(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０２５％以下（０％を含まない）、Ｓｉ：０．００５〜０．４％、Ｍｎ：０．３〜１％、Ｐ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｎ：０．００８〜０．０２５％、および下記（１）式を満たし、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％以上であると共に、前記不可避的不純物としてのＡｌの含有量を０．００５％以下（０％を含む）に抑制したものであり、鋼組織がフェライト単相組織であり、そのフェライトの平均結晶粒径が１０〜２００μｍの範囲であることを特徴とする冷間鍛造性に優れた機械構造用鋼材。
０．３≧（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。
【請求項２】
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に記載の機械構造用鋼材。
【請求項３】
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または２に記載の機械構造用鋼材。
【請求項４】
更に、Ｂ：０．００５％以下（０％を含まない）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、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１〜４のいずれかに記載の機械構造用鋼材。
【請求項６】
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：０．０２％以下（０％を含まない）、Ｌｉ：０．０２％以下（０％を含まない）、Ｐｂ：０．５％以下（０％を含まない）およびＢｉ：０．５％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】
請求項１〜６のいずれかに記載の機械構造用鋼材を加工温度：１００℃未満で冷間鍛造することにより製造される冷間鍛造鋼部品であって、冷間鍛造後の部品硬さ（Ｈ）と冷間鍛造中の変形抵抗の最大値（ＤＲ）が、下記（２）式の関係を満足するものであることを特徴とする冷間鍛造鋼部品。
Ｈ≧（ＤＲ＋２００）／２．５                …（２）
［（２）式中、Ｈ：冷間鍛造後の部品硬さ（Ｈｖ）、ＤＲ：冷間鍛造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、しかも生産性を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、歪時効による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。
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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】
【０００９】
本発明に係る機械構造用鋼材とは、質量％で、Ｃ：０．０２５％以下（０％を含まない）、Ｓｉ：０．００５〜０．４％、Ｍｎ：０．３〜１％、Ｐ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｎ：０．００８〜０．０２５％、および下記（１）式を満たし、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％以上であると共に、前記不可避的不純物としてのＡｌの含有量を０．００５％以下（０％を含む）に抑制したものであり、鋼組織がフェライト単相組織であり、そのフェライトの平均結晶粒径が１０〜２００μｍの範囲である点に要旨を有するものである。
０．３≧（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。
【００１０】
本発明の機械構造用鋼材には、必要によって更に、（ａ）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）、（ｂ）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、（ｃ）Ｂ：０．００５％以下（０％を含まない）、（ｄ）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、（ｅ）Ｃａ：０．０５％以下（０％を含まない）、ＲＥＭ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｍｇ：０．０２％以下（０％を含まない）、Ｌｉ：０．０２％以下（０％を含まない）、Ｐｂ：０．５％以下（０％を含まない）およびＢｉ：０．５％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、等の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、冷間加工用線材の特性が更に改善される。
【００１１】
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（２）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                …（２）
［（２）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】
【００１２】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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、しかもフェライト単相組織におけるフェライト結晶粒径を適切に制御すれば、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。
【００１４】
［Ｃ：０．０２５％以下（０％を含まない）］
Ｃは、鋼材の組織の形成に大きな影響を及ぼす元素であり、組織をフェライト単相組織とするために、極力低減する必要があり、過剰に含有すると、鋼材の組織中にパーライトが生成し、パーライトの加工硬化によって変形抵抗が過大となる恐れがある。こうしたことから、Ｃ含有量は０．０２５％以下（０％を含まない）とする必要があり、好ましくは０．０２３％以下、より好ましくは０．０２１％以下である。しかしながら、Ｃ含有量が極端に少なくなると、鋼材の溶製中の脱酸が困難になるため、下限は０．０００５％とすることが好ましく、より好ましくは０．０００８％以上、更に好ましくは０．００１％以上である。
【００１５】
［Ｓｉ：０．００５〜０．４％］
Ｓｉは、溶製中の脱酸元素として有効である。Ｓｉ含有量が０．００５％未満であると、脱酸が不十分になって溶製中にブローホールを発生することになる。しかしながら、Ｓｉ含有量が過剰になって０．４％を超えると、Ｓｉの固溶強化による変形抵抗の増大を招くと共に、割れが顕著になるため好ましくない。尚、Ｓｉ含有量は好ましくは０．００６％以上（より好ましくは０．００７％以上）であり、好ましくは０．３５％以下（より好ましくは０．３２％以下）である。
【００１６】
［Ｍｎ：０．３〜１％］
鋼材中のＮ含有量を高めた場合、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。この様な効果を有効に発揮させるには、０．３％以上含有させることが必要であり、好ましくは０．３５％以上、より好ましくは０．４０％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％以下とする必要があり、好ましくは０．９５％以下、より好ましくは０．９０％以下である。
【００１７】
［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て冷間加工性を劣化させる元素である。また、フェライトを固溶強化させて変形抵抗の増大をもたらす元素でもある。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。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。
【００１８】
［Ｓ：０．０５％以下（０％を含まない）］
硫黄（Ｓ）も、Ｐと同様に不可避的不純物であり、ＦｅＳとして結晶粒界に膜状に析出し、加工性を劣化させる元素である。また、熱間脆性を引き起こす作用がある。そこで変形能を向上させる観点から、本発明ではＳ含有量を、０．０５％以下（好ましくは０．０３％以下）とする。但し、Ｓ含有量を０％にすることは、工業上困難である。尚、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、０．００２％以上含有させることが好ましく、より好ましくは０．００６％以上含有させることが推奨される。
【００１９】
［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得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、静的歪み時効のほか、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。
【００２０】
本発明の機械構造用鋼材では、固溶状態のＮ（固溶Ｎ）を所定量とすることによって、変形抵抗をあまり高くせずに、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、好ましくは０．０２５％以下とするのが良い。
【００２１】
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。
【００２２】
（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。
【００２３】
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、分解物をろ液に合わせる。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。
【００２４】
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、加工中の変形抵抗をあまり上げず、加工後の硬さを増加させるために、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）式に右辺の値（＝１０［Ｃ］＋［Ｎ］）が、０．３（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、０．２９以下であることが好ましく、より好ましくは０．２８以下とするのが良い。
０．３≧（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。
【００２５】
本発明で規定する含有元素は上記の通りであって、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の混入が許容され得る。このうちＡｌについては、下記の様に抑制する必要がある。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。
【００２６】
［Ａｌ：０．００５％以下（０％を含む）］
Ａｌは固溶Ｎと結合することで固溶Ｎ量を低減させ、加工後の硬さを低下させる不可避的不純物元素である。そのため、Ａｌ含有量は、低ければ低いほど良い。またＡｌを極力低減することは、熱処理によるＮ化合物への結合・分解を無視することができ、部品内・部品間のばらつきを低減することができる。尚、Ａｌ含有量は、０．００４５％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．００４％以下とするのが良い。
【００２７】
［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。
【００２８】
一方、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。
【００２９】
［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、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）とすることが好ましい。より好ましくは、Ｔｉ：０．１５％以下、Ｎｂ：０．１５％以下、Ｖ：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。
【００３０】
［Ｂ：０．００５％以下（０％を含まない）］
Ｂは、上記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、耐割れる性を向上させるために有効な元素である。Ｂを含有させた場合には、所要の固溶Ｎ量を確保して冷間加工後の強度を向上させることができることから、その含有量を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。
【００３１】
［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］
本発明の鋼材が、Ｃｕ，ＮｉおよびＣｏ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、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、いずれも鋼材を歪み時効させ、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、０．１％以上（より好ましくは０．３％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、鋼材を歪み時効および硬化させる効果、更には加工後強度を向上させる効果が飽和し、また割れを誘発させるおそれがあるため、夫々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。
【００３２】
［Ｃａ：０．０５％以下（０％を含まない）、ＲＥＭ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｍｇ：０．０２％以下（０％を含まない）、Ｌｉ：０．０２％以下（０％を含まない）、Ｐｂ：０．５％以下（０％を含まない）およびＢｉ：０．５％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］
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。
【００３３】
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０．０００２％以上、より好ましくは０．０００５％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。
【００３４】
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０．０００２％以上、より好ましくは０．０００５％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、０．０２％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．０１５％以下、更に好ましくは０．０１％以下である。
【００３５】
Ｌｉ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０．０００２％以上、より好ましくは０．０００５％以上のＬｉを含有させるのが良い。しかしながら、Ｌｉ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、０．０２％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．０１５％以下、更に好ましくは０．０１％以下である。
【００３６】
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。
【００３７】
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０．２％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。
【００３８】
本発明の鋼材の鋼組織は、フェライト単相組織で構成される、このフェライトの単相組織を構成するフェライトの平均結晶粒径は、加工性を向上させるために、１０〜２００μｍの範囲であることが必要である。フェライトの平均結晶粒径が１０μｍ未満であると、変形抵抗が高くなり過ぎるため、その下限は１０μｍであり、好ましくは１２μｍ以上、より好ましくは１５μｍ以上である。しかしながら、フェライトの平均結晶粒径が２００μｍを超えると、靭性、疲労特性等が悪化するので、その上限は２００μｍであり、好ましくは１８０μｍ以下、より好ましくは１５０μｍ以下である。
【００３９】
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。
【００４０】
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（２）式の関係を満足するものとなる。
Ｈ≧（ＤＲ＋２００）／２．５                …（２）
［（２）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】
【００４１】
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。
【００４２】
［実施例１］
下記表１に示す化学成分組成からなる鋼種（１Ａ〜２Ｆ）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９５０〜１１００℃に加熱して、φ１２ｍｍの丸棒に圧延した。次いで、この丸棒を切断して、中心部からφ１０×１５ｍｍ長さの試験片を切り出した。表１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。また表１には、丸棒断面のフェライトの結晶粒径も示したが、これは下記の方法によって測定したものである。尚、鋼種１Ｂの供試材を用いて製造した丸棒については、表１に示す熱処理（付加熱処理）を施した後に試験片を切り出した。
【００４３】
［フェライトの平均結晶粒径の測定方法］
各試験片の組織を、ＪＩＳ  Ｇ  ０５５２に準拠して、フェライトの平均結晶粒径を測定した。即ち、各丸棒材から切り出した鋼片の横断面を鏡面研磨した後、ナイタールで腐食する。次に、そのＤ／４位置（Ｄ：直径）を光学顕微鏡で、倍率１００倍で観察し、写真撮影した。そして、切断法で任意断面の結晶粒数を求め、フェライトの平均結晶粒径（μｍ）に換算した。
【００４４】
【表１】
0005385574.tif 000002
【００４５】
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、変形抵抗（ＤＲ：冷間加工中の変形抵抗の最大値）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：２０〜８０℃、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、下記表２に示す圧縮率は、［（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。
【００４６】
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有無を確認した。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。各加工品の加工条件（加熱温度、圧縮率）、変形抵抗（ＤＲ）、割れの有無（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）、（２）式の右辺の値［（ＤＲ＋２００）／２．５］および加工後の硬さを下記表２に示す。
【００４７】
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（２）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（２）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。
【００４８】
【表２】
0005385574.tif 000003
【００４９】
この結果から、次のように考察できる（尚、下記記号は、表１、２の鋼種記号を示す）。１Ａ、１Ｂ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｉ、１Ｊ、１Ｍ、１Ｏ、１Ｐ、１Ｒ、１Ｓ、１Ｕ、１Ｘ〜２Ｆ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、且つ部品硬さに対して鋼の変形抵抗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、割れが発生しているか、部品硬さに対する加工時の変形抵抗が高くなっている。
【００５０】
１Ｃは、Ｃ量が過剰であり、（１）式を満たさないものとなっており、変形抵抗が増大して部品に割れが生じた。１Ｄは、Ｓｉ含有量が不足しているため、溶製中の欠陥に起因すると考えられる割れが冷間加工中に生じた。
【００５１】
１Ｇ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た。１Ｋは、Ｍｎ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た。１Ｌは、Ｐ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た。
【００５２】
１Ｎは、Ｓ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た。１Ｑ、１Ｔおよび１Ｗは、いずれも固溶Ｎ量が過剰になっており、部品硬さに対する加工時の変形抵抗が高くなっている。
【００５３】
［実施例２］
下記表３に示す化学成分組成からなる鋼種（２Ｇ〜２Ｕ）の供試鋼１５０ｋｇを真空誘導炉で溶解し、上面：φ２４５ｍｍ×下面：φ２１０ｍｍ×長さ：４８０ｍｍのインゴットに鋳造し、鍛造（ソーキング：１２５０℃×３ｈｒ程度、鍛造加熱：１０００℃×１ｈｒ程度）および切断し、一辺１５０ｍｍ×長さ：６８０ｍｍの四角材形状を経由して、φ８０ｍｍの丸棒に鍛造加工し、長さ：１００ｍｍ程度ごとに切断した。得られた丸棒材（鍛造材）のＤ／４位置（Ｄ：直径）からφ１０ｍｍ×長さ：１５ｍｍの試験片を切り出した。さらに、中央部分からは、それぞれφ２０ｍｍ×長さ：３０ｍｍ、φ３０ｍｍ×長さ：４５ｍｍの試験片を切り出した。尚、表３には、「固溶Ｎ」および「結晶粒径（フェライトの平均結晶粒径）」の値も示したが、これらは前記した方法によって測定したものである。
【００５４】
【表３】
0005385574.tif 000004
【００５５】
各試験片について、実施例１に示した条件で圧縮加工した。得られた各加工品について、実施例１と同様にして、変形抵抗ＤＲ、割れの有無、各加工品のビッカース硬さ（Ｈｖ）を測定した。各加工品の加工条件（試験片サイズ、加熱温度、圧縮率）、変形抵抗ＤＲ、割れの有無（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）、（２）式の右辺の値［（ＤＲ＋２００）／２．５］および加工後の硬さを下記表４に示す。
【００５６】
【表４】
0005385574.tif 000005
【００５７】
この結果から、次のように考察できる（尚、下記記号は、表３、４の鋼種記号を示す）。２Ｇ〜２Ｐ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、且つ部品硬さに対して鋼の変形抵抗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、割れが発生しているか、部品硬さに対する加工時の変形抵抗が高くなっている。
【００５８】
２Ｑは、（２）式を満たさないものとなっており、変形抵抗が増大している。２Ｒ、２Ｓは、（２）式を満たさないものとなっており、変形抵抗が増大して部品に割れが生じた。２Ｔは、Ｃ量が過剰であり、（１）式を満たさないものとなっており、変形抵抗が増大して部品に割れが生じた。２Ｕは、（２）式を満たさないものとなっており、変形抵抗が増大している。