特開 2024-31698 鋼材

(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】P2024031698

(43)【公開日】2024-03-07

(54)【発明の名称】鋼材

(51)【国際特許分類】

   C22C 38/00 20060101AFI20240229BHJP

   C22C 38/06 20060101ALI20240229BHJP

   C22C 38/60 20060101ALI20240229BHJP

   C21C 7/06 20060101ALI20240229BHJP

   C21C 7/10 20060101ALI20240229BHJP

【ＦＩ】

C22C38/00 301M

C22C38/06

C22C38/60

C21C7/06

C21C7/10 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 2022135423

(22)【出願日】2022-08-26

(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】間曽 利治

【テーマコード（参考）】

4K013

【Ｆターム（参考）】

4K013BA08

4K013CE01

4K013CF13

(57)【要約】

【課題】被削性に優れ、高周波焼入れ時の溶融割れを抑制でき、機械構造用部品とした場合に優れた疲労強度を有する鋼材を提供する。
【解決手段】鋼材は、質量％で、Ｃ：０．３０超～０．６０％、Ｓｉ：０．０１～０．５５％、Ｍｎ：０．５０～１．６５％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０１０～０．２００％、Ｂｉ：０．０００１～０．００５０％、Ｃａ：０．０００１～０．００５０％、Ａｌ：０．００１～０．００５％、Ｎ：０．００３０～０．０２５０％、及び、Ｏ：０．００３０％以下、を含有し、明細書中の式（１）を満たす。鋼材中の微細硫化物の個数密度は２０個／ｍｍ^２以上であり、粗大Ｂｉ粒子の個数密度は２．００個／ｍｍ^２以下であり、特定酸化物の個数密度が０．１個／ｍｍ^２以上である。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋼材であって、
質量％で、
Ｃ：０．３０超～０．６０％、
Ｓｉ：０．０１～０．５５％、
Ｍｎ：０．５０～１．６５％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０１０～０．２００％、
Ｂｉ：０．０００１～０．００５０％、
Ｃａ：０．０００１～０．００５０％、
Ａｌ：０．００１～０．００５％、
Ｎ：０．００３０～０．０２５０％、及び、
Ｏ：０．００３０％以下、を含有し、
残部はＦｅ及び不純物からなり、
各元素含有量が上記範囲内であることを前提として、式（１）を満たし、
前記鋼材中において、
円相当径が０．２～１．０μｍ未満の微細硫化物の個数密度は２０個／ｍｍ^２以上であり、
円相当径が５μｍ以上の粗大Ｂｉ粒子の個数密度は２．００個／ｍｍ^２以下であり、
円相当径が１μｍ以上であって、ＢｉとＣａとを含有する酸化物系介在物を特定酸化物と定義するとき、前記特定酸化物の個数密度が０．１個／ｍｍ^２以上である、
鋼材。
Ｃａ／Ａｌ≧０．１８ （１）
ここで、式（１）中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。

【請求項2】

鋼材であって、
質量％で、
Ｃ：０．３０超～０．６０％、
Ｓｉ：０．０１～０．５５％、
Ｍｎ：０．５０～１．６５％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０１０～０．２００％、
Ｂｉ：０．０００１～０．００５０％、
Ｃａ：０．０００１～０．００５０％、
Ａｌ：０．００１～０．００５％、
Ｎ：０．００３０～０．０２５０％、及び、
Ｏ：０．００３０％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、
各元素含有量が上記範囲内であることを前提として、式（１）を満たし、
前記鋼材中において、
円相当径が０．２～１．０μｍ未満の微細硫化物の個数密度は２０個／ｍｍ^２以上であり、
円相当径が５μｍ以上の粗大Ｂｉ粒子の個数密度は２．００個／ｍｍ^２以下であり、
円相当径が１μｍ以上であって、ＢｉとＣａとを含有する酸化物系介在物を特定酸化物と定義するとき、前記特定酸化物の個数密度が０．１個／ｍｍ^２以上である、
鋼材。
［第１群］
Ｖ：０．４００％以下、
Ｔｉ：０．０５０％以下、
Ｎｂ：０．０５０％以下、
Ｗ：０．４００％以下、及び、
Ｚｒ：０．０１００％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｍｇ：０．０１００％以下
Ｔｅ：０．０１００％以下
Ｂ：０．００５０％以下
Ｓｎ：０．０１００％以下、及び、
希土類元素：０．０１００％以下、からなる群から選択される１種以上
［第３群］
Ｃｏ：０．０１００％以下、
Ｓｅ：０．０１００％以下、及び、
Ｓｂ：０．０１００％以下、からなる群から選択される１種以上
［第４群］
Ｃｒ：０．３０％以下、
Ｍｏ：０．３０％以下、
Ｃｕ：０．５０％以下、及び、
Ｎｉ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
Ｃａ／Ａｌ≧０．１８ （１）
ここで、式（１）中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。

【請求項3】

請求項２に記載の鋼材であって、
前記第１群を含有する、
鋼材。

【請求項4】

請求項２に記載の鋼材であって、
前記第２群を含有する、
鋼材。

【請求項5】

請求項２に記載の鋼材であって、
前記第３群を含有する、
鋼材。

【請求項6】

請求項２に記載の鋼材であって、
前記第４群を含有する、
鋼材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鋼材に関し、さらに詳しくは、機械構造用部品の素材となる鋼材に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車及び建設車両のクランクシャフト等に利用される機械構造用部品には、高い疲労強度が求められる。そこで、疲労強度の向上のために、機械構造用部品に対して表面硬化処理が施される場合がある。

【0003】

種々の表面硬化処理のうち、高周波焼入れは、必要な部位のみ硬化させることができる。さらに、高周波焼入れは高温で加熱した後に冷却するため、軟窒化処理等の他の表面硬化処理と比較して、深い硬化層深さ及び高い疲労強度を得ることができる。そのため、機械構造用部品には、高周波焼入れが施される場合が多い。例えば、機械構造用部品の１種であるクランクシャフトの疲労強度を向上させるために、図１に示すフィレットＲ部１を高周波焼入れする技術が実用化されている。

【0004】

近年、機械構造用部品のさらなる疲労強度の向上が求められている。高周波焼入れを利用して硬化層深さを大きくするためには、高周波焼入れにおいて、高周波電力の出力を増加して加熱温度を高めればよい。しかしながら、高温で高周波焼入れ処理を実施する場合、機械構造用部品のエッジ部（エッジ部はたとえば、機械構造用部品が図１に示すクランクシャフトの場合、符号２で示される部分に相当）で、加熱温度が過剰に高くなりやすい。特に、高周波焼入れ時の昇温速度が速い場合、加熱温度が過剰に高くなりやすい。たとえば、高周波焼入れにおける加熱温度が過剰に高くなり、１３５０℃以上となった場合、鋼材の表層又は内部の一部が溶融して割れが発生する場合がある。以下、このような割れを、本明細書では、「溶融割れ」という。機械構造用部品において、溶融割れの発生は抑制される方が好ましい。つまり、高周波焼入れを実施する場合には、溶融割れの抑制が求められる。

【0005】

機械構造用部品の素材となる鋼材を用いて機械構造用部品を製造する場合、機械構造用部品はたとえば、次の方法で製造される。初めに、熱間鍛造を実施して、機械構造用部品に近い形状の機械構造用部品の中間品を製造する。その後、中間品に対して切削加工を実施する。切削加工後の中間品に対して、高周波焼入れを実施する。高周波焼入れ後の中間品に対して、さらに仕上げ加工（切削加工又は研削加工）を実施して、機械構造用部品を製造する。つまり、機械構造用部品の素材となる鋼材を用いて機械構造用部品を製造する場合、高周波焼入れ前、及び、高周波焼入れ後の二度にわたり切削加工又は研削加工が実施される場合がある。そのため、機械構造用部品の素材となる鋼材には、高周波焼入れ前の中間品においても、高周波焼入れ後の中間品においても、優れた被削性が求められる。

【0006】

機械構造用部品の素材となる鋼材は、たとえば、特開２０１７－０８２２９９号公報（特許文献１）、特開２００３－２２６９３４号公報（特許文献２）、及び、特開２００４－９１８８６号公報（特許文献３）に開示されている。

【0007】

特許文献１に開示された製品部材は、Ｃ：０．４～０．７％、Ｓｉ：０．２５％以下、Ｍｎ：０．５～２．６％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．００５～０．０２０％、Ｎｂ：０．０１～０．０６％、Ａｌ：０．０１０～０．０５０％、Ｎ：０．００５～０．０２５％及びＯ：０．００３％以下を含有し、かつ、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、式（１）を満たす化学組成を有する。ここで、式（１）は、１７．０≦２５．９Ｃ＋６．３５Ｍｎ≦２７．２である。この製品部材の製造工程中において、高周波焼入れ及び焼戻しの条件を適切に制御する。これにより、高周波焼入れ及び焼戻し後の焼入れ材では、最終形態である製品部材の表面に相当する位置から２０μｍの深さ位置に相当する基準位置での組織が、マルテンサイトと体積率で８～２０％の残留オーステナイトとを含む。さらに、焼入れ材に対する切削加工条件を適切に制御する。これにより、この製品部材では、基準位置での組織において、残留オーステナイトの体積率が１２％以下であり、切削前の残留オーステナイト体積率（ＲＩ）と切削後の残留オーステナイトの体積率（ＲＦ）から式（Ａ）によって求められる残留オーステナイト減少率Δγが４０％以上となり、表面の算術平均粗さＲａが０．８μｍ以下である。ここで、式（Ａ）は、Δγ＝（ＲＩ－ＲＦ）／ＲＩ×１００である。この文献では、製品部材の化学組成と、高周波焼入れ後の組織及び硬さと、切削加工後の組織及び算術平均粗さと、を制御する。これにより、製品部材の疲労強度及び被削性を向上させる。

【0008】

特許文献２に開示された機械構造用鋼は、Ｃ：０．０５～０．８％、Ｓｉ：０．０１～２．５％、Ｍｎ：０．１～３．５％、Ｓ：０．０１～０．２％、Ａｌ：０．００１～０．０２０％、Ｃａ：０．０００５～０．０２％、Ｏ：０．０００５～０．０１％及びＮ：０．００１～０．０４％を含有し、さらに、Ｔｉ：０．００２～０．０２０％及びＺｒ：０．００２～０．０４０％の１種又は２種を含有し、残部が不可避の不純物およびＦｅからなる化学組成を有する。特許文献３に開示された機械構造用鋼は、Ｓｉ、Ｔｉ及びＺｒ含有量の上限以外、特許文献２の機械構造用鋼の化学組成と同じである。特許文献３の機械構造用鋼では、Ｓｉ含有量の上限が２．０％であり、Ｔｉ含有量の上限が０．０１０％であり、Ｚｒ含有量の上限が０．０２５％である。特許文献２の機械構造用鋼は、ＣａＯ含有量が０．２～６２重量％の酸化物系介在物と接して存在する、１．０重量％以上のＣａを含有する硫化物系介在物の占有面積が、視野面積３．５ｍｍ^２当たり２．０×１０^－４ｍｍ^２以上である。特許文献３の機械構造用鋼では、特許文献２の機械構造用鋼の酸化物系介在物について、融点が１５００～１７５０℃である点をさらに限定している。特許文献３の機械構造用鋼では、特許文献２の機械構造用鋼の硫化物系介在物のＣａ含有量について、１～４５重量％である点をさらに限定している。特許文献２及び特許文献３では、ＭｎＳ介在物が微細に分散することにより、被削性を向上させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１７－０８２２９９号公報

【特許文献2】特開２００３－２２６９３４号公報

【特許文献3】特開２００４－９１８８６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、上述の特許文献１～３では、少なくとも、被削性及び疲労強度については検討されているものの、高周波焼入れ時の溶融割れの抑制については検討されていない。

【0011】

本発明の目的は、被削性に優れ、高周波焼入れ時の溶融割れを抑制でき、機械構造用部品とした場合に優れた疲労強度を有する鋼材を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明による鋼材は、
質量％で、
Ｃ：０．３０超～０．６０％、
Ｓｉ：０．０１～０．５５％、
Ｍｎ：０．５０～１．６５％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０１０～０．２００％、
Ｂｉ：０．０００１～０．００５０％、
Ｃａ：０．０００１～０．００５０％、
Ａｌ：０．００１～０．００５％、
Ｎ：０．００３０～０．０２５０％、及び、
Ｏ：０．００３０％以下、を含有し、
残部はＦｅ及び不純物からなり、
各元素含有量が上記範囲内であることを前提として、式（１）を満たし、
前記鋼材中において、
円相当径が０．２～１．０μｍ未満の微細硫化物の個数密度は２０個／ｍｍ^２以上であり、
円相当径が５μｍ以上の粗大Ｂｉ粒子の個数密度は２．００個／ｍｍ^２以下であり、
円相当径が１μｍ以上であって、ＢｉとＣａとを含有する酸化物系介在物を特定酸化物と定義するとき、前記特定酸化物の個数密度が０．１個／ｍｍ^２以上である。
Ｃａ／Ａｌ≧０．１８ （１）
ここで、式（１）中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。

【0013】

本発明による鋼材は、
質量％で、
Ｃ：０．３０超～０．６０％、
Ｓｉ：０．０１～０．５５％、
Ｍｎ：０．５０～１．６５％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０１０～０．２００％、
Ｂｉ：０．０００１～０．００５０％、
Ｃａ：０．０００１～０．００５０％、
Ａｌ：０．００１～０．００５％、
Ｎ：０．００３０～０．０２５０％、及び、
Ｏ：０．００３０％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、
各元素含有量が上記範囲内であることを前提として、式（１）を満たし、
前記鋼材中において、
円相当径が０．２～１．０μｍ未満の微細硫化物の個数密度は２０個／ｍｍ^２以上であり、
円相当径が５μｍ以上の粗大Ｂｉ粒子の個数密度は２．００個／ｍｍ^２以下であり、
円相当径が１μｍ以上であって、ＢｉとＣａとを含有する酸化物系介在物を特定酸化物と定義するとき、前記特定酸化物の個数密度が０．１個／ｍｍ^２以上である。
［第１群］
Ｖ：０．４００％以下、
Ｔｉ：０．０５０％以下、
Ｎｂ：０．０５０％以下、
Ｗ：０．４００％以下、及び、
Ｚｒ：０．０１００％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｍｇ：０．０１００％以下
Ｔｅ：０．０１００％以下
Ｂ：０．００５０％以下
Ｓｎ：０．０１００％以下、及び、
希土類元素：０．０１００％以下、からなる群から選択される１種以上
［第３群］
Ｃｏ：０．０１００％以下、
Ｓｅ：０．０１００％以下、及び、
Ｓｂ：０．０１００％以下、からなる群から選択される１種以上
［第４群］
Ｃｒ：０．３０％以下、
Ｍｏ：０．３０％以下、
Ｃｕ：０．５０％以下、及び、
Ｎｉ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
Ｃａ／Ａｌ≧０．１８ （１）
ここで、式（１）中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。

【発明の効果】

【0014】

本発明の鋼材は、被削性に優れ、高周波焼入れ時の溶融割れを抑制でき、機械構造用部品とした場合に優れた疲労強度を有する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、機械構造用部品であるクランクシャフトの一部を示す正面図である。

【図2】図２は、本発明の範囲外である鋼材を１００℃／秒の昇温速度で１３５０℃以上まで加熱して１５秒間保持し、その後、水冷した後のミクロ組織の模式図である。

【図3】図３は、本実施形態の鋼材を１００℃／秒の昇温速度で１３５０℃以上まで加熱して１５秒間保持し、その後、水冷した後のミクロ組織の模式図である。

【図4】図４は、各模擬機械構造用部品の中間品から採取した回転曲げ疲労試験片の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明者は初めに、被削性に優れ、機械構造用部品とした場合に優れた疲労強度を有する鋼材の化学組成について検討を行った。その結果、本発明者は、化学組成が、質量％で、Ｃ：０．３０超～０．６０％、Ｓｉ：０．０１～０．５５％、Ｍｎ：０．５０～１．６５％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０１０～０．２００％、Ｃａ：０．０００１～０．００５０％、Ａｌ：０．００１～０．００５％、Ｎ：０．００３０～０．０２５０％、Ｏ：０．００３０％以下、を含有し、任意元素を含有する場合はさらに、上述の第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及び不純物からなる鋼材であれば、被削性に優れ、機械構造用部品とした場合に優れた疲労強度を有する可能性があると考えた。

【0017】

次に、本発明者は、化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内である鋼材において、高周波焼入れ時の溶融割れを抑制できる手段を検討した。初めに、本発明者は、鋼材に溶融割れが発生する原因を特定するために、高周波焼入れ時に溶融割れが発生した部位のミクロ組織を観察した。その結果、溶融割れが発生した部位では、脱炭が生じていなかった。一方、脱炭が生じている部位では、溶融割れが発生しなかった。

【0018】

この結果から、本発明者は、高周波焼入れ時の鋼材に発生する溶融割れには、Ｃ含有量が影響すると考えた。具体的には、本発明者は、粒界に偏析するＣにより溶融割れが発生しやすくなると考えた。そこで、本発明者は、粒界にＣが偏析するのを抑制する手段について検討した。

【0019】

本発明者は、鋼材中に生成する硫化物に着目した。具体的には、鋼材中の硫化物が微細であれば、高周波焼入れ時の鋼材の溶融割れを抑制することができると考えた。その理由は次のとおりと考えられる。微細な硫化物は、ピンニング効果により、高周波焼入れ時の鋼材中のオーステナイト（γ）粒の粗大化を抑制する。硫化物が微細であれば、ピンニング効果が高まる。高周波焼入れ時において、γ粒が微細に維持されれば、γ粒の粒界面積が増大する。粒界面積が増大すれば、単位面積当たりの粒界に偏析するＣの濃度が減少する。その結果、高周波焼入れ時の鋼材の溶融割れの発生が抑制される。

【0020】

次に、本発明者は、鋼材中に生成する硫化物を微細化する手段について検討した。その結果、上述の化学組成にさらに、Ｂｉを０．０００１～０．００５０％含有することにより、鋼材中に微細な硫化物を生成することができることを知見した。具体的には、鋼材中に生成する硫化物の多くは、凝固前の溶鋼中又は凝固時に晶出する。鋼材の凝固組織は、一般的に、デンドライトの形態となる。凝固時において、ＭｎやＳ等の溶質元素はデンドライトの樹間部に濃化しやすい。そのため、ＭｎＳ等の硫化物は樹間に晶出する。Ｂｉを０．０００１～０．００５０％含有することにより、デンドライトの樹間の間隔が短くなる。そのため、デンドライトの樹間に晶出する硫化物を微細化することができる。

【0021】

以上より、Ｂｉを適量含有して、鋼材中に生成する微細な硫化物の個数密度をある程度確保することにより、高周波焼入れ時の溶融割れを十分に抑制することができると考えた。そこで、この効果を十分に発揮する微細な硫化物の個数密度について、さらに調査及び検討を行った。その結果、上述の化学組成の鋼材において、円相当径が０．２～１．０μｍ未満の微細硫化物の個数密度が２０個／ｍｍ^２以上であれば、高周波焼入れ時の溶融割れを十分に抑制できることを、本発明者は見出した。

【0022】

しかしながら、本発明者のさらなる調査の結果、Ｂｉを含有すれば高周波焼入れ時の溶融割れの発生は抑制されるものの、高周波焼入れ後の仕上げ加工工程（切削加工又は研削加工）において、工具の摩耗が促進される場合があることが判明した。そこで、本発明者は、その原因について調査した。その結果、本発明者は、次の新たな知見を得た。

【0023】

溶融割れの抑制のために鋼材にＢｉを含有する場合、円相当径が５μｍ以上の粗大Ｂｉ粒子が生成する場合がある。高周波焼入れ後の中間品は、高周波焼入れ前の中間品よりも硬い。そのため、高周波焼入れ後の中間品を切削や研削（以下、切削等ともいう）する場合、高周波焼入れ前の中間品を切削等する場合よりも、切削等の加工時の発熱が大きくなりやすい。粗大Ｂｉ粒子は、融点が低い。そのため、高周波焼入れ後の中間品に粗大Ｂｉ粒子が存在する場合、切削等の加工時の発熱で粗大Ｂｉ粒子が溶融して切削等の工具と反応する。そのため、切削等の工具が局所的に脆化する。その結果、高周波焼入れ後の中間品の切削等の工程において、切削等の工具の摩耗が促進される。

【0024】

以上の知見に基づいて、本発明者は、粗大Ｂｉ粒子の生成を抑制することにより、高周波焼入れ後の中間品の切削等において、切削等の工具の摩耗を抑制することを考えた。しかしながら、高周波焼入れ後の中間品の切削等では、粗大Ｂｉ粒子を抑制しても、切削等の工具の摩耗を十分に抑制できない場合があることが判明した。そこで、本発明者は、その原因について調査した。その結果、本発明者は、次の新たな知見を得た。

【0025】

切削等の工具の摩耗を抑制するためには、Ｃａを含有する酸化物（以下、Ｃａ含有酸化物ともいう）を鋼材中に生成することが有効である。鋼材中のＣａ含有酸化物は、切削等の加工時の発熱で軟化する。そのためＣａ含有酸化物は、切削等の工具の表面に付着し、堆積する。Ｃａ含有酸化物が工具に堆積すれば、切削等の工具の摩耗は抑制される。

【0026】

そこで、本発明者は、鋼材中にＣａ含有酸化物の生成を促進させる手段について検討を行った。その結果、本発明者は、化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内である鋼材において、さらに、式（１）を満たせば、高周波焼入れ後の中間品の切削等の工程において、切削等の工具の摩耗を十分に抑制できる可能性があると考えた。
Ｃａ／Ａｌ≧０．１８ （１）
ここで、式（１）中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。

【0027】

しかしながら、単に鋼材中にＣａ含有酸化物を生成させるだけでは、切削等の工具の摩耗を十分に抑制できない場合がある。具体的には、鋼材中にＣａ含有酸化物を十分に生成させた場合でも、切削等の工具の表面に十分にＣａ含有酸化物が堆積しない場合がある。そこで、本発明者は、切削等の工具の表面にＣａ含有酸化物を十分に堆積させるための手段についてさらなる検討を行った。その結果、Ｂｉを含有するＣａ含有酸化物、つまり、ＢｉとＣａとを含有する酸化物系介在物であれば、切削等の工具の表面に堆積するＣａ含有酸化物の量を増加させることができることが判明した。

【0028】

ＢｉとＣａとを含有する酸化物系介在物は、Ｃａ含有酸化物とＢｉ粒子とを含む。上述のとおり、Ｂｉ粒子は、低融点である。そのため、Ｂｉ粒子は、発熱量の多い高周波焼入れ後の中間品の切削等の加工時の発熱により、Ｃａ含有酸化物よりも軟化しやすい。ＢｉとＣａとを含有する酸化物系介在物であれば、軟化したＢｉ粒子が、Ｃａ含有酸化物と切削等の工具との接着を促進する。そのため、切削等の工具の表面に堆積するＣａ含有酸化物の量が増加する。

【0029】

以上の検討結果に基づいて、本発明者は、上述の化学組成の鋼材において、上述の式（１）を満たし、鋼材中の粗大Ｂｉ粒子の個数密度をなるべく抑制し、さらに、ＢｉとＣａとを含有する酸化物系介在物の個数密度をある程度確保することにより、高周波焼入れ後の切削等の工程において、切削等の工具の摩耗を十分に抑制できる可能性があると考えた。そこで、これらの効果を十分に発揮する粗大Ｂｉ粒子の個数密度、及び、ＢｉとＣａとを含有する酸化物系介在物の個数密度について、さらに調査及び検討を行った。その結果、上述の化学組成の鋼材において、円相当径が０．２～１．０μｍ未満の微細硫化物の個数密度が２０個／ｍｍ^２以上であることを前提に、上述の式（１）を満たし、円相当径が５μｍ以上の粗大Ｂｉ粒子の個数密度が２．００個／ｍｍ^２以下であり、円相当径が１μｍ以上であって、ＢｉとＣａとを含有する酸化物系介在物を特定酸化物と定義するとき、特定酸化物の個数密度が０．１個／ｍｍ^２以上であれば、高周波焼入れ後の中間品の切削等の工程において、切削等の工具の摩耗を十分に抑制できることを、本発明者は見出した。

【0030】

以上の知見に基づいて完成した本実施形態による鋼材は、次の構成を有する。

【0031】

［１］
鋼材であって、
質量％で、
Ｃ：０．３０超～０．６０％、
Ｓｉ：０．０１～０．５５％、
Ｍｎ：０．５０～１．６５％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０１０～０．２００％、
Ｂｉ：０．０００１～０．００５０％、
Ｃａ：０．０００１～０．００５０％、
Ａｌ：０．００１～０．００５％、
Ｎ：０．００３０～０．０２５０％、及び、
Ｏ：０．００３０％以下、を含有し、
残部はＦｅ及び不純物からなり、
各元素含有量が上記範囲内であることを前提として、式（１）を満たし、
前記鋼材中において、
円相当径が０．２～１．０μｍ未満の微細硫化物の個数密度は２０個／ｍｍ^２以上であり、
円相当径が５μｍ以上の粗大Ｂｉ粒子の個数密度は２．００個／ｍｍ^２以下であり、
円相当径が１μｍ以上であって、ＢｉとＣａとを含有する酸化物系介在物を特定酸化物と定義するとき、前記特定酸化物の個数密度が０．１個／ｍｍ^２以上である、
鋼材。
Ｃａ／Ａｌ≧０．１８ （１）
ここで、式（１）中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。

【0032】

［２］
鋼材であって、
質量％で、
Ｃ：０．３０超～０．６０％、
Ｓｉ：０．０１～０．５５％、
Ｍｎ：０．５０～１．６５％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０１０～０．２００％、
Ｂｉ：０．０００１～０．００５０％、
Ｃａ：０．０００１～０．００５０％、
Ａｌ：０．００１～０．００５％、
Ｎ：０．００３０～０．０２５０％、及び、
Ｏ：０．００３０％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、
各元素含有量が上記範囲内であることを前提として、式（１）を満たし、
前記鋼材中において、
円相当径が０．２～１．０μｍ未満の微細硫化物の個数密度は２０個／ｍｍ^２以上であり、
円相当径が５μｍ以上の粗大Ｂｉ粒子の個数密度は２．００個／ｍｍ^２以下であり、
円相当径が１μｍ以上であって、ＢｉとＣａとを含有する酸化物系介在物を特定酸化物と定義するとき、前記特定酸化物の個数密度が０．１個／ｍｍ^２以上である、
鋼材。
［第１群］
Ｖ：０．４００％以下、
Ｔｉ：０．０５０％以下、
Ｎｂ：０．０５０％以下、
Ｗ：０．４００％以下、及び、
Ｚｒ：０．０１００％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｍｇ：０．０１００％以下
Ｔｅ：０．０１００％以下
Ｂ：０．００５０％以下
Ｓｎ：０．０１００％以下、及び、
希土類元素：０．０１００％以下、からなる群から選択される１種以上
［第３群］
Ｃｏ：０．０１００％以下、
Ｓｅ：０．０１００％以下、及び、
Ｓｂ：０．０１００％以下、からなる群から選択される１種以上
［第４群］
Ｃｒ：０．３０％以下、
Ｍｏ：０．３０％以下、
Ｃｕ：０．５０％以下、及び、
Ｎｉ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
Ｃａ／Ａｌ≧０．１８ （１）
ここで、式（１）中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。

【0033】

［３］
［２］に記載の鋼材であって、
前記第１群を含有する、
鋼材。

【0034】

［４］
［２］又は［３］の鋼材であって、
前記第２群を含有する、
鋼材。

【0035】

［５］
［２］～［４］のいずれか１項に記載の鋼材であって、
前記第３群を含有する、
鋼材。

【0036】

［６］
［２］～［５］のいずれか１項に記載の鋼材であって、
前記第４群を含有する、
鋼材。

【0037】

以下、本実施形態の鋼材について詳述する。元素に関する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。

【0038】

［本実施形態の鋼材の特徴］
本実施形態の鋼材は、次の特徴１～特徴５を満たす。
（特徴１）
化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内である。
（特徴２）
化学組成が式（１）を満たす。
Ｃａ／Ａｌ≧０．１８ （１）
ここで、式（１）中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。
（特徴３）
鋼材中において、円相当径が０．２～１．０μｍ未満の微細硫化物の個数密度は２０個／ｍｍ^２以上である。
（特徴４）
鋼材中において、円相当径が５μｍ以上の粗大Ｂｉ粒子の個数密度は２．００個／ｍｍ^２以下である。
（特徴５）
鋼材中において、円相当径が１μｍ以上であって、ＢｉとＣａとを含有する酸化物系介在物を特定酸化物と定義するとき、特定酸化物の個数密度が０．１個／ｍｍ^２以上である。
以下、特徴１～特徴５について説明する。

【0039】

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

【0040】

Ｃ：０．３０超～０．６０％
炭素（Ｃ）は、鋼材を素材として製造された機械構造用部品の硬さを高め、機械構造用部品の疲労強度を高める。Ｃ含有量が０．３０％以下であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｃ含有量が０．６０％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、粒界にＣが偏析する。この場合、粒界でのＣ濃度が高くなる。Ｃ濃度が高まれば、融点が低下する。そのため、高周波焼入れ時に溶融割れが発生しやすくなる。
したがって、Ｃ含有量は０．３０超～０．６０％である。
Ｃ含有量の好ましい下限は０．３５％であり、さらに好ましくは０．３６％であり、さらに好ましくは０．３８％である。
Ｃ含有量の好ましい上限は０．５５％であり、さらに好ましくは０．５０％であり、さらに好ましくは０．４５％である。

【0041】

Ｓｉ：０．０１～０．５５％
シリコン（Ｓｉ）は、製鋼工程において鋼を脱酸する。Ｓｉはさらに、機械構造用部品の硬さを高め、機械構造用部品の疲労強度を高める。Ｓｉ含有量が０．０１％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、ＳｉはＣとの親和力が弱い。そのため、Ｓｉ含有量が０．５５％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、加熱時において、Ｃは、Ｓｉが固溶している粒内よりも、粒界に偏析しやすくなる。その結果、高周波焼入れ時に溶融割れが発生しやすくなる。
したがって、Ｓｉ含有量は０．０１～０．５５％である。
Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、さらに好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．０８％である。
Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．５０％であり、さらに好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは０．３５％であり、さらに好ましくは０．３０％である。

【0042】

Ｍｎ：０．５０～１．６５％
マンガン（Ｍｎ）は、製鋼工程において鋼を脱酸する。Ｍｎはさらに、機械構造用部品の硬さを高め、機械構造用部品の疲労強度を高める。Ｍｎはさらに、Ｃとの親和力が強い。そのため、加熱時において、ＣはＭｎが固溶している粒内に留まる。そのため、Ｃの粒界への偏析が抑制され、高周波焼入れ時の溶融割れの発生が抑制される。Ｍｎ含有量が０．５０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｍｎは鋼材の融点を低下させる。そのため、Ｍｎ含有量が１．６５％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、高周波焼入れ時に溶融割れが発生しやすくなる。Ｍｎ含有量が１．６５％を超えればさらに、鋼材の硬さが過剰に高まる。その結果、高周波焼入れ前の中間品を切削する場合の被削性が低下する。
したがって、Ｍｎ含有量は０．５０～１．６５％である。
Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．５５％であり、さらに好ましくは０．６０％であり、さらに好ましくは０．７０％である。
Ｍｎ含有量の好ましい上限は１．６０％であり、さらに好ましくは１．５５％であり、さらに好ましくは１．４５％であり、さらに好ましくは１．４０％である。

【0043】

Ｐ：０．０５０％以下
燐（Ｐ）は不純物である。Ｐは粒界に偏析する。そのため、Ｐは鋼材の融点を低下させる。そのため、高周波焼入れ時に溶融割れが発生しやすくなる。したがって、Ｐ含有量は０．０５０％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める。したがって、通常の工業生産を考慮すれば、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０．０３０％であり、さらに好ましくは０．０２５％であり、さらに好ましくは０．０２０％であり、さらに好ましくは０．０１５％である。

【0044】

Ｓ：０．０１０～０．２００％
硫黄（Ｓ）は硫化物を生成し、高周波焼入れ前の中間品を切削する場合の被削性を高める。Ｓはさらに、高周波焼入れ後の中間品の切削等の工程において、切削等の工具の摩耗を抑制する。つまり、高周波焼入れ後の中間品を切削する場合の被削性が高まる。Ｓはさらに、微細硫化物を生成し、高周波焼入れ時の溶融割れを抑制する。Ｓ含有量が０．０１０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｓは鋼材の融点を低下させる。そのため、Ｓ含有量が０．２００％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、高周波焼入れ時に溶融割れが発生しやすくなる。
したがって、Ｓ含有量は０．０１０～０．２００％である。
Ｓ含有量の好ましい下限は０．０１２％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％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。
Ｓ含有量の好ましい上限は０．１５０％であり、さらに好ましくは０．０９５％であり、さらに好ましくは０．０７０％である。

【0045】

Ｂｉ：０．０００１～０．００５０％
ビスマス（Ｂｉ）は、鋼材中の凝固組織を微細化する。これにより、硫化物が微細化する。その結果、高周波焼入れ時の溶融割れが抑制される。Ｂｉはさらに、高周波焼入れ前の中間品を切削する場合の被削性を高める。Ｂｉはさらに、ＢｉとＣａとを含有する酸化物系介在物（特定酸化物）を生成する場合がある。この場合、高周波焼入れ後の中間品の切削等の工程において、切削等の工具の摩耗を抑制する。つまり、高周波焼入れ後の中間品を切削する場合の被削性が高まる。Ｂｉ含有量が０．０００１％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｂｉ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、粗大なＢｉ粒子が生成する。そのため、高周波焼入れ後の中間品の切削等の工程において、切削等の工具の摩耗が十分に抑制されない。
したがって、Ｂｉ含有量は０．０００１～０．００５０％である。
Ｂｉ含有量の好ましい下限は０．０００３％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％である。
Ｂｉ含有量の好ましい上限は０．００４８％であり、さらに好ましくは０．００４５％であり、さらに好ましくは０．００４０％である。

【0046】

Ｃａ：０．０００１～０．００５０％
カルシウム（Ｃａ）は、Ｃａ含有酸化物を生成する。Ｃａは、Ｃａ含有酸化物のうち、円相当径が１μｍ以上であって、ＢｉとＣａとを含有する酸化物系介在物（特定酸化物）を生成する。そのため、高周波焼入れ後の中間品の切削等の工程において、切削等の工具の摩耗を抑制する。つまり、高周波焼入れ後の中間品を切削する場合の被削性が高まる。Ｃａ含有量が０．０００１％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、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、ＣａＳが過剰に生成される。その結果、高周波焼入れ前の中間品を切削する場合の被削性が低下する。ＣａＳが過剰に生成されればさらに、高周波焼入れ後の中間品の切削等の工程において、切削等の工具の摩耗が十分に抑制されない。
したがって、Ｃａ含有量は０．０００１～０．００５０％である。
Ｃａ含有量の好ましい下限は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０．００３０％であり、さらに好ましくは０．００２５％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。

【0047】

Ａｌ：０．００１～０．００５％
アルミニウム（Ａｌ）は製鋼工程において鋼を脱酸する。Ａｌ含有量が０．００１％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ａｌ含有量が０．００５％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、Ａｌ_２Ｏ_３が過剰に生成する。この場合、Ｃａ含有酸化物の生成が抑制される。そのため、特定酸化物が十分に生成されない。その結果、高周波焼入れ後の中間品の切削等の工程において、切削等の工具の摩耗を十分に抑制することができない。
したがって、Ａｌ含有量は０．００１～０．００５％である。
Ａｌ含有量の好ましい下限は０．００２％である。
Ａｌ含有量の好ましい上限は０．００４％であり、さらに好ましくは０．００３％である。

【0048】

Ｎ：０．００３０～０．０２５０％
窒素（Ｎ）は、機械構造用部品の製造工程中の熱間加工後の冷却過程で、窒化物及び／又は炭窒化物を生成して鋼材を析出強化する。その結果、機械構造用部品の疲労強度が高まる。Ｎ含有量が０．００３０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｎ含有量が０．０２５０％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、鋼材の熱間加工性が低下する。
したがって、Ｎ含有量は０．００３０～０．０２５０％である。
Ｎ含有量の好ましい下限は０．００３５％であり、さらに好ましくは０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００５０％である。
Ｎ含有量の好ましい上限は０．０２００％であり、さらに好ましくは０．０１８０％であり、さらに好ましくは０．０１５０％であり、さらに好ましくは０．０１２０％であり、さらに好ましくは０．００８０％である。

【0049】

Ｏ：０．００３０％以下
酸素（Ｏ）は不純物である。Ｏは鋼中で酸化物を生成し、機械構造用部品の疲労強度を低下する。したがって、Ｏ含有量は０．００３０％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引き上げる。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０．０００５％であり、さらに好ましくは０．０００８％である。
Ｏ含有量の好ましい上限は０．００２５％であり、さらに好ましくは０．００２０％であり、さらに好ましくは０．００１５％である。

【0050】

本実施の形態による鋼材の化学組成の残部は、Ｆｅ及び不純物からなる。ここで、不純物とは、鋼材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、意図的に含有されるものではなく、本実施形態による鋼材に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。

【0051】

［任意元素について］
本実施形態の鋼材はさらに、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］
Ｖ：０．４００％以下、
Ｔｉ：０．０５０％以下、
Ｎｂ：０．０５０％以下、
Ｗ：０．４００％以下、及び、
Ｚｒ：０．０１００％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｍｇ：０．０１００％以下
Ｔｅ：０．０１００％以下
Ｂ：０．００５０％以下
Ｓｎ：０．０１００％以下、及び、
希土類元素：０．０１００％以下、からなる群から選択される１種以上
［第３群］
Ｃｏ：０．０１００％以下、
Ｓｅ：０．０１００％以下、及び、
Ｓｂ：０．０１００％以下、からなる群から選択される１種以上
［第４群］
Ｃｒ：０．３０％以下、
Ｍｏ：０．３０％以下、
Ｃｕ：０．５０％以下、及び、
Ｎｉ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
以下、第１群～第４群について説明する。

【0052】

［第１群（Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ及びＺｒ）について］
Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ及びＺｒは任意元素であり、いずれも析出物を生成して、機械構造用部品の靱性を高める。

【0053】

Ｖ：０．４００％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、機械構造用部品の製造工程中の熱間加工工程の冷却過程において、炭化物及び／又は炭窒化物を生成して、結晶粒を微細化する。これにより、機械構造用部品の靱性が高まる。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０．４００％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、上記効果が飽和して、製造コストが高くなる。
したがって、Ｖ含有量は０～０．４００％であり、含有される場合、０．４００％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０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０５０％であり、さらに好ましくは０．１００％である。
Ｖ含有量の好ましい上限は０．３００％であり、さらに好ましくは０．２００％であり、さらに好ましくは０．１５０％である。

【0054】

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、機械構造用部品の製造工程中の熱間加工工程の冷却過程において、炭化物及び／又は炭窒化物を生成して、結晶粒を微細化する。これにより、機械構造用部品の靱性が高まる。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、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が飽和して、製造コストが高くなる。
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０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１１％であり、さらに好ましくは０．０２１％である。
Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．０４０％であり、さらに好ましくは０．０３０％であり、さらに好ましくは０．０２５％である。

【0055】

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、機械構造用部品の製造工程中の熱間加工工程の冷却過程において、炭化物及び／又は炭窒化物を生成して、結晶粒を微細化する。これにより、機械構造用部品の靱性が高まる。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、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が飽和して、製造コストが高くなる。
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０．０２０％である。
Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．０４５％であり、さらに好ましくは０．０４０％であり、さらに好ましくは０．０３０％である。

【0056】

Ｗ：０．４００％以下
タングステン（Ｗ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｗ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ｗ含有量が０％超である場合、Ｗは、機械構造用部品の製造工程中の熱間加工工程の冷却過程において、炭化物及び／又は炭窒化物を生成して、結晶粒を微細化する。これにより、機械構造用部品の靱性が高まる。Ｗ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、Ｗ含有量が０．４００％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、上記効果が飽和して、製造コストが高くなる。
したがって、Ｗ含有量は０～０．４００％であり、含有される場合、０．４００％以下である。
Ｗ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０．０５０％であり、さらに好ましくは０．１００％である。
Ｗ含有量の好ましい上限は０．３００％であり、さらに好ましくは０．２００％であり、さらに好ましくは０．１５０％である。

【0057】

Ｚｒ：０．０１００％以下
ジルコニウム（Ｚｒ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｚｒ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ｚｒ含有量が０％超である場合、Ｚｒは、機械構造用部品の製造工程中の熱間加工工程の冷却過程において、炭化物及び／又は炭窒化物を生成して、結晶粒を微細化する。これにより、機械構造用部品の靱性が高まる。Ｚｒ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、Ｚｒ含有量が０．０１００％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、上記効果が飽和して、製造コストが高くなる。
したがって、Ｚｒ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、０．０１００％以下である。
Ｚｒ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％である。
Ｚｒ含有量の好ましい上限は０．００５０％であり、さらに好ましくは０．００３０％であり、さらに好ましくは０．００１９％である。

【0058】

［第２群（Ｍｇ、Ｔｅ、Ｂ、Ｓｎ、及び、希土類元素）］
Ｍｇ、Ｔｅ、Ｂ、Ｓｎ、及び、希土類元素は任意元素であり、いずれも高周波焼入れ前の中間品の被削性を高める。これらの元素はさらに、いずれも高周波焼入れ後の中間品の被削性を高める。

【0059】

Ｍｇ：０．０１００％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は高周波焼入れ前の中間品の被削性を高める。Ｍｇはさらに、高周波焼入れ後の中間品の被削性を高める。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０．０１００％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、Ｍｇは粗大な酸化物を生成する。粗大な酸化物は、鋼材を素材として製造された機械構造用部品の疲労強度を低下する。
したがって、Ｍｇ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、０．０１００％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０．０００３％であり、さらに好ましくは０．０００５％である。
Ｍｇ含有量の好ましい上限は０．００５０％であり、さらに好ましくは０．００４５％であり、さらに好ましくは０．００４０％である。

【0060】

Ｔｅ：０．０１００％以下
テルル（Ｔｅ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｔｅ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ｔｅ含有量が０％超である場合、Ｔｅは高周波焼入れ前の中間品の被削性を高める。Ｔｅはさらに、高周波焼入れ後の中間品の被削性を高める。Ｔｅ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、Ｔｅ含有量が０．０１００％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、熱間加工性が低下する。
したがって、Ｔｅ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、０．０１００％以下である。
Ｔｅ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００３％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。
Ｔｅ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００４０％である。

【0061】

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は高周波焼入れ前の中間品の被削性を高める。Ｂはさらに、高周波焼入れ後の中間品の被削性を高める。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、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、熱間加工性が低下する。
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０．００１０％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。

【0062】

Ｓｎ：０．０１００％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は高周波焼入れ前の中間品の被削性を高める。Ｓｎはさらに、高周波焼入れ後の中間品の被削性を高める。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０．０１００％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、熱間加工性が低下する。
したがって、Ｓｎ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、Ｓｎ含有量は０．０１００％以下である。
Ｓｎ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％である。
Ｓｎ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００７０％であり、さらに好ましくは０．００５０％である。

【0063】

希土類元素：０．０１００％以下
希土類元素（ＲＥＭ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、ＲＥＭ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、ＲＥＭ含有量が０％超である場合、ＲＥＭは高周波焼入れ前の中間品の被削性を高める。ＲＥＭはさらに、高周波焼入れ後の中間品の被削性を高める。ＲＥＭ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、ＲＥＭ含有量が０．０１００％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、熱間加工性が低下する。
したがって、ＲＥＭ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、０．０１００％以下である。
ＲＥＭ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％である。
ＲＥＭ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００５０％であり、さらに好ましくは０．００３０％である。

【0064】

本明細書におけるＲＥＭとは、原子番号２１番のスカンジウム（Ｓｃ）、原子番号３９番のイットリウム（Ｙ）、及び、ランタノイドである原子番号５７番のランタン（Ｌａ）～原子番号７１番のルテチウム（Ｌｕ）からなる群から選択される１種又は２種以上の元素である。また、本明細書におけるＲＥＭ含有量とは、これらの元素の合計含有量である。

【0065】

［第３群（Ｃｏ、Ｓｅ、及び、Ｓｂ）］
Ｃｏ、Ｓｅ、及び、Ｓｂは任意元素であり、いずれも鋼材の脱炭を抑制する。

【0066】

Ｃｏ：０．０１００％以下
コバルト（Ｃｏ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｃｏ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ｃｏ含有量が０％超である場合、Ｃｏは、熱間加工時に鋼材の脱炭を抑制する。Ｃｏ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、Ｃｏ含有量が０．０１００％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、熱間加工性が低下する。
したがって、Ｃｏ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、０．０１００％以下である。
Ｃｏ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０．００３０％である。
Ｃｏ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００７０％である。

【0067】

Ｓｅ：０．０１００％以下
セレン（Ｓｅ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｓｅ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ｓｅ含有量が０％超である場合、Ｓｅは、熱間加工時に鋼材の脱炭を抑制する。Ｓｅ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、Ｓｅ含有量が０．０１００％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、熱間加工性が低下する。
したがって、Ｓｅ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、０．０１００％以下である。
Ｓｅ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．００１０％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。
Ｓｅ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００７０％である。

【0068】

Ｓｂ：０．０１００％以下
アンチモン（Ｓｂ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｓｂ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ｓｂ含有量が０％超である場合、Ｓｂは、熱間加工時に鋼材の脱炭を抑制する。Ｓｂ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、Ｓｂ含有量が０．０１００％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、熱間加工性が低下する。
したがって、Ｓｂ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、０．０１００％以下である。
Ｓｂ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％である。
Ｓｂ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００７０％である。

【0069】

［第４群（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、及び、Ｎｉ）］
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、及び、Ｎｉは任意元素であり、いずれも機械構造用部品の疲労強度を高める。

【0070】

Ｃｒ：０．３０％以下
クロム（Ｃｒ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｃｒ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ｃｒ含有量が０％超である場合、Ｃｒは機械構造用部品の疲労強度を高める。Ｃｒ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、Ｃｒ含有量が０．３０％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まる。その結果、高周波焼入れ前の中間品を切削する場合の被削性が低下する。Ｃｒは鋼材の融点を低下させる。そのため、Ｃｒ含有量が０．３０％を超えればさらに、高周波焼入れ時に溶融割れが発生しやすくなる。
したがって、Ｃｒ含有量は０～０．３０％であり、含有される場合、０．３０％以下である。
Ｃｒ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、さらに好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．１５％である。
Ｃｒ含有量の好ましい上限は０．２８％であり、さらに好ましくは０．２６％であり、さらに好ましくは０．２４％である。

【0071】

Ｍｏ：０．３０％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は機械構造用部品の疲労強度を高める。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０．３０％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まる。その結果、熱間加工性が低下する。
したがって、Ｍｏ含有量は０～０．３０％であり、含有される場合、０．３０％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０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％である。
Ｍｏ含有量の好ましい上限は０．１９％であり、さらに好ましくは０．１７％であり、さらに好ましくは０．１５％である。

【0072】

Ｃｕ：０．５０％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は機械構造用部品の疲労強度を高める。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は、Ｓｉと同様に、高周波焼入れ時における溶融割れの発生を促進する。そのため、Ｃｕ含有量が０．５０％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、高周波焼入れ時に溶融割れが発生しやすくなる。
したがって、Ｃｕ含有量は０～０．５０％であり、含有される場合、０．５０％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。

【0073】

Ｎｉ：０．５０％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は機械構造用部品の疲労強度を高める。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は、Ｓｉ及びＣｕと同様に、高周波焼入れ時における溶融割れの発生を促進する。そのため、Ｎｉ含有量が０．５０％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、高周波焼入れ時に溶融割れが発生しやすくなる。
したがって、Ｎｉ含有量は０～０．５０％であり、含有される場合、０．５０％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。

【0074】

［鋼材の化学組成の測定方法］
本実施形態の鋼材の化学組成は、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、鋼材の表面から１ｍｍ深さ以上の内部から、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。

【0075】

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、本実施形態の鋼材の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。
本実施形態の鋼材の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。

【0076】

［（特徴２）式（１）について］
本実施形態の鋼材の化学組成はさらに、特徴１を満たすことを前提として、式（１）を満たす。
Ｃａ／Ａｌ≧０．１８ （１）
ここで、式（１）中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。

【0077】

ｆｎ１＝Ｃａ／Ａｌと定義する。ｆｎ１は、鋼材中に生成されるＣａ含有酸化物の個数密度の指標である。鋼材中のＣａ含有酸化物は、高周波焼入れ後の中間品の切削等の加工時において、切削等の工具の表面に付着し、堆積する。切削等の工具に付着したＣａ含有酸化物は、切削等の工具の摩耗を抑制する。つまり、高周波焼入れ後の中間品を切削する場合の被削性が高まる。精錬工程におけるＣａを用いた脱酸工程で、Ｃａ含有酸化物の生成は促進される。しかしながら、鋼材中にはＡｌが含有される。そのため、Ａｌは鋼材中の酸素と反応し、Ａｌ_２Ｏ_３を生成する。そのため、鋼材中のＣａ含有酸化物の生成量を増加させるためには、Ａｌ_２Ｏ_３の生成を抑制することが有効である。具体的には、Ａｌ含有量に対して、十分な量のＣａを含有することが有効である。

【0078】

鋼材中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、ｆｎ１が０．１８未満であれば、鋼材中のＡｌ含有量に対して、Ｃａが十分に含有されていない。そのため、Ｃａ含有酸化物の生成は抑制され、Ａｌ_２Ｏ_３の生成が促進される。この場合、特定酸化物の生成が抑制される。そのため、高周波焼入れ後の中間品の切削等の工程において、切削等の工具の摩耗を十分に抑制することができない。つまり、高周波焼入れ後の中間品を切削する場合の被削性が低くなる。
したがって、ｆｎ１は０．１８以上である。
ｆｎ１の好ましい下限は０．５０であり、さらに好ましくは０．７５であり、さらに好ましくは１．００である。
ｆｎ１の上限は特に限定されないが、好ましくは５．００であり、さらに好ましくは４．５０であり、さらに好ましくは４．００である。ｆｎ１の数値は、小数第三位を四捨五入して得られた値とする。

【0079】

［（特徴３）微細硫化物の個数密度について］
本実施形態の鋼材では、化学組成が特徴１及び特徴２を満たすことを前提として、円相当径が０．２～１．０μｍ未満の微細硫化物（以下、単に微細硫化物ともいう）の個数密度が２０個／ｍｍ^２以上である。微細硫化物の個数密度が２０個／ｍｍ^２以上であれば、高周波焼入れ時の溶融割れの発生が抑制される。

【0080】

本明細書において、微細硫化物とは、円相当径が０．２～１．０μｍ未満の硫化物を意味する。後述する微細硫化物の個数密度の測定方法において、円相当径が０．２～１．０μｍの介在物であり、エネルギー分散型Ｘ線分析装置（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＥＤＸ）により、硫黄（Ｓ）含有量が質量％で３％以上検出され、かつ、Ｍｎが検出されれば、その介在物を微細硫化物と定義する。硫化物とはたとえば、ＭｎＳである。硫化物には、Ｓ及びＭｎ以外に、Ｃａ及び／又はＦｅが含有されてもよい。硫化物にはたとえば、ＭｎＳ以外に、ＣａＳ及び／又はＦｅＳが含有されていてもよい。微細硫化物は、他の粒子（析出物又は介在物）に付着又は接触せずに鋼材中に単独で存在してもよい。微細硫化物は、他の粒子に付着又は接触して鋼材中に存在してもよい。微細硫化物が他の粒子に付着又は接触して存在する場合、硫化物と他の粒子とで形成される一塊の粒子の合計面積から算出される円相当径が０．２～１．０μｍ未満であれば、一塊の粒子を１個の微細硫化物と判断する。

【0081】

上述のとおり、微細硫化物はγ粒界をピンニングする。円相当径が０．２～１．０μｍ未満の微細硫化物であれば、γ粒界のピンニング効果は高まる。高周波焼入れ時において、γ粒が微細に維持されれば、γ粒の粒界面積が増大する。粒界面積が増大すれば、粒界に偏析するＣの濃度が減少する。その結果、溶融割れの発生が抑制される。微細硫化物の個数密度が２０個／ｍｍ^２未満であれば、上記効果が十分に得られない。
したがって、微細硫化物の個数密度は２０個／ｍｍ^２以上である。
微細硫化物の個数密度の好ましい下限は２５個／ｍｍ^２であり、さらに好ましくは３０個／ｍｍ^２であり、さらに好ましくは３５個／ｍｍ^２であり、さらに好ましくは４０個／ｍｍ^２である。
微細硫化物の個数密度の上限は特に限定されないが、好ましくは２００個／ｍｍ^２であり、さらに好ましくは１８０個／ｍｍ^２である。

【0082】

［微細硫化物の個数密度測定］
微細硫化物の個数密度は、次の方法で測定できる。鋼材（棒鋼）の長手方向に対して平行な断面（縦断面）のうち、Ｒ／２位置（鋼材の縦断面における、鋼材の中心軸と外表面とを結ぶ直線の中央位置）からサンプルを採取する。採取したサンプルの表面のうち、上記鋼材の縦断面に相当する表面を観察面とする。観察面を鏡面研磨した後、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）を用いて、５００倍の倍率で鏡面研磨後の観察面を観察する。観察面積の合計は、３２ｍｍ^２とする。

【0083】

ＳＥＭ観察により得られた反射電子像に基づいて、周知の画像解析式の粒子解析方法を用いて、微細硫化物の個数密度を調べる。具体的には、鋼材の母相と介在物及び析出物との界面に基づいて、鋼材中の介在物及び析出物を特定する。画像解析を行い、介在物及び析出物の円相当径を算出する。ここで、円相当径とは、各介在物及び析出物の面積を、同じ面積を有する円に換算した場合の円の直径を意味する。

【0084】

得られた円相当径が０．２～１．０μｍ未満の介在物及び析出物に対して、ＳＥＭに備えられたＥＤＸを用いて、成分を分析する。本実施形態において、成分分析に用いるＥＤＸのビーム径は、分析対象の介在物及び析出物の成分が分析できるビーム径であればよく、特に限定されない。ＥＤＸの元素分析結果において、Ｓ含有量が質量％で３％以上であり、かつ、Ｍｎが含有される場合、その介在物を微細硫化物と定義する。ＥＤＸ分析時の加速電圧は２０ｋＶとする。

【0085】

上記の方法で微細硫化物を特定する。合計３２ｍｍ^２の観察面積で特定された微細硫化物の総個数に基づいて、微細硫化物の単位面積当たりの個数（個／ｍｍ^２）を求める。

【0086】

［（特徴４）粗大Ｂｉ粒子の個数密度について］
本実施形態の鋼材では、特徴１及び特徴２を満たすことを前提として、円相当径が５μｍ以上の粗大Ｂｉ粒子（以下、単に粗大Ｂｉ粒子ともいう）の個数密度が２．００個／ｍｍ^２以下である。粗大Ｂｉ粒子の個数密度が２．００個／ｍｍ^２以下であれば、高周波焼入れ後の中間品の切削等の工程において、切削等の工具の摩耗を抑制することができる。つまり、高周波焼入れ後の中間品を切削する場合の被削性が高まる。

【0087】

本明細書において、粗大Ｂｉ粒子とは、円相当径が５μｍ以上のＢｉ粒子を意味する。後述する粗大Ｂｉ粒子の個数密度の測定方法において、円相当径が５μｍ以上の介在物であり、ＥＤＸにより、Ｂｉ含有量が質量％で７０％以上検出されれば、その介在物を粗大Ｂｉ粒子と定義する。粗大Ｂｉ粒子は、他の粒子（析出物又は介在物）に付着又は接触せずに鋼材中に単独で存在してもよい。粗大Ｂｉ粒子は、他の粒子に付着又は接触して鋼材中に存在していてもよい。粗大Ｂｉ粒子が他の粒子に付着又は接触して存在する場合、Ｂｉ粒子と他の粒子とで形成される一塊の粒子の合計面積から算出される円相当径が５μｍ以上であれば、一塊の粒子を１個の粗大Ｂｉ粒子と判断する。粗大Ｂｉ粒子の円相当径の上限は特に限定されないが、本実施形態の化学組成の場合、粗大Ｂｉ粒子は大きくても５０μｍ以下である。

【0088】

鋼材中にＢｉが含有される場合、円相当径が５μｍ以上の粗大Ｂｉ粒子が生成される場合がある。粗大Ｂｉ粒子は、高周波焼入れ後の中間品の切削等の工程において、切削等の工具の摩耗を促進する場合がある。粗大Ｂｉ粒子が２．００個／ｍｍ^２を超えれば、上記効果が十分に得られない。
したがって、本実施形態の鋼材では、粗大Ｂｉ粒子の個数密度は２．００個／ｍｍ^２以下である。
粗大Ｂｉ粒子の個数密度は０個／ｍｍ^２であることが好ましい。しかしながら、粗大Ｂｉ粒子の個数密度の過剰な低減は製造コストを引き上げる。したがって、通常の工業生産を考慮すれば、粗大Ｂｉ粒子の個数密度の好ましい下限は０．０１個／ｍｍ^２であり、さらに好ましくは０．０３個／ｍｍ^２である。
粗大Ｂｉ粒子の個数密度の好ましい上限は１．００個／ｍｍ^２であり、さらに好ましくは０．５０個／ｍｍ^２であり、さらに好ましくは０．２０個／ｍｍ^２である。粗大Ｂｉ粒子の個数密度はなるべく低い方が好ましい。

【0089】

［粗大Ｂｉ粒子の個数密度測定］
粗大Ｂｉ粒子の個数密度は、次の方法で測定できる。微細硫化物の個数密度測定の方法と同様の方法で、サンプルを採取し、ＳＥＭで観察面を観察する。

【0090】

ＳＥＭ観察により得られた反射電子像に基づいて、周知の画像解析式の粒子解析方法を用いて、粗大Ｂｉ粒子の個数密度を調べる。具体的には、鋼材の母相と介在物及び析出物との界面に基づいて、鋼材中の介在物及び析出物を特定する。画像解析を行い、介在物及び析出物の円相当径を算出する。ここで、円相当径とは、各介在物及び析出物の面積を、同じ面積を有する円に換算した場合の円の直径を意味する。

【0091】

得られた円相当径が５μｍ以上の介在物及び析出物に対して、ＳＥＭに備えられたＥＤＸを用いて、成分を分析する。本実施形態において、成分分析に用いるＥＤＸのビーム径は、分析対象の介在物及び析出物の成分が分析できるビーム径であればよく、特に限定されない。ＥＤＸの元素分析結果において、Ｂｉ含有量が質量％で７０％以上である場合、その介在物を粗大Ｂｉ粒子と定義する。ＥＤＸ分析時の加速電圧は２０ｋＶとする。

【0092】

上記の方法で粗大Ｂｉ粒子を特定する。合計３２ｍｍ^２の観察面積で特定された粗大Ｂｉ粒子の総個数に基づいて、粗大Ｂｉ粒子の単位面積当たりの個数（個／ｍｍ^２）を求める。

【0093】

［（特徴５）特定酸化物の個数密度について］
本実施形態の鋼材では、化学組成が特徴１及び特徴２を満たすことを前提として、円相当径が１μｍ以上であって、ＢｉとＣａとを含有する酸化物系介在物を特定酸化物と定義するとき、特定酸化物の個数密度が０．１個／ｍｍ^２以上である。特定酸化物の個数密度が０．１個／ｍｍ^２以上であれば、高周波焼入れ後の中間品の切削等の工程において、切削等の工具の摩耗を抑制することができる。つまり、高周波焼入れ後の中間品を切削する場合の被削性が高まる。

【0094】

本明細書において、特定酸化物とは、円相当径が１μｍ以上であり、Ｂｉを含有するＣａ含有酸化物、つまり、ＢｉとＣａとを含有する酸化物系介在物を意味する。Ｃａ含有酸化物とはたとえば、ＣａＯを含む介在物である。Ｃａ含有酸化物は、ＣａＯの他に、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２を含んでもよい。ＥＤＸにより酸素（Ｏ）含有量が質量％で３％以上、かつ、Ｃａ含有量が質量％で１％以上検出されれば、Ｃａ含有酸化物と定義する。Ｃａ含有酸化物のうち、円相当径が１μｍ以上であって、ＥＤＸにより、Ｂｉ含有量が質量％で０超～７０％未満であるＣａ含有酸化物を、特定酸化物と定義する。特定酸化物は、Ｂｉ粒子以外の他の粒子（析出物又は介在物）に付着又は接触せずに鋼材中に単独で存在してもよい。特定酸化物は、Ｂｉ粒子以外の他の粒子に付着又は接触して鋼材中に存在してもよい。特定酸化物がＢｉ粒子以外の他の粒子に付着又は接触して存在する場合、特定酸化物と他の粒子とで形成される一塊の粒子の合計面積から算出される円相当径が１μｍ以上であれば、一塊の粒子を１個の特定酸化物と判断する。特定酸化物の円相当径の上限は特に限定されないが、本実施形態の化学組成の場合、特定酸化物は大きくても１０μｍ以下である。

【0095】

Ｃａ含有酸化物は、高周波焼入れ後の中間品の切削等の工程において、切削等の工具の表面に堆積し、工具の摩耗を抑制する。Ｂｉを含有するＣａ含有酸化物、つまり、ＢｉとＣａとを含有する酸化物系介在物が存在する場合、融点の低いＢｉ粒子がＣａ含有酸化物の工具への堆積を促進する。その結果、工具の摩耗をさらに抑制することができる。ＢｉとＣａとを含有する酸化物系介在物のサイズが円相当径で１μｍ以上であれば、工具の摩耗がさらに抑制される。つまり、鋼材中の特定酸化物は、高周波焼入れ後の中間品の切削等の工程において、切削等の工具の摩耗を抑制する。特定酸化物の個数密度が０．１個／ｍｍ^２未満の場合、上記効果が十分に得られない。
したがって、本実施形態の鋼材では、特定酸化物の個数密度が０．１個／ｍｍ^２以上である。
特定酸化物の個数密度の好ましい下限は０．４個／ｍｍ^２であり、さらに好ましくは０．８個／ｍｍ^２であり、さらに好ましくは１．２個／ｍｍ^２であり、さらに好ましくは２．０個／ｍｍ^２である。
特定酸化物の個数密度はなるべく高い方が好ましい。特定酸化物の個数密度の上限は特に限定されないが、好ましくは１０．０個／ｍｍ^２である。

【0096】

［特定酸化物の個数密度測定］
特定酸化物の個数密度は、次の方法で測定できる。微細硫化物の個数密度測定の方法と同様の方法で、サンプルを採取し、ＳＥＭで観察面を観察する。

【0097】

ＳＥＭ観察により得られた反射電子像に基づいて、周知の画像解析式の粒子解析方法を用いて、特定酸化物の個数密度を調べる。具体的には、鋼材の母相と介在物及び析出物との界面に基づいて、鋼材中の介在物及び析出物を特定する。画像解析を行い、介在物及び析出物の円相当径を算出する。ここで、円相当径とは、各介在物及び析出物の面積を、同じ面積を有する円に換算した場合の円の直径を意味する。

【0098】

得られた円相当径が１μｍ以上の介在物及び析出物に対して、ＳＥＭに備えられたＥＤＸを用いて、成分を分析する。本実施形態において、成分分析に用いるＥＤＸのビーム径は、分析対象の介在物及び析出物の成分が分析できるビーム径であればよく、特に限定されない。ＥＤＸの元素分析結果において、酸素（Ｏ）含有量が質量％で３％以上であり、Ｃａ含有量が質量％で１％以上であり、かつ、Ｂｉ含有量が質量％で０超～７０％未満である場合、その介在物を特定酸化物と定義する。ＥＤＸ分析時の加速電圧は２０ｋＶとする。

【0099】

上記の方法で特定酸化物を特定する。合計３２ｍｍ^２の観察面積で特定された特定酸化物の総個数に基づいて、特定酸化物の単位面積当たりの個数（個／ｍｍ^２）を求める。

【0100】

［製造方法］
本実施形態による鋼材の製造方法の一例を説明する。特徴１～特徴４を満たす鋼材は、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、本実施形態による鋼材の製造方法の好ましい一例である。

【0101】

本実施形態の鋼材の製造方法の一例は、次の工程を含む。なお、工程３は任意の工程であり、実施しなくてもよい。
（工程１）精錬工程
（工程２）鋳造工程
（工程３）熱間加工工程
以下、各工程について説明する。

【0102】

［（工程１）精錬工程］
精錬工程では、上述の化学組成を有する溶鋼を製造する。精錬工程は、一次精錬工程と二次精錬工程とを含む。
一次精錬工程では、周知の方法で製造された溶銑に対して転炉での精錬を実施する。具体的には、溶銑に酸素を吹き付けて、炭素を除去する。二次精錬工程では、元素を添加して成分調整を実施し、溶鋼の化学組成が、本実施形態の鋼材の化学組成を有する溶鋼を製造する。具体的には、一次精錬工程後、転炉から出鋼した溶鋼に対して脱酸処理を実施する。脱酸処理後、除滓処理を実施する。除滓処理後、二次精錬を実施する。二次精錬はたとえば、複合精錬を実施する。たとえば、初めにＬＦ（Ｌａｄｌｅ Ｆｕｒｎａｃｅ）又はＶＡＤ（Ｖａｃｕｕｍ Ａｒｃ Ｄｅｇａｓｓｉｎｇ）を用いた精錬処理を実施する。さらに、ＲＨ（Ｒｕｈｒｓｔａｈｌ－Ｈａｕｓｅｎ）真空脱ガス処理を実施する。ＬＦ又はＶＡＤを用いた精錬処理、及び、ＲＨ真空脱ガス処理の工程において、溶鋼を攪拌しながら、Ｂｉ以外の元素の成分の調整を実施する。ＲＨ真空脱ガス処理後、ワイヤーにてＢｉを添加した後に溶鋼を攪拌し、Ｂｉの成分調整を行う。二次精錬工程では、次の条件を満たす。
（条件１）
溶鋼にＢｉを添加した後、二次精錬工程での攪拌終了までの時間ｔ０を５分超～５０分未満とする。
（条件２）
溶鋼にＢｉを添加した後の溶鋼の撹拌動力密度εを１０～１００Ｗ／ｔとする。ここで、撹拌動力密度ε（Ｗ／ｔ）は次の式（Ａ）で定義される。
ε＝０．０２８５×Ｑ×Ｔ／Ｗ×ＬＯＧ（１＋５１３．５×Ｚ／Ｖ１） （Ａ）
ここで、式（Ａ）中のＱには、溶鋼を収納した取鍋への吹き込みガス流量（ＮＬ／ｍｉｎ）が代入される。Ｔには、溶鋼温度（Ｋ）が代入される。Ｗには、溶鋼質量（ｔ）が代入される。Ｚには取鍋中の溶鋼深さ（ｍ）が代入される。Ｖ１には、撹拌中の溶鋼を含む雰囲気での真空度（ｔｏｒｒ）が代入される。
以下、条件１及び条件２について説明する。

【0103】

［条件１：時間ｔ０について］
二次精錬工程において、溶鋼にＢｉを添加した後、二次精錬工程での攪拌終了までの時間は、５分超～５０分未満である。Ｂｉを添加した後、二次精錬工程での攪拌終了までの時間が５分超～５０分未満であれば、溶鋼中でＢｉが十分に拡散する。そのため、後述する鋳造工程の冷却時に、円相当径が５μｍ未満のＢｉ粒子（以下、微細Ｂｉ粒子ともいう）が十分に生成される。凝固時に鋼材中の組織を十分に微細化することができる。その結果、微細硫化物を十分に生成することができる。微細Ｂｉ粒子が十分に生成されればさらに、特定酸化物を十分に生成することができる。

【0104】

一方、Ｂｉを添加した後、二次精錬工程での攪拌終了までの時間が５分以下の場合、溶鋼中でＢｉが十分に拡散しない。そのため、粗大Ｂｉ粒子が過剰に多く生成する。Ｂｉを添加した後、二次精錬工程での攪拌終了までの時間が５０分以上の場合、微細Ｂｉ粒子が凝集しやすくなる。そのため、微細Ｂｉ粒子の個数密度が減少する。そのため、凝固時に鋼材中の組織を十分に微細化することができない。その結果、微細硫化物が十分に生成されない。微細Ｂｉ粒子の個数密度が減少すればさらに、特定酸化物を十分に生成することができない。したがって、二次精錬工程で、Ｂｉを添加した後、二次精錬工程での攪拌終了までの時間は、５分超～５０分未満である。

【0105】

Ｂｉを添加した後、二次精錬工程での攪拌終了までの時間の好ましい上限は４０分であり、さらに好ましくは３０分である。Ｂｉを添加した後、二次精錬工程での攪拌終了までの時間の好ましい下限は１０分であり、さらに好ましくは２０分である。

【0106】

なお、Ｂｉを添加した後、二次精錬工程での攪拌終了までの溶鋼の温度は１５１０～１６３０℃である。

【0107】

［条件２：撹拌動力密度εについて］
溶鋼にＢｉを添加した後の溶鋼の撹拌動力密度εは、１０～１００Ｗ／ｔである。Ｂｉを添加した後の溶鋼の撹拌動力密度εが１０～１００Ｗ／ｔであれば、溶鋼中でＢｉが十分に拡散する。そのため、後述する鋳造工程の冷却時に、微細Ｂｉ粒子が十分に生成される。凝固時に鋼材中の組織を十分に微細化することができる。その結果、微細硫化物を十分に生成することができる。微細Ｂｉ粒子が十分に生成されればさらに、特定酸化物を十分に生成することができる。

【0108】

溶鋼にＢｉを添加した後の溶鋼の撹拌動力密度εが１０Ｗ／ｔ未満であれば、溶鋼中でＢｉが十分に拡散しない。そのため、粗大Ｂｉ粒子が過剰に多く生成する。一方、溶鋼にＢｉを添加した後の溶鋼の撹拌動力密度εが１００Ｗ／ｔを超えれば、微細Ｂｉ粒子が凝集しやすくなる。そのため、微細Ｂｉ粒子の個数密度が減少する。そのため、凝固時に鋼材中の組織を十分に微細化することができない。その結果、微細硫化物が十分に生成されない。微細Ｂｉ粒子の個数密度が減少すればさらに、特定酸化物を十分に生成することができない。

【0109】

［（工程２）鋳造工程］
鋳造工程では、溶鋼を用いて、周知の鋳造方法により鋳片（スラブ又はブルーム）又は鋼塊（インゴット）を製造する。鋳造方法はたとえば、連続鋳造法や造塊法である。

【0110】

［（工程３）熱間加工工程］
熱間加工工程は、任意の工程である。つまり、熱間加工工程は実施してもよいし、実施しなくてもよい。熱間加工工程を実施する場合、熱間加工工程では、上記鋳造工程で製造された鋳片又は鋼塊に対して、熱間加工を実施して、本実施形態の鋼材を製造する。本実施形態の鋼材はたとえば、棒鋼である。熱間加工工程はたとえば、熱間圧延であってもよく、熱間鍛造であってもよい。より具体的には、熱間加工工程において熱間圧延を実施する場合、たとえば、粗圧延工程のみであってもよいし、粗圧延工程と、仕上げ圧延工程とを含んでもよい。粗圧延工程はたとえば、分塊圧延である。仕上げ圧延工程はたとえば、連続圧延機を用いた仕上げ圧延である。連続圧延機ではたとえば、一対の水平ロールを有する水平スタンドと、一対の垂直ロールを有する垂直スタンドとが交互に一列に配列される。粗圧延工程及び仕上げ圧延工程での加熱温度はたとえば、１０００～１３００℃である。

【0111】

熱間圧延後に熱間鍛造を実施して鋼材を製造してもよい。熱間加工工程において熱間鍛造を実施する場合においても、加熱温度は１０００～１３００℃である。

【0112】

以上の製造工程により、本実施形態の鋼材が製造される。上述のとおり、本製造方法は熱間加工工程を省略してもよい。つまり、本実施形態の鋼材は、鋳造品（鋳片又は鋼塊）であってもよい。また、本実施形態の鋼材は、熱間加工工程を実施して製造されてもよい。

【0113】

［機械構造用部品の製造方法］
上述のとおり、本実施形態の鋼材は、機械構造用部品の素材となる。機械構造用部品はたとえば、自動車及び建設車両用途の部品である。機械構造用部品はたとえば、クランクシャフト等である。

【0114】

本実施形態の鋼材を素材として用いた機械構造用部品は、たとえば、次の製造方法により製造される。

【0115】

初めに、本実施形態の鋼材を熱間加工して、機械構造用部品の粗形状の中間品を製造する。熱間加工はたとえば、熱間鍛造である。製造された中間品を機械加工により所定の形状に切削する。切削後の中間品に対して、高周波焼入れを実施する。高周波焼入れ後、必要に応じて焼戻しを実施する。焼戻しを実施する場合、焼戻し後の中間品に対して、仕上げ加工（切削加工又は研削加工）を実施する。焼戻しを実施しない場合、高周波焼入れ後の中間品に対して、仕上げ加工を実施する。以上の工程により、機械構造用部品が製造される。

【0116】

本実施形態の鋼材では、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であり、かつ、式（１）を満たす。さらに、円相当径が０．２～１．０μｍ未満の微細硫化物の個数密度は２０個／ｍｍ^２以上であり、円相当径が５μｍ以上の粗大Ｂｉ粒子の個数密度が２．００個／ｍｍ^２以下であり、円相当径が１μｍ以上であって、ＢｉとＣａとを含有する酸化物系介在物を特定酸化物と定義するとき、特定酸化物の個数密度が０．１個／ｍｍ^２以上である。そのため、本実施形態の鋼材を素材とした機械構造用部品を製造する場合、高周波焼入れを実施しても、溶融割れの発生が抑制される。さらに、本実施形態の鋼材を素材とした機械構造用部品を製造する場合、高周波焼入れ前の中間品、及び、高周波焼入れ後の中間品の被削性が高い。さらに、本実施形態の鋼材を素材として製造された機械構造用部品は優れた疲労強度を有する。

【実施例0117】

実施例により本実施形態の鋼材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、本実施形態の鋼材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、本実施形態の鋼材はこの一条件例に限定されない。

【0118】

表１～表４の化学組成を有する鋼材を製造した。

【0119】

【表1】

【0120】

【表2】

【0121】

【表3】

【0122】

【表4】

【0123】

具体的には、７０トン転炉を用いて、精錬工程（一次精錬工程、及び、二次精錬工程）を実施した。一次精錬工程では、周知の方法で製造された溶銑に対して転炉での精錬を同じ条件で実施した。一次精錬工程後、転炉から出鋼した溶鋼に対して、脱酸処理を実施した。脱酸処理後、除滓処理を実施した。除滓処理後、ＬＦを用いた精錬処理を実施し、その後、ＲＨ真空脱ガス処理を実施した。ＬＦを用いた精錬処理及びＲＨ真空脱ガス処理の工程において、溶鋼を攪拌しながら、Ｂｉ以外の元素の成分の調整を実施した。ＲＨ真空脱ガス処理後、ワイヤーにてＢｉを添加し、Ｂｉの成分調整を行った。Ｂｉを添加した後の攪拌終了までの時間ｔ０（分）は、表５及び表６に示すとおりであった。さらに、撹拌時の撹拌動力密度ε（Ｗ／ｔ）は表５及び表６に示すとおりであった。なお、Ｂｉを添加した後、二次精錬工程での攪拌終了までの溶鋼の温度は、１５１０～１６３０℃であった。

【0124】

【表5】

【0125】

【表6】

【0126】

連続鋳造法により鋳片（ブルーム）を製造した。この鋳片を加熱した後、鋳片を分塊圧延して、ビレットを製造した。ビレットを１２５０℃に加熱した後、熱間鍛造して、直径５５ｍｍの鋼材（棒鋼）を製造した。

【0127】

［模擬機械構造用部品の中間品の製造］
製造された鋼材に対して、鋼材から機械構造用部品を製造する工程における熱間鍛造を模擬する熱処理を実施した。具体的には、鋼材を１１００℃に加熱して３０分保持した。その後、鋼材を大気中で放冷し、模擬機械構造用部品の中間品を製造した。模擬機械構造用部品の中間品は、直径５５ｍｍの棒鋼であった。

【0128】

［評価試験］
各試験番号の鋼材に対して、微細硫化物、粗大Ｂｉ粒子及び特定酸化物の個数密度測定を実施した。各試験番号の模擬機械構造用部品の中間品に対して、溶融割れ評価試験、被削性評価試験、及び、疲労強度評価試験を実施した。

【0129】

［微細硫化物、粗大Ｂｉ粒子及び特定酸化物の個数密度測定］
微細硫化物の個数密度は、次の方法で測定した。各試験番号の鋼材（棒鋼）の長手方向に対して平行な断面（縦断面）のうち、Ｒ／２位置からサンプルを採取した。採取したサンプルの表面のうち、上記鋼材の縦断面に相当する表面を観察面とした。観察面を鏡面研磨した後、ＳＥＭを用いて、５００倍の倍率で鏡面研磨後の観察面を観察した。観察面積の合計は、３２ｍｍ^２とした。

【0130】

ＳＥＭ観察により得られた反射電子像に基づいて、周知の画像解析式の粒子解析方法を用いて、微細硫化物の個数密度を調べた。具体的には、鋼材の母相と介在物及び析出物との界面に基づいて、鋼材中の介在物及び析出物を特定した。画像解析を行い、介在物及び析出物の円相当径を算出した。

【0131】

得られた円相当径が０．２～１．０μｍ未満の介在物及び析出物に対して、ＳＥＭに備えられたＥＤＸを用いて、成分を分析した。成分分析に用いるＥＤＸのビーム径は、分析対象の介在物及び析出物の成分が分析できるように適宜調整した。ＥＤＸの元素分析結果において、Ｓ含有量が質量％で３％以上であり、かつ、Ｍｎが含有される場合、その介在物を微細硫化物と定義した。ＥＤＸ分析時の加速電圧は２０ｋＶとした。

【0132】

上記の方法で微細硫化物を特定した。合計３２ｍｍ^２の観察面積で特定された微細硫化物の総個数に基づいて、微細硫化物の単位面積当たりの個数（個／ｍｍ^２）を求めた。得られた微細硫化物の個数密度の結果を表５及び表６の「微細硫化物個数密度（個／ｍｍ^２）」欄に示す。

【0133】

微細硫化物の個数密度の測定方法と同様に、粗大Ｂｉ粒子及び特定酸化物の個数密度を測定した。ＳＥＭ観察により得られた円相当径が５μｍ以上の介在物及び析出物に対して、ＳＥＭに備えられたＥＤＸを用いて、成分を分析した。成分分析に用いるＥＤＸのビーム径は、分析対象の介在物及び析出物の成分が分析できるように適宜調整した。ＥＤＸの元素分析結果において、Ｂｉ含有量が質量％で７０％以上である場合、その介在物を粗大Ｂｉ粒子と定義した。上記の方法で粗大Ｂｉ粒子を特定した。合計３２ｍｍ^２の観察面積で特定された粗大Ｂｉ粒子の総個数に基づいて、粗大Ｂｉ粒子の単位面積当たりの個数（個／ｍｍ^２）を求めた。得られた粗大Ｂｉ粒子の個数密度の結果を表５及び表６の「粗大Ｂｉ粒子個数密度（個／ｍｍ^２）」欄に示す。

【0134】

ＳＥＭ観察により得られた円相当径が１μｍ以上の介在物及び析出物に対して、ＳＥＭに備えられたＥＤＸを用いて、成分を分析した。成分分析に用いるＥＤＸのビーム径は、分析対象の介在物及び析出物の成分が分析できるように適宜調整した。ＥＤＸの元素分析結果において、酸素（Ｏ）含有量が質量％で３％以上であり、Ｃａ含有量が質量％で１％以上であり、かつ、Ｂｉ含有量が質量％で０超～７０％未満である場合、その介在物を特定酸化物と定義した。上記の方法で特定酸化物を特定した。合計３２ｍｍ^２の観察面積で特定された特定酸化物の総個数に基づいて、特定酸化物の単位面積当たりの個数（個／ｍｍ^２）を求めた。得られた特定酸化物の個数密度の結果を表５及び表６の「特定酸化物個数密度（個／ｍｍ^２）」欄に示す。

【0135】

［溶融割れ評価試験］
製造された各試験番号の模擬機械構造用部品の中間品の長手方向に対して垂直な断面のＲ／２位置から、幅１０ｍｍ、厚さ３ｍｍ、長さ１０ｍｍの試験片を機械加工により作製した。試験片の長さ方向は、模擬機械構造用部品の中間品の長手方向と平行であった。また、試験片の長手方向に平行な中心軸が、Ｒ／２位置と一致した。

【0136】

富士電波工機株式会社製の試験装置（商品名「熱サイクル試験装置」）を用いて、上記試験片に対して、高周波焼入れの模擬試験を実施した。具体的には、高周波コイルを用いて試験片を１００℃／秒の昇温速度で１３５０℃まで加熱した。そして、試験片を１３５０℃で１５秒間保持した。その後、試験片を水冷した。

【0137】

水冷後の試験片の長手方向に対して垂直な断面（観察面）を機械研磨した。機械研磨後の観察面をピクラール試薬にて腐食した。腐食された観察面を４００倍の光学顕微鏡で観察し、溶融割れの有無を目視で確認した。観察面は、２５０μｍ×４００μｍであった。

【0138】

観察面の組織の粒界において、５μｍ以上の幅で明瞭に腐食されている領域（腐食領域）が観察される場合、溶融割れが発生したと判断した。粒界において５μｍ以上の幅で明瞭に腐食されている領域とは、たとえば、図２中の溶融割れ１０のような領域を意味する。一方、図３のように、粒界に腐食領域が観察されない場合、溶融割れが発生しなかったと判断した。溶融割れの評価結果を表５及び表６の「溶融割れ」欄に示す。溶融割れが発生しなかった場合を「〇」とし、溶融割れが発生した場合を「×」とした。

【0139】

［被削性評価試験］
被削性評価試験として、次の２種類の試験を実施した。高周波焼入れ前の中間品に対する被削性を評価するため、ドリル寿命試験を実施した。高周波焼入れ後の中間品に対する被削性を評価するため、工具への摩耗抑制評価試験を実施した。

【0140】

［高周波焼入れ前の中間品に対する被削性評価（ドリル寿命試験）］
各試験番号の模擬機械構造用部品の中間品から被削性評価用試験片を切り出した。具体的には、直径５５ｍｍの模擬機械構造用部品の中間品の長手方向に対して垂直な断面の外表面から１４ｍｍの位置にドリル穿孔した。工具は株式会社不二越製 型番ＳＤ３．０のドリルを使用し、１回転当たりの送り量を０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、１穴の穿孔深さを９ｍｍとした。潤滑剤は水溶性の切削油であった。上述の条件でドリル穿孔を行い、鋼材の被削性を評価した。評価指標は、最大切削速度ＶＬ１０００（ｍ／分）を用いた。最大切削速度ＶＬ１０００とは、１０００ｍｍ長の穴開けが可能なドリルの切削速度である。最大切削速度ＶＬ１０００が１５ｍ／分以上の場合、被削性が高いと判断した。最大切削速度ＶＬ１０００が１５ｍ／分未満の場合、被削性が低いと判断した。被削性評価の結果を表５及び表６の「被削性」欄の「高周波焼入れ前」欄に示す。被削性が高い場合を「〇」とし、被削性が低い場合を「×」とした。

【0141】

［高周波焼入れ後の中間品に対する被削性評価（工具への摩耗抑制評価試験）］
工具への摩耗抑制評価試験を次の方法で実施した。直径５５ｍｍの模擬機械構造用部品の中間品に対して、機械加工を実施して、丸棒試験片を製造した。丸棒試験片は円柱形状であり、直径は３５ｍｍ、長さは３００ｍｍであった。丸棒試験片に対して、高周波焼入れの模擬試験を実施した。具体的には、周波数１００ｋＨｚで、２．０秒間加熱した。その後、５～１５％の希釈濃度の水溶性焼入冷却材を丸棒試験片に噴射し、丸棒試験片を冷却した。冷却後の丸棒試験片に対して、焼戻しを実施して、高周波焼入れ後の中間品を模擬した被削性評価用試験片を作製した。焼戻し温度は１５０℃であり、焼戻し温度での保持時間は２時間であった。

【0142】

高周波焼入れ後の中間品を模擬した被削性評価用試験片（以下、試験片ともいう）に対して、汎用旋盤による旋削加工を実施した。具体的には、各試験番号の試験片に対して、次の条件で旋削加工を実施した。使用した切削工具は、ＣＢＮ焼結工具であった。ＣＢＮ焼結工具には、ＣＢＮ粒子を主成分とし、セラミックスを結合材とした焼結材の表面に、ＴｉＡｌＮベースのセラミックコーティングが施されていた。切削速度を１５０ｍ／分、送り速度を０．４ｍｍ／ｒｅｖとし、切込み量を０．１ｍｍとした。旋削時には、水溶性切削油を使用して湿式で実施した。

【0143】

上述の旋削条件で、試験片１本に対して１パスの切削加工を行った。複数の試験片について旋削加工を繰り返し、合計の切削時間が１０分となるまで旋削加工を実施した。その後、切削工具の逃げ面摩耗量（μｍ）を測定した。

【0144】

得られた逃げ面摩耗量が４０μｍ以下の場合、工具への摩耗が十分に抑制されていると判断した。得られた逃げ面摩耗量が４０μｍを超える場合、工具への摩耗が十分に抑制できていないと判断した。工具への摩耗抑制評価の結果を表５及び表６の「被削性」欄の「高周波焼入れ後」欄に示す。工具への摩耗が十分に抑制されており、被削性が高い場合を「〇」とし、工具への摩耗が十分に抑制されておらず、被削性が低い場合を「×」とした。

【0145】

［疲労強度評価試験（回転曲げ疲労試験）］
製造された模擬機械構造用部品の中間品から、回転曲げ疲労試験片を採取した。図４は各模擬機械構造用部品の中間品から採取した回転曲げ疲労試験片の模式図である。回転曲げ疲労試験片は、平行部の直径が８ｍｍ、掴み部の直径が１２ｍｍであった。模擬機械構造用部品の中間品に対して、機械加工を実施して、回転曲げ疲労試験片を製造した。模擬機械構造用部品の中間品の長手方向に対して垂直な断面のＲ／２位置から、回転曲げ疲労試験片を採取した。回転曲げ疲労試験片の長手方向は、模擬機械構造用部品の中間品の長手方向と平行であった。回転曲げ疲労試験片の長手方向に平行な中心軸は、模擬機械構造用部品の中間品のＲ／２位置に相当した。高周波焼入れ前の模擬機械構造用部品の中間品から採取した試験片での回転曲げ疲労強度が十分に高ければ、高周波焼入れ後の模擬機械構造用部品の中間品から採取した試験片においても、回転曲げ疲労強度が十分に高いことは当業者に周知の技術常識である。

【0146】

回転曲げ疲労試験片の平行部には仕上げ研磨を実施し、表面粗さを調整した。具体的には、表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）を３．０μｍ以内とし、最大高さ（Ｒｍａｘ）を９．０μｍ以内にした。

【0147】

仕上げ研磨を実施した回転曲げ疲労試験片を用いて、室温（２３℃）、大気雰囲気にて、回転数３６００ｒｐｍの両振りの条件で小野式回転曲げ疲労試験を行った。複数の試験片に対して加える応力を変えて疲労試験を実施し、１０^７サイクル後に破断しなかった最も高い応力を疲労強度（ＭＰａ）とした。

【0148】

得られた疲労強度が３００ＭＰａ以上であれば、十分な疲労強度が得られると判断した。疲労強度評価の結果を表５及び表６の「疲労強度」欄に示す。疲労強度が３００ＭＰａ以上の場合を「〇」とし、疲労強度が３００ＭＰａ未満の場合を「×」とした。

【0149】

［試験結果］
表５及び表６に試験結果を示す。表１～表６を参照して、試験番号１～４７の鋼材は、化学組成が適切であり、かつ、式（１）を満たし、Ｂｉ添加後の攪拌終了までの時間も適切であった。そのため、各試験番号の鋼材は、微細硫化物の個数密度は２０個／ｍｍ^２以上であり、粗大Ｂｉ粒子の個数密度は２．００個／ｍｍ^２以下であり、特定酸化物の個数密度が０．１個／ｍｍ^２以上であった。そのため、溶融割れの発生が十分に抑制された。高周波焼入れ前の中間品に対する被削性評価試験において、最大切削速度ＶＬ１０００が１５ｍ／分以上であり、高周波焼入れ前の中間品の被削性が高かった。さらに、高周波焼入れ後の中間品に対する被削性評価試験において、逃げ面摩耗量が４０μｍ以下であった。つまり、工具への摩耗が十分に抑制されており、高周波焼入れ後の中間品の被削性が高かった。さらに、疲労強度は３００ＭＰａ以上であり、疲労強度は高かった。

【0150】

一方、試験番号４８では、Ｃ含有量が高すぎた。そのため、溶融割れが発生した。

【0151】

試験番号４９では、Ｃ含有量が低すぎた。そのため、疲労強度が低かった。

【0152】

試験番号５０では、Ｓｉ含有量が高すぎた。そのため、溶融割れが発生した。

【0153】

試験番号５１では、Ｓｉ含有量が低すぎた。そのため、疲労強度が低かった。

【0154】

試験番号５２では、Ｍｎ含有量が高すぎた。そのため、溶融割れが発生した。さらに、高周波焼入れ前の中間品に対する被削性が低かった。

【0155】

試験番号５３では、Ｍｎ含有量が低すぎた。そのため、溶融割れが発生した。さらに、疲労強度が低かった。

【0156】

試験番号５４では、Ｐ含有量が高すぎた。そのため、溶融割れが発生した。

【0157】

試験番号５５では、Ｓ含有量が高すぎた。そのため、溶融割れが発生した。

【0158】

試験番号５６では、Ｓ含有量が低すぎた。そのため、微細硫化物の個数密度が低かった。その結果、溶融割れが発生した。さらに、高周波焼入れ前の中間品、及び、高周波焼入れ後の中間品に対する被削性が低かった。

【0159】

試験番号５７では、Ｃｒ含有量が高すぎた。そのため、溶融割れが発生した。さらに、高周波焼入れ前の中間品に対する被削性が低かった。

【0160】

試験番号５８では、Ｂｉ含有量が高すぎた。そのため、粗大Ｂｉ粒子の個数密度が高すぎた。その結果、高周波焼入れ後の中間品に対する被削性が低かった。

【0161】

試験番号５９では、Ｂｉ含有量が低すぎた。そのため、微細硫化物の個数密度が低かった。さらに、特定酸化物の個数密度も低かった。その結果、溶融割れが発生した。さらに、高周波焼入れ前の中間品、及び、高周波焼入れ後の中間品に対する被削性が低かった。

【0162】

試験番号６０では、Ｃａ含有量が高すぎた。そのため、高周波焼入れ前の中間品、及び、高周波焼入れ後の中間品に対する被削性が低かった。

【0163】

試験番号６１では、Ｃａ含有量が低すぎた。そのため、特定酸化物の個数密度が０．１個／ｍｍ^２未満であった。その結果、高周波焼入れ後の中間品に対する被削性が低かった。

【0164】

試験番号６２では、Ａｌ含有量が高すぎた。そのため、特定酸化物の個数密度が０．１個／ｍｍ^２未満であった。その結果、高周波焼入れ後の中間品に対する被削性が低かった。

【0165】

試験番号６３では、酸素（Ｏ）含有量が高すぎた。そのため、疲労強度が低かった。

【0166】

試験番号６４及び６５では、ｆｎ１が低すぎた。つまり、式（１）を満たさなかった。そのため、特定酸化物の個数密度が０．１個／ｍｍ^２未満であった。その結果、高周波焼入れ後の中間品に対する被削性が低かった。

【0167】

試験番号６６及び６７では、精錬工程において、Ｂｉ添加後攪拌終了までの時間ｔ０（分）が短すぎた。そのため、粗大Ｂｉ粒子の個数密度が２．００個／ｍｍ^２を超えた。そのため、高周波焼入れ後の中間品に対する被削性が低かった。

【0168】

試験番号６８及び６９では、精錬工程において、Ｂｉ添加後攪拌終了までの時間ｔ０（分）が長すぎた。そのため、微細硫化物の個数密度が２０個／ｍｍ^２未満であり、特定酸化物の個数密度が０．１個／ｍｍ^２未満であった。その結果、溶融割れが発生した。さらに、高周波焼入れ後の中間品に対する被削性が低かった。

【0169】

試験番号７０及び７１では、精錬工程において、動力攪拌密度εが小さすぎた。そのため、粗大Ｂｉ粒子の個数密度が２．００個／ｍｍ^２を超えた。そのため、高周波焼入れ後の中間品に対する被削性が低かった。

【0170】

試験番号７２及び７３では、精錬工程において、動力攪拌密度εが大きすぎた。そのため、微細硫化物の個数密度が２０個／ｍｍ^２未満であり、特定酸化物の個数密度が０．１個／ｍｍ^２未満であった。その結果、溶融割れが発生した。さらに、高周波焼入れ後の中間品に対する被削性が低かった。

【0171】

以上、本開示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開示を実施するための例示に過ぎない。したがって、本開示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。

【符号の説明】

【0172】

１ フィレットＲ部
２ クランクシャフトのエッジ部
１０ 溶融割れ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】