[發明專利]活塞環用原料

在審

• 申請號: 201710243454.5
• 申請日: 2014-06-05
• 公開（公告）號: CN107269836A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 川西實;掛川聰;島祐司
• 申請（專利權）人: 株式會社理研
• 主分類號: F16J9/26
• 分類號: F16J9/26;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/46;C22C38/44;C22C38/32;C22C38/24;C22C38/22;C21D9/40
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司11219
• 代理人: 高培培,車文

本申請為2015年11月27日提交的、申請號為201480030692.2的、發明名稱為“活塞環及其原料以及它們的制造方法”的申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及活塞環(以下也稱為“環”)，尤其是涉及鋼制的大型活塞環(以下也稱為“大型環”)及其原料以及它們的制造方法。

背景技術

大型柴油發動機所使用的大型環中，耐熱性、耐磨損性優異的鑄鐵制活塞環為主流。然而，近年來，在大型柴油發動機中，伴隨著地球環境問題的明顯化，存在高輸出化、高效率化(CO₂減少)的傾向，具體而言，由于缸體有效壓力、最高壓力的上升、熱負載增大引起的作用應力的增大、或者平均活塞速度的上升等，其使用環境日益變得嚴酷。例如，在低速2沖程柴油發動機的頂環中，采用的是滑動特性優異的片狀石墨鑄鐵與強度優異的球狀石墨鑄鐵的中間的CV(Compacted Vermicular)石墨鑄鐵。

通常，鑄鐵由于在組織中分散有石墨，因此耐劃傷性等的滑動特性優異，而且導熱特性也優異。然而，當使用環境變得嚴酷時，在強度面上并不充分，活塞環的折損這樣的致命性的缺點受到關注。

在汽車發動機用的小型活塞環中，從鑄鐵向鋼的材料置換(以下也稱為“鋼化”)推進，在頂環中，目前對馬氏體系不銹鋼實施了氮化處理或離子噴鍍處理(例如，CrN或TiN等)的結構為主流。該頂環通常通過將拉絲成規定的截面形狀的馬氏體系不銹鋼線材成形為環的自由形狀的卷繞成形加工來制造。

然而，當成為船舶用發動機等的大型環時，環截面積也變大，因此使用的鋼線材也需要截面積更大的線材。由于截面積大的線材難以處理且軋制機或熱處理裝置大型化，由線材成形大型環的鋼化未推進。尤其是難以精密成形，因此導致與輕量化、低張力化相關的窄寬度化也變得困難。而且，日本特開平6-221436公開了利用鑄造法將特殊的鋼形成為環形狀的鑄鋼制活塞環材，但結果是，沒有由鑄造引起的氣孔、針孔等鑄造缺陷的制作方法和材料特性難以同時成立，實際情況是在可靠性這一點還未實用化。

發明內容

發明要解決的課題

本發明鑒于上述問題而完成，其課題在于提供一種對燃耗改善作出貢獻的輕量、低張力化了的、耐磨損性及耐劃傷性優異的大型鋼環及其原料以及它們的制造方法。

用于解決課題的手段

本發明者們對于在大型環中也能夠鋼化的制作方法、關注了耐熱疲勞性、導熱性的鋼材的研究、以及環寬(h1)和徑向厚度(a1)的縮小，進行了仔細研究，結果想到了本發明。

即，本發明的活塞環是標稱直徑(d1)為200mm以上且小于1100mm的活塞環，其特征在于，所述活塞環由熱鍛后的圓筒狀鋼原料制造。

所述活塞環中，環寬(h1)與所述標稱直徑(d1)優選滿足1×10^-2<h1/d1<1.8×10^-2的關系，徑向厚度(a1)與所述標稱直徑(d1)優選滿足2×10^-2<a1/d1<2.8×10^-2的關系，進而，所述環寬(h1)、所述徑向厚度(a1)以及所述標稱直徑(d1)優選滿足2×10^-4<(h1×a1)/(d1)²<5×10^-4的關系。

而且，所述活塞環優選張力(Ft)相對于所述標稱直徑(d1)的比(Ft/d1)為0.1～0.25N/mm。

進而，優選所述活塞環的所述母材是從碳素鋼、低合金鋼、彈簧鋼、軸承鋼以及馬氏體系不銹鋼中選擇的鋼。

所述母材優選具有如下組成，以質量％計為C：0.2～1.0％，Si：0.1～1.0％，Mn：0.1～1.0％，Cr：10～20％，Ni：0～0.6％，Mo：0～1.5％，V：0～0.15％，其余部分有Fe及不可避免的雜質構成，優選具有在回火馬氏體中分散有鉻碳化物的組織，熱疲勞率為4％以下。

而且，所述母材優選具有如下組成，以質量％計為C：0.45～1.10％，Si：0.15～1.60％，Mn：0.30～1.15％，Cr：0.50～1.60％，V：0～0.25％，Mo：0～0.35％，B：0～0.005％，其余部分由Fe及不可避免的雜質構成，所述母材的熱傳導率優選為30W/(m·K)以上，優選具有在回火馬氏體中分散有碳化物的組織，活塞環的熱疲勞率為8％以下。