JPS63145715A - 点火プラグ主体金具用鋼材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 電果よｑ程凧分国 本発明は、高破断トルクとすぐれた熱かしめ性とを有す
る主として非１！質型の点火プラグ主体金具用フェライ
ト・パーライト冷間引抜き棒鋼の製造方法に関する。

従来の技術 内燃機関のシリンダーヘッドに螺着する点火プラグ主体
金具のための鋼材料としては、従来、５１０Ｃ乃至５２
０Ｃ鋼のような機械構造用低炭素鋼が主として用いられ
ている。しかし、近年、自動車エンジンにおいては、低
燃費、軽量化、高出力比等の要請に伴って、点火プラグ
の取付空間容積が狭小化し、点火プラグの取付ねじ径の
小さいＭＩＯ以下の小型点火プラグの使用が試みられる
に至っている。

かかる小型点火プラグにおいては、第１図に示すように
、その主体金具１０の大径胴部１１と取付ねじ部１２と
の間のねし首１３の肉厚が必然的に薄肉となり、例えば
、ＭＩＯ点火プラグの場合には１．１４　ｍｍ程度、Ｍ
８点火プラグの場合には０゜８６ｍ程度にすぎない。従
って、前記した５ｌＯＣや３２０　ｃｍのような低炭素
鋼を用いたときは、点火プラグのシリンダーヘッドへの
締付けによる取付けに際して、上記ねじ首１３の部分で
破断が生じやすい、他方、主体金具ｌＯの腔内に嵌装さ
れる絶縁体２０及び中心電極３０の直径をそれぞれ小さ
くすることは、絶縁体の構造的強度及び耐電圧性能を低
下させ、また、中心電極の軸方向の熱伝導性の低下によ
る耐消耗性及び耐熱性を劣化させるので、絶縁体及び中
心電極を小径化することによって、ねじ首１３の肉厚を
厚くし、ねじ首部分での上記破断を防止することも実用
上、困難である。

更に、主体金具のねじ部破断強度を向上させることを目
的として、３３０Ｃや３３５Ｃ鋼等のような高Ｃ量の鋼
材料を用いても、別な問題が生じるのを避けることがで
きない。即ち、第１図に示すように、点火プラグにおい
ては、中心電極３０を保持した絶縁体２０を主体金具ｌ
Ｏの内腔内に挿入して、絶縁体２０の大径部２１に連な
る段部２２をパツキン４０を介して、主体金具１０の有
する内方に隆起する段部１４に係止し、他方、絶縁体２
０の上部小径部２３と前記主体金具１０の内腔との間に
シール材５０及びパツキン６０を嵌装したうえで、前記
主体金具の胴部１１とボルトヘッド状の六角環等の締結
部１５との間の薄肉の加熱部１６に電流を通電し、或い
は高周波誘導加熱によって加熱すると共に、主体金具の
上端周縁１７をかしめる所謂熱かしめにて絶縁体２０が
固定されている。

このように、絶縁体２０は、主体金具１０の熱かしめに
よって固定されるので、上記したｃｌの多い５３０Ｃや
５３５Ｃ９ｉを用いるときは、この熱かしめに際して、
前記加熱部１６が急冷される結果、マルテンサイト組−
となり、加熱部に亀裂や割れ等が生じることとなり、製
品としての価値を失う。

他方、主体金具の成形後にねじ首部及びかしめ部に熱処
理を施すことは、各部が狭小であるために困難を伴うほ
か、製造費用を高めることとなる。

以上のように、特に、小型点火プラグ用主体金具の製造
においては、用いる鋼材が主体金具の製造後の後熱処理
なしにて高破断トルクとすぐれた熱かしめ性とを有する
ことが必要不可欠であるが、従来、かかる新規な性質を
具備した点火プラグ主□体金具のための鋼材は知られて
いない。

日が解゛　しようとする、　寺 本発明は、特に、取付ねじ径の小さいＭＩＯ以下゛の小
型点火プラグの製造における上記した問題を解決するた
めになされたものであって、高破断トルクとすぐれた熱
かしめ性とを有する主として非調質型の点火プラグ主体
金具用フェライト・パーライト冷間引抜き棒鋼の製造方
法を提供することを目的とする。

［−占を”ンするための 本発明による点火プラグ主体金具用冷間引抜き棒鋼の製
造方法は、重量％で （ａｌ　Ｃ０，０３〜０．２０％、 Ｓｉ０．３５％以下、 Ｍｎ　　０．１〜２．０％、 Ｐ　　　０．０２５％以下、 Ｓ　　　０．０２５％以下、及び Ａｌ　　０．００５〜０．０８０％を含有し、更に、（
ｂｌＺ　ｒ　　０．００５〜０．２５％、Ｎｂ　　０．
００５〜０．１０％、 Ｖ　　　０．０３〜０．２５％、 Ｔｉ　　０．００５〜０．２５％、 Ｃｒ　　０．０５〜０．５０％、及び Ｎｉ０．０５〜０．５０％ よりなる群から選ばれる少なくとも１種を含有し、 残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼を９５０〜１１５
０℃に加熱した後、熱間圧延し、８００〜９５０℃の範
囲の温度から平均冷却速度０．１〜ｂ冷却し、フェライ
ト・パーライト組織を有する鋼とし、次いで、これを冷
間引抜き加工によって引張強さ７０ｋｇｆ／ｍｍ”以上
の棒鋼に形成することを特徴とする。

先ず、本発明の方法において用いる鋼における化学成分
の限定理由について説明する。

Ｃは、固溶強化によって鋼に所要の強度を与えるために
、少なくとも０．０３％を添加する必要がある。ｃｌが
０．０３％よりも少ないときは、鋼強度が不足するのみ
ならず、リン酸亜鉛潤滑剤が十分に鋼材に付着しないこ
とが往々にしてあり、このような場合は、冷間鍛造加工
による点火プラグ主体金具への成形の際に、工具と鋼材
との間に焼付きを生じて、工具寿命を著しく短命化する
。しかし、０．２％を越えて過多に添加するときは、か
かる鋼材から点火プラグ主体金具を製造し、これを前述
したように絶縁体に熱かしめしたとき、その部分がビッ
カース硬さくＨｖ）４５０以上のマルテンサイト組織を
形成して、熱かしめ部に亀裂が生じることとなる。好ま
しくは、（ｊＪは０．０５〜０．２０％の範囲である。

Ｓｉは、一般には、鋼中に固溶して強度を高めるが、本
発明鋼においては、０．３５％を越えるときは、熱かし
め部の靭性を劣化させるので、上限を０．３５％とする
。

Ｍｎは、熱間圧延及び冷間鍛造の際の割れ発生の主原因
たる不純物元素ＳをＭｎＳとして固定し、無害化する効
果を有すると共に、本発明鋼におけるように、比較的低
炭素鋼において、所定の強度とすぐれた靭性とを共に鋼
に具備させるために有効な元素である。かかる効果をを
効に得るためには、０．１％以上を添加することが必要
であるが、しかし、過多に添加するときは、点火プラグ
主体金具の成形時の加工性を劣化させ、また、主体金具
の靭性を劣化させる。更に、鋼の焼入れ性を増大せしめ
て、熱かしめ性を劣化させるので、添加量の上限を２．
０％とする。好ましくは、添加量は０．５〜２．０％の
範囲である。

Ｐは、加工硬化を助長し、また、熱かしめ部の靭性を劣
化させるので、含有量は低い程好ましいが、余りに低く
することは、鋼製造の経済性を損なうこととなるので、
本発明においては０．０２５％以下とすれば十分である
。

Ｓは、硫化物系介在物を形成して、熱かしめ時の割れの
起点となり、また、主体金具の製造に際して、冷間鍛造
時の変形能を劣化させるので、その含有量は、０．０２
５％以下とすれば十分である。

しかし、所要の熱かしめ加工度、冷間加工度、被削性等
の要求特性に応じて、一層低く設定することもでき、好
ましくは、上限を０．０１５％とする。

Ａｌは、鋼溶製時の脱酸剤としての効果のほかに、熱か
しめ時に結晶粒の微細化効果を有し、これによって熱か
しめ部の靭性を向上させる効果を有する。更に、Ａｌは
、Ｎと結合して５．ＩＮとして析出することによって、
固溶Ｎを固定し、ひずみ時効及び青熱脆性を抑制する効
果をも有する。

これらの効果を有効に得るためには、少なくとも０、０
　Ｏ５％以上を添加する必要がある。しかし、過多に添
加するときは、Ｂ系介在物の増加と、これに伴う主体金
具の成形時の冷間鍛造割れや熱かしめ割れを発生しやす
くさせるので、添加量は０゜０８０％以下とする。

更に、本発明の方法におし為で用いる鋼は、上記した元
素に加えて、Ｚｒ５Ｎｂｓ　Ｖ％　Ｔｉｓ　Ｃｒ。

びＮｉよりなる群から選ばれる少なくとも１種を含有す
る。これらの元素は、鋼の強度及び靭性を向上させるた
めに有効である。Ｚｒ、Ｎｂｓ　Ｖ及びＴｉは、圧延中
乃至は圧延後の鋼の冷却過程において、微細な炭窒化物
の析出による結晶粒の微細化及び析出効果によって強度
を向上させる。また、結晶粒の微細化は、冷間鍛造時の
加工性をも向上させ、更に、熱かしめ時にその部分の靭
性を向上させる。これらの効果を有効に得るためには、
それぞれ次の範囲で添加される。即ち、Ｚ　ｒ　０．０
０５〜０．２５％、Ｎｂｏ、ｏ　０５〜０．１０％、ｖ
ｏ。

０３〜０．２５％、及びＴ　ｉ　０．ＯＯ５〜０．２５
％の範囲である。それぞれの元素について、上記上限値
を越えて過多に添加しても、効果が飽和し、鋼製造の経
済性の点からも好ましくない。

Ｃｒは、焼入れ性を向上させて、強度を高める。

この効果を有効に得るためには、０．０５％以上を添加
することが必要である。しかし、過多に添加するときは
、焼入れ性を過度に大きくして、熱かしめ性を劣化させ
るので、０．５０％以下の範囲で添加される。

Ｎｉは、強度、冷間加工性及び熱かしめ部の靭性を向上
させるために、０．０５％以上を添加することが必要で
あるが、過多に添加しても、効果が飽和すると共に、鋼
製造の経済性を損なうので、添加量の上限を０．５０％
とする。

本発明による点火プラグ主体金具用フェライト・パーラ
イト冷間引抜き棒鋼は、上記した化学成分を有する鋼を
９５０〜１１５０℃に加熱した後、熱間圧延し、８００
〜９５０℃の範囲の温度から平均冷却速度０．１〜ｂ 常温の範囲の温度まで冷却し、フェライト・パーライト
組織を有する鋼とし、次いで、これを冷間引抜き加工に
よって引張強さ７０　ｋｇｒ／ｍｍ”以上の棒鋼に形成
することによって製造される。かかる棒鋼を所定形状に
切削加工し、ねじ切加工することによって、後熱処理な
しにて、点火プラグ主体金具として用いることができる
。

本発明の方法において、鋼加熱温度は、析出物を母相に
固溶させた後、微細な炭窒化物を析出させて、結晶粒の
微細化、析出硬化を図り、或いは初期の結晶粒の微細化
を図るためには、１１５０℃以下で十分であるが、９５
０°Ｃよりも低いときは、熱間圧延に際して変形抵抗が
高くなって、生産性の低下を招く。従って、本発明の方
法においては、鋼加熱温度は９５０〜１１５０℃の範囲
とする。

次いで、熱間圧延後、水冷を行なって、冷却開始温度を
８００〜９５０℃の範囲とし、この範囲の温度から０．
１〜ｂ ５００℃乃至常温の範囲の温度まで冷却する。冷却開始
温度が９５０℃を越える場合は、結晶粒が粗大化し、靭
性及び延性を劣化させ、冷間鍛造時の加工性やねじ転造
性等の加工性を劣化させる。

一方、冷却開始温度が８００℃よりも低いときは、得ら
れる製品の品質のばらつきが大きく、品質を一定に保つ
ことが困難となる。

本発明の方法によれば、次いで、上記″冷却開始温度か
ら所定の温度範囲まで所定の冷却速度にて冷却すること
によって、緻密なフェライト・パーライト組織とし、所
要の強度と靭延性を得ると共に、冷間鍛造時のひずみ時
効を防止し、工具寿命の短命化を抑制する。このために
は、０．１℃／秒以上の平均冷却速度を必要とするが、
通常は、放冷でよい。しかし、平均冷却速度が１０℃／
秒を越えるときは、ベイナイト組織が混在することとな
り、その結果、強度が過度に高くなり、或いは強度のば
らつきが大きくなり、更には、靭延性が低下して、ねじ
転造時にねし山に折れ込みが発生しやすく、また、工具
寿命をも劣化させる。

本発明によれば、このようにして得られるフェライト・
パーライト鋼を例えば減面率２０〜３０％にて冷間引抜
き加工することによって、引張強す７０　ｋｇｆ／ｍｍ
ｚ以上、通常、８０〜１００　ｋｇｆ／ｍｍ”の六角棒
鋼、丸棒鋼等の棒鋼や線材を得ることができる。

本発明において・用いる泪は、例えば、ＬＤ転炉にて溶
製されるが、しかし、溶製方法は何ら限定されるもので
はない。

本発明による上記鋼材を用いて点火プラグ主体金具を製
造するには、例えば、上記冷間引抜きによる鋼線を切削
加工し、又は冷間鍛造し、又はこれらの組み合わせとし
ての加工を施し、所要形状に成形した後、切削、転造等
によってねし切加工を施せばよい。

尤里ｑ四來 以上のように、本発明の方法によって得られるフェライ
ト・パーライト棒鋼又は線材は、所定の化学成分ををし
、すぐれた加工性を有するのみならず、引張強さ７０ｋ
ｇｆ／ｍｍ”以上であって、高破断トルクを有すると共
に、すぐれた熱かしめ性を有するために、かかる鋼材よ
り製造される点火プラグ主体金具は、後熱処理を要せず
して、従来材よりも引張強さが高く、従って、主体金具
の絶縁体への熱かしめに際しても、熱かしめ部の割れの
発生もなく、また、点火プラグのシリンダーヘッドへの
ねじ込み取付けに際して、主体金具のねし首部の破断が
ないので、特に、小型点火プラグ用主体金具の製造に好
適に用いることができる。

大嵐拠 以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこ
れら実施例により何ら限定されるものではない。

第１表に示す化学成分を有する鋼を真空溶解炉にて溶製
し、第１表に示す圧延条件にて熱間圧延し、その後、減
面率２０〜３０％の冷間引抜き加工を施して鋼線を製造
した。次いで、この鋼線から切削加工にて取付けねじ径
がＭＩＯである点火プラグ主体金具を成形し、ねじ首部
の破断トルクを測定した。圧延材の組織、上記引抜き加
工鋼線の機械的性質、主体金具のねじ部引張強さと共に
、結果を第１表に示す。

尚、第１表において、鋼番号１〜３は、それぞれ市販さ
れている機械構造用低炭素銅の一例である。また、主体
金具ねし首部の破断トルクの測定において、破断トルク
は、治工具及び主体金具の表面状態、即ち、摩擦の程度
によって著しく影響を受けるので、主体金具及び治工具
共に潤滑油を塗布し、摩擦係数を一定（０，１５）とし
た状態にて測定し、従来材３１７Ｃ材を１００とする相
対的な比較評価を行なった。

第１表に示す結果から明らかなように、本発明の方法に
よって得られた鋼材から切削加工にて成形して製造した
点火プラグ主体金具は、いずれも十分な強度を有し、ね
じ部の引張強さはいずれも７０　ｋｇｆ／ｍｍ”以上で
あった。また、ねじ首部の破断トルクは、３１７Ｃ材か
らの主体金具に比較して、約５０％も高い値を示す、従
って、本発明による鋼材は、特に、小型点火プラグ主体
金具の製造のために好適に用いることができる。

次に、主体金具の薄肉の加熱部を通電加熱後、熱かしめ
を施し、その後、その部分の割れの発生の有無を調べた
結果、第１表に示すように、本発明による鋼材から成形
製造した点火プラグ主体金具によれば、割れは全く認め
られなかった。また、ねじ山の折れ込みもなく、ねじ性
状は良好であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は点火プラグを示す部分断面図である。 ）九・・・点火プラグ主体金具、１１・・・大径胴部、
１２・・・取付けねじ部、１３・・・主体金具ねし首、
１４・・：段部１．１５・・・締結部、１６・・・加熱
部、１７・・・主体金具上端周縁、２０・・・絶縁体、
２１・・・絶縁体大径部、２２・・・段部、３０・・・
中心電極、４０・・・パツキン、５０・・・シール材、
６０・・・パツキン。 特許出願人　日本特殊陶業株式会社 同　　株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士　牧野逸部１．フ１ １．二。 ・・こ− 第１図 手　続　補　正　書（自発） 昭和６２年１１月３０日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）重量％で （ａ）Ｃ　０．０３〜０．２０％、 Ｓｉ　０．３５％以下、 Ｍｎ　０．１〜２．０％、 Ｐ　０．０２５％以下、 Ｓ　０．０２５％以下、及び Ａｌ　０．００５〜０．０８０％を含有し、更に、 （ｂ）Ｚｒ　０．００５〜０．２５％、 Ｎｂ　０．００５〜０．１０％、 Ｖ　０．０３〜０．２５％、 Ｔｉ　０．００５〜０．２５％、 Ｃｒ　０．０５〜０．５０％、及び Ｎｉ　０．０５〜０．５０％ よりなる群から選ばれる少なくとも１種を含有し、 残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼を９５０〜１１５
   ０℃に加熱した後、熱間圧延し、８００〜９５０℃の範
   囲の温度から平均冷却速度０．１〜１０℃／秒にて５０
   ０℃乃至常温の範囲の温度まで冷却し、フェライト・パ
   ーライト組織を有する鋼とし、次いで、これを冷間引抜
   き加工によって引張強さ７０ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上の棒
   鋼に形成することを特徴とする点火プラグ主体金具用冷
   間引抜き棒鋼の製造方法。