CN117355624A - 钢材和以该钢材为原材料的曲轴 - Google Patents

钢材和以该钢材为原材料的曲轴 Download PDF

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Abstract

提供切削性、弯曲疲劳强度、耐磨性、弯曲矫正性优异的钢材。钢材以质量％计含有C：0.25％～0.35％、Si：0.05％～0.35％、Mn：0.85％～1.20％、P：0.080％以下、S：0.030％～0.100％、Cr：0.10％以下、Ti：0.050％以下、Al：0.050％以下、N：0.005％～0.024％、O：0.0100％以下，并且剩余部分由Fe和杂质构成，说明书所规定的Fn1是1.00～2.05，Fn2是0.42～0.60。圆当量直径是5.0μm以上的MnS单独夹杂物和MnS复合夹杂物的数量密度是20个/mm2以上，MnS单独夹杂物和MnS复合夹杂物的总个数相对于夹杂物的总个数的比例是70％以上，MnS复合氧化物的个数相对于氧化物的总个数的比例是30％以上。

Description

钢材和以该钢材为原材料的曲轴
技术领域
本发明涉及钢材和曲轴，进一步详细而言，涉及成为曲轴的原材料的钢材和对该钢材进行氮化处理而制造的曲轴。
背景技术
在以汽车、卡车以及建筑机械为代表的输送机中，使用了曲轴。对曲轴要求优异的弯曲疲劳强度。而且，最近以降低环境负担为目的，反复进行发动机的启动和停止的怠速停止技术正在普及。若提高反复进行发动机的启动和停止的频率，则会在曲轴的销部、轴颈部这样的滑动部充分地形成油膜(由机油形成的油膜)之前提高曲轴运转的频率。而且，最近，以提高燃料经济性为目的，机油的低粘度化不断发展。因此，存在对曲轴的滑动部进行保护的油膜的厚度减小的倾向。因而，对曲轴不仅要求优异的弯曲疲劳强度，还要求优异的耐磨性。
而且，伴随着上述的燃料经济性提高的要求，输送机的零部件轻量化不断发展。其结果，出现了以往未应用这样的复杂且难以进行加工的形状的曲轴。因而，对成为曲轴的原材料的钢材要求优异的切削性。
作为提高上述的弯曲疲劳强度、耐磨性以及切削性中的、曲轴的弯曲疲劳强度和耐磨性的技术，公知有氮化处理。其中，本说明书中的氮化处理也包括软氮化处理。氮化处理是以A1相变点以下的温度使氮(或氮和碳)向钢材的表层扩散渗透的热处理技术。在实施了氮化处理的曲轴的表层形成由化合物层和扩散层构成的氮化层。化合物层形成于曲轴的最表层，以Fe3N所代表的氮化物为主体，深度是几十μm～30μm左右。扩散层形成于比化合物层靠内部的位置，是由于扩散到钢材内部的氮而固化的区域，深度是几百μm左右。氮化处理具有如下特征：与高频淬火处理、渗碳淬火处理等其他表面固化热处理相比较，在热处理后所产生的应变较小。
然而，即使是氮化处理，也无法使热处理后的应变完全没有。并且，曲轴特别要求较高的笔直性。因此，通常对氮化处理后的曲轴实施弯曲矫正工序而提高曲轴的笔直性。若在弯曲矫正时在曲轴产生裂纹，则弯曲疲劳强度会显著降低。因而，在用于氮化处理的钢材中，要求优异的弯曲矫正性，也就是在弯曲矫正工序中抑制裂纹的产生的特性。
提高以曲轴为代表的氮化零部件的弯曲疲劳强度和耐磨性的技术由国际公开第2016/182013号(专利文献1)和日本特开2013-7077号公报(专利文献2)公开。
对于专利文献1所公开的氮化零部件而言，控制氮化炉内的氮化势而将化合物层设为γ’相(Fe4N)主体，使γ’相主体的化合物层厚膜化。在专利文献1中记载有如下内容：通过将化合物层设为γ’相主体，能够维持氮化零部件的疲劳强度，并且能够提高耐磨性。
在专利文献2中，在实施了由氟化处理构成的预处理之后，实施氮化处理。由此，在钢材的表层形成有：耐磨层(第1扩散层)，其是在碳富集的状态下使氮也富集而成的；以及氮浓度较低的碳主体的扩散层(第2扩散层)，其位于比第1扩散层靠钢材内部的位置。在专利文献2中记载有如下内容：通过形成具有这样的结构的氮化层，从而使疲劳强度和耐磨性优异。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2016/182013号
专利文献2：日本特开2013-7077号公报
发明内容
发明要解决的问题
也可以利用除了专利文献1和专利文献2所公开的技术以外的其他技术提高曲轴的疲劳强度和耐磨性。然而，在专利文献1和专利文献2中未进行与成为曲轴的原材料的钢材的切削性、曲轴的弯曲矫正性有关的研究。
本发明的目的在于提供切削性优异并且在实施氮化处理而形成曲轴的情况下具有优异的弯曲疲劳强度、优异的耐磨性、以及优异的弯曲矫正性的、成为曲轴的原材料的钢材、以及以该钢材为原材料的曲轴。
用于解决问题的方案
本发明的钢材以质量％计含有：
C：0.25％～0.35％、
Si：0.05％～0.35％、
Mn：0.85％～1.20％、
P：0.080％以下、
S：0.030％～0.100％、
Cr：0.10％以下、
Ti：0.050％以下、
Al：0.050％以下、
N：0.005％～0.024％、以及
O：0.0100％以下，
剩余部分由Fe和杂质构成，
以数学式(1)定义的Fn1是1.00～2.05，
以数学式(2)定义的Fn2是0.42～0.60，
在所述钢材中的夹杂物中，
将Mn含量和S含量的合计以质量％计是80.0％以上的夹杂物定义为MnS单独夹杂物、
将Mn含量和S含量的合计以质量％计是15.0％～小于80.0％的夹杂物定义为MnS复合夹杂物、
将Al含量、Ca含量以及O含量的合计以质量％计是80.0％以上、且Mn含量和S含量的合计以质量％计小于15.0％的夹杂物定义为单独氧化物、
将Al含量、Ca含量以及O含量的合计以质量％计是15.0％～小于80.0％、且Mn含量和S含量的合计以质量％计是15.0％～小于80.0％的夹杂物定义为MnS复合氧化物，此时，
在所述钢材中，
圆当量直径是5.0μm以上的所述MnS单独夹杂物和圆当量直径是5.0μm以上的所述MnS复合夹杂物的合计的数量密度是20个/mm2以上，
圆当量直径是1.0μm以上的所述MnS单独夹杂物和圆当量直径是1.0μm以上的所述MnS复合夹杂物的总个数相对于圆当量直径是1.0μm以上的夹杂物的总个数的比例是70％以上，
圆当量直径是1.0μm以上的所述MnS复合氧化物的个数相对于圆当量直径是1.0μm以上的所述单独氧化物和圆当量直径是1.0μm以上的所述MnS复合氧化物的总个数的比例是30％以上，
Fn1＝Mn+7.24Cr+6.53Al··· (1)
Fn2＝C+0.10Si+0.19Mn+0.23Cr-0.34S··· (2)
其中，针对数学式(1)和数学式(2)中的各元素记号将相对应的元素的含量以质量％代入。
本发明的曲轴具备：
销部；
轴颈部；以及
臂部，其配置于所述销部与所述轴颈部之间，
至少所述销部和所述轴颈部具备：
氮化层，其形成于表层；以及
芯部，其位于比所述氮化层靠内部的位置，
所述芯部以质量％计含有：
C：0.25％～0.35％、
Si：0.05％～0.35％、
Mn：0.85％～1.20％、
P：0.080％以下、
S：0.030％～0.100％、
Cr：0.10％以下、
Ti：0.050％以下、
Al：0.050％以下、
N：0.005％～0.024％、以及
O：0.0100％以下，
剩余部分由Fe和杂质构成，
以数学式(1)定义的Fn1是1.00～2.05，
以数学式(2)定义的Fn2是0.42～0.60，
在所述芯部的夹杂物中，
将Mn含量和S含量的合计以质量％计是80.0％以上的夹杂物定义为MnS单独夹杂物、
将Mn含量和S含量的合计以质量％计是15.0％～小于80.0％的夹杂物定义为MnS复合夹杂物、
将Al含量、Ca含量以及O含量的合计以质量％计是80.0％以上、且Mn含量和S含量的合计以质量％计小于15.0％的夹杂物定义为单独氧化物、
将Al含量、Ca含量以及O含量的合计以质量％计是15.0％～小于80.0％、且Mn含量和S含量的合计以质量％计是15.0％～小于80.0％的夹杂物定义为MnS复合氧化物，此时，
在所述芯部中，
圆当量直径是5.0μm以上的所述MnS单独夹杂物和圆当量直径是5.0μm以上的所述MnS复合夹杂物的合计的数量密度是20个/mm2以上，
圆当量直径是1.0μm以上的所述MnS单独夹杂物和圆当量直径是1.0μm以上的所述MnS复合夹杂物的总个数相对于圆当量直径是1.0μm以上的夹杂物的总个数的比例是70％以上，
圆当量直径是1.0μm以上的所述MnS复合氧化物的个数相对于圆当量直径是1.0μm以上的所述单独氧化物和圆当量直径是1.0μm以上的所述MnS复合氧化物的总个数的比例是30％以上，
Fn1＝Mn+7.24Cr+6.53Al···(1)
Fn2＝C+0.10Si+0.19Mn+0.23Cr-0.34S···(2)
其中，针对数学式(1)和数学式(2)中的各元素记号将相对应的元素的含量以质量％代入。
发明的效果
本发明的钢材切削性优异，并且在实施氮化处理而形成曲轴的情况下具有优异的弯曲疲劳强度、优异的耐磨性、以及优异的弯曲矫正性。本发明的曲轴具有优异的弯曲疲劳强度、优异的耐磨性、以及优异的弯曲矫正性。
附图说明
图1是用于说明从成为曲轴的原材料的钢材采集夹杂物确定用的样品的位置的示意图。
图2是表示本实施方式的曲轴的主要部分的一个例子的图。
图3是图2中的曲轴的销部或轴颈部的表层附近的剖视图。
图4是实施例的小野式旋转弯曲疲劳试验用的弯曲疲劳试验片的侧视图。
图5是实施例的4点弯曲试验用的弯曲试验片的主视图、侧视图以及俯视图。
图6是表示实施例中的环块法磨损试验机的立体图。
具体实施方式
发明人对如下成为曲轴的原材料的钢材进行了研究：在曲轴的制造工序中，获得优异的切削性，并且在实施氮化处理而形成曲轴的情况下，呈现优异的弯曲疲劳强度、优异的耐磨性、以及优异的弯曲矫正性。
首先，发明人对如下钢材的化学组成进行了研究：能够提高上述的切削性，能够提高形成曲轴的情况下的弯曲疲劳强度、耐磨性以及弯曲矫正性。其结果，认为只要是具有以质量％计含有C：0.25％～0.35％、Si：0.05％～0.35％、Mn：0.85％～1.20％、P：0.080％以下、S：0.030％～0.100％、Cr：0.10％以下、Ti：0.050％以下、Al：0.050％以下、N：0.005％～0.024％、O：0.0100％以下、Cu：0～0.20％、Ni：0～0.20％、Mo：0～0.10％、Nb：0～0.050％、Ca：0～0.0100％、Bi：0～0.30％、Te：0～0.0100％、Zr：0～0.0100％、Pb：0～0.09％、并且剩余部分由Fe和杂质构成的化学组成的钢材，就能够提高切削性，而且，在进行氮化处理而形成曲轴的情况下，存在能够提高弯曲疲劳强度、耐磨性、弯曲矫正性的可能性。因此，基于上述的化学组成对切削性、弯曲疲劳强度、耐磨性、以及弯曲矫正性进行了研究。
氮化处理后的弯曲疲劳强度与在氮化处理后的钢材的表层形成的氮化层的硬度和比氮化层靠内部的芯部的硬度具有正相关。另一方面，氮化处理后的弯曲矫正性与氮化处理后的钢材的氮化层的硬度具有负相关。而且，切削性与氮化处理前的钢材(也就是说，若是氮化处理后的钢材则是不受氮化处理的影响的芯部)的硬度具有负相关。因而，为了在氮化处理后提高弯曲疲劳强度、耐磨性、弯曲矫正性，并且提高曲轴的制造工序中的钢材的切削性，需要将氮化处理后的钢材的氮化层的硬度和氮化处理后的钢材的芯部的硬度控制在一定范围。
氮化处理后的钢材的氮化层的硬度由氮化处理前的钢材的硬度和由氮化处理导致的钢材表层的硬度的上升量确定。其中，“由氮化处理导致的钢材表层的硬度的上升量”是指由于氮化处理而形成的氮化层的硬度与氮化处理前的钢材的硬度之间的差值。也就是说，氮化处理前的钢材(也就是氮化处理后的钢材的芯部)的硬度越高，而且由氮化处理导致的钢材表层的硬度的上升量越大，氮化处理后的钢材的氮化层的硬度就越提高。
在此，发明人认为：在具有上述的化学组成的钢材中，氮化处理前的钢材(也就是氮化处理后的芯部)的硬度依赖于通过固溶强化而提高钢材的硬度的元素即C、Si、Mn、Cr的含量和使钢材脆化的元素即S的含量。而且，发明人认为：由氮化处理导致的钢材表层的硬度的上升量依赖于与氮之间的亲和力较高的元素即Mn、Cr、Al的含量。
因此，发明人针对化学组成中的各元素含量处于上述的范围内的钢材而言对提高氮化处理后的钢材表层的硬度的元素(Mn、Cr、Al)的含量、给氮化处理后的芯部硬度带来影响的元素(C、Si、Mn、Cr和S)的含量、与切削性、弯曲疲劳强度、耐磨性以及弯曲矫正性之间的关系进行了研究。其结果，发明人获得了如下见解。
以数学式(1)定义Fn1，以数学式(2)定义Fn2。
Fn1＝Mn+7.24Cr+6.53Al···(1)
Fn2＝C+0.10Si+0.19Mn+0.23Cr-0.34S···(2)
其中，针对数学式(1)和数学式(2)中的各元素记号将相对应的元素的含量以质量％代入。
对于Fn1而言，在化学组成中的各元素含量处于上述的范围内的钢材中，Fn1是由氮化处理导致的钢材表层的硬度的上升量的指标。也就是说，对于Fn1而言，以钢材的化学组成中的各元素含量处于上述的范围内为前提，Fn1与氮化处理后的钢材的弯曲疲劳强度和弯曲矫正性有关系。若Fn1小于1.00，则即使化学组成的各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn2处于本实施方式的范围内，也无法在氮化处理后的钢材即曲轴中获得充分的弯曲疲劳强度。另一方面，若Fn1超过2.05，则即使化学组成的各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn2处于本实施方式的范围内，氮化处理后的钢材的弯曲矫正性也降低。若Fn1是1.00～2.05，则以化学组成的各元素处于本实施方式的范围内且Fn2处于本实施方式的范围内为前提，可在曲轴中获得充分的弯曲疲劳强度和充分的弯曲矫正性。
对于Fn2而言，在化学组成中的各元素含量处于上述的范围内的钢材中，Fn2是氮化处理前的钢材(也就是氮化处理后的钢材的芯部)的硬度的指标。对于Fn2而言，以钢材的化学组成处于上述的范围内为前提，Fn2与钢材的切削性和氮化处理后的钢材的弯曲疲劳强度有关系。若Fn2小于0.42，则即使化学组成的各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn1处于本实施方式的范围内，也无法在氮化处理后的钢材即曲轴中获得充分的弯曲疲劳强度。另一方面，若Fn2超过0.60，则即使化学组成的各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn1处于本实施方式的范围内，也无法在钢材中获得充分的切削性。若Fn2是0.42～0.60，则以化学组成的各元素处于本实施方式的范围内且Fn1处于本实施方式的范围内为前提，可在钢材中获得充分的切削性，并且可在曲轴中获得充分的弯曲疲劳强度。
如上所述，通过将化学组成设为适当的范围，能够一定程度提高钢材的切削性、氮化处理后的钢材的弯曲疲劳强度以及弯曲矫正性。因此，发明人还进行了利用除了化学组成以外的要素来提高钢材的切削性和氮化处理后的钢材的耐磨性的研究。其中，发明人不仅针对切削性也针对耐磨性而言，着眼于夹杂物进行了研究。其结果，对于影响切削性和耐磨性的夹杂物获得了如下见解。在以后的说明中，如以下这样定义夹杂物。
(a)在将夹杂物的质量％设为100％的情况下，将Mn和S的合计含量以质量％计是80.0％以上的夹杂物定义为“MnS单独夹杂物”。
(b)在将夹杂物的质量％设为100％的情况下，将Mn和S的合计含量以质量％计是15.0％～小于80.0％的夹杂物定义为“MnS复合夹杂物”。
(c)在将夹杂物的质量％设为100％的情况下，将Al、Ca以及O的合计含量以质量％计是80.0％以上、且Mn和S的合计含量以质量％计小于15.0％的夹杂物定义为“单独氧化物”。
(d)在将夹杂物的质量％设为100％的情况下，将Mn和S的合计含量以质量％计是15.0％～小于80.0％、且Al、Ca以及O的合计含量以质量％计是15.0％～小于80.0％的夹杂物定义为“MnS复合氧化物”。
以下，也将MnS单独夹杂物和MnS复合夹杂物统称为“MnS系夹杂物”。此外，如上述的定义那样，MnS复合氧化物包含于MnS复合夹杂物。
切削性不仅受氮化处理前的钢材(氮化处理后的钢材的芯部)的硬度的影响，也受夹杂物的影响。具体而言，存在于钢材中的MnS系夹杂物(MnS单独夹杂物和MnS复合夹杂物)的数量密度(个/mm2)越高，切削性越提高。不过，如果MnS系夹杂物的尺寸过小，则对切削性的影响较小。具体而言，若MnS系夹杂物的圆当量直径小于5.0μm，则对钢材的切削性的影响极小。因而，为了提高钢材的切削性，提高圆当量直径是5.0μm以上的MnS系夹杂物的数量密度的做法是有效的。此外，圆当量直径是指将各夹杂物的面积换算成具有相同的面积的圆的情况下的圆的直径。
而且，夹杂物也给氮化处理后的钢材的耐磨性带来影响。在氮化处理后的钢材的表层形成的氮化层的最表层形成有化合物层。在实施氮化处理而制造的曲轴中，龟裂在该化合物层产生并进展而导致化合物层剥离，从而导致磨损发展。化合物层本来是作为钢材的部分通过氮化处理而大量含有氮从而变质并生成的。在夹杂物存在于氮化处理前的钢材的表层的情况下，若通过氮化处理而使该表层变质成化合物层，则夹杂物会包含于化合物层内。
发明人认为化合物层的龟裂的产生并不起因于化合物层中的夹杂物。因此，发明人着眼于夹杂物的种类并对其与化合物层的龟裂的产生之间的关系进行了研究。其结果，知晓了如下内容：成为磨损的原因的化合物层的龟裂大多以硬质的氧化物为起点。另外，知晓了如下内容：软质的MnS系夹杂物不容易成为化合物层的龟裂的起点，而且，作为MnS系夹杂物与单独氧化物的复合夹杂物的MnS复合氧化物也不容易成为化合物层的龟裂的起点。因此，发明人认为：在进行氮化处理而制造的曲轴中，为了提高耐磨性，尽可能减少单独氧化物、或者使单独氧化物成为与MnS的复合夹杂物(MnS复合氧化物)的做法是有效的。
然而，钢水中的氧化物成为MnS系夹杂物的子核，因此，为了MnS系夹杂物的生成，一定程度地需要钢水中的氧。因而，单独氧化物也在钢材中一定程度地生成。因此，发明人为了在确保钢材的切削性的基础上提高氮化处理后的钢材的耐磨性，着眼于上述的MnS系夹杂物(MnS单独夹杂物和MnS复合夹杂物)、单独氧化物、MnS复合氧化物并对钢材中的夹杂物与切削性和耐磨性之间的关系进一步进行了研究。其结果，发现了如下内容：若钢材中的夹杂物满足如下(I)～(III)，则以化学组成的元素含量处于本实施方式的范围内且Fn1和Fn2处于本实施方式的范围内为前提，能够进一步提高钢材的切削性和对钢材进行氮化处理而制造成的曲轴的耐磨性。
(I)在钢材中，圆当量直径是5.0μm以上的MnS单独夹杂物和圆当量直径是5.0μm以上的MnS复合夹杂物的合计的数量密度是20个/mm2以上。
(II)在钢材中，圆当量直径是1.0μm以上的MnS单独夹杂物和圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合夹杂物的总个数相对于圆当量直径是1.0μm以上的夹杂物的总个数的比例是70％以上。
(III)在钢材中，圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合氧化物的个数相对于圆当量直径是1.0μm以上的单独氧化物和圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合氧化物的总个数的比例是30％以上。
如上所述，本实施方式的成为曲轴的原材料的钢材和曲轴是着眼于化学组成、可能成为氮化层(尤其是化合物层)的裂纹的起点的夹杂物并进行了研究而最后完成的，具有如下构成。
[1]一种钢材，其以质量％计含有：
C：0.25％～0.35％、
Si：0.05％～0.35％、
Mn：0.85％～1.20％、
P：0.080％以下、
S：0.030％～0.100％、
Cr：0.10％以下、
Ti：0.050％以下、
Al：0.050％以下、
N：0.005％～0.024％、以及
O：0.0100％以下，
剩余部分由Fe和杂质构成，
以数学式(1)定义的Fn1是1.00～2.05，
以数学式(2)定义的Fn2是0.42～0.60，
在将所述钢材中的夹杂物中的、
Mn含量和S含量的合计以质量％计是80.0％以上的夹杂物定义为MnS单独夹杂物、
将Mn含量和S含量的合计以质量％计是15.0％～小于80.0％的夹杂物定义为MnS复合夹杂物、
将Al含量、Ca含量以及O含量的合计以质量％计是80.0％以上、且Mn含量和S含量的合计以质量％计小于15.0％的夹杂物定义为单独氧化物、
将Al含量、Ca含量以及O含量的合计以质量％计是15.0％～小于80.0％、且Mn含量和S含量的合计以质量％计是15.0％～小于80.0％的夹杂物定义为MnS复合氧化物时，
在所述钢材中，
圆当量直径是5.0μm以上的所述MnS单独夹杂物和圆当量直径是5.0μm以上的所述MnS复合夹杂物的合计的数量密度是20个/mm2以上，
圆当量直径是1.0μm以上的所述MnS单独夹杂物和圆当量直径是1.0μm以上的所述MnS复合夹杂物的总个数相对于圆当量直径是1.0μm以上的夹杂物的总个数的比例是70％以上，
圆当量直径是1.0μm以上的所述MnS复合氧化物的个数相对于圆当量直径是1.0μm以上的所述单独氧化物和圆当量直径是1.0μm以上的所述MnS复合氧化物的总个数的比例是30％以上，
Fn1＝Mn+7.24Cr+6.53Al··· (1)
Fn2＝C+0.10Si+0.19Mn+0.23Cr-0.34S··· (2)
其中，针对数学式(1)和数学式(2)中的各元素记号将相对应的元素的含量以质量％代入。
[2]根据[1]所述的钢材，其中，
所述钢材含有从由如下要素构成的组选择的1个元素或两个元素以上来替代所述Fe的一部分：
Cu：0.20％以下、
Ni：0.20％以下、
Mo：0.10％以下、
Nb：0.050％以下、
Ca：0.0100％以下、
Bi：0.30％以下、
Te：0.0100％以下、
Zr：0.0100％以下、以及
Pb：0.09％以下。
[3]一种曲轴，其具备：
销部；
轴颈部；以及
臂部，其配置于所述销部与所述轴颈部之间，
至少所述销部和所述轴颈部具备：
氮化层，其形成于表层；以及
芯部，其位于比所述氮化层靠内部的位置，
所述芯部以质量％计含有：
C：0.25％～0.35％、
Si：0.05％～0.35％、
Mn：0.85％～1.20％、
P：0.080％以下、
S：0.030％～0.100％、
Cr：0.10％以下、
Ti：0.050％以下、
Al：0.050％以下、
N：0.005％～0.024％、以及
O：0.0100％以下，
剩余部分由Fe和杂质构成，
以数学式(1)定义的Fn1是1.00～2.05，
以数学式(2)定义的Fn2是0.42～0.60，
在所述芯部的夹杂物中，
将Mn含量和S含量的合计以质量％计是80.0％以上的夹杂物定义为MnS单独夹杂物、
将Mn含量和S含量的合计以质量％计是15.0％～小于80.0％的夹杂物定义为MnS复合夹杂物、
将Al含量、Ca含量以及O含量的合计以质量％计是80.0％以上、且Mn含量和S含量的合计以质量％计小于15.0％的夹杂物定义为单独氧化物、
将Al含量、Ca含量以及O含量的合计以质量％计是15.0％～小于80.0％、且Mn含量和S含量的合计以质量％计是15.0％～小于80.0％的夹杂物定义为MnS复合氧化物，此时，
在所述芯部中，
圆当量直径是5.0μm以上的所述MnS单独夹杂物和圆当量直径是5.0μm以上的所述MnS复合夹杂物的合计的数量密度是20个/mm2以上，
圆当量直径是1.0μm以上的所述MnS单独夹杂物和圆当量直径是1.0μm以上的所述MnS复合夹杂物的总个数相对于圆当量直径是1.0μm以上的夹杂物的总个数的比例是70％以上，
圆当量直径是1.0μm以上的所述MnS复合氧化物的个数相对于圆当量直径是1.0μm以上的所述单独氧化物和圆当量直径是1.0μm以上的所述MnS复合氧化物的总个数的比例是30％以上，
Fn1＝Mn+7.24Cr+6.53Al··· (1)
Fn2＝C+0.10Si+0.19Mn+0.23Cr-0.34S··· (2)
其中，针对数学式(1)和数学式(2)中的各元素记号将相对应的元素的含量以质量％代入。
[4]根据[3]所述的曲轴，其中，
所述芯部还含有从由如下要素构成的组选择的1个元素或两个元素以上来替代所述Fe的一部分：
Cu：0.20％以下、
Ni：0.20％以下、
Mo：0.10％以下、
Nb：0.050％以下、
Ca：0.0100％以下、
Bi：0.30％以下、
Te：0.0100％以下、
Zr：0.0100％以下、以及
Pb：0.09％以下。
以下，对本实施方式的成为曲轴的原材料的钢材和曲轴进行说明。此外，只要没有特别声明，与元素有关的“％”就意味着质量％。另外，在本说明书中，“氮化处理”也包括软氮化处理。
[化学组成]
本实施方式的钢材成为曲轴的原材料。本实施方式的钢材的化学组成含有如下元素。
C：0.25％～0.35％
碳(C)提高氮化处理后的钢材(曲轴)的弯曲疲劳强度。若C含量小于0.25％，则即使其他元素含量处于本实施方式的范围内，也无法充分地获得上述效果。另一方面，若C含量超过0.35％，则即使其他元素含量处于本实施方式的范围内，曲轴的芯部的硬度也变得过高，并且氮化层的硬度也变得过高。在该情况下，曲轴的弯曲矫正性降低。因而，C含量是0.25％～0.35％。C含量的优选的下限是0.26％，进一步优选是0.27％。
Si：0.05％～0.35％
硅(Si)提高曲轴的弯曲疲劳强度。Si还能使钢脱氧。若Si含量小于0.05％，则即使其他元素含量处于本实施方式的范围内，也无法充分地获得上述效果。另一方面，若Si含量超过0.35％，则即使其他元素含量处于本实施方式的范围内，曲轴的氮化层的硬度也变得过高，曲轴的弯曲矫正性降低。因而，Si含量是0.05％～0.35％。Si含量的优选的下限是0.07％，进一步优选是0.09％，进一步优选是0.10％。Si含量的优选的上限是0.33％，进一步优选是0.31％，进一步优选是0.30％。
Mn：0.85％～1.20％
锰(Mn)提高曲轴的弯曲疲劳强度。Mn还能使钢脱氧。若Mn含量小于0.85％，则即使其他元素含量处于本实施方式的范围内，也无法充分地获得上述效果。另一方面，若Mn含量超过1.20％，则即使其他元素含量处于本实施方式的范围内，曲轴的氮化层的硬度也变得过高，曲轴的弯曲矫正性降低。因而，Mn含量是0.85％～1.20％。Mn含量的优选的下限是0.87％，进一步优选是0.89％，进一步优选是0.90％。Mn含量的优选的上限是1.18％，进一步优选是1.16％，进一步优选是1.14％。
P：0.080％以下
磷(P)是不可避免地含有的杂质。也就是说，P含量超过0％。若P含量超过0.080％，则即使其他元素含量处于本实施方式的范围内，曲轴的弯曲疲劳强度也降低。因而，P含量是0.080％以下。P含量的优选的上限是0.050％，进一步优选是0.030％。P含量优选尽量低。然而，P含量的过度的降低会提高制造成本。因而，P含量的优选的下限是0.001％，进一步优选是0.002％。
S：0.030％～0.100％
硫磺(S)提高钢材的切削性。若S含量小于0.030％，则即使其他元素含量处于本实施方式的范围内，也无法充分地获得上述效果。另一方面，若S含量超过0.100％，则即使其他元素含量处于本实施方式的范围内，钢材的铸造性也降低。因而，S含量是0.030％～0.100％。S含量的优选的下限是0.035％，进一步优选是0.037％，进一步优选是0.040％。S含量的优选的上限是0.095％，进一步优选是0.090％，进一步优选是0.085％，进一步优选是0.080％。
Cr：0.10％以下
铬(Cr)是不可避免地含有的杂质。也就是说，Cr含量超过0％。若Cr含量超过0.10％，则即使其他元素含量处于本实施方式的范围内，曲轴的弯曲矫正性也降低。因而，Cr含量是0.10％以下。Cr含量优选尽量低。然而，Cr含量的过度的降低会提高制造成本。因而，Cr含量的优选的下限是0.01％，进一步优选是0.02％。
Ti：0.050％以下
不可避免地含有钛(Ti)。也就是说，Ti含量超过0％。Ti与N结合而形成TiN，由于钉扎效应而抑制晶粒的粗大化，提高曲轴的弯曲疲劳强度。若即使较少但也含有Ti含量，则可一定程度地获得上述效果。然而，若Ti含量超过0.050％，则即使其他元素含量处于本实施方式的范围内，也会形成粗大的TiN而导致曲轴的弯曲疲劳强度降低。因而，Ti含量是0.050％以下。Ti含量的优选的下限是0.001％，进一步优选是0.003％，进一步优选是0.005％。Ti含量的优选的上限是0.045％，进一步优选是0.040％，进一步优选是0.030％。
Al：0.050％以下
不可避免地含有铝(Al)。也就是说，Al含量超过0％。Al在氮化处理时与氮结合而形成AlN，提高曲轴的氮化层的硬度，提高曲轴的弯曲疲劳强度。若即使较少但也含有Al，则可一定程度地获得上述效果。然而，若Al含量超过0.050％，则即使其他元素含量处于本实施方式的范围内，曲轴的氮化层的硬度也变得过高，曲轴的弯曲矫正性降低。因而，Al含量是0.050％以下。Al含量的优选的上限是0.045％，进一步优选是0.040％，进一步优选是0.035％，进一步优选是0.030％。Al含量的优选的下限是0.001％，进一步优选是0.002％，进一步优选是0.005％。在此所说的Al含量是指包括钢中的氧化物在内的Al(全Al)的含量。
N：0.005％～0.024％
氮(N)与Ti结合而形成TiN，由于钉扎效应而抑制晶粒的粗大化，提高曲轴的弯曲疲劳强度。若N含量小于0.005％，则即使其他元素含量处于本实施方式的范围内，也无法充分地获得上述效果。另一方面，若N含量超过0.024％，则即使其他元素含量处于本实施方式的范围内，钢材的热加工性也降低。因而，N含量是0.005％～0.024％。N含量的优选的下限是0.006％，进一步优选是0.008％，进一步优选是0.010％。N含量的优选的上限是0.022％，进一步优选是0.021％，进一步优选是0.020％。
O：0.0100％以下
氧(O)是不可避免地含有的杂质。也就是说，O含量超过0％。O在钢材中生成氧化物。若O含量超过0.0100％，则即使其他元素含量处于本实施方式的范围内，也会生成粗大的氧化物而导致曲轴的弯曲疲劳强度降低，耐磨性也降低。因而，O含量是0.0100％以下。O含量的优选的上限是0.0080％，进一步优选是0.0060％，进一步优选是0.0050％。O含量优选尽量低。然而，O含量的过度的降低会提高制造成本。因而，O含量的优选的下限是0.0001％，进一步优选是0.0005％。
本实施方式的钢材的化学组成的剩余部分由Fe和杂质构成。其中，杂质是指，在工业制造钢材时从作为原料的矿石、废料或制造环境等混入的成分且不是有意使钢材含有的成分。作为这样的杂质，例如存在以下的杂质。Co：0.02％以下，Sn：0.02％以下，Zn：0.02％以下。
[对于任意元素]
[第1组任意元素]
也可以是，本实施方式的钢材的化学组成还含有从由Cu、Ni、Mo以及Nb构成的组选择的1个元素或两个元素以上来替代Fe的一部分。这些元素是任意元素，均能提高曲轴的弯曲疲劳强度。
Cu：0.20％以下
铜(Cu)是任意元素，也可以不含有。也就是说，Cu含量也可以是0％。在含有的情况也就是Cu含量超过0％的情况下，Cu固溶于钢材而提高曲轴的弯曲疲劳强度。对于Cu含量而言，若即使较少但也含有，则可一定程度地获得上述效果。然而，若Cu含量超过0.20％，则即使其他元素含量处于本实施方式的范围内，曲轴的弯曲矫正性也降低。因而，Cu含量是0.20％以下。也就是说，Cu含量是0～0.20％。Cu含量的优选的下限超过0％，进一步优选是0.01％，进一步优选是0.02％，进一步优选是0.05％，进一步优选是0.07％。Cu含量的优选的上限是0.19％，进一步优选是0.18％，进一步优选是0.17％。
Ni：0.20％以下
镍(Ni)是任意元素，也可以不含有。也就是说，Ni含量也可以是0％。在含有的情况也就是Ni含量超过0％的情况下，Ni固溶于钢材而提高曲轴的弯曲疲劳强度。对于Ni含量而言，若即使较少但也含有，则可一定程度地获得上述效果。然而，若Ni含量超过0.20％，则即使其他元素含量处于本实施方式的范围内，曲轴的弯曲矫正性也降低。因而，Ni含量是0.20％以下。也就是说，Ni含量是0～0.20％。Ni含量的优选的下限超过0％，进一步优选是0.01％，进一步优选是0.02％，进一步优选是0.05％，进一步优选是0.07％。Ni含量的优选的上限是0.19％，进一步优选是0.18％，进一步优选是0.17％。
Mo：0.10％以下
钼(Mo)是任意元素，也可以不含有。也就是说，Mo含量也可以是0％。在含有的情况也就是Mo含量超过0％的情况下，Mo固溶于钢材而提高曲轴的弯曲疲劳强度。对于Mo含量而言，若即使较少但也含有，则可一定程度地获得上述效果。然而，若Mo含量超过0.10％，则即使其他元素含量处于本实施方式的范围内，曲轴的弯曲矫正性也降低。因而，Mo含量是0.10％以下。也就是说，Mo含量是0～0.10％。Mo含量的优选的下限超过0％，进一步优选是0.01％，进一步优选是0.02％，进一步优选是0.03％。Mo含量的优选的上限是0.09％，进一步优选是0.08％。
Nb：0.050％以下
铌(Nb)是任意元素，也可以不含有。也就是说，Nb含量也可以是0％。在含有的情况也就是Nb含量超过0％的情况下，Nb形成碳化物、氮化物或碳氮化物，由于钉扎效应而使晶粒微细化，能提高曲轴的弯曲疲劳强度。若即使较少但也含有Nb，则可一定程度地获得上述效果。然而，若Nb含量超过0.050％，则即使其他元素含量处于本实施方式的范围内，曲轴的弯曲矫正性也降低。因而，Nb含量是0.050％以下。也就是说，Nb含量是0～0.050％。Nb含量的优选的下限超过0％，进一步优选是0.001％，进一步优选是0.003％，进一步优选是0.005％。Nb含量的优选的上限是0.040％，进一步优选是0.030％。
[第2组任意元素]
也可以是，本实施方式的钢材还含有从由Ca、Bi、Te、Zr、以及Pb构成的组选择的1个元素或两个元素以上来替代Fe的一部分。这些元素是任意元素，均能提高钢材的切削性。
Ca：0.0100％以下
钙(Ca)是任意元素，也可以不含有。也就是说，Ca含量也可以是0％。在含有的情况也就是Ca含量超过0％的情况下，Ca提高钢材的切削性。若即使较少但也含有Ca，则可一定程度地获得上述效果。然而，若Ca含量超过0.0100％，则即使其他元素含量处于本实施方式的范围内，也会形成粗大的氧化物而导致曲轴的弯曲疲劳强度降低。因而，Ca含量是0.0100％以下。也就是说，Ca含量是0～0.0100％。Ca含量的优选的下限超过0％，进一步优选是0.0001％，进一步优选是0.0002％，进一步优选是0.0003％。Ca含量的优选的上限是0.0090％，进一步优选是0.0080％。
Bi：0.30％以下
铋(Bi)是任意元素，也可以不含有。也就是说，Bi含量也可以是0％。在含有的情况也就是Bi含量超过0％的情况下，Bi提高钢材的切削性。若即使较少但也含有Bi，则可一定程度地获得上述效果。然而，若Bi含量超过0.30％，则即使其他元素含量处于本实施方式的范围内，曲轴的弯曲疲劳强度也降低。因而，Bi含量是0.30％以下。也就是说，Bi含量是0～0.30％。Bi含量的优选的下限超过0％，进一步优选是0.01％，进一步优选是0.02％，进一步优选是0.05％。Bi含量的优选的上限是0.27％，进一步优选是0.25％。
Te：0.0100％以下
碲(Te)是任意元素，也可以不含有。也就是说，Te含量也可以是0％。在含有的情况也就是Te含量超过0％的情况下，Te提高钢材的切削性。若即使较少但也含有Te，则可一定程度地获得上述效果。然而，若Te含量超过0.0100％，则即使其他元素含量处于本实施方式的范围内，曲轴的弯曲疲劳强度也降低。因而，Te含量是0.0100％以下。也就是说，Te含量是0～0.0100％。Te含量的优选的下限超过0％，进一步优选是0.0001％，进一步优选是0.0002％，进一步优选是0.0003％。Te含量的优选的上限是0.0090％，进一步优选是0.0080％。
Zr：0.0100％以下
锆(Zr)是任意元素，也可以不含有。也就是说，Zr含量也可以是0％。在含有的情况也就是Zr含量超过0％的情况下，Zr提高钢材的切削性。若即使较少但也含有Zr，则可一定程度地获得上述效果。然而，若Zr含量超过0.0100％，则即使其他元素含量处于本实施方式的范围内，曲轴的弯曲疲劳强度也降低。因而，Zr含量是0.0100％以下。也就是说，Zr含量是0～0.0100％。Zr含量的优选的下限超过0％，进一步优选是0.0001％，进一步优选是0.0002％，进一步优选是0.0003％。Zr含量的优选的上限是0.0090％，进一步优选是0.0080％。
Pb：0.09％以下
铅(Pb)是任意元素，也可以不含有。也就是说，Pb含量也可以是0％。在含有的情况也就是Pb含量超过0％的情况下，Pb提高钢材的切削性。若即使较少但也含有Pb，则可一定程度地获得上述效果。然而，若Pb含量超过0.09％，则即使其他元素含量处于本实施方式的范围内，曲轴的弯曲疲劳强度也降低。因而，Pb含量是0.09％以下。也就是说，Pb含量是0～0.09％。Pb含量的优选的下限超过0％，进一步优选是0.01％，进一步优选是0.02％，进一步优选是0.05％。Pb含量的优选的上限是0.08％，进一步优选是0.07％。
[对于Fn1和Fn2]
本实施方式的钢材的化学组成进一步地，以化学组成中的各元素含量处于本实施方式的范围内为前提，以数学式(1)定义的Fn1是1.00～2.05，而且以数学式(2)定义的Fn2是0.42％～0.60％。
Fn1＝Mn+7.24Cr+6.53Al···(1)
Fn2＝C+0.10Si+0.19Mn+0.23Cr-0.34S···(2)
其中，针对数学式(1)和数学式(2)的各元素记号将相对应的元素的含量以质量％代入。
[对于Fn1]
对于数学式(1)定义的Fn1而言，在化学组成中，以各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn2处于本实施方式的范围内为前提，该Fn1成为在氮化处理后的钢材(曲轴)的表层形成的氮化层的硬度的指标。因而，在化学组成中的各元素含量处于本实施方式的范围内的钢材中，Fn1与曲轴的弯曲疲劳强度和曲轴的弯曲矫正性有关系。具体而言，若Fn1小于1.00，则即使化学组成的各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn2处于本实施方式的范围内，也无法在曲轴中获得充分的弯曲疲劳强度。另一方面，若Fn1超过2.05，则即使化学组成的各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn2处于本实施方式的范围内，曲轴的弯曲矫正性也降低。若Fn1是1.00～2.05，则以化学组成的各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn2处于本实施方式的范围内为前提，可在曲轴中获得充分的弯曲疲劳强度，并且曲轴的弯曲矫正性也充分地提高。Fn1的优选的下限是1.02，进一步优选是1.03。Fn1的优选的上限是2.03，进一步优选是2.01，进一步优选是2.00。
[对于Fn2]
对于数学式(2)定义的Fn2而言，在化学组成中，以各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn1处于本实施方式的范围内为前提，该Fn2成为氮化处理前的钢材(也就是相当于曲轴的芯部)的硬度的指标。因而，在化学组成的各元素含量处于本实施方式的范围内的钢材中，Fn2与曲轴的弯曲疲劳强度和钢材的切削性有关系。具体而言，若Fn2小于0.42，则即使化学组成的各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn1处于本实施方式的范围内，也无法在曲轴中获得充分的弯曲疲劳强度。另一方面，若Fn2超过0.60，则即使化学组成的各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn1处于本实施方式的范围内，也无法在钢材中获得充分的切削性。若Fn2是0.42～0.60，则以化学组成的各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn1处于本实施方式的范围内为前提，可在曲轴中获得充分的弯曲疲劳强度，钢材的切削性也充分地提高。Fn2的优选的下限是0.43，进一步优选是0.44，进一步优选是0.45。Fn2的优选的上限是0.58，进一步优选是0.57，进一步优选是0.56。
[对于钢材中的夹杂物]
在本实施方式的钢材中，如以下这样定义。
(a)在将夹杂物的质量％设为100％的情况下，将Mn和S的合计含量以质量％计是80.0％以上的夹杂物定义为“MnS单独夹杂物”。
(b)在将夹杂物的质量％设为100％的情况下，将Mn和S的合计含量以质量％计是15.0％～小于80.0％的夹杂物定义为“MnS复合夹杂物”。
(c)在将夹杂物的质量％设为100％的情况下，将Al、Ca以及O的合计含量以质量％计是80.0％以上、且Mn和S的合计含量以质量％计小于15.0％的夹杂物定义为“单独氧化物”。
(d)在将夹杂物的质量％设为100％的情况下，将Mn和S的合计含量以质量％计是15.0％～小于80.0％、且Al、Ca以及O的合计含量以质量％计是15.0％～小于80.0％的夹杂物定义为“MnS复合氧化物”。
如上述的定义那样，MnS复合氧化物包含于MnS复合夹杂物。
在本实施方式的钢材中，夹杂物满足如下规定。
(I)在钢材中，圆当量直径是5.0μm以上的MnS单独夹杂物和圆当量直径是5.0μm以上的MnS复合夹杂物的合计的数量密度是20个/mm2以上。
(II)在钢材中，圆当量直径是1.0μm以上的MnS单独夹杂物和圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合夹杂物的总个数相对于圆当量直径是1.0μm以上的夹杂物的总个数的比例是70％以上。
(III)在钢材中，圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合氧化物的个数相对于圆当量直径是1.0μm以上的单独氧化物和圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合氧化物的总个数的比例是30％以上。
以下，对(I)～(III)进行说明。
[对于(I)]
将MnS单独夹杂物和MnS复合夹杂物定义为“MnS系夹杂物”。MnS系夹杂物提高钢材的切削性。因此，若MnS系夹杂物的数量密度(个/mm2)提高，则钢材的切削性提高。然而，若MnS系夹杂物的尺寸过小，则无助于钢材的切削性的提高。在具有上述的各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn1和Fn2处于本实施方式的范围内的化学组成的钢材的情况下，圆当量直径小于5.0μm的MnS系夹杂物难以有助于钢材的切削性的提高。另一方面，圆当量直径是5.0μm以上的MnS系夹杂物显著提高钢材的切削性。
将圆当量直径是5.0μm以上的MnS系夹杂物(MnS单独夹杂物和MnS复合夹杂物)的数量密度定义为数量密度SN(个/mm2)。若数量密度SN是20个/mm2以上，则能够充分地提高具有上述的各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn1和Fn2处于本实施方式的范围内的化学组成的钢材的切削性。圆当量直径是5.0μm以上的MnS系夹杂物的数量密度的优选的下限是22个/mm2，进一步优选是25个/mm2。此外，圆当量直径是5.0μm以上的MnS系夹杂物的数量密度的上限并没有特别限定，在具有上述的各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn1和Fn2处于本实施方式的范围内的化学组成的钢材的情况下，圆当量直径是5.0μm以上的MnS系夹杂物的数量密度的上限是例如250个/mm2，优选是200个/mm2。此外，在本实施方式中，夹杂物的圆当量直径的上限并没有特别限定。然而，在具有上述的各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn1和Fn2处于本实施方式的范围内的化学组成的钢材的情况下，MnS系夹杂物的圆当量直径的上限例如是75μm。
[对于(II)]
本实施方式的曲轴在表层具备氮化层。氮化层由于氮化处理而从钢材的表面起形成为预定的深度。氮化层具备化合物层和扩散层。化合物层从氮化层的表面起形成于预定深度的范围。扩散层形成于比化合物层靠钢材内部的位置。将曲轴中的比氮化层靠内部的部分称为芯部。其中，在氮化处理前的钢材的、用于形成化合物层的区域也存在夹杂物。因此，在氮化处理后的化合物层也当然残存有夹杂物。化合物层所包含的夹杂物中的氧化物在曲轴的使用过程中容易成为曲轴的销部和轴颈部的化合物层的裂纹的起点。因此，氧化物会使曲轴的耐磨性降低。因而，若提高MnS系夹杂物的总个数相对于钢材中的夹杂物的总个数的比例，则能够使氧化物的个数比例降低，使曲轴的销部和轴颈部的耐磨性提高。
其中，将MnS单独夹杂物和MnS复合夹杂物的总个数相对于以圆当量直径计是1.0μm以上的夹杂物的总个数的比例定义为“MnS系夹杂物个数比例RAMnS”。圆当量直径小于1.0μm的夹杂物不会给具备氮化层(化合物层)的曲轴的耐磨性带来较大的影响。另一方面，圆当量直径是1.0μm以上的夹杂物能影响具备氮化层(化合物层)的曲轴的耐磨性。因此，将作为MnS系夹杂物个数比例RAMnS的对象的夹杂物的圆当量直径设为1.0μm以上。此外，在本实施方式中，夹杂物的圆当量直径的上限并没有特别限定。然而，在具有上述的各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn1和Fn2处于本实施方式的范围内的化学组成的钢材的情况下，夹杂物的圆当量直径的上限例如是75μm。
在具有上述的各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn1和Fn2处于本实施方式的范围内的化学组成的钢材中，若MnS单独夹杂物和MnS复合夹杂物的总个数相对于以圆当量直径计是1.0μm以上的夹杂物的总个数的比例(也就是MnS系夹杂物个数比例RAMnS)是70％以上，则能够充分地提高曲轴的耐磨性。MnS系夹杂物个数比例RAMnS的优选的下限超过70％，进一步优选是72％，进一步优选是73％。MnS系夹杂物个数比例RAMnS的上限并没有特别限定，也可以是100％。
[对于(III)]
在本说明书中，将单独氧化物和MnS复合氧化物的统称定义为“氧化物”。在上述的曲轴中，即使全部的夹杂物中的MnS系夹杂物的个数比例较高也是，若氧化物中的MnS复合氧化物的个数比例较低，则氧化物中的单独氧化物的个数比例较高。在该情况下，在化合物层中存在硬质的单独氧化物的比例较高。单独夹杂物容易成为化合物层的裂纹的起点。因此，若存在于化合物层中的氧化物中的、单独氧化物的比例提高，则具有氮化层的曲轴的耐磨性降低。因而，不仅提高MnS系夹杂物个数比例RAMnS、还提高MnS复合氧化物的个数相对于氧化物(单独氧化物和MnS复合氧化物)的总个数的个数比例的做法能提高具有氮化层的曲轴的耐磨性。
将圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合氧化物的个数相对于钢材中的圆当量直径是1.0μm以上的氧化物(单独氧化物和MnS复合氧化物)的总个数的个数比例定义为MnS复合氧化物个数比例RAOX。在具有上述的各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn1和Fn2处于本实施方式的范围内的化学组成的钢材中，若满足上述(I)和(II)并且进一步地圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合氧化物的个数相对于钢材中的圆当量直径是1.0μm以上的氧化物(单独氧化物和MnS复合氧化物)的总个数的比例(MnS复合氧化物个数比例RAOX)是30％以上，则可在曲轴中获得充分的耐磨性。MnS复合氧化物个数比例RAOX的优选的下限是32.0％，进一步优选是34.0％，进一步优选是35.0％。MnS复合氧化物个数比例RAOX的上限并没有特别限定，也可以是100.0％。此外，在本实施方式中，氧化物的圆当量直径的上限并没有特别限定。然而，在具有上述的各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn1和Fn2处于本实施方式的范围内的化学组成的钢材的情况下，氧化物的圆当量直径的上限例如是75μm。
[夹杂物的测量方法]
能够利用如下方法求出数量密度SN、MnS系夹杂物个数比例RAMnS、MnS复合氧化物个数比例RAOX。
对于钢中的MnS系夹杂物(MnS单独夹杂物和MnS复合夹杂物)的个数和氧化物(单独氧化物和MnS复合氧化物)的个数，能够利用如下方法测量。从钢材采集样品。具体而言，如图1所示那样，从在径向上距钢材1的中心轴线C1的距离为R/2的位置(R是钢材1的半径)采集样品。样品的观察面的尺寸并没有特别限定。样品的观察面例如是L1×L2，将L1设为10mm，将L2设为5mm。与观察面垂直的方向上的样品厚度L3例如设为5mm。观察面的法线N设为与中心轴线C1垂直(也就是说观察面与钢材的轴向平行)，R/2位置设为观察面的大致中央位置。
对所采集的样品的观察面进行镜面研磨，使用扫描型电子显微镜(SEM)以2000倍的倍率随机观察50个视场(每个视场的视场面积125μm×75μm)。
确定各视场中的夹杂物。夹杂物可通过对比度确定。使用能量分散型X射线分光法(EDX)针对所确定的各夹杂物来确定MnS单独夹杂物、MnS复合夹杂物、单独氧化物、MnS复合氧化物。具体而言，对视场中的各夹杂物照射光束，检测特征X射线，实施夹杂物中的元素分析。基于各夹杂物的元素分析结果如下这样确定夹杂物。
(a)在将夹杂物的质量％设为100％的情况下，在夹杂物中的Mn含量和S含量的合计以质量％计是80.0％以上的情况下，将该夹杂物定义为“MnS单独夹杂物”。
(b)在将夹杂物的质量％设为100％的情况下，在夹杂物中的Mn含量和S含量的合计以质量％计是15.0％～小于80.0％的情况下，将该夹杂物定义为“MnS复合夹杂物”。
(c)在将夹杂物的质量％设为100％的情况下，在夹杂物中的Al含量、Ca含量以及O含量的合计以质量％计是80.0％以上、且Mn含量和S含量的合计以质量％计小于15.0％的情况下，将该夹杂物定义为“单独氧化物”。
(d)在将夹杂物的质量％设为100％的情况下，在夹杂物中的Al含量、Ca含量以及O含量的合计以质量％计是15.0％～小于80.0％、且Mn含量和S含量的合计以质量％计是15.0％～小于80.0％的情况下，将该夹杂物定义为“MnS复合氧化物”。
作为上述确定对象的夹杂物设为圆当量直径是1.0μm以上的夹杂物。其中，圆当量直径是指将各夹杂物的面积换算成具有相同的面积的圆的情况下的圆的直径。利用众所周知的图像分析求出所确定的各夹杂物的圆当量直径(μm)。
其中，在本实施方式中，夹杂物的确定所使用的EDX的光束直径设为50nm左右。其结果，对于圆当量直径小于1.0μm的夹杂物而言，有时会利用EDX检测到铁基体的成分，无法充分地获得元素分析的精度。此外，圆当量直径小于1.0μm的夹杂物对切削性和耐磨性的影响小。因而，在本实施方式中，如上所述，将圆当量直径是1.0μm以上的夹杂物设为确定对象。
求出在50个视场中所确定的夹杂物中的、圆当量直径是5.0μm以上的MnS单独夹杂物和圆当量直径是5.0μm以上的MnS复合夹杂物(也就是圆当量直径是5.0μm以上的MnS系夹杂物)的总个数。基于圆当量直径是5.0μm以上的MnS系夹杂物的总个数和50个视场的总面积，求出圆当量直径是5.0μm以上的MnS系夹杂物的数量密度SN(个/mm2)。此外，数量密度SN设为对小数第1位进行四舍五入而获得的值。
而且，求出在50个视场中所确定的夹杂物中的、圆当量直径是1.0μm以上的夹杂物的总个数。而且，求出在50个视场中所确定的夹杂物中的、圆当量直径是1.0μm以上的MnS单独夹杂物和圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合夹杂物的总个数。基于圆当量直径是1.0μm以上的夹杂物的总个数、圆当量直径是1.0μm以上的MnS单独夹杂物以及圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合夹杂物的总个数并利用如下数学式求出MnS系夹杂物个数比例RAMnS(％)。
RAMnS＝(圆当量直径是1.0μm以上的MnS单独夹杂物和圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合夹杂物的总个数)/(圆当量直径是1.0μm以上的夹杂物的总个数)×100
此外，MnS系夹杂物个数比例RAMnS设为对小数第1位进行四舍五入而获得的值。
而且，求出在50个视场中所确定的夹杂物中的、圆当量直径是1.0μm以上的单独氧化物和圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合氧化物的总个数。而且，求出在50个视场中所确定的夹杂物中的、圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合氧化物的总个数。基于圆当量直径是1.0μm以上的单独氧化物和圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合氧化物的总个数(也就是圆当量直径是1.0μm以上的氧化物的总个数)、以及圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合氧化物的总个数并利用以下数学式求出MnS复合氧化物个数比例RAOX(％)。
RAOX＝(圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合氧化物的总个数)/(圆当量直径是1.0μm以上的氧化物的总个数)×100
此外，MnS复合氧化物个数比例RAOX设为对小数第1位进行四舍五入而获得的值。
如上所述，对于本实施方式的钢材，各元素处于本实施方式的范围内，并且，以数学式(1)定义的Fn1是1.00～2.05，以数学式(2)定义的Fn2是0.42～0.60，而且满足以下(I)～(III)。
(I)在钢材中，圆当量直径是5.0μm以上的MnS单独夹杂物和圆当量直径是5.0μm以上的MnS复合夹杂物的合计的数量密度是20个/mm2以上。
(II)在钢材中，圆当量直径是1.0μm以上的MnS单独夹杂物和圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合夹杂物的总个数相对于圆当量直径是1.0μm以上的夹杂物的总个数的比例是70％以上。
(III)在钢材中，圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合氧化物的个数相对于圆当量直径是1.0μm以上的单独氧化物和圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合氧化物的总个数的比例是30％以上。
通过具有上述构成，在本实施方式的钢材中，可获得优异的切削性，而且，在对钢材实施氮化处理而形成曲轴的情况下，可获得优异的耐磨性、优异的弯曲疲劳强度、以及优异的弯曲矫正性。
[对于曲轴]
本实施方式的曲轴是在对上述的本实施方式的钢材进行热锻之后实施氮化处理而制造的。图2是表示本实施方式的曲轴的主要部分的一个例子的图。参照图2，本实施方式的曲轴10具备销部11、轴颈部12、以及臂部13。轴颈部12与曲轴10的旋转轴线同轴地配置。销部11相对于曲轴10的旋转轴线偏离地配置。臂部13配置于销部11与轴颈部12之间，与销部11和轴颈部12相连。曲轴10既可以在销部11的与臂部13相邻的相邻部分设置有未图示的圆角部，也可以在轴颈部12的与臂部13相邻的相邻部分设置有未图示的圆角部。
轴颈部12由未图示的轴承支承为可旋转，与发动机等驱动源相连。销部11插入未图示的连杆的大端部。受到来自驱动源的驱动力而使曲轴10绕轴线旋转，从而使连杆进行上下运动。此时，销部11和轴颈部12一边承受外力一边滑动。
图3是图2中的曲轴10的销部11或轴颈部12的表层附近的剖视图。曲轴10的至少销部11和轴颈部12具备：氮化层20，其形成于表层；以及芯部23，其位于比氮化层20靠内部的位置。氮化层20通过氮化处理形成，包括化合物层21和扩散层22。化合物层21形成于曲轴10的最表层，含有作为Fe氮化物的ε相。扩散层22形成于比化合物层靠内部的位置，被固溶N和/或Al氮化物、Cr氮化物、Mo氮化物等氮化物强化。芯部23是比氮化层20靠内部的母材部分，且是未受到氮化处理的影响的部分。
氮化层20的深度可根据氮化处理的条件适当调整。
[对于芯部的化学组成]
曲轴的销部和轴颈部的芯部的化学组成与本实施方式的钢材的化学组成相同。即，曲轴的芯部的化学组成以质量％计含有C：0.25％～0.35％、Si：0.05％～0.35％、Mn：0.85％～1.20％、P：0.080％以下、S：0.030％～0.100％、Cr：0.10％以下、Ti：0.050％以下、Al：0.050％以下、N：0.005％～0.024％、O：0.0100％以下、Cu：0～0.20％、Ni：0～0.20％、Mo：0～0.10％、Nb：0～0.050％、Ca：0～0.0100％、Bi：0～0.30％、Te：0～0.0100％、Zr：0～0.0100％、Pb：0～0.09％，并且剩余部分由Fe和杂质构成，以数学式(1)定义的Fn1是1.00～2.05，以数学式(2)定义的Fn2是0.42～0.60。
在芯部中还满足以下(I)～(III)。
(I)在芯部中，圆当量直径是5.0μm以上的MnS单独夹杂物和圆当量直径是5.0μm以上的MnS复合夹杂物的数量密度SN是20个/mm2以上。
(II)在芯部中，圆当量直径是1.0μm以上的MnS单独夹杂物和圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合夹杂物的总个数相对于圆当量直径是1.0μm以上的夹杂物的总个数的比例(也就是MnS系夹杂物个数比例RAMnS)是70％以上。
(III)在芯部中，圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合氧化物的个数相对于圆当量直径是1.0μm以上的氧化物(单独氧化物和MnS复合氧化物)的总个数的比例(也就是MnS复合氧化物个数比例RAOX)是30％以上。
曲轴的销部和轴颈部的芯部的(I)～(III)的条件与钢材的(I)～(III)相同。因而，芯部中的数量密度SN的优选的下限值、MnS系夹杂物个数比例RAMnS的优选的下限值、MnS复合氧化物个数比例RAOX的优选的下限值与钢材中的数量密度SN的优选的下限值、MnS系夹杂物个数比例RAMnS的优选的下限值、MnS复合氧化物个数比例RAOX的优选的下限值相同。
[制造方法]
以下，说明本实施方式的钢材的制造方法的一个例子和曲轴的制造方法的一个例子。此外，本实施方式的钢材和曲轴具有上述构成即可，制造方法并不限定于以下的制造方法。不过，以下说明的制造方法是制造本实施方式的钢材和曲轴的优选的一个例子。
首先，对本实施方式的钢材的制造方法的一个例子进行说明。钢材的制造方法的一个例子包括制钢工序和热加工工序。以下，对各工序进行说明。
[制钢工序]
制钢工序包括精炼工序和连铸工序。
[精炼工序]
在精炼工序中，实施采用了转炉的一次精炼，之后，实施采用了LF(LadleFurnace)和RH(Ruhrstahl-Hausen)的二次精炼。
[一次精炼]
在精炼工序中，首先，对利用众所周知的方法制造成的铁水实施众所周知的铁水预处理而实施脱硫处理、脱硅处理以及脱磷处理。对已进行了脱硫处理、脱硅处理以及脱磷处理的铁水实施采用了转炉的精炼(一次精炼)并制造钢水。也可以在一次精炼时或在一次精炼后向钢水投入合金元素而调整钢水的成分。
[二次精炼]
对一次精炼后的钢水实施二次精炼。在二次精炼中，实施采用了LF的精炼，接下来，实施RH真空脱气处理，使钢材的夹杂物的形态满足(I)～(III)。
[采用了LF的精炼]
在二次精炼中，首先，实施由LF进行的脱硫处理，进一步地去除钢水中的夹杂物。对于采用了LF的精炼，以满足以下条件的方式进行作业。
(i)采用了LF的精炼中的钢水的氧含量设为40ppm以下。
(ii)采用了LF的精炼中的钢水温度设为1550℃以上。
[对于条件(i)]
采用了LF的精炼中的钢水中的氧含量和钢水温度给MnS系夹杂物的形态带来影响。若采用了LF的精炼中的钢水中的氧含量超过40ppm，则即使钢水温度是1550℃以上，也会结晶出粗大的块状的MnS系夹杂物。在该情况下，块状MnS系夹杂物上浮而由熔渣吸收，作为产品的钢材中的MnS系夹杂物(MnS单独夹杂物和MnS复合夹杂物)的个数会降低。或者，MnS系夹杂物呈粗大的形态残存于钢中，因此，作为产品的钢材中的MnS系夹杂物的个数会降低。其结果，钢材中的圆当量直径是5.0μm以上的MnS系夹杂物的数量密度SN小于20个/mm2。
[对于条件(ii)]
同样地，若采用了LF的精炼中的钢水温度小于1550℃，则即使钢水的氧含量是40ppm以下，也会结晶出粗大的块状的MnS系夹杂物。在该情况下，块状MnS系夹杂物上浮而由熔渣吸收，或者，MnS系夹杂物呈粗大的形态残存于钢中，因此，作为产品的钢材中的MnS系夹杂物的个数会降低。其结果，钢材中的圆当量直径是5.0μm以上的MnS系夹杂物的数量密度SN小于20个/mm2。
将采用了LF的精炼中的钢水的氧含量调整成40ppm以下、且将采用了LF的精炼中的钢水温度调整成1550℃以上，从而抑制在采用了LF的精炼过程中结晶出MnS系夹杂物。此外，也可以是，在采用了LF的精炼过程中，向钢水投入合金元素而实施成分调整。
[RH真空脱气处理]
在采用了LF的精炼后，实施RH(Ruhrstahl-Hausen)真空脱气处理而实施脱气(钢水中的N、H的去除)和夹杂物的分离去除。在RH真空脱气处理中，根据需要，向钢水投入合金元素而实施成分调整。在RH真空脱气处理中，以满足以下条件(iii)～(v)的方式进行作业。
(iii)RH真空脱气处理中的钢水温度设为1550℃以上。
(iv)RH真空脱气处理的结束前5分钟的钢水的溶解氧量处于40ppm～120ppm的范围内。
(v)在RH真空脱气处理结束前向钢水投入Al而实施脱氧处理，由Al投入实现的脱氧处理时间设为5分钟以内。
[对于条件(iii)]
若RH真空脱气处理中的钢水温度小于1550℃，则即使钢水的氧含量是40ppm～120ppm，也会结晶出粗大的块状的MnS系夹杂物。在该情况下，块状MnS系夹杂物上浮而由熔渣吸收，或者，MnS系夹杂物呈粗大的形态而残存于钢中，因此，作为产品的钢材中的MnS系夹杂物的个数会降低。其结果，钢材中的圆当量直径是5.0μm以上的MnS系夹杂物的数量密度SN小于20个/mm2。
[对于条件(iv)]
若RH真空脱气处理的结束前5分钟的钢水的溶解氧量小于40ppm，则会产生许多未以氧化物为子核的MnS，MnS复合氧化物的生成量会变少。因此，在钢材中，圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合氧化物的个数相对于圆当量直径是1.0μm以上的氧化物(单独氧化物和MnS复合氧化物)的总个数的比例(也就是MnS复合氧化物个数比例RAOX)小于30％。
另一方面，若RH真空脱气处理的结束前5分钟的钢水的溶解氧量超过120ppm，则会生成粗大的MnS系夹杂物。在该情况下，由于在钢材中生成粗大的MnS系夹杂物，因此MnS系夹杂物的个数自身会变少。其结果，钢材中的圆当量直径是5.0μm以上的MnS系夹杂物的数量密度SN小于20个/mm2。另外，在作为产品的钢材中，圆当量直径是1.0μm以上的MnS单独夹杂物和圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合夹杂物的总个数相对于圆当量直径是1.0μm以上的夹杂物的总个数的比例(也就是MnS系夹杂物个数比例RAMnS)小于70.0％。
[对于条件(v)]
在由RH真空脱气处理结束前的Al投入实现的脱氧处理时间超过了5分钟的情况下，在钢水中会生成许多粗大的单独氧化物。在该情况下，在铸造工序中，粗大的单独氧化物未作为MnS系夹杂物的子核发挥功能。其结果，会生成未与单独氧化物结合的MnS单独夹杂物，抑制MnS复合氧化物的生成。其结果，在作为产品的钢材中，圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合氧化物的个数相对于圆当量直径是1.0μm以上的氧化物的总个数的比例(也就是MnS复合氧化物个数比例RAOX)小于30％。
若将RH真空脱气处理中的钢水温度调整成1550℃以上，并且调整RH真空脱气处理的钢水中的溶解氧量从而使RH真空脱气处理的结束前5分钟的钢水的溶解氧量成为40ppm～120ppm，并且将由在RH真空脱气处理结束前实施的Al投入实现的脱氧处理的处理时间设为5分钟以内，则能够在下一工序即铸造工序前的钢水中抑制粗大的MnS系夹杂物的生成，并且，能够生成许多在下一工序即铸造工序中作为MnS生成的核发挥功能的微细的氧化物。
[连铸工序]
在连铸工序中，使用上述精炼工序后的钢水并利用连铸法制造钢锭。在连铸工序中，在以下条件下实施铸造。
(vi)从连铸开始到连铸结束的铸造速度设为0.6m/分～1.0m/分。
[对于条件(vi)]
若连铸工序中的铸造速度小于0.6m/分，则铸造速度过慢。在该情况下，虽然在凝固阶段生成MnS系夹杂物，但会粗大化，因此，作为结果，MnS系夹杂物的个数自身会变少。其结果，在作为产品的钢材中，圆当量直径是1.0μm以上的MnS单独夹杂物和圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合夹杂物的总个数相对于圆当量直径是1.0μm以上的夹杂物的总个数的比例(也就是MnS系夹杂物个数比例RAMnS)小于70％。
另一方面，若连铸工序中的铸造速度超过1.0m/分，则铸造速度过快，因此，会在富集钢水中生成MnS系夹杂物。此时，MnS未与单独氧化物结合，而是作为MnS单独夹杂物生成。其结果，在作为产品的钢材中，圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合氧化物的个数相对于圆当量直径是1.0μm以上的氧化物的总个数的比例(也就是MnS复合氧化物个数比例RAOX)小于30％。
通过以上的精炼工序和铸造工序来制造含有满足上述(I)～(III)的夹杂物的钢锭。
[热加工工序]
在热加工工序中，对通过连铸工序制造成的钢锭实施热加工而制造钢材。钢材的形状是棒钢。
热加工工序包括粗轧工序和精轧工序。在粗轧工序中，对原材料进行热加工而制造钢坯。粗轧工序例如使用初轧机。利用初轧机对钢锭实施初轧而制造钢坯。在初轧机的下游设置有连轧机的情况下也可以是，进一步使用连轧机而对初轧后的钢坯实施热轧，进一步制造尺寸较小的钢坯。在连轧机中，具有一对水平辊的水平支架与具有一对垂直辊的垂直支架交替地排列成一列。通过以上的工序，在粗轧工序中利用钢锭制造钢坯。粗轧工序中的加热炉的加热温度并没有特别限定，例如是1100℃～1300℃。
在精轧工序中，首先使用加热炉加热钢坯。使用连轧机对加热后的钢坯实施热轧而制造作为钢材的棒钢。精轧工序中的加热炉的加热温度并没有特别限定，例如是1000℃～1250℃。另外，在精轧中，将进行最终的压下的轧制支架的出侧的钢材温度定义为最终温度。此时，最终温度例如是900℃～1150℃。最终温度由在进行最终的压下的轧制支架的出侧设置的测温计测量。以自然冷却以下的冷却速度对精轧后的钢材进行冷却，制造本实施方式的钢材。
此外，在上述的制造方法中，在热加工工序中实施粗轧工序和精轧工序而制造钢材。然而，也可以省略热加工工序中的精轧工序。另外，也可以省略上述的制造方法中的热加工工序。即使是这些制造方法，也能够制造具有上述的化学组成的各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn1和Fn2处于本实施方式的范围内的化学组成、并且满足上述的(I)～(III)的本实施方式的钢材。
[曲轴的制造方法]
接着，对使用了本实施方式的钢材的、本实施方式的曲轴的制造方法的一个例子进行说明。
本实施方式的曲轴的制造方法的一个例子具备热锻工序、切削加工工序、以及氮化处理工序。
[热锻工序]
对上述的本实施方式的钢材实施热锻而制造具有曲轴的形状的中间品。热锻前的钢材的加热温度例如是1100℃～1350℃。在此所谓的加热温度是指加热炉的炉温(℃)。加热温度的保持时间并没有特别限定，保持至使钢材的温度与炉温相等。热锻的最终温度例如是1000℃～1300℃。
以众所周知的方法冷却热锻后的中间品。冷却方法例如是自然冷却。根据需要，对冷却后的中间品实施喷丸等喷砂处理而去除在热锻时所生成的氧化皮。
[切削加工工序]
对热锻工序后的中间品实施切削加工。利用切削加工将中间品设为进一步接近产品形状的形状。
[氮化处理工序]
对切削加工后的中间品实施氮化处理。在本实施方式中，采用众所周知的氮化处理。氮化处理例如是气体氮化、盐浴氮化、离子氮化等。氮化中的炉内气氛气体既可以仅是NH3，也可以是含有NH3、N2和/或H2的混合气体。另外，也可以使这些气体含有渗碳性的气体而实施软氮化处理。也就是说，在本说明书中所谓的氮化处理包括软氮化处理。
在实施气体软氮化处理的情况下，例如，使用将吸热型转化气体(RX气体)和氨气以1：1混合而成的气氛气体，将氮化处理温度设为500℃～650℃，将氮化处理温度的保持时间设为0.5小时～8.0小时。对氮化处理后的中间品进行骤冷。骤冷方法是水冷或油冷。氮化处理条件并不限定于上述条件，以氮化层成为期望的深度的方式适当调整即可。
通过以上的氮化处理工序制造在表层形成有氮化层的曲轴。
实施例
以下，利用实施例(第1实施例和第2实施例)进一步具体地说明本实施方式的钢材和曲轴的效果。以下的实施例中的条件是为了确认本实施方式的钢材和曲轴的可实施性和效果而采用的一条件例。因而，本实施方式的钢材和曲轴并不限定于该一条件例。
[第1实施例]
[试验材料的制造]
利用70吨的转炉熔炼了具有表1和表2的化学组成的钢水。
[表1]
表1
[表2]
表2
在表1中的“其他”栏中表示任意元素的含量。例如，在记载为“0.20Cu”的情况下，意味着Cu含量是0.20％。在记载为“-”的情况下，意味着任意元素的含量小于检测极限，或未含有任意元素。在对钢水实施了一次精炼之后，实施二次精炼。在二次精炼中，首先，实施采用了LF的精炼。将采用了LF的精炼中的钢水温度表示在表3中的“LF”栏的“钢水温度(℃)”栏中，将采用了LF的精炼中的钢水的氧含量表示在表3中的“LF”栏的“溶解氧量(ppm)”栏中。
[表3]
表3
在采用了LF的精炼后，实施RH真空脱气处理。将RH真空脱气处理中的钢水温度表示在表3的“RH”栏的“钢水温度(℃)”栏中。将RH真空脱气处理的结束前5分钟的钢水的溶解氧量表示在表3的“RH”栏的“溶解氧量(ppm)”栏中。将由RH真空脱气处理结束前的Al投入实现的脱氧处理时间表示在表3的“RH”栏的“Al脱氧时间(分)”栏中。在“LF”栏的“钢水温度(℃)”栏中，“X1-X2”是指采用了LF的精炼中的钢水温度在X1℃～X2℃的范围内变动。在“LF”栏的“溶解氧量(ppm)”栏中，“X3-X4”是指采用了LF的精炼中的钢水的氧含量在X3ppm～X4ppm的范围内变动。在“RH”栏的“钢水温度(℃)”栏中，“X5-X6”是指RH真空脱气处理中的钢水温度在X5℃～X6℃的范围内变动。在“RH”栏的“溶解氧量(ppm)”栏中，“X7-X8”是指RH真空脱气处理的结束前5分钟的钢水的溶解氧量在X7ppm～X8ppm的范围内变动。在“RH”栏的“Al脱氧时间(分)”栏中，“X9”是指由RH真空脱气处理结束前的Al投入实现的脱氧处理时间是X9分钟。
使用二次精炼后的钢水并利用连铸法制造钢锭。从连铸的开始到结束的铸造速度表示在表3中的“连铸”栏的“铸造速度(m/分)”栏中。在“连铸”栏的“铸造速度(m/分)”栏中，“X10-X11”是指从连铸的开始到结束的铸造速度在X10m/分～X11m/分的范围内变动。
对制造成的钢锭实施粗轧工序，从而制造与长度方向垂直的截面是180mm×180mm的矩形形状的钢坯。粗轧工序中的加热温度均处于1200℃～1260℃的范围内。使用所制造的钢坯而实施精轧工序，并在大气中自然冷却而制造作为直径是80mm的棒钢的钢材。精轧工序中的加热温度是1050℃～1200℃，最终温度是900℃～1150℃。通过以上的制造工序制造成为曲轴的原材料的钢材。
对各试验编号的钢材实施了以下评价试验。
[评价试验]
[夹杂物测量试验]
针对各试验编号的钢材利用如下方法求出数量密度SN、MnS系夹杂物个数比例RAMnS、MnS复合氧化物个数比例RAOX。
从各试验编号的钢材采集了样品。具体而言，如图1所示这样，从在径向上距钢材1的中心轴线C1的距离为R/2的位置(R是钢材的半径)采集了样品。样品的观察面是L1×L2，将L1设为10mm，将L2设为5mm，将与观察面垂直的方向上的样品厚度L3设为5mm。观察面的法线N与中心轴线C1垂直(也就是说观察面与钢材的轴向平行)，R/2位置设为观察面的大致中央位置。
对所采集的样品的观察面进行镜面研磨，使用扫描型电子显微镜(SEM)以2000倍的倍率随机观察了50个视场(每个视场的视场面积125μm×75μm)。
在各视场中，基于对比度确定了夹杂物。接下来，使用能量分散型X射线分光法(EDX)从所确定的夹杂物中确定了MnS单独夹杂物、MnS复合夹杂物、MnS复合氧化物。具体而言，对视场中的各夹杂物照射光束而检测特征X射线，实施夹杂物中的元素分析。基于各夹杂物的元素分析结果如下这样确定了夹杂物。
(a)在夹杂物中的Mn含量和S含量的合计以质量％计是80.0％以上的情况下，将该夹杂物定义为“MnS单独夹杂物”。
(b)在夹杂物中的Mn含量和S含量的合计以质量％计是15.0％～小于80.0％的情况下，将该夹杂物定义为“MnS复合夹杂物”。
(c)在夹杂物中的Al含量、Ca含量以及O含量的合计以质量％计是80.0％以上、且Mn含量和S含量的合计以质量％计小于15.0％的情况下，将该夹杂物定义为“单独氧化物”。
(d)在夹杂物中的Al含量、Ca含量以及O含量的合计以质量％计是15.0％～小于80.0％、且Mn含量和S含量的合计以质量％计是15.0％～小于80.0％的情况下，将该夹杂物定义为“MnS复合氧化物”。
作为上述确定对象的夹杂物设为圆当量直径是1.0μm以上的夹杂物。夹杂物的确定所使用的EDX的光束直径设为50nm左右。
[数量密度SN的确定]
求出在50个视场中所确定的夹杂物中的、圆当量直径是5.0μm以上的MnS单独夹杂物和圆当量直径是5.0μm以上的MnS复合夹杂物的总个数。基于圆当量直径是5.0μm以上的MnS单独夹杂物和圆当量直径是5.0μm以上的MnS复合夹杂物的总个数以及50个视场的总面积求出数量密度SN(个/mm2)。
[MnS系夹杂物个数比例RAMnS的确定]
求出在50个视场中所确定的夹杂物中的、圆当量直径是1.0μm以上的夹杂物的总个数。而且，求出在50个视场中所确定的夹杂物中的、圆当量直径是1.0μm以上的MnS单独夹杂物和圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合夹杂物的总个数。基于圆当量直径是1.0μm以上的夹杂物的总个数以及圆当量直径是1.0μm以上的MnS单独夹杂物和圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合夹杂物的总个数并利用如下数学式求出MnS系夹杂物个数比例RAMnS(％)。
RAMnS＝(圆当量直径是1.0μm以上的MnS单独夹杂物和圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合夹杂物的总个数)/(圆当量直径是1.0μm以上的夹杂物的总个数)×100
[MnS复合氧化物个数比例RAOX的确定]
求出在50个视场中所确定的夹杂物中的、圆当量直径是1.0μm以上的氧化物(单独氧化物和MnS复合氧化物)的总个数。而且，求出在50个视场中所确定的夹杂物中的、圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合氧化物的总个数。基于圆当量直径是1.0μm以上的氧化物的总个数和圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合氧化物的总个数并利用如下数学式求出MnS复合氧化物个数比例RAOX(％)。
RAOX＝(圆当量直径是1.0μm以上的MnS复合氧化物的总个数)/(圆当量直径是1.0μm以上的氧化物的总个数)×100
[弯曲疲劳试验]
对各试验编号的钢材(直径80mm的棒钢)实施了设想曲轴的制造工序的热锻工序而得到的热锻延。具体而言，以1200℃对钢材进行加热。对所加热的钢材实施热锻延，并在大气中自然冷却到常温，制造了直径50mm的锻延材。热锻延的最终温度是1000℃～1050℃。
从锻延材的R/2位置采集了图4所示的小野式旋转弯曲疲劳试验片(以下称为疲劳试验片)。疲劳试验片的长度方向与锻延材的长度方向平行。疲劳试验片的中心轴线与R/2位置大致一致。图4中的带有mm的数值表示尺寸(单位是mm)。图4中的“φ”表示直径，“R”表示曲率半径。
对制作成的疲劳试验片实施了设想曲轴的制造工序的氮化处理而得到的软氮化处理。将软氮化处理的处理温度设为580℃～600℃，将处理温度的保持时间设为1.5小时～2.0小时。软氮化处理的气氛气体设为众所周知的气氛气体(NH3+RX气体)。对经过保持时间后的疲劳试验片进行水冷而制作出模拟曲轴的疲劳试验片。
使用所制作的疲劳试验片而实施了小野式旋转弯曲疲劳试验。具体而言，在常温下，在大气中，将旋转速度设为3000rpm(50Hz)，将试验中止次数设为1×107次。以600MPa、630MPa、660MPa这3个条件分别实施应力振幅，设为使各应力振幅下的试验次数N＝2。基于所获得的结果如下这样评价弯曲疲劳强度。
评价A：在应力振幅660MPa时，两次都未断裂(耐久)
评价B：在应力振幅630MPa时，两次都未断裂(耐久)，在应力振幅660MPa时，断裂1次以上
评价C：在应力振幅600MPa时，两次都未断裂(耐久)，在应力振幅630MPa时，断裂1次以上
评价D：在应力振幅600MPa时，断裂1次以上
在评价A～评价C的情况下，判断为旋转弯曲疲劳强度优异，在评价D的情况下，判断为旋转弯曲疲劳强度较低。
[弯曲矫正性评价试验]
对各试验编号的钢材(直径80mm的棒钢)实施了设想曲轴的制造工序的热锻工序而得到的热锻延。具体而言，以1200℃对钢材进行加热。对所加热的钢材实施热锻延，并在大气中自然冷却到常温，制造了直径50mm的锻延材。热锻延的最终温度是1000℃～1050℃。
从锻延材的R/2位置采集了图5所示的4点弯曲试验片。在图5中示出了4点弯曲试验片的主视图210、侧视图220、以及俯视图230。在图中带有“mm”的数值表示尺寸。图中的带有“R”的尺寸意味着曲率半径。在4点弯曲试验片的长度方向的中央位置设置有在与长度方向垂直的方向上延伸的半圆状的凹口部(凹口底的曲率半径3mm、深度2mm)。
对制作成的4点弯曲试验片实施了设想曲轴的制造工序的氮化处理而得到的软氮化处理。将软氮化处理的处理温度设为580℃～600℃，将处理温度的保持时间设为1.5小时～2.0小时。软氮化处理的气氛气体设为众所周知的气氛气体(NH3+RX气体)。对经过保持时间后的疲劳试验片进行水冷而制作出模拟曲轴的4点弯曲试验片。
对制作成的4点弯曲试验片实施了弯曲矫正试验。首先，将标距长度2mm的应变仪粘贴(粘接)到4点弯曲试验片的凹口部的凹口底。之后，以4点弯曲方式实施对凹口底施加拉伸应变的4点弯曲试验直到应变仪断线为止。在4点弯曲试验中，实施了内侧支点间距离设为30mm并且外侧支点间距离设为80mm的4点弯曲。4点弯曲时的应变速度设为2mm/分。求出了应变仪断线时的最大应变量(με)。对于4点弯曲试验而言，针对各试验编号各实施10次，将在10次试验中获得的最大应变量的平均设为弯曲矫正应变量。基于所获得的弯曲矫正应变量如下这样评价弯曲矫正性。
评价A：弯曲矫正应变量是40000με以上。
评价B：弯曲矫正应变量是30000με～小于40000με。
评价C：弯曲矫正应变量是20000με～小于30000με。
评价D：弯曲矫正应变量小于20000με。
在评价A～评价C的情况下，判断为弯曲矫正性优异，在评价D的情况下，判断为弯曲矫正性较差。
[切削性评价试验]
对各试验编号的钢材(直径80mm的棒钢)实施了设想曲轴的制造工序的热锻工序而得到的热锻延。具体而言，以1200℃对钢材进行加热。对所加热的钢材实施热锻延，并在大气中自然冷却到常温，制造了直径50mm的锻延材。热锻延的最终温度是1000℃～1050℃。在与长度方向垂直的方向上切断锻延材而采集了直径50mm、长度200mm的样品。
对样品的与长度方向垂直的表面(剖面)的R/2位置实施使用了深孔钻的开孔加工并评价切削性。具体而言，使用直径9.5mm的标准深孔钻(TUNGALOY CORPORATION制、无断屑槽(日文：ブレーカー))并在R/2位置与轴向平行地实施了开孔加工。将开孔加工时的切削速度设为107mm/分(钻头转速是3600rpm)，将进给速度设为0.023mm/rev，将穿孔距离设为90mm/孔。在根据以上的条件实施了200孔的开孔加工之后，测量深孔钻的后刀面的磨损量。根据所获得的磨损量如下这样评价切削性。
评价A：磨损量小于30μm
评价B：磨损量是30μm～小于40μm
评价C：磨损量是40μm～小于50μm
评价D：磨损量是50μm以上
在评价A～评价C的情况下，判断为切削性优异，在评价D的情况下，判断为切削性较差。
[耐磨性评价试验]
从在切削性评价试验中制作成的直径50mm的锻延材的R/2位置采集了10mm×15mm×6.35mm的块状材料。15mm×6.35mm的试验面设为与锻延材的中心轴线平行。
对块状材料实施了设想曲轴的制造工序的氮化处理而得到的软氮化处理。将软氮化处理的处理温度设为580℃～600℃，将处理温度的保持时间设为1.5小时～2.0小时。软氮化处理的气氛气体设为众所周知的气氛气体(NH3+RX气体)。对经过保持时间后的块状材料进行水冷而制作出模拟曲轴的块状试验片。
对块状试验片的试验面(10mm×6.35mm)实施研磨加工而使试验面的算术平均粗糙度Ra成为0.2。其中，算术平均粗糙度Ra依据JIS B 0601(2013)而测量，基准长度设为5mm。
使用样品材料并实施了图6所示的环块法磨损试验。参照图6，环块法磨损试验机100具备环试验片103和储存有润滑油102的浴槽101。润滑油102使用粘度是0W-20的市场上销售的机油。环试验片103的原材料设为一般的轴承金属材料即Al合金。Al合金以质量％计含有12％的Sn和3％的Si，剩余部分是Al。环试验片103的外径D是35mm，环试验片103的宽度W是8.7mm。
如图6所示那样，将环试验片103的下部浸渍到浴槽101中的润滑油102内。然后，将块状试验片50配置到环试验片103的上方。此时，以块状试验片50的试验面51与环试验片103相对的方式配置块状试验片50。在从块状试验片50的上方朝向下方以100N的载荷P将块状试验片50按压到环试验片103的外周面的状态下，使环试验片103旋转而实施磨损试验。此时，将环试验片103的旋转速度设为700rpm，将滑动速度设为1.28m/秒。反复进行如下行为，持续试验直到滑动时间(试验时间)的合计成为100小时为止：从开始试验起每隔60分钟中断试验并擦除块状试验片50的试验面51中的、与环试验片103的外周面接触的接触部分52的润滑油，之后再次开始试验。在滑动时间(试验时间)经过了100小时时，结束试验。
针对试验结束后的块状试验片50的试验面51的接触部分52，使用SEM以1000倍的倍率观察任意的5个视场(各视场都是250μm×150μm)，调查了化合物层的剥离的有无和化合物层上的微细裂纹的有无。基于调查结果如下这样评价耐磨性。
评价A：没有剥离、没有微细裂纹
评价B：没有剥离、有微细裂纹
评价D：有剥离
在评价A和评价B的情况下，判断为耐磨性优异，在评价D的情况下，判断为耐磨性较差。
[试验结果]
将试验结果表示在表4和表5中。
[表4]
表4
[表5]
表5
参照表4和表5，试验编号1～试验编号63的化学组成中的各元素含量恰当，Fn1是1.00～2.05，Fn2是0.42～0.60。而且，制造条件也恰当。因此，数量密度SN是20个/mm2以上，MnS系夹杂物个数比例RAMnS是70％以上，MnS复合氧化物个数比例RAOX是30％以上。因此，获得了优异的旋转弯曲疲劳强度，获得了优异的弯曲矫正性，获得了优异的切削性，获得了优异的耐磨性。
另一方面，试验编号64的C含量过高。因此，弯曲矫正应变量小于20000με，弯曲矫正性较低。
试验编号65的C含量过低。因此，在小野式旋转弯曲疲劳试验中，在应力振幅600Mpa下在达到1×107次之前断裂，弯曲疲劳强度较低。
试验编号66的Si含量过高。因此，弯曲矫正应变量小于20000με，弯曲矫正性较低。
试验编号67的Si含量过低。因此，在小野式旋转弯曲疲劳试验中，在应力振幅600MPa下在达到1×107次之前断裂，弯曲疲劳强度较低。
试验编号68的Mn含量过高。因此，弯曲矫正应变量小于20000με，弯曲矫正性较低。
试验编号69的Mn含量过低。因此，在小野式旋转弯曲疲劳试验中，在应力振幅600MPa下在达到1×107次之前断裂，弯曲疲劳强度较低。
试验编号70的P含量过高。因此，在小野式旋转弯曲疲劳试验中，在应力振幅600MPa下在达到1×107次之前断裂，弯曲疲劳强度较低。
试验编号71的S含量过低。因此，在切削性评价试验中深孔钻的后刀面的磨损量成为50μm以上，切削性较低。
试验编号72的Cr含量过高。因此，弯曲矫正应变量小于20000με，弯曲矫正性较低。
试验编号73的Ti含量过高。因此，在小野式旋转弯曲疲劳试验中，在应力振幅600MPa下在达到1×107次之前断裂，弯曲疲劳强度较低。
试验编号74的Al含量过高。因此，弯曲矫正应变量小于20000με，弯曲矫正性较低。
试验编号75的N含量过低。因此，在小野式旋转弯曲疲劳试验中，在应力振幅600MPa下在达到1×107次之前断裂，弯曲疲劳强度较低。
试验编号76的O含量过高。因此，在小野式旋转弯曲疲劳试验中，在应力振幅600MPa下在达到1×107次之前断裂，弯曲疲劳强度较低。另外，在环块法磨损试验后的块状试验片的试验面观察到化合物层的剥离，耐磨性较低。
在试验编号77中，虽然各元素含量处于本实施方式的范围内，但以数学式(1)定义的Fn1超过了上限。因此，弯曲矫正应变量小于20000με，弯曲矫正性较低。
在试验编号78中，虽然各元素含量处于本实施方式的范围内，但以数学式(1)定义的Fn1小于下限。因此，在小野式旋转弯曲疲劳试验中，在应力振幅600MPa下在达到1×107次之前断裂，弯曲疲劳强度较低。
在试验编号79中，虽然各元素含量处于本实施方式的范围内，但以数学式(2)定义的Fn2超过了上限。因此，在切削性评价试验中深孔钻的后刀面的磨损量成为50μm以上，切削性较低。
在试验编号80中，虽然各元素含量处于本实施方式的范围内，但以数学式(2)定义的Fn2小于下限。因此，在小野式旋转弯曲疲劳试验中，在应力振幅600MPa下在达到1×107次之前断裂，弯曲疲劳强度较低。
在试验编号81中，虽然化学组成的各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn1和Fn2也处于本实施方式的范围内，但采用了LF的精炼中的溶解氧量超过了40ppm。因此，数量密度SN小于20个/mm2。其结果，在切削性评价试验中深孔钻的后刀面的磨损量成为50μm以上，切削性较低。
在试验编号82中，虽然化学组成的各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn1和Fn2也处于本实施方式的范围内，但连铸工序中的铸造速度小于0.6m/分。因此，MnS系夹杂物个数比例RAMnS小于70％。其结果，在环块法磨损试验后的块状试验片的试验面观察到化合物层的剥离，耐磨性较低。
在试验编号83中，虽然化学组成的各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn1和Fn2也处于本实施方式的范围内，但RH真空脱气处理的结束前5分钟的钢水的溶解氧量小于40ppm。因此，MnS复合氧化物个数比例RAOX小于30％。其结果，在环块法磨损试验后的块状试验片的试验面观察到化合物层的剥离，耐磨性较低。
[第2实施例]
[试验材料的制造]
利用70吨的转炉熔炼了具有表6的化学组成的钢水。
[表6]
表6
对钢水实施二次精炼。在二次精炼中，首先，实施采用了LF的精炼。将采用了LF的精炼中的钢水的氧含量表示在表7中的“LF”栏的“溶解氧量(ppm)”栏中，将采用了LF的精炼中的钢水温度表示在表7中的“LF”栏的“钢水温度(℃)”栏中。
[表7]
表7
在采用了LF的精炼后，实施RH真空脱气处理。将RH真空脱气处理中的钢水温度表示在表7的“RH”栏的“钢水温度(℃)”栏中。将RH真空脱气处理的结束前5分钟的钢水的溶解氧量表示在表7的“RH”栏的“溶解氧量(ppm)”栏中。将由RH真空脱气处理结束前的Al投入实现的脱氧处理时间表示在表7的“RH”栏的“Al脱氧时间(分)”栏中。在“LF”栏的“钢水温度(℃)”栏中，“X1-X2”是指采用了LF的精炼中的钢水温度在X1℃～X2℃的范围内变动。在“LF”栏的“溶解氧量(ppm)”栏中，“X3-X4”是指采用了LF的精炼中的钢水的氧含量在X3ppm～X4ppm的范围内变动。在“RH”栏的“钢水温度(℃)”栏中，“X5-X6”是指RH真空脱气处理中的钢水温度在X5℃～X6℃的范围内变动。在“RH”栏的“溶解氧量(ppm)”栏中，“X7-X8”是指RH真空脱气处理的结束前5分钟的钢水的溶解氧量在X7ppm～X8ppm的范围内变动。在“RH”栏的“Al脱氧时间(分)”栏中，“X9”是指由RH真空脱气处理结束前的Al投入实现的脱氧处理时间是X9分钟。
使用二次精炼后的钢水并利用连铸法制造钢锭。从连铸的开始到结束的铸造速度表示在表7中的“连铸”栏的“铸造速度(m/分)”栏中。在“连铸”栏的“铸造速度(m/分)”栏中，“X10-X11”是指从连铸的开始到结束的铸造速度在X10m/分～X11m/分的范围内变动。
对制造成的钢锭实施粗轧工序，从而制造与长度方向垂直的截面是180mm×180mm的矩形形状的钢坯。粗轧工序中的加热温度均处于1200℃～1260℃的范围内。
使用所制造的钢坯而实施精轧，并在大气中自然冷却而制造作为直径是80mm的棒钢的钢材。针对各试验编号的钢材实施了如下评价试验。
[评价试验]
[夹杂物测量试验]
针对各试验编号的钢材，利用与第1实施例的方法相同的方法求出数量密度SN、MnS系夹杂物个数比例RAMnS、MnS复合氧化物个数比例RAOX。
[切削性评价试验]
在各试验编号中，以与第1实施例的方法相同的方法实施切削性评价试验，以与第1实施例的基准相同的基准评价切削性。
[耐磨性评价试验]
在各试验编号中，以与第1实施例的方法相同的方法实施耐磨性评价试验，以与第1实施例的耐磨性评价试验的基准相同的基准评价耐磨性。
[试验结果]
将试验结果表示在表7中。参照表7，试验编号84～试验编号90的化学组成中的各元素含量恰当，Fn1是1.00～2.05，Fn2是0.42～0.60。而且，制造条件也恰当。因此，数量密度SN是20个/mm2以上，MnS系夹杂物个数比例RAMnS是70.0％以上，MnS复合氧化物个数比例RAOX是30.0％以上。因此，获得了优异的旋转弯曲疲劳强度，获得了优异的弯曲矫正性，获得了优异的切削性，获得了优异的耐磨性。
另一方面，在试验编号91中，虽然化学组成的各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn1和Fn2也处于本实施方式的范围内，但采用了LF的精炼中的钢水温度小于1550℃。因此，数量密度SN小于20个/mm2。其结果，在切削性评价试验中深孔钻的后刀面的磨损量成为50μm以上，切削性较低。
在试验编号92中，虽然化学组成的各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn1和Fn2也处于本实施方式的范围内，但采用了LF的精炼中的溶解氧量超过了40ppm。因此，数量密度SN小于20个/mm2。其结果，在切削性评价试验中深孔钻的后刀面的磨损量成为50μm以上，切削性较低。
另一方面，在试验编号93中，虽然化学组成的各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn1和Fn2也处于本实施方式的范围内，但RH真空脱气处理中的钢水温度小于1550℃。因此，数量密度SN小于20个/mm2。其结果，在切削性评价试验中深孔钻的后刀面的磨损量成为50μm以上，切削性较低。
在试验编号94中，虽然化学组成的各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn1和Fn2也处于本实施方式的范围内，但RH真空脱气处理的结束前5分钟的钢水的溶解氧量超过了120ppm。因此，数量密度SN小于20个/mm2。而且，MnS系夹杂物个数比例RAMnS小于70％。其结果，在环块法磨损试验后的块状试验片的试验面观察到化合物层的剥离，耐磨性较低。而且，在切削性评价试验中深孔钻的后刀面的磨损量成为50μm以上，切削性较低。
在试验编号95中，虽然化学组成的各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn1和Fn2也处于本实施方式的范围内，但RH真空脱气处理的结束前5分钟的钢水的溶解氧量小于40ppm。因此，MnS复合氧化物个数比例RAOX小于30％。其结果，在环块法磨损试验后的块状试验片的试验面观察到化合物层的剥离，耐磨性较低。
在试验编号96中，虽然化学组成的各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn1和Fn2也处于本实施方式的范围内，但由RH真空脱气处理结束前的Al投入实现的脱氧处理时间超过了5分钟。因此，MnS复合氧化物个数比例RAOX小于30％。其结果，在环块法磨损试验后的块状试验片的试验面观察到化合物层的剥离，耐磨性较低。
在试验编号97中，虽然化学组成的各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn1和Fn2也处于本实施方式的范围内，但连铸工序中的铸造速度超过了1.0m/分。因此，MnS复合氧化物个数比例RAOX小于30％。其结果，在环块法磨损试验后的块状试验片的试验面观察到化合物层的剥离，耐磨性较低。
在试验编号98中，虽然化学组成的各元素含量处于本实施方式的范围内且Fn1和Fn2也处于本实施方式的范围内，但连铸工序中的铸造速度小于0.6m/分。因此，MnS系夹杂物个数比例RAMnS小于70％。其结果，在环块法磨损试验后的块状试验片的试验面观察到化合物层的剥离，耐磨性较低。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。然而，上述的实施方式只不过是用于实施本发明的例示。因而，本发明并不限定于上述的实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内对上述的实施方式进行适当变更而实施。
附图标记说明
1、钢材；10、曲轴；11、销部；12、轴颈部；13、臂部；20、氮化层；23、芯部。

Claims (4)

1.一种钢材，其中，该钢材以质量％计含有：
C：0.25％～0.35％、
Si：0.05％～0.35％、
Mn：0.85％～1.20％、
P：0.080％以下、
S：0.030％～0.100％、
Cr：0.10％以下、
Ti：0.050％以下、
Al：0.050％以下、
N：0.005％～0.024％、以及
O：0.0100％以下，
剩余部分由Fe和杂质构成，
以数学式(1)定义的Fn1是1.00～2.05，
以数学式(2)定义的Fn2是0.42～0.60，
在所述钢材中的夹杂物中，
将Mn含量和S含量的合计以质量％计是80.0％以上的夹杂物定义为MnS单独夹杂物、
将Mn含量和S含量的合计以质量％计是15.0％～小于80.0％的夹杂物定义为MnS复合夹杂物、
将Al含量、Ca含量以及O含量的合计以质量％计是80.0％以上、且Mn含量和S含量的合计以质量％计小于15.0％的夹杂物定义为单独氧化物、
将Al含量、Ca含量以及O含量的合计以质量％计是15.0％～小于80.0％、且Mn含量和S含量的合计以质量％计是15.0％～小于80.0％的夹杂物定义为MnS复合氧化物，此时，
在所述钢材中，
圆当量直径是5.0μm以上的所述MnS单独夹杂物和圆当量直径是5.0μm以上的所述MnS复合夹杂物的合计的数量密度是20个/mm2以上，
圆当量直径是1.0μm以上的所述MnS单独夹杂物和圆当量直径是1.0μm以上的所述MnS复合夹杂物的总个数相对于圆当量直径是1.0μm以上的夹杂物的总个数的比例是70％以上，
圆当量直径是1.0μm以上的所述MnS复合氧化物的个数相对于圆当量直径是1.0μm以上的所述单独氧化物和圆当量直径是1.0μm以上的所述MnS复合氧化物的总个数的比例是30％以上，
Fn1＝Mn+7.24Cr+6.53Al··· (1)
Fn2＝C+0.10Si+0.19Mn+0.23Cr-0.34S··· (2)
其中，针对数学式(1)和数学式(2)中的各元素记号将相对应的元素的含量以质量％代入。
2.根据权利要求1所述的钢材，其中，
所述钢材含有从由如下要素构成的组选择的1个元素或两个元素以上来替代所述Fe的一部分：
Cu：0.20％以下、
Ni：0.20％以下、
Mo：0.10％以下、
Nb：0.050％以下、
Ca：0.0100％以下、
Bi：0.30％以下、
Te：0.0100％以下、
Zr：0.0100％以下、以及
Pb：0.09％以下。
3.一种曲轴，其中，该曲轴具备：
销部；
轴颈部；以及
臂部，其配置于所述销部与所述轴颈部之间，
至少所述销部和所述轴颈部具备：
氮化层，其形成于表层；以及
芯部，其位于比所述氮化层靠内部的位置，
所述芯部以质量％计含有：
C：0.25％～0.35％、
Si：0.05％～0.35％、
Mn：0.85％～1.20％、
P：0.080％以下、
S：0.030％～0.100％、
Cr：0.10％以下、
Ti：0.050％以下、
Al：0.050％以下、
N：0.005％～0.024％、以及
O：0.0100％以下，
剩余部分由Fe和杂质构成，
以数学式(1)定义的Fn1是1.00～2.05，
以数学式(2)定义的Fn2是0.42～0.60，
在所述芯部的夹杂物中，
将Mn含量和S含量的合计以质量％计是80.0％以上的夹杂物定义为MnS单独夹杂物、
将Mn含量和S含量的合计以质量％计是15.0％～小于80.0％的夹杂物定义为MnS复合夹杂物、
将Al含量、Ca含量以及O含量的合计以质量％计是80.0％以上、且Mn含量和S含量的合计以质量％计小于15.0％的夹杂物定义为单独氧化物、
将Al含量、Ca含量以及O含量的合计以质量％计是15.0％～小于80.0％、且Mn含量和S含量的合计以质量％计是15.0％～小于80.0％的夹杂物定义为MnS复合氧化物，此时，
在所述芯部中，
圆当量直径是5.0μm以上的所述MnS单独夹杂物和圆当量直径是5.0μm以上的所述MnS复合夹杂物的合计的数量密度是20个/mm2以上，
圆当量直径是1.0μm以上的所述MnS单独夹杂物和圆当量直径是1.0μm以上的所述MnS复合夹杂物的总个数相对于圆当量直径是1.0μm以上的夹杂物的总个数的比例是70％以上，
圆当量直径是1.0μm以上的所述MnS复合氧化物的个数相对于圆当量直径是1.0μm以上的所述单独氧化物和圆当量直径是1.0μm以上的所述MnS复合氧化物的总个数的比例是30％以上，
Fn1＝Mn+7.24Cr+6.53Al··· (1)
Fn2＝C+0.10Si+0.19Mn+0.23Cr-0.34S··· (2)
其中，针对数学式(1)和数学式(2)中的各元素记号将相对应的元素的含量以质量％代入。
4.根据权利要求3所述的曲轴，其中，
所述芯部还含有从由如下要素构成的组选择的1个元素或两个元素以上来替代所述Fe的一部分：
Cu：0.20％以下、
Ni：0.20％以下、
Mo：0.10％以下、
Nb：0.050％以下、
Ca：0.0100％以下、
Bi：0.30％以下、
Te：0.0100％以下、
Zr：0.0100％以下、以及
Pb：0.09％以下。
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