專利名稱：：燃料噴射管用鋼管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種為將燃燒噴射到燃燒室而使用的鋼管，更具體涉及一種用于向柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室供給燃料液滴的燃料噴射管用的鋼管。
背景技術(shù)：
：作為應(yīng)對(duì)將來能源枯竭的對(duì)策，目前正盛行促進(jìn)節(jié)能運(yùn)動(dòng)、資源再利用運(yùn)動(dòng)以及開發(fā)為達(dá)到這些目的技術(shù)。特別是近年來，作為世界性的努力方向，為了防止地球溫暖化而強(qiáng)烈要求降低伴隨著燃料燃燒而產(chǎn)生的C02的排出量。作為C02排出量較少的內(nèi)燃機(jī)，可列舉汽車等上使用的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。但是，在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上C02排出量是較少的，但另一面也存在產(chǎn)生黑煙的問題。黑煙是在氧氣相對(duì)于所噴射的燃料不足的情況下發(fā)生的。即，因燃料發(fā)生部分熱分解而引起脫氫反應(yīng)的發(fā)生，生成了黑煙的先驅(qū)物，該先驅(qū)物再次發(fā)生熱分解、凝聚、結(jié)合，由此形成為黑煙。這樣發(fā)生的黑煙將引起大氣污染，會(huì)對(duì)人體造成負(fù)面影響。通過提高燃料對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室的噴射壓力，可降低上述黑煙的發(fā)生量。但是，為此要求燃料噴射上使用的鋼管具有較高的疲勞強(qiáng)度。關(guān)于獲得這樣燃料噴射上使用的鋼管的制造方法，目前已經(jīng)公開了如下所示的發(fā)明。在專利文獻(xiàn)l中公開了如下的用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃料噴射的鋼管的制造方法在通過對(duì)經(jīng)過熱軋的無(wú)縫鋼管基材的內(nèi)表面進(jìn)行噴丸處理來進(jìn)行研削、研磨之后，再進(jìn)行冷拔加工。若采用該制造方法，則可使鋼管內(nèi)表面的缺陷(凹凸、鱗狀折疊及細(xì)微裂紋等)深度在0.10mm以下，因此，可實(shí)現(xiàn)燃料噴射上使用的鋼管的高強(qiáng)度化。專利文獻(xiàn)l:日本特開平9-57329號(hào)^>才艮釆用上述專利文獻(xiàn)l中公開的方法而制造出的用于燃料噴射的鋼管雖具有較高的強(qiáng)度，但無(wú)法獲得與其鋼管材料的強(qiáng)度相應(yīng)的疲勞壽命。若鋼管材料的強(qiáng)度較高，固然可提高施加于鋼管內(nèi)側(cè)的壓力，^旦對(duì)鋼管內(nèi)側(cè)施加壓力時(shí)不4吏鋼管內(nèi)表面因疲勞而受到破壞的臨界的內(nèi)壓(以下稱為"臨界內(nèi)壓")不僅僅與鋼管材料的強(qiáng)度相關(guān)。即，即使鋼管材料的強(qiáng)度很高也無(wú)法獲得期待之上的臨界內(nèi)壓。若考慮到最終產(chǎn)品的可靠性等，疲勞壽命越長(zhǎng)越好，但若上述臨界內(nèi)壓較低，則經(jīng)過在較高的內(nèi)壓下的使用后，容易使鋼管發(fā)生疲勞，因而也會(huì)使疲勞壽命變短。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的課題是提供一種通過提高材料強(qiáng)度的同時(shí)確保較高的臨界內(nèi)壓，可實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)疲勞壽命且可靠性高的燃料噴射管用鋼管。為了解決上述課題，本發(fā)明人對(duì)鋼管材料的抗拉強(qiáng)度與鋼管的臨界內(nèi)壓之間的關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查。首先，準(zhǔn)備多個(gè)材料組成發(fā)生變化且抗拉強(qiáng)度不同的鋼管，對(duì)拉伸試驗(yàn)與臨界內(nèi)壓之間的關(guān)系進(jìn)行調(diào)查。并且，也對(duì)進(jìn)行臨界內(nèi)壓調(diào)查時(shí)受到疲勞破壞的鋼管的破損部進(jìn)行了調(diào)查。根據(jù)上述調(diào)查結(jié)果可知，當(dāng)鋼管材料的抗拉強(qiáng)度小于500N/mii^時(shí)，在由具有大致相同抗拉強(qiáng)度的材料構(gòu)成的鋼管中，即使臨界內(nèi)壓不同，也獲得相同的破損形態(tài)；而當(dāng)鋼管材料的抗拉強(qiáng)度為500N/mm2以上時(shí)，即使是由具有大致相同抗拉強(qiáng)度的材料構(gòu)成的鋼管，也會(huì)隨臨界內(nèi)壓的大小的不同而破損形態(tài)不同。即，當(dāng)鋼管材料的抗拉強(qiáng)度為500N/mn^以上時(shí)，臨界內(nèi)壓比較大的鋼管獲得了與抗拉強(qiáng)度小于500N/mms時(shí)相同的破損形態(tài)，但在臨界內(nèi)壓比較小的鋼管中，以存在于內(nèi)表面附近上的夾雜物作為起點(diǎn)而發(fā)生破壞，因此，若抑制了該夾雜物的發(fā)生，則可提高臨界內(nèi)壓。本發(fā)明是基于以上見解而開發(fā)完成的，其技術(shù)方案涉及下述(l)所述的燃料噴射管用鋼管。(1)一種燃料噴射管用鋼管，以質(zhì)量％計(jì)，該燃料噴射管用鋼管含有C:0.12~0.27%、Si:0.05~0.40%以及Mn:0.8~2.0%、剩余部分由Fe和其它雜質(zhì)構(gòu)成，在雜質(zhì)中Ca為0.00"/。以下、P為0.02。/。以下以及S為0.01。/Q以下，其抗^立強(qiáng)度為500N/mms以上，其特征在于，至少存在于自鋼管內(nèi)表面起至20iim處的深度中的非金屬夾雜物的最大直徑為20pim以下。上述(l)所述的燃料噴射管用鋼管，替代Fe的一部分，優(yōu)選含有以下的1種或2種以上Cr:1%以下、Mo:1%以下、Ti:0.04%以下、Nb:0.04Q/o以下以及V:0.1%以下。本發(fā)明的鋼管非常適合于應(yīng)用到例如向柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室供給燃料的用途上。若使用該鋼管，則可進(jìn)一步提高燃料施加給燃燒室的噴射壓力，因此，可以減少C02的排出的同時(shí)，也能降低黑煙的排出量。具體實(shí)施例方式本發(fā)明的燃料噴射管用鋼管是指，其內(nèi)表面反復(fù)承受由噴射燃料產(chǎn)生的壓力的鋼管。有時(shí)鋼管內(nèi)表面會(huì)在短時(shí)間內(nèi)受到非常高的壓力、或者長(zhǎng)時(shí)間受到較高的壓力的作用，且該壓力還發(fā)生變動(dòng)。因此，受到其沖擊的材料發(fā)生疲勞的程度非常大。本發(fā)明的燃料噴射管用鋼管即使應(yīng)用于這樣的用途上時(shí)也可具有充分的耐疲勞特性。作為使用本發(fā)明的燃料噴射管用鋼管的例子，可列舉配設(shè)于從采用蓄壓式燃料噴射系統(tǒng)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃料泵到共軌之間、從共軌到噴射噴嘴之間的引導(dǎo)燃料的鋼管。在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，為了抑制如上所述黑煙的發(fā)生，需要以非常高的壓力進(jìn)行燃料噴射，因而燃料噴射管用鋼管的內(nèi)表面必須能承受該壓力。本發(fā)明的鋼管是作為用于施加較高內(nèi)壓的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射管用鋼管而開發(fā)出來的，但是理所應(yīng)當(dāng)也可用作直噴型汽油發(fā)動(dòng)機(jī)等的燃料噴射用鋼管等。本發(fā)明的燃料噴射管用鋼管需要使其鋼管材料的抗拉強(qiáng)度為500N/mn^以上。如上所述，燃料噴射管用鋼管受到了高內(nèi)壓的作用，因而鋼管材料必須具有一定以上的抗拉強(qiáng)度。規(guī)定本發(fā)明的燃料噴射管用鋼管的抗拉強(qiáng)度為500N/mm2以上的理由是，該值是可充分承受由高壓化的燃料施加于鋼管內(nèi)側(cè)的壓力的抗拉強(qiáng)度，并且疲勞破壞的破損形態(tài)以500N/mn^的抗拉強(qiáng)度為界呈現(xiàn)出不同的情況。關(guān)于上述破損形態(tài)，在下述的實(shí)施例的欄中列舉具體例而進(jìn)行詳述，但在抗拉強(qiáng)度為500N/mm2以上的情況下，當(dāng)抗拉強(qiáng)度大致相同時(shí)，臨界內(nèi)壓的大小取決于破損形態(tài)。在破損形態(tài)是以?shī)A雜物作為起點(diǎn)的情況下，臨界內(nèi)壓不比抗拉強(qiáng)度大。在本發(fā)明中，通過滿足其它要件，可使臨界內(nèi)壓比抗拉強(qiáng)度大。本發(fā)明的燃料噴射管用鋼管需要使存在于鋼管內(nèi)表面附近的非金屬夾雜物的最大直徑為20jim以下。非金屬夾雜物是指在JISG0202的"鋼鐵用語(yǔ)"中的3131上進(jìn)行定義的夾雜物。非金屬夾雜物的析出取決于鋼管的組成、制造方法，沿用了JISG0555中規(guī)定的鋼的非金屬夾雜物的顯微鏡試驗(yàn)方法，在切出鋼管截面進(jìn)行研磨后，可使用光學(xué)顯微鏡對(duì)研磨面進(jìn)行觀察來確認(rèn)其有無(wú)析出。并且，在本發(fā)明的燃料噴射管用鋼管中，在多數(shù)析出的非金屬夾雜物當(dāng)中，大的非金屬夾雜物的直徑即最大直徑必須是20jim以下。這是因?yàn)槿舴墙饘賷A雜物的最大直徑超過20iim,則會(huì)改變疲勞破壞的形態(tài)，其最大直徑超過20iim的非金屬夾雜物成為疲勞破壞的起點(diǎn)，疲勞強(qiáng)度即臨界內(nèi)壓下降。非金屬夾雜物未必限于以球狀形態(tài)存在。為此，對(duì)非金屬夾雜物的最大直徑定義為，將夾雜物的相當(dāng)于長(zhǎng)徑的長(zhǎng)度設(shè)為L(zhǎng)，將相當(dāng)于短徑的長(zhǎng)度設(shè)為S,則最大直徑=(L+S)/2。另外，關(guān)于非金屬夾雜物的最大直徑，只要至少存在于從承受較高壓力的鋼管的內(nèi)表面起至20iim處的深度中的非金屬夾雜物的最大直徑為20iim以下即可，在除此之外的部分中，即-使非金屬夾雜物的最大直徑超過20pim也不成為疲勞破壞的起點(diǎn)。為了使A系夾雜物的最大直徑變小，只要使鋼管中含有的S以質(zhì)量％計(jì)為0.01%以下即可。為了使B系夾雜物的最大直徑變小，只要使?jié)茶T時(shí)的鑄坯截面積變大即可。在澆鑄后到凝固的期間中較大的夾雜物上浮。澆鑄時(shí)的鑄坯截面積最好為200，000mm2以上。為了使C系夾雜物的最大直徑變小，只要降低鋼管中含有Ca的含有量即可。因此，使本發(fā)明的燃料噴射用鋼管中含有的。3為以質(zhì)量％計(jì)0.001%以下。由于Ca具有凝聚C系夾雜物的作用，因此通過限制Ca的含有量可使C系夾雜物無(wú)法變大，從而可防止C系夾雜物的不良影響。另外，無(wú)論是A系、B系還是C系，通過將鑄造速度設(shè)為較慢(例如可在連續(xù)鑄造中以澆鑄速度0.5m/分鐘來實(shí)施)，可使較輕的非金屬夾雜物作為渣(slag)而上浮起來，從而減少鋼中的非金屬夾雜物本身。本發(fā)明的燃料噴射管用鋼管含有C、Si以及Mn。以下，對(duì)本發(fā)明的燃料噴射管用鋼管中含有的這些元素的作用以及含有量的限定理由進(jìn)行說明。另外，有關(guān)含有量的％均指質(zhì)量％。C:0.12~0.27%為了提高鋼管材料的強(qiáng)度優(yōu)選含有C。為了提高強(qiáng)度，需要將C的含有量設(shè)為0.12。/。以上。但是，若C的含有量超過0.270/0時(shí)，則會(huì)使加工性降低而難以成形為鋼管。C的含有量更優(yōu)選為0.12~0.2%。Si:0.05~0.40%為了使鋼管材料進(jìn)行脫氧而優(yōu)選含有Si。為了可靠地提高脫氧的效果，需要將Si的含有量設(shè)為0.05Q/。以上。但是，若Si的含有量超過0.40%時(shí)，有時(shí)會(huì)造成韌性的降低。Mn:0.8~2.0%'為了提高鋼管材料的強(qiáng)度優(yōu)選含有Mn。為了提高強(qiáng)度，需要將Mn的含有量設(shè)為0.8。/。以上。但是，若Mn的含有量超過2.0%時(shí)，有時(shí)會(huì)助長(zhǎng)偏析，使韌性變差。作為本發(fā)明的鋼管之一，除上述成分以外，剩余部分由Fe和雜質(zhì)構(gòu)成。但是，需要如上所述地使雜質(zhì)中的Ca為0.0010/。以下，而且必須對(duì)P以及S進(jìn)行下述的規(guī)定。P:0.02%以下；S:0.01%以下因?yàn)镻以及S均是會(huì)對(duì)熱加工性以及韌性造成不良影響的雜質(zhì)元素，所以P以及S的含有量越低越好。若P含有量以及S含有量分別超過0.02%、0.01%時(shí)，則會(huì)4吏熱加工性以及韌性明顯變差。作為本發(fā)明的鋼管之二，除了上述成分以外，還含有下述成分的1種或2種以上。Cr:1%以下對(duì)于Cr,不需要積極地含有，但它具有提高淬硬性和耐磨損性的效果而最好含有。為了獲得這些效果，優(yōu)選Cr含有量為0.3%以上。但是，若Cr含有量超過lQ/o時(shí)，則會(huì)大量發(fā)生貝氏體而使其韌性降低。Mo::T/o以下對(duì)于Mo，不需要積極地含有，但它具有提高淬硬性的效果，并且還能有效改善韌性而最好含有。為了獲得這些效果，優(yōu)選含有0.03。/。以上的Mo。但是，若Mo含有量超過l。/。時(shí)，則會(huì)大量發(fā)生貝氏體而使其韌性降低。Ti:0.04%以下Ti不需要積極地含有，但它具有提高強(qiáng)度和韌性的效果而最好含有。為了獲得這些效果，優(yōu)選Ti含有量為0.005。/。以上。但是，若Ti含有量超過0.04。/。時(shí)，在鋼管中會(huì)形成氮化合物的夾雜物，而使韌性降低。另夕卜，更優(yōu)選Ti含有量在O.Ol~0.04%。Nb:0.04%以下Nb也不需要積極地含有，但它具有提高強(qiáng)度和韌性的效果而最好含有。為了獲得這些效果，優(yōu)選Nb含有量為0.005。/o以上。但是，若Nb含有量超過0.04。/。時(shí)，則在鋼管中會(huì)形成氮化合物的夾雜物，而使韌性降低。另外，更優(yōu)選Nb含有量為O.Ol~0.04%。V:0.1%以下對(duì)于V,也不需要積極的含有，但它具有提高強(qiáng)度的效果而最好含有。為了獲得這些效果，優(yōu)選V含有量為0.01。/。以上。但是，若V含有量超過0.1。/。時(shí)，會(huì)使韌性降低。實(shí)施例為了確認(rèn)本發(fā)明的效果，制作了具有表l所示的化學(xué)組成的10個(gè)試驗(yàn)材料。各試驗(yàn)材料按表2所示的澆鑄速度、澆鑄時(shí)的鑄坯截面積進(jìn)行連續(xù)鑄造，在經(jīng)過曼內(nèi)斯曼穿孔軋制、芯棒式無(wú)縫管軋機(jī)的延伸軋制以及張力減徑機(jī)的定徑軋制后，熱加工制造出尺寸為外徑34mm、內(nèi)徑25mm的鋼管。為了4立拔經(jīng)過這樣熱加工制造的管坯，首先將管坯前端收口，并涂敷潤(rùn)滑劑。接著，使用模(die)和頂頭進(jìn)行拉拔加工，使其管徑慢慢縮小，并對(duì)管內(nèi)表面進(jìn)行切削、研磨，其后實(shí)施作為精加工工序的縮徑加工，而制成為外徑6.4mm、內(nèi)徑3.0mm的鋼管。并且，作為最終工序，將這些鋼管裝入溫度控制為1000。C的退火爐中保持20分鐘，其后再進(jìn)行自然冷卻的熱處理。<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>切耳又上述各試-瞼材料的一部分作為樣本，將該樣本加工成作為JIS中l(wèi)l號(hào)試驗(yàn)片規(guī)定的拉伸試驗(yàn)的試驗(yàn)片大小，從而進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)。另外，對(duì)于該樣本，使用光學(xué)顯^U竟觀察存在于自鋼管內(nèi)表面起至深度為20iim的范圍內(nèi)的部分，調(diào)查了所析出的夾雜物。表2表示各試驗(yàn)材料的抗拉強(qiáng)度和夾雜物的最大直徑。表2的各編號(hào)與表l的各編號(hào)相對(duì)應(yīng)。試驗(yàn)材料No.l、3、5分別比試驗(yàn)材料No.2、4、6含有更多的Ca。從表2中可得知，試驗(yàn)材料No.l與No.2、No.3與No.4、No.5與No.6的抗*拉強(qiáng)度大致相同，但Ca含有量多的試驗(yàn)材料No.l、3、5的C系夾雜物的最大直徑分別比試驗(yàn)材料No.2、4、6的大。另外，試驗(yàn)材料No.9的A系夾雜物的最大直徑較大，試驗(yàn)材料No.lO的B系夾雜物的最大直徑較大。進(jìn)而，對(duì)各試驗(yàn)材料進(jìn)行向鋼管內(nèi)側(cè)施加壓力的疲勞試驗(yàn)。在疲勞試驗(yàn)中，將最低內(nèi)壓設(shè)為18MPa,按隨時(shí)間成正弦波的載荷條件來施加壓力，以重復(fù)次數(shù)達(dá)到IO次也不發(fā)生破壞的最大內(nèi)壓作為臨界內(nèi)壓。并且，使用光學(xué)顯微鏡對(duì)發(fā)生破壞的試驗(yàn)材料確認(rèn)其發(fā)生破壞的部分的狀態(tài)。表2表示各試驗(yàn)材料的臨界內(nèi)壓和破壞狀態(tài)。在此表中，Ca含有量多的試驗(yàn)材料No.l、3、5的臨界內(nèi)壓分別比試驗(yàn)材料No.2、4、6的臨界內(nèi)壓低。并且，其破壞狀態(tài)分別是從最受壓力的鋼管內(nèi)表面開始發(fā)生疲勞破壞的，但是，與試驗(yàn)材料No.2、4、6不同，在試驗(yàn)材料No.l、3、5中以存在于自鋼管的內(nèi)表面到深度20tim的范圍內(nèi)的C系夾雜物作為起點(diǎn)而發(fā)生破壞。另外，在試驗(yàn)材料No.9中以存在于自鋼管的內(nèi)表面到深度20iim的范圍內(nèi)的A系夾雜物作為起點(diǎn)，在試驗(yàn)材料10中同樣以存在于自鋼管的內(nèi)表面到深度20iim的范圍內(nèi)的B系夾雜物作為起點(diǎn)分別發(fā)生疲勞破壞。根據(jù)以上的試驗(yàn)結(jié)果可知，在具有大致相同的抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)材料中，通過將非金屬夾雜物的最大直徑抑制變小，可防止發(fā)生以?shī)A雜物作為起點(diǎn)的疲勞破壞，并可提高臨界內(nèi)壓。工業(yè)上的可利用性在本發(fā)明的燃料噴射管用鋼管中可防止發(fā)生以存在于其內(nèi)表面附近的非金屬夾雜物作為起點(diǎn)的疲勞破壞，因而可提高臨界內(nèi)壓。因此，若將該燃料噴射管用鋼管用于將燃料供給到柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室的鋼管上，貝'J即使是燃料對(duì)燃燒室的噴射壓力非常高也不會(huì)發(fā)生疲勞。權(quán)利要求1.一種燃料噴射管用鋼管，以質(zhì)量％計(jì)，該燃料噴射管用鋼管含有C0.12～0.27％、Si0.05～0.40％以及Mn0.8～2.0％，剩余部分由Fe和其它雜質(zhì)構(gòu)成，在雜質(zhì)中Ca為0.001％以下、P為0.02％以下、S為0.01％以下；其抗拉強(qiáng)度為500N/mm2以上，其特征在于，至少存在于自鋼管內(nèi)表面起至20μm處的深度中的非金屬夾雜物的最大直徑為20μm以下。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料噴射管用鋼管，替代Fe的一部分，含有以下的1種或2種以上Cr:1%以下、Mo:1%以下、Ti:0.04%以下、Nb:0.04%以下、以及V:0.1%以下。全文摘要本發(fā)明提供一種材料強(qiáng)度高、且不發(fā)生疲勞破壞的臨界內(nèi)壓較高、疲勞壽命長(zhǎng)、可靠性高的燃料噴射管用鋼管。以質(zhì)量％計(jì)，該燃料噴射管用鋼管含有C0.12～0.27％、Si0.05～0.40％以及Mn0.8～2.0％，剩余部分由Fe和其它雜質(zhì)構(gòu)成，在雜質(zhì)中Ca為0.001％以下、P為0.02％以下、S為0.01％以下；其抗拉強(qiáng)度為500N/mm²以上，其特征在于，至少存在于自鋼管內(nèi)表面起至20μm處的深度中的非金屬夾雜物的最大直徑為20μm以下。該鋼管還可含有以下的1種或2種以上Cr1％以下、Mo1％以下、Ti0.04％以下、Nb0.04％以下、以及V0.1％以下。文檔編號(hào)F02M55/02GK101421428SQ20078001327公開日2009年4月29日申請(qǐng)日期2007年4月11日優(yōu)先權(quán)日2006年4月13日發(fā)明者一入啟介,永尾勝則,淺田菊雄,遠(yuǎn)藤修申請(qǐng)人:臼井國(guó)際產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社;住友金屬工業(yè)株式會(huì)社