(57)【要約】      （修正有）【課題】冷間加工性に優れると共に、加工後は所定の硬度・強度を確保することのできる機械構造用鋼材、およびそのような機械構造用鋼材を用いて得られる冷間加工鋼部品を提供する。【解決手段】固溶状態としてのＮ：０．００７〜０．０１８％としつつ、下記（１）式および（２）式の関係を満足する化学成分組成を適切に調整し、パーライトおよびセメンタイトの面積率が３％以下の鋼組織である。０．５≧（１０［Ｃ］＋［Ｎ］）…（１）但し、［Ｃ］および［Ｎ］は、夫々ＣおよびＮの含有量（質量％）を示す。０≧１２６［Ｃ］＋３［Ｍｎ］＋８４［Ｓ］−１０…（２）但し、［Ｃ］，［Ｍｎ］、」および［Ｓ］は、夫々Ｃ，ＭｎおよびＳの含有量（質量％）を示す。【選択図】図１
2010189677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０４５％以下（０％を含まない）、Ｓｉ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｍｎ：０．３０〜１．５％、Ｐ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．０５超〜０．１２％、Ａｌ：０．０６％以下（０％を含まない）およびＮ：０．００８〜０．０２５％を夫々含有し、下記（１）式および（２）式の関係を満足し、残部は鉄および不可避的不純物からなり、且つ固溶状態としてのＮ：０．００７〜０．０１８％であると共に、パーライトおよびセメンタイトの面積率が３％以下の鋼組織であることを特徴とする冷間加工性に優れた機械構造用鋼材。
０．５≧（１０［Ｃ］＋［Ｎ］）                              …（１）
但し、［Ｃ］および［Ｎ］は、夫々ＣおよびＮの含有量（質量％）を示す。
０≧１２６［Ｃ］＋３［Ｍｎ］＋８４［Ｓ］−１０              …（２）
但し、［Ｃ］，［Ｍｎ］、」および［Ｓ］は、夫々Ｃ，ＭｎおよびＳの含有量（質量％）を示す。
【請求項２】
更に、Ｃａ：０．０５％以下（０％を含まない）、ＲＥＭ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｍｇ：０．０５％以下（０％を含まない）およびＴｅ：０．１％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる少なくとも１種を含有する請求項１に記載の機械構造用鋼材。
【請求項３】
更に、Ｂ：０．００５％以下（０％を含まない）を含有する請求項１または２に記載の機械構造用鋼材。
【請求項４】
更に、Ｔｉ：０．２％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：０．２％以下（０％を含まない）およびＶ：０．２％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる少なくとも１種を含有する請求項１〜３のいずれかに記載の機械構造用鋼材。
【請求項５】
更に、Ｃｒ：２％以下（０％を含まない）および／またはＭｏ：２％以下（０％を含まない）を含有する請求項１〜４のいずれかに記載の機械構造用鋼材。
【請求項６】
更に、Ｃｕ：５％以下（０％を含まない）、Ｎｉ：５％以下（０％を含まない）およびＣｏ：５％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる少なくとも１種を含有する請求項１〜５のいずれかに記載の機械構造用鋼材。
【請求項７】
更に、Ｐｂ：０．５％以下（０％を含まない）および／またはＢｉ：０．５％以下（０％を含まない）を含有する請求項１〜６のいずれかに記載の機械構造用鋼材。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の機械構造用鋼材を加工温度：１００℃未満で冷間加工することにより製造される冷間加工鋼部品であって、冷間加工後の部品硬さ（Ｈ）と冷間加工中の変形抵抗の最大値（ＤＲ）が、下記（３）式の関係を満足するものであることを特徴とする冷間加工鋼部品。
Ｈ≧（ＤＲ＋２００）／２．５                        …（３）
［（３）式中、Ｈ：冷間加工後の部品硬さ（Ｈｖ）、ＤＲ：冷間加工中の変形抵抗の最大値（ＭＰａ）を示す。］
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工中は良好な冷間加工性を示すと共に、加工後は所定の硬度、強度を示すような機械構造用鋼材、およびこうした機械構造用鋼材から得られる冷間加工鋼部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護の観点から、自動車などの車両の燃費向上を目的として、自動車用の各種部品の軽量化に対する要求が高まっている、例えば、ボルト、ナット、ピニオンギヤ、ステアリングシャフト、バルブリフター、コモンレール等を製造するための冷間加工用鋼材（機械構造用鋼材）について、軽量化、即ち高強度化に対する要求が益々高まっている。この種の軽量化に応えるために、一般に、母材鉄に添加される各種合金元素の含有量を調整することにより、所定強度を確保する方法が採用されている。一方、部品製造工程におけるＣＯ2の排出量削減のため、これまで熱間鍛造によって加工されていたクランクシャフト、コンロッド、トランスミッションギヤ等の部品の冷間鍛造化に関する要求も高まっている。
【０００３】
冷間加工（冷間鍛造）とは、通常、２００℃以下の雰囲気における加工であり、この冷間加工は、熱間加工や温間加工と比較して生産性が高く、しかも寸法精度および鋼材の歩留がともに良好であるといった利点がある。
【０００４】
しかしながら、このような冷間加工によって部品を製造する場合に問題となるのは、冷間加工された部品の強度を期待される所定値以上に確保するためには、必然的に、変形抵抗の高い鋼材を用いる必要があることである。ところが、使用する鋼材の変形抵抗が高いほど、冷間加工用金型の寿命低下を招くばかりか、冷間加工時に割れが発生しやすいという難点がある。
【０００５】
そこで、従来では、鋼材を所定形状に冷間加工した後、焼入れ・焼き戻しなどの熱処理を行うことによって、所定強度（若しくは硬さ）が確保された高強度部品を製造する方法が実施されることもあった。しかしながら、冷間加工後に熱処理を施すことは、部品寸法を必然的に変化させるため、二次的に切削などの機械加工により修正する必要があり、熱処理やその後の加工が省略できるような解決策が望まれているのが実情である。
【０００６】
こうしたことから、冷間加工中における鋼材の変形抵抗を低減すると同時に、所定の強度を確保し、しかも生産性の向上および省エネルギー化を図るために、いくつかの対策が提案されている。例えば、特許文献１には、歪時効特性に優れた冷間鍛造用線材・棒鋼およびその製造方法について、低炭素鋼で固溶Ｃを利用して常温時効の進行を抑制し、時効熱処理によって所定の時効硬化量を確保することが開示されている。また特許文献２には、冷間加工性に優れた高強度鋼線または棒鋼、高強度成形品並びにそれらの製造方法について、平均粒径：５００ｎｍ以下でセメンタイトフリーのフェライト組織とすることが提案されている。
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１の技術は、固溶Ｃ量によって常温歪時効を抑制するものであり、また特許文献２の技術は、セメンタイトフリーのフェライト組織とすることによって、高強度の鋼線を得ることを目的とするものであるので、要求される冷間加工性や加工後の所定の強度確保の両特性を同時に満足するような鋼材を得ることは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−３０６３４５号公報
【特許文献２】特開２００５−３２０６３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明はこの様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、冷間加工性に優れる（特に、冷間加工鋼部品に割れが生じず、かつ、部品硬さに対する加工時の変形抵抗が低く抑えられて、金型の長寿命化を図り得ることをいう）と共に、加工後は所定の硬度・強度を確保することのできる機械構造用鋼材、およびこうした機械構造用鋼材を用いて得られる冷間加工鋼部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る機械構造用鋼材とは、質量％で、Ｃ：０．０４５％以下（０％を含まない）、Ｓｉ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｍｎ：０．３０〜１．５％、Ｐ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．０５超〜０．１２％、Ａｌ：０．０６％以下（０％を含まない）およびＮ：０．００８〜０．０２５％を夫々含有し、下記（１）式および（２）式の関係を満足し、残部は鉄および不可避的不純物からなり、且つ固溶状態としてのＮ：０．００７〜０．０１８％であると共に、パーライトおよびセメンタイトの面積率が３％以下の鋼組織である点に要旨を有する。
０．５≧（１０［Ｃ］＋［Ｎ］）                              …（１）
但し、［Ｃ］および［Ｎ］は、夫々ＣおよびＮの含有量（質量％）を示す。
０≧１２６［Ｃ］＋３［Ｍｎ］＋８４［Ｓ］−１０              …（２）
但し、［Ｃ］，［Ｍｎ］、」および［Ｓ］は、夫々Ｃ，ＭｎおよびＳの含有量（質量％）を示す。
【００１１】
本発明の機械構造用鋼材には、必要によって更に、（ａ）Ｃａ：０．０５％以下（０％を含まない）、ＲＥＭ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｍｇ：０．０５％以下（０％を含まない）およびＴｅ：０．１％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる少なくとも１種、（ｂ）Ｂ：０．００５％以下（０％を含まない）、（ｃ）Ｔｉ：０．２％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：０．２％以下（０％を含まない）およびＶ：０．２％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる少なくとも１種、（ｄ）Ｃｒ：２％以下（０％を含まない）および／またはＭｏ：２％以下（０％を含まない）、（ｅ）Ｃｕ：５％以下（０％を含まない）、Ｎｉ：５％以下（０％を含まない）およびＣｏ：５％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる少なくとも１種、（ｆ）Ｐｂ：０．５％以下（０％を含まない）および／またはＢｉ：０．５％以下（０％を含まない）、等を含有させることも有用であり、含有される成分の種類に応じて、機械構造用鋼材の特性が更に改善される。
【００１２】
一方、上記目的を達成することのできた冷間加工鋼部品とは、上記のような本発明の機械構造用鋼材を加工温度：１００℃未満で冷間加工することにより製造される冷間加工鋼部品であって、冷間加工後の部品硬さ（Ｈ）と冷間加工中の変形抵抗の最大値（ＤＲ）が、下記（３）式の関係を満足する点に要旨を有するものである。
Ｈ≧（ＤＲ＋２００）／２．５                …（３）
［（３）式中、Ｈ：冷間加工後の部品硬さ（Ｈｖ）、ＤＲ：冷間加工中の変形抵抗の最大値（ＭＰａ）を示す。］
【発明の効果】
【００１３】
本発明の機械構造用鋼材は、冷間加工中における鋼材の変形抵抗が低減されるため、冷間加工用金型の寿命が長くなると共に、割れが発生し難くなり、且つ加工後の得られる部品は所定の強度および硬度を確保することができるものとなるため、生産性向上および省エネルギーに寄与するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】割れ個数（ｎ／１０）と（２）式の右辺の値との関係を示すグラフである。
【図２】固溶Ｎ量が変形抵抗の最大値ＤＲや加工後硬さＨに与える影響を示すグラフである。
【図３】冷間加工後の部品硬さＨと変形抵抗の最大値ＤＲとの関係を示すグラフである。
【図４】（２）式の右辺の値とＭｎＳ面積の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明者らは、冷間加工中は良好な加工性を示し、加工後に所定の硬度・強度を確保することのできる機械構造用鋼材を実現するべく様々な角度から検討した。その結果、Ｃ含有量とＮ含有量の関係を適正化すると共に、固溶Ｎ量を所定量確保して化学成分組成を適切に制御し、しかもパーライトおよびセメンタイトの面積率を適切に制御した鋼組織とすれば、上記目的を達成し得る機械構造用鋼材が実現できることを見出し、本発明を完成した。まず本発明の機械構造用鋼材において、化学成分を規定した理由は次の通りである。
【００１６】
［Ｃ：０．０４５％以下（０％を含まない）］
Ｃは、溶製中の脱酸元素として有用な元素である。Ｃ含有量が０．０４５％までは実質的にフェライト単相組織でその粒界に微細セメンタイトがわずかに存在する組織となる。しかしながら、Ｃ含有量が過剰になると、微細セメンタイトがパーライトを形成するようになり、パーライト面積率が増加する。パーライトは、鋼材を加工硬化させることによって変形抵抗を増加させ、加工性も劣化させる恐れがある。こうしたことから、Ｃ含有量は０．０４５％以下（０％を含まない）とする必要があり、好ましくは０．０４％以下、より好ましくは０．０３５％以下である。また、上記の効果を有効に発揮させるためには、Ｃは０．０００５％以上含有させることが好ましく、より好ましくは０．０１％以上である。
【００１７】
［Ｓｉ：０．０５％以下（０％を含まない）］
Ｓｉは、溶製中の脱酸元素として有効である。しかしながら、Ｓｉ含有量が過剰になって０．０５％を超えると、Ｓｉの固溶強化による変形抵抗の増大を招くため好ましくない。尚、Ｓｉ含有量は好ましくは０．０００５％以上であり、より好ましくは０．００１％以上である。
【００１８】
［Ｍｎ：０．３０〜１．５％］
鋼材中の固溶Ｎ量を高めた場合、加工中の発熱による動的歪み時効によって割れが発生しやすくなるが、Ｍｎはそのときの加工性を向上させ、割れを抑制する効果がある。またＭｎは、溶製中の脱酸元素としても有用な元素である。これらの効果を有効に発揮させるには、０．３０％以上含有させることが必要であり、好ましくは０．３２％以上、より好ましくは０．３５％以上である。一方、Ｍｎが過剰に含まれると変形抵抗が過大となり、偏析による組織の不均一性が生じるので、１．５％以下とする必要があり、好ましくは１．２％以下、より好ましくは１．０％以下である。
【００１９】
［Ｐ：０．０５％以下（０％を含まない）］
リン（Ｐ）は、不可避的不純物であるが、これがフェライトに含有すると、フェライト粒界に偏析し、粒界が脆化することによって冷間加工性を劣化させる。よって、冷間加工性向上の観点から、Ｐ含有量は０．０５％以下とする必要がある。好ましくは０．０３％以下であるが、Ｐ含有量を０％にすることは、工業上困難である。
【００２０】
［Ｓ：０．０５超〜０．１２％］
硫黄（Ｓ）は、被削性を向上させる効果を有するため、被削性向上の観点からは、０．０５％を超えて含有させる必要がある。好ましくは０．０５５％以上である。しかしながら、Ｓは基本的にＰと同様に不可避的不純物であり、ＦｅＳとして結晶粒界に析出し、加工性を劣化させる元素でもある。変形能を確保するという観点から、Ｓ含有量を、０．１２％以下とする必要があり、好ましくは０．１％以下（より好ましくは０．０８％以下）である。
【００２１】
［Ａｌ：０．０６％以下（０％を含まない）］
Ａｌは、溶製中の脱酸元素として有効である。しかしながら、Ａｌ含有量が過剰になって０．０６％を超えると、鋼中の固溶Ｎ量の確保が困難になり、所定の部品強度が得られなくなる。Ａｌ含有量は好ましくは０．０５５％以下であり、より好ましくは０．０５％以下である。また、上記効果を発揮させるためには、０．００５％以上含有させることが好ましく、より好ましくは０．０１％以上である。
【００２２】
［Ｎ：０．００８〜０．０２５％］
窒素（Ｎ）は、加工後の静的歪み時効によって所定の強度を確保するために重要な元素である。こうした効果を発揮させるためには、Ｎ含有量を０．００８％以上とする必要がある。しかしながら、Ｎ含有量が過剰になって０．０２５％を超えると、静的歪み時効の他、加工中の動的歪み時効の影響が顕著になり、変形抵抗が増大することになる。尚、Ｎ含有量の好ましい下限は０．００８５％（より好ましくは０．００９％以上）であり、好ましい上限は０．０２３％（より好ましくは０．０２％以下）である。
【００２３】
本発明の機械構造用鋼材では、固溶状態のＮ（固溶Ｎ）を所定量確保することによって、変形抵抗をあまり増加させずに、静的歪み時効を促進させることも特徴としている。冷間加工後に所定の強度（硬さ）を確保するためには、固溶Ｎの量を０．００７％以上とする必要がある。しかしながら、固溶Ｎの量が過剰になると、冷間加工性が劣化するので、０．０１８％以下とする必要がある。
【００２４】
尚、本発明における固溶Ｎの含有量は、ＪＩＳ  Ｇ  １２２８に準拠して、鋼材中の全Ｎ量から全Ｎ化合物中のＮ量を差し引いて求められる値である。この固溶Ｎの含有量の実用的な測定法を以下に例示する。
【００２５】
（ａ）不活性ガス融解法−熱伝導度法（全Ｎ量測定）
供試材から切り出したサンプルをルツボに入れ、不活性ガス気流中で融解してＮを抽出し、抽出物を熱伝導度セルに搬送して熱伝導度の変化を測定して全Ｎ量を求める。
（ｂ）アンモニア蒸留分離インドフェノール青吸光光度法（全Ｎ化合物量の測定）
供試材から切り出したサンプルを、１０％ＡＡ系電解液に溶解し、定電流電解を行って、鋼中の全Ｎ化合物量を測定する。用いる１０％ＡＡ系電解液は、１０％アセトン、１０％塩化テトラメチルアンモニウム、残部メタノールからなる非水溶媒系の電解液であり、鋼表面に不働態皮膜を生成させない溶液である。
【００２６】
供試材のサンプル約０．５ｇを、この１０％ＡＡ系電解液に溶解させ、生成する不溶解残渣（Ｎ化合物）を穴サイズが０．１μｍのポリカーボネート製のフィルタでろ過する。得られた不溶解残渣を、硫酸、硫酸カリウムおよび純銅製チップ中で加熱して分解し、分解物を濾液に合わせる。この溶液を、水酸化ナトリウムでアルカリ性にした後、水蒸気蒸留を行い、留出したアンモニアを希硫酸に吸収させる。更に、フェノール、次亜塩素酸ナトリウムおよびペンタシアノニトロシル鉄（III）酸ナトリウムを加えて青色錯体を生成させ、吸光光度計を用いて吸光度を測定して全Ｎ化合物量を求める。
（ａ）の方法によって求められた全Ｎ量から、（ｂ）の方法によって求められた全Ｎ化合物量を差し引いて固溶Ｎ量を求めることができる。
【００２７】
本発明の鋼材において、固溶Ｃは変形抵抗を大きく増加させ、静的歪み時効にあまり寄与せず、一方、固溶Ｎは変形抵抗をあまり上げず、静的歪み時効を促進させることができるため加工後の硬度を増加させることができる作用を有する。そのため、本発明の鋼材においては、Ｃの含有量［Ｃ］とＮの含有量［Ｎ］とは、下記（１）式の関係を満足する必要がある。（１）式の右辺の値（＝１０［Ｃ］＋［Ｎ］）が、０．５（質量％）を超えると、ＣおよびＮの含有量が過剰となって、変形抵抗が過大となる。尚、（１０［Ｃ］＋［Ｎ］）の値は、０．４２以下であることが好ましく、より好ましくは０．３６以下とするのが良い。
０．５≧（１０［Ｃ］＋［Ｎ］）              …（１）
但し、［Ｃ］および［Ｎ］は、夫々ＣおよびＮの含有量（質量％）を示す。
【００２８】
また本発明の鋼材においては、Ｃ，ＭｎおよびＳの夫々の含有量［Ｃ］，［Ｍｎ］および［Ｓ］が下記（２）式の関係を満足させる必要がある。この（２）式は割れに影響を及ぼす上記各元素の関係から求められたものであり、この右辺の値（１２６［Ｃ］＋３［Ｍｎ］＋８４［Ｓ］−１０）を０以下とすることによって、鋼材中のＭｎＳが微細分散するようになり（後記図４参照）、冷間鍛造時に割れの起点となる粗大なＭｎＳの低減が図れるものである。
０≧１２６［Ｃ］＋３［Ｍｎ］＋８４［Ｓ］−１０              …（２）
但し、［Ｃ］，［Ｍｎ］、」および［Ｓ］は、夫々Ｃ，ＭｎおよびＳの含有量（質量％）を示す。
【００２９】
上記（２）式を求めた経緯は次の通りである。まず、後記表５に成分組成を示した鋼材（鋼種２Ａ〜２Ｑ：化学成分が本発明で規定する範囲を外れるもの）を準備し、これから各種試験片を切り出し（製造条件については、後記実施例参照）、得られた鋼材の冷間加工中の割れ個数（ｎ／１０）等を測定した。そしてこの結果に基づき、［Ｃ］，［Ｍｎ］および［Ｓ］と、割れ個数との関係を回帰分析し、上記（２）式の結果が得られたのである。回帰分析のために、商品名「マイクロソフト（登録商標）・オフィス・エクセル・２００３」（マイクロソフト社製）にアドインされているソフトウエア「分析ツール」の中の項目「回帰分析」を実行した。下記表１〜３は、回帰分析の実行結果である。
【００３０】
【表１】
2010189677.tif 000003
【００３１】
【表２】
2010189677.tif 000004
【００３２】
【表３】
2010189677.tif 000005
【００３３】
尚、回帰分析において、元素としてＣ，ＭｎおよびＳを選択したのは、これらの元素は鋼材の凝固過程におけるＭｎＳの成長に影響を及ぼすためである。Ｃ含有量が多いほど、相図におけるδ＋Ｌの二相域が低温になって、液相状態が長く続く結果、ＭｎＳが成長しやすくなる。また、Ｍｎ含有量やＳ含有量が多くなるほど、液相状態でＭｎＳが析出し易くなるため、ＭｎＳが成長しやすくなる。従って、これらＣ，ＭｎおよびＳの夫々の含有量［Ｃ］，［Ｍｎ］および［Ｓ］を低減するほど、ＭｎＳを微細にでき、冷間鍛造後の割れを防止できると推察される。（２）式の［Ｃ］，［Ｍｎ］および［Ｓ］の係数の符号が全て正であることは、［Ｃ］，［Ｍｎ］および［Ｓ］を低減すれば良いことを示しており、（２）式の導出根拠と整合する。また、後記図４に示す様に、（２）式の計算結果とＭｎＳの大きさとは相関があり、このことも（２）式の導出根拠の正しさを示している。
【００３４】
本発明で規定する含有元素は上記の通りであり、残部は鉄および不可避的不純物である。該不可避的不純物としては、原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる元素（例えば、Ｏ，Ｓｎ，Ａｓ等）の混入が許容され得る。また、必要に応じて、以下の元素（選択元素）を更に含有させても良い。
【００３５】
［Ｃａ：０．０５％以下（０％を含まない）、ＲＥＭ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｍｇ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｔｅ：０．１％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる少なくとも１種］
Ｃａは、ＭｎＳ等の硫化物系介在物を球状化させ、鋼の変形能を高めると共に、被削性の向上に寄与する元素である。この様な効果を有効に発現させるには、好ましくは０．０００５％以上、より好ましくは０．００１％以上のＣａを含有させるのが良い。しかし、Ｃａの含有量が過剰になっても、その効果が飽和するので、０．０５％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．０３％以下、更に好ましくは０．０１％以下である。
【００３６】
ＲＥＭ（希土類元素）は、Ｃａと同様にＭｎＳ等の硫化物系介在物を球状化させ、鋼の変形能を高めると共に、被削性の向上に寄与する元素である。この様な効果を有効に発現させるには、好ましくは０．０００５％以上、より好ましくは０．００１％以上のＲＥＭを含有させるのが良い。しかしながら、ＲＥＭの含有量が過剰になっても、その効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できないので、０．０５％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．０３％以下、更に好ましくは０．０１％以下である。
【００３７】
Ｍｇは、Ｃａと同様にＭｎＳ等の硫化物系介在物を球状化させ、鋼の変形能を高めると共に、被削性の向上に寄与する元素である。この様な効果を有効に発現させるには、好ましくは０．０００５％以上、より好ましくは０．００１％以上のＭｇを含有させるのが良い。しかしながら、Ｍｇの含有量が過剰になっても、その効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できないので、０．０５％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．０３％以下、更に好ましくは０．０１％以下である。
【００３８】
Ｔｅは、Ｃａと同様にＭｎＳ等の硫化物系介在物を球状化させ、鋼の変形能を高めることができ、またＡｌ系酸化物を低融点化して無害化し、被削性の向上に寄与する元素である。この様な効果を有効に発現させるには、好ましくは０．０００１％以上、より好ましくは０．００１％以上のＴｅを含有させるのが良い。しかしながら、Ｔｅの含有量が過剰になっても、その効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できないので、０．１％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．０５％以下、更に好ましくは０．０３％以下である。
【００３９】
［Ｂ：０．００５％以下（０％を含まない）］
Ｂは、下記Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖと同様に、Ｎとの親和力が強く、Ｎと共存してＮ化合物を形成し、鋼の結晶粒を微細化し、冷間加工後に得られる加工品の靭性を向上させ、また、耐割れ性を向上させるために有効な元素である。Ｂの含有量は０．００５％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．００３５％以下、更に好ましくは０．００２％以下とするのが良い。尚、これらの効果を有効に発揮させるために、Ｂは０．０００１％以上含有させることが好ましく、より好ましくは０．０００２％以上含有させることが推奨される。
【００４０】
［Ｔｉ：０．２％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：０．２％以下（０％を含まない）およびＶ：０．２％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる少なくとも１種］
本発明の鋼材が、Ｔｉ，ＮｂおよびＶよりなる群から選ばれる少なくとも１種を含有する場合は、Ｔｉ，ＮｂおよびＶは、１種単独でまたは２種以上を同時に含有していても良い。これらＴｉ，ＮｂおよびＶは、Ｎとの親和力が強く、Ｎと共存してＮ化合物を形成し、鋼の結晶粒を微細化し、冷間加工後に得られる加工品の靭性を向上させ、また、耐割れ性を向上させるために有効な元素である。これらの元素を含有させる場合には、いずれも０．２％以下（０％を含まない）とすることが好ましい。より好ましくは、いずれも０．１５％以下（更に好ましくは０．１％以下）である。尚、これらの効果を有効に発揮させるために、いずれも０．００１％以上含有させることが好ましく、より好ましくは０．００２％以上含有させることが推奨される。
【００４１】
［Ｃｒ：２％以下（０％を含まない）および／またはＭｏ：２％以下（０％を含まない）］
Ｃｒは、結晶粒界の強度を高めることにより鋼の変形能を向上させる作用を有する元素であり、必要に応じて、好ましくは０．１％以上、より好ましくは０．２％以上含有させることができる。しかしながら、Ｃｒを過剰に含有させると、変形抵抗が増大し、冷間加工性が低下する恐れがあるため、その含有量は２％以下（０％を含まない）とすることが好ましく、より好ましくは１．５％以下、更に好ましくは１％以下とするのが良い。
【００４２】
Ｍｏは、加工後の鋼材の硬さおよび変形能を増大させる作用を有する元素であり、必要に応じて０．０４％以上、より好ましくは０．０８％以上含有させることができる。しかし、Ｍｏを過剰に含有させると、冷間加工性が劣化するおそれがあるため、２％以下（０％を含まない）とすることが好ましく、より好ましくは１．５％以下、更に好ましくは１％以下である。
【００４３】
［Ｃｕ：５％以下（０％を含まない）、Ｎｉ：５％以下（０％を含まない）およびＣｏ：５％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる少なくとも１種］
Ｃｕ，ＮｉおよびＣｏは、１種または２種以上を同時に含有していても良い。これらＣｕ，ＮｉおよびＣｏは、いずれも歪み時効によって鋼材を硬化させる作用があり、加工後強度を向上させるのに有効な元素である。こうした効果を発揮させるためには、Ｃｕで０．１％以上（より好ましくは０．３％以上）、ＮｉおよびＣｏで０．０１％以上（より好ましくは０．０５％以上）含有させることが好ましい。しかしながら、これらの含有量が過剰になると、割れを誘発させる恐れがあるため、いずれも５％以下（０％を含まない）とすることが好ましく、より好ましくは４％以下（更に好ましくは３％以下）とするのが良い。
【００４４】
［Ｐｂ：０．５％以下（０％を含まない）および／またはＢｉ：０．５％以下（０％を含まない）］
Ｐｂは、被削性を向上させるのに有効な元素である。この様な効果を発揮させるには、Ｐｂは好ましくは０．００５％以上、より好ましくは０．０１％以上含有させるのが良い。しかしながら、Ｐｂの含有量が過剰になると、圧延疵の発生等の製造上の問題を生じさせるため、その上限を０．５％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．４％以下、更に好ましくは０．３％以下である。
【００４５】
Ｂｉは、Ｐｂと同様に被削性を向上させるのに有効な元素である。この様な効果を発揮させるには、Ｂｉは好ましくは０．００５％以上、より好ましくは０．０１％以上含有させるのが良い。しかしながら、Ｂｉの含有量が過剰になっても、その効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できないので、その上限を０．５％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．４％以下、更に好ましくは０．３％以下である。
【００４６】
本発明の鋼材の鋼組織は、基本的にパーライトおよびセメンタイト＋フェライトの組織で構成されるが、パーライトおよびセメンタイトは、フェライトと比べて加工硬化率が異なるため、フェライトとセメンタイトの界面でボイド等の欠陥の起点となりやすく、パーライトおよびセメンタイトが多くなると加工性を劣化させる可能性がある。本発明の鋼材では、耐割れ性を確保するという観点から、組織中のパーライトおよびセメンタイト面積率は３％以下とする必要がある。好ましくは２．５％以下、より好ましくは２％以下である。
【００４７】
本発明の機械構造用鋼材は、その後、冷間加工され、鋼部品（ボルト、ナット、ピニオンギヤ、ステアリングシャフト、バルブリフター、コモンレール等の冷間加工部品、これまで熱間鍛造によって加工されていたクランクシャフト、コンロッド、トランスミッションギヤ等の自動車用部品、その他の機械部品）となる。ここでの冷間加工方法には、冷間鍛造、冷間圧造、冷間転造、冷間打抜き等の冷間加工が含まれる。また、部品の加工に必要であれば、伸線、圧延等の加工を行ってもよい。
【００４８】
上記のような本発明の鋼材を加工温度：１００℃未満で冷間加工することによって、本発明の冷間加工鋼部品が得られるが、この冷間加工鋼部品は、冷間加工後の部品硬さ（Ｈ）と冷間加工中の変形抵抗の最大値（ＤＲ）が、下記（３）式の関係を満足するものとなる。
Ｈ≧（ＤＲ＋２００）／２．５                …（３）
［（３）式中、Ｈ：冷間加工後の部品硬さ（Ｈｖ）、ＤＲ：冷間加工中の変形抵抗の最大値（ＭＰａ）を示す。］
【実施例】
【００４９】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００５０】
［実施例１］
下記表４，５に示す化学成分組成からなる鋼種（１Ａ〜２Ｘ）の供試鋼を調整し、これらの夫々をビレット溶製した後、１１５０〜１２５０℃に加熱し、熱間鍛造により１５５ｍｍ角の鋼片とした。この鋼片を１０００〜１２００℃に加熱して、φ８０ｍｍの丸棒に圧延した（その後、冷却速度１℃／秒で２００℃まで冷却）。次いで、この丸棒のＤ／４位置（Ｄは直径）よりφ１０ｍｍ×長さ１５ｍｍの試験片を切り出した。表４、５中、「固溶Ｎ」は、前記のＪＩＳ  Ｇ  １２２８に準拠した方法によって測定された固溶状態のＮ含有量を示す値である。尚、鋼種１Ｐの供試材を用いて製造した丸棒については、表４に示す熱処理（付加熱処理：各温度に加熱して室温ＲＴ（２０℃）まで冷却速度３℃／秒で冷却）を施すことによって、固溶Ｎ量を調整した後にＤ／４位置より試験片を切り出した。
【００５１】
【表４】
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【００５２】
【表５】
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【００５３】
各試験片を、容量１６００トンのプレス装置を用いて冷間鍛造により試験片の端面を拘束した状態から圧縮加工し、冷間加工中の変形抵抗の最大値ＤＲ（以下：「変形抵抗ＤＲ」と呼ぶことがある）を測定した。このときの冷間鍛造の条件は、加工歪み速度：１０／秒、加工温度：２０℃、圧縮率：８０％とした。尚、加工歪み速度は、加工中（塑性変形中）の歪み速度の平均値とした。また、上記圧縮率は、［（１−Ｌ／Ｌ0）×１００（％）］（Ｌ0：加工前の試験片の長さ、Ｌ：加工後の試験片の長さを示す）によって求められるものである。
【００５４】
各鋼材における前記（２）式の値（および判定）を、冷間加工温度（加工温度）と共に、下記表６、７に示す。また表６、７には、セメンタイト（パーライト）の面積率も示したが、これは下記の方法によって測定したものである。
【００５５】
［セメンタイトの面積率の測定方法］
（ｉ）試験片を、横断方向に中心で切断した。
（ii）上記断面（観察面）を観察できるように樹脂に埋め込み、エメリー紙による研磨、ダイヤモンドバフによる研磨および電解研磨を順次行って観察面を鏡面に仕上げた。
（iii）ナイタール（３％硝酸エタノール溶液）で腐食した。
（iv）Ｄ／４位置を光学顕微鏡の倍率１００倍で観察し、５箇所写真撮影した。
（v）画像解析ソフト（Ｍｅｄｉａ  Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ製：Ｉｍａｇｅ−Ｐｒｏ  Ｐｌｕｓ）を用いて、フェライト相を白色、セメンタイト（パーライト）を黒色とし、夫々の面積率を求め、５視野の平均値をセメンタイト（パーライト）の面積率として算出した。
【００５６】
【表６】
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【００５７】
【表７】
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【００５８】
得られた各加工品について、実体顕微鏡により、倍率：２０倍で表面を観察して割れの個数（１０個の試験片に対する割れ個数ｎ）を確認した。また、ビッカース硬さ試験機を用いて、荷重：１０００ｇ、測定位置：各加工品断面のＤ／４位置（Ｄ：直径）の中央部および測定回数：５回の条件で、各加工品のビッカース硬さ（Ｈｖ）を測定した。その結果［変形抵抗（ＤＲ）、加工後硬さＨ、割れの個数（割れが発生した場合を×、割れが発生しなかった場合を○とする）、（３）式の右辺の値（（ＤＲ＋２００）／２．５）、および変形抵抗評価［（３）式の関係］および加工後の硬さを下記表８、９に示す。
【００５９】
尚、これらの測定結果において、得られた加工品について、割れがなく、しかもビッカース硬さに対して変形抵抗が低い場合［具体的には、前記（３）式に示す条件を満足する場合］を、冷間加工性に優れたものと判断して、総合判定を「○」と表示した。また、前記（３）式の条件を満足しない加工品について、割れが発生したものの総合判定を「×」で表示した。
【００６０】
【表８】
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【００６１】
【表９】
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この結果から、次のように考察できる（尚、下記記号は、表８、９の鋼種記号を示す）。表８に示した１Ａ〜１Ｚ（但し、（３）式の関係を満足しない１Ｐ−１〜３、７を除く）は、本発明で規定する要件を満足する例であり、部品に割れが無く、且つ加工後硬さＨに対して鋼の変形抵抗ＤＲが低い鋼材が得られている。これに対し、本発明の要件を満たさないものは（表９に示した２Ａ〜２Ｘ）、割れが発生しているか、加工後硬さＨに対する加工時の変形抵抗ＤＲが高くなっている。
【００６２】
２Ａ〜２Ｑのものは、（２）式の関係を満足しないものであり（判定：「×」）、いずれも変形抵抗が増大して部品に割れが生じた。このうち、２Ｍおよび２Ｎのものは、Ｍｎ含有量が本発明で規定する上・下限を外れるもの、２Ｏ，２Ｐのものは、夫々Ｐの含有量およびＳの含有が過剰になっており、２ＱはＮ含有量が過剰になっているものである。いずれも割れに悪影響を及ぼしていると思われる。
【００６３】
２Ｒは、Ｓｉ含有量が過剰であるため、変形抵抗が増大して部品に割れが生じている。２Ｓは、Ｃ量が過剰であり、しかも（１）式および（２）式の関係を満足しないものとなっており、変形抵抗ＤＲが増大して部品に割れが生じた。２Ｔは、Ａｌ含有量が過剰となっているので、（２）式の関係を満足していない。そのため、固溶Ｎ量が不十分であり、冷間加工後の所定の強度（加工後硬さＨ）が得られていない。
【００６４】
２Ｕは、Ｎ含有量が不足しており、それに伴って固溶Ｎ量も不足しており、冷間加工後の所定の強度（加工後硬さＨ）が得られていない。
【００６５】
２Ｖは、Ｍｎ含有量が不足しており（Ｓ含有量も不足）、またＮ含有量が不足しており、それに伴って固溶Ｎ量も不足しており、加工後硬さＨに対する加工時の変形抵抗ＤＲが高くなっている。２Ｗは、Ｃ含有量およびＳｉ含有量が過剰になっており（Ｓ含有量は不足）、Ｎ含有量が不足しており、それに伴って固溶Ｎ量も不足しているため、（２）式の関係を満足しないものとなっており、加工後硬さＨに対する加工時の変形抵抗ＤＲが高くなっている。
【００６６】
２Ｘは、加工温度を２００℃としたものであり、加工後硬さＨに対する加工時の変形抵抗ＤＲが高くなっている。
【００６７】
上記表９（比較例）の結果に基づき（鋼種２Ａ〜２Ｑ）、割れ個数（ｎ／１０）と（２）式の右辺の値との関係を図１に示すが、（２）式の右辺の値は、割れ個数（ｎ／１０）と相関関係があることが分かる。尚、この結果に基づいて、回帰分析によって前記（２）式の関係を求めたものである。
【００６８】
表８に示した上記１Ｐ−１〜７の結果に基づき、固溶Ｎ量が変形抵抗ＤＲおよび加工後硬さＨに与える影響を図２に示すが、固溶Ｎ量を適切に調整することによって、変形抵抗ＤＲおよび加工後硬さＨを適正な範囲に制御できることが分かる。
【００６９】
上記表８の１Ａ〜１Ｆ（実施例）および表９の２Ｒ〜２Ｘ（比較例）の結果に基づき、加工後硬さＨと変形抵抗ＤＲの関係を図３に示すが、実施例は比較例に比べて加工後硬さＨと変形抵抗ＤＲのバランスが改善されていることが分かる。
【００７０】
［実施例２］
下記表１０に示す化学成分組成からなる鋼種（３Ａ〜３Ｄ）の供試鋼を調整し、実施例１と同様にして、試験片を切り出した。各試験片を用いて、鋼材中に含まれるＭｎＳの大きさ（面積：μｍ2）を、下記の方法によって測定した。その結果を、加工温度、（２）式の右辺の値、セメンタイトの面積率と共に、下記表１１に示す。
【００７１】
［ＭｎＳの大きさの測定方法］
（ｉ）試験片を、横断方向に中心で切断した。
（ii）上記断面（観察面）を観察できるように樹脂に埋め込み、エメリー紙による研磨、ダイヤモンドバフによる研磨および電解研磨を順次行って観察面を鏡面に仕上げた。
（iii）ナイタール（３％硝酸エタノール溶液）で腐食した。
（iv）Ｄ／４位置を光学顕微鏡の倍率１００倍で観察し、５箇所写真撮影した。
（v）画像解析ソフト（住友金属テクノロジー株式会社製：「粒子解析Ｖｅｒ．３．０」）を用いて、ＭｎＳ面積を求め、５視野の平均値をＭｎＳの大きさ（面積：μｍ2）として算出した。
【００７２】
【表１０】
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【００７３】
【表１１】
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【００７４】
そして、得られた鋼材の変形抵抗ＤＲ、加工後硬さＨ、割れ個数、上記実施例１と同様にして求めた。その結果を、下記表１２に示す。また、この結果に基づいて、（２）式の右辺の値とＭｎＳの大きさ（ＭｎＳ面積）との関係を図４に示すが、（２）式の関係満足させることによって、ＭｎＳが微細分散されていることが分かる。
【表１２】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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