(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ことを特徴とするピストンリング用異形線。
【発明の詳細な説明】
【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ピストンリング用異形線に関する。
【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。
【０００３】
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。
【０００４】
実用面からは、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、十分な耐摩耗性を有す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】
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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記Ｃｒ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問題があった。
【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問題があった。
【０００８】
本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、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、優れた表面のピストンリング用異形線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】
本発明にかかるピストンリング用異形線は、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組成物からなることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本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。
【００１１】
本発明では、合金鋼の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。
【００１２】
前記のようなＡｌの添加によって、鋼材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。
【００１３】
従って、本発明では、熱間加工性および冷間加工性が優れ、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。
【００１４】
すなわち、この合金鋼は、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
Ａｌはこの発明の合金鋼において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。
【００１９】
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。
【００２０】
【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のピストンリング用異形線に用いる合金鋼（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。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
さらに、図３はＡｌを添加した本発明のピストンリング用異形線に用いる合金鋼と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、本発明のピストンリング用異形線に用いる合金鋼と既存の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。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば重量％で、Ｃ：０．４〜０．７％、Ｓｉ：０．１〜１％、Ｍｎ：０．１〜１％、Ｃｒ：５〜１０％、Ａｌ：０．３〜１％、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の冷間加工性の優れた合金鋼であり、優れた耐摩耗性および耐食性のピストンリング用異形線とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態のピストンリング用異形線に用いるために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。
【図２】この発明のＡｌを添加した合金鋼のビレット断面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。
【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。
【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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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