(57)【要約】  被削性に優れ、かつ、高周波焼入れを施して高周波焼入れ部品とした場合に、高い面疲労強度、高サイクル曲げ疲労強度、及び、低サイクル曲げ疲労強度が得られる鋼材を提供する。本開示の鋼材は、化学組成が質量％で、Ｃ：０．４０〜０．７０％、Ｓｉ：０．１５〜２．１０％、Ｍｎ：０．３０〜１．１５％、Ｃｒ：０．０１〜０．５０％未満、Ｓ：０．００５〜０．０７０％、Ｎ：０．００２０〜０．０２００％、Ｔｉ：０．００８０〜０．２０００％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％、Ａｌ：０．００５〜０．１００％、及び、Ｐ：０．０５０％未満を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、明細書に記載の式（１）〜式（５）を満たし、フェライト面積率は４０％以下であり、マルテンサイト面積率が１０％以下である。
2020153361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．４０〜０．７０％、
Ｓｉ：０．１５〜２．１０％、
Ｍｎ：０．３０〜１．１５％、
Ｃｒ：０．０１〜０．５０％未満、
Ｓ：０．００５〜０．０７０％、
Ｎ：０．００２０〜０．０２００％、
Ｔｉ：０．００８０〜０．２０００％、
Ｂ：０．０００５〜０．００５０％、
Ａｌ：０．００５〜０．１００％、及び、
Ｐ：０．０５０％未満、を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１）〜式（５）を満たし、
フェライト面積率が４０％以下であり、マルテンサイト面積率が１０％以下である、
鋼材。
２９０Ｃ＋５０Ｓｉ＋４３０≧６３１．０  （１）
Ｃ＋（１／７）Ｓｉ＋（１／５）Ｍｎ＋（１／９）Ｃｒ＋Ｖ＋（１／２５）Ｍｏ≦０．９００  （２）
（１＋０．７Ｓｉ）×（１＋３．３３３３Ｍｎ）×（１＋２．１６Ｃｒ）×（１＋３．００Ｍｏ）×（１＋１．７３Ｖ）×（１＋０．３６５Ｃｕ）×（１＋０．３６３Ｎｉ）×（２．６１６−１．６Ｃ）≧５．８０  （３）
Ｔｉ−４×Ｎ≧０  （４）
９．７Ｍｎθ＋３２．４Ｃｒθ≦２５．９  （５）
ここで、式（１）〜式（４）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入され、対応する元素が含有されていない場合、元素記号には「０」が代入され、式（５）中のＭｎθにはセメンタイト中のＭｎの濃度（質量％）が代入され、式（５）中のＣｒθにはセメンタイト中のＣｒの濃度（質量％）が代入される。
【請求項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、
Ｍｏ：１．００％以下、
Ｎｉ：１．００％以下、及び、
Ｃｕ：１．００％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。
【請求項３】
請求項１又は請求項２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、
Ｃａ：０．００５０％以下、
Ｍｇ：０．００５０％以下、
Ｔｅ：０．２０％以下、及び、
希土類元素：０．００５０％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。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項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、
Ｚｒ：０．００５０％以下、
Ｎｂ：０．２０％以下、及び、
Ｖ：０．３５％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。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項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、
Ｓｂ：０．０１５％以下、を含有する、
鋼材。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項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、
Ｐｂ：０．０９％以下、を含有する、
鋼材。
【請求項７】
焼入れ硬化層と、
前記焼入れ硬化層よりも内部の芯部と、
を備え、
前記焼入れ硬化層は、
マルテンサイト面積率が９０％以上であり、
前記芯部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．４０〜０．７０％、
Ｓｉ：０．１５〜２．１０％、
Ｍｎ：０．３０〜１．１５％、
Ｃｒ：０．０１〜０．５０％未満、
Ｓ：０．００５〜０．０７０％、
Ｎ：０．００２０〜０．０２００％、
Ｔｉ：０．００８０〜０．２０００％、
Ｂ：０．０００５〜０．００５０％、
Ａｌ：０．００５〜０．１００％、及び、
Ｐ：０．０５０％未満、を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１）〜式（５）を満たし、
フェライト面積率が４０％以下であり、マルテンサイト面積率が１０％以下である、
部品。
２９０Ｃ＋５０Ｓｉ＋４３０≧６３１．０  （１）
Ｃ＋（１／７）Ｓｉ＋（１／５）Ｍｎ＋（１／９）Ｃｒ＋Ｖ＋（１／２５）Ｍｏ≦０．９００  （２）
（１＋０．７Ｓｉ）×（１＋３．３３３３Ｍｎ）×（１＋２．１６Ｃｒ）×（１＋３．００Ｍｏ）×（１＋１．７３Ｖ）×（１＋０．３６５Ｃｕ）×（１＋０．３６３Ｎｉ）×（２．６１６−１．６Ｃ）≧５．８０  （３）
Ｔｉ−４×Ｎ≧０  （４）
９．７Ｍｎθ＋３２．４Ｃｒθ≦２５．９  （５）
ここで、式（１）〜式（４）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入され、式（５）中のＭｎθにはセメンタイト中のＭｎの濃度（質量％）が代入され、式（５）中のＣｒθにはセメンタイト中のＣｒの濃度（質量％）が代入される。
【請求項８】
請求項７に記載の部品であって、
前記化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、
Ｍｏ：１．００％以下、
Ｎｉ：１．００％以下、及び、
Ｃｕ：１．００％以下、からなる群から選択される１種以上を含有する、
部品。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載の部品であって、
前記化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、
Ｃａ：０．００５０％以下、
Ｍｇ：０．００５０％以下、
Ｔｅ：０．２０％以下、及び、
希土類元素：０．００５０％以下、からなる群から選択される１種以上を含有する、
部品。
【請求項１０】
請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載の高周波焼入れ部品であって、
前記化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、
Ｚｒ：０．００５０％以下、
Ｎｂ：０．２０％以下、及び、
Ｖ：０．３５％以下、からなる群から選択される１種以上を含有する、
部品。
【請求項１１】
請求項７〜請求項１０のいずれか１項に記載の部品であって、
前記化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、
Ｓｂ：０．０１５％以下、を含有する、
部品。
【請求項１２】
請求項７〜請求項１１のいずれか１項に記載の部品であって、
前記化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、
Ｐｂ：０．０９％以下、を含有する、
部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、鋼材及び部品に関し、さらに詳しくは、高周波焼入れ部品の素材となる鋼材、及び、その鋼材を高周波焼入れした部品に関する。本明細書において、高周波焼入れが施された部品を「高周波焼入れ部品」と称する。なお、高周波焼入れ部品は、必ずしも部品全体が高周波焼入れ処理されている必要はなく、一部のみ高周波焼入れ処理された部品も含む。つまり、本明細書では、高周波焼入れされた部分（以下、焼入れ部という）と、高周波焼入れされていない部分（以下、未焼入れ部という）とを含む部品も、「高周波焼入れ部品」と定義する。なお、部品全体が高周波焼入れされている場合も、当然に高周波焼入れ部品に該当する。
【背景技術】
【０００２】
ディファレンシャルギアに代表される動力伝達部品として用いられる部品には、面疲労強度の向上及び曲げ疲労強度の向上が求められる。面疲労強度及び曲げ疲労強度の向上を目的として、表面硬化処理が施された部品が用いられる場合がある。【０００３】
代表的な表面硬化処理として、浸炭処理及び高周波焼入れ処理がある。浸炭処理は、鋼材の表層を高炭素化することにより、鋼材の表面を硬化する。浸炭処理は主として、歯車、ＣＶＴ（無段変速機）部品、及びＣＶＪ（等速ジョイント）部品に適用される。浸炭処理は、ガス雰囲気中でのバッチ処理が主流であり、９３０℃近傍で数時間以上、加熱保持する。そのため、浸炭処理では、多くのエネルギーとコストとが費やされる。また、浸炭処理のインライン化は困難である。浸炭処理ではさらに、大型の部品の浸炭効率が低い。【０００４】
一方、高周波焼入れ処理は、鋼材のうち、必要な部位のみ硬化させることができる。そのため、表面硬化処理時間の短縮及びエネルギーの低減が可能であり、環境のクリーン化にも非常に有利である。そのため、動力伝達部品に用いられる部品には、高周波焼入れが実施される場合が多い。以下、高周波焼入れされた部品を、高周波焼入れ部品という。【０００５】
高周波焼入れ部品は、高周波焼入れが実施される前に、切削等の機械加工が実施される場合が多い。そのため、高周波焼入れ部品の素材となる鋼材では、高い被削性が要求される。【０００６】
特許文献１（特開２００７―１３１８７１号公報）、特許文献２（特開２００７−３３２４４０号公報）及び特許文献３（特開２００４―１５６０７１号公報）は、高周波焼入れ部品の素材となる鋼材、及び、高周波焼入れ部品を開示する。【０００７】
特許文献１に開示された鋼材は、質量％で、Ｃ：０．３５〜０．６５％、Ｓｉ：０．５０％以下、Ｍｎ：０．６５〜２．００％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．００３〜０．０８０％、Ｍｏ：０．０５〜０．５０％、Ａｌ：０．１０％以下、Ｎ：０．００７０％以下、及び、Ｏ（酸素）：０．００２０％以下を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、さらに、マルテンサイト面積分率が７０％以上である。以上の構成を有する鋼材では、高周波焼入れ性が高まり、高周波焼入れ部品の静的強度及び疲労強度を高めることができる、と特許文献１には記載されている。【０００８】
特許文献２に開示された鋼材は、質量％で、Ｃ：０．３５〜０．６％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．２〜１．８％、Ｓ：０．００１〜０．１５％、Ａｌ：０．００１〜０．０５％、Ｎ：０．００２〜０．０２０％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｏ：０．００２５％以下を含有し、さらに、Ｃｒ：１．８％以下、Ｍｏ：１．５％以下、Ｎｉ：３．５％以下、Ｂ：０．００６％以下、Ｖ：０．５％以下、Ｎｂ：０．０４％以下、Ｔｉ：０．２％以下、の１種又は２種以上を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物からなり、高周波焼入れ処理後において硬化層硬さがＨＶ５５０以上であり、芯部のフェライト面積率が５０％以下であり、指標Ａが−１１以上である。ここで、指標Ａ＝Ｍｏ＋０．２２７Ｎｉ＋１９０Ｂ−７．１８Ｃ−０．０８７Ｓｉ−１７．２Ｐ−２．７４Ｖ−０．００９５５Ｈｓ＋０．０３４４Ｎγ、であり、式中のＨｓは表面硬さであり、Ｎγは高周波焼入れ硬化層の旧オーステナイト結晶粒度である。以上の構成を有する鋼材は、指標Ａを−１１以上とすることにより、高周波焼入れ硬化層が脆性破壊するのが抑制され、高周波焼入れ部品の低サイクル疲労特性が高まる、と特許文献２には記載されている。【０００９】
特許文献３の高周波焼入れ用成形部品は、質量％で、Ｃ：０．５〜０．７％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．２〜１．５％、Ｃｒ：０〜１．５％、Ｖ：０〜０．１０％、Ｓ：０．００２〜０．０５％、Ａｌ：０．０１〜０．０４％、Ｎ：０．００５〜０．０１２％を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、不純物中のＴｉが０．００３％以下、Ｏが０．００１５％以下、Ｐが０．０２０％以下である成形部品であって、表層領域において、初析フェライトの平均短径が８μｍ以下である。さらに、Ａ＝（ＭｎＭＩＮ／ＭｎＡＶＥ）（ＭｎＭＩＮ：表層領域におけるＭｎ濃度の下限値（質量％）、ＭｎＡＶＥ：Ｍｎ濃度の平均値（質量％））で表されるＡ値が０．８０以上である。さらに、アスペクト比が３以下で、かつ短径が１０μｍ以上であるＭｎＳ以外の介在物の個数が２個／ｍｍ２以下である。以上の構成を有する成形部品を高周波焼戻しして得られた軸受部品は転動疲労寿命に優れる、と特許文献３には記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７―１３１８７１号公報
【特許文献２】特開２００７−３３２４４０号公報
【特許文献３】特開２００４―１５６０７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１〜３に開示された高周波焼入れ部品であっても、十分に高い面疲労強度と十分に高い回転曲げ疲労強度とを両立しにくい場合がある。【００１２】
さらに、曲げ疲労強度は、高サイクル曲げ疲労強度と、低サイクル曲げ疲労強度とがある。本明細書において、高サイクル曲げ疲労強度は、応力負荷繰り返し回数が１×１０７回での破断強度を意味する。本明細書において、低サイクル曲げ疲労強度は、応力負荷繰り返し回数が１×１０４回での破断強度を意味する。動力伝達部品は、ディファレンシャルギアのうちのピニオンギア等に代表される、衝撃荷重が付加される部品に適用される場合がある。ピニオンギア等の動力伝達部品には、曲げ疲労強度のうち、高サイクル曲げ疲労強度と、低サイクル曲げ疲労強度との両方に優れることが要求される。特許文献１〜特許文献３では、高サイクル曲げ疲労強度を想定しているものの、低サイクル曲げ疲労強度について検討していない。【００１３】
本開示の目的は、被削性に優れ、かつ、高周波焼入れを施して高周波焼入れ部品とした場合に、高い面疲労強度、高サイクル曲げ疲労強度、及び、低サイクル曲げ疲労強度が得られる鋼材、及び、高周波焼入れ部品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本開示による鋼材は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．４０〜０．７０％、
Ｓｉ：０．１５〜２．１０％、
Ｍｎ：０．３０〜１．１５％、
Ｃｒ：０．０１〜０．５０％未満、
Ｓ：０．００５〜０．０７０％、
Ｎ：０．００２０〜０．０２００％、
Ｔｉ：０．００８０〜０．２０００％、
Ｂ：０．０００５〜０．００５０％、
Ａｌ：０．００５〜０．１００％、及び、
Ｐ：０．０５０％未満、を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１）〜式（５）を満たし、
フェライト面積率が４０％以下であり、マルテンサイト面積率が１０％以下である。
２９０Ｃ＋５０Ｓｉ＋４３０≧６３１．０  （１）
Ｃ＋（１／７）Ｓｉ＋（１／５）Ｍｎ＋（１／９）Ｃｒ＋Ｖ＋（１／２５）Ｍｏ≦０．９００  （２）
（１＋０．７Ｓｉ）×（１＋３．３３３３Ｍｎ）×（１＋２．１６Ｃｒ）×（１＋３．００Ｍｏ）×（１＋１．７３Ｖ）×（１＋０．３６５Ｃｕ）×（１＋０．３６３Ｎｉ）×（２．６１６−１．６Ｃ）≧５．８０  （３）
Ｔｉ−４×Ｎ≧０  （４）
９．７Ｍｎθ＋３２．４Ｃｒθ≦２５．９  （５）
ここで、式（１）〜式（４）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入され、対応する元素が含有されていない場合、元素記号には「０」が代入され、式（５）中のＭｎθにはセメンタイト中のＭｎの濃度（質量％）が代入され、式（５）中のＣｒθにはセメンタイト中のＣｒの濃度（質量％）が代入される。【００１５】
本開示による部品は、
焼入れ硬化層と、
前記焼入れ硬化層よりも内部の芯部と、
を備え、
前記焼入れ硬化層は、
マルテンサイト面積率が９０％以上であり、
前記芯部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．４０〜０．７０％、
Ｓｉ：０．１５〜２．１０％、
Ｍｎ：０．３０〜１．１５％、
Ｃｒ：０．０１〜０．５０％未満、
Ｓ：０．００５〜０．０７０％、
Ｎ：０．００２０〜０．０２００％、
Ｔｉ：０．００８０〜０．２０００％、
Ｂ：０．０００５〜０．００５０％、
Ａｌ：０．００５〜０．１００％、及び、
Ｐ：０．０５０％未満、を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１）〜式（５）を満たし、
フェライト面積率が４０％以下であり、マルテンサイト面積率が１０％以下である。
２９０Ｃ＋５０Ｓｉ＋４３０≧６３１．０  （１）
Ｃ＋（１／７）Ｓｉ＋（１／５）Ｍｎ＋（１／９）Ｃｒ＋Ｖ＋（１／２５）Ｍｏ≦０．９００  （２）
（１＋０．７Ｓｉ）×（１＋３．３３３３Ｍｎ）×（１＋２．１６Ｃｒ）×（１＋３．００Ｍｏ）×（１＋１．７３Ｖ）×（１＋０．３６５Ｃｕ）×（１＋０．３６３Ｎｉ）×（２．６１６−１．６Ｃ）≧５．８０  （３）
Ｔｉ−４×Ｎ≧０  （４）
９．７Ｍｎθ＋３２．４Ｃｒθ≦２５．９  （５）
ここで、式（１）〜式（４）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入され、式（５）中のＭｎθにはセメンタイト中のＭｎの濃度（質量％）が代入され、式（５）中のＣｒθにはセメンタイト中のＣｒの濃度（質量％）が代入される。
【発明の効果】
【００１６】
本開示の鋼材は、被削性に優れ、かつ、高周波焼入れを施して高周波焼入れ部品とした場合に、高い面疲労強度、高サイクル曲げ疲労強度、及び、低サイクル曲げ疲労強度が得られる。本開示の高周波焼入れ部品は、高い面疲労強度、高サイクル曲げ疲労強度、及び、低サイクル曲げ疲労強度を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施例で作製したローラーピッチング疲労試験用試験片の平面図である。
【図２】図２は、ローラーピッチング試験の模式図である。
【図３】図３は、実施例で作製した小野式回転曲げ疲労試験片の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
高周波焼入れ部品の面疲労強度及び曲げ疲労強度を高めるためには、高周波焼入れ部品の素材となる鋼材のＣ含有量を高めることが有効である。たとえば、Ｃ含有量が０．４０質量％以上であれば、高い面疲労強度及び曲げ疲労強度が得られる。しかしながら、鋼材のＣ含有量が高ければ、切削加工前の鋼材の硬さが高くなり、鋼材の被削性が低下する。
【００１９】
そこで、本発明者らは、鋼材のＣ含有量を０．４０％以上として、その鋼材を高周波焼入れして製造された高周波焼入れ部品の面疲労強度及び曲げ疲労強度を高めつつ、Ｃ含有量が０．４０％以上であっても被削性を高く維持できる鋼材について、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：０．４０〜０．７０％、Ｓｉ：０．１５〜２．１０％、Ｍｎ：０．３０〜１．１５％、Ｃｒ：０．０１〜０．５０％未満、Ｓ：０．００５〜０．０７０％、Ｎ：０．００２０〜０．０２００％、Ｔｉ：０．００８０〜０．２０００％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％、Ａｌ：０．００５〜０．１００％、及び、Ｐ：０．０５０％未満、Ｍｏ：０〜１．００％、Ｎｉ：０〜１．００％、Ｃｕ：０〜１．００％、Ｃａ：０〜０．００５０％、Ｍｇ：０〜０．００５０％、Ｔｅ：０〜０．２０％、Ｚｒ：０〜０．００５０％、希土類元素（ＲＥＭ）：０〜０．００５０％、Ｎｂ：０〜０．２０％、Ｖ：０〜０．３５％、Ｓｂ：０〜０．０１５％、及び、Ｐｂ：０〜０．０９％を含有し、残部はＦｅ及び不純物、からなる鋼材であれば、十分な被削性が得られ、かつ、その鋼材を素材として製造された高周波焼入れ部品において、優れた面疲労強度及び曲げ疲労強度が得られる可能性があると考えた。
【００２０】
しかしながら、鋼材を上述の化学組成とするだけでは、十分な被削性、高周波焼入れ部品とした場合の十分な面疲労強度、及び、十分な曲げ疲労強度が得られない場合があった。そこで、本発明者らは、十分な被削性が得られ、高周波焼入れ部品とした場合において、十分な面疲労強度及び十分な曲げ疲労強度が得られる鋼材についてさらに調査及び検討を行った。その結果、本発明者らは次の知見を得た。
【００２１】
（Ａ）高周波焼入れ部品の表面の硬さは、鋼中のＣ含有量及びＳｉ含有量と相関がある。さらに、高周波焼入れ部品の表面の硬さが高いほど、高周波焼入れ部品の面疲労強度が高まる。そこで、本発明者らは、鋼材中のＣ含有量及びＳｉ含有量と、その鋼材を素材とした高周波焼入れ部品の面疲労強度との関係について調査及び検討した。その結果、鋼材中のＣ含有量及びＳｉ含有量が式（１）を満たせば、その鋼材を素材とする高周波焼入れ部品の面疲労強度を高めることができることを見出した。
２９０Ｃ＋５０Ｓｉ＋４３０≧６３１．０  （１）
ここで、式（１）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
【００２２】
ＦＮ１＝２９０Ｃ＋５０Ｓｉ＋４３０と定義する。ＦＮ１は、鋼材を高周波焼入れした後に３００℃で焼き戻しして製造される高周波焼入れ部品の表層に形成された焼入れ硬化層のビッカース硬さに相当する。以降の説明では、鋼材を高周波焼入れした後に３００℃で焼き戻しして製造される高周波焼入れ部品の表層に形成された焼入れ硬化層のビッカース硬さを、「３００℃焼戻し硬さ」と称する。
【００２３】
ローラーピッチング疲労試験で得られる高周波焼入れ部品の面疲労強度は、３００℃焼戻し硬さと正の相関があることが一般に知られている。本発明者らは、ローラーピッチング疲労試験で得られた面疲労強度と、３００℃焼戻し硬さとの関係とを調査した。その結果、３００℃焼戻し硬さが６３１．０Ｈｖ以上の場合に、高周波焼入れ部品において、十分に高い面疲労強度が得られることが判明した。したがって、ＦＮ１は６３１．０以上とする。この場合、その鋼材を素材とした高周波焼入れ部品において、十分に高い面疲労強度が得られる。なお、ＦＮ１が６３１．０未満である場合、高周波焼入れ部品の面疲労強度が低く、ピッチングが発生する場合がある。
【００２４】
（Ｂ）高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層において、不完全焼入れ組織が過剰に存在する場合、焼入れ硬化層において局所的に硬さが低い部分が存在してしまう。この場合、焼入れ硬化層が完全な焼入れ組織である状態（つまり、不完全焼入れ組織が存在していない状態）と比較して、高周波焼入れ部品の面疲労強度及び曲げ疲労強度が低下する。したがって、高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層において、不完全焼入れ組織をなるべく抑制することが望ましい。
【００２５】
不完全焼入れ組織を抑制するため、高周波焼入れ部品の素材となる鋼材の化学組成のうち、焼入れ性の向上に寄与するＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＣの含有量を適正な範囲に調整することが有効である。具体的には、化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であって、式（１）を満たし、さらに、次の式（３）を満たせば、高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層での不完全焼入れ組織を抑制でき、高周波焼入れ部品の面疲労強度及び曲げ疲労強度を高めることができる。
（１＋０．７Ｓｉ）×（１＋３．３３３３Ｍｎ）×（１＋２．１６Ｃｒ）×（１＋３．００Ｍｏ）×（１＋１．７３Ｖ）×（１＋０．３６５Ｃｕ）×（１＋０．３６３Ｎｉ）×（２．６１６−１．６Ｃ）≧５．８０  （３）
ここで、式（３）中の各元素記号には、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、式中の元素記号には「０」が代入される。
【００２６】
ＦＮ３＝（１＋０．７Ｓｉ）×（１＋３．３３３３Ｍｎ）×（１＋２．１６Ｃｒ）×（１＋３．００Ｍｏ）×（１＋１．７３Ｖ）×（１＋０．３６５Ｃｕ）×（１＋０．３６３Ｎｉ）×（２．６１６−１．６Ｃ）と定義する。ＦＮ３は、鋼材の焼入れ性の指標である。ＦＮ３が大きいほど、鋼材の焼入れ性が高まる。
【００２７】
本発明者らは、化学組成の各元素含有量が上述の範囲内であって、式（１）、式（２）、式（４）及び式（５）を満たす鋼材において、ＦＮ３と、高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層での不完全焼入れ組織との関係を調査した。その結果、ＦＮ３が５．８０以上であれば、不完全焼入れ組織の生成を十分に抑制できることが判明した。したがって、つまり、ＦＮ３を５．８０以上とする。ＦＮ３が５．８０以上であれば、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）、式（２）、式（４）及び式（５）を満たすことを前提として、高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層での不完全焼入れ組織の生成を十分に抑制できる。その結果、鋼材に対して高周波焼入れを実施して高周波焼入れ部品を製造した場合、高周波焼入れ部品の面疲労強度及び曲げ疲労強度を十分に高めることができる。
【００２８】
（Ｃ）鋼材の化学組成中の各元素含有量を上述の範囲とし、かつ、式（１）及び式（３）を満たした場合であっても、依然として、高周波焼入れ部品の面疲労強度及び曲げ疲労強度が低下する場合がある。そこで、本発明者らはさらなる検討を行った。具体的には、本発明者らは、十分な面疲労強度及び曲げ疲労強度が得られなかった高周波焼入れ部品を調査した。その結果、十分な面疲労強度及び曲げ疲労強度が得られなかった高周波焼入れ部品では、高周波焼入れ部品の表層に形成された焼入れ硬化層において、硬さのばらつきが生じていることが判明した。つまり、焼入れ硬化層の硬さにばらつきが生じていた。焼入れ硬化層に硬さのばらつきがあれば、硬さが低い部位を起点として割れが発生しやすくなる。この場合、高周波焼入れ部品の面疲労強度及び曲げ疲労強度が低下する。
【００２９】
以上の知見に基づいて、本発明者らは、高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層での硬さのばらつきが生じている部分のミクロ組織観察を実施した。その結果、焼入れ硬化層のうち、硬さが高い部分では、高周波焼入れ時にセメンタイトが十分に溶けておらず、セメンタイトが溶け残っていることが判明した。そこで、本発明者らはさらに、溶け残っているセメンタイトの化学組成を調査した。その結果、焼入れ硬化層で溶け残っているセメンタイトでは、Ｍｎ濃度及びＣｒ濃度が高いことが判明した。
【００３０】
本発明者らがさらに調査した結果、化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内の鋼材において、セメンタイト中のＭｎ濃度及びＣｒ濃度が高い場合、セメンタイトを完全に固溶するのに必要な温度が高まることが判明した。
【００３１】
以上の検討結果から、本発明者らは、高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層の硬さばらつきは、次の要因により引き起こされると考えた。高周波焼入れではなく浸炭処理の場合、熱処理炉を利用する。熱処理炉で鋼材を加熱する場合、鋼材を高温で長時間加熱する。そのため、鋼材の化学組成は平衡状態となり、セメンタイトを十分に固溶できる。一方、高周波焼入れでは、高周波加熱装置により、短時間で鋼材を加熱する。そのため、高周波加熱装置は、熱処理炉と比較して、鋼材の化学組成が平衡状態になる前に、加熱が終了する。つまり、高周波加熱中の鋼材の化学組成は、非平衡な状態である。そのため、高周波加熱後の鋼材中にセメンタイトが一部溶け残り、その結果、固溶Ｃ量がばらつく、その結果、高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層において、硬さのばらつきが生じる。
【００３２】
高周波加熱中の固溶Ｃ量には、鋼材中のセメンタイトの溶体化温度が影響する。セメンタイト中のＭｎ及びＣｒは、セメンタイトの溶体化温度を高める。セメンタイトがＭｎ及びＣｒを含有していれば、高周波加熱後にもセメンタイトが溶け残りやすくなる。その結果、高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層の硬さがばらつきやすくなり、面疲労強度及び曲げ疲労強度が低下する。
【００３３】
以上の検討結果から、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、セメンタイト中のＭｎ濃度及びＣｒ濃度を適切な範囲内に抑えることで、高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層の硬さばらつきを抑制できると考えた。そこで、本発明者らは、鋼材中のセメンタイト中のＭｎ濃度及びＣｒ濃度と、高周波焼入れ部品の面疲労強度及び曲げ疲労強度との関係について、調査及び検討を行った。その結果、鋼材中のセメンタイト中のＭｎ濃度及びＣｒ濃度が式（５）を満たせば、鋼材の化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であり、式（１）〜式（４）を満たすことを前提として、その鋼材に対して高周波焼入れを実施して高周波焼入れ部品を製造した場合、高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層の表面の硬さのばらつきを抑制でき、その結果、高周波焼入れ部品の面疲労強度及び曲げ疲労強度を高めることができることを見出した。
９．７Ｍｎθ＋３２．４Ｃｒθ≦２５．９  （５）
ここで、式（５）中のＭｎθにはセメンタイト中のＭｎの濃度（質量％）が代入され、式（５）中のＣｒθにはセメンタイト中のＣｒの濃度（質量％）が代入される。
【００３４】
ＦＮ５＝９．７Ｍｎθ＋３２．４Ｃｒθと定義する。ＦＮ５は、鋼材中のセメンタイトの溶体化温度の指標である。ＦＮ５が大きいほど、鋼材中のセメンタイトの溶体化温度が高まる。そのため、鋼材に対して高周波焼入れを実施した場合、セメンタイトが溶け残りやすくなり、高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層の表面の硬さがばらつきやすくなる。そこで、本実施形態では、ＦＮ５を２５．９以下とする。この場合、鋼材中のセメンタイトの溶体化温度が十分に低く、その結果、高周波焼入れにおいて、鋼材中のセメンタイトが十分に固溶する。そのため、高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層の表面の硬さのばらつきが抑えられ、高周波焼入れ部品の面疲労強度及び曲げ疲労強度が高まる。
【００３５】
（Ｄ）高周波加熱での鋼材中の固溶Ｃ量には、鋼材中のフェライト面積率が影響する。高周波焼入れでは、上述のとおり、熱処理炉を用いた浸炭処理等よりも、加熱時間が短い。そのため、鋼材を加熱中のＣの拡散時間も短くなる。この場合、セメンタイト等の炭化物が固溶する時間も短くなる。その結果、鋼材中のフェライト面積率が高くなりやすい。鋼材中のフェライト面積率が高すぎると、高周波焼入れ後の組織にフェライトが過剰に残存してしまう。フェライト面積率が高すぎればさらに、低炭素マルテンサイトが生成する。フェライトが残存したり、低炭素マルテンサイトが生成したりすれば、高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層の表面において、硬さがばらつく。
【００３６】
そこで、本発明者らはさらに、化学組成の各元素含有量が上述の範囲内である鋼材中のフェライト面積率と、その鋼材を高周波焼入れして製造した高周波焼入れ部品の面疲労強度及び曲げ疲労強度との関係について調査した。その結果、鋼材中のフェライト面積率が４０％以下であれば、化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であり、式（１）〜式（５）を満たすことを前提として、その鋼材を高周波焼入れして製造される高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層の表面の硬さのばらつきを抑制でき、高周波焼入れ部品の面疲労強度及び曲げ疲労強度が高まることを見出した。
【００３７】
化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であって、式（１）〜式（５）を満たす鋼材であっても、鋼材中のフェライト面積率が４０％を超えれば、高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層にフェライトが残存したり、低炭素マルテンサイトが生成したりする。この場合、高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層の表面の硬さがばらつき易くなり、高周波焼入れ部品の面疲労強度及び曲げ疲労強度が低下する。
【００３８】
（Ｅ）鋼材の硬さを高めれば、その鋼材を高周波焼入れして製造される高周波焼入れ部品の面疲労強度及び曲げ疲労強度は高まる。しかしながら、鋼材の被削性が低下する。
【００３９】
鋼材の硬さにはＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ及びＭｏの含有量が影響する。そして、鋼材の硬さがある程度高くなれば、鋼材の被削性が顕著に低下する。したがって、鋼材の被削性を十分に維持するためには、鋼材の硬さを適正な範囲に調整することが有効である。本実施形態の鋼材では、次の式（２）を満たせば、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）、式（３）〜式（５）を満たし、かつ、フェライト面積率が４０％以下であり、マルテンサイト面積率が１０％以下であることを前提として、その鋼材を高周波焼入れして製造された高周波焼入れ部品の面疲労強度及び曲げ疲労強度を十分に高めつつ、鋼材においても、十分な被削性が得られる。
Ｃ＋（１／７）Ｓｉ＋（１／５）Ｍｎ＋（１／９）Ｃｒ＋Ｖ＋（１／２５）Ｍｏ≦０．９００  （２）
ここで、式（２）中の各元素記号には、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、元素記号には「０」が代入される。
【００４０】
ＦＮ２＝Ｃ＋（１／７）Ｓｉ＋（１／５）Ｍｎ＋（１／９）Ｃｒ＋Ｖ＋（１／２５）Ｍｏと定義する。ＦＮ２は、鋼材の硬さの指標である。ＦＮ２が０．９００以下であれば、鋼材の化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であり、式（１）、式（３）〜式（５）を満たし、鋼材中のフェライト面積率が４０％以下であり、マルテンサイト面積率が１０％以下であることを前提として、その鋼材を高周波焼入れして製造された高周波焼入れ部品の面疲労強度及び曲げ疲労強度を十分に高めつつ、鋼材においても、十分な被削性が得られる。
【００４１】
（Ｆ）上述のとおり、高周波焼入れ部品のうち、ピニオンギア等の動力伝達部品として利用される高周波焼入れ部品では、曲げ疲労強度のうち、高サイクル曲げ疲労強度と、低サイクル曲げ疲労強度との両方に優れることが望ましい。
【００４２】
ボロン（Ｂ）は上述の化学組成を有する鋼材において、粒界に偏析して粒界強度を高める。高周波焼入れ部品を使用中に高周波焼入れ部品に発生するき裂のほとんどは、粒界から伸展する。したがって、Ｂにより粒界強度を高めれば、粒界でのき裂の伸展を抑制できる。その結果、高周波焼入れ部品において、特に、低サイクル疲労強度を高めることができる。
【００４３】
しかしながら、Ｂは鋼材中の窒素（Ｎ）と結合しやすい。鋼材中にＮが存在する場合、ＢはＮと結合して、ＢＮを生成する。ＢＮは粒界強化に寄与しない。そこで、鋼材中のＢがＮと結合するのを抑制できる方が望ましい。そこで、本実施形態の鋼材ではさらに、式（４）を満たす。
Ｔｉ−４×Ｎ≧０  （４）
ここで、式（４）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
【００４４】
ＦＮ４＝Ｔｉ−４×Ｎと定義する。ＦＮ４は、Ｂによる粒界強化の指標である。ＦＮ４が０以上である場合、化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であり、式（１）〜式（３）及び式（５）を満たし、鋼材中のフェライト面積率が４０％以下であることを前提として、その鋼材を高周波焼入れして製造された高周波焼入れ部品の面疲労強度及び高サイクル曲げ疲労強度を十分に高めつつ、低サイクルの曲げ疲労強度も十分に高まり、かつ、鋼材において十分な被削性が得られる。
【００４５】
以上の知見により完成した本実施形態の鋼材は、次の構成を有する。
【００４６】
［１］
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．４０〜０．７０％、
Ｓｉ：０．１５〜２．１０％、
Ｍｎ：０．３０〜１．１５％、
Ｃｒ：０．０１〜０．５０％未満、
Ｓ：０．００５〜０．０７０％、
Ｎ：０．００２０〜０．０２００％、
Ｔｉ：０．００８０〜０．２０００％、
Ｂ：０．０００５〜０．００５０％、
Ａｌ：０．００５〜０．１００％、及び、
Ｐ：０．０５０％未満、を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１）〜式（５）を満たし、
フェライト面積率が４０％以下であり、マルテンサイト面積率が１０％以下である、
鋼材。
２９０Ｃ＋５０Ｓｉ＋４３０≧６３１．０  （１）
Ｃ＋（１／７）Ｓｉ＋（１／５）Ｍｎ＋（１／９）Ｃｒ＋Ｖ＋（１／２５）Ｍｏ≦０．９００  （２）
（１＋０．７Ｓｉ）×（１＋３．３３３３Ｍｎ）×（１＋２．１６Ｃｒ）×（１＋３．００Ｍｏ）×（１＋１．７３Ｖ）×（１＋０．３６５Ｃｕ）×（１＋０．３６３Ｎｉ）×（２．６１６−１．６Ｃ）≧５．８０  （３）
Ｔｉ−４×Ｎ≧０  （４）
９．７Ｍｎθ＋３２．４Ｃｒθ≦２５．９  （５）
ここで、式（１）〜式（４）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入され、対応する元素が含有されていない場合、元素記号には「０」が代入され、式（５）中のＭｎθにはセメンタイト中のＭｎの濃度（質量％）が代入され、式（５）中のＣｒθにはセメンタイト中のＣｒの濃度（質量％）が代入される。
【００４７】
［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、
Ｍｏ：１．００％以下、
Ｎｉ：１．００％以下、及び、
Ｃｕ：１．００％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。
【００４８】
［３］
［１］又は［２］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、
Ｃａ：０．００５０％以下、
Ｍｇ：０．００５０％以下、
Ｔｅ：０．２０％以下、及び、
希土類元素：０．００５０％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。
【００４９】
［４］
［１］〜［３］のいずれか１項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、
Ｚｒ：０．００５０％以下、
Ｎｂ：０．２０％以下、及び、
Ｖ：０．３５％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。
【００５０】
［５］
［１］〜［４］のいずれか１項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、
Ｓｂ：０．０１５％以下、を含有する、
鋼材。
【００５１】
［６］
［１］〜［５］のいずれか１項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、
Ｐｂ：０．０９％以下、を含有する、
鋼材。
【００５２】
［７］
焼入れ硬化層と、
前記焼入れ硬化層よりも内部の芯部と、
を備え、
前記焼入れ硬化層は、
マルテンサイト面積率が９０％以上であり、
前記芯部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．４０〜０．７０％、
Ｓｉ：０．１５〜２．１０％、
Ｍｎ：０．３０〜１．１５％、
Ｃｒ：０．０１〜０．５０％未満、
Ｓ：０．００５〜０．０７０％、
Ｎ：０．００２０〜０．０２００％、
Ｔｉ：０．００８０〜０．２０００％、
Ｂ：０．０００５〜０．００５０％、
Ａｌ：０．００５〜０．１００％、及び、
Ｐ：０．０５０％未満、を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１）〜式（５）を満たし、
フェライト面積率が４０％以下であり、マルテンサイト面積率が１０．０％以下である、
部品。
２９０Ｃ＋５０Ｓｉ＋４３０≧６３１．０  （１）
Ｃ＋（１／７）Ｓｉ＋（１／５）Ｍｎ＋（１／９）Ｃｒ＋Ｖ＋（１／２５）Ｍｏ≦０．９００  （２）
（１＋０．７Ｓｉ）×（１＋３．３３３３Ｍｎ）×（１＋２．１６Ｃｒ）×（１＋３．００Ｍｏ）×（１＋１．７３Ｖ）×（１＋０．３６５Ｃｕ）×（１＋０．３６３Ｎｉ）×（２．６１６−１．６Ｃ）≧５．８０  （３）
Ｔｉ−４×Ｎ≧０  （４）
９．７Ｍｎθ＋３２．４Ｃｒθ≦２５．９  （５）
ここで、式（１）〜式（４）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入され、式（５）中のＭｎθにはセメンタイト中のＭｎの濃度（質量％）が代入され、式（５）中のＣｒθにはセメンタイト中のＣｒの濃度（質量％）が代入される。
【００５３】
［８］
［７］に記載の部品であって、
前記化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、
Ｍｏ：１．００％以下、
Ｎｉ：１．００％以下、及び、
Ｃｕ：１．００％以下、からなる群から選択される１種以上を含有する、
部品。
【００５４】
［９］
［７］又は［８］に記載の部品であって、
前記化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、
Ｃａ：０．００５０％以下、
Ｍｇ：０．００５０％以下、
Ｔｅ：０．２０％以下、及び、
希土類元素：０．００５０％以下、からなる群から選択される１種以上を含有する、
部品。
【００５５】
［１０］
［７］〜［９］のいずれか１項に記載の部品であって、
前記化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、
Ｚｒ：０．００５０％以下、
Ｎｂ：０．２０％以下、及び、
Ｖ：０．３５％以下、からなる群から選択される１種以上を含有する、
部品。
【００５６】
［１１］
［７］〜［１０］のいずれか１項に記載の部品であって、
前記化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、
Ｓｂ：０．０１５％以下、を含有する、
部品。
【００５７】
［１２］
［７］〜［１１］のいずれか１項に記載の部品であって、
前記化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、
Ｐｂ：０．０９％以下、を含有する、
部品。
【００５８】
以下、本実施形態の鋼材、及び、その鋼材を高周波焼入れして製造される、高周波焼入れ部品について詳述する。以降の説明において、元素に関する「％」は、特に断りが無い限り、質量％を意味する。
【００５９】
本実施形態の鋼材は、高周波焼入れ部品の素材となる。本実施形態の鋼材を高周波焼入れして製造される部品を、本明細書では、「高周波焼入れ部品」という。高周波焼入れ部品は、高い面疲労強度や高い曲げ疲労強度が要求される部品に好適である。
【００６０】
［鋼材について］
［鋼材の化学組成］
本実施形態の鋼材は、高周波焼入れ部品の素材となる鋼材である。本実施形態の鋼材の化学組成は、次の元素を含有する。
【００６１】
Ｃ：０．４０〜０．７０％
炭素（Ｃ）は、鋼材を高周波焼入れして製造される高周波焼入れ部品の面疲労強度及び曲げ疲労強度を高める。Ｃはさらに、鋼材中のフェライト面積率を低減する。この場合、高周波焼入れにおける焼入れ性を高め、高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層深さを深くできる。その結果、高周波焼入れ部品の面疲労強度及び曲げ疲労強度が高まる。Ｃ含有量が０．４０％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０．７０％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、被削性が低下する。したがって、Ｃ含有量が０．４０〜０．７０％である。Ｃ含有量の好ましい下限は０．４２％であり、さらに好ましくは０．４５％であり、さらに好ましくは０．４８％であり、さらに好ましくは０．５０％であり、さらに好ましくは０．５５％である。Ｃ含有量の好ましい上限は０．６８％であり、さらに好ましくは０．６６％である。
【００６２】
Ｓｉ：０．１５〜２．１０％
シリコン（Ｓｉ）は、鋼材を高周波焼入れして製造される高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層の焼戻し軟化抵抗を高める。その結果、高周波焼入れ部品の面疲労強度を高める。Ｓｉ含有量が０．１５％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｓｉ含有量が２．１０％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、高周波焼入れ時において脱炭しやすくなる。この場合、高周波焼入れ部品の面疲労強度及び曲げ疲労強度が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は０．１５〜２．１０％である。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．２５％であり、さらに好ましくは０．３５％であり、さらに好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは０．４５％であり、さらに好ましくは０．５０％であり、さらに好ましくは０．５１％であり、さらに好ましくは０．６０％であり、さらに好ましくは０．６５％であり、さらに好ましくは０．７１％である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は２．００％であり、さらに好ましくは１．９５％であり、さらに好ましくは１．８６％であり、さらに好ましくは１．８０％である。
【００６３】
Ｍｎ：０．３０〜１．１５％
マンガン（Ｍｎ）は、鋼の焼入れ性を高める。Ｍｎはさらに、鋼材中の硫黄（Ｓ）と結合してＭｎＳを形成し、鋼材の被削性を高める。さらに、Ｓを固定してＳを無害化して、鋼材の熱間加工性を高める。Ｍｎ含有量が０．３０％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１．１５％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の硬さが高くなりすぎる。この場合、鋼材の被削性が低下する。Ｍｎ含有量が１．１５％を超えればさらに、鋼材中のセメンタイトのＭｎが固溶して、セメンタイトの溶体化温度が高まる。この場合、高周波焼入れ工程において、鋼材中のセメンタイトが十分に固溶せず、セメンタイトの一部が溶け残る。その結果、高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層の表面の硬さがばらつき、高周波焼入れ部品の面疲労強度及び曲げ疲労強度が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は０．３０〜１．１５％である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．３５％であり、さらに好ましくは０．３８％であり、さらに好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは０．４５％であり、さらに好ましくは０．５０％であり、さらに好ましくは０．５５％であり、さらに好ましくは０．６０％であり、さらに好ましくは０．６５％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は１．１０％以下であり、さらに好ましくは１．０５％であり、さらに好ましくは１．００％以下であり、さらに好ましくは０．９５％である。
【００６４】
Ｃｒ：０．０１〜０．５０％未満
クロム（Ｃｒ）は、鋼の焼入れ性を高める。Ｃｒはさらに、鋼の熱間加工性を高める。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０．５０％以上であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Ｃｒが鋼材中のセメンタイトに過剰に固溶して、鋼材中のセメンタイトの溶体化温度が高まる。この場合、高周波焼入れ工程において、鋼材中のセメンタイトが十分に固溶せず、セメンタイトの一部が溶け残る。その結果、高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層の表面の硬さがばらつき、高周波焼入れ部品の面疲労強度及び曲げ疲労強度が低下する。Ｃｒ含有量が０．０１％未満であれば、上記効果が十分に得られない。一方、Ｃｒ含有量が０．５０％以上であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の硬さが高くなりすぎる。この場合、鋼材の被削性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は０．０１〜０．５０％未満である。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０．０３％であり、さらに好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．０７％であり、さらに好ましくは０．１０％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は０．４５％であり、さらに好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは０．３５％であり、さらに好ましくは０．３２％であり、さらに好ましくは０．３０％である。
【００６５】
Ｓ：０．００５〜０．０７０％
硫黄（Ｓ）は鋼材中のＭｎと結合してＭｎＳを形成し、鋼材の被削性を高める。Ｓ含有量が０．００５％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｓ含有量が０．０７０％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、高周波焼入れ部品の曲げ疲労強度が低下する。Ｓ含有量が０．０７０％を超えればさらに、高周波焼入れ部品に対して磁粉探傷試験を実施する場合、高周波焼入れ部品の表面に擬似模様が発生しやすくなり、探傷精度が低下する。したがって、Ｓ含有量は、０．００５％〜０．０７０％である。Ｓ含有量の好ましい下限は０．００７％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０１２％であり、さらに好ましくは０．０１４％である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．０６５％であり、さらに好ましくは０．０６０％であり、さらに好ましくは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％であり、さらに好ましくは０．０４０％であり、さらに好ましくは０．０３５％であり、さらに好ましくは０．０３０％である。
【００６６】
Ｎ：０．００２０〜０．０２００％
窒素（Ｎ）は、鋼材中のＡｌ等の窒化物生成元素と結合して窒化物を形成する。窒化物は、高周波焼入れ工程において、オーステナイトを細粒化する。その結果、高周波焼入れ部品の曲げ疲労強度が高まる。Ｎ含有量が０．００２０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｎ含有量が０．０２００％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０．００２０〜０．０２００％である。Ｎ含有量の好ましい下限は０．００２５％であり、さらに好ましくは０．００３０％であり、さらに好ましくは０．００３３％であり、さらに好ましくは０．００３５％であり、さらに好ましくは０．００３８％である。Ｎ含有量の好ましい上限は０．０１９５％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。
【００６７】
Ｔｉ：０．００８０〜０．２０００％
チタン（Ｔｉ）は、Ｎと結合して窒化物を形成する。これにより、ＢがＮと結合してＢ窒化物が形成されるのを抑制する。この場合、Ｂが粒界に偏析して粒界強度を高める。その結果、高周波焼入れ部品の特に低サイクル曲げ疲労強度を高める。Ｔｉ含有量が０．００８％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、Ｔｉ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、鋼材が脆化して、熱間加工性が低下する。したがって、Ｔｉ含有量は、０．００８０〜０．２０００％である。Ｔｉ含有量の好ましい下限は０．００８５％であり、さらに好ましくは０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００９５％であり、さらに好ましくは０．０１００％であり、さらに好ましくは０．０１５０％であり、さらに好ましくは０．０２００％である。Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．１９００％であり、さらに好ましくは０．１８５０％であり、さらに好ましくは０．１８００％であり、さらに好ましくは０．１７００％であり、さらに好ましくは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０．０６００％である。
【００６８】
Ｂ：０．０００５〜０．００５０％
ボロン（Ｂ）は、固溶Ｂとして鋼材中の粒界に偏析して、粒界強度を高める。この場合、高周波焼入れ部品の特に、低サイクル曲げ疲労強度が高まる。Ｂ含有量が０．０００５％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、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、鋼材が脆化する。この場合、熱間加工性が低下する。したがって、Ｂ含有量は、０．０００５〜０．００５０％である。Ｂ含有量の好ましい下限は０．０００７％であり、さらに好ましくは０．００１０％であり、さらに好ましくは０．００１２％であり、さらに好ましくは０．００１４％である。Ｂ含有量の好ましい上限は０．００４５％であり、さらに好ましくは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％であり、さらに好ましくは０．００２８％である。
【００６９】
Ａｌ：０．００５〜０．１００％
アルミニウム（Ａｌ）は、Ｎと結合して窒化物を形成する。窒化物は、高周波焼入れ工程において、オーステナイトを細粒化する。その結果、高周波焼入れ部品の曲げ疲労強度が高まる。Ａｌはさらに、鋼材の焼入れ性を高める。そのため、高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層の硬化層深さを深くする。Ａｌはさらに、鋼材の被削性を高める。Ａｌ含有量が０．００５％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ａｌ含有量が０．１００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、高周波焼入れ工程において、高周波加熱時にオーステナイト変態が完了しにくくなる。この場合、鋼材の焼入れ性が低下する。その結果、高周波焼入れ部品の面疲労強度及び曲げ疲労強度が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．００５〜０．１００％である。Ａｌ含有量の好ましい下限は０．０１０％であり、さらに好ましくは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。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０９０％であり、さらに好ましくは０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％であり、さらに好ましくは０．０６０％であり、さらに好ましくは０．０５０％である。
【００７０】
Ｐ：０．０５０％未満
燐（Ｐ）は不可避に含有される不純物である。つまり、Ｐ含有量は０％超である。Ｐは、鋼材の靱性を低下する。Ｐ含有量が０．０５０％以上であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の靱性が顕著に低下する。Ｐ含有量が０．０５０％以上であればさらに、高周波焼入れ部品の使用中に、高周波焼入れ部品に発生したき裂の伝播を促進する。この場合、高周波焼入れ部品の曲げ疲労強度が低下する。したがって、Ｐ含有量は０．０５０％未満である。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０４５％であり、さらに好ましくは０．０４０％であり、さらに好ましくは０．０３５％である。Ｐ含有量はなるべく低い方が好ましい。ただし、脱燐処理は時間とコストが掛かる。したがって、工業生産性を考慮すれば、Ｐ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００５％である。
【００７１】
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、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、本実施形態の鋼材に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
【００７２】
［任意元素（ｏｐｔｉｏｎａｌ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ）について］
本実施形態の鋼材はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｍｏ、Ｎｉ、及び、Ｃｕ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、鋼材の焼入れ性を高める。
【００７３】
Ｍｏ：１．００％以下
モリブデン（Ｍｏ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｍｏ含有量は０％であってもよい。含有される場合、つまり、Ｍｏ含有量が０％超である場合、Ｍｏは鋼材の焼入れ性を高める。Ｍｏはさらに、高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層の焼戻し軟化抵抗を高め、高周波焼入れ部品の面疲労強度を高める。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１．００％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、その効果が飽和する。したがって、Ｍｏ含有量は１．００％以下である。つまり、Ｍｏ含有量は０〜１．００％である。Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０５％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０．６０％であり、さらに好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは０．３０％である。
【００７４】
Ｎｉ：１．００％以下
ニッケル（Ｎｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｎｉ含有量は０％であってもよい。含有される場合、つまり、Ｎｉ含有量が０％超である場合、Ｎｉは鋼材の焼入れ性を高める。Ｎｉはさらに、酸化するときに鋼材の表面に濃化して、鋼材の酸化反応を抑制する。Ｎｉが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｎｉ含有量が１．００％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、鋼材の被削性が低下する。したがって、Ｎｉ含有量は１．００％以下である。つまり、Ｎｉ含有量は０〜１．００％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は０．８０％であり、さらに好ましくは０．６０％である。
【００７５】
Ｃｕ：１．００％以下
銅（Ｃｕ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｃｕ含有量は０％であってもよい。含有される場合、つまり、Ｃｕ含有量が０％超である場合、Ｃｕは、酸化するときに鋼材の表面に濃化して、鋼材の酸化反応を抑制する。Ｃｕが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｃｕ含有量が１．００％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、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｃｕ含有量は、１．００％以下である。つまり、Ｃｕ含有量は０〜１．００％である。Ｃｕ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は０．８０％であり、さらに好ましくは０．６０％である。
【００７６】
本実施形態の鋼材はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｃａ、Ｍｇ、Ｔｅ、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。これらの元素はいずれも、高サイクルの曲げ疲労強度を高める。
【００７７】
Ｃａ：０．００５０％以下
カルシウム（Ｃａ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｃａ含有量は０％であってもよい。含有される場合、つまり、Ｃａ含有量が０％超である場合、Ｃａは、ＭｎＳに固溶してＭｎＳを微細化し、又は、ＭｎＳの延伸化を抑制する。そのため、高周波焼入れ部品の曲げ疲労強度が高まる。Ｃａが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｃａ含有量が０．００５０％を超えれば、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｃａ含有量は０．００５０％以下である。つまり、Ｃａ含有量は、０〜０．００５０％である。Ｃａ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００３％であり、さらに好ましくは０．０００５％である。Ｃａ含有量の好ましい上限は０．００４５％であり、さらに好ましくは０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３０％であり、さらに好ましくは０．００２５％である。
【００７８】
Ｍｇ：０．００５０％以下
マグネシウム（Ｍｇ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｍｇ含有量は０％であってもよい。含有される場合、つまり、Ｍｇ含有量が０％超である場合、ＭｇはＭｎＳに固溶してＭｎＳを微細化し、又は、ＭｎＳの延伸化を抑制する。そのため、高周波焼入れ部品の曲げ疲労強度が高まる。Ｍｇが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｍｇ含有量が０．００５０％を超えれば、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｍｇ含有量は０．００５０％以下である。つまり、Ｍｇ含有量は、０〜０．００５０％である。Ｍｇ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００３％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．０００４８％であり、さらに好ましくは０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３０％であり、さらに好ましくは０．００２５％である。
【００７９】
Ｔｅ：０．２０％以下
テルル（Ｔｅ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｔｅ含有量は０％であってもよい。含有される場合、つまり、Ｔｅ含有量が０％超である場合、ＴｅはＭｎＳに固溶してＭｎＳを微細化し、又は、ＭｎＳの延伸化を抑制する。そのため、高周波焼入れ部品の曲げ疲労強度が高まる。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０．２０％を超えれば、鋼材の熱間加工性が低下する。したがってＴｅ含有量は０．２０％以下である。つまり、Ｔｅ含有量は、０〜０．２０％である。Ｔｅ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％であり、さらに好ましくは０．０５％である。Ｔｅ含有量の好ましい上限は０．１８％であり、さらに好ましくは０．１５％であり、さらに好ましくは０．１０％である。
【００８０】
希土類元素（ＲＥＭ）：０．００５０％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。含有される場合、つまり、ＲＥＭ含有量が０％超である場合、ＲＥＭは、ＭｎＳに固溶してＭｎＳを微細化し、又は、ＭｎＳの延伸化を抑制する。そのため、高周波焼入れ部品の曲げ疲労強度が高まる。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０．００５０％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、酸化物及び硫化物からなる複合酸化物の生成が促進され、複合酸化物が粗大化する。この場合、高周波焼入れ部品の曲げ疲労強度が低下する。したがって、ＲＥＭ含有量は０．００５０％以下である。つまり、ＲＥＭ含有量は、０〜０．００５０％である。ＲＥＭ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００３％であり、さらに好ましくは０．０００５％である。ＲＥＭ含有量の好ましい上限は０．００４５％であり、さらに好ましくは０．００４０％である。
【００８１】
なお、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、これら元素の合計含有量である。
【００８２】
本実施形態の高周波焼入れ用鋼はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｚｒ、Ｎｂ及びＶからなる群から選択される１種以上を含有してもよい。
【００８３】
Ｚｒ：０．００５０％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。含有される場合、つまり、Ｚｒ含有量が０％超である場合、Ｚｒは、Ｎと結合して窒化物を形成する。この窒化物は、高周波焼入れ工程において、オーステナイトを細粒化する。その結果、高周波焼入れ部品の曲げ疲労強度を高める。Ｚｒ含有量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０．００５０％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、粗大な析出物を生成して、高周波焼入れ部品の曲げ疲労強度がかえって低下する。Ｚｒ含有量が０．００５０％を超えればさらに、鋼材が脆化する。したがって、Ｚｒ含有量は０．００５０％以下である。つまり、Ｚｒ含有量は、０〜０．００５０％である。Ｚｒ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００３％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。Ｚｒ含有量の好ましい上限は０．００４８％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。
【００８４】
Ｎｂ：０．２０％以下
ニオブ（Ｎｂ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｎｂ含有量は０％であってもよい。含有される場合、つまり、Ｎｂ含有量が０％超である場合、Ｎｂは、Ｎと結合して窒化物を形成する。この窒化物は、高周波焼入れ工程において、オーステナイトを細粒化する。その結果、高周波焼入れ部品の曲げ疲労強度を高める。Ｎｂ含有量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０．２０％を超えれば、その効果は飽和する。したがって、Ｎｂ含有量は０．２０％以下である。つまり、Ｎｂ含有量は、０〜０．２０％である。Ｎｂ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％であり、さらに好ましくは０．０５％である。Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．１９％であり、さらに好ましくは０．１８％であり、さらに好ましくは０．１５％である。
【００８５】
Ｖ：０．３５％以下
バナジウム（Ｖ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｖ含有量は０％であってもよい。含有される場合、つまり、Ｖ含有量が０％超である場合、つまり、Ｖ含有量が０％超である場合、Ｖは、Ｎと結合して窒化物を形成する。この窒化物は、高周波焼入れ工程において、オーステナイトを細粒化する。その結果、高周波焼入れ部品の曲げ疲労強度を高める。Ｚｒ含有量が少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｖ含有量が０．３５％を超えれば、その効果は飽和する。したがって、Ｖ含有量は０．３５％以下である。つまり、Ｖ含有量は、０〜０．３５％である。Ｖ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％であり、さらに好ましくは０．０５％である。Ｖ含有量の好ましい上限は０．３０％であり、さらに好ましくは０．２５％である。
【００８６】
本実施形態の高周波焼入れ用鋼はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｓｂを含有してもよい。
【００８７】
Ｓｂ：０．０１５％以下
アンチモン（Ｓｂ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｓｂ含有量は０％であってもよい。含有される場合、つまり、Ｓｂ含有量が０％超である場合、Ｓｂは、鋼材の表面に偏析して、鋼材の酸化を抑制する。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０．０１５％を超えれば、鋼材の靭性及び熱間加工性が低下する。したがって、Ｓｂ含有量は０．０１５％以下である。つまり、Ｓｂ含有量は、０〜０．０１５％である。Ｓｂ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｓｂ含有量の好ましい上限は０．０１４％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．００８％である。
【００８８】
本実施形態の高周波焼入れ用鋼はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｐｂを含有してもよい。
【００８９】
Ｐｂ：０．０９％以下
鉛（Ｐｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｐｂ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｐｂは鋼材の被削性を高める。Ｐｂが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｐｂ含有量が０．０９％を超えれば、鋼材の靭性及び熱間加工性が低下する。したがって、Ｐｂ含有量は０．０９％以下である。つまり、Ｐｂ含有量は０〜０．０９％である。Ｐｂ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％である。Ｐｂ含有量の好ましい上限は０．０８％であり、さらに好ましくは０．０７％である。
【００９０】
［式（１）〜式（５）について］
本実施形態の鋼材は、化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であり、かつ、次の式（１）〜式（５）を満たす。
２９０Ｃ＋５０Ｓｉ＋４３０≧６３１．０  （１）
Ｃ＋（１／７）Ｓｉ＋（１／５）Ｍｎ＋（１／９）Ｃｒ＋Ｖ＋（１／２５）Ｍｏ≦０．９００  （２）
（１＋０．７Ｓｉ）×（１＋３．３３３３Ｍｎ）×（１＋２．１６Ｃｒ）×（１＋３．００Ｍｏ）×（１＋１．７３Ｖ）×（１＋０．３６５Ｃｕ）×（１＋０．３６３Ｎｉ）×（２．６１６−１．６Ｃ）≧５．８０  （３）
Ｔｉ−４×Ｎ≧０  （４）
９．７Ｍｎθ＋３２．４Ｃｒθ≦２５．９  （５）
ここで、式（１）〜式（４）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入され、対応する元素が含有されていない場合、元素記号には「０」が代入され、式（５）中のＭｎθにはセメンタイト中のＭｎの濃度（質量％）が代入され、式（５）中のＣｒθにはセメンタイト中のＣｒの濃度（質量％）が代入される。
以下、式（１）〜式（５）について説明する。
【００９１】
［式（１）について］
本実施形態の鋼材は、式（１）を満たす。
２９０Ｃ＋５０Ｓｉ＋４３０≧６３１．０  （１）
ここで、式（１）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
【００９２】
ＦＮ１＝２９０Ｃ＋５０Ｓｉ＋４３０と定義する。ＦＮ１は、鋼表面の硬さの指標である。ＦＮ１は、高周波焼入れ後３００℃で焼戻した高周波焼入れ部品の表面のビッカース硬さ（３００℃焼戻し硬さ）にほぼ相当する。高周波焼入れ部品の面疲労強度は、３００℃焼戻し硬さと正の相関がある。したがって、３００℃焼戻し硬さが十分に高めれば、高周波焼入れ部品が優れた面疲労強度を示す。ＦＮ１が６３１．０以上であれば、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、かつ、式（２）〜式（５）を満たし、かつ、フェライト面積率が４０％以下であることを前提として、その鋼材を高周波焼入れして製造された高周波焼入れ部品において、十分な面疲労強度が得られる。一方、ＦＮ１が６３１．０未満であれば、高周波焼入れ部品の面疲労強度が低下し、ピッチングが生じる場合がある。したがって、ＦＮ１は６３１．０以上である。ＦＮ１の好ましい下限は６３５．０であり、さらに好ましくは６３８．０でり、さらに好ましくは６４０．０であり、さらに好ましくは６４２．０であり、さらに好ましくは６４４．０である。ＦＮ１Ｎ上限は特に限定されない。しかしながら、上述の化学組成の場合、ＦＮ１の好ましい上限は７３８．０であり、さらに好ましくは７００．０であり、さらに好ましくは６８０．０であり、さらに好ましくは６６５．０である。
【００９３】
［式（２）について］
本実施形態の鋼材はさらに、式（２）を満たす。
Ｃ＋（１／７）Ｓｉ＋（１／５）Ｍｎ＋（１／９）Ｃｒ＋Ｖ＋（１／２５）Ｍｏ≦０．９００  （２）
ここで、式（２）中の各元素記号には、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、元素記号には「０」が代入される。
【００９４】
ＦＮ２＝Ｃ＋（１／７）Ｓｉ＋（１／５）Ｍｎ＋（１／９）Ｃｒ＋Ｖ＋（１／２５）Ｍｏと定義する。ＦＮ２は、鋼材の硬さの指標である。ＦＮ２が０．９００を超えれば、鋼材の被削性が低下する。ＦＮ２が０．９００以下であれば、鋼材の化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であり、式（１）、式（３）〜式（５）を満たし、鋼材中のフェライト面積率が４０％以下であることを前提として、鋼材の被削性が十分に高くなる。したがって、ＦＮ２は０．９００以下である。ＦＮ２の好ましい上限は０．８９５であり、さらに好ましくは０．８９０であり、さらに好ましくは０．８８５である。ＦＮ２の好ましい下限は０．４８３であり、さらに好ましくは０．６００であり、さらに好ましくは０．７００であり、さらに好ましくは０．７５０であり、さらに好ましくは０．８００である。
【００９５】
［式（３）について］
本実施形態の鋼材はさらに、式（３）を満たす。
（１＋０．７Ｓｉ）×（１＋３．３３３３Ｍｎ）×（１＋２．１６Ｃｒ）×（１＋３．００Ｍｏ）×（１＋１．７３Ｖ）×（１＋０．３６５Ｃｕ）×（１＋０．３６３Ｎｉ）×（２．６１６−１．６Ｃ）≧５．８０  （３）
ここで、式（３）中の各元素記号には、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、元素記号には「０」が代入される。
【００９６】
ＦＮ３＝（１＋０．７Ｓｉ）×（１＋３．３３３３Ｍｎ）×（１＋２．１６Ｃｒ）×（１＋３．００Ｍｏ）×（１＋１．７３Ｖ）×（１＋０．３６５Ｃｕ）×（１＋０．３６３Ｎｉ）×（２．６１６−１．６Ｃ）と定義する。ＦＮ３は、鋼材の焼入れ性の指標である。ＦＮ３が５．８０未満である場合、鋼材の焼入れ性が十分ではない。この場合、高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層での不完全焼入れ組織が生成する。そのため、高周波焼入れ部品の面疲労強度及び曲げ疲労強度を低下する。ＦＮ３が５．８０以上であれば、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）、式（２）、式（４）及び式（５）を満たし、フェライト面席率が４０％以下であることを前提として、高周波焼入れ部品において、十分な面疲労強度及び十分な曲げ疲労強度が得られる。ＦＮ３の好ましい下限は５．８５であり、さらに好ましくは５．９０であり、さらに好ましくは５．９５であり、さらに好ましくは６．００であり、さらに好ましくは６．０５である。ＦＮ３の好ましい上限は、７０．００であり、さらに好ましくは６０．００であり、さらに好ましくは５０．００であり、さらに好ましくは４５．００であり、さらに好ましくは４０．００であり、さらに好ましくは３５．００である。
【００９７】
［式（４）について］
本実施形態の鋼材はさらに、式（４）を満たす。
Ｔｉ−４×Ｎ≧０  （４）
ここで、式（４）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
【００９８】
ＦＮ４＝Ｔｉ−４×Ｎと定義する。ＦＮ４は、Ｂによる粒界強化の指標である。ＦＮ４が０未満であれば、Ｎを固定するＴｉ量が十分でない。この場合、ＮがＢと結合して、ＢＮが生成し、固溶Ｂ量が低下する。そのため、固溶Ｂによる粒界強化が十分でなく、高周波焼入れ部品の、特に低サイクルの曲げ疲労強度が低下する。一方、ＦＮ４が０以上であれば、化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であり、式（１）〜式（３）及び式（５）を満たし、鋼材中のフェライト面積率が４０％以下であることを前提として、その鋼材を高周波焼入れして製造された高周波焼入れ部品の面疲労強度及び高サイクル曲げ疲労強度を十分に高めつつ、低サイクルの曲げ疲労強度も十分に高まる。ＦＮ４の好ましい下限は０．００１であり、さらに好ましくは０．００２であり、さらに好ましくは０．００３である。
【００９９】
［式（５）について］
本実施形態の鋼材はさらに、式（５）を満たす。
９．７Ｍｎθ＋３２．４Ｃｒθ≦２５．９  （５）
ここで、式（５）中のＭｎθは、セメンタイト中のＭｎ濃度（質量％）が代入される。式（５）中のＣｒθは、セメンタイト中のＣｒ濃度（質量％）が代入される。
【０１００】
ＦＮ５＝９．７Ｍｎθ＋３２．４Ｃｒθと定義する。ＦＮ５は、鋼材中のセメンタイトの溶体化温度の指標である。ＦＮ５が大きいほど、鋼材中のセメンタイトの溶体化温度が高まる。そのため、鋼材に対して高周波焼入れを実施した場合、セメンタイトが溶け残りやすくなり、高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層の表面の硬さがばらつきやすくなる。ＦＮ５が２５．９を超えれば、鋼材中のセメンタイトの溶体化温度が過剰に高くなる。そのため、高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層の表面の硬さがばらつきやすくなる。その結果、高周波焼入れ部品の面疲労強度及び曲げ疲労強度が十分に得られない。一方、ＦＮ５が２５．９以下であれば、鋼材中のセメンタイトの溶体化温度が十分に低く、その結果、高周波焼入れにおいて、鋼材中のセメンタイトが十分に固溶する。そのため、高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層の表面の硬さのばらつきが抑えられ、高周波焼入れ部品の面疲労強度及び曲げ疲労強度が十分に高まる。したがって、ＦＮ５は２５．９以下である。
【０１０１】
ＦＮ５の好ましい上限は２２．０であり、さらに好ましくは２１．０であり、さらに好ましくは２０．０である。ＦＮ５の好ましい下限は１．０であり、さらに好ましくは１．５であり、さらに好ましくは２．０であり、さらに好ましくは２．５である。
【０１０２】
［セメンタイト中のＭｎ濃度及びＣｒ濃度の測定方法］
鋼材中のセメンタイト中のＭｎ濃度（質量％）及びＣｒ濃度（質量％）は電解抽出残渣により測定する。具体的には、次の方法で測定する。鋼財の任意の位置から、試験片を採取する。試験片に対して、１０％ＡＡ系電解液を用いて、定電流電気分解を実施する。１０％ＡＡ系電解液とテトラメチルアンモニウムクロライド、アセチルアセトン、メタノールを体積分率で１：１０：１００で混合した液体を意味する。
【０１０３】
定電流電解後、メッシュサイズ０．２μｍのフィルターで吸引ろ過して残渣を採取する。採取された残渣に対して、酸分解処理を実施する。酸分解処理後、ＩＣＰ−ＡＥＳ（高周波誘導結合プラズマ原子分光分析）を行って、残渣中のＦｅ、Ｃｒ、Ｍｎの質量を測定する。残渣中の金属炭化物は無視できるほど少ない。したがって、残渣は全てＭ３Ｃ型の炭化物、つまり、セメンタイトであると仮定する。得られた残渣中のＦｅ質量、Ｃｒ質量、及びＭｎ質量に基づいて、セメンタイトを１００質量％とした場合の、セメンタイト中に固溶しているＭｎ濃度Ｍｎθ（質量％）、及び、Ｃｒ濃度Ｃｒθ（質量％）を算出する。
【０１０４】
［鋼材中のミクロ組織について］
本実施形態の鋼材ではさらに、ミクロ組織において、フェライト面積率が４０％以下であり、かつ、マルテンサイト面積率が１０％以下である。高周波加熱での鋼材中の固溶Ｃ量には、鋼材中のフェライト面積率が影響する。高周波焼入れでは、熱処理炉を用いた浸炭処理等よりも、加熱時間が短い。そのため、鋼材を加熱中のＣの拡散時間も短くなる。この場合、セメンタイト等の炭化物が固溶する時間も短くなる。その結果、鋼材中のフェライト面積率が高くなりやすい。鋼材中のフェライト面積率が高すぎると、高周波焼入れ後の組織にフェライトが過剰に残存してしまう。フェライト面積率が高すぎればさらに、高周波焼入れ後の組織において、低炭素マルテンサイトが生成する。フェライトが残存したり、低炭素マルテンサイトが生成したりすれば、高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層の表面において、硬さがばらつく。鋼材中のフェライト面積率が４０％を超えれば、高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層の表面において、硬さがばらつく。その結果、高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層の面疲労強度及び曲げ疲労強度が低下する。一方、フェライト面積率が４０％以下であれば、化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であり、式（１）〜式（５）を満たすことを前提として、その鋼材を高周波焼入れして製造される高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層の表面の硬さのばらつきを十分に抑制できる。その結果、高周波焼入れ部品の面疲労強度及び曲げ疲労強度が十分に高まる。
【０１０５】
なお、上述のフェライト面積率（％）はポリゴナルフェライトの面積率（％）を意味する。本実施形態において、ミクロ組織のうち、フェライト以外の残部は、マルテンサイト及び／又はパーライトである。マルテンサイト面積率は１０％以下である。マルテンサイトの面積率が１０％以下であれば、鋼材が過剰に硬くなるのを抑制できる。そのため、鋼材の被削性が低下するのを抑制できる。なお、本明細書において「マルテンサイト」とは、マルテンサイトだけでなく、ベイナイトも含む。マルテンサイト及びベイナイトは、ミクロ組織観察において区別が極めて困難である。したがって、本明細書においては、マルテンサイト及びベイナイトを「マルテンサイト」を称する。マルテンサイト面積率の好ましい上限は７％であり、さらに好ましくは５％であり、さらに好ましくは４％である。
【０１０６】
［フェライト面積率及びマルテンサイト面積率の測定方法］
鋼材中のフェライト面積率（％）は次の方法で求めることができる。鋼材の任意の位置からミクロ組織観察用の試験片を採取する。試験片の表面のうち、鋼材の長手方向（軸方向）に垂直な断面（以下、観察面という）を研磨する。ナイタール腐食液を用いて、研磨後の観察面をエッチングする。エッチングされた観察面を４００倍の光学顕微鏡で観察して、写真画像を生成する。写真画像において、フェライトを特定する。具体的には、ラメラ構造を有する相をパーライトと特定できる。パーライトよりも明度が高い領域（白い領域）をフェライトと特定できる。フェライト及びパーライトよりも明度が低い領域（濃い領域）をマルテンサイトと特定できる。特定されたフェライトの面積率を、ＪＩＳ  Ｇ  ０５５５（２００３）に準拠した点算法で測定する。測定された面積率を鋼材中のフェライト面積率（％）と定義する。さらに、特定されたマルテンサイトの面積率を、上述の点算法で測定する。測定された面積率を鋼材中のマルテンサイトの面積率（％）と定義する。
【０１０７】
本実施形態の鋼材は、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）〜式（５）を満たし、かつ、鋼材中のフェライト面積率が４０％以下であり、マルテンサイト面積率が１０％以下である。そのため、その鋼材を高周波焼入れして製造された高周波焼入れ部品の面疲労強度及び高サイクル曲げ疲労強度を十分に高めつつ、低サイクルの曲げ疲労強度も十分に高まり、かつ、鋼材において十分な被削性が得られる。
【０１０８】
［高周波焼入れ部品について］
本実施形態の高周波焼入れ部品は、本実施形態の鋼材を素材とする。具体的には、本実施形態の高周波焼入れ部品は、本実施形態の鋼材を高周波焼入れして製造される。高周波焼入れ部品はたとえば、ディファレンシャルギアに代表される動力伝達部品として用いられる。
【０１０９】
高周波焼入れ部品は、部品全体が高周波焼入れ処理されている部品だけでなく、一部のみ高周波焼入れ処理された部品も含む。つまり、本明細書では、高周波焼入れ部品は、高周波焼入れされた部分である焼入れ部と、高周波焼入れされていない部分である未焼入れ部とを含んでもよい。なお、部品全体が高周波焼入れ処理されている場合、部品全体が焼入れ部に相当する。
【０１１０】
本実施形態の高周波焼入れ部品は、焼入れ硬化層と、芯部とを備える。焼入れ硬化層は、高周波焼入れ部品の（焼入れ部の）表層に形成されている。焼入れ硬化層は高周波焼入れを実施して形成される。芯部は、高周波焼入れ部品のうち、焼入れ硬化層よりも内部の部分であり、高周波焼入れの影響を受けていない部分である。
【０１１１】
［焼入れ硬化層について］
焼入れ硬化層のミクロ組織では、マルテンサイト面積率が９０％以上である。ミクロ組織の残部はフェライトである。なお、本明細書において、マルテンサイトは、焼戻しマルテンサイトも含み、さらに、ベイナイトも含む。マルテンサイトはラス内の炭化物がほぼ存在しない。一方で、焼戻しマルテンサイト及びベイナイトは、ラス内及びラス界面に多数の析出物が存在する。しかしながら、本明細書において、両者を厳密に区分せず、全て、「マルテンサイト」とみなす。焼入れ硬化層のミクロ組織の残部は、フェライトである。
【０１１２】
焼入れ硬化層のミクロ組織は、次の方法で求めることができる。高周波焼入れ部品において、ＪＩＳ  Ｇ  ０５５９（２００８）で定義される有効硬化層中からサンプルを採取する。サンプルの表面（観察面という）を鏡面に研磨した後、ナイタール腐食液に浸漬して、エッチングによる組織現出を行う。エッチングした観察面を４００倍の光学顕微鏡で観察して、写真画像を生成する。観察面のうち、任意の３視野を観察する。各視野の面積は１３０μｍ×２６０μｍとする。各視野において、マルテンサイト、フェライト、パーライト等の各相は、コントラストから区別できる。具体的には、ナイタール腐食液で観察面を腐食した場合、ラメラ構造を有する相をパーライトと特定できる。パーライトよりも明度が高い領域（白い領域）をフェライトと特定できる。フェライト及びパーライトよりも明度が低い領域（濃い領域）をマルテンサイトと特定できる。各視野のマルテンサイトの面積を求める。３つの視野のマルテンサイトの総面積と、各視野の総面積とに基づいて、マルテンサイト面積率（％）を定義する。
【０１１３】
なお、焼入れ硬化層の化学組成は、本実施形態の鋼材と同じである。つまり、焼入れ硬化層の化学組成中の各元素含有量は本実施形態の範囲内であり、式（１）〜式（４）を満たす。
【０１１４】
［芯部について］
芯部は、高周波焼入れ部品のうち、焼入れ硬化層よりも内部の部分であって、高周波焼入れの影響を受けていない部分である。芯部の化学組成及びミクロ組織は、本実施形態の鋼材の化学組成及びミクロ組織と同じである。つまり、芯部は、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、式（１）〜式（５）を満たし、ミクロ組織におけるフェライト面積率が４０％以下であり、ミクロ組織の残部がパーライト及び／又はマルテンサイトである。マルテンサイト面積率は１０％以下である。
【０１１５】
なお、芯部の化学組成、ミクロ組織中のフェライト面積率、セメンタイト中のＭｎ濃度Ｍｎθ及びＣｒ濃度Ｃｒθは、次の方法で求める。ＪＩＳ  Ｇ  ０５５９（２００８）で定義される有効硬化層よりも内部の部分を、芯部と定義する。高周波焼入れ部品の芯部からサンプルを採取する。採取されたサンプルを用いて、周知の成分分析法を実施する。具体的には、ドリルを用いて、サンプルから切粉を生成し、その切粉を採取する。採取された切粉を酸に溶解させて溶液を得る。溶液に対して、ＩＣＰ−ＡＥＳ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ  Ａｔｏｍｉｃ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を実施して、化学組成の元素分析を実施する。Ｃ含有量及びＳ含有量については、周知の高周波燃焼法（燃焼−赤外線吸収法）により求める。Ｎ含有量については、周知の不活性ガス溶融−熱伝導度法を用いて求める。さらに、サンプルを用いて、本実施形態の鋼材と同じ方法で、ミクロ組織中のフェライト面積率、及び、セメンタイト中のＭｎ濃度Ｍｎθ及びＣｒ濃度Ｃｒθを求める。
【０１１６】
なお、上述のとおり、本実施形態の高周波焼入れ部品は、部品全体が高周波焼入れされていてもよいし、一部が高周波焼入れされており、他の部分が高周波焼入れされていなくてもよい。要するに、高周波焼入れ部品は、高周波焼入れされた部分が含まれていればよい。高周波焼入れ部品のうち、高周波焼入れされた部分を「焼入れ部」と称し、高周波焼入れされていない部分を「未焼入れ部」と称する。後述のとおり、高周波焼入れ部品の素材となる鋼材は、焼準処理を実施して製造される。焼準処理されて製造された鋼材は、その後、表面を機械加工（切削加工等）される。そのため、機械加工後の鋼材の表面は金属光沢を有する。機械加工された鋼材の一部に対して高周波焼入れを実施して、高周波焼入れ部品を製造する。したがって、高周波焼入れ部品の焼入れ部の表面は、高周波焼入れ時の加熱により変色している（色が付いている）。一方、高周波焼入れ部品の未焼入れ部の表面は、金属光沢を維持している。したがって、当業者であれば、高周波焼入れ部品の外観を観察すれば、焼入れ部と未焼入れ部とを容易に区別可能である。なお、焼入れ部は、上述の焼入れ硬化層と、芯部とを含む。
【０１１７】
本実施形態の高周波焼入れ部品は、本実施形態の鋼材を高周波焼入れして製造される。そのため、面疲労強度、及び、高サイクルの曲げ疲労強度に優れる。さらに、低サイクルの曲げ疲労強度にも優れる。
【０１１８】
［製造方法］
以下、本実施形態の鋼材の製造方法の一例を説明する。なお、本実施形態の鋼材が上述の構成を有すれば、以下に説明する製造方法に限定されない。ただし、以下に説明する製造方法は、本実施形態の鋼材を製造する好適な一例である。
【０１１９】
本実施形態の鋼材の製造方法は、素材準備工程と、熱間加工工程と、焼準処理工程とを実施する。以下、各工程について詳述する。
【０１２０】
［素材準備工程］
素材準備工程では、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）〜式（４）を満たす素材を準備する。具体的には、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）〜式（４）を満たす溶鋼を製造する。製造された溶鋼を用いて、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。以上の工程により、素材（鋳片又はインゴット）を製造する。
【０１２１】
［熱間加工工程］
熱間加工工程では、素材（鋳片又は鋼塊）に対して、熱間加工を実施して、中間鋼材を製造する。中間鋼材はたとえば、棒鋼及び線材である。
【０１２２】
熱間加工は、粗圧延工程と、仕上げ圧延工程とを含む。粗圧延工程では、素材を熱間加工してビレットを製造する。粗圧延工程はたとえば、分塊圧延機を用いる。分塊圧延機により素材に対して分塊圧延を実施して、ビレットを製造する。分塊圧延機の下流に連続圧延機が設置されている場合、分塊圧延後のビレットに対してさらに、連続圧延機を用いて熱間圧延を実施して、さらにサイズの小さいビレットを製造してもよい。連続圧延機では、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。以上の工程により、粗圧延工程では、素材をビレットに製造する。粗圧延工程での加熱温度は特に限定されないが、たとえば、１１００〜１３００℃である。
【０１２３】
仕上げ圧延工程では、加熱炉又は均熱炉を用いてビレットを加熱する。加熱後のビレットに対して、連続圧延機を用いて熱間圧延を実施して鋼材（棒鋼）を製造する。仕上げ圧延温度での加熱温度は特に限定されないが、たとえば、１０００〜１３００℃である。また、仕上げ圧延温度は特に限定されないが、たとえば、９００〜１１００℃である。仕上げ圧延後、冷却して中間鋼材を製造する。
【０１２４】
なお、上述の熱間加工工程の説明では、熱間圧延工程を例として説明した。しかしながら、本実施形態の鋼材は、熱間加工工程として、熱間圧延工程に代えて、熱間鍛造工程を実施してもよい。さらに、熱間加工工程として、熱間圧延工程と、熱間圧延工程後に熱間鍛造工程とを実施してもよい。本実施形態の鋼材の形状は、棒鋼や線材であってもよいし、熱間鍛造により形成された所定の形状を有していてもよい。
【０１２５】
［焼準処理工程］
焼準処理工程では、熱間加工工程で製造された中間鋼材に対して焼準処理を実施して、式（５）を満たす鋼材を製造する。
【０１２６】
具体的には、中間鋼材を熱処理炉（焼準炉）に装入する。そして、中間鋼材を８００〜９５０℃の焼準温度で３０分〜２時間保持する。保持後の中間鋼材を熱処理炉から抽出し、冷却する。このとき、セメンタイトの生成温度域である７００〜３００℃の温度範囲における平均冷却速度ＣＲを０．１０〜１．００℃／秒とする。平均冷却速度ＣＲが０．１０℃／秒未満である場合、セメンタイト中のＭｎ濃度Ｍｎθ及びＣｒ濃度Ｃｒθが増加して、ＦＮ５が式（５）を満たさなくなる。一方、平均冷却速度ＣＲが１．００℃／秒を超えれば、鋼材中のミクロ組織において、マルテンサイトの面積率が増大して、被削性が低下する。７００〜３００℃の温度範囲における平均冷却速度ＣＲを０．１０〜１．００℃／秒であれば、メンタイト中のＭｎ濃度Ｍｎθ及びＣｒ濃度Ｃｒθ抑えられ、その結果、ＦＮ５が式（５）を満たす。
【０１２７】
以上の製造工程により、本実施形態の鋼材が製造される。つまり、本実施形態の鋼材は、平均冷却速度ＣＲが０．１０〜１．００℃／秒となる焼準処理を実施して製造される。
【０１２８】
［高周波焼入れ部品の製造方法］
本実施形態の高周波焼入れ部品の製造方法の一例は次のとおりである。
【０１２９】
本実施形態の高周波焼入れ部品の製造方法は、必要に応じて実施する鍛造工程と、機械加工工程と、高周波焼入れ工程と、焼戻し工程とを含む。
【０１３０】
［機械加工工程］
機械加工工程では、中間部材に対して、切削加工又は穿孔加工を実施して形状を付与する。機械加工を実施することにより、精密形状を鋼材に付与することができる。
【０１３１】
［高周波焼入れ工程］
高周波焼入れ工程では、機械加工工程後の鋼材に対して、高周波焼入れを実施し、高周波焼入れ部品を製造する。
【０１３２】
高周波焼入れは周知の方法を実施すればよい。たとえば、高周波焼入れでは、焼入れ温度（最高加熱温度）を８５０〜１１００℃とする。焼入れ温度が８５０℃以上であれば、鋼材に対して十分な焼入れを実施することができる。この場合、焼入れ硬化層が形成される。焼入れ温度での保持時間は特に限定されないが、たとえば、０．５〜６０秒が好ましい。
【０１３３】
［焼戻し工程］
高周波焼入れ工程後の鋼材に対して、周知の焼戻し工程を実施する。焼戻し温度はたとえば、１００〜２００℃である。焼戻し温度での保持時間はたとえば、９０〜１５０分である。
【０１３４】
以上の工程により、上述の構成を有する高周波焼入れ部品が製造される。
【実施例】
【０１３５】
以下に実施例によって具体的に説明する。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、この一条件例のみに限定されるものではない。【０１３６】
［実験方法］
表１及び表２に示す化学組成を有する溶鋼を用いて、１５０ｋｇのインゴットを製造した。【０１３７】
【表１】
2020153361.tif 000003
【０１３８】
【表２】
2020153361.tif 000004
【０１３９】
表１及び表２中の空白部分は、対応する元素の含有量が検出限界未満であったことを意味する。つまり、空白部分は、対応する元素含有量の最小桁において、検出限界未満であったことを意味する。たとえば、表１中のＣｕ含有量の場合、最小桁は小数第２位である。したがって、試験番号１のＭｏ含有量は、小数第２位までの桁数において、検出されなかった（有効数字が小数第２位までの含有量において、０％であった）ことを意味する。【０１４０】
製造されたインゴットに対して、熱間圧延（粗圧延工程及び仕上げ圧延工程）を実施して、中間鋼材（棒鋼）を製造した。粗圧延鋼材での加熱温度はいずれも１１００〜１３００℃の範囲内であった。また、仕上げ圧延工程での加熱温度はいずれも１２００〜１２５０℃の範囲内であった。さらに、仕上げ圧延温度は９００〜１１００℃の範囲内であった。さらに、試験番号６４及び６５においては、熱間圧延後の中間鋼材に対してさらに、熱間鍛造（熱間鍛伸）を実施し、熱間鍛造後の中間鋼材を放冷した（表３及び表４中の「熱間鍛造」欄において「実施」と記載）。なお、試験番号１〜６３では、熱間圧延後に熱間鍛造を実施することなく放冷した。以上の工程により、直径が３０〜１００ｍｍの棒鋼（中間鋼材）を製造した。【０１４１】
試験番号１〜６１、６４及び６５の中間鋼材に対して、焼準処理を実施した。具体的には、これらの試験番号の中間鋼材を熱処理炉（焼準炉）に装入して、８５０℃で１時間保持した。保持後の中間鋼材に対して、空冷、油冷又は水冷を実施した。７００〜３００℃での平均冷却速度ＣＲは表３及び表４に示すとおりであった（表３及び表４中の「平均冷却速度ＣＲ（℃／秒）」欄に記載）。なお、試験番号６２及び６３では、焼準処理を実施しなかった。【０１４２】
【表３】
2020153361.tif 000005
【０１４３】
【表４】
2020153361.tif 000006
【０１４４】
以上の製造工程により、各試験番号の鋼材（棒鋼）を製造した。【０１４５】
［評価試験］
［鋼材の評価試験について］
［セメンタイト中のＭｎ濃度Ｍｎθ及びＣｒ濃度Ｃｒθ測定試験］
各試験番号の鋼材中のセメンタイト中のＭｎ濃度Ｍｎθ及びＣｒ濃度Ｃｒθを次の方法で求めた。各試験番号の鋼材の任意の位置から、試験片を採取した。試験片に対して、１０％ＡＡ系電解液を用いて、定電流電気分解を実施した。定電流電解後、メッシュサイズ０．２μｍのフィルターで吸引ろ過して残渣を採取した。採取した残渣に対して、酸分解処理を実施した。酸分解処理後、ＩＣＰ−ＡＥＳ（高周波誘導結合プラズマ原子分光分析）を実施して、残渣中のＦｅ、Ｃｒ、Ｍｎの質量を測定した。このとき、残渣は全てＭ３Ｃ型の炭化物、つまり、セメンタイトであると仮定した。得られた残渣中のＦｅ質量、Ｃｒ質量、及びＭｎ質量に基づいて、セメンタイトを１００質量％とした場合の、セメンタイト中に固溶しているＭｎ濃度Ｍｎθ（質量％）、及び、Ｃｒ濃度Ｃｒθ（質量％）を算出した。得られたＭｎ濃度Ｍｎθを表３及び表４中の「鋼材」欄の「Ｍｎθ（質量％）」欄に示す。得られたＣｒ濃度Ｃｒθを表３及び表４中の「鋼材」欄の「Ｃｒθ（質量％）」欄に示す。【０１４６】
［鋼材のフェライト面積率及びマルテンサイト面積率の測定試験］
各試験番号の鋼材中のフェライト面積率（％）を次の方法で求めた。鋼材の任意の位置からミクロ組織観察用の試験片を採取した。試験片の表面のうち、鋼材の長手方向（軸方向）に垂直な断面（観察面）を研磨した。ナイタール腐食液を用いて、研磨後の観察面をエッチングした。エッチングされた観察面を４００倍の光学顕微鏡で観察して、写真画像を生成した。写真画像において、上述の方法により、フェライト及びマルテンサイトを特定した。特定されたフェライトの面積率を、ＪＩＳ  Ｇ  ０５５５（２００３）に準拠した点算法で測定した。測定された面積率を鋼材中のフェライト面積率と定義した。得られたフェライト面積率を表３及び表４中の「鋼材」欄の「フェライト面積率（％）」欄に示す。さらに、特定されたマルテンサイトの面積率を、ＪＩＳ  Ｇ  ０５５５（２００３）に準拠した点算法で測定した。測定された面積率を鋼材中のマルテンサイト面積率と定義した。得られたマルテンサイト面積率を表３及び表４中の「鋼材」欄の「マルテンサイト面積率（％）」欄に示す。【０１４７】
［被削性評価試験］
各試験番号の鋼材を用いて、被削性を評価した。まず、ドリル被削性評価のために、直径３０〜１００ｍｍの棒鋼の中心から試験片を作製した。試験片は円柱状であり、長さは２１ｍｍであった。試験片の長手方向は、棒鋼の長手方向と平行であった。【０１４８】
株式会社不二越製の型番ＳＤ３．０のドリルを用いて、ドリル穿孔試験を実施した。１回転当たりの送り量を０．２５ｍｍとし、１穴の穿孔深さを９ｍｍとした。潤滑剤として、水溶性の切削油を用いた。評価指標として、累積穴深さ１０００ｍｍまで切削可能な最大切削速度ＶＬ１０００を求めた。【０１４９】
求めた最大切削速度ＶＬ１０００に応じて、次のとおり評価した。
評価Ａ：最大切削速度ＶＬ１０００が５０ｍ／分以上
評価Ｂ：最大切削速度ＶＬ１０００が４５ｍ／分以上５０ｍ／分未満
評価Ｃ：最大切削速度ＶＬ１０００が４０ｍ／分以上４５ｍ／分未満
評価Ｘ：最大切削速度ＶＬ１０００が４０ｍ／分未満
評価Ａ〜Ｃの場合、被削性に優れると判断した。評価Ｘの場合、被削性が低いと判断した。表３及び表４中の「鋼材」欄の「被削性」欄に評価結果を示す。【０１５０】
［高周波焼入れ部品の評価試験］
［ローラーピッチング疲労試験（面疲労強度評価試験）］
高周波焼入れ部品の面疲労強度を、次の方法で評価した。各試験番号の鋼材に対して機械加工（切削加工）を実施して、図１に示す小ローラー試験片２００（以下、単に試験片２００という）を作製した。鋼材の直径が８０ｍｍ未満である場合、試験片２００の長手方向に垂直な断面の中心位置が、鋼材の長手方向に垂直な断面の中心位置となるように、試験片２００を採取した。試験片２００の長手方向は、鋼材の長手方向と平行であった。鋼材の直径が８０ｍｍ以上である場合、試験片２００の長手方向に垂直な断面の中心位置が、鋼材の長手方向に垂直な断面のうち、半径Ｒの中心位置（つまり、２／Ｒ位置）となるように、試験片２００を採取した。試験片２００の長手方向は、鋼材の長手方向と平行であった。【０１５１】
図１中の数値は寸法を示す。図１中の「φ」は直径を意味する。つまり、「φ２２」は直径が２２ｍｍであることを意味する。試験片２００は円柱状であり、試験片２００の長手方向の中央位置に、直径２６ｍｍの平行部を有した。試験片２００の平行部以外の円柱部の直径は２２ｍｍであった。【０１５２】
試験片２００に対して、高周波焼入れを実施した。具体的には、加熱温度１０００℃とし、加熱時間を２０秒とした。加熱後の試験片２００を水冷した。高周波焼入れ後の試験片２００に対して、１５０℃の焼戻し温度で１時間保持する焼戻しを実施した。以上の工程により、高周波焼入れ部品である試験片２００を製造した。各試験番号ごとに、複数の高周波焼入れ部品（試験片２００）を製造した。【０１５３】
試験片２００を用いて、図２に示すローラーピッチング試験を実施して、高周波焼入れ部品の面疲労強度を評価した。具体的には、図２を参照して、試験片２００に大ローラー試験片１００を押し当てながら、試験片２００を回転させた。大ローラー試験片１００はＪＩＳ  Ｇ  ４０５３（２０１６）に規定のＳＣＭ７２２に相当する化学組成を有する鋼材を浸炭処理した後、表面研磨したものを使用した。大ローラー試験片１００の半径は１３０ｍｍであった。【０１５４】
ローラーピッチング疲労試験では、試験片２００に種々のヘルツ応力の面圧で大ローラー試験片１００を押し付けた。接触部での両ローラー試験片（試験片２００、大ローラー試験片１００）の周速方向を同一方向とし、滑り率を−４０％（試験片２００よりも大ローラー試験片１００の方が接触部の周速が４０％大きい）として回転させた。接触部に潤滑油として供給するＡＴＦ（ＡＴ用潤滑油）の油温は８０℃とした。大ローラー試験片１００と試験片２００との接触応力を３０００〜３３００ＭＰａとした。試験打ち切り回数を１０００万回（１０７回）とした。試験片２００にピッチングが発生せずに１０００万回の回転数に達した場合、高周波焼入れ部品（試験片１００）が面疲労強度に優れると評価した。具体的には、次のとおり評価した。
評価Ａ：３３００ＭＰａの接触応力で１０７回の回転数に達した
評価Ｂ：３２００ＭＰａの接触応力で１０７回の回転数に達したが、３３００ＭＰａの接触応力では、１０７回の回転数に達しなかった
評価Ｃ：３１００ＭＰａの接触応力で１０７回の回転数に達したが、３２００ＭＰａの接触応力では、１０７回の回転数に達しなかった
評価Ｄ：３０００ＭＰａの接触応力で１０７回の回転数に達したが、３１００ＭＰａの接触応力では、１０７回の回転数に達しなかった
評価Ｘ：３０００ＭＰａの接触応力で１０７回の回転数に達しなかった
評価Ａ〜Ｄの場合、高周波焼入れ部品が面疲労強度に優れると判断した。評価Ｘの場合、高周波焼入れ部品の面疲労強度が低いと判断した。表３及び表４中の「高周波焼入れ部品」欄の「面疲労強度」欄に評価結果を示す。また、ピッチング発生の検出は試験機に備え付けてある振動計によって行い、振動検出後に両ローラー試験片の回転を停止させてピッチングの発生と回転数とを確認した。【０１５５】
［高周波焼入れ部品の焼入れ硬化層のマルテンサイト面積率測定試験］
各試験番号の試験片２００の焼入れ硬化層のマルテンサイト面積率を、次の方法で求めた。試験片２００の平行部の表面から深さ０．２ｍｍ位置から、サンプルを採取した。サンプルの表面（観察面という）を鏡面に研磨した後、ナイタール腐食液に浸漬して、エッチングによる組織現出を行った。エッチングした観察面を４００倍の光学顕微鏡で観察して、写真画像を生成した。観察面のうち、任意の３視野を観察した。各視野の面積は１３０μｍ×２６０μｍとした。各視野において、マルテンサイト、フェライト、パーライト等の各相は、コントラストから区別できる。具体的には、ナイタール腐食液で観察面を腐食した場合、ラメラ構造を有する相をパーライトと特定できる。パーライトよりも明度が高い領域（白い領域）をフェライトと特定できる。フェライト及びパーライトよりも明度が低い領域（濃い領域）をマルテンサイトと特定できる。そこで、各視野のマルテンサイトの面積を求めた。３つの視野のマルテンサイトの総面積と、各視野の総面積とに基づいて、マルテンサイト面積率（％）を定義した。求めたマルテンサイト面積率を表３及び表４中の「高周波焼入れ部品」欄の「焼入れ硬化層」欄の「マルテンサイト面積率（％）」に示す。【０１５６】
［高周波焼入れ部品の芯部の化学組成、フェライト面積率、セメンタイト中のＭｎ濃度Ｍｎθ及びＣｒ濃度Ｃｒθの測定試験］
各試験番号の試験片２００の芯部の化学組成、ミクロ組織中のフェライト面積率、セメンタイト中のＭｎ濃度Ｍｎθ及びＣｒ濃度Ｃｒθは、次の方法で求めた。高周波焼入れ部品の芯部からサンプルを採取した。採取されたサンプルを用いて、周知の成分分析法を実施する。具体的には、ドリルを用いて、サンプルから切粉を生成し、その切粉を採取した。採取した切粉を酸に溶解させて溶液を得た。溶液に対して、ＩＣＰ−ＡＥＳを実施して、化学組成の元素分析を実施した。Ｃ含有量及びＳ含有量については、周知の高周波燃焼法（燃焼−赤外線吸収法）により求めた。Ｎ含有量については、周知の不活性ガス溶融−熱伝導度法を用いて求めた。測定の結果、いずれの試験番号の芯部の化学組成も、対応する試験番号の鋼材の化学組成と同じであった。【０１５７】
さらに、芯部のサンプルを用いて、上述の鋼材（棒鋼）の場合と同じ方法で、ミクロ組織中のフェライト面積率、及び、セメンタイト中のＭｎ濃度Ｍｎθ及びＣｒ濃度Ｃｒθを求めた。得られたＭｎ濃度Ｍｎθを表３及び表４中の「高周波焼入れ部品」欄の「芯部」欄の「Ｍｎθ（質量％）」欄に示す。得られたＣｒ濃度Ｃｒθを表３及び表４中の「高周波焼入れ部品」欄の「芯部」欄の「Ｃｒθ（質量％）」欄に示す。得られたフェライト面積率を表３及び表４中の「高周波焼入れ部品」欄の「芯部」欄の「フェライト面積率（％）」欄に示す。【０１５８】
［高サイクル曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度評価試験］
高周波焼入れ部品の高サイクル曲げ疲労強度、及び、低サイクル曲げ疲労強度を、次の方法で評価した。各試験番号の鋼材に対して機械加工（切削加工）を実施して、図３に示す小野式回転曲げ試験片（以下、単に試験片という）を作製した。鋼材の直径が８０ｍｍ未満である場合、試験片の長手方向に垂直な断面の中心位置が、鋼材の長手方向に垂直な断面の中心位置となるように、試験片を採取した。試験片の長手方向は、鋼材の長手方向と平行であった。鋼材の直径が８０ｍｍ以上である場合、試験片の長手方向に垂直な断面の中心位置が、鋼材の長手方向に垂直な断面のうち、半径Ｒの中心位置（つまり、２／Ｒ位置）となるように、試験片を採取した。試験片の長手方向は、鋼材の長手方向と平行であった。【０１５９】
図３中の数値は、寸法（ｍｍ）を意味する。なお、試験片の長手方向における中央位置に、切欠きを形成した。切欠き底での試験片の直径は９ｍｍであった。切欠き部分の曲率半径Ｒは１．１４ｍｍであった。【０１６０】
試験片に対して、高周波焼入れを実施した。具体的には、加熱温度１０００℃とし、加熱時間を５秒とした。加熱後の試験片を水冷した。高周波焼入れ後の試験片２００に対して、１５０℃の焼戻し温度で１時間保持する焼戻しを実施した。以上の工程により、高周波焼入れ部品である試験片を製造した。各試験番号ごとに複数の試験片を製造した。【０１６１】
［高サイクル曲げ疲労強度評価試験］
試験片（高周波焼入れ部品）を用いて、小野式回転曲げ疲労試験（高サイクル曲げ疲労試験）を行った。具体的には、小野式回転曲げ疲労試験では、所定の曲げ応力となるよう負荷荷重を調整し、試験打ち切り回数を１０００万回（１×１０７回）とした。疲労試験片が破断せずに１０００万回の回転数に達した場合、高サイクル曲げ疲労強度に優れると判断した。具体的には、次のとおり評価した。
評価Ａ：６８０ＭＰａの曲げ応力で１０７回の回転数に達した
評価Ｂ：６６５ＭＰａの曲げ応力で１０７回の回転数に達したが、６８０ＭＰａの曲げ応力では、１０７回の回転数に達しなかった
評価Ｃ：６５０ＭＰａの曲げ応力で１０７回の回転数に達したが、６６５ＭＰａの曲げ応力では、１０７回の回転数に達しなかった
評価Ｘ：６５０ＭＰａの曲げ応力で１０７回の回転数に達しなかった
評価Ａ〜Ｃの場合、高周波焼入れ部品が高サイクル曲げ疲労強度に優れると判断した。評価Ｘの場合、高周波焼入れ部品の高サイクル曲げ疲労強度が低いと判断した。表３及び表４中の「高周波焼入れ部品」欄の「高サイクル曲げ疲労強度」欄に評価結果を示す。【０１６２】
［低サイクル曲げ疲労強度評価試験］
高サイクル曲げ疲労強度評価試験と同様に、試験片（高周波焼入れ部品）を用いて、小野式回転曲げ疲労試験（低サイクル曲げ疲労試験）を行った。具体的には、小野式回転曲げ疲労試験では、所定の曲げ応力となるよう負荷荷重を調整し、試験打ち切り回数を１万回（１×１０４回）とした。疲労試験片が破断せずに１万回の回転数に達した場合、高サイクル曲げ疲労強度に優れると判断した。具体的には、次のとおり評価した。
評価Ａ：８５０ＭＰａの曲げ応力で１０４回の回転数に達した
評価Ｂ：８２５ＭＰａの曲げ応力で１０４回の回転数に達したが、８５０ＭＰａの曲げ応力では、１０７回の回転数に達しなかった
評価Ｃ：８００ＭＰａの曲げ応力で１０４回の回転数に達したが、８２５ＭＰａの曲げ応力では、１０７回の回転数に達しなかった
評価Ｘ：８００ＭＰａの曲げ応力で１０４回の回転数に達しなかった
評価Ａ〜Ｃの場合、高周波焼入れ部品が低サイクル曲げ疲労強度に優れると判断した。評価Ｘの場合、高周波焼入れ部品の低サイクル曲げ疲労強度が低いと判断した。表３及び表４中の「高周波焼入れ部品」欄の「低サイクル曲げ疲労強度」欄に評価結果を示す。【０１６３】
［試験結果］
試験結果を表３及び表４に示す。【０１６４】
表１〜表４を参照して、試験番号２、３、６〜８、１０、１３、１４、１７、１８、２２、２５、２６、２９、３０、３３〜３７、３９、４０、４２、４３、４５、４６、４８〜６１では、化学組成が適切であり、ＦＮ１〜ＦＮ４は式（１）〜式（４）を満たした。そのため、各試験番号の鋼材の被削性は高かった。さらに、製造条件が適切であったため、鋼材のＦＮ５が式（５）を満たし、フェライト面積率が４０％以下であった。そのため、鋼材を高周波焼入れして製造された高周波焼入れ部品では、面疲労強度、高サイクル曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度に優れた。なお、これらの試験番号の鋼材を高周波焼入れして製造された高周波焼入れ部品において、焼入れ硬化層のマルテンサイト面積率は９０％以上であった。さらに、芯部のＦＮ５は式（５）を満たし、フェライト面積率は４０％以下であった。【０１６５】
一方、試験番号１では、Ｃ含有量が高すぎた。そのため、被削性が低かった。さらに、高周波焼入れを実施したとき、焼割れが発生した。そのため、鋼材の被削性の評価試験、及び、高周波焼入れ部品の面疲労強度、高サイクル曲げ疲労強度及び低サイクル及び曲げ疲労強度の評価試験を実施しなかった（表３及び表４の該当する試験項目欄において「−」と表記。）。【０１６６】
試験番号４では、Ｃ含有量が低すぎた。そのため、鋼材を高周波焼入れして製造した高周波焼入れ部品において、面疲労強度、高サイクル曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が低かった。【０１６７】
試験番号５では、Ｓｉ含有量が高すぎた。そのため、鋼材を高周波焼入れして製造した高周波焼入れ部品において、面疲労強度、高サイクル曲げ疲労強度及び低サイクル及び曲げ疲労強度が低かった。【０１６８】
試験番号９では、Ｍｎ含有量が低すぎた。そのため、熱間加工時に割れが発生した。そのため、鋼材の被削性の評価試験、及び、高周波焼入れ部品の面疲労強度、高サイクル曲げ疲労強度及び低サイクル及び曲げ疲労強度の評価試験を実施しなかった（表３及び表４の該当する試験項目欄において「−」と表記。）。【０１６９】
試験番号１１では、Ｃｒ含有量を含有しなかった。そのため、熱間加工時に割れが発生した。そのため、鋼材の被削性の評価試験、及び、高周波焼入れ部品の面疲労強度、高サイクル曲げ疲労強度及び低サイクル及び曲げ疲労強度の評価試験を実施しなかった（表３及び表４の該当する試験項目欄において「−」と表記。）。【０１７０】
試験番号１２では、Ｓ含有量が高すぎた。そのため、高周波焼入れ部品の高サイクル曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が低かった。【０１７１】
試験番号１５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。【０１７２】
試験番号１６では、Ｂ含有量が低すぎた。そのため、高周波焼入れ部品の低サイクル曲げ疲労強度が低かった。【０１７３】
試験番号１９では、Ｂ含有量が高すぎた。そのため、熱間加工時に割れが発生した。そのため、鋼材の被削性の評価試験、及び、高周波焼入れ部品の面疲労強度、高サイクル曲げ疲労強度及び低サイクル及び曲げ疲労強度の評価試験を実施しなかった（表３及び表４の該当する試験項目欄において「−」と表記。）。【０１７４】
試験番号２０では、Ｎ含有量が高すぎた。そのため、熱間加工時に割れが発生した。そのため、鋼材の被削性の評価試験、及び、高周波焼入れ部品の面疲労強度、高サイクル曲げ疲労強度及び低サイクル及び曲げ疲労強度の評価試験を実施しなかった（表３及び表４の該当する試験項目欄において「−」と表記。）。【０１７５】
試験番号２１では、ＦＮ４が式（４）を満たさなかった。そのため、高周波焼入れ部品の低サイクル曲げ疲労強度が低かった。【０１７６】
試験番号２３では、Ｎ含有量が低すぎた。そのため、高周波焼入れ部品の高サイクル曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が低かった。【０１７７】
試験番号２４では、Ｔｉ含有量が高すぎた。そのため、熱間加工時に割れが発生した。そのため、鋼材の被削性の評価試験、及び、高周波焼入れ部品の面疲労強度、高サイクル曲げ疲労強度及び低サイクル及び曲げ疲労強度の評価試験を実施しなかった（表３の該当する試験項目欄において「−」と表記。）。【０１７８】
試験番号２７では、Ｔｉ含有量が低すぎた。そのため、式（４）を満たさなかった。そのため、高周波焼入れ部品の低サイクル曲げ疲労強度が低かった。【０１７９】
試験番号２８では、Ａｌ含有量が高すぎた。そのため、高周波焼入れ部品の面疲労強度、高サイクル曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が低かった。【０１８０】
試験番号３１では、Ａｌ含有量が低すぎた。そのため、高周波焼入れ部品の高サイクル曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が低かった。【０１８１】
試験番号３２では、Ｐ含有量が高すぎた。そのため、高周波焼入れ部品の高サイクル曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が低かった。【０１８２】
試験番号３８では、ＦＮ１が式（１）の下限未満であった。そのため、高周波焼入れ部品の面疲労強度が低かった。【０１８３】
試験番号４１では、ＦＮ２が式（２）の上限を超えた。そのため、鋼材中のマルテンサイト面積率が１０％を超えた。そのため、鋼材の被削性が低かった。【０１８４】
試験番号４４では、ＦＮ３が式（３）の下限未満であった。そのため、高周波焼入れ部品の面疲労強度及び高サイクル曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が低かった。【０１８５】
試験番号４７では、焼準処理での平均冷却速度ＣＲが遅すぎた。そのため、鋼材において、ＦＮ５が式（５）を満たさなかった。その結果、高周波焼入れ部品の面疲労強度、高サイクル曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が低かった。【０１８６】
試験番号６２及び６３では、焼準処理を実施しなかった。そのため、鋼材において、ＦＮ５が式（５）を満たさなかった。その結果、高周波焼入れ部品の面疲労強度、高サイクル曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が低かった。【０１８７】
試験番号６６では、焼準処理での平均冷却速度ＣＲが速すぎた。そのため、鋼材中のマルテンサイト面積率が１０％を超えた。そのため、鋼材の被削性が低かった。【０１８８】
以上、本発明の実施形態を説明した。しかしながら、上記した実施形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上記した実施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記した実施形態を適宜変更して実施することができる。
【符号の説明】
【０１８９】
１００  大ローラー試験片
２００  試験片
【図１】
2020153361.tif 000007
【図２】
2020153361.tif 000008
【図３】
2020153361.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和3年6月23日(2021.6.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．４０〜０．７０％、
Ｓｉ：０．１５〜２．１０％、
Ｍｎ：０．３０〜１．１５％、
Ｃｒ：０．０１〜０．５０％未満、
Ｓ：０．００５〜０．０７０％、
Ｎ：０．００２０〜０．０２００％、
Ｔｉ：０．００８０〜０．２０００％、
Ｂ：０．０００５〜０．００５０％、
Ａｌ：０．００５〜０．１００％、及び、
Ｐ：０．０５０％未満、を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１）〜式（５）を満たし、
フェライト面積率が４０％以下であり、マルテンサイト面積率が１０％以下である、
鋼材。
２９０Ｃ＋５０Ｓｉ＋４３０≧６３１．０  （１）
Ｃ＋（１／７）Ｓｉ＋（１／５）Ｍｎ＋（１／９）Ｃｒ＋Ｖ＋（１／２５）Ｍｏ≦０．９００  （２）
（１＋０．７Ｓｉ）×（１＋３．３３３３Ｍｎ）×（１＋２．１６Ｃｒ）×（１＋３．００Ｍｏ）×（１＋１．７３Ｖ）×（１＋０．３６５Ｃｕ）×（１＋０．３６３Ｎｉ）×（２．６１６−１．６Ｃ）≧５．８０  （３）
Ｔｉ−４×Ｎ≧０  （４）
９．７Ｍｎθ＋３２．４Ｃｒθ≦２５．９  （５）
ここで、式（１）〜式（４）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入され、対応する元素が含有されていない場合、元素記号には「０」が代入され、式（５）中のＭｎθにはセメンタイト中のＭｎの濃度（質量％）が代入され、式（５）中のＣｒθにはセメンタイト中のＣｒの濃度（質量％）が代入される。
【請求項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、
Ｍｏ：１．００％以下、
Ｎｉ：１．００％以下、及び、
Ｃｕ：１．００％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。
【請求項３】
請求項１又は請求項２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、
Ｃａ：０．００５０％以下、
Ｍｇ：０．００５０％以下、
Ｔｅ：０．２０％以下、及び、
希土類元素：０．００５０％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。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項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、
Ｚｒ：０．００５０％以下、
Ｎｂ：０．２０％以下、及び、
Ｖ：０．３５％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。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項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、
Ｓｂ：０．０１５％以下、を含有する、
鋼材。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項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、
Ｐｂ：０．０９％以下、を含有する、
鋼材。
【請求項７】
焼入れ硬化層と、
前記焼入れ硬化層よりも内部の芯部と、
を備え、
前記焼入れ硬化層は、
マルテンサイト面積率が９０％以上であり、
前記芯部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．４０〜０．７０％、
Ｓｉ：０．１５〜２．１０％、
Ｍｎ：０．３０〜１．１５％、
Ｃｒ：０．０１〜０．５０％未満、
Ｓ：０．００５〜０．０７０％、
Ｎ：０．００２０〜０．０２００％、
Ｔｉ：０．００８０〜０．２０００％、
Ｂ：０．０００５〜０．００５０％、
Ａｌ：０．００５〜０．１００％、及び、
Ｐ：０．０５０％未満、を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１）〜式（５）を満たし、
フェライト面積率が４０％以下であり、マルテンサイト面積率が１０％以下である、
部品。
２９０Ｃ＋５０Ｓｉ＋４３０≧６３１．０  （１）
Ｃ＋（１／７）Ｓｉ＋（１／５）Ｍｎ＋（１／９）Ｃｒ＋Ｖ＋（１／２５）Ｍｏ≦０．９００  （２）
（１＋０．７Ｓｉ）×（１＋３．３３３３Ｍｎ）×（１＋２．１６Ｃｒ）×（１＋３．００Ｍｏ）×（１＋１．７３Ｖ）×（１＋０．３６５Ｃｕ）×（１＋０．３６３Ｎｉ）×（２．６１６−１．６Ｃ）≧５．８０  （３）
Ｔｉ−４×Ｎ≧０  （４）
９．７Ｍｎθ＋３２．４Ｃｒθ≦２５．９  （５）
ここで、式（１）〜式（４）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入され、式（５）中のＭｎθにはセメンタイト中のＭｎの濃度（質量％）が代入され、式（５）中のＣｒθにはセメンタイト中のＣｒの濃度（質量％）が代入される。
【請求項８】
請求項７に記載の部品であって、
前記化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、
Ｍｏ：１．００％以下、
Ｎｉ：１．００％以下、及び、
Ｃｕ：１．００％以下、からなる群から選択される１種以上を含有する、
部品。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載の部品であって、
前記化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、
Ｃａ：０．００５０％以下、
Ｍｇ：０．００５０％以下、
Ｔｅ：０．２０％以下、及び、
希土類元素：０．００５０％以下、からなる群から選択される１種以上を含有する、
部品。
【請求項１０】
請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載の部品であって、
前記化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、
Ｚｒ：０．００５０％以下、
Ｎｂ：０．２０％以下、及び、
Ｖ：０．３５％以下、からなる群から選択される１種以上を含有する、
部品。
【請求項１１】
請求項７〜請求項１０のいずれか１項に記載の部品であって、
前記化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、
Ｓｂ：０．０１５％以下、を含有する、
部品。
【請求項１２】
請求項７〜請求項１１のいずれか１項に記載の部品であって、
前記化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、
Ｐｂ：０．０９％以下、を含有する、
部品。
【国際調査報告】
2020153361.tif 000010
2020153361.tif 000011
2020153361.tif 000012
2020153361.tif 000013