직하게는 0.001 내지 0.01%이다.
Sn : 0.0005 내지 2.0%
Sn은, 페라이트를 취화시켜서 공구 수명을 연장시키는 동시에, 표면 거칠기를 개선하는 효과가 있다. 그러나 Sn 함유량이 0.0005% 미만일 경우, 그 효과가 인정되지 않는다. 또한, 강 중에 Sn을 첨가해서 Sn 함유량이 2.0%를 초과하면, 그 효과는 포화된다. 따라서, 강 중에 Sn을 첨가할 경우, Sn 함유량은 0.0005 내지 2.0%이며, 바람직하게는 0.001 내지 1.0%, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.2%이다.
Zn : 0.0005 내지 0.5%
Zn은, 페라이트를 취화시켜 공구 수명을 연장시키는 동시에, 표면 거칠기를 개선하는 효과가 있다. 그러나 Zn 함유량이 0.0005% 미만일 경우, 그 효과가 인정되지 않는다. 또한, 강 중에 Zn을 첨가해서 Zn 함유량이 0.5%를 초과하면, 그 효과는 포화된다. 따라서, 강 중에 Zn을 첨가할 경우, Zn 함유량은 0.0005 내지 0.5%이며, 바람직하게는 0.001 내지 0.3%, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.1%이다.
B : 0.0001 내지 0.015%
B는, 강 중에 고용되어 있는 경우, 입계 강화 및 켄칭성에 효과가 있으며, BN으로서 석출되고 있는 경우에는, 피삭성의 향상에 효과가 있다. 이들의 효과는, B 함유량이 0.0001% 미만에서는 현저하지 않다. 한편, 강 중에 B를 첨가해서 B 함유량이 0.015%를 초과하면, 그 효과가 포화되는 동시에, BN이 지나치게 석출되므로, 오히려 강의 기계적 성질이 손상된다. 따라서, 강 중에 B를 첨가할 경우, B 함유량은 0.0001 내지 0.015%이며, 바람직하게는 0.0005 내지 0.01%, 더욱 바람직하게는 0.001 내지 0.003%이다.
Te : 0.0003 내지 0.2%
Te는, 피삭성을 향상시키는 원소이다. 또한, Te는 MnTe를 생성하거나, MnS와 공존함으로써 MnS의 변형 능력을 저하시켜, MnS 형상의 신연을 억제하거나 하는 작용이 있다. 이와 같이, Te는 이방성의 저감에 유효한 원소이다. 그러나 Te 함유량이 0.0003% 미만일 경우, 이들의 효과가 인정되지 않는다. 또한, Te 함유량이 0.2%를 초과하면, 그 효과가 포화될 뿐만 아니라, 열간 연성이 저하되어 흠집이 발생하기 쉽다. 따라서, 강 중에 Te를 첨가할 경우, Te 함유량은 0.0003 내지 0.2%이며, 바람직하게는 0.0005 내지 0.1%, 더욱 바람직하게는 0.001 내지 0.01%이다.
Se : 0.0003 내지 0.2%
Se는, 피삭성을 향상시키는 원소이다. 또한, Se는 MnSe를 생성하거나, MnS와 공존함으로써 MnS의 변형 능력을 저하시켜, MnS 형상의 신연을 억제하거나 하는 작용이 있다. 이와 같이, Se는 이방성의 저감에 유효한 원소이다. 그러나 Se 함유량이 0.0003% 미만일 경우, 이들의 효과가 인정되지 않는다. 또한, Se 함유량이 0.2%를 초과하면, 그 효과가 포화된다. 따라서, 강 중에 Se를 첨가할 경우, Se 함유량은 0.0003 내지 0.2%이며, 바람직하게는 0.0005 내지 0.1%, 더욱 바람직하게는 0.001 내지 0.01%이다.
Bi : 0.001 내지 0.5%
Bi는, 피삭성을 향상시키는 원소이다. 그러나 Bi 함유량이 0.001% 미만일 경우, 그 효과를 얻을 수 없다. 또한, 강 중에 Bi를 첨가해서 Bi 함유량이 0.5%를 초과하면, 피삭성을 향상시키는 효과가 포화될 뿐만 아니라, 열간 연성이 저하되어 흠집이 발생하기 쉽다. 따라서, 강 중에 Bi를 첨가할 경우, Bi 함유량은 0.001 내지 0.5%이며, 바람직하게는 0.01 내지 0.3%, 더욱 바람직하게는 0.04 내지 0.25%이다.
Pb : 0.001 내지 0.5%
Pb는, 피삭성을 향상시키는 원소이다. 그러나 Pb 함유량이 0.001% 미만일 경우, 그 효과가 인정되지 않는다. 또한, 강 중에 Pb를 첨가해서 Pb 함유량이 0.5%를 초과하면, 피삭성을 향상시키는 효과가 포화될 뿐만 아니라, 열간 연성이 저하되어 흠집이 발생하기 쉽다. 따라서, 강 중에 Pb를 첨가할 경우, Pb 함유량은 0.001 내지 0.5%이며, 바람직하게는 0.01 내지 0.3%, 더욱 바람직하게는 0.04 내지 0.25%이다.
게다가 또한, 켄칭성 및 템퍼링 연화 저항을 향상시켜 강재에 강도를 부여할 경우에는, 이 기계 구조용 강은 상기 성분에 더하여, Cr : 0.001 내지 3.0%, Mo : 0.001 내지 1.0%로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 함유해도 좋다.
Cr : 0.001 내지 3.0%
Cr은, 켄칭성을 향상하는 동시에, 강에 템퍼링 연화 저항을 부여하는 원소이며, 고강도가 필요한 강에 첨가된다. 그러나 Cr 함유량이 0.001% 미만일 경우, 이들의 효과를 얻을 수 없다. 또한, 강 중에 Cr을 다량으로 첨가하면, 구체적으로는 Cr 함유량이 3.0%를 초과하면, Cr의 탄화물이 생성되어 강이 취화한다. 따라서, 강 중에 Cr을 첨가할 경우, Cr 함유량은 0.001 내지 3.0%이며, 바람직하게는 0.01 내지 2.3%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 1.8%이다.
Mo : 0.001 내지 1.0%
Mo는, 강에 템퍼링 연화 저항을 부여하는 동시에, 켄칭성을 향상시키는 원소이며, 고강도가 필요한 강에 첨가된다. 그러나 Mo 함유량이 0.001% 미만일 경우, 이들의 효과를 얻을 수 없다. 또한, 강 중에 Mo를 첨가해서 Mo 함유량이 1.0%를 초과하면, 그 효과는 포화된다. 따라서, 강 중에 Mo를 첨가할 경우, Mo 함유량은 0.001 내지 1.0%이며, 바람직하게는 0.01 내지 0.8%, 더욱 바람직하게는 0.05 내지 0.5%이다.
게다가 또한, 페라이트를 강화할 경우에는, 이 기계 구조용 강은, 상기 각 성분에 더하여, Ni : 0.001 내지 5.0%, Cu : 0.001 내지 5.0%로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 함유해도 좋다.
Ni : 0.001 내지 5.0%
Ni는, 페라이트를 강화하고, 연성을 향상시키는 동시에, 켄칭성 및 내식성을 향상시키는 원소이다. 그러나 Ni 함유량이 0.001% 미만일 경우, 그 효과는 인정되지 않는다. 또한, 강 중에 Ni를 첨가해서 Ni 함유량이 5.0%를 초과하면, 기계적 성질의 점에서 효과가 포화되어, 피삭성이 저하된다. 따라서, 강 중에 Ni를 첨가할 경우, Ni 함유량은 0.001 내지 5.0%이며, 바람직하게는 0.1 내지 4.0%, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 3.0%이다.
Cu : 0.001 내지 5.0%
Cu는, 페라이트를 강화하는 동시에, 켄칭성 및 내식성을 향상시키는 원소이다. 그러나 Cu 함유량이 0.001% 미만일 경우, 그 효과가 인정되지 않는다. 또한, 강 중에 Cu를 첨가해서 Cu 함유량이 5.0%를 초과하면, 기계적 성질의 점에서 효과가 포화된다. 따라서, 강 중에 Cu를 첨가할 경우, Cu 함유량은 0.001 내지 5.0%이며, 바람직하게는 0.01 내지 4.0%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 3.0%이다. 또, Cu는, 특히 열간 연성을 저하시켜, 압연 시의 흠집의 원인이 되기 쉬우므로, 이 경우에는, Ni를 동시에 첨가하는 것이 바람직하다.
게다가 또한, 피삭성을 더욱 향상시키기 위해, 이 기계 구조용 강은, 상기 각 성분에 더하여, Li : 0.00001 내지 0.005%, Na : 0.00001 내지 0.005%, K : 0.00001 내지 0.005%, Ba : 0.00001 내지 0.005% 및 Sr : 0.00001 내지 0.005%로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 함유해도 좋다.
Li : 0.00001 내지 0.005%
Li는, 강 중에서 저융점 산화물을 형성함으로써 공구 마모를 억제한다. 그러나 Li 함유량이 0.00001% 미만일 경우, 그 효과가 인정되지 않는다. 또한, 강 중에 Li를 첨가해서 Li 함유량이 0.005%를 초과하면, 그 효과가 포화될 뿐만 아니라, 내화물의 용손을 야기하는 경우가 있다. 따라서, 강 중에 Li를 첨가할 경우, Li 함유량은 0.00001 내지 0.005%이며, 바람직하게는 0.0001 내지 0.0045%이다.
Na : 0.00001 내지 0.005%
Na도, Li와 마찬가지로 강 중에서 저융점 산화물을 형성함으로써 공구 마모를 억제한다. 그러나 Na 함유량이 0.00001% 미만일 경우, 그 효과가 인정되지 않는다. 또한, 강 중에 Na를 첨가해서 Na 함유량이 0.005%를 초과하면, 그 효과가 포화될 뿐만 아니라, 내화물의 용손을 야기하는 경우가 있다. 따라서, 강 중에 Na를 첨가할 경우, Na 함유량은 0.00001 내지 0.005%이며, 바람직하게는 0.0001 내지 0.0045%이다.
K : 0.00001 내지 0.005%
K도, Li와 마찬가지로 강 중에서 저융점 산화물을 형성함으로써 공구 마모를 억제한다. 그러나 K 함유량이 0.00001% 미만일 경우, 그 효과가 인정되지 않는다. 또한, 강 중에 K를 첨가해서 K 함유량이 0.005%를 초과하면, 그 효과가 포화될 뿐만 아니라, 내화물의 용손을 야기하는 경우가 있다. 따라서, 강 중에 K를 첨가할 경우, K 함유량은 0.00001 내지 0.005%이며, 바람직하게는 0.0001 내지 0.0045%이다.
Ba : 0.00001 내지 0.005%
Ba도, Li와 마찬가지로 강 중에서 저융점 산화물을 형성함으로써 공구 마모를 억제한다. 그러나 Ba 함유량이 0.00001% 미만일 경우, 그 효과가 인정되지 않는다. 또한, 강 중에 Ba를 첨가해서 Ba 함유량이 0.005%를 초과하면, 그 효과가 포화될 뿐만 아니라, 내화물의 용손을 야기하는 경우가 있다. 따라서, 강 중에 Ba를 첨가할 경우, Ba 함유량은 0.00001 내지 0.005%이며, 바람직하게는 0.0001 내지 0.0045%이다.
Sr : 0.00001 내지 0.005%
Sr도, Li와 마찬가지로 강 중에서 저융점 산화물을 형성함으로써 공구 마모를 억제한다. 그러나 Sr 함유량이 0.00001% 미만일 경우, 그 효과가 인정되지 않는다. 또한, 강 중에 Sr를 첨가해서 0.005%를 초과하면, 그 효과가 포화될 뿐만 아니라, 내화물의 용손을 야기하는 경우가 있다. 따라서, 강 중에 Sr를 첨가할 경우, Sr 함유량은 0.00001 내지 0.005%이며, 바람직하게는 0.0001 내지 0.0045%이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 기계 구조용 강의 절삭 방법에 따르면, MQL 절삭, 즉 극미량의 절삭유제를 다량인 캐리어 가스에 의해 미스트 형상으로 하고, 공구의 날 끝이나 피삭재의 표면에 이 미스트 형상의 절삭유제를 분사하면서 절삭을 행함으로써, 강재 중의 고용 Al과 미스트 중의 산소가 화학 반응해서 공구 위에 알루미나를 주체로 하는 산화물의 보호막이 형성되므로, 우수한 공구 수명을 얻을 수 있다.
다음에, 실시예를 들어, 본 발명의 효과에 대해서 구체적으로 설명한다.
본 실시예에서는, 표 1 내지 표 5에 나타내는 조성을 갖는 강을 150㎏ 진공 용해로에서 용제 후, 얻어진 강을 1250℃의 온도 조건하에서 열간 단조에 의해 직경이 50㎜인 원기둥 형상으로 단신(鍛伸)하고, 1300℃에서 2시간 가열 후 공냉하는 균질화 처리를 행하고, 그 후에 1200℃에서 1시간 가열 후 공냉하는 열처리를 행했다. 그 후, 얻어진 강재로부터 직경이 48㎜, 길이가 105㎜인 공구 수명 평가용 시험편을 잘라내고, 이 시험편을 시험(시험 No.A1 내지 E12)에 제공했다.
Figure 112012000508156-pct00001
Figure 112012000508156-pct00002
Figure 112012000508156-pct00003
Figure 112012000508156-pct00004
Figure 112012000508156-pct00005
공구 수명 평가 시험의 개요를, 도 1a에 도시한다. 도 1a에 도시한 바와 같이, 횡형 머시닝 센터의 주축에 오일 구멍이 마련된 초경 코팅 드릴(1)을 부착하고, 드릴(공구)(1)의 오일 구멍으로부터 캐리어 가스와 절삭유제가 혼합된 미스트(2)를 분사하면서, 바이스에 의해 고정된 공구 수명 평가용 시험편(시험편)(3)의 펀칭 위치(4)에 펀칭을 행했다. 드릴(1)에는, 도 1b에 도시한 바와 같이, 릴리프면(6)을 형성하고 있는 선단 절삭날부에 오일 구멍(5)이 마련되어 있다. 또한, 도 1a 및 도 1b에 있어서, 구부러진 화살표 방향이 회전 방향이며, 직선 화살표 방향이 드릴의 이송 방향이다.
표 6 및 표 7에, 공구 수명 평가 시험에 있어서의 절삭 시의 다양한 조건을 나타낸다. 캐리어 가스의 산소 농도에 대해서, 산소 농도가 21%인 기체에는, 공기를 사용했다. 또한, 산소 농도가 21%보다 높은 기체는 산소 농축기를 사용함으로써 조제되고, 산소 농도가 21%보다 작은 기체는 공기에 질소를 혼합함으로써 조제되었다. 산소 농도 Co2(%)를 산소 농도계에 의해 측정했다. 절삭유제의 양 q(㎖/시)는 부직포에 미스트를 도포해서 얻어진 단위 시간당의 중량 변화로부터 절삭유제의 비중을 이용하여 구하게 되었다. 캐리어 가스의 유량 Q(ℓ/분) 및 캐리어 가스의 공급 압력 P(MPa)를, 각각 미스트 발생 장치에 부착한 유량계 및 압력계에 의해 측정했다. 펌프 숏 빈도 N(Hz)을, 미스트 발생 장치의 에어 전자 밸브의 개폐 횟수를 측정함으로써 구했다. 캐리어 가스의 온도 T(℃)를, 온도계에 의해 측정했다. 0℃ 이하의 가스는 공기 냉각 장치에 의해 조제되고, 40℃ 이상인 가스는 기체 가열 히터에 의해 조제되었다. 그 이외의 온도 범위의 가스는, 시험실 내의 기온을 조정함으로써 얻게 되었다. 미스트 토출구의 단면적 S(㎟)를, 드릴로 열린 오일 구멍의 직경(개구 직경) dh로부터 산출했다. 금회 사용한 드릴에는, 오일 구멍이 2개 존재하므로, 2개의 오일 구멍의 단면적의 합을 사용했다. 오일 구멍의 직경은, 드릴 직경에 따라 다르므로, 직경이 다른 몇 개의 드릴을 사용함으로써, 미스트 토출구의 단면적을 변화시킨 시험을 행했다. 드릴의 직경이 다르면, 절삭 저항이 다르며, 그 결과 공구 마모량도 변화된다. 그로 인해, 공구 마모의 비교는 직경이 동일한 드릴을 사용해서 행해졌다. 표 8에, 그 밖의 절삭 조건을 나타낸다. 800 구멍 가공(800회의 구멍 가공) 후에, 마이크로스코프에 의해 드릴 절삭날의 2날 중, 마모가 많은 쪽의 절삭날(공구)의 릴리프면의 최대 마모 폭 VB_max를 측정함으로써 공구 마모를 평가하고, 공구 마모량(최대 마모 폭 VB_max)이 100㎛ 이하에서는, 절삭 방법이 우수하다고 평가했다. 표 6 및 표 7에는, 공구 마모량의 측정 결과를 아울러 나타내고 있다. 또한, 표 1, 표 2 중에서는, 본 발명의 조건을 만족시키지 않는 조건에, 밑줄을 그었다.
Figure 112012000508156-pct00006
Figure 112012000508156-pct00007
Figure 112012000508156-pct00008
표 1 내지 표 7에 나타낸 바와 같이, 시험 No.A1 내지 A8, B1 내지 B7, C1 내지 C8, D1 내지 D7, E1 내지 E8에서는, 공구 마모가 작고 우수한 공구 수명을 얻을 수 있었다. 고강도화나 황화물의 형태 제어 등을 행하기 위한 원소가 첨가되어 있는 경우라도, 강재의 화학 성분 및 절삭 조건을 충분히 최적화함으로써, 충분한 피삭성을 얻을 수 있다.
또한, 시험 No.A11, B8, B9, C9, D8 내지 10, E10에서는, Al 함유량과, 캐리어 가스의 산소 농도와, 캐리어 가스 중의 절삭유재의 양이 적절하게 제어되고 있다. 그로 인해, 이들의 시험 No.에서는, 공구 상에의 알루미나를 주체로 하는 산화물의 보호막 형성에 의해, 공구 마모가 개선되었다. 예를 들어, 시험 No.A11에서는, Al 함유량이 0.05% 이하인 시험 No.A13에 비해 공구 마모가 개선되었다. 시험 No.B9에서는, 캐리어 가스의 산소 농도가 21%보다도 낮은 시험 No.B13에 비해 공구 마모가 개선되었다. 시험 No.C9에서는, Al 함유량이 1.0% 이상인 시험 No.C13에 비해 공구 마모가 개선되었다. 시험 No.D8에서는, 절삭유재의 공급 속도가 200㎖를 초과하고 있는 시험 No.D13에 비해 공구 마모가 개선되었다.
또한, 시험 No.A9 내지 A13, B8 내지 B13, C9 내지 C13, D8 내지 D13, E9 내지 E12에서는, 다른 시험 No.와 비교하여, 피삭재 또는 절삭 가공의 조건이 최적화 되어 있지 않은 경우가 있었다.
시험 No.A9에서는, 캐리어 가스의 산소 농도가 21%보다도 낮은, 즉 캐리어 가스에 산화성 가스를 사용하고 있지 않으므로, 피삭재 중의 고용 Al과 미스트 중의 산소와의 화학 반응이 일어나기 어려웠다. 그로 인해, 이 시험 No.A9에서는, 공구 위에 알루미나를 주체로 하는 산화물의 보호막을 형성해서 공구 수명을 향상한다고 하는 효과를 얻을 수 없어, 시험 No.A2에 비해 공구 마모가 진행되었다. 시험 No.A10에서는, 미스트 중의 절삭유제의 양이 지나치게 적으므로, 윤활 작용을 얻을 수 없어, 시험 No.A3에 비해 공구 마모가 진행되었다. 시험 No.A11에서는, 시험 No.A1에 비해, 토출구 단면적 S(㎟)를 공급 압력 P(MPa)로 나눈 값(S/P)이 지나치게 작으므로, 미스트의 입경이 크게 증가되었다. 그로 인해, 이 시험 No.A11에서는, 시험 No.A1에 비해, 절삭유제가 공구에 지나치게 부착되어, 공구 위에 알루미나를 주체로 하는 산화물이 생성하기 어려우므로, 공구 마모가 진행되었다. 시험 No.A12에서는, Al 함유량이 부족하므로, 피삭재 중의 고용 Al과 미스트 중의 산소와의 화학 반응이 일어나기 어려웠다. 그로 인해, 이 시험 No.A12에서는, 공구 위에 알루미나를 주체로 하는 산화물의 보호막을 형성한다고 하는 효과를 얻을 수 없어, 시험 No.A6에 비해 공구 마모가 진행되었다. 시험 No.A13에서는, Al 함유량이 부족하므로, 피삭재 중의 고용 Al과 미스트 중의 산소와의 화학 반응이 대부분 일어나지 않았다. 그로 인해, 이 시험 No.A13에서는, 시험 No.A11에 비해 공구 마모가 진행되었다.
시험 No.B8에서는, 시험 No.B3에 비해, 절삭유제의 양 q(㎖/시)를 캐리어 가스의 유량 Q(ℓ/분)로 나눈 값(q/Q)이 지나치게 작으므로, 윤활 작용을 얻기 어려워, 공구 마모가 진행되었다. 시험 No.B9에서는, 시험 No.B2에 비해, 캐리어 가스의 온도가 지나치게 높으므로, 냉각 효과가 작아 발열량이 컸다. 그로 인해, 이 시험 No.B9에서는, 시험 No.B2에 비해 공구 마모가 진행되었다. 시험 No.B10에서는, Al 함유량이 부족하므로, 피삭재 중의 고용 Al과 미스트 중의 산소와의 화학 반응이 일어나기 어려웠다. 그로 인해, 이 시험 No.B10에서는, 공구 위에 알루미나를 주체로 하는 산화물의 보호막을 형성한다고 하는 효과를 얻을 수 없어, 시험 No.B4에 비해 공구 마모가 진행되었다. 시험 No.B11에서는, Al 함유량이 0.05% 이상이지만, 상기 (1)식을 충족시키고 있지 않으므로, 강재 중의 고용 Al과 미스트 중의 산소와의 화학 반응이 일어나기 어려웠다. 그로 인해, 이 시험 No.B11에서는, 공구 위에 알루미나를 주체로 하는 산화물의 보호막을 형성한다고 하는 효과를 얻을 수 없어, 시험 No.B3에 비해 공구 마모가 진행되었다. 시험 No.B12에서는, Al 함유량이 과잉이므로, 고융점에서 경질인 산화물이 피삭재 중에 다량으로 존재하고 있어, 시험 No.B2에 비해 공구 마모가 증대되었다. 시험 No.B13에서는, 캐리어 가스의 산소 농도가 21%보다도 낮으므로, 피삭재 중의 고용 Al과 미스트 중의 산소와의 화학 반응이 대부분 일어나지 않았다. 그로 인해, 이 시험 No.B13에서는, 공구 위에 알루미나를 주체로 하는 산화물의 보호막을 형성해서 공구 수명을 향상한다고 하는 효과를 얻을 수 없어, 시험 No.B9에 비해 공구 마모가 진행되었다.
시험 No.C9에서는, 시험 No.C3에 비해, 펌프 숏 빈도가 지나치게 낮으므로, 윤활 작용을 얻기 어려워 공구 마모가 진행되었다. 시험 No.C10에서는, C 함유량이 과잉이므로, 피삭재 중에 경질인 탄화물이 많이 석출되고 있어, 시험 No.C4에 비해 피삭성이 저하되었다. 시험 No.C11에서는, Si 함유량이 과잉이므로, 피삭재의 경도가 커져, 시험 No.C1에 비해 피삭성이 저하되었다. 시험 No.C12에서는, Mn 함유량이 과잉이므로, 피삭재의 경도가 커져, 시험 No.C6에 비해 피삭성이 저하되었다. 시험 No.C13에서는, Al 함유량이 과잉이므로, 고융점에서 경질인 산화물이 피삭재 중에 다량으로 존재하고 있어, 시험 No.C9에 비해 공구 마모가 증대되었다.
시험 No.D8에서는, 시험 No.D2에 비해, 절삭유제의 양 q(㎖/시)를 캐리어 가스의 유량 Q(ℓ/분)로 나눈 값(q/Q)이 지나치게 크기 때문에, 공구에 부착된 미스트에 의해 공구 위에 알루미나를 주체로 하는 산화물이 생성되기 어려웠다. 그로 인해, 이 시험 No.D8에서는, 시험 No.D2에 비해 공구 마모가 진행되었다. 시험 No.D9에서는, 시험 No.D1에 비해, 펌프 숏 빈도가 지나치게 높으므로, 공구에 부착된 미스트에 의해 공구 위에 알루미나를 주체로 하는 산화물이 생성되기 어려웠다. 그로 인해, 이 시험 No.D9에서는, 시험 No.D1에 비해 공구 마모가 진행되었다. 시험 No.D10에서는, 시험 No.D3에 비해, 토출구 단면적 S(㎟)를 공급 압력 P(MPa)로 나눈 값(S/P)이 지나치게 크므로, 미스트의 입경이 작아졌다. 그로 인해, 이 시험 No.D10에서는, 시험 No.D3에 비해, 공구에 미스트가 그다지 부착되지 않아 윤활 효과가 얻어지기 어려워 공구 마모가 진행되었다. 시험 No.D11에서는, O 함유량이 과잉이므로, 조대한 산화물계 개재물이 피삭재 중에 다량으로 존재하여, 아브레시브 마모를 일으켰다. 그로 인해, 이 시험 No.D11에서는, 시험 No.D7과 비교해 공구 마모가 증대되었다. 시험 No.D12에서는, Ca 함유량이 과잉이므로, 피삭재 중에 CaS가 대량으로 존재하여, 시험 No.D3에 비해 피삭성이 저하되었다. 시험 No.D13에서는, 미스트 중의 절삭유제의 양이 지나치게 많으므로, 공구에 부착된 미스트가 공구 상에의 알루미나를 주체로 하는 산화물의 보호막 생성을 방해했다. 그로 인해, 이 시험 No.D13에서는, 시험 No.D8에 비해 공구 마모가 진행되었다.
시험 No.E9에서는, 미스트 중의 절삭유제의 양이 지나치게 많으므로, 공구에 부착된 미스트가 공구 상에의 알루미나를 주체로 하는 산화물의 보호막 생성을 방해했다. 그로 인해, 이 시험 No.E9에서는, 시험 No.E1에 비해 공구 마모가 진행되었다. 시험 No.E10에서는, 시험 No.E8에 비해, 토출구 단면적 S(㎟)를 공급 압력 P(MPa)로 나눈 값(S/P)이 지나치게 크므로, 미스트의 입경이 작아졌다. 그로 인해, 이 시험 No.E10에서는, 시험 No.E8에 비해, 공구에 미스트가 그다지 부착되지 않아 윤활 효과가 얻어지기 어려워 공구 마모가 진행되었다. 시험 No.E11에서는, Rem 함유량이 과잉이므로, 피삭재 중에 Rem의 황화물이 대량으로 존재하여, 시험 No.E4에 비해 피삭성이 저하되었다. 시험 No.E12에서는, Ni 첨가량이 과잉이므로, 시험 No.E4에 비해 피삭성이 저하되었다.
이상, 실시예에 대해 설명해 왔다. 실시예로부터 알 수 있듯이, 본 발명에서는, MQL 절삭, 즉, 캐리어 가스로 절삭유제를 미스트로 해서 공구의 날 끝이나 피삭재의 표면에 이 미스트 형상의 절삭유제를 분사하면서 절삭을 행함으로써, 공구 수명이 향상되고 있다. 실시예에서는, 드릴을 사용한 펀칭에 있어서 오일 구멍으로부터 미스트를 공급할 경우를 예시했다. 그러나 본 발명에서는, 선삭 가공, 탭 가공 등의 연속 절삭, 프라이즈 가공, 엔드밀 가공, 호브 가공 등의 단속 절삭 중 어떠한 가공에 대해서도 공구 수명을 향상시킬 수 있다. 또한, 외부에 설치한 노즐로부터 절삭부에 미스트를 분사하는 방식이나 공작 기계의 공구 홀더에 MQL 미스트의 공급 기능을 갖게 하는 방식 등 다양한 미스트 공급 방법으로 미스트를 공급해도, 공구 수명을 향상시킬 수 있다. 실시예로 든 MQL 절삭은, 일례이며, 본 발명의 취지는 이들의 기재에 한정되는 것이 아니며, 특허청구의 범위에 의거하여 널리 해석된다.
극미량의 절삭유제를 캐리어 가스에 의해 미스트 형상으로 하여, 공구의 날 끝이나 피삭재의 표면에 이 미스트 형상의 절삭유제를 분사하면서 기계 구조용 강의 절삭을 행할 때에, 공구 수명이 우수한 기계 구조용 강의 절삭 방법을 제공한다.
1 : 드릴(공구)
2 : 미스트
3 : 공구 수명 평가용 시험편(시험편)
4 : 펀칭 위치
5 : 오일 구멍
6 : 릴리프면

Claims (7)

  1. 0.01 내지 200㎖/시의 공급 속도로 공급되는 절삭유제와, 체적%로 25% 이상 또한 50% 이하의 산소를 포함하는 산화성 가스를, 상기 산화성 가스의 유량을 Q(ℓ/분), 상기 절삭유제의 공급 속도를 q(㎖/시)라 정의한 경우에, q/Q의 비가 0.001 내지 1을 만족시키도록 혼합해서 미스트를 생성하고, 이 미스트를 공구의 날 끝 표면 및 기계 구조용 강의 표면에 분사하면서, 상기 기계 구조용 강을 절삭하고,
    상기 기계 구조용 강이 질량%로,
    C : 0.01 내지 1.2%,
    Si : 0.005 내지 3.0%,
    Mn : 0.05 내지 3.0%,
    P : 0.001 내지 0.2%,
    S : 0.001 내지 0.35%,
    N : 0.002 내지 0.035%,
    Al : 0.05 내지 1.0%를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
    O : 0.003% 이하로 제한하고,
    또한 Al 함유량[Al%]과, N 함유량[N%]이, [Al%] - (27/14) × [N%] ≥ 0.05를 만족하는 것을 특징으로 하는, 기계 구조용 강의 절삭 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기계 구조용 강이, 질량%로,
    Ca : 0.0001 내지 0.02%,
    Ti : 0.0005 내지 0.5%,
    Nb : 0.0005 내지 0.5%,
    W : 0.0005 내지 1.0%,
    V : 0.0005 내지 1.0%,
    Ta : 0.0001 내지 0.2%,
    Hf : 0.0001 내지 0.2%,
    Mg : 0.0001 내지 0.02%,
    Zr : 0.0001 내지 0.02%,
    Rem : 0.0001 내지 0.02%,
    Sb : 0.0001 내지 0.015%,
    Sn : 0.0005 내지 2.0%,
    Zn : 0.0005 내지 0.5%,
    B : 0.0001 내지 0.015%,
    Te : 0.0003 내지 0.2%,
    Se : 0.0003 내지 0.2%,
    Bi : 0.001 내지 0.5%,
    Pb : 0.001 내지 0.5%,
    Cr : 0.001 내지 3.0%,
    Mo : 0.001 내지 1.0%,
    Ni : 0.001 내지 5.0%,
    Cu : 0.001 내지 5.0%,
    Li : 0.00001 내지 0.005%,
    Na : 0.00001 내지 0.005%,
    K : 0.00001 내지 0.005%,
    Ba : 0.00001 내지 0.005%,
    Sr : 0.00001 내지 0.005%
    중 1종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 기계 구조용 강의 절삭 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 미스트를 토출하는 출구의 단면적을 S(㎟), 상기 산화성 가스의 공급 압력을 P(MPa)라 정의한 경우에, S/P의 비가 0.2 내지 40을 충족시키는 것을 특징으로 하는, 기계 구조용 강의 절삭 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 절삭유제를 공급하는 토출 펌프의 1초당의 토출 횟수가, 0.05 내지 16회인 것을 특징으로 하는, 기계 구조용 강의 절삭 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산화성 가스의 온도가 -80℃ 이상 또한 40℃ 이하인 것을 특징으로 하는, 기계 구조용 강의 절삭 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
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