JPH04290680A

JPH04290680A - ピストンリング用線材

Info

Publication number: JPH04290680A
Application number: JP13084391A
Authority: JP
Inventors: Kenji Otani; 大谷　賢志
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-03-19
Filing date: 1991-03-19
Publication date: 1992-10-15

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、内燃機関のピストンリ
ングに用いられるピストンリング用線材の改良に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車のエンジン等の内燃機関において
、ピストンリングは気密性の保持及び潤滑油調整を目的
としてピストンに装着される。このようなピストンリン
グは、従来主に鋳鉄が用いられてきたが、内燃機関の高
性能化に伴い、バネ用炭素鋼からなるピストンリングの
使用が拡大しつつある。この理由は、所要の断面形状を
有する線材をコイリング加工することによって製造を容
易にしたことと、剛性向上によりピストンリングを薄く
できて軽量化が実現できるためである。

【０００３】また、ピストンリングは、シリンダーと摺
動するため、耐磨耗性、耐焼付性が要求され、そのため
表面に硬質Ｃｒメッキや窒化処理が施されている。

【０００４】近年は、耐磨耗性、耐焼付性、耐熱性をよ
り一層向上させるために、ピストンリング用線材として
、マルテンサイト系ステンレス鋼が用いられるようにな
ってきており、特に高Ｃで高Ｃｒのマルテンサイト系ス
テンレス鋼（Ｃ：０．６〜０．９Ｗｔ％、Ｃｒ：１３〜
１８Ｗｔ％）に窒化処理を施すことによりピストンリン
グとして好結果が得られている。

【０００５】上記高Ｃで高Ｃｒのマルテンサイト系ステ
ンレス鋼を用いたピストンリング用線材は、その断面形
状を長方形、あるいは複雑な形状の異形としたものであ
る。

【０００６】そして、その製造方法は、φ５．５ｍｍ線
材に幾度かの焼なまし処理と冷間伸線加工を繰り返し行
って線径を細くした後に、冷間圧延加工により所要の断
面形状に加工する。また、複雑な断面形状に加工すると
きには、さらに冷間圧延加工途中においても幾度かの焼
なまし処理を行っていた。そして、仕上げ処理として、
焼入焼戻し処理を行って強度と耐熱性を付与していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記高Ｃで
高Ｃｒのマルテンサイト系ステンレス鋼、特にＣ量の多
いマルテンサイト系ステンレス鋼は、ピストンリングと
して優れた特性を有する。しかし、その反面、冷間にお
ける伸線加工性及び圧延加工性が非常に悪く、そのため
ピストンリング用線材の加工工程には前記の如く、多く
の焼なまし処理工程を必要とし、また冷間伸線加工及び
冷間圧延加工の回数も増えて、加工コストは従来のバネ
用炭素鋼から成るピストンリング用線材と比較して大変
高価なものとなっていた。

【０００８】また、上記の如く加工工程が複雑化するた
め、線材にスリキズが発生したり、冷間伸線加工の前処
理や焼なまし処理時の孔食等によりピストンリングとし
ての表面品質を低下させていた。さらに、最悪の場合は
、上記欠陥に起因してコイリング成形加工時の曲げによ
り線材が折れる等の不具合が発生していた。

【０００９】本発明のピストンリング用線材は、上記従
来技術の有する課題を解決するためになしたもので、そ
の目的とするところは、冷間における伸線加工性、圧延
加工性を向上させると共に、ピストンリングとしての好
適な耐熱性、耐磨耗性を具備し得るピストンリング用線
材を提供しようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のピストンリング用線材は、冷間加工により
成形されるピストンリング用線材において、重量％でＣ
：０．３％以下、Ｃｒ：１１〜３０％を有するフェライ
ト系またはマルテンサイト系ステンレス鋼よりなる母材
表面に、重量％でＣ：０．６％〜１．２％、深さ０．２
ｍｍ〜０．６ｍｍの浸炭層を有するものである。

【００１１】次に上記構成におけるステンレス鋼の組成
限定理由について述べる。

【００１２】Ｃは、冷間における伸線加工性及び圧延加
工性を害するもので、多量に含有すると多大なＣｒ炭化
物を形成し、伸線加工性及び圧延加工性は極端に低下す
る。よって、良好な上記加工性を得るためにＣ量は０．
３Ｗｔ％以下とする必要がある。

【００１３】Ｃｒは、基地に固溶して耐熱性や耐磨耗性
を与えるとともに耐食性も向上させる。また窒化特性を
良好なものにする重要な元素である。よって、これらの
効果を発揮させるためには、浸炭後のＣ量とのバランス
から少なくとも１１Ｗｔ％以上は必要とする。また、３
０Ｗｔ％を超えると冷間における伸線加工性及び圧延加
工性が低下するため、Ｃｒ量を１１〜３０Ｗｔ％とした
。

【００１４】また、浸炭層は焼入焼戻し処理により硬化
してピストンリングとして必要なバネ性を付与させると
ともに、浸炭層のＣはＣｒと共に耐磨耗性に優れた窒化
層を得るのに必要である。よって、これらの効果を発揮
させるには、浸炭層はＣ量０．６Ｗｔ％以上で深さ０．
２ｍｍ以上とする必要がある。また、Ｃ量が１．２Ｗｔ
％を超えると、硬度が上がりすぎ、深さが０．６ｍｍを
超えると、線材内部まで硬化して、コイリング加工性が
極端に低下する。上記Ｃ量は、０．６Ｗｔ％〜１．２Ｗ
ｔ％、好ましくは０．７５Ｗｔ％〜０．９５Ｗｔ％であ
る。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例に係わるピストンリ
ング用線材について図面に基づいて説明する。

【００１６】図１において、１は圧力ピストンリングと
して用いられるピストンリング用線材であり、その形状
は厚みａ１．５ｍｍ、幅ｂ３．０ｍｍの略矩形の断面を
有し、母材は重量％でＣ：０．０５％、Ｓｉ：０．３４
％、Ｍｎ：０．５２％、Ｐ：０．０１１％、Ｃｒ：２７
．５６％の化学組成を有するフェライト系ステンレス鋼
よりなる。

【００１７】上記ピストンリング用線材１の母材表面に
はＣ量０．７５Ｗｔ％で、深さ０．３２ｍｍの焼入焼戻
し処理されて硬化した浸炭層２を有する。

【００１８】次に、上記ピストンリング用線材１の製造
方法について説明する。

【００１９】上記フエライト系ステンレス鋼線材φ５．
５ｍｍを焼なまし処理した後、冷間伸線加工により線径
φ２．６ｍｍの線とし、その後、冷間圧延加工により上
記寸法の略矩形断面を有する異形線材を成形した。そし
て、この異形線材に１０３０℃温度でガス浸炭を施し、
Ｃ量０．７５Ｗｔ％で、深さ０．３２ｍｍの浸炭層を形
成した。そして最後に、焼入温度１０４０℃、焼戻し温
度７００℃の焼入焼戻し処理を行い、浸炭層を硬化した
。

【００２０】図２に示すものは、一体型オイルピストン
リングに用いられるピストンリング用線材３であり、そ
の形状は厚みａ４．５ｍｍ、幅ｂ３．２ｍｍの略Ｉ字状
の断面を有し、母材は重量％でＣ：０．０４％、Ｓｉ：
０．５０％、Ｍｎ０．６８％、Ｐ：０．０１２％、Ｓ：
０．００４％、Ｎｉ：０．５５％、Ｃｒ：１３．７６％
の化学組成を有するフェライト系ステンレス鋼よりなる
。

【００２１】上記、ピストンリング用線材３の母材表面
にはＣ量０．６４Ｗｔ％で、深さ０．２５ｍｍの焼入焼
戻し処理されて硬化した浸炭層４を有する。

【００２２】次に、上記ピストンリング用線材３の製造
方法について説明する。

【００２３】上記フェライト系ステンレス鋼φ５．５ｍ
ｍを焼なまし処理した後、冷間伸線加工により線径φ４
．１ｍｍの線とし、その後、冷間圧延加工により上記寸
法の略Ｉ字状の断面を有する異形線を成形した。そして
、この異形線に１０２５℃温度でガス浸炭を施し、Ｃ量
０．９２Ｗｔ％で、深さ０．２５ｍｍの浸炭層を形成し
た。そして最後に、焼入温度１０４０℃、焼戻し温度６
６０℃の焼入焼戻し処理を行い、浸炭層を硬化した。

【００２４】図３に示すものは、オイルピストンリング
のサイドレールに用いられるピストンリング用線材５で
あり、その形状は厚みａ０．５６ｍｍ、幅ｂ２．９２ｍ
ｍの略トラック形の断面を有し、母材は重量％でＣ：０
．２８％、Ｓｉ：０．１５％、Ｍｎ：０．４１％、Ｐ：
０．０１１％、Ｓ：０．００５％、Ｃｒ：１９．２６％
の化学組成を有するマルテンサイト系ステンレス鋼より
なる。

【００２５】上記ピストンリング用線材５の母材表面に
はＣ量１．２１Ｗｔ％で、深さ０．２２ｍｍの焼入焼戻
し処理されて硬化した浸炭層６を有する。

【００２６】次に、上記ピストンリング用線材３の製造
方法について説明する。

【００２７】上記マルテンサイト系ステンレス鋼線材φ
５．５ｍｍを焼なまし処理した後、冷間伸線加工により
線径φ３．２ｍｍの線とし、その後、焼なまし処理を行
う。次いで、再度の冷間伸線加工により線径φ１．７５
ｍｍの線とした後、焼なまし処理を行い、その後、冷間
圧延加工により上記寸法の略矩形断面を有する異形線材
を成形した。そして、この異形線材に１０３０℃温度で
ガス浸炭を施し、Ｃ量１．０１Ｗｔ％で、深さ０．２２
ｍｍの浸炭層を形成した。そして最後に、焼入温度１０
４０℃、焼戻し温度７４０℃の焼入焼戻し処理を行い、
浸炭層を硬化した。

【００２８】そして、本発明により得られた上記ピスト
ンリング用線材１，３，５を用いて窒化処理を施したピ
ストンリングを製造し、ピストンリングとしての耐熱性
、耐摩耗性について試験を行い評価を行った。

【００２９】その結果、従来の高Ｃで高Ｃｒなマルテン
サイト系ステンレス鋼よりなり、窒化処理を施したピス
トンリングと略同等の耐熱性、耐摩耗性を有することが
確認できた。

【００３０】また、本発明のピストンリング用線材は、
製造コストの点において、従来の高Ｃで高Ｃｒなマルテ
ンサイト系ステンレス綱よりなるピストンリング用線材
に比して約３０〜５０％低減した。

【００３１】

【発明の効果】本発明のピストンリング用線材は、上記
構成であるため、冷間における伸線加工性、圧延加工性
に優れ、複雑な形状のピストンリング用線材でも容易に
製造可能となり、またピストンリングと成したときは窒
化処理により優れた耐熱性、耐摩耗性を具備するという
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のピストンリング用線材の一実施例を示
す概略図である。

【図２】本発明のピストンリング用線材の他の実施例を
示す概略図である。

【図３】本発明のピストンリング用線材の他の実施例を
示す概略図である。

【符号の説明】

１，３，５　　ピストンリング用線材２，４，６　　浸炭層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　冷間加工により成形されるピストンリ
ング用線材において、重量％でＣ：０．３％以下、Ｃｒ
：１１〜３０％を有するフェライト系またはマルテンサ
イト系ステンレス鋼よりなる母材表面に、重量％でＣ：
０．６％〜１．２％、深さ０．２ｍｍ〜０．６ｍｍの浸
炭層を有することを特徴とするピストンリング用線材。