JPS63266046A

JPS63266046A - 点火プラグ主体金具用鋼及びその製造方法

Info

Publication number: JPS63266046A
Application number: JP27714487A
Authority: JP
Inventors: Takafumi Oshima; 崇文大島; Shinzo Ashida; 芦田　真三
Original assignee: Kobe Steel Ltd; NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd; Niterra Co Ltd
Priority date: 1986-12-10
Filing date: 1987-10-30
Publication date: 1988-11-02
Also published as: JPH0525942B2

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】皇栗上■剋■光互本発明は、高破断トルクと共に、すぐれた熱かしめ性と
冷間かしめ性とを有し、ねじ部引張強さが７０　ｋｇｆ
／ｍｍ”以上であ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・パーライト鋼及びその製造方法に関
する。

丈米皇技青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３２
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、高出力化等の要請に伴って、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
の間のねじ首１３の肉厚が必然的に薄肉となり、例えば
、Ｍ１０点火プラグの場合には１．１４１１程度、Ｍ８
点火プラグの場合には０゜８６ｔｍ程度にすぎない。従
って、前記した３１０ＣやＳ　２０　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１０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
ＯＯ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、通常、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Ｃ量の多い５３
０Ｃや５３５Ｃ鋼を用いるときは、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
組織となり、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、かしめ方法には、上記した熱かしめ以外に、熱を
加えない冷間かしめも知られており、熱かしめ代えて、
冷聞かしめによって、主体金具を絶縁体に固定すること
もできる。前記した５ＩＯＣや３２０　Ｃｍは、何ら問
題なしに冷間かしめすることができるが、前述したよう
に、ねじ首部分で破断が生じやすい。３３０Ｃや５３５
Ｃ鋼のような高炭素鋼を用いるときは、これらが靭性が
十分でないと共に、ねじ首部が薄肉であるところから、
冷開かしめ時に亀裂や割れが生じる。

別の方法として、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冷聞か
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
フェライト・パーライトＳ＋は知られていない。

口が２　しようとする−　占本発明は、特に、取付ねし径の小さい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！・ルクと共に、すぐ
れた熱かしめ性と冷開かしめ性とを有し、ねじ部引張強
さが７０　ｋｇｆ／ｍｍ”以上であ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・パーライト鋼及び
その製造方法を提供することを目的とする。

問題壱を解′するための手本発明による７　０ｋｇｆ／ｍｍ”以上のねじ部引張強
さを有する点火プラグ主体金具用フェライト・パーライ
ト鋼は、重量％で（ａｒｃ　　　０．０３〜０．２０％、Ｓｉ０．３５％
以下、Ｍｎ　　　０．１〜２．０％、Ｐ　　　０．０２５％以下、Ｓ　　　０．０２５％以下、及びＡ７！　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Ｎｉ０．０５〜０６５０％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ことを特徴とする。

また、本発明による７　０　ｋｇｆ／ｍｍ”以上のねじ
部引張強さを有する点火プラグ主体金具用フェライト・
パーライト鋼の製造方法は、重量％で（ａ）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Ａβ　０．０　Ｏ５〜０．０８０％を含有し、更に、（
ｂｌＺ　ｒ　　　０．００５〜０．２　５％、Ｎｂ　　
　０．００５〜０．１０％、Ｖ　　　　０．０３〜０．２５％、Ｔｉ　　　０．００５〜０．２５％、Ｃｒ　　０．０５〜０．５０％、及びＮｉｐ、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冷却することを特
徴とする。

先ず、本発明によ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（とも０．０３％を添加する必要がある。Ｃ量が
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ｍ織を形
成して、熱かしめ部に亀裂が生じることとなる。

また、０．２％を越えて過多に添加するときは、鋼材自
体の靭性の低下を招くので、かかる鋼材から点火プラグ
主体金具を製造し、前述したように、絶縁体に冷開かし
めしたときに、このかしめ部に亀裂が生じることとなる
。好ましくは、ｃｌは０゜０５〜０．２０％の範囲であ
る。

Ｓｔ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、或いは鋼材自体の靭性を低下さ
せて、冷間かしめ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。かかる効果を有
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、熱かしめ性及び冷間かしめ性のいずれをも劣化させ
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、加工硬化を助長して冷聞かしめ性を劣化させると
共に、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０．０２
５％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や冷間かしめ加工度、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。

Ａ１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、Ａβは
、Ｎと結合して、ＡＩＮ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ｏ、　
ｏ　ｏ　ｓ％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、熱かしめ割れ又は冷
間かしめ割れを発生しやすくさせるので、添加量はｏ、
　ｏ　ｓ　ｏ％以下とする。

更に、本発明による鋼は、上記した元素に加えて、Ｚｒ
ｓ　Ｎｂ５ＶＳＴｉＳＣｒ及び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、Ｎ
ｂ、Ｖ及びＴｔ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向上させ、更に、熱
かしめを行なうときは、熱かしめ時にその部分の靭性を
向上させ、冷聞かしめを行なうときは、すぐれた冷聞か
しめ性を得ることができる。

これらの効果を有効に得るためには、上記した元素は、
それぞれ次の範囲で添加される。即ち、Ｚｒ０．００５
〜０．２５％、Ｎｂ０．ＯＯ５〜０．１０％、Ｖｏ、０
３〜０．２５％、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
、また、鋼材自体の靭性の低下に伴って、冷間かしめ性
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、冷間加工性を向上させると共に、熱かし
め部の靭性を向上させ、また、冷聞かしめ性を向上させ
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合金鋼は、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にて５００℃乃至常温の範囲の温度
まで冷却することによって製造され、フェライト・パー
ライト組織を有し、点火プラグ用主体金具に成形した後
、後熱処理なしにて用いることができる。

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、１１５
０℃以下で十分であるが、９５０℃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〜ｂ５００℃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、冷間かしめ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、冷聞か
しめ性を低下させる。更に、工具寿命をも劣化させる。

本発明による鋼は、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。

本発明による鋼を用いて点火プラグ主体金具を製造する
には、例えば、減面率２０〜３０％の冷間引抜きにて鋼
線を製造し、又は減面率数％の軽度の冷間伸線加工にて
鋼線を製造し、この鋼線を切削加工し、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。

光」■ｌ九果以上のように、本発明によるフェライト・パーライト鋼
は、所定の化学成分を有し、すぐれた加工性を有するの
みならず、高破断トルクと共に、すぐれた熱かしめ性と
すぐれた冷開かしめ性とを併せ有するために、かかる鋼
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は、熱かしめ部の割れ
の発生もなく、また、冷聞かしめによるときは、薄肉部
分に割れが生じることなもなく、且つ、ねじ部の性状も
良好である。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、主体金具のねじ首部の破断がないの
で、特に、ねじ部の引張強さを７０　ｋｇｆ／ｍｍｚ以
上とした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。

１箇■ 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。

実施例１本実施例は、本発明鋼、従来鋼及び比較鋼をそれぞれ冷
間引抜き伸線してＭ線とし、これを切削加工によって点
火プラグ主体金具に成形する例を示す。

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鋼の一例である。また、主体
金具ねじ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、本発明による鋼
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７０ｋｇｆ／ｍｍ”以上であった。また、ねじ首
部の破断トルクは、８１７０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、本発明鋼は、特
に、小型点火プラグ主体金具として用いるに適すること
が理解される。

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。

上記熱かしめに代えて、熱を加えない冷間かしめによっ
て、絶縁体を主体金具に固定した。この冷間かしめによ
る場合も、結果を第１表に示すように、主体金具の薄肉
部分く第１図において加熱部１６に相当する。）に割れ
は全く生じなかった。

実施例２本実施例は、本発明鋼、従来鋼及び比較鋼をそれぞれ軽
度の伸線加工によって鋼線とし、これを前記切削加工よ
りも厳しい加工性が要求される冷間鍛造加工によって点
火プラグ主体金具に成形する例を示す。

第２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２表に示す圧延条件にて熱間圧延し、その後、減
面率４〜５％程度の軽微な冷間伸線加工を施してｆ＠線
を製造した。次いで、この鋼線に冷間鍛造加工を施して
、取付けねし径がＭｌｏ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。尚、冷間鍛造
による主体金具の成形においては、前述した切削による
方法と異なり、冷間鍛造時の加工硬化による強度上昇が
生じるので、素材鋼線は、実施例１による切削加工用材
の場合に比べて低強度のものを用いた。

ねじ首部の破断トルク、熱かしめ性及び冷間かしめ性の
評価は、実施例１と同様にして行なった。

第２表において、鋼番号１〜４は、それぞれ市販されて
いる機械構造用低炭素鋼の一例であって、フェライト・
パーライト組織を有する圧延材及びその後に球状化焼鈍
を行なったものを用いた。

第２表に上記伸線加工鋼線の機械的性質と組織、冷間鍛
造加工による主体金具成形時の割れによる不良率、主体
金具のねじ部引張強さ及びねじ首部の破断トルクを示す
°。

第２表に示す結果から明らかなように、本発明による鋼
から冷間鍛造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。更に、ねじ
首部のねじ破断トルクも高い値を示すと共に、熱かしめ
性及び冷聞かしめ性のいずれにもすぐれ、また、ねじ山
の折れ込みもなく、ねじ性状は良好であった。従って、
本発明によるフェライト・パーライト鋼は、小型点火プ
ラグ主体金具として用いるに適する。

【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。１０・・・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災ン“・Ｙ５と２′・

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％で（ａ）Ｃ０．０３〜０．２０％、Ｓｉ０．３５％以下、Ｍｎ０．１〜２．０％、Ｐ０．０２５％以下、Ｓ０．０２５％以下、及びＡｌ０．００５〜０．０８０％を含有し、更に、（ｂ）
Ｚｒ０．００５〜０．２５％、Ｎｂ０．００５〜０．１０％、Ｖ０．０３〜０．２５％、Ｔｉ０．００５〜０．２５％、Ｃｒ０．０５〜０．５０％、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７０ｋｇｆ／ｍｍ＾
２以上のねじ部引張強さを有する点火プラグ主体金具用
フェライト・パーライト鋼。
（２）重量％で（ａ）Ｃ０．０３〜０．２０％、Ｓｉ０．３５％以下、Ｍｎ０．１〜２．０％、Ｐ０．０２５％以下、Ｓ０．０２５％以下、及びＡｌ０．００５〜０．０８０％を含有し、更に、（ｂ）
Ｚｒ０．００５〜０．２５％、Ｎｂ０．００５〜０．１０％、Ｖ０．０３〜０．２５％、Ｔｉ０．００５〜０．２５％、Ｃｒ０．０５〜０．５０％、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０．１〜１０℃／秒にて５０
０℃乃至常温の範囲の温度まで冷却することを特徴とす
る７０ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上のねじ部引張強さを有する
点火プラグ主体金具用フェライト・パーライト鋼の製造
方法。