专利名称：：高强度钢管及其热处理方法
技术领域：
：本发明涉及一种高强度钢管的热处理方法，涉及用于高压配管、汽车中例如共轨式柴油发动机的高压燃料配管的高强度钢管及其热处理方法。
背景技术：
：用于高压配管的高强度钢管中，有以例如碳素钢、微量地添加了Si、Mn或根据需要微量添加了Cr或Mo、Al等的合金钢作为材料的钢管。例如用于汽车用共轨式柴油发动机的高压燃料配管的情况下，拉伸管加工为所需尺寸后，为了确保耐压性，要经过由电解研磨或化学研磨、流体研磨(磨料研磨)等在管内表面进行研磨的工序，正火或退火等热处理，或用于外表面的防锈电镀等表面处理，进行两端连接部的终端成形、向既定形状的弯曲加工，从而成为最终的成品形状。以往的汽车用柴油机的高压燃料配管的机械性能为，屈服点350~500[Mpa]左右，拉伸应力500650[Mpa]左右，伸长率22%~35%左右。例如，外径cj)6.35mm、内径3.Omm的钢管的情况下，不屈服(塑性变形)而能够使用的实车对应条件下的动态的耐压为120~190[Mpa]左右。实际使用上考虑到安全率，得到100-150[Mpa]的耐压性能。在汽车的燃料配管中使用上述的高强度钢管的情况下，一般没有强度不足的问题，但近年来开发了共轨式柴油发动机，要求更高强度的燃料配管用钢管的开发。以往的柴油发动机中，与燃料喷射阀连接的燃料配管从泵开始在各个汽缸之间是独立的，与之相对，在共轨式柴油发动机中，将称为共轨的配管设置在泵和喷射阀之间，在该共轨内蓄压从泵压送来的高压的燃料，从这里将燃料分配到各汽缸的喷射阀。在该共轨式的燃料喷射系统中，通过计算机，从低速区域到高速区域，对燃料喷射量或喷射的时机进行高精度的控制，与以往的柴油发动机相比，能够实现大幅度的排气清洁度、燃耗性能、输出的提高以及噪音、振动的减低的性能提高。为了应对年复一年不断严格的排气规定、以及为了安静性的改善、燃耗性能、输出的提高，在推进共轨式柴油发动机的高压喷射化的同时，对使用3在共轨中的燃料喷射管要求有更高的耐压性。作为提高在共轨式柴油发动机中使用的燃料喷射管的强度的技术，例如具有专利文献l中所提供的技术。在该专利文献l中，由950。C的热处理将高强度钢管奥氏体单相化之后，在35(TC到500。C之间急冷而进行等温淬火处理，由此提高内压及疲劳强度。专利文献l:特开2002-295336号公报
发明内容随着控制技术和制造技术的显著进步，共轨式的燃料喷射系统中燃料喷射压逐渐上升。最近，最高喷射压超过160[MPa]的系统都已经出现。对于160[MPa]以上的最高喷射压，以往的燃料喷射管中使用的高强度配管的耐压性能已经不能应对。在共轨式柴油发动机的高压燃料配管的情况下，不仅是与从喷射阀向各汽缸内的燃料喷射相伴的压力变化不能停止而重复出现，而且振动及热应力也不断附加，因此，用以往的高强度配管不能保证160[MPa]以上的动态耐压性能。在燃料喷射管的情况下，最终需要进行两端连接部的终端成形及与所应用的发动机的形状配合的弯曲加工等。关于耐压性能的提高，要以不大幅度改变钢的特性而提高强度为目的，进行Cr、Mn、Si的添加。但是，强度和加工性有相互相反的倾向，若要提高强度则加工性就显著下降，因此制作具有所需要的耐压性的燃料喷射管成为一个大问题。特别是，在用于汽车的燃料喷射管中，两端连接部的终端成形或弯曲成形的二次加工性是与耐压性并列的必要特性。因此，本发明的目的在于解决上述以往技术存在的问题，提供一种高强度钢管的热处理方法，能够确保二次加工性且能够实现能够对应近年来的共轨式燃料喷射系统的高压化的充分的耐压性能。并且，本发明的目的还在于提供一种高强度钢管，对于近年来伴随着共轨式燃料喷射系统中的显著的燃料喷射控制的进步而对耐压性强化的要求，能够不牺牲用于最终的制造燃料喷射管的二次加工性而进行应对。为了实现上述目的，本发明涉及一种用于改善被处理钢管的机械特性而进行的热处理方法，其特征在于，将以至少添加了钒的钢材作为材料的钢管拉伸管加工为目标尺寸并准备为^皮处理钢管，进行将上述被处理钢管在950~1100°C的范围内在既定时间内保持高温、然后以既定的冷却速度将该钢管慢慢冷却的正火，接着进行将被处理钢管加热到500700。C的范围内、然后以任意的冷却速度冷却到常温的退火。在本发明中，将用于调整作为高压配管所需要的强度和延展性等机械性能而进行的热处理分成正火与退火两个阶段进行，在前工序的正火处理中，将所添加的V(钒)充分地熔透而析出强化，使拉伸强度及屈服点变高等而使机械强度提高。若正火的温度超过IIO(TC，则金属组织中的奥氏体结晶粒的粗大化变得显著，担心确保二次加工性所必需的延展性的降低。另一方面若正火的温度在95(TC以下的情况下，金属组织以铁素体-珠光体为主体，难以得到期望的强度。接着，后工序的退火处理，由于通过前工序的正火而提高强度的另一方面，延展性降低，用于将降低了的延展性拉回至所需要的最低限度、确保二次加工性而进行。通过退火，成为由V的析出强化而更加强的贝氏体主体的金属组织，能够使强度和延展性平衡良好地调和。此外，通过正火和退火的组合，有着成为马氏体组织而强度上升的可能，但韧性和延展性大幅度下降，不能确保二次加工性。并且，本发明中，作为上述被处理钢管的材料的合金钢最好是C含有量为0.22重量％以下，Si含有量为0.55重量％以下，Mn含有量为1.60重量％以下。为了提高钢的机械性能，有增加C、Mn、Si等元素的添加量的方法，但是强度上升的另一方面，二次加工性下降。因此，在汽车用的高压燃料配管中，关于其材料的钢材，由DIN规格规定C、Mn、Si等主要元素的添加量上限。在本发明中，C、Mn、Si等元素的添加量上P艮，按照作为汽车用柴油发动机的高压燃料配管来说目前有充分实际应用的所谓DIN规格的St52，另一方面，还采用了通过V的析出强化进一步提高强度的方法。若V的含有量超过0.3重量％，则根据旋转弯曲疲劳试验得出的疲劳极限比(疲劳极限/拉伸强度)达到极限，若在0.1重量以下，则不能得到所需要的机械强度。由此，在本发明中，V的含有量最好在O.10-0.30重量％的范围中。并且，在本发明中，其特征在于，上述正火工序中的冷却速度在20~200'C/分的范围内。这是由于考虑到要构筑现存的退火炉或钎焊炉(Brazing炉)这些不具有油槽等的连续炉也可以充分实现的热处理条件。此外，在20。C/分以下的冷却速度中，金属组织以铁素体-珠光体为主体，不能得到期望的强度。并且，根据本发明的高强度钢管，其特征在于，作为钢管的材料的钢材(碳素钢或合金钢)的组成为，C含有量为0.22重量。/。以下、Si含有量为0.55重量％以下、Mn含有量为1.60重量％以下，且V的含有量为0.10~0.30重量%，其余部分由Fe和不可避免的杂质构成，具有析出了钒碳氮化物的贝氏体主体的组织。本发明的高强度钢管中，如上所述，通过令添加了V的钢经过正火、退火过程，能够得到进行了V的析出强化的贝氏体主体的金属组织，能够实现良好平衡地调节了提高强度和确保二次加工性的特性。根据本发明的热处理方法，确保了作为汽车用配管所需的特性的二次加工性，并且能够实现可应对在近年来的共轨式燃料喷射系统中高压化的充分的耐压性能。并且，在用于共轨中的燃料喷射管的情况下，能够在热处理结束阶段得到所需要的强度和二次加工性，因此不需要在二次加工后再进行提高强度的处理，可在热处理之后紧接着充分进行用于防锈的表面处理、防止喷嘴阻塞的管内清洁等，能够得到低成本而高品质的喷射管。根据本发明的高强度钢管，对于伴随着近年来的共轨式燃料喷射系统中显著的燃料喷射控制的进步而对耐压性强化的要求，能够不牺牲用于最终地制造燃料喷射管的二次加工性而进行应对。图1是表示本发明的实施例中正火温度和机械特性的关系的图表。图2是表示本发明的实施例中退火温度和机械特性的关系的图表。图3是表示本发明的实施例中V添加量和疲劳极限比的关系的图表。图4是表示本发明所应用的柴油发动机的共轨和燃料喷射管的立体图。图5是表示本发明所应用的图4的燃料喷射管的制造工序的工序图。图6是表示因正火温度低而成为铁素体-珠光体主体的组织的比较例的組织的照片。图7是表示本发明的实施例中的贝氏体主体的金属组织的照片。具体实施方式下面，参照附图来说明本发明的高强度钢管的热处理方法的一个实施方式。图4表示本发明所应用的柴油发动机的共轨和燃料喷射管。附图标记IO表示共轨。附图标记lla是用于将从供给泵(未图示)以高压压送的燃料导入共轨10的配管。附图标记lib至lie是从共轨10向柴油发动机的各汽缸的喷嘴分配的配管。这些配管lla至lle所用的高强度钢管经过如图5所示的拉伸管加工工序、内表面研磨工序、正火工序、退火工序、表面处理工序、终端成形工序和弯曲加工工序而制造的。首先，作为原材料，使用如下钢管以例如按照DIN规格的St52的组成成分(C:0.22重量％以下、Si:0.55重量°/。以下、Mn:1.60重量％以下)，且添加了0.1~0.3重量％的V的合金钢作为材料。然后，该钢管^f皮分成数次地^皮拉伸管加工成期望的尺寸。在内表面研磨工序中，将钢管内表面通过电解研磨或化学研磨等而使内表面平滑而防止应力集中，提高耐压性。在正火工序中，在加热炉内将钢管在950~1100。C的范围内在既定时间内保持高温，之后以20-20(TC/分的冷却速度将该钢管'ft慢冷却。接着的退火工序中，进行在加热炉内将钢管加热到50070(TC的范围内、然后以任意冷却速度冷却到常温的退火。其后，在表面处理工序中，进行外面的防锈处理，再经过成形两端连接部等的终端成形工序、向既定形状的弯曲加工工序，而成为图4所示的喷射管lla至lle。实施例下面，根据实施例来说明本发明。由钢材的组成为C:0.21重量％、Si:0.47重量％、Mn:1.52重量％、V:0.175重量％的钢材做成试验片。然后，关于该试验片，作为实施例17，的冷却速度慢慢冷却的正火，其后，进行加热到650。C后以任意速度冷却到常温的退火。在实施例814中，如表2所示，以固定的1080。C的正火温度在各实施例8~14中以相同的条件进行正火后，在各实施例8~14中以不同的温度进行退火。[表l]<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>然后，对于经过热处理的各实施例1~14试验片进行了拉伸试验和硬度测定。表1中例举出了各实施例1~14的拉伸试验结杲的拉伸强度(Ts)、屈服点(Yp)、伸长率(EI)。硬度测定值为维氏硬度(Hv)。然后，图1是对于实施例1~7、横轴为正火加热保持中的平均保持温度、纵轴表示拉伸试验和硬度测定值的结杲的图表。与此相对，图2是对于实施例8~14、横轴为退火加热保持中的平均保持温度、纵轴表示拉伸试验和硬度测定值的结杲的图表。从图l可知，在正火处理中，作为整体的趋势，随着正火温度变高，拉伸强度和屈服点上升，另一方面伸长率下降，可知强度和伸长是相反的关系。另一方面，在退火处理中，如图2可知，即使退火温度变高，拉伸强度和屈服点达到极限而不怎么变化，与此相反，温度变高则伸长率变大。这样，可知在正火和退火中，有着可将由一方的处理不充足的性质由另一方的处理来补充的相互补充关系。由此，通过正火提高强度，仅仅这样则二次加工所需要的伸长率不足，所以再通过进行退火能够确保所需要的伸长率。在图1中，若正火温度在950。C以下，则金属组织以铁素体-珠光体为主体，所以强度不足，在超过1050。C的温度区域中，强度的上升达到极限，若超过iioor则奥氏体结晶粒的粗大化变得显著，不能确保二次加工所需要的伸长率。由此，适当的正火温度为950°C~IIOO'C，更优选的是980。C1050°C。另一方面，从图2可知，若退火温度在500。C以下，可预测伸长率低于二次加工最低限所需的20%,且屈服点过低。另一方面，若退火温度超过700。C，则接近材料的A1相变点，V碳氮化物聚集肥大化而析出强化减弱，因此机械性能急剧下降，不能得到所需要的强度。由此，作为用于形成贝氏体主体的金属组织而取得强度和延展性的平衡的适当的正火温度，为50(TC~700。C,为了产品特性的稳定，更优选的是60(TC~680°C。这里，图6示出以加热保持中的平均温度为950。C进行正火、其后以加热保持中的平均温度为68(TC进行退火的比较例的金属组织。在该比较例中，可知由于正火温度为950。C比较低，组织是铁素体-珠光体为主体，只有一部分变为贝氏体。与此相对，图7示出实施例9的金属组织。该实施例9中，可清楚地看到，由于是在1080。C下进行正火，组织变为以贝氏体为主体。如上所述，通过组合适当的温度下的正火和退火来相互补充，能够得到屈服点630[MPa]左右、拉伸强度770[MPa]左右、伸长率21.5%左右的机械特性。该特性就强度来说，相当于以往的1.3倍左右。关于伸长率，与以往产品相比，可以说是毫不逊色的数值。接着，图3是表示由钢材的组成为C:0.21重量％、Si:0.47重量％、Mn:1.52重量％、V的添加量变化为0、0.2、0.4重量％的钢材做成试验片，通过旋转弯曲疲劳试验测定疲劳极限比(疲劳极限/拉伸强度)的结杲的图表。如该图4所示，由于V的添加，机械强度的上升超过0.3/则出现达到极限的现象。另一方面，o,1%以下的添加量恐怕不能得到所需要的机械强度，因此V的添加量的优选范围为0.1~0.3重量％。权利要求1.一种高强度钢管的热处理方法，是用于改善被处理钢管的机械特性而进行的热处理方法，其特征在于，将以至少添加了钒的钢材作为材料的钢管拉伸管加工为目标尺寸并准备为被处理钢管，进行将上述被处理钢管在950～1100℃的范围内在既定时间内保持高温、然后以既定的冷却速度将该钢管慢慢冷却的正火，接着，进行将被处理钢管加热到500～700℃的范围内、之后冷却到常温的退火。2.如权利要求1所述的高强度钢管的热处理方法，其特征在于，上述钢材中，C含有量为0.22重量％以下、Si含有量为0.55重量％以下、Mn含有量为1.60重量％以下。3.如权利要求2所述的高强度钢管的热处理方法，其特征在于，上述钢材中，V的含有量在O.10-0.30重量％的范围内。4.如权利要求1所述的高强度钢管的热处理方法，其特征在于，上述正火工序的冷却速度在20~200。C/分的范围内。5.—种高强度钢管，其特征在于，上述钢材的组成为C含有量为0.22重量％以下、Si含有量为0.55重量％以下、Mn含有量为1.60重量％以下，且V的含有量为0.10~0.30重量％,其余部分由Fe和不可避免的杂质构成，具有析出了钒^P友氮化物的贝氏体主体的金属组织。6如权利要求5所述的高强度钢管，其特征在于，上述高强度钢管是用于柴油发动机的共轨式燃料喷射系统的燃料喷射管。全文摘要本发明提供一种确保二次加工性，且能实现能够应对近年来的共轨式燃料喷射系统的高压化的充足的耐压性能的高强度钢管的热处理方法。将以至少添加了钒的钢材作为材料的钢管拉伸管加工为所需尺寸并作为被处理钢管准备好，进行将被处理钢管在950～1100℃的范围内在既定时间内保持高温、然后以既定的冷却速度将该钢管慢慢冷却的正火，接着，进行将被处理钢管加热到500～700℃的范围内、然后以任意的冷却速度冷却到常温的退火。文档编号C21D1/28GK101248194SQ20068002732公开日2008年8月20日申请日期2006年7月26日优先权日2005年7月26日发明者中泽由加里,丰岛秀树申请人:三樱工业株式会社