JP2024007540A - 鋼材、及び、真空浸炭機械構造用部品 - Google Patents
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Abstract
【課題】浸炭焼入れ時の熱処理ひずみを低減した鋼材を提供する。【解決手段】本開示による鋼材は、質量％で、Ｃ：０．１０～０．３０％、Ｓｉ：０．８２～１．４０％、Ｍｎ：０．９１～２．００％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０２５％以下、Ｃｒ：０．１３～０．４０％、Ａｌ：０．００５～０．１００％、Ｎ：０．００２０～０．０３００％、Ｏ：０．００１５％以下、を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１Ａ）及び式（２）を満たす。６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ＋２０００．０×Ｎ （１Ａ）Ａｌ／Ｎ≧２．７０ （２）ここで、式（１Ａ）及び式（２）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。【選択図】なし
Description
本開示は、真空浸炭処理を実施して製造される機械構造用部品である、真空浸炭機械構造用部品の素材に適した鋼材、及び、真空浸炭機械構造用部品に関する。
自動車、建設車両、鉱山機械等には、機械構造用部品が用いられる。機械構造用部品は例えば、ギヤ、シャフト、歯車等である。機械構造用部品の素材として、ＪＩＳ Ｇ ４０５３：２０１６に規定されたＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４２０、ＳＮＣＭ４２０に代表される機械構造用合金鋼鋼材が利用される。
これらの鋼材を素材とした機械構造用部品は、例えば、次の製造工程で製造される。素材である鋼材に対して熱間加工（熱間鍛造）を実施して、その後、必要に応じて切削加工を実施し、所望の形状の中間品を製造する。中間品に対して、熱処理（焼入れ及び焼戻し、浸炭処理、又は、浸炭窒化処理等）を実施して、中間品の硬さ及びミクロ組織を調整する。以上の製造工程により、機械構造用部品が製造される。
近年、自動車等の電動化に伴い、機械構造用部品の軽量化及び小型化が進んでいる。そのため、機械構造用部品には、優れた曲げ疲労強度が求められる。
機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める方法として、真空浸炭処理及び真空浸炭窒化処理が知られている。真空浸炭処理及び真空浸炭窒化処理では、機械構造用部品の表層に硬化層（浸炭層又は浸炭窒化層）が形成される。この硬化層により、機械構造用部品の曲げ疲労強度が向上する。以降の説明では、真空浸炭処理が施された機械構造用部品を、真空浸炭機械構造用部品ともいう。
曲げ疲労強度を高める技術が、特開２０１６－１９１１５１号公報（特許文献１）、及び特開２０１８－０２８１３０号公報（特許文献２）に提案されている。
特許文献１に開示された浸炭部品は、質量％で、Ｃ：０．１０～０．３０％、Ｓｉ：０．１６～１．４０％、Ｍｎ：１．４０～３．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０６０％以下、Ｃｒ：０．０１～０．２９％、Ａｌ：０．０１０～０．３００％、及び、Ｎ：０．００３～０．０３０％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる。この浸炭部品は、表面が平坦部とエッジ部とを有する。平坦部の表面から深さ０．０５ｍｍの位置までの平坦部表層領域の炭素濃度が０．７０～０．８９％であり、エッジ部の表面から深さ０．０５ｍｍの位置までのエッジ部表層領域の炭素濃度が１．２０％以下である。さらに、粒界酸化層深さが１μｍ以下であり、芯部のビッカース硬さが２６０以上である。これにより、特許文献１の浸炭部品は、エッジ部を含む形状を有する浸炭部品であっても、曲げ疲労強度に優れる、と特許文献１には記載されている。
特許文献２に開示された浸炭部品は、質量％で、Ｃ：０．１０～０．３０％、Ｓｉ：０．１６～１．４０％、Ｍｎ：１．４０～３．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０６０％以下、Ｃｒ：０．０１～０．２９％、Ａｌ：０．０１０～０．１００％、及び、Ｎ：０．００３～０．０３０％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる。この浸炭部品は、表面が平坦部とエッジ部とを有する。平坦部の表面から深さ０．０５ｍｍの位置までの平坦部表層領域の炭素濃度が０．７０～０．８９％であり、エッジ部の表面から深さ０．０５ｍｍの位置までのエッジ部表層領域の炭素濃度が１．２０％以下である。さらに、平坦部の表面から深さ０．３ｍｍの位置のビッカース硬さが６５０以上であり、粒界酸化層深さが１μｍ以下であり、芯部のビッカース硬さが２６０以上である。これにより、特許文献２の浸炭部品は、エッジ部を含む形状を有する浸炭部品であっても、曲げ疲労強度に優れる、と特許文献２には記載されている。
ところで、真空浸炭処理を実施した場合、真空浸炭機械構造用部品が変形しやすい。本明細書では、真空浸炭処理時に熱の影響により真空浸炭機械構造用部品に発生する変形を、熱処理ひずみという。熱処理ひずみにより、真空浸炭機械構造用部品の形状がひずむ。真空浸炭機械構造用部品の形状のひずみは、自動車等の運転時の騒音及び振動を引き起こす。
内燃機関を動力源とする従来の自動車等の場合、内燃機関が発する音の方が、ギヤ、歯車、シャフト等の機械構造用部品が発する音よりも大きかった。そのため、機械構造用部品の音は注目されていなかった。しかしながら、近年の自動車等の電動化により、動力源から発する音は大きく低減され、その結果、ギヤ等の機械構造用部品の発する音が目立つようになってきている。そこで、最近では、真空浸炭処理を実施した場合に、熱処理ひずみを抑制できる鋼材が求められている。
特許文献１及び特許文献２では、疲労強度を向上させる技術については提案するものの、熱処理ひずみの抑制に関する技術は何ら開示されていない。
本開示の目的は、素材として用いられ真空浸炭処理を実施して製造された真空浸炭機械構造用部品において優れた曲げ疲労強度が得られ、真空浸炭機械構造用部品の製造工程中の真空浸炭処理において熱処理ひずみが抑制される鋼材、及び、真空浸炭機械構造用部品を提供することである。
本開示の鋼材は、質量％で、
Ｃ：０．１０～０．３０％、
Ｓｉ：０．８２～１．４０％、
Ｍｎ：０．９１～２．００％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０２５％以下、
Ｃｒ：０．１３～０．４０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．００２０～０．０３００％、及び、
Ｏ：０．００１５％以下、を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１Ａ）及び式（２）を満たす。
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ＋２０００．０×Ｎ （１Ａ）
Ａｌ／Ｎ≧２．７０ （２）
ここで、式（１Ａ）及び式（２）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
Ｃ：０．１０～０．３０％、
Ｓｉ：０．８２～１．４０％、
Ｍｎ：０．９１～２．００％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０２５％以下、
Ｃｒ：０．１３～０．４０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．００２０～０．０３００％、及び、
Ｏ：０．００１５％以下、を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１Ａ）及び式（２）を満たす。
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ＋２０００．０×Ｎ （１Ａ）
Ａｌ／Ｎ≧２．７０ （２）
ここで、式（１Ａ）及び式（２）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
本開示の鋼材は、質量％で、
Ｃ：０．１０～０．３０％、
Ｓｉ：０．８２～１．４０％、
Ｍｎ：０．９１～２．００％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０２５％以下、
Ｃｒ：０．１３～０．４０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．００２０～０．０３００％、及び、
Ｏ：０．００１５％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、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１Ｂ）及び式（２）を満たす。
［第１群］
Ｃｕ：０．５０％以下、
Ｎｉ：０．５０％以下、
Ｍｏ：０．３５％以下、
Ｂ：０．００５０％以下、及び、
Ｃｏ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｖ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．２００％以下、
Ｔｉ：０．２００％以下、及び、
Ｗ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第３群］
Ｃａ：０．０１００％以下、及び、
Ｍｇ：０．０１５％以下、からなる群から選択される１種以上
［第４群］
Ｔｅ：０．０８０％以下、
Ｂｉ：０．５００％以下、
Ｐｂ：０．０９％以下、
Ｓｎ：０．１５％以下、及び、
Ｓｂ：０．１５％以下、からなる群から選択される１種以上
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ－０．５×Ｍｏ＋２０００．０×［有効Ｎ］ （１Ｂ）
Ａｌ／Ｎ≧２．７０ （２）
ここで、式（１Ｂ）及び式（２）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入され、元素が含有されていない場合、対応する元素記号には「０」が代入される。
さらに、式（１Ｂ）中の［有効Ｎ］は以下のとおり定義される。
Ｆｎ＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７＞０である場合：
［有効Ｎ］＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７
Ｆｎ≦０である場合：
［有効Ｎ］＝０
Ｃ：０．１０～０．３０％、
Ｓｉ：０．８２～１．４０％、
Ｍｎ：０．９１～２．００％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０２５％以下、
Ｃｒ：０．１３～０．４０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．００２０～０．０３００％、及び、
Ｏ：０．００１５％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、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１Ｂ）及び式（２）を満たす。
［第１群］
Ｃｕ：０．５０％以下、
Ｎｉ：０．５０％以下、
Ｍｏ：０．３５％以下、
Ｂ：０．００５０％以下、及び、
Ｃｏ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｖ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．２００％以下、
Ｔｉ：０．２００％以下、及び、
Ｗ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第３群］
Ｃａ：０．０１００％以下、及び、
Ｍｇ：０．０１５％以下、からなる群から選択される１種以上
［第４群］
Ｔｅ：０．０８０％以下、
Ｂｉ：０．５００％以下、
Ｐｂ：０．０９％以下、
Ｓｎ：０．１５％以下、及び、
Ｓｂ：０．１５％以下、からなる群から選択される１種以上
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ－０．５×Ｍｏ＋２０００．０×［有効Ｎ］ （１Ｂ）
Ａｌ／Ｎ≧２．７０ （２）
ここで、式（１Ｂ）及び式（２）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入され、元素が含有されていない場合、対応する元素記号には「０」が代入される。
さらに、式（１Ｂ）中の［有効Ｎ］は以下のとおり定義される。
Ｆｎ＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７＞０である場合：
［有効Ｎ］＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７
Ｆｎ≦０である場合：
［有効Ｎ］＝０
本開示の真空機械構造用部品は、
硬化層と、
前記硬化層よりも内部の芯部とを備え、
前記芯部の化学組成は、質量％で、
Ｃ：０．１０～０．３０％、
Ｓｉ：０．８２～１．４０％、
Ｍｎ：０．９１～２．００％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０２５％以下、
Ｃｒ：０．１３～０．４０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．００２０～０．０３００％、及び、
Ｏ：０．００１５％以下、を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１Ａ）及び式（２）を満たす。
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ＋２０００．０×Ｎ （１Ａ）
Ａｌ／Ｎ≧２．７０ （２）
ここで、式（１Ａ）及び式（２）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
硬化層と、
前記硬化層よりも内部の芯部とを備え、
前記芯部の化学組成は、質量％で、
Ｃ：０．１０～０．３０％、
Ｓｉ：０．８２～１．４０％、
Ｍｎ：０．９１～２．００％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０２５％以下、
Ｃｒ：０．１３～０．４０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．００２０～０．０３００％、及び、
Ｏ：０．００１５％以下、を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１Ａ）及び式（２）を満たす。
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ＋２０００．０×Ｎ （１Ａ）
Ａｌ／Ｎ≧２．７０ （２）
ここで、式（１Ａ）及び式（２）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
本開示の真空浸炭機械構造用部品は、
硬化層と、
前記硬化層よりも内部の芯部とを備え、
前記芯部の化学組成は、質量％で、
Ｃ：０．１０～０．３０％、
Ｓｉ：０．８２～１．４０％、
Ｍｎ：０．９１～２．００％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０２５％以下、
Ｃｒ：０．１３～０．４０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．００２０～０．０３００％、及び、
Ｏ：０．００１５％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、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１Ｂ）及び式（２）を満たす。
［第１群］
Ｃｕ：０．５０％以下、
Ｎｉ：０．５０％以下、
Ｍｏ：０．３５％以下、
Ｂ：０．００５０％以下、及び、
Ｃｏ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｖ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．２００％以下、
Ｔｉ：０．２００％以下、及び、
Ｗ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第３群］
Ｃａ：０．０１００％以下、及び、
Ｍｇ：０．０１５％以下、からなる群から選択される１種以上
［第４群］
Ｔｅ：０．０８０％以下、
Ｂｉ：０．５００％以下、
Ｐｂ：０．０９％以下、
Ｓｎ：０．１５％以下、及び、
Ｓｂ：０．１５％以下、からなる群から選択される１種以上
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ－０．５×Ｍｏ＋２０００．０×［有効Ｎ］ （１Ｂ）
Ａｌ／Ｎ≧２．７０ （２）
ここで、式（１Ｂ）及び式（２）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入され、元素が含有されていない場合、対応する元素記号には「０」が代入される。
さらに、式（１Ｂ）中の［有効Ｎ］は以下のとおり定義される。
Ｆｎ＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７＞０である場合：
［有効Ｎ］＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７
Ｆｎ≦０である場合：
［有効Ｎ］＝０
硬化層と、
前記硬化層よりも内部の芯部とを備え、
前記芯部の化学組成は、質量％で、
Ｃ：０．１０～０．３０％、
Ｓｉ：０．８２～１．４０％、
Ｍｎ：０．９１～２．００％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０２５％以下、
Ｃｒ：０．１３～０．４０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．００２０～０．０３００％、及び、
Ｏ：０．００１５％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、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１Ｂ）及び式（２）を満たす。
［第１群］
Ｃｕ：０．５０％以下、
Ｎｉ：０．５０％以下、
Ｍｏ：０．３５％以下、
Ｂ：０．００５０％以下、及び、
Ｃｏ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｖ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．２００％以下、
Ｔｉ：０．２００％以下、及び、
Ｗ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第３群］
Ｃａ：０．０１００％以下、及び、
Ｍｇ：０．０１５％以下、からなる群から選択される１種以上
［第４群］
Ｔｅ：０．０８０％以下、
Ｂｉ：０．５００％以下、
Ｐｂ：０．０９％以下、
Ｓｎ：０．１５％以下、及び、
Ｓｂ：０．１５％以下、からなる群から選択される１種以上
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ－０．５×Ｍｏ＋２０００．０×［有効Ｎ］ （１Ｂ）
Ａｌ／Ｎ≧２．７０ （２）
ここで、式（１Ｂ）及び式（２）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入され、元素が含有されていない場合、対応する元素記号には「０」が代入される。
さらに、式（１Ｂ）中の［有効Ｎ］は以下のとおり定義される。
Ｆｎ＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７＞０である場合：
［有効Ｎ］＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７
Ｆｎ≦０である場合：
［有効Ｎ］＝０
本開示の鋼材では、素材として用いられ真空浸炭処理を実施して製造された真空浸炭機械構造用部品において優れた曲げ疲労強度が得られ、真空浸炭機械構造用部品の製造工程中の真空浸炭処理において熱処理ひずみが抑制される。本開示の真空浸炭機械構造用部品では、優れた曲げ疲労強度が得られ、製造工程中の真空浸炭処理において熱処理ひずみが抑制される。
本発明者らは、素材として用いられ真空浸炭処理を実施して製造された真空浸炭機械構造用部品において優れた曲げ疲労強度が得られる鋼材について、初めに、化学組成の観点から検討を行った。その結果、質量％で、Ｃ：０．１０～０．３０％、Ｓｉ：０．８２～１．４０％、Ｍｎ：０．９１～２．００％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０２５％以下、Ｃｒ：０．１３～０．４０％、Ａｌ：０．００５～０．１００％、Ｎ：０．００２０～０．０３００％、及び、Ｏ：０．００１５％以下、を含有し、任意元素を含有する場合はさらに、Ｆｅの一部に代えて、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、残部がＦｅ及び不純物からなる鋼材であれば、素材として用いられ真空浸炭処理を実施して製造された真空浸炭機械構造用部品において優れた曲げ疲労強度が得られると考えた。
そこで、上述の化学組成を有する鋼材において、真空浸炭機械構造用部品の製造工程中の真空浸炭処理での熱処理ひずみを抑制できる技術について、本発明者らはさらに検討を行った。
初めに、本発明者らは、鋼材のＭｓ点を低くすることにより、熱処理ひずみを低減することを試みた。しかしながら、上述の化学組成を有する鋼材において、Ｍｓ点が低くなるように各元素含有量を調整しても、熱処理ひずみが十分に抑制できない場合が生じた。
そこで、本発明者らは、Ｍｓ点の低下による熱処理ひずみの抑制ではなく、他の観点から熱処理ひずみを抑制することを試みた。
初めに、本発明者らは、真空浸炭処理で生じる熱処理ひずみの主たる要因について検討を行った。検討の結果、真空浸炭処理で生じる熱処理ひずみを構成する種々のひずみのうち、主たる要因は変態塑性ひずみであることが判明した。そこで、本発明者らは、変態塑性ひずみを低減できれば、熱処理ひずみを抑制できると考えた。
変態塑性ひずみεは、変態塑性係数をＫとし、真空浸炭処理での変態により負荷される応力をσとすると、次の式で示される。なお、下記式は完全変態後（つまり、相変態が１００％進んだ後）の変態塑性ひずみεを示す。
ε＝Ｋσ
ε＝Ｋσ
上記式を参照して、変態塑性係数Ｋを低くすることができれば、変態塑性ひずみεが低減され、その結果、熱処理ひずみも抑制される。そこで、本発明者らは、変態塑性係数Ｋを低減する手段を、化学組成の観点から検討した。その結果、本発明者らは次の知見を得た。
上述の化学組成において、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ及びＮ（有効Ｎ）は、変態塑性係数を低下させる作用を有する。一方、Ｃｒ及びＭｏは、変態塑性係数を高める作用を有する。したがって、上述の化学組成の範囲内において、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ及びＮ含有量と、Ｃｒ及びＭｏ含有量とを適切に調整すれば、変態塑性係数を低くすることができる。
以上の知見に基づいて、本発明者らはＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎ、Ｃｒ及びＭｏ含有量と、変態塑性係数と、熱処理ひずみとの関係について検討を行った。その結果、化学組成が必須元素からなる場合、式（１Ａ）を満たし、化学組成が必須元素及び任意元素を含有する場合、式（１Ｂ）を満たせば、真空浸炭処理での熱処理ひずみを低減できると考えた。
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ＋２０００．０×Ｎ （１Ａ）
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ－０．５×Ｍｏ＋２０００．０×［有効Ｎ］ （１Ｂ）
ここで、式（１Ａ）、式（１Ｂ）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入され、元素が含有されていない場合、対応する元素記号には「０」が代入される。
さらに、式（１Ｂ）中の［有効Ｎ］は以下のとおり定義される。
Ｆｎ＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７＞０である場合：
［有効Ｎ］＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７
Ｆｎ≦０である場合：
［有効Ｎ］＝０
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ＋２０００．０×Ｎ （１Ａ）
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ－０．５×Ｍｏ＋２０００．０×［有効Ｎ］ （１Ｂ）
ここで、式（１Ａ）、式（１Ｂ）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入され、元素が含有されていない場合、対応する元素記号には「０」が代入される。
さらに、式（１Ｂ）中の［有効Ｎ］は以下のとおり定義される。
Ｆｎ＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７＞０である場合：
［有効Ｎ］＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７
Ｆｎ≦０である場合：
［有効Ｎ］＝０
しかしながら、上述の化学組成を満たし、式（１Ａ）又は式（１Ｂ）を満たす鋼材であっても、真空浸炭処理での熱処理ひずみを十分に抑制できない場合が生じた。
そこで、本発明者らはさらに検討を行った。その結果、上記化学組成を有し、かつ、式（１Ａ）及び式（１Ｂ）を満たす鋼材においてさらに、次の式（２）を満たせば、素材として用いられ真空浸炭処理を実施して製造された真空浸炭機械構造用部品において優れた曲げ疲労強度が得られ、真空浸炭機械構造用部品の製造工程中の真空浸炭処理において熱処理ひずみが抑制されることを、本発明者らは見出した。
Ａｌ／Ｎ≧２．７０ （２）
ここで、式（２）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
Ａｌ／Ｎ≧２．７０ （２）
ここで、式（２）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
本実施形態の鋼材、及び、真空浸炭機械構造用部品は以上の技術思想により完成したものであり、次の構成を有する。
［１］
質量％で、
Ｃ：０．１０～０．３０％、
Ｓｉ：０．８２～１．４０％、
Ｍｎ：０．９１～２．００％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０２５％以下、
Ｃｒ：０．１３～０．４０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．００２０～０．０３００％、及び、
Ｏ：０．００１５％以下、を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１Ａ）及び式（２）を満たす、
鋼材。
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ＋２０００．０×Ｎ （１Ａ）
Ａｌ／Ｎ≧２．７０ （２）
ここで、式（１Ａ）及び式（２）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
質量％で、
Ｃ：０．１０～０．３０％、
Ｓｉ：０．８２～１．４０％、
Ｍｎ：０．９１～２．００％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０２５％以下、
Ｃｒ：０．１３～０．４０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．００２０～０．０３００％、及び、
Ｏ：０．００１５％以下、を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１Ａ）及び式（２）を満たす、
鋼材。
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ＋２０００．０×Ｎ （１Ａ）
Ａｌ／Ｎ≧２．７０ （２）
ここで、式（１Ａ）及び式（２）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
［２］
質量％で、
Ｃ：０．１０～０．３０％、
Ｓｉ：０．８２～１．４０％、
Ｍｎ：０．９１～２．００％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０２５％以下、
Ｃｒ：０．１３～０．４０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．００２０～０．０３００％、及び、
Ｏ：０．００１５％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、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１Ｂ）及び式（２）を満たす、
鋼材。
［第１群］
Ｃｕ：０．５０％以下、
Ｎｉ：０．５０％以下、
Ｍｏ：０．３５％以下、
Ｂ：０．００５０％以下、及び、
Ｃｏ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｖ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．２００％以下、
Ｔｉ：０．２００％以下、及び、
Ｗ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第３群］
Ｃａ：０．０１００％以下、及び、
Ｍｇ：０．０１５％以下、からなる群から選択される１種以上
［第４群］
Ｔｅ：０．０８０％以下、
Ｂｉ：０．５００％以下、
Ｐｂ：０．０９％以下、
Ｓｎ：０．１５％以下、及び、
Ｓｂ：０．１５％以下、からなる群から選択される１種以上
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ－０．５×Ｍｏ＋２０００．０×［有効Ｎ］ （１Ｂ）
Ａｌ／Ｎ≧２．７０ （２）
ここで、式（１Ｂ）及び式（２）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入され、元素が含有されていない場合、対応する元素記号には「０」が代入される。
さらに、式（１Ｂ）中の［有効Ｎ］は以下のとおり定義される。
Ｆｎ＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７＞０である場合：
［有効Ｎ］＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７
Ｆｎ≦０である場合：
［有効Ｎ］＝０
質量％で、
Ｃ：０．１０～０．３０％、
Ｓｉ：０．８２～１．４０％、
Ｍｎ：０．９１～２．００％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０２５％以下、
Ｃｒ：０．１３～０．４０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．００２０～０．０３００％、及び、
Ｏ：０．００１５％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、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１Ｂ）及び式（２）を満たす、
鋼材。
［第１群］
Ｃｕ：０．５０％以下、
Ｎｉ：０．５０％以下、
Ｍｏ：０．３５％以下、
Ｂ：０．００５０％以下、及び、
Ｃｏ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｖ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．２００％以下、
Ｔｉ：０．２００％以下、及び、
Ｗ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第３群］
Ｃａ：０．０１００％以下、及び、
Ｍｇ：０．０１５％以下、からなる群から選択される１種以上
［第４群］
Ｔｅ：０．０８０％以下、
Ｂｉ：０．５００％以下、
Ｐｂ：０．０９％以下、
Ｓｎ：０．１５％以下、及び、
Ｓｂ：０．１５％以下、からなる群から選択される１種以上
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ－０．５×Ｍｏ＋２０００．０×［有効Ｎ］ （１Ｂ）
Ａｌ／Ｎ≧２．７０ （２）
ここで、式（１Ｂ）及び式（２）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入され、元素が含有されていない場合、対応する元素記号には「０」が代入される。
さらに、式（１Ｂ）中の［有効Ｎ］は以下のとおり定義される。
Ｆｎ＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７＞０である場合：
［有効Ｎ］＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７
Ｆｎ≦０である場合：
［有効Ｎ］＝０
［３］
［２］に記載の鋼材であって、
前記第１群を含有する、
鋼材。
［２］に記載の鋼材であって、
前記第１群を含有する、
鋼材。
［４］
［２］又は［３］に記載の鋼材であって、
前記第２群を含有する、
鋼材。
［２］又は［３］に記載の鋼材であって、
前記第２群を含有する、
鋼材。
［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。
［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。
［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。
［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。
［７］
硬化層と、
前記硬化層よりも内部の芯部とを備え、
前記芯部の化学組成は、質量％で、
Ｃ：０．１０～０．３０％、
Ｓｉ：０．８２～１．４０％、
Ｍｎ：０．９１～２．００％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０２５％以下、
Ｃｒ：０．１３～０．４０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．００２０～０．０３００％、及び、
Ｏ：０．００１５％以下、を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１Ａ）及び式（２）を満たす、
真空浸炭機械構造用部品。
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ＋２０００．０×Ｎ （１Ａ）
Ａｌ／Ｎ≧２．７０ （２）
ここで、式（１Ａ）及び式（２）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
硬化層と、
前記硬化層よりも内部の芯部とを備え、
前記芯部の化学組成は、質量％で、
Ｃ：０．１０～０．３０％、
Ｓｉ：０．８２～１．４０％、
Ｍｎ：０．９１～２．００％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０２５％以下、
Ｃｒ：０．１３～０．４０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．００２０～０．０３００％、及び、
Ｏ：０．００１５％以下、を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１Ａ）及び式（２）を満たす、
真空浸炭機械構造用部品。
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ＋２０００．０×Ｎ （１Ａ）
Ａｌ／Ｎ≧２．７０ （２）
ここで、式（１Ａ）及び式（２）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
［８］
硬化層と、
前記硬化層よりも内部の芯部とを備え、
前記芯部の化学組成は、質量％で、
Ｃ：０．１０～０．３０％、
Ｓｉ：０．８２～１．４０％、
Ｍｎ：０．９１～２．００％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０２５％以下、
Ｃｒ：０．１３～０．４０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．００２０～０．０３００％、及び、
Ｏ：０．００１５％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、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１Ｂ）及び式（２）を満たす、
真空浸炭機械構造用部品。
［第１群］
Ｃｕ：０．５０％以下、
Ｎｉ：０．５０％以下、
Ｍｏ：０．３５％以下、
Ｂ：０．００５０％以下、及び、
Ｃｏ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｖ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．２００％以下、
Ｔｉ：０．２００％以下、及び、
Ｗ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第３群］
Ｃａ：０．０１００％以下、及び、
Ｍｇ：０．０１５％以下、からなる群から選択される１種以上
［第４群］
Ｔｅ：０．０８０％以下、
Ｂｉ：０．５００％以下、
Ｐｂ：０．０９％以下、
Ｓｎ：０．１５％以下、及び、
Ｓｂ：０．１５％以下、からなる群から選択される１種以上
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ－０．５×Ｍｏ＋２０００．０×［有効Ｎ］ （１Ｂ）
Ａｌ／Ｎ≧２．７０ （２）
ここで、式（１Ｂ）及び式（２）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入され、元素が含有されていない場合、対応する元素記号には「０」が代入される。
さらに、式（１Ｂ）中の［有効Ｎ］は以下のとおり定義される。
Ｆｎ＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７＞０である場合：
［有効Ｎ］＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７
Ｆｎ≦０である場合：
［有効Ｎ］＝０
硬化層と、
前記硬化層よりも内部の芯部とを備え、
前記芯部の化学組成は、質量％で、
Ｃ：０．１０～０．３０％、
Ｓｉ：０．８２～１．４０％、
Ｍｎ：０．９１～２．００％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０２５％以下、
Ｃｒ：０．１３～０．４０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．００２０～０．０３００％、及び、
Ｏ：０．００１５％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、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１Ｂ）及び式（２）を満たす、
真空浸炭機械構造用部品。
［第１群］
Ｃｕ：０．５０％以下、
Ｎｉ：０．５０％以下、
Ｍｏ：０．３５％以下、
Ｂ：０．００５０％以下、及び、
Ｃｏ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｖ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．２００％以下、
Ｔｉ：０．２００％以下、及び、
Ｗ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第３群］
Ｃａ：０．０１００％以下、及び、
Ｍｇ：０．０１５％以下、からなる群から選択される１種以上
［第４群］
Ｔｅ：０．０８０％以下、
Ｂｉ：０．５００％以下、
Ｐｂ：０．０９％以下、
Ｓｎ：０．１５％以下、及び、
Ｓｂ：０．１５％以下、からなる群から選択される１種以上
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ－０．５×Ｍｏ＋２０００．０×［有効Ｎ］ （１Ｂ）
Ａｌ／Ｎ≧２．７０ （２）
ここで、式（１Ｂ）及び式（２）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入され、元素が含有されていない場合、対応する元素記号には「０」が代入される。
さらに、式（１Ｂ）中の［有効Ｎ］は以下のとおり定義される。
Ｆｎ＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７＞０である場合：
［有効Ｎ］＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７
Ｆｎ≦０である場合：
［有効Ｎ］＝０
［９］
［８］に記載の真空浸炭機械構造用部品であって、
前記第１群を含有する、
真空浸炭機械構造用部品。
［８］に記載の真空浸炭機械構造用部品であって、
前記第１群を含有する、
真空浸炭機械構造用部品。
［１０］
［８］又は［９］に記載の真空浸炭機械構造用部品であって、
前記第２群を含有する、
真空浸炭機械構造用部品。
［８］又は［９］に記載の真空浸炭機械構造用部品であって、
前記第２群を含有する、
真空浸炭機械構造用部品。
［１１］
［８］～［１０］のいずれか１項に記載の真空浸炭機械構造用部品であって、
前記第３群を含有する、
真空浸炭機械構造用部品。
［８］～［１０］のいずれか１項に記載の真空浸炭機械構造用部品であって、
前記第３群を含有する、
真空浸炭機械構造用部品。
［１２］
［８］～［１１］のいずれか１項に記載の真空浸炭機械構造用部品であって、
前記第４群を含有する、
真空浸炭機械構造用部品。
［８］～［１１］のいずれか１項に記載の真空浸炭機械構造用部品であって、
前記第４群を含有する、
真空浸炭機械構造用部品。
［１３］
［７］～［１２］のいずれか１項に記載の真空浸炭機械構造用部品であって、
前記真空浸炭機械構造用部品の表面と前記表面から０．１ｍｍ深さ位置との間の領域での質量％での平均Ｃ濃度を硬化層平均Ｃ濃度［Ｃ］ｓと定義し、
前記表面から１．９ｍｍ深さ位置と前記表面から２．０ｍｍ深さ位置との間の領域での質量％での平均Ｃ濃度を芯部平均Ｃ濃度［Ｃ］ｃと定義したとき、
前記硬化層平均Ｃ濃度［Ｃ］ｓと前記芯部平均Ｃ濃度［Ｃ］ｃとが式（３）を満たす、
真空浸炭機械構造用部品。
［Ｃ］ｓ－［Ｃ］ｃ≦０．５５ （３）
［７］～［１２］のいずれか１項に記載の真空浸炭機械構造用部品であって、
前記真空浸炭機械構造用部品の表面と前記表面から０．１ｍｍ深さ位置との間の領域での質量％での平均Ｃ濃度を硬化層平均Ｃ濃度［Ｃ］ｓと定義し、
前記表面から１．９ｍｍ深さ位置と前記表面から２．０ｍｍ深さ位置との間の領域での質量％での平均Ｃ濃度を芯部平均Ｃ濃度［Ｃ］ｃと定義したとき、
前記硬化層平均Ｃ濃度［Ｃ］ｓと前記芯部平均Ｃ濃度［Ｃ］ｃとが式（３）を満たす、
真空浸炭機械構造用部品。
［Ｃ］ｓ－［Ｃ］ｃ≦０．５５ （３）
以下、本実施形態による鋼材、及び、その鋼材を素材として製造される真空浸炭機械構造用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。
［本実施形態の鋼材の特徴］
本実施形態の鋼材は、次の特徴を含む。
（特徴１）
化学組成が、本実施形態に記載の範囲を満たす。
（特徴２）
化学組成が必須元素からなる場合、式（１Ａ）を満たし、化学組成が必須元素及び任意元素を含有する場合、式（１Ｂ）を満たす。
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ＋２０００．０×Ｎ （１Ａ）
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ－０．５×Ｍｏ＋２０００．０×［有効Ｎ］ （１Ｂ）
ここで、式（１Ａ）、式（１Ｂ）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入され、元素が含有されていない場合、対応する元素記号には「０」が代入される。
さらに、式（１Ｂ）中の［有効Ｎ］は以下のとおり定義される。
Ｆｎ＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７＞０である場合：
［有効Ｎ］＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７
Ｆｎ≦０である場合：
［有効Ｎ］＝０
（特徴３）
化学組成が式（２）を満たす。
Ａｌ／Ｎ≧２．７０ （２）
ここで、式（２）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
以下、特徴１～特徴３について説明する。
本実施形態の鋼材は、次の特徴を含む。
（特徴１）
化学組成が、本実施形態に記載の範囲を満たす。
（特徴２）
化学組成が必須元素からなる場合、式（１Ａ）を満たし、化学組成が必須元素及び任意元素を含有する場合、式（１Ｂ）を満たす。
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ＋２０００．０×Ｎ （１Ａ）
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ－０．５×Ｍｏ＋２０００．０×［有効Ｎ］ （１Ｂ）
ここで、式（１Ａ）、式（１Ｂ）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入され、元素が含有されていない場合、対応する元素記号には「０」が代入される。
さらに、式（１Ｂ）中の［有効Ｎ］は以下のとおり定義される。
Ｆｎ＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７＞０である場合：
［有効Ｎ］＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７
Ｆｎ≦０である場合：
［有効Ｎ］＝０
（特徴３）
化学組成が式（２）を満たす。
Ａｌ／Ｎ≧２．７０ （２）
ここで、式（２）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
以下、特徴１～特徴３について説明する。
［（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。
本実施形態の鋼材の化学組成は、次の元素を含有する。
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た真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める。Ｃ含有量が０．１０％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、Ｃ含有量が０．３０％を超えれば、粗大な析出物が生成する場合がある。粗大な析出物は、真空浸炭機械構造用部品の使用時において、割れの起点となりやすい。そのため、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度が低下する。
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０．１３％であり、さらに好ましくは０．１５％であり、さらに好ましくは０．１８％である。
Ｃ含有量の好ましい上限は０．２８％であり、より好ましくは０．２５％であり、さらに好ましくは０．２３％である。
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た真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める。Ｃ含有量が０．１０％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、Ｃ含有量が０．３０％を超えれば、粗大な析出物が生成する場合がある。粗大な析出物は、真空浸炭機械構造用部品の使用時において、割れの起点となりやすい。そのため、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度が低下する。
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０．１３％であり、さらに好ましくは０．１５％であり、さらに好ましくは０．１８％である。
Ｃ含有量の好ましい上限は０．２８％であり、より好ましくは０．２５％であり、さらに好ましくは０．２３％である。
Ｓｉ：０．８２～１．４０％
シリコン（Ｓｉ）は、鋼材の焼入れ性を高め、鋼材を素材として製造された真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める。Ｓｉはさらに、鋼材を素材として製造された真空浸炭機械構造用部品の硬化層の焼戻し軟化抵抗を高める。Ｓｉ含有量が０．８２％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含有量が１．４０％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り、鋼材の熱間加工性が低下する。
したがって、Ｓｉ含有量は０．８２～１．４０％である。
Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．８４％であり、さらに好ましくは０．８６％であり、さらに好ましくは０．８８％である。
Ｓｉ含有量の好ましい上限は１．３９％であり、さらに好ましくは１．３８％であり、さらに好ましくは１．３３％である。
シリコン（Ｓｉ）は、鋼材の焼入れ性を高め、鋼材を素材として製造された真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める。Ｓｉはさらに、鋼材を素材として製造された真空浸炭機械構造用部品の硬化層の焼戻し軟化抵抗を高める。Ｓｉ含有量が０．８２％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含有量が１．４０％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り、鋼材の熱間加工性が低下する。
したがって、Ｓｉ含有量は０．８２～１．４０％である。
Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．８４％であり、さらに好ましくは０．８６％であり、さらに好ましくは０．８８％である。
Ｓｉ含有量の好ましい上限は１．３９％であり、さらに好ましくは１．３８％であり、さらに好ましくは１．３３％である。
Ｍｎ：０．９１～２．００％
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た真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める。Ｍｎはさらに、熱処理ひずみを抑制する。Ｍｎ含有量が０．９１％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含有量が２．００％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、鋼材の硬さが過剰に高くなり、鋼材の熱間加工性が低下する。
したがって、Ｍｎ含有量は０．９１～２．００％である。
Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．９２％であり、さらに好ましくは０．９３％であり、さらに好ましくは０．９５％であり、さらに好ましくは０．９８％である。
Ｍｎ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１．８５％であり、さらに好ましくは１．８０％であり、さらに好ましくは１．７５％である。
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た真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める。Ｍｎはさらに、熱処理ひずみを抑制する。Ｍｎ含有量が０．９１％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含有量が２．００％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、鋼材の硬さが過剰に高くなり、鋼材の熱間加工性が低下する。
したがって、Ｍｎ含有量は０．９１～２．００％である。
Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．９２％であり、さらに好ましくは０．９３％であり、さらに好ましくは０．９５％であり、さらに好ましくは０．９８％である。
Ｍｎ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１．８５％であり、さらに好ましくは１．８０％であり、さらに好ましくは１．７５％である。
Ｐ：０．０１５％以下
りん（Ｐ）は不純物である。Ｐ含有量が０．０１５％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、Ｐが粒界に過剰に偏析し、粒界強度が低下する。その結果、鋼材を素材とした真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度が低下する。
したがって、Ｐ含有量は０．０１５％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含有量の過度の低減は、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％であり、さらに好ましくは０．００３％である。
Ｐ含有量の好ましい上限は０．０１２％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．００８％である。
りん（Ｐ）は不純物である。Ｐ含有量が０．０１５％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、Ｐが粒界に過剰に偏析し、粒界強度が低下する。その結果、鋼材を素材とした真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度が低下する。
したがって、Ｐ含有量は０．０１５％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含有量の過度の低減は、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％であり、さらに好ましくは０．００３％である。
Ｐ含有量の好ましい上限は０．０１２％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．００８％である。
Ｓ：０．０２５％以下
硫黄（Ｓ）は不純物である。Ｓ含有量が０．０２５％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、粗大な硫化物系介在物が生成する。そのため、鋼材を素材とした真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度が低下する。
したがって、Ｓ含有量は０．０２５％以下である。
Ｓ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｓ含有量の過度の低減は、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した場合、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０．０１０％であり、さらに好ましくは０．００５％である。
硫黄（Ｓ）は不純物である。Ｓ含有量が０．０２５％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、粗大な硫化物系介在物が生成する。そのため、鋼材を素材とした真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度が低下する。
したがって、Ｓ含有量は０．０２５％以下である。
Ｓ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｓ含有量の過度の低減は、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した場合、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０．０１０％であり、さらに好ましくは０．００５％である。
Ｃｒ：０．１３～０．４０％
クロム（Ｃｒ）は、鋼の焼入れ性を高め、鋼材を素材として製造された真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める。Ｃｒ含有量が０．１３％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、Ｃｒは変態塑性係数を高める。Ｃｒ含有量が０．４０％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、鋼材の変態塑性係数が過剰に高まり、真空浸炭処理での鋼材の熱処理ひずみが増大する。
したがって、Ｃｒ含有量は０．１３～０．４０％である。
Ｃｒ含有量の好ましい下限は０．１５％であり、さらに好ましくは０．１７％であり、さらに好ましくは０．１９％である。
Ｃｒ含有量の好ましい上限は０．３９％であり、さらに好ましくは０．３８％であり、さらに好ましくは０．３７％であり、さらに好ましくは０．３６％であり、さらに好ましくは０．３５％であり、さらに好ましくは０．３４％であり、さらに好ましくは０．３３％である。
クロム（Ｃｒ）は、鋼の焼入れ性を高め、鋼材を素材として製造された真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める。Ｃｒ含有量が０．１３％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、Ｃｒは変態塑性係数を高める。Ｃｒ含有量が０．４０％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、鋼材の変態塑性係数が過剰に高まり、真空浸炭処理での鋼材の熱処理ひずみが増大する。
したがって、Ｃｒ含有量は０．１３～０．４０％である。
Ｃｒ含有量の好ましい下限は０．１５％であり、さらに好ましくは０．１７％であり、さらに好ましくは０．１９％である。
Ｃｒ含有量の好ましい上限は０．３９％であり、さらに好ましくは０．３８％であり、さらに好ましくは０．３７％であり、さらに好ましくは０．３６％であり、さらに好ましくは０．３５％であり、さらに好ましくは０．３４％であり、さらに好ましくは０．３３％である。
Ａｌ：０．００５～０．１００％
アルミニウム（Ａｌ）は、鋼材中のＮと結合してＡｌＮを形成し、ピン止め効果により、真空浸炭処理の加熱時における結晶粒の粗大化を抑制する。そのため、鋼材を素材とした真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度が高まる。Ａｌ含有量が０．００５％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０．１００％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、クラスター化した粗大な酸化物が生成する。クラスター化した粗大な酸化物は、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を低下する。
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０．００８％であり、さらに好ましくは０．０１０％である。
Ａｌ含有量の好ましい上限は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。
アルミニウム（Ａｌ）は、鋼材中のＮと結合してＡｌＮを形成し、ピン止め効果により、真空浸炭処理の加熱時における結晶粒の粗大化を抑制する。そのため、鋼材を素材とした真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度が高まる。Ａｌ含有量が０．００５％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０．１００％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、クラスター化した粗大な酸化物が生成する。クラスター化した粗大な酸化物は、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を低下する。
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０．００８％であり、さらに好ましくは０．０１０％である。
Ａｌ含有量の好ましい上限は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。
Ｎ：０．００２０～０．０３００％
窒素（Ｎ）は、鋼材の変態塑性係数を低下させる。そのため、真空浸炭処理での鋼材の熱処理ひずみが低下する。Ｎ含有量が０．００２０％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０．０３００％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０．００２０～０．０３００％である。
Ｎ含有量の好ましい下限は０．００２１％であり、さらに好ましくは０．００２２％である。
Ｎ含有量の好ましい上限は０．０２８０％であり、さらに好ましくは０．０２５０％であり、さらに好ましくは０．０２００％である。
窒素（Ｎ）は、鋼材の変態塑性係数を低下させる。そのため、真空浸炭処理での鋼材の熱処理ひずみが低下する。Ｎ含有量が０．００２０％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０．０３００％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０．００２０～０．０３００％である。
Ｎ含有量の好ましい下限は０．００２１％であり、さらに好ましくは０．００２２％である。
Ｎ含有量の好ましい上限は０．０２８０％であり、さらに好ましくは０．０２５０％であり、さらに好ましくは０．０２００％である。
Ｏ：０．００１５％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、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を低下する。Ｏ含有量が０．００１５％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、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度が顕著に低下する。
したがって、Ｏ含有量は０．００１５％以下である。
Ｏ含有量はなるべく低いほうが好ましい。しかしながら、Ｏ含有量の過度の低減は、製造コストを高める。したがって、通常の工業生産を考慮した場合、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０．０００３％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０．００１３％以下であり、さらに好ましくは０．００１１％であり、さらに好ましくは０．０００９％である。
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、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を低下する。Ｏ含有量が０．００１５％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、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度が顕著に低下する。
したがって、Ｏ含有量は０．００１５％以下である。
Ｏ含有量はなるべく低いほうが好ましい。しかしながら、Ｏ含有量の過度の低減は、製造コストを高める。したがって、通常の工業生産を考慮した場合、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０．０００３％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０．００１３％以下であり、さらに好ましくは０．００１１％であり、さらに好ましくは０．０００９％である。
本実施形態の鋼材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、意図せずに含有されるものであり、本実施形態の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。
［任意元素（Ｏｐｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ）について］
本実施形態の鋼材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］
Ｃｕ：０．５０％以下、
Ｎｉ：０．５０％以下、
Ｍｏ：０．３５％以下、
Ｂ：０．００５０％以下、及び、
Ｃｏ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｖ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．２００％以下、
Ｔｉ：０．２００％以下、及び、
Ｗ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第３群］
Ｃａ：０．０１００％以下、及び、
Ｍｇ：０．０１５％以下、からなる群から選択される１種以上
［第４群］
Ｔｅ：０．０８０％以下、
Ｂｉ：０．５００％以下、
Ｐｂ：０．０９％以下、
Ｓｎ：０．１５％以下、及び、
Ｓｂ：０．１５％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群の各元素について説明する。
本実施形態の鋼材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］
Ｃｕ：０．５０％以下、
Ｎｉ：０．５０％以下、
Ｍｏ：０．３５％以下、
Ｂ：０．００５０％以下、及び、
Ｃｏ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｖ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．２００％以下、
Ｔｉ：０．２００％以下、及び、
Ｗ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第３群］
Ｃａ：０．０１００％以下、及び、
Ｍｇ：０．０１５％以下、からなる群から選択される１種以上
［第４群］
Ｔｅ：０．０８０％以下、
Ｂｉ：０．５００％以下、
Ｐｂ：０．０９％以下、
Ｓｎ：０．１５％以下、及び、
Ｓｂ：０．１５％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群の各元素について説明する。
［第１群：Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｂ、及び、Ｃｏ］
本実施形態の鋼材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、第１群を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、鋼材の焼入れ性を高める。以下、第１群の各元素について説明する。
本実施形態の鋼材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、第１群を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、鋼材の焼入れ性を高める。以下、第１群の各元素について説明する。
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は鋼材の焼入れ性を高め、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める。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、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０～０．５０％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０．０５％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。
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、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める。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、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０～０．５０％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０．０５％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。
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は鋼材の焼入れ性を高め、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める。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、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０～０．５０％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０．０５％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。
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、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める。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、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０～０．５０％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０．０５％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。
Ｍｏ：０．３５％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、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める。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０．３５％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り、鋼材の被削性が低下する。
したがって、Ｍｏ含有量は０～０．３５％であり、含有される場合、０．３５％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０．３２％であり、さらに好ましくは０．３０％であり、さらに好ましくは０．２７％である。
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、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める。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０．３５％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り、鋼材の被削性が低下する。
したがって、Ｍｏ含有量は０～０．３５％であり、含有される場合、０．３５％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０．３２％であり、さらに好ましくは０．３０％であり、さらに好ましくは０．２７％である。
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、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める。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、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、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。
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、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める。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、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、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。
Ｃｏ：０．５０％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が０％超である場合、Ｃｏは鋼材の焼入れ性を高め、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める。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０．５０％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、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、Ｃｏ含有量は０～０．５０％であり、含有される場合、０．５０％以下である。
Ｃｏ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０．０５％であり、さらに好ましくは０．０７％である。
Ｃｏ含有量の好ましい上限は０．４９％であり、さらに好ましくは０．４８％であり、さらに好ましくは０．４７％であり、さらに好ましくは０．４５％である。
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が０％超である場合、Ｃｏは鋼材の焼入れ性を高め、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める。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０．５０％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、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、Ｃｏ含有量は０～０．５０％であり、含有される場合、０．５０％以下である。
Ｃｏ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０．０５％であり、さらに好ましくは０．０７％である。
Ｃｏ含有量の好ましい上限は０．４９％であり、さらに好ましくは０．４８％であり、さらに好ましくは０．４７％であり、さらに好ましくは０．４５％である。
［第２群：Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、及び、Ｗ］
本実施形態の鋼材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、第２群を含有してもよい。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、鋼材を素材とした真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める。以下、第２群の各元素について説明する。
本実施形態の鋼材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、第２群を含有してもよい。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、鋼材を素材とした真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める。以下、第２群の各元素について説明する。
Ｖ：０．５０％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析出物を形成する。Ｖ析出物は、ピン止め効果により、真空浸炭処理での鋼材中の結晶粒の粗大化を抑制する。そのため、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める。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０．５０％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、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、０～０．５０％であり、含有される場合、Ｖ含有量は０．５０％以下である。
Ｖ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％であり、さらに好ましくは０．０７％である。
Ｖ含有量の好ましい上限は０．４７％であり、さらに好ましくは０．４５％であり、さらに好ましくは０．４２％であり、さらに好ましくは０．３８％である。
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析出物を形成する。Ｖ析出物は、ピン止め効果により、真空浸炭処理での鋼材中の結晶粒の粗大化を抑制する。そのため、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める。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０．５０％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、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、０～０．５０％であり、含有される場合、Ｖ含有量は０．５０％以下である。
Ｖ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％であり、さらに好ましくは０．０７％である。
Ｖ含有量の好ましい上限は０．４７％であり、さらに好ましくは０．４５％であり、さらに好ましくは０．４２％であり、さらに好ましくは０．３８％である。
Ｎｂ：０．２００％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析出物を形成する。Ｎｂ析出物は、ピン止め効果により、真空浸炭処理での鋼材中の結晶粒の粗大化を抑制する。そのため、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める。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０．２００％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、Ｎｂ析出物が粗大化する。この場合、真空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、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度が低下する。
したがって、Ｎｂ含有量は０～０．２００％であり、含有される場合、０．２００％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０．０３０％であり、さらに好ましくは０．０５０％である。
Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．１９０％であり、さらに好ましくは０．１７５％であり、さらに好ましくは０．１５０％であり、さらに好ましくは０．１２５％である。
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析出物を形成する。Ｎｂ析出物は、ピン止め効果により、真空浸炭処理での鋼材中の結晶粒の粗大化を抑制する。そのため、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める。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０．２００％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、Ｎｂ析出物が粗大化する。この場合、真空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、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度が低下する。
したがって、Ｎｂ含有量は０～０．２００％であり、含有される場合、０．２００％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０．０３０％であり、さらに好ましくは０．０５０％である。
Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．１９０％であり、さらに好ましくは０．１７５％であり、さらに好ましくは０．１５０％であり、さらに好ましくは０．１２５％である。
Ｔｉ：０．２００％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、真空浸炭処理での鋼材中の結晶粒の粗大化を抑制する。そのため、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める。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０．２００％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、Ｔｉ析出物が粗大化する。この場合、真空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、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度が低下する。
したがって、Ｔｉ含有量は０～０．２００％であり、含有される場合、０．２００％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０．０３０％であり、さらに好ましくは０．０５０％である。
Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．１９０％であり、さらに好ましくは０．１７５％であり、さらに好ましくは０．１５０％であり、さらに好ましくは０．１２５％である。
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、真空浸炭処理での鋼材中の結晶粒の粗大化を抑制する。そのため、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める。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０．２００％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、Ｔｉ析出物が粗大化する。この場合、真空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、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度が低下する。
したがって、Ｔｉ含有量は０～０．２００％であり、含有される場合、０．２００％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０．０３０％であり、さらに好ましくは０．０５０％である。
Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．１９０％であり、さらに好ましくは０．１７５％であり、さらに好ましくは０．１５０％であり、さらに好ましくは０．１２５％である。
Ｗ：０．５０％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、Ｗ炭化物、Ｗ炭窒化物等のＷ析出物を形成する。Ｗ析出物は、ピン止め効果により、真空浸炭処理での鋼材中の結晶粒の粗大化を抑制する。そのため、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める。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０．５０％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、Ｗ析出物が粗大化する。この場合、真空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、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度が低下する。
したがって、Ｗ含有量は０～０．５０％であり、含有される場合、０．５０％以下である。
Ｗ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。
Ｗ含有量の好ましい上限は０．４５％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％である。
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、Ｗ炭化物、Ｗ炭窒化物等のＷ析出物を形成する。Ｗ析出物は、ピン止め効果により、真空浸炭処理での鋼材中の結晶粒の粗大化を抑制する。そのため、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める。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０．５０％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、Ｗ析出物が粗大化する。この場合、真空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、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度が低下する。
したがって、Ｗ含有量は０～０．５０％であり、含有される場合、０．５０％以下である。
Ｗ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。
Ｗ含有量の好ましい上限は０．４５％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％である。
［第３群：Ｃａ及びＭｇについて］
本実施形態の鋼材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、第３群を含有してもよい。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、鋼材を素材とした真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める。以下、第３群の各元素について説明する。
本実施形態の鋼材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、第３群を含有してもよい。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、鋼材を素材とした真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める。以下、第３群の各元素について説明する。
Ｃａ：０．０１００％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、鋼材を素材とした真空浸炭機械構造用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０．０１００％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、鋼材中に粗大なＣａ酸化物の形成が促進される。この場合、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度が低下する。
したがって、Ｃａ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、０．０１００％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０．００８５％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。
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、鋼材を素材とした真空浸炭機械構造用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０．０１００％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、鋼材中に粗大なＣａ酸化物の形成が促進される。この場合、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度が低下する。
したがって、Ｃａ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、０．０１００％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０．００８５％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。
Ｍｇ：０．０１５％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、鋼材を素材とした真空浸炭機械構造用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０．０１５％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Ｍｇ酸化物の形成が促進される。この場合、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度が低下する。
したがって、Ｍｇ含有量は０～０．０１５％であり、含有される場合、０．０１５％以である。
Ｍｇ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％である。
Ｍｇ含有量の好ましい上限は０．０１３％であり、さらに好ましくは０．０１１％であり、さらに好ましくは０．００８％である。
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、鋼材を素材とした真空浸炭機械構造用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０．０１５％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Ｍｇ酸化物の形成が促進される。この場合、真空浸炭機械構造用部品の曲げ疲労強度が低下する。
したがって、Ｍｇ含有量は０～０．０１５％であり、含有される場合、０．０１５％以である。
Ｍｇ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％である。
Ｍｇ含有量の好ましい上限は０．０１３％であり、さらに好ましくは０．０１１％であり、さらに好ましくは０．００８％である。
［第４群：Ｔｅ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、及び、Ｓｂ］
本実施形態の鋼材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、第４群を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、鋼材の被削性を高める。以下、第４群の各元素について説明する。
本実施形態の鋼材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、第４群を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、鋼材の被削性を高める。以下、第４群の各元素について説明する。
Ｔｅ：０．０８０％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は鋼材の被削性を高める。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０．０８０％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、Ｔｅ含有量は０～０．０８０％であり、含有される場合、０．０８０％以下である。
Ｔｅ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０．０１０％である。
Ｔｅ含有量の好ましい上限は０．０７５％であり、さらに好ましくは０．０７０％であり、さらに好ましくは０．０６５％であり、さらに好ましくは０．０５０％である。
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は鋼材の被削性を高める。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０．０８０％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、Ｔｅ含有量は０～０．０８０％であり、含有される場合、０．０８０％以下である。
Ｔｅ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０．０１０％である。
Ｔｅ含有量の好ましい上限は０．０７５％であり、さらに好ましくは０．０７０％であり、さらに好ましくは０．０６５％であり、さらに好ましくは０．０５０％である。
Ｂｉ：０．５００％以下
ビスマス（Ｂｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｂｉ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまりＢｉ含有量が０％超である場合、Ｂｉは、鋼材の被削性を高める。Ｂｉ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、Ｂｉ含有量が０．５００％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、Ｂｉ含有量は０～０．５００％であり、含有される場合、０．５００％以下である。
Ｂｉ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％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。
Ｂｉ含有量の好ましい上限は０．４７０％であり、さらに好ましくは０．４４０％であり、さらに好ましくは０．４００％であり、さらに好ましくは０．３７０％であり、さらに好ましくは０．３４０％であり、さらに好ましくは０．３００％である。
ビスマス（Ｂｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｂｉ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまりＢｉ含有量が０％超である場合、Ｂｉは、鋼材の被削性を高める。Ｂｉ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、Ｂｉ含有量が０．５００％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、Ｂｉ含有量は０～０．５００％であり、含有される場合、０．５００％以下である。
Ｂｉ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％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。
Ｂｉ含有量の好ましい上限は０．４７０％であり、さらに好ましくは０．４４０％であり、さらに好ましくは０．４００％であり、さらに好ましくは０．３７０％であり、さらに好ましくは０．３４０％であり、さらに好ましくは０．３００％である。
Ｐｂ：０．０９％以下
鉛（Ｐｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｐｂ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ｐｂ含有量が０％超である場合、Ｐｂは、鋼材の被削性を高める。Ｐｂ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、Ｐｂ含有量が０．０９％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、Ｐｂ含有量は０～０．０９％であり、含有される場合、Ｐｂ含有量は０．０９％以下である。
Ｐｂ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。
Ｐｂ含有量の好ましい上限は０．０８％であり、さらに好ましくは０．０７％であり、さらに好ましくは０．０６％であり、さらに好ましくは０．０５％である。
鉛（Ｐｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｐｂ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ｐｂ含有量が０％超である場合、Ｐｂは、鋼材の被削性を高める。Ｐｂ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、Ｐｂ含有量が０．０９％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、Ｐｂ含有量は０～０．０９％であり、含有される場合、Ｐｂ含有量は０．０９％以下である。
Ｐｂ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。
Ｐｂ含有量の好ましい上限は０．０８％であり、さらに好ましくは０．０７％であり、さらに好ましくは０．０６％であり、さらに好ましくは０．０５％である。
Ｓｎ：０．１５％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０．１５％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、Ｓｎ含有量は０～０．１５％であり、含有される場合、Ｓｎ含有量は０．１５％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０．０５％であり、さらに好ましくは０．０８％である。
Ｓｎ含有量の好ましい上限は０．１３％であり、さらに好ましくは０．１１％であり、さらに好ましくは０．０９％である。
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０．１５％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、Ｓｎ含有量は０～０．１５％であり、含有される場合、Ｓｎ含有量は０．１５％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０．０５％であり、さらに好ましくは０．０８％である。
Ｓｎ含有量の好ましい上限は０．１３％であり、さらに好ましくは０．１１％であり、さらに好ましくは０．０９％である。
Ｓｂ：０．１５％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、鋼材の被削性を高める。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０．１５％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、Ｓｂ含有量は０～０．１５％であり、含有される場合、Ｓｂ含有量は０．１５％以下である。
Ｓｂ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。
Ｓｂ含有量の好ましい上限は０．１３％であり、さらに好ましくは０．１１％であり、さらに好ましくは０．０９％である。
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、鋼材の被削性を高める。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０．１５％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、Ｓｂ含有量は０～０．１５％であり、含有される場合、Ｓｂ含有量は０．１５％以下である。
Ｓｂ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。
Ｓｂ含有量の好ましい上限は０．１３％であり、さらに好ましくは０．１１％であり、さらに好ましくは０．０９％である。
［（特徴２）式（１Ａ）及び式（１Ｂ）］について
本実施形態の鋼材ではさらに、化学組成が必須元素からなる場合、式（１Ａ）を満たし、化学組成が必須元素及び任意元素を含有する場合、式（１Ｂ）を満たす。
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ＋２０００．０×Ｎ （１Ａ）
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ－０．５×Ｍｏ＋２０００．０×［有効Ｎ］ （１Ｂ）
ここで、式（１Ａ）、式（１Ｂ）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入され、元素が含有されていない場合、対応する元素記号には「０」が代入される。
さらに、式（１Ｂ）中の［有効Ｎ］は以下のとおり定義される。
Ｆｎ＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７＞０である場合：
［有効Ｎ］＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７
Ｆｎ≦０である場合：
［有効Ｎ］＝０
以下、式（１Ａ）及び式（１Ｂ）について説明する。
本実施形態の鋼材ではさらに、化学組成が必須元素からなる場合、式（１Ａ）を満たし、化学組成が必須元素及び任意元素を含有する場合、式（１Ｂ）を満たす。
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ＋２０００．０×Ｎ （１Ａ）
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ－０．５×Ｍｏ＋２０００．０×［有効Ｎ］ （１Ｂ）
ここで、式（１Ａ）、式（１Ｂ）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入され、元素が含有されていない場合、対応する元素記号には「０」が代入される。
さらに、式（１Ｂ）中の［有効Ｎ］は以下のとおり定義される。
Ｆｎ＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７＞０である場合：
［有効Ｎ］＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７
Ｆｎ≦０である場合：
［有効Ｎ］＝０
以下、式（１Ａ）及び式（１Ｂ）について説明する。
Ｆ１Ａ及びＦ１Ｂを次のとおり定義する。
Ｆ１Ａ＝９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ＋２０００．０×Ｎ
Ｆ１Ｂ＝９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ－０．５×Ｍｏ＋２０００．０×［有効Ｎ］
Ｆ１Ａ＝９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ＋２０００．０×Ｎ
Ｆ１Ｂ＝９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ－０．５×Ｍｏ＋２０００．０×［有効Ｎ］
Ｆ１Ａ及びＦ１Ｂは、変態塑性係数の指標である。変態塑性係数が下がれば、熱処理ひずみが低下する。化学組成中の上述の元素のうち、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎ及びＭｏは、変態塑性係数に影響を与える。具体的には、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ及びＮは変態塑性係数を下げる作用を有する。一方、Ｃｒ及びＭｏは、変態塑性係数を上げる作用を有する。Ｆ１Ａ及びＦ１Ｂでは、各元素の変態塑性係数への影響の度合いに応じて、各元素の係数が異なっている。
なお、Ｆ１Ａ中のＮ、及び、Ｆ１Ｂ中の［有効Ｎ］は、変態塑性係数を低下させるのに有効なＮ量を意味する。鋼材の化学組成が必須元素からなり、任意元素を含まない場合、鋼材中のＮは実質的に変態塑性係数の低下に寄与する。そのため、Ｆ１Ａ中の項としてＮが規定されている。
一方、鋼材の化学組成が任意元素としてＴｉ及び／又はＢを含有する場合、Ｔｉ含有量及びＢ含有量に応じて、Ｎの変態塑性係数への影響力が変動する。具体的には、Ｔｉ含有量及びＢ含有量が高いほど、Ｎの変態塑性係数への影響量が低下する。そこで、Ｔｉ及び／又はＢを含有する場合、変態塑性係数を低下させる有効なＮ含有量を、［有効Ｎ］と定義する。Ｆｎ＞０である場合、［有効Ｎ］＝Ｆｎとする。一方、Ｆｎ≦０である場合、変態塑性係数の低下に寄与するＮが存在しないため、［有効Ｎ］に０を代入する。
Ｆ１Ａ及びＦ１Ｂが６６．０以下であれば、鋼材において十分に低い変態塑性係数が得られない。そのため、真空浸炭処理での鋼材の熱処理ひずみが増大する。Ｆ１Ａ及びＦ１Ｂが６６．０よりも高ければ、鋼材が特徴１及び特徴３を満たすことを前提として、鋼材において十分に低い変態塑性係数が得られる。そのため、真空浸炭処理での鋼材の熱処理ひずみを十分に抑制できる。
なお、Ｆ１Ａ及びＦ１Ｂの上限は特に限定されない。しかしながら、鋼材の化学組成が特徴１を満たす場合、Ｆ１Ａ及びＦ１Ｂの上限は例えば１５９．７である。
Ｆ１Ａ及びＦ１Ｂの好ましい下限は６７．０であり、さらに好ましくは６８．０であり、さらに好ましくは６９．０であり、さらに好ましくは７０．０である。
Ｆ１Ａ及びＦ１Ｂの好ましい上限は１５２．０であり、さらに好ましくは１５０．０であり、さらに好ましくは１４７．０であり、さらに好ましくは１４５．０である。
Ｆ１Ａ及びＦ１Ｂの好ましい上限は１５２．０であり、さらに好ましくは１５０．０であり、さらに好ましくは１４７．０であり、さらに好ましくは１４５．０である。
［（特徴３）式（２）について］
本実施形態の鋼材ではさらに、化学組成が式（２）を満たす。
Ａｌ／Ｎ≧２．７０ （２）
ここで、式（２）中の元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
本実施形態の鋼材ではさらに、化学組成が式（２）を満たす。
Ａｌ／Ｎ≧２．７０ （２）
ここで、式（２）中の元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
Ｆ２＝Ａｌ／Ｎと定義する。Ｆ２は、鋼材を素材とした真空浸炭機械構造用部品の製造工程中の真空浸炭処理の加熱時において、鋼材中の結晶粒の粗大化抑制の指標である。鋼材が特徴１及び特徴２を満たしていても、Ｆ２が２．７０未満であれば、鋼材中において十分な量のＡｌ窒化物が生成しない。この場合、真空浸炭処理の加熱時において、Ａｌ窒化物のピン止め効果が十分に発揮されず、結晶粒が粗大化する。結晶粒が粗大化すると、変態塑性ひずみが大きくなり、その結果、熱処理ひずみを十分に抑制できない。
Ｆ２が２．７０以上であれば、鋼材中において十分なＡｌ窒化物が生成する。そのため、真空浸炭処理の加熱時において、Ａｌ窒化物のピン止め効果が発揮され、結晶粒の粗大化が十分に抑制される。そのため、真空浸炭機械構造用部品において、熱処理ひずみが十分に抑制される。
Ｆ２が２．７０以上であれば、鋼材中において十分なＡｌ窒化物が生成する。そのため、真空浸炭処理の加熱時において、Ａｌ窒化物のピン止め効果が発揮され、結晶粒の粗大化が十分に抑制される。そのため、真空浸炭機械構造用部品において、熱処理ひずみが十分に抑制される。
Ｆ２の好ましい下限は２．７５であり、さらに好ましくは２．８０であり、さらに好ましくは２．８５である。
なお、Ｆ２の上限は特に限定されない。Ｆ２の上限は例えば、５０．００である。
なお、Ｆ２の上限は特に限定されない。Ｆ２の上限は例えば、５０．００である。
［本実施形態の鋼材の効果］
本実施形態の鋼材は、特徴１～特徴３を満たす。そのため、本実施形態の鋼材は、素材として用いられ真空浸炭処理を実施して製造された真空浸炭機械構造用部品において優れた曲げ疲労強度が得られ、真空浸炭機械構造用部品の製造工程中の真空浸炭処理において熱処理ひずみが抑制される。
本実施形態の鋼材は、特徴１～特徴３を満たす。そのため、本実施形態の鋼材は、素材として用いられ真空浸炭処理を実施して製造された真空浸炭機械構造用部品において優れた曲げ疲労強度が得られ、真空浸炭機械構造用部品の製造工程中の真空浸炭処理において熱処理ひずみが抑制される。
［鋼材のミクロ組織について］
本実施形態による鋼材のミクロ組織は特に限定されない。熱処理ひずみが生じるのは、相変態が生じるときである。例えば、鋼材を素材とした真空浸炭機械構造用部品の製造工程中の浸炭処理での加熱時に、素材である鋼材はＡｃ３点以上に加熱される。そして、浸炭焼入れ時において、鋼材の表層が、オーステナイトからマルテンサイトに相変態する。このとき、熱処理ひずみが生じやすくなる。以上のとおり、熱処理ひずみは、素材となる鋼材自体のミクロ組織によらず、特徴１～特徴３を満たせば、熱処理ひずみは鋼材のミクロ組織によらずに十分抑制される。したがって、本実施形態の鋼材のミクロ組織は特に限定されない。
本実施形態による鋼材のミクロ組織は特に限定されない。熱処理ひずみが生じるのは、相変態が生じるときである。例えば、鋼材を素材とした真空浸炭機械構造用部品の製造工程中の浸炭処理での加熱時に、素材である鋼材はＡｃ３点以上に加熱される。そして、浸炭焼入れ時において、鋼材の表層が、オーステナイトからマルテンサイトに相変態する。このとき、熱処理ひずみが生じやすくなる。以上のとおり、熱処理ひずみは、素材となる鋼材自体のミクロ組織によらず、特徴１～特徴３を満たせば、熱処理ひずみは鋼材のミクロ組織によらずに十分抑制される。したがって、本実施形態の鋼材のミクロ組織は特に限定されない。
［本実施形態の鋼材の形状］
本実施形態の鋼材は、棒鋼又は線材である。棒鋼又は線材は、棒状に延びる鋼材であり、例えば丸鋼である。鋼材はコイル状に巻かれたものであってもよいし、所定の長さに切断されたものであってもよい。
本実施形態の鋼材は、棒鋼又は線材である。棒鋼又は線材は、棒状に延びる鋼材であり、例えば丸鋼である。鋼材はコイル状に巻かれたものであってもよいし、所定の長さに切断されたものであってもよい。
［本実施形態の鋼材の用途］
本実施形態の鋼材は、自動車や産業機械等に使用される機械構造用部品の素材として使用可能である。特に、本実施形態の鋼材は、真空浸炭処理を実施して製造される真空浸炭機械構造用部品の素材として適用可能である。真空浸炭機械構造用部品は特に限定されないが、例えば、真空浸炭ギヤ、真空浸炭歯車、真空浸炭シャフト等である。なお、本実施形態の鋼材は、機械構造用部品以外の用途にも適用可能である。
本実施形態の鋼材は、自動車や産業機械等に使用される機械構造用部品の素材として使用可能である。特に、本実施形態の鋼材は、真空浸炭処理を実施して製造される真空浸炭機械構造用部品の素材として適用可能である。真空浸炭機械構造用部品は特に限定されないが、例えば、真空浸炭ギヤ、真空浸炭歯車、真空浸炭シャフト等である。なお、本実施形態の鋼材は、機械構造用部品以外の用途にも適用可能である。
［鋼材の製造方法］
本実施形態の鋼材の製造方法の一例を説明する。以降に説明する鋼材の製造方法は、本実施形態の鋼材を製造するための一例である。したがって、上述の構成を有する鋼材は、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、本実施形態の鋼材の製造方法の好ましい一例である。本実施形態では、鋼材の一例として、棒鋼の製造方法を説明する。
本実施形態の鋼材の製造方法の一例を説明する。以降に説明する鋼材の製造方法は、本実施形態の鋼材を製造するための一例である。したがって、上述の構成を有する鋼材は、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、本実施形態の鋼材の製造方法の好ましい一例である。本実施形態では、鋼材の一例として、棒鋼の製造方法を説明する。
本実施形態の鋼材の製造方法の一例は、次の工程を含む。
（工程１）素材準備工程
（工程２）熱間加工工程
以下、各工程について説明する。
（工程１）素材準備工程
（工程２）熱間加工工程
以下、各工程について説明する。
［（工程１）素材準備工程］
素材準備工程では、本実施形態の鋼材の素材を準備する。具体的には、化学組成が特徴１～特徴３を満たす溶鋼を製造する。精錬方法は特に限定されず、周知の方法を用いればよい。例えば、周知の方法で製造された溶銑に対して転炉での精錬（一次精錬）を実施する。転炉から出鋼した溶鋼に対して、周知の二次精錬を実施する。二次精錬において、合金元素を溶鋼に添加して成分を調整し、特徴１～特徴３を満たす化学組成を有する溶鋼を製造する。
素材準備工程では、本実施形態の鋼材の素材を準備する。具体的には、化学組成が特徴１～特徴３を満たす溶鋼を製造する。精錬方法は特に限定されず、周知の方法を用いればよい。例えば、周知の方法で製造された溶銑に対して転炉での精錬（一次精錬）を実施する。転炉から出鋼した溶鋼に対して、周知の二次精錬を実施する。二次精錬において、合金元素を溶鋼に添加して成分を調整し、特徴１～特徴３を満たす化学組成を有する溶鋼を製造する。
上述の精錬方法により製造された溶鋼を用いて、周知の鋳造法により素材を製造する。例えば、溶鋼を用いて造塊法によりインゴットを製造する。また、溶鋼を用いて連続鋳造法によりブルームを製造してもよい。以上の方法により、素材（インゴット又はブルーム）を製造する。
［（工程２）熱間加工工程］
製造された素材を熱間加工して、鋼材を製造する。熱間加工工程では通常、１又は複数回の熱間加工を実施する。複数回熱間加工を実施する場合、最初の熱間加工は例えば、分塊圧延又は熱間鍛造を用いた圧延であり、次回以降の熱間加工は、連続圧延機を用いた圧延であってもよい。連続圧延機は、一列に配列された複数の圧延スタンドを備える。熱間加工後の鋼材を室温まで冷却する。分塊圧延及び連続圧延機を用いた圧延により、ビレットを製造し、その後、そのビレットを再加熱して、連続圧延機を用いた仕上げ圧延をさらに実施して、所望のサイズの鋼材を製造してもよい。また、熱間鍛造のみにより素材から鋼材を製造してもよい。熱間加工時の素材の加熱温度は特に限定されないが、例えば、１０００～１３００℃である。
製造された素材を熱間加工して、鋼材を製造する。熱間加工工程では通常、１又は複数回の熱間加工を実施する。複数回熱間加工を実施する場合、最初の熱間加工は例えば、分塊圧延又は熱間鍛造を用いた圧延であり、次回以降の熱間加工は、連続圧延機を用いた圧延であってもよい。連続圧延機は、一列に配列された複数の圧延スタンドを備える。熱間加工後の鋼材を室温まで冷却する。分塊圧延及び連続圧延機を用いた圧延により、ビレットを製造し、その後、そのビレットを再加熱して、連続圧延機を用いた仕上げ圧延をさらに実施して、所望のサイズの鋼材を製造してもよい。また、熱間鍛造のみにより素材から鋼材を製造してもよい。熱間加工時の素材の加熱温度は特に限定されないが、例えば、１０００～１３００℃である。
［真空浸炭機械構造用部品について］
本明細書において真空浸炭機械構造用部品とは、真空浸炭処理がされた機械構造用部品を意味する。上述のとおり、真空浸炭機械構造用部品は例えば、真空浸炭ギヤ、真空浸炭歯車、真空浸炭シャフト等である。
本明細書において真空浸炭機械構造用部品とは、真空浸炭処理がされた機械構造用部品を意味する。上述のとおり、真空浸炭機械構造用部品は例えば、真空浸炭ギヤ、真空浸炭歯車、真空浸炭シャフト等である。
本実施形態の真空浸炭機械構造用部品は、硬化層と、硬化層よりも内部の芯部とを備える。
硬化層は、真空浸炭機械構造用部品の表層に形成されており、真空浸炭処理によりＣが侵入して硬化した層である。硬化層は、浸炭層ともいう。硬化層は、真空浸炭機械構造用部品の表面から所定の深さまで形成されている。
芯部は、硬化層よりも内部の部分であって、真空浸炭処理によるＣの侵入及びＣの拡散の影響を受けていない領域である。芯部の硬さは、硬化層の硬さよりも低い。硬化層と芯部とは周知のミクロ組織観察により容易に区別可能であることは、当業者において周知の技術事項である。
硬化層は、真空浸炭機械構造用部品の表層に形成されており、真空浸炭処理によりＣが侵入して硬化した層である。硬化層は、浸炭層ともいう。硬化層は、真空浸炭機械構造用部品の表面から所定の深さまで形成されている。
芯部は、硬化層よりも内部の部分であって、真空浸炭処理によるＣの侵入及びＣの拡散の影響を受けていない領域である。芯部の硬さは、硬化層の硬さよりも低い。硬化層と芯部とは周知のミクロ組織観察により容易に区別可能であることは、当業者において周知の技術事項である。
本実施形態の真空浸炭機械構造用部品は、次の特徴を含む。
（特徴４）
芯部の化学組成が、質量％で、Ｃ：０．１０～０．３０％、Ｓｉ：０．８２～１．４０％、Ｍｎ：０．９１～２．００％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０２５％以下、Ｃｒ：０．１３～０．４０％、Ａｌ：０．００５～０．１００％、Ｎ：０．００２０～０．０３００％、及び、Ｏ：０．００１５％以下、を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる。芯部の化学組成が任意元素を含有する場合、芯部の化学組成が、質量％で、Ｃ：０．１０～０．３０％、Ｓｉ：０．８２～１．４０％、Ｍｎ：０．９１～２．００％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０２５％以下、Ｃｒ：０．１３～０．４０％、Ａｌ：０．００５～０．１００％、Ｎ：０．００２０～０．０３００％、及び、Ｏ：０．００１５％以下、を含有し、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、残部がＦｅ及び不純物からなる。
（特徴５）
芯部の化学組成が必須元素からなる場合、式（１Ａ）を満たし、芯部の化学組成が必須元素及び任意元素を含有する場合、式（１Ｂ）を満たす。
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ＋２０００．０×Ｎ （１Ａ）
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ－０．５×Ｍｏ＋２０００．０×［有効Ｎ］ （１Ｂ）
ここで、式（１Ａ）、式（１Ｂ）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入され、元素が含有されていない場合、対応する元素記号には「０」が代入される。
さらに、式（１Ｂ）中の［有効Ｎ］は以下のとおり定義される。
Ｆｎ＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７＞０である場合：
［有効Ｎ］＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７
Ｆｎ≦０である場合：
［有効Ｎ］＝０
（特徴６）
芯部の化学組成が式（２）を満たす。
Ａｌ／Ｎ≧２．７０ （２）
ここで、式（２）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
（特徴４）
芯部の化学組成が、質量％で、Ｃ：０．１０～０．３０％、Ｓｉ：０．８２～１．４０％、Ｍｎ：０．９１～２．００％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０２５％以下、Ｃｒ：０．１３～０．４０％、Ａｌ：０．００５～０．１００％、Ｎ：０．００２０～０．０３００％、及び、Ｏ：０．００１５％以下、を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる。芯部の化学組成が任意元素を含有する場合、芯部の化学組成が、質量％で、Ｃ：０．１０～０．３０％、Ｓｉ：０．８２～１．４０％、Ｍｎ：０．９１～２．００％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０２５％以下、Ｃｒ：０．１３～０．４０％、Ａｌ：０．００５～０．１００％、Ｎ：０．００２０～０．０３００％、及び、Ｏ：０．００１５％以下、を含有し、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、残部がＦｅ及び不純物からなる。
（特徴５）
芯部の化学組成が必須元素からなる場合、式（１Ａ）を満たし、芯部の化学組成が必須元素及び任意元素を含有する場合、式（１Ｂ）を満たす。
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ＋２０００．０×Ｎ （１Ａ）
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ－０．５×Ｍｏ＋２０００．０×［有効Ｎ］ （１Ｂ）
ここで、式（１Ａ）、式（１Ｂ）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入され、元素が含有されていない場合、対応する元素記号には「０」が代入される。
さらに、式（１Ｂ）中の［有効Ｎ］は以下のとおり定義される。
Ｆｎ＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７＞０である場合：
［有効Ｎ］＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７
Ｆｎ≦０である場合：
［有効Ｎ］＝０
（特徴６）
芯部の化学組成が式（２）を満たす。
Ａｌ／Ｎ≧２．７０ （２）
ここで、式（２）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
特徴４の各元素の作用については、本実施形態の鋼材の特徴１で説明した対応する元素の作用と同じである。また、特徴５及び特徴６の式（１Ａ）、式（１Ｂ）及び式（２）の技術的意義は、本実施形態の鋼材の特徴２及び特徴３で説明した内容と同じである。
［本実施形態の真空浸炭機械構造用部品の効果］
以上の通り、本実施形態の真空浸炭機械構造用部品は特徴４～特徴６を含む。そのため、本実施形態の真空浸炭機械構造用部品は、優れた曲げ疲労強度が得られ、製造工程中の真空浸炭処理において熱処理ひずみが抑制される。
以上の通り、本実施形態の真空浸炭機械構造用部品は特徴４～特徴６を含む。そのため、本実施形態の真空浸炭機械構造用部品は、優れた曲げ疲労強度が得られ、製造工程中の真空浸炭処理において熱処理ひずみが抑制される。
［本実施形態の真空浸炭機械構造用部品の好ましい形態］
好ましくは、本実施形態の真空浸炭機械構造用部品は、上述の特徴４～特徴６を含み、さらに、次の特徴７を含む。
（特徴７）
真空浸炭機械構造用部品の表面（以下、部品表面ともいう）と当該部品表面から０．１ｍｍ深さ位置との間の領域での質量％での平均Ｃ濃度を硬化層平均Ｃ濃度［Ｃ］ｓと定義し、
当該部品表面から１．９ｍｍ深さ位置と当該部品表面から２．０ｍｍ深さ位置との間の領域での質量％での平均Ｃ濃度を芯部平均Ｃ濃度［Ｃ］ｃと定義したとき、
硬化層平均Ｃ濃度［Ｃ］ｓと芯部平均Ｃ濃度［Ｃ］ｃとが式（３）を満たす。
［Ｃ］ｓ－［Ｃ］ｃ≦０．５５ （３）
好ましくは、本実施形態の真空浸炭機械構造用部品は、上述の特徴４～特徴６を含み、さらに、次の特徴７を含む。
（特徴７）
真空浸炭機械構造用部品の表面（以下、部品表面ともいう）と当該部品表面から０．１ｍｍ深さ位置との間の領域での質量％での平均Ｃ濃度を硬化層平均Ｃ濃度［Ｃ］ｓと定義し、
当該部品表面から１．９ｍｍ深さ位置と当該部品表面から２．０ｍｍ深さ位置との間の領域での質量％での平均Ｃ濃度を芯部平均Ｃ濃度［Ｃ］ｃと定義したとき、
硬化層平均Ｃ濃度［Ｃ］ｓと芯部平均Ｃ濃度［Ｃ］ｃとが式（３）を満たす。
［Ｃ］ｓ－［Ｃ］ｃ≦０．５５ （３）
［（特徴７）式（３）について］
Ｆ３＝［Ｃ］ｓ－［Ｃ］ｃと定義する。Ｆ３は真空浸炭機械構造用部品の硬化層のＣ濃度と芯部のＣ濃度との差を表す指標である。Ｆ３が小さいほど、硬化層のＣ濃度と芯部のＣ濃度との差は小さく、真空浸炭処理での変態により付加される応力σは小さくなる。上述の通り、変態塑性ひずみεは、変態塑性係数Ｋと、オーステナイトからマルテンサイトへの変態により付加される応力σとの積で示される。変態塑性ひずみεをさらに低減するためには、変態塑性係数Ｋだけでなく、応力σを低減することが好ましい。Ｆ３は小さい方が、応力σが低減する。そのため、変態塑性ひずみεがさらに抑制される。
Ｆ３＝［Ｃ］ｓ－［Ｃ］ｃと定義する。Ｆ３は真空浸炭機械構造用部品の硬化層のＣ濃度と芯部のＣ濃度との差を表す指標である。Ｆ３が小さいほど、硬化層のＣ濃度と芯部のＣ濃度との差は小さく、真空浸炭処理での変態により付加される応力σは小さくなる。上述の通り、変態塑性ひずみεは、変態塑性係数Ｋと、オーステナイトからマルテンサイトへの変態により付加される応力σとの積で示される。変態塑性ひずみεをさらに低減するためには、変態塑性係数Ｋだけでなく、応力σを低減することが好ましい。Ｆ３は小さい方が、応力σが低減する。そのため、変態塑性ひずみεがさらに抑制される。
Ｆ３が０．５５以下であれば、真空浸炭処理での変態により付加される応力σは十分に小さい。そのため、真空浸炭処理での熱処理ひずみをさらに抑制できる。
Ｆ３のさらに好ましい上限は０．５３であり、さらに好ましくは０．５１であり、さらに好ましくは０．４９であり、さらに好ましくは０．４７である。
Ｆ３の下限は特に限定されない。Ｆ３の好ましい下限は例えば、０．２５であり、さらに好ましくは０．３０であり、さらに好ましくは０．３５であり、さらに好ましくは０．４０であり、さらに好ましくは０．４５である。
Ｆ３の下限は特に限定されない。Ｆ３の好ましい下限は例えば、０．２５であり、さらに好ましくは０．３０であり、さらに好ましくは０．３５であり、さらに好ましくは０．４０であり、さらに好ましくは０．４５である。
［Ｆ３の算出方法］
Ｆ３は、以下の方法により求めることができる。
まず、硬化層平均Ｃ濃度［Ｃ］ｓと芯部平均Ｃ濃度［Ｃ］ｃとを、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｓｅｒ）により求める。
具体的には、真空浸炭機械構造用部品の表面に垂直な断面を観察面とする試験片を採取する。観察面は、少なくとも、真空浸炭機械構造用部品の表面（部品表面）と、当該部品表面から深さ方向に２．０ｍｍ以上の領域とを含む。
観察面において、部品表面の任意の位置から、深さ方向に２．０ｍｍの線分上で、ＥＰＭＡを用いて、Ｃ濃度分布の線分析を実施する。ＥＰＭＡでは、測定ピッチを０．００５ｍｍ、加速電圧を１５ｋＶ、照射電流を５００ｎＡとし、電子ビーム径を３μｍとする。真空浸炭機械構造用部品の表面の任意の５つの測定箇所で上述の線分析を実施する。
全ての測定箇所の線分析で得られたＣ濃度のうち、部品表面から０．１ｍｍ深さ位置までで測定されたＣ濃度の質量％での算術平均値を求める。得られたＣ濃度の算術平均値を、硬化層平均Ｃ濃度［Ｃ］ｓ（質量％）とする。なお、硬化層平均Ｃ濃度［Ｃ］ｓは、得られた数値の小数第三位を四捨五入して、小数第二位の値とする。
全ての測定箇所の線分析で得られたＣ濃度のうち、１．９ｍｍ深さ位置から２．０ｍｍ深さ位置までで測定されたＣ濃度の質量％での算術平均値を求める。得られたＣ濃度の算術平均値を芯部平均Ｃ濃度［Ｃ］ｃ（質量％）とする。なお、硬化層平均Ｃ濃度［Ｃ］ｓは、得られた数値の小数第三位を四捨五入して、小数第二位の値とする。
得られた硬化層平均Ｃ濃度［Ｃ］ｓ及び芯部平均Ｃ濃度［Ｃ］ｃに基づいて、Ｆ３を求める。
Ｆ３は、以下の方法により求めることができる。
まず、硬化層平均Ｃ濃度［Ｃ］ｓと芯部平均Ｃ濃度［Ｃ］ｃとを、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｓｅｒ）により求める。
具体的には、真空浸炭機械構造用部品の表面に垂直な断面を観察面とする試験片を採取する。観察面は、少なくとも、真空浸炭機械構造用部品の表面（部品表面）と、当該部品表面から深さ方向に２．０ｍｍ以上の領域とを含む。
観察面において、部品表面の任意の位置から、深さ方向に２．０ｍｍの線分上で、ＥＰＭＡを用いて、Ｃ濃度分布の線分析を実施する。ＥＰＭＡでは、測定ピッチを０．００５ｍｍ、加速電圧を１５ｋＶ、照射電流を５００ｎＡとし、電子ビーム径を３μｍとする。真空浸炭機械構造用部品の表面の任意の５つの測定箇所で上述の線分析を実施する。
全ての測定箇所の線分析で得られたＣ濃度のうち、部品表面から０．１ｍｍ深さ位置までで測定されたＣ濃度の質量％での算術平均値を求める。得られたＣ濃度の算術平均値を、硬化層平均Ｃ濃度［Ｃ］ｓ（質量％）とする。なお、硬化層平均Ｃ濃度［Ｃ］ｓは、得られた数値の小数第三位を四捨五入して、小数第二位の値とする。
全ての測定箇所の線分析で得られたＣ濃度のうち、１．９ｍｍ深さ位置から２．０ｍｍ深さ位置までで測定されたＣ濃度の質量％での算術平均値を求める。得られたＣ濃度の算術平均値を芯部平均Ｃ濃度［Ｃ］ｃ（質量％）とする。なお、硬化層平均Ｃ濃度［Ｃ］ｓは、得られた数値の小数第三位を四捨五入して、小数第二位の値とする。
得られた硬化層平均Ｃ濃度［Ｃ］ｓ及び芯部平均Ｃ濃度［Ｃ］ｃに基づいて、Ｆ３を求める。
［本実施形態の真空浸炭機械構造用部品の製造方法］
本実施形態の鋼材を素材とした真空浸炭機械構造用部品は例えば、次の製造方法により製造される。
本実施形態の鋼材を素材とした真空浸炭機械構造用部品は例えば、次の製造方法により製造される。
真空浸炭機械構造用部品の製造方法の一例は例えば、熱間加工工程、及び、真空浸炭処理工程（真空浸炭焼入れ及び焼戻し）を含む。熱間加工工程では、本実施形態の鋼材に対して熱間加工を実施して、所定の形状を有する中間品を製造する。熱間加工は例えば、熱間鍛造である。熱間加工工程では、鋼材をＡｃ３点以上に加熱した後、鋼材を加工する。したがって、鋼材のミクロ組織は、熱間加工工程の加熱時にリセットされる。加熱温度は例えば、１０００～１３００℃である。熱間加工後の中間品を常温まで冷却する。
必要に応じて、熱間加工後の中間品に対して、切削加工を実施してもよい。つまり、切削加工は任意の工程である。
必要に応じて、熱間加工後の中間品に対して、切削加工を実施してもよい。つまり、切削加工は任意の工程である。
熱間加工後又は切削加工後の中間品に対して、真空浸炭処理工程を実施して、真空浸炭機械構造用部品を製造する。真空浸炭工程は、真空浸炭焼入れ工程と、焼戻し工程とを含む。
真空浸炭焼入れ工程では例えば、加熱工程、均熱工程、浸炭工程、拡散工程、焼入れ工程の順に実施する。
加熱工程では、熱処理炉内に中間品を装入し、浸炭温度まで加熱する。このとき、炉内圧力を例えば、１０Ｐａ以下とする。浸炭温度は例えば、９００～１１００℃である。
均熱工程では、浸炭温度で中間品を所定時間保持して、均熱処理を実施する。均熱処理での炉内の圧力は１０Ｐａ以下であってもよく、又は、窒素ガスの導入と真空ポンプによる真空排気を同時に行い、１０００Ｐａ以下の窒素ガス雰囲気としてもよい。
浸炭工程では、浸炭温度で中間品を所定時間保持する。浸炭工程では、周知の浸炭ガスを用いる。浸炭ガスは例えば、アセチレン、プロパン又はエチレン等の炭化水素ガスである。浸炭ガス圧は、浸炭ガスの種類に応じて所定のガス圧とする。浸炭ガスとしてアセチレンを用いた場合、浸炭ガス圧は例えば、１０～１０００Ｐａとする。浸炭ガスがプロパンである場合、浸炭ガス圧は例えば、２００～３０００Ｐａとする。
浸炭工程後、拡散工程を実施する。拡散工程では、浸炭温度で中間品を所定時間保持する。拡散工程での炉内圧力は、浸炭工程での残留ガスを除去するため、１００Ｐａ以下であってもよい。又は、窒素ガスの導入と真空ポンプによる真空排気を同時に行って、１０００Ｐａ以下の窒素ガス雰囲気としてもよい。
拡散工程後、中間品に対して焼入れ工程を実施する。焼入れ方法は、周知の冷却方法を用いればよい。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品を浸漬して急冷する。
なお、真空浸炭焼入れでの熱処理温度、又は、浸炭工程及び拡散工程の保持時間を調整することにより、硬化層平均Ｃ濃度［Ｃ］ｓを調整することができる。
加熱工程では、熱処理炉内に中間品を装入し、浸炭温度まで加熱する。このとき、炉内圧力を例えば、１０Ｐａ以下とする。浸炭温度は例えば、９００～１１００℃である。
均熱工程では、浸炭温度で中間品を所定時間保持して、均熱処理を実施する。均熱処理での炉内の圧力は１０Ｐａ以下であってもよく、又は、窒素ガスの導入と真空ポンプによる真空排気を同時に行い、１０００Ｐａ以下の窒素ガス雰囲気としてもよい。
浸炭工程では、浸炭温度で中間品を所定時間保持する。浸炭工程では、周知の浸炭ガスを用いる。浸炭ガスは例えば、アセチレン、プロパン又はエチレン等の炭化水素ガスである。浸炭ガス圧は、浸炭ガスの種類に応じて所定のガス圧とする。浸炭ガスとしてアセチレンを用いた場合、浸炭ガス圧は例えば、１０～１０００Ｐａとする。浸炭ガスがプロパンである場合、浸炭ガス圧は例えば、２００～３０００Ｐａとする。
浸炭工程後、拡散工程を実施する。拡散工程では、浸炭温度で中間品を所定時間保持する。拡散工程での炉内圧力は、浸炭工程での残留ガスを除去するため、１００Ｐａ以下であってもよい。又は、窒素ガスの導入と真空ポンプによる真空排気を同時に行って、１０００Ｐａ以下の窒素ガス雰囲気としてもよい。
拡散工程後、中間品に対して焼入れ工程を実施する。焼入れ方法は、周知の冷却方法を用いればよい。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品を浸漬して急冷する。
なお、真空浸炭焼入れでの熱処理温度、又は、浸炭工程及び拡散工程の保持時間を調整することにより、硬化層平均Ｃ濃度［Ｃ］ｓを調整することができる。
焼入れ工程後の中間品に対して、焼戻し工程を実施する。焼戻し温度は例えば、１００～２００℃である。
以上の工程により、本実施形態の鋼材を素材とした真空浸炭機械構造用部品が製造される。なお、熱間加工工程後の鋼材に対して、必要に応じて、焼準処理や球状化焼鈍処理を実施してもよい。
本実施形態の鋼材を素材として真空浸炭処理工程を含む製造工程により製造された真空浸炭機械構造用部品では、十分な曲げ疲労強度が得られ、熱処理ひずみが十分に抑制されている。
本実施形態の鋼材を素材として真空浸炭処理工程を含む製造工程により製造された真空浸炭機械構造用部品では、十分な曲げ疲労強度が得られ、熱処理ひずみが十分に抑制されている。
表１－１及び表１－２に示す化学組成を有する鋼材を製造した。
表１－２中の「－」は、対応する元素含有量が、不純物レベルであることを意味する。
溶鋼を用いて連続鋳造を実施して鋳片を製造した。製造された鋳片を加熱して分塊圧延及びその後の連続圧延を実施して、１６０ｍｍ×１６０ｍｍのビレットを製造した。なお、分塊圧延時の鋳片の加熱温度は１０００℃～１３００℃であった。さらに、製造されたビレットを再び加熱した後、熱間圧延を実施して、直径５０ｍｍの鋼材（棒鋼）を製造した。このときのビレットの加熱温度は１０００℃～１３００℃であった。製造された鋼材を常温まで空冷した。以上の製造工程により、直径５０ｍｍの各試験番号の鋼材を製造した。
［評価試験について］
製造された鋼材に対して、次の評価試験を実施した。
（試験１）深さ方向のＣ濃度分布測定試験
（試験２）曲げ疲労強度評価試験
（試験３）熱処理ひずみ評価試験
以下、試験１～試験３について説明する。
製造された鋼材に対して、次の評価試験を実施した。
（試験１）深さ方向のＣ濃度分布測定試験
（試験２）曲げ疲労強度評価試験
（試験３）熱処理ひずみ評価試験
以下、試験１～試験３について説明する。
［（試験１）深さ方向のＣ濃度分布測定試験］
各試験番号の鋼材（直径５０ｍｍの棒鋼）から、模擬真空浸炭機械構造用部品を作製した。具体的には、各試験番号の鋼材（直径５０ｍｍの棒鋼）を、加熱温度１２００℃、保持時間３０分の条件で加熱した。その後、仕上げ温度を９５０℃以上として熱間加工（熱間鍛造）し、中間品として直径３５ｍｍの棒鋼を製造した。中間品に対して、真空浸炭処理（真空浸炭焼入れ工程及び焼戻し工程）を実施して、模擬真空浸炭機械構造用部品を作製した。
各試験番号の鋼材（直径５０ｍｍの棒鋼）から、模擬真空浸炭機械構造用部品を作製した。具体的には、各試験番号の鋼材（直径５０ｍｍの棒鋼）を、加熱温度１２００℃、保持時間３０分の条件で加熱した。その後、仕上げ温度を９５０℃以上として熱間加工（熱間鍛造）し、中間品として直径３５ｍｍの棒鋼を製造した。中間品に対して、真空浸炭処理（真空浸炭焼入れ工程及び焼戻し工程）を実施して、模擬真空浸炭機械構造用部品を作製した。
真空浸炭焼入れ工程では、炉内の圧力を１０Ｐａ以下に保持した。加熱工程では、各試験番号の中間品（棒鋼）を、９５０℃の浸炭温度に加熱した。加熱工程後、均熱工程を実施した。均熱工程では、９５０℃の浸炭温度で中間品を６０分保持した。
均熱工程後、浸炭工程を実施した。浸炭工程では、真空浸炭炉内に、浸炭ガスとしてアセチレンを供給した。浸炭工程での浸炭ガス圧は、１ｋＰａ以下に保持した。浸炭工程では、９５０℃の浸炭温度で４０分保持した。浸炭工程後、拡散工程を実施した。拡散工程での浸炭ガス圧は５ｈＰａ以下に保持した。拡散工程では、９５０℃の浸炭温度で７０分保持した。
拡散工程後、鋼材温度を８５０℃まで炉冷した。その後、中間品を８５０℃の焼入れ温度で３０分保持した。その後、１３０℃の油で焼入れを実施した。
焼入れ後、中間品に対して焼戻しを実施した。焼戻し温度は１８０℃であり、焼戻し温度での保持時間は１２０分であった。保持時間経過後は空冷した。
以上の方法で、各試験番号の模擬真空浸炭機械構造用部品を作製した。
以上の方法で、各試験番号の模擬真空浸炭機械構造用部品を作製した。
上述の［Ｆ３の算出方法］に記載の方法により、各試験番号の鋼材から作製された模擬浸炭機械構造用部品の硬化層平均Ｃ濃度［Ｃ］ｓ及び芯部平均Ｃ濃度［Ｃ］ｃを求めた。得られた硬化層平均Ｃ濃度［Ｃ］ｓ及び芯部平均Ｃ濃度［Ｃ］ｃに基づいて、Ｆ３を求めた。硬化層平均Ｃ濃度［Ｃ］ｓ、芯部平均Ｃ濃度［Ｃ］ｃ、及びＦ３を表２に示す。
［（試験２）曲げ疲労強度評価試験］
各試験番号の鋼材（直径５０ｍｍの棒鋼）から、真空浸炭機械構造用部品を模した小野式回転曲げ疲労試験片を作製した。小野式回転曲げ疲労試験片の形状を図１に示す。図１中の数値は、寸法（単位はｍｍ）を表す。図１中の「φ」は直径を意味する。「Ｒ１」は、切欠き底の曲率半径が１ｍｍであることを意味する。
各試験番号の鋼材（直径５０ｍｍの棒鋼）から、真空浸炭機械構造用部品を模した小野式回転曲げ疲労試験片を作製した。小野式回転曲げ疲労試験片の形状を図１に示す。図１中の数値は、寸法（単位はｍｍ）を表す。図１中の「φ」は直径を意味する。「Ｒ１」は、切欠き底の曲率半径が１ｍｍであることを意味する。
具体的には、各試験番号の鋼材（直径５０ｍｍの棒鋼）を、加熱温度１２００℃、保持時間３０分の条件で加熱した。その後、仕上げ温度を９５０℃以上として熱間加工（熱間鍛造）し、直径３５ｍｍの棒鋼を製造した。直径３５ｍｍの棒鋼を機械加工（切削加工）して、小野式回転曲げ疲労試験片の中間品を加工した。各試験番号の中間品に対して、試験１と同じ方法で真空浸炭処理（真空浸炭焼入れ工程及び焼戻し工程）を実施して、図１に示す小野式回転曲げ疲労試験片を作製した。
さらに、曲げ疲労強度評価試験の基準鋼材として、試験番号ＲＥＦ１の鋼材（直径５０ｍｍの棒鋼）を準備した。試験番号ＲＥＦ１の基準鋼材は、ＪＩＳ Ｇ ４０５３：２０１６に規定のＳＭｎ４２０に相当する化学組成を有した。
各試験番号の小野式回転曲げ疲労試験片を用いて、小野式回転曲げ疲労試験を行った。各試験番号ごとに複数の小野式回転曲げ疲労試験片を準備した。各試験片ごとに加える応力を変えて疲労試験を実施し、１０００万回（１０７回）繰り返しの後、破断しなかった最も高い応力を曲げ疲労強度（ＭＰａ）とした。小野式回転曲げ疲労試験では、回転速度を３０００ｒｐｍとし、応力比を両振りとした。
各試験番号の曲げ疲労強度の、基準鋼材（試験番号ＲＥＦ１）の曲げ疲労強度に対する比を曲げ疲労強度比と定義した。つまり、次式により、曲げ疲労強度比を求めた。
曲げ疲労強度比＝（当該試験番号の曲げ疲労強度（ＭＰａ）／試験番号ＲＥＦ１の曲げ疲労強度（ＭＰａ））
曲げ疲労強度比＝（当該試験番号の曲げ疲労強度（ＭＰａ）／試験番号ＲＥＦ１の曲げ疲労強度（ＭＰａ））
得られた曲げ疲労強度比が１．００以上であれば、十分な曲げ疲労強度が得られると判断した（表２中の「曲げ疲労強度」欄で「○」で表記）。一方、曲げ疲労強度比が１．００未満であれば、曲げ疲労強度が低いと判断した（表２中の「曲げ疲労強度」欄で「×」で表記）。
［（試験３）熱処理ひずみ評価試験］
各試験番号の鋼材の熱処理ひずみを、次の方法で求めた。初めに、各試験番号の鋼材（直径５０ｍｍの棒鋼）から、真空浸炭機械構造用部品を模した熱処理ひずみ評価試験片を作製した。熱処理ひずみ評価試験片の形状を図２に示す。図２中の数値は、寸法（単位はｍｍ）を表す。図２中の「φ」は直径を意味する。以降の説明では、熱処理ひずみ評価試験片を三次元直交座標系（ｘｙｚ座標系）に配置したと仮定して説明する。なお、熱処理ひずみ評価試験片の長手方向をｙ方向、熱処理ひずみ評価試験片の高さ方向をｚ方向、ｚ方向及びｙ方向に垂直な方向をｘ方向と定義する。
各試験番号の鋼材の熱処理ひずみを、次の方法で求めた。初めに、各試験番号の鋼材（直径５０ｍｍの棒鋼）から、真空浸炭機械構造用部品を模した熱処理ひずみ評価試験片を作製した。熱処理ひずみ評価試験片の形状を図２に示す。図２中の数値は、寸法（単位はｍｍ）を表す。図２中の「φ」は直径を意味する。以降の説明では、熱処理ひずみ評価試験片を三次元直交座標系（ｘｙｚ座標系）に配置したと仮定して説明する。なお、熱処理ひずみ評価試験片の長手方向をｙ方向、熱処理ひずみ評価試験片の高さ方向をｚ方向、ｚ方向及びｙ方向に垂直な方向をｘ方向と定義する。
なお、熱処理ひずみ評価試験の基準鋼材として、試験番号ＲＥＦ２の鋼材（直径５０ｍｍの棒鋼）を準備した。試験番号ＲＥＦ２の基準鋼材は、ＪＩＳ Ｇ ４０５３：２０１６に規定のＳＣＭ４２０に相当する化学組成を有した。
各試験番号の鋼材を、加熱温度１２００℃、保持時間３０分の条件で加熱した。その後、仕上げ温度を９５０℃以上として熱間加工（熱間鍛造）し、直径２５ｍｍの棒鋼を製造した。直径２５ｍｍの棒鋼を機械加工（切削加工）して、直径１０ｍｍ、長さ１００ｍｍの熱処理ひずみ評価試験片の中間品を加工した。中間品の側面に対して、深さ２．５ｍｍ、幅４ｍｍ、長さ１００ｍｍの溝を機械加工（切削加工）して、図２に示す熱処理ひずみ評価試験片を作製した。
真空浸炭処理前の熱処理ひずみ評価試験片の真直度を、次の方法により測定した。
図２を参照して、長手方向の両端の測定位置Ａ１及びＡ２と、長手方向中央位置である測定位置Ａ３とにおいて、長手方向（ｙ方向）に垂直な面（ｘｚ平面上の面）での試験片の外周形状を求めた。具体的には、三次元寸法測定機として、株式会社ミツトヨ製のＣＮＣ三次元寸法測定機（商品名：Ｃｒｙｓｔａ－Ａｐｅｘ）を用いた。図３に示すとおり、熱処理ひずみ評価試験片の長手方向に垂直な面（以下、測定面という）において、試験片の溝部が下方に配置されるように熱処理ひずみ評価試験片を配置した。ＣＮＣ三次元寸法測定機では、測定位置Ａ１～Ａ３の各々で、測定面の頂上を０°として、外周周りに４５°ピッチの測定点Ｐ１～Ｐ７の座標（ｘ，ｙ，ｚ）を求めた。なお、測定面の頂上を０°とした場合の１８０°の位置は溝部に相当するため、１８０°位置での座標を測定しなかった。つまり、各測定面の外周上の７箇所の測定点Ｐ１～Ｐ７で座標を求めた。
図２を参照して、長手方向の両端の測定位置Ａ１及びＡ２と、長手方向中央位置である測定位置Ａ３とにおいて、長手方向（ｙ方向）に垂直な面（ｘｚ平面上の面）での試験片の外周形状を求めた。具体的には、三次元寸法測定機として、株式会社ミツトヨ製のＣＮＣ三次元寸法測定機（商品名：Ｃｒｙｓｔａ－Ａｐｅｘ）を用いた。図３に示すとおり、熱処理ひずみ評価試験片の長手方向に垂直な面（以下、測定面という）において、試験片の溝部が下方に配置されるように熱処理ひずみ評価試験片を配置した。ＣＮＣ三次元寸法測定機では、測定位置Ａ１～Ａ３の各々で、測定面の頂上を０°として、外周周りに４５°ピッチの測定点Ｐ１～Ｐ７の座標（ｘ，ｙ，ｚ）を求めた。なお、測定面の頂上を０°とした場合の１８０°の位置は溝部に相当するため、１８０°位置での座標を測定しなかった。つまり、各測定面の外周上の７箇所の測定点Ｐ１～Ｐ７で座標を求めた。
図４に示すとおり、各測定面において、得られた７つ測定点Ｐ１～Ｐ７の座標を用いて、最小二乗法により円Ｃ０を近似した。得られた円Ｃ０から、円Ｃ０の中心位置ＣＰの三次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）を求めた。以降の説明では、測定位置Ａ１での円Ｃ０の中心位置をＣＰ１と定義する。同様に、測定位置Ａ２での円Ｃ０の中心位置をＣＰ２と定義し、測定位置Ａ３での円Ｃ０の中心位置をＣＰ３と定義する。
図５に示すとおり、得られた３つの中心位置ＣＰ１～ＣＰ３の座標に基づいて、中心位置ＣＰ１と中心位置ＣＰ２とを結ぶ線分ＳＧと、中心位置ＣＰ３とのｘ方向の距離Ｄを求め、求めた距離Ｄを、曲がり量Ｄと定義した。曲がり量Ｄは試験片の曲がりの程度を示す指標である。
真空浸炭処理前の熱処理ひずみ評価試験片の曲がり量Ｄを求めた後、熱処理ひずみ評価試験片に対して、試験１と同じ条件で真空浸炭処理を実施した。真空浸炭処理後の熱処理ひずみ評価試験片に対して、真空浸炭処理前の熱処理ひずみ評価試験片と同じ方法で、曲がり量Ｄを求めた。真空浸炭処理後の熱処理ひずみ評価試験片の曲がり量Ｄと、真空浸炭処理前の熱処理ひずみ評価試験片の曲がり量Ｄとの差分値ΔＤを求めた。得られた差分値ΔＤは、真空浸炭処理により導入された熱処理ひずみ量を示す指標である。
試験番号ＲＥＦ２の基準鋼材で得られた差分値ΔＤ、及び、各試験番号の差分値ΔＤを用いて、次式により、各試験番号の熱処理ひずみ評価試験片の曲がり量比を求めた。
曲がり量比＝当該試験番号の差分値ΔＤ／試験番号ＲＥＦ２の基準鋼材の差分値ΔＤ
得られた曲がり量比が０．７超～０．８であれば、熱処理ひずみが十分に抑制されたと判断した（表２中の「熱処理ひずみ」欄で「○」で表記）。曲がり量比が０．７以下であれば、熱処理ひずみがさらに抑制されたと判断した（表２中の「熱処理ひずみ」欄で「◎」で表記）。一方、曲がり量比が０．８超であれば、熱処理ひずみが十分に抑制されなかったと判断した（表２中の「熱処理ひずみ」欄で「×」で表記）。
曲がり量比＝当該試験番号の差分値ΔＤ／試験番号ＲＥＦ２の基準鋼材の差分値ΔＤ
得られた曲がり量比が０．７超～０．８であれば、熱処理ひずみが十分に抑制されたと判断した（表２中の「熱処理ひずみ」欄で「○」で表記）。曲がり量比が０．７以下であれば、熱処理ひずみがさらに抑制されたと判断した（表２中の「熱処理ひずみ」欄で「◎」で表記）。一方、曲がり量比が０．８超であれば、熱処理ひずみが十分に抑制されなかったと判断した（表２中の「熱処理ひずみ」欄で「×」で表記）。
［試験結果］
表２に試験結果を示す。表２を参照して、試験番号１～４７の鋼材は、特徴１～特徴３を満たし、鋼材から作製された模擬真空浸炭機械構造用部品が特徴４～６を満たした。そのため、十分な曲げ疲労強度が得られた。さらに、熱処理ひずみを十分に抑制できた。
表２に試験結果を示す。表２を参照して、試験番号１～４７の鋼材は、特徴１～特徴３を満たし、鋼材から作製された模擬真空浸炭機械構造用部品が特徴４～６を満たした。そのため、十分な曲げ疲労強度が得られた。さらに、熱処理ひずみを十分に抑制できた。
試験番号３～４７の鋼材ではさらに、鋼材から作製された模擬真空浸炭機械構造用部品が、特徴４～特徴６に加えて、特徴７を満たした。そのため、熱処理ひずみをさらに抑制できた。
一方、試験番号４８では、Ｍｎ含有量が低すぎた。そのため、十分な曲げ疲労強度が得られなかった。さらに、熱処理ひずみが十分に抑制されなかった。
試験番号４９では、Ｃｒ含有量が低すぎた。そのため、十分な曲げ疲労強度が得られなかった。
試験番号５０では、Ｃｒ含有量が高すぎた。そのため、熱処理ひずみが十分に抑制されなかった。
試験番号５１では、Ｎ含有量が低すぎた。そのため、熱処理ひずみが十分に抑制されなかった。
試験番号５２及び５３では、Ｆ１Ａが低すぎた。そのため、熱処理ひずみが十分に抑制されなかった。
試験番号５４及び５５では、Ｆ１Ｂが低すぎた。そのため、熱処理ひずみが十分に抑制されなかった。
試験番号５６では、Ｆ２が低すぎた。そのため、熱処理ひずみが十分に抑制されなかった。
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。
Claims (13)
- 質量％で、
Ｃ：０．１０～０．３０％、
Ｓｉ：０．８２～１．４０％、
Ｍｎ：０．９１～２．００％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０２５％以下、
Ｃｒ：０．１３～０．４０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．００２０～０．０３００％、及び、
Ｏ：０．００１５％以下、を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１Ａ）及び式（２）を満たす、
鋼材。
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ＋２０００．０×Ｎ （１Ａ）
Ａｌ／Ｎ≧２．７０ （２）
ここで、式（１Ａ）及び式（２）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。 - 質量％で、
Ｃ：０．１０～０．３０％、
Ｓｉ：０．８２～１．４０％、
Ｍｎ：０．９１～２．００％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０２５％以下、
Ｃｒ：０．１３～０．４０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．００２０～０．０３００％、及び、
Ｏ：０．００１５％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、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１Ｂ）及び式（２）を満たす、
鋼材。
［第１群］
Ｃｕ：０．５０％以下、
Ｎｉ：０．５０％以下、
Ｍｏ：０．３５％以下、
Ｂ：０．００５０％以下、及び、
Ｃｏ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｖ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．２００％以下、
Ｔｉ：０．２００％以下、及び、
Ｗ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第３群］
Ｃａ：０．０１００％以下、及び、
Ｍｇ：０．０１５％以下、からなる群から選択される１種以上
［第４群］
Ｔｅ：０．０８０％以下、
Ｂｉ：０．５００％以下、
Ｐｂ：０．０９％以下、
Ｓｎ：０．１５％以下、及び、
Ｓｂ：０．１５％以下、からなる群から選択される１種以上
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ－０．５×Ｍｏ＋２０００．０×［有効Ｎ］ （１Ｂ）
Ａｌ／Ｎ≧２．７０ （２）
ここで、式（１Ｂ）及び式（２）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入され、元素が含有されていない場合、対応する元素記号には「０」が代入される。
さらに、式（１Ｂ）中の［有効Ｎ］は以下のとおり定義される。
Ｆｎ＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７＞０である場合：
［有効Ｎ］＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７
Ｆｎ≦０である場合：
［有効Ｎ］＝０ - 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２に記載の鋼材であって、
前記第４群を含有する、
鋼材。 - 硬化層と、
前記硬化層よりも内部の芯部とを備え、
前記芯部の化学組成は、質量％で、
Ｃ：０．１０～０．３０％、
Ｓｉ：０．８２～１．４０％、
Ｍｎ：０．９１～２．００％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０２５％以下、
Ｃｒ：０．１３～０．４０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．００２０～０．０３００％、及び、
Ｏ：０．００１５％以下、を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１Ａ）及び式（２）を満たす、
真空浸炭機械構造用部品。
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ＋２０００．０×Ｎ （１Ａ）
Ａｌ／Ｎ≧２．７０ （２）
ここで、式（１Ａ）及び式（２）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。 - 硬化層と、
前記硬化層よりも内部の芯部とを備え、
前記芯部の化学組成は、質量％で、
Ｃ：０．１０～０．３０％、
Ｓｉ：０．８２～１．４０％、
Ｍｎ：０．９１～２．００％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０２５％以下、
Ｃｒ：０．１３～０．４０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．００２０～０．０３００％、及び、
Ｏ：０．００１５％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、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１Ｂ）及び式（２）を満たす、
真空浸炭機械構造用部品。
［第１群］
Ｃｕ：０．５０％以下、
Ｎｉ：０．５０％以下、
Ｍｏ：０．３５％以下、
Ｂ：０．００５０％以下、及び、
Ｃｏ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｖ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．２００％以下、
Ｔｉ：０．２００％以下、及び、
Ｗ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第３群］
Ｃａ：０．０１００％以下、及び、
Ｍｇ：０．０１５％以下、からなる群から選択される１種以上
［第４群］
Ｔｅ：０．０８０％以下、
Ｂｉ：０．５００％以下、
Ｐｂ：０．０９％以下、
Ｓｎ：０．１５％以下、及び、
Ｓｂ：０．１５％以下、からなる群から選択される１種以上
６６．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ－０．５×Ｍｏ＋２０００．０×［有効Ｎ］ （１Ｂ）
Ａｌ／Ｎ≧２．７０ （２）
ここで、式（１Ｂ）及び式（２）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入され、元素が含有されていない場合、対応する元素記号には「０」が代入される。
さらに、式（１Ｂ）中の［有効Ｎ］は以下のとおり定義される。
Ｆｎ＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７＞０である場合：
［有効Ｎ］＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７
Ｆｎ≦０である場合：
［有効Ｎ］＝０ - 請求項８に記載の真空浸炭機械構造用部品であって、
前記第１群を含有する、
真空浸炭機械構造用部品。 - 請求項８に記載の真空浸炭機械構造用部品であって、
前記第２群を含有する、
真空浸炭機械構造用部品。 - 請求項８に記載の真空浸炭機械構造用部品であって、
前記第３群を含有する、
真空浸炭機械構造用部品。 - 請求項８に記載の真空浸炭機械構造用部品であって、
前記第４群を含有する、
真空浸炭機械構造用部品。 - 請求項７～１２のいずれか１項に記載の真空浸炭機械構造用部品であって、
前記真空浸炭機械構造用部品の表面と前記表面から０．１ｍｍ深さ位置との間の領域での質量％での平均Ｃ濃度を硬化層平均Ｃ濃度［Ｃ］ｓと定義し、
前記表面から１．９ｍｍ深さ位置と前記表面から２．０ｍｍ深さ位置との間の領域での質量％での平均Ｃ濃度を芯部平均Ｃ濃度［Ｃ］ｃと定義したとき、
前記硬化層平均Ｃ濃度［Ｃ］ｓと前記芯部平均Ｃ濃度［Ｃ］ｃとが式（３）を満たす、
真空浸炭機械構造用部品。
［Ｃ］ｓ－［Ｃ］ｃ≦０．５５ （３）
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|---|---|
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|---|---|---|---|
| JP2023110239A Pending JP2024007540A (ja) | 2022-07-04 | 2023-07-04 | 鋼材、及び、真空浸炭機械構造用部品 |
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