JP2003226932A - 快削鋼 - Google Patents
快削鋼Info
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Abstract
率が向上する。 【解決手段】 S:0.001〜0.040%、Al:
0.04〜0.20%、N:0.0080〜0.025
0%(以上、mass%)を含有し、且つ、Al/N:
2.0〜15.0を満足し、快削元素を含まない。
Description
特に切削するときの工具寿命に優れた快削元素無添加で
AlN添加の快削鋼に関するものである。 【0002】 【従来の技術】従来の快削鋼の多くは、鋼中の介在物に
よる被削性向上を図っており、低切削速度域では、Mn
S、Pb、高切削速度域では、Ca系複合酸化物が主体
で実用化されているが、MnSと同系統では、MnS
e、MnTeが用いられ、Pbと同系統では、Biも用
いられている。Ca系複合酸化物は、切削工具面上に付
着して、工具と被削材との直接接触を防ぎ、工具の摩耗
を抑制する。 【0003】近年、地球環境問題からPbの不使用の動
きがあり、また、能率向上のため、高速切削化が検討さ
れるようになり、BN快削鋼や黒鉛快削鋼などのような
新しい成分組成の快削鋼も開発されている。 【0004】これらの従来快削鋼は、特開平3−644
29号(従来技術1)、特開昭60−174854号
(従来技術2)、特開昭61−291955号(従来技
術3)、特開平1−319651号(従来技術4)、特
開平7−316732号(従来技術5)などに開示され
ている。また、本発明者等も既に、特開2000−26
935(従来技術6)、特開2001−342539
(従来技術7)として提案している。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術1〜7は、以下のような課題があった。 【0006】従来技術1は、工具鋼の切削時に切削速度
150m/minでの効果を示しているものの、Alの
規定がない。 【0007】従来技術2は、Al:0.05〜0.50
%を含有するものの、Zrの硫化物に対する接種作用を
増大させ、硫化物を微細にすることにより被削性を向上
させるためにAlを利用しているものであり、快削元素
であるZrを必須とするものである。 【0008】従来技術3は、Alを2.0%以下含有す
るものの、結晶組織の改善、熱処理特性の改善のために
Alを利用しているものであり、快削元素であるS、T
eを必須とするものである。 【0009】従来技術4は、Al:0.001〜0.1
00%を含有するものの、鋼中の酸素を固定し、BNの
析出を促進させるためにAlを利用しているものであ
り、快削元素であるBNを必須とするものである。 【0010】従来技術5は、Al:0.01〜0.1%
を含有するものの、鋼中でAlNとなり、黒鉛の核生成
サイトとしてAlを利用しているものであり、快削元素
である黒鉛を必須とするものである。 【0011】従来技術6は、Al、Nが含有されている
が、同時にBも含有しており、鋼中に存在するのはBN
である。 【0012】従来技術7は、Alを含有しているが、酸
化物や窒化物でないフリーのAlが有効であることを示
したものである。 【0013】この発明は、これらの課題を解決するため
になされたもので、工具寿命に優れた快削元素無添加で
Al、N添加の快削鋼を提供することを目的とする。 【0014】 【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
を達成するため、鋭意検討を行い、以下のような従来に
ない新知見を得た。 (1)快削元素の含有されていない場合、鋼中に析出し
たAlNが潤滑効果を示して工具寿命が向上する。 (2)快削元素(S、Pb、Ca等)を含有するとAl
Nの効果が現れない。 (3)AlとN含有量に最適範囲があることと、Al/
Nにも最適範囲がある。 【0015】この発明は、上記知見に基づきなされたも
のであり、下記を特徴とするものである。 【0016】請求項1に記載の発明は、S:0.001
〜0.040%、Al:0.04〜0.20%、N:
0.0080〜0.0250%(以上、mass%)を
含有し、且つ、Al/N:2.0〜15.0を満足し、
快削元素を含まないことに特徴を有するものである。 【0017】 【発明の実施の形態】次に、この発明における数値の限
定理由について説明する。 【0018】Al Alは、鋼の脱酸に必要であり、且つ鋼中にAlNを析
出させ、切削中の潤滑作用を有効にするのに必要な元素
である。しかしながら、0.04mass%未満の含有
量では効果がなく、一方、0.20mass%を超える
と添加効果が飽和するため、0.04〜0.20mas
s%の範囲内とする。 【0019】N Nは、鋼中Alと結合してAlNとなる。AlNが多量
に生成すると、被削性が向上するが、0.0080ma
ss%未満の含有量では効果がなく、0.0250ma
ss%を超えると添加効果が飽和するため、0.008
0〜0.0250mass%の範囲内とする。 【0020】Al/N Al/Nは、鋼中に有効に(特に圧延ままでも)AlN
を析出させるのに2.0以上が必要である。しかしなが
ら、15.0を超えても効果が飽和するため、2.0〜
15.0の範囲内とする。好ましい範囲は、2.5〜1
0.0である。 【0021】S Sは、鋼中でMnSとなり、被削性向上に有効である。
しかしながら、MnSが多く存在すると、AlNの効果
が消失してしまう。その含有量については、0.001
mass%未満では、製造上コスト高になり、0.04
0mass%を超えるとAlNの効果がなくなるため、
0.001〜0.040mass%の範囲内とする。 【0022】快削元素を添加すると、AlNが有効でな
くなるため、この発明においては、快削元素を無添加と
する。 【0023】この発明において快削元素とは、S、C
a、Pb、黒鉛、BN、Te、Se、Zr、Ti等、従
来より、快削鋼に用いられている元素をいい、添加量が
S:0.04%未満、Ca:0.001%以下、Pb:
0.03%以下、黒鉛:0.002%以下、B:0.0
05%以下、Te:0.01%以下、Se:0.01%
以下、Zr:0.02%以下、Ti:0.03%(何れ
もmass%)以下を無添加とする。 【0024】なお、この発明は、鋼の成分組成として、
上述したAl、N、S、Al/Nおよび快削元素に関す
る規定を満足すればよく、冷間鍛造用鋼材、機械構造用
炭素鋼および低合金鋼、工具鋼、軸受鋼、ステンレス鋼
等でその効果が得られる。これら鋼には、C:0.01
〜1.2%、Si:0.03〜1.5%、Mn:0.3
〜2.0%(何れもmass%)が含有されると望まし
い効果が得られる。 【0025】以下に、これらの成分限定理由について説
明する。 【0026】C Cは、強度を確保するため、0.01%以上添加する。
一方、1.2%を超えると靭性が劣化するため、0.0
1〜1.2%添加する。 【0027】Si Siは、脱酸剤として0.03%以上添加する。一方、
1.5%を超えるとフェライトが硬化して靭性が劣化す
るため、0.03〜1.5%添加する。 【0028】Mn Mnは、強度を確保するため、0.3%以上添加する。
一方、2.0%を超えると靭性が劣化するため、0.3
〜2.0%添加する。 【0029】 【実施例】次に、この発明を実施例によりさらに説明す
る。 【0030】表1に示す化学成分を有する鋼をそれぞれ
真空溶解炉にて150kg溶製した。表1において、N
o.1〜6は、本発明鋼、No.7〜12は、比較鋼であ
り、No.7は、通常のS45C、No.8は、S量が本
発明範囲より多い鋼、No.9は、Al量が本発明範囲
より少ない鋼、No.10は、Nが本発明範囲より少な
い鋼、No.11、12は、Al、Nは、本発明範囲内
であるが、Al/Nが本発明範囲外である鋼である。 【0031】 【表1】 【0032】次いで、それぞれ150kg鋼塊にした
後、熱間鍛造(1200℃、70mm丸:旋削用、10
0mm角:フライス用)、焼ならし(850℃、2時間
加熱後空冷)し、下記試験に供した。 【0033】切削は、旋盤による乾式長手旋削とフライ
ス盤による乾式断続切削を行った。条件は、表2の通り
である。すなわち、逃げ面摩耗の測定を行い、V=10
0m/minでは、摩耗幅(VB)が0.05mmとな
る時間(分)で、V=200m/minおよびV=30
0m/minでは、それぞれ摩耗幅(VB)が0.1m
mとなる時間(分)で評価した。 【0034】 【表2】【0035】表3に結果を示す。 【0036】 【表3】 【0037】表3から明らかなように、本発明鋼No.
1〜6は、比較鋼No.7〜12に比べて、旋削(連続
切削)、フライス加工(断続切削)とも工具寿命に優れ
ていることが分かった。特に、フライス加工による断続
高速切削ほど効果が著しいことが分かった。 【0038】 【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
切削時の工具寿命に優れた快削鋼が得られ、切削時の能
率が向上し、また、快削元素としてのPb無添加である
ので、地球環境問題にも配慮しており、産業上きわめて
有用である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項1】S:0.001〜0.040%、 Al:0.04〜0.20%、 N:0.0080〜0.0250%(以上、mass
%)、 を含有し、且つ、下記条件 Al/N:2.0〜15.0 を満足し、快削元素を含まないことを特徴とする快削
鋼。
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