(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間鍛造後、焼ならしをして製造される高速切削用快削鋼であって、Ａｌ：０．０１〜０．１５質量％、Ｂ：０．００５０〜０．０２０質量％、Ｎ：０．００５０〜０．０２０質量％、Ｃ：０．４１〜０．４３質量％、Ｓｉ：０．２４〜０．２６質量％、Ｍｎ：０．７４〜０．７９質量％、Ｓ：０．０１５〜０．０２２質量％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、切削時に切削工具面上にＡｌＮの付着物を生成することを特徴とする高速切削用快削鋼。
【請求項２】
Ｃａ含有量が０．００１０質量％以下である、請求項１に記載の高速切削用快削鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高速切削用快削鋼に関し、特に、高切削速度で切削するときの工具寿命に優れたＡｌ、Ｂ、Ｎ添加の高速切削用快削鋼に関する。
【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行っている。低切削速度ではＭｎＳ、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ＭｎＳｅ、ＭｎＴｅ、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、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】
ところが、近年の地球環境問題からＰｂ不使用の動きがあり、また、能率向上の点から高速切削の動きがある。これは連続切削のみならず、フライス盤などによる断続切削においても同様にみられる傾向である。このＰｂ不使用および高速切削の両者に対応するため、最近ＢＮ添加鋼が開発され、特開昭６０−１１６７４４号公報、特開昭６３−１６２８３９号公報、特開平３−１００４７号公報、特開平３−６４４２９号公報、特開平６−１４５８８９号公報、特開平６−１４５８９０号公報などに開示されている。
【０００４】
特開昭６０−１１６７４４号公報はＡｌ2Ｏ3を抑制するためＡｌを制限しており、切削速度２００ｍ／minでの効果を示している。特開昭６３−１６２８３９号公報はＣａ-Ｓ複合添加で切削速度１５５ｍ／minでの効果を示している。特開平３−１００４７号公報は浸炭鋼をセラミック工具やＣＢＮ工具で切削する場合に限定されており、切削速度１００ｍ／minでの効果を示している。特開平３−６４４２９号公報は工具鋼切削時に切削速度１５０ｍ／minでの効果を示している。特開平６−１４５８８９号公報はＣａ複合添加により切削速度４００ｍ／minでの効果を示している。特開平６−１４５８９０号公報は切削速度１５０ｍ／minでの効果を示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平６−１４５８８９号公報を除いて２００ｍ／minを超える切削速度での効果は不明である。特開平６−１４５８８９号公報については４００ｍ／minでの効果を述べているが、これはＣａ系複合酸化物の効果が大きい。ところが、Ｃａ添加は鋼塊鋳造時代には歩留まりもよかったが、現在の連続鋳造では歩留まりが悪く、必要な特性が得られる可能性が小さい。また、ＢＮは高速切削速度では効果がないことも示されている。
【０００６】
さらに、特開平３−６４４２９号公報および特開平６−１４５８８９号公報を除いて連続切削での効果しか示されておらず、断続切削での効果は不明である。また、特開平３−６４４２９号公報および特開平６−１４５８８９号公報は切削速度２００ｍ／min未満における断続切削での効果が示されているのみである。断続切削は連続切削に比べて大きな衝撃力を受けるため、工具摩耗の進行が速く、連続切削での工具をそのまま適用することは必ずしもできない。
【０００７】
本発明はこれらの問題を解決するためになされたもので、２００ｍ／min以上の高速切削速度域において、連続切削のみならず断続切削の場合においても工具寿命に優れた高速切削用快削鋼を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者ら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。
【０００９】
（１）Ｃａを含まない鋼において２００ｍ／min以上の高速切削速度域での工具摩耗抑制には工具面上にＡｌＮを付着させることが効果的である。
【００１０】
（２）工具面上にＡｌＮを付着させるには鋼中にＡｌ、Ｂ、Ｎの適量添加が有効である。すなわち、工具に直接ＡｌＮをコーティングしたものではこのような効果はなく、鋼中でのＡｌＮの存在は工具面上にＡｌＮ付着物を生成させない。鋼中ＡｌとＢＮの複合添加によって初めて効果が認められることを見いだした。
【００１１】
すなわち、本発明は、熱間鍛造後、焼ならしをして製造される高速切削用快削鋼であって、Ａｌ：０．０１〜０．１５質量％、Ｂ：０．００５０〜０．０２０質量％、Ｎ：０．００５０〜０．０２０質量％、Ｃ：０．４１〜０．４３質量％、Ｓｉ：０．２４〜０．２６質量％、Ｍｎ：０．７４〜０．７９質量％、Ｓ：０．０１５〜０．０２２質量％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、切削時に切削工具面上にＡｌＮの付着物を生成することを特徴とする高速切削用快削鋼を提供する。
【００１２】
また、本発明においては、Ｃａ含有量が０．００１０質量％以下であることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
【００１４】
本発明に係る高速切削用快削鋼は、Ａｌ、ＢおよびＮを含有し、切削時に切削工具面上にＡｌＮの付着物を生成するものである。
【００１５】
かかる高速切削用快削鋼の製造において、Ａｌ、Ｂ、Ｎ含有量が、この高速切削用快削鋼を基準（１００質量％）としたとき、Ａｌ０．０１〜０．１５質量％、Ｂ０．００３０〜０．０２０質量％、Ｎ０．００５０〜０．０２０質量％となるようにＡｌ、Ｂ、Ｎを添加することが好ましい。ここで、Ａｌ、Ｂ、Ｎ含有量を上述のように限定したのは以下の理由による。
【００１６】
Ａｌは鋼の脱酸に必要であり、かつ高速切削時の工具面上にＡｌＮ付着物を生成するのに必要な元素である。その含有量については、０.０１質量％未満では工具摩耗抑制の効果がなく、０.１５質量％を超えると飽和するため、０.０１〜０．１５質量％とするのが好ましい。
【００１７】
ＢとＮは鋼中で結合し、ＢＮ（窒化ホウ素）となる。これが高速切削時に工具面上で鋼中のＡｌと反応してＡｌＮとなり、工具面上に付着する。Ａｌと反応するのに必要なＢＮ量を確保するために、Ｂの含有量は０.００３０質量％以上、Ｎは０.００５０質量％以上であることが好ましい。一方、Ｂの含有量が０.０２０質量％、Ｎの含有量が０.０２０質量％を超えると効果が飽和するため、Ｂは０.００３０〜０.０２０質量％、Ｎは０.００５０〜０.０２０質量％とするのが好ましい。
【００１８】
また、一般的にＣａ含有鋼は高速での工具摩耗抑制効果があるといわれており、本発明に係る快削鋼において上記Ａｌ、Ｂ、ＮとともにＣａ複合添加の場合にも本発明の効果を失うものではない。ただし、Ｃａは連続鋳造では歩留まりが悪く、また、Ｃａ添加による複合効果はないため、本発明に係る快削鋼においてはＣａを実質的に含有しないことが好ましい。具体的には、Ｃａ含有量は、快削鋼を基準（１００質量％）としたとき０．００１０質量％以下であることが好ましい。
【００１９】
なお、本発明に係る快削鋼は、上記Ａｌ、Ｂ、Ｎを含有する炭素鋼、合金鋼、工具鋼、軸受鋼、ステンレス鋼等を含むものである。
【００２０】
【実施例】
以下に、本発明による工具の摩耗抑制効果を、旋盤による連続切削における場合を実施例１、フライス盤による断続切削における場合を実施例２として詳述する。
【００２１】
［実施例１］
表１に示す化学成分の鋼１５０ｋｇを真空溶解炉にて溶製し、１５０ｋｇ鋼塊にした後、熱間鍛造（１２００℃、７０ｍｍφ）、焼ならし（８５０℃、２時間加熱後空冷）し、試験に供した。
【００２２】
【表１】
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切削は旋盤による乾式長手旋削を行った。条件は表２の通りである。逃げ面摩耗の測定を行い、摩耗幅が０.１ｍｍとなる時間（分）で評価した。表３に結果を示す。
【００２３】
【表２】
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【表３】
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表３より、切削速度１００ｍ／minでは本発明鋼（Ｎｏ．１〜６）と比較鋼（Ｎｏ．７〜１１）との間で摩耗速度に差はほとんどみられないが、２００ｍ／minになると本発明鋼と比較鋼では明らかに摩耗速度に差がみられる。この傾向は切削速度が５００ｍ／minになっても変わらず、本発明鋼はかなり高い切削速度域まで摩耗抑制効果が持続し、比較鋼よりも工具寿命に優れていることが分かる。
【００２４】
本発明鋼（Ｎｏ.２）および比較鋼（Ｎｏ.１０）を切削速度３００ｍ／minで５分間切削した後の工具面上を電子線マイクロアナライザ−（ＥＰＭＡ）にて分析した結果を図１に示す。本発明鋼（Ｎｏ.２）ではＡｌ、Ｎが観察された。Ｘ線回折によりＡｌＮと同定され、工具面上にＡｌＮが付着していることがわかった。一方、比較鋼（Ｎｏ.１０）ではＡｌ、Ｎは観察されなかった。
【００２５】
［実施例２］
実施例１と同じ被削材を供試材として用い、切削はフライス盤による乾式断続切削を行った。条件は表４の通りである。逃げ面摩耗の測定を行い、条件１〜３では摩耗幅が０．１ｍｍとなる時間（分）で評価し、条件４、５では摩耗幅が０．２ｍｍとなる時間（分）で評価した。表５に結果を示す。
【００２６】
【表４】
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【表５】
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表５より、切削速度１５０ｍ／min（条件１）では本発明鋼（Ｎｏ．１〜６）と比較鋼（Ｎｏ．７〜１１）との間で摩耗速度に差はほとんどみられないが、２００ｍ／min以上の条件２〜５になると本発明鋼と比較鋼とでは明らかに摩耗速度に差がみられる。この傾向は切削速度３８９ｍ／min（条件５）になっても変わらず、本発明鋼は断続切削においても高い切削速度域まで摩耗抑制効果が持続し、比較鋼よりも工具寿命に優れていることがわかる。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば２００ｍ／min以上の高速切削速度域での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、Ｐｂ非添加で地球環境問題にも配慮しており、産業上極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明鋼（Ｎｏ．２）と比較鋼（Ｎｏ．１０）のＥＰＭＡによる分析結果を示す電子顕微鏡写真。
【図１】
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