JPH04263046A - ピストンリング用合金鋼 - Google Patents

ピストンリング用合金鋼

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JPH04263046A
JPH04263046A JP41763990A JP41763990A JPH04263046A JP H04263046 A JPH04263046 A JP H04263046A JP 41763990 A JP41763990 A JP 41763990A JP 41763990 A JP41763990 A JP 41763990A JP H04263046 A JPH04263046 A JP H04263046A
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JP
Japan
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steel
hard
resistance
alloy steel
wear resistance
Prior art date
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Application number
JP41763990A
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English (en)
Inventor
Seiji Shimizu
誠二 清水
Tadahiro Koike
忠裕 小池
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aichi Steel Corp
Original Assignee
Aichi Steel Corp
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Publication date
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Publication of JPH04263046A publication Critical patent/JPH04263046A/ja
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、硬質Crめっき処理を
施すことなく耐摩耗性に優れ、かつ高温での張力減退量
が少なく、特にセカンドリング用として適したピストン
リング用合金鋼に関する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関用ピストンリングは、燃焼ガス
の燃焼室外への漏れによる出力低下を防止するための圧
力リングと、圧力リングの補助的役割を果たすセカンド
リングと、潤滑油の燃焼室内への流入を防止するための
オイルリングから構成されている。
【0003】近年、内燃機関の軽量化、高出力化および
高回転化が積極的に進められ、内燃機関の一部品である
ピストンリングについても、薄幅化による軽量化を可能
にする材料の開発が盛んに行われている。ピストンリン
グ用材料としては従来は鋳鉄が使用されてきたが、強度
が低く重量が大となるという理由から鋼への置換が進め
られ、ばね鋼、工具鋼、ステンレス鋼などが使用されて
きている。
【0004】特に圧力リングは最も厳しい条件で使用さ
れるため、要求特性が極めて厳しく、最近では前記鋼の
中で最も強度、耐摩耗性の優れているマルテンサイト系
ステンレス鋼が使用され、さらに優れた耐摩耗性を得る
ために、Alの効果を利用した特開平1−201441
号公報に示すようなCr系ステンレス鋼も提案されてい
る。
【0005】一方、セカンドリングは、圧力リングの補
助的役割を果たすものであり、その要求特性は圧力リン
グほど厳しくないが、同様に軽量化に対するニーズは強
く、最近では強度向上をはかるために鋳鉄に変わって前
記ステンレス鋼に比べ耐摩耗性は劣るが、安価である 
Si−Cr系ばね鋼の SWOSC−V(0.55%C
−1.4%Si−0.7%Mn−0.7%Cr鋼) を
使用し、耐摩耗性を向上するため硬質Crめっきを施し
使用されている。また、SWOSC−V の耐摩耗性を
向上させて、硬質Crめっき処理を省略することのでき
る鋼として、5%程度のCrを含有した特開昭60−1
14553 号公報に示される鋼も提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】セカンドリング用材料
として使用されるSWOSC−V には次の問題がある
。すなわち、素材のみでは十分な耐摩耗性を有していな
いため、硬質Crめっき処理を施すことが必要不可欠と
なる。その結果、製造工程が複雑になり、めっき処理及
びその後の廃液処理によりコスト高となってしまう。さ
らに、耐熱性が十分でないため、時間とともに張力が減
退し、性能が劣化し、内燃機関の出力を低下させる原因
となる。
【0007】また、SWOSC−V の耐摩耗性を改善
し、硬質Crめっき処理を省略可能にすることを目的と
して提案された特開昭60−114553 号公報に記
載された合金は、5%のCr、1%強のMo、0.3 
〜2.1%のV 及びW を含有しているため、素材の
みで比較するとSWOSC−V に比べ著しくコスト高
となる。
【0008】本発明は、SWOSC−V に比べ、張力
の減退が少なく、硬質Crめっき処理の省略を可能とす
る優れた耐摩耗性を有し、かつ特開昭60−11455
3 号公報記載の鋼に比べ安価なピストンリング用合金
鋼を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決すべく鋭意研究を重ねた結果、Siの多量の含有が
熱による張力減退速度と密接な関係を有し、耐熱性改善
に効果があることを見出した。すなわち、Siを1.5
0% 以上含有させることによりフェライト中に多量固
溶し、固溶強化によって張力の減退を防止できることを
確認した。
【0010】また、Nb、V 、Moのうち1種又は2
種以上をコストに影響の少ない0.05〜0.50% 
の範囲で添加すると、焼入焼もどし処理後に硬くて微細
な炭窒化物が均一に分散析出し、この炭窒化物の存在が
高温での張力減退現象の鈍化と耐摩耗性の向上に大きな
効果があることを見出し、、硬質Crめっき処理を省略
してもSWOSC−V の硬質Crめっき処理材と同等
の耐摩耗性を有し、かつ優れた耐熱性を確保することに
成功したものである。
【0011】すなわち本発明の第1発明は、重量比にし
てC:0.50〜0.80% 、Si:1.50 〜2
.50% 、Mn:0.50 〜1.50% を含有し
、さらにV:0.05〜0.50%、Nb:0.05 
〜0.50% 、Mo:0.05 〜0.50% のう
ち1種ないし2種以上を含有し、残部がFeおよび不純
物元素からなることを特徴とするピストンリング用合金
鋼であり、第2発明は焼入性の向上と脱炭防止効果を得
るために、第1発明鋼に0.20〜1.50% のCr
を含有させたものである。
【0012】次に、本発明のピストンリング用合金鋼の
成分組成の限定理由について説明する。
【0013】C:0.50〜0.80% Cは十分な強
度、耐摩耗性を得るため必須の元素であり、少なくとも
0.50% 以上の含有が必要である。しかし、0.8
0% を超えて含有させても前記効果の向上が少なく、
過共析鋼となって靱性の低下が著しくなるため、上限を
0.80% とした。
【0014】Si:1.50 〜2.50% Siはフ
ェライト中に固溶して素地の強度を上げ、かつ焼もどし
軟化抵抗の強化により使用時間の経過とともに進行する
高温での張力減退現象を鈍化させ、長期間安定した性能
を確保するために必要な元素であり、前記効果を得るた
めには1.50% 以上含有させることが必要である。 しかし、多量に含有させると脱炭が生じやすくなり、耐
摩耗性が低下するので、上限を2.50% とした。
【0015】Mn:0.50 〜1.50% Mnは 
Cと同様に強度を向上させるとともに、焼入性の確保に
必要な元素であり、0.50% 以上の含有が必要であ
る。しかし、多量に含有させると靱性が低下するので、
上限を1.50% とした。
【0016】V:0.05〜0.50% 、Nb:0.
05 〜0.50% 、Mo:0.05 〜0.50%
 のうち1種又は2種以上V 、Nb、Moは焼入、焼
もどし処理後に微細で硬い炭窒化物として析出し、かつ
均一に分布している。従って、この炭窒化物が存在しな
いSWOSC−V に比べて耐摩耗性が著しく向上する
。また、炭窒化物の存在は転位の動きを止め、長期間の
間に徐々に進行する張力減退現象を鈍化させる働きがあ
る。前記効果を得るためには、V 、Nb、Moをそれ
ぞれ0.05% 以上含有させることが必要である。ま
た、単独添加に比べ複合添加した方がより効果がある。 しかし、多量に含有させると、効果が飽和するとともに
コスト高となるため、上限をそれぞれ0.50% とし
た。
【0017】Cr:0.20 〜1.50% Crは加
熱による脱炭を防止するとともに、必要に応じ適量添加
することによって熱処理のしやすい焼入性に調節する効
果のある元素であり、この効果を得るためには0.20
% 以上含有させる必要がある。しかし、多量に含有さ
せると焼入性が向上し過ぎるとともにコスト高となるた
め、上限を1.50%とした。
【0018】
【実施例】次に本発明の特徴を比較鋼、従来鋼と比較し
て実施例でもって明らかにする。表1は供試鋼の化学成
分を示すものである。
【0019】
【表1】
【0020】表1において、1〜12鋼は本発明鋼であ
り、1〜6鋼は第1発明鋼、7〜12鋼は第2発明鋼で
ある。また、13〜17鋼は比較鋼であり、18鋼は従
来鋼であるSWOSC−V である。
【0021】表1に示す成分組成の鋼を使用し、焼入焼
もどし処理を施した後、10×15.7×6.3mm 
の摩耗試験片と30×30×5mm スカッフ試験片を
作製した。その後、下記に示す方法により、摩耗試験、
スカッフ試験を行い、ピストンリング用鋼としての適否
を評価した。また、耐熱性を評価するため、張力減退試
験も行った。なお、従来鋼である18鋼については、性
能比較のため硬質Crめっき処理を施したものと施さな
いものの両方について評価した。
【0022】摩耗試験は、相手材としてシリンダライナ
用鋳鉄であるFC25を用い、摩擦速度1m/sec、
面圧100kgf/mm2の条件でエンジンオイルを1
.5cc/min 供給しながら8時間試験機を稼働さ
せることにより行った。試験後、摺動面の摩耗量を測定
し、耐摩耗性を評価した。スカッフ試験は、面圧を40
kgf/mm2 から3分毎に5kgf/mm2ずつ上
昇させる方法により行った。そして、摩擦係数が急上昇
した面圧を焼付発生面圧として記録し、耐スカッフ性を
評価した。張力減退試験は、供試鋼から80mm×1.
3mm ×3.2mm のピストンリングを製造し、J
IS B 8032「ピストンリング」に規定されてい
る方法、条件(加熱温度 300℃、加熱時間  1時
間)で行った。試験結果を表2に示す。
【0023】
【表2】
【0024】表2から明らかなように比較鋼、従来鋼で
ある13〜18鋼を本発明鋼と比較すると、13鋼は 
C含有率が低いため摩耗量が 7.8μm、焼付発生面
圧が80kgf/mm2 、張力減退度が2.8%であ
り、耐摩耗性、耐スカッフ性、耐熱性がともに劣るもの
であり、14鋼はSi含有率が低いため張力減退度が2
.3%と大きく、耐熱性が劣るものであり、15、16
、17鋼は炭窒化物を形成する V、Nb、Moの含有
率がそれぞれ低いため、摩耗量が 9.9〜10.8μ
m、焼付発生面圧が80〜95kgf/mm、張力減退
度が 2.6〜2.8%であり、耐摩耗性、耐スカッフ
性、耐熱性が劣るものである。また、従来鋼のSWOS
C−V である18鋼は本発明鋼に比べSi含有率が低
く、 V、Nb、Moが全く含有されていないため、硬
質Crめっき処理を施さないと摩耗量が12.6μmで
あり、耐摩耗性が著しく劣り、また硬質Crめっき処理
の有無に関係なく張力減退度が2.6〜2.8%と高く
、耐熱性が劣るものである。
【0025】これに対し、本発明鋼である1〜12鋼は
 SWOSC−Vに比べSiを増量し、Siによる固溶
強化をさらに強固にしたこと、 V、Nb、Moを含有
させて熱処理後に炭窒化物を均一に分散させ析出強化を
はかった結果、摩耗量が 4.4〜 5.4μm、焼付
発生面圧が 105〜115kgf/mm2、張力減退
度が 0.9〜1.3%であり、 SWOSC−Vの硬
質Crめっき処理材と同等の耐摩耗性を有し、かつ張力
減退が少なく、優れた耐スカッフ性を示すものである。
【0026】また、安価なSiの増量と0.5%以下と
いう少量の V、Nb、Moの添加によって硬質Crめ
っき処理の省略を可能にしたことにより、特開昭60−
114553 号公報に記載された鋼に比べ安価でSW
OSC−V に代わる材料として適切なピストンリング
用鋼の製造が可能になった。
【0027】
【発明の効果】本発明のピストンリング用合金鋼は、従
来ピストンリング用として使用されていたSWOSC−
V に必要な耐摩耗性を確保するため施していた硬質C
rめっき処理の省略を可能とし、かつ優れた耐熱性と耐
スカッフ性を有するピストンリング用として適当な材料
である。なお、本発明の実施例では硬質Crめっき処理
を施さない場合のみを記載したが、もちろん硬質Crめ
っき処理を施せばさらに優れた耐摩耗性を得ることがで
きる。従って、従来より安価なピストンリングの製造を
可能とし、内燃機関の軽量化、高出力化の実現に大きく
貢献し、産業上寄与するところは極めて大きい。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  重量比にしてC:0.50〜0.80
    % 、Si:1.50 〜2.50% 、Mn:0.5
    0 〜1.50% を含有し、さらにV:0.05〜0
    .50% 、Nb:0.05 〜0.50% 、Mo:
    0.05 〜0.50% のうち1種ないし2種以上を
    含有し、残部がFeおよび不純物元素からなることを特
    徴とするピストンリング用合金鋼。
  2. 【請求項2】  重量比にしてC:0.50〜0.80
    % 、Si:1.50 〜2.50% 、Mn:0.5
    0 〜1.50% とCr:0.20 〜1.50% 
    を含有し、さらにV:0.05〜0.50% 、Nb:
    0.05 〜0.50% 、Mo:0.05 〜0.5
    0% のうち1種ないし2種以上を含有し、残部がFe
    および不純物元素からなることを特徴とするピストンリ
    ング用合金鋼。
JP41763990A 1990-12-30 1990-12-30 ピストンリング用合金鋼 Pending JPH04263046A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2295777A1 (en) * 2003-03-31 2011-03-16 Hitachi Metals, Ltd. Internal engine piston and its production method
CN106636922A (zh) * 2016-12-28 2017-05-10 内蒙古包钢钢联股份有限公司 高强微合金化耐磨球料用钢及其生产方法

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EP2295777A1 (en) * 2003-03-31 2011-03-16 Hitachi Metals, Ltd. Internal engine piston and its production method
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