(57)【要約】【課題】低い熱伝導率、良好な被削性、及び高い疲労強度を有する高周波焼入れ用鋼を提供する。【解決手段】高周波焼入れ用鋼は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｎを含有し、選択元素として、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏを含有し、ｆｎ１が５６以上であり、ｆｎ２が０．７０〜０．９５であり、ｆｎ３が１４以上である。  ｆｎ１＝６．７×（４２［Ｓｉ％］＋２５［Ｍｎ％］＋１４［Ｃｕ％］＋１２［Ｎｉ％］＋１６［Ｃｒ％］＋１２［Ｍｏ％］＋４２［Ａｌ％］）０．５・・・（１）  ｆｎ２＝［Ｃ％］＋［Ｓｉ％］／７＋［Ｍｎ％］／５＋［Ｃｒ％］／９−５［Ｓ％］／７・・・（２）  ｆｎ３＝［Ｍｎ％］／［Ｓ％］・・・（３）【選択図】図１
2014025104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．３０〜０．４５％、
Ｓｉ：０．８０〜１．５０％、
Ｍｎ：１．２５〜１．６０％、
Ｐ：０．０８％以下、
Ｓ：０．０１０〜０．１０％、
Ｃｒ：０．０５〜０．３０％、
Ａｌ：０．００２〜０．０５０％、
Ｎ：０．０１０〜０．０２５％
Ｃｕ：０．３０％以下（０を含む）、
Ｎｉ：０．２０％以下（０を含む）、及び
Ｍｏ：０．１０％以下（０を含む）、
を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、
式（１）で定義されるｆｎ１が５６以上であり、
式（２）で定義されるｆｎ２が０．７０〜０．９５であり、
式（３）で定義されるｆｎ３が１４以上である、高周波焼入れ用鋼。
ｆｎ１＝６．７×（４２「Ｓｉ％］＋２５［Ｍｎ％］＋１４［Ｃｕ％］＋１２［Ｎｉ％］＋１６［Ｃｒ％］＋１２［Ｍｏ％］＋４２［Ａｌ％］）０．５・・・（１）
ｆｎ２＝［Ｃ％］＋［Ｓｉ％］／７＋［Ｍｎ％］／５＋［Ｃｒ％］／９−５［Ｓ％］／７・・・（２）
ｆｎ３＝［Ｍｎ％］／［Ｓ％］・・・（３）
ここで、式（１）〜式（３）中の［元素記号％］には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。対応する元素が含有されていない場合、［元素記号％］に「０」が代入される。
【請求項２】
請求項１に記載の高周波焼入れ用鋼より製造されるクランクシャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波焼入れ用鋼及びこれを用いたクランクシャフトに関し、より詳しくは、エンジンの高効率化に寄与する高周波焼入れ用鋼及びこれを用いたクランクシャフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、地球温暖化防止の為、自動車や船舶に代表される輸送機器の二酸化炭素の排出量を削減する規制が世界的に厳しくなりつつある。このような規制に対応する為、輸送機器に利用される部品（以下、機械構造用部品という）の軽量化やエンジンの効率化に関する技術開発が進められている。
【０００３】
特開２００６−５２４５９号公報（特許文献１）は、従来よりも疲労強度を一層向上させた機械構造用部品を提案している。具体的には、少なくとも一部分に焼入れを施した鋼材を用いた機械構造用部品であって、該焼入れ組織は、旧オーステナイト粒の平均粒径が１２μｍ以下かつ最大粒径が平均粒径の４倍以下であることを特徴とする機械構造用部品が開示されている。
【０００４】
特開２００５−２５６１３４号公報（特許文献２）は、高周波焼入れ又は低温焼戻しを行った後に研削を行っても研削割れを生じることがない為に、クランク軸用鋼材として好適に用いることができる高周波焼入れ用鋼材及びこれを用いたクランク軸を提案している。具体的には、質量％で、Ｃ：０．２〜０．４％、Ｓｉ：０．４〜２．０％、Ｍｎ：０．８〜２．０％、Ｃｒ：０．０５〜２．０％、Ｓ：０．０４〜０．１％、Ａｌ：０〜０．０５０％、Ｎ：０．００２〜０．０２５％、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる鋼組成を有するとともに、圧延後縦断面における鋼中のＭｎＳの個数が３００個／ｍｍ２以下であって、さらに、高周波焼入れを行った後、あるいは、高周波焼入れ及び２５０℃以下での焼戻しを行った後における、示差式熱膨張試験における試験片の長手方向への収縮量が１５μｍ以下であることを特徴とする高周波焼入れ用鋼材が開示されている。
【０００５】
特開２０００−２８２１７２号公報（特許文献３）は、被削性、なかでもドリル寿命と切り屑処理性に優れ、良好な硬さと靱性のバランスを有する機械構造用鋼材と機械構造部品を提案している。具体的には、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．５５％、Ｓｉ：０．５０〜２．５％、Ｍｎ：０．０１〜２．００％、Ｓ：０．００５〜０．０８０％、Ｃｒ：０〜２．０％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｖ：０〜０．５０％、Ｎ：０．０１５０％以下、Ａｌ：０．０４％以下、Ｎｉ：０〜２．０％、Ｍｏ：０〜１．５％、Ｂ：０〜０．０１％、Ｂｉ：０〜０．１０％、Ｃａ：０〜０．０５％、Ｐｂ：０〜０．１２％、Ｔｉ：０〜０．０４％未満、Ｚｒ：０〜０．０４％未満で、且つ、Ｔｉ（％）＋Ｚｒ（％）：０〜０．０４％未満、Ｔｅ：０〜０．０５％、Ｎｄ：０〜０．０５％、Ｎｂ：０〜０．１％、Ｃｕ：０〜１．５％、Ｓｅ：０〜０．５％を含有し、１００Ｃ＋１１Ｓｉ＋１８Ｍｎ＋３２Ｃｒ＋４５Ｍｏ＋６Ｖ≦１００、−２３Ｃ＋Ｓｉ（５−２Ｓｉ）−４Ｍｎ＋１０４Ｓ−３Ｃｒ−９Ｖ＋１０≧０、３．２Ｃ＋０．８Ｍｎ＋５．２Ｓ＋０．５Ｃｒ−１２０Ｎ＋２．６Ｐｂ＋４．１Ｂｉ−０．００１α２＋０．１３α＞３．０を満たし、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成で、面積割合で組織に占めるフェライト相の割合が１０〜８０％、Ｈｖ硬さが１６０〜３５０である被削性と靱性に優れた機械構造用鋼材が記載されている。なお、αはフェライト相の％での面積割合を示す。
【０００６】
特開２０００−３２８１９３号公報（特許文献４）は、耐摩耗性に優れたフェライト・パーライト組織を有する熱間鍛造用非調質鋼を提案している。具体的には、Ｃ：０．３〜０．８％（質量％の意味、以下同じ）、Ｍｎ：０．３〜２．０％及びＳｉ：０．５〜２．５％を夫々含有すると共に、Ｆ＝［Ｓｉ］＋［Ｍｎ］／３．５で規定されるＦ値が１．０以上であり、且つ任意の縦断面における、被検面積３００ｍｍ２当たりの平均粒径２０μｍ以上の酸化物系介在物が１０個以下であることを特徴とする耐摩耗性に優れた熱間鍛造用非調質鋼が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−５２４５９号公報
【特許文献２】特開２００５−２５６１３４号公報
【特許文献３】特開２０００−２８２１７２号公報
【特許文献４】特開２０００−３２８１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１〜４のいずれの文献も、エンジンの高効率化に寄与する鋼については提案していない。
【０００９】
エンジン効率（燃費性能）を高める方法の一つは、エンジン内部の摩擦損失を低減することである。コネクティングロッド（以下、コンロッドという）の大端部には、すべり軸受を介してクランクシャフトのクランクピンが回転可能に挿入されている。コンロッドとクランクピンとの間には、エンジンオイルが供給されている。エンジンオイルは、コンロッドとクランクピンとの間に油膜を形成し、すべり軸受と油膜とによりコンロッドとクランクピンとの摩擦損失を低減する。
【００１０】
エンジンオイルの粘性は一般的に、温度の上昇に伴い低下する。低粘性であれば、エンジンオイルの流動性が高まり、コンロッドとクランクピンとの間の摩擦係数が小さくなる。したがって、エンジン始動後、エンジンオイルの温度が速やかに上昇すれば、エンジンオイルの粘性が速やかに低下して、コンロッドとクランクピンとの摩擦損失が低減される。その結果、エンジン効率（燃費性能）が高まる。
【００１１】
エンジン始動後、エンジンオイルの粘性を速やかに低下する為には、エンジン始動時に発生した熱がエンジン外部に放散するのを抑制すればよい。コンロッドとクランクピンとの間で発生する摩擦熱の大部分は、クランクシャフト及びコンロッドを伝わって外部に放散する。クランクシャフトに用いる鋼の熱伝導率が低ければ、エンジン内で発生する熱の放熱を抑制でき、エンジン始動時にエンジンオイルの粘性を速やかに低下することができる。その結果、コンロッドとクランクピンとの摩擦損失が低減され、エンジン効率（燃費性能）が高まる。
【００１２】
本発明の目的は、低い熱伝導率、熱間鍛造後の良好な被削性、及び高周波焼入れ後の高い疲労強度を有する高周波焼入れ用鋼、及びこれを用いたクランクシャフトを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明による高周波焼入れ用鋼は、質量％で、Ｃ：０．３０〜０．４５％、Ｓｉ：０．８０〜１．５０％、Ｍｎ：１．２５〜１．６０％、Ｐ：０．０８％以下、Ｓ：０．０１０〜０．１０％、Ｃｒ：０．０５〜０．３０％、Ａｌ：０．００２〜０．０５０％、Ｎ：０．０１０〜０．０２５％、Ｃｕ：０．３０％以下（０を含む）、Ｎｉ：０．２０％以下（０を含む）、及びＭｏ：０．１０％以下（０を含む）を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、式（１）で定義されるｆｎ１が５６以上であり、式（２）で定義されるｆｎ２が０．７０〜０．９５であり、式（３）で定義されるｆｎ３が１４以上である。
ｆｎ１＝６．７×（４２「Ｓｉ％］＋２５［Ｍｎ％］＋１４［Ｃｕ％］＋１２［Ｎｉ％］＋１６［Ｃｒ％］＋１２［Ｍｏ％］＋４２［Ａｌ％］）０．５・・・（１）
ｆｎ２＝［Ｃ％］＋［Ｓｉ％］／７＋［Ｍｎ％］／５＋［Ｃｒ％］／９−５［Ｓ％］／７・・・（２）
ｆｎ３＝［Ｍｎ％］／［Ｓ％］・・・（３）
ここで、式（１）〜式（３）中の［元素記号％］には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。対応する元素が含有されていない場合、［元素記号％］に「０」が代入される。
【００１４】
本発明によるクランクシャフトは、上記の高周波焼入れ用鋼より製造される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、低い熱伝導率、熱間鍛造後の良好な被削性、及び高周波焼入れ後の高い疲労強度を有する高周波焼入れ用鋼、及びこれを用いたクランクシャフトが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、ｆｎ１と、熱伝導率との関係を示すグラフである。
【図２】図２は、疲労強度評価に用いた小野式回転曲げ疲労強度試験片の正面図及び側面図である。
【図３】図３は、熱伝導率評価に用いた熱伝導率試験片の平面図及び側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。なお、元素の含有量の「％」は、質量％を意味する。
【００１８】
本発明者らは、高周波焼入れ用鋼の熱伝導率、被削性、及び疲労強度について検討した。その結果、本発明者らは、以下の知見を得た。
【００１９】
（ａ）上述のとおり、クランクシャフトの熱伝導率が低ければ、エンジン内で発生する熱の放熱を抑制でき、エンジン始動時にエンジンオイルの粘性を速やかに低下することができる。その結果、コンロッドとクランクシャフトとの摩擦損失が低減し、エンジン効率（燃費性能）が高まる。
【００２０】
Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＡｌは、鋼の熱伝導率を低下し、特に、Ｓｉ、Ｍｎ、及びＡｌは鋼の熱伝導率を顕著に低下する。具体的には、式（１）で定義されるｆｎ１が５６以上であれば、高周波焼入れ用鋼の熱伝導率を低く抑えることができる。
ｆｎ１＝６．７×（４２「Ｓｉ％］＋２５［Ｍｎ％］＋１４［Ｃｕ％］＋１２［Ｎｉ％］＋１６［Ｃｒ％］＋１２［Ｍｏ％］＋４２［Ａｌ％］）０．５・・・（１）
【００２１】
図１は、ｆｎ１と、熱伝導率との関係を示す図である。図１中の横軸は、ｆｎ１の値を示す。縦軸は、熱伝導率（Ｗ／（ｍ・Ｋ））を示す。図１は、後述の実施例で開示する化学組成の鋼に、後述する熱伝導率評価を実施することにより得られた。
【００２２】
図１を参照して、ｆｎ１が大きくなると、熱伝導率はｆｎ１に比例して低くなる。そして、ｆｎ１が５６以上になれば、熱伝導率は３６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下になり、従来の高周波焼入れ用鋼よりも低くなる。
【００２３】
但し、Ｓｉを過度に含有させると鋼材表面の脱炭が顕著になる。その為、Ｓｉを過度に含有させることは好ましくない。そこで、脱炭を抑制する為に、Ｓｉ含有量の上限を１．５０％にする。
【００２４】
（ｂ）また、クランクシャフトには熱間鍛造後の被削性が要求される。被削性を向上させる為には、熱間鍛造後の素材硬さを一定以下に抑える必要がある。一方、高周波焼入れ用鋼には高周波焼入れ後の疲労強度が要求される。熱間鍛造後の素材硬さが低すぎると、高い疲労強度を得ることができない。熱間鍛造後の硬さは、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、及びＳを特定の範囲に制御することで調整できる。具体的には、式（２）で定義されるｆｎ２が０．７０〜０．９５であれば、良好な被削性と高い疲労強度とを両立することができる。
ｆｎ２＝［Ｃ％］＋［Ｓｉ％］／７＋［Ｍｎ％］／５＋［Ｃｒ％］／９−５［Ｓ％］／７・・・（２）
【００２５】
（ｃ）高周波焼入れ後に高い疲労強度を得る為には、粗大な介在物、特に硫化物系介在物の生成を抑制する必要がある。その為、Ｍｎ及びＳを特定の範囲に制御する必要がある。具体的には、式（３）で定義されるｆｎ３が１４以上であれば、高い疲労強度が得られる。
ｆｎ３＝［Ｍｎ％］／［Ｓ％］・・・（３）
【００２６】
以上から、脱炭を抑制しつつ低い熱伝導率、熱間鍛造後の良好な被削性、及び高周波焼入れ後の高い疲労強度を得る為には化学成分、特に、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｌ、及びＳを特定の範囲に制御すれば良いことを見出した。
【００２７】
上記知見に基づいた調査の結果、低い熱伝導率、熱間鍛造後の良好な被削性、及び高周波焼入れ後の高い疲労強度を有する高周波焼入れ用鋼、及びこれを用いたクランクシャフトを開発するに至った。以下、本発明の一実施形態による高周波焼入れ用鋼及びクランクシャフトについて詳述する。
【００２８】
［化学組成］
本発明による高周波焼入れ用鋼は、以下の化学組成を有する。
【００２９】
Ｃ：０．３０〜０．４５％
炭素（Ｃ）は疲労強度を確保する為に有効な元素である。一方、Ｃが過剰に含有されると、鋼の被削性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．３０〜０．４５％である。好ましいＣ含有量の下限は０．３０％よりも高く、さらに好ましくは０．３５％以上である。好ましいＣ含有量の上限は０．４５％未満であり、さらに好ましくは０．４０％以下である。
【００３０】
Ｓｉ：０．８０〜１．５０％
ケイ素（Ｓｉ）は鋼の熱伝導率を低下する。一方、Ｓｉが過剰に含有されると、コストが高くなり、さらに鋼材表面に脱炭が生じる。したがって、Ｓｉ含有量は０．８０〜１．５０％である。好ましいＳｉ含有量の下限は０．８０％よりも高く、さらに好ましくは０．９０％以上である。好ましいＳｉ含有量の上限は１．５０％未満であり、さらに好ましくは１．４０％以下である。
【００３１】
Ｍｎ：１．２５〜１．６０％
マンガン（Ｍｎ）は、鋼の熱伝導率を低下し、さらに疲労強度を向上させる。一方、Ｍｎが過剰に含有されると、鋼の被削性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は、１．２５〜１．６０％である。好ましいＭｎ含有量の下限は１．２５％よりも高く、さらに好ましくは１．３０％以上である。好ましいＭｎ含有量の上限は１．６０％未満であり、さらに好ましくは１．５０％以下である。
【００３２】
Ｐ：０．０８％以下
リン（Ｐ）は、不純物である。Ｐは鋼の熱間加工性及び靱性を低下する。したがって、Ｐ含有量は少ない方が好ましい。Ｐ含有量の上限は、０．０８％であり、好ましくは０．０６％であり、より好ましくは０．０３％である。
【００３３】
Ｓ：０．０１０〜０．１０％
硫黄（Ｓ）は、鋼の被削性を向上させる。一方、Ｓが過剰に含有されると、鋼の疲労強度が著しく低下する。したがって、Ｓ含有量は０．０１０〜０．１０％である。好ましいＳ含有量の下限は０．０１０％よりも高く、さらに好ましくは０．０３０％以上である。好ましいＳ含有量の上限は０．１０％未満であり、さらに好ましくは０．０７０％以下である。
【００３４】
Ｃｒ：０．０５〜０．３０％
クロム（Ｃｒ）は、鋼の熱伝導率を低下する。Ｃｒはまた、鋼に固溶して鋼の疲労強度を高める。一方、Ｃｒが過剰に含有されると、鋼の被削性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は、０．０５〜０．３０％である。好ましいＣｒ含有量の下限は０．０５％よりも高く、さらに好ましくは０．０７％以上である。好ましいＣｒ含有量の上限は０．３０％未満であり、さらに好ましくは０．２５％以下である。
【００３５】
Ａｌ：０．００２〜０．０５０％
アルミニウム（Ａｌ）は、鋼の熱伝導率を低下する。一方、Ａｌを過剰に含有させても、その効果は飽和し、コストが高くなる。したがって、Ａｌ含有量は、０．００２〜０．０５０％である。好ましいＡｌ含有量の下限は０．００２％よりも高く、さらに好ましくは０．００５％以上である。好ましいＡｌ含有量の上限は０．０５０％未満であり、さらに好ましくは０．０３０％以下である。なお、本明細書でいうＡｌ含有量は、酸可溶Ａｌ（ｓｏｌ．Ａｌ）の含有量を意味する。
【００３６】
Ｎ：０．０１０〜０．０２５％
窒素（Ｎ）含有量は、鋼の切り屑処理性の点からは低い方が望ましい。しかしＮは、高周波焼入れ用鋼として用いる場合、Ｎにより形成される窒化物又は炭窒化物により、オーステナイト結晶粒の粗大化を抑制し、鋼の疲労強度を高める。一方、Ｎが過剰に含有されると、鋼中の窒化物が粗大化し、鋼の被削性が低下する。したがって、Ｎ含有量は０．０１０〜０．０２５％である。好ましいＮ含有量の下限は０．０１０％よりも高く、さらに好ましくは０．０１２％よりも高い。好ましいＮ含有量の上限は０．０２５％未満であり、さらに好ましくは０．０２０％未満である。
【００３７】
本発明による高周波焼入れ用鋼の残部は、Ｆｅ及び不純物からなる。ここでいう不純物は、鋼の原料として利用される鉱石やスクラップ、又は、製造工程の環境等から混入する元素を意味する。
【００３８】
本発明による高周波焼入れ用鋼において、Ｃａは不純物である。Ｃａは被削性を向上させる効果はあるものの、粗大な酸化物を形成するため疲労強度を高めるという点では好ましくない。その為、Ｃａは添加しない。
【００３９】
本発明による高周波焼入れ用鋼は、さらに、Ｃｕ、Ｎｉ、及びＭｏからなる群から選択される１種類以上を含有しても良い。つまり、これらの元素は選択元素である。これの元素はいずれも、鋼の熱伝導率を低下する。
【００４０】
Ｃｕ：０．３０％以下
銅（Ｃｕ）は選択元素であり、含有させなくても良い。Ｃｕは、鋼の熱伝導率を低下させるため、含有させてもよい。但し、Ｃｕが過剰に含有されると、鋼の熱間加工性が低下する。その為、熱間圧延時または熱間鍛造時に、鋼に割れが発生する場合がある。したがって、Ｃｕ含有量の上限は、０．３０％以下である。好ましくは０．３０％未満であり、さらに好ましくは０．２５％以下であり、さらに好ましくは０．２０％以下である。Ｃｕを含有させて熱伝導率を低下する場合には、Ｃｕ含有量は０．０５％以上とするのが好ましい。
【００４１】
Ｎｉ：０．２０％以下
ニッケル（Ｎｉ）は選択元素であり、含有させなくても良い。Ｎｉは、鋼の熱伝導率を低下させるため、含有させてもよい。但し、Ｎｉが過剰に含有されれば、鋼の靱性が低下する。したがって、Ｎｉ含有量の上限は、０．２０％以下である。好ましくは０．２０％未満であり、さらに好ましくは０．１５％以下であり、さらに好ましくは０．１０％以下である。Ｎｉを含有させて熱伝導率を低下する場合には、Ｎｉ含有量は０．０５％以上とするのが好ましい。
【００４２】
Ｍｏ：０．１０％以下
モリブデン（Ｍｏ）は選択元素であり、含有させなくても良い。Ｍｏは、鋼の熱伝導率を低下させるため、含有させてもよい。但し、Ｍｏが過剰に含有されれば、鋼の靱性が低下する。したがって、Ｍｏ含有量の上限は、０．１０％以下である。好ましくは０．１０％未満であり、さらに好ましくは０．０８％以下であり、さらに好ましくは０．０５％以下である。Ｍｏを含有させて熱伝導率を低下する場合には、Ｍｏ含有量は０．０３％以上とするのが好ましい。
【００４３】
［ｆｎ１〜ｆｎ３について］
本発明による高周波焼入れ用鋼は、さらに、式（１）〜式（３）で定義されるｆｎ１〜ｆｎ３が、以下の条件を満たす。
【００４４】
［ｆｎ１について］
式（１）で定義されるｆｎ１は５６以上である。
ｆｎ１＝６．７×（４２「Ｓｉ％］＋２５［Ｍｎ％］＋１４［Ｃｕ％］＋１２［Ｎｉ％］＋１６［Ｃｒ％］＋１２［Ｍｏ％］＋４２［Ａｌ％］）０．５・・・（１）
式（１）中の［元素記号％］には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。対応する元素が含有されていない場合、［元素記号％］に「０」が代入される。
【００４５】
例えば、選択元素であるＣｕ、Ｎｉ、及びＭｏが含有されていない場合、式（１）中の［Ｃｕ％］、［Ｎｉ％］、及び［Ｍｏ％］には［０］が代入される。したがって、Ｃｕ、Ｎｉ及びＭｏが含有されていない場合、ｆｎ１は以下のとおりとなる。
ｆｎ１＝６．７×（４２「Ｓｉ％］＋２５［Ｍｎ％］＋１６［Ｃｒ％］＋４２［Ａｌ％］）０．５
【００４６】
ｆｎ１は、高周波焼入れ用鋼の熱伝導率に関する指標である。Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＡｌは、いずれも鋼の熱伝導率を低下する。ｆｎ１が５６以上であれば、高周波焼入れ用鋼の熱伝導率が十分に低くなり、具体的には３６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下になる。
【００４７】
［ｆｎ２について］
式（２）で定義されるｆｎ２は０．７０〜０．９５である。
ｆｎ２＝［Ｃ％］＋［Ｓｉ％］／７＋［Ｍｎ％］／５＋［Ｃｒ％］／９−５［Ｓ％］／７・・・（２）
式（２）中の［元素記号％］には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
【００４８】
ｆｎ２は、高周波焼入れ用鋼の被削性及び疲労強度に関する指標である。Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、及びＳは、いずれも熱間鍛造後の鋼の硬さに関わる元素である。ｆｎ２が０．９５以下であれば、高周波焼入れ用鋼の硬さは十分低くなり、良好な被削性が得られる。一方、高周波焼入れ用鋼の硬さが低すぎると、良好な疲労強度を得ることができない為、ｆｎの下限は、０．７０以上である。
【００４９】
［ｆｎ３について］
式（３）で定義されるｆｎ３は１４以上である。
ｆｎ３＝［Ｍｎ％］／［Ｓ％］・・・（３）
式（３）中の［元素記号％］には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
【００５０】
ｆｎ３は、硫化物系介在物の抑制に関する指標である。ＭｎとＳとは、ＭｎＳを形成する。粗大なＭｎＳが生成されると、鋼の疲労強度が低下する。その為、高い疲労強度を確保する為には、粗大なＭｎＳの生成を抑制する必要がある。粗大なＭｎＳを少なくする為には、ＭｎとＳとの個々の含有量だけではなく、ＭｎとＳとの含有量のバランスも適正化する必要がある。ｆｎ３が１４未満である場合には、Ｓの含有量が過剰となって粗大なＭｎＳが生成され、鋼の疲労強度が低下する。
【００５１】
本発明による高周波焼入れ用鋼では、上述のｆｎ１が５６以上であり、かつ、ｆｎ２が０．７０〜０．９５であり、かつ、ｆｎ３が１４以上である。そのため、本発明による高周波焼入れ用鋼は、低い熱伝導率、熱間鍛造後の良好な被削性、及び高周波焼入れ後の高い疲労強度を有する。
【００５２】
［製造方法］
本発明による高周波焼入れ用鋼の製造方法について説明する。ここでは、一例として高周波焼入れ用鋼を用いたクランクシャフトの製造方法を説明する。
【００５３】
上記化学組成の溶鋼を製造する。溶鋼を連続鋳造法により鋳片にする。溶鋼を造塊法によりインゴット（鋼塊）にしてもよい。鋳片又はインゴットを熱間加工して、鋼片又は棒鋼にしてもよい。
【００５４】
次に、鋳片、インゴット、鋼片又は棒鋼を熱間鍛造してクランクシャフトの粗形状の中間品を製造する。製造された中間品を大気中で放冷する。中間品に対して、高周波焼入れを実施する。高周波焼入れ後の中間品に対して、焼戻しを実施する。なお、焼戻しは省略されてもよい。高周波焼入れ後（及び焼戻し後）の中間品を、機械加工により所定の形状に研削する。以上の工程により、クランクシャフトが製造される。
【実施例】
【００５５】
種々の化学組成を有する高周波焼入れ用鋼を製造した。各高周波焼入れ用鋼を熱間鍛造して棒鋼を作製し、被削性評価、疲労強度評価、熱伝導率評価、及び脱炭の評価を行った。
【００５６】
［試料作製］
表１に示す化学組成を有する鋼１〜２１を７０トン転炉で溶製し、連続鋳造を行い、さらに断面の寸法が１８０ｍｍ×１８０ｍｍの鋼片に分塊圧延した。各鋼片を加熱温度１２００℃、仕上温度１０００〜１０５０℃の条件で直径９０ｍｍの棒鋼に鍛伸した。鍛伸後の棒鋼を大気中で放冷して室温まで冷却した。
【表１】
2014025104.tif 000003
【００５７】
表１中の各元素（Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、及びＭｏ）には、各鋼の化学組成中の対応する元素の含有量（質量％）が記載されている。各鋼の化学組成の上記元素以外の残部は、Ｆｅ及びＰ以外の不純物である。表１中の「−」は、対応する元素の含有量が不純物であったことを示す。鋼１７は、Ｃａを添加した。「ｆｎ１」欄には、式（１）で定義されるｆｎ１の値が記載されている。「ｆｎ２」欄には、式（２）で定義されるｆｎ２の値が記載されている。「ｆｎ３」欄には、式（３）で定義されるｆｎ３の値が記載されている。
【００５８】
表１を参照して、鋼１〜８の化学組成は本発明の範囲内であった。鋼９〜２１の化学組成は、本発明の範囲から外れていた。
【００５９】
［被削性評価］
上記で作製した直径９０ｍｍの棒鋼を、直径８５ｍｍにピーリング加工した。ピーリング加工された棒鋼を、コーティング処理されていないＰ種超硬工具を用いて、切削速度：１６０ｍ／ｍｉｎ、送り速度：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、切込み：２．０ｍｍ、及び潤滑油無しの条件で旋削加工を実施した。上記の条件で３０分間旋削加工を行い、工具のフランク摩耗量（ｍｍ）を調査した。
【００６０】
［疲労強度評価］
上記で作製した直径９０ｍｍの棒鋼のＲ／２部より、図２に示す小野式回転曲げ疲労試験片を切出した。Ｒ／２部とは、丸棒の横断面（円形状）の中心と外周との間を２等分する部分である。図２を参照して、小野式回転曲げ疲労強度試験片は、横断面が円形状であり、中央部に環状溝を含む直径１０ｍｍの平行部を有していた。環状溝は、図２に示すように、縦断面が円弧形状であった。小野式回転曲げ疲労強度試験片の平行部の円周面に対して、周波数４０ｋＨｚ、電圧６ｋＶ、加熱時間３．０秒、及び冷却時間５．０秒（水溶性熱処理油使用）の条件で高周波焼入れを実施した。高周波焼入れを実施した小野式回転曲げ疲労強度試験片を、１５０℃で１時間加熱し、大気放冷して焼戻しを実施した。焼戻しを実施した小野式回転曲げ疲労強度試験片の平行部に仕上げ研磨を実施して、表面粗さを調整した。具体的には、仕上げ研磨により、溝底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。仕上げ研磨を実施した小野式回転曲げ疲労強度試験片を用いて、室温、大気雰囲気にて、回転数３０００ｒｐｍの両振りの条件で疲労試験を行い、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。
【００６１】
［熱伝導率評価］
上記で作製した直径９０ｍｍの棒鋼のＲ／２部より、図３に示す円板状の熱伝導率試験片を採取した。図３に示すように、熱伝導率試験片は、直径が１０ｍｍ、厚さが１ｍｍであった。ＪＩＳ  Ｈ  ７８０１（２００５）に規定されるレーザフラッシュ法により、常温（２５℃）で各熱伝導率試験片の熱伝導率（Ｗ／（ｍ・Ｋ））を測定した。
【００６２】
［脱炭の評価］
上記で作製した棒鋼を圧延方向に垂直に切断し、鋼材の表層を含む幅１５ｍｍ、深さ１０ｍｍの範囲が被検面になるように樹脂に埋め込み、鏡面研磨して組織を現出させた。その後、１００倍の倍率で光学顕微鏡を用いて被検面の外周について、ＪＩＳ  Ｇ  ０５５８（２０１１）に規定される鋼の脱炭層深さ測定方法により、全脱炭層深さ（ＤＭ−Ｔ（ｍｍ））を、９０°ピッチで４箇所測定した。
【００６３】
［試験結果］
各試験結果を表２に示す。
【表２】
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【００６４】
表２中の「熱伝導率」欄には、熱伝導率評価によって測定された熱伝導率（Ｗ／（ｍ・Ｋ））が記載されている。「被削性」欄には、被削性試験によって調査された、３０分間旋削加工後の工具のフランク摩耗量（ｍｍ）が記載されている。「疲労強度」欄には、疲労強度評価によって得られた疲労強度（ＭＰａ）が記載されている。「脱炭層深さ」欄には、脱炭の評価で測定された４箇所の全脱炭層深さの平均値（ｍｍ）が記載されている。
【００６５】
本実施例では、熱伝導率：３６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、被削性（３０分間旋削加工後の工具のフランク摩耗量）：０．３０ｍｍ以下、疲労強度：６５０ＭＰａ以上、及び脱炭層深さの平均値（ｍｍ）：０．９０ｍｍ以下を目標とした。
【００６６】
表１を参照して、鋼１〜８の化学組成は本発明の範囲内であった。表２を参照して、鋼１〜８は、熱伝導率、被削性、疲労強度、及び脱炭層深さの平均値が目標値を満足した。
【００６７】
鋼９は、Ｃ含有量が低かった。その為、疲労強度が目標値を満たさなかった。
【００６８】
鋼１０は、Ｃ含有量が高かった。その為、被削性が目標値を満たさなかった。
【００６９】
鋼１１は、Ｓｉ含有量が高かった。その為、脱炭層深さの平均値が目標値を満たさなかった。
【００７０】
鋼１２は、Ｍｎ含有量が低かった。その為、疲労強度が目標値を満たさなかった。
【００７１】
鋼１３は、Ｍｎ含有量が高かった。その為、被削性が目標値を満たさなかった。
【００７２】
鋼１４は、Ｓ含有量が低かった。その為、被削性が目標値を満たさなかった。
【００７３】
鋼１５は、Ｃｒ含有量が高かった。その為、被削性が目標値を満たさなかった。
【００７４】
鋼１６は、Ｎ含有量が低かった。その為、疲労強度が目標値を満たさなかった。
【００７５】
鋼１７は、Ｃａを含有した。その為、疲労強度が目標値を満たさなかった。
【００７６】
鋼１８は、各元素のそれぞれの含有量は本発明の範囲内であった。しかし、式（１）で定義されるｆｎ１が低かった。其の為、熱伝導率が目標値を満たさなかった。
【００７７】
鋼１９は、各元素のそれぞれの含有量は本発明の範囲内であった。しかし、式（２）で定義されるｆｎ２が高かった。その為、被削性が目標値を満たさなかった。
【００７８】
鋼２０は、各元素のそれぞれの含有量は本発明の範囲内であった。しかし、式（３）で定義されるｆｎ３が低かった。その為、疲労強度が目標値を満たさなかった。
【００７９】
鋼２１は、各元素のそれぞれの含有量は本発明の範囲内であった。しかし、式（２）で定義されるｆｎ２が低かった。その為、疲労強度が目標値を満たさなかった。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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