WO2011122233A1 - 機械構造用鋼の切削方法 - Google Patents

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cutting
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利治 間曽
慶 宮西
卓 吉田
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新日本製鐵株式会社
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    • Y10T83/0443—By fluid application

Definitions

  • the present invention relates to a method for cutting machine structural steel.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2010-78231 filed in Japan on March 30, 2010, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • Cutting oil plays a role of lubrication between the tool and the work material, cooling during cutting, eliminating chips, and dramatically improves cutting efficiency.
  • Cutting has been performed in large quantities.
  • aiming at improving the production environment and minimizing waste there is a need for a cutting technique that can achieve high efficiency even if the cutting fluid is reduced as much as possible.
  • Non-Patent Document 1 discusses a technique called MQL (Minimal Quantities Lubricants) cutting in which the use of a cutting fluid is reduced as much as possible.
  • MQL cutting is a method in which an extremely small amount of cutting fluid is made into a mist with a large amount of carrier gas, and cutting is performed while spraying the mist-like cutting fluid on the cutting edge of a tool or the surface of a work material. With this technique, the amount of cutting fluid used can be significantly reduced.
  • Patent Document 1 discloses a steel for machine structure in which the addition amount of Al and other nitride-forming elements and the addition amount of N are adjusted and an appropriate heat treatment is performed.
  • the solid solution N which is harmful to the machinability is kept low
  • the solid solution Al which improves the machinability by the high temperature embrittlement and the crystal structure of the high temperature embrittlement and the cleaving property provides the machinability
  • An appropriate amount of AlN to be improved is secured. Therefore, this machine structural steel has excellent machinability in a wide cutting speed range from low speed to high speed, and has both a high impact value and a yield ratio.
  • Patent Document 2 discloses a steel material for cutting using a small amount of lubricating oil, that is, a steel material for MQL cutting.
  • a steel material for MQL cutting in order to reduce the strength around 200-400 ° C, which correlates with the cutting resistance during MQL cutting, the amount of elements such as N, Ti, V, Mo, etc. is specified, and ferrite with a pearlite structure By specifying the rate, the tool life is improved.
  • MQL cutting and steel material components are being studied as environmentally-friendly technologies in cutting, and both MQL cutting methods and steel material components should be considered when considering environmentally-friendly technologies in the future. It is necessary to consider.
  • Non-Patent Document 1 describes a method of MQL cutting and a working mechanism of an oil agent, but the steel material (work material) used is only JIS S45C steel, and no detailed study on the work material has been made. In particular, MQL is not applicable in all cutting conditions (cutting fluid, tool, work material, machine tool, processing method).
  • Patent Document 1 does not describe MQL cutting, and the steel for machine structure is cut using a conventional cutting method such as drilling or turning.
  • Patent Document 2 discloses a steel material for MQL, but does not disclose in detail the conditions at the time of MQL cutting. Therefore, the technique disclosed in Patent Document 2 is not always applicable in a wide range of cutting conditions.
  • the present invention has been developed in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to make MQL cutting, that is, to make a very small amount of cutting fluid into a mist with a carrier gas, on the tool edge and the surface of the work material.
  • An object of the present invention is to provide a method for cutting steel for machine structural use having an excellent tool life when cutting while spraying this mist-like cutting fluid.
  • the present inventors have conducted intensive research to solve the above problems.
  • a literature survey and experiments were conducted focusing on the lubrication mechanism at the interface between the tool and the work material, which is considered to have a large effect on the tool life.
  • Non-Patent Document 1 describes that the following phenomenon occurs at the interface between the tool and the work material during MQL cutting.
  • Fe is an element that has a larger free energy of formation of oxide than Al
  • the binding energy when alumina is formed on the new surface of the steel material is higher than the binding energy when alumina is generated on the new surface of the aluminum alloy. Small. Therefore, even if alumina is generated on the new surface of the steel material, shear is easily generated from the interface between the steel material and alumina, and the alumina does not act as a frictional resistance.
  • alumina Since alumina is hard, the oxide mainly composed of alumina produced on the tool works as a tool protective film, imparts wear resistance to the tool, and improves the tool life.
  • D In order to stably generate alumina on the tool and improve the tool life, the amount of cutting fluid, the ratio of the flow rate of carrier gas to the amount of cutting fluid, the mist discharge cross-sectional area and the supply of carrier gas It is necessary to optimize the ratio to the pressure, the number of mist discharges per second, and the temperature of the carrier gas.
  • the method for cutting steel for machine structure according to the present invention is as follows.
  • a cutting fluid supplied at a supply rate of 0.01 to 200 ml / hour and oxygen of 21% or more and 50% or less by volume%.
  • the oxidant gas is mixed to produce a mist, and while the mist is sprayed on the tool edge surface and the machine structural steel surface, the mechanical structural steel is cut, and the mechanical structural steel is mass%.
  • the mechanical structural steel further contains Ca: 0.0001 to 0.02%, Ti: 0.0005 to 0% by mass. 0.5%, Nb: 0.0005 to 0.5%, W: 0.0005 to 1.0%, V: 0.0005 to 1.0%, Ta: 0.0001 to 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.
  • the flow rate of the oxidizing gas is Q (l / min), and the supply speed of the cutting fluid is q (ml / hour). In this case, the q / Q ratio may satisfy 0.001 to 1.
  • the sectional area of the outlet for discharging the mist is S (mm 2 ), and the supply pressure of the oxidizing gas is P (MPa). ), The S / P ratio may satisfy 0.2 to 40.
  • the cutting method for machine structural steel according to the above (1) or (2) even if the number of discharges per second of the discharge pump for supplying the cutting fluid is 0.05 to 16 times Good.
  • the temperature of the oxidizing gas may be -80 ° C or higher and 40 ° C or lower.
  • the oxygen concentration of the oxidizing gas may be 25% or more and 50% or less.
  • the MQL cutting according to this embodiment is characterized in that an oxidizing gas is used as a carrier gas.
  • the oxidizing gas in the present embodiment is a gas having an oxygen concentration of 21% or more in the gas, and air is also included in the oxidizing gas.
  • an oxide mainly composed of alumina can be generated on the tool.
  • Tool life can be improved by forming a protective film.
  • the oxygen concentration in the gas can be measured with an oxygen concentration meter.
  • a gas having an oxygen concentration higher than 21% can be obtained by mixing oxygen with air or using an oxygen concentrator.
  • the oxygen concentration is preferably 25% or more, and more preferably 30% or more. However, from the viewpoint of safety, the oxygen concentration is preferably 50% or less.
  • the oxygen concentration in this carrier gas is volume%.
  • the amount of cutting fluid in the mist exceeds 200 ml / hour, the mist adhering to the tool hinders the formation of oxides mainly composed of alumina on the tool, so that it is difficult to improve the tool life.
  • the amount of the cutting fluid is less than 0.01 ml / hour, it is difficult to obtain a lubricating action by the cutting fluid. Therefore, the amount of cutting fluid (supply rate) needs to be 0.01 to 200 ml / hour. From the viewpoint of tool life and cutting efficiency, the amount of the cutting fluid is preferably 0.1 to 150 ml / hour, and more preferably 1 to 100 ml / hour.
  • the particle diameter of the mist supplied to the tool blade edge is too large, the cutting fluid adheres to the tool too much and prevents the generation of oxide mainly composed of alumina on the tool.
  • the particle size of the mist is too small, the mist hardly adheres to the tool, and it is difficult to obtain a lubricating effect by the cutting fluid. Therefore, it is desirable to optimize the mist particle size.
  • the particle diameter of the mist changes depending on the cross-sectional area of the outlet (oil hole opening end) from which the mist is finally discharged and the flow velocity of the carrier gas. The smaller the cross-sectional area and the larger the flow velocity, the larger the mist particle size. Prone.
  • the flow rate of the carrier gas (oxidizing gas) increases as the gas supply pressure increases. Therefore, the smaller the value S / P (mm 2 / MPa) obtained by dividing the cross-sectional area S (mm 2 ) by the supply pressure P (MPa), the larger the particle size of the mist.
  • S / P is 0.2 to 40, the particle diameter of mist can be controlled within a suitable range, and the tool life is further improved. Therefore, when the sectional area of the outlet for discharging mist is defined as S (mm 2 ) and the supply pressure of the oxidizing gas is defined as P (MPa), S / P obtained by dividing S by P is 0.2 to 40. It is preferably 0.25 to 25, more preferably 0.3 to 10.
  • the cross-sectional area of the outlet for discharging mist is the cross-sectional area of the oil hole when axially refueling from an oil hole of a tool such as a drill, and the cross-sectional area of the nozzle hole when refueling from a nozzle.
  • this cross-sectional area is the total value of the cross-sectional areas of those holes.
  • Cutting fluid is supplied by a discharge pump. If the pump shot frequency by the discharge pump (the number of discharges per second) is too high, the mist adhering to the tool hinders the formation of oxides mainly composed of alumina on the tool, so it is difficult to improve the tool life. . On the other hand, if the pump shot frequency is too low, it is difficult to obtain a lubricating action by the cutting fluid. Therefore, the pump shot frequency N is preferably 0.05 to 16 Hz (times), more preferably 0.1 to 8 Hz, and further preferably 0.5 to 4 Hz.
  • the cooling effect by cutting fluid is generally small, heat generation is large, thermal cracks occur, and tool wear tends to occur. Therefore, the tool life can be further increased by enhancing the cooling effect and preventing thermal cracking. Therefore, it is desirable to enhance the cooling effect with a low temperature carrier gas.
  • the temperature of the carrier gas is 40 ° C. or lower, the tool life can be further improved. Therefore, the temperature of the carrier gas (oxidizing gas) is preferably 40 ° C. or less, more preferably 20 ° C. or less, and further preferably 0 ° C. or less. Considering the handling of the cooling gas and the manufacturing cost, it is better that the temperature is not too low, so the temperature of the carrier gas may be ⁇ 80 ° C. or higher.
  • the cooling gas can be obtained by an air cooling device.
  • Mist is generated by supplying cutting fluid and oxidizing gas to a mist generator.
  • the mist is axially lubricated from the oil hole of a small-diameter tool, the pressure loss increases inside the tool, and thus the supply pressure of the oxidizing gas may be increased.
  • the component of the cutting fluid is not particularly limited.
  • the cutting fluid is a biodegradable lubricating oil.
  • highly biodegradable synthetic ester oil or vegetable oil can be used as the cutting oil.
  • a coolant such as water may be supplied in a mist form in addition to the oxidizing gas and the cutting fluid.
  • the mist supply method includes a method of injecting mist from an external nozzle to the cutting part, a method of providing a tool holder of a machine tool with an MQL mist supply function, and a tool through a pipe line provided at the center of the rotating spindle.
  • the MQL cutting of the present embodiment can be applied to any of continuous cutting such as drilling, turning, and tapping, and intermittent cutting such as milling, end milling, and hobbing.
  • continuous cutting such as drilling, turning, and tapping
  • intermittent cutting such as milling, end milling, and hobbing.
  • content of each component of steel for machine structure (work material) in MQL cutting of this embodiment will be described.
  • this machine structural steel (work material) has chemical components composed of Fe and inevitable impurities, with the remainder of each component described below. In the following description, mass% in chemical composition is simply described as%.
  • C 0.01 to 1.2% C is an element that greatly affects the basic strength of steel. However, when the C content is less than 0.01%, sufficient strength cannot be obtained. On the other hand, if the C content exceeds 1.2%, a large amount of hard carbide precipitates, and the machinability is significantly reduced. Therefore, in order to obtain sufficient strength and machinability, the C content in the work material is 0.01 to 1.2%, preferably 0.05 to 0.8%, more preferably 0. 10 to 0.70%.
  • Si 0.005 to 3.0%
  • Si is generally added to steel as a deoxidizing element and provides ferrite strengthening and temper softening resistance.
  • the Si content is less than 0.005%, a sufficient deoxidation effect cannot be obtained.
  • the Si content exceeds 3.0%, the toughness and ductility are lowered, and at the same time, the hardness of the work material is increased, so that the machinability is also deteriorated. Therefore, the Si content in the work material is 0.005 to 3.0%, preferably 0.01 to 2.5%, more preferably 0.05 to 2.0%.
  • Mn 0.05% to 3.0%
  • Mn is an element necessary for improving the quenchability by solid solution in the matrix and ensuring the strength after quenching. Further, Mn has an effect of improving machinability by combining with S in the steel material to generate MnS-based sulfide. However, if the Mn content is less than 0.05%, S in the steel material combines with Fe to produce FeS, and the steel becomes brittle. On the other hand, when the Mn content increases, specifically, when the Mn content exceeds 3.0%, the hardness of the work material increases and the workability and machinability deteriorate. Therefore, the Mn content in the work material is 0.05 to 3.0%, preferably 0.2 to 2.5%, more preferably 0.35 to 2.0%.
  • P 0.001 to 0.2%
  • P has an effect of improving machinability.
  • the P content is less than 0.001%, the effect cannot be obtained.
  • the P content increases, specifically, when the P content exceeds 0.2%, the toughness is greatly reduced, the hardness of the work material in steel is increased, and only cold workability is achieved.
  • hot workability and casting properties are also reduced. Therefore, the P content in the work material is 0.001 to 0.2%, preferably 0.005 to 0.1%, and more preferably 0.01 to 0.05%.
  • S 0.001 to 0.35%
  • MnS has the effect of improving machinability.
  • the S content needs to be 0.001% or more.
  • the S content in the work material is 0.001 to 0.35%, preferably 0.005 to 0.15%, and more preferably 0.01 to 0.07%.
  • N 0.002 to 0.035%
  • N combines with Al, Ti, V, Nb, or the like to generate nitrides or carbonitrides, and has an effect of suppressing coarsening of crystal grains.
  • the N content is less than 0.002%, the effect is insufficient.
  • the N content exceeds 0.035%, the effect will be saturated and hot ductility will deteriorate remarkably, and manufacture of a rolled steel material will become very difficult. Therefore, the N content in the work material is 0.002 to 0.035%, preferably 0.003 to 0.02%, and more preferably 0.0035 to 0.016%.
  • O more than 0% and 0.003% or less O is an impurity inevitably contained. If the O content is excessive, a large amount of coarse oxide inclusions are generated in the steel, and the tool wear during cutting increases due to abrasive wear. In this case, the amount of solute Al described later may decrease. Therefore, it is desirable to reduce the O content as much as possible. Therefore, the O content needs to be limited to 0.003% or less, and is preferably limited to 0.0015% or less.
  • Al 0.05 to 1.0%
  • Solid solution Al 0.05-1.0%
  • Al is the most important element in the present invention. Al improves the internal quality of steel as a deoxidizing element.
  • Al is an indispensable element for improving the tool life when cutting a work material while spraying a mist containing an oxidizing gas and a cutting fluid on the cutting edge of the tool and the surface of the work material. That is, when the solid solution Al in the steel material and oxygen in the mist react chemically, an oxide protective film mainly composed of alumina is formed on the tool, and the tool life is improved.
  • an Al content of 0.05% or more is necessary.
  • the Al content is 0.05 to 1.0%, preferably 0.08 to 0.5%, more preferably more than 0.1% and 0.26% or less.
  • the amount of solute Al needs to be 0.05% or more.
  • the amount of solute Al is required to be 0.05% or more, if N is present in a predetermined amount (for example, 0.002% or more), it is necessary to add Al to the steel in consideration of the N amount. There is. Therefore, the Al content [Al%] and the N content [N%] must be mass% and satisfy the following formula (1), and preferably satisfy the following formula (2). [Al%]-(27/14) ⁇ [N%] ⁇ 0.05 (1) [Al%] ⁇ (27/14) ⁇ [N%]> 0.1 (2) In addition, the upper limit of the amount of solute Al is 1.0%.
  • this mechanical structural steel may contain Ca in order to improve machinability.
  • Ca 0.0001 to 0.02%
  • Ca is a deoxidizing element, and lowers the melting point of a hard oxide such as Al 2 O 3 to soften the hard oxide, thereby improving the machinability of the work piece and suppressing tool wear.
  • the Ca content is less than 0.0001%, this machinability improving effect cannot be obtained.
  • the Ca content exceeds 0.02%, CaS is generated in the steel, and the machinability is lowered. Therefore, when Ca is added to the steel, the Ca content is 0.0001 to 0.02%, preferably 0.0003 to 0.005%, more preferably 0.0004 to 0.0020%. is there.
  • this mechanical structural steel has Ti: 0.0005 to 0.5%, Nb: 0.0005 in addition to the above components.
  • One or more elements selected from the group consisting of ⁇ 0.5%, W: 0.0005 ⁇ 1.0%, and V: 0.0005 ⁇ 1.0% may be contained.
  • Ti 0.0005 to 0.5%
  • Ti is an element that forms carbonitrides and contributes to suppression of austenite grain growth and strengthening of steel. Therefore, Ti is used as an element for preventing coarse grains and adjusting the grain size of the structure in steels that require high strength and steels that require low strain.
  • Ti is also a deoxidizing element and has the effect of improving machinability by forming a soft oxide.
  • the Ti content is less than 0.0005%, the effect is not recognized.
  • the Ti content exceeds 0.5%, undissolved coarse carbonitrides that cause hot cracking precipitate, and the mechanical properties are impaired. Therefore, when Ti is added to the steel, the Ti content is 0.0005 to 0.5%, preferably 0.01 to 0.3%.
  • Nb 0.0005 to 0.5%
  • Nb is also an element that forms carbonitrides and contributes to the strengthening of steel by secondary precipitation hardening and the suppression of the growth of austenite grains. Therefore, steel that requires high strength and steel that requires low strain is used as an element that prevents coarse grains and regulates the grain size of the structure.
  • the Nb content is less than 0.0005%, the effect of increasing the strength cannot be obtained.
  • the Nb content exceeds 0.5%, undissolved coarse carbonitrides that cause hot cracking precipitate, and the mechanical properties are impaired. Therefore, when Nb is added to the steel, the Nb content is 0.0005 to 0.5%, preferably 0.005 to 0.2%.
  • W 0.0005 to 1.0%
  • W is also an element that forms carbonitride and can strengthen steel by secondary precipitation hardening.
  • the W content is less than 0.0005%, the effect of increasing the strength cannot be obtained.
  • the W content exceeds 1.0%, undissolved coarse carbonitrides that cause hot cracking precipitate, and the mechanical properties are impaired. Therefore, when W is added to the steel, the W content is 0.0005 to 1.0%, preferably 0.01 to 0.8%.
  • V 0.0005 to 1.0%
  • V is an element that forms carbonitride and can strengthen the steel by secondary precipitation hardening, and is appropriately added to steel that requires high strength.
  • the V content is less than 0.0005%, the effect of increasing the strength cannot be obtained.
  • V content exceeds 1.0%, undissolved coarse carbonitrides that cause hot cracking are precipitated, and mechanical properties are impaired. Therefore, when V is added to the steel, the V content is 0.0005 to 1.0%, preferably 0.01 to 0.8%.
  • this mechanical structural steel is a group consisting of Ta: 0.0001 to 0.2%, Hf: 0.0001 to 0.2% in addition to the above components.
  • One or more elements selected from may be contained.
  • Ta 0.0001 to 0.2%
  • Ta is an element that contributes to the strengthening of steel by secondary precipitation hardening and the suppression of the growth of austenite grains. Therefore, Ta is used as an element that prevents coarse grains and regulates the crystal grains of the structure in steels that require high strength and steels that require low strain.
  • the Ta content is less than 0.0001%, the effect of increasing the strength cannot be obtained.
  • the Ta content exceeds 0.2%, the mechanical properties are impaired by the undissolved coarse precipitates that cause hot cracking. Therefore, when Ta is added to the steel, the Ta content is 0.0001 to 0.2%, preferably 0.001 to 0.1%.
  • Hf 0.0001 to 0.2% Hf, like Ti, is an element that contributes to the suppression of austenite grain growth and the strengthening of steel. Therefore, Hf is used as an element that prevents coarse grains and regulates the crystal grains of the structure in steels that require high strength and steels that require low strain. However, when the Hf content is less than 0.0001%, the effect of increasing the strength cannot be obtained. On the other hand, when Hf is added to the steel and the Hf content exceeds 0.2%, mechanical properties are impaired due to undissolved coarse precipitates that cause hot cracking. Therefore, when Hf is added to the steel, the Hf content is 0.0001 to 0.2%, preferably 0.001 to 0.1%.
  • this steel for mechanical structure includes Mg: 0.0001 to 0.02%, Zr: 0.0001 to 0 in addition to the above components.
  • One or more elements selected from the group consisting of 0.02% and Rem: 0.0001 to 0.02% may be contained.
  • Mg 0.0001 to 0.02%
  • Mg is a deoxidizing element and generates an oxide in steel.
  • Al 2 O 3 harmful to machinability is modified into MgO or Al 2 O 3 .MgO that is relatively soft and finely dispersed.
  • the oxide tends to be a nucleus of MnS and has an effect of finely dispersing MnS.
  • Mg content is less than 0.0001%, these effects are not recognized.
  • Mg forms a composite sulfide with MnS and spheroidizes MnS, but when Mg is added excessively in the steel and the Mg content exceeds 0.02%, single MgS generation is generated. Promotes and degrades machinability. Therefore, when adding Mg to the steel, the Mg content is 0.0001 to 0.02%, preferably 0.0003 to 0.0040%, more preferably 0.0005 to 0.0030%. is there.
  • Zr 0.0001 to 0.02%
  • Zr is a deoxidizing element and generates an oxide in steel.
  • the oxide is considered to be ZrO 2 , but since this oxide acts as MnS precipitation nuclei, there is an effect of increasing MnS precipitation sites and uniformly dispersing MnS.
  • Zr also has a function of forming a complex sulfide by dissolving in MnS, reducing the deformability of MnS, and suppressing the elongation of the MnS shape during rolling and hot forging.
  • Zr is an effective element for reducing anisotropy.
  • the Zr content is less than 0.0001%, a remarkable effect cannot be obtained for these.
  • the Zr content is 0.0001 to 0.02%, preferably 0.0003 to 0.01%, more preferably 0.0005 to 0.005%. is there.
  • Rem 0.0001 to 0.02%
  • Rem is a deoxidizing element, generates a low melting point oxide, and suppresses nozzle clogging during casting. Furthermore, Rem has a function of suppressing the elongation of the MnS shape during rolling and hot forging by dissolving or bonding to MnS and reducing the deformability of MnS. Thus, Rem is an element effective for reducing anisotropy.
  • the Rem content is less than 0.0001% in total, the effect is not remarkable.
  • Rem content is added to the steel and the Rem content exceeds 0.02%, a large amount of Rem sulfide is generated and the machinability deteriorates. Therefore, when Rem is added to the steel, the Rem content is 0.0001 to 0.02%, preferably 0.0003 to 0.015%, more preferably 0.0005 to 0.01%. is there.
  • this steel for machine structural use includes Sb: 0.0001 to 0.015%, Sn: 0.0005 to 2.0%, Zn: 0.0005 to 0.5%, B: 0.0001 to 0.015%, Te: 0.0003 to 0.2%, Se: 0.0003 to 0.2%, Bi: 0.001 to One or more elements selected from the group consisting of 0.5% and Pb: 0.001 to 0.5% may be contained.
  • Sb 0.0001 to 0.015%
  • Sb moderately embrittles ferrite and improves machinability. The effect is not observed when the Sb content is less than 0.0001%. Further, when the Sb content increases, specifically, when the Sb content exceeds 0.015%, excessive macrosegregation of Sb occurs, and the impact value greatly decreases. Therefore, when Sb is added to the steel, the Sb content is 0.0001 to 0.015%, preferably 0.0005 to 0.012%, more preferably 0.001 to 0.01%. is there.
  • Sn 0.0005 to 2.0%
  • Sn has the effect of making the ferrite brittle and extending the tool life and improving the surface roughness. However, the effect is not recognized when Sn content is less than 0.0005%. Moreover, when Sn is added to steel and Sn content exceeds 2.0%, the effect will be saturated. Therefore, when Sn is added to the steel, the Sn content is 0.0005 to 2.0%, preferably 0.001 to 1.0%, more preferably 0.01 to 0.2%. is there.
  • Zn 0.0005 to 0.5%
  • Zn has the effect of making the ferrite brittle and extending the tool life and improving the surface roughness.
  • the Zn content is less than 0.0005%, the effect is not recognized.
  • the Zn content exceeds 0.5%, the effect is saturated. Therefore, when Zn is added to the steel, the Zn content is 0.0005 to 0.5%, preferably 0.001 to 0.3%, more preferably 0.01 to 0.1%. is there.
  • B 0.0001 to 0.015%
  • B is effective in grain boundary strengthening and hardenability when dissolved in steel, and is effective in improving machinability when precipitated as BN. These effects are not significant when the B content is less than 0.0001%.
  • the B content is 0.0001 to 0.015%, preferably 0.0005 to 0.01%, more preferably 0.001 to 0.003%. is there.
  • Te 0.0003 to 0.2% Te is an element that improves machinability. Te also has the function of generating MnTe or coexisting with MnS to reduce the deformability of MnS and suppress the extension of the MnS shape. Thus, Te is an element effective for reducing anisotropy. However, when the Te content is less than 0.0003%, these effects are not recognized. On the other hand, when the Te content exceeds 0.2%, not only the effect is saturated, but also the hot ductility is reduced and soot tends to be generated. Therefore, when Te is added to the steel, the Te content is 0.0003 to 0.2%, preferably 0.0005 to 0.1%, more preferably 0.001 to 0.01%. is there.
  • Se 0.0003 to 0.2%
  • Se is an element that improves machinability. Se also has the function of generating MnSe or coexisting with MnS to reduce the deformability of MnS and suppress the extension of the MnS shape. Thus, Se is an element effective for reducing anisotropy.
  • Se content is less than 0.0003%, these effects are not recognized. If the Se content exceeds 0.2%, the effect is saturated. Therefore, when Se is added to the steel, the Se content is 0.0003 to 0.2%, preferably 0.0005 to 0.1%, more preferably 0.001 to 0.01%. is there.
  • Bi 0.001 to 0.5%
  • Bi is an element that improves machinability.
  • the Bi content is less than 0.001%, the effect cannot be obtained.
  • the Bi content exceeds 0.5%, not only the effect of improving the machinability is saturated but also the hot ductility is lowered and flaws are easily generated. Therefore, when Bi is added to the steel, the Bi content is 0.001 to 0.5%, preferably 0.01 to 0.3%, more preferably 0.04 to 0.25%. is there.
  • Pb 0.001 to 0.5%
  • Pb is an element that improves machinability.
  • the Pb content is less than 0.001%, the effect is not recognized.
  • the Pb content exceeds 0.5%, not only the effect of improving the machinability is saturated, but also the hot ductility is lowered and flaws are easily generated. Therefore, when Pb is added to the steel, the Pb content is 0.001 to 0.5%, preferably 0.01 to 0.3%, more preferably 0.04 to 0.25%. is there.
  • this steel for mechanical structure contains Cr: 0.001 to 3.0%, Mo: 0
  • One or more elements selected from the group consisting of 0.001 to 1.0% may be contained.
  • Cr 0.001 to 3.0% Cr is an element that improves hardenability and imparts temper softening resistance to steel, and is added to steel that requires high strength. However, when the Cr content is less than 0.001%, these effects cannot be obtained. In addition, when a large amount of Cr is added to the steel, specifically, if the Cr content exceeds 3.0%, Cr carbide is generated and the steel becomes brittle. Therefore, when Cr is added to the steel, the Cr content is 0.001 to 3.0%, preferably 0.01 to 2.3%, more preferably 0.1 to 1.8%. is there.
  • Mo 0.001 to 1.0%
  • Mo is an element that imparts temper softening resistance to steel and improves hardenability, and is added to steel that requires high strength.
  • Mo content is less than 0.001%, these effects cannot be obtained.
  • Mo content will be saturated if Mo is added in steel and Mo content exceeds 1.0%. Therefore, when Mo is added to the steel, the Mo content is 0.001 to 1.0%, preferably 0.01 to 0.8%, more preferably 0.05 to 0.5%. is there.
  • this mechanical structural steel is made of Ni: 0.001 to 5.0%, Cu: 0.001 to 5.0%. It may contain one or more selected elements.
  • Ni 0.001 to 5.0%
  • Ni is an element that strengthens ferrite, improves ductility, and improves hardenability and corrosion resistance.
  • the Ni content is less than 0.001%, the effect is not recognized.
  • the Ni content exceeds 5.0%, the effect is saturated in terms of mechanical properties, and the machinability is lowered. Therefore, when Ni is added to the steel, the Ni content is 0.001 to 5.0%, preferably 0.1 to 4.0%, more preferably 0.3 to 3.0%. is there.
  • Cu 0.001 to 5.0%
  • Cu is an element that strengthens ferrite and improves hardenability and corrosion resistance.
  • the Cu content is less than 0.001%, the effect is not recognized.
  • the Cu content exceeds 5.0%, the effect is saturated in terms of mechanical properties. Therefore, when Cu is added to the steel, the Cu content is 0.001 to 5.0%, preferably 0.01 to 4.0%, more preferably 0.1 to 3.0%. is there.
  • Ni since Cu lowers hot ductility and tends to cause defects during rolling, in this case, it is preferable to add Ni at the same time.
  • this machine structural steel is composed of Li: 0.00001 to 0.005%, Na: 0.00001 to 0.005%, K
  • One or more elements selected from the group consisting of: 0.00001 to 0.005%, Ba: 0.00001 to 0.005%, and Sr: 0.00001 to 0.005% may be contained.
  • Li 0.00001 to 0.005% Li suppresses tool wear by forming a low melting point oxide in steel. However, when the Li content is less than 0.00001%, the effect is not recognized. Moreover, when Li is added to steel and the Li content exceeds 0.005%, not only the effect is saturated, but also refractory erosion may be caused. Therefore, when Li is added to the steel, the Li content is 0.00001 to 0.005%, preferably 0.0001 to 0.0045%.
  • Na 0.00001 to 0.005% Na, like Li, suppresses tool wear by forming a low melting point oxide in steel.
  • the Na content is less than 0.00001%, the effect is not recognized.
  • the Na content exceeds 0.005%, not only the effect is saturated but also refractory melting may occur. Therefore, when Na is added to the steel, the Na content is 0.00001 to 0.005%, preferably 0.0001 to 0.0045%.
  • K 0.00001 to 0.005% K also suppresses tool wear by forming a low-melting-point oxide in steel like Li. However, when the K content is less than 0.00001%, the effect is not recognized. Moreover, when K is added to steel and the K content exceeds 0.005%, not only the effect is saturated, but also refractory melting may occur. Therefore, when K is added to the steel, the K content is 0.00001 to 0.005%, preferably 0.0001 to 0.0045%.
  • Ba 0.00001 to 0.005% Ba, like Li, suppresses tool wear by forming a low melting point oxide in steel.
  • the Ba content is less than 0.00001%, the effect is not recognized.
  • the Ba content exceeds 0.005%, not only the effect is saturated, but also refractory melting may occur. Therefore, when Ba is added to the steel, the Ba content is 0.00001 to 0.005%, preferably 0.0001 to 0.0045%.
  • Sr 0.00001 to 0.005% Sr also suppresses tool wear by forming a low-melting-point oxide in steel as in Li. However, when the Sr content is less than 0.00001%, the effect is not recognized. Moreover, when Sr is added to the steel and exceeds 0.005%, not only the effect is saturated, but also the refractory may be melted. Therefore, when Sr is added to the steel, the Sr content is 0.00001 to 0.005%, preferably 0.0001 to 0.0045%.
  • MQL cutting that is, a tiny amount of cutting fluid is made mist with a large amount of carrier gas, and the tool edge or the surface of the work material is obtained.
  • the solid solution Al in the steel material and the oxygen in the mist react chemically to form an oxide protective film mainly composed of alumina on the tool. Excellent tool life can be obtained.
  • FIG. 1A An outline of the tool life evaluation test is shown in FIG. 1A.
  • a cemented carbide drill 1 provided with an oil hole is attached to the spindle of a horizontal machining center, and a mist 2 in which a carrier gas and a cutting fluid are mixed is sprayed from an oil hole of a drill (tool) 1.
  • Drilling was performed at a drilling position 4 of a test piece (test piece) 3 for tool life evaluation fixed by a vise.
  • the drill 1 is provided with an oil hole 5 in a tip blade portion where a flank 6 is formed.
  • the direction of the bent arrow is the rotation direction
  • the direction of the straight arrow is the feed direction of the drill.
  • Tables 6 and 7 show various conditions during cutting in the tool life evaluation test.
  • air was used as the gas having an oxygen concentration of 21%.
  • a gas having an oxygen concentration higher than 21% was prepared by using an oxygen concentrator, and a gas having an oxygen concentration lower than 21% was prepared by mixing nitrogen with air.
  • the oxygen concentration C O2 (%) was measured with an oxygen concentration meter.
  • the amount q (ml / hour) of the cutting fluid was determined using the specific gravity of the cutting fluid from the change in weight per unit time obtained by applying mist to the nonwoven fabric.
  • the flow rate Q (l / min) of the carrier gas and the supply pressure P (MPa) of the carrier gas were measured with a flow meter and a pressure meter attached to the mist generator, respectively.
  • the pump shot frequency N was determined by measuring the number of times the air solenoid valve of the mist generator was opened and closed.
  • the temperature T (° C.) of the carrier gas was measured with a thermometer.
  • the gas below 0 ° C. was prepared by an air cooling device, and the gas above 40 ° C. was prepared by a gas heater. Gases in other temperature ranges were obtained by adjusting the temperature in the test chamber.
  • the cross-sectional area of the discharge port of the mist S (mm 2), was calculated from the diameter of the oil hole drilled in the drill (opening diameter) d h. Since the drill used this time has two oil holes, the sum of the cross-sectional areas of the two oil holes was used.
  • test no. In A1 to A8, B1 to B7, C1 to C8, D1 to D7, and E1 to E8, the tool wear was small and an excellent tool life was obtained. Even when elements for increasing the strength and controlling the morphology of the sulfide are added, sufficient machinability is obtained by sufficiently optimizing the chemical components and cutting conditions of the steel material.
  • Test No. In A11, B8, B9, C9, D8 to 10, and E10, the Al content, the oxygen concentration of the carrier gas, and the amount of the cutting fluid in the carrier gas are appropriately controlled. Therefore, these test Nos. Then, tool wear was improved by forming an oxide protective film mainly composed of alumina on the tool. For example, test no.
  • test No. 1 test No. Compared with A1, since the value S / P obtained by dividing the discharge port cross-sectional area S (mm 2 ) by the supply pressure P (MPa) is too small, the particle size of the mist greatly increased. Therefore, this test No. In A11, test no. Compared with A1, since the cutting fluid adhered to the tool too much and oxides mainly composed of alumina were hardly formed on the tool, tool wear progressed. Test No.
  • Test No. In C9 test no. Compared with C3, the frequency of pump shots was too low, so that it was difficult to obtain a lubricating action, and tool wear progressed.
  • Test No. In C10 since the C content is excessive, a large amount of hard carbide is precipitated in the work material. Compared with C4, machinability was reduced.
  • Test No. In C11 since the Si content is excessive, the hardness of the work material is increased. Compared with C1, machinability decreased.
  • Test No. In C12 since the Mn content is excessive, the hardness of the work material is increased. Compared with C6, machinability was reduced.
  • Test No. In C13 since the Al content is excessive, a large amount of a high melting point and hard oxide is present in the work material. Tool wear increased compared to C9.
  • Test No. In D8 test no. Compared with D2, the value q / Q obtained by dividing the amount q (ml / hour) of the cutting fluid by the flow rate Q (l / min) of the carrier gas is too large, so alumina is mainly formed on the tool by mist adhering to the tool. It became difficult to produce the oxide. Therefore, this test No. In D8, test no. Tool wear progressed compared to D2. Test No. In D9, test no. Compared with D1, the pump shot frequency was too high, and it became difficult for oxides mainly composed of alumina to be generated on the tool by the mist adhering to the tool. Therefore, this test No. In D9, test no. Tool wear progressed compared to D1. Test No.
  • test No. In E9 since the amount of cutting fluid in the mist was too large, the mist adhering to the tool prevented the formation of an oxide protective film mainly composed of alumina on the tool. Therefore, this test No. In E9, test no. Tool wear progressed compared to E1.
  • Test No. In E10 test no. Compared with E8, since the value S / P obtained by dividing the discharge port cross-sectional area S (mm 2 ) by the supply pressure P (MPa) was too large, the particle size of the mist became small. Therefore, this test No. In E10, test no. Compared with E8, mist did not adhere to the tool so much that it was difficult to obtain a lubricating effect, and tool wear progressed. Test No.
  • MQL cutting that is, by cutting while spraying this mist-like cutting fluid on the cutting edge of the tool and the surface of the work material by misting the cutting fluid with carrier gas
  • Tool life is improved.
  • mist was supplied from an oil hole in the drilling using a drill was illustrated.
  • the tool life can be improved with respect to any of continuous cutting such as turning and tapping, milling, end milling, and intermittent cutting such as hobbing.
  • the tool life can be improved even if mist is supplied by various mist supply methods, such as a method in which mist is sprayed from the nozzle installed outside to the cutting part or a tool holder of the machine tool is provided with an MQL mist supply function.
  • various mist supply methods such as a method in which mist is sprayed from the nozzle installed outside to the cutting part or a tool holder of the machine tool is provided with an MQL mist supply function.
  • MQL cutting described in the examples is an example, and the gist of the present invention is not limited to these descriptions, and is widely interpreted based on the claims.
  • Machine tool with excellent tool life when cutting machine structural steel while spraying this mist of cutting fluid into the mist of carrier blade and spraying this mist of cutting fluid onto the surface of the workpiece.
  • a method for cutting structural steel is provided.

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Abstract

　この機械構造用鋼の切削方法では、０．０１～２００ｍｌ／時の供給速度で供給される切削油剤と体積％で２１％以上かつ５０％以下の酸素を含む酸化性ガスとを混ぜ合わせてミストを生成し、このミストを工具の刃先表面及び機械構造用鋼の表面に吹きかけながら、前記機械構造用鋼を切削し、前記機械構造用鋼が、質量％で、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％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、Ｏ：０．００３％以下に制限し、かつＡｌ含有量［Ａｌ％］と、Ｎ含有量［Ｎ％］とが、［Ａｌ％］－（２７／１４）×［Ｎ％］≧０．０５％を満足する。

Description

機械構造用鋼の切削方法
　本発明は、機械構造用鋼の切削方法に関する。
　本願は、２０１０年３月３０日に、日本に出願された特願２０１０－７８２３１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　近年の地球環境問題から、工業製品を製造する際に、省エネルギー、省資源、環境負荷物質低減などの環境配慮が必要不可欠になっている。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（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）、クランクシャフト、コンロッド、ＣＶＪ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ Ｊｏｉｎｔ）などの部品のほとんどは、機械構造用鋼を切削加工することによって製造されている。そこで、機械構造用鋼の切削加工の分野においても、切削技術及び削られる被削材としての機械構造用鋼の点から、環境に配慮した技術を検討する必要がある。
　機械構造用鋼の切削技術においては、特に切削油剤の使用を少なくすることが必要である。切削油剤は、工具と被削材との間の潤滑、切削加工時の冷却、切りくずの排除などの役割を担い、切削加工効率を飛躍的に向上させるため、これまで、切削油剤を比較的大量に用いた切削が行われてきた。しかし、生産環境の改善及び廃棄物のミニマム化を目指し、切削油剤を極力低減しても高効率が得られる切削技術が求められている。
　一方、機械構造用鋼に対しては、切削加工能率を高めるため、鋼材の被削性、つまり鋼材の削りやすさを高めることが必要である。従来、機械構造用鋼の被削性の向上には、鋼中へのＳやＰｂの添加が行われてきた。しかし、Ｓは、その添加量が増大すると、機械的性質を劣化させるという問題がある。一方、Ｐｂは、機械的性質をあまり低下させることなく被削性を向上させることから、特に機械構造用鋼の被削性向上に重宝されてきた。しかしながら、Ｐｂは、環境負荷物質であるという問題がある。そのため、Ｓ及びＰｂを使わずに被削性を向上させる技術が求められている。
　このような背景の中、機械構造用鋼の切削技術において、例えば非特許文献１では、切削油剤の使用を極力少なくしたＭＱＬ（Ｍｉｎｉｍａｌ　Ｑｕａｎｔｉｔｙ　Ｌｕｂｒｉｃａｎｔｓ）切削という技術が検討されている。ＭＱＬ切削は、極微量の切削油剤を多量のキャリアガスによりミスト状にし、工具の刃先や被削材の表面にこのミスト状の切削油剤を吹き付けながら切削する方法である。この技術により、切削油剤の使用量を大幅に削減することができる。
　また、機械構造用鋼においては、新しい成分組成や組織をもつ鋼材の検討がなされている。例えば、特許文献１には、Ａｌおよびその他の窒化物生成元素の添加量とＮの添加量とを調整するとともに、適切な熱処理を行った機械構造用鋼が開示されている。この機械構造用鋼では、被削性に有害な固溶Ｎを低く抑え、高温脆化により被削性を向上させる固溶Ａｌ、および高温脆化とへき開性の結晶構造とにより被削性を向上させるＡｌＮを適量確保している。そのため、この機械構造用鋼は、低速から高速までの幅広い切削速度域に対して優れた被削性を有し、高い衝撃値と降伏比を併せ持っている。さらに、特許文献２には、微量の潤滑油を使用した切削用の鋼材、つまりＭＱＬ切削用の鋼材を開示している。この鋼材では、ＭＱＬ切削時の切削抵抗と相関のある２００～４００℃近傍の強度を低下させるために、Ｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｏなどの元素の添加量を規定し、フェライト－パーライト組織のフェライト率を規定することにより工具寿命の向上を達成している。
　このように、切削加工における環境対応技術として、ＭＱＬ切削や鋼材成分の検討が進められており、今後さらに環境に配慮した技術を検討する際には、ＭＱＬ切削の方法と鋼材成分との両方を検討していく必要がある。
特開２００８－１３７８８号公報 特開２００６－８３４４８号公報
「トライボロジスト」第５３巻　第１号（２００８）、Ｐ４～９「環境対応型切削技術におけるトライボロジーの役割」
　しかしながら、前述した従来の技術には、以下に示す問題点がある。
　非特許文献１では、ＭＱＬ切削の方法及び油剤の作用機構が記載されているが、使用される鋼材（被削材）がＪＩＳＳ４５Ｃ鋼のみであり、被削材に関する詳しい検討はなされていない。特に、ＭＱＬは、すべての切削条件（切削油剤、工具、被削材、工作機械、加工法）において適用できるわけではない。
　また、特許文献１には、ＭＱＬ切削が記載されておらず、機械構造用鋼は、ドリル加工や旋削加工等の従来の切削方法を用いて切削される。
　さらに、特許文献２には、ＭＱＬ用の鋼材が開示されているが、ＭＱＬ切削時の条件に関しては詳細に開示されていない。そのため、特許文献２に開示された技術を、幅広い切削条件において適用できるとは限らない。
　ＭＱＬ切削を幅広い切削条件において適用するためには、ＭＱＬ切削の方法と鋼材成分との両方を検討し、微量潤滑（Ｍｉｎｉｍａｌ　Ｑｕａｎｔｉｔｙ　Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ）下でも優れた被削性が得られる手法を開発する必要があるが、現状ではそのような手法が提案されていないと思われる。
　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、ＭＱＬ切削、つまり、極微量の切削油剤をキャリアガスによりミスト状にし、工具の刃先や被削材の表面にこのミスト状の切削油剤を吹き付けながら切削を行う場合において、工具寿命に優れた機械構造用鋼の切削方法を提供することにある。
　本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を行った。特に、工具寿命に与える影響が大きいと考えられる工具と被削材との界面の潤滑メカニズムに注目し、文献調査ならびに実験を行った。
　非特許文献１には、ＭＱＬ切削時の工具と被削材との界面において、次のような現象が起こることを記載している。
　（Ａ）ＪＩＳＳ４５Ｃ鋼のＭＱＬ切削において、キャリアガス中の酸素濃度が高いほど切削抵抗を低減する。この理由は、ミスト中の酸素が切削によって生じた金属新生面へ吸着及び反応して酸化鉄の被膜を形成し、この酸化鉄は、せん断強度が低いため、摩擦における固体潤滑剤として作用するためである。
　（Ｂ）一方、アルミニウム合金のＭＱＬ切削においては、ＪＩＳＳ４５Ｃ鋼とは逆の挙動を示し、キャリアガス中の酸素濃度が高いほど切削抵抗が増加する。この理由は、ミスト中の酸素が切削によって生じた金属新生面へ吸着及び反応して高硬度なアルミナを形成し、このアルミナは、せん断強度が高いため、摩擦特性を悪化させるためである。
　このように、被削性を向上させるためには、工具と被削材との界面に酸化鉄を生成させることが好ましく、アルミナを生成させることは摩擦特性を悪化させるため好ましくないと考えられていた。発明者らは、このような工具と被削材との界面での酸化物生成に着目し、種々の実験を重ねることで、以下の知見を得た。
　（ａ）発明者らは、固溶Ａｌが多量に存在する鋼材に対して、キャリアガス中の酸素濃度を高めた条件でＭＱＬ切削を行った場合、鋼材の新生面及び工具上にアルミナを主体とする酸化物が生成することを、ＳＥＭ－ＥＤＳ、ＡＥＳやＴＥＭ－ＥＤＳを用いることにより発見した。Ａｌは、Ｆｅよりも酸素との結合力が大きい元素であるので、固溶Ａｌを多量に含む鋼材に対して酸素濃度が高いキャリアガスを用いてＭＱＬ切削を行った場合、固溶Ａｌとミスト中の酸素との化学反応が起こり、鋼材の場合でも、酸化鉄ではなくアルミナを主体とする酸化物が生成される。
　（ｂ）切削後の鋼材表面をＳＥＭなどで詳細に観察したところ、激しい凝着の痕跡などが見られなかったことから、鋼材の新生面に生成したアルミナを主体とする酸化物は、摩擦特性を悪化させないことがわかった。この理由については、次のように考えられる。例えば「溶融金属と金属酸化物間の付着仕事について、中野昭三郎、大谷正康、日本金属学会誌、第３４巻、１９７０年、Ｐ５６２～５６７」に記載されているように、アルミナと金属元素との結合エネルギーは、金属元素の酸化物の生成自由エネルギーが小さいほど大きい。Ｆｅは、Ａｌと比較して酸化物の生成自由エネルギーが大きい元素であるので、アルミナが鋼材の新生面に生成した場合の結合エネルギーは、アルミナがアルミニウム合金の新生面に生成した場合の結合エネルギーに比べて小さい。よって、鋼材の新生面にアルミナが生成しても、鋼材とアルミナとの界面から容易にせん断が生じ、アルミナが摩擦の抵抗として作用しない。
　（ｃ）アルミナが硬質であるため、工具上に生成したアルミナを主体とする酸化物は、工具保護膜として働き、工具に耐摩耗性を付与して工具寿命を向上させる。
　（ｄ）工具上にアルミナを安定的に生成させて工具寿命を向上させるためには、切削油剤の量、キャリアガスの流量と切削油剤の量との比、ミスト吐出断面積とキャリアガスの供給圧力との比、１秒あたりのミスト吐出回数、キャリアガスの温度を最適化することが必要である。
　このように、鋼材成分とＭＱＬ切削の条件とを適正化することにより、鋼材の切削時に金属新生面及び工具上にアルミナを主体とする酸化物を生成させることができ、この酸化物による工具保護膜の形成によって工具寿命を向上させることができることを知見した。本発明は、上記知見に基づいて完成させた。
　すなわち、本発明に係る機械構造用鋼の切削方法は、次の通りである。
　（１）本発明の一態様に係る機械構造用鋼の切削方法では、０．０１～２００ｍｌ／時の供給速度で供給される切削油剤と、体積％で２１％以上かつ５０％以下の酸素を含む酸化性ガスとを混ぜ合わせてミストを生成し、このミストを工具の刃先表面及び機械構造用鋼の表面に吹きかけながら、前記機械構造用鋼を切削し、前記機械構造用鋼が、質量％で、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％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、Ｏ：０．００３％以下に制限し、かつＡｌ含有量［Ａｌ％］と、Ｎ含有量［Ｎ％］とが、［Ａｌ％］－（２７／１４）×［Ｎ％］≧０．０５を満足する。
　（２）上記（１）に記載の機械構造用鋼の切削方法では、前記機械構造用鋼が、さらに、質量％で、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％の内の１種以上をさらに含有していてもよい。
　（３）上記（１）または（２）に記載の機械構造用鋼の切削方法では、前記酸化性ガスの流量をＱ（ｌ／分）、前記切削油剤の供給速度をｑ（ｍｌ／時）と定義した場合に、ｑ／Ｑの比が、０．００１～１を満たしてもよい。
　（４）上記（１）または（２）に記載の機械構造用鋼の切削方法では、前記ミストを吐出する出口の断面積をＳ（ｍｍ２）、前記酸化性ガスの供給圧力をＰ（ＭＰａ）と定義した場合に、Ｓ／Ｐの比が、０．２～４０を満たしてもよい。
　（５）上記（１）または（２）に記載の機械構造用鋼の切削方法では、前記切削油剤を供給する吐出ポンプの１秒当たりの吐出回数が、０．０５～１６回であってもよい。
　（６）上記（１）または（２）に記載の機械構造用鋼の切削方法では、前記酸化性ガスの温度が、－８０℃以上かつ４０℃以下であってもよい。
　（７）上記（１）または（２）に記載の機械構造用鋼の切削方法では、前記酸化性ガスの酸素濃度が、２５％以上かつ５０％以下であってもよい。
　本発明によれば、ＭＱＬ切削、つまり、極微量の切削油剤を多量のキャリアガスによりミスト状にし、工具の刃先や被削材の表面にこのミスト状の切削油剤を吹き付けながら切削を行う際に、工具寿命に優れた、機械構造用鋼の切削方法を提供することができる。
工具寿命評価試験の概要を説明する斜視図である。 工具寿命評価試験に使用するドリルの斜視図である。
　以下、本発明の機械構造用鋼の切削方法を実施するための最良の形態について説明する。
　まず、本発明の一実施形態に係るＭＱＬ切削に関して説明する。
　本実施形態のＭＱＬ切削では、キャリアガスに酸化性ガスを使用することが特徴である。本実施形態における酸化性ガスは、ガス中の酸素濃度が２１％以上のガスであり、空気も酸化性ガスに含まれる。固溶Ａｌを多量に含む鋼材に対して、キャリアガスとして酸化性ガスを用いてＭＱＬ切削を行うことにより、工具上にアルミナを主体とする酸化物を生成させることができ、この酸化物による工具保護膜の形成によって工具寿命を向上させることができる。ガス中の酸素濃度は、酸素濃度計により測定することができる。酸素濃度が２１％より高い気体は、空気に酸素を混合したり、酸素濃縮器を使ったりすることで得ることができる。工具上にアルミナを主体とする酸化物が生成するのを促進し、工具寿命をさらに高める場合には、酸素濃度が、２５％以上であることが好ましく、３０％以上であることがさらに好ましい。但し、安全面の問題から、酸素濃度が、５０％以下であることが好ましい。なお、このキャリアガス中の酸素濃度は、体積％である。
　ミスト中の切削油剤の量が２００ｍｌ／時を超えると、工具に付着したミストが工具上へのアルミナを主体とする酸化物の生成を妨げるため、工具寿命の向上が得られにくい。一方、切削油剤の量が０．０１ｍｌ／時未満であると、切削油剤による潤滑作用が得られにくい。よって、切削油剤の量（供給速度）は、０．０１～２００ｍｌ／時である必要がある。工具寿命及び切削効率の観点から、この切削油剤の量は、０．１～１５０ｍｌ／時であることが好ましく、１～１００ｍｌ／時であることがより好ましい。
　切削油剤の量は、キャリアガスの流量に応じて変化させることが望ましい。キャリアガス中の切削油剤の量（割合）が多すぎると、工具に付着したミストが工具上へのアルミナを主体とする酸化物の生成を妨げるため、工具寿命の向上が得られにくい。一方、キャリアガス中の切削油剤の量（割合）が少なすぎると、切削油剤による潤滑作用が得られにくい。そのため、キャリアガスの流量をＱ（ｌ／分）、切削油剤の量をｑ（ｍｌ／時）と定義すると、ｑをＱで除したｑ／Ｑが、０．００１～１であることが好ましく、０．００５～０．５であることがより好ましく、０．０１～０．２であることがさらに好ましい。
　また、工具刃先に供給されるミストの粒径が大きすぎると、切削油剤が、工具に付着しすぎて工具上へのアルミナを主体とする酸化物の生成を妨げる。一方、ミストの粒径が小さすぎると、工具にミストがほとんど付着せず、切削油剤による潤滑効果が得られにくい。よって、ミストの粒径を最適化することが望ましい。ミストの粒径は、最終的にミストを吐出する出口（油穴の開口端）の断面積と、キャリアガスの流速とにより変化し、断面積が小さく流速が大きいほど、ミストの粒径が大きくなりやすい。キャリアガス（酸化性ガス）の流速は、ガスの供給圧力が大きいほど速くなる。よって、断面積Ｓ（ｍｍ２）を供給圧力Ｐ（ＭＰａ）で割った値Ｓ／Ｐ（ｍｍ２／ＭＰａ）が小さいほど、ミストの粒径が大きくなる。Ｓ／Ｐが０．２～４０である場合には、ミストの粒径を適した範囲に制御でき、工具寿命がより向上する。そのため、ミストを吐出する出口の断面積をＳ（ｍｍ２）、酸化性ガスの供給圧力をＰ（ＭＰａ）と定義すると、ＳをＰで除したＳ／Ｐは、０．２～４０であることが好ましく、０．２５～２５であることがより好ましく、０．３～１０であることがさらに好ましい。ミストを吐出する出口の断面積は、ドリルなどの工具の油穴から軸心給油する場合には、油穴の断面積、ノズルから給油する場合には、ノズル穴の断面積である。油穴やノズル穴が複数ある場合には、この断面積は、それらの穴の断面積の合計値である。
　切削油剤は、吐出ポンプにより供給される。吐出ポンプによるポンプショット頻度（１秒当たりの吐出回数）が多すぎると、工具に付着したミストが工具上へのアルミナを主体とする酸化物の生成を妨げるため、工具寿命の向上が得られにくい。一方、ポンプショット頻度が少なすぎると、切削油剤による潤滑作用が得られにくい。そのため、このポンプショット頻度Ｎは、０．０５～１６Ｈｚ（回）であることが好ましく、０．１～８Ｈｚであることがより好ましく、０．５～４Ｈｚであることがさらに好ましい。
　ＭＱＬ切削では、一般的に切削油剤による冷却効果が小さいため、発熱が大きく、熱亀裂が生じて工具摩耗が生じやすい。そのため、冷却効果を高めて熱亀裂を防ぐことで、工具寿命をより高めることができる。そこで、低温のキャリアガスによって、冷却効果を高めることが望ましい。キャリアガスの温度が４０℃以下の場合に、さらに工具寿命の向上が得られる。そのため、キャリアガス（酸化性ガス）の温度は、４０℃以下であることが好ましく、２０℃以下であることがより好ましく、０℃以下であることがさらに好ましい。冷却ガスの取り扱い及び製造コストを考慮すると、温度が低過ぎない方が良いので、キャリアガスの温度が－８０℃以上であってもよい。冷却ガスは、空気冷却装置により得ることができる。
　ミストは、切削油剤と酸化性ガスをミスト生成装置に供給することで生成する。細径の工具の油穴からミストを軸心給油する場合には、工具内部で圧力損失が大きくなるため、酸化性ガスの供給圧力を高める場合もある。
　ＭＱＬ切削では、切削油剤の成分は、特に限定されない。なお、より環境に配慮する場合には、切削油剤が、生分解性潤滑油であることが好ましい。例えば、生分解性の高い合成エステル油や植物油を切削油剤として使用することができる。
　ＭＱＬ切削において、より冷却の効果を高めたい場合には、酸化性ガスと切削油剤とに加え、水などの冷却液をミスト状で供給してもよい。
　ミストの供給方法には、外部に設置したノズルから切削部にミストを噴射する方式、工作機械の工具ホルダにＭＱＬミストの供給機能を持たせる方式、回転主軸の中心部に設けた管路を通じて工具刃先の油穴からミストを供給する方式など複数の方式がある。これらのどの方式においても、工具寿命を高めることができる。
　本実施形態のＭＱＬ切削は、ドリル加工、旋削加工、タップ加工などの連続切削、フライス加工、エンドミル加工、ホブ加工などの断続切削のいずれに対して適用することができる。
　次に、本実施形態のＭＱＬ切削における機械構造用鋼（被削材）の各成分の含有量について説明する。ここで、この機械構造用鋼（被削材）は、以下に説明する各成分の残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる化学成分を有している。なお、以下の説明においては、化学組成における質量％を、単に％と記載する。
　Ｃ：０．０１～１．２％
　Ｃは、鋼材の基本強度に大きな影響を及ぼす元素である。しかしながら、Ｃ含有量が０．０１％未満である場合、十分な強度が得られない。一方、Ｃ含有量が１．２％を超えると、硬質の炭化物が多く析出するため、被削性が著しく低下する。よって、十分な強度と被削性とを得るため、被削材中のＣ含有量は、０．０１～１．２％であり、好ましくは０．０５～０．８％、さらに好ましくは０．１０～０．７０％である。
　Ｓｉ：０．００５～３．０％
　Ｓｉは、一般に脱酸元素として鋼中に添加され、フェライトの強化及び焼戻し軟化抵抗を付与する。しかしながら、Ｓｉ含有量が０．００５％未満である場合、十分な脱酸効果が得られない。一方、Ｓｉ含有量が３．０％を超えると、靭性及び延性が低くなると同時に、被削材の硬さが大きくなるため被削性も劣化する。よって、被削材中のＳｉ含有量は、０．００５～３．０％であり、好ましくは０．０１～２．５％、さらに好ましくは０．０５～２．０％である。
　Ｍｎ：０．０５％～３．０％
　Ｍｎは、マトリックスに固溶して焼入れ性を向上させ、焼入れ後の強度を確保するために必要な元素である。さらに、Ｍｎには、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０．０５％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含有量が増えると、具体的には、Ｍｎ含有量が３．０％を超えると、被削材の硬さが大きくなり加工性及び被削性が低下する。よって、被削材中のＭｎ含有量は、０．０５～３．０％であり、好ましくは０．２～２．５％、さらに好ましくは０．３５～２．０％である。
　Ｐ：０．００１～０．２％
　Ｐは、被削性を良好にする効果がある。しかしながら、Ｐ含有量が０．００１％未満である場合、その効果が得られない。また、Ｐ含有量が増えると、具体的には、Ｐ含有量が０．２％を超えると、靭性が大きく低化し、鋼中において被削材の硬さが大きくなり、冷間加工性だけでなく、熱間加工性及び鋳造特性も低下する。よって、被削材中のＰ含有量は、０．００１～０．２％であり、好ましくは０．００５～０．１％、さらに好ましくは０．０１～０．０５％である。
　Ｓ：０．００１～０．３５％
　Ｓは、Ｍｎと結合し、ＭｎＳ系硫化物として鋼中に存在する。ＭｎＳには、被削性を向上させる効果がある。その効果を顕著に得るためには、Ｓ含有量が０．００１％以上である必要がある。一方、Ｓ含有量が０．３５％を超えると、靭性及び疲労強度の低下を著しく促進する。よって、被削材中のＳ含有量は、０．００１～０．３５％であり、好ましくは０．００５～０．１５％、さらに好ましくは０．０１～０．０７％である。
　Ｎ：０．００２～０．０３５％
　Ｎは、Ａｌ、Ｔｉ、ＶまたはＮｂ等と結合して窒化物または炭窒化物を生成し、結晶粒の粗大化を抑制する効果がある。ただし、Ｎ含有量が０．００２％未満では、その効果が不十分である。また、Ｎ含有量が０．０３５％を超えると、その効果が飽和するとともに熱間延性が著しく劣化し、圧延鋼材の製造が極めて困難になる。よって、被削材中のＮ含有量は、０．００２～０．０３５％であり、好ましくは０．００３～０．０２％、さらに好ましくは０．００３５～０．０１６％である。
　Ｏ：０％超かつ０．００３％以下
　Ｏは、不可避的に含まれる不純物である。Ｏ含有量が過剰であると、粗大な酸化物系介在物が鋼材中に多量に生成し、アブレシブ摩耗により切削時の工具摩耗が増大する。また、この場合には、後述の固溶Ａｌ量が低下する場合がある。したがって、出来るだけＯ含有量を低減することが望ましい。そのため、Ｏ含有量を０．００３％以下に制限する必要があり、０．００１５％以下に制限することが好ましい。
　Ａｌ：０．０５～１．０％
　固溶Ａｌ：０．０５～１．０％
　Ａｌは、本発明で最も重要な元素である。Ａｌは、脱酸元素として鋼材の内部品質を向上させる。また、Ａｌは、酸化性ガスと切削油剤とを含むミストを工具の刃先及び被削材の表面に吹き付けながら被削材を切削する場合に、工具寿命を向上させるために不可欠な元素である。すなわち、鋼材中の固溶Ａｌとミスト中の酸素とが化学反応すると、工具上にアルミナを主体とする酸化物の保護膜が形成し、工具寿命が向上する。この工具寿命の向上に有効な固溶Ａｌを十分に生成させるためには、０．０５％以上のＡｌ含有量が必要である。しかしながら、Ａｌ含有量が１．０％を超えると、高融点で硬質な酸化物が鋼材中に多量に生成し、硬質介在物としてアブレシブ摩耗を起こすため切削時の工具摩耗を増大させる。よって、Ａｌ含有量は、０．０５～１．０％であり、好ましくは０．０８～０．５％、さらに好ましくは０．１％超かつ０．２６％以下である。
　上述の理由から、固溶Ａｌの量は、０．０５％以上必要である。鋼中にＮが存在すると、ＡｌＮが生成するため、Ａｌが含まれる場合であっても、固溶Ａｌが減少してしまう。すなわち、Ｎの原子量が１４、Ａｌの原子量が２７であることを考慮すると、例えば、鋼中にＮが０．０１％添加された場合、Ｎ含有量の約２倍（２７／１４倍）である０．０２％の固溶Ａｌが減少してしまうため、工具寿命が十分に向上しないことがある。固溶Ａｌの量は、０．０５％以上必要であるので、Ｎが、所定量（例えば、０．００２％以上）存在すれば、そのＮ量を考慮して鋼中にＡｌを添加する必要がある。したがって、Ａｌ含有量［Ａｌ％］とＮ含有量［Ｎ％］とが、質量％で、下記（１）式を満たす必要があり、下記（２）式を満たすことが好ましい。
　［Ａｌ％］－（２７／１４）×［Ｎ％］≧０．０５　・・・（１）
　［Ａｌ％］－（２７／１４）×［Ｎ％］＞０．１　・・・（２）
　なお、固溶Ａｌの量の上限は、１．０％である。
　また、この機械構造用鋼は、上記各成分に加えて、被削性の向上のために、Ｃａを含有していても良い。
　Ｃａ：０．０００１～０．０２％
　Ｃａは、脱酸元素であり、Ａｌ２Ｏ３などの硬質酸化物の融点を低下させて硬質酸化物を軟質化することにより、被削物の被削性を向上させ、工具摩耗を抑制する。しかしながら、Ｃａ含有量が０．０００１％未満である場合、この被削性の向上効果が得られない。また、Ｃａ含有量が０．０２％を超えると、鋼中にＣａＳが生成し、却って被削性が低下する。よって、鋼中にＣａを添加する場合、Ｃａ含有量は、０．０００１～０．０２％であり、好ましくは０．０００３～０．００５％、さらに好ましくは０．０００４～０．００２０％である。
　更に、炭窒化物を形成させて、強度を高める必要がある場合には、この機械構造用鋼は、上記各成分に加えて、Ｔｉ：０．０００５～０．５％、Ｎｂ：０．０００５～０．５％、Ｗ：０．０００５～１．０％、および、Ｖ：０．０００５～１．０％からなる群から選択された１種以上の元素を含有してもよい。
　Ｔｉ：０．０００５～０．５％
　Ｔｉは、炭窒化物を形成し、オーステナイト粒の成長の抑制及び鋼の強化に寄与する元素である。そのため、Ｔｉは、高強度が必要な鋼、及び低歪を要求される鋼には、粗大粒を防止して組織の結晶粒を整粒する元素として使用される。また、Ｔｉは、脱酸元素でもあり、軟質酸化物を形成させることにより、被削性を向上させる効果もある。しかしながら、Ｔｉ含有量が０．０００５％未満である場合、その効果が認められない。また、Ｔｉ含有量が０．５％を超えると、熱間割れの原因になる未固溶の粗大な炭窒化物が析出し、却って機械的性質が損なわれる。よって、鋼中にＴｉを添加する場合、Ｔｉ含有量は、０．０００５～０．５％であり、好ましくは０．０１～０．３％である。
　Ｎｂ：０．０００５～０．５％
　Ｎｂも、炭窒化物を形成し、二次析出硬化による鋼の強化及びオーステナイト粒の成長の抑制に寄与する元素である。そのため、高強度が必要な鋼及び低歪を要求される鋼には、粗大粒を防止して組織の結晶粒を整粒する元素として使用される。しかしながら、Ｎｂ含有量が０．０００５％未満である場合、強度を高める効果が得られない。また、鋼中にＮｂを添加してＮｂ含有量が０．５％を超えると、熱間割れの原因になる未固溶の粗大な炭窒化物が析出し、却って機械的性質が損なわれる。よって、鋼中にＮｂを添加する場合、Ｎｂ含有量は、０．０００５～０．５％であり、好ましくは０．００５～０．２％である。
　Ｗ：０．０００５～１．０％
　Ｗも、炭窒化物を形成し、二次析出硬化により鋼を強化することができる元素である。しかしながら、Ｗ含有量が０．０００５％未満である場合、強度を高める効果が得られない。また、鋼中にＷを添加してＷ含有量が１．０％を超えると、熱間割れの原因になる未固溶の粗大な炭窒化物が析出し、却って機械的性質が損なわれる。よって、鋼中にＷを添加する場合、Ｗ含有量は、０．０００５～１．０％であり、好ましくは０．０１～０．８％である。
　Ｖ：０．０００５～１．０％
　Ｖも、炭窒化物を形成し、二次析出硬化により鋼を強化することができる元素であり、高強度が必要な鋼には適宜添加される。しかしながら、Ｖ含有量が０．０００５％未満である場合、強度を高める効果が得られない。また、鋼中にＶを添加してＶ含有量が１．０％を超えると、熱間割れの原因になる未固溶の粗大な炭窒化物が析出し、却って機械的性質が損なわれる。よって、鋼中にＶを添加する場合、Ｖ含有量は、０．０００５～１．０％であり、好ましくは０．０１～０．８％である。
　更に、さらに高強度が必要な場合には、この機械構造用鋼は、上記各成分に加えて、Ｔａ：０．０００１～０．２％、Ｈｆ：０．０００１～０．２％からなる群から選択された１種以上の元素を含有してもよい。
　Ｔａ：０．０００１～０．２％
　Ｔａも、Ｎｂと同様に、二次析出硬化による鋼の強化及びオーステナイト粒の成長の抑制に寄与する元素である。そのため、Ｔａは、高強度が必要な鋼及び低歪を要求される鋼には、粗大粒を防止して組織の結晶粒を整粒する元素として使用される。しかしながら、Ｔａ含有量が０．０００１％未満である場合、強度を高める効果が得られない。また、鋼中にＴａを添加してＴａ含有量が０．２％を超えると、熱間割れの原因になる未固溶の粗大な析出物により、却って機械的性質が損なわれる。よって、鋼中にＴａを添加する場合、Ｔａ含有量は、０．０００１～０．２％であり、好ましくは０．００１～０．１％である。
　Ｈｆ：０．０００１～０．２％
　Ｈｆも、Ｔｉと同様に、オーステナイト粒の成長の抑制及び鋼の強化に寄与する元素である。そのため、Ｈｆは、高強度が必要な鋼、及び低歪を要求される鋼には、粗大粒を防止して組織の結晶粒を整粒する元素として使用される。しかしながら、Ｈｆ含有量が０．０００１％未満である場合、強度を高める効果が得られない。また、鋼中にＨｆを添加してＨｆ含有量が０．２％を超えると、熱間割れの原因になる未固溶の粗大な析出物により、却って機械的性質が損なわれる。よって、鋼中にＨｆを添加する場合、Ｈｆ含有量は、０．０００１～０．２％であり、好ましくは０．００１～０．１％である。
　更にまた、脱酸調整により硫化物の形態制御を行う場合には、この機械構造用鋼は、上記各成分に加えて、Ｍｇ：０．０００１～０．０２％、Ｚｒ：０．０００１～０．０２％およびＲｅｍ：０．０００１～０．０２％からなる群から選択された１種以上の元素を含有してもよい。
　Ｍｇ：０．０００１～０．０２％
　Ｍｇは、脱酸元素であり、鋼中で酸化物を生成する。Ａｌによる脱酸が前提である場合には、被削性に有害なＡｌ２Ｏ３を、比較的軟質で微細に分散するＭｇＯ又はＡｌ２Ｏ３・ＭｇＯに改質する。また、その酸化物は、ＭｎＳの核となりやすく、ＭｎＳを微細分散させる効果もある。しかしながら、Ｍｇ含有量が０．０００１％未満では、これらの効果が認められない。また、Ｍｇは、ＭｎＳとの複合硫化物を生成して、ＭｎＳを球状化するが、鋼中にＭｇを過剰に添加してＭｇ含有量が０．０２％を超えると、単独のＭｇＳ生成を促進して被削性を劣化させる。よって、鋼中にＭｇを添加する場合、Ｍｇ含有量は、０．０００１～０．０２％であり、好ましくは０．０００３～０．００４０％、さらに好ましくは０．０００５～０．００３０％である。
　Ｚｒ：０．０００１～０．０２％
　Ｚｒは、脱酸元素であり、鋼中で酸化物を生成する。その酸化物は、ＺｒＯ２であると考えられているが、この酸化物がＭｎＳの析出核として作用するため、ＭｎＳの析出サイトを増やし、ＭｎＳを均一に分散させる効果がある。また、Ｚｒは、ＭｎＳに固溶して複合硫化物を生成し、ＭｎＳの変形能を低下させ、圧延及び熱間鍛造時にＭｎＳ形状の伸延を抑制する働きもある。このように、Ｚｒは、異方性の低減に有効な元素である。しかしながら、Ｚｒ含有量が０．０００１％未満である場合、これらについて顕著な効果は得られない。一方、鋼中にＺｒを添加してＺｒ含有量が０．０２％を超えると、歩留まりが極端に悪くなるばかりでなく、ＺｒＯ２およびＺｒＳ等の硬質な化合物が大量に生成し、却って被削性、衝撃値及び疲労特性等の機械的性質が低下する。よって、鋼中にＺｒを添加する場合、Ｚｒ含有量は、０．０００１～０．０２％であり、好ましくは０．０００３～０．０１％、さらに好ましくは０．０００５～０．００５％である。
　Ｒｅｍ：０．０００１～０．０２％
　Ｒｅｍ（希土類元素）は、脱酸元素であり、低融点酸化物を生成し、鋳造時のノズル詰りを抑制する。さらに、Ｒｅｍは、ＭｎＳに固溶又は結合し、ＭｎＳの変形能を低下させて、圧延及び熱間鍛造時にＭｎＳ形状の伸延を抑制する働きもある。このように、Ｒｅｍは、異方性の低減に有効な元素である。しかしながら、Ｒｅｍ含有量が総量で０．０００１％未満である場合、その効果が顕著ではない。また、鋼中にＲｅｍを添加してＲｅｍ含有量が０．０２％を超えると、Ｒｅｍの硫化物が大量に生成し、被削性が悪化する。よって、鋼中にＲｅｍを添加する場合、Ｒｅｍ含有量は、０．０００１～０．０２％であり、好ましくは０．０００３～０．０１５％、さらに好ましくは０．０００５～０．０１％である。
　更にまた、被削性をさらに向上させる場合には、この機械構造用鋼は、上記各成分に加えて、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％およびＰｂ：０．００１～０．５％からなる群から選択された１種以上の元素を含有してもよい。
　Ｓｂ：０．０００１～０．０１５％
　Ｓｂは、フェライトを適度に脆化し被削性を向上させる。その効果は、Ｓｂ含有量が０．０００１％未満では認められない。また、Ｓｂ含有量が増えると、具体的にはＳｂ含有量が０．０１５％を超えると、過剰なＳｂのマクロ偏析が生じて衝撃値が大きく低下する。よって、鋼中にＳｂを添加する場合、Ｓｂ含有量は、０．０００１～０．０１５％であり、好ましくは０．０００５～０．０１２％、さらに好ましくは０．００１～０．０１％である。
　Ｓｎ：０．０００５～２．０％
　Ｓｎは、フェライトを脆化させて工具寿命を延ばすと共に、表面粗さを改善する効果がある。しかしながら、Ｓｎ含有量が０．０００５％未満である場合、その効果が認められない。また、鋼中にＳｎを添加してＳｎ含有量が２．０％を超えると、その効果は飽和する。よって、鋼中にＳｎを添加する場合、Ｓｎ含有量は、０．０００５～２．０％であり、好ましくは０．００１～１．０％、さらに好ましくは０．０１～０．２％である。
　Ｚｎ：０．０００５～０．５％
　Ｚｎは、フェライトを脆化させて工具寿命を延ばすと共に、表面粗さを改善する効果がある。しかしながら、Ｚｎ含有量が０．０００５％未満である場合、その効果が認められない。また、鋼中にＺｎを添加してＺｎ含有量が０．５％を超えると、その効果は飽和する。よって、鋼中にＺｎを添加する場合、Ｚｎ含有量は、０．０００５～０．５％であり、好ましくは０．００１～０．３％、さらに好ましくは０．０１～０．１％である。
　Ｂ：０．０００１～０．０１５％
　Ｂは、鋼中に固溶している場合、粒界強化及び焼入れ性に効果があり、ＢＮとして析出している場合には、被削性の向上に効果がある。これらの効果は、Ｂ含有量が０．０００１％未満では顕著ではない。一方、鋼中にＢを添加してＢ含有量が０．０１５％を超えると、その効果が飽和すると共に、ＢＮが析出しすぎるため、却って鋼の機械的性質が損なわれる。よって、鋼中にＢを添加する場合、Ｂ含有量は、０．０００１～０．０１５％であり、好ましくは０．０００５～０．０１％、さらに好ましくは０．００１～０．００３％である。
　Ｔｅ：０．０００３～０．２％
　Ｔｅは、被削性を向上させる元素である。また、Ｔｅは、ＭｎＴｅを生成したり、ＭｎＳと共存することでＭｎＳの変形能を低下させ、ＭｎＳ形状の伸延を抑制したりする働きがある。このように、Ｔｅは、異方性の低減に有効な元素である。しかしながら、Ｔｅ含有量が０．０００３％未満である場合、これらの効果が認められない。また、Ｔｅ含有量が０．２％を超えると、その効果が飽和するだけでなく、熱間延性が低下して疵が発生しやすい。よって、鋼中にＴｅを添加する場合、Ｔｅ含有量は、０．０００３～０．２％であり、好ましくは０．０００５～０．１％、さらに好ましくは０．００１～０．０１％である。
　Ｓｅ：０．０００３～０．２％
　Ｓｅは、被削性を向上させる元素である。また、Ｓｅは、ＭｎＳｅを生成したり、ＭｎＳと共存することでＭｎＳの変形能を低下させ、ＭｎＳ形状の伸延を抑制したりする働きがある。このように、Ｓｅは、異方性の低減に有効な元素である。しかしながら、Ｓｅ含有量が０．０００３％未満である場合、これらの効果が認められない。また、Ｓｅ含有量が０．２％を超えると、その効果が飽和する。よって、鋼中にＳｅを添加する場合、Ｓｅ含有量は、０．０００３～０．２％であり、好ましくは０．０００５～０．１％、さらに好ましくは０．００１～０．０１％である。
　Ｂｉ：０．００１～０．５％
　Ｂｉは、被削性を向上させる元素である。しかしながら、Ｂｉ含有量が０．００１％未満である場合、その効果が得られない。また、鋼中にＢｉを添加してＢｉ含有量が０．５％を超えると、被削性を向上させる効果が飽和するだけでなく、熱間延性が低下して疵が発生しやすい。よって、鋼中にＢｉを添加する場合、Ｂｉ含有量は、０．００１～０．５％であり、好ましくは０．０１～０．３％、さらに好ましくは０．０４～０．２５％である。
　Ｐｂ：０．００１～０．５％
　Ｐｂは、被削性を向上させる元素である。しかしながら、Ｐｂ含有量が０．００１％未満である場合、その効果が認められない。また、鋼中にＰｂを添加してＰｂ含有量が０．５％を超えると、被削性を向上させる効果が飽和するだけでなく、熱間延性が低下して疵が発生しやすい。よって、鋼中にＰｂを添加する場合、Ｐｂ含有量は、０．００１～０．５％であり、好ましくは０．０１～０．３％、さらに好ましくは０．０４～０．２５％である。
　更にまた、焼入れ性及び焼戻し軟化抵抗を向上させて鋼材に強度を付与する場合には、この機械構造用鋼は、上記成分に加えて、Ｃｒ：０．００１～３．０％、Ｍｏ：０．００１～１．０％からなる群から選択された１種以上の元素を含有してもよい。
　Ｃｒ：０．００１～３．０％
　Ｃｒは、焼入れ性を向上すると共に、鋼に焼戻し軟化抵抗を付与する元素であり、高強度が必要な鋼に添加される。しかしながら、Ｃｒ含有量が０．００１％未満である場合、これらの効果が得られない。また、鋼中にＣｒを多量に添加すると、具体的には、Ｃｒ含有量が３．０％を超えると、Ｃｒの炭化物が生成して鋼が脆化する。よって、鋼中にＣｒを添加する場合、Ｃｒ含有量は、０．００１～３．０％であり、好ましくは０．０１～２．３％、さらに好ましくは０．１～１．８％である。
　Ｍｏ：０．００１～１．０％
　Ｍｏは、鋼に焼戻し軟化抵抗を付与すると共に、焼入れ性を向上させる元素であり、高強度が必要な鋼に添加される。しかしながら、Ｍｏ含有量が０．００１％未満である場合、これらの効果が得られない。また、鋼中にＭｏを添加してＭｏ含有量が１．０％を超えると、その効果は飽和する。よって、鋼中にＭｏを添加する場合、Ｍｏ含有量は、０．００１～１．０％であり、好ましくは０．０１～０．８％、さらに好ましくは０．０５～０．５％である。
　更にまた、フェライトを強化する場合には、この機械構造用鋼は、上記各成分に加えて、Ｎｉ：０．００１～５．０％、Ｃｕ：０．００１～５．０％からなる群から選択された１種以上の元素を含有してもよい。
　Ｎｉ：０．００１～５．０％
　Ｎｉは、フェライトを強化し、延性を向上させると共に、焼入れ性及び耐食性を向上させる元素である。しかしながら、Ｎｉ含有量が０．００１％未満である場合、その効果は認められない。また、鋼中にＮｉを添加してＮｉ含有量が５．０％を超えると、機械的性質の点で効果が飽和し、被削性が低下する。よって、鋼中にＮｉを添加する場合、Ｎｉ含有量は、０．００１～５．０％であり、好ましくは０．１～４．０％、さらに好ましくは０．３～３．０％である。
　Ｃｕ：０．００１～５．０％
　Ｃｕは、フェライトを強化すると共に、焼入れ性及び耐食性を向上させる元素である。しかしながら、Ｃｕ含有量が０．００１％未満である場合、その効果が認められない。また、鋼中にＣｕを添加してＣｕ含有量が５．０％を超えると、機械的性質の点で効果が飽和する。よって、鋼中にＣｕを添加する場合、Ｃｕ含有量は、０．００１～５．０％であり、好ましくは０．０１～４．０％、さらに好ましくは０．１～３．０％である。なお、Ｃｕは、特に熱間延性を低下させ、圧延時の疵の原因になりやすいため、この場合には、Ｎｉを同時に添加することが好ましい。
　更にまた、被削性をさらに向上させるために、この機械構造用鋼は、上記各成分に加えて、Ｌｉ：０．００００１～０．００５％、Ｎａ：０．００００１～０．００５％、Ｋ：０．００００１～０．００５％、Ｂａ：０．００００１～０．００５％およびＳｒ：０．００００１～０．００５％からなる群から選択された１種以上の元素を含有してもよい。
　Ｌｉ：０．００００１～０．００５％
　Ｌｉは、鋼中で低融点酸化物を形成することにより工具摩耗を抑制する。しかしながら、Ｌｉ含有量が０．００００１％未満である場合、その効果が認められない。また、鋼中にＬｉを添加してＬｉ含有量が０．００５％を超えると、その効果が飽和するばかりでなく、耐火物の溶損を引き起こすことがある。よって、鋼中にＬｉを添加する場合、Ｌｉ含有量は、０．００００１～０．００５％であり、好ましくは０．０００１～０．００４５％である。
　Ｎａ：０．００００１～０．００５％
　Ｎａも、Ｌｉと同様に鋼中で低融点酸化物を形成することにより工具摩耗を抑制する。しかしながら、Ｎａ含有量が０．００００１％未満である場合、その効果が認められない。また、鋼中にＮａを添加してＮａ含有量が０．００５％を超えると、その効果が飽和するばかりでなく、耐火物の溶損を引き起こすことがある。よって、鋼中にＮａを添加する場合、Ｎａ含有量は、０．００００１～０．００５％であり、好ましくは０．０００１～０．００４５％である。
　Ｋ：０．００００１～０．００５％
　Ｋも、Ｌｉと同様に鋼中で低融点酸化物を形成することにより工具摩耗を抑制する。しかしながら、Ｋ含有量が０．００００１％未満である場合、その効果が認められない。また、鋼中にＫを添加してＫ含有量が０．００５％を超えると、その効果が飽和するばかりでなく、耐火物の溶損を引き起こすことがある。よって、鋼中にＫを添加する場合、Ｋ含有量は、０．００００１～０．００５％であり、好ましくは０．０００１～０．００４５％である。
　Ｂａ：０．００００１～０．００５％
　Ｂａも、Ｌｉと同様に鋼中で低融点酸化物を形成することにより工具摩耗を抑制する。しかしながら、Ｂａ含有量が０．００００１％未満である場合、その効果が認められない。また、鋼中にＢａを添加してＢａ含有量が０．００５％を超えると、その効果が飽和するばかりでなく、耐火物の溶損を引き起こすことがある。よって、鋼中にＢａを添加する場合、Ｂａ含有量は、０．００００１～０．００５％であり、好ましくは０．０００１～０．００４５％である。
　Ｓｒ：０．００００１～０．００５％
　Ｓｒも、Ｌｉと同様に鋼中で低融点酸化物を形成することにより工具摩耗を抑制する。しかしながら、Ｓｒ含有量が０．００００１％未満である場合、その効果が認められない。また、鋼中にＳｒを添加して０．００５％を超えると、その効果が飽和するばかりでなく、耐火物の溶損を引き起こすことがある。よって、鋼中にＳｒを添加する場合、Ｓｒ含有量は、０．００００１～０．００５％であり、好ましくは０．０００１～０．００４５％である。
　以上説明したように、本発明に係る機械構造用鋼の切削方法によれば、ＭＱＬ切削、つまり、極微量の切削油剤を多量のキャリアガスによりミスト状にし、工具の刃先や被削材の表面にこのミスト状の切削油剤を吹き付けながら切削を行うことにより、鋼材中の固溶Ａｌとミスト中の酸素とが化学反応して工具上にアルミナを主体とする酸化物の保護膜が形成するため、優れた工具寿命を得ることができる。
　次に、実施例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。
　本実施例においては、表１～表５に示す組成を有する鋼を１５０ｋｇ真空溶解炉で溶製後、得られた鋼を１２５０℃の温度条件下で熱間鍛造により直径が５０ｍｍの円柱状に鍛伸し、１３００℃で２時間加熱後空冷する均質化処理を行い、その後に１２００℃で１時間加熱後空冷する熱処理を行った。その後、得られた鋼材から直径が４８ｍｍ、長さが１０５ｍｍである工具寿命評価用試験片を切り出し、この試験片を試験（試験Ｎｏ．Ａ１～Ｅ１２）に供した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　工具寿命評価試験の概要を、図１Ａに示す。図１Ａに示すように、横型マシニングセンタの主軸に油穴が設けられた超硬コーティングドリル１を取り付け、ドリル（工具）１の油穴からキャリアガスと切削油剤とが混合されたミスト２を吹き付けながら、バイスにより固定された工具寿命評価用試験片（試験片）３の穴あけ位置４に穴あけを行った。ドリル１には、図１Ｂに示すように、逃げ面６を形成してある先端刃部に油穴５が設けられている。また、図１Ａ及び図１Ｂにおいて、曲がった矢印の方向が回転方向であり、直線矢印の方向がドリルの送り方向である。
　表６及び表７に、工具寿命評価試験における切削時の種々の条件を示す。キャリアガスの酸素濃度について、酸素濃度が２１％の気体には、空気を使用した。また、酸素濃度が２１％より高い気体は、酸素濃縮器を使うことで調製され、酸素濃度が２１％より小さい気体は、空気に窒素を混合することにより調製された。酸素濃度ＣＯ２（％）を酸素濃度計により測定した。切削油剤の量ｑ（ｍｌ／時）は、不織布にミストを塗布して得られた単位時間当たりの重量変化から切削油剤の比重を用いて求められた。キャリアガスの流量Ｑ（ｌ／分）及びキャリアガスの供給圧力Ｐ（ＭＰａ）を、それぞれ、ミスト発生装置に取り付けた流量計及び圧力計により測定した。ポンプショット頻度Ｎ（Ｈｚ）を、ミスト発生装置のエア電磁弁の開閉の回数を測定することで求めた。キャリアガスの温度Ｔ（℃）を、温度計により測定した。０℃以下のガスは、空気冷却装置により調製され、４０℃以上のガスは、気体加熱ヒーターにより調製された。それ以外の温度範囲のガスは、試験室内の気温を調整することにより得られた。ミストの吐出口の断面積Ｓ（ｍｍ２）を、ドリルに開けられた油穴の直径（開口径）ｄｈから算出した。今回用いたドリルには、油穴が２つ存在するため、２つの油穴の断面積の和を使用した。油穴の直径は、ドリルの直径により異なるので、直径の異なるいくつかのドリルを使用することで、ミストの吐出口の断面積を変化させた試験を行った。ドリルの直径が異なると、切削抵抗が異なり、その結果工具摩耗量も変化する。そのため、工具摩耗の比較は、直径が同じドリルを用いて行われた。表８に、その他の切削条件を示す。８００穴加工（８００回の穴加工）後に、マイクロスコープによりドリル切れ刃の２刃のうち、摩耗が多いほうの切れ刃（工具）の逃げ面の最大摩耗幅ＶＢ＿ｍａｘを測定することで工具摩耗を評価し、工具摩耗量（最大摩耗幅ＶＢ＿ｍａｘ）が１００μｍ以下では、切削方法が優れていると評価した。表６及び表７には、工具摩耗量の測定結果を併せて示している。なお、表１、２中では、本発明の条件を満たさない条件に、下線を引いている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
　表１～７に示すように、試験Ｎｏ．Ａ１～Ａ８、Ｂ１～Ｂ７、Ｃ１～Ｃ８、Ｄ１～Ｄ７、Ｅ１～Ｅ８では、工具摩耗が小さく優れた工具寿命が得られていた。高強度化や硫化物の形態制御などを行うための元素が添加されている場合でも、鋼材の化学成分及び切削条件を十分に最適化することにより、十分な被削性が得られている。
　また、試験Ｎｏ．Ａ１１、Ｂ８、Ｂ９、Ｃ９、Ｄ８～１０、Ｅ１０では、Ａｌ含有量と、キャリアガスの酸素濃度と、キャリアガス中の切削油材の量とが適切に制御されている。そのため、これらの試験Ｎｏ．では、工具上へのアルミナを主体とする酸化物の保護膜の形成によって、工具摩耗が改善した。例えば、試験Ｎｏ．Ａ１１では、Ａｌ含有量が０．０５％以下である試験Ｎｏ．Ａ１３に比べて工具摩耗が改善した。試験Ｎｏ．Ｂ９では、キャリアガスの酸素濃度が２１％よりも低い試験Ｎｏ．Ｂ１３に比べて工具摩耗が改善した。試験Ｎｏ．Ｃ９では、Ａｌ含有量が１．０％以上である試験Ｎｏ．Ｃ１３に比べて工具摩耗が改善した。試験Ｎｏ．Ｄ８では、切削油材の供給速度が２００ｍｌを超えている試験Ｎｏ．Ｄ１３に比べて工具摩耗が改善した。
　また、試験Ｎｏ．Ａ９～Ａ１３、Ｂ８～Ｂ１３、Ｃ９～Ｃ１３、Ｄ８～Ｄ１３、Ｅ９～Ｅ１２では、他の試験Ｎｏ．と比べて、被削材または切削加工の条件が最適化されていない場合があった。
　試験Ｎｏ．Ａ９では、キャリアガスの酸素濃度が２１％よりも低い、すなわちキャリアガスに酸化性ガスを用いていないので、被削材中の固溶Ａｌとミスト中の酸素との化学反応が起こりにくかった。そのため、この試験Ｎｏ．Ａ９では、工具上にアルミナを主体とする酸化物の保護膜を形成して工具寿命を向上するという効果が得られず、試験Ｎｏ．Ａ２と比べて工具摩耗が進行した。試験Ｎｏ．Ａ１０では、ミスト中の切削油剤の量が少なすぎるため、潤滑作用が得られず、試験Ｎｏ．Ａ３と比べて工具摩耗が進行した。試験Ｎｏ．Ａ１１では、試験Ｎｏ．Ａ１と比べて、吐出口断面積Ｓ（ｍｍ２）を供給圧力Ｐ（ＭＰａ）で割った値Ｓ／Ｐが小さすぎるため、ミストの粒径が大きく増加した。そのため、この試験Ｎｏ．Ａ１１では、試験Ｎｏ．Ａ１と比べて、切削油剤が工具に付着しすぎて、工具上にアルミナを主体とする酸化物が生成しにくいため、工具摩耗が進行した。試験Ｎｏ．Ａ１２では、Ａｌ含有量が不足しているため、被削材中の固溶Ａｌとミスト中の酸素との化学反応が起こりにくかった。そのため、この試験Ｎｏ．Ａ１２では、工具上にアルミナを主体とする酸化物の保護膜を形成するという効果が得られず、試験Ｎｏ．Ａ６と比べて工具摩耗が進行した。試験Ｎｏ．Ａ１３では、Ａｌ含有量が不足しているため、被削材中の固溶Ａｌとミスト中の酸素との化学反応がほとんど起こらなかった。そのため、この試験Ｎｏ．Ａ１３では、試験Ｎｏ．Ａ１１と比べて工具摩耗が進行した。
　試験Ｎｏ．Ｂ８では、試験Ｎｏ．Ｂ３と比べて、切削油剤の量ｑ（ｍｌ／時）をキャリアガスの流量Ｑ（ｌ／分）で割った値ｑ／Ｑが小さすぎるため、潤滑作用が得られにくく、工具摩耗が進行した。試験Ｎｏ．Ｂ９では、試験Ｎｏ．Ｂ２と比べて、キャリアガスの温度が高すぎるため、冷却効果が小さく、発熱量が大きかった。そのため、この試験Ｎｏ．Ｂ９では、試験Ｎｏ．Ｂ２と比べて工具摩耗が進行した。試験Ｎｏ．Ｂ１０では、Ａｌ含有量が不足しているため、被削材中の固溶Ａｌとミスト中の酸素との化学反応が起こりにくかった。そのため、この試験Ｎｏ．Ｂ１０では、工具上にアルミナを主体とする酸化物の保護膜を形成するという効果が得られず、試験Ｎｏ．Ｂ４と比べて工具摩耗が進行した。試験Ｎｏ．Ｂ１１では、Ａｌ含有量が０．０５％以上であるが、上記（１）式を満たしていないため、鋼材中の固溶Ａｌとミスト中の酸素との化学反応が起こりにくかった。そのため、この試験Ｎｏ．Ｂ１１では、工具上にアルミナを主体とする酸化物の保護膜を形成するという効果が得られず、試験Ｎｏ．Ｂ３と比べて工具摩耗が進行した。試験Ｎｏ．Ｂ１２では、Ａｌ含有量が過剰であるため、高融点で硬質な酸化物が被削材中に多量に存在しており、試験Ｎｏ．Ｂ２と比べて工具摩耗が増大した。試験Ｎｏ．Ｂ１３では、キャリアガスの酸素濃度が２１％よりも低いので、被削材中の固溶Ａｌとミスト中の酸素との化学反応がほとんど起こらなかった。そのため、この試験Ｎｏ．Ｂ１３では、工具上にアルミナを主体とする酸化物の保護膜を形成して工具寿命を向上するという効果が得られず、試験Ｎｏ．Ｂ９と比べて工具摩耗が進行した。
　試験Ｎｏ．Ｃ９では、試験Ｎｏ．Ｃ３と比べて、ポンプショット頻度が少なすぎるため、潤滑作用が得られにくく、工具摩耗が進行した。試験Ｎｏ．Ｃ１０では、Ｃ含有量が過剰であるため、被削材中に硬質の炭化物が多く析出しており、試験Ｎｏ．Ｃ４と比べて被削性が低下した。試験Ｎｏ．Ｃ１１では、Ｓｉ含有量が過剰であるため、被削材の硬さが大きくなり、試験Ｎｏ．Ｃ１と比べて被削性が低下した。試験Ｎｏ．Ｃ１２では、Ｍｎ含有量が過剰であるため、被削材の硬さが大きくなり、試験Ｎｏ．Ｃ６と比べて被削性が低下した。試験Ｎｏ．Ｃ１３では、Ａｌ含有量が過剰であるため、高融点で硬質な酸化物が被削材中に多量に存在しており、試験Ｎｏ．Ｃ９と比べて工具摩耗が増大した。
　試験Ｎｏ．Ｄ８では、試験Ｎｏ．Ｄ２と比べて、切削油剤の量ｑ（ｍｌ／時）をキャリアガスの流量Ｑ（ｌ／分）で割った値ｑ／Ｑが大きすぎるため、工具に付着したミストによって工具上にアルミナを主体とする酸化物が生成しにくくなった。そのため、この試験Ｎｏ．Ｄ８では、試験Ｎｏ．Ｄ２と比べて工具摩耗が進行した。試験Ｎｏ．Ｄ９では、試験Ｎｏ．Ｄ１と比べて、ポンプショット頻度が多すぎるため、工具に付着したミストによって工具上にアルミナを主体とする酸化物が生成しにくくなった。そのため、この試験Ｎｏ．Ｄ９では、試験Ｎｏ．Ｄ１と比べて工具摩耗が進行した。試験Ｎｏ．Ｄ１０では、試験Ｎｏ．Ｄ３と比べて、吐出口断面積Ｓ（ｍｍ２）を供給圧力Ｐ（ＭＰａ）で割った値Ｓ／Ｐが大きすぎるため、ミストの粒径が小さくなった。そのため、この試験Ｎｏ．Ｄ１０では、試験Ｎｏ．Ｄ３と比べて、工具にミストがあまり付着せず潤滑効果が得られにくく、工具摩耗が進行した。試験Ｎｏ．Ｄ１１では、Ｏ含有量が過剰であるため、粗大な酸化物系介在物が被削材中に多量に存在し、アブレシブ摩耗を起こした。そのため、この試験Ｎｏ．Ｄ１１では、試験Ｎｏ．Ｄ７と比べ工具摩耗が増大した。試験Ｎｏ．Ｄ１２では、Ｃａ含有量が過剰であるため、被削材中にＣａＳが大量に存在し、試験Ｎｏ．Ｄ３と比べて被削性が低下した。試験Ｎｏ．Ｄ１３では、ミスト中の切削油剤の量が多すぎるため、工具に付着したミストが工具上へのアルミナを主体とする酸化物の保護膜の生成を妨げた。そのため、この試験Ｎｏ．Ｄ１３では、試験Ｎｏ．Ｄ８と比べて工具摩耗が進行した。
　試験Ｎｏ．Ｅ９では、ミスト中の切削油剤の量が多すぎるため、工具に付着したミストが工具上へのアルミナを主体とする酸化物の保護膜の生成を妨げた。そのため、この試験Ｎｏ．Ｅ９では、試験Ｎｏ．Ｅ１と比べて工具摩耗が進行した。試験Ｎｏ．Ｅ１０では、試験Ｎｏ．Ｅ８と比べて、吐出口断面積Ｓ（ｍｍ２）を供給圧力Ｐ（ＭＰａ）で割った値Ｓ／Ｐが大きすぎるため、ミストの粒径が小さくなった。そのため、この試験Ｎｏ．Ｅ１０では、試験Ｎｏ．Ｅ８と比べて、工具にミストがあまり付着せず潤滑効果が得られにくく、工具摩耗が進行した。試験Ｎｏ．Ｅ１１では、Ｒｅｍ含有量が過剰であるため、被削材中にＲｅｍの硫化物が大量に存在し、試験Ｎｏ．Ｅ４と比べて被削性が低下した。試験Ｎｏ．Ｅ１２では、Ｎｉ添加量が過剰であるため、試験Ｎｏ．Ｅ４と比べて被削性が低下した。
　以上、実施例について説明してきた。実施例からわかるように、本発明では、ＭＱＬ切削、つまり、キャリアガスで切削油剤をミストにして工具の刃先や被削材の表面にこのミスト状の切削油剤を吹き付けながら切削を行うことにより、工具寿命が向上している。実施例では、ドリルを用いた穴あけにおいて油穴からミストを供給する場合を例示した。しかしながら、本発明では、旋削加工、タップ加工などの連続切削、フライス加工、エンドミル加工、ホブ加工などの断続切削のいずれの加工に対しても工具寿命を向上させることができる。さらに、外部に設置したノズルから切削部にミストを噴射する方式や工作機械の工具ホルダにＭＱＬミストの供給機能を持たせる方式など様々なミスト供給方法でミストを供給しても、工具寿命を向上させることができる。実施例に挙げたＭＱＬ切削は、一例であり、本発明の趣旨は、これらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に基づき広く解釈される。
　極微量の切削油剤をキャリアガスによりミスト状にし、工具の刃先や被削材の表面にこのミスト状の切削油剤を吹き付けながら機械構造用鋼の切削を行う際に、工具寿命に優れた、機械構造用鋼の切削方法を提供する。
　１　　ドリル（工具）
　２　　ミスト
　３　　工具寿命評価用試験片（試験片）
　４　　穴あけ位置
　５　　油穴
　６　　逃げ面

Claims (7)

  1. 　０．０１～２００ｍｌ／時の供給速度で供給される切削油剤と、体積％で２１％以上かつ５０％以下の酸素を含む酸化性ガスとを混ぜ合わせてミストを生成し、このミストを工具の刃先表面及び機械構造用鋼の表面に吹きかけながら、前記機械構造用鋼を切削し、
    　前記機械構造用鋼が、質量％で、
    　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％
    を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
    　Ｏ：０．００３％以下
    に制限し、
    　かつＡｌ含有量［Ａｌ％］と、Ｎ含有量［Ｎ％］とが、［Ａｌ％］－（２７／１４）×［Ｎ％］≧０．０５を満足する
    ことを特徴とする機械構造用鋼の切削方法。
  2. 　前記機械構造用鋼が、さらに、質量％で、
    　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％
    の内の１種以上をさらに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の切削方法。
  3. 　前記酸化性ガスの流量をＱ（ｌ／分）、前記切削油剤の供給速度をｑ（ｍｌ／時）と定義した場合に、ｑ／Ｑの比が、０．００１～１を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の機械構造用鋼の切削方法。
  4. 　前記ミストを吐出する出口の断面積をＳ（ｍｍ２）、前記酸化性ガスの供給圧力をＰ（ＭＰａ）と定義した場合に、Ｓ／Ｐの比が、０．２～４０を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の機械構造用鋼の切削方法。
  5. 　前記切削油剤を供給する吐出ポンプの１秒当たりの吐出回数が、０．０５～１６回であることを特徴とする請求項１または２に記載の機械構造用鋼の切削方法。
  6. 　前記酸化性ガスの温度が、－８０℃以上かつ４０℃以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の機械構造用鋼の切削方法。
  7. 　前記酸化性ガスの酸素濃度が、２５％以上かつ５０％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の機械構造用鋼の切削方法。
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"Shozaburo Nakano and Masayasu Ohtani: 'Works of Adhesion between Liquid Metals and Metallic Oxides", JOURNAL OF THE JAPAN INSTITUTE OF METALS, vol. 34, 1970, pages 562 - 567
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