JP2007321199A - 耐焼付性に優れたピストンリング用鋼材、ピストンリング用異形線、並びにピストンリング - Google Patents

Abstract

【課題】熱間圧延時や伸線後の塑性加工時に割れを発生することなく製造でき、しかも耐摩耗性が良好で、更に耐焼付性にも優れたピストンリング用鋼材を提供する。また、このピストンリング用鋼材より得られるピストンリング用異形線やピストンリングを提供する。また、本発明の他の目的は、こうしたピストンリング用異形線を製造できる方法を提供する。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．３５〜０．５５％、Ｓｉ：０．３〜０．６％、Ｍｎ：１．０〜２％、Ｓ：０．１０〜０．２％、Ｃｒ：０．０５〜０．３％、Ｖ：０．０５〜０．２５％、Ａｌ：０．０２％以下（０％を含まない）およびＮ：０．０１５％以下（０％を含まない）を含み、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼材であり、該鋼材中に、短径が１μｍ以下の硫化物系介在物が、観察視野１００μｍ²あたり２．５個以上存在しているピストンリング用鋼材である。
【選択図】図６

Description

本発明は、例えば内燃機関等で使用されるピストンリングの素材として好適に用いることのできる鋼材に関するものである。

内燃機関等で使用されるピストンリングには、その特性として耐摩耗性と耐焼付性が求められる。そのためこうしたピストンリングの素材としては、従来から鋳鉄が用いられている。鋳鉄製のピストンリングは黒鉛を含んでいるため、この黒鉛がピストンリングの使用中に潤滑剤として作用すると共に、油だまりの原因となって、摩擦係数を低下させ、ピストンリングが焼き付くのを防止するからである。しかし鋳鉄は鋼材と比べると強度が低い。そのため鋳鉄の替わりに鋼材を用いることが検討されている。ところが鋼材は耐焼付性に劣り、内燃機関等で使用されるピストンリングの素材としては採用し難かった。

ピストンリングの素材として鋼材を使用するために、例えば特許文献１には、低合金鋼にＳを適正量添加して鋼中に硫化物系介在物を存在させて自己潤滑性を付与し、部品の摩耗を促進させずに耐焼付性を高める技術が提案されている。この文献では、ピストンリング中にアスペクト比が３以上の硫化物系介在物を分散させている。しかし本発明者らが検討したところ、硫化物系介在物のアスペクト比を制御しても耐焼付性を充分に向上できないことが分かった。しかも硫化物系介在物を積極的に生成させるためにＳ量を高めると、熱間圧延時や伸線後の塑性加工時に割れが生じやすく加工性が劣化することも分かった。特に熱間圧延時の割れは、インゴットの断面寸法が大きい実機レベルで顕著に発生することが分かった。
特開２００１−３２９３４５号公報（［特許請求の範囲］、［００１４］参照）

本発明は、この様な状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱間圧延時や伸線後の塑性加工時に割れを発生することなく得ることができ、しかも耐摩耗性が良好で、更に耐焼付性にも優れたピストンリング用鋼材を提供することにある。また、本発明の他の目的は、このピストンリング用鋼材より得られるピストンリング用異形線、並びにピストンリングを提供することにある。また、本発明の他の目的は、ピストンリング用異形線を製造できる方法を提供することにある。

本発明者らは、鋼材の耐摩耗性を劣化させることなく耐焼付性を高めることを目指して鋭意検討を重ねた。その結果、鋼材中に存在する硫化物系介在物の短径（幅）がこうした鋼材の特性に大きく影響を及ぼしていることを明らかにし、本発明を完成した。

即ち、本発明に係る耐焼付性に優れたピストンリング用鋼材とは、質量％で、Ｃ：０．３５〜０．５５％、Ｓｉ：０．３〜０．６％、Ｍｎ：１．０〜２％、Ｓ：０．１０〜０．２％、Ｃｒ：０．０５〜０．３％、Ｖ：０．０５〜０．２５％、Ａｌ：０．０２％以下（０％を含まない）およびＮ：０．０１５％以下（０％を含まない）を含み、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼材であり、該鋼材中に、短径が１μｍ以下の硫化物系介在物が、観察視野１００μｍ²あたり２．５個以上存在している点に要旨を有する。

本発明には、上記ピストンリング用鋼材を伸線して得られた伸線材を、矩形形状に塑性加工して得られたピストンリング用異形線、並びに該ピストンリング用異形線よりなるピストンリングも包含される。

上記ピストンリング用異形線は、上記の成分組成を有するピストンリング用鋼材をパテンティングした後、減面率４０〜６０％で伸線し、６８０〜７２０℃で焼鈍処理した後、断面形状が矩形形状になるように塑性加工すれば製造できる。

本発明によれば、鋼材の成分組成を厳密に規定すると共に、鋼材中に短径の小さい硫化物系介在物を積極的に存在させることで、良好な耐摩耗性を有し、更に耐焼付性にも優れたピストンリング用鋼材を提供できる。このピストンリング用鋼材よりなるピストンリング用異形線やピストンリングは、耐摩耗性の他に、耐焼付性に優れたものとなる。

鋼材の耐焼付性を高めるには、鋼材中に短径が１μｍ以下の硫化物系介在物（以下、細径硫化物ということがある）を、観察視野１００μｍ²あたり２．５個以上存在させればよい。硫化物系介在物の短径を小さくすると、該硫化物系介在物を鋼材の使用中に脱離し易くでき、この硫化物系介在物粉末を潤滑剤として利用し易くできるためか、焼付き発生を高度に防止できる。短径が１μｍを超える硫化物系介在物では、潤滑剤として作用し難く、耐焼付き性の改善効果が不充分である。また、粗大な硫化物系介在物の存在により、冷間加工時に硫化物系介在物に応力が集中して割れが発生するなど冷間加工性が悪くなる。

なお、上記特許文献１では、鋼材中に存在する硫化物系介在物のアスペクト比を規定・制御しているが、アスペクト比を規定したとしても、硫化物系介在物の短径は不明である。即ち、アスペクト比は、硫化物系介在物の長径（最大径）と短径（最小径）の比（即ち、長径／短径）で規定しているため、アスペクト比が同じでも長径と短径の長さは一義的に定まらないからである。

上記細径硫化物は、観察視野１００μｍ²あたり２．５個以上存在させることが重要である。細径硫化物が２．５個未満では、使用中に脱離する硫化物系介在物粉末が少なくなるためか、潤滑効果が不足する。細径硫化物を好ましくは観察視野１００μｍ²あたり２．７個以上（特に、３．０個以上）存在させる。細径硫化物の個数の上限は特に限定されず、多いほど好ましいが、上限は５個程度（特に、３．５個程度）であればよい。

本発明の鋼材では、硫化物系介在物の短径の平均値が１μｍ以下であることが好ましい。短径の平均値が大きくなるほど耐焼付性が劣化し易い。好ましくは短径の平均値は０．８μｍ以下（特に、０．６μｍ以下）である。

硫化物系介在物は、次の手順で観察できる。鋼材の直径をＤとしたとき、Ｄ／４位置を含むように鋼材の長手方向（即ち、鋳造方向）に平行な面を切り出し、これを研磨し、研磨面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察すればよい。観察倍率は１０００倍、観察視野数は１０箇所として、観察視野内に認められる硫化物系介在物の短径を測定すると共に、短径が１μｍ以下の硫化物系介在物の個数を測定して平均値を算出する。硫化物系介在物の短径とは、硫化物系介在物の短軸の長さを意味する。なお、観察視野内に認められる硫化物系介在物が真円の場合は、直径を短径とすればよい。また、硫化物系介在物とはＭｎとＳを含む介在物であり、ＳＥＭ観察した場合には黒い塊として撮影される。

なお、本発明には、後述するように、上記鋼材を伸線した後、矩形形状に塑性加工して得られた異形線や、この異形線を用いて得られたピストンリングも包含されるが、上記鋼材を伸線したり、塑性加工しても硫化物系介在物の短径は殆ど変化しない。

次に、本発明の鋼材の成分組成について説明する。本発明の鋼材は、質量％で、Ｃ：０．３５〜０．５５％、Ｓｉ：０．３〜０．６％、Ｍｎ：１．０〜２％、Ｓ：０．１０〜０．２％、Ｃｒ：０．０５〜０．３％、Ｖ：０．０５〜０．２５％、Ａｌ：０．０２％以下（０％を含まない）およびＮ：０．０１５％以下（０％を含まない）を含んでいることが重要である。こうした範囲を規定した理由は次の通りである。

Ｃ：０．３５〜０．５５％
Ｃは、強度を確保するために重要な元素であり、０．３５％以上含有させる。好ましくは０．４％以上である。しかし過剰に含有させると靭性が損なわれ、冷間加工性を劣化させるため上限は０．５５％とする。好ましくは０．５％以下である。

Ｓｉ：０．３〜０．６％
Ｓｉは、製鋼時に脱酸剤として有用な元素である。またＳｉは焼戻し軟化抵抗を高める元素であり、本発明の鋼材から得られるピストンリングを使用しているときに、硬度が低下することによる摩耗を抑制するのに作用する。こうした作用を発揮させるには、０．３％以上含有させる。好ましくは０．３５％以上、より好ましくは０．４％以上である。しかしＳｉが０．６％を超えると冷間加工性を劣化させるため上限は０．６％とする。好ましくは０．５５％以下、より好ましくは０．５％以下である。

Ｍｎ：１．０〜２％
Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸剤として作用する元素である。またＳと結合して硫化物系介在物を生成し、耐焼付性を高めるために重要な元素である。従ってＭｎは１．０％以上とし、好ましくは１．１％以上、より好ましくは１．２％以上である。しかし過剰に含有させると熱間圧延時にマルテンサイトやベイナイト等の過冷組織を生成して冷間加工性を劣化させるため上限は２％とした。好ましくは１．８％以下、より好ましくは１．６％以下である。

Ｓ：０．１０〜０．２％
Ｓは、Ｍｎと化合して硫化物系介在物を生成し、耐焼付性を高めるために重要な元素である。こうした作用を発揮させるために、０．１０％以上含有させる。好ましくは０．１２％以上、より好ましくは０．１３％以上である。しかし過剰に含有させると、金属組織の結晶粒界に硫化物系介在物が多く析出して熱間圧延時に割れを発生し、加工性が悪くなる。また短径の大きな硫化物系介在物が析出し易くなり、耐久性や靭性、冷間加工性も劣化するため上限は０．２％とした。好ましくは０．１９％以下、より好ましくは０．１８％以下である。

Ｃｒ：０．０５〜０．３％
Ｃｒは、鋼材の靭性や延性を向上させる元素である。またＣｒは焼戻し軟化抵抗を高めるのに有効に作用する元素であり、本発明の鋼材から得られるピストンリングを使用している際に、硬度が低下することによる摩耗を抑制するのに寄与する。こうした作用を発揮させるには、０．０５％以上含有させる。好ましくは０．１％以上含有させる。しかし０．３％を超えると硬質の炭化物を形成し、摺動面を傷つけて凝着が起こり、焼付きが発生し易くなる。そのためＣｒは０．３％以下に抑える。好ましくは０．２５％以下、より好ましくは０．２％以下に調整する。

Ｖ：０．０５〜０．２５％
Ｖは、オーステナイト変態時に金属組織の結晶粒を微細化し、靭性や延性を向上させる元素である。また焼戻し軟化抵抗を高めて耐摩耗性を高める元素である。こうした作用を発揮させるには、０．０５％以上含有させる。好ましくは０．１０％以上含有させる。しかし過剰に含有させると、熱間圧延時にマルテンサイトやベイナイト等の過冷組織を生成し、冷間加工性を劣化させるため、０．２５％以下に抑える。好ましくは０．２％以下、より好ましくは０．１８％以下である。

Ａｌ：０．０２％以下（０％を含まない）
Ａｌは、オーステナイト変態時に金属組織の結晶粒を微細化し、靭性や延性を高める元素であり、少量の添加でこうした効果を発揮する。しかし過剰に含有させると、鋼材中にＡｌ₂Ｏ₃を多く生成して凝集し、しかもこのＡｌ₂Ｏ₃を析出核として硫化物系介在物が生成するため硫化物系介在物が粗大化する。そのため耐焼付性向上効果が不充分となる。そこでＡｌは０．０２％以下に抑える。好ましくは０．０１５％以下、より好ましくは０．０１％以下に抑える。

Ｎ：０．０１５％以下（０％を含まない）
Ｎは、窒化物を形成して硫化物系介在物の析出核を生成するために有効に作用する元素であり、少量の添加でこうした作用を発揮する。しかし過剰に含有させると窒化物が粗大化し、これに伴って硫化物系介在物も大きくなる。そのため耐焼付性向上効果が不充分となる。従って、Ｎ量の上限は０．０１５％とする。好ましくは０．０１％以下、より好ましくは０．００８％以下である。

本発明の鋼材は上記元素を含むものであり、残部は、通常、実質的にＦｅおよび不可避不純物（例えば、Ｐなど）である。

本発明に係る鋼材は上記要件を満足する限り、その製法は特に限定されない。例えば以下のようにして製造できる。即ち上記成分組成を有する鋼を溶製し、連続鋳造で鋼片を得る場合、この鋳造時の冷却速度を５℃／分以上とすればよい。冷却速度が小さいと、硫化物系介在物が鋼片の表面近傍に多く生成するため、熱間圧延時に割れを発生して加工性が悪くなる。また冷却速度が小さいと、硫化物系介在物の析出核が成長して硫化物系介在物が粗大化するため、熱間圧延や伸線してアスペクト比を大きくしても硫化物系介在物の短径は充分に小さくならず、耐焼付性向上効果が不充分になる。更に硫化物系介在物の短径が大きくなると、冷間加工時に応力が集中しやすくなるため、冷間加工性も劣化する。より好ましくは１０℃／分以上である。冷却速度の上限は特に限定されないが、コスト面から上限は例えば５０℃／分程度、より好ましい上限は４５℃／分程度とすることが多い。なお、連続鋳造時の冷却速度とは、鋳造開始から凝固温度までの冷却速度を指す。

得られた鋼片を公知の条件で熱間圧延すれば鋼材（圧延ままの棒鋼や線材）を得ることができる。この鋼材をパテンィングした後、伸線すれば伸線材を得ることができるが、線材時の減面率は４０〜６０％にするのがよい。減面率が４０％未満では、伸線しても伸線材の表面粗度が大きくなるため、摺動時に凝着摩耗が発生し、焼付が発生し易くなる。従って伸線時の減面率は４０％以上とするのがよく、好ましくは４５％以上とする。伸線材の表面粗度を小さくするためには、減面率をできるだけ高めることが好ましいが、減面率が６０％を超えると、伸線加工時に硫化物系介在物を起点として縦割れが発生し易くなる。従って伸線時の減面率は６０％以下とするのがよい。なお、パテンティング条件は特に限定されず、公知の条件を採用すればよい。例えば、５５０〜６００℃で５０〜１００秒程度恒温保持すればよい。

得られた伸線材は、６８０〜７２０℃で焼鈍処理した後、断面（伸線材の長手方向に垂直な断面）の形状が矩形形状になるように塑性加工すれば、異形線を得ることができる。焼鈍温度が６８０℃未満では、伸線によって生じた歪みを充分に除去することができず、後の工程である塑性加工時に割れが発生し易くなる。従って焼鈍温度は６８０℃以上とするのがよく、好ましくは６９０℃以上とする。しかし焼鈍温度をＡ_１変態点を超えて高くすると、結晶粒の粗大化が起こり、塑性加工時の加工性が悪くなるため、焼鈍温度は７２０℃以下とするのがよい。好ましくは７１０℃以下とする。

焼鈍時間は特に限定されないが、例えば２〜５時間程度とすればよい。焼鈍時間が２時間未満では、伸線加工によって生じた歪みを充分に除去することができず、塑性加工時に割れが発生し易くなる。一方、焼鈍時間を５時間を超えて長くすると、伸線材が脱炭され、ピストンリングとしての強度を確保することが難しくなる。塑性加工の条件についても特に限定されず、公知の条件で円形形状の伸線材を矩形形状の異形線に加工すればよい。

塑性加工して得られた異形線は、焼入れ焼戻しして硬度をＨＶ４００〜５５０程度に調整すればよい。焼入れ焼戻し条件は、鋼線の硬度がＨＶ４００〜５５０程度になればよく、その条件は限定されないが、例えば焼入れ条件は、温度８００〜９００℃程度で３〜３０分程度とし、焼戻し条件は、温度２００〜４５０℃程度で５〜３０分程度で行えばよい。

上記鋼片から異形線への減面率は、５０〜９９．９９％程度とすることが好ましい。

本発明の鋼材は、耐焼付性に優れており、しかも耐摩耗性も良好であるため、この鋼材から得られた伸線材や異形線も耐摩耗性の他に、耐焼付性に優れたものとなる。従ってこれらの鋼材は、例えば内燃機関等で使用されるピストンリングの素材として好適に用いることができる。特に、ピストンリングの中でも、トップリングとオイルリングの間に装着されるセカンドリングの素材として好適に用いることができる。

以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更して実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。

実施例１
表１に示す成分組成の鋼を溶製し、連続鋳造で鋼片（断面寸法は３００ｍｍ×４５０ｍｍ）を得た。連続鋳造時の冷却速度を下記表２に示す。

得られた鋼片を、公知の条件で熱間圧延してφ５．５ｍｍの鋼材（線材）を得た。得られた線材の直径をＤとしたとき、Ｄ／４位置を含むように長手方向に平行な面を切り出し、これを研磨し、研磨面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。観察倍率は１０００倍、観察視野数を１０箇所として、観察視野内に認められる硫化物系介在物の短径を測定すると共に、短径が１μｍ以下の硫化物系介在物の個数を測定して平均値を算出した。また硫化物系介在物の長径についても測定した。下記表２に、細径硫化物の個数、短径の平均値（平均短径）、長径の平均値（平均長径）、およびアスペクト比（平均長径／平均短径）を示す。また、図１に下記表２のＮｏ．１（本発明例）の電子顕微鏡写真を、図２に下記表２のＮｏ．４（比較例）の電子顕微鏡写真を図面代用写真として夫々示す。

図１からＮｏ．１の線材中には短径が１μｍ以下の硫化物系介在物が多く存在しているが、図２からＮｏ．４の線材中には短径が１μｍ以下の硫化物系介在物は殆ど存在していないことが分かる。

次に、上記線材を焼入れ焼戻ししてビッカース硬さをＨＶ５００程度に調整した。焼入れの条件は、温度８５０℃×５分とし、焼戻しの条件は、下記表２に示す温度×１０分とした。焼入れ焼戻し後の線材について、次の手順で硬さを測定すると共に、焼付性試験と摩耗試験、引張試験を行った。

［ビッカース硬さ］
線材のビッカース硬さをビッカース硬度計で測定した。測定位置は、Ｄ／４位置とし、８箇所測定して平均値を求めた。下記表２にビッカース硬さを示す。

［焼付性試験と摩耗試験］
焼付性試験と摩耗試験は、ピン・チップオンディスク型摩擦摩耗試験機（高千穂精機製「ＴＲＡＳ−３００特型（装置名）」）を用いて行った。ピン・チップオンディスク型摩耗試験機とは、試料ディスク（相手材）を回転させ、空圧シリンダーによりピン（試験片）を押し付け、２系統のロードセルを用いて押し付け荷重と摩擦力を分離計測する試験機である。図３にピン・チップオンディスク型摩耗試験機の概略図を示す。図３中、１は相手材、２は試験片を夫々示している。相手材１は図中に矢印３で示す方向に回転しており、この相手材１に試験片２が押し付けられている。このとき図中に矢印４で示す方向に荷重されている。試験片は、上記線材（φ５．５ｍｍ）をφ５ｍｍ×１６ｍｍで先端部をＲ１０の曲面となるように加工したものを用いた。図４に試験片２の縦断面図を示す。焼付性試験と摩耗試験は、次の条件で行った。

［焼付性試験条件］
相手材としてＦＣ２５０（鋳鉄）を用い、これを試験速度８．０ｍ／秒で矢印３の方向に回転させておき、この回転体の表面に上記試験片２の端部（曲面）を押し付けた。このとき矢印４の方向に荷重し、試験開始時の押し付け荷重を９８Ｎ（１０ｋｇｆ）とし、３分経過毎に４９Ｎ（５ｋｇｆ）ずつ段階的に増加させ、摩擦係数の変化を計測した。焼付きが発生（溶着）した時点で試験終了とし、このときの押し付け荷重を測定した。試験中は、潤滑油として「モーターオイルＳＡＥ＃３０」を４００ｃｃ／分で滴下し、試験温度は８０℃とした。測定結果を下記表２に示す。

図５に細径硫化物のアスペクト比と、焼付き荷重との関係を示す。図５から観察視野１００μｍ²あたりに存在している細径硫化物のアスペクト比と焼付き荷重との間には関係が認められないことが分かる。

また、図６に細径硫化物の個数と、焼付き荷重との関係を示す。押し付け荷重が７８５Ｎ（８０ｋｇｆ）以上を耐焼付性が良好（合格）として評価した。図６から観察視野１００μｍ²あたりに存在している細径硫化物の個数と焼付き荷重との間には良好な関係があり、細径硫化物が、観察視野１００μｍ²あたり２．５個以上存在していると耐焼付性に優れるが、２．５個／１００μｍ²未満では早期に焼付きを起こすことが分かる。

［摩耗試験条件］
相手材として、ＦＣ２５０（鋳鉄）を用い、これを試験速度０．５ｍ／秒で矢印３の方向に回転させておき、この回転体の表面に上記試験片２の端部（曲面）を押し付けた。このとき矢印４の方向の荷重は、初期ヘルツ圧５８７ＭＰａで一定とした。試験中は、潤滑油として「モーターオイルＳＡＥ＃３０」を５ｃｃ／３０分で滴下した。４時間後の試験片端面の摩耗量を測定した。４時間経過前後における試験片端面を、長手方向に鳥瞰したときの様子を模式図として図７に示す。図７の（Ａ）は摩耗試験前における試験片の端面、（Ｂ）は摩耗試験後における試験片の端面の様子を夫々示している。摩耗試験を４時間行うと、図７の（Ｂ）に示すように端面の中心軸位置が摩耗して端面が円状の平面となる。この平面の長軸ａと短軸ｂを測定し、ａとｂの積の平方根（√ａｂ）を摩耗量とする。算出結果を下記表２に示す。摩耗量が１ｍｍ以下を耐摩耗性が良好（合格）として評価した。

［引張試験］
各線材についてＪＩＳのＺ２２４１に基づいて引張試験を実施した。試験片としては、φ５．５ｍｍ×２９０ｍｍの線材を用いた。機械的性質［引張強度（ＴＳ）と絞り値（ＲＡ）］を測定し、絞り値で延性を評価した。測定結果を下記表２に示す。

表２および図６から次のように考察できる。Ｎｏ．１〜３は、耐摩耗性が良好で、しかも耐焼付性にも優れている。またＳ量が比較的高くても熱間圧延時に割れを発生していない。また、Ｖ，Ｎｂ，Ｎｉを含有している例は、絞り値が高く、延性に優れていることが分かる。一方、Ｎｏ．４〜１１は、耐摩耗性は良好であるが耐焼付性が悪かった。特に、Ｎｏ．５は、冷却速度が小さいために、粗大な硫化物系介在物が鋼片の表面に多く生成して熱間圧延時に割れを発生し、加工性が悪かった。Ｎｏ．６とＮｏ．７は、Ｓ量が少ない例であり、細径硫化物の個数が少なく、早期に焼付きが発生した。Ｎｏ．７とＮｏ．８は、Ｍｎが少ない例であり、細径硫化物の個数が少なく、早期に焼付きが発生した。Ｎｏ．９は、Ａｌが多い例であり、Ａｌ₂Ｏ₃が生成して凝集し、このＡｌ₂Ｏ₃が硫化物系介在物の析出核となるため硫化物系介在物が粗大化する。そのため細径硫化物の個数が少なく、早期に焼付きが発生した。Ｎｏ．１０は、Ｓが多い例であり、金属組織の結晶粒界に硫化物が多く析出して熱間圧延時に割れを発生し、加工性が悪かった。

実施例２
上記実施例１の表１に示した鋼種Ａの鋼を溶製し、連続鋳造して断面寸法が３００ｍｍ×４５０ｍｍの鋼片を得た。連続鋳造時の冷却速度は２１℃／分であった。得られた鋼片を、公知の条件で熱間圧延してφ５．５ｍｍの鋼材（線材）を得た。次に、得られた線材を５８０℃で恒温保持してパテンティングした後、伸線して伸線材を得た。伸線材の線径を下記表３に示すと共に、伸線時の減面率も下記表３に併せて示した。また、伸線時の伸線性についても評価し、評価結果を下記表３に示した。表３中、○は伸線できたことを意味する。

次に、得られた伸線材を下記表３に示す焼鈍温度で４時間保持して焼鈍した後、矩形形状に塑性加工した。塑性加工できた場合を下記表３に○で示し、塑性加工できなかった場合を下記表３に×で示した。

また、塑性加工して得られた異形線の表面を光学顕微鏡で観察し、表面粗度をＪＩＳのＢ０６０１（２００１）に基づく最大高さＲｚによって評価した。

図１は、本発明で規定する要件を満足する鋼材の一例を示す電子顕微鏡写真（図面代用写真）である。 図２は、本発明で規定する要件から外れる鋼材の一例を示す電子顕微鏡写真（図面代用写真）である。 図３は、ピン・チップオンディスク型摩耗試験機の概略図である。 図４は、焼付性試験と摩耗試験に用いた試験片の縦断面図である。 図５は、短径が１μｍ以下の硫化物系介在物のアスペクト比と、焼付き荷重との関係を示すグラフである。 図６は、短径が１μｍ以下の硫化物系介在物の個数と、焼付き荷重との関係を示すグラフである。 図７は、摩耗試験前後における試験片端面の様子を示す模式図である。

符号の説明

１：相手材
２：試験片
３：回転方向
４：荷重方向

Claims (4)

1. 質量％で、
   Ｃ ：０．３５〜０．５５％、
   Ｓｉ：０．３〜０．６％、
   Ｍｎ：１．０〜２％、
   Ｓ ：０．１０〜０．２％、
   Ｃｒ：０．０５〜０．３％、
   Ｖ ：０．０５〜０．２５％、
   Ａｌ：０．０２％以下（０％を含まない）および
   Ｎ ：０．０１５％以下（０％を含まない）を含み、
   残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼材であり、
   該鋼材中に、短径が１μｍ以下の硫化物系介在物が、観察視野１００μｍ²あたり２．５個以上存在していることを特徴とする耐焼付性に優れたピストンリング用鋼材。
2. 請求項１に記載のピストンリング用鋼材を伸線して得られた伸線材を、矩形形状に塑性加工して得られた耐焼付性に優れたピストンリング用異形線。
3. 請求項２に記載のピストンリング用異形線よりなる耐焼付性に優れたピストンリング。
4. 請求項２に記載のピストンリング用異形線を製造する方法であって、
   請求項１に記載のピストンリング用鋼材をパテンティングした後、減面率４０〜６０％で伸線し、６８０〜７２０℃で焼鈍処理した後、矩形形状に塑性加工することを特徴とする耐焼付性に優れたピストンリング用異形線の製造方法。