特開 2024-108521 鋼部品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024108521

(43)【公開日】2024-08-13

(54)【発明の名称】鋼部品

(51)【国際特許分類】

   C22C 38/00 20060101AFI20240805BHJP

   C22C 38/18 20060101ALI20240805BHJP

   C22C 38/54 20060101ALI20240805BHJP

   C21D 1/06 20060101ALI20240805BHJP

   C21D 9/32 20060101ALN20240805BHJP

【ＦＩ】

C22C38/00 301N

C22C38/18

C22C38/54

C21D1/06 A

C22C38/00 301Z

C21D9/32 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023012936

(22)【出願日】2023-01-31

(71)【出願人】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001553

【氏名又は名称】アセンド弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】成宮 洋輝

(72)【発明者】

【氏名】堀本 雅之

(72)【発明者】

【氏名】松井 直樹

【テーマコード（参考）】

4K042

【Ｆターム（参考）】

4K042AA18

4K042BA03

4K042BA04

4K042BA14

4K042CA01

4K042CA02

4K042CA03

4K042CA05

4K042CA06

4K042CA08

4K042CA09

4K042CA10

4K042CA12

4K042CA13

4K042DA01

4K042DA02

4K042DA04

4K042DA06

4K042DB07

4K042DC02

4K042DC03

4K042DC04

4K042DD03

4K042DE02

(57)【要約】

【課題】優れた面疲労強度が得られ、摩擦係数が十分に抑制された鋼部品を提供する。
【解決手段】本実施形態の鋼部品は、浸炭硬化層と、浸炭硬化層よりも内部の芯部と、を備え、芯部は、化学組成が、質量％で、Ｃ：０．１０～０．３０％、Ｓｉ：０．１５～１．００％、Ｍｎ：０．３０～１．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０２５％以下、Ｃｒ：０．９０～２．００％、Ａｌ：０．００５～０．１００％、Ｎ：０．０２５０％以下、Ｏ：０．００５０％以下、を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、浸炭硬化層の表面のＣ濃度が質量％で０．６０～１．００％であり、浸炭硬化層の表面から１０ｎｍ深さまでの領域での平均Ｓｉ濃度が質量％で１．２０％以上であり、Ｓｉ濃度が質量％で１．２０％以上となる範囲が、浸炭硬化層の表面から１００ｎｍ以下である。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋼部品であって、
浸炭硬化層と、
前記浸炭硬化層よりも内部の芯部と、
を備え、
前記芯部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１０～０．３０％、
Ｓｉ：０．１５～１．００％、
Ｍｎ：０．３０～１．００％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０２５％以下、
Ｃｒ：０．９０～２．００％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．０２５０％以下、及び、
Ｏ：０．００５０％以下、を含有し、
残部はＦｅ及び不純物からなり、
前記浸炭硬化層の表層のＣ濃度が質量％で０．６０～１．００％であり、
前記浸炭硬化層の表面から前記浸炭硬化層の深さ方向にグロー放電発光分光分析を実施して得られた深さ方向元素濃度プロファイルにおいて、前記浸炭硬化層の表面から１０ｎｍ深さまでの領域での平均Ｓｉ濃度が質量％で１．２０％以上であり、
前記深さ方向元素濃度プロファイルにおいて、Ｓｉ濃度が質量％で１．２０％以上となる範囲が、前記浸炭硬化層の表面から１００ｎｍ以下である、
鋼部品。

【請求項2】

鋼部品であって、
浸炭硬化層と、
前記浸炭硬化層よりも内部の芯部と、
を備え、
前記芯部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１０～０．３０％、
Ｓｉ：０．１５～１．００％、
Ｍｎ：０．３０～１．００％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０２５％以下、
Ｃｒ：０．９０～２．００％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．０２５０％以下、及び、
Ｏ：０．００５０％以下、を含有し、
さらに、第１群～第４群からなる群から選択される１種以上を含有し、
残部はＦｅ及び不純物からなり、
前記浸炭硬化層の表層のＣ濃度が質量％で０．６０～１．００％であり、
前記浸炭硬化層の表面から前記浸炭硬化層の深さ方向にグロー放電発光分光分析を実施して得られた深さ方向元素濃度プロファイルにおいて、前記浸炭硬化層の表面から１０ｎｍ深さまでの領域での平均Ｓｉ濃度が質量％で１．２０％以上であり、
前記深さ方向元素濃度プロファイルにおいて、Ｓｉ濃度が質量％で１．２０％以上となる範囲が、前記浸炭硬化層の表面から１００ｎｍ以下である、
鋼部品。
［第１群］
Ｍｏ：０．６０％以下、
Ｂ：０．００５０％以下、
Ｃｕ：０．４０％以下、及び、
Ｎｉ：０．３０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｔｉ：０．０５０％以下、
Ｎｂ：０．０５０％以下、及び、
Ｖ：０．１５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第３群］
Ｓｎ：０．１０％以下
［第４群］
Ｃａ：０．００５０％以下、及び、
Ｍｇ：０．００５０％以下、からなる群から選択される１種以上

【請求項3】

請求項２に記載の鋼部品であって、
前記化学組成は、前記第１群を含有する、
鋼部品。

【請求項4】

請求項２に記載の鋼部品であって、
前記化学組成は、前記第２群を含有する、
鋼部品。

【請求項5】

請求項２に記載の鋼部品であって、
前記化学組成は、前記第３群を含有する、
鋼部品。

【請求項6】

請求項２に記載の鋼部品であって、
前記化学組成は、前記第４群を含有する、
鋼部品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は鋼部品に関し、さらに詳しくは、浸炭処理が施されて浸炭硬化層を備える鋼部品に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車等の動力伝達機構（パワーユニット及びパワーユニットの周辺）には、歯車に代表される鋼部品が利用されている。このような用途の鋼部品では、高い面疲労強度が求められる。

【0003】

部品の面疲労強度を高める方法として、浸炭処理が知られている。浸炭処理では、鋼部品の表層に浸炭硬化層が形成される。この浸炭硬化層により、鋼部品の面疲労強度が高まる。

【0004】

ところで、動力伝達機構の摩擦損失を低減させるため、鋼部品には、摺動面となる浸炭硬化層の表面での摩擦係数の低減も求められている。特開２０１３－０８３３２２号公報（特許文献１）及び特開２０２１－１６７３９５号公報（特許文献２）では、摩擦係数を低減可能な鋼部品を提案する。

【0005】

特許文献１に提案された鋼部品である歯車では、歯車の摺動面にプラトー構造表面を形成することにより、摩擦係数を低減している。特許文献２では、浸炭処理された鋼部品である歯車に、特定の化学組成を有するトライボ膜を形成することにより、摩擦係数を低減している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１３－０８３３２２号公報

【特許文献2】特開２０２１－１６７３９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１では鋼部品の表面形状を調整し、特許文献２ではトライボ膜の化学組成を調整して、摩擦係数を低減している。しかしながら、他の手段によって摩擦係数を低減してもよい。

【0008】

本発明の目的は、優れた面疲労強度が得られ、摩擦係数が十分に抑制された鋼部品を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明による鋼部品は、
浸炭硬化層と、
前記浸炭硬化層よりも内部の芯部と、
を備え、
前記芯部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１０～０．３０％、
Ｓｉ：０．１５～１．００％、
Ｍｎ：０．３０～１．００％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０２５％以下、
Ｃｒ：０．９０～２．００％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．０２５０％以下、及び、
Ｏ：０．００５０％以下、を含有し、
残部はＦｅ及び不純物からなり、
前記浸炭硬化層の表層のＣ濃度が質量％で０．６０～１．００％であり、
前記浸炭硬化層の表面から前記浸炭硬化層の深さ方向にグロー放電発光分光分析を実施して得られた深さ方向元素濃度プロファイルにおいて、前記浸炭硬化層の表面から１０ｎｍ深さまでの領域での平均Ｓｉ濃度が質量％で１．２０％以上であり、
前記深さ方向元素濃度プロファイルにおいて、Ｓｉ濃度が質量％で１．２０％以上となる範囲が、前記浸炭硬化層の表面から１００ｎｍ以下である。

【0010】

本発明による鋼部品は、
浸炭硬化層と、
前記浸炭硬化層よりも内部の芯部と、
を備え、
前記芯部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１０～０．３０％、
Ｓｉ：０．１５～１．００％、
Ｍｎ：０．３０～１．００％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０２５％以下、
Ｃｒ：０．９０～２．００％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．０２５０％以下、及び、
Ｏ：０．００５０％以下、を含有し、
さらに、第１群～第４群からなる群から選択される１種以上を含有し、
残部はＦｅ及び不純物からなり、
前記浸炭硬化層の表層のＣ濃度が質量％で０．６０～１．００％であり、
前記浸炭硬化層の表面から前記浸炭硬化層の深さ方向にグロー放電発光分光分析を実施して得られた深さ方向元素濃度プロファイルにおいて、前記浸炭硬化層の表面から１０ｎｍ深さまでの領域での平均Ｓｉ濃度が質量％で１．２０％以上であり、
前記深さ方向元素濃度プロファイルにおいて、Ｓｉ濃度が質量％で１．２０％以上となる範囲が、前記浸炭硬化層の表面から１００ｎｍ以下である。
［第１群］
Ｍｏ：０．６０％以下、
Ｂ：０．００５０％以下、
Ｃｕ：０．４０％以下、及び、
Ｎｉ：０．３０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｔｉ：０．０５０％以下、
Ｎｂ：０．０５０％以下、及び、
Ｖ：０．１５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第３群］
Ｓｎ：０．１０％以下
［第４群］
Ｃａ：０．００５０％以下、及び、
Ｍｇ：０．００５０％以下、からなる群から選択される１種以上

【発明の効果】

【0011】

本発明による鋼部品では、優れた面疲労強度が得られ、摩擦係数が十分に抑制される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、実施例で作製した小ローラー試験片の側面図である。

【図2】図２は、実施例のローラーピッチング試験の模式図である。

【図3】図３は、図２中の大ローラー試験片の正面図である。

【図4】図４は、実施例のブロックオンリング試験の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明者らは、優れた面疲労強度が得られ、かつ、摺動面となる浸炭硬化層の表面の摩擦係数が低減される鋼部品について、検討を行った。本発明者らは初めに、優れた面疲労強度が得られる鋼部品を検討した。その結果、芯部の化学組成が、質量％で、Ｃ：０．１０～０．３０％、Ｓｉ：０．１５～１．００％、Ｍｎ：０．３０～１．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０２５％以下、Ｃｒ：０．９０～２．００％、Ａｌ：０．００５～０．１００％、Ｎ：０．０２５０％以下、Ｏ：０．００５０％以下、Ｍｏ：０～０．６０％、Ｂ：０～０．００５０％、Ｃｕ：０～０．４０％、Ｎｉ：０～０．３０％、Ｔｉ：０～０．０５０％、Ｎｂ：０～０．０５０％、Ｖ：０～０．１５０％、Ｓｎ：０～０．１０％、Ｃａ：０～０．００５０％、Ｍｇ：０～０．００５０％、及び、残部はＦｅ及び不純物からなり、さらに、浸炭硬化層の表層のＣ濃度が質量％で０．６０～１．００％であれば、優れた面疲労強度が得られると考えた。

【0014】

本発明者らはさらに、摺動面となる浸炭硬化層の表面の摩擦係数を低減する手段について検討を行った。従来、鋼部品の浸炭硬化層の表面（摺動面）での摩擦係数は、表面粗さや潤滑油の特性に影響されると考えられてきた。しかしながら、本発明者らは、鋼部品の最表層での化学組成が、摩擦係数に影響すると考えた。そこで、鋼部品の最表層での元素濃度について、検討を行った。その結果、芯部の化学組成が上述の範囲内であって、かつ、浸炭硬化層の表層のＣ濃度が上述の範囲内である場合に、浸炭硬化層の表面から浸炭硬化層の深さ方向にグロー放電発光分光分析を実施して得られた深さ方向元素濃度プロファイルにおいて、浸炭硬化層の表面から１０ｎｍ深さまでの領域での平均Ｓｉ濃度が質量％で１．２０％以上であり、さらに、深さ方向元素濃度プロファイルにおいて、Ｓｉ濃度が質量％で１．２０％以上となる範囲が、浸炭硬化層の表面から１００ｎｍ以下であれば、摩擦係数を顕著に低減できることを見出した。

【0015】

本実施形態の鋼部品は、上述の技術思想に基づいて完成したものであり、次の構成を有する。

【0016】

［１］
鋼部品であって、
浸炭硬化層と、
前記浸炭硬化層よりも内部の芯部と、
を備え、
前記芯部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１０～０．３０％、
Ｓｉ：０．１５～１．００％、
Ｍｎ：０．３０～１．００％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０２５％以下、
Ｃｒ：０．９０～２．００％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．０２５０％以下、及び、
Ｏ：０．００５０％以下、を含有し、
残部はＦｅ及び不純物からなり、
前記浸炭硬化層の表層のＣ濃度が質量％で０．６０～１．００％であり、
前記浸炭硬化層の表面から前記浸炭硬化層の深さ方向にグロー放電発光分光分析を実施して得られた深さ方向元素濃度プロファイルにおいて、前記浸炭硬化層の表面から１０ｎｍ深さまでの領域での平均Ｓｉ濃度が質量％で１．２０％以上であり、
前記深さ方向元素濃度プロファイルにおいて、Ｓｉ濃度が質量％で１．２０％以上となる範囲が、前記浸炭硬化層の表面から１００ｎｍ以下である、
鋼部品。

【0017】

［２］
鋼部品であって、
浸炭硬化層と、
前記浸炭硬化層よりも内部の芯部と、
を備え、
前記芯部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１０～０．３０％、
Ｓｉ：０．１５～１．００％、
Ｍｎ：０．３０～１．００％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０２５％以下、
Ｃｒ：０．９０～２．００％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．０２５０％以下、及び、
Ｏ：０．００５０％以下、を含有し、
さらに、第１群～第４群からなる群から選択される１種以上を含有し、
残部はＦｅ及び不純物からなり、
前記浸炭硬化層の表層のＣ濃度が質量％で０．６０～１．００％であり、
前記浸炭硬化層の表面から前記浸炭硬化層の深さ方向にグロー放電発光分光分析を実施して得られた深さ方向元素濃度プロファイルにおいて、前記浸炭硬化層の表面から１０ｎｍ深さまでの領域での平均Ｓｉ濃度が質量％で１．２０％以上であり、
前記深さ方向元素濃度プロファイルにおいて、Ｓｉ濃度が質量％で１．２０％以上となる範囲が、前記浸炭硬化層の表面から１００ｎｍ以下である、
鋼部品。
［第１群］
Ｍｏ：０．６０％以下、
Ｂ：０．００５０％以下、
Ｃｕ：０．４０％以下、及び、
Ｎｉ：０．３０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｔｉ：０．０５０％以下、
Ｎｂ：０．０５０％以下、及び、
Ｖ：０．１５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第３群］
Ｓｎ：０．１０％以下
［第４群］
Ｃａ：０．００５０％以下、及び、
Ｍｇ：０．００５０％以下、からなる群から選択される１種以上

【0018】

［３］
［２］に記載の鋼部品であって、
前記化学組成は、前記第１群を含有する、
鋼部品。

【0019】

［４］
［２］又は［３］に記載の鋼部品であって、
前記化学組成は、前記第２群を含有する、
鋼部品。

【0020】

［５］
［２］～［４］のいずれか１項に記載の鋼部品であって、
前記化学組成は、前記第３群を含有する、
鋼部品。

【0021】

［６］
［２］～［５］のいずれか１項に記載の鋼部品であって、
前記化学組成は、前記第４群を含有する、
鋼部品。

【0022】

以下、本実施形態による鋼部品について詳述する。
なお、元素に関する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。

【0023】

［鋼部品の構成］
本実施形態の鋼部品は、浸炭処理された鋼部品である。本明細書において、浸炭処理は、浸炭処理と、浸炭窒化処理とを含む。したがって、本明細書において、「浸炭硬化層」は、浸炭窒化硬化層も含む概念である。なお、浸炭処理は、ガス浸炭処理を意味する。

【0024】

鋼部品は、浸炭硬化層と、芯部とを備える。浸炭硬化層は、素材となる鋼材を浸炭処理することにより、表層に形成される硬化層である。芯部は、鋼部品のうち、浸炭硬化層よりも内部の部分である。浸炭硬化層と芯部とは、周知のミクロ組織観察を実施することにより判別可能である点は当業者に周知である。

【0025】

［実施形態の鋼部品の特徴］
本実施形態の鋼部品は、次の特徴を含む。
（特徴１）
芯部の化学組成が、質量％で、Ｃ：０．１０～０．３０％、Ｓｉ：０．１５～１．００％、Ｍｎ：０．３０～１．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０２５％以下、Ｃｒ：０．９０～２．００％、Ａｌ：０．００５～０．１００％、Ｎ：０．０２５０％以下、Ｏ：０．００５０％以下、Ｍｏ：０～０．６０％、Ｂ：０～０．００５０％、Ｃｕ：０～０．４０％、Ｎｉ：０～０．３０％、Ｔｉ：０～０．０５０％、Ｎｂ：０～０．０５０％、Ｖ：０～０．１５０％、Ｓｎ：０～０．１０％、Ｃａ：０～０．００５０％、Ｍｇ：０～０．００５０％、及び、残部はＦｅ及び不純物からなる。
（特徴２）
浸炭硬化層の表層のＣ濃度が質量％で０．６０～１．００％である。
（特徴３）
浸炭硬化層の表面から浸炭硬化層の深さ方向にグロー放電発光分光分析を実施して得られた深さ方向元素濃度プロファイルにおいて、浸炭硬化層の表面から１０ｎｍ深さまでの領域での平均Ｓｉ濃度が質量％で１．２０％以上である。
（特徴４）
深さ方向元素濃度プロファイルにおいて、Ｓｉ濃度が質量％で１．２０％以上となる範囲が、浸炭硬化層の表面から１００ｎｍ以下である。
以下、特徴１～特徴４について説明する。

【0026】

［（特徴１）化学組成について］
本実施形態の鋼部品の化学組成は、次の元素を含有する。

【0027】

Ｃ：０．１０～０．３０％
炭素（Ｃ）は、鋼材の焼入れ性を高め、鋼材を素材として製造される鋼部品の芯部の硬さを高める。そのため、Ｃは、鋼部品の面疲労強度を高める。Ｃ含有量が０．１０％未満であれば、上記効果が十分に得られない。一方、Ｃ含有量が０．３０％を超えれば、鋼部品の素材となる鋼材の加工性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．１０～０．３０％である。
Ｃ含有量の好ましい下限は０．１１％であり、さらに好ましくは０．１２％であり、さらに好ましくは０．１３％である。
Ｃ含有量の好ましい上限は０．２９％であり、さらに好ましくは０．２８％であり、さらに好ましくは０．２７％である。

【0028】

Ｓｉ：０．１５～１．００％
シリコン（Ｓｉ）は、鋼材の焼戻し軟化抵抗を高め、鋼材を素材として製造される鋼部品の面疲労強度を高める。Ｓｉはさらに、鋼部品の使用中に、鋼部品の表面に付着した潤滑剤の吸着を促進し、トライボフィルムを形成する。トライボフィルムの形成により、鋼部品の摩擦係数が低減する。Ｓｉ含有量が０．１５％未満であれば、上記効果が十分に得られない。一方、Ｓｉ含有量が１．００％を超えれば、ガス浸炭処理の温度域での鋼材表層のＣの化学ポテンシャルを過剰に高める。この場合、ガス浸炭処理中において、Ｃの鋼材への侵入が抑制される。そのため、鋼部品の浸炭硬化層が十分に深く形成されない。その結果、鋼部品の面疲労強度が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は０．１５～１．００％である。
Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．１８％であり、さらに好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．５０％であり、さらに好ましくは０．７０％である。
Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．９８％であり、さらに好ましくは０．９５％であり、さらに好ましくは０．９０％である。

【0029】

Ｍｎ：０．３０～１．００％
マンガン（Ｍｎ）は、鋼材の焼入れ性を高め、鋼材を素材として製造される鋼部品の芯部の硬さを高める。そのため、Ｍｎは鋼部品の面疲労強度を高める。Ｍｎ含有量が０．３０％未満であれば、上記効果が十分に得られない。一方、Ｍｎ含有量が１．００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼部品の素材となる鋼材の加工性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は０．３０～１．００％である。
Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．３２％であり、さらに好ましくは０．３５％であり、さらに好ましくは０．５０％である。
Ｍｎ含有量の好ましい上限は０．９８％であり、さらに好ましくは０．９５％であり、さらに好ましくは０．９０％である。

【0030】

Ｐ：０．０３０％以下
リン（Ｐ）は不純物である。Ｐは、鋼材を素材として鋼部品を製造する場合のガス浸炭処理において、オーステナイト粒界に偏析して、鋼部品の面疲労強度を低下する。したがって、Ｐ含有量は０．０３０％以下である。
Ｐ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｐ含有量の過剰な低減は、製造コストを高くする。したがって、通常の工業生産を考慮した場合、Ｐ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％である。
Ｐ含有量の好ましい上限は０．０２９％であり、さらに好ましくは０．０２８％であり、さらに好ましくは０．０２５％である。

【0031】

Ｓ：０．０２５％以下
硫黄（Ｓ）は不純物である。ＳはＭｎと結合してＭｎＳを形成して、鋼部品の素材となる鋼材の被削性を高める。しかしながら、Ｓ含有量が０．０２５％を超えれば、Ｍｎによって固定されなかったＳがＦｅＳとして粒界に生成する。この場合、鋼材の熱間加工性が低下する。さらに、過剰に生成したＭｎＳによって、耐摩耗性及び冷間加工性が低下する。したがって、Ｓ含有量は０．０２５％以下である。
Ｓ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％である。
Ｓ含有量の好ましい上限は０．０２０％であり、さらに好ましくは０．０１５％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．００７％である。

【0032】

Ｃｒ：０．９０～２．００％
クロム（Ｃｒ）は、鋼材の焼戻し軟化抵抗を高め、鋼材を素材として製造される鋼部品の面疲労強度を高める。Ｃｒ含有量が０．９０％未満であれば、上記効果が十分に得られない。一方、Ｃｒ含有量が２．００％を超えれば、鋼材の加工性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は０．９０～２．００％である。
Ｃｒ含有量の好ましい下限は０．９２％であり、さらに好ましくは０．９５％であり、さらに好ましくは１．００％であり、さらに好ましくは１．１０％であり、さらに好ましくは１．５０％である。
Ｃｒ含有量の好ましい上限は１．９８％であり、さらに好ましくは１．９５％であり、さらに好ましくは１．９０％であり、さらに好ましくは１．８５％である。

【0033】

Ａｌ：０．００５～０．１００％
アルミニウム（Ａｌ）は鋼を脱酸する。Ａｌはさらに、熱処理時においてＮと結合してＡｌＮを形成し、オーステナイト粒の粗大化を抑制する。これにより、鋼部品の靭性が高まる。Ａｌ含有量が０．００５％未満であれば、上記効果が十分に得られない。一方、Ａｌ含有量が０．１００％を超えれば、酸化物系介在物が過剰に生成して、鋼部品の疲労強度が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．００５～０．１００％である。
Ａｌ含有量の好ましい下限は０．００６％であり、さらに好ましくは０．００８％であり、さらに好ましくは０．０１２％であり、さらに好ましくは０．０２５％である。
Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０９５％であり、さらに好ましくは０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％であり、さらに好ましくは０．０６０％である。

【0034】

Ｎ：０．０２５０％以下
窒素（Ｎ）は不純物である。Ｎ含有量が０．０２５０％を超えれば、粗大な窒化物が生成する。粗大な窒化物は、鋼部品の疲労強度を低下する。したがって、Ｎ含有量は０．０２５０％以下である。
Ｎ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｎ含有量を過剰に低減すれば、製造コストが高くなる。したがって、通常の工業生産を考慮すれば、Ｎ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００５％である。
Ｎ含有量の好ましい上限は０．０２３０％であり、さらに好ましくは０．０２１０％であり、さらに好ましくは０．０２００％であり、さらに好ましくは０．０１９０％であり、さらに好ましくは０．０１８０％である。

【0035】

Ｏ：０．００５０％以下
酸素（Ｏ）は不純物である。Ｏは鋼材中の他の元素と結合して粗大な酸化物系介在物を形成する。粗大な酸化物系介在物は、鋼部品の疲労強度を低下する。したがって、Ｏ含有量は０．００５０％以下である。
Ｏ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｏ含有量の過剰な低減は、製造コストを高める。したがって、通常の工業生産を考慮すれば、Ｏ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００５％である。
Ｏの含有量の好ましい上限は０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３０％である。

【0036】

本実施形態による鋼部品の化学組成の残部は、Ｆｅ及び不純物からなる。ここで、化学組成における不純物とは、鋼部品を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから混入されるものであって、意図せずに含有されるものであり、本実施形態による鋼部品に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。

【0037】

［任意元素（Ｏｐｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ）について］
本実施形態の鋼部品の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、第１群～第４群からなる群から選択される１種以上を含有してもよい。
［第１群］
Ｍｏ：０．６０％以下、
Ｂ：０．００５０％以下、
Ｃｕ：０．４０％以下、及び、
Ｎｉ：０．３０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｔｉ：０．０５０％以下、
Ｎｂ：０．０５０％以下、及び、
Ｖ：０．１５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第３群］
Ｓｎ：０．１０％以下
［第４群］
Ｃａ：０．００５０％以下、及び、
Ｍｇ：０．００５０％以下、からなる群から選択される１種以上
これらの元素はいずれも任意元素であり、含有されなくてもよい。以下、これらの任意元素について説明する。

【0038】

［第１群：Ｍｏ、Ｂ、Ｃｕ及びＮｉ］
本実施形態の鋼部品はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｍｏ、Ｂ、Ｃｕ及びＮｉからなる群から選択される１種以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも鋼部品の素材となる鋼材の焼入れ性を高める。

【0039】

Ｍｏ：０．６０％以下
モリブデン（Ｍｏ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｍｏ含有量は０％であってもよい。含有される場合、つまり、Ｍｏ含有量が０％超である場合、Ｍｏは鋼材の焼入れ性を高め、鋼部品の芯部の硬さを高める。その結果、鋼部品の曲げ疲労強度が高まる。Ｍｏが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｍｏ含有量が０．６０％を超えれば、鋼材の加工性が低下する。したがって、Ｍｏ含有量は０～０．６０％であり、含有される場合、０．６０％以下である。
Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０３％であり、さらに好ましくは０．０５％である。
Ｍｏ含有量の好ましい上限は０．５８％であり、さらに好ましくは０．５２％であり、さらに好ましくは０．４０％である。

【0040】

Ｂ：０．００５０％以下
ボロン（Ｂ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｂ含有量は０％であってもよい。含有される場合、つまり、Ｂ含有量が０％超である場合、Ｂは鋼材の焼入れ性を高め、鋼部品の芯部の硬さを高める。その結果、鋼部品の曲げ疲労強度が高まる。Ｂが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｂ含有量が０．００５０％を超えれば、その効果が飽和する。したがって、Ｂ含有量は０～０．００５０％であり、含有される場合、０．００５０％以下である。
Ｂ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．０００８％である。
Ｂ含有量の好ましい上限は０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３５％であり、さらに好ましくは０．００３０％である。

【0041】

Ｃｕ：０．４０％以下
銅（Ｃｕ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｃｕ含有量は０％であってもよい。含有される場合、つまり、Ｃｕ含有量が０％超である場合、Ｃｕは鋼材の焼入れ性を高め、鋼部品の芯部の硬さを高める。その結果、鋼部品の曲げ疲労強度が高まる。Ｃｕが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｃｕ含有量が０．４０％を超えれば、鋼材の硬さが過剰に高くなり、鋼材の被削性が低下する。したがって、Ｃｕ含有量は０～０．４０％であり、含有される場合、０．４０％以下である。
Ｃｕ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％である。
Ｃｕ含有量の好ましい上限は０．２０％であり、さらに好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．０５％である。

【0042】

Ｎｉ：０．３０％以下
ニッケル（Ｎｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｎｉ含有量は０％であってもよい。含有される場合、つまり、Ｎｉ含有量が０％超である場合、Ｎｉは鋼材の焼入れ性を高め、鋼部品の芯部の硬さを高める。その結果、鋼部品の曲げ疲労強度が高まる。Ｎｉが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｎｉ含有量が０．３０％を超えれば、鋼材の硬さが過剰に高くなり、鋼材の被削性が低下する。したがって、Ｎｉ含有量は０～０．３０％であり、含有される場合、０．３０％以下である。
Ｎｉ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％である。
Ｎｉ含有量の好ましい上限は０．２０％であり、さらに好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．０５％である。

【0043】

［第２群：Ｔｉ、Ｎｂ及びＶ］
本実施形態の鋼部品はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｔｉ、Ｎｂ及びＶからなる群から選択される１種以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも析出物を形成して、ピン止め効果により、浸炭処理での鋼材中の結晶粒の粗大化を抑制する。

【0044】

Ｔｉ：０．０５０％以下
チタン（Ｔｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｔｉ含有量は０％であってもよい。含有される場合、つまり、Ｔｉ含有量が０％超である場合、Ｔｉは、Ｔｉ炭化物、Ｔｉ炭窒化物等のＴｉ析出物を形成する。Ｔｉ析出物は、ピン止め効果により、浸炭処理での鋼材中の結晶粒の粗大化を抑制する。その結果、鋼部品の曲げ疲労強度が高まる。Ｔｉが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｔｉ含有量が０．０５０％を超えれば、Ｔｉ析出物が粗大化する。この場合、浸炭処理での結晶粒の粗大化を十分に抑制できない。したがって、Ｔｉ含有量は０～０．０５０％であり、含有される場合、０．０５０％以下である。
Ｔｉ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０１５％であり、さらに好ましくは０．０１８％である。
Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．０４８％であり、さらに好ましくは０．０４５％であり、さらに好ましくは０．０４３％であり、さらに好ましくは０．０４１％である。

【0045】

Ｎｂ：０．０５０％以下
ニオブ（Ｎｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｎｂ含有量は０％であってもよい。含有される場合、つまり、Ｎｂ含有量が０％超である場合、Ｎｂは、Ｎｂ炭化物、Ｎｂ炭窒化物等のＮｂ析出物を形成し、ピン止め効果により、浸炭処理での鋼材中の結晶粒の粗大化を抑制する。その結果、鋼部品の曲げ疲労強度が高まる。Ｎｂが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｎｂ含有量が０．０５０％を超えれば、Ｎｂ析出物が粗大化する。この場合、浸炭処理での結晶粒の粗大化を十分に抑制できない。そのため、鋼部品の疲労強度が低下する。したがって、Ｎｂ含有量は０～０．０５０％であり、含有される場合、０．０５０％以下である。
Ｎｂ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０１５％であり、さらに好ましくは０．０１８％である。
Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．０４８％であり、さらに好ましくは０．０４５％であり、さらに好ましくは０．０４３％であり、さらに好ましくは０．０４１％である。

【0046】

Ｖ：０．１５０％以下
バナジウム（Ｖ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｖ含有量は０％であってもよい。含有される場合、つまり、Ｖ含有量が０％超である場合、Ｖは、Ｖ炭化物、Ｖ炭窒化物等のＶ析出物を形成し、ピン止め効果により、浸炭処理での鋼材中の結晶粒の粗大化を抑制する。その結果、鋼部品の曲げ疲労強度が高まる。Ｖが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｖ含有量が０．１５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の硬さが過剰に高くなる。そのため、鋼材の被削性が低下する。したがって、Ｖ含有量は、０～０．１５０％であり、含有される場合、Ｖ含有量は０．１５０％以下である。
Ｖ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１０％である。
Ｖ含有量の好ましい上限は０．１４０％であり、さらに好ましくは０．１３０％であり、さらに好ましくは０．１２０％であり、さらに好ましくは０．１００％である。

【0047】

［第３群：Ｓｎ］
本実施形態の鋼部品はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｓｎを含有してもよい。

【0048】

Ｓｎ：０．１０％以下
スズ（Ｓｎ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｓｎ含有量は０％であってもよい。含有される場合、つまり、Ｓｎ含有量が０％超である場合、Ｓｎは鋼材の切削抵抗を低下させ、工具寿命を向上させる。Ｓｎが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｓｎ含有量が０．１０％を超えれば、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｓｎ含有量は０～０．１０％であり、含有される場合、Ｓｎ含有量は０．１０％以下である。
Ｓｎ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０３％であり、さらに好ましくは０．０５％である。
Ｓｎ含有量の好ましい上限は０．０９％であり、さらに好ましくは０．０８％であり、さらに好ましくは０．０７％である。

【0049】

［第４群：Ｃａ及びＭｇ］
本実施形態の鋼部品はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｃａ及びＭｇからなる群から選択される１種以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも硫化物を微細化及び球状化して、鋼部品の曲げ疲労強度を高める。

【0050】

Ｃａ：０．００５０％以下
カルシウム（Ｃａ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｃａ含有量は０％であってもよい。含有される場合、つまり、Ｃａ含有量が０％超である場合、Ｃａは鋼材中の硫化物を微細化する。さらに、Ｃａは鋼材中の硫化物の球状化を促進する。そのため、鋼部品の曲げ疲労強度が高まる。Ｃａが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｃａ含有量が０．００５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中に粗大なＣａ酸化物の形成が促進される。この場合、鋼部品の曲げ疲労強度が低下する。したがって、Ｃａ含有量は０～０．００５０％であり、含有される場合、０．００５０％以下である。
Ｃａ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％であり、さらに好ましくは０．００１５％である。
Ｃａ含有量の好ましい上限は０．００４８％であり、さらに好ましくは０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３０％である。

【0051】

Ｍｇ：０．００５０％以下
マグネシウム（Ｍｇ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｍｇ含有量は０％であってもよい。含有される場合、つまり、Ｍｇ含有量が０％超である場合、Ｍｇは鋼材中の硫化物を微細化する。さらに、Ｍｇは鋼材中の硫化物の球状化を促進する。そのため、鋼部品の曲げ疲労強度が高まる。Ｍｇが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｍｇ含有量が０．００５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中に粗大な酸化物の形成が促進される。この場合、鋼部品の曲げ疲労強度が低下する。したがって、Ｍｇ含有量は０～０．００５０％であり、含有される場合、０．００５０％以下である。
Ｍｇ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％であり、さらに好ましくは０．００１５％である。
Ｍｇ含有量の好ましい上限は０．００４８％であり、さらに好ましくは０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３０％である。

【0052】

［鋼部品の芯部の化学組成の測定方法］
本実施形態の鋼部品の芯部の化学組成は、ＪＩＳ Ｇ０３２１：２０１７に準拠した周知の成分分析法で測定できる。具体的には、ドリルを用いて、鋼部品の芯部から、切粉を採取する。採取された切粉を酸に溶解させて溶液を得る。溶液に対して、ＩＣＰ－ＡＥＳ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ａｔｏｍｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を実施して、化学組成の元素分析を実施する。Ｃ含有量及びＳ含有量については、周知の高周波燃焼法（燃焼－赤外線吸収法）により求める。Ｎ含有量については、周知の不活性ガス溶融－熱伝導度法を用いて求める。Ｏ含有量については、周知の不活性ガス溶融－赤外線吸収法を用いて求める。

【0053】

なお、各元素含有量は、本実施形態で規定された有効数字に基づいて、測定された数値の端数を四捨五入して、本実施形態で規定された各元素含有量の最小桁までの数値とする。たとえば、本実施形態の鋼部品の芯部のＣ含有量は小数第二位までの数値で規定される。したがって、Ｃ含有量は、測定された数値の小数第三位を四捨五入して得られた小数第二位までの数値とする。

【0054】

本実施形態の鋼部品のＣ含有量以外の他の元素含有量も同様に、測定された値に対して、本実施形態で規定された最小桁までの数値の端数を四捨五入して得られた値を、当該元素含有量とする。なお、四捨五入とは、端数が５未満であれば切り捨て、端数が５以上であれば切り上げることを意味する。

【0055】

［（特徴２）浸炭硬化層の表層のＣ濃度について］
本実施形態の鋼部品では、浸炭硬化層の表面から５０μｍ深さ位置までの領域のＣ濃度が質量％で０．６０～１．００％である。以下、浸炭硬化層の表面から５０μｍ深さ位置までの領域を、「表層」ともいう。浸炭硬化層の表層のＣ濃度は芯部のＣ濃度よりも高い。浸炭硬化層の表層でのＣ濃度が質量％で０．６０％以上であれば、浸炭硬化層の硬さが十分に硬い。そのため、鋼部品において、十分な面疲労強度が得られる。一方、表層のＣ濃度が１．００％を超えれば、靭性に乏しいレンズマルテンサイトが浸炭硬化層に形成されたり、残留オーステナイトが浸炭硬化層に過剰に残存したりする。この場合、浸炭硬化層の硬さが低下する。したがって、浸炭硬化層の表層のＣ濃度は０．６０～１．００％である。

【0056】

浸炭硬化層の表層でのＣ濃度の好ましい下限は０．６５％であり、さらに好ましくは０．７０％であり、さらに好ましくは０．７５％である。
浸炭硬化層の表層でのＣ濃度の好ましい上限は０．９５％であり、さらに好ましくは０．９０％である。

【0057】

［表層のＣ濃度の測定方法］
浸炭硬化層の表層のＣ濃度は次の方法で測定できる。
鋼部品の浸炭硬化層の表面に対して垂直な断面で切断する。切断面を鏡面研磨する。鏡面研磨後の切断面に対して、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ）に基づく点分析を実施する。具体的には、切断面において、鋼部品の表面から５０μｍ深さ位置まで、深さ方向に１μｍピッチで１０００点の測定点で点分析を実施して、各測定点でＣ濃度（質量％）を得る。得られたＣ濃度の算術平均値を、浸炭硬化層の表層のＣ濃度（質量％）と定義する。なお、ＥＰＭＡの点分析では、加速電圧を１５ｋＶ、照射電流を３０ｎＡ、電子ビーム径を１μｍとする。

【0058】

［（特徴３）浸炭硬化層の最表層の平均Ｓｉ濃度について］
本実施形態の鋼部品では、浸炭硬化層の表面から浸炭硬化層の深さ方向にグロー放電発光分光分析を実施して得られた深さ方向元素濃度プロファイルにおいて、浸炭硬化層の表面から１０ｎｍ深さまでの領域での平均Ｓｉ濃度が質量％で１．２０％以上である。以下、浸炭硬化層の表面から１０ｎｍ深さ位置までの領域を、「最表層」ともいう。

【0059】

上述のとおり、鋼部品の使用中において、浸炭硬化層の最表層のＳｉは、浸炭硬化層の表面への潤滑剤の吸着を促進する。さらに、最表層のＳｉは潤滑剤と反応して、トライボフィルムの形成を促進する。トライボフィルムの形成により、鋼部品の摩擦係数が低減する。浸炭硬化層の最表層の平均Ｓｉ濃度が質量％で１．２０％以上であれば、鋼部品の浸炭硬化層の表面において、十分なトライボフィルムが形成される。そのため、鋼部品において、摩擦係数を十分に抑えることができる。

【0060】

浸炭硬化層の最表層の平均Ｓｉ濃度の好ましい下限は１．２５％であり、さらに好ましくは１．３０％であり、さらに好ましくは１．４０％である。
浸炭硬化層の最表層の平均Ｓｉ濃度の上限は特に限定されない。しかしながら、芯部の化学組成中のＳｉ含有量を考慮すれば、浸炭硬化層の最表層の平均Ｓｉ濃度の上限は例えば５．００％である。

【0061】

［最表層の平均Ｓｉ濃度の測定方法］
浸炭硬化層の最表層の平均Ｓｉ濃度は次の方法で測定できる。
鋼部品の浸炭硬化層の表面から、グロー放電発光分光分析（ＧＤ－ＯＥＳ：Ｇｌｏｗ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いて、深さ方向に元素分析を実施して、深さ方向元素フロファイルを得る。ＧＤ－ＯＥＳの測定条件は、次のとおりである。ＧＤ－ＯＥＳは、例えば、株式会社堀場製作所製マーカス型高周波グロー放電発光分光装置（ＧＤ－Ｐｒｏｆｉｌｅｒ２）を用いる。この場合、測定モードはパルススパッタリングモードとし、スパッタリングガスは高純度のアルゴン（Ａｒ）ガスを用いる。さらに、放電範囲を４ｍｍφ、ＲＦ出力を３０Ｗ、Ａｒ圧力を６５０Ｐａとして、浸炭硬化層の表面から深さ方向に、Ｓｉ濃度の深さ方向元素プロファイルを得る。得られた深さ方向元素プロファイルを用いて、浸炭硬化層の表面から１０ｎｍ深さ位置までのＳｉ濃度の算術平均値を求め、求めた値を最表層の平均Ｓｉ濃度（質量％）と定義する。

【0062】

［（特徴４）浸炭硬化層のＳｉ濃化層について］
本実施形態の鋼部品では、深さ方向元素濃度プロファイルにおいて、Ｓｉ濃度が質量％で１．２０％以上となる範囲が、浸炭硬化層の表面から１００ｎｍ以下である。ここで、Ｓｉ濃度が１．２０％となる範囲を、「Ｓｉ濃化層」ともいう。

【0063】

Ｓｉ濃化層が深すぎれば、鋼部品の面疲労強度が低下する。Ｓｉ濃化層が１００ｎｍ以下であれば、Ｓｉ濃化層が十分に浅い。そのため、鋼部品において、優れた面疲労強度が得られる。
好ましくは、Ｓｉ濃化層の範囲は浸炭硬化層の表面から９５ｎｍ以下であり、さらに好ましくは９０ｎｍ以下であり、さらに好ましくは８５ｎｍ以下であり、さらに好ましくは８０ｎｍ以下である。

【0064】

［Ｓｉ濃化層の範囲の測定方法］
Ｓｉの濃化層の範囲は次の方法で測定できる。
上述の［最表層の平均Ｓｉ濃度の測定方法］で得られた深さ方向元素プロファイルに基づいて、浸炭硬化層の表面から、Ｓｉ濃度が質量％で１．２０％以上となる範囲を求める。

【0065】

［本実施形態の鋼部品の効果］
本実施形態の鋼部品は、特徴１～特徴４を満たす。そのため、本実施形態の鋼部品では、優れた面疲労強度が得られる。本実施形態の鋼部品ではさらに、摩擦係数が十分に抑制される。そのため、鋼部品の摩擦損失を低減できる。

【0066】

［本実施形態の鋼部品の用途］
本実施形態の鋼部品は、面疲労強度及び摩擦係数の抑制が求められる機械部品に広く適用である。このような機械部品は例えば、自動車等の動力伝達機構（パワーユニット及びパワーユニットの周辺）に用いられる機械部品であり、例えば、歯車部品である。

【0067】

［鋼部品の製造方法］
本実施形態の鋼部品の製造方法の一例を説明する。以降に説明する鋼部品の製造方法は、本実施形態の鋼部品を製造するための一例である。したがって、特徴１～特徴４を満たす鋼部品は、以降に説明する製造方法以外の他の製造方法により製造されてもよい。しかしながら、以降に説明する製造方法は、本実施形態の鋼部品の製造方法の好ましい一例である。

【0068】

本実施形態の鋼部品の製造方法は、次の工程を含む。
（工程１）鋼材準備工程
（工程２）焼準工程
（工程３）粗加工工程
（工程４）浸炭処理工程
（工程５）仕上げ加工工程
以下、各工程について説明する。

【0069】

［（工程１）鋼材準備工程］
鋼材準備工程では、特徴１を満たす化学組成を有する鋼材を準備する。

【0070】

［（工程２）焼準工程］
焼準工程は任意の工程である。つまり、焼準工程は実施しなくてもよい。例えば、粗加工工程で冷間加工を実施する場合、焼準工程を実施する。焼準工程は周知の条件で実施する。焼準工程では例えば、焼準温度を８８０～９５０℃とする。

【0071】

［（工程３）粗加工工程］
粗加工工程では、鋼材を粗加工して、中間素形材を製造する。粗加工工程では例えば、熱間加工工程、冷間加工工程、及び、粗切削加工工程のいずれか１工程以上を実施する。以下、各工程を説明する。
［熱間加工工程］
熱間加工工程を実施する場合、鋼材に対して熱間加工を実施する。熱間加工は例えば、周知の熱間鍛造である。熱間加工での加熱温度は例えば、１０００～１３００℃である。熱間加工後の鋼材は放冷（空冷）される。

【0072】

［冷間加工工程］
冷間加工工程が実施される場合、本実施形態の鋼材に対して上述の焼準工程を実施した後、冷間加工を実施する。冷間加工は例えば、冷間鍛造である。冷間加工の条件は特に制限されない。

【0073】

［粗切削加工工程］
切削加工工程では、熱間加工又は冷間加工後の鋼材に対して、切削加工を実施して、中間素形材を製造する。粗切削加工の条件は特に限定されない。

【0074】

［（工程４）浸炭処理工程］
浸炭処理工程では、粗加工工程後の中間素形材に対して、浸炭処理を実施する。ここで、「浸炭処理工程」とは、周知のガス浸炭処理と、周知の焼戻しとを含む。ガス浸炭処理は、ガス浸炭工程及び焼入れ工程を含む。ガス浸炭処理において、周知の条件を適宜調整して、鋼部品の浸炭硬化層の表層のＣ濃度を調整することは、当業者に周知の技術事項である。以下、周知のガス浸炭処理工程を説明する。

【0075】

［ガス浸炭処理］
ガス浸炭処理は、ガス浸炭工程と、焼入れ（急冷）工程とを含む。以下、ガス浸炭工程、焼入れ工程について説明する。

【0076】

［ガス浸炭工程］
ガス浸炭工程は、加熱工程と、浸炭工程と、拡散工程とを含む。
加熱工程では、炉内に装入された中間素形材を浸炭温度まで加熱する。加熱工程での浸炭温度は、例えば８５０～１０５０℃である。

【0077】

浸炭工程では、所定のカーボンポテンシャルＣＰ１の雰囲気中において、浸炭温度で中間素形材を所定時間ｔ１保持して、ガス浸炭処理を実施する。浸炭工程におけるカーボンポテンシャルＣＰ１は例えば０．６～１．２％であり、浸炭温度での保持時間ｔ１は例えば、１～１０時間である。

【0078】

拡散工程では、所定のカーボンポテンシャルＣＰ２の雰囲気中において、浸炭温度で所定時間保持する。ここで、拡散工程でのカーボンポテンシャルＣＰ２は例えば０．６～１．０％であり、浸炭温度での保持時間ｔ２は例えば、０．５～５．０時間である。拡散工程でのカーボンポテンシャルＣＰ２は、浸炭工程でのカーボンポテンシャルＣＰ１よりも低くする方が好ましい。

【0079】

［焼入れ工程］
ガス浸炭工程後の中間素形材に対して焼入れ工程を実施する。焼入れ工程では、ガス浸炭工程後の中間素形材をＡ_ｒ３点以上の焼入れ温度で保持後、中間素形材を急冷して焼入れする。焼入れ温度での保持時間ｔ３は特に限定されないが例えば、１５～６０分である。焼入れ温度は、浸炭温度よりも低い方が好ましい。焼入れ処理における冷却方法は、油冷又は水冷である。具体的には、冷却媒体である油又は水を入れた冷却浴に、焼入れ温度に保持された中間素形材を浸漬して急冷する。

【0080】

［焼戻し］
焼入れ工程後の中間素形材に対して、周知の焼戻しを実施する。焼戻し温度は例えば、１００～２００℃である。焼戻し温度での保持時間は例えば、３０～１２０分である。

【0081】

以上の工程により、浸炭硬化層が形成された中間素形材を製造する。

【0082】

［（工程５）仕上げ加工工程］
仕上げ加工工程では、浸炭処理工程後の中間素形材に対して、仕上げ加工を実施して、鋼部品を製造する。具体的には、次の条件を満たす仕上げ研削加工を実施する。
（条件１）砥石の研削材として、アルミナ質研削材を用いる。
（条件２）砥石の結合度として、ＪＩＳ Ｒ ６２４２：２０１５に規定のＫ以上の硬さとする。
（条件３）研削時の周速を２８７５ｍ／分以上とする。
以下、各条件について説明する。

【0083】

［条件１及び条件２について］
砥石の研削材としてアルミナ質研削材を用い、かつ、砥石の結合度として、ＪＩＳ Ｒ ６２４２：２０１５に規定のＫ以上の硬さとする。この条件を満たす砥石を用いて条件３の周速で中間素形材の浸炭硬化層を研削する。これにより、中間素形材中のＳｉが拡散して浸炭硬化層の最表層に濃化しやすくなる。

【0084】

［条件３について］
研削加工時の周速が２８７５ｍ／分以上であれば、鋼部品の浸炭硬化層の最表層での平均Ｓｉ濃度が十分に高くなる。この理由は定かではないが、次の理由が考えられる。条件１～条件３を満たした場合、研削加工中の中間素形材の浸炭硬化層の表層は加工発熱が付与される。この加工発熱により中間素形材中のＳｉが最表層に濃化しやすくなると考えられる。このメカニズムと異なるメカニズムにより鋼部品の浸炭硬化層の最表層の平均Ｓｉ濃度が高くなる可能性もある。しかしながら、条件１～条件３を満たすことにより、鋼部品の浸炭硬化層の最表層の平均Ｓｉ濃度が質量％で１．２０％以上となることは、後述の実施例でも証明されている。

【0085】

以上の製造工程により、特徴１～特徴４を満たす本実施形態の鋼部品を製造できる。

【実施例0086】

以下、実施例により本実施形態の鋼部品の効果をさらに具体的に説明する。以下の実施例での条件は、本実施形態の鋼部品の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例である。したがって、本実施形態の鋼部品はこの一条件例に限定されない。

【0087】

［鋼部品の製造］
表１－１及び表１－２に示す化学組成を有する鋼材を準備した。

【0088】

【表1-1】

【0089】

【表1-2】

【0090】

試験番号２５の鋼材は、ＪＩＳ Ｇ ４０５３：２０１６に規定のＳＣｒ４２０に相当する化学組成を有した。各試験番号の鋼材に対して、焼準工程を実施した。焼準温度を９２５℃とし、焼準温度での保持時間を１時間とした。焼準工程後の鋼材に対して、粗加工工程を実施した。具体的には、鋼材に対して旋盤加工を実施して、軸方向に垂直な断面が直径２６．３ｍｍの円形状である中間素形材と、軸方向に垂直な断面が直径３５．２９ｍｍの円形状である中間素形材とを製造した。

【0091】

各試験番号の中間素形材に対して、浸炭処理を実施した。具体的には、カーボンポテンシャルＣＰが１．０％の雰囲気中において、試験片を９３０℃で６００分保持した（ガス浸炭工程）。その後、カーボンポテンシャルＣＰを０．８％とし、９３０℃で６０分保持した（拡散工程）。その後、８７０℃まで降温し、８７０℃で３０分保持した後、８０℃の油で油冷した（焼入れ工程）。油冷後の中間素形材に対して、焼戻しを実施した。焼戻し温度は１６０℃であり、焼戻し温度での保持時間は１２０分であった。

【0092】

焼戻し後の中間素形材の表面に対して仕上げ加工（切削加工）を実施した。切削加工で用いた砥石の研削材（条件１）、砥石の結合度（条件２）、及び、研削加工時の周速（ｍ／分）（条件３）は表２に示すとおりであった。

【0093】

【表2】

【0094】

以上の製造工程により、直径が２６．０ｍｍの各試験番号の鋼部品（丸鋼）と、直径が３４．９９ｍｍの各試験番号の鋼部品（丸鋼）とを製造した。

【0095】

各試験番号の鋼部品に対して、次の試験を実施した。
（試験１）芯部の化学組成測定試験
（試験２）浸炭硬化層の表層のＣ濃度測定試験
（試験３）浸炭硬化層の最表層の平均Ｓｉ濃度測定試験
（試験４）浸炭硬化層のＳｉ濃化層の範囲測定試験
（試験５）面疲労強度評価試験
（試験６）摩擦係数評価試験
以下、試験１～試験６について説明する。

【0096】

［（試験１）芯部の化学組成測定試験］
上述の［鋼部品の芯部の化学組成の測定方法］に記載の方法に基づいて、直径２６．０ｍｍの各試験番号の鋼部品の芯部の化学組成を測定した。その結果、各試験番号の鋼部品の芯部の化学組成は表１－１及び表１－２に示すとおりであった。なお、直径３４．９９ｍｍの各試験番号の鋼部品の芯部の化学組成も同様に測定した。その結果、直径３４．９９ｍｍの各試験番号の鋼部品の芯部の化学組成は、直径２６．０ｍｍの対応する試験番号の鋼部品の化学組成とほぼ一致した。

【0097】

［（試験２）浸炭硬化層の表層のＣ濃度測定試験］
上述の［表層のＣ濃度の測定方法］に記載の方法に基づいて、直径２６．０ｍｍの各試験番号の鋼部品の浸炭硬化層の表層のＣ濃度（質量％）を測定した。得られたＣ濃度（質量％）を表３に示す。なお、直径３４．９９ｍｍの各試験番号の鋼部品の浸炭硬化層の表層のＣ濃度（質量％）も同様に測定した。その結果、直径３４．９９ｍｍの各試験番号の鋼部品の浸炭硬化層の表層のＣ濃度は、直径２６．０ｍｍの対応する試験番号の鋼部品の浸炭硬化層の表層のＣ濃度とほぼ一致した。

【0098】

【表3】

【0099】

［（試験３）浸炭硬化層の最表層の平均Ｓｉ濃度測定試験］
上述の［最表層の平均Ｓｉ濃度の測定方法］に記載の方法に基づいて、直径２６．０ｍｍの各試験番号の鋼部品の浸炭硬化層の最表層の平均Ｓｉ濃度（質量％）を求めた。得られた平均Ｓｉ濃度（質量％）を表３に示す。なお、直径３４．９９ｍｍの各試験番号の鋼部品の浸炭硬化層の最表層の平均Ｓｉ濃度も同様に求めた。その結果、直径３４．９９ｍｍの各試験番号の鋼部品の浸炭硬化層の最表層の平均Ｓｉ濃度は、直径２６．０ｍｍの対応する試験番号の鋼部品の浸炭硬化層の最表層の平均Ｓｉ濃度とほぼ一致した。

【0100】

［（試験４）浸炭硬化層のＳｉ濃化層の範囲測定試験］
上述の［Ｓｉ濃化層の範囲の測定方法］に記載の方法に基づいて、直径２６．０ｍｍの各試験番号の鋼部品の浸炭硬化層のＳｉ濃化層の範囲（ｎｍ）を求めた。得られたＳｉ濃化層の範囲（ｎｍ）を表３に示す。なお、直径３４．９９ｍｍの各試験番号の鋼部品の浸炭硬化層のＳｉ濃化層の範囲も同様に求めた。その結果、直径３４．９９ｍｍの各試験番号の鋼部品の浸炭硬化層のＳｉ濃化層の範囲は、直径２６．０ｍｍの対応する試験番号の鋼部品の浸炭硬化層のＳｉ濃化層とほぼ一致した。

【0101】

［（試験５）面疲労強度評価試験］
各試験番号の鋼部品の面疲労強度を、次の方法で評価した。各試験番号の鋼部品に対して機械加工（切削加工）を実施して、図１に示す小ローラー試験片１（以下、単に試験片１という）を作製した。図１中の数値は寸法を示す。図１中の「φ」は直径を意味する。つまり、「φ２４」は直径が２４．０ｍｍであることを意味する。試験片１は円柱状であり、試験片１の長手方向の中央位置に、直径２６．０ｍｍの平行部を有した。試験片１の平行部以外の円柱部の直径は２４．０ｍｍであった。つまり、試験片１の平行部は鋼部品（丸鋼）のままとし、機械加工（切削加工）せず、鋼部品（丸鋼）の特性が維持されたままとした。一方、試験片１の平行部以外の円柱部は機械加工（切削加工）により、直径を２４．０ｍｍｍｍとした。

【0102】

試験片１を用いて、図２に示すローラーピッチング試験を実施して、高周波焼入れ部品の面疲労強度を評価した。具体的には、図２を参照して、試験片１に大ローラー試験片２を押し当てながら、試験片１を回転させた。大ローラー試験片２はＪＩＳ Ｇ ４８０５：２０１９に規定のＳＵＪ２に相当する化学組成を有する鋼材を表面研磨したものを使用した。図３に示すとおり、大ローラー試験片２の厚さ中央位置での直径は１３０ｍｍ、クラウニング半径は１５０ｍｍであった。

【0103】

試験片１の直径２６．０ｍｍの円筒部と、大ローラー試験片２の外周面中央位置（直径１３０ｍｍの外周部分）とを接触させながら転動させた。接触時の面圧はヘルツ面圧で３．４ＧＰａとした。小ローラー試験片の回転数を２０００ｒｐｍとした。接触部での両ローラー試験片（試験片１、大ローラー試験片２）の周速方向を同一方向とし、滑り率を－４０％（試験片１よりも大ローラー試験片２の方が接触部の周速が４０％大きい）として回転させた。試験中、小ローラー試験片と大ローラー試験片との接触部分に潤滑油を供給した。潤滑油はオートマチックトランスミッションフルードとし、油温を１００℃、油量を１．５Ｌ／分とした。ローラー試験片１の円筒部の接触部分で疲労剥離（ピッチング損傷）が生じるまでの転動繰り返し数（サイクル回数）を測定した。試験は３本の試験片１で実施し、転動繰り返し数の算術平均値を、その試験番号の平均転動繰り返し数とした。

【0104】

試験番号２５の鋼材（仕上げ加工工程を実施していないＳＣｒ４２０材）を基準鋼材とした。試験番号の鋼材の平均転動繰り返し数が、基準鋼材（試験番号２５）の平均転動繰り返し数の１．３倍以上であれば、面疲労強度に優れると判断した（表３中の「面疲労強度」欄で「○」）。一方、試験番号の鋼材の平均転動繰り返し数が、基準鋼材（試験番号２５）の平均転動繰り返し数の１．３倍未満であれば、面疲労強度が低いと判断した（表３中の「面疲労強度」欄で「×」）。

【0105】

［（試験６）摩擦係数評価試験］
各試験番号の鋼歯車に対して、ブロックオンリング試験を実施して、動摩擦係数を求めた。

【0106】

図４は、ブロックオンリング試験の模式図である。図４を参照して、ブロックオンリング試験機２００は、潤滑油２０２を貯めた浴槽２０１と、リング試験片２０３とを備えた。潤滑油２０２として、１００℃における動粘度が５．４ｍｍ^２／ｓの市販のエンジンオイルを使用した。

【0107】

直径３４．９９ｍｍの鋼部品（丸鋼）から、リング試験片２０３を作製した。リング試験片２０３の周面は鋼部品（丸鋼）のままとし、機械加工（切削加工）せず、鋼部品（丸鋼）の特性が維持されたままとした。リング試験片２０３の幅Ｗは８．７４ｍｍとした。

【0108】

ブロック試験片３００の材質は、自動車技術協会（Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）の工業規格で規定されたＳＡＥＯ１とした。ブロック試験片３００のサイズは１５．７５ｍｍ×１０．１６ｍｍ×６．３５ｍｍとした。１５．７５ｍｍ×６．３５ｍｍの表面は、リング試験片２０３と接触する面とした。以下、この表面を接触面という。

【0109】

図４に示すとおり、リング試験片２０３の下部を浴槽２０１中の潤滑油２０２内に漬けた。そして、リング試験片２０３の上方にブロック試験片３００を配置した。このとき、ブロック試験片３００の接触面が、リング試験片２０３の周面に対向するように、ブロック試験片３００を配置した。

【0110】

以上の準備をした後、次の工程１～工程３を行った。
工程１：
すべり速度１．０ｍ／秒（５５０ｒｐｍ）で、リング試験片２０３の回転を開始した。
工程２：
ブロック試験片３００の上方から下方に向かって２００Ｎの荷重Ｐで、ブロック試験片
３００をリング試験片２０３の周面に押し付けた。
工程３：
３００秒回転させた後、荷重Ｐを除荷した。その後、リング試験片２０３の回転を停止した。

【0111】

工程１～工程３の実施中において、ブロック試験片３００に加わる摩擦力Ｆを、ロードセルで測定した。そして、次の式により摩擦係数μ（－）を求めた。
Ｆ＝μＰ
３００秒間の回転中に得られた摩擦係数μの初期ピークを除いた算術平均値を、各試験番号の動摩擦係数（－）とした。得られた動摩擦係数を表３に示す。

【0112】

［評価結果］
表１－１、表１－２、表２及び表３を参照して、試験番号１～２４では、特徴１～特徴４を満たした。そのため、優れた面疲労強度が得られた。さらに、動摩擦係数が０．１２０未満であり、摩擦係数が十分に抑制された。

【0113】

一方、試験番号２５及び２６では、仕上げ加工工程を実施しなかった。そのため、深さ方向元素濃度プロファイルにおいて、Ｓｉ濃度が質量％で１．２０％以上となる範囲が、浸炭硬化層の表面から１００ｎｍを超えた。その結果、十分な面疲労強度が得られなかった。

【0114】

試験番号２７及び２８では、仕上げ加工工程を実施したものの、砥石の研削材として、アルミナ質研削材ではなく、ＣＢＮ研削材を用いた。そのため、最表層の平均Ｓｉ濃度が１．２０％未満であった。結果、動摩擦係数が０．１２０を超え、摩擦係数を十分に抑制できなかった。

【0115】

試験番号２９及び３０では、仕上げ加工工程を実施したものの、砥石の結合度として、ＪＩＳ Ｒ ６２４２：２０１５に規定のＫ未満の硬さであった。そのため、最表層の平均Ｓｉ濃度が１．２０％未満であった。結果、動摩擦係数が０．１２０を超え、摩擦係数を十分に抑制できなかった。

【0116】

試験番号３１及び３２では、仕上げ加工工程を実施したものの、周速が遅かった。そのため、最表層の平均Ｓｉ濃度が１．２０％未満であった。結果、動摩擦係数が０．１２０を超え、摩擦係数を十分に抑制できなかった。

【0117】

以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】