(57)【要約】  この機械構造用鋼の切削方法は、化学成分が、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、［Ａｌ％］及び［Ｎ％］を、それぞれ、鋼中におけるＡｌ及びＮの質量％とした場合に、［Ａｌ％］−（２７／１４）×［Ｎ％］≧０．０５％を満たし、必要に応じてその他の元素を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる機械構造用鋼を用い、この機械構造用鋼に対して、溶存酸素量が４〜１６体積％である不水溶性切削油剤を用いて切削加工を行う。
2012060383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学成分が、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、
［Ａｌ％］及び［Ｎ％］を、それぞれ、鋼中におけるＡｌ及びＮの質量％とした場合に、下記式１を満たし、
さらに、
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％、
のうちの１種以上を含有し、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる機械構造用鋼を用い、
この機械構造用鋼に対して、溶存酸素量が４〜１６体積％である不水溶性切削油剤を用いて切削加工を行う
ことを特徴とする機械構造用鋼の切削方法。
［Ａｌ％］−（２７／１４）×［Ｎ％］≧０．０５％…（式１）
【請求項２】
前記切削加工に際し、前記機械構造用鋼と工具の接触点を、前記不水溶性切削油剤で覆う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。
【請求項３】
前記切削加工における前記不水溶性切削油剤の温度を５〜８０℃の範囲とす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。
【請求項４】
前記切削加工における前記不水溶性切削油剤の供給量を０．５〜１００Ｌ／分とすることを特徴とする請求項３に記載の機械構造用鋼の切削方法。
【請求項５】
前記切削加工における前記不水溶性切削油剤の供給量を０．５〜１００Ｌ／分とす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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械構造用鋼の切削方法に関する。
本願は、２０１０年１１月２日に、日本に出願された特願２０１０-２４６０７２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境問題の観点から、工業製品を製造する際において、省エネルギー、省資源、環境負荷物質低減など、環境に配慮すること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ギア、シャフト、ナットなどの機械構造用部品は、機械構造用鋼を切削加工することによって製造されるものがほとんどである。従って、機械構造用鋼の切削加工の分野においては、切削技術及び、削られる側である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。【０００３】
機械構造用鋼の切削においては、ドライ加工やセミドライ加工よりも切削加工効率を向上させるため、切削油剤を用いた加工が広く行われている。切削油剤は原液のまま用いる不水溶性切削油剤と、水で希釈して用いる水溶性切削油剤とに分けられる。ともに機械構造用鋼の切削に多用されているが、特に、ガンドリル、歯切り、ブローチ、タッピングなどの仕上げ精度が要求される加工や、工具負荷が大きい加工を行う場合には、切削油剤の大半を不水溶性切削油剤が占めている。そこで、不水溶性切削油剤を用いた加工を高能率化する必要がある。【０００４】
不水溶性切削油剤には安価で且つ優れた潤滑性を保つ塩素系極圧剤が添加されていたが、近年の環境問題から塩素系極圧剤を含む切削油の処理が高コスト化したため、現在では塩素系極圧剤の代替として主に硫黄系極圧剤が使用されている。しかし、硫黄系極圧剤を使用するだけでは潤滑性が不十分であるため、優れた潤滑性が得られ、かつ切削効率を高めることができる切削技術が求められている。【０００５】
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、つまり鋼材の切削加工のされ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向上のためにＳやＰｂの添加が行われてきた。しかし、Ｓは添加量を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は機械的性質の低下が少なくして被削性を向上させることから、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やＰｂを使わずに被削性を向上させることが求められている。【０００６】
このような背景の中、機械構造用鋼の切削技術においては、例えば特許文献１に環境対応型の切削油剤に関する技術が検討されている。潤滑油基油、分散剤および微粒子状炭酸カルシウムからなる潤滑油に油性向上剤を含有させることにより、塩素系極圧添加剤を含まずとも良好な潤滑性が得られている。【０００７】
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２では、高Ａｌおよびその他の窒化物生成元素とＮの添加量を調整するとともに、適切な熱処理をすることにより、被削性に有害な固溶Ｎを低く抑えることと、高温脆化により被削性を向上させる固溶Ａｌ、および高温脆化効果とへき開性の結晶構造とにより被削性を向上させるＡｌＮを適量確保することとにより、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と、高い衝撃値及び降伏比とを併せ持つ機械構造用鋼が開示されている。【０００８】
このように切削加工における環境対応技術として、切削油剤や鋼材成分の検討が進められている。今後さらに環境に配慮した技術を検討するには、切削油剤と鋼材成分の両方を検討していく必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】日本国特開２００６−２２５４９１号公報
【特許文献２】日本国特開２００８−１３７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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。【００１１】
特許文献１は従来の塩素系極圧剤を用いた切削油と比較して同等の切削性が得られるに過ぎず、従来以上に潤滑性を高めて切削加工効率を向上させることはできない。さらに、鋼材はＪＩＳで規定されるＳＣｒ４２０のみしか記載されていない。【００１２】
特許文献２に開示の技術では、前述のように幅広い切削速度域に対して優れた被削性が得られる。更に、Ａｌ添加量を高めることにより、従来のＡｌ−キルド鋼に比べて鋳片段階での偏析が小さく、均一分散性の高いＭｎＳを多くして、高い衝撃特性を併せ持つ機械構造用鋼が得られる。また、この機械構造用鋼は、ＡｌＮの微細析出及び固溶Ａｌにより高い降伏比が得られる。しかしながら、鋼材成分に関する規定のみであり、具体的な切削方法および切削条件については規定されていない。さらに、不水溶性切削油剤に関する記載は無い。【００１３】
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、不水溶性切削油剤を用いた切削において、工具寿命を高めて切削加工効率に優れた機械構造用鋼の切削方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは上記課題を解決するため、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て鋭意研究した。その結果、以下の知見を得た。
（ａ）固溶Ａｌが多量に存在する鋼材に対して、溶存酸素を多く含む不水溶性切削油剤を用いて切削を行った場合、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(Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ−Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ)やＡＥＳ（Ａｕｇｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて見出した。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が多量に存在する鋼材を溶存酸素量が高い不水溶性切削油剤を用いて切削を行った場合、固溶Ａｌと切削油中の酸素との化学反応が起こり、アルミナを主体とする酸化物が生成する。
（ｂ）アルミナは硬質であるため、工具上に生成したアルミナを主体とする酸化物が工具保護膜として働き、工具に耐摩耗性が付与され、工具寿命が向上する。【００１５】
本発明は上記知見に基づいて完成したものである。
上記の課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用した。【００１６】
（１）すなわち、本発明の一態様に係る機械構造用鋼の切削方法は、化学成分が、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、［Ａｌ％］及び［Ｎ％］を、それぞれ、鋼中におけるＡｌ及びＮの質量％とした場合に、下記式１を満たし、さらに、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％、のうちの１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる機械構造用鋼を用い、この機械構造用鋼に対して、溶存酸素量が４〜１６体積％である不水溶性切削油剤を用いて切削加工を行う。
［Ａｌ％］−（２７／１４）×［Ｎ％］≧０．０５％…（式１）【００１７】
（２）上記（１）に記載の態様では、切削加工に際し、前記機械構造用鋼と工具の接触点を、前記不水溶性切削油剤で覆ってもよい。【００１８】
（３）上記（１）または（２）に記載の態様では、前記切削加工における前記不水溶性切削油剤の温度を５〜８０℃の範囲としてもよい。【００１９】
（４）上記（３）に記載の態様では、前記切削加工における前記不水溶性切削油剤の供給量を０．５〜１００Ｌ／分としてもよい。【００２０】
（５）上記（１）または（２）に記載の態様では、前記切削加工における前記不水溶性切削油剤の供給量を０．５〜１００Ｌ／分としてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の上記態様によれば、不水溶性切削油剤を用いた切削を行う際に、優れた工具寿命が得られる機械構造用鋼の切削方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】不水溶性切削油剤中の溶存酸素量と旋削加工時の工具摩耗量との関係を示す図である。
【図２】不水溶性切削油剤中の溶存酸素量とタッピング時の工具折損までの加工回数との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態に係る機械構造用鋼の切削方法について詳細に説明する。
【００２４】
まず、本実施形態で使用する不水溶性切削油剤に関して説明する。
【００２５】
本実施形態に係る不水溶性切削油剤は常温で油剤中に溶存酸素を４〜１６体積％含む。ここでいう溶存酸素とは油剤中に溶解状態で存在する酸素のことである。固溶Ａｌが多量に存在する鋼材に対して、溶存酸素が４〜１６体積％含まれる不水溶性切削油剤を用いて切削することにより、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る。その結果工具保護膜が形成され、工具寿命が向上する。この場合、鋼材中の固溶Ａｌと、不水溶性切削油剤が化学反応を起こすためには、機械構造用鋼と工具との接触点が、切削中に、溶存酸素量が４〜１６体積％の不水溶性切削油剤で覆われていることが望ましい。また、切削にあたっては、機械構造用鋼と工具の接触点を、不水溶性切削油剤で覆う工程を含むことが望ましい。不水溶性切削油剤中の溶存酸素量はＧＣ−ＭＳ（ガスクロマトグラフィ−質量分析法）により測定することができる。測定は例えば次のような条件で行うことができる。
Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ：ＨＰ５８９０（ＨＥＷＬＥＴＴ  ＰＡＣＡＲＤ），Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＭＳＤ，Ｃｏｌｕｍｎ：０Ｖ−１＋Ｍｅｇａｂｏｒｅｃｏｌｕｍｎ＋０Ｖ−１（２５ｍ）×２，Ｉｎｊｅｃｔｉｎｇ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：１２０℃，Ｏｖｅｎ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：４０℃，Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｇａｓ：Ｈｅ
【００２６】
上述の体積％は、不水溶性切削油剤中に存在する溶存酸素量を、不水溶性切削油剤に対する体積比率で表わしたものであり、例えば４体積％の場合は、不水溶性切削油剤１００ｍＬ中に、４ｍＬに相当する酸素が溶解していることを意味する。
【００２７】
工具保護膜の生成を促進するためには溶存酸素量が４体積％以上必要である。一方、溶存酸素が多くなりすぎると、具体的には１６体積％を超えて多すぎると不水溶性切削油剤の酸化による劣化を招き、不水溶性切削油剤のそもそもの潤滑性が失われて工具寿命が低下する。そのため、溶存酸素量は４〜１６体積％とし、好ましくは８〜１５体積％、さらに好ましくは１０〜１４体積％である。
【００２８】
不水溶性切削油剤中の溶存酸素量は、例えば、使用前の油剤に予め空気や酸素を吹き込むことにより高めることができ、窒素ガスを切削油中に吹き込みながら脱気することにより低減することができる。
【００２９】
極微量の切削油剤と多量の空気をミスト状にし、工具の刃先や被削材の表面に吹き付けながら切削するＭＱＬ（Ｍｉｎｉｍａｌ  Ｑｕａｎｔｉｔｙ  Ｌｕｂｒｉｃａｎｔｓ）加工という技術があるが、本発明はＭＱＬ加工とは異なるものである。本発明は不水溶性切削油剤を使用するのに対し、ＭＱＬ加工で使用する切削油剤は極微量であり、全く異なる切削方法である。ＭＱＬ加工は約２〜３０ｍＬ／時の極微量の油剤をミストにして加工点に吹き付けるのに対し、不水溶性切削油剤を使用する場合は比較的大量の油剤を、機械構造用鋼と工具の接触点を覆うようにして供給する。
【００３０】
機械構造用鋼と工具の接触点を覆って十分な油剤を供給し、工具保護膜の生成を促進するためには好ましくは０．５Ｌ／分以上、より好ましくは２Ｌ／分以上、さらに好ましくは５Ｌ／分以上の油剤を供給する方がよい。それ以上では効果が飽和するが、油剤を増やしすぎると廃油の処理コストや環境負荷の増大につながるので上限は１００Ｌ／分とするのが好ましい。
反応を起こして工具保護膜を生成するには不水溶性切削油剤の温度を制御することが重要である。不水溶性切削油剤の温度が低すぎると反応に必要な発熱が不足し効果が低減するため、不水溶性切削油剤の温度は好ましくは５℃以上、より好ましくは１５℃以上とする方がよい。一方、不水溶性切削油剤の温度が高すぎると油剤が劣化するだけでなく、粘度の低下に伴う付着性の劣化により切削性が低下する恐れがあるので、不水溶性切削油剤の温度は好ましくは８０℃以下、より好ましくは４０℃以下とする方がよい。不水溶性切削油剤の温度は切削油用ヒーターや油冷却機器を使用して調整することができる。
また、反応を促進して工具保護膜を生成するには発熱を多くするために、切削速度は１０ｍ／分以上とすることが好ましい。
【００３１】
不水溶性切削油剤はＪＩＳ  Ｋ２２４１で分類されるＮ１種、Ｎ２種、Ｎ３種及びＮ４種などが代表的であるが、本発明では不水溶性切削油剤の種類は特に限定されず、溶存酸素量が所定の範囲を満たせばよい。
【００３２】
不水溶性切削油剤は、外部に設置したノズルから切削部に供給することができる。本発明によれば、不水溶性切削油剤の供給方法に依らず工具寿命を高めることができる。
【００３３】
本実施形態の切削方法は、ホブ加工、旋削加工、タップ加工、ドリル加工、フライス加工、エンドミル加工、ブローチ加工など断続切削、連続切削を問わず各加工に対して適用することができる。
【００３４】
次に、本実施形態の機械構造用鋼の各成分の含有量を数値限定した理由について説明する。なお、以下の説明においては、組成における質量％は、単に％と記載する。
【００３５】
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％未満の場合、十分な強度を得られない。一方、Ｃ含有量が１．２％を超えると、硬質の炭化物を多く析出するため、被削性が著しく低下する。よって、十分な強度と被削性を得るため、Ｃ含有量は０．０１〜１．２％とし、好ましくは０．０５〜０．８％、さらに好ましくは０．１０〜０．７０％とする。
【００３６】
Ｓｉ：０．００５〜３．０％
Ｓｉは、一般に脱酸元素として添加されるが、フェライトの強化及び焼戻し軟化抵抗を付与する効果もある。しかしながら、Ｓｉ含有量が０．００５％未満の場合、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、延性が低くなると同時に、素地の硬さが大きくなるため被削性が劣化する。よってＳｉ含有量は０．００５〜３．０％とし、好ましくは０．０１〜２．５％、さらに好ましくは０．０５〜２．０％とする。
【００３７】
Ｍｎ：０．０５％〜３．０％
Ｍｎは、マトリックスに固溶させて焼入れ性の向上や焼入れ後の強度を確保するために必要な元素である。また、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となり、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、素地の硬さが大きくなり加工性や被削性が低下する。よって、Ｍｎ含有量は０．０５〜３．０％とし、好ましくは０．２〜２．５％、さらに好ましくは０．３５〜２．０％とする。
【００３８】
Ｐ：０．００１〜０．２％
Ｐは被削性を良好にする効果があるが、０．００１％未満の場合、その効果が得られない。また、Ｐ含有量が０．２％を超えると、靭性を大きく劣化させる上、鋼中において素地の硬さが大きくなり、冷間加工性、熱間加工性及び鋳造特性が低下する。よってＰ含有量は０．００１〜０．２％とし、好ましくは０．００５〜０．１％、さらに好ましくは０．０１〜０．０５％とする。
【００３９】
Ｓ：０．００１〜０．３５％
ＳはＭｎと結合してＭｎＳ系硫化物として鋼中に存在する。ＭｎＳは、被削性を向上させる効果があるが、その効果を顕著に得るためには、Ｓを０．００１％以上添加する必要がある。一方、Ｓ含有量が０．３５％を超えると、靭性や疲労強度が著しく低下する。よって、Ｓ含有量は０．００１〜０．３５％とし、好ましくは０．００５〜０．１５％、さらに好ましくは０．０１〜０．０７％とする。
【００４０】
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、０．００２％未満ではその効果は不十分であり、一方、０．０３５％を超えると、その効果が飽和するとともに熱間延性を著しく劣化させるため、圧延鋼材の製造が極めて困難になる。よって、Ｎは０．００２〜０．０３５％とし、好ましくは０．００２５〜０．０２％、さらに好ましくは０．００３０〜０．０１６％とする。
【００４１】
Ａｌ：０．０５〜１．０％を含有し、［Ａｌ％］−（２７／１４）×［Ｎ％］≧０．０５％を満たす
Ａｌは、本実施形態において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、溶存酸素量が４〜１６体積％である不水溶性切削油剤を用いて切削する場合に、鋼材中の固溶Ａｌと不水溶性切削油剤中の溶存酸素が化学反応することで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させるために不可欠な元素である。この工具寿命の向上に有効な固溶Ａｌを十分に生成するためには、０．０５％以上の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ことで切削時の工具摩耗を増大させる。よってＡｌ含有量を０．０５〜１．０％とし、好ましくは０．０８〜０．５％、さらに好ましくは０．１超〜０．２６％とする。
鋼中にＮが存在するとＡｌＮが生成される。Ｎの原子量が１４、Ａｌの原子量が２７なので、例えば、Ｎが０．０１％添加されれば、２７／１４すなわち約２倍の０．０２％の固溶Ａｌが減少し、その結果、工具寿命向上効果が低下する。十分な効果を得るためには、固溶Ａｌは０．０５％以上必要なので、Ｎが０％でなく、ある量存在する場合には、そのＮ量を考慮したＡｌ量を添加する必要がある。つまり、Ａｌ量（［Ａｌ％］）とＮ量（［Ｎ％］）は［Ａｌ％］−（２７／１４）×［Ｎ％］≧０．０５％を満たす必要があり、［Ａｌ％］−（２７／１４）×［Ｎ％］＞０．１％を満たすことが好ましい。上限については、Ａｌ含有量が、上限である１．０％で、かつ、Ｎ含有量が、下限である０．００２％となる場合である。
【００４２】
また、本実施形態の機械構造用鋼においては、上記各成分に加えて、被削性の向上、あるいは、炭窒化物の形成、焼入れ性の向上や焼戻し軟化抵抗の向上による高強度化、脱酸調整による硫化物形態制御、フェライトの強化のために、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％のうちの１種以上を含有しても良い。
【００４３】
Ｃａ：０．０００１〜０．０２％
Ｃａは脱酸元素であり、Ａｌ２Ｏ３で表されるアルミナなどの硬質酸化物を低融点化して軟質化することにより、工具摩耗を抑制する。しかしながら、Ｃａ含有量が０．０００１％未満の場合、この被削性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、却って被削性を低下する。よって、Ｃａを添加する場合は、その含有量を０．０００１〜０．０２％とし、好ましくは０．０００３〜０．００５％、さらに好ましくは０．０００４〜０．００２０％とする。
【００４４】
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や強化に寄与する元素であり、高強度化が必要な鋼、及び低歪を要求される鋼には、粗大粒防止のための整粒化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％未満の場合、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、熱間割れの原因となる未固溶の粗大な炭窒化物を析出し、却って機械的性質が損なわれる。よってＴｉを添加する場合は、その含有量を０．０００５〜０．５％とし、好ましくは０．０１〜０．３％とする。
【００４５】
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、オーステナイト粒の成長抑制及び強化に寄与する元素であり、高強度化が必要な鋼及び低歪を要求される鋼には、粗大粒防止のための整粒化元素として使用される。しかしながら、Ｎｂ含有量が０．０００５％未満の場合、高強度化の効果は得られない。また、０．５％を超えてＮｂを添加すると、熱間割れの原因となる未固溶の粗大な炭窒化物を析出し、却って機械的性質が損なわれる。よってＮｂを添加する場合は、その含有量を０．０００５〜０．５％とし、好ましくは０．００５〜０．２％とする。
【００４６】
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％未満の場合、高強度化の効果は得られない。また、１．０％を超えて添加すると、熱間割れの原因となる未固溶の粗大な炭窒化物を析出するため、却って機械的性質が損なわれる。よって、Ｗを添加する場合は、その含有量を０．０００５〜１．０％とし、好ましくは０．０１〜０．８％とする。
【００４７】
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、高強度化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％未満の場合、高強度化の効果は得られない。また、１．０％を超えてＶを添加すると、熱間割れの原因となる未固溶の粗大な炭窒化物を析出するため、却って機械的性質が損なわれる。よって、Ｖを添加する場合は、その含有量を０．０００５〜１．０％とし、好ましくは０．０１〜０．８％とする。
【００４８】
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、オーステナイト粒の成長抑制及び強化に寄与する元素であり、高強度化が必要な鋼及び低歪を要求される鋼には、粗大粒防止のための整粒化元素として使用される。しかしながら、Ｔａ含有量が０．０００１％未満の場合、高強度化の効果は得られない。また、０．２％を超えてＴａを添加すると、熱間割れの原因となる未固溶の粗大な析出物が生成することにより、却って機械的性質が損なわれる。よってＴａを添加する場合は、その含有量を０．０００１〜０．２％とし、好ましくは０．００１〜０．１％とする。
【００４９】
Ｈｆ：０．０００１〜０．２％
ＨｆもＴｉと同様に、オーステナイト粒の成長抑制や強化に寄与する元素であり、高強度化が必要な鋼、及び低歪を要求される鋼には、粗大粒防止のための整粒化元素として使用される。しかしながら、Ｈｆ含有量が０．０００１％未満の場合、高強度化の効果は得られない。また、０．２％を超えてＨｆを添加すると、熱間割れの原因と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Ｈｆを添加する場合は、その含有量を０．０００１〜０．２％とし、好ましくは０．００１〜０．１％とする。
【００５０】
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脱酸前提の場合には、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がある。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、Ｍｇを０．０２％を超えて過剰に添加すると、単独のＭｇＳ生成を促進して被削性が劣化する。よって、Ｍｇを添加する場合は、その含有量を０．０００１〜０．０２％とし、好ましくは０．０００３〜０．００４０％、さらに好ましくは０．０００５〜０．００３０％とする。
【００５１】
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と考えられているが、この酸化物がＭｎＳの析出核となるため、ＭｎＳの析出サイトを増やし、ＭｎＳを均一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、そ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がある。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％未満の場合、これらについて顕著な効果は得られない。一方、０．０２％を超えてＺｒを添加しても、歩留まりが極端に悪くなる上、ＺｒＯ２およびＺｒＳ等の硬質な化合物が大量に生成することで、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、Ｚｒを添加する場合は、その含有量を０．０００１〜０．０２％とし、好ましくは０．０００３〜０．０１％、さらに好ましくは０．０００５〜０．００５％とする。
【００５２】
Ｒｅｍ：０．０００１〜０．０２％
Ｒｅｍ（Ｒａｒｅ  ｅａｒｔｈ  ｍｅｔａｌ）は脱酸元素であり、低融点酸化物を生成し、鋳造時ノズル詰りを抑制する。また、ＭｎＳに固溶又は結合し、その変形能を低下させて、圧延及び熱間鍛造時にＭｎＳが伸延するのを抑制するため、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％未満の場合、その効果は顕著ではない。また、Ｒｅｍを０．０２％を超えて添加すると、Ｒｅｍの硫化物を大量に生成し、被削性が悪化する。よって、Ｒｅｍを添加する場合は、その含有量を０．０００１〜０．０２％とし、好ましくは０．０００３〜０．０１５％、さらに好ましくは０．０００５〜０．０１とする。ここで言うＲＥＭは、希土類元素であるＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、及びＬｕから選択される１種以上を示している。
【００５３】
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０．０１５％を超えると、Ｓｂのマクロ偏析が過多となり衝撃値が大きく低下する。よってＳｂ含有量は０．０００１〜０．０１５％とし、好ましくは０．０００５〜０．０１２％、さらに好ましくは０．００１〜０．０１％とする。
【００５４】
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、表面粗さを向上させる効果がある。しかしながら、Ｓｎ含有量が０．０００５％未満の場合、その効果は認められない。また、２．０％を超えてＳｎを添加しても、その効果は飽和する。よって、Ｓｎを添加する場合は、その含有量を０．０００５〜２．０％とし、好ましくは０．００１〜１．０％、さらに好ましくは０．０１〜０．２％とする。
【００５５】
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、表面粗さを向上させる効果がある。しかしながら、Ｚｎ含有量が０．０００５％未満の場合、その効果は認められない。また、０．５％を超えてＺｎを添加しても、その効果は飽和する。よって、Ｚｎを添加する場合は、その含有量を０．０００５〜０．５％とし、好ましくは０．００１〜０．３％、さらに好ましくは０．０１〜０．１％とする。
【００５６】
Ｂ：０．０００１〜０．０１５％
Ｂは、固溶している場合は粒界強化及び焼入れ性に効果があり、析出する場合にはＢＮとして析出するため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、０．０１５％を超えてＢを添加してもその効果が飽和すると共に、ＢＮが多く析出しすぎるため、却って鋼の機械的性質が損なわれる。よって、Ｂを添加する場合は、その含有量を０．０００１〜０．０１５％とし、好ましくは０．０００５〜０．０１％、さらに好ましくは０．００１〜０．００３％とする。
【００５７】
Ｔｅ：０．０００３〜０．２％
Ｔｅは被削性向上元素である。また、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％未満の場合、これらの効果は認められない。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の原因になりやすい。よって、Ｔｅを添加する場合は、その含有量を０．０００３〜０．２％とし、好ましくは０．０００５〜０．１％、さらに好ましくは０．００１〜０．０１％とする。
【００５８】
Ｓｅ：０．０００３〜０．２％
Ｓｅは被削性向上元素である。また、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％未満の場合、これらの効果は認められない。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、Ｓｅを添加する場合は、その含有量を０．０００３〜０．２％とし、好ましくは０．０００５〜０．１％、さらに好ましくは０．００１〜０．０１％とする。
【００５９】
Ｂｉ：０．００１〜０．５％
Ｂｉは、被削性向上元素である。しかしながら、Ｂｉ含有量が０．００１％未満の場合、その効果が得られない。また、０．５％を超えてＢｉを添加しても、被削性向上効果が飽和する上、熱間延性が低下して疵の原因となる。よって、Ｂｉを添加する場合は、その含有量を０．００１〜０．５％とし、好ましくは０．０１〜０．３％、さらに好ましくは０．０４〜０．２５％とする。
【００６０】
Ｐｂ：０．００１〜０．５％
Ｐｂは、被削性向上元素である。しかしながら、Ｐｂ含有量が０．００１％未満の場合、その効果が認められない。また、０．５％を超えてＰｂを添加しても、被削性向上効果が飽和する上、熱間延性が低下して疵の原因となる。よって、Ｐｂを添加する場合は、その含有量を０．００１〜０．５％とし、好ましくは０．０１〜０．３％、さらに好ましくは０．０４〜０．２５％とする。
【００６１】
Ｃｒ：０．００１〜３．０％
Ｃｒは、焼入れ性を向上すると共に、焼戻し軟化抵抗を付与する元素であり、高強度化が必要な鋼には添加される。しかしながら、Ｃｒ含有量が０．００１％未満の場合、これらの効果が得られない。また、Ｃｒ含有量が３．０％を超えると、Ｃｒ炭化物が生成して鋼が脆化する。よって、Ｃｒを添加する場合は、その含有量を０．００１〜３．０％とし、好ましくは０．０１〜２．３％、さらに好ましくは０．１〜１．８％とする。
【００６２】
Ｍｏ：０．００１〜１．０％
Ｍｏは、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、高強度化が必要な鋼には添加される。しかしながら、Ｍｏ含有量が０．００１％未満の場合、これらの効果が得られない。また、１．０％を超えてＭｏを添加しても、その効果は飽和する。よって、Ｍｏを添加する場合は、その含有量を０．００１〜１．０％とし、好ましくは０．０１〜０．８％、さらに好ましくは０．０５〜０．５％とする。
【００６３】
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、焼入れ性向上及び耐食性向上に有効な元素である。しかしながら、Ｎｉ含有量が０．００１％未満の場合、その効果は認められない。また、５．０％を超えてＮｉを添加しても、機械的性質の点では効果が飽和する上、被削性が低下する。よって、Ｎｉを添加する場合は、その含有量を０．００１〜５．０％とし、好ましくは０．１〜４．０％、さらに好ましくは０．３〜３．０％とする。
【００６４】
Ｃｕ：０．００１〜５．０％
Ｃｕは、フェライトを強化すると共に、焼入れ性向上及び耐食性向上にも有効な元素である。しかしながら、Ｃｕ含有量が０．００１％未満の場合、その効果は認められない。また、５．０％を超えてＣｕを添加しても、機械的性質の点では効果が飽和する。よってＣｕを添加する場合は、その含有量を０．００１〜５．０％とし、好ましくは０．０１〜４．０％、さらに好ましくは０．１〜３．０％とする。なお、Ｃｕは、特に熱間延性を低下させ、圧延時の疵の原因となるため、Ｎｉと同時に添加することが好ましい。
【００６５】
Ｌｉ：０．００００１〜０．００５％
Ｌｉは鋼中で酸化物となり、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％未満の場合、その効果は認められない。また、０．００５％を超えてＬｉを添加しても、効果が飽和する上、耐火物の溶損などを引き起こす。よってＬｉを添加する場合は、その含有量を０．００００１〜０．００５％とし、好ましくは０．０００１〜０．００４５％とする。
【００６６】
Ｎａ：０．００００１〜０．００５％
ＮａもＬｉと同様に鋼中で酸化物となり、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％未満の場合、その効果は認められない。また、０．００５％を超えてＮａを添加しても、効果が飽和するばかりでなく、耐火物の溶損などを引き起こす。よってＮａを添加する場合は、その含有量を０．００００１〜０．００５％とし、好ましくは０．０００１〜０．００４５％とする。
【００６７】
Ｋ：０．００００１〜０．００５％
ＫもＬｉと同様に鋼中で酸化物となり、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％未満の場合、その効果は認められない。また、０．００５％を超えてＫを添加しても、効果が飽和する上、耐火物の溶損などを引き起こす。よってＫを添加する場合は、その含有量を０．００００１〜０．００５％とし、好ましくは０．０００１〜０．００４５％とする。
【００６８】
Ｂａ：０．００００１〜０．００５％
ＢａもＬｉと同様に鋼中で酸化物となり、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％未満の場合、その効果は認められない。また、０．００５％を超えてＢａを添加しても、効果が飽和する上、耐火物の溶損などを引き起こす。よってＢａを添加する場合は、その含有量を０．００００１〜０．００５％とし、好ましくは０．０００１〜０．００４５％とする。
【００６９】
Ｓｒ：０．００００１〜０．００５％
ＳｒもＬｉと同様に鋼中で酸化物となり、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％未満の場合、その効果は認められない。また、０．００５％を超えてＳｒを添加しても、効果が飽和する上、耐火物の溶損などを引き起こす。よってＳｒを添加する場合は、その含有量を０．００００１〜０．００５％とし、好ましくは０．０００１〜０．００４５％とする。
【００７０】
以上説明したように、本実施形態に係る機械構造用鋼の切削方法によれば、常温における溶存酸素量が４〜１６体積％である不水溶性切削油剤を用いて切削することにより、鋼材中の固溶Ａｌと不水溶性切削油剤中の溶存酸素が化学反応することで工具上にアルミナを主体とする酸化物の保護膜が形成され、優れた工具寿命が得られる。
なお、水溶性の切削油剤を使用した場合には、冷却能が不水溶性の油剤よりも大きく、反応に必要な温度が得られないため、酸化物の保護膜を生成することができないとの理由から、同様の効果は得られない。
【実施例１】
【００７１】
次に、発明例および比較例を挙げて、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１−１、１−２に示す組成の鋼を１５０ｋｇ真空溶解炉で溶製後、１２５０℃の温度条件下で熱間鍛造により直径が１３ｍｍの円柱状に鍛伸し、その後に８５０℃で１時間加熱後、空冷の熱処理を行った。その後、直径９ｍｍに外周旋削し、次に直径８ｍｍに伸線し、さらに１本当たり３００ｍｍに切断することで旋削加工時の工具寿命評価用試験片を作製した。【００７２】
[表１−１]
2012060383.tif 000003
【００７３】
[表１−２]
2012060383.tif 000004
【００７４】
また、表２−１、２−２に示す組成の鋼を２ｔ真空溶解炉で溶製後、ビレットに分塊圧延し、さらに直径１４ｍｍに圧延し、その後直径１２ｍｍに伸線し、１本当たり２５００ｍｍに切断することでタッピング時の工具寿命評価用試験片を作製した。【００７５】
[表２−１]
2012060383.tif 000005
【００７６】
[表２−２]
2012060383.tif 000006
【００７７】
表１−１、１−２に示す鋼は旋削加工により、表２−１、２−２に示す鋼はタッピングにより工具寿命を評価した。いずれの試験も小型高速旋盤を使用し、ノズルにより工具と被削材が接触する部位を覆うように、ＪＩＳ  Ｋ２２４１で分類されるＮ３種８号に相当する不水溶性切削油剤（商品名：ＥＮＥＯＳ製ユニカットテラミＤＭ１５）に対して溶存酸素量と温度を調整した不水溶性切削油剤を供給しながら試験を行った。なお、溶存酸素量は常温での値である。また、表１−１、１−２、２−１、２−２に記載の不水溶性切削油剤の温度のうち、２０℃は常温において特に温度調整せずに得られたものである。不水溶性切削油剤の量はノズルに付けた絞りにより調整した。旋削加工は伸線した鋼材の外周を加工することにより試験を行った。タッピングは、まず伸線した鋼材の断面中心部にＴｉＮコーティングハイスドリルで直径５．２ｍｍ、深さ１６ｍｍの下穴をあけ、次にＭ６のタップで１０ｍｍ深さのねじ切り加工を行った。次にねじ切り加工した部位を突っ切り工具で切り落とし、再びドリルの下穴加工、タップでのねじ切り加工を繰り返した。【００７８】
本試験はタップの寿命評価が目的であるので、下穴加工用のドリルと切り落とし用の突っ切り工具は１００回加工毎に新品に交換した。それぞれの切削条件と使用した工具とを表３と表４に示した。不水溶性切削油剤の溶存酸素量は表１−１、１−２と表２−１、２−２に併せて示したように種々に変化させて試験を行った。不水溶性切削油剤中の溶存酸素量はＧＣ−ＭＳ（ガスクロマトグラフィ−質量分析法）により測定した。旋削加工では、１６分切削後の工具逃げ面の最大摩耗量ＶＢ＿ｍａｘを測定し、工具摩耗量が１００μｍ以下を合格基準とした。タッピングでは、タップが折損するまでの回数により工具寿命を評価し、加工回数が３００回以上を合格とした。表１−１、１−２、２−１、２−２に工具寿命評価試験の結果を併せて示した。なお、本発明の構成を満たさないものについては、下線を引いて示す。【００７９】
[表３]
2012060383.tif 000007
【００８０】
[表４]
2012060383.tif 000008
【００８１】
表１−１、２−１に示すように、実施例１〜３７、５２〜８７は本発明の範囲であり、工具摩耗が小さく、あるいは折損までの回数が多くなっており、優れた工具寿命が得られている。さらに、被削性を向上させる元素が含まれている実施例３、５、６、１２、１４、１９〜２７、５３〜５５、５９〜６３、６５〜６７、７２、７４〜７６では、ほぼ同じ溶存酸素量の範囲内において被削性がより優れている。また、高強度化や硫化物形態制御などを行うための元素が添加されている実施例４、７〜１１、１３、１５〜１８、５６〜５８、６４、６８〜７１、７３、７７においても、十分な被削性が得られている。また、実施例１、２８〜３３、及び実施例５２、７８〜８１から、供給量を０．５Ｌ／分以上とすることがさらに被削性を高めるのに有効であることがわかる。また、実施例２、３４〜３７、及び実施例５２、８２〜８７から、温度を５〜８０℃の範囲とすることがさらに被削性を高めるのに有効であることがわかる。【００８２】
一方、実施例３８〜５１、８８〜９９は表１−２、２−２中の下線で示した化学成分、もしくは溶存酸素量が本発明の範囲外の比較例である。実施例３９、４１、４２、８９、９１、９２は不水溶性切削油剤の溶存酸素量が４体積％よりも低いので、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、被削性が低下した。実施例３８、４０、４３、８８、９０、９３は不水溶性切削油剤の溶存酸素量が１６体積％よりも高いため、不水溶性切削油剤の酸化による劣化を招き、不水溶性切削油剤のそもそもの潤滑性が失われて被削性が低下した。実施例４４はＣ含有量が過剰であるため、硬質の炭化物が多く析出し、被削性が低下した。実施例４５はＳｉ含有量が過剰であるため、素地の硬さが大きくなり被削性が低下した。実施例４６はＭｎ含有量が過剰であるため、素地の硬さが大きくなり被削性が低下した。実施例４７、４８、９４はＡｌ含有量が不足しているため、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、被削性が低下した。【００８３】
実施例９５はＡｌ含有量が０．０５％以上であるが、［Ａｌ％］−（２７／１４）×［Ｎ％］≧０．０５％を満たしていないため、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、被削性が低下した。実施例４９及び９６はＡｌ含有量が過剰であるため、高融点で硬質な酸化物が鋼材中に多量に生成し、被削性が低下した。実施例５０はＣａ含有量が過剰であるため、鋼中にＣａＳが生成し、被削性が低下した。実施例５１はＭｇ含有量が過剰であるため、ＭｇＳ生成を促進して被削性が低下した。実施例９７はＺｒ含有量が過剰であるため、ＺｒＯ２およびＺｒＳ等の硬質な化合物が大量に生成し、被削性が低下した。実施例９８はＲｅｍ含有量が過剰であるため、Ｒｅｍの硫化物を大量に生成し、被削性が低下した。実施例９９はＮｉ添加量が過剰であるため、被削性が低下した。【００８４】
実施例１、３〜２７、３８〜５１、５２〜７７、８８〜９９の結果を、図１、２に示した。図１は横軸が不水溶性切削油剤中の溶存酸素量の体積％、縦軸が旋削加工時の工具摩耗量である。図２は横軸が不水溶性切削油剤中の溶存酸素量の体積％、縦軸がタッピング時のタップ折損までの加工回数である。本発明の範囲では、図１では工具摩耗量が小さく、図２では折損までの加工回数が多くなっており、優れた被削性が得られている。一方、鋼材成分、あるいは不水溶性切削油剤中の溶存酸素量のいずれかが本発明の範囲外の場合、本発明よりも被削性に劣る。【００８５】
以上、実施例について説明した。実施例に挙げたものは一例であり、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。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
前述したように、本発明によれば、不水溶性切削油剤を用いた切削加工において、工具寿命を向上させることができ、不水溶性切削油剤が多く用いられる加工であるガンドリル、歯切り、ブローチ、タッピングなどで特に有効である。よって、本発明は、ギア、シャフト、ナットなどの機械部品製造産業において利用可能性が高いものである。
【図１】
2012060383.tif 000009
【図２】
2012060383.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成25年2月5日(2013.2.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学成分が、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、
［Ａｌ％］及び［Ｎ％］を、それぞれ、鋼中におけるＡｌ及びＮの質量％とした場合に、下記式１を満たし、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる機械構造用鋼を用い、
この機械構造用鋼に対して、溶存酸素量が４〜１６体積％である不水溶性切削油剤を用いて切削加工を行う
ことを特徴とする機械構造用鋼の切削方法。
［Ａｌ％］−（２７／１４）×［Ｎ％］≧０．０５％…（式１）
【請求項２】
前記機械構造用鋼がさらに、
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％、
のうちの１種または２種以上を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。
【請求項３】
前記切削加工に際し、前記機械構造用鋼と工具の接触点を、前記不水溶性切削油剤で覆うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の機械構造用鋼の切削方法。
【請求項４】
前記切削加工における前記不水溶性切削油剤の温度を５〜８０℃の範囲とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の機械構造用鋼の切削方法。
【請求項５】
前記切削加工における前記不水溶性切削油剤の供給量を０．５〜１００Ｌ／分とすることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の機械構造用鋼の切削方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
（１）すなわち、本発明の一態様に係る機械構造用鋼の切削方法は、化学成分が、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、［Ａｌ％］及び［Ｎ％］を、それぞれ、鋼中におけるＡｌ及びＮの質量％とした場合に、下記式１を満たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる機械構造用鋼を用い、この機械構造用鋼に対して、溶存酸素量が４〜１６体積％である不水溶性切削油剤を用いて切削加工を行う。
［Ａｌ％］−（２７／１４）×［Ｎ％］≧０．０５％…（式１）
（２）前記機械構造用鋼がさらに、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％、のうちの１種以上を含有してもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
（３）上記（１）または（２）に記載の態様では、切削加工に際し、前記機械構造用鋼と工具の接触点を、前記不水溶性切削油剤で覆ってもよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
（４）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の態様では、前記切削加工における前記不水溶性切削油剤の温度を５〜８０℃の範囲としてもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
（５）上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の態様では、前記切削加工における前記不水溶性切削油剤の供給量を０．５〜１００Ｌ／分としてもよい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【国際調査報告】
2012060383.tif 000011
2012060383.tif 000012
2012060383.tif 000013
2012060383.tif 000014