産業素材

鋼旋削用コーティング材種
エースコート®A C 8 2 0 P / A C 8 3 0 P の開発
小島坂本大森周
直子 ・今＊村晋也 ・津＊田圭一明・月森康雄・岡田

吉生也・森

本浩之・木村則秀Development of “ACE COATTM AC820P” and “AC830P,” Coated Carbide for Steel Turning ─ by Chikako Kojima,
Shinya Imamura, Keiichi Tsuda, Akira Sakamoto, Yasuo Tsukimori, Yoshio Okada, Naoya Ohmori, Hiroyuki Morimoto
and Norihide Kimura ─ Sumitomo Electric Hardmetal Corporation has newly developed a coated carbide grade“ACE COATTM AC820P” and “AC830P.” AC820P is a general grade used for a wide range of steel turning from highlyefficient continuous machining to interrupted rough machining. On the other hand AC830P, is used exclusively forheavy machining and interrupted machining. Both AC820P and AC830P are doubled in the tool life and improved in
the reliability compared with conventional grades. AC820P and AC830P have successfully achieved such properties
by optimizing the originally developed chemical vapor deposition (CVD) coating technology, “Super FF Coat ®,” which
consists of titanium film with fine, smooth surface and alumina film with a accurately cemented carbide substrate. By
applying the new surface treatment technologies to AC820P and AC830P, Sumitomo Electric Hardmetal has
significantly reduced chippings and damages of cutting edges, which used to be frequently caused during steel
turning, preventing irregular wear and tool life shortening. Currently, the authors have also developed a highlyefficient, versatile chip breaker, “GE type.” The combination of all the excellent technologies of ACE COATTM AC820P
and GE type, tool life and machining efficiency have remarkably improved. With the coated carbide series including
the three steel turning grades: “AC820P” for general machining, “AC830P” for interrupted machining and “AC700G”
for high-speed and continuous machining, wide-ranging needs from customers who wish to improve theirproductivity and cost efficiency of steel turning will be adequately met.
Keywords: steel turning, CVD, TiCN, Al2O3

1.

緒

言

切削加工に用いられる刃先交換型チップで、超硬合金母コーティング材種を用いて切削加工する被削材には、炭材の表面に硬質セラミックコーティング膜を被覆した材種

素鋼、合金鋼、ステンレス鋼、鋳鉄など様々な種類があり、（以下、コーティング材種と呼ぶ）は、他の工具材種と比中でも炭素鋼、合金鋼に代表される鋼は、自動車、鉄鋼、較して耐摩耗性と耐欠損性のバランスに優れることから、建機産業などで中核をなす被削材となっている。
昨今、機械加工部品は多様なユーザーニーズに対応する年々その使用比率が高まっており、現在では刃先交換型ため少量多品種化、地球環境対応による鉛レス化（難削化）

チップ材種全体の 70 ％となっている（図 1）。

が進み、また、切削加工条件においてはドライ加工化、高能率加工化する傾向にある。このような過酷な切削環境下

コーティング

WC系

サーメット

セラミック

において安定して使用できる信頼性の高い工具が求められ合計出荷個数ている。当社は鋼旋削加工領域を幅広く網羅し、上記ニー

25.080％20.060％15.040％10.020％5.00％

0.0’92 ’93 ’94 ’95 ’96 ’97 ’98 ’99 ’00 ’01 ’02 ’03 ’04 ’05 ’06 ’07 ’08上

図1（1）
刃先交換型チップの材種別出荷割合（日本）ズに応える汎用材種「エースコート® AC820P」と重・断続用材種「エースコート® AC830P」を開発し、販売を開始した。その開発経緯および性能について報告する。
出荷個数

チップ材種別割合（百万個／月）100％

2.

AC820P，AC830P の開発目標と新技術
当社の鋼旋削加工用コーティング材種のラインナップを

図 2 に示す。鋼部品加工の高速・連続加工～低速・断続加工までの全ての領域を「AC700G」「AC820P」「AC830P」の3 材質でカバーしている。「AC700G」は、高速・連続加工において、耐摩耗性に優れた材種であり、「AC820P」は、3−（ 72 ）− 鋼旋削用コーティング材種エースコート®AC820P/AC830P の開発

材種のラインナップの中心に位置し、中速度領域の連続か加工コストの増加につながる。そこで、重・断続用材種は、ら断続加工と幅広い領域をカバーする汎用材種である。

従来材種に対し 2 倍以上の耐欠損性を有することを性能目「AC830P」は、強度が高く衝撃に強い重・断続材種である。

標とした。
2－3

AC820P は、新開

汎用材種 AC820P の開発発の超硬母材と当社独自の CVD（Chemical vapor de-切削速度（m/min）

400position）コーティング膜「スーパー FF コート® 」から構

連続・高速切削用
AC700G成されている（図 3）。

N ew
広範な領域の切削には300

AC820P200

N ew

AC830P

100
軽切削
連続切削

図22－1

新開発の平滑αアルミ
ナと膜厚制御技術により耐溶着性と耐チッピング性を大幅に向上させたFF-アルミナコーテ
ィング重・断続切削には

中切削
連続・弱断続粗切削
強断続切削

耐摩耗性、耐剥離性に優れた超微粒
FF-TiCNコーティング

鋼旋削用コーティング材種のラインナップと使用領域

汎用材種 AC820P における開発目標

1μm

汎用材種AC820P

従来材種の開発目標を明確化するため、ユーザーの使用済みチップを回収し、使用条件と損傷状態の調査を行った。約 100

図3

ユーザーから回収したチップの使用条件を切削速度と被削高精度新開発超硬母材

AC820P の断面写真材別に分け、工具寿命要因を調査した。この結果、使用条件としては、中炭素鋼、肌焼鋼、ベアリング鋼の切削速度250m/min 以下の領域が最も多く全体の半数を越え、次いで同一被削材の 250m/min 以上の領域となり、この 2 つの使用条件で全体の 8 割を占めることがわかった。この使用条件での工具寿命要因は、コーティング膜のチッピング損（1）耐チッピング性の向上
チッピング損傷の抑制のためには、膜の強度向上が必須である。図 4 に従来技術でコーティングした炭窒化チタン（TiCN）膜とスーパー FF コーティング技術により成膜し傷が過半数を占め、使用条件全体でもこのチッピング損傷た TiCN 膜の組織比較を示す。スーパー FF コーティング技が最も多い結果となった。この結果より汎用材種の開発に術により、TiCN 膜の粒度が大幅に微粒化し、また、非常おける最重要課題をチッピング損傷の低減と考え、性能目に微密かつ均一な組織になっていることがわかる。この結標を従来材種対比 1.5 倍以上の耐チッピング性とした。また、ユーザー要求の高い高能率加工においては、すくい面損傷が 3 割近く発生しており、高能率加工下で寿命延長す従来セラミック被膜るためには、従来材種対比 1.5 倍以上の耐すくい面損傷性

スーパーFFコート®

2－2

重断続材種 AC830P における開発目標

被削材に断続部が含まれる加工では、繰り返し発生する衝撃に表面組織が必要であると判断した。

よって工具が突発的に欠損するという問題がある。また、断続加工のみならず、被削材のバラツキ（組織、硬度、表からなるツーリング自体の剛性が低い場合などでも、突発的な工具トラブルが発生しやすい。その結果、工具寿命の断面組織面粗さなど）が大きい場合や、旋盤、チャック、ホルダーバラツキが大きくなり、不定期に工具交換をする必要があるため、有人加工を余儀なくされるか、欠損が発生しない程度の少ない加工数で工具交換するため、生産性の低下や

図4

スーパー FF コート® “FF-TiCN”の特長

2 0 0 9 年 7 月・ S E I テ クニ カ ル レ ビ ュ ー ・ 第 1 7 5 号 −（ 73 ）−果、TiCN 膜が高強度化し、耐ピッチング性が向上することがわかった。また、高能率加工にも対応できるよう、高することで、耐摩耗性の向上が実現できた。図 6 に高能率加工条件での耐摩耗性評価結果を示す。新開発 AC820P、

温安定性が高く高硬度なα型酸化アルミニウム（アルミナ）

従来材種 AC2000 と市販されている他社材種を使用し、耐を採用した。従来α型アルミナは、膜粒度が粗粒化し表面摩耗性を評価した。AC820P は従来材種および他社材種と粗さが粗くなるため溶着、チッピング損傷を助長する欠点比較して 2 倍以上の耐すくい面損傷性と耐逃げ面摩耗性をがあった。これを改善するため、CVD コーティング条件の有していることが分かる。

最適化を行い、従来比 1/2 の表面粗さの平滑なα型アルミ（3）耐チッピング性と耐摩耗性の両立ナを得ることに成功した（図 5）。

コーティング膜の厚膜化で耐摩耗性は向上したが、一方この結果、α型アルミナの耐チッピング性を向上するこで耐チッピング性が低下する結果となった。これを解決すとができた。

るため、チッピングや剥離の損傷基点となる刃先稜線部の（2）耐すくい面損傷性の向上

アルミナ膜を除去する膜厚制御技術を新たに開発し、これTiCN 膜とα型アルミナ膜の高強度・平滑化に加え、により耐チッピング性と耐摩耗性の両立に成功した。図 7

TiCN 膜を従来比 1.3 倍、アルミナ膜を従来比 4 倍に厚膜化に耐チッピング性の評価結果を示す。刃先チッピングまでの衝撃回数で耐チッピング性を評価した。AC820P は従来材種、他社材種と比較して 1.5 倍以上の耐チッピング性を有していることが分かる。

6000

インデンテーション硬度5500

新開発
平滑α型アルミナ

5000

Al2O34500

AC820P

Al2O3TiCN

膜断面写真

4000

3500

従来α型アルミナ

TiCN

当社従来材種

膜断面写真

他社市販材種00.20.4

0.60.811.20

表面粗さRa（µm）

図5

耐ピッチング性
2倍以上

従来κ型アルミナ

500

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
欠損までの衝撃回数（回）スーパー FF コート TM“FF-α型アルミナ”の特長
工具型番：CNMG120408
被 削 材：SCM435 断続材（HRC32）
切削条件：Vc＝320m/min, f＝0.25mm/rev, ap＝1.5mm, WET

12分時点の刃先損傷
当社従来材種

他社市販材種AC820P

逃げ面摩耗幅（mm）

0.2μm

2－4

断続加工における耐チッピング性切削結果

重・断続材種 AC830P の開発

本領域で使用する超硬母材は耐欠損性重視のため、バインダーであるCo の含有量が約 10wt ％と比較的多く、超硬合金自体の寸0.30.25法精度が低下する傾向にある。このようなチップの場合、当社従来材種
他社市販材質AC820P0.2

刃先の位置（インデックス精度）がコーナーごとにばらつ0.15

くことによる加工精度の低下や、ホルダーへのクランプが0.1

不安定になり、突発的な欠損が発生するなど、工具寿命の耐摩耗性
2倍以上

0.05
0

図7051015

切削時間（min）
工具型番：CNMG120408
被 削 材：S45C 丸棒材（HRC27）
切削条件：Vc＝270m/min, f＝0.4mm/rev, ap＝1.2mm, WET

図6

連続・高送り加工での耐摩耗性切削結果

20

観点からも問題となる。そこで AC830P では Co 量を減らすことなく、組成と焼結条件を最適化することにより、従来比 2/3 のインデックス精度を達成し（図 8）、加工精度および工具寿命の安定化を実現した。

さらに AC830P は当社独自の CVD コーティング「スー（2）、すなわち、微細かつ平滑な TiCN 膜とパー FF コート® 」

平滑で耐溶着性の高いκ型アルミナ膜の積層膜を採用して−（ 74 ）− 鋼旋削用コーティング材種エースコート®AC820P/AC830P の開発

おり、従来コーティングと比較して耐摩耗性と耐剥離性を8pass時点の刃先損傷大幅に向上させた。加えて、コーティング膜の内部応力制

他社市販材種AC830P

御技術を新たに開発し、CVD コーティング膜特有の残留引張り応力の低減に成功、従来材種より耐欠損性を飛躍的に向上させた。

0.2mm

断続切削での評価結果を図 9 に示す。AC830P との比較用に従来材種 AC3000 と市販されている従来工具を使用

0.20
にげ面摩耗幅（mm）

し、切削性能は欠損までの衝撃回数で評価した。AC830P
は従来材種と比較して 2 倍以上の耐欠損性を示していることが分かる。

インデックス精度（μm）

0.15

耐剥離性
大幅向上

0.100.05100

バラツキ幅：83μm40

他社市販材種AC830P3020
切削長（pass）

バラツキ幅：53μm20

工具型番：CNMG120408
被 削 材：SCM415 穴材（HRC25）
切削条件：Vc＝200m/min, f＝0.2mm/rev, ap＝1.0mm, WET

0-20

図 10

低合金鋼の強断続加工切削結果

インデックス精度
従来比2/3達成-40

AC830P

従来材種

図83.

刃先位置精度（インデックス精度）

高能率ブレーカ

GE 型の開発

汎用、重・断続材種の開発と並行し、高速・高送りなどの高能率加工において主損傷となるすくい面損傷を大幅に低減できる「GE 型ブレーカ」を開発した。
3－1

GE 型の開発に先立ち、実際のすGE 型の特長くい面損傷を再現するシミュレーション計算を実施し、応AC830P
耐欠損性2倍以上

当社従来材種

力分布状況を確認した。この結果、ブレーカへの切りくず

従来品型

他社市販材種GE型

シミュレーション解析結果 ［MPa］
01000

2000

3000

4000

5000

2000
1600
1200800
4000-400-800-1200-1600-2000

6000

欠損までの衝撃回数（回）

工具型番：CNMG120408
被 削 材：SCM435 断続材（HRC30）
切削条件：Vc＝220m/min, f＝0.3mm/rev, ap＝1.5mm, WET

図9

応力集中［MPa］

応力緩和

2000
1600
1200
800
4000-400-800-1200-1600-2000

断続加工での切削結果

さらに低炭素鋼の強断続切削の評価結果を図 10 に示す。

従来工具は 20pass でコーティング膜の剥離から摩耗が進展し工具寿命となっているが、AC830P は 30pass でも良好な損傷形態であることが分かる。

ブレーカー損傷
クレーター摩耗

高能率加工時のすくい面損傷軽減！

工具型番：CNMG120408 被削材：SCM435
切削条件：Vc＝250m/min, f＝0.4mm/rev, ap＝1.0mm, dry, 15min 加工後

このことから、断続加工において AC830P を適用することにより、従来材種比 2 倍以上の長寿命化が可能となる。

図 11

従来品と GE 型のシミュレーション結果と損傷

2 0 0 9 年 7 月・ S E I テ クニ カ ル レ ビ ュ ー ・ 第 1 7 5 号 −（ 75 ）−の当たり面が小さく局所的になるよりも、全体的に分散しSCR420 ／ ピニオンギヤて当たりかつ衝突する角度が小さくなる方が、応力が緩和

工具型番：SNMG120412N-UX
切削条件：Vc＝170m/min, f＝0.35mm/rev, ap＝1.5mm, WET

でき、高能率加工におけるすくい面損傷を低減できること

AC820P、AC830P の切削性能
4－122694.

図 12 に AC820P の使用

AC820P の切削性能実例を示す。耐チッピング性、耐摩耗性がバランスよく向加工台数（台）を見出し、この考え方を GE 型ブレーカに適用した（図 11）。

10050

強断続で安定長寿命 !!

上していることが分かる。また、AC820P と GE 型の組み

AC830P 従来材種合わせにより、高送り条件で良好な結果が得られている。
4－2

ギヤ強断続加工において、AC830P は当社従来材種に対し、異常損傷が抑制され、安定して 3 倍の工具寿命を達成できた。

図 13 に AC830P の使用

AC830P の切削性能

寿命 3 倍150

実例を示す。AC830P は断続度の高い加工において安定して長寿命となっていることが分かる。

S55C ／ ハブユニット

SCM420H／アウトプットシャフト

40170

工具型番：DNMG150408
切削条件：Vc＝180m/min, f＝0.4mm/rev, ap＝3.0mm, WET

連続倣い加工において、高速用他社材種に対し、耐摩耗性良好で1.5倍の寿命延長を達成できた。

140

加工台数
（台）

工具型番：DNMG150412N-UX
切削条件：Vc＝150m/min, f＝0.25mm/rev, ap＝1.0mm, WET
寿命 3 倍150
10050

断続 + 連続切削で長寿命 !!

AC830P 従来材種

連続を含む断続加工において、AC830P は他社材種に対し、チッピングが抑制され、3 倍の工具寿命を達成できた。

AC820P-GE

200個／C

他社材種130個／C

図 13

ノーズ摩耗大AC830P の使用実例

すくい面摩耗

5.

結言

汎用材種「エースコート® AC820P」は、高能率加工などの市場ニーズに対応し、幅広い加工条件で安定して長寿命

S48C／タービンハブ
工具型番：DNMG150408
切削条件：Vc＝200m/min, f＝0.3mm/rev, ap＝1.3-1.4mm, WETが図れる材質であり、断続用材種「エースコート® AC830P」
は、断続加工、重切削加工条件で抜群の信頼性を得られる材質である。高速、高能率切削用「AC700G」も加えた 3

黒皮粗加工において、他社材種に対してチッピング損傷が改善し、1.5倍の寿命延長を達成した。

AC820P-GU

300個／C

他社材種

材種シリーズでユーザーの加工コスト削減、生産性向上に大きく貢献できるものと確信している。

200個／C参考文献（1） 超硬工具協会月報（～ 2008 年 9 月分）（2） 岡田吉生、「新 CVD コーティング『スーパー FF コート』の開発と切削工具への適用」、SEI テクニカルレビュー、第 170 号、p81-86（2007 年 1 月）

図 12AC820P の使用実例−（ 76 ）− 鋼旋削用コーティング材種エースコート®AC820P/AC830P の開発

執筆者 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------小島周 子＊：住友電工ハードメタル㈱材料開発部 主査
超硬工具の材料開発に従事

今村

晋 也＊：住友電工ハードメタル㈱材料開発部 主査
超硬工具の材料開発に従事

津田

圭 一 ：住友電工ハードメタル㈱材料開発部 グループ長

坂本明 ：住友電工ハードメタル㈱材料開発部

月森康 雄 ：住友電工ハードメタル㈱材料開発部

岡田吉 生 ：住友電工ハードメタル㈱材料開発部 主席

大森

直 也 ：住友電工ハードメタル㈱材料開発部 主席

森本浩 之 ：住友電工ハードメタル㈱生産部 主代則 秀 ：北海道住電精密㈱技術部 課長­------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------木村＊主執筆者

2 0 0 9 年 7 月・ S E I テ クニ カ ル レ ビ ュ ー ・ 第 1 7 5 号 −（ 77 ）−