[发明专利]活塞环用原料

说明书

本申请为2015年11月27日提交的、申请号为201480030692.2的、发明名称为“活塞环及其原料以及它们的制造方法”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及活塞环(以下也称为“环”)，尤其是涉及钢制的大型活塞环(以下也称为“大型环”)及其原料以及它们的制造方法。

背景技术

大型柴油发动机所使用的大型环中，耐热性、耐磨损性优异的铸铁制活塞环为主流。然而，近年来，在大型柴油发动机中，伴随着地球环境问题的明显化，存在高输出化、高效率化(CO₂减少)的倾向，具体而言，由于缸体有效压力、最高压力的上升、热负载增大引起的作用应力的增大、或者平均活塞速度的上升等，其使用环境日益变得严酷。例如，在低速2冲程柴油发动机的顶环中，采用的是滑动特性优异的片状石墨铸铁与强度优异的球状石墨铸铁的中间的CV(Compacted Vermicular)石墨铸铁。

通常，铸铁由于在组织中分散有石墨，因此耐划伤性等的滑动特性优异，而且导热特性也优异。然而，当使用环境变得严酷时，在强度面上并不充分，活塞环的折损这样的致命性的缺点受到关注。

在汽车发动机用的小型活塞环中，从铸铁向钢的材料置换(以下也称为“钢化”)推进，在顶环中，目前对马氏体系不锈钢实施了氮化处理或离子喷镀处理(例如，CrN或TiN等)的结构为主流。该顶环通常通过将拉丝成规定的截面形状的马氏体系不锈钢线材成形为环的自由形状的卷绕成形加工来制造。

然而，当成为船舶用发动机等的大型环时，环截面积也变大，因此使用的钢线材也需要截面积更大的线材。由于截面积大的线材难以处理且轧制机或热处理装置大型化，由线材成形大型环的钢化未推进。尤其是难以精密成形，因此导致与轻量化、低张力化相关的窄宽度化也变得困难。而且，日本特开平6-221436公开了利用铸造法将特殊的钢形成为环形状的铸钢制活塞环材，但结果是，没有由铸造引起的气孔、针孔等铸造缺陷的制作方法和材料特性难以同时成立，实际情况是在可靠性这一点还未实用化。

发明内容

发明要解决的课题

本发明鉴于上述问题而完成，其课题在于提供一种对燃耗改善作出贡献的轻量、低张力化了的、耐磨损性及耐划伤性优异的大型钢环及其原料以及它们的制造方法。

用于解决课题的手段

本发明者们对于在大型环中也能够钢化的制作方法、关注了耐热疲劳性、导热性的钢材的研究、以及环宽(h1)和径向厚度(a1)的缩小，进行了仔细研究，结果想到了本发明。

即，本发明的活塞环是标称直径(d1)为200mm以上且小于1100mm的活塞环，其特征在于，所述活塞环由热锻后的圆筒状钢原料制造。

所述活塞环中，环宽(h1)与所述标称直径(d1)优选满足1×10^-2<h1/d1<1.8×10^-2的关系，径向厚度(a1)与所述标称直径(d1)优选满足2×10^-2<a1/d1<2.8×10^-2的关系，进而，所述环宽(h1)、所述径向厚度(a1)以及所述标称直径(d1)优选满足2×10^-4<(h1×a1)/(d1)²<5×10^-4的关系。

而且，所述活塞环优选张力(Ft)相对于所述标称直径(d1)的比(Ft/d1)为0.1～0.25N/mm。

进而，优选所述活塞环的所述母材是从碳素钢、低合金钢、弹簧钢、轴承钢以及马氏体系不锈钢中选择的钢。

所述母材优选具有如下组成，以质量％计为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及不可避免的杂质构成，优选具有在回火马氏体中分散有铬碳化物的组织，热疲劳率为4％以下。

而且，所述母材优选具有如下组成，以质量％计为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及不可避免的杂质构成，所述母材的热传导率优选为30W/(m·K)以上，优选具有在回火马氏体中分散有碳化物的组织，活塞环的热疲劳率为8％以下。