JP2011247310A - 圧力リング及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基本的には合金元素量の少ないJIS登録材料を使用するが、300℃の高温でも優れた耐熱ヘタリ性を発揮するように顕微鏡組織を調製する。具体的には、JIS G 4801に規定される材料記号SUP10なる鋼材を用い、ピストンリング線材をオイルテンパー処理する前に、焼鈍し、平均粒径0.1〜1.5μmの球状化セメンタイトを焼戻マルテンサイトマトリックス中に分散させることによって、300℃においても転位の移動やクリープを抑制し、耐熱ヘタリ性を向上させる。
【選択図】図3
Description
直径8 mmφに圧延したSUP10鋼材から、加熱(900℃)−パテンチング(600℃)−酸洗−伸線−加熱(900℃)−パテンチング(600℃)−酸洗−伸線−オイルテンパーからなる伸線工程において、二回目のパテンチング処理の代わりに700℃、60分の焼鈍工程を導入して、最終的に厚さ1.0 mm、幅2.3 mmの断面形状が矩形の線材を準備した。ここで、オイルテンパー処理としては、930℃、45秒の加熱後、60℃のオイル中に焼入する焼入工程と、470℃、60秒の焼戻工程からなる処理を行った。図1に線材の走査電子顕微鏡による顕微鏡組織を示すが、焼戻マルテンサイト中に分散する白色の微細な球状セメンタイトが観察される。また、この組織を拡大し、画像解析により球状セメンタイトの平均粒径と面積率を測定した結果、平均粒径は0.8μm、面積率は2.4%であった。
SUP10鋼材を用いて、実施例1〜3と同様の方法で、二回目のパテンチング処理の代わりに、700℃での焼鈍を行い厚さ1.0 mm、幅2.3 mmの矩形の線材を製造した。但し、焼戻マルテンサイトマトリックス中に分散する球状化セメンタイトを調製するため、オイルテンパー処理の焼入前の加熱温度を、実施例4では980℃、実施例5では820℃とした。実施例1と同様に線材の走査電子顕微鏡による顕微鏡組織から画像解析により球状セメンタイトの平均粒径と面積率を測定した結果、実施例4及び5において、平均粒径が0.4μm及び1.2μm、面積率は0.3%及び5.3%であった。
実施例1〜5の伸線工程で、焼鈍工程を導入しない従来のパテンチング処理を2回行う伸線工程で製造した厚さ1.0 mm、幅2.3 mmの断面形状が矩形の線材から成形した圧力リングを比較例1、比較例1のSUP10鋼材の代わりにSi-Cr鋼(JIS SWOSC-V)を使用して比較例1と同様の方法で製造した厚さ1.0 mm、幅2.3 mmの断面形状が矩形の線材から成形し、実施例1〜5と同様に、表2に示す表面処理を施した圧力リングを比較例2〜4、比較例1のSUP10鋼材の代わりに硬鋼線(JIS SWRH62A)を使用して比較例1と同様の方法で製造した厚さ1.0 mm、幅2.3 mmの断面形状が矩形の線材から成形した圧力リングを比較例5とした。比較例1〜5の外周面に全てCrN皮膜を施し、比較例3の側面にリン酸亜鉛系皮膜、比較例4の側面にリン酸マンガン系皮膜を施した。
熱ヘタリ試験は、JIS B 8032-5に基づく。最初に張力を測定し、呼称径にリングを閉じて300℃で3時間加熱した後、再度張力を測定して、その減退率(JISでは接線方向張力減退度)を評価することによって行われる。試験は、実施例1、4及び5並びに比較例1、2及び5について5回行い、その結果の平均値を表2示す。実施例1は平均値でほぼ同じ熱伝導率の比較例1よりも24%、実施例4は4%、実施例5は26%優れた耐熱ヘタリ性を示し、実施例1と5では目標とした4%以下を達成した。なお、バラツキも小さかった。
熱伝導率は、実施例1、4、5、比較例1、2、5について、レーザーフラッシュ法により測定した。結果を表2に示す。実施例1の熱伝導率はSi-Cr鋼の比較例2よりも高かったが、硬鋼線の比較例5よりは低かった。すなわち、合金元素量に依存することが確認された。
アルミ凝着試験は、図4に示す装置(例えば、リケン製トライボリックIV)を用い、リング(圧力リング)を低速で回転する軸上に同軸に載置し、所定の温度に調節したピストン材(AC8A材)を一定の周期で軸方向に往復動させ、リングとピストン材とに面圧荷重を周期的に発生させて、アルミ凝着が発生するまで継続する試験である。アルミ凝着が発生すれば回転軸のトルクが変動し、また温度も上昇する。そのときの負荷サイクル数で寿命を評価する。試験条件としては、試験温度240℃、面圧負荷触れ幅0〜1.1MPa、面圧負荷サイクル数3.3Hz、リング回転速度3.3m/sec(一方向回転)とし、さらに潤滑剤として無添加ベースオイルSAE30をリング表面に0.08cc塗布した。その結果を表2及び図5に示す。耐アルミ凝着寿命は、実施例1の表面処理なし(生材)の場合は、比較例2に比べて51%、実施例2のリン酸亜鉛系皮膜の場合は、比較例3に比べて43%向上した。一方、実施例3のリン酸マンガン系皮膜の場合は、母材の違いによる耐アルミ凝着寿命に差は認められなかった。これはリン酸マンガン系皮膜自体の表面粗さが影響するためと考えられる。
2 回転軸
3 リング(圧力リング)
4 ピストン材
5 ヒーター
6 熱電対
7 温度調節器
Claims (6)
- 質量%で、C:0.45〜0.55、Si:0.15〜0.35、Mn:0.65〜0.95、Cr:0.80〜1.10、V:0.15〜0.25、残部が鉄及び不可避的不純物からなる組成を有し、焼戻しマルテンサイトマトリックス中に平均粒径0.1〜1.5μmの球状化セメンタイトが分散していることを特徴とする圧力リング。
- 前記球状化セメンタイトの分散量が、顕微鏡組織観察面において、1〜6面積%であることを特徴とする請求項1に記載の圧力リング。
- 熱伝導率が35 W/m・K以上であり、熱ヘタリ率が4%以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の圧力リング。
- 質量%で、C:0.45〜0.55、Si:0.15〜0.35、Mn:0.65〜0.95、Cr:0.80〜1.10、V:0.15〜0.25、残部が鉄及び不可避的不純物からなる組成を有し、焼戻しマルテンサイトマトリックス中に平均粒径0.1〜1.5μmの球状化セメンタイトが分散している圧力リングを製造する方法であって、圧力リング成形前のオイルテンパー処理工程以前に焼鈍工程を含むことを特徴とする圧力リングの製造方法。
- 前記焼鈍工程が温度600〜720℃で行われることを特徴とする請求項4に記載の圧力リングの製造方法。
- 前記オイルテンパー処理工程が焼入温度820〜980℃、焼戻温度400〜500℃で行われることを特徴とする請求項4又は5に記載の圧力リングの製造方法。
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