JPH06145911A - Piston ring material - Google Patents

Piston ring material

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JPH06145911A
JPH06145911A JP29850192A JP29850192A JPH06145911A JP H06145911 A JPH06145911 A JP H06145911A JP 29850192 A JP29850192 A JP 29850192A JP 29850192 A JP29850192 A JP 29850192A JP H06145911 A JPH06145911 A JP H06145911A
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JP
Japan
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piston ring
resistance
less
seizure
ring material
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JP29850192A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsuaki Fukushima
捷昭 福島
Toshio Okuno
利夫 奥野
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Publication date
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Publication of JPH06145911A publication Critical patent/JPH06145911A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a piston ring material having resistance to seizing, wear and corrosion and enhancing the performance of a piston ring or making the piston ring usable even in the case of use of alcoholic fuel. CONSTITUTION:A basic compsn. consisting of, by weight, 0.6-1.3% C, <=1.5% Si, <=1.5% Mn, >20.0-25.0% Cr, 0.5-5.0% Cu and the balance Fe with inevitable impurities is imparted to a piston ring material. The compsn. may contain Mo and/or W added so as to satisfy Mo+1/2W<=2.5% or may further contain V and/or Nb added so as to satisfy V+1/2Nb=0.05-1.5% and >=0.5%, in total, of <=2.5% Ni and/or <=7% Co may be substd. for part of Fe in the compsn.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関に用いられる
ピストンリング材に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piston ring material used in an internal combustion engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】ピストンリングの材質には、従来鋳鉄が
用いられてきたが、近年のエンジンの効率化、高負荷
化、さらに軽量化の要求に伴い、スチール製ピストンリ
ングの適用が拡大している。このスチール製ピストンリ
ングは、ピストンの薄肉化が可能であるため、軽量化の
要求に応えるとともに、さらに平線をリング加工するこ
とによって製造されるため、製造工程が鋳鉄リングに比
較して著しく簡略化できる利点がある。このような背景
からスチール製ピストンリング材として、例えば特公昭
61−22131号、特公昭57−8302号、特公昭
58−46542号、特公昭61−21302号、特開
平1−208435号などに開示されるような多くの材
質が提案されてきた。また、高Cr含有材として、特開
平1−201441号が開示されているが、これはAl
の添加を特徴とするものであり、このAl添加により、
耐スカッフ性、耐摩耗性の向上を図るものである。しか
し、Al添加は、非金属介在物を生成し易く、そのため
使用中の破損を招く危険性がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, cast iron has been used as a material for piston rings, but with the recent demand for engine efficiency, high load, and lighter weight, the use of steel piston rings has expanded. There is. Since this piston ring made of steel allows the piston to be made thinner, it meets the demand for weight reduction and is manufactured by ring processing of the flat wire, so the manufacturing process is significantly simplified compared to cast iron rings. There is an advantage that can be realized. From such a background, steel piston ring materials are disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 61-22131, Japanese Patent Publication No. 57-8302, Japanese Patent Publication No. 58-46542, Japanese Patent Publication No. 61-21302, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-208435. Many materials have been proposed. Japanese Patent Laid-Open No. 1-201441 discloses a high Cr content material.
Is characterized by the addition of
It is intended to improve scuff resistance and wear resistance. However, the addition of Al tends to produce non-metallic inclusions, which may cause damage during use.

【0003】現在、自動車エンジン用スチール製ピスト
ンリングのうち、特に過酷な使用条件が要求されるもの
に対しては、Si-Cr鋼(JIS SWOSC-V)、SKD61,13
Cr,17Cr系マルテンサイトステンレス鋼などが用いら
れている。これ等の材質は、リング加工性の要求から硬
さHRC38〜45程度で使用されており、シリンダと摺動す
るリング外周部は、耐摩耗性や耐焼付性を向上させるた
め、硬質Crメッキや、硬質粒子を含む複合メッキ、ま
たは高Cr系材質では、主に窒化処理が行なわれてい
る。現状では、17Cr系ステンレス鋼(SUS440Bク
ラス)+窒化処理材が最も高性能のピストンリングとし
て位置付けされている。
At present, among the steel piston rings for automobile engines, particularly those requiring severe working conditions, Si-Cr steel (JIS SWOSC-V), SKD61, 13 are used.
Cr, 17Cr system martensitic stainless steel and the like are used. These materials are used with a hardness of HRC 38 to 45 due to the requirement of ring workability, and the outer peripheral part of the ring that slides with the cylinder is hard Cr plated or hardened to improve wear resistance and seizure resistance. For composite plating containing hard particles, or high Cr-based material, nitriding treatment is mainly performed. At present, 17Cr type stainless steel (SUS440B class) + nitriding material is positioned as the highest performance piston ring.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年エンジ
ンの高性能化に加え、低級燃料の使用、排気ガス規制に
対する燃焼ガスの機関内導入の他、アルコール系燃料、
天然ガス系燃料など新燃料の使用が検討され、一部試験
走行が行なわれている。これらの内燃機関は、高速化に
よる油切れ、燃焼後に生じる水分の増加、硫黄酸化物や
カルボン酸による腐食性の増加などの原因によってオイ
ルの劣化が早まり、ピストンリングとシリンダの潤滑性
が低下することから、従来提案されてきた材質に増して
耐焼付性ないし耐スカッフ性(以下本発明では単に耐焼
付性と記す)および耐食性の優れたピストンリング材が
要求されている。本発明の目的は、ステンレススチール
製ピストンリング材として、Al添加に起因する使用中
の破損の危険性を排除し、従来材に比して、耐焼付性と
特に、カルボン酸に対する耐食性を同時に高めたリング
材を提供することである。
By the way, in addition to the high performance of engines in recent years, in addition to the use of low-grade fuel, introduction of combustion gas into the engine for exhaust gas regulations, alcohol fuel,
The use of new fuels such as natural gas-based fuels has been studied and some test runs have been conducted. In these internal combustion engines, oil deterioration is accelerated due to factors such as running out of oil due to speed increase, increase of moisture generated after combustion, increase of corrosiveness due to sulfur oxides and carboxylic acids, and deterioration of lubricity of piston ring and cylinder. Therefore, there is a demand for a piston ring material that is superior in seizure resistance or scuff resistance (hereinafter simply referred to as seizure resistance) and corrosion resistance to the conventionally proposed materials. The object of the present invention is to eliminate the risk of breakage during use due to the addition of Al as a stainless steel piston ring material, and to improve seizure resistance and particularly corrosion resistance to carboxylic acid at the same time as compared with conventional materials. To provide a ring material.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明者は、ピストンリ
ングの相手材をねずみ鋳鉄4種として、ステンレス系ピ
ストンリング用の鋼について、耐焼付性と耐食性を同時
に高める各種元素の影響を検討した結果、20%を越える
Crを含有する(高Cr)場合、Cr炭化物、あるいはさら
にMo,W,VおよびNb等の炭化物を含む鋼中でのCu
が、耐焼付性および特にカルボン酸に対する耐食性の向
上に一段と効果があるのを見出し、本発明を完成するに
至った。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present inventors have examined the influence of various elements that simultaneously enhance seizure resistance and corrosion resistance on stainless steel for piston rings, using four types of gray cast iron as mating materials for piston rings. As a result, when the content of Cr exceeds 20% (high Cr), Cu in the steel containing Cr carbide or carbides such as Mo, W, V and Nb is further contained.
However, they have found that it is more effective in improving the seizure resistance and particularly the corrosion resistance to carboxylic acids, and have completed the present invention.

【0006】すなわち、本発明のうち第1発明は、重量
%でC 0.6〜1.3%、Si 1.5%以下、Mn 1.5%以下、Cr
20.0%を越え25.0%以下、Cu 0.5〜5.0%、残部Feおよび
不可避的不純物からなることを特徴とするピストンリン
グ材であり、第2および第3発明は、それぞれ上記添加
元素に加え、重量%で、MoとWの1種または2種をMo
+1/2Wで2.5%以下、およびこれに加え、さらにVとNb
の1種または2種をV+1/2Nbで0.05〜1.5%添加したピ
ストンリング材であり、また、第4発明は、前記各発明
のFeの一部を、2.5%以下のNiと7%以下のCoの1種ま
たは2種(ただしNi+Coで0.5%以上)とを等量ずつ置換
したピストンリング材である。
That is, the first aspect of the present invention is, in terms of weight%, C 0.6 to 1.3%, Si 1.5% or less, Mn 1.5% or less, Cr.
A piston ring material comprising more than 20.0% and not more than 25.0%, Cu 0.5 to 5.0%, the balance Fe and unavoidable impurities. And Mo or W one or two
2.5% or less at + 1 / 2W, and V and Nb
1 or 2 of V + 1 / 2Nb of 0.05 to 1.5% is added to the piston ring material, and the fourth invention is a part of Fe of each invention, in which Ni of 2.5% or less and Ni of 7% or less are used. It is a piston ring material in which 1 or 2 types of Co (however, Ni + Co is 0.5% or more) are replaced by equal amounts.

【0007】[0007]

【作用】以下、本発明の成分の限定理由について述べ
る。Cは、Cr,Mo,W,V,Nb等の元素と結合して炭化
物を形成し、耐摩耗性、耐焼付性の向上に寄与するとと
もに、一部は基地中に固溶してこれを強化する。本発明
のスチール製ピストンリング材の場合、これ等の効果
は、高Cr含有量であることと関連して0.6%以上添加す
る必要があるが、1.3%を越えると、過度の炭化物を形成
するため、リング素材の加工性およびリング自体の成形
性を悪化させる。したがって、Cは0.6〜1.3%に限定す
る。
The reasons for limiting the components of the present invention will be described below. C combines with elements such as Cr, Mo, W, V, and Nb to form carbides, which contributes to the improvement of wear resistance and seizure resistance, and part of which forms a solid solution in the matrix. Strengthen. In the case of the steel piston ring material of the present invention, these effects must be added in an amount of 0.6% or more in connection with the high Cr content, but if it exceeds 1.3%, excessive carbides are formed. Therefore, the workability of the ring material and the formability of the ring itself are deteriorated. Therefore, C is limited to 0.6 to 1.3%.

【0008】Siは鋼の精錬時に脱酸の目的で添加され
るとともに、耐食性、焼入性、強度の向上に有効な元素
である。しかし、多量に含有した場合、冷間加工性を害
するので1.5%以下に限定する。Mnは鋼の精錬時に脱硫
の目的で添加されるが、1.5を越えると熱間加工性を害
するので1.5%以下に限定する。
Si is an element added for the purpose of deoxidizing during refining of steel, and is an element effective for improving corrosion resistance, hardenability and strength. However, if a large amount is contained, cold workability is impaired, so the content is limited to 1.5% or less. Mn is added for the purpose of desulfurization during refining of steel, but if it exceeds 1.5, it impairs hot workability, so it is limited to 1.5% or less.

【0009】Crは前述のように、Cと結びついて炭化
物(M236タイプおよびM73タイプ)を形成し、耐摩
耗性および耐焼付性を向上させ、さらに一部は基地中に
固溶して耐食性、耐酸化性、耐熱性を向上させる。ま
た、ピストンリングの表面処理の一つとして特に有効な
窒化処理において、硬質の窒化層を形成し、耐摩耗性、
耐焼付性を大きく向上させる。これらの効果を発揮さ
せ、前記目的を十分達成するためには、20%を越える添
加を必要とするが、従来20%を越えると靭性の低下によ
り、リングへのカーリング等の加工性低下の問題があっ
た。しかし、この問題は温間カーリング等により解決可
能であり、むしろ20%を越えると炭化物の面積率が高く
なり、耐焼付性が、特にCuとの共同添加で良好となる
ことがわかった。しかし、25%を越えるとやはり加工性
を害するようになるため、Crの範囲は20.0%を越え25.0
%以下に限定する。
As described above, Cr forms a carbide (M 23 C 6 type and M 7 C 3 type) by combining with C to improve wear resistance and seizure resistance, and further, partly in the matrix. Solid solution improves corrosion resistance, oxidation resistance, and heat resistance. Further, in the nitriding treatment which is particularly effective as one of the surface treatments of the piston ring, a hard nitriding layer is formed, wear resistance,
Greatly improves seizure resistance. In order to exert these effects and sufficiently achieve the above object, it is necessary to add more than 20%, but if the conventional amount exceeds 20%, the toughness decreases, so that the problem of deterioration of workability such as curling into a ring occurs. was there. However, it has been found that this problem can be solved by warm curling or the like, and if it exceeds 20%, the area ratio of carbides becomes high, and the seizure resistance becomes particularly good when co-added with Cu. However, if it exceeds 25%, the workability is also impaired, so the range of Cr exceeds 20.0% and 25.0%.
Limited to not more than%.

【0010】MoとWは、Cと結びついてそれ自体が炭
化物を形成するとともに、Cr炭化物中にも固溶して、
これを強化し、さらに焼もどしにおける軟化抵抗を高
め、また窒化処理を行なう場合には窒化層形成に寄与
し、耐摩耗性、耐焼付性を向上させる。さらにMoは、
耐硫酸腐食性を向上させる効果を有する。しかし、Mo
+1/2Wで2.5%を越えて添加すると、硬質の炭化物の量
を増し、疲労強度低下の原因になると共に、高価な元素
であるため、含有させる場合には、1種または2種をM
o+1/2Wで2.5%以下に限定する。
Mo and W combine with C to form carbides themselves, and also form a solid solution in Cr carbides,
This strengthens this, further increases the softening resistance in tempering, and when nitriding is performed, it contributes to the formation of a nitrided layer and improves wear resistance and seizure resistance. Furthermore, Mo is
It has the effect of improving sulfuric acid corrosion resistance. But Mo
Addition of more than 2.5% at +1/2 W increases the amount of hard carbides, causes fatigue strength to decrease, and is an expensive element.
Limited to 2.5% or less at o + 1 / 2W.

【0011】VとNbは、両元素とも結晶粒微細化効果
を有し、ピストンリングの靭性向上に寄与するだけでな
く、Mo,Wと同様、それ自体で炭化物を形成するととも
に、Cr炭化物中にも固溶してこれを強化することによ
り、耐摩耗性、および耐焼付性を向上させる。また、両
元素とも耐硫酸腐食性、耐カルボン酸腐食性を向上させ
る。これ等の効果を得るためには、VとNbの1種また
は2種をV+1/2Nbで少なくとも0.05%以上必要であ
る。しかし、過度に添加するとMC型炭化物を過剰に生
成し靭性を劣化させるのでV+1/2Nb量の上限を1.5%と
した。
Both V and Nb have a grain refining effect and contribute not only to improving the toughness of the piston ring, but they also form carbides themselves as in Mo and W, and in Cr carbides. By solid-dissolving it and strengthening it, wear resistance and seizure resistance are improved. Further, both elements improve sulfuric acid corrosion resistance and carboxylic acid corrosion resistance. In order to obtain these effects, at least 0.05% or more of V + 1 / 2Nb must be used for one or two of V and Nb. However, if added excessively, MC type carbides are excessively formed and the toughness is deteriorated, so the upper limit of the amount of V + 1 / 2Nb was set to 1.5%.

【0012】NiとCoは、両元素とも炭化物を形成せ
ず、基地に固溶し、耐硫酸腐食性を高める効果を有す
る。特に窒化処理を行なうピストンリングの場合には、
Ni,Co自身窒化物を形成しないため、窒化層中におい
てもその作用が残存することが特徴である。この効果を
得るためには、Ni,Coの1種または2種をNi+Coで
少なくとも0.5%が必要である。しかし、Niは2.5%を越
えると熱処理における所定の硬さが得られにくくし、ま
た、Coは本組成系では7%を越えると熱間加工性および
冷間加工性を低下させるので、Niは2.5%以下、Coは7%
以下に限定した。
[0012] Ni and Co do not form carbides with both elements, and they form a solid solution in the matrix, and have the effect of enhancing the sulfuric acid corrosion resistance. Especially in the case of a piston ring for nitriding,
Since Ni and Co themselves do not form a nitride, the action remains in the nitride layer. To obtain this effect, at least 0.5% of Ni + Co of one or two of Ni and Co is required. However, when Ni exceeds 2.5%, it becomes difficult to obtain a predetermined hardness in heat treatment, and when Co exceeds 7% in this composition system, hot workability and cold workability are deteriorated. 2.5% or less, Co is 7%
Limited to:

【0013】Cuは、20%を越えるCrを含有する本発明
鋼において耐焼付性を向上させるだけでなく、カルボン
酸に対する耐腐食性を高める重要な元素である。Cuは
炭化物や窒化物を形成することなく、基地中にCuのFe
固溶体が微細に分布することにより、ピストンリングと
シリンダ間の耐焼付性を大幅に向上させることがわかっ
た。また、前述したように、Cu含有鋼は、カルボン酸
に対する耐食性が著しく高いため、例えばアルコール燃
料の燃焼ガスなどの腐食性雰囲気に対して従来の材料に
増して、より耐食性の優れたピストンリングとすること
ができる。上記の効果を得るために、Cuは0.5%以上が
必要であるが、5.0%を越えると熱間加工性を悪くするた
め、Cuの範囲は0.5〜5.0%に限定する。前記のように、
従来、高Cr(>20%)含有鋼は、ある程度の耐焼付性や耐
食性の向上が期待できるものの、むしろカーリング等の
加工性の低下との関係で不適当と考えられてきた。本発
明者らは、この高Cr化とCuの添加とを複合すること
で、耐焼付性が大きく向上し、また特にカルボン酸に対
する耐食性が格段に向上することを見出して本発明をな
した。なお、高Cr化による加工性の低下は、温間カー
リング等で回避可能である。
Cu is an important element that not only improves the seizure resistance but also enhances the corrosion resistance to carboxylic acid in the steel of the present invention containing Cr in an amount of more than 20%. Cu does not form carbides or nitrides, and Cu
It was found that the fine dispersion of the solid solution significantly improves the seizure resistance between the piston ring and the cylinder. Further, as described above, since the Cu-containing steel has remarkably high corrosion resistance to carboxylic acid, it can be used as a piston ring having higher corrosion resistance than conventional materials against corrosive atmosphere such as combustion gas of alcohol fuel. can do. In order to obtain the above effect, Cu needs to be 0.5% or more, but if it exceeds 5.0%, hot workability deteriorates, so the range of Cu is limited to 0.5 to 5.0%. As mentioned above,
Conventionally, high Cr (> 20%) content steel has been considered to be unsuitable in view of a decrease in workability such as curling, although it can be expected to improve seizure resistance and corrosion resistance to some extent. The present inventors have made the present invention by discovering that by combining the high Cr content and the addition of Cu, the seizure resistance is greatly improved, and particularly the corrosion resistance to carboxylic acid is remarkably improved. The deterioration of workability due to high Cr can be avoided by warm curling or the like.

【0014】[0014]

【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
る。表1に、供試材の化学成分を示す。このうち、No.
1からNo.12は本発明材で、No.21ないしNo.27は従来
材、No.28,29は比較材である。従来材のうちNo.21お
よび22は、それぞれ現在ガソリンエンジンのトップリン
グとして使用されているSKD61および13Cr系の材
料、No.23は現状で特に過酷な使用条件で使用される17
Cr系のピストンリング、No.24および25は、前述の特
開平1−208435号で開示された鋼およびNo.26,2
7は前述の特開平1−201441号で開示された鋼の
一例である。供試材は、溶製、鍛伸、焼なましの工程に
より作製した後、焼入、焼もどしを行なって、硬さをHR
C40〜43に調製した。続いて、540℃ 20時間のガス窒化
処理を行なった。なお、ガス窒化処理により窒化拡散層
の最表面に脆い窒化物が形成されるため、研磨によりこ
れを除去して試験材とした。
The present invention will be described in detail below with reference to examples. Table 1 shows the chemical composition of the test materials. Of these, No.
Nos. 1 to 12 are materials of the present invention, Nos. 21 to 27 are conventional materials, and Nos. 28 and 29 are comparative materials. Among the conventional materials, Nos. 21 and 22 are SKD61 and 13Cr-based materials that are currently used as top rings for gasoline engines, respectively, and No. 23 is currently used under particularly severe usage conditions.
The Cr type piston rings, No. 24 and No. 25, are steels and No. 26, 2 disclosed in the above-mentioned JP-A-1-208435.
7 is an example of the steel disclosed in the above-mentioned JP-A-1-201441. The test material was manufactured by the steps of melting, forging, and annealing, and then quenched and tempered to obtain a hardness of HR.
Prepared to C40-43. Then, gas nitriding treatment was performed at 540 ° C. for 20 hours. Since a brittle nitride is formed on the outermost surface of the nitride diffusion layer by the gas nitriding treatment, this was removed by polishing to obtain a test material.

【0015】[0015]

【表1】 [Table 1]

【0016】[0016]

【表2】 [Table 2]

【0017】表2に各供試材の焼付きテストおよび摩耗
テストの結果ならびに10%硫酸およびカルボン酸(5%酢酸
+5%蟻酸)による腐食テストの結果を示す。前記二者の
テストには、超高圧摩耗試験機を用いた。試験片部の概
略を図1,図2に示す。焼付試験における試験条件は下
記の通りであり、焼付きの発生した圧力で評価した。 摩擦速度・・・8m/s 摩擦面圧力・・・初期圧 20kgf/cm2、3分毎に10kgf/cm2
つ段階的に上昇 潤滑油・・・・・モーターオイル #30,温度 80℃、ステータ
ーホルダー中心より400ml/min注油 焼付検出・・・・ロードセルおよび動歪計にて検出(焼付時
に異常摩擦力を検知) 相手材・・・・・JIS ねずみ鋳鉄4種(FC25)
Table 2 shows the results of the seizure test and abrasion test of each test material and the results of the corrosion test with 10% sulfuric acid and carboxylic acid (5% acetic acid + 5% formic acid). An ultrahigh pressure abrasion tester was used for the two tests. The outline of the test piece part is shown in FIGS. The test conditions in the seizure test are as follows, and the pressure at which seizure occurred was evaluated. Friction speed ・ ・ ・ 8m / s Friction surface pressure ・ ・ ・ Initial pressure 20kgf / cm 2 , gradually increasing by 10kgf / cm 2 every 3 minutes Lubricating oil ・ ・ ・ Motor oil # 30, temperature 80 ℃, stator 400ml / min lubrication from the center of the holder Seizure detection: Detected by load cell and dynamic strain gauge (detects abnormal frictional force during seizure) Counterpart material: JIS gray cast iron type 4 (FC25)

【0018】また、摩耗試験については、下記の条件で
テストを行ない、試験片の摩耗量(寸法)を測定した。 摩擦速度・・・3m/s 摩擦面圧力・・・80kgf/cm2 潤滑油・・・・・モーターオイル #30,温度 80℃、ステータ
ーホルダー中心より400ml/min注油 摩擦距離・・・50km 相手材・・・・・JIS ねずみ鋳鉄4種(FC25) 耐食テストについては、10mmφ×20mmLのガス窒化した
サンプル(最表面除去)について、10%硫酸、40℃、40時
間での腐食減量および5%酢酸5%蟻酸+水、60℃、40時間
での腐食減量をそれぞれ求めた。
The wear test was carried out under the following conditions to measure the wear amount (dimension) of the test piece. Friction speed ・ ・ ・ 3m / s Friction surface pressure ・ ・ ・ 80kgf / cm 2 Lubricating oil ・ ・ ・ Motor oil # 30, temperature 80 ℃, 400ml / min lubrication from the center of the stator holder Friction distance ・ ・ ・ 50km・ ・ ・ ・ JIS gray cast iron type 4 (FC25) For the corrosion resistance test, 10mmφ × 20mmL gas-nitrided sample (outermost surface removal), 10% sulfuric acid, 40 ° C, 40% corrosion loss and 5% acetic acid 5 % Formic acid + water, corrosion loss at 60 ° C. for 40 hours were obtained.

【0019】表2から次のことがわかる。本発明材のピ
ストンリング材は、高Cr(>20%)化とCuの添加との複
合効果により、焼付発生面圧が、従来材または比較材の
いずれより高く、また硫酸およびカルボン酸における腐
食減量が小さい。すなわち、従来材No.27は高Crであ
って、Alを含む点以外は、ほぼ比較材No.28と主要元
素についてほぼ同添加量で、両者は焼付発生面圧、両腐
食減量ともほぼ同性能である。これに対し、高Cr含Cu
材である本発明材は、焼付発生面圧で10〜30kgf/cm2
く、硫酸腐食減量については約75%またはそれ以下、カ
ルボン酸腐食減量では約16%またはそれ以下にそれぞれ
に低下している。また、Cu 2.7%を含む比較例No.29は
Cr含有量が17.5%と低いため、焼付発生面圧が高Cr材
である上記No.27やNo.28と同じ程度に低い。また、こ
のNo.29は該2者(No.27,28)に比し、硫酸腐食減量お
よびカルボン酸腐食減量でそれぞれ約87%および約45%に
減少しているが、この減少程度は本発明材に比し格段に
低い。このことから、高Cr(>20%)とCu添加の組合せ
ではじめてともに高い耐焼付性と耐食性が得られること
がわかる。なお、摩耗量は、一見したところ焼付発生面
圧と逆比例関係にあると思われ、本発明材は比較材や従
来材に対し優るとも劣らないものであることがわかる。
The following can be seen from Table 2. The piston ring material of the present invention has a higher seizure-occurring surface pressure than either the conventional material or the comparative material due to the combined effect of high Cr (> 20%) and addition of Cu, and corrosion in sulfuric acid and carboxylic acid. The weight loss is small. In other words, the conventional material No. 27 has a high Cr content and is approximately the same as the comparative material No. 28 except for the fact that it contains Al. Performance. In contrast, high Cr-containing Cu
The material of the present invention is 10 to 30 kgf / cm 2 higher in the surface pressure at which seizure occurs, the sulfuric acid corrosion weight loss is reduced to about 75% or less, and the carboxylic acid corrosion weight loss is reduced to about 16% or less, respectively. There is. Further, Comparative Example No. 29 containing 2.7% Cu has a low Cr content of 17.5%, and therefore has a seizure-occurring surface pressure as low as No. 27 and No. 28, which are high Cr materials. In addition, compared with the two (No. 27, 28), this No. 29 decreased to about 87% and about 45% in sulfuric acid corrosion weight loss and carboxylic acid corrosion weight loss, respectively, but this reduction degree is Remarkably lower than invention materials. From this, it is understood that high seizure resistance and corrosion resistance can be obtained only when the combination of high Cr (> 20%) and Cu addition is achieved. At first glance, the wear amount seems to be inversely proportional to the surface pressure at which seizure occurs, and it is understood that the material of the present invention is as good as or better than the comparative material and the conventional material.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上に述べたように、本発明材のピスト
ンリング材は、高Cr化とCu添加を組み合わせることに
より、使用中の折損の危険性を誘発するAlを添加する
ことなく、耐焼付性および耐食性を従来より著しく高め
たもので、最近の内燃機関の高負荷化、各種燃料の変化
に十分対応可能なピストンリング材である。
As described above, the piston ring material of the present invention combines the high Cr content and the addition of Cu to prevent the risk of breakage during use without adding Al. It is a piston ring material that has significantly improved seizure resistance and corrosion resistance compared to conventional products, and can sufficiently cope with the recent increase in internal combustion engine load and changes in various fuels.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】超高圧摩耗試験装置の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of an ultrahigh pressure wear test device.

【図2】図1のA−A矢視断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 試験片(5.0mm角×10L) 2 円板(相手材・・・FC25) 3 ステータホルダー 4 ロータ 5 試験片保持具 6 潤滑油注入口 7 ロードセル 8 動歪計 P 摩擦圧力 1 Test piece (5.0mm square x 10L) 2 Disc (Mating material ... FC25) 3 Stator holder 4 Rotor 5 Test piece holder 6 Lubricating oil inlet 7 Load cell 8 Dynamic strain gauge P Friction pressure

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 重量%で、C 0.6〜1.3%、Si 1.5%以
下、Mn 1.5%以下、Cr 20.0%を越え25.0%以下、Cu 0.
5〜5.0%、残部Feおよび不可避的不純物からなることを
特徴とするピストンリング材。
1. By weight%, C 0.6 to 1.3%, Si 1.5% or less, Mn 1.5% or less, Cr 20.0% to 25.0% or less, Cu 0.
A piston ring material characterized by being composed of 5 to 5.0%, the balance Fe and inevitable impurities.
【請求項2】 重量%で、C 0.6〜1.3%、Si 1.5%以
下、Mn 1.5%以下、Cr 20.0%を越え25.0%以下、Moと
Wの1種または2種をMo+1/2Wで2.5%以下、Cu 0.5
〜5.0%、残部Feおよび不可避的不純物からなることを
特徴とするピストンリング材。
2. By weight%, C 0.6-1.3%, Si 1.5% or less, Mn 1.5% or less, Cr 20.0% to 25.0% or less, one or two kinds of Mo and W 2.5% at Mo + 1 / 2W. Below, Cu 0.5
~ 5.0%, balance Fe and unavoidable impurities, piston ring material.
【請求項3】 重量%で、C 0.6〜1.3%、Si 1.5%以
下、Mn 1.5%以下、Cr 20.0%を越え25.0%以下、Moと
Wの1種または2種をMo+1/2Wで2.5%以下、VとNb
の1種または2種をV+1/2Nbで0.05〜1.5%、Cu 0.5
〜5.0%、残部Feおよび不可避的不純物からなることを
特徴とするピストンリング材。
3. By weight%, C 0.6 to 1.3%, Si 1.5% or less, Mn 1.5% or less, Cr 20.0% to 25.0% or less, one or two kinds of Mo and W 2.5% at Mo + 1 / 2W. Below, V and Nb
1 or 2 of V + 1/2 Nb 0.05 ~ 1.5%, Cu 0.5
~ 5.0%, balance Fe and unavoidable impurities, piston ring material.
【請求項4】 Feの一部を、2.5%以下のNiと7%以下の
Coの1種または2種(ただしNi+Coで0.5%以上)とを
等量で置換した請求項1ないし3のいずれかに記載のピ
ストンリング材。
4. The Fe according to claim 1, wherein a part of Fe is replaced by 2.5% or less of Ni and one or two kinds of Co of 7% or less (however, Ni + Co is 0.5% or more) in equal amounts. The piston ring material described in Crab.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5944920A (en) * 1996-04-10 1999-08-31 Hitachi Metals, Ltd. Piston ring material excellent in workability
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