JP3101726B2 - ピストンリング用合金鋼およびその製造方法 - Google Patents
ピストンリング用合金鋼およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、エンジンのピス
トンリングに使用される合金鋼およびその製造方法に関
する。
トンリングに使用される合金鋼およびその製造方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来の自動車用エンジンのピストンリン
グには鋳鉄が使われていたが、これがリング状をなし、
かつ軸方向に薄いものが製造困難で、かつ耐折損強度の
点で不十分であるほか、慣性が大きいためフラッタリン
グ現象を起し易いなどの点から、エンジンの効率化，高
負荷化と軽量化，薄形化が図れる強度の高いスチール製
のピストンリングが広く使用されるようになった。
グには鋳鉄が使われていたが、これがリング状をなし、
かつ軸方向に薄いものが製造困難で、かつ耐折損強度の
点で不十分であるほか、慣性が大きいためフラッタリン
グ現象を起し易いなどの点から、エンジンの効率化，高
負荷化と軽量化，薄形化が図れる強度の高いスチール製
のピストンリングが広く使用されるようになった。
【０００３】そして、このようなスチール製のピストン
リングを製造するには、熱間の圧延および冷間の伸線お
よび平線圧延などの加工を加える必要があり、その加工
を容易に行うことができる合金鋼の開発が進められてい
る。
リングを製造するには、熱間の圧延および冷間の伸線お
よび平線圧延などの加工を加える必要があり、その加工
を容易に行うことができる合金鋼の開発が進められてい
る。
【０００４】また、実用面からピストンリングの耐摩耗
性を確保するために窒化処理を行って、十分な耐摩耗性
が得られる窒化層を形成することも重要であり、さらに
圧延に際して焼き割れの発生防止に留意する必要があ
る。
性を確保するために窒化処理を行って、十分な耐摩耗性
が得られる窒化層を形成することも重要であり、さらに
圧延に際して焼き割れの発生防止に留意する必要があ
る。
【０００５】そして、このような観点から製造される、
高炭素のＣｒが２１％，Ｃｒが１７％，Ｃｒが１３％を
含む各Ｃｒ系合金鋼が、例えば特開平１−２０１４４１
号公報などに提案されている。一方、これに対し低Ｓｉ
およびＭｎを含む加工性のよいピストンリング材が、例
えば特開平８−１０９４４５号公報に示されている。
高炭素のＣｒが２１％，Ｃｒが１７％，Ｃｒが１３％を
含む各Ｃｒ系合金鋼が、例えば特開平１−２０１４４１
号公報などに提案されている。一方、これに対し低Ｓｉ
およびＭｎを含む加工性のよいピストンリング材が、例
えば特開平８−１０９４４５号公報に示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記Ｃ
ｒ系合金鋼にあっては、熱間および冷間の加工性が悪
く、一方、低ＳｉおよびＭｎを含むピストンリング材に
あっては、実用時に実施される窒化処理で十分な硬度が
得られないという課題があった。
ｒ系合金鋼にあっては、熱間および冷間の加工性が悪
く、一方、低ＳｉおよびＭｎを含むピストンリング材に
あっては、実用時に実施される窒化処理で十分な硬度が
得られないという課題があった。
【０００７】これに対して、熱間および冷間の加工性の
よい中炭素のＣｒ８％を含む窒化性を持たせた鋼材の開
発が試みられているが、熱間加工後の冷却過程で焼き割
れを起こすという課題があった。
よい中炭素のＣｒ８％を含む窒化性を持たせた鋼材の開
発が試みられているが、熱間加工後の冷却過程で焼き割
れを起こすという課題があった。
【０００８】この発明は前記のような課題を解決するも
のであり、Ａｌの添加によって、分塊、圧延後の冷却過
程で焼き割れが発生するのを防止できるとともに、冷間
加工性と窒化性に優れたピストンリング用合金鋼を得る
ことを目的とする。
のであり、Ａｌの添加によって、分塊、圧延後の冷却過
程で焼き割れが発生するのを防止できるとともに、冷間
加工性と窒化性に優れたピストンリング用合金鋼を得る
ことを目的とする。
【０００９】また、この発明は窒化処理を施すことで、
優れた耐摩耗性および耐食性を容易に得ることができる
ピストンリング用合金鋼の製造方法を得ることを目的と
する。
優れた耐摩耗性および耐食性を容易に得ることができる
ピストンリング用合金鋼の製造方法を得ることを目的と
する。
【００１０】前記目的を達成するために、請求項１の発
明にかかるピストンリング用合金鋼は、重量％で、Ｃ：
０．４〜０．７％、Ｓｉ：０．１〜１％、Ｍｎ：０．１
〜１％、Ｃｒ：５〜１０％、Ａｌ：０．３〜１％、Ｃ
ｕ：０．２〜１．２％を含有し、残部がＦｅおよび不純
物からなることを特徴とする。
明にかかるピストンリング用合金鋼は、重量％で、Ｃ：
０．４〜０．７％、Ｓｉ：０．１〜１％、Ｍｎ：０．１
〜１％、Ｃｒ：５〜１０％、Ａｌ：０．３〜１％、Ｃ
ｕ：０．２〜１．２％を含有し、残部がＦｅおよび不純
物からなることを特徴とする。
【００１１】また、請求項２の発明にかかるピストンリ
ング用合金鋼の製造方法は、重量％で、Ｃ：０．４〜
０．７％、Ｓｉ：０．１〜１％、Ｍｎ：０．１〜１％、
Ｃｒ：５〜１０％、Ａｌ：０．３〜１％、Ｃｕ：０．２
〜１．２％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる
化学組成物に窒化処理を施すようにしたものである。
ング用合金鋼の製造方法は、重量％で、Ｃ：０．４〜
０．７％、Ｓｉ：０．１〜１％、Ｍｎ：０．１〜１％、
Ｃｒ：５〜１０％、Ａｌ：０．３〜１％、Ｃｕ：０．２
〜１．２％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる
化学組成物に窒化処理を施すようにしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。熱間加工性および冷間加工性のよいＣｒ合金
鋼に耐摩耗性を持たせようとする場合にも、熱間加工後
の冷却過程で焼き割れを発生することがある。このよう
な焼き割れは、鋼のＡ1 変態の潜伏期間が長いため、冷
却過程で十分に進行せず、常温付近においてマルテンサ
イト変態を起して膨張するために発生する。
説明する。熱間加工性および冷間加工性のよいＣｒ合金
鋼に耐摩耗性を持たせようとする場合にも、熱間加工後
の冷却過程で焼き割れを発生することがある。このよう
な焼き割れは、鋼のＡ1 変態の潜伏期間が長いため、冷
却過程で十分に進行せず、常温付近においてマルテンサ
イト変態を起して膨張するために発生する。
【００１３】この発明では、主たる化学成分であるＣお
よびＣｒの含有量の変更を実用的に支障のない範囲にと
どめ、かつ変態潜伏期間を短くし、前記冷却過程で十分
にＡ1 変態を起させるために、Ａｌを０．３〜１％の範
囲で添加する。このＡｌの添加によって、分塊および線
材圧延工程で懸念された割れや折損を十分に確実に防止
することができる。
よびＣｒの含有量の変更を実用的に支障のない範囲にと
どめ、かつ変態潜伏期間を短くし、前記冷却過程で十分
にＡ1 変態を起させるために、Ａｌを０．３〜１％の範
囲で添加する。このＡｌの添加によって、分塊および線
材圧延工程で懸念された割れや折損を十分に確実に防止
することができる。
【００１４】さらに、前記のようなＡｌの添加によっ
て、鋼材の窒化層の硬度を高めることができ、従って、
これをピストンリングへ利用した場合には、シリンダに
対する耐摩耗特性の向上を十分に確保でき、一石二鳥の
効果が得られる。さらに、そのＡｌの添加量をある値に
止めることで、これが前記熱間加工性や冷間加工性に対
して実用上悪影響を及ぼすことは全くない。
て、鋼材の窒化層の硬度を高めることができ、従って、
これをピストンリングへ利用した場合には、シリンダに
対する耐摩耗特性の向上を十分に確保でき、一石二鳥の
効果が得られる。さらに、そのＡｌの添加量をある値に
止めることで、これが前記熱間加工性や冷間加工性に対
して実用上悪影響を及ぼすことは全くない。
【００１５】そこで、この発明では、熱間加工性および
冷間加工性が優れ、実用時に施される窒化処理で十分な
硬度が得られるとともに、熱間加工後の冷却過程で焼き
割れの発生を防止できる、下記の合金鋼を得た。
冷間加工性が優れ、実用時に施される窒化処理で十分な
硬度が得られるとともに、熱間加工後の冷却過程で焼き
割れの発生を防止できる、下記の合金鋼を得た。
【００１６】すなわち、この合金鋼は、Ｃ，Ｓｉ，Ｍ
ｎ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｃｕおよび残部のＦｅと不純物からな
り、分塊，圧延後の冷却過程で焼き割れの発生を防止し
ている。ここで、Ｃは必要な焼き入れ高度を得るために
０．４％以上必要であり、分塊および圧延後の冷却過程
での焼き割れを防止するには多い方が好ましい。
ｎ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｃｕおよび残部のＦｅと不純物からな
り、分塊，圧延後の冷却過程で焼き割れの発生を防止し
ている。ここで、Ｃは必要な焼き入れ高度を得るために
０．４％以上必要であり、分塊および圧延後の冷却過程
での焼き割れを防止するには多い方が好ましい。
【００１７】この焼き割れ防止効果が期待できる理由
は、Ｃを多くすることによってマルテンサイト変態完了
温度を下げ、これによりマルテンサイトの発生を低減す
ることによる。なお、このＣを増加させることにより、
圧延後の伸線加工工程における加工性が低下してしまう
ため、この発明では０．７％を上限とする。
は、Ｃを多くすることによってマルテンサイト変態完了
温度を下げ、これによりマルテンサイトの発生を低減す
ることによる。なお、このＣを増加させることにより、
圧延後の伸線加工工程における加工性が低下してしまう
ため、この発明では０．７％を上限とする。
【００１８】次に、Ｓｉは製鋼上必要な成分であり、
０．１％以上必要となるが、冷間加工性の低下を避ける
ために、１％を上限とする。また、Ｍｎは製鋼上必要な
成分であり、０．１％以上必要となるが、伸線加工性の
低下を避けるために１％を上限とする。
０．１％以上必要となるが、冷間加工性の低下を避ける
ために、１％を上限とする。また、Ｍｎは製鋼上必要な
成分であり、０．１％以上必要となるが、伸線加工性の
低下を避けるために１％を上限とする。
【００１９】そして、Ｃｒは耐摩耗性および耐食性を向
上するために５％以上必要となるが、ピストンリングへ
の利用に際しては、実用上１０％で十分な効果が得られ
るものである。
上するために５％以上必要となるが、ピストンリングへ
の利用に際しては、実用上１０％で十分な効果が得られ
るものである。
【００２０】Ａｌはこの発明で用いられる特徴的な元素
で、これが分塊および圧延工程の冷却過程でＡ1 変態を
促進し、オーステナイト量を減ずる結果、ＭS 点に到達
し、マルテンサイト変態が起きる前に残留オーステナイ
トの割合を少なくし、引き続く冷却過程で起きるマルテ
ンサイト変態による体積膨張を少なく抑えることによっ
て、焼き割れの発生をなくするように機能する。ここ
で、このＡｌの添加量は少なくとも０．３％以上は必要
であるが、１％を超えると冷間の加工性を阻害するた
め、この１％を上限とする必要がある。
で、これが分塊および圧延工程の冷却過程でＡ1 変態を
促進し、オーステナイト量を減ずる結果、ＭS 点に到達
し、マルテンサイト変態が起きる前に残留オーステナイ
トの割合を少なくし、引き続く冷却過程で起きるマルテ
ンサイト変態による体積膨張を少なく抑えることによっ
て、焼き割れの発生をなくするように機能する。ここ
で、このＡｌの添加量は少なくとも０．３％以上は必要
であるが、１％を超えると冷間の加工性を阻害するた
め、この１％を上限とする必要がある。
【００２１】また、Ｃｕは冷間加工性を向上させるため
に合理的な加工工程を組み立てることができるので、少
なくとも０．２％以上添加する。しかし、１．２％を超
えると熱間加工時に割れを発生するとともに、加工を困
難にするため、この１．２％を限度とする必要がある。
に合理的な加工工程を組み立てることができるので、少
なくとも０．２％以上添加する。しかし、１．２％を超
えると熱間加工時に割れを発生するとともに、加工を困
難にするため、この１．２％を限度とする必要がある。
【００２２】
【実施例】まず、表１は前記各元素の添加量範囲内で得
られた本発明による合金鋼（Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）、従来の
Ａｌ無添加鋼（Ｂ，Ｆ，Ｇ，Ｈ）、Ｃｕ無添加鋼（Ｆ）
および既存のピストンリング用鋼ＤＩＮＸ−９０につい
て化学組成を示したものである。
られた本発明による合金鋼（Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）、従来の
Ａｌ無添加鋼（Ｂ，Ｆ，Ｇ，Ｈ）、Ｃｕ無添加鋼（Ｆ）
および既存のピストンリング用鋼ＤＩＮＸ−９０につい
て化学組成を示したものである。
【００２３】
【表１】
【００２４】そこで、前記表１の合金鋼とＡｌ無添加鋼
を比較すると、Ａｌを添加していない材料の分魂ビレッ
トと本発明によるＡｌ添加材料のビレットの横断面硬度
分布は図１に示す通りである。これによればビレットは
分魂ロールで圧延された後カバーを被せて除冷したもの
であるが、Ａｌ添加材ではＡ1 変態の促進により硬度は
低下し、従って割れの発生は認められなかった。
を比較すると、Ａｌを添加していない材料の分魂ビレッ
トと本発明によるＡｌ添加材料のビレットの横断面硬度
分布は図１に示す通りである。これによればビレットは
分魂ロールで圧延された後カバーを被せて除冷したもの
であるが、Ａｌ添加材ではＡ1 変態の促進により硬度は
低下し、従って割れの発生は認められなかった。
【００２５】また、図５はＡｌの添加のないビレットの
顕微鏡組織であり、黒色を呈している部分はＡ1 変態を
完了した部分である。これに対して、図２はＡｌを添加
したこの発明の合金鋼の顕微鏡組織を示し、大部分の面
積を占める黒色の部分はＡ1変態を完了したところで、
僅かに残る白い部分がマルテンサイトの部分である。す
なわち、図５では割れの生じ易い組成構造となっている
のに対し、図２では割れの生じにくい組成構造となって
いることが分かる。
顕微鏡組織であり、黒色を呈している部分はＡ1 変態を
完了した部分である。これに対して、図２はＡｌを添加
したこの発明の合金鋼の顕微鏡組織を示し、大部分の面
積を占める黒色の部分はＡ1変態を完了したところで、
僅かに残る白い部分がマルテンサイトの部分である。す
なわち、図５では割れの生じ易い組成構造となっている
のに対し、図２では割れの生じにくい組成構造となって
いることが分かる。
【００２６】さらに、図３はＡｌを添加した本発明の合
金鋼とＡｌ無添加鋼の窒化特性を比較したもので、これ
によればＡｌの添加によって、窒化層の硬度が顕著に高
まったことを示している。また、図４は伸線による絞り
の低下を、本発明の合金鋼と既存のＤＩＮＸ−９０鋼と
比較で示しており、これによれば、各伸線段階における
絞りがＤＩＮＸ−９０鋼に比較して著しく高く、冷間加
工性に優れていることが分かる。
金鋼とＡｌ無添加鋼の窒化特性を比較したもので、これ
によればＡｌの添加によって、窒化層の硬度が顕著に高
まったことを示している。また、図４は伸線による絞り
の低下を、本発明の合金鋼と既存のＤＩＮＸ−９０鋼と
比較で示しており、これによれば、各伸線段階における
絞りがＤＩＮＸ−９０鋼に比較して著しく高く、冷間加
工性に優れていることが分かる。
【００２７】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、重量
％で、Ｃ：０．４〜０．７％、Ｓｉ：０．１〜１％、Ｍ
ｎ：０．１〜１％、Ｃｒ：５〜１０％、Ａｌ：０．３〜
１％、Ｃｕ：０．２〜１．２％を含有し、残部がＦｅお
よび不純物からなる化学組成としたので良好な伸線加工
の加工性を得ながら、Ａｌの添加によって、分塊、圧延
後の冷間過程で焼き割れが発生するのを防止できるとと
もに、冷間加工性と窒化性にすぐれたピストンリング用
合金鋼を得ることができるという効果が得られる。
％で、Ｃ：０．４〜０．７％、Ｓｉ：０．１〜１％、Ｍ
ｎ：０．１〜１％、Ｃｒ：５〜１０％、Ａｌ：０．３〜
１％、Ｃｕ：０．２〜１．２％を含有し、残部がＦｅお
よび不純物からなる化学組成としたので良好な伸線加工
の加工性を得ながら、Ａｌの添加によって、分塊、圧延
後の冷間過程で焼き割れが発生するのを防止できるとと
もに、冷間加工性と窒化性にすぐれたピストンリング用
合金鋼を得ることができるという効果が得られる。
【００２８】また、この発明によれば重量％で、Ｃ：
０．４〜０．７％、Ｓｉ：０．１〜１％、Ｍｎ：０．１
〜１％、Ｃｒ：５〜１０％、Ａｌ：０．３〜１％、Ｃ
ｕ：０．２〜１．２％を含有し、残部がＦｅおよび不純
物からなる化学組成物に窒化処理を施すようにしたの
で、優れた耐摩耗性および耐食性が得られるピストンリ
ング用合金鋼を簡単に得ることができるという効果が得
られる。
０．４〜０．７％、Ｓｉ：０．１〜１％、Ｍｎ：０．１
〜１％、Ｃｒ：５〜１０％、Ａｌ：０．３〜１％、Ｃ
ｕ：０．２〜１．２％を含有し、残部がＦｅおよび不純
物からなる化学組成物に窒化処理を施すようにしたの
で、優れた耐摩耗性および耐食性が得られるピストンリ
ング用合金鋼を簡単に得ることができるという効果が得
られる。
【図１】この発明の実施の一形態によるＡｌを添加した
合金鋼とＡｌ無添加鋼とのビレット断面の硬度の違いを
示す説明図である。
合金鋼とＡｌ無添加鋼とのビレット断面の硬度の違いを
示す説明図である。
【図２】この発明のＡｌを添加して合金鋼ビレット断面
を示す顕微鏡写真である。
を示す顕微鏡写真である。
【図３】この発明のＡｌを添加した合金鋼とＡｌ無添加
鋼との窒化特性の違いを示す特性図である。
鋼との窒化特性の違いを示す特性図である。
【図４】この発明のＡｌを添加した合金鋼とＡｌ無添加
鋼との伸線による絞りの低下特性の違いを示す特性図で
ある。
鋼との伸線による絞りの低下特性の違いを示す特性図で
ある。
【図５】従来のＡｌ無添加鋼のビレット断面を示す顕微
鏡写真である。
鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小 高 根 正 昭 富山県新湊市八幡町３−10−15 日本高 周波鋼業株式会社 富山製造所内 審査官 小川 武 (56)参考文献 特開 昭63−280960（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−140066（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−179985（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60
Claims (2)
- 【請求項１】 重量％で、Ｃ：０．４〜０．７％、Ｓ
ｉ：０．１〜１％、Ｍｎ：０．１〜１％、Ｃｒ：５〜１
０％、Ａｌ：０．３〜１％、Ｃｕ：０．２〜１．２％を
含有し、残部がＦｅおよび不純物からなることを特徴と
するピストンリング用合金鋼。 - 【請求項２】 重量％で、Ｃ：０．４〜０．７％、Ｓ
ｉ：０．１〜１％、Ｍｎ：０．１〜１％、Ｃｒ：５〜１
０％、Ａｌ：０．３〜１％、Ｃｕ：０．２〜１．２％を
含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成物に
窒化処理を施すことを特徴とするピストンリング用合金
鋼の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08307217A JP3101726B2 (ja) | 1996-11-01 | 1996-11-01 | ピストンリング用合金鋼およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08307217A JP3101726B2 (ja) | 1996-11-01 | 1996-11-01 | ピストンリング用合金鋼およびその製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30785998A Division JP3718728B2 (ja) | 1998-10-14 | 1998-10-14 | ピストンリング用異形線 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10140293A JPH10140293A (ja) | 1998-05-26 |
| JP3101726B2 true JP3101726B2 (ja) | 2000-10-23 |
Family
ID=17966461
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08307217A Expired - Fee Related JP3101726B2 (ja) | 1996-11-01 | 1996-11-01 | ピストンリング用合金鋼およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3101726B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102605257A (zh) * | 2012-04-16 | 2012-07-25 | 龙工（上海）桥箱有限公司 | 一种柱塞泵用配流盘的材料及其热处理工艺 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060048865A1 (en) * | 2002-07-01 | 2006-03-09 | Etsuo Fujita | Material for sliding parts having self lubricity and wire material for piston ring |
-
1996
- 1996-11-01 JP JP08307217A patent/JP3101726B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102605257A (zh) * | 2012-04-16 | 2012-07-25 | 龙工（上海）桥箱有限公司 | 一种柱塞泵用配流盘的材料及其热处理工艺 |
| CN102605257B (zh) * | 2012-04-16 | 2013-08-14 | 龙工（上海）桥箱有限公司 | 一种柱塞泵用配流盘的材料及其热处理工艺 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10140293A (ja) | 1998-05-26 |
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