WO2023017829A1 - 鋼材 - Google Patents

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WO2023017829A1
WO2023017829A1 PCT/JP2022/030491 JP2022030491W WO2023017829A1 WO 2023017829 A1 WO2023017829 A1 WO 2023017829A1 JP 2022030491 W JP2022030491 W JP 2022030491W WO 2023017829 A1 WO2023017829 A1 WO 2023017829A1
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particles
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steel material
steel
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PCT/JP2022/030491
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慶 宮西
利治 間曽
Original Assignee
日本製鉄株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to steel materials, and more particularly to steel materials that are used as materials for machine structural parts.
  • High fatigue strength is required for mechanical structural parts used for underbody parts and axles of automobiles and construction vehicles.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 57-19366
  • Patent Document 2 2004-18879
  • 2008-169411 Patent Document 3
  • the steel material disclosed in Patent Document 1 contains 0.001 to 0.05% of Ca, 0.02 to 0.15% of Pb and Bi singly or in combination, and S is regulated to 0.005% or less.
  • the inclusions are CaS--CaO, Pb, and Bi-based inclusions, and the Al 2 O 3 inclusions are suppressed to less than 0.001%.
  • a large amount of Ca is continuously added to molten steel to convert dissolved S into CaS.
  • Al 2 O 3 is eliminated or greatly reduced by a reduction reaction with Ca. Therefore, the inclusions are CaS--CaO-based inclusions.
  • a small amount of one or both of Pb and Bi is added to the molten steel to form single inclusions of Pb or Bi. Patent Document 1 describes that this improves the machinability of the steel material.
  • the steel material disclosed in Patent Document 3 has, in mass%, C: 0.15 to 0.55%, Si: 0.01 to 2.0%, Mn: 0.01 to 2.5%, Cu: 0 .01-2.0%, Ni: 0.01-2.0%, Cr: 0.01-2.5%, Mo: 0.01-3.0%, and from the group consisting of V and W Total amount of at least one selected: 0.01 to 1.0%, the balance being Fe and unavoidable impurities.
  • This steel material is soaked at 1010° C. to 1050° C., then cooled to 500° C. to 550° C. at a cooling rate of 200° C./min or more, and then cooled to 150° C. or less at a cooling rate of 100° C./min or more.
  • Patent Literature 3 describes that this steel material has an LMX of 17.66 or more, so that the softening resistance is increased and the thermal fatigue strength is increased.
  • an example of a manufacturing process of a machine structural part using steel as a raw material is as follows.
  • a raw steel material is hot-worked to manufacture an intermediate product having a rough shape for a machine structural part.
  • Hot working is, for example, hot forging.
  • Machining (cutting) is performed on the manufactured intermediate product so that the intermediate product has a predetermined shape. Quenching and tempering is performed on the intermediate product after cutting.
  • the mechanical structural component is manufactured.
  • induction hardening may be performed on an intermediate product (steel material) in order to increase the strength of a portion of the mechanical structural part.
  • high-frequency induction heating is performed on a portion of the intermediate product (steel material) whose strength is desired to be increased, and then rapid cooling (quenching) is performed.
  • the steel material may be locally excessively heated due to the shape of the intermediate product (steel material). Then, the surface layer and part of the inside of the steel material may be melted and cracks may occur. Such cracks are also referred to herein as "fusion cracks.” When induction hardening is performed in the manufacturing process of mechanical structural parts, it is necessary to suppress molten cracks in steel materials.
  • Patent Documents 1 to 3 at least suppression of hot working cracks and suppression of fusion cracks are not considered.
  • An object of the present invention is to provide a steel material that has excellent machinability, can suppress cracking during hot working, can suppress molten cracking during induction hardening, and can provide excellent fatigue strength when used as a machine structural part. It is to be.
  • the steel material according to the present invention is The chemical composition, in mass %, C: 0.20 to 0.50%, Si: 0.01 to 0.80%, Mn: 0.50-2.00%, P: 0.030% or less, S: 0.010 to 0.095%, Cr: 0.01 to 1.30%, V: more than 0.200 to 0.300%, Bi: 0.0051 to 0.1500%, N: 0.0030 to 0.0200%, the balance consists of Fe and impurities, satisfies the formula (1),
  • the number density of fine Bi particles with an equivalent circle diameter of 0.1 to 1.0 ⁇ m is 80 to 8000 / mm 2
  • the number density of coarse Bi particles having an equivalent circle diameter of 10.0 ⁇ m or more is 10 particles/mm 2 or less.
  • the present inventors first studied the chemical composition of steel materials that have excellent machinability and that provide excellent fatigue strength when used as mechanical structural parts. As a result, the present inventors found that the chemical composition is, in mass%, C: 0.20 to 0.50%, Si: 0.01 to 0.80%, Mn: 0.50 to 2.00%, P: 0.030% or less, S: 0.010-0.095%, Cr: 0.01-1.30%, V: more than 0.200-0.300%, N: 0.0030-0.
  • the present inventors examined the contents of elements that affect the hardness of steel materials whose contents of each element in the chemical composition are within the above ranges.
  • C, Si, Mn, Cr, and V particularly increase the internal hardness of mechanical structural parts manufactured using steel as a raw material, and as a result, the fatigue strength of mechanical structural parts increase
  • S lowers the internal hardness. Therefore, the present inventors have found that by adjusting the content of these elements to an appropriate range, it is possible to improve the machinability of steel materials and improve the fatigue strength of machine structural parts manufactured using steel materials as raw materials. I thought it would be compatible.
  • the present inventors found that if the content of each element in the chemical composition is within the above range, the steel material satisfies the formula (1), the steel material has excellent machinability, and furthermore, , and found that excellent fatigue strength can be obtained when used as mechanical structural parts. 0.80 ⁇ C+(Si/10)+(Mn/5)-(5S/7)+(5Cr/22)+1.65V ⁇ 1.50 (1)
  • the content of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula in terms of % by mass.
  • the inventors considered that the C content affects the molten cracking that occurs in the steel material during induction hardening. Specifically, C that segregates at grain boundaries is likely to cause melt cracking. Therefore, the present inventors have investigated means for suppressing the segregation of C at grain boundaries.
  • Bi particles suppress coarsening of austenite grains in the steel material during induction hardening due to the pinning effect. If the Bi particles are fine, the pinning effect increases. If the austenite grains are kept fine during induction hardening, the grain boundary area of the austenite grains increases. As the grain boundary area increases, the concentration of C segregating at the austenite grain boundary per unit area decreases. As a result, the occurrence of fusion cracks is suppressed.
  • the inclusion of an appropriate amount of Bi suppresses the occurrence of fusion cracks during induction hardening.
  • the hot working referred to here is, for example, hot rolling performed during the manufacturing process of steel materials, or hot forging performed during the manufacturing process of mechanical structural parts. Therefore, the cause of cracking during hot working was investigated. As a result, the inventors obtained the following new findings.
  • the present inventors have found that the number density of fine Bi particles in the steel material is secured to some extent, and the number density of coarse Bi particles in the steel material is suppressed as much as possible, so that melting during induction hardening It was thought that cracking could be suppressed, and hot working cracking could also be suppressed. Therefore, the number density of fine Bi particles and the number density of coarse Bi particles that sufficiently exhibit these effects were further investigated and examined.
  • the number density of fine Bi particles with an equivalent circle diameter of 0.1 to 1.0 ⁇ m is 80 to 8000 / mm 2
  • the number density of coarse Bi particles with an equivalent circle diameter of 10.0 ⁇ m or more is 10 pieces/mm 2 or less, it is possible to suppress fusion cracks during induction hardening and to suppress hot working cracks. , the inventors have found.
  • the steel material according to this embodiment completed based on the above knowledge has the following configuration.
  • [1] is steel,
  • the number density of fine Bi particles with an equivalent circle diameter of 0.1 to 1.0 ⁇ m is 80 to 8000 / mm 2
  • the number density of coarse Bi particles having an equivalent circle diameter of 10.0 ⁇ m or more is 10/mm 2 or less, steel.
  • the steel material according to [1], The chemical composition further includes, in place of part of Fe, Al: 0.060% or less, Mg: 0.0100% or less, Ti: 0.0200% or less, Nb: 0.0200% or less, W: 0.4000% or less, Zr: 0.2000% or less, Ca: 0.0030% or less, Te: 0.0100% or less, B: 0.0050% or less, Sn: 0.0100% or less, Rare earth element: 0.0070% or less, Co: 0.0100% or less, Se: 0.0100% or less, Sb: 0.0100% or less, In: 0.0100% or less, Mo: 0.20% or less, Cu: 0.20% or less, and Ni: containing one or more selected from the group consisting of 0.20% or less, steel.
  • the steel material of this embodiment satisfies the following characteristics 1 to 4.
  • the chemical composition is mass%, C: 0.20 to 0.50%, Si: 0.01 to 0.80%, Mn: 0.50 to 2.00%, P: 0.030% or less, S : 0.010-0.095%, Cr: 0.01-1.30%, V: more than 0.200-0.300%, Bi: 0.0051-0.1500%, N: 0.0030- 0.0200%, and the balance consists of Fe and impurities.
  • feature 2 Assuming that the content of each element is within the range of feature 1, formula (1) is satisfied.
  • C 0.20-0.50% Carbon (C) increases the hardness of mechanical structural parts manufactured using steel as a raw material, and increases the fatigue strength of the mechanical structural parts. If the C content is less than 0.20%, the above effect cannot be sufficiently obtained even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. On the other hand, if the C content exceeds 0.50%, C segregates at grain boundaries even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. In this case, the C concentration at grain boundaries increases. A higher C concentration lowers the melting point. Therefore, melt cracking is likely to occur during induction hardening. Therefore, the C content is 0.20-0.50%. A preferred lower limit for the C content is 0.21%, more preferably 0.22%, and still more preferably 0.23%. A preferable upper limit of the C content is 0.49%, more preferably 0.48%, and still more preferably 0.47%.
  • a preferable lower limit of the Si content is 0.02%, more preferably 0.05%, and still more preferably 0.08%.
  • a preferable upper limit of the Si content is 0.75%, more preferably 0.70%, still more preferably 0.65%, still more preferably 0.60%.
  • Mn 0.50-2.00%
  • Mn Manganese (Mn) deoxidizes steel in the steelmaking process. Mn also has a strong affinity with C. Therefore, during heating, C remains in the grains in which Mn is dissolved. Therefore, the segregation of C to grain boundaries is suppressed, and the occurrence of fusion cracking during induction hardening is suppressed. If the Mn content is less than 0.50%, the above effect cannot be sufficiently obtained even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. On the other hand, if the Mn content exceeds 2.00%, the hardness of the steel excessively increases even if the contents of other elements are within the range of the present embodiment. As a result, the machinability of the steel deteriorates.
  • the Mn content is 0.50-2.00%.
  • a preferable lower limit of the Mn content is 0.52%, more preferably 0.55%, still more preferably 0.57%, still more preferably 0.60%.
  • a preferable upper limit of the Mn content is 1.98%, more preferably 1.95%, still more preferably 1.93%, still more preferably 1.90%.
  • Phosphorus (P) is an impurity. P segregates at grain boundaries. Therefore, P lowers the melting point of steel. Therefore, melt cracking is likely to occur during induction hardening. Therefore, the P content is 0.030% or less. The lower the P content is, the better. However, excessive reduction of the P content increases manufacturing costs. Therefore, considering normal industrial production, the lower limit of the P content is preferably over 0%, more preferably 0.001%, and still more preferably 0.002%. The upper limit of the P content is preferably 0.028%, more preferably 0.026%, still more preferably 0.023%, still more preferably 0.020%.
  • S 0.010-0.095%
  • Sulfur (S) forms sulfide inclusions and enhances the machinability of steel materials. If the S content is less than 0.010%, the above effect cannot be sufficiently obtained even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. On the other hand, S lowers the melting point of steel. Therefore, if the S content exceeds 0.095%, even if the content of other elements is within the range of the present embodiment, fusion cracking is likely to occur during induction hardening. Therefore, the S content is 0.010-0.095%.
  • the lower limit of the S content is preferably 0.012%, more preferably 0.015%, still more preferably 0.018%, still more preferably 0.020%.
  • a preferable upper limit of the S content is 0.080%, more preferably 0.075%, and still more preferably 0.070%.
  • Chromium (Cr) enhances the hardenability of steel materials. Therefore, the internal hardness of the machine structural part is increased. As a result, the fatigue strength of the mechanical structural component is increased. Cr also has a strong affinity with C. Therefore, during heating, C stays in grains in which Cr is dissolved. Therefore, the segregation of C to grain boundaries is suppressed, and the occurrence of fusion cracking during induction hardening is suppressed. Cr further combines with S to form Cr sulfide. In this case, the formation of coarse FeS is suppressed. As a result, the ductility of the steel material during hot working is improved, and hot working cracks are suppressed.
  • Cr Chromium
  • the Cr content is 0.01-1.30%.
  • the lower limit of the Cr content is preferably 0.02%, more preferably 0.04%, still more preferably 0.06%, still more preferably 0.08%.
  • a preferable upper limit of the Cr content is 1.28%, more preferably 1.26%, and still more preferably 1.24%.
  • V more than 0.200 to 0.300% Vanadium (V) precipitates in ferrite in steel as V precipitates during the cooling process after hot working in the manufacturing process of mechanical structural parts. V precipitates increase the internal hardness of mechanical structural parts. As a result, the fatigue strength of the mechanical structural component is increased. Furthermore, V binds to C and fixes C within the ⁇ grains. Therefore, V suppresses the occurrence of fusion cracks during induction hardening. If the V content is 0.200% or less, the above effects cannot be sufficiently obtained even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. On the other hand, if the V content exceeds 0.300%, the hardness of the steel excessively increases even if the content of other elements is within the range of the present embodiment.
  • the V content is more than 0.200 to 0.300%.
  • the preferred lower limit of the V content is 0.205%, more preferably 0.210%, still more preferably 0.215%, still more preferably 0.220%, still more preferably 0.225 %, more preferably 0.230%.
  • a preferable upper limit of the V content is 0.295%, more preferably 0.290%, and still more preferably 0.285%.
  • Bi 0.0051 to 0.1500% Bismuth (Bi) forms inclusions (Bi particles) in the steel. Therefore, melt cracking during induction hardening is suppressed. Bi further enhances the machinability of the steel material. If the Bi content is less than 0.0051%, the above effect cannot be sufficiently obtained even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. On the other hand, if the Bi content exceeds 0.1500%, coarse Bi particles are generated even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. Coarse Bi particles tend to cause cracks during hot working during the manufacturing process of steel or during hot working during the manufacturing process of mechanical structural parts manufactured using steel as a raw material. Therefore, hot working cracks are likely to occur.
  • the Bi content is 0.0051-0.1500%.
  • the preferred lower limit of the Bi content is 0.0080%, more preferably 0.0100%, still more preferably 0.0120%, still more preferably 0.0140%, still more preferably 0.0160 %.
  • a preferable upper limit of the Bi content is 0.1400%, more preferably 0.1350%, still more preferably 0.1300%.
  • N 0.0030 to 0.0200%
  • Nitrogen (N) forms nitrides and/or carbonitrides in the cooling process after hot working in the manufacturing process of mechanical structural parts, thereby precipitation strengthening the steel material. As a result, the fatigue strength of the mechanical structural component is increased. If the N content is less than 0.0030%, the above effect cannot be sufficiently obtained even if the other element content is within the range of the present embodiment. On the other hand, if the N content exceeds 0.0200%, the hot workability of the steel deteriorates even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. Therefore, the N content is 0.0030-0.0200%.
  • a preferable lower limit of the N content is 0.0032%, more preferably 0.0034%, and still more preferably 0.0036%.
  • the upper limit of the N content is preferably 0.0190%, more preferably 0.0170%, still more preferably 0.0150%, still more preferably 0.0130%, still more preferably 0.0100 %.
  • the rest of the chemical composition of the steel material according to this embodiment consists of Fe and impurities.
  • the impurities in the chemical composition are those that are mixed from ore, scrap, or the manufacturing environment as raw materials when industrially manufacturing the steel material, and have an adverse effect on the steel material according to the present embodiment. It means what is permissible within the scope of
  • Impurities include all elements other than the above impurities (P, S). Only one kind of impurity may be used, or two or more kinds thereof may be used. Impurities other than those mentioned above are, for example, as follows. O: 0.0050% or less, Ta and Zn: 0 to 0.01% in total, Pb: 0.09% or less.
  • the chemical composition of the steel material of the present embodiment may further contain one or more selected from the group consisting of the following first to fifth groups. All of these elements are optional elements.
  • First group Al: 0.060% or less Mg: 0.0100% or less
  • Second group Ti: 0.0200% or less Nb: 0.0200% or less
  • W 0.4000% or less
  • Zr 0.2000% or less
  • Third group Ca: 0.0030% or less Te: 0.0100% or less
  • Sn 0.0100% or less
  • Rare earth elements 0.0070% or less
  • Group 5] Mo: 0.20% or less Cu: 0.20% or less Ni: 0.20% or less
  • the steel material of the present embodiment may further contain one or more selected from the group consisting of Al and Mg instead of part of Fe. These elements are optional elements and all deoxidize the steel.
  • Al 0.060% or less
  • Aluminum (Al) is an optional element and may not be contained. That is, the Al content may be 0%. When Al is included, Al deoxidizes the steel. If even a small amount of Al is contained, the above effect can be obtained to some extent. However, if the Al content exceeds 0.060%, Al forms coarse oxides even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. Coarse oxides reduce the fatigue strength of mechanical structural parts. Therefore, the Al content is 0-0.060%, and if included, the Al content is 0.060% or less.
  • a preferable lower limit of the Al content is more than 0%, more preferably 0.001%, more preferably 0.002%, still more preferably 0.003%, still more preferably 0.005% and more preferably 0.010%.
  • a preferable upper limit of the Al content is 0.055%, more preferably 0.050%, and still more preferably 0.045%.
  • Mg 0.0100% or less
  • Magnesium (Mg) is an optional element and may not be contained. That is, the Mg content may be 0%. When Mg is included, it deoxidizes the steel. If even a small amount of Mg is contained, the above effect can be obtained to some extent. However, if the Mg content exceeds 0.0100%, Mg forms coarse oxides even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. Coarse oxides reduce the fatigue strength of mechanical structural parts. Therefore, the Mg content is 0-0.0100%, and if included, the Mg content is 0.0100% or less.
  • a preferable lower limit of the Mg content is more than 0%, more preferably 0.0001%, still more preferably 0.0003%, still more preferably 0.0005%.
  • a preferable upper limit of the Mg content is 0.0050%, more preferably 0.0045%, and still more preferably 0.0040%.
  • the chemical composition of the steel material of the present embodiment may further contain one or more selected from the group consisting of Ti, Nb, W and Zr instead of part of Fe. These elements are optional elements, and all form precipitates to increase the toughness of mechanical structural parts.
  • Titanium (Ti) is an optional element and may not be contained. That is, the Ti content may be 0%. When Ti is contained, Ti forms carbides and/or carbonitrides and refines crystal grains in the cooling process of the hot working process during the manufacturing process of parts for mechanical structures. This increases the toughness of the mechanical structural component. If even a small amount of Ti is contained, the above effect can be obtained to some extent. However, if the Ti content exceeds 0.0200%, the above effect is saturated even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. Furthermore, manufacturing costs are high. Therefore, the Ti content is 0-0.0200%, and if included, the Ti content is 0.0200% or less.
  • a preferable lower limit of the Ti content is more than 0%, more preferably 0.0001%, more preferably 0.0010%, still more preferably 0.0050%, still more preferably 0.0080% is.
  • the upper limit of the Ti content is preferably 0.0180%, more preferably 0.0170%, still more preferably 0.0150%.
  • Niobium (Nb) is an optional element and may not be contained. That is, the Nb content may be 0%. When Nb is contained, Nb forms carbides and/or carbonitrides and refines crystal grains in the cooling process of the hot working process during the manufacturing process of mechanical structural parts. This increases the toughness of the mechanical structural component. If even a small amount of Nb is contained, the above effect can be obtained to some extent. However, if the Nb content exceeds 0.0200%, the above effect is saturated even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. Furthermore, manufacturing costs are high. Therefore, the Nb content is 0 to 0.0200%, and if included, the Nb content is 0.0200% or less.
  • a preferable lower limit of the Nb content is more than 0%, more preferably 0.0001%, more preferably 0.0010%, still more preferably 0.0050%, still more preferably 0.0080% is.
  • a preferable upper limit of the Nb content is 0.0180%, more preferably 0.0170%, and still more preferably 0.0150%.
  • W 0.4000% or less
  • Tungsten (W) is an optional element and may not be contained. That is, the W content may be 0%.
  • W forms carbides and/or carbonitrides and refines crystal grains in the cooling process of the hot working process during the manufacturing process of parts for mechanical structures. This increases the toughness of the mechanical structural component. If even a small amount of W is contained, the above effect can be obtained to some extent. However, if the W content exceeds 0.4000%, the above effect is saturated even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. Furthermore, manufacturing costs are high. Therefore, the W content is 0 to 0.4000%, and when included, the W content is 0.4000% or less.
  • a preferable lower limit of the W content is more than 0%, more preferably 0.0001%, still more preferably 0.0050%, still more preferably 0.0500%.
  • a preferable upper limit of the W content is 0.3500%, more preferably 0.3000%, and still more preferably 0.2000%.
  • Zr Zirconium
  • Zr Zirconium
  • the Zr content may be 0%.
  • Zr forms carbides and/or carbonitrides and refines crystal grains in the cooling process of the hot working process during the manufacturing process of mechanical structural parts. This increases the toughness of the mechanical structural component. If even a small amount of Zr is contained, the above effect can be obtained to some extent. However, if the Zr content exceeds 0.2000%, the above effect is saturated even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. Furthermore, manufacturing costs are high. Therefore, the Zr content is 0-0.2000%, and if included, the Zr content is 0.2000% or less.
  • a preferable lower limit of the Zr content is more than 0%, more preferably 0.0001%, more preferably 0.0010%, still more preferably 0.0020%, still more preferably 0.0050% is.
  • the upper limit of the Zr content is preferably 0.1500%, more preferably 0.1000%, still more preferably 0.0500%, still more preferably 0.0100%.
  • the chemical composition of the steel material of the present embodiment may further contain one or more selected from the group consisting of Ca, Te, B, Sn and rare earth elements (REM) instead of part of Fe. These elements are optional elements, and all improve the machinability of the steel material.
  • REM rare earth elements
  • Ca 0.0030% or less Calcium (Ca) is an optional element and may not be contained. That is, the Ca content may be 0%. When Ca is contained, Ca enhances the machinability of the steel material. If even a little Ca is contained, the above effect can be obtained to some extent. However, if the Ca content exceeds 0.0030%, coarse oxides are formed even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. In this case, the fatigue strength of the mechanical structural component is lowered. Therefore, the Ca content is 0 to 0.0030%, and when included, the Ca content is 0.0030% or less. A preferable lower limit of the Ca content is more than 0%, more preferably 0.0001%, still more preferably 0.0010%, still more preferably 0.0015%. A preferable upper limit of the Ca content is 0.0025%, more preferably 0.0023%, and still more preferably 0.0020%.
  • Te 0.0100% or less
  • Tellurium (Te) is an optional element and may not be contained. That is, the Te content may be 0%.
  • Te enhances the machinability of the steel material. If even a little Te is contained, the above effect can be obtained to some extent.
  • the Te content is 0-0.0100%, and if included, the Te content is 0.0100% or less.
  • the lower limit of the Te content is preferably over 0%, more preferably 0.0001%, still more preferably 0.0003%, still more preferably 0.0010%.
  • a preferred upper limit of the Te content is 0.0090%, more preferably 0.0085%, still more preferably 0.0080%.
  • B Boron (B) is an optional element and may not be contained. That is, the B content may be 0%. When B is contained, B enhances the machinability of the steel material. If even a small amount of B is contained, the above effect can be obtained to some extent. However, if the B content exceeds 0.0050%, hot working cracks are likely to occur in the steel material even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. Therefore, the B content is 0 to 0.0050%, and when included, the B content is 0.0050% or less.
  • the lower limit of the B content is preferably over 0%, more preferably 0.0001%, still more preferably 0.0005%, still more preferably 0.0010%.
  • a preferable upper limit of the B content is 0.0040%, more preferably 0.0035%, and still more preferably 0.0030%.
  • Tin (Sn) is an optional element and may not be contained. That is, the Sn content may be 0%.
  • Sn enhances the machinability of the steel material. If even a small amount of Sn is contained, the above effect can be obtained to some extent. However, if the Sn content exceeds 0.0100%, hot working cracks are likely to occur in the steel material even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. Therefore, the Sn content is between 0 and 0.0100%, and if included, the Sn content is 0.0100% or less.
  • the lower limit of the Sn content is preferably over 0%, more preferably 0.0001%, still more preferably 0.0005%, still more preferably 0.0010%.
  • the preferred upper limit of the Sn content is 0.0095%, more preferably 0.0090%, still more preferably 0.0085%, still more preferably 0.0080%.
  • Rare earth elements are optional elements and may not be contained. That is, the REM content may be 0%. When REM is included, REM enhances the machinability of steel. The above effect can be obtained to some extent if REM is contained even in a small amount. However, if the REM content exceeds 0.0070%, hot working cracks are likely to occur in the steel material even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. Therefore, the REM content is between 0 and 0.0070%, and if included, the REM content is 0.0070% or less.
  • REM Rare earth elements
  • a preferable lower limit of the REM content is more than 0%, more preferably 0.0001%, still more preferably 0.0005%, still more preferably 0.0010%.
  • a preferred upper limit for the REM content is 0.0065%, more preferably 0.0060%, and even more preferably 0.0055%.
  • REM in this specification refers to scandium (Sc) with atomic number 21, yttrium (Y) with atomic number 39, and lanthanide lanthanide (La) with atomic number 57 to lutetium with atomic number 71 ( Lu) is one or more elements selected from the group consisting of Lu). Also, the REM content in this specification is the total content of these elements.
  • the chemical composition of the steel material of the present embodiment may further contain one or more selected from the group consisting of Co, Se, Sb and In instead of part of Fe. These elements are arbitrary elements, and all of them suppress decarburization of the steel material.
  • Co 0.0100% or less
  • Co is an optional element and may not be contained. That is, the Co content may be 0%.
  • Co suppresses decarburization of the steel material during hot working. If even a small amount of Co is contained, the above effect can be obtained to some extent.
  • the Co content exceeds 0.0100%, hot working cracks are likely to occur in the steel material even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. Therefore, the Co content is between 0 and 0.0100%, and when included, the Co content is 0.0100% or less.
  • the lower limit of the Co content is preferably over 0%, more preferably 0.0001%, still more preferably 0.0005%, still more preferably 0.0010%.
  • a preferable upper limit of the Co content is 0.0090%, more preferably 0.0080%, and still more preferably 0.0070%.
  • Se 0.0100% or less
  • Selenium (Se) is an optional element and may not be contained. That is, the Se content may be 0%. When Se is contained, Se suppresses decarburization of the steel material during hot working. If even a little Se is contained, the above effect can be obtained to some extent. However, if the Se content exceeds 0.0100%, hot working cracks are likely to occur in the steel material even if the contents of other elements are within the ranges of the present embodiment. Therefore, the Se content is between 0 and 0.0100%, and when included, the Se content is 0.0100% or less.
  • the lower limit of the Se content is preferably over 0%, more preferably 0.0001%, still more preferably 0.0005%, still more preferably 0.0010%.
  • a preferable upper limit of the Se content is 0.0090%, more preferably 0.0080%, and still more preferably 0.0070%.
  • Antimony (Sb) is an optional element and may not be contained. That is, the Sb content may be 0%.
  • Sb is contained, that is, when the Sb content exceeds 0%, Sb suppresses decarburization of the steel material during hot working. If even a small amount of Sb is contained, the above effect can be obtained to some extent.
  • the Sb content exceeds 0.0100%, hot working cracks are likely to occur in the steel material even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. Therefore, the Sb content is 0 to 0.0100%, and when included, the Sb content is 0.0100% or less.
  • the lower limit of the Sb content is preferably over 0%, more preferably 0.0001%, still more preferably 0.0005%, still more preferably 0.0010%.
  • a preferable upper limit of the Sb content is 0.0090%, more preferably 0.0080%, and still more preferably 0.0070%.
  • Indium (In) is an optional element and may not be contained. That is, the In content may be 0%.
  • In When In is contained, In suppresses decarburization of the steel material during hot working. If even a small amount of In is contained, the above effect can be obtained to some extent. However, if the In content exceeds 0.0100%, hot working cracks are likely to occur in the steel material even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. Therefore, the In content is 0 to 0.0100%, and when included, the In content is 0.0100% or less.
  • the lower limit of the In content is preferably over 0%, more preferably 0.0001%, still more preferably 0.0005%, still more preferably 0.0010%.
  • a preferable upper limit of the In content is 0.0090%, more preferably 0.0080%, and still more preferably 0.0070%.
  • the chemical composition of the steel material of the present embodiment may further contain one or more selected from the group consisting of Mo, Cu and Ni in place of part of Fe. These elements are optional elements, and all of them increase the fatigue strength of the mechanical structural component.
  • Cu 0.20% or less Copper (Cu) is an optional element and may not be contained. That is, the Cu content may be 0%. When Cu is contained, Cu enhances the fatigue strength of mechanical structural parts. If even a small amount of Cu is contained, the above effects can be obtained to some extent. However, Cu, like Si, promotes the occurrence of molten cracks during induction hardening. Therefore, if the Cu content exceeds 0.20%, even if the content of other elements is within the range of the present embodiment, fusion cracking is likely to occur during induction hardening. Therefore, the Cu content is 0-0.20%, and if included, the Cu content is 0.20% or less.
  • the lower limit of the Cu content is preferably over 0%, more preferably 0.01%, still more preferably 0.02%, still more preferably 0.03%.
  • a preferable upper limit of the Cu content is 0.15%, more preferably 0.13%, and still more preferably 0.10%.
  • Nickel (Ni) is an optional element and may not be contained. That is, the Ni content may be 0%. When Ni is contained, Ni enhances the fatigue strength of the mechanical structural part. If Ni is contained even in a small amount, the above effect can be obtained to some extent. However, Ni, like Si and Cu, promotes the occurrence of molten cracks during induction hardening. Therefore, if the Ni content exceeds 0.20%, even if the content of other elements is within the range of the present embodiment, fusion cracking is likely to occur during induction hardening. Therefore, the Ni content is 0 to 0.20%, and if included, the Ni content is 0.20% or less.
  • the lower limit of the Ni content is preferably over 0%, more preferably 0.01%, still more preferably 0.02%, still more preferably 0.03%.
  • a preferable upper limit of the Ni content is 0.15%, more preferably 0.13%, and still more preferably 0.10%.
  • the steel material of the present embodiment further satisfies the formula (1) on the premise that the content of each element is within the above range, that is, on the premise that the feature 1 is satisfied. 0.80 ⁇ C+(Si/10)+(Mn/5)-(5S/7)+(5Cr/22)+1.65V ⁇ 1.50 (1)
  • the content of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula in terms of % by mass.
  • fn1 C+(Si/10)+(Mn/5)-(5S/7)+(5Cr/22)+1.65V.
  • fn1 is an index of the hardness of the steel material.
  • C, Si, Mn, Cr and V increase the internal hardness of mechanical structural parts manufactured from steel.
  • S reduces the internal hardness of mechanical structural parts.
  • fn1 is between 0.80 and 1.50.
  • a preferable lower limit of fn1 is 0.81, more preferably 0.82, and still more preferably 0.85.
  • a preferable upper limit of fn1 is 1.48, more preferably 1.45, and still more preferably 1.43.
  • fine Bi particles with an equivalent circle diameter of 0.1 to 1.0 ⁇ m (hereinafter simply The number density of the fine Bi particles) is 80 to 8000/mm 2 .
  • the number density of the fine Bi particles is 80 to 8000/mm 2 , the occurrence of fusion cracks during induction hardening is suppressed.
  • Bi exists in steel materials in the form of particles of Bi alone or particles containing a high concentration of Bi.
  • particles of Bi alone or particles containing a high concentration of Bi are collectively defined as Bi particles.
  • fine Bi particles mean Bi particles having an equivalent circle diameter of 0.1 to 1.0 ⁇ m. Since Bi is a heavy element, Bi particles are observed with higher brightness than the surroundings in a backscattered electron image.
  • the fine Bi particles may exist alone in the steel material without contacting other particles (precipitates or inclusions). Further, the fine Bi particles may be present in the steel material by adhering to or contacting other particles.
  • Bi particles pin the austenite grain boundaries during high-frequency induction heating. If the equivalent circle diameter of the Bi particles is 0.1 to 1.0 ⁇ m, the austenite grain boundary pinning effect is enhanced. If the austenite grains are kept fine during induction hardening, the grain boundary area of the austenite grains increases. As the grain boundary area increases, the concentration of C segregating at the grain boundary decreases. As a result, the occurrence of fusion cracks is suppressed.
  • each element in the chemical composition of the steel material is within the range of the present embodiment, the formula (1) is satisfied, and the number of coarse Bi particles having an equivalent circle diameter of 10.0 ⁇ m or more is 10/mm 2 Even if it is below, if the number of fine Bi particles is less than 80/mm 2 , the above effects cannot be sufficiently obtained.
  • the content of each element in the chemical composition of the steel material is within the range of the present embodiment, the formula (1) is satisfied, and the coarse Bi particles having an equivalent circle diameter of 10.0 ⁇ m or more are 10 pieces/ Even if it is mm 2 or less, if the number density of fine Bi particles exceeds 8000/mm 2 , the above effects will saturate and the manufacturing cost will increase.
  • the number density of fine Bi particles having an equivalent circle diameter of 0.1 to 1.0 ⁇ m is 80 to 8000/mm 2 .
  • a preferable lower limit of the number density of fine Bi particles is 90/mm 2 , a more preferable lower limit is 95/mm 2 , and a further preferable lower limit is 100/mm 2 .
  • a preferable upper limit of the number density of fine Bi particles is 7900/ mm2 , more preferably 6000/ mm2 , still more preferably 3000/ mm2 , and still more preferably 1000/ mm2 . , more preferably 900/mm 2 , more preferably 800/mm 2 .
  • the number density of coarse Bi particles (hereinafter simply referred to as coarse Bi particles), which are Bi particles having an equivalent circle diameter of 10.0 ⁇ m or more, is 10 particles/mm 2 or less. If the number density of coarse Bi particles is 10/mm 2 or less, cracking occurs during hot working during the manufacturing process of steel materials, or during hot working during the manufacturing process of mechanical structural parts made of steel materials. (hot work cracking) can be suppressed. Hot working includes, for example, hot rolling and hot forging.
  • coarse Bi particles mean Bi particles having an equivalent circle diameter of 10.0 ⁇ m or more.
  • the particle is determined to be a coarse Bi particle.
  • Coarse Bi particles may exist alone in the steel material without contacting other particles (precipitates or inclusions).
  • coarse Bi particles may be present in the steel material by adhering to or contacting other particles.
  • the upper limit of the equivalent circle diameter of the coarse Bi particles is not particularly limited, in the case of the chemical composition of the present embodiment, the upper limit of the equivalent circle diameter of the coarse Bi particles is 50.0 ⁇ m.
  • the fine Bi particles in the steel suppress molten cracking during induction hardening.
  • Bi in the steel may form coarse Bi particles instead of fine Bi particles.
  • Coarse Bi particles can serve as starting points for hot working cracks in steel materials.
  • the number of fine Bi particles is 80 to 8000 / mm 2 , coarse Bi If the number of particles exceeds 10/mm 2 , hot working cracks may occur in the steel material. Therefore, in the steel material of the present embodiment, the number density of coarse Bi particles having an equivalent circle diameter of 10.0 ⁇ m or more is 10 particles/mm 2 or less.
  • the preferred upper limit of the number density of coarse Bi particles is 8/mm 2 , more preferably 7/mm 2 , still more preferably 6/mm 2 , and still more preferably 5/mm 2 .
  • the number density of coarse Bi particles is preferably as low as possible. That is, the number density of coarse Bi particles is preferably 0/mm 2 . However, an excessive reduction in the number density of coarse Bi particles raises production costs. Therefore, considering normal industrial productivity, the preferable lower limit of the number density of coarse Bi particles is 1/mm 2 , more preferably 2/mm 2 .
  • intermediate Bi particles of more than 1.0 ⁇ m to less than 10.0 ⁇ m (hereinafter simply referred to as intermediate Bi particles) are also present.
  • the intermediate Bi particles are less likely to affect hot work cracking and melt cracking during induction hardening. Therefore, the intermediate Bi particles need not be taken into account in the suppression of hot work cracking and the suppression of melt cracking.
  • the number density of fine Bi particles and coarse Bi particles can be measured by the following method.
  • a test piece including the R/2 portion is taken from a cross section perpendicular to the axial direction (rolling direction) of the steel material (steel bar).
  • the R/2 part means the central part of the radius R in the cross section perpendicular to the axial direction of the steel material.
  • the observation surface polish the viewing surface to a mirror finish. Using a scanning electron microscope (SEM), 20 fields of view of the R/2 part of the observation surface after mirror polishing are observed at a magnification of 1000 times. The area of each field of view is assumed to be 100 ⁇ m ⁇ 120 ⁇ m.
  • the number density of coarse Bi particles and fine Bi particles is examined using a well-known particle analysis method of image analysis. Specifically, the particles in the steel material are identified based on the interface between the matrix phase of the steel material and the particles. The particles here are inclusions or precipitates. Image analysis is performed to determine the equivalent circle diameter of the specified particles. Specifically, the area of each identified particle is obtained. The diameter of a circle having the same area as the obtained area is defined as the equivalent circle diameter ( ⁇ m) of the particle.
  • Bi is a heavy element, it is observed with high brightness in backscattered electron images. Therefore, among the particles observed in the backscattered electron image obtained by the SEM observation, particles having an equivalent circle diameter of 0.1 to 1.0 ⁇ m and observed with higher brightness than the surroundings. are identified as fine Bi particles. In addition, among the particles observed in the backscattered electron image obtained by SEM observation, particles having an equivalent circle diameter of 10.0 ⁇ m or more and having a higher brightness than the surroundings are defined as coarse Bi particles. and specify.
  • Fine Bi particles and coarse Bi particles are identified by the above method. Based on the total number of fine Bi particles specified in each field of view and the total area (0.24 mm 2 ) of the 20 fields of view, the number of fine Bi particles per unit area (pieces/mm 2 ) is obtained. Also, based on the total number of coarse Bi particles specified in each field of view and the total area (0.24 mm 2 ) of the 20 fields of view, the number of coarse Bi particles per unit area (pieces/mm 2 ) is obtained.
  • the steel material of this embodiment satisfies the features 1 to 4. Therefore, the steel material of the present embodiment has excellent machinability, can suppress cracking during hot working and fusion cracking during induction hardening, and has excellent fatigue strength when used as a machine structural part.
  • the steel material of the present embodiment can be widely applied as a material for machine structural parts, for example.
  • the steel material of the present embodiment is particularly suitable for performing induction hardening in the manufacturing process of machine structural parts. However, even if induction hardening is not performed, the steel material of the present embodiment can be applied as a material for mechanical structural parts.
  • the steel manufacturing method of the present embodiment includes a refining process, a casting process, and a hot working process.
  • the hot working step is an optional step and need not be performed. Each step will be described below.
  • step 3 is an optional step and may not be performed.
  • Process 1 Refining process Process 2
  • Process 3 Casting process Process 3
  • Hot working process Each process will be described below.
  • the number density of fine Bi particles is 80/mm 2 or more, and the number density of coarse Bi particles is 10/mm 2 or less.
  • the preferred upper limit of the time from the addition of Bi to the molten steel to the end of stirring in the secondary refining process is 50 minutes, more preferably 40 minutes.
  • a preferred lower limit of the time from the addition of Bi to the end of stirring in the secondary refining step is 20 minutes, more preferably 30 minutes.
  • the temperature of the molten steel is 1510-1560°C until the end of stirring in the secondary refining process.
  • Step 2 Casting step In the casting process, molten steel is used to produce slabs (slabs or blooms) or steel ingots (ingots) by a known casting method.
  • the casting method is, for example, a continuous casting method or an ingot casting method.
  • a horizontal stand having a pair of horizontal rolls and a vertical stand having a pair of vertical rolls are alternately arranged in a row.
  • the heating temperature in the rough rolling step and finish rolling step is, for example, 1000 to 1300°C.
  • the steel material of the present embodiment is manufactured through the manufacturing process described above. As noted above, the manufacturing method may omit the hot working step. That is, the steel material of this embodiment may be a cast product (slab or ingot). Moreover, the steel material of this embodiment may be manufactured by carrying out a hot working process.
  • the steel material of this embodiment serves as a material for mechanical structural parts.
  • Mechanical structural parts are, for example, parts for automobiles.
  • Mechanical structural parts are, for example, underbody parts, axles, crankshafts, and the like.
  • the steel material of this embodiment is hot-worked to produce a rough-shaped intermediate product for machine structural parts.
  • Hot working is, for example, hot forging.
  • the manufactured intermediate product is cut into a predetermined shape by machining. Induction hardening and tempering are performed on the intermediate product after cutting.
  • a machine structural part is manufactured by the above steps.
  • the content of each element in the chemical composition is within the range of this embodiment and satisfies the formula (1).
  • the number density of fine Bi particles with an equivalent circle diameter of 0.1 to 1.0 ⁇ m is 80 to 8000 / mm 2
  • the number density of coarse Bi particles with an equivalent circle diameter of 10.0 ⁇ m or more is 10 / mm2 or less.
  • the steel material of this embodiment satisfies the characteristics 1 to 4. Therefore, the steel material of the present embodiment provides excellent machinability.
  • excellent fatigue strength can be obtained in mechanical structural parts manufactured using the steel material of the present embodiment as a raw material.
  • hot working cracks are suppressed during the manufacturing process of steel materials or during the manufacturing process of mechanical structural parts.
  • when manufacturing machine structural parts using the steel material of the present embodiment as a raw material even if induction hardening is performed, fusion cracking is suppressed.
  • the effect of the steel material of this embodiment will be explained more specifically by way of examples.
  • the conditions in the following examples are examples of conditions adopted for confirming the feasibility and effect of the steel material of this embodiment. Therefore, the steel material of this embodiment is not limited to this one condition example.
  • the "-" portion in Tables 1 to 4 means that the content of the corresponding element is 0% in significant figures (values up to the least significant digit) specified in the embodiment. In other words, it means that the corresponding element content is 0% when rounded off to the specified significant digits (values up to the least significant digit) in the above embodiment.
  • the Mo content specified in the present embodiment is specified by a numerical value up to the second decimal place. Therefore, for test number 1 in Table 2, it means that the measured Mo content was 0% when rounded to the third decimal place.
  • the Mg content specified in the present embodiment is specified by a numerical value up to the fourth decimal place.
  • test number 1 in Table 1 it means that the measured Mg content was 0% when rounded to the nearest five decimal places.
  • Rounding off means rounding down if the digit (fraction) below the defined minimum digit is less than 5, and rounding up if it is 5 or more.
  • the refining process (primary refining process and secondary refining process) was performed using a 70-ton converter.
  • molten iron produced by a well-known method was refined in a converter.
  • alloying elements were added to produce molten steel having the chemical composition of the steel material of the present embodiment.
  • secondary refining was performed by a well-known method, and components of the molten steel other than Bi were adjusted while stirring the molten steel. Thereafter, while stirring the molten steel, Bi was added with a wire to adjust the composition of Bi.
  • the time T (minutes) from the addition of Bi in the secondary refining process to the end of stirring in the secondary refining process was as shown in Tables 5 and 6.
  • the molten steel temperature was 1510 to 1560° C. until the end of stirring.
  • a slab (bloom) having a cross section of 300 mm ⁇ 400 mm was produced by a continuous casting method.
  • the slab After heating the produced slab, the slab was bloomed to produce a billet with a cross section of 180 mm x 180 mm. After heating the billet to 1250° C., it was hot forged to produce a steel material (steel bar) having a chemical composition shown in Table 1 and having a diameter of 80 mm.
  • Tests 1 to 5 The following evaluation tests were performed on the steel material of each test number and the intermediate product of the simulated mechanical structural part of each test number.
  • Tests 1 to 5 will be described below.
  • Hot working crack evaluation test The surface of the manufactured steel material was visually observed. As a result of visual observation, when 3 or more clear cracks per 1 m in the axial direction (rolling direction) of the steel material were not observed on the surface of the steel material, it was judged that hot working cracks were sufficiently suppressed ( Indicated by "E” (excellent) in the "hot working crack” column in Tables 5 and 6). On the other hand, as a result of visual observation, if three or more clear cracks are observed per 1 m in the axial direction (rolling direction) of the steel material on the surface of the steel material, it is judged that hot working cracks could not be sufficiently suppressed.
  • the intermediate product of the simulated mechanical structural part is a steel material with a diameter of 80 mm that is subjected to heat treatment that simulates hot forging.
  • the number density of fine Bi particles and coarse Bi particles in the steel material is not affected only by heat treatment at 1100° C. that simulates hot forging. Therefore, the number density of fine Bi particles and coarse Bi particles in the intermediate product of the simulated mechanical structural part is substantially the same as the number density of fine Bi particles and coarse Bi particles in the steel material having a diameter of 80 mm.
  • the number density of fine Bi particles (pieces/ mm 2 ) the number density of fine Bi particles (pieces/ mm 2 ), and the number density of coarse Bi particles (pieces/mm 2 ).
  • the number density of fine Bi particles (pieces/mm 2 ) and the number density of coarse Bi particles (pieces/mm 2 ) of the intermediate product of the simulated mechanical structural part of each test number are the same as those of the corresponding test number.
  • the number density of fine Bi particles (pieces/mm 2 ) and the number density of coarse Bi particles (pieces/mm 2 ) of the steel were substantially the same.
  • Test 3 Melt crack evaluation test
  • a test piece with a width of 10 mm, a thickness of 3 mm, and a length of 10 mm was taken, including the R/2 part of the cross section perpendicular to the axial direction (rolling direction) of the intermediate product of the simulated mechanical structural part of each test number.
  • the longitudinal direction of the test piece was parallel to the axial direction (rolling direction) of the intermediate product of the simulated mechanical structural part.
  • the central axis parallel to the longitudinal direction of the test piece coincided with the R/2 part.
  • test piece was heated to 1370° C. at a heating rate of 100° C./sec using a high-frequency coil. The specimen was then held at 1370° C. for 15 seconds. After that, the specimen was water-cooled.
  • the cross section (observation surface) perpendicular to the longitudinal direction of the test piece after water cooling was mechanically polished.
  • the observation surface after mechanical polishing was corroded with a picral reagent.
  • a field of view corresponding to the R/2 portion of the corroded observation surface was observed with a 400-fold optical microscope.
  • the presence or absence of fusion cracks was visually confirmed in the observed field of view.
  • the area of the field of view was 250 ⁇ m ⁇ 400 ⁇ m.
  • the corroded region with a width of 5 ⁇ m or more at the grain boundary means, for example, a region with a maximum width of 5 ⁇ m or more, such as the corroded region 10 at the grain boundary GB in the field of view, as shown in FIG.
  • FIG. 2 when no corrosion region was observed in the grain boundary GB, it was judged that the melt cracking was sufficiently suppressed (indicated by "NA” in the "melt crack” column in Tables 5 and 6).
  • Test 4 Machinability Evaluation Test (Drill Life Test) A test piece for machinability evaluation was taken from an intermediate product of simulated mechanical structural parts of each test number. Specifically, a drill hole was drilled at a position at a depth of 21 mm from the outer surface of the steel material in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the intermediate product of the simulated mechanical structural part with a diameter of 80 mm. A drill of model number SD3.0 manufactured by Nachi-Fujikoshi Co., Ltd. was used, and the feed rate per rotation was set to 0.25 mm/rev. Moreover, the drilling depth of one hole was set to 9 mm. During the drilling, water-soluble cutting oil was continuously supplied as a lubricant to the drilled locations.
  • a maximum cutting speed VL1000 (m/min) was used as an evaluation index.
  • the maximum cutting speed VL1000 means the fastest cutting speed of a drill capable of drilling a hole of 1000 mm length. It was judged that excellent machinability was obtained when the maximum cutting speed VL1000 was 15 m/min or more (indicated by "E” in the "Machinability” column in Tables 5 and 6). On the other hand, when the maximum cutting speed VL1000 was less than 15 m/min, it was determined that excellent machinability was not obtained (indicated by "NA” in the "Machinability” column in Tables 5 and 6).
  • FIG. 3 is a side view of a rotating bending fatigue test piece taken from an intermediate product of each simulated mechanical structural part.
  • the numerical value of “ ⁇ ” in FIG. 3 means the diameter (mm) at that site.
  • the rotating bending fatigue test piece had a parallel portion diameter of 8 mm and a grip portion diameter of 12 mm. Specifically, by lathe processing, a parallel portion was created by cutting from the surface of the intermediate product of the simulated mechanical structural part to a depth of 3.5 mm. Therefore, the surface of the parallel portion corresponded at least within a range of 5 mm in depth from the surface of the steel bar.
  • the longitudinal direction of the parallel portion of the rotating bending fatigue test piece was parallel to the longitudinal direction of the simulated mechanical structural part.
  • the rotating bending fatigue test piece described above is assumed to be an intermediate product obtained by cutting an intermediate product after hot working in the manufacturing process of a mechanical structural component using steel.
  • test number 47 the Mn content was too high. Therefore, the machinability of the steel material was low.
  • test number 50 the S content was too high. Therefore, melt cracking occurred.
  • test number 51 the S content was too low. Therefore, the machinability of the steel material was low.
  • test number 52 the Cr content was too high. Therefore, the machinability of the steel material was low.
  • test number 53 the V content was too high. Therefore, the machinability of the steel material was low.
  • test number 54 the Bi content was too high. Therefore, the number density of coarse Bi particles exceeded 10/mm 2 . Therefore, hot working cracks occurred.
  • test number 56 the N content was too high. Therefore, hot working cracks occurred.
  • test numbers 58 and 59 the value of fn1 was too high. That is, fn1 did not satisfy the formula (1). Therefore, the machinability of the steel material was low.
  • test numbers 62 to 64 the time T (minutes) from the addition of Bi to the end of stirring was too short in the refining process. Therefore, the number density of coarse Bi particles exceeded 10/mm 2 . Therefore, hot working cracks occurred.
  • test numbers 65 and 66 the time T (minutes) from the addition of Bi to the end of stirring was too long in the refining process. Therefore, the number density of fine Bi particles was less than 80/mm 2 , and melt cracks occurred.

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Abstract

被削性に優れ、熱間加工時の割れ及び高周波焼入れ時の溶融割れを抑制でき、機械構造用部品とした場合に優れた疲労強度を有する鋼材を提供する。鋼材は、質量％でＣ：０．２０～０．５０％、Ｓｉ：０．０１～０．８０％、Ｍｎ：０．５０～２．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１０～０．０９５％、Ｃｒ：０．０１～１．３０％、Ｖ：０．２００超～０．３００％、Ｂｉ：０．００５１～０．１５００％、Ｎ：０．００３０～０．０２００％、を含有し、次の式（１）を満たす。鋼材中において、微細Ｂｉ粒子の個数密度が８０～８０００個／ｍｍ２であり、粗大Ｂｉ粒子の個数密度が１０個／ｍｍ２以下である。　０．８０≦Ｃ＋（Ｓｉ／１０）＋（Ｍｎ／５）－（５Ｓ／７）＋（５Ｃｒ／２２）＋１．６５Ｖ≦１．５０　（１）

Description

鋼材
　本発明は、鋼材に関し、さらに詳しくは、機械構造用部品の素材となる鋼材に関する。
　自動車及び建設車両の足回り部品や車軸等に利用される機械構造用部品には、高い疲労強度が求められる。
　さらに、機械構造用部品の製造工程中において、機械構造用部品の素材となる鋼材に対して切削加工が実施される場合がある。そのため、機械構造用部品の素材となる鋼材では、高い被削性が求められる。
　機械構造用部品の素材となる鋼材は、例えば、特開昭５７－１９３６６号公報（特許文献１）、特開２００４－１８８７９号公報（特許文献２）及び特開２００８－１６９４１１号公報（特許文献３）に開示されている。
　特許文献１に開示された鋼材は、Ｃａを０．００１～０．０５％、Ｐｂ及びＢｉを単独又は複合して０．０２～０．１５％含有し、Ｓを０．００５％以下に規制し、介在物をＣａＳ－ＣａＯ、Ｐｂ、Ｂｉ系介在物とし、かつ、Ａｌ２Ｏ３介在物を０．００１％未満に抑える。この文献では、溶鋼中にＣａを多量に連続的に添加し、溶存しているＳをＣａＳに変化させる。また、Ｃａによる還元反応により、Ａｌ２Ｏ３をなくすか、又は、極めて少なくする。そのため、介在物はＣａＳ－ＣａＯ系の介在物となる。その後、溶鋼中にＰｂ、Ｂｉの１種又は２種を少量添加し、Ｐｂ又はＢｉの単独介在物を生成させる。これにより、鋼材の被削性が向上する、と特許文献１には記載されている。
　特許文献２に開示された鋼材は、質量％でＢ：０．００１～０．０１０％、Ｎ：０．００２～０．０１０％及びＢｉ：０．００５～０．１０％を含有する。この冷間鍛造用鋼では、横断面０．５ｍｍ×０．５ｍｍの視野面積当たりに、直径０．７μｍ以上のＢＮと、Ｂを含有するＢｉ析出物とが総計で１５個以上存在する。この鋼材では、ＢＮとしてＮを固定することにより、固溶Ｎ量を低減し、加工硬化を低減する。さらに、Ｂを含有するＢｉ析出物を生成して、切り屑処理性を高める、と特許文献２には記載されている。
　特許文献３に開示された鋼材は、質量％で、Ｃ：０．１５～０．５５％、Ｓｉ：０．０１～２．０％、Ｍｎ：０．０１～２．５％、Ｃｕ：０．０１～２．０％、Ｎｉ：０．０１～２．０％、Ｃｒ：０．０１～２．５％、Ｍｏ：０．０１～３．０％、及び、Ｖ及びＷからなる群から選ばれる少なくとも１種の総量：０．０１～１．０％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる。この鋼材を、１０１０℃～１０５０℃で均熱し、その後、２００℃／分以上の冷却速度で５００℃～５５０℃まで冷却し、その後、１００℃／分以上の冷却速度で１５０℃以下まで冷却し、その後、５５０℃～７００℃の温度域で加熱する。これらの熱処理及び冷却処理が施された鋼材の、室温におけるＨＲＣ硬さの最大値を与えるＬＭＰが１７．６６以上である。この鋼材では、ＬＭＸが１７．６６以上であるため、軟化抵抗が高まり、熱疲労強度が高まる、と特許文献３では記載されている。
特開昭５７－１９３６６号公報 特開２００４－１８８７９号公報 特開２００８－１６９４１１号公報
　ところで、鋼材を素材とした機械構造用部品の製造工程の一例は、次のとおりである。素材となる鋼材を熱間加工して、機械構造用部品の粗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。製造された中間品に対して機械加工（切削加工）を実施して、中間品を所定の形状にする。切削加工後の中間品に対して、焼入れ焼戻しを実施する。以上の製造工程により、機械構造用部品が製造される。
　上述の製造工程中の焼入れでは、機械構造用部品の一部の部位の強度を高めるために、中間品（鋼材）に対して高周波焼入れを実施する場合がある。この場合、中間品（鋼材）のうち、強度を高めたい部位に対して、高周波誘導加熱を実施し、その後、急冷（焼入れ）する。
　しかしながら、高周波誘導加熱時において、中間品（鋼材）の形状に起因して、鋼材が局所的に過剰に加熱される場合がある。そして、鋼材の表層及び内部の一部が溶融して割れが発生する場合がある。このような割れを本明細書では、「溶融割れ」とも称する。機械構造用部品の製造工程において高周波焼入れを実施する場合、鋼材では溶融割れの抑制が求められる。
　さらに、鋼材の製造工程時、及び、その鋼材を用いた機械構造用部品の製造工程時には、熱間加工（例えば、熱間圧延、熱間鍛造等）が実施される。したがって、機械構造用部品の素材となる鋼材には、溶融割れの抑制だけでなく、熱間加工時の割れの抑制も求められる。ここで、熱間加工時の割れを、本明細書では、「熱間加工割れ」とも称する。したがって、機械構造用部品の素材となる鋼材には、優れた被削性が求められ、その鋼材を機械構造用部品とした場合に高い疲労強度が得られることが求められるだけでなく、熱間加工割れの抑制、及び、溶融割れの抑制も求められる。
　上述の特許文献１～特許文献３では、少なくとも、熱間加工割れの抑制及び溶融割れの抑制に関して、検討されていない。
　本発明の目的は、被削性に優れ、熱間加工時の割れを抑制でき、高周波焼入れ時の溶融割れを抑制でき、機械構造用部品とした場合に優れた疲労強度が得られる鋼材を提供することである。
　本発明による鋼材は、
　化学組成が、質量％で、
　Ｃ：０．２０～０．５０％、
　Ｓｉ：０．０１～０．８０％、
　Ｍｎ：０．５０～２．００％、
　Ｐ：０．０３０％以下、
　Ｓ：０．０１０～０．０９５％、
　Ｃｒ：０．０１～１．３０％、
　Ｖ：０．２００超～０．３００％、
　Ｂｉ：０．００５１～０．１５００％、
　Ｎ：０．００３０～０．０２００％、を含有し、
　残部はＦｅ及び不純物からなり、
　式（１）を満たし、
　前記鋼材中において、
　円相当径が０．１～１．０μｍの微細Ｂｉ粒子の個数密度が８０～８０００個／ｍｍ２であり、
　円相当径が１０．０μｍ以上の粗大Ｂｉ粒子の個数密度が１０個／ｍｍ２以下である。
　０．８０≦Ｃ＋（Ｓｉ／１０）＋（Ｍｎ／５）－（５Ｓ／７）＋（５Ｃｒ／２２）＋１．６５Ｖ≦１．５０　（１）
　ここで、式中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。
　本発明の鋼材は、被削性に優れ、熱間加工時の割れを抑制でき、高周波焼入れ時の溶融割れを抑制でき、機械構造用部品とした場合に優れた疲労強度が得られる。
図１は、本発明の範囲外である鋼材を１００℃／秒の昇温速度で１３７０℃まで加熱して１５秒間保持し、その後、水冷した後のミクロ組織の模式図である。 図２は、本発明の範囲内である鋼材を１００℃／秒の昇温速度で１３７０℃まで加熱して１５秒間保持し、その後、水冷した後のミクロ組織の模式図である。 図３は、実施例で用いた回転曲げ疲労試験片の側面図である。
　本発明者らは、初めに、被削性に優れ、機械構造用部品とした場合に優れた疲労強度が得られる鋼材の化学組成について検討を行った。その結果、本発明者らは、化学組成が、質量％で、Ｃ：０．２０～０．５０％、Ｓｉ：０．０１～０．８０％、Ｍｎ：０．５０～２．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１０～０．０９５％、Ｃｒ：０．０１～１．３０％、Ｖ：０．２００超～０．３００％、Ｎ：０．００３０～０．０２００％、Ａｌ：０～０．０６０％、Ｍｇ：０～０．０１００％、Ｔｉ：０～０．０２００％、Ｎｂ：０～０．０２００％、Ｗ：０～０．４０００％、Ｚｒ：０～０．２０００％、Ｃａ：０～０．００３０％、Ｔｅ：０～０．０１００％、Ｂ：０～０．００５０％、Ｓｎ：０～０．０１００％、希土類元素：０～０．００７０％、Ｃｏ：０～０．０１００％、Ｓｅ：０～０．０１００％、Ｓｂ：０～０．０１００％、Ｉｎ：０～０．０１００％、Ｍｏ：０～０．２０％、Ｃｕ：０～０．２０％、Ｎｉ：０～０．２０％、及び、残部がＦｅ及び不純物からなる鋼材であれば、優れた被削性が優れ、機械構造用部品とした場合に優れた疲労強度が得られる可能性があると考えた。
　しかしながら、鋼材を上述の化学組成としただけでは、優れた被削性が得られ、機械構造用部品とした場合に優れた疲労強度が得られるとは限らない。化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であっても、鋼材の硬さが高ければ、鋼材の被削性が低下してしまう。一方、化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であっても、鋼材の硬さが低ければ、その鋼材を素材として製造された機械構造用部品の疲労強度が低くなってしまう。したがって、機械構造用部品の疲労強度及び鋼材の被削性を両立するためには、機械構造用部品の素材である鋼材の硬さを適切な範囲とするのが有効である。
　そこで、本発明者らは化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内である鋼材の硬さに影響する元素の含有量について検討した。上述の化学組成中の元素のうち、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ及びＶは特に、鋼材を素材として製造された機械構造用部品の内部硬さを高め、その結果、機械構造用部品の疲労強度を高める。一方、Ｓは内部硬さを低下させる。したがって、本発明者らは、これらの元素の含有量を適切な範囲とすることにより、鋼材の被削性の向上、及び、鋼材を素材として製造された機械構造用部品の疲労強度の向上を両立できると考えた。さらなる検討の結果、本発明者らは、化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内である鋼材において、式（１）を満たせば、鋼材において、優れた被削性が得られ、さらに、機械構造用部品としたときに優れた疲労強度が得られることを見出した。
　０．８０≦Ｃ＋（Ｓｉ／１０）＋（Ｍｎ／５）－（５Ｓ／７）＋（５Ｃｒ／２２）＋１．６５Ｖ≦１．５０　（１）
　ここで、式中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。
　次に、本発明者らは、化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であり、かつ、式（１）を満たす鋼材において、高周波焼入れ時の溶融割れを抑制できる手段を検討した。初めに、本発明者らは、高周波焼入れ時に、鋼材に溶融割れが発生する原因を特定するために、溶融割れが発生した部位のミクロ組織を観察した。その結果、溶融割れが発生した部位には、脱炭が生じていなかった。一方、脱炭している部位では、溶融割れが発生しなかった。
　この結果から、本発明者らは、高周波焼入れ時の鋼材に発生する溶融割れには、Ｃ含有量が影響すると考えた。具体的には、粒界に偏析するＣにより溶融割れが発生しやすくなる。そこで、本発明者らは、粒界にＣが偏析するのを抑制する手段について検討した。
　検討の結果、上述の化学組成にさらに、Ｂｉを０．００５１～０．１５００％含有することにより、高周波焼入れ時の鋼材の溶融割れが抑制できることを、本発明者らは見出した。その理由は、次のとおりと考えられる。Ｂｉを適量含有すれば、Ｂｉは鋼材中で介在物として存在する。以下、Ｂｉからなる介在物をＢｉ粒子という。Ｂｉ粒子は、ピンニング効果により、高周波焼入れ時の鋼材中のオーステナイト粒の粗大化を抑制する。Ｂｉ粒子が微細であれば、ピンニング効果が高まる。高周波焼入れ時において、オーステナイト粒が微細に維持されれば、オーステナイト粒の粒界面積が増大する。粒界面積が増大すれば、単位面積当たりのオーステナイト粒界に偏析するＣの濃度が減少する。その結果、溶融割れの発生が抑制される。
　以上のとおり、Ｂｉを適量含有することにより、高周波焼入れ時の溶融割れの発生は抑制される。しかしながら、鋼材に対して熱間加工工程を実施する場合に、割れが発生する場合があることが判明した。ここでいう熱間加工は例えば、鋼材の製造工程中で実施される熱間圧延、又は、機械構造用部品の製造工程中で実施される熱間鍛造等である。そこで、熱間加工時の割れの原因について調査した。その結果、本発明者らは、次の新たな知見を得た。
　溶融割れの抑制のために鋼材にＢｉを含有する場合、鋼材中に、円相当径が１．０μｍ以下の微細なＢｉ粒子（Ｂｉ介在物）とともに、円相当径が１０．０μｍ以上の粗大Ｂｉ粒子が生成する場合がある。粗大Ｂｉ粒子は、熱間加工時の割れの起点となりやすい。そのため、粗大Ｂｉ粒子の個数密度が高すぎれば、熱間加工時に割れ（熱間加工割れ）が発生しやすい。
　以上のとおり、Ｂｉを含有する鋼材では、高周波焼入れ時の溶融割れが抑制されやすいものの、粗大Ｂｉ粒子に起因した熱間加工割れが発生しやすい。鋼材中のＢｉ粒子が微細であれば、高周波焼入れ時の溶融割れが抑制される。一方、鋼材中のＢｉ粒子が粗大であれば、熱間加工割れが発生しやすくなる。
　以上の検討結果に基づいて、本発明者らは、鋼材中の微細Ｂｉ粒子の個数密度をある程度確保しつつ、鋼材中の粗大Ｂｉ粒子の個数密度をなるべく抑制することにより、高周波焼入れ時の溶融割れを抑制でき、かつ、熱間加工割れも抑制できると考えた。そこで、これらの効果を十分に発揮する微細Ｂｉ粒子の個数密度及び粗大Ｂｉ粒子の個数密度について、さらに調査及び検討を行った。その結果、上述の化学組成の鋼材において、上述の式（１）を満たすことを前提に、円相当径が０．１～１．０μｍの微細Ｂｉ粒子の個数密度が８０～８０００個／ｍｍ２であり、かつ、円相当径が１０．０μｍ以上の粗大Ｂｉ粒子の個数密度が１０個／ｍｍ２以下であれば、高周波焼入れ時の溶融割れを抑制でき、かつ、熱間加工割れも抑制できることを、本発明者らは見出した。
　以上の知見に基づいて完成した本実施形態による鋼材は、次の構成を有する。
　［１］
　鋼材であって、
　化学組成が、質量％で、
　Ｃ：０．２０～０．５０％、
　Ｓｉ：０．０１～０．８０％、
　Ｍｎ：０．５０～２．００％、
　Ｐ：０．０３０％以下、
　Ｓ：０．０１０～０．０９５％、
　Ｃｒ：０．０１～１．３０％、
　Ｖ：０．２００超～０．３００％、
　Ｂｉ：０．００５１～０．１５００％、
　Ｎ：０．００３０～０．０２００％、を含有し、
　残部はＦｅ及び不純物からなり、
　式（１）を満たし、
　前記鋼材中において、
　円相当径が０．１～１．０μｍの微細Ｂｉ粒子の個数密度が８０～８０００個／ｍｍ２であり、
　円相当径が１０．０μｍ以上の粗大Ｂｉ粒子の個数密度が１０個／ｍｍ２以下である、
　鋼材。
　０．８０≦Ｃ＋（Ｓｉ／１０）＋（Ｍｎ／５）－（５Ｓ／７）＋（５Ｃｒ／２２）＋１．６５Ｖ≦１．５０　（１）
　ここで、式中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。
　［２］
　［１］に記載の鋼材であって、
　前記化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、
　Ａｌ：０．０６０％以下、
　Ｍｇ：０．０１００％以下、
　Ｔｉ：０．０２００％以下、
　Ｎｂ：０．０２００％以下、
　Ｗ：０．４０００％以下、
　Ｚｒ：０．２０００％以下、
　Ｃａ：０．００３０％以下、
　Ｔｅ：０．０１００％以下、
　Ｂ：０．００５０％以下、
　Ｓｎ：０．０１００％以下、
　希土類元素：０．００７０％以下、
　Ｃｏ：０．０１００％以下、
　Ｓｅ：０．０１００％以下、
　Ｓｂ：０．０１００％以下、
　Ｉｎ：０．０１００％以下、
　Ｍｏ：０．２０％以下、
　Ｃｕ：０．２０％以下、及び、
　Ｎｉ：０．２０％以下からなる群から選択される１種以上を含有する、
　鋼材。
　以下、本実施形態の鋼材について詳述する。元素に関する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。
　［本実施形態の鋼材の特徴］
　本実施形態の鋼材は、次の特徴１～特徴４を満たす。
　（特徴１）
　化学組成が、質量％で、Ｃ：０．２０～０．５０％、Ｓｉ：０．０１～０．８０％、Ｍｎ：０．５０～２．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１０～０．０９５％、Ｃｒ：０．０１～１．３０％、Ｖ：０．２００超～０．３００％、Ｂｉ：０．００５１～０．１５００％、Ｎ：０．００３０～０．０２００％、を含有し、残部はＦｅ及び不純物、からなる。
　（特徴２）
　各元素含有量が特徴１の範囲内であることを前提として、式（１）を満たす。
　０．８０≦Ｃ＋（Ｓｉ／１０）＋（Ｍｎ／５）－（５Ｓ／７）＋（５Ｃｒ／２２）＋１．６５Ｖ≦１．５０　（１）
　（特徴３）
　鋼材中において、円相当径が０．１～１．０μｍの微細Ｂｉ粒子の個数密度が８０～８０００個／ｍｍ２である。
　（特徴４）
　鋼材中において、円相当径が１０．０μｍ以上の粗大Ｂｉ粒子の個数密度が１０個／ｍｍ２以下である。
　以下、各特徴１～特徴４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。
　Ｃ：０．２０～０．５０％
　炭素（Ｃ）は、鋼材を素材として製造された機械構造用部品の硬さを高め、機械構造用部品の疲労強度を高める。Ｃ含有量が０．２０％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０．５０％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、粒界にＣが偏析する。この場合、粒界でのＣ濃度が高くなる。Ｃ濃度が高まれば、融点が低下する。そのため、高周波焼入れ時に溶融割れが発生しやすくなる。
　したがって、Ｃ含有量は０．２０～０．５０％である。
　Ｃ含有量の好ましい下限は０．２１％であり、さらに好ましくは０．２２％であり、さらに好ましくは０．２３％である。
　Ｃ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％である。
　Ｓｉ：０．０１～０．８０％
　シリコン（Ｓｉ）は、製鋼工程において鋼を脱酸する。Ｓｉはさらに、機械構造用部品の硬さを高め、機械構造用部品の疲労強度を高める。Ｓｉ含有量が０．０１％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
　一方、ＳｉはＣとの親和力が弱い。そのため、Ｓｉ含有量が０．８０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、加熱時において、Ｃは、Ｓｉが固溶している粒内よりも、粒界に偏析しやすくなる。その結果、高周波焼入れ時に溶融割れが発生しやすくなる。
　したがって、Ｓｉ含有量は０．０１～０．８０％である。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、さらに好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．０８％である。
　Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．７５％であり、さらに好ましくは０．７０％であり、さらに好ましくは０．６５％であり、さらに好ましくは０．６０％である。
　Ｍｎ：０．５０～２．００％
　マンガン（Ｍｎ）は、製鋼工程において鋼を脱酸する。Ｍｎはさらに、Ｃとの親和力が強い。そのため、加熱時において、ＣはＭｎが固溶している粒内に留まる。そのため、Ｃの粒界への偏析が抑制され、高周波焼入れ時の溶融割れの発生が抑制される。Ｍｎ含有量が０．５０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
　一方、Ｍｎ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まる。その結果、鋼材の被削性が低下する。
　したがって、Ｍｎ含有量は０．５０～２．００％である。
　Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．５２％であり、さらに好ましくは０．５５％であり、さらに好ましくは０．５７％であり、さらに好ましくは０．６０％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１．９３％であり、さらに好ましくは１．９０％である。
　Ｐ：０．０３０％以下
　燐（Ｐ）は不純物である。Ｐは粒界に偏析する。そのため、Ｐは鋼材の融点を低下させる。そのため、高周波焼入れ時に溶融割れが発生しやすくなる。
　したがって、Ｐ含有量は０．０３０％以下である。
　Ｐ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｐ含有量の過剰な低減は製造コストを高める。したがって、通常の工業生産を考慮すれば、Ｐ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％である。
　Ｐ含有量の好ましい上限は０．０２８％であり、さらに好ましくは０．０２６％であり、さらに好ましくは０．０２３％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。
　Ｓ：０．０１０～０．０９５％
　硫黄（Ｓ）は硫化物系介在物を形成し、鋼材の被削性を高める。Ｓ含有量が０．０１０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
　一方、Ｓは鋼材の融点を低下させる。そのため、Ｓ含有量が０．０９５％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、高周波焼入れ時に溶融割れが発生しやすくなる。
　したがって、Ｓ含有量は０．０１０～０．０９５％である。
　Ｓ含有量の好ましい下限は０．０１２％であり、さらに好ましくは０．０１５％であり、さらに好ましくは０．０１８％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７５％であり、さらに好ましくは０．０７０％である。
　Ｃｒ：０．０１～１．３０％
　クロム（Ｃｒ）は、鋼材の焼入れ性を高める。そのため、機械構造用部品の内部硬さが高まる。その結果、機械構造用部品の疲労強度が高まる。Ｃｒはさらに、Ｃとの親和力が強い。そのため、加熱時において、ＣはＣｒが固溶している粒内に留まる。そのため、Ｃの粒界への偏析が抑制され、高周波焼入れ時の溶融割れの発生が抑制される。Ｃｒはさらに、Ｓと結合してＣｒ硫化物を形成する。この場合、粗大なＦｅＳの形成が抑制される。その結果、熱間加工時の鋼材の延性が向上し、熱間加工割れが抑制される。Ｃｒ含有量が０．０１％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
　一方、Ｃｒ含有量が１．３０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の硬さが過剰に高まる。その結果、鋼材の被削性が低下する。
　したがって、Ｃｒ含有量は０．０１～１．３０％である。
　Ｃｒ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、さらに好ましくは０．０４％であり、さらに好ましくは０．０６％であり、さらに好ましくは０．０８％である。
　Ｃｒ含有量の好ましい上限は１．２８％であり、さらに好ましくは１．２６％であり、さらに好ましくは１．２４％である。
　Ｖ：０．２００超～０．３００％
　バナジウム（Ｖ）は、機械構造用部品の製造工程中の熱間加工後の冷却過程で、Ｖ析出物として鋼材中のフェライト中に析出する。Ｖ析出物により、機械構造用部品の内部硬さが高まる。その結果、機械構造用部品の疲労強度が高まる。さらに、ＶはＣと結合してγ粒内にＣを固定する。そのため、Ｖは、高周波焼入れ時において、溶融割れの発生を抑制する。Ｖ含有量が０．２００％以下であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
　一方、Ｖ含有量が０．３００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の硬さが過剰に高まる。その結果、鋼材の被削性が低下する。Ｖ含有量が０．３００％を超えればさらに、上記効果が飽和し、製造コストが高くなる。
　したがって、Ｖ含有量は、０．２００超～０．３００％である。
　Ｖ含有量の好ましい下限は０．２０５％であり、さらに好ましくは０．２１０％であり、さらに好ましくは０．２１５％であり、さら好ましくは０．２２０％であり、さらに好ましくは０．２２５％であり、さらに好ましくは０．２３０％である。
　Ｖ含有量の好ましい上限は０．２９５％であり、さらに好ましくは０．２９０％であり、さらに好ましくは０．２８５％である。
　Ｂｉ：０．００５１～０．１５００％
　ビスマス（Ｂｉ）は、鋼材中で介在物（Ｂｉ粒子）を形成する。そのため、高周波焼入れ時の溶融割れが抑制される。Ｂｉはさらに、鋼材の被削性を高める。Ｂｉ含有量が０．００５１％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
　一方、Ｂｉ含有量が０．１５００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大なＢｉ粒子が生成する。粗大なＢｉ粒子は、鋼材の製造工程中の熱間加工時、又は、鋼材を素材として製造された機械構造用部品の製造工程中の熱間加工時において、割れの起点となりやすい。そのため、熱間加工割れが発生しやすくなる。
　したがって、Ｂｉ含有量は０．００５１～０．１５００％である。
　Ｂｉ含有量の好ましい下限は０．００８０％であり、さらに好ましくは０．０１００％であり、さらに好ましくは０．０１２０％であり、さらに好ましくは０．０１４０％であり、さらに好ましくは０．０１６０％である。
　Ｂｉ含有量の好ましい上限は０．１４００％であり、さらに好ましくは０．１３５０％であり、さらに好ましくは０．１３００％である。
　Ｎ：０．００３０～０．０２００％
　窒素（Ｎ）は、機械構造用部品の製造工程中の熱間加工後の冷却過程で、窒化物及び／又は炭窒化物を形成して鋼材を析出強化する。その結果、機械構造用部品の疲労強度が高まる。Ｎ含有量が０．００３０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
　一方、Ｎ含有量が０．０２００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。
　したがって、Ｎ含有量は０．００３０～０．０２００％である。
　Ｎ含有量の好ましい下限は０．００３２％であり、さらに好ましくは０．００３４％であり、さらに好ましくは０．００３６％である。
　Ｎ含有量の好ましい上限は０．０１９０％であり、さらに好ましくは０．０１７０％であり、さらに好ましくは０．０１５０％であり、さらに好ましくは０．０１３０％であり、さらに好ましくは０．０１００％である。
　本実施の形態による鋼材の化学組成の残部は、Ｆｅ及び不純物からなる。ここで、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、本実施形態による鋼材に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
　不純物としては、上述の不純物（Ｐ、Ｓ）以外のあらゆる元素が挙げられる。不純物は１種だけであってもよいし、２種以上であってもよい。上述した不純物以外の他の不純物は、例えば、次のとおりである。Ｏ：０．００５０％以下、Ｔａ及びＺｎ：合計で０～０．０１％、Ｐｂ：０．０９％以下。
　［任意元素（Ｏｐｔｉｏｎａｌ　Ｅｌｅｍｅｎｔｓ）］
　本実施形態の鋼材の化学組成はさらに、以下の第１群～第５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。これらの元素はいずれも任意元素である。
　［第１群］
　Ａｌ：０．０６０％以下
　Ｍｇ：０．０１００％以下
　［第２群］
　Ｔｉ：０．０２００％以下
　Ｎｂ：０．０２００％以下
　Ｗ：０．４０００％以下
　Ｚｒ：０．２０００％以下
　［第３群］
　Ｃａ：０．００３０％以下
　Ｔｅ：０．０１００％以下
　Ｂ：０．００５０％以下
　Ｓｎ：０．０１００％以下
　希土類元素：０．００７０％以下
　［第４群］
　Ｃｏ：０．０１００％以下
　Ｓｅ：０．０１００％以下
　Ｓｂ：０．０１００％以下
　Ｉｎ：０．０１００％以下
　［第５群］
　Ｍｏ：０．２０％以下
　Ｃｕ：０．２０％以下
　Ｎｉ：０．２０％以下
　以下、これらの任意元素について説明する。
　［第１群：Ａｌ及びＭｇ］
　本実施形態の鋼材はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ａｌ及びＭｇからなる群から選択される１種以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、鋼を脱酸する。
　Ａｌ：０．０６０％以下
　アルミニウム（Ａｌ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ａｌ含有量は０％であってもよい。
　Ａｌが含有される場合、Ａｌは鋼を脱酸する。Ａｌ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、Ａｌ含有量が０．０６０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Ａｌは粗大な酸化物を形成する。粗大な酸化物は、機械構造用部品の疲労強度を低下する。
　したがって、Ａｌ含有量は０～０．０６０％であり、含有される場合、Ａｌ含有量は０．０６０％以下である。
　Ａｌ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。
　Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０５５％であり、さらに好ましくは０．０５０％であり、さらに好ましくは０．０４５％である。
　Ｍｇ：０．０１００％以下
　マグネシウム（Ｍｇ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｍｇ含有量は０％であってもよい。
　Ｍｇが含有される場合、Ｍｇは鋼を脱酸する。Ｍｇが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
　しかしながら、Ｍｇ含有量が０．０１００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Ｍｇは粗大な酸化物を形成する。粗大な酸化物は、機械構造用部品の疲労強度を低下する。
　したがって、Ｍｇ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、Ｍｇ含有量は０．０１００％以下である。
　Ｍｇ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。
　Ｍｇ含有量の好ましい上限は０．００５０％であり、さらに好ましくは０．００４５％であり、さらに好ましくは０．００４０％である。
　［第２群：Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ及びＺｒ］
　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、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ及びＺｒからなる群から選択される１種以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、析出物を形成して、機械構造用部品の靱性を高める。
　Ｔｉ：０．０２００％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。
　Ｔｉが含有される場合、Ｔｉは、機械構造用部品の製造工程中の熱間加工工程の冷却過程において、炭化物及び／又は炭窒化物を形成して、結晶粒を微細化する。これにより、機械構造用部品の靱性が高まる。Ｔｉが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
　しかしながら、Ｔｉ含有量が０．０２００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が飽和する。さらに、製造コストが高くなる。
　したがって、Ｔｉ含有量は０～０．０２００％であり、含有される場合、Ｔｉ含有量は０．０２００％以下である。
　Ｔｉ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０．００１０％であり、さらに好ましくは０．００５０％であり、さらに好ましくは０．００８０％である。
　Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．０１８０％であり、さらに好ましくは０．０１７０％であり、さらに好ましくは０．０１５０％である。
　Ｎｂ：０．０２００％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。
　Ｎｂが含有される場合、Ｎｂは、機械構造用部品の製造工程中の熱間加工工程の冷却過程において、炭化物及び／又は炭窒化物を形成して、結晶粒を微細化する。これにより、機械構造用部品の靱性が高まる。Ｎｂが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
　しかしながら、Ｎｂ含有量が０．０２００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が飽和する。さらに、製造コストが高くなる。
　したがって、Ｎｂ含有量は０～０．０２００％であり、含有される場合、Ｎｂ含有量は０．０２００％以下である。
　Ｎｂ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０．００１０％であり、さらに好ましくは０．００５０％であり、さらに好ましくは０．００８０％である。
　Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．０１８０％であり、さらに好ましくは０．０１７０％であり、さらに好ましくは０．０１５０％である。
　Ｗ：０．４０００％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。
　Ｗが含有される場合、Ｗは、機械構造用部品の製造工程中の熱間加工工程の冷却過程において、炭化物及び／又は炭窒化物を形成して、結晶粒を微細化する。これにより、機械構造用部品の靱性が高まる。Ｗが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
　しかしながら、Ｗ含有量が０．４０００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が飽和する。さらに、製造コストが高くなる。
　したがって、Ｗ含有量は０～０．４０００％であり、含有される場合、Ｗ含有量は０．４０００％以下である。
　Ｗ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０．００５０％であり、さらに好ましくは０．０５００％である。
　Ｗ含有量の好ましい上限は０．３５００％であり、さらに好ましくは０．３０００％であり、さらに好ましくは０．２０００％である。
　Ｚｒ：０．２０００％以下
　ジルコニウム（Ｚｒ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｚｒ含有量は０％であってもよい。
　Ｚｒが含有される場合、Ｚｒは、機械構造用部品の製造工程中の熱間加工工程の冷却過程において、炭化物及び／又は炭窒化物を形成して、結晶粒を微細化する。これにより、機械構造用部品の靱性が高まる。Ｚｒが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
　しかしながら、Ｚｒ含有量が０．２０００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が飽和する。さらに、製造コストが高くなる。
　したがって、Ｚｒ含有量は０～０．２０００％であり、含有される場合、Ｚｒ含有量は０．２０００％以下である。
　Ｚｒ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０．００１０％であり、さらに好ましくは０．００２０％であり、さらに好ましくは０．００５０％である。
　Ｚｒ含有量の好ましい上限は０．１５００％であり、さらに好ましくは０．１０００％であり、さらに好ましくは０．０５００％であり、さらに好ましくは０．０１００％である。
　［第３群：Ｃａ、Ｔｅ、Ｂ、Ｓｎ及び希土類元素］
　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、Ｃａ、Ｔｅ、Ｂ、Ｓｎ及び希土類元素（ＲＥＭ）からなる群から選択される１種以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、鋼材の被削性を高める。
　Ｃａ：０．００３０％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。
　Ｃａが含有される場合、Ｃａは鋼材の被削性を高める。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０．００３０％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、粗大酸化物を形成する。この場合、機械構造用部品の疲労強度が低下する。
　したがって、Ｃａ含有量は０～０．００３０％であり、含有される場合、Ｃａ含有量は０．００３０％以下である。
　Ｃａ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０．００１０％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０．００２５％であり、さらに好ましくは０．００２３％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。
　Ｔｅ：０．０１００％以下
　テルル（Ｔｅ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｔｅ含有量は０％であってもよい。
　Ｔｅが含有される場合、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０．０１００％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、鋼材に熱間加工割れが発生しやすくなる。
　したがって、Ｔｅ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、Ｔｅ含有量は０．０１００％以下である。
　Ｔｅ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０．００１０％である。
　Ｔｅ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００８５％であり、さらに好ましくは０．００８０％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。
　Ｂが含有される場合、Ｂは鋼材の被削性を高める。Ｂが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
　しかしながら、Ｂ含有量が０．００５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材に熱間加工割れが発生しやすくなる。
　したがって、Ｂ含有量は０～０．００５０％であり、含有される場合、Ｂ含有量は０．００５０％以下である。
　Ｂ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。
　Ｂ含有量の好ましい上限は０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３５％であり、さらに好ましくは０．００３０％である。
　Ｓｎ：０．０１００％以下
　スズ（Ｓｎ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｓｎ含有量は０％であってもよい。
　Ｓｎが含有される場合、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０．０１００％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、鋼材に熱間加工割れが発生しやすくなる。
　したがって、Ｓｎ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、Ｓｎ含有量は０．０１００％以下である。
　Ｓｎ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。
　Ｓｎ含有量の好ましい上限は０．００９５％であり、さらに好ましくは０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００８５％であり、さらに好ましくは０．００８０％である。
　希土類元素：０．００７０％以下
　希土類元素（ＲＥＭ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、ＲＥＭ含有量は０％であってもよい。
　ＲＥＭが含有される場合、ＲＥＭは鋼材の被削性を高める。ＲＥＭが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
　しかしながら、ＲＥＭ含有量が０．００７０％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、鋼材に熱間加工割れが発生しやすくなる。
　したがって、ＲＥＭ含有量は０～０．００７０％であり、含有される場合、ＲＥＭ含有量は０．００７０％以下である。
　ＲＥＭ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。
　ＲＥＭ含有量の好ましい上限は０．００６５％であり、さらに好ましくは０．００６０％であり、さらに好ましくは０．００５５％である。
　本明細書におけるＲＥＭとは、原子番号２１番のスカンジウム（Ｓｃ）、原子番号３９番のイットリウム（Ｙ）、及び、ランタノイドである原子番号５７番のランタン（Ｌａ）～原子番号７１番のルテチウム（Ｌｕ）からなる群から選択される１種又は２種以上の元素である。また、本明細書におけるＲＥＭ含有量とは、これらの元素の合計含有量である。
　［第４群：Ｃｏ、Ｓｅ、Ｓｂ及びＩｎ］
　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、Ｃｏ、Ｓｅ、Ｓｂ及びＩｎからなる群から選択される１種以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、鋼材の脱炭を抑制する。
　Ｃｏ：０．０１００％以下
　コバルト（Ｃｏ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｃｏ含有量は０％であってもよい。
　Ｃｏが含有される場合、Ｃｏは、熱間加工時に鋼材の脱炭を抑制する。Ｃｏが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
　しかしながら、Ｃｏ含有量が０．０１００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材に熱間加工割れが発生しやすくなる。
　したがって、Ｃｏ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、Ｃｏ含有量は０．０１００％以下である。
　Ｃｏ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。
　Ｃｏ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００７０％である。
　Ｓｅ：０．０１００％以下
　セレン（Ｓｅ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｓｅ含有量は０％であってもよい。
　Ｓｅが含有される場合、Ｓｅは、熱間加工時に鋼材の脱炭を抑制する。Ｓｅが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
　しかしながら、Ｓｅ含有量が０．０１００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材に熱間加工割れが発生しやすくなる。
　したがって、Ｓｅ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、Ｓｅ含有量は０．０１００％以下である。
　Ｓｅ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。
　Ｓｅ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００７０％である。
　Ｓｂ：０．０１００％以下
　アンチモン（Ｓｂ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｓｂ含有量は０％であってもよい。
　Ｓｂが含有される場合、つまり、Ｓｂ含有量が０％超である場合、Ｓｂは、熱間加工時に鋼材の脱炭を抑制する。Ｓｂが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
　しかしながら、Ｓｂ含有量が０．０１００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材に熱間加工割れが発生しやすくなる。
　したがって、Ｓｂ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、Ｓｂ含有量は０．０１００％以下である。
　Ｓｂ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。
　Ｓｂ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００７０％である。
　Ｉｎ：０．０１００％以下
　インジウム（Ｉｎ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｉｎ含有量は０％であってもよい。
　Ｉｎが含有される場合、Ｉｎは、熱間加工時に鋼材の脱炭を抑制する。Ｉｎ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、Ｉｎ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、鋼材に熱間加工割れが発生しやすくなる。
　したがって、Ｉｎ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、Ｉｎ含有量は０．０１００％以下である。
　Ｉｎ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。
　Ｉｎ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００７０％である。
　［第５群：Ｍｏ、Ｃｕ及びＮｉ］
　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、Ｍｏ、Ｃｕ及びＮｉからなる群から選択される１種以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、機械構造用部品の疲労強度を高める。
　Ｍｏ：０．２０％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。
　Ｍｏが含有される場合、Ｍｏは機械構造用部品の疲労強度を高める。Ｍｏが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
　しかしながら、Ｍｏ含有量が０．２０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の硬さが過剰に高まる。その結果、熱間加工性が低下する。
　したがって、Ｍｏ含有量は０～０．２０％であり、含有される場合、Ｍｏ含有量は０．２０％以下である。
　Ｍｏ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％である。
　Ｍｏ含有量の好ましい上限は０．１９％であり、さらに好ましくは０．１７％であり、さらに好ましくは０．１５％である。
　Ｃｕ：０．２０％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。
　Ｃｕが含有される場合、Ｃｕは機械構造用部品の疲労強度を高める。Ｃｕが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
　しかしながら、Ｃｕは、Ｓｉと同様に、高周波焼入れ時における溶融割れの発生を促進する。そのため、Ｃｕ含有量が０．２０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、高周波焼入れ時に溶融割れが発生しやすくなる。
　したがって、Ｃｕ含有量は０～０．２０％であり、含有される場合、Ｃｕ含有量は０．２０％以下である。
　Ｃｕ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％である。
　Ｃｕ含有量の好ましい上限は０．１５％であり、さらに好ましくは０．１３％であり、さらに好ましくは０．１０％である。
　Ｎｉ：０．２０％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。
　Ｎｉが含有される場合、Ｎｉは機械構造用部品の疲労強度を高める。Ｎｉが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
　しかしながら、Ｎｉは、Ｓｉ及びＣｕと同様に、高周波焼入れ時における溶融割れの発生を促進する。そのため、Ｎｉ含有量が０．２０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、高周波焼入れ時に溶融割れが発生しやすくなる。
　したがって、Ｎｉ含有量は０～０．２０％であり、含有される場合、Ｎｉ含有量は０．２０％以下である。
　Ｎｉ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％である。
　Ｎｉ含有量の好ましい上限は０．１５％であり、さらに好ましくは０．１３％であり、さらに好ましくは０．１０％である。
　［（特徴２）式（１）について］
　本実施形態の鋼材はさらに、各元素含有量が上記範囲内であることを前提として、つまり、特徴１を満たすことを前提として、式（１）を満たす。
　０．８０≦Ｃ＋（Ｓｉ／１０）＋（Ｍｎ／５）－（５Ｓ／７）＋（５Ｃｒ／２２）＋１．６５Ｖ≦１．５０　（１）
　ここで、式中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。
　ｆｎ１＝Ｃ＋（Ｓｉ／１０）＋（Ｍｎ／５）－（５Ｓ／７）＋（５Ｃｒ／２２）＋１．６５Ｖと定義する。ｆｎ１は、鋼材の硬さの指標である。Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ及びＶは、鋼材を素材として製造された機械構造用部品の内部硬さを高める。一方、Ｓは、機械構造用部品の内部硬さを低下する。
　鋼材中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、ｆｎ１が０．８０未満であれば、機械構造用部品の内部硬さが過剰に低下する。その結果、機械構造用部品の疲労強度が低下する。一方、鋼材中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、ｆｎ１が１．５０を超えれば、鋼材の硬さが過剰に高まる。その結果、鋼材の被削性が低下する。
　したがって、ｆｎ１は０．８０～１．５０である。
　ｆｎ１の好ましい下限は０．８１であり、さらに好ましくは０．８２であり、さらに好ましくは０．８５である。
　ｆｎ１の好ましい上限は１．４８であり、さらに好ましくは１．４５であり、さらに好ましくは１．４３である。
　［（特徴３）微細Ｂｉ粒子について］
　本実施形態の鋼材では、各元素含有量が上記範囲内であり、かつ、式（１）を満たすことを前提として、円相当径が０．１～１．０μｍの微細Ｂｉ粒子（以下、単に微細Ｂｉ粒子ともいう）の個数密度は８０～８０００個／ｍｍ２である。微細Ｂｉ粒子の個数密度が８０～８０００個／ｍｍ２であれば、高周波焼入れ時の溶融割れの発生が抑制される。
　Ｂｉは、鋼材中において、Ｂｉ単体の粒子又はＢｉを高濃度で含有する粒子の形態で存在する。本明細書において、Ｂｉ単体の粒子又はＢｉを高濃度で含有する粒子を総称してＢｉ粒子と定義する。本明細書において、微細Ｂｉ粒子とは、円相当径が０．１～１．０μｍであるＢｉ粒子を意味する。Ｂｉは重元素であるため、Ｂｉ粒子は反射電子像において、周囲よりも高輝度で観察される。微細Ｂｉ粒子は、他の粒子（析出物又は介在物）と接触せずに鋼材中に単独で存在してもよい。また、微細Ｂｉ粒子は、他の粒子に付着又は接触して鋼材中に存在していてもよい。
　上述のとおり、高周波誘導加熱時において、Ｂｉ粒子は、オーステナイト粒界をピンニングする。Ｂｉ粒子の円相当径が０．１～１．０μｍであれば、オーステナイト粒界のピンニング効果は高まる。高周波焼入れ時において、オーステナイト粒が微細に維持されれば、オーステナイト粒の粒界面積が増大する。粒界面積が増大すれば、粒界に偏析するＣの濃度が減少する。その結果、溶融割れの発生が抑制される。鋼材の化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であって、かつ、式（１）を満たし、かつ、円相当径が１０．０μｍ以上の粗大Ｂｉ粒子が１０個／ｍｍ２以下である場合であっても、微細Ｂｉ粒子が８０個／ｍｍ２未満であれば、上記効果が十分に得られない。
　一方、鋼材の化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であって、かつ、式（１）を満たし、かつ、円相当径が１０．０μｍ以上の粗大Ｂｉ粒子が１０個／ｍｍ２以下である場合であっても、微細Ｂｉ粒子の個数密度が８０００個／ｍｍ２を超えれば、上記効果が飽和し、さらに、製造コストが高くなる。
　したがって、本実施形態の鋼材では、円相当径が０．１～１．０μｍの微細Ｂｉ粒子の個数密度は８０～８０００個／ｍｍ２である。
　微細Ｂｉ粒子の個数密度の好ましい下限は９０個／ｍｍ２であり、さらに好ましい下限は９５個／ｍｍ２であり、さらに好ましい下限は１００個／ｍｍ２である。
　微細Ｂｉ粒子の個数密度の好ましい上限は７９００個／ｍｍ２であり、さらに好ましくは６０００個／ｍｍ２であり、さらに好ましくは３０００個／ｍｍ２であり、さらに好ましくは１０００個／ｍｍ２であり、さらに好ましくは９００個／ｍｍ２であり、さらに好ましくは８００個／ｍｍ２である。
　［（特徴４）粗大Ｂｉ粒子について］
　本実施形態の鋼材において、円相当径が１０．０μｍ以上のＢｉ粒子である粗大Ｂｉ粒子（以下、単に粗大Ｂｉ粒子ともいう）の個数密度は１０個／ｍｍ２以下である。粗大Ｂｉ粒子の個数密度が１０個／ｍｍ２以下であれば、鋼材の製造工程中の熱間加工時、又は、鋼材を素材とした機械構造用部品の製造工程中の熱間加工時の割れ（熱間加工割れ）を抑制することができる。熱間加工は例えば、熱間圧延、熱間鍛造等である。
　本明細書において、粗大Ｂｉ粒子とは、円相当径が１０．０μｍ以上のＢｉ粒子を意味する。後述する粗大Ｂｉ粒子の個数密度測定方法において、粒子の円相当径が１０．０μｍ以上であり、かつ周囲よりも高輝度で観察されれば、その粒子を、粗大Ｂｉ粒子と判断する。粗大Ｂｉ粒子は、他の粒子（析出物又は介在物）と接触せずに鋼材中に単独で存在してもよい。また、粗大Ｂｉ粒子は、他の粒子に付着又は接触して鋼材中に存在していてもよい。粗大Ｂｉ粒子の円相当径の上限は特に限定されないが、本実施形態の化学組成の場合、粗大Ｂｉ粒子の円相当径の上限は５０．０μｍである。
　上述のとおり、鋼材中の微細Ｂｉ粒子により、高周波焼入れ時の溶融割れが抑制される。しかしながら、鋼材中のＢｉは、微細Ｂｉ粒子ではなく粗大Ｂｉ粒子を形成する場合がある。粗大Ｂｉ粒子は、鋼材の熱間加工割れの起点となり得る。
　鋼材の化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であり、式（１）を満たし、かつ、微細Ｂｉ粒子が８０～８０００個／ｍｍ２である場合であっても、粗大Ｂｉ粒子が１０個／ｍｍ２を超えれば、鋼材に熱間加工割れが発生する場合がある。
　したがって、本実施形態の鋼材では、円相当径が１０．０μｍ以上の粗大Ｂｉ粒子の個数密度は１０個／ｍｍ２以下である。
　粗大Ｂｉ粒子の個数密度の好ましい上限は８個／ｍｍ２であり、さらに好ましくは７個／ｍｍ２であり、さらに好ましくは６個／ｍｍ２であり、さらに好ましくは５個／ｍｍ２である。
　粗大Ｂｉ粒子の個数密度はなるべく低い方が好ましい。すなわち、粗大Ｂｉ粒子の個数密度は０個／ｍｍ２であることが好ましい。しかしながら、粗大Ｂｉ粒子の個数密度の過剰な低減は、製造コストを引き上げる。したがって、通常の工業生産性を考慮すれば、粗大Ｂｉ粒子の個数密度の好ましい下限は１個／ｍｍ２であり、さらに好ましくは２個／ｍｍ２である。
　なお、本実施形態の鋼材中には、上述の微細Ｂｉ粒子及び粗大Ｂｉ粒子だけではなく、１．０μｍ超～１０．０μｍ未満の中間Ｂｉ粒子（以下、単に中間Ｂｉ粒子ともいう）も存在する場合がある。しかしながら、中間Ｂｉ粒子は、熱間加工割れ及び高周波焼入れ時の溶融割れに影響を与えにくい。したがって、熱間加工割れの抑制及び溶融割れの抑制において、中間Ｂｉ粒子は考慮しなくてよい。
　［微細Ｂｉ粒子及び粗大Ｂｉ粒子の個数密度の測定方法］
　微細Ｂｉ粒子及び粗大Ｂｉ粒子の個数密度は、次の方法で測定できる。
　鋼材（棒鋼）の軸方向（圧延方向）に対して垂直な断面のうち、Ｒ／２部を含む試験片を採取する。ここで、Ｒ／２部とは、鋼材の軸方向に垂直な断面における、半径Ｒの中央部を意味する。採取した試験片の表面のうち、上記鋼材の軸方向に対して垂直な断面に相当する表面を観察面とする。
　観察面を鏡面研磨する。走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）を用いて、１０００倍の倍率で、鏡面研磨後の観察面のＲ／２部を２０視野観察する。各視野の面積を１００μｍ×１２０μｍとする。
　ＳＥＭ観察により得られた各視野の反射電子像に基づいて、周知の画像解析の粒子解析方法を用いて、粗大Ｂｉ粒子及び微細Ｂｉ粒子の個数密度を調べる。具体的には、鋼材の母相と粒子との界面に基づいて、鋼材中の粒子を特定する。ここでいう粒子は、介在物又は析出物である。画像解析を行い、特定された粒子の円相当径を求める。具体的には、特定された各粒子の面積を求める。求めた面積と同じ面積の円での直径を、当該粒子の円相当径（μｍ）とする。
　上述のとおり、Ｂｉは重元素であるため、反射電子像において高輝度で観察される。そのため、上記ＳＥＭ観察により得られた反射電子像中で観察される粒子のうち、円相当径が０．１～１．０μｍの粒子であって、かつ、周囲よりも高輝度で観察される粒子を、微細Ｂｉ粒子と特定する。また、ＳＥＭ観察により得られた反射電子像で観察される粒子のうち、円相当径が１０．０μｍ以上の粒子であって、かつ、周囲よりも高輝度で観察される粒子を、粗大Ｂｉ粒子と特定する。
　なお、後述の実施例において、上記方法により特定された微細Ｂｉ粒子及び粗大Ｂｉ粒子の化学組成を、ＳＥＭに備えられたエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ　Ｘ－ｒａｙ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて分析した結果、いずれもＢｉ粒子であることを確認できている。なお、確認したときのＥＤＸのビーム径は０．１～１．０μｍであった。
　上記の方法で微細Ｂｉ粒子及び粗大Ｂｉ粒子を特定する。各視野で特定された微細Ｂｉ粒子の総個数と、２０視野の総面積（０．２４ｍｍ２）とに基づいて、微細Ｂｉ粒子の単位面積当たりの個数（個／ｍｍ２）を求める。また、各視野で特定された粗大Ｂｉ粒子の総個数と、２０視野の総面積（０．２４ｍｍ２）とに基づいて、粗大Ｂｉ粒子の単位面積当たりの個数（個／ｍｍ２）を求める。
　［本実施形態の鋼材の効果］
　以上のとおり、本実施形態の鋼材は特徴１～特徴４を満たす。そのため、本実施形態の鋼材では、被削性に優れ、熱間加工時の割れ及び高周波焼入れ時の溶融割れを抑制でき、機械構造用部品とした場合に優れた疲労強度を有する。以下、これらの効果について説明する。
　［本実施形態の鋼材の好ましい用途］
　本実施形態の鋼材は、例えば、機械構造用部品の素材として広く適用可能である。本実施形態の鋼材は特に、機械構造用部品の製造工程において、高周波焼入れを実施する場合に、好適である。ただし、高周波焼入れを実施しない場合であっても、本実施形態の鋼材は、機械構造用部品の素材として適用可能である。
　［製造方法］
　本実施形態の鋼材の製造方法の一例は次のとおりである。本実施形態の鋼材の製造方法は、精錬工程と、鋳造工程と、熱間加工工程とを備える。熱間加工工程は任意の工程であり、実施しなくてもよい。以下、各工程について説明する。
　本実施形態の鋼材の製造方法の一例は、次の工程を含む。なお、工程３は任意の工程であり、実施しなくてもよい。
　（工程１）精錬工程
　（工程２）鋳造工程
　（工程３）熱間加工工程
　以下、各工程について説明する。
　［（工程１）精錬工程］
　精錬工程では、上述の特徴１及び特徴２を満たす化学組成を有する溶鋼を製造する。精錬工程は、一次精錬工程と二次精錬工程とを含む。
　一次精錬工程では、周知の方法で製造された溶銑に対して、転炉での精錬を実施する。二次精錬工程では、溶鋼に対して合金元素を添加して、溶鋼の化学組成が、特徴１及び特徴２を満たすようにする。具体的には、二次精錬工程では、周知の精錬方法で溶鋼を攪拌しながら、Ｂｉ以外の溶鋼の成分調整を実施する。その後、溶鋼を攪拌しながら、ワイヤーにより溶鋼にＢｉを添加し、Ｂｉの成分調整を行う。
　二次精錬工程では、次の条件を満たす。
　（条件）
　溶鋼にＢｉを添加した後、二次精錬工程での攪拌終了までの時間Ｔを１５分超～６０分未満とする。
　二次精錬工程において、Ｂｉを添加した後、二次精錬工程での攪拌終了までの時間は、１５分超～６０分未満である。
　Ｂｉを添加した後、二次精錬工程での攪拌終了までの時間が１５分以下の場合、溶鋼中でＢｉが十分に拡散しない。この場合、鋼材中に粗大Ｂｉ粒子が過剰に多く生成する。
　Ｂｉを添加した後、二次精錬工程での攪拌終了までの時間が６０分以上の場合、微細Ｂｉ粒子同士が凝集しやすくなる。そのため、微細Ｂｉ粒子の個数密度が減少する。
　二次精錬工程で、Ｂｉを添加した後、二次精錬工程での攪拌終了までの時間が１５分超であれば、溶鋼中でＢｉが十分に拡散する。そのため、鋼材中に微細Ｂｉ粒子が十分に生成する。さらに、二次精錬工程で、Ｂｉを添加した後、二次精錬工程での攪拌終了までの時間が６０分未満であれば、微細Ｂｉ粒子同士の凝集を十分に抑制できる。そのため、微細Ｂｉ粒子の個数密度が８０個／ｍｍ２以上となり、粗大Ｂｉ粒子の個数密度が１０個／ｍｍ２以下になる。
　溶鋼にＢｉを添加した後、二次精錬工程での攪拌終了までの時間の好ましい上限は５０分であり、さらに好ましくは４０分である。Ｂｉを添加した後、二次精錬工程での攪拌終了までの時間の好ましい下限は２０分であり、さらに好ましくは３０分である。
　なお、Ｂｉを添加した後、二次精錬工程での攪拌終了までの溶鋼の温度は１５１０～１５６０℃である。
　［（工程２）鋳造工程］
　鋳造工程では、溶鋼を用いて、周知の鋳造方法により鋳片（スラブ又はブルーム）又は鋼塊（インゴット）を製造する。鋳造方法は例えば、連続鋳造法や造塊法である。
　［（工程３）熱間加工工程］
　熱間加工工程は、任意の工程である。つまり、熱間加工工程は実施してもよいし、実施しなくてもよい。
　熱間加工工程を実施する場合、熱間加工工程では、上記鋳造工程で製造された鋳片又は鋼塊に対して、熱間加工を実施して、本実施形態の鋼材を製造する。本実施形態の鋼材は例えば、棒鋼である。熱間加工工程は例えば、熱間圧延であってもよく、熱間鍛造であってもよい。
　熱間加工工程において熱間圧延を実施する場合、例えば、粗圧延工程のみであってもよいし、粗圧延工程と、仕上げ圧延工程とを実施してもよい。粗圧延工程は例えば、分塊圧延である。仕上げ圧延工程は例えば、連続圧延機を用いた仕上げ圧延である。連続圧延機では例えば、一対の水平ロールを有する水平スタンドと、一対の垂直ロールを有する垂直スタンドとが交互に一列に配列される。粗圧延工程及び仕上げ圧延工程での加熱温度は例えば、１０００～１３００℃である。
　以上の製造工程により、本実施形態の鋼材が製造される。上述のとおり、本製造方法は熱間加工工程を省略してもよい。つまり、本実施形態の鋼材は、鋳造品（鋳片又はインゴット）であってもよい。また、本実施形態の鋼材は、熱間加工工程を実施して製造されてもよい。
　［機械構造用部品の製造方法］
　上述のとおり、本実施形態の鋼材は、機械構造用部品の素材となる。機械構造用部品は例えば、自動車用途の部品である。機械構造用部品は例えば、足回り部品、車軸、クランクシャフト等である。
　本実施形態の鋼材を素材として用いた機械構造用部品は、例えば、次の周知の製造方法により製造される。
　初めに、本実施形態の鋼材を熱間加工して、機械構造用部品の粗形状の中間品を製造する。熱間加工は例えば、熱間鍛造である。製造された中間品を機械加工により所定の形状に切削する。切削後の中間品に対して、高周波焼入れ及び焼戻しを実施する。以上の工程により、機械構造用部品が製造される。
　本実施形態の鋼材では、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であり、かつ、式（１）を満たす。さらに、円相当径が０．１～１．０μｍの微細Ｂｉ粒子の個数密度が８０～８０００個／ｍｍ２であり、円相当径が１０．０μｍ以上の粗大Ｂｉ粒子の個数密度が１０個／ｍｍ２以下である。つまり、本実施形態の鋼材は特徴１～特徴４を満たす。そのため、本実施形態の鋼材では、優れた被削性が得られる。さらに、本実施形態の鋼材を素材として製造された機械構造用部品では優れた疲労強度が得られる。さらに、鋼材の製造工程中又は機械構造用部品の製造工程中での熱間加工割れが抑制される。さらに、本実施形態の鋼材を素材とした機械構造用部品を製造する場合、高周波焼入れを実施しても、溶融割れが抑制される。
　実施例により本実施形態の鋼材の効果をさらに具体的に説明する。以下の実施例での条件は、本実施形態の鋼材の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例である。したがって、本実施形態の鋼材はこの一条件例に限定されない。
　表１～表４の化学組成を有する鋼材を、以下の製造工程で製造した。なお、いずれの試験番号においても、Ｏ（酸素）含有量は質量％で０．００５０％以下であった。また、Ｔａ及びＺｎの合計含有量は、質量％で０～０．０１％であった。また、Ｐｂ含有量は、質量％で０．０９％以下であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表１～表４中の「－」部分は、対応する元素含有量が、実施形態に規定の有効数字（最小桁までの数値）において、０％であることを意味する。換言すれば、対応する元素含有量において、上述の実施形態で規定の有効数字（最小桁までの数値）での端数を四捨五入した場合に０％であることを意味する。
　例えば、本実施形態で規定されたＭｏ含有量は小数第二位までの数値で規定されている。したがって、表２中の試験番号１では、測定されたＭｏ含有量が、小数第三位で四捨五入した場合に、０％であったことを意味する。
　また、本実施形態で規定されたＭｇ含有量は小数第四位までの数値で規定されている。したがって、表１中の試験番号１では、測定されたＭｇ含有量が、小数第五位で四捨五入した場合に、０％であったことを意味する。
　なお、四捨五入とは、規定された最小桁の下の桁（端数）が５未満であれば切り捨て、５以上であれば切り上げることを意味する。
　溶鋼を用いて、７０トン転炉を用いて、精錬工程（一次精錬工程、及び、二次精錬工程）を実施した。一次精錬工程では、周知の方法で製造された溶銑に対して転炉での精錬を実施した。二次精錬工程では、合金元素を添加して、溶鋼の化学組成が、本実施形態の鋼材の化学組成を有する溶鋼を製造した。具体的には、周知の方法で二次精錬を実施して、溶鋼を攪拌しながら、Ｂｉ以外の溶鋼の成分調整を実施した。その後、溶鋼を攪拌しながら、ワイヤーにてＢｉを添加し、Ｂｉの成分調整を行った。二次精錬工程でのＢｉを添加した後、二次精錬工程での攪拌終了までの時間Ｔ（分）は、表５及び表６に示すとおりであった。なお、Ｂｉを添加した後、攪拌終了までの溶鋼温度は１５１０～１５６０℃であった。連続鋳造法により３００ｍｍ×４００ｍｍの横断面を有する鋳片（ブルーム）を製造した。
　製造した鋳片を加熱した後、鋳片を分塊圧延して、横断面が１８０ｍｍ×１８０ｍｍのビレットを製造した。ビレットを１２５０℃に加熱した後、熱間鍛造して、表１の化学組成を有する直径８０ｍｍの鋼材（棒鋼）を製造した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　［模擬機械構造用部品の中間品の製造］
　鋼材を素材とした機械構造用部品の製造工程における熱間鍛造を模擬する熱処理を実施した。具体的には、鋼材を１１００℃に加熱して３０分保持した。その後、鋼材を大気中で放冷し、模擬機械構造用部品の中間品を製造した。各試験番号の模擬機械構造用部品の中間品は、直径８０ｍｍの鋼材（棒鋼）であった。
　［評価試験］
　各試験番号の鋼材及び各試験番号の模擬機械構造用部品の中間品に対して、次の評価試験を実施した。
　（試験１）熱間加工割れ評価試験
　（試験２）微細Ｂｉ粒子及び粗大Ｂｉ粒子の個数密度測定
　（試験３）溶融割れ評価試験
　（試験４）被削性試験（ドリル寿命試験）
　（試験５）疲労強度評価試験（回転曲げ疲労試験）
　以下、試験１～試験５について説明する。
　［（試験１）熱間加工割れ評価試験］
　製造された鋼材の表面を目視で観察した。目視での観察の結果、鋼材の表面において鋼材の軸方向（圧延方向）に１ｍ当たりで３箇所以上の明確な割れが観察されなかった場合、熱間加工割れが十分に抑制されたと判断した（表５及び表６中の「熱間加工割れ」欄で「Ｅ」（Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ）で表記）。
　一方、目視での観察の結果、鋼材の表面において鋼材の軸方向（圧延方向）に１ｍ当たりで３箇所以上の明確な割れが観察された場合、熱間加工割れが十分に抑制できなかったと判断した（表５及び表６中の「熱間加工割れ」欄で「ＮＡ」（Ｎｏｔ　Ａｃｃｅｐｔｅｄ）で表記）。
　なお、熱間加工割れ評価試験で熱間加工割れが十分に抑制できなかった場合、試験３～試験５を実施しなかった（表５及び表６の「溶融割れ」欄、「被削性」欄、及び、「疲労強度」欄で「－」で表記）。
　［（試験２）微細Ｂｉ粒子及び粗大Ｂｉ粒子の個数密度測定］
　上述の［微細Ｂｉ粒子及び粗大Ｂｉ粒子の個数密度の測定方法］に記載の方法に基づいて、各試験番号の鋼材の微細Ｂｉ粒子の個数密度（個／ｍｍ２）、及び、粗大Ｂｉ粒子の個数密度（個／ｍｍ２）を求めた。なお、熱間鍛造を模擬した熱処理を実施する前の鋼材（棒鋼）から試験片を採取した。得られた微細Ｂｉ粒子の個数密度の結果を表５及び表６の「微細Ｂｉ粒子個数密度（個／ｍｍ２）」欄に示す。得られた粗大Ｂｉ粒子の個数密度の結果を表５及び表６の「粗大Ｂｉ粒子個数密度（個／ｍｍ２）」欄に示す。
　なお、模擬機械構造用部品の中間品は、直径８０ｍｍの鋼材に対して熱間鍛造を模擬する熱処理を実施している。熱間鍛造を模擬する１１００℃の熱処理を実施するだけでは、鋼材中の微細Ｂｉ粒子及び粗大Ｂｉ粒子の個数密度には影響しない。そのため、模擬機械構造用部品の中間品の微細Ｂｉ粒子及び粗大Ｂｉ粒子の個数密度は、直径８０ｍｍの鋼材の微細Ｂｉ粒子及び粗大Ｂｉ粒子の個数密度と実質的に同じである。実際に、上述の［粗大Ｂｉ粒子及び微細Ｂｉ粒子の個数密度の測定方法］に記載の方法に基づいて、各試験番号の模擬機械構造用部品の中間品の微細Ｂｉ粒子の個数密度（個／ｍｍ２）、及び、粗大Ｂｉ粒子の個数密度（個／ｍｍ２）を求めた。その結果、各試験番号の模擬機械構造用部品の中間品の微細Ｂｉ粒子の個数密度（個／ｍｍ２）、及び、粗大Ｂｉ粒子の個数密度（個／ｍｍ２）は、対応する試験番号の鋼材の微細Ｂｉ粒子の個数密度（個／ｍｍ２）、及び、粗大Ｂｉ粒子の個数密度（個／ｍｍ２）と略同じであった。
　［（試験３）溶融割れ評価試験］
　各試験番号の模擬機械構造用部品の中間品の軸方向（圧延方向）に対して垂直な断面のＲ／２部を含む、幅１０ｍｍ、厚さ３ｍｍ、長さ１０ｍｍの試験片を採取した。試験片の長手方向は、模擬機械構造用部品の中間品の軸方向（圧延方向）と平行であった。また、試験片の長手方向に平行な中心軸が、Ｒ／２部と一致した。
　富士電波工機株式会社製の熱サイクル試験装置を用いて、試験片に対して、高周波焼入れの模擬試験を実施した。具体的には、高周波コイルを用いて試験片を１００℃／秒の昇温速度で１３７０℃まで加熱した。そして、試験片を１３７０℃で１５秒間保持した。その後、試験片を水冷した。
　水冷後の試験片の長手方向に対して垂直な断面（観察面）を機械研磨した。機械研磨後の観察面をピクラール試薬にて腐食した。腐食された観察面のうち、Ｒ／２部に相当する視野を、４００倍の光学顕微鏡で観察した。観察した視野において、溶融割れの有無を目視で確認した。視野の面積は、２５０μｍ×４００μｍであった。
　観察した視野中の組織の粒界において、５μｍ以上の幅で腐食されている領域（腐食領域）が１箇所でも観察される場合、溶融割れが十分に抑制されなかったと判断した（表５及び表６中の「溶融割れ」欄で「Ｅ」で表記）。粒界において５μｍ以上の幅の腐食領域とは、例えば、図１に示すとおり、視野中の粒界ＧＢにおける腐食領域１０のような、最大の幅が５μｍ以上となる領域を意味する。一方、図２のように、粒界ＧＢに腐食領域が観察されない場合、溶融割れが十分に抑制されたと判断した（表５及び表６中の「溶融割れ」欄で「ＮＡ」で表記）。
　［（試験４）被削性評価試験（ドリル寿命試験）］
　各試験番号の模擬機械構造用部品の中間品から被削性評価用試験片を採取した。具体的には、直径８０ｍｍの模擬機械構造用部品の中間品の長手方向に対して垂直な断面のうち、鋼材の外表面から２１ｍｍの深さ位置の箇所に対して、ドリル穿孔を実施した。株式会社不二越製　型番ＳＤ３．０のドリルを使用し、１回転当たりの送り量を０．２５ｍｍ／ｒｅｖとした。また、１穴の穿孔深さを９ｍｍとした。穿孔中、穿孔箇所に対して、潤滑剤として水溶性の切削油を継続して供給した。
　上記条件でドリル穿孔を行い、鋼材の被削性を評価した。評価指標として、最大切削速度ＶＬ１０００（ｍ／分）を用いた。最大切削速度ＶＬ１０００とは、１０００ｍｍ長の穴開けが可能なドリルの最速の切削速度を意味する。
　最大切削速度ＶＬ１０００が１５ｍ／分以上の場合、優れた被削性が得られたと判断した（表５及び表６中の「被削性」欄で「Ｅ」で表記）。一方、最大切削速度ＶＬ１０００が１５ｍ／分未満の場合、優れた被削性が得られなかったと判断した（表５及び表６中の「被削性」欄で「ＮＡ」で表記）。
　［（試験５）疲労強度評価試験（回転曲げ疲労試験）］
　製造された模擬機械構造用部品の中間品から、回転曲げ疲労試験片を採取した。図３は各模擬機械構造用部品の中間品から採取した回転曲げ疲労試験片の側面図である。図３中の「φ」の数値は、その部位での直径（ｍｍ）を意味する。
　回転曲げ疲労試験片は、平行部の直径が８ｍｍ、掴み部の直径が１２ｍｍであった。具体的には、旋盤加工により、模擬機械構造用部品の中間品の表面から３．５ｍｍの深さまで切削して、平行部を作成した。したがって、平行部の表面は、少なくとも、棒鋼の表面から深さ５ｍｍの範囲内に相当した。なお、回転曲げ疲労試験片の平行部の長手方向は、模擬機械構造用部品の長手方向と平行であった。上述の回転曲げ疲労試験片は、鋼材を用いた機械構造用部品の製造工程において、熱間加工後の中間品に対して切削加工を実施した後の中間品を想定した。採取した回転曲げ疲労試験片の平行部に仕上げ研磨を実施し、表面粗さを調整した。具体的には、表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）を３．０μｍ以内とし、最大高さ（Ｒｍａｘ）を９．０μｍ以内にした。
　なお、高周波焼入れ前の模擬機械構造用部品の中間品から採取した回転曲げ疲労試験片を用いた試験により、疲労強度が十分に高ければ、高周波焼入れを実施した後の機械構造用部品においても、優れた疲労強度が得られることは、当業者にも周知の技術常識である。そこで、上述の回転曲げ疲労試験片を用いて、室温（２３℃）、大気雰囲気にて、回転数３６００ｒｐｍの両振りの条件で小野式回転曲げ疲労試験を行った。複数の試験片に対して加える応力を変えて疲労試験を実施し、１０７サイクル後に破断しなかった最も高い応力を、疲労強度（ＭＰａ）とした。
　得られた疲労強度が５５０ＭＰａ以上の場合、優れた疲労強度が得られたと判断した（表５及び表６中の「疲労強度」欄で「Ｅ」で表記）。疲労強度が５５０ＭＰａ未満の場合、優れた疲労強度が得られなかったと判断した（表５及び表６中の「疲労強度」欄で「ＮＡ」で表記）。
　［評価結果］
　表１～表６を参照して、試験番号１～４３の鋼材は、特徴１～特徴４を満たした。そのため、熱間加工割れが十分に抑制され、溶融割れが十分に抑制された。さらに、被削性評価試験において、最大切削速度ＶＬ１０００が１５ｍ／分以上であり、優れた被削性が得られた。さらに、疲労強度評価試験において、疲労強度は５５０ＭＰａ以上であり、優れた疲労強度が得られた。
　一方、試験番号４４では、Ｃ含有量が高すぎた。そのため、溶融割れが発生した。
　試験番号４５では、Ｃ含有量が低すぎた。そのため、疲労強度が低かった。
　試験番号４６では、Ｓｉ含有量が高すぎた。そのため、溶融割れが発生した。
　試験番号４７では、Ｍｎ含有量が高すぎた。そのため、鋼材の被削性が低かった。
　試験番号４８では、Ｍｎ含有量が低すぎた。そのため、溶融割れが発生した。
　試験番号４９では、Ｐ含有量が高すぎた。そのため、溶融割れが発生した。
　試験番号５０では、Ｓ含有量が高すぎた。そのため、溶融割れが発生した。
　試験番号５１では、Ｓ含有量が低すぎた。そのため、鋼材の被削性が低かった。
　試験番号５２では、Ｃｒ含有量が高すぎた。そのため、鋼材の被削性が低かった。
　試験番号５３では、Ｖ含有量が高すぎた。そのため、鋼材の被削性が低かった。
　試験番号５４では、Ｂｉ含有量が高すぎた。そのため、粗大Ｂｉ粒子の個数密度が１０個／ｍｍ２を超えた。そのため、熱間加工割れが発生した。
　試験番号５５では、Ｂｉ含有量が低すぎた。そのため、鋼材の被削性が低かった。さらに、微細Ｂｉ粒子の個数密度が８０個／ｍｍ２未満であった。その結果、溶融割れが発生した。
　試験番号５６では、Ｎ含有量が高すぎた。そのため、熱間加工割れが発生した。
　試験番号５７では、Ｎ含有量が低すぎた。そのため、疲労強度が低かった。
　試験番号５８及び５９では、ｆｎ１の値が高すぎた。つまり、ｆｎ１が式（１）を満たさなかった。そのため、鋼材の被削性が低かった。
　試験番号６０及び６１では、ｆｎ１の値が低すぎた。つまり、ｆｎ１が式（１）を満たさなかった。そのため、疲労強度が低かった。
　試験番号６２～６４では、精錬工程において、Ｂｉ添加後攪拌終了までの時間Ｔ（分）が短すぎた。そのため、粗大Ｂｉ粒子の個数密度が１０個／ｍｍ２を超えた。そのため、熱間加工割れが発生した。
　試験番号６５及び６６では、精錬工程において、Ｂｉ添加後攪拌終了までの時間Ｔ（分）が長すぎた。そのため、微細Ｂｉ粒子の個数密度が８０個／ｍｍ２未満であり、溶融割れが発生した。
　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 (2)

  1. 　鋼材であって、
    　化学組成が、質量％で、
    　Ｃ：０．２０～０．５０％、
    　Ｓｉ：０．０１～０．８０％、
    　Ｍｎ：０．５０～２．００％、
    　Ｐ：０．０３０％以下、
    　Ｓ：０．０１０～０．０９５％、
    　Ｃｒ：０．０１～１．３０％、
    　Ｖ：０．２００超～０．３００％、
    　Ｂｉ：０．００５１～０．１５００％、
    　Ｎ：０．００３０～０．０２００％、を含有し、
    　残部はＦｅ及び不純物からなり、
    　式（１）を満たし、
    　前記鋼材中において、
    　円相当径が０．１～１．０μｍの微細Ｂｉ粒子の個数密度が８０～８０００個／ｍｍ２であり、
    　円相当径が１０．０μｍ以上の粗大Ｂｉ粒子の個数密度が１０個／ｍｍ２以下である、
    　鋼材。
    　０．８０≦Ｃ＋（Ｓｉ／１０）＋（Ｍｎ／５）－（５Ｓ／７）＋（５Ｃｒ／２２）＋１．６５Ｖ≦１．５０　（１）
    　ここで、式中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。
  2. 　請求項１に記載の鋼材であって、
    　前記化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、
    　Ａｌ：０．０６０％以下、
    　Ｍｇ：０．０１００％以下、
    　Ｔｉ：０．０２００％以下、
    　Ｎｂ：０．０２００％以下、
    　Ｗ：０．４０００％以下、
    　Ｚｒ：０．２０００％以下、
    　Ｃａ：０．００３０％以下、
    　Ｔｅ：０．０１００％以下、
    　Ｂ：０．００５０％以下、
    　Ｓｎ：０．０１００％以下、
    　希土類元素：０．００７０％以下、
    　Ｃｏ：０．０１００％以下、
    　Ｓｅ：０．０１００％以下、
    　Ｓｂ：０．０１００％以下、
    　Ｉｎ：０．０１００％以下、
    　Ｍｏ：０．２０％以下、
    　Ｃｕ：０．２０％以下、及び、
    　Ｎｉ：０．２０％以下からなる群から選択される１種以上を含有する、
    　鋼材。
    　
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