專利名稱：切削工具壽命優良的機械結構用鋼及其切削方法
技術領域：
本發明涉及切削工具壽命優良的機械結構用鋼及其切削方法。
背景技術：
近年來，鋼的高強度化在發展，但其另一方面，出現切削性降低的問題。因此，對在保持強度的同時不降低切削效率的鋼的需求高漲。以往，為了提高鋼的被切削性，有添加1 或S作為成分的方法，但1 在環境負荷上存在問題，S有如果增大添加量則使機械特性劣化的問題。此外，根據需要也應用所謂的Belag，即通過添加Ca，使鋼中氧化物軟質化，在切削中使其附著在工具表面上來保護工具。可是Belag的應用對切削條件和成分的限制多， 一般不使用。在這樣的背景中，公開了新的成分組成的快削鋼及切削方法。專利文獻1中公開了一種機械結構用鋼，其通過將機械結構用鋼的成分規定在規定范圍內，在寬范圍的切削速度區域具有良好的被切削性，且一并具有高的沖擊特性和高的屈服比。專利文獻2中公開了一種斷續切削中的工具壽命優異的機械結構用鋼的切削方法，其通過在規定的工具與機械結構用鋼的接觸時間及非接觸時間，以50m/分鐘以上的切削速度對具有規定的成分組成的機械結構用鋼進行切削，在工具表面上生成以氧化物為主體的保護膜。現有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本特開2008-13788號公報專利文獻2 日本特開2008-36769號公報

發明內容
發明所要解決的問題但是，在以往的技術中，存在以下所示的問題。在專利文獻1所述的發明中，通過調整Al及其它氮化物生成元素和N的添加量， 同時進行適當的熱處理，將對被切削性有害的固溶N抑制在低水平。此外，適量確保通過高溫脆化提高被切削性的固溶Al及通過高溫脆化效果和脆性的結晶結構提高被切削性的 AlN0其結果是，對于從低速到高速的寬范圍的切削速度區域得到了優良的被切削性。可是，只規定了鋼材成分，沒有公開具體的切削方法及切削條件。在專利文獻2所述的發明中，要生成對抑制工具磨損有效果的保護膜，需要使來自大氣的氧向工具與被切削材料的接觸面擴散。因此，在機械結構用鋼及切屑連續地與工具接觸，來自大氣的氧難以向工具與被切削材料的接觸面擴散的連續切削的方式中，不能得到提高工具壽命的效果。
此外，如果切削速度低于50m/分鐘則效果低。另外，切削油等潤滑油的使用也限制在最小限度。所以，在機械結構用部件的制造中多采用的鉆孔加工或旋切等來自大氣的氧難以向工具與被切削材料的接觸面擴散的連續切削中，不能延長工具壽命。在機械結構用鋼中，進行鉆孔加工、旋切或絲錐加工等連續加工及立銑刀加工或滾切加工等斷續切削等各種切削加工，切削速度也隨之為較寬的范圍。而且，切削環境也為使用切削油、干式、半干式及富氧化等多種。可是，在所有的切削條件中都沒有提及延長工具壽命的方法。本發明是鑒于上述問題點而提出的，其目的在于，提供一種在無論連續切削或斷續切削等方式的寬范圍的切削速度區域中，而且在使用切削油、干式、半干式及富氧化等各種切削環境下，工具壽命均優良的機械結構用鋼及其切削方法。用于解決問題的手段本發明人等為了解決上述問題進行了銳意研究，結果發現以下的新見識。(a)如果增加鋼材成分的Al量，采用被1300°C時的標準生成自由能大于Al2O3的標準生成自由能的金屬氧化物被覆的工具進行切削，則鋼中的固溶Al和工具表面的金屬氧化物發生化學反應，在工具表面上形成Al2O3被膜，通過該Al2O3被膜可得到優良的潤滑性和工具壽命。(b)即使采用被1300°C時的標準生成自由能大于Al2O3的標準生成自由能的金屬氧化物被覆的工具進行切削，如果固溶Al量小，也不能得到對工具賦予耐磨性而言是足夠的厚度的Al2O3被膜，工具壽命沒有提高。具體而言，如果固溶Al在0. 05質量％以上，則可得到足夠厚度的Al2O3被膜。(c)即使在鋼材中的固溶Al在0.05質量％以上時，在采用被1300°C時的標準生成自由能為Al2O3的標準生成自由能以下的金屬氧化物被覆的工具進行切削時，或用工具表層不含氧化物的工具進行切削時，不發生形成Al2O3的化學反應，工具壽命沒有提高。本發明是基于上述見識，進行更詳細的研究而得到結果的，其要旨如下。
(1) 一種機械結構用鋼，其特征在于，以質量％計含有
C 0. 01 1. 2%,
Si 0.005 3. 0%,
Mn 0. 05 --3. 0%,
P 0. 0001 0. 2%,
S 0. 0001 0. 35%,
Al 0. 05 --1. 0%,
N 0. 0005 0. 035%,
且滿足[Al 427/14) X [N% ] ^ 0. 05%，剩余部分包含！^及不可避免的雜質；
通過用下述切削工具切削所述鋼，在該切削工具的表面形成Al2O3被膜，所述切削
工具的與被切削材料接觸的表面被覆有1300°C時的標準生成自由能大于Al2O3的標準生成自由能的金屬氧化物。 (2)根據上述(1)所述的機械結構用鋼，其特征在于，所述鋼以質量％計進一步含有 Ca 0. 0001 0. 02%。
(3)根據上述⑴或(2)所述的機械結構用鋼，其特征在于，所述鋼以質量％計進一步含有下述元素中的1種或2種以上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%、Cr :0. 001 3. 0%、Mo :0. 001 1. 0%、Ni :0. 001 5. 0%、Cu :0. 001 5. 0%。(4)根據上述⑴或(2)所述的機械結構用鋼，其特征在于，所述鋼以質量％計進一步含有下述元素中的1種或2種以上Mg :0· 0001 0. 02%、Zr :0· 0001 0. 02%、Rem :0· 0001 0. 02%。(5)根據上述(3)所述的機械結構用鋼，其特征在于，所述鋼以質量％計進一步含有下述元素中的1種或2種以上Mg :0· 0001 0. 02%、Zr :0· 0001 0. 02%、Rem :0· 0001 0. 02%。(6)根據上述⑴或(2)所述的機械結構用鋼，其特征在于，所述鋼以質量％計進一步含有下述元素中的1種或2種以上

Sb 0.0001 -Sn 0.0005 -Zn 0.0005 -B 0. 0001 Te 0.0003 -Se 0.0003 -Bi 0. 001 Pb 0. 001 Li 0.00001 Na 0.00001 K 0. 00001 -Ba 0. 00001 Sr 0.00001
-0. 015%, -2. 0%, -0. 5%, 0. 015%, -0. 2%, -0. 2%, 0. 5%, 0. 5%, 0. 005%, 0. 005%, -0. 005%, 0. 005%, 0. 005% ο
(7)根據上述(3)所述的機械結構用鋼，其特征在于，所述鋼以質量％計進一步含
有下述元素中的1種或2種以上有下述元素中的1種或2種以上
0072]Sb00001 --0. 015%,0073]Sn00005 --2. 0%,0074]Zn00005 --0. 5%,0075]B 0. 0001 0. 015%,0076]Te00003 --0. 2%,0077]Se00003 --0. 2%,0078]Bi0001 0. 5%,0079]Pb0001 0. 5%,0080]Li000001 0. 005%,0081]Na000001 0. 005%,0082]K 0. 00001 --0. 005%,0083]Ba000001 0. 005%,0084]Sr000001 0. 005%。0085](8)根據上述(4)所述的機械
0086]Sb00001 --0. 015%,0087]Sn00005 --2. 0%,0088]Zn00005 --0. 5%,0089]B 0. 0001 0. 015%,0090]Te00003 --0. 2%,0091]Se00003 --0. 2%,0092]Bi0001 0. 5%,0093]Pb0001 0. 5%,0094]Li000001 0. 005%,0095]Na000001 0. 005%,0096]K 0. 00001 --0. 005%,0097]Ba000001 0. 005%,0098]Sr000001 0. 005%。0099](9)根據上述( 所述的機械
有下述元素中的1種或2種以上
0100]Sb0.0001 --0. 015%,0101]Sn0.0005 --2. 0%,0102]Zn0.0005 --0. 5%,0103]B 0. 0001 0. 015%,0104]Te0.0003 --0. 2%,0105]Se0.0003 --0. 2%,0106]Bi0.001 0. 5%,0107]Pb0.001 0. 5%,0108]Li0.00001 0. 005%
Na :0. 00001 0. 005%、K :0. 00001 0. 005%、Ba :0. 00001 0. 005%、Sr :0. 00001 0. 005%。(10)根據上述⑴或(2)所述的機械結構用鋼，其特征在于，所述1300°C時的標準生成自由能的值大于Al2O3的標準生成自由能的金屬氧化物是Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、 Cu、Nb、Mo、Ta、W、Si、Zn、Sn的氧化物，或者是含有這些元素中的2種以上金屬元素的氧化物。(11)根據上述⑴或⑵所述的機械結構用鋼，其特征在于，與被切削材料接觸的表面被覆有所述金屬氧化物的切削工具通過PVD處理或CVD處理中的任一種處理來制作。(12)根據上述(1)或(2)所述的機械結構用鋼，其特征在于，被覆在所述切削工具上的金屬氧化物被膜的厚度為50nm以上且低于1 μ m。(13)根據上述⑴或(2)所述的機械結構用鋼，其特征在于，在所述切削中，使用切削油等潤滑油。(14)根據上述(13)所述的機械結構用鋼，其特征在于，所述切削油等潤滑油是非水溶性切削油劑。(15)根據上述⑴或(2)所述的機械結構用鋼，其特征在于，所述切削為連續切削。(16) 一種機械結構用鋼的切削方法，其特征在于，用在與被切削材料接觸的表面被覆有1300°C時的標準生成自由能大于Al2O3的標準生成自由能的金屬氧化物的切削工具切削下述機械結構用鋼，所述機械結構用鋼以質量％計含有C :0.01 1.2%、Si :0. 005 3. 0%、Mn :0· 05 3. 0%、P :0. 0001 0. 2%、S :0. 0001 0. 35%、Al :0· 05 1. 0%、N :0. 0005 0. 035%，且滿足[Al% ] — (27/14) X [N% ] ^ 0. 05%，剩余部分包含！^及不可避免的雜質。(17)根據上述(16)所述的機械結構用鋼的切削方法，其特征在于，所述機械結構用鋼以質量％計進一步含有Ca 0. 0001 0. 02%。(18)根據上述(16)或(17)所述的機械結構用鋼的切削方法，其特征在于，所述機械結構用鋼以質量％計進一步含有下述元素中的1種或2種以上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%、Cr :0. 001 3. 0%、Mo :0. 001 1. 0%、Ni :0. 001 5. 0%、Cu :0. 001 5. 0%。(19)根據上述(16)或(17)所述的機械結構用鋼的切削方法，其特征在于，所述機械結構用鋼以質量％計進一步含有下述元素中的1種或2種以上Mg :0. 0001 0. 02%、Zr :0. 0001 0. 02%、Rem :0· 0001 0. 02%。(20)根據上述(18)所述的機械結構用鋼的切削方法，其特征在于，所述機械結構用鋼以質量％計進一步含有下述元素中的1種或2種以上Mg :0. 0001 0. 02%、Zr :0. 0001 0. 02%、Rem :0· 0001 0. 02%。(21)根據上述(16)或(17)所述的機械結構用鋼的切削方法，其特征在于，所述機械結構用鋼以質量％計進一步含有下述元素中的1種或2種以上
0151]Sb00001 --0. 015%,0152]Sn00005 --2. 0%,0153]Zn00005 --0. 5%,0154]B 0. 0001 0. 015%,0155]Te00003 --0. 2%,0156]Se00003 --0. 2%,0157]Bi0001 0. 5%,0158]Pb0001 0. 5%,0159]Li000001 0. 005%0160]Na000001 0. 005%0161]K 0. 00001 --0. 005%,0162]Ba000001 0. 005%0163]Sr000001 0. 005%(22)根據上述(18)所述的機械結構用鋼的切削方法，其特征在于，所述機械結構用鋼以質量％計進一步含有下述元素中的1種或2種以上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%、k :0. 0003 0. 2%、
Bi :0. OOl 0. 5%、Pb :0. OOl 0. 5%、Li :0. OOOOl 0. 005%、Na :0. OOOOl ~ 0. 005%>K :0. OOOOl 0. 005%、Ba :0. OOOOl ~ 0. 005%>Sr :0. OOOOl 0. 005%。(23)根據上述(19)所述的機械結構用鋼的切削方法，其特征在干，所述機械結構 用鋼以質量％計進一步含有下述元素中的1種或2種以上Sb :0. OOOl 0. 015%、Sn :0. 0005 2. 0%、Zn :0. 0005 0. 5%、B :0. OOOl 0. 015%、Te :0. 0003 0. 2%、0003 0. 2%、Bi :0. OOl 0. 5%、Pb :0. OOl 0. 5%、Li :0. OOOOl 0. 005%、Na :0. OOOOl 0. 005%、K :0. OOOOl 0. 005%、Ba :0. OOOOl 0. 005%、Sr :0. OOOOl 0. 005%。(24)根據上述OO)所述的機械結構用鋼的切削方法，其特征在干，所述機械結構 用鋼以質量％計進一步含有下述元素中的1種或2種以上Sb :0. OOOl 0. 015%、Sn :0. 0005 2. 0%、Zn :0. 0005 0. 5%、B :0. OOOl 0. 015%、I^e 0003 0. 2%、Se :0. 0003 0. 2%、Bi :0. OOl 0. 5%、Pb :0. OOl 0. 5%、Li :0. OOOOl 0. 005%、Na :0. OOOOl 0. 005%、K :0. OOOOl 0. 005%、Ba :0. OOOOl 0. 005%、Sr :0. OOOOl 0. 005%。(25)根據上述(16)或(17)所述的機械結構用鋼的切削方法，其特征在干，所述 130(rC時的標準生成自由能大于AI2O3的標準生成自由能的金屬氧化物是Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Nb、Mo、Ta、W、Si、Zn、Sn的氧化物，或者是含有這些元素中的2種以上金屬元素的氧化物。(26)根據上述(16)或(17)所述的機械結構用鋼的切削方法，其特征在于，所述與被切削材料接觸的表面被覆有金屬氧化物的切削工具通過PVD處理或CVD處理中的任一種處理來制作。(27)根據上述(16)或(17)所述的機械結構用鋼的切削方法，其特征在于，所述被覆在切削工具上的金屬氧化物被膜的厚度為50nm以上且低于1 μ m。(28)根據上述(16)或(17)所述的機械結構用鋼的切削方法，其特征在于，在所述切削中，使用切削油等潤滑油。(29)根據上述08)所述的機械結構用鋼的切削方法，其特征在于，所述切削油等潤滑油是非水溶性切削油劑。(30)根據上述(16)或(17)所述的機械結構用鋼的切削方法，其特征在于，所述切削為連續切削。發明的效果根據本發明，能夠提供一種在無論連續切削或斷續切削等方式的寬范圍的切削速度區域中，而且在使用切削油、干式、半干式及富氧化等各種切削環境下，通過在工具表面上利用化學反應形成Al2O3被膜，可得到優良的潤滑性和工具壽命的機械結構用鋼及其切削方法。


圖1是采用通過高壓蒸氣處理對表層施加了 ！^e3O4被膜的高速鋼制鉆頭來切削固溶Al量不同的鋼材后的工具刀尖附近的SEM-EDS圖像。圖2是表示采用通過高壓蒸氣處理對表層施加了 !^e3O4被膜的高速鋼制鉆頭來切削固溶Al量不同的鋼材后的工具刀尖的斷面的圖。圖3是表示采用對TiAlN涂層的表層施加了 TW2被膜的工具來切削固溶Al量不同的鋼材后的工具刀尖的斷面的圖。
具體實施例方式以下，對本發明的實施方式進行詳細說明。本發明是機械結構用鋼及其切削方法，其特征在于，在具有規定的成分組成的機械結構用鋼的切削中，采用具有由規定的金屬氧化物構成的表層被膜的切削工具，在切削工具的表面形成Al2O3被膜。首先，對機械結構用鋼的成分組成及工具的表層被膜的詳細情況進行說明。在鋼鐵材料的切削加工中，因被切削材料在工具尖端受到大的塑性變形，因而切屑從被切削材料生成分離。該塑性變形中使用的能量的95%左右以熱量的形式散發。切削速度通常為幾十米/分鐘以上，因此塑性變形為應變速度在1000/秒以上的高應變速度變形，其結果是，熱擴散的時間不足。在切削中，由于高速度下的大應變變形局部集中地進行，所以變形區的溫度上升， 工具與鋼材的接觸面的溫度從幾百度達到一千度以上。另外，工具與鋼材的接觸面為高壓狀態。在高溫、高壓下的接觸面，接觸面間的化學反應被促進，因而工具表面磨損。該反應根據反應的種類不同被稱為擴散磨損或化學磨損。例如，如果用以WC和Co為主成分的超硬合金工具來切削碳鋼，則超硬合金中的WC 分解，C向碳鋼側擴散，或Co在界面流出。從碳鋼側向超硬合金側擴散，在工具與被切削材料的界面附近生成復雜的反應生成物。這樣的反應生成物通常比母材弱，此外，其周圍的結合相的強度降低，因此容易與切屑一同被帶去，而磨損工具。這樣，以往，在工具與鋼材的接觸面發生的化學反應是引起工具磨損的化學反應。 本發明人等發現了有效地利用通常引起工具磨損的化學反應，防止工具磨損的方法。為了提高切削工具的耐磨性，多采用對將母材規定為超硬合金或高速鋼等的工具施加硬質的陶瓷涂層的方法。其中，一般通過CVD處理涂敷的Al2O3為硬質且耐氧化性優良，因此使工具壽命大大提高。因而，本發明人等對通過在切削中利用化學反應而在工具表面形成Al2O3被膜來抑制工具磨損的方法進行了銳意研究。通常，在鋼中，Al作為脫氧元素和/或以防止AlN造成的晶粒粗大化為目的而添加。如果添加上述目的所需量以上的Al，則Al在鋼中成為固溶Al。本發明人等通過利用SEM-EDS或俄歇電子分光法對切削后的工具表面進行分析， 確認了 如果采用被與氧的親和力的大小比Al更小的金屬元素構成的氧化物、即標準生成自由能比Al2O3的該值更大的金屬氧化物被覆的工具，對含有較多固溶Al的鋼材進行切削， 則在工具與鋼材的接觸面發生化學反應，因而在工具表層形成Al2O3被膜。作為例子，圖1中示出通過SEM-EDS，對采用通過稱為高壓蒸氣處理的水蒸氣處理對工具表層施加了厚度為5μπι的!^e3O4被膜的高速鋼制鉆頭，將含有較多固溶Al的鋼材 (0. 12質量％ Α1-0. 0050質量％ N)和含有不太多固溶Al的鋼材(0. 03質量％ Α1-0. 0050 質量％ N)切削后的工具刀尖附近的工具表面上進行分析的結果。圖1中顏色越明亮，表示圖中所示的元素濃度越高。圖1 (a)為未使用的工具。工具表層通過高壓蒸氣處理而存在標準生成自由能比 Al2O3的標準生成自由能大的!^304，可觀察到!^e和0。圖1(b)為對含有較多固溶Al的鋼材進行了切削的工具，在工具表面上可觀察到 Al。利用俄歇電子分光法對觀察到Al的區域進行了詳細分析，結果Al和0存在于相同位置，其組成接近ai2O3。從該結果得知在工具表面上生成有AI2O3。圖1 (c)是對含有不太多固溶Al的鋼材進行了切削的工具。在刀尖附近沒有觀察到0，可觀察到!^e濃度高的區域。這表明因工具磨損，表層的!^e3O4消失，母材種的高速鋼露出，或為切屑粘附的狀態。圖2中示意性地示出切削后的工具刀尖附近的斷面結構。圖2(a)表示未使用的工具。圖2(b)表示切削了含有較多固溶Al的鋼材的工具。圖2(c)表示切削了含有不多固溶Al的鋼材的工具。紙面上側為工具表面側，紙面下側為工具母材側。圖2 (b)表示通過固溶Al與狗30422發生化學反應，在Fii3O4被膜22上形成Al2O3被膜23，覆蓋工具表面的狀態。形成的Al2O3被膜23抑制工具磨損。另一方面，圖2 (c)表示通過磨損!^e3O4被膜22消失，母材種的高速鋼21在表面露出，或切屑M部分粘附的狀態。作為另一例子，圖3中示意性地示出利用對施加了 TiAlN涂層32的超硬合金工具 31的表層施加厚度為200nm的TiO2被膜33的工具，將含有較多固溶Al的鋼材(0. 12質量％々1-0. 0050質量％ N)和含有不太多固溶Al的鋼材(0. 03質量％Α1-0. 0050質量％ N) 切削后的工具刀尖附近的斷面結構。圖3(a)表示未使用的工具。圖3(b)表示切削了含有較多固溶Al的鋼材的工具。 圖3(c)表示切削了含有不太多固溶Al的鋼材的工具。 圖3 (b)表示通過固溶Al與TW2發生化學反應，在TW2被膜33上形成Al2O3被膜 23而覆蓋工具表面的狀態。形成的Al2O3被膜23抑制工具磨損。圖3 (c)表示通過磨損TW2被膜33和TiAlN涂層32消失，母材種的超硬合金31 在表面露出，或切屑M部分粘附的狀態。從以上的例子得出如果采用被覆了標準生成自由能比Al2O3的標準生成自由能大的金屬氧化物的工具對含有較多固溶Al的鋼材進行切削，則在工具表面形成Al2O3被膜。 其結果是，工具的耐磨損性提高，可抑制工具磨損，因而工具壽命提高。上述是以往沒有的本發明人等提出的新見識。在得到本見識以前，例如，如圖3所示在工具表面被膜為TW2等比I^e3O4穩定的氧化物時，即為標準生成自由能比!^e3O4的標準生成自由能小的氧化物時，被設想為難以發生與固溶Al的化學反應，不能在工具表面形成Al2O3被膜。另外，通過高壓蒸氣處理生成的!^e3O4被膜厚度比較厚，為約5 μ m。因此，在氧化物被膜如圖3時為薄的被膜時，被設想為形成在工具表面的Al2O3被膜薄，不能抑制工具磨損。即使在工具被通過高壓蒸氣處理而形成的除!^e3O4以外的氧化物覆蓋，且被膜的厚度薄到200nm時，通過使鋼材的成分組成最適化，且用適當的表層被膜被覆工具，通過形成Al2O3被膜能夠抑制工具磨損，這是本發明人等發現的特別新的見識。這樣，通過用被覆了規定的表層被膜的工具對具有規定的成分組成的鋼材進行切削，機械結構用鋼的切削中的工具壽命提高。接著，對機械結構用鋼的切削中使用的工具的表層被膜的規定理由進行說明。本發明的機械結構用鋼及其切削方法的特征在于采用在與被切削材料接觸的表面上被覆了 1300°C時的標準生成自由能大于Al2O3的標準生成自由能的金屬氧化物的金屬氧化物的切削工具，以及在于在利用該工具切削時在切削工具的表面形成Al2O3被膜。在切削中，工具與鋼材的接觸面為高溫、高壓的環境，在工具與鋼材之間發生化學反應。如果用與被切削材料接觸的表面被覆了 1300°C時的標準生成自由能大于Al2O3的標準生成自由能的金屬氧化物的工具，對本發明的機械結構用鋼進行切削，則鋼材中的固溶Al和工具表層的金屬氧化物發生化學反應，在工具表面形成Al2O3被膜。由于Al2O3被膜硬質，因此具有作為保護膜發揮作用、抑制工具磨損、提高工具壽命的效果。
另外，Al2O3被膜與鋼中的MnS系夾雜物的親和性高，顯示出使MnS系夾雜物選擇性地附著在工具表面上的效果，因而賦予潤滑性。切削中的工具與鋼材的接觸面的溫度從幾百度達到一千度以上。在本發明的范圍中進行切削時，觀察到生成的切屑，結果沒有見到熔融的痕跡。由此認為接觸面的溫度沒有達到熔點。因而，規定金屬氧化物的標準生成自由能采用1300°C的值。標準生成自由能大于Al2O3的標準生成自由能的金屬氧化物是與Al2O3相比容易被還原成金屬的氧化物。作為1300°C時的標準生成自由能大于Al2O3的標準生成自由能的金屬氧化物，例如，可列舉出Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Nb、Mo、Ta、W、Si、Zn、Sn等的氧化物、及含有上述元素中的2種以上金屬元素的氧化物。所謂金屬氧化物的“1300°C時的標準生成自由能”，可通過記載于“第3版鉄鋼便覧第I卷基礎，昭和56年6月20日發行，編者社團法人日本鐵鋼協會，發行丸善株式會社，14 15頁”中的表1 · 1的算式來求出。作為例子，以下求出Al203、Ni0的1300°C時的標準生成自由能AG。(a) Al2O3的1300°C時的標準生成自由能AG = -1121. 94+0. 21630X (1300+273)= -782 (kj)(b)NiO的1300°C時的標準生成自由能AG = -465. 74+0. 16646X (1300+273)= -204 (kj)上述表1 · 1中沒有示出金屬氧化物包含2種以上的金屬元素時的標準生成自由能。在這種情況下，規定采用各金屬元素的氧化物中的標準生成自由能小的氧化物的值。例如，在含有Ni和Cr的金屬氧化物NiCrO的情況下，由于Cr2O3的標準生成自由能比NiO的標準生成自由能小，因此采用Cr2O3的標準生成自由能。這樣的金屬氧化物能夠在以工具鋼、高速鋼、超硬合金、金屬陶瓷或陶瓷等為母材的工具的表層生成。此外，還能夠在以上述材料為母材的工具上、在涂敷了含有TiN、TiC、 TiCN、TiAlN、Al203等中的1種或它們的組合的硬質物質的工具的表層上生成。作為在工具表層生成!^e3O4膜的方法，有通過水蒸氣處理生成!^e3O4膜的方法的高壓蒸氣處理。該方法被限定于在工具鋼或高速鋼等鋼鐵材料的工具中應用，對于在機械結構用鋼的切削中多采用的超硬合金、金屬陶瓷、陶瓷及工具上涂敷了超硬物質的，則不能應用。因而，優選將本發明的金屬氧化物規定為通過高壓蒸氣處理生成的除!^e3O4膜以外的金屬氧化物。在為施加金屬氧化物而使用PVD處理或CVD處理等的情況下，不僅在以工具鋼、高速鋼、超硬合金、金屬陶瓷或陶瓷等為母材的工具的表層，而且如圖3的例子所示也能在多層涂層上進一步形成Al2O3被膜。因此，相對于采用高壓蒸氣處理時，能夠極大地提高耐磨性。因此，優選金屬氧化物通過CVD處理或離子鍍敷等PVD處理來成膜。另外，在使用PVD處理時，由于向涂敷膜導入壓縮殘余應力，因此強度提高，進而耐磨性提高。因而，更優選通過PVD處理進行成膜。為了得到在切削中通過與固溶Al反應對工具賦予耐磨性而言足夠的厚度的Al2O3 被膜，優選將被覆在工具上的金屬氧化物的厚度規定為IOnm以上。更優選為50nm以上。如果被覆在工具上的金屬氧化物的厚度小于lOnm，則不能得到對工具賦予耐磨性而言足夠的厚度的Al2O3被膜，不能提高工具壽命。如果厚度為ΙΟμπι以上，則容易發生被膜的剝離、或在工具上發生碎片或碎屑，因此優選低于 ο μ m。更優選的厚度為低于5 μ m,進一步優選的厚度為低于3 μ m,更進一步優選的厚度為低于1 μ m。關于金屬氧化物的厚度，在低于500nm時可用俄歇電子分光法進行測定，在500nm 以上時可用FE-SEM進行測定。形成Al2O3被膜的化學反應發生在工具表層的金屬氧化物與鋼材之間，因此不需要大氣中的氧。所以，不僅對于干式切削、噴霧潤滑等半干式切削及富氧化氣氛下的切削具有效果，而且即使在通過切削油等潤滑油、或用于冷卻的Ar及N2等不活潑氣體容易與大氣阻斷的狀態下也具有效果，能夠在寬范圍的環境下應用。特別是，如果使用切削油等潤滑油，則潤滑性進一步提高，工具壽命進一步提高。關于切削油，按大致分類有非水溶性切削油劑和水溶性切削油劑，但如果使用潤滑效果高的非水溶性切削油劑，則潤滑性進一步提高，工具壽命進一步提高。形成Al2O3被膜的化學反應由于不需要大氣中的氧，因此機械結構用鋼及切屑與工具連續地接觸，對于來自大氣的氧難以向工具與被切削材料的接觸面擴散的鉆孔加工、 旋切或絲錐加工等連續切削是特別有效的。即使在銑刀加工或滾切加工等斷續切削中也能夠同樣地提高工具壽命。接著，對限定機械結構用鋼的成分組成的理由進行說明。以下，“％”表示“質
量％”。C對鋼材的基本強度影響較大。如果C含量低于0. 01 %，則不能得到足夠的強度。 如果C含量超過1.2%，則較多地析出硬質的碳化物，因此使被切削性顯著降低。因而，為了得到足夠的強度和被切削性，將C含量規定為0. 01 1. 2%，優選為0. 05 0. 8%。Si 一般作為脫氧元素添加，但還具有賦予鐵素體的強化及抗回火軟化的效果。如果Si含量低于0. 005%，則不能得到足夠的脫氧效果。如果Si含量超過3. 0%，則韌性、延展性降低，被切削性劣化。因而，將Si含量規定為0. 005 3. 0%，優選為0. 01 2. 2%。Mn通過在基體中固溶可確保淬火性的提高及淬火后的強度，同時與鋼材中的S結合，生成MnS系硫化物，具有改善被切削性的效果。如果Mn含量低于0. 05%，則鋼材中的S 與狗結合形成！^必，鋼變脆。如果Mn含量超過3.0%，則坯料的硬度增大，加工性降低。因而，將Mn含量規定為0. 05 3. 0%，優選為0. 2 2. 2%。P可使被切削性良好。如果P含量低于0.0001%則得不到其效果。如果P含量超過0. 2%則使韌性大大劣化，同時在鋼中坯料的硬度增大，不僅冷加工性降低，而且熱加工性及鑄造特性也降低。因而，將P含量規定為00001 0. 2%，優選為0. 001 0. 1%。S通過與Mn結合而作為MnS系硫化物存在。MnS使被切削性提高。如果S含量低于0.0001%則得不到其效果。如果S含量超過0.35%則韌性及疲勞強度顯著降低。因而， 將S含量規定為0. 0001 0. ；35%，優選為0. 001 0.2%。
N與Al、Ti、V或Nb等結合，生成氮化物或碳氮化物，抑制晶粒的粗大化。如果N 含量低于0. 0005%，則抑制晶粒粗大化的效果不充分。如果含量N超過0. 035%，則抑制晶粒粗大化的效果飽和，同時使熱延展性顯著降低，軋制鋼材的制造變得非常困難。因而，將 N 規定為 0. 0005 0. 035 %，優選為 0. 002 0. 02 %。Al在本發明中是最重要的元素。Al作為脫氧元素可提高鋼材的內部品質。同時，固溶Al在切削中在工具表面上發生與工具表層的金屬氧化物的化學反應，形成Al2O3被膜，因而潤滑性和工具壽命提高。如果Al含量低于0.05%，則不能充分生成對提高工具壽命有效的固溶Al。如果 Al含量超過1.0%，則大量生成高熔點、硬質的氧化物，使切削時的工具磨損增大。因而，將 Al含量規定為0. 05 1.0%，優選為超過0. 且小于等于0.5%。如果在鋼中存在N則生成A1N。N的原子量為14，A1的原子量為27，因此，例如如果添加0. 01%的N，則減少27/14倍即N的大約2倍的為0. 02%的固溶Al。其結果是，本發明的主要目標即提高工具壽命的效果降低。固溶Al需要在0. 05 %以上，因此如果N不是0 %，則需要考慮到N量來添加Al量。即，Al量和N量需要滿足[Al% ]-(27/14) X [N% ] ^ 0. 05%優選滿足[Al% 1-(27/14) X [N% ] > 0. 1%本發明的機械結構用鋼除了上述的各成分以外，為了提高被切削性，也可以添加 C 3. οCa是脫氧元素，通過使Al2O3等硬質氧化物低熔點化而軟質化，從而抑制工具磨損。如果Ca含量低于0. 0001%,則得不到提高被切削性的效果。如果Ca含量超過0. 02%， 則鋼中生成CaS，被切削性降低。因而，在添加Ca時，將其含量規定為0. 0001 0. 02%，優選為 0. 0004 0. 005% ο在本發明的機械結構用鋼中，在形成碳氮化物，要求高強度化的情況下，除了上述各成分以外，也可以添加 Ti 0. 0005 0. 5%, Nb :0. 0005 0. 5%, W :0. 0005 1.0% V 0. 0005 1.0%中的1種或2種以上的元素。Ti是形成碳氮化物、有助于奧氏體晶粒的生長抑制或強化的元素。Ti在需要高強度化的鋼及要求低應變的鋼中，作為防止粗大粒的整粒化元素使用。Ti也是脫氧元素，通過形成軟質氧化物來提高被切削性。如果Ti含量低于0.0005%，則得不到其效果。如果Ti含量超過0.5%，則成為熱裂紋的原因的未固溶的粗大的碳氮化物析出，損害機械性質。因而，在添加Ti的情況下，將其含量規定為0. 0005 0. 5%，優選為0. 01 0. 3%。Nb形成碳氮化物，有助于利用二次析出硬化的鋼的強化、奧氏體晶粒的生長抑制及強化。Nb對于需要高強度化的鋼及要求低應變的鋼，作為防止粗大粒的整粒化元素使用。如果Nb含量低于0.0005%，則得不到高強度化的效果。如果Nb含量超過0. 5%， 則成為熱裂紋的原因的未固溶的粗大的碳氮化物析出，損害機械性質。因而，在添加Nb的情況下，將其含量規定為0. 0005 0. 5%，優選為0. 005 0. 2%。W形成碳氮化物，能夠通過二次析出硬化來強化鋼。如果W含量低于0.0005%，則得不到高強度化的效果。如果W含量超過1.0%，則成為熱裂紋的原因的未固溶的粗大的碳氮化物析出，損害機械性質。因而，在添加W的情況下，將其含量規定為0. 0005 1. 0%，優選為0. 01 0. 8%。V形成碳氮化物，能夠通過二次析出硬化來強化鋼。V對于需要高強度化的鋼可適宜添加。如果V含量低于0.0005%，則得不到高強度化的效果。如果V含量超過1.0%，則成為熱裂紋的原因的未固溶的粗大的碳氮化物析出，損害機械性質。因而，在添加V的情況下，將其含量規定為0. 0005 1.0%，優選為0.01 0.8%。在本發明的機械結構用鋼中，在進一步要求高強度化的情況下，除了上述的各成分以外，也可以添加Ta 0. 0001 0. 2%禾口 /或Hf :0. 0001 0. 2%。Ta有助于利用二次析出硬化的鋼的強化、奧氏體晶粒的生長抑制及強化。Ta對于需要高強度化的鋼及要求低應變的鋼，作為防止粗大粒的整粒化元素使用。如果Ta含量低于0.0001%，則得不到高強度化的效果。如果Ta含量超過0. 2%， 則由于成為熱裂紋的原因的未固溶的粗大的析出物，損害機械性質。因而，在添加Ta的情況下，將其含量規定為0. 0001 0. 2%，優選為0. 001 0. 1 %。Hf有助于奧氏體晶粒的生長抑制或強化。Hf對于需要高強度化的鋼及要求低應變的鋼，作為防止粗大粒的整粒化元素使用。如果Hf含量低于0. 0001%,則得不到高強度化的效果。如果Hf含量超過0.2%，則由于成為熱裂紋的原因的未固溶的粗大的析出物，損害機械性質。因而，在添加Hf的情況下，將其含量規定為0. 0001 0. 2%，優選為0. 001 0.1%。在本發明的機械結構用鋼中，在通過脫氧調整進行硫化物形態控制的情況下， 除了上述的各成分以外，也可以添加Mg 0. 0001 0. 02%, Zr :0. 0001 0. 02%, Rem 0. 0001 0. 02%中的1種或2種以上的元素。Mg是脫氧元素，在鋼中生成氧化物。在進行Al脫氧的情況下，使對被切削性有害的Al2O3以比較軟質的狀態微細地分散，改質成MgO或Al2O3 · MgO0此外，該氧化物具有容易成為MnS的核，使MnS微細分散的效果。如果Mg含量低于0. 0001%,則得不到這些效果。Mg通過生成與MnS的復合硫化物而使MnS球狀化。如果Mg含量超過0. 02%，則促進單獨的MgS生成，被切削性劣化。因而，在添加Mg的情況下，將其含量規定為0. 0001 0. 02%,優選為 0. 0003 0. 0040%。^ 是脫氧元素，在鋼中生成氧化物。認為其氧化物為&02。該氧化物成為MnS的析出核，因此具有增加MnS的析出位點，使MnS均勻地分散的效果。此外，^ 還具有通過固溶于MnS中而生成復合硫化物，使其變形能降低，在軋制及熱鍛造時抑制MnS形狀的延伸的作用。這樣，^ 是對降低各向異性有效的元素。如果^ 含量低于0.0001%，則得不到這些效果。如果^ 含量超過0.02%，則成品率嚴重惡化，此外大量生成^o2及ZrS等硬質化合物，使被切削性、沖擊值及疲勞特性等機械性質降低。因而，在添加ττ的情況下，將其含量規定為0. 0001 0. 02%，優選為 0. 0003 0. 01%。Rem(稀土類元素)是脫氧元素，生成低熔點氧化物，抑制鑄造時的噴嘴堵塞。Rem 與MnS固溶或結合，使其變形能降低，從而在軋制及熱鍛造時抑制MnS形狀的延伸。這樣，Rem是對降低各向異性有效的元素。如果Rem含量以總量計低于0.0001%，則得不到這些效果。如果Rem含量超過 0. 02%,則大量生成Rem的硫化物，使被切削性惡化。因而，在添加Rem的情況下，將其含量規定為 0. 0001 0. 02%，優選為 0. 0003 0. 015%。在本發明的機械結構用鋼中，在提高被切削性的情況下，除了上述的各成分以外， 也可以添力口 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%及Pb 0. 001 0. 5%
中的1種或2種以上的元素。Sb使鐵素體適度地脆化，從而提高被切削性。如果Sb含量為0. 0001%，則得不到其效果。如果Sb含量超過0.015%，則Sb的微細偏析過多，使沖擊值大大降低。因而，在添加Sb的情況下，將其含量規定為0. 0001 0. 015%，優選為0. 0005 0. 012%。Sn通過使鐵素體脆化而延長工具壽命，同時提高表面粗糙度。在Sn含量低于 0.0005%時，得不到其效果。如果Sn含量超過2.0%，則其效果飽和。因而，在添加Sn的情況下，將其含量規定為0. 0005 2. 0%，優選為0. 002 1. 0%。Si通過使鐵素體脆化而延長工具壽命，同時提高表面粗糙度。在Si含量低于 0.0005%時，得不到其效果。即使超過0.5%地添加Si，其效果也飽和。因而，在添加Si的情況下，將其含量規定為0. 0005 0. 5%，優選為0. 002 0. 3%。B在固溶時對晶界強化及淬火性具有效果，在析出時作為BN析出，被切削性提高。 如果B含量低于0. 0001%,則得不到這些效果。如果B含量超過0.015%，則其效果飽和，BN 過多地析出，因而損害鋼的機械性質。因而，在添加B的情況下，將其含量規定為0. 0001 0. 015%，優選為 0. 0005 0. 01%。Te提高被切削性。此外，通過生成MnTe、或與MnS共存，具有使MnS的變形能降低， 抑制MnS形狀的延伸的作用。這樣，Te是對降低各向異性有效的元素。如果Te含量低于0.0003%，則得不到這些效果。如果Te含量超過0. 2%，則不僅其效果飽和，而且熱延展性降低，容易成為缺陷的原因。因而，在添加Te的情況下，將其含量規定為0. 0003 0. 2%，優選為0. 001 0. 1%。%是提高被切削性的元素。此外，通過生成MMe、或與MnS共存，具有使MnS的變形能降低，抑制MnS形狀的延伸的作用。這樣，Se是對降低各向異性有效的元素。如果義含量低于0.0003%，則得不到這些效果。如果義含量超過0.2%，則其效果飽和。因而，在添加Se的情況下，將其含量規定為0. 0003 0. 2%，優選為0. 001 0.1%。Bi提高被切削性。如果Bi含量低于0.001%，則得不到其效果。如果Bi含量超過0.5%，則不僅提高被切削性的效果飽和，而且熱延展性降低，容易成為缺陷的原因。因而，在添加Bi的情況下，將其含量規定為0. 001 0. 5%，優選為0. 005 0. 3%。1 提高被切削性。在1 含量低于0.001%時，得不到其效果。即使超過0.5%地添加1 ，不僅提高被切削性的效果飽和，而且熱延展性降低，容易成為缺陷的原因。因而，在添加Pb的情況下，將其含量規定為0. 001 0. 5%，優選為0. 005 0. 3%。在本發明的機械結構用鋼中，在提高淬火性及提高抗回火軟化、對鋼材賦予強度的情況下，除了上述成分以夕卜，也可以添加Cr 0. 001 3. 0%和/或Mo :0. 001 1.0%。
Cr提高淬火性，同時賦予抗回火軟化性。Cr被添加在要求高強度化的鋼中。如果 Cr含量低于0. 001 %，則得不到這些效果。如果Cr含量超過3. 0%，則生成Cr碳化物，使鋼脆化。因而，在添加Cr的情況下，將其含量規定為0. 001 3. 0%，優選為0. 01 2. 0%。Mo賦予抗回火軟化性，同時提高淬火性。Mo被添加在要求高強度化的鋼中。如果 Mo含量低于0.001%，則得不到這些效果。如果Mo含量超過1.0%，則其效果飽和。因而， 在添加Mo的情況下，將其含量規定為0. 001 1.0%，優選為0.01 0.8%。在本發明的機械結構用鋼中，在使鐵素體強化的情況下，除了上述的各成分以外， 也可以添加Ni 0. 001 5. 0%和/或Cu 0. 001 5. 0%。Ni強化鐵素體，提高延展性。Ni對于提高淬火性及耐腐蝕性也是有效的。如果Ni 含量低于0. 001 %，則得不到其效果。如果Ni含量超過5.0%，則在機械性質上其效果飽和， 被切削性降低。因而，在添加Ni的情況下，將其含量規定為0. 001 5. 0%，優選為0. 05 2. 0%。Cu強化鐵素體，提高淬火性和耐腐蝕性。如果Cu含量低于0. 001%，則得不到其效果。如果Cu含量超過5. 0%，則在機械性質上其效果飽和。因而，在添加Cu的情況下，將其含量規定為0. 001 5. 0%，優選為0. 01 2. 0%。Cu特別是使熱延展性降低，容易成為軋制時的缺陷的原因，因此優選與M同時添加。在本發明的機械結構用鋼中，為了提高被切削性，除上述各成分以外，也可以添加 Li 0. 00001 0. 005%, Na :0. 00001 0. 005%、K :0. 00001 0. 005%, Ba :0. 00001 0. 005%和Sr 0. 00001 0.005%中的1種或2種以上的元素。Li在鋼中成為氧化物，通過形成低熔點氧化物來抑制工具磨損。如果Li含量低于 0. 00001%，則得不到其效果。如果Li含量超過0. 005%,則其效果飽和，此外引起耐火物的熔損等。因而，在添加Li的情況下，將其含量規定為0. 00001 0. 005%,優選為0. 0001 0. 0045%。Na在鋼中成為氧化物，通過形成低熔點氧化物來抑制工具磨損。如果Na含量低于 0. 00001%，則得不到其效果。如果Na含量超過0. 005%,則其效果飽和，此外引起耐火物的熔損等。因而，在添加Na的情況下，將其含量規定為0. 00001 0. 005%,優選為0. 0001 0. 0045%。K在鋼中成為氧化物，通過形成低熔點氧化物來抑制工具磨損。如果K含量低于 0. 00001%，則得不到其效果。如果K含量超過0. 005%,則其效果飽和，此外引起耐火物的熔損等。因而，在添加K的情況下，將其含量規定為0. 00001 0. 005%，優選為0. 0001 0. 0045%。Ba在鋼中成為氧化物，通過形成低熔點氧化物來抑制工具磨損。如果Ba含量低于 0. 00001%，則得不到其效果。如果Ba含量超過0. 005%,則其效果飽和，此外引起耐火物的熔損等。因而，在添加Ba的情況下，將其含量規定為0. 00001 0. 005%,優選為0. 0001 0. 0045%。Sr在鋼中成為氧化物，通過形成低熔點氧化物來抑制工具磨損。如果Sr含量低于 0. 00001%，則得不到其效果。如果Sr含量超過0. 005%,則其效果飽和，此外引起耐火物的熔損等。因而，在添加Sr的情況下，將其含量規定為0. 00001 0. 005%,優選為0. 0001 0. 0045%。如以上說明的那樣，根據本發明的機械結構用鋼及其切削方法，在無論連續切削或斷續切削等方式的寬范圍的切削速度區域中，通過在切削中在工具表面上通過化學反應形成Al2O3被膜，能夠得到優良的潤滑性和工具壽命。實施例以下采用實施例對本發明的效果進行具體的說明。用150kg真空熔煉爐熔煉表1 8中所示組成的鋼，然后在1250°C的溫度條件下通過熱鍛造鍛伸成直徑為65mm的圓柱狀。接著在1300°C下加熱2小時后空冷，然后在進行了正火(在900°C加熱1小時后空冷)后，切下工具壽命評價用試驗片，供于試驗。作為切削工具，采用TiAlN涂層超硬合金、高速鋼、超硬合金、TiCN涂層高速鋼及 TiAlN涂層高速鋼這5種。對這些工具的表層施加表1 8中所示的金屬氧化物被膜。金屬氧化物被膜為通過PVD制作的金屬氧化物和通過高壓蒸氣處理生成的狗304。 在金屬氧化物被膜的厚度低于500nm時用俄歇電子分光法進行了測定，在金屬氧化物被膜的厚度為500nm以上時用FE-SEM進行了測定。表1 8中示出施加在工具表層的金屬氧化物的1300°C時的氧化物生成自由能。表1 8中的下劃線表示沒有滿足本發明的特征的情況。
權利要求
1.一種機械結構用鋼，其特征在于，以質量％計含有 C 0. 01 1. 2%,Si 0. 005 3. 0%、 Mn 0. 05 3. 0%、 P 0. 0001 0. 2%、 S 0. 0001 0. 35%, Al 0. 05 1. 0%、 N 0. 0005 0. 035%,且滿足[Al% ]_ (27/14) X [N% ] ^ 0.05%，剩余部分包含！^及不可避免的雜質； 通過用下述切削工具切削所述鋼，在該切削工具的表面形成Al2O3被膜，所述切削工具的與被切削材料接觸的表面被覆有1300°C時的標準生成自由能大于Al2O3的標準生成自由能的金屬氧化物。
2.根據權利要求1所述的機械結構用鋼，其特征在于，所述鋼以質量％計進一步含有 Ca 0. 0001 0. 02%。
3.根據權利要求1或2所述的機械結構用鋼，其特征在于，所述鋼以質量％計進一步含有下述元素中的1種或2種以上Ti0. 0005 ‘ 0. 5%,Nb0. 0005 ‘ 0. 5%、W 0. 0005 ^ 1. 0%,V 0. 0005 ^ 1. 0%,Ta0. 0001 ‘ 0. 2%、Hf0. 0001 ‘ 0. 2%、Cr0. 001 ^ 3. 0%,Mo0. 001 ^ 1. 0%,Ni0. 001 ^ 5. 0%,Cu0. 001 ‘5. 0%。
4.根據權利要求1或2所述的機械結構用鋼，其特征在于，所述鋼以質量％計進一步含有下述元素中的1種或2種以上Mg 0. 0001 0. 02%, Zr 0. 0001 0. 02%, Rem :0. 0001 0. 02%。
5.根據權利要求3所述的機械結構用鋼，其特征在于，所述鋼以質量％計進一步含有下述元素中的1種或2種以上Mg 0. 0001 0. 02%, Zr 0. 0001 0. 02%, Rem :0. 0001 0. 02%。
6.根據權利要求1或2所述的機械結構用鋼，其特征在于，所述鋼以質量％計進一步含有下述元素中的1種或2種以上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%、 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%。
7.根據權利要求3所述的機械結構用鋼，其特征在于，所述鋼以質量％計進一步含有下述元素中的1種或2種以上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%, 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%。
8.根據權利要求4所述的機械結構用鋼，其特征在于，所述鋼以質量％計進一步含有下述元素中的1種或2種以上Sb0.0001 --0 015%,Sn0.0005 --2.0%,Zn0.0005 --0.5%,B 0. 0001 0.015%,Te0.0003 --0.2 % ΛSe0.0003 --0.2 % ΛBi0.001 0.5%,Pb0.001 0.5%,Li0.00001 0. 005%Na0.00001 0. 005%K 0. 00001 0. 005%, Ba 0. 00001 0. 005%, Sr 0. 00001 0. 005%。
9.根據權利要求5所述的機械結構用鋼，其特征在于，所述鋼以質量％計進一步含有下述元素中的1種或2種以上Sb0.0001 --0 015%,Sn0.0005 --2.0%,Zn0.0005 --0.5%,B 0. 0001 0.015%,Te0.0003 --0.2 % ΛSe0.0003 --0.2 % ΛBi0.001 0.5%,Pb0.001 0.5%,Li0.00001 0. 005%Na0.00001 0. 005%K 0. 00001 --0 005%,Ba0.00001 0. 005%Sr0.00001 0. 005%
10.根據權利要求1或2所述的機械結構用鋼，其特征在于，所述1300°C時的標準生成自由能的值大于Al2O3的標準生成自由能的金屬氧化物是Ti、V、Cr、Mn、Fe, Co, Ni、Cu、Nb、 Mo、Ta、W、Si、Zn、Sn的氧化物，或者是含有這些元素中的2種以上金屬元素的氧化物。
11.根據權利要求1或2所述的機械結構用鋼，其特征在于，與被切削材料接觸的表面被覆有所述金屬氧化物的切削工具通過PVD處理或CVD處理中的任一種處理來制作。
12.根據權利要求1或2所述的機械結構用鋼，其特征在于，被覆在所述切削工具上的金屬氧化物被膜的厚度為50nm以上且低于1 μ m。
13.根據權利要求1或2所述的機械結構用鋼，其特征在于，在所述切削中，使用切削油等潤滑油。
14.根據權利要求13所述的機械結構用鋼，其特征在于，所述切削油等潤滑油是非水溶性切削油劑。
15.根據權利要求1或2所述的機械結構用鋼，其特征在于，所述切削為連續切削。
16.一種機械結構用鋼的切削方法，其特征在于，用在與被切削材料接觸的表面被覆有1300°C時的標準生成自由能大于Al2O3的標準生成自由能的金屬氧化物的切削工具切削下述機械結構用鋼，所述機械結構用鋼以質量％計含有C 0. 01 1. 2%、Si 0. 005 3. 0%,Mn 0. 05 3. 0%、P 0. 0001 0. 2%,S 0. 0001 0. 35%,Al 0. 05 1. 0%、 N 0. 0005 0. 035%,且滿足[Al% ]-(27/14) X ] > 0.05%，剩余部分包含！^及不可避免的雜質。
17.根據權利要求16所述的機械結構用鋼的切削方法，其特征在于，所述機械結構用鋼以質量％計進一步含有Ca :0. 0001 0. 02%。
18.根據權利要求16或17所述的機械結構用鋼的切削方法，其特征在于，所述機械結構用鋼以質量％計進一步含有下述元素中的1種或2種以上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%, Cr 0. 001 3. 0%, Mo 0. 001 1. 0%, Ni 0. 001 5. 0%, Cu 0. 001 5. 0%。
19.根據權利要求16或17所述的機械結構用鋼的切削方法，其特征在于，所述機械結構用鋼以質量％計進一步含有下述元素中的1種或2種以上Mg 0. 0001 0. 02%, Zr 0. 0001 0. 02%, Rem :0. 0001 0. 02%。
20.根據權利要求18所述的機械結構用鋼的切削方法，其特征在于，所述機械結構用鋼以質量％計進一步含有下述元素中的1種或2種以上Mg 0. 0001 0. 02%, Zr 0. 0001 0. 02%, Rem :0. 0001 0. 02%。
21.根據權利要求16或17所述的機械結構用鋼的切削方法，其特征在于，所述機械結構用鋼以質量％計進一步含有下述元素中的1種或2種以上Sb0.0001 --0. 015%,Sn0.0005 --2. 0%,Zn0.0005 --0. 5%,B 0. 0001 0. 015%,Te0.0003 --0. 2%,Se0.0003 --0. 2%,Bi0.001 0. 5%,Pb0.001 0. 5%,Li0.00001 0. 005%Na0.00001 0. 005%K 0. 00001 0. 005%, Ba 0. 00001 0. 005%, Sr 0. 00001 0. 005%。
22.根據權利要求18所述的機械結構用鋼的切削方法，其特征在于，所述機械結構用鋼以質量％計進一步含有下述元素中的1種或2種以上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%, 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%。
23.根據權利要求19所述的機械結構用鋼的切削方法，其特征在于，所述機械結構用鋼以質量％計進一步含有下述元素中的1種或2種以上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%、 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%。
24.根據權利要求20所述的機械結構用鋼的切削方法，其特征在于，所述機械結構用鋼以質量％計進一步含有下述元素中的1種或2種以上Sb 0. 0001 0. 015%, Sn 0. 0005 2. 0%、 Zn 0. 0005 0. 5%、 B 0. 0001 0. 015%,6Te 0. 0003 0. 2%、 Se 0. 0003 0. 2%、 Bi 0. 001 0. 5%、 Pb 0. 001 0. 5%、 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%。
25.根據權利要求16或17所述的機械結構用鋼的切削方法，其特征在于，所述1300°C 時的標準生成自由能大于Al2O3的標準生成自由能的金屬氧化物是Ti、V、Cr、Mn、Fe、C0、Ni、 Cu、Nb、Mo、Ta、W、Si、Zn、Sn的氧化物，或者是含有這些元素中的2種以上金屬元素的氧化物。
26.根據權利要求16或17所述的機械結構用鋼的切削方法，其特征在于，所述與被切削材料接觸的表面被覆有金屬氧化物的切削工具通過PVD處理或CVD處理中的任一種處理來制作。
27.根據權利要求16或17所述的機械結構用鋼的切削方法，其特征在于，所述被覆在切削工具上的金屬氧化物被膜的厚度為50nm以上且低于1 μ m。
28.根據權利要求16或17所述的機械結構用鋼的切削方法，其特征在于，在所述切削中，使用切削油等潤滑油。
29.根據權利要求觀所述的機械結構用鋼的切削方法，其特征在于，所述切削油等潤滑油是非水溶性切削油劑。
30.根據權利要求16或17所述的機械結構用鋼的切削方法，其特征在于，所述切削為連續切削。
全文摘要
本發明提供一種在無論連續切削或斷續切削等方式的寬范圍的切削速度區域中，而且在使用切削油、干式、半干式及富氧化等各種切削環境下，工具壽命均優良的機械結構用鋼及其切削方法。所述鋼的化學成分以質量％計含有C0.01～1.2％、Si0.005～3.0％、Mn0.05～3.0％、P0.0001～0.2％、S0.0001～0.35％、N0.0005～0.035％、Al0.05～1.0％，且滿足[Al％]一(27/14)×[N％]≥0.05％，剩余部分包含Fe及不可避免的雜質；其特征在于，通過用下述切削工具切削所述鋼，在該切削工具的表面形成Al2O3被膜，所述切削工具的與被切削材料接觸的表面被覆有1300℃時的標準生成自由能的值為Al2O3的該值以上的金屬氧化物。
文檔編號C22C38/60GK102209798SQ201080003176
公開日2011年10月5日 申請日期2010年5月14日 優先權日2009年5月22日
發明者齋藤肇, 水野淳, 間曾利治 申請人:新日本制鐵株式會社