KR101374991B1

KR101374991B1 - 기계 구조용 강의 절삭 방법

Info

Publication number: KR101374991B1
Application number: KR1020137011005A
Authority: KR
Inventors: 도시하루 아이소; 스구루 요시다
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2010-11-02
Filing date: 2011-11-01
Publication date: 2014-03-14
Also published as: CN103209805B; US20130213199A1; JPWO2012060383A1; JP5257557B2; US9156117B2; WO2012060383A1; KR20130063026A; CN103209805A

Abstract

이 기계 구조용 강의 절삭 방법은, 화학 성분이, 질량％로, C:0.01∼1.2％, Si:0.005∼3.0％, Mn:0.05％∼3.0％, P:0.001∼0.2％, S:0.001∼0.35％, N:0.002∼0.035％, Al:0.05∼1.0％를 함유하고, [Al％] 및 [N％]를, 각각, 강 중에 있어서의 Al 및 N의 질량％로 한 경우에, [Al％]－(27/14)×[N％]≥0.05％를 만족시키고, 필요에 따라서 그 밖의 원소를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 기계 구조용 강을 사용하고, 이 기계 구조용 강에 대해, 용존 산소량이 4∼16체적％인 불수용성 절삭유제를 사용하여 절삭 가공을 행한다.

Description

기계 구조용 강의 절삭 방법 {METHOD OF CUTTING STEEL FOR USE IN MACHINE STRUCTURES}

본 발명은, 기계 구조용 강의 절삭 방법에 관한 것이다.

본원은, 2010년 11월 2일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2010-246072호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

최근, 지구 환경 문제의 관점에서, 공업 제품을 제조할 때에 있어서, 에너지 절약, 자원 절약, 환경 부하 물질 저감 등, 환경에의 배려가 반드시 필요한 것으로 되어 있다. 기계 구조용 강으로부터 제조되는 기어, 샤프트, 너트 등의 기계 구조용 부품은, 기계 구조용 강을 절삭 가공함으로써 제조되는 것이 대부분이다. 따라서, 기계 구조용 강의 절삭 가공의 분야에 있어서는, 절삭 기술 및 절삭되는 측인 기계 구조용 강의 점에서, 환경을 배려한 기술을 검토할 필요가 있다.

기계 구조용 강의 절삭에 있어서는, 드라이 가공이나 세미 드라이 가공보다도 절삭 가공 효율을 향상시키기 위해, 절삭유제를 사용한 가공이 널리 행해지고 있다. 절삭유제는 원액 그대로 사용하는 불수용성 절삭유제와, 물로 희석하여 사용하는 수용성 절삭유제로 나뉜다. 모두 기계 구조용 강의 절삭에 다용되고 있지만, 특히 건드릴, 기어 컷팅, 브로치, 태핑 등의 마무리 정밀도가 요구되는 가공이나, 공구 부하가 큰 가공을 행하는 경우에는, 절삭유제의 대부분을 불수용성 절삭유제가 차지하고 있다. 따라서, 불수용성 절삭유제를 사용한 가공을 고능률화할 필요가 있다.

불수용성 절삭유제에는 저렴하고 또한 우수한 윤활성을 유지하는 염소계 극압제가 첨가되어 있었지만, 최근의 환경 문제로부터 염소계 극압제를 포함하는 절삭유의 처리가 고비용화되었으므로, 현재는 염소계 극압제의 대체로서 주로 유황계 극압제가 사용되고 있다. 그러나, 유황계 극압제를 사용하는 것만으로는 윤활성이 불충분하기 때문에, 우수한 윤활성이 얻어지고, 또한 절삭효율을 높일 수 있는 절삭 기술이 요구되고 있다.

한편, 기계 구조용 강에 대해서는 절삭 가공 능률을 높이기 위해, 강재의 피삭성, 즉 강재의 절삭 가공의 용이성을 높이는 것이 필요하다. 종래, 기계 구조용 강의 피삭성 향상을 위해 S나 Pb의 첨가가 행해져 왔다. 그러나, S는 첨가량을 증대시키면 기계적 성질을 열화시킨다고 하는 문제가 있다. 한편, Pb는 기계적 성질의 저하를 적게 하여 피삭성을 향상시키므로, 기계 구조용 강의 피삭성 향상에 애용되어 왔다. 그러나, Pb는 환경 부하 물질이라고 하는 문제가 있다. 그로 인해, S나 Pb를 사용하지 않고 피삭성을 향상시키는 것이 요구되고 있다.

이러한 배경하에서, 기계 구조용 강의 절삭 기술에 있어서는, 예를 들어 특허문헌 1에 환경 대응형의 절삭유제에 관한 기술이 검토되어 있다. 윤활유 기유, 분산제 및 미립자상 탄산칼슘으로 이루어지는 윤활유에 유성 향상제를 함유시킴으로써, 염소계 극압 첨가제를 포함하지 않아도 양호한 윤활성이 얻어져 있다.

또한, 기계 구조용 강에 있어서는 새로운 성분 조성이나 조직을 갖는 강재의 검토가 행해지고 있다. 예를 들어, 특허문헌 2에서는, 고Al 및 그 밖의 질화물 생성 원소와 N의 첨가량을 조정하는 동시에, 적절한 열처리를 함으로써, 피삭성에 유해한 고용(固溶) N을 낮게 억제하는 것과, 고온 취화에 의해 피삭성을 향상시키는 고용 Al 및 고온 취화 효과와 벽개성의 결정 구조에 의해 피삭성을 향상시키는 AlN을 적량 확보함으로써, 저속으로부터 고속까지의 폭 넓은 절삭 속도 영역에 대해 우수한 피삭성과, 높은 충격값 및 항복비를 겸비하는 기계 구조용 강이 개시되어 있다.

이와 같이 절삭 가공에 있어서의 환경 대응 기술로서, 절삭유제나 강재 성분의 검토가 진행되고 있다. 금후 더욱 환경을 배려한 기술을 검토하는 데에는, 절삭유제와 강재 성분 모두를 검토할 필요가 있다.

일본 특허 출원 공개 제2006-225491호 공보 일본 특허 출원 공개 제2008-13788호 공보

그러나, 전술한 종래의 기술에는, 이하에 나타내는 문제점이 있다.

특허문헌 1은 종래의 염소계 극압제를 사용한 절삭유와 비교하여 동등한 절삭성이 얻어지는 것에 불과하여, 종래 이상으로 윤활성을 높여 절삭 가공 효율을 향상시킬 수는 없다. 또한, 강재는 JIS에서 규정되는 SCr420밖에 기재되어 있지 않다.

특허문헌 2에 개시된 기술에서는, 전술한 바와 같이 폭 넓은 절삭 속도 영역에 대해 우수한 피삭성이 얻어진다. 또한, Al 첨가량을 높임으로써, 종래의 Al-킬드강에 비해 주조편 단계에서의 편석이 작고, 균일 분산성이 높은 MnS를 많게 하여, 높은 충격 특성을 겸비하는 기계 구조용 강이 얻어진다. 또한, 이 기계 구조용 강은, AlN의 미세 석출 및 고용 Al에 의해 높은 항복비가 얻어진다. 그러나, 강재 성분에 관한 규정뿐이고, 구체적인 절삭 방법 및 절삭 조건에 대해서는 규정되어 있지 않다. 또한, 불수용성 절삭유제에 관한 기재는 없다.

본 발명은, 상술한 문제점에 비추어 창안된 것이며, 그 목적은 불수용성 절삭유제를 사용한 절삭에 있어서, 공구 수명을 향상시켜 절삭 가공 효율이 우수한 기계 구조용 강의 절삭 방법을 제공하는 것이다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해, 공구 수명에 미치는 영향이 크다고 생각되는 공구와 피삭재의 계면의 윤활 메커니즘에 주목하여 예의 연구하였다. 그 결과, 이하의 지식을 얻었다.

(a) 고용 Al이 다량으로 존재하는 강재에 대해, 용존 산소를 많이 포함하는 불수용성 절삭유제를 사용하여 절삭을 행한 경우, 강재의 신생면 및 공구 상에 알루미나를 주체로 하는 산화물이 생성되는 것을, SEM-EDS(Scanning Electron Microscope-Energy Dispersion Spectroscopy)나 AES(Auger Electron Spectroscopy)를 사용하여 발견하였다. Al은 Fe보다도 산소와의 결합력이 큰 원소이므로, 고용 Al이 다량으로 존재하는 강재를 용존 산소량이 높은 불수용성 절삭유제를 사용하여 절삭을 행한 경우, 고용 Al과 절삭유 중의 산소와의 화학 반응이 일어나, 알루미나를 주체로 하는 산화물이 생성된다.

(b) 알루미나는 경질이므로, 공구 상에 생성된 알루미나를 주체로 하는 산화물이 공구 보호막으로서 작용하여, 공구에 내마모성이 부여되어, 공구 수명이 향상된다.

본 발명은 상기 지식에 기초하여 완성된 것이다.

상기한 과제를 해결하여 이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하의 수단을 채용하였다.

(1) 즉, 본 발명의 일 형태에 관한 기계 구조용 강의 절삭 방법은, 화학 성분이, 질량％로, C:0.01∼1.2％, Si:0.005∼3.0％, Mn:0.05％∼3.0％, P:0.001∼0.2％, S:0.001∼0.35％, N:0.002∼0.035％, Al:0.05∼1.0％를 함유하고, [Al％] 및 [N％]를, 각각, 강 중에 있어서의 Al 및 N의 질량％로 한 경우에, 하기 수학식 1을 만족시키고, Ca:0.0001∼0.02％, Ti:0.0005∼0.5％, Nb:0.0005∼0.5％, W:0.0005∼1.0％, V:0.0005∼1.0％, Ta:0.0001∼0.2％, Hf:0.0001∼0.2％, Mg:0.0001∼0.02％, Zr:0.0001∼0.02％, Rem:0.0001∼0.02％, Sb:0.0001∼0.015％, Sn:0.0005∼2.0％, Zn:0.0005∼0.5％, B:0.0001∼0.015％, Te:0.0003∼0.2％, Se:0.0003∼0.2％, Bi:0.001∼0.5％, Pb:0.001∼0.5％, Cr:0.001∼3.0％, Mo:0.001∼1.0％, Ni:0.001∼5.0％, Cu:0.001∼5.0％, Li:0.00001∼0.005％, Na:0.00001∼0.005％, K:0.00001∼0.005％, Ba:0.00001∼0.005％, Sr:0.00001∼0.005％ 중 1종 이상을 더 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 기계 구조용 강을 사용하고, 이 기계 구조용 강에 대해, 용존 산소량이 4∼16체적％인 불수용성 절삭유제를 사용하여 절삭 가공을 행한다.

(2) 상기 (1)에 기재된 형태에서는, 절삭 가공시에, 상기 기계 구조용 강과 공구의 접촉점을, 상기 불수용성 절삭유제로 덮어도 된다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 형태에서는, 상기 절삭 가공에 있어서의 상기 불수용성 절삭유제의 온도를 5∼80℃의 범위로 해도 된다.

(4) 상기 (3)에 기재된 형태에서는, 상기 절삭 가공에 있어서의 상기 불수용성 절삭유제의 공급량을 0.5∼100L/분으로 해도 된다.

(5) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 형태에서는, 상기 절삭 가공에 있어서의 상기 불수용성 절삭유제의 공급량을 0.5∼100L/분으로 해도 된다.

본 발명의 상기 형태에 따르면, 불수용성 절삭유제를 사용한 절삭을 행할 때에, 우수한 공구 수명이 얻어지는 기계 구조용 강의 절삭 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 불수용성 절삭유제 중의 용존 산소량과 선삭 가공시의 공구 마모량의 관계를 나타내는 도면이다.
도 2는 불수용성 절삭유제 중의 용존 산소량과 태핑시의 공구 절손까지의 가공 횟수와의 관계를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 기계 구조용 강의 절삭 방법에 대해 상세하게 설명한다.

우선, 본 실시 형태에서 사용하는 불수용성 절삭유제에 관하여 설명한다.

본 실시 형태에 관한 불수용성 절삭유제는, 상온에서 유제 중에 용존 산소를 4∼16체적％ 포함한다. 여기서 말하는 용존 산소라 함은, 유제 중에 용해 상태로 존재하는 산소이다. 고용 Al이 다량으로 존재하는 강재에 대해, 용존 산소가 4∼16체적％ 포함되는 불수용성 절삭유제를 사용하여 절삭함으로써, 공구 상에 알루미나를 주체로 하는 산화물을 생성시킬 수 있다. 그 결과, 공구 보호막이 형성되어, 공구 수명이 향상된다. 이 경우, 강재 중의 고용 Al과, 불수용성 절삭유제가 화학 반응을 일으키기 위해서는, 기계 구조용 강과 공구의 접촉점이, 절삭 중에, 용존 산소량이 4∼16체적％의 불수용성 절삭유제로 덮여 있는 것이 바람직하다. 또한, 절삭에 있어서는, 기계 구조용 강과 공구의 접촉점을, 불수용성 절삭유제로 덮는 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 불수용성 절삭유제 중의 용존 산소량은 GC-MS(가스 크로마토그래피-질량 분석법)에 의해 측정할 수 있다. 측정은, 예를 들어 다음과 같은 조건으로 행할 수 있다.

Determining Equipment : HP5890(HEWLETT PACARD), Detector : MSD, Column : 0V－1＋Megabore column＋0V－1(25m)×2, Injecting Temperature : 120℃, Oven Temperature : 40℃, Carrier Gas : He

상술한 체적％는, 불수용성 절삭유제 중에 존재하는 용존 산소량을, 불수용성 절삭유제에 대한 체적 비율로 나타낸 것으로, 예를 들어 4체적％인 경우는, 불수용성 절삭유제 100mL 중에, 4mL에 상당하는 산소가 용해되어 있는 것을 의미한다.

공구 보호막의 생성을 촉진하기 위해서는 용존 산소량이 4체적％ 이상 필요하다. 한편, 용존 산소가 지나치게 많아지면, 구체적으로는 16체적％를 초과하여 지나치게 많으면 불수용성 절삭유제의 산화에 의한 열화를 초래하여, 불수용성 절삭유제의 당초의 윤활성이 상실되어 공구 수명이 저하된다. 그로 인해, 용존 산소량은 4∼16체적％로 하고, 바람직하게는 8∼15체적％, 더욱 바람직하게는 10∼14체적％이다.

불수용성 절삭유제 중의 용존 산소량은, 예를 들어 사용 전의 유제에 미리 공기나 산소를 불어 넣음으로써 높일 수 있고, 질소 가스를 절삭유 중에 불어 넣으면서 탈기함으로써 저감할 수 있다.

극미량의 절삭유제와 다량의 공기를 미스트상으로 하여, 공구의 날끝이나 피삭재의 표면에 분사하면서 절삭하는 MQL(Minimal Quantity Lubricants) 가공이라고 하는 기술이 있지만, 본 발명은 MQL 가공과는 다른 것이다. 본 발명은 불수용성 절삭유제를 사용하는 데 반해, MQL 가공에서 사용하는 절삭유제는 극미량으로, 완전히 다른 절삭 방법이다. MQL 가공은 약 2∼30mL/시의 극미량의 유제를 미스트로 하여 가공점에 분사하는 데 반해, 불수용성 절삭유제를 사용하는 경우는 비교적 대량의 유제를, 기계 구조용 강과 공구의 접촉점을 덮도록 하여 공급한다.

기계 구조용 강과 공구의 접촉점을 덮어 충분한 유제를 공급하여 공구 보호막의 생성을 촉진시키기 위해서는, 바람직하게는 0.5L/분 이상, 보다 바람직하게는 2L/분 이상, 더욱 바람직하게는 5L/분 이상의 유제를 공급하는 것이 좋다. 그 이상에서는 효과가 포화되지만, 유제를 지나치게 증가시키면 폐유의 처리 비용이나 환경 부하의 증대로 이어지므로 상한은 100L/분으로 하는 것이 바람직하다.

반응을 일으켜 공구 보호막을 생성시키는 데에는 불수용성 절삭유제의 온도를 제어하는 것이 중요하다. 불수용성 절삭유제의 온도가 지나치게 낮으면 반응에 필요한 발열이 부족하여 효과가 저감되므로, 불수용성 절삭유제의 온도는 바람직하게는 5℃ 이상, 보다 바람직하게는 15℃ 이상으로 하는 것이 좋다. 한편, 불수용성 절삭유제의 온도가 지나치게 높으면 유제가 열화될 뿐만 아니라, 점도의 저하에 수반되는 부착성의 열화에 의해 절삭성이 저하될 우려가 있으므로, 불수용성 절삭유제의 온도는 바람직하게는 80℃ 이하, 보다 바람직하게는 40℃ 이하로 하는 것이 좋다. 불수용성 절삭유제의 온도는 절삭유용 히터나 오일 냉각 기기를 사용하여 조정할 수 있다.

또한, 반응을 촉진시켜 공구 보호막을 생성하는 데에는, 발열을 많게 하기 위해 절삭 속도는 10m/분 이상으로 하는 것이 바람직하다.

불수용성 절삭유제는 JIS K2241에서 분류되는 N1종, N2종, N3종 및 N4종 등이 대표적이지만, 본 발명에서는 불수용성 절삭유제의 종류는 특별히 한정되지 않고, 용존 산소량이 소정의 범위를 만족시키면 된다.

불수용성 절삭유제는, 외부에 설치한 노즐로부터 절삭부에 공급할 수 있다. 본 발명에 따르면, 불수용성 절삭유제의 공급 방법에 의존하지 않고, 공구 수명을 향상시킬 수 있다.

본 실시 형태의 절삭 방법은, 호브 가공, 선삭 가공, 탭 가공, 드릴 가공, 프레이즈 가공, 엔드밀 가공, 브로치 가공 등 단속 절삭, 연속 절삭을 막론하고 각 가공에 대해 적용할 수 있다.

다음에, 본 실시 형태의 기계 구조용 강의 각 성분의 함유량을 수치 한정한 이유에 대해 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 조성에 있어서의 질량％는, 단순히 ％로 기재한다.

C:0.01∼1.2％

C는, 강재의 기본 강도에 큰 영향을 미치는 원소이다. 그러나, C 함유량이 0.01％ 미만인 경우, 충분한 강도를 얻을 수 없다. 한편, C 함유량이 1.2％를 초과하면, 경질인 탄화물을 많이 석출하기 때문에, 피삭성이 현저하게 저하된다. 따라서, 충분한 강도와 피삭성을 얻기 위해, C 함유량은 0.01∼1.2％로 하고, 바람직하게는 0.05∼0.8％, 더욱 바람직하게는 0.10∼0.70％로 한다.

Si:0.005∼3.0％

Si는, 일반적으로 탈산 원소로서 첨가되지만, 페라이트의 강화 및 템퍼링 연화 저항을 부여하는 효과도 있다. 그러나, Si 함유량이 0.005％ 미만인 경우, 충분한 탈산 효과가 얻어지지 않는다. 한편, Si 함유량이 3.0％를 초과하면, 인성, 연성이 낮아지는 동시에, 소지(素地)의 경도가 커지므로 피삭성이 떨어진다. 따라서, Si 함유량은 0.005∼3.0％로 하고, 바람직하게는 0.01∼2.5％, 더욱 바람직하게는 0.05∼2.0％로 한다.

Mn:0.05％∼3.0％

Mn은, 매트릭스에 고용시켜 켄칭성의 향상이나 켄칭 후의 강도를 확보하기 위해 필요한 원소이다. 또한, 강재 중의 S와 결합하여 MnS계 황화물을 생성하여, 피삭성을 개선시키는 효과가 있다. 그러나, Mn 함유량이 0.05％ 미만이면, 강재 중의 S가 Fe와 결합하여 FeS로 되어, 강이 취약해진다. 한편, Mn 함유량이 증가하면, 구체적으로는 Mn 함유량이 3.0％를 초과하면, 소지의 경도가 커져 가공성이나 피삭성이 저하된다. 따라서, Mn 함유량은 0.05∼3.0％로 하고, 바람직하게는 0.2∼2.5％, 더욱 바람직하게는 0.35∼2.0％로 한다.

P:0.001∼0.2％

P는 피삭성을 양호하게 하는 효과가 있지만, 0.001％ 미만인 경우, 그 효과가 얻어지지 않는다. 또한, P 함유량이 0.2％를 초과하면, 인성을 크게 떨어뜨리는 것에 더하여, 강 중에 있어서 소지의 경도가 커져, 냉간 가공성, 열간 가공성 및 주조 특성이 저하된다. 따라서, P 함유량은 0.001∼0.2％로 하고, 바람직하게는 0.005∼0.1％, 더욱 바람직하게는 0.01∼0.05％로 한다.

S:0.001∼0.35％

S는 Mn과 결합하여 MnS계 황화물로서 강 중에 존재한다. MnS는, 피삭성을 향상시키는 효과가 있지만, 그 효과를 현저하게 얻기 위해서는, S를 0.001％ 이상 첨가할 필요가 있다. 한편, S 함유량이 0.35％를 초과하면, 인성이나 피로 강도가 현저하게 저하된다. 따라서, S 함유량은 0.001∼0.35％로 하고, 바람직하게는 0.005∼0.15％, 더욱 바람직하게는 0.01∼0.07％로 한다.

N:0.002∼0.035％

N은 Al, Ti, V 또는 Nb 등과 결합하여 질화물 또는 탄질화물을 생성하여, 결정립의 조대화를 억제하는 효과가 있다. 단, 0.002％ 미만에서는 그 효과는 불충분하고, 한편 0.035％를 초과하면, 그 효과가 포화되는 동시에 열간 연성을 현저하게 떨어뜨리므로, 압연 강재의 제조가 극히 곤란해진다. 따라서, N은 0.002∼0.035％로 하고, 바람직하게는 0.0025∼0.02％, 더욱 바람직하게는 0.0030∼0.016％로 한다.

Al:0.05∼1.0％를 함유하고, [Al％]－(27/14)×[N％]≥0.05％를 만족시킨다.

Al은, 본 실시 형태에 있어서 가장 중요한 원소이다. Al은, 탈산 원소로서 강재의 내부 품질을 향상시킨다. 또한, 용존 산소량이 4∼16체적％인 불수용성 절삭유제를 사용하여 절삭하는 경우에, 강재 중의 고용 Al과 불수용성 절삭유제 중의 용존 산소가 화학 반응함으로써 공구 상에 알루미나를 주체로 하는 산화물의 보호막을 형성하여 공구 수명을 향상시키므로, 반드시 필요한 원소이다. 이 공구 수명의 향상에 유효한 고용 Al을 충분히 생성하기 위해서는, 0.05％ 이상의 함유량이 필요하다. 그러나, Al 함유량이 1.0％를 초과하면, 고융점이며 경질인 산화물이 강재 중에 다량으로 생성되어, 경질 개재물로서 어브레시브 마모를 일으킴으로써 절삭시의 공구 마모를 증대시킨다. 따라서, Al 함유량을 0.05∼1.0％로 하고, 바람직하게는 0.08∼0.5％, 더욱 바람직하게는 0.1 초과∼0.26％로 한다.

강 중에 N이 존재하면 AlN이 생성된다. N의 원자량이 14, Al의 원자량이 27이므로, 예를 들어 N이 0.01％ 첨가되면, 27/14, 즉, 약 2배인 0.02％의 고용 Al이 감소하고, 그 결과, 공구 수명 향상 효과가 저하된다. 충분한 효과를 얻기 위해서는, 고용 Al은 0.05％ 이상 필요하므로, N이 0％가 아닌, 일정량 존재하는 경우에는, 그 N량을 고려한 Al량을 첨가할 필요가 있다. 즉, Al량([Al％])과 N량([N％])은 [Al％]－(27/14)×[N％]≥0.05％를 만족시킬 필요가 있고, [Al％]－(27/14)×[N％]＞0.1％를 만족시키는 것이 바람직하다. 상한에 대해서는, Al 함유량이, 상한인 1.0％이고, 또한 N 함유량이 하한인 0.002％로 되는 경우이다.

또한, 본 실시 형태의 기계 구조용 강에 있어서는, 상기 각 성분에 더하여, 피삭성의 향상, 혹은 탄질화물의 형성, 켄칭성의 향상이나 템퍼링 연화 저항의 향상에 의한 고강도화, 탈산 조정에 의한 황화물 형태 제어, 페라이트의 강화를 위해, Ca:0.0001∼0.02％, Ti:0.0005∼0.5％, Nb:0.0005∼0.5％, W:0.0005∼1.0％, V:0.0005∼1.0％, Ta:0.0001∼0.2％, Hf:0.0001∼0.2％, Mg:0.0001∼0.02％, Zr:0.0001∼0.02％, Rem:0.0001∼0.02％, Sb:0.0001∼0.015％, Sn:0.0005∼2.0％, Zn:0.0005∼0.5％, B:0.0001∼0.015％, Te:0.0003∼0.2％, Se:0.0003∼0.2％, Bi:0.001∼0.5％, Pb:0.001∼0.5％, Cr:0.001∼3.0％, Mo:0.001∼1.0％, Ni:0.001∼5.0％, Cu:0.001∼5.0％, Li:0.00001∼0.005％, Na:0.00001∼0.005％, K:0.00001∼0.005％, Ba:0.00001∼0.005％, Sr:0.00001∼0.005％ 중 1종 이상을 함유해도 된다.

Ca:0.0001∼0.02％

Ca는 탈산 원소로, Al₂O₃으로 나타내어지는 알루미나 등의 경질 산화물을 저융점화하여 연질화함으로써, 공구 마모를 억제한다. 그러나, Ca 함유량이 0.0001％ 미만인 경우, 이 피삭성 향상 효과가 얻어지지 않는다. 또한, Ca 함유량이 0.02％를 초과하면, 강 중에 CaS가 생성되어, 오히려 피삭성을 저하시킨다. 따라서, Ca를 첨가하는 경우는, 그 함유량을 0.0001∼0.02％로 하고, 바람직하게는 0.0003∼0.005％, 더욱 바람직하게는 0.0004∼0.0020％로 한다.

Ti:0.0005∼0.5％

Ti는 탄질화물을 형성하여, 오스테나이트립의 성장의 억제나 강화에 기여하는 원소로, 고강도화가 필요한 강 및 저변형이 요구되는 강에는, 조대립 방지를 위한 정립화 원소로서 사용된다. 또한, Ti는 탈산 원소이기도 해, 연질 산화물을 형성시킴으로써, 피삭성을 향상시키는 효과도 있다. 그러나, Ti 함유량이 0.0005％ 미만인 경우, 그 효과가 확인되지 않는다. 또한, Ti 함유량이 0.5％를 초과하면, 열간 균열의 원인으로 되는 미고용 조대 탄질화물을 석출시켜, 오히려 기계적 성질이 손상된다. 따라서, Ti를 첨가하는 경우는, 그 함유량을 0.0005∼0.5％로 하고, 바람직하게는 0.01∼0.3％로 한다.

Nb:0.0005∼0.5％

Nb도 탄질화물을 형성하여, 2차 석출 경화에 의한 강의 강화, 오스테나이트립의 성장 억제 및 강화에 기여하는 원소로, 고강도화가 필요한 강 및 저변형이 요구되는 강에는, 조대립 방지를 위한 정립화 원소로서 사용된다. 그러나, Nb 함유량이 0.0005％ 미만인 경우, 고강도화의 효과는 얻어지지 않는다. 또한, 0.5％를 초과하여 Nb를 첨가하면, 열간 균열의 원인으로 되는 미고용 조대 탄질화물을 석출시켜, 오히려 기계적 성질이 손상된다. 따라서, Nb를 첨가하는 경우는, 그 함유량을 0.0005∼0.5％로 하고, 바람직하게는 0.005∼0.2％로 한다.

W:0.0005∼1.0％

W도 탄질화물을 형성하여, 2차 석출 경화에 의해 강을 강화할 수 있는 원소이다. 그러나, W 함유량이 0.0005％ 미만인 경우, 고강도화의 효과는 얻어지지 않는다. 또한, 1.0％를 초과하여 첨가하면, 열간 균열의 원인으로 되는 미고용 조대 탄질화물을 석출시키므로, 오히려 기계적 성질이 손상된다. 따라서, W를 첨가하는 경우는, 그 함유량을 0.0005∼1.0％로 하고, 바람직하게는 0.01∼0.8％로 한다.

V:0.0005∼1.0％

V도 탄질화물을 형성하여, 2차 석출 경화에 의해 강을 강화할 수 있는 원소로, 고강도화가 필요한 강에는 적절하게 첨가된다. 그러나, V 함유량이 0.0005％ 미만인 경우, 고강도화의 효과는 얻어지지 않는다. 또한, 1.0％를 초과하여 V를 첨가하면, 열간 균열의 원인으로 되는 미고용 조대 탄질화물을 석출시키므로, 오히려 기계적 성질이 손상된다. 따라서, V를 첨가하는 경우는, 그 함유량을 0.0005∼1.0％로 하고, 바람직하게는 0.01∼0.8％로 한다.

Ta:0.0001∼0.2％

Ta도 Nb와 마찬가지로, 2차 석출 경화에 의한 강의 강화, 오스테나이트립의 성장 억제 및 강화에 기여하는 원소로, 고강도화가 필요한 강 및 저변형이 요구되는 강에는, 조대립 방지를 위한 정립화 원소로서 사용된다. 그러나, Ta 함유량이 0.0001％ 미만인 경우, 고강도화의 효과는 얻어지지 않는다. 또한, 0.2％를 초과하여 Ta를 첨가하면, 열간 균열의 원인으로 되는 미고용 조대 석출물이 생성됨으로써, 오히려 기계적 성질이 손상된다. 따라서, Ta를 첨가하는 경우는, 그 함유량을 0.0001∼0.2％로 하고, 바람직하게는 0.001∼0.1％로 한다.

Hf:0.0001∼0.2％

Hf도 Ti와 마찬가지로, 오스테나이트립의 성장 억제나 강화에 기여하는 원소로, 고강도화가 필요한 강 및 저변형이 요구되는 강에는, 조대립 방지를 위한 정립화 원소로서 사용된다. 그러나, Hf 함유량이 0.0001％ 미만인 경우, 고강도화의 효과는 얻어지지 않는다. 또한, 0.2％를 초과하여 Hf를 첨가하면, 열간 균열의 원인으로 되는 미고용 조대 석출물에 의해, 오히려 기계적 성질이 손상된다. 따라서 Hf를 첨가하는 경우는, 그 함유량을 0.0001∼0.2％로 하고, 바람직하게는 0.001∼0.1％로 한다.

Mg:0.0001∼0.02％

Mg는 탈산 원소로, 강 중에서 산화물을 생성한다. Al 탈산 전제인 경우에는, 피삭성에 유해한 Al₂O₃을, 비교적 연질이며 미세하게 분산되는 MgO 또는 Al₂O₃ㆍMgO로 개질한다. 또한, 그 산화물은 MnS의 핵으로 되기 쉬워, MnS를 미세 분산시키는 효과가 있다. 그러나, Mg 함유량이 0.0001％ 미만에서는, 이들 효과가 확인되지 않는다. 또한, Mg는 MnS와의 복합 황화물을 생성하여, MnS를 구상화하지만, Mg를 0.02％를 초과하여 과잉으로 첨가하면, 단독의 MgS 생성을 촉진하여 피삭성이 떨어진다. 따라서, Mg를 첨가하는 경우는, 그 함유량을 0.0001∼0.02％로 하고, 바람직하게는 0.0003∼0.0040％, 더욱 바람직하게는 0.0005∼0.0030％로 한다.

Zr:0.0001∼0.02％

Zr은 탈산 원소로, 강 중에서 산화물을 생성한다. 그 산화물은 ZrO₂라 생각되고 있지만, 이 산화물이 MnS의 석출핵으로 되므로, MnS의 석출 사이트를 증가시켜, MnS를 균일 분산시키는 효과가 있다. 또한, Zr은 MnS에 고용되어 복합 황화물을 생성하고, 그 변형능을 저하시켜, 압연 및 열간 단조시에 MnS 형상의 연신을 억제하는 작용이 있다. 이와 같이, Zr은 이방성의 저감에 유효한 원소이다. 그러나, Zr 함유량이 0.0001％ 미만인 경우, 이들에 대해 현저한 효과는 얻어지지 않는다. 한편, 0.02％를 초과하여 Zr을 첨가해도, 수율이 극단적으로 나빠지는 것에 더하여, ZrO₂ 및 ZrS 등의 경질인 화합물이 대량으로 생성됨으로써, 오히려 피삭성, 충격값 및 피로 특성 등의 기계적 성질이 저하된다. 따라서, Zr을 첨가하는 경우는, 그 함유량을 0.0001∼0.02％로 하고, 바람직하게는 0.0003∼0.01％, 더욱 바람직하게는 0.0005∼0.005％로 한다.

Rem:0.0001∼0.02％

Rem(Rare earth metal)은 탈산 원소로, 저융점 산화물을 생성하여, 주조시 노즐 막힘을 억제한다. 또한, MnS에 고용 또는 결합되고, 그 변형능을 저하시켜, 압연 및 열간 단조시에 MnS가 연신되는 것을 억제하므로, 이방성의 저감에 유효한 원소이다. 그러나, Rem 함유량이 총량으로 0.0001％ 미만인 경우, 그 효과는 현저하지 않다. 또한, Rem을 0.02％를 초과하여 첨가하면, Rem의 황화물을 대량으로 생성하여, 피삭성이 악화된다. 따라서, Rem을 첨가하는 경우는, 그 함유량을 0.0001∼0.02％로 하고, 바람직하게는 0.0003∼0.015％, 더욱 바람직하게는 0.0005∼0.01％로 한다. 여기서 말하는 REM은, 희토류 원소인 Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu로부터 선택되는 1종 이상을 나타내고 있다.

Sb:0.0001∼0.015％

Sb는, 페라이트를 적절하게 취화하여 피삭성을 향상시킨다. 그 효과는, Sb 함유량이 0.0001％ 미만에서는 확인되지 않는다. 또한, Sb 함유량이 0.015％를 초과하면, Sb의 매크로 편석이 과다로 되어 충격값이 크게 저하된다. 따라서, Sb 함유량은 0.0001∼0.015％로 하고, 바람직하게는 0.0005∼0.012％, 더욱 바람직하게는 0.001∼0.01％로 한다.

Sn:0.0005∼2.0％

Sn은, 페라이트를 취화시켜 공구 수명을 연장시키는 동시에, 표면 거칠기를 향상시키는 효과가 있다. 그러나, Sn 함유량이 0.0005％ 미만인 경우, 그 효과는 확인되지 않는다. 또한, 2.0％를 초과하여 Sn을 첨가해도, 그 효과는 포화된다. 따라서, Sn을 첨가하는 경우는, 그 함유량을 0.0005∼2.0％로 하고, 바람직하게는 0.001∼1.0％, 더욱 바람직하게는 0.01∼0.2％로 한다.

Zn:0.0005∼0.5％

Zn은 페라이트를 취화시켜 공구 수명을 연장시키는 동시에, 표면 거칠기를 향상시키는 효과가 있다. 그러나, Zn 함유량이 0.0005％ 미만인 경우, 그 효과는 확인되지 않는다. 또한, 0.5％를 초과하여 Zn을 첨가해도, 그 효과는 포화된다. 따라서, Zn을 첨가하는 경우는, 그 함유량을 0.0005∼0.5％로 하고, 바람직하게는 0.001∼0.3％, 더욱 바람직하게는 0.01∼0.1％로 한다.

B:0.0001∼0.015％

B는, 고용되어 있는 경우는 입계 강화 및 켄칭성에 효과가 있고, 석출되는 경우에는 BN으로서 석출되므로 피삭성의 향상에 효과가 있다. 이들 효과는, B 함유량이 0.0001％ 미만에서는 현저하지 않다. 한편, 0.015％를 초과하여 B를 첨가해도 그 효과가 포화되는 동시에, BN이 지나치게 많이 석출되므로, 오히려 강의 기계적 성질이 손상된다. 따라서, B를 첨가하는 경우는, 그 함유량을 0.0001∼0.015％로 하고, 바람직하게는 0.0005∼0.01％, 더욱 바람직하게는 0.001∼0.003％로 한다.

Te:0.0003∼0.2％

Te는 피삭성 향상 원소이다. 또한, MnTe를 생성하거나, MnS와 공존함으로써 MnS의 변형능을 저하시켜, MnS 형상의 연신을 억제하는 작용이 있다. 이와 같이, Te는 이방성의 저감에 유효한 원소이다. 그러나, Te 함유량이 0.0003％ 미만인 경우, 이들 효과는 확인되지 않는다. 또한, Te 함유량이 0.2％를 초과하면, 그 효과가 포화될 뿐만 아니라, 열간 연성이 저하되어 흠집의 원인으로 되기 쉽다. 따라서, Te를 첨가하는 경우는, 그 함유량을 0.0003∼0.2％로 하고, 바람직하게는 0.0005∼0.1％, 더욱 바람직하게는 0.001∼0.01％로 한다.

Se:0.0003∼0.2％

Se는 피삭성 향상 원소이다. 또한, MnSe를 생성하거나, MnS와 공존함으로써 MnS의 변형능을 저하시켜, MnS 형상의 연신을 억제하는 작용이 있다. 이와 같이, Se는 이방성의 저감에 유효한 원소이다. 그러나, Se 함유량이 0.0003％ 미만인 경우, 이들 효과는 확인되지 않는다. 또한, Se 함유량이 0.2％를 초과하면, 그 효과가 포화된다. 따라서, Se를 첨가하는 경우는, 그 함유량을 0.0003∼0.2％로 하고, 바람직하게는 0.0005∼0.1％, 더욱 바람직하게는 0.001∼0.01％로 한다.

Bi:0.001∼0.5％

Bi는, 피삭성 향상 원소이다. 그러나, Bi 함유량이 0.001％ 미만인 경우, 그 효과가 얻어지지 않는다. 또한, 0.5％를 초과하여 Bi를 첨가해도, 피삭성 향상 효과가 포화되는 것에 더하여, 열간 연성이 저하되어 흠집의 원인으로 된다. 따라서, Bi를 첨가하는 경우는, 그 함유량을 0.001∼0.5％로 하고, 바람직하게는 0.01∼0.3％, 더욱 바람직하게는 0.04∼0.25％로 한다.

Pb:0.001∼0.5％

Pb는, 피삭성 향상 원소이다. 그러나, Pb 함유량이 0.001％ 미만인 경우, 그 효과가 확인되지 않는다. 또한, 0.5％를 초과하여 Pb를 첨가해도, 피삭성 향상 효과가 포화되는 것에 더하여, 열간 연성이 저하되어 흠집의 원인으로 된다. 따라서, Pb를 첨가하는 경우는, 그 함유량을 0.001∼0.5％로 하고, 바람직하게는 0.01∼0.3％, 더욱 바람직하게는 0.04∼0.25％로 한다.

Cr:0.001∼3.0％

Cr은, 켄칭성을 향상시키는 동시에, 템퍼링 연화 저항을 부여하는 원소로, 고강도화가 필요한 강에는 첨가된다. 그러나, Cr 함유량이 0.001％ 미만인 경우, 이들 효과가 얻어지지 않는다. 또한, Cr 함유량이 3.0％를 초과하면, Cr 탄화물이 생성되어 강이 취화된다. 따라서, Cr을 첨가하는 경우는, 그 함유량을 0.001∼3.0％로 하고, 바람직하게는 0.01∼2.3％, 더욱 바람직하게는 0.1∼1.8％로 한다.

Mo:0.001∼1.0％

Mo는, 템퍼링 연화 저항을 부여하는 동시에, 켄칭성을 향상시키는 원소로, 고강도화가 필요한 강에는 첨가된다. 그러나, Mo 함유량이 0.001％ 미만인 경우, 이들 효과가 얻어지지 않는다. 또한, 1.0％를 초과하여 Mo를 첨가해도, 그 효과는 포화된다. 따라서, Mo를 첨가하는 경우는, 그 함유량을 0.001∼1.0％로 하고, 바람직하게는 0.01∼0.8％, 더욱 바람직하게는 0.05∼0.5％로 한다.

Ni:0.001∼5.0％

Ni는 페라이트를 강화하고, 연성을 향상시키는 동시에, 켄칭성 향상 및 내식성 향상에 유효한 원소이다. 그러나, Ni 함유량이 0.001％ 미만인 경우, 그 효과는 확인되지 않는다. 또한, 5.0％를 초과하여 Ni를 첨가해도, 기계적 성질의 점에서는 효과가 포화되는 것에 더하여, 피삭성이 저하된다. 따라서, Ni를 첨가하는 경우는, 그 함유량을 0.001∼5.0％로 하고, 바람직하게는 0.1∼4.0％, 더욱 바람직하게는 0.3∼3.0％로 한다.

Cu:0.001∼5.0％

Cu는, 페라이트를 강화하는 동시에, 켄칭성 향상 및 내식성 향상에도 유효한 원소이다. 그러나, Cu 함유량이 0.001％ 미만인 경우, 그 효과는 확인되지 않는다. 또한, 5.0％를 초과하여 Cu를 첨가해도, 기계적 성질의 점에서는 효과가 포화된다. 따라서, Cu를 첨가하는 경우는, 그 함유량을 0.001∼5.0％로 하고, 바람직하게는 0.01∼4.0％, 더욱 바람직하게는 0.1∼3.0％로 한다. 또한, Cu는, 특히 열간 연성을 저하시켜, 압연시의 흠집의 원인으로 되므로, Ni와 동시에 첨가하는 것이 바람직하다.

Li:0.00001∼0.005％

Li는 강 중에서 산화물로 되어, 저융점 산화물을 형성함으로써 공구 마모를 억제한다. 그러나, Li 함유량이 0.00001％ 미만인 경우, 그 효과는 확인되지 않는다. 또한, 0.005％를 초과하여 Li를 첨가해도, 효과가 포화되는 것에 더하여, 내화물의 용손(溶損) 등을 야기한다. 따라서, Li를 첨가하는 경우는, 그 함유량을 0.00001∼0.005％로 하고, 바람직하게는 0.0001∼0.0045％로 한다.

Na:0.00001∼0.005％

Na도 Li와 마찬가지로 강 중에서 산화물로 되어, 저융점 산화물을 형성함으로써 공구 마모를 억제한다. 그러나, Na 함유량이 0.00001％ 미만인 경우, 그 효과는 확인되지 않는다. 또한, 0.005％를 초과하여 Na를 첨가해도, 효과가 포화될 뿐만 아니라, 내화물의 용손 등을 야기한다. 따라서, Na를 첨가하는 경우는, 그 함유량을 0.00001∼0.005％로 하고, 바람직하게는 0.0001∼0.0045％로 한다.

K:0.00001∼0.005％

K도 Li와 마찬가지로 강 중에서 산화물로 되어, 저융점 산화물을 형성함으로써 공구 마모를 억제한다. 그러나, K 함유량이 0.00001％ 미만인 경우, 그 효과는 확인되지 않는다. 또한, 0.005％를 초과하여 K를 첨가해도, 효과가 포화되는 것에 더하여, 내화물의 용손 등을 야기한다. 따라서, K를 첨가하는 경우는, 그 함유량을 0.00001∼0.005％로 하고, 바람직하게는 0.0001∼0.0045％로 한다.

Ba:0.00001∼0.005％

Ba도 Li와 마찬가지로 강 중에서 산화물로 되어, 저융점 산화물을 형성함으로써 공구 마모를 억제한다. 그러나, Ba 함유량이 0.00001％ 미만인 경우, 그 효과는 확인되지 않는다. 또한, 0.005％를 초과하여 Ba를 첨가해도, 효과가 포화되는 것에 더하여, 내화물의 용손 등을 야기한다. 따라서, Ba를 첨가하는 경우는, 그 함유량을 0.00001∼0.005％로 하고, 바람직하게는 0.0001∼0.0045％로 한다.

Sr:0.00001∼0.005％

Sr도 Li와 마찬가지로 강 중에서 산화물로 되어, 저융점 산화물을 형성함으로써 공구 마모를 억제한다. 그러나, Sr 함유량이 0.00001％ 미만인 경우, 그 효과는 확인되지 않는다. 또한, 0.005％를 초과하여 Sr을 첨가해도, 효과가 포화되는 것에 더하여, 내화물의 용손 등을 야기한다. 따라서, Sr을 첨가하는 경우는, 그 함유량을 0.00001∼0.005％로 하고, 바람직하게는 0.0001∼0.0045％로 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 기계 구조용 강의 절삭 방법에 따르면, 상온에 있어서의 용존 산소량이 4∼16체적％인 불수용성 절삭유제를 사용하여 절삭함으로써, 강재 중의 고용 Al과 불수용성 절삭유제 중의 용존 산소가 화학 반응함으로써 공구 상에 알루미나를 주체로 하는 산화물의 보호막이 형성되어, 우수한 공구 수명이 얻어진다.

또한, 수용성 절삭유제를 사용한 경우에는, 냉각능이 불수용성 유제보다도 커, 반응에 필요한 온도가 얻어지지 않으므로, 산화물의 보호막을 생성할 수 없다고 하는 이유로부터, 마찬가지의 효과는 얻어지지 않는다.

실시예 1

다음에, 발명예 및 비교예를 들어, 본 발명의 효과에 대해 구체적으로 설명한다. 본 실시예에서는, 표 1-1, 표 1-2에 나타내는 조성의 강을 150㎏ 진공 용해로에서 용제 후, 1250℃의 온도 조건하에서 열간 단조에 의해 직경이 13㎜인 원기둥 형상으로 단신하고, 그 후에 850℃로 1시간 가열 후, 공랭의 열처리를 행하였다. 그 후, 직경 9㎜로 외주 선삭하고, 다음에 직경 8㎜로 신선(wire drawing)하고, 다시 1개당 300㎜로 절단함으로써 선삭 가공시의 공구 수명 평가용 시험편을 제작하였다.

[표 1-1]

[표 1-2]

또한, 표 2-1, 표 2-2에 나타내는 조성의 강을 2t 진공 용해로에서 용제 후, 빌릿으로 분괴 압연하고, 다시 직경 14㎜로 압연하고, 그 후 직경 12㎜로 신선하고, 1개당 2500㎜로 절단함으로써 태핑시의 공구 수명 평가용 시험편을 제작하였다.

[표 2-1]

[표 2-2]

표 1-1, 표 1-2에 나타내는 강은 선삭 가공에 의해, 표 2-1, 표 2-2에 나타내는 강은 태핑에 의해 공구 수명을 평가하였다. 모든 시험에서 소형 고속 선반을 사용하고, 노즐에 의해 공구와 피삭재가 접촉하는 부위를 덮도록, JIS K2241에서 분류되는 N3종 8호에 상당하는 불수용성 절삭유제(상품명:ENEOS제 유니커트 테라미 DM15)에 대해 용존 산소량과 온도를 조정한 불수용성 절삭유제를 공급하면서 시험을 행하였다. 또한, 용존 산소량은 상온에서의 값이다. 또한, 표 1-1, 표 1-2, 표 2-1, 표 2-2에 기재된 불수용성 절삭유제의 온도 중, 20℃는 상온에 있어서 특별히 온도 조정하지 않고 얻어진 것이다. 불수용성 절삭유제의 양은 노즐에 부착한 교축부에 의해 조정하였다. 선삭 가공은 신선한 강재의 외주를 가공함으로써 시험을 행하였다. 태핑은, 우선 신선한 강재의 단면 중심부에 TiN 코팅 고속도강 드릴에 의해 직경 5.2㎜, 깊이 16㎜의 하혈을 형성하고, 다음에 M6의 탭으로 10㎜ 깊이의 나사 절삭 가공을 행하였다. 다음에, 나사 절삭 가공한 부위를 절단 공구로 절단하고, 다시 드릴의 하혈 가공, 탭에 의한 나사 절삭 가공을 반복하였다.

본 시험은 탭의 수명 평가가 목적이므로, 하혈 가공용 드릴과 절단용 절단 공구는 100회 가공마다 신품으로 교환하였다. 각각의 절삭 조건과 사용한 공구를 표 3과 표 4에 나타냈다. 불수용성 절삭유제의 용존 산소량은 표 1-1, 표 1-2와 표 2-1, 표 2-2에 아울러 나타낸 바와 같이, 다양하게 변화시켜 시험을 행하였다. 불수용성 절삭유제 중의 용존 산소량은 GC-MS(가스 크로마토그래피-질량 분석법)에 의해 측정하였다. 선삭 가공에서는, 16분 절삭 후의 공구 여유면의 최대 마모량 VB_max를 측정하고, 공구 마모량이 100㎛ 이하를 합격 기준으로 하였다. 태핑에서는, 탭이 파손될 때까지의 횟수에 의해 공구 수명을 평가하고, 가공 횟수가 300회 이상을 합격으로 하였다. 표 1-1, 표 1-2, 표 2-1, 표 2-2에 공구 수명 평가 시험의 결과를 아울러 나타냈다. 또한, 본 발명의 구성을 만족시키지 않는 것에 대해서는, 밑줄을 그어 나타낸다.

[표 3]

[표 4]

표 1-1, 표 2-1에 나타내는 바와 같이, 실시예 1∼37, 52∼87은 본 발명의 범위이며, 공구 마모가 작거나, 혹은 절손까지의 횟수가 많게 되어 있어, 우수한 공구 수명이 얻어져 있다. 또한, 피삭성을 향상시키는 원소가 포함되어 있는 실시예 3, 5, 6, 12, 14, 19∼27, 53∼55, 59∼63, 65∼67, 72, 74∼76에서는, 거의 동일한 용존 산소량의 범위 내에 있어서 피삭성이 보다 우수하다. 또한, 고강도화나 황화물 형태 제어 등을 행하기 위한 원소가 첨가되어 있는 실시예 4, 7∼11, 13, 15∼18, 56∼58, 64, 68∼71, 73, 77에 있어서도, 충분한 피삭성이 얻어져 있다. 또한, 실시예 1, 28∼33 및 실시예 52, 78∼81로부터, 공급량을 0.5L/분 이상으로 하는 것이 더욱 피삭성을 높이는 데 유효한 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 2, 34∼37 및 실시예 52, 82∼87로부터, 온도를 5∼80℃의 범위로 하는 것이 더욱 피삭성을 높이는 데 유효한 것을 알 수 있다.

한편, 실시예 38∼51, 88∼99는 표 1-2, 표 2-2 중의 밑줄로 나타낸 화학 성분, 혹은 용존 산소량이 본 발명의 범위 밖인 비교예이다. 실시예 39, 41, 42, 89, 91, 92는 불수용성 절삭유제의 용존 산소량이 4체적％보다도 낮으므로, 공구 상에 알루미나를 주체로 하는 산화물의 보호막을 형성하여 공구 수명을 향상시킨다고 하는 효과가 얻어지지 않아, 피삭성이 저하되었다. 실시예 38, 40, 43, 88, 90, 93은 불수용성 절삭유제의 용존 산소량이 16체적％보다도 높기 때문에, 불수용성 절삭유제의 산화에 의한 열화를 초래하여, 불수용성 절삭유제의 당초의 윤활성이 상실되어 피삭성이 저하되었다. 실시예 44는 C 함유량이 과잉이므로, 경질인 탄화물이 많이 석출되어, 피삭성이 저하되었다. 실시예 45는 Si 함유량이 과잉이므로, 소지의 경도가 커져 피삭성이 저하되었다. 실시예 46은 Mn 함유량이 과잉이므로, 소지의 경도가 커져 피삭성이 저하되었다. 실시예 47, 48, 94는 Al 함유량이 부족하므로, 공구 상에 알루미나를 주체로 하는 산화물의 보호막을 형성하여 공구 수명을 향상시킨다고 하는 효과가 얻어지지 않아, 피삭성이 저하되었다.

실시예 95는 Al 함유량이 0.05％ 이상이지만, [Al％]－(27/14)×[N％]≥0.05％를 만족시키고 있지 않으므로, 공구 상에 알루미나를 주체로 하는 산화물의 보호막을 형성하여 공구 수명을 향상시킨다고 하는 효과가 얻어지지 않아, 피삭성이 저하되었다. 실시예 49 및 96은 Al 함유량이 과잉이므로, 고융점이며 경질인 산화물이 강재 중에 다량으로 생성되어, 피삭성이 저하되었다. 실시예 50은 Ca 함유량이 과잉이므로, 강 중에 CaS가 생성되어, 피삭성이 저하되었다. 실시예 51은 Mg 함유량이 과잉이므로, MgS 생성을 촉진하여 피삭성이 저하되었다. 실시예 97은 Zr 함유량이 과잉이므로, ZrO₂ 및 ZrS 등의 경질인 화합물이 대량으로 생성되어, 피삭성이 저하되었다. 실시예 98은 Rem 함유량이 과잉이므로, Rem의 황화물이 대량으로 생성되어, 피삭성이 저하되었다. 실시예 99는 Ni 첨가량이 과잉이므로, 피삭성이 저하되었다.

실시예 1, 3∼27, 38∼51, 52∼77, 88∼99의 결과를, 도 1, 도 2에 나타냈다. 도 1은 횡축이 불수용성 절삭유제 중의 용존 산소량의 체적％, 종축이 선삭 가공시의 공구 마모량이다. 도 2는 횡축이 불수용성 절삭유제 중의 용존 산소량의 체적％, 종축이 태핑시의 탭 절손까지의 가공 횟수이다. 본 발명의 범위에서는, 도 1에서는 공구 마모량이 작고, 도 2에서는 절손까지의 가공 횟수가 많게 되어 있어, 우수한 피삭성이 얻어져 있다. 한편, 강재 성분, 혹은 불수용성 절삭유제 중의 용존 산소량 중 어느 하나가 본 발명의 범위 밖인 경우, 본 발명보다도 피삭성이 떨어진다.

이상, 실시예에 대해 설명하였다. 실시예에 언급한 것은 일례이고, 본 발명의 취지는 이들의 기재에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기초하여 광범위하게 해석된다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 불수용성 절삭유제를 사용한 절삭 가공에 있어서, 공구 수명을 향상시킬 수 있어, 불수용성 절삭유제가 많이 사용되는 가공인 건드릴, 기어 컷팅, 브로치, 태핑 등에서 특히 유효하다. 따라서, 본 발명은, 기어, 샤프트, 너트 등의 기계 부품 제조 산업에 있어서 이용 가능성이 높은 것이다.

Claims

화학 성분이, 질량％로,
C:0.01∼1.2％,
Si:0.005∼3.0％,
Mn:0.05％∼3.0％,
P:0.001∼0.2％,
S:0.001∼0.35％,
N:0.002∼0.035％,
Al:0.05∼1.0％
를 함유하고,
[Al％] 및 [N％]를, 각각, 강 중에 있어서의 Al 및 N의 질량％로 한 경우에, 하기 수학식 1을 만족시키고,
잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 기계 구조용 강을 사용하고,
이 기계 구조용 강에 대해, 용존 산소량이 4∼16체적％인 불수용성 절삭유제를 사용하여 절삭 가공을 행하는 것을 특징으로 하는, 기계 구조용 강의 절삭 방법.
[수학식 1]
제1항에 있어서, 상기 기계 구조용 강이, 질량％로,
Ca:0.0001∼0.02％,
Ti:0.0005∼0.5％,
Nb:0.0005∼0.5％,
W:0.0005∼1.0％,
V:0.0005∼1.0％,
Ta:0.0001∼0.2％,
Hf:0.0001∼0.2％,
Mg:0.0001∼0.02％,
Zr:0.0001∼0.02％,
Rem:0.0001∼0.02％,
Sb:0.0001∼0.015％,
Sn:0.0005∼2.0％,
Zn:0.0005∼0.5％,
B:0.0001∼0.015％,
Te:0.0003∼0.2％,
Se:0.0003∼0.2％,
Bi:0.001∼0.5％,
Pb:0.001∼0.5％,
Cr:0.001∼3.0％,
Mo:0.001∼1.0％,
Ni:0.001∼5.0％,
Cu:0.001∼5.0％,
Li:0.00001∼0.005％,
Na:0.00001∼0.005％,
K:0.00001∼0.005％,
Ba:0.00001∼0.005％,
Sr:0.00001∼0.005％
중 1종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 기계 구조용 강의 절삭 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 절삭 가공시에, 상기 기계 구조용 강과 공구의 접촉점을, 상기 불수용성 절삭유제로 덮는 것을 특징으로 하는, 기계 구조용 강의 절삭 방법.
제3항에 있어서, 상기 절삭 가공에 있어서의 상기 불수용성 절삭유제의 온도를 5∼80℃의 범위로 하는 것을 특징으로 하는, 기계 구조용 강의 절삭 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 절삭 가공에 있어서의 상기 불수용성 절삭유제의 온도를 5∼80℃의 범위로 하는 것을 특징으로 하는, 기계 구조용 강의 절삭 방법.
제5항에 있어서, 상기 절삭 가공에 있어서의 상기 불수용성 절삭유제의 공급량을 0.5∼100L/분으로 하는 것을 특징으로 하는, 기계 구조용 강의 절삭 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 절삭 가공에 있어서의 상기 불수용성 절삭유제의 공급량을 0.5∼100L/분으로 하는 것을 특징으로 하는, 기계 구조용 강의 절삭 방법.
제3항에 있어서, 상기 절삭 가공에 있어서의 상기 불수용성 절삭유제의 공급량을 0.5∼100L/분으로 하는 것을 특징으로 하는, 기계 구조용 강의 절삭 방법.
제4항에 있어서, 상기 절삭 가공에 있어서의 상기 불수용성 절삭유제의 공급량을 0.5∼100L/분으로 하는 것을 특징으로 하는, 기계 구조용 강의 절삭 방법.