活塞环及其原料以及它们的制造方法技术

为了提供一种对燃耗改善作出贡献的轻量、低张力化的、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，而包含C、Si、Mn、Cr作为必须合金元素，包含Ni、V、Mo、V作为选择合金元素，调整了热传导率及/或耐热疲劳性的钢与包含扩孔加工的热锻进行组合，由此由热锻后的圆筒状钢原料，得到缩小了环宽(h1)和径向厚度(a1)的、标称直径(d1)为200mm以上且小于1100mm的大型钢环。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及活塞环(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。
技术介绍
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(CompactedVermicular)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。
技术实现思路
专利技术要解决的课题本专利技术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专利技术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，结果想到了本专利技术。即，本专利技术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。进而，优选所述活塞环在其外周滑动面具有选自由氮化被膜、镀敷被膜、喷镀被膜、化学生成处理被膜及离子镀被膜构成的组中的一种或两种以上的被膜，优选在其侧面具有选自由氮化被膜、镀敷被膜及化学生成处理被膜构成的组中的一种或两种以上的被膜。本专利技术的活塞环用原料是标称直径(d1)为200mm以上且小于1100mm的活塞环用的圆筒状钢原料，其特征在于，所述圆筒状钢原料沿周向具有纤维流线组织。所述原料在用于压力环时，优选所述圆筒状钢原料的与轴垂直的截面为非圆形形状，而且，在用于油环时，优选所述圆筒状钢原料的至少外周面具有沿轴向以一定间隔形成的多个凹部。本专利技术的活塞环的制造方法是标称直径(d1)为200mm以上且小于1100mm的活塞环的制造方法，其特征在于，包括如下工序：对切断成规定的长度的圆柱状钢原料进行加热，通过冲压成形将该圆柱状钢原料镦锻加工成圆板状成形体的第一热锻工序；由所述圆板状成形体通过芯冲头在中央部形成凹部，进行开孔加工而加工成第一圆筒状原料的第二热锻工序；由所述第一圆筒状原料通过扩孔机加工成扩径的第二圆筒状原料的第三热锻工序；及由所述第二圆筒状原料加工成活塞环的机械加工工序。优选在所述第三热锻工序之后，对所述第二圆筒状原料在与轴垂直的方向上进行冲压成形，以使所述第二圆筒状原料在与轴垂直的截面上具有非圆形形状，优选在所述第三热锻工序中，使用异形形状的主辊，以使所述第二圆筒状原料至少在外周面具有在轴向上以一定间隔形成的多个凹部。专利技术效果本专利技术的活塞环与以往的铸铁制大型活塞环相比，缩小了环宽(h1)，因此能够对动力零件的轻量化作出贡献，即使调整成以往规定的面压也能够实现低张力化，能减少摩擦力，对燃耗改善作出贡献。若径向厚度(a1)也缩小，则除了轻量化、低张力化之外，环的向缸体壁的追随性也显著提高，可实现优异的密封性。以往的铸铁制或铸钢制环所不可能的活塞环的截面缩小化基本上因如下原因而能够实现：通过使用延展性优异、高强度、高韧性的钢材，即使热负载增大，也没有折损的风险，能够安心地使用；通过包含滚轧扩孔加工的热锻法与机械加工的组合，能够高精度地制造标称直径200mm以上的活塞环。根据包含滚轧扩孔加工的热锻法，由圆柱状的钢原料能够比较容易地制造大径尺寸的大型环原料，通过周向纤维流线(锻件纤维流线)组织，能够得到微细且没有缺陷的、高强度的耐热疲劳性优异的大型环。而且，通过与轴垂直地对规定的尺寸的圆筒状原料进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种活塞环，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。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.06.07 JP 2013-120497;2013.12.05 JP 2013-252021.一种活塞环，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。
2.根据权利要求1所述的活塞环，其特征在于，
环宽(h1)与所述标称直径(d1)满足1×10-2<h1/d1<1.8×10-2的关系。
3.根据权利要求1或2所述的活塞环，其特征在于，
径向厚度(a1)与所述标称直径(d1)满足2×10-2<a1/d1<2.8×10-2的关系。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的活塞环，其特征在于，
所述环宽(h1)、所述径向厚度(a1)以及所述标称直径(d1)
满足2×10-4<(h1×a1)/(d1)2<5×10-4的关系。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的活塞环，其特征在于，
所述活塞环的张力(Ft)相对于所述标称直径(d1)的比(Ft/d1)
为0.1～0.25N/mm。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的活塞环，其特征在于，
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
不锈钢中选择出的钢。
7.根据权利要求6所述的活塞环，其特征在于，
所述母材具有如下组成，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％，
其余部分由Fe及不可避免的杂质构成。
8.根据权利要求7所述的活塞环，其特征在于，
所述母材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。
9.根据权利要求6所述的活塞环，其特征在于，
所述母材具有如下组成，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。
10.根据权利要求9所述的活塞...

【专利技术属性】
技术研发人员：川西实，掛川聪，岛祐司，
申请(专利权)人：株式会社理研，
类型：发明
国别省市：日本;JP