專(zhuān)利名稱：機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的切削方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的切削方法。本申請(qǐng)基于2010年11月2日在日本提出申請(qǐng)的特愿2010-246072號(hào)并主張其優(yōu)先權(quán)，這里引用其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，從地球環(huán)境問(wèn)題的觀點(diǎn)出發(fā)，在制造工業(yè)制品時(shí)，節(jié)省能源、節(jié)省資源、降低環(huán)境負(fù)荷物質(zhì)等關(guān)心環(huán)境是必不可缺的。由機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼制造的齒輪、軸、螺母等機(jī)械結(jié)構(gòu)用部件大部分通過(guò)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼進(jìn)行切削加工來(lái)制造。所以，在機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的切削加工的領(lǐng)域，需要研究切削技術(shù)，從被切削方即機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼方面出發(fā)，需要研究關(guān)心環(huán)境的技術(shù)。在機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的切削中，為了比干式加工或半干式加工更提高切削加工效率，廣泛進(jìn)行采用切削油劑的加工。切削油劑分為以原液直接使用的非水溶性切削油劑和用水稀釋后使用的水溶性切削油劑。都多用于機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的切削，但特別是在進(jìn)行槍孔鉆、切齒、拉削、攻螺紋等要求加工精度的加工或工具負(fù)荷大的加工的情況下，非水溶性切削油劑占切削油劑的一大半。因此，有必要使采用非水溶性切削油劑的加工高效率化。在非水溶性切削油劑中添加有廉價(jià)且確保優(yōu)良的潤(rùn)滑性的氯系高壓潤(rùn)滑劑，但從近年來(lái)的環(huán)境問(wèn)題出發(fā)含有氯系高壓潤(rùn)滑劑的切削油的處理高成本化，因此現(xiàn)在作為氯系高壓潤(rùn)滑劑的替代主要使用硫系高壓潤(rùn)滑劑。可是，光使用硫系高壓潤(rùn)滑劑，則潤(rùn)滑性不足，因此一直尋求可得到優(yōu)良的潤(rùn)滑性、且能夠提高切削效率的切削技術(shù)。另一方面，為了相對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼提高切削加工效率，需要提高鋼材的切削性，即鋼材的切削加工的容易性。以往，為了提高機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的切削性而添加S或Pb。可是，S如果增大添加量，則有使機(jī)械性質(zhì)劣化的問(wèn)題。另一方面，Pb由于機(jī)械性質(zhì)的下降小，提高切削性，所以適用于提高機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的切削性。但是，有Pb是環(huán)境負(fù)荷物質(zhì)的問(wèn)題。因此，一直要求在不使用S或Pb的情況下提高切削性。在如此的背景下，對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的切削技術(shù)，例如專(zhuān)利文獻(xiàn)I中研究了有關(guān)環(huán)境對(duì)應(yīng)型的切削油劑的技術(shù)。通過(guò)在由潤(rùn)滑油基油、分散劑及微粒狀碳酸鈣構(gòu)成的潤(rùn)滑油中含有油性提高劑，即使不含氯系高壓潤(rùn)滑添加劑，也得到了良好的潤(rùn)滑性。此外，對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，研究了具有新的成分組成或組織的鋼材。例如在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，公開(kāi)了通過(guò)調(diào)整高Al及其它氮化物生成元素和N的添加量，同時(shí)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚恚瑢?duì)切削性有害的固溶N抑制在較低，并適量確保通過(guò)高溫脆化可提高切削性的固溶Al及通過(guò)高溫脆化效果和解理性的晶體結(jié)構(gòu)提高切削性的A1N，由此在從低速到高速的寬幅的切削速度區(qū)一并具有優(yōu)良的切削性和高的沖擊值及屈服比的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼。如此作為切削加工中的環(huán)境對(duì)應(yīng)技術(shù)，一直在進(jìn)行切削油劑或鋼材成分的研究。要研究今后更加關(guān)心環(huán)境的技術(shù)，需要研究切削油劑和鋼材成分的雙方。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
專(zhuān)利文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2006-225491號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2008-13788號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問(wèn)題但是，在上述的以往技術(shù)中，有以下所示的問(wèn)題。專(zhuān)利文獻(xiàn)I與采用以往的氯系高壓潤(rùn)滑劑的切削油相比較，不過(guò)是得到同等的切削性，不能在將潤(rùn)滑性提高到以往以上來(lái)提高切削加工效率。而且，鋼材只記載了 JIS中規(guī)定的 SCr420。在專(zhuān)利文獻(xiàn)2所公開(kāi)的技術(shù)中，如前所述相對(duì)于寬幅的切削速度區(qū)可得到優(yōu)良的切削性。另外，通過(guò)提高Al添加量，與以往的Al-鎮(zhèn)靜鋼相比鑄坯階段的偏析小，均勻分散性高的MnS增多，可得到一并具有高沖擊特性的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼。此外，該機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼通過(guò)AlN的微細(xì)析出及固溶Al可得到高的屈服比。但是，只是有關(guān)鋼材成分的規(guī)定，對(duì)于具體的切削方法及切削條件沒(méi)有規(guī)定。而且，也沒(méi)有有關(guān)非水溶性切削油劑的記載。本發(fā)明是鑒于上述的問(wèn)題點(diǎn)而完成的，其目的是提供一種在采用非水溶性切削油劑的切削中，可提高工具壽命且切削加工效率優(yōu)良的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的切削方法。用于解決問(wèn)題的手段本發(fā)明人等為解決上述課題，著眼于認(rèn)為對(duì)工具壽命影響大的工具和被削材的界面的潤(rùn)滑機(jī)理進(jìn)行了銳意研究。其結(jié)果是，得到以下見(jiàn)識(shí)。(a)對(duì)于固溶Al大量存在的鋼材，在采用含有較多溶解氧的非水溶性切削油劑進(jìn)行切削時(shí)，采用SEM-EDS (掃描電鏡-能量色散譜儀:Scanning ElectronMicroscope-Energy Dispersion Spectroscopy)或 AES (俄歇電子倉(cāng)普:Auger ElectronSpectroscopy)，發(fā)現(xiàn)在鋼材的新生面及工具上生成以氧化鋁為主體的氧化物。Al與Fe相比是與氧的結(jié)合力更大的元素，因此在采用溶解氧量高的非水溶性切削油劑對(duì)固溶Al大量存在的鋼材進(jìn)行切削時(shí)，產(chǎn)生固溶Al與切削油中的氧的化學(xué)反應(yīng)，生成以氧化鋁為主體的氧化物。(b)氧化鋁是硬質(zhì)的，因此生成在工具上的以氧化鋁為主體的氧化物作為工具保護(hù)膜發(fā)揮作用，對(duì)工具賦予耐磨損性，從而提高工具壽命。本發(fā)明是基于上述見(jiàn)識(shí)而完成的。為了解決上述課題，實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了以下手段。(I)即，本發(fā)明的一方式的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的切削方法使用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，采用溶解氧量為4 16體積％的非水溶性切削油劑對(duì)該機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼進(jìn)行切削加工，所述機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的化學(xué)成分以質(zhì)量％計(jì)，含有C:0.01 1.2%、Si:0.005 3.0%、Μη:0.05% 3.0%、P:0.001 0.2%、S:0.001 0.35%,N:0.002 0.035%、A1:0.05 1.0%，在分別將[Al%]及[N%]規(guī)定為鋼中的Al及N的質(zhì)量％時(shí)，滿足下式I，進(jìn)一步含有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%、N1:0.001 5.0%、Cu:0.001 5.0%、L1:0.00001 0.005%、Na:0.00001 0.005%、K:0.00001 0.005%、Ba:0.00001 0.005%、Sr:0.00001 0.005%中的I種以上，剩余部分由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。[Al%] — (27/14) X [N%]彡 0.05% (式 I)(2)在上述(I)所述的方式中，在切削加工時(shí)，也可以用所述非水溶性切削油劑掩蓋所述機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼和工具的接觸點(diǎn)。(3)在上述(I)或(2)所述的方式中，也可以將所述切削加工中的所述非水溶性切削油劑的溫度規(guī)定為5 80°C的范圍。(4)在上述(3)所述的方式中，也可以將所述切削加工中的所述非水溶性切削油劑的供給量規(guī)定為0.5 100L/分鐘。(5)在上述(I)或(2)所述的方式中，也可以將所述切削加工中的所述非水溶性切削油劑的供給量規(guī)定為0.5 100L/分鐘。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的上述方式，能夠提供一種在進(jìn)行采用非水溶性切削油劑的切削時(shí)可得到優(yōu)良的工具壽命的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的切削方法。



圖1是表示非水溶性切削油劑中的溶解氧量與車(chē)削加工時(shí)的工具磨損量的關(guān)系的圖。圖2是表示非水溶性切削油劑中的溶解氧量與攻螺紋時(shí)的直到工具折損的加工次數(shù)的關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式以下，對(duì)本發(fā)明一實(shí)施方式的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的切削方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。首先，對(duì)本實(shí)施方式中使用的非水溶性切削油劑進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施方式的非水溶性切削油劑常溫下在油劑中含有4 16體積％的溶解氧。這里所說(shuō)的溶解氧，是在油劑中以溶解狀態(tài)存在的氧。對(duì)于大量存在固溶Al的鋼材，通過(guò)采用含有4 16體積％的溶解氧的非水溶性切削油劑進(jìn)行切削，能夠在工具上生成以氧化鋁為主體的氧化物。其結(jié)果是，形成工具保護(hù)膜，提高工具壽命。在此種情況下，為了使非水溶性切削油劑與鋼材中的固溶Al產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，優(yōu)選在切削中用溶解氧量為4 16體積％的非水溶性切削油劑掩蓋機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼與工具的接觸點(diǎn)。此外，在切削時(shí)，優(yōu)選包含用非水溶性切削油劑掩蓋機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼與工具的接觸點(diǎn)的工序。非水溶性切削油劑中的溶解氧量能夠通過(guò)GC-MS (氣相色譜-質(zhì)譜分析法)進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定例如可在以下的條件下進(jìn)行。測(cè)量設(shè)備(DeterminingEquipment):HP5890 (HEWLETT PACARD)；檢測(cè)器(Detector):MSD ;柱((>)1111]111):0V — I + Megaborecolumn + OV — I (25m) X2 ;注射溫度(Injecting Temperature): 120°C (Oven Temperature):40°C ;載氣(Carrier Gas):He上述的體積％，是將存在于非水溶性切削油劑中的溶解氧量用相對(duì)于非水溶性切削油劑的體積比率來(lái)表示的值，例如在4體積％時(shí)，是指在非水溶性切削油劑IOOmL中，溶解有相當(dāng)于4mL的氧。為了促進(jìn)工具保護(hù)膜的生成，溶解氧量在4體積％以上是必要的。另一方面，如果溶解氧過(guò)多，具體地講如果過(guò)多到超過(guò)16體積％則招致非水溶性切削油劑的氧化造成的劣化，失去非水溶性切削油劑的本來(lái)的潤(rùn)滑性，使工具壽命下降。因此，將溶解氧量規(guī)定為4 16體積％,優(yōu)選為8 15體積％,更優(yōu)選為10 14體積％。 非水溶性切削油劑中的溶解氧量例如能夠通過(guò)在使用前的油劑中預(yù)先吹入空氣或氧來(lái)提高，能夠通過(guò)一邊向切削油中吹入氮?dú)庖贿吤摎鈦?lái)降低。有一邊使極微量的切削油劑和大量的空氣形成霧狀，噴吹在工具的刀尖及被切削材的表面，一邊進(jìn)行切削的稱為MQL (最小潤(rùn)滑劑用量:Minimal Quantity Lubricants)力口工的技術(shù)，但本發(fā)明與MQL加工不同。本發(fā)明使用非水溶性切削油劑，而MQL加工中使用的切削油劑為極微量，是完全不同的切削方法。MQL加工在使大約2 30mL/小時(shí)的極微量的油劑形成霧后噴吹在加工點(diǎn)上，而使用非水溶性切削油劑時(shí)以掩蓋機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼與工具的接觸點(diǎn)的方式供給比較大量的油劑。為了掩蓋機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼與工具的接觸點(diǎn)，供給足夠的油劑，促進(jìn)工具保護(hù)膜的生成，優(yōu)選供給0.5L/分鐘以上的油劑，更優(yōu)選供給2L/分鐘以上的油劑，進(jìn)一步優(yōu)選供給5L/分鐘以上的油劑。在此以上時(shí)效果飽和，但如果過(guò)于增加油劑，則導(dǎo)致廢油的處理成本或環(huán)境負(fù)荷的增大，因此優(yōu)選將上限規(guī)定為100L/分鐘。要通過(guò)發(fā)生反應(yīng)生成工具保護(hù)膜，重要的是控制非水溶性切削油劑的溫度。如果非水溶性切削油劑的溫度過(guò)低則反應(yīng)所需的發(fā)熱不足，效果下降，因此非水溶性切削油劑的溫度優(yōu)選規(guī)定為5°C以上，更優(yōu)選規(guī)定為15°C以上。另一方面，如果非水溶性切削油劑的溫度過(guò)高，則不僅油劑劣化，而且有因伴隨著粘度下降的附著性的劣化導(dǎo)致切削性下降的可能性，因此非水溶性切削油劑的溫度優(yōu)選規(guī)定為80°C以下，更優(yōu)選規(guī)定為40°C以下。非水溶性切削油劑的溫度能夠使用切削油用加熱器或油冷卻設(shè)備進(jìn)行調(diào)整。此外，為了增加發(fā)熱，以促進(jìn)反應(yīng)，生成工具保護(hù)膜，優(yōu)選將切削速度規(guī)定為IOm/分鐘以上。關(guān)于非水溶性切削油劑，按JIS K2241分類(lèi)的NI種、N2種、N3種及N4種等是代表性的，但在本發(fā)明中非水溶性切削油劑的種類(lèi)沒(méi)有特別的限定，只要溶解氧量滿足規(guī)定的范圍就可以。非水溶性切削油劑能夠由設(shè)在外部的噴嘴供給切削部。根據(jù)本發(fā)明，能夠在不依賴非水溶性切削油劑的供給方法的情況下提高工具壽命。本實(shí)施方式的切削方法，不管滾切加工、車(chē)削加工、絲錐加工、鉆孔加工、銑刀加工、端面銑刀加工、拉削加工等斷續(xù)切削、連續(xù)切削，對(duì)各加工都能適用。接著，對(duì)數(shù)值限定本實(shí)施方式的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的各成分含量的理由進(jìn)行說(shuō)明。再有，在以下的說(shuō)明中，組成中的質(zhì)量％只記載為％。C:0.01 1.2%C是對(duì)鋼材的基本強(qiáng)度施加較大影響的元素。但是，在C含量低于0.01%時(shí)，得不到足夠的強(qiáng)度。另一方面，如果C含量超過(guò)1.2%，則較多地析出硬質(zhì)的碳化物，因此切削性顯著下降。因而，為了得到足夠的強(qiáng)度和切削性，而將C含量規(guī)定為0.01 1.2%，優(yōu)選規(guī)定為0.05 0.8%,更優(yōu)選規(guī)定為0.10 0.70%OSi:0.005 3.0%Si —般作為脫氧元素添加，但也具有賦予鐵素體的強(qiáng)化及回火軟化抗力的效果。但是，在Si含量低于0.005%時(shí)，得不到充分的脫氧效果。另一方面，如果Si含量超過(guò)3.0%，則韌性、延展性降低，同時(shí)基體的硬度增大，因此切削性劣化。因而將Si含量規(guī)定為0.005 3.0%,優(yōu)選規(guī)定為0.01 2.5%,更優(yōu)選規(guī)定為0.05 2.0%。Mn:0.05% 3.0%Mn固溶在基體中，對(duì)于提高淬透性及確保淬火后的強(qiáng)度是必要的元素。此外，與鋼材中的S結(jié)合生成MnS系硫化物，具有改善切削性的效果。但是，如果Mn含量低于0.05%,則鋼材中的S與Fe結(jié)合成為FeS，使鋼變脆。另一方面，如果Mn含量增加，具體來(lái)講如果Mn含量超過(guò)3.0%，則基體的硬度增大，使加工性或切削性下降。因而，將Mn含量規(guī)定為0.05 3.0%，優(yōu)選規(guī)定為0.2 2.5%，更優(yōu)選規(guī)定為0.35 2.0%。P:0.001 0.2%P具有使切削性良好的效果，但在低于0.001%時(shí)得不到其效果。此外，如果P含量超過(guò)0.2%，除了使韌性嚴(yán)重劣化以外，在鋼中基體的硬度也增大，使冷加工性、熱加工性及鑄造特性下降。因而將P含量規(guī)定為0.001 0.2%，優(yōu)選規(guī)定為0.005 0.1%，更優(yōu)選規(guī)定為 0.01 0.05%。S:0.001 0.35%S與Mn結(jié)合作為MnS系硫化物存在于鋼中。MnS具有提高切削性的效果，但為了顯著地得到其效果，需要添加0.001%以上的S。另一方面，如果S含量超過(guò)0.35%，則韌性及疲勞強(qiáng)度顯著下降。因 而，將S含量規(guī)定為0.001 0.35%，優(yōu)選規(guī)定為0.005 0.15%，更優(yōu)選規(guī)定為0.01 0.07%。N:0.002 0.035%N與Al、T1、V或Nb等結(jié)合生成氮化物或碳氮化物，具有抑制晶粒粗大化的效果。但是，在低于0.002%時(shí)其效果不充分，另一方面，如果超過(guò)0.035%,則其效果飽和，同時(shí)因熱軋性顯著劣化而使軋制鋼材的制造非常困難。因而，將N規(guī)定為0.002 0.035%，優(yōu)選規(guī)定為0.0025 0.02%,更優(yōu)選規(guī)定為0.0030 0.016%。Al:含有 0.05 1.0%，滿足[Al%] — (27/14) X [N%]彡 0.05%Al在本實(shí)施方式是最重要的元素。Al作為脫氧元素提高鋼材的內(nèi)部品質(zhì)。此外，在采用溶解氧量為4 16體積％的非水溶性切削油劑進(jìn)行切削時(shí)，對(duì)于通過(guò)鋼材中的固溶Al和非水溶性切削油劑中的溶解氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在工具上形成以氧化鋁為主體的氧化物的保護(hù)膜，提高工具壽命，是不可缺的元素。為了充分生成對(duì)提高該工具壽命有效的固溶Al, 0.05%以上的含量是必要的。但是，如果Al含量超過(guò)1.0%，則在鋼材中大量生成高熔點(diǎn)、硬質(zhì)的氧化物，作為硬質(zhì)夾雜物產(chǎn)生磨料磨損，使切削時(shí)的工具磨損增大。因而將Al含量規(guī)定為0.05 1.0%，優(yōu)選規(guī)定為0.08 0.5%，更優(yōu)選規(guī)定為超過(guò)0.1且小于等于0.26%。如果鋼中存在N則生成A1N。由于N的原子量為14、Al的原子量為27，因此例如如果添加0.01%的N，則減少27/14即大約2倍的0.02%的固溶Al，其結(jié)果是，提高工具壽命的效果下降。為了得到充分的效果，固溶Al需要在0.05%以上，因此在N不是0%，而以某量存在的情況下，需要添加考慮到其N(xiāo)量的Al量。也就是說(shuō)，Al量([Al%])和N量([N%])需要滿足[Al%] — (27/14) X [N%]彡 0.05%，優(yōu)選滿足[Al%] — (27/14) X [N%] > 0.1%。關(guān)于上限，Al含量的上限為1.0%，且N含量的下限為0.002%。此外，在本實(shí)施方式的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼中，除了上述各成分以外，為了提高切削性，或者為了通過(guò)形成碳氮化物、提高淬透性或提高回火軟化抗力形成高強(qiáng)度化，通過(guò)調(diào)整脫氧控制硫化物形態(tài)、強(qiáng)化鐵素體，也可以含有Ca:0.0001 0.02%、T1:0.0005 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%, B1:0.001 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%、L1:0.00001 0.005%,Na:0.00001 0.005%、K:0.00001 0.005%、Ba:0.00001 0.005%、Sr:0.00001 0.005% 中的 I 種以上。Ca:0.0001 0.02%Ca是脫氧元素，通過(guò)使以Al2O3表示的氧化鋁等硬質(zhì)氧化物低熔點(diǎn)化來(lái)進(jìn)行軟質(zhì)化，抑制工具磨損。但是，在Ca含量低于0.0001%時(shí)，則得不到該提高切削性的效果。此夕卜，如果Ca含量超過(guò)0.02%,則在鋼中生成CaS，反而使切削性下降。因而，在添加Ca時(shí)，將其含量規(guī)定為0.0001 0.02%,優(yōu)選規(guī)定為0.0003 0.005%,更優(yōu)選規(guī)定為0.0004 0.0020%。Ti:0.0005 0.5%Ti是形成碳氮化物，有助于抑制或強(qiáng)化奧氏體晶粒的生長(zhǎng)的元素，在需要高強(qiáng)度化的鋼及要求低變形的鋼中，作為用于防止粗大晶粒的整粒化元素使用。此外，Ti也是脫氧元素，通過(guò)形成軟質(zhì)氧化物，還具有提高切削性的效果。但是，在Ti含量低于0.0005%時(shí)，沒(méi)有確認(rèn)其效果。此外，如果Ti 含量超過(guò)0.5%，則析出成為熱裂紋原因的未固溶的粗大的碳氮化物，反而損害機(jī)械性質(zhì)。因而在添加Ti時(shí)，將其含量規(guī)定為0.0005 0.5%，優(yōu)選規(guī)定為0.01 0.3%οNb:0.0005 0.5%Nb也是形成碳氮化物、有助于利用二次析出硬化來(lái)強(qiáng)化鋼、抑制或強(qiáng)化奧氏體晶粒生長(zhǎng)的元素，在需要高強(qiáng)度化的鋼及要求低變形的鋼中，作為用于防止粗大晶粒的整粒化元素使用。但是，在Nb含量低于0.0005%時(shí)，得不到高強(qiáng)度化的效果。此外，如果超過(guò)0.5%地添加Nb，則析出成為熱裂紋原因的未固溶的粗大的碳氮化物，反而損害機(jī)械性質(zhì)。因而在添加Nb時(shí)，將其含量規(guī)定為0.0005 0.5%，優(yōu)選規(guī)定為0.005 0.2%。W:0.0005 1.0%W也是能夠形成碳氮化物、通過(guò)二次析出硬化來(lái)強(qiáng)化鋼的元素。但是，在W含量低于0.0005%時(shí)，得不到高強(qiáng)度化的效果。此外，如果添加超過(guò)1.0%，則析出成為熱裂紋原因的未固溶的粗大的碳氮化物，因此反而損害機(jī)械性質(zhì)。因而，在添加W時(shí)，將其含量規(guī)定為0.0005 1.0%，優(yōu)選規(guī)定為0.01 0.8%OV:0.0005 1.0%V也是能夠形成碳氮化物、通過(guò)二次析出硬化來(lái)強(qiáng)化鋼的元素，可在需要高強(qiáng)度化的鋼中適宜添加。但是，在V含量低于0.0005%時(shí)，得不到高強(qiáng)度化的效果。此外，如果超過(guò)1.0%地添加V，則析出成為熱裂紋原因的未固溶的粗大的碳氮化物，因此反而損害機(jī)械性質(zhì)。因而，在添加V時(shí)，將其含量規(guī)定為0.0005 1.0%，優(yōu)選規(guī)定為0.01 0.8%。Ta:0.0001 0.2%Ta也與Nb同樣，是有助于利用二次析出硬化來(lái)強(qiáng)化鋼、抑制或強(qiáng)化奧氏體晶粒生長(zhǎng)的元素，在需要高強(qiáng)度化的鋼及要求低變形的鋼中，作為用于防止粗大晶粒的整粒化元素使用。但是，在Ta含量低于0.0001%時(shí)，得不到高強(qiáng)度化的效果。此外，如果超過(guò)0.2%地添加Ta，則生成成為熱裂紋原因的未固溶的粗大的析出物，反而損害機(jī)械性質(zhì)。因而在添加Ta時(shí)，將其含量規(guī)定為0.0001 0.2%，優(yōu)選規(guī)定為0.001 0.1%。Hf:0.0001 0.2%Hf也與Ti同樣，是有助于抑制或強(qiáng)化奧氏體晶粒生長(zhǎng)的元素，在需要高強(qiáng)度化的鋼及要求低變形的鋼中，作為用于防止粗大晶粒的整粒化元素使用。但是，在Hf含量低于0.0001%時(shí)，得不到高強(qiáng)度化的效果。此外，如果超過(guò)0.2%地添加Hf，則因成為熱裂紋原因的未固溶的粗大的析出物，反而損害機(jī)械性質(zhì)。因而在添加Hf時(shí)，將其含量規(guī)定為0.0001 0.2%，優(yōu)選規(guī)定為0.001 0.1%。Mg:0.0001 0.02%Mg是脫氧元素，在鋼中生成氧化物。在前提是Al脫氧的情況下，將對(duì)切削性有害的Al2O3改性為比較軟質(zhì)且微細(xì)分散的MgO或Al2O3 -MgO0此外，其氧化物具有容易成為MnS的核，使MnS微細(xì)分散的效果。但是，在Mg含量低于0.0001%時(shí)，沒(méi)有確認(rèn)這些效果。此外，Mg通過(guò)生成與MnS的復(fù)合硫化物，使MnS球狀化，但如果超過(guò)0.02%地過(guò)剩添加Mg，則促進(jìn)單獨(dú)的MgS生成，使切削性劣化。因而，在添加Mg時(shí)，將其含量規(guī)定為0.0001 0.02%,優(yōu)選規(guī)定為0.0003 0.0040%,更優(yōu)選規(guī)定為0.0005 0.0030%。Zr:0.0001 0.02%Zr是脫氧元素，在鋼中生成氧化物。認(rèn)為其氧化物為ZrO2，但該氧化物成為MnS的析出核，因此具有增加MnS的析出部位，使MnS均勻分散的效果。此外，Zr通過(guò)固溶在MnS中生成復(fù)合硫化物，使其變形能下降，在軋制及熱鍛造時(shí)具有抑制MnS形狀延伸的作用。這樣，Zr是對(duì)降低各向異性有效的元素。但是，在Zr含量低于0.0001%時(shí)，對(duì)于上述作用得不到顯著的效果。另一方面，即使超過(guò)0.02%地添加Zr，因成品率極端變差，而且大量生成ZrO2及ZrS等硬質(zhì)的化合物，反而切削性、沖擊值及疲勞特性等機(jī)械性質(zhì)下降。因而，在添加Zr時(shí)，將其含量規(guī)定為0.0001 0.02%，優(yōu)選規(guī)定為0.0003 0.01%，更優(yōu)選規(guī)定為0.0005 0.005%。Rem:0.0001 0.02%Rem (稀土金屬，Rare earth metal)是脫氧元素,生成低熔點(diǎn)氧化物,鑄造時(shí)抑制噴嘴堵塞。此外，在MnS中固溶或結(jié)合，使其變形能下降，在軋制及熱鍛造時(shí)抑制MnS延伸，因此是對(duì)降低各向異性有效的元素。但是，在Rem含量以總量計(jì)低于0.0001%時(shí)，其效果不顯著。此外，如果超過(guò)0.02%地添加Rem，則大量生成Rem的硫化物，使切削性惡化。因而，在添加Rem時(shí)，將其含量規(guī)定為0.0001 0.02%,優(yōu)選規(guī)定為0.0003 0.015%，更優(yōu)選規(guī)定為0.0005 0.01%。這里所說(shuō)的Rem表示選自稀土元素即Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb 及 Lu 中的 I 種以上。Sb:0.0001 0.015%Sb使鐵素體適度脆化，提高切削性。在Sb含量低于0.0001%時(shí)沒(méi)有確認(rèn)其效果。此外如果Sb含量超過(guò)0.015%，則Sb的顯微偏析過(guò)多，沖擊值較大地下降。因而將Sb含量規(guī)定為0.0001 0.015%，優(yōu)選規(guī)定為0.0005 0.012%，更優(yōu)選規(guī)定為0.001 0.01%。Sn:0.0005 2.0%Sn具有通過(guò)使鐵素體脆化延長(zhǎng)工具壽命，同時(shí)提高表面粗糙度的效果。但是，在Sn含量低于0.0005%時(shí)，沒(méi)有確認(rèn)其效果。此外，即使超過(guò)2.0%地添加Sn，其效果也飽和。因而，在添加Sn時(shí)，將其含量規(guī)定為0.0005 2.0%，優(yōu)選規(guī)定為0.001 1.0%，更優(yōu)選規(guī)定為0.01 0.2%οZn:0.0005 0.5%Zn具有通過(guò)使鐵素體脆化延長(zhǎng)工具壽命，同時(shí)提高表面粗糙度的效果。但是，在Zn含量低于0.0005%時(shí)，沒(méi)有確認(rèn)其效果。此外，即使超過(guò)0.5%地添加Zn，其效果也飽和。因而，在添加Zn時(shí)，將其含量規(guī)定為0.0005 0.5%，優(yōu)選規(guī)定為0.001 0.3%，更優(yōu)選規(guī)定為0.01 0.1%。B:0.0001 0.015%B在固溶時(shí)對(duì)晶界強(qiáng)化及淬透性具有效果，在析出時(shí)作為BN析出，因此對(duì)提高切削性具有效果。這些效果在B含量低于0.0001%時(shí)不顯著。另一方面，即使超過(guò)0.015%地添加B其效果也飽和，而且BN過(guò)多地析出，反而損害鋼的機(jī)械性質(zhì)。因而，在添加B時(shí)，將其含量規(guī)定為0.0001 0.015%,優(yōu)選規(guī)定為0.0005 0.01%,更優(yōu)選規(guī)定為0.001 — 0.003%。Te:0.0003 0.2%Te是提高切削性的元素。此外，具有通過(guò)生成MnTe或與MnS共存，使MnS的變形能下降，抑制MnS形狀的延伸的作用。如此，Te是對(duì)降低各向異性有效的元素。但是，在Te含量低于0.0003%時(shí)，沒(méi)有確認(rèn)這些效果。此外，如果Te含量超過(guò)0.2%，則不僅其效果飽和，而且熱軋性下降，容易成為表面缺陷的原因。因而，在添加Te時(shí)，將其含量規(guī)定為0.0003
0.2%,優(yōu)選規(guī)定為0.0005 0.1%，更優(yōu)選規(guī)定為0.001 0.01%。Se:0.0003 0.2%Se是提高切削性的元素。此外，具有通過(guò)生成MnSe或與MnS共存，使MnS的變形能下降，抑制MnS形狀的延伸的作用。如此，Se是對(duì)降低各向異性有效的元素。但是，在Se含量低于0.0003%時(shí)，沒(méi)有確認(rèn)這些效果。此外，如果Se含量超過(guò)0.2%，則其效果飽和。因而，在添加Se時(shí)，將其含量規(guī)定為0.0003 0.2%，優(yōu)選規(guī)定為0.0005 0.1%，更優(yōu)選規(guī)定為 0.001 0.01%。Bi:0.001 0.5%Bi是提高切削性的元素。但是，在Bi含量低于0.001%時(shí)，沒(méi)有得到其效果。此夕卜，即使超過(guò)0.5%地添加Bi，提高切削性的效果也飽和，而且熱軋性下降，成為表面缺陷的原因。因而，在添加Bi時(shí)，將其含量規(guī)定為0.001 0.5%，優(yōu)選規(guī)定為0.01 0.3%，更優(yōu)選規(guī)定為0.04 0.25%。Pb:0.001 0.5%Pb是提高切削性的元素。但是，在Pb含量低于0.001%時(shí)，沒(méi)有確認(rèn)其效果。此夕卜，即使超過(guò)0.5%地添加Pb，提高切削性的效果也飽和，而且熱軋性下降，成為表面缺陷的原因。因而，在添加Pb時(shí)，將其含量規(guī)定為0.001 0.5%，優(yōu)選規(guī)定為0.01 0.3%，更優(yōu)選規(guī)定為0.04 0.25%。
Cr:0.001 3.0%Cr是提高淬透性，同時(shí)賦予回火軟化抗力的元素，被添加在需要高強(qiáng)度化的鋼中。但是，在Cr含量低于0.001%時(shí)，沒(méi)有得到這些效果。此外，如果Cr含量超過(guò)3.0%，則因生成Cr碳化物而使鋼脆化。因而，在添加Cr時(shí)，將其含量規(guī)定為0.001 3.0%，優(yōu)選規(guī)定為0.01 2.3%,更優(yōu)選規(guī)定為0.1 1.8%οMo:0.001 1.0%Mo是賦予回火軟化抗力，同時(shí)提高淬透性的元素，被添加在需要高強(qiáng)度化的鋼中。但是，在Mo含量低于0.001%時(shí)，得不到這些效果。此外，即使超過(guò)1.0%地添加Mo，其效果也飽和。因而，在添加Mo時(shí)，將其含量規(guī)定為0.001 1.0%，優(yōu)選規(guī)定為0.01 0.8%，更優(yōu)選規(guī)定為0.05 0.5%οN1:0.001 5.0%Ni是強(qiáng)化鐵素體，提高延展性，而且對(duì)提高淬透性及提高耐蝕性有效的元素。但是，在Ni含量低于0.001%時(shí)，沒(méi)有確認(rèn)其效果。此外，即使超過(guò)5.0%地添加Ni，在機(jī)械性質(zhì)方面，其效果也飽和，而且切削性下降。因而，在添加Ni時(shí)，將其含量規(guī)定為0.001 5.0%，優(yōu)選規(guī)定為0.1 4.0%，更優(yōu)選規(guī)定為0.3 3.0%。Cu:0.001 5.0%Cu是強(qiáng)化鐵素體，同時(shí)對(duì)提高淬透性及耐蝕性有效的元素。但是，在Cu含量低于0.001%時(shí)，沒(méi)有確認(rèn)其效果。此外，即使超過(guò)5.0%地添加Cu，在機(jī)械性質(zhì)方面其效果也飽和。因而在添加Cu時(shí)，將其含量規(guī)定為0.001 5.0%，優(yōu)選規(guī)定為0.01 4.0%，更優(yōu)選規(guī)定為0.1 3.0%。再有，Cu特別使熱軋性下降，成為軋制時(shí)的表面缺陷的原因，因此優(yōu)選與Ni同時(shí)添加。L1:0.00001 0.005%Li在鋼中成為氧化物，通過(guò)形成低熔點(diǎn)氧化物抑制工具磨損。但是，在Li含量低于0.00001%時(shí)，沒(méi)有確認(rèn)其效果。此外，即使超過(guò)0.005%地添加Li，其效果也飽和，而且引起耐火材料的熔損等。因而在添加Li時(shí)，將其含量規(guī)定為0.00001 0.005%，優(yōu)選規(guī)定為
0.0001 0.0045%οNa:0.00001 0.005%Na也與Li同樣，在鋼中成為氧化物，通過(guò)形成低熔點(diǎn)氧化物抑制工具磨損。但是，在Na含量低于0.00001%時(shí)，沒(méi)有確認(rèn)其效果。此外，即使超過(guò)0.005%地添加Na，不僅其效果飽和，而且引起耐火材料的熔損等。因而在添加Na時(shí)，將其含量規(guī)定為0.00001
0.005%，優(yōu)選規(guī)定為 0.0001 0.0045%οK:0.00001 0.005%K也與Li同樣，在鋼中成為氧化物，通過(guò)形成低熔點(diǎn)氧化物抑制工具磨損。但是，在K含量低于0.00001%時(shí)，沒(méi)有確認(rèn)其效果。此外，即使超過(guò)0.005%地添加K，其效果也飽和，而且引起耐火材料的熔損等。因而在添加K時(shí)，將其含量規(guī)定為0.00001 0.005%，優(yōu)選規(guī)定為0.0001 0.0045%。Ba:0.00001 0.005%Ba也與Li同樣，在鋼中成為氧化物，通過(guò)形成低熔點(diǎn)氧化物抑制工具磨損。但是，在Ba含量低于0.00001%時(shí)，沒(méi)有確認(rèn)其效果。此外，即使超過(guò)0.005%地添加Ba，其效果也飽和，而且引起耐火材料的熔損等。因而在添加Ba時(shí)，將其含量規(guī)定為0.0OOOl 0.005%,優(yōu)選規(guī)定為0.0001 0.0045%οSr:0.00001 0.005%Sr也與Li同樣，在鋼中成為氧化物，通過(guò)形成低熔點(diǎn)氧化物抑制工具磨損。但是，在Sr含量低于0.00001%時(shí)，沒(méi)有確認(rèn)其效果。此外，即使超過(guò)0.005%地添加Sr，其效果也飽和，而且引起耐火材料的熔損等。因而在添加Sr時(shí)，將其含量規(guī)定為0.00001 0.005%,優(yōu)選規(guī)定為0.0001 0.0045%ο如以上說(shuō)明，根據(jù)本實(shí)施方式的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的切削方法，通過(guò)采用常溫下的溶解氧量為4 16體積％的非水溶性切削油劑進(jìn)行切削，鋼材中的固溶Al和非水溶性切削油劑中的溶解氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，由此在工具上形成以氧化鋁為主體的氧化物的保護(hù)膜，可得到優(yōu)良的工具壽命。再有，在使用水溶性的切削油劑時(shí)，因冷卻能比非水溶性的油劑大，得不到反應(yīng)所需的溫度，因此不能生成氧化物的保護(hù)膜，基于該理由，沒(méi)有得到同樣的效果。實(shí)施例1接著，通過(guò)列舉發(fā)明例及比較例，對(duì)本發(fā)明的效果進(jìn)行具體的說(shuō)明。在本實(shí)施例中，用150kg真空熔煉爐熔煉具有表1-1、1-2所示的組成的鋼，然后在1250°C的溫度條件下進(jìn)行熱鍛造，延伸鍛造成直徑13mm的圓柱狀,然后在850°C下加熱I小時(shí)后，進(jìn)行空冷的熱處理。然后，將外周車(chē)削至直徑9mm,接著拉線至直徑8mm,再切斷成每根300mm,如此制作車(chē)削加工時(shí)的工具壽命評(píng)價(jià)用試驗(yàn)片。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的切削方法，其特征在于，使用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，釆用溶解氧量為4 16體積％的非水溶性切削油劑對(duì)該機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼進(jìn)行切削加工， 所述機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的化學(xué)成分以質(zhì)量％計(jì)，含有:C:0.01 1.2%、S1:0.005 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%， 在分別將[Al%]及[N%]規(guī)定為鋼中的Al及N的質(zhì)量％時(shí)，滿足下式1，進(jìn)一步含有以下元素中的I種以上:Ca:0.0001 0.02%、T1:0.0005 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%、B1:0.001 0.5%、Pb:0.001 0.5%Cr:0.001 3.0%、Mo:0.001 1.0%N1:0.001 5.0%、Cu:0.001 5.0%、L1:0.00001 0.005%、Na:0.00001 0.005%、K:0.00001 0.005%、Ba:0.00001 0.005%、Sr:0.00001 0.005%，剩余部分由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成， [Al%] — (27/14) X [N%]彡 0.05% (式 I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的切削方法，其特征在于，在所述切削加工時(shí)，用所述非水溶性切削油劑掩蓋所述機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼和工具的接觸點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的切削方法，其特征在于，將所述切削加工中的所述非水溶性切削油劑的溫度規(guī)定在5 80°C的范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的切削方法，其特征在于，將所述切削加工中的所述非水溶性切削油劑的供給量規(guī)定為0.5 100L/分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的切削方法，其特征在于，將所述切削加工中的所述非水溶性切削油 劑的供給量規(guī)定為0.5 100L/分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提供一種機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的切削方法，其使用機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，采用溶解氧量為4～16體積%的非水溶性切削油劑對(duì)該機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼進(jìn)行切削加工，該機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的化學(xué)成分以質(zhì)量%計(jì)含有C0.01～1.2%、Si0.005～3.0%、Mn0.05%～3.0%、P0.001～0.2%、S0.001～0.35%、N0.002～0.035%、Al0.05～1.0%，在將[Al%]及[N%]分別規(guī)定為鋼中的Al及N的質(zhì)量%時(shí)，滿足[Al%]－(27/14)×[N%]≥0.05%，根據(jù)需要含有其它元素，剩余部分由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
文檔編號(hào)B23Q11/10GK103209805SQ201180052090
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月2日
發(fā)明者間曾利治, 吉田卓 申請(qǐng)人:新日鐵住金株式會(huì)社