一種柴油機(jī)高壓噴油管用鋼、高壓噴油管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋼，具體涉及一種一種柴油機(jī)高壓噴油管用鋼、高壓噴油管及其 制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高壓精密鋼管主要用于高功率密度發(fā)動機(jī)，通過開發(fā)噴射壓力不斷提高的高壓燃 油噴射系統(tǒng)，不僅提高了柴油機(jī)的性能，同時(shí)減少了有害物的排放，滿足了不斷嚴(yán)格的環(huán)境 法規(guī)要求。滿足歐m、IV排放標(biāo)準(zhǔn)的高壓油管的工作壓力分別達(dá)到160MPa和180ΜΡ &<32015年 為我國柴油發(fā)動機(jī)開始執(zhí)行國IV標(biāo)準(zhǔn)（相當(dāng)于歐IV排放標(biāo)準(zhǔn)），柴油發(fā)動機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)由國 111提尚到國IV標(biāo)準(zhǔn)，其顆粒排放物下降80%，NOx排放下降30%;提尚噴油壓力大幅提尚柴油 機(jī)燃燒效率，節(jié)油3-5%。高壓噴油管產(chǎn)品是符合綠色發(fā)展戰(zhàn)略的高技術(shù)產(chǎn)品。
[0003]近年來，柴油發(fā)動機(jī)的直接噴射技術(shù)在柴油機(jī)技術(shù)的發(fā)展中得到快速推廣。目前， 歐洲各國普遍引用的IS08535-2011《柴油發(fā)動機(jī)高壓燃油噴射管用鋼管，第一部分:冷拔無 縫單壁鋼管要求》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了4個(gè)強(qiáng)度等級的高壓油管材料，我國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 8120.1-2011《壓燃式發(fā)動機(jī)高壓油管用鋼管第1部分:單壁冷拉無縫鋼管技術(shù)條件》等 效于IS08535-2006版標(biāo)準(zhǔn)，給出高壓油管的鋼材可選用德國牌號St52.4的鋼材，接近國內(nèi) 牌號16Mn、16MnV等，但是這種材料可用于制造160MPa以下的工作壓力的冷拔高壓油管。 160MPa以上工作壓力的噴油管材料需要新開發(fā)。由于鋼管的高頻振動壓力負(fù)荷，動態(tài)應(yīng)力 很高，噴油管要承受很高的脈動內(nèi)壓，對噴射油管的材料性能和管子內(nèi)表面的微觀形態(tài)要 求很高。材料性能指標(biāo)上需要通過優(yōu)化制造工藝過程，同時(shí)收緊合金成份的限值范圍，提高 材料的強(qiáng)度和延伸率。通過采用復(fù)合添加微合金元素使金相組織細(xì)化，既提高強(qiáng)度又增大 延伸率。為了提高管路的壽命盡可能降低早期失效的可能性，不僅要考慮試驗(yàn)得出的平均 疲勞強(qiáng)度，還必須顧及試驗(yàn)結(jié)果的分散帶寬。160MPa級工作壓力以上高壓噴油管通常需要 采用冷拔去應(yīng)力退火工藝。為滿足高壓油管油量允差一般控制在0.5%以內(nèi)，鋼管內(nèi)徑尺寸 公差控制在±〇.〇25mm范圍內(nèi)。內(nèi)表面質(zhì)量需要達(dá)到IS08535-2011標(biāo)準(zhǔn)中的Q級以上指標(biāo)， 即考察鋼管橫截面內(nèi)表面凹陷、雜質(zhì)、劃痕等缺陷深度0.02mm~0.05mm，數(shù)量不超過5個(gè)，。為 滿足的柴油機(jī)高壓油管的工作脈沖油壓疲勞性能和穩(wěn)定性，需要測定該工作壓力下，脈沖 疲勞循環(huán)次數(shù)超過1〇〇〇萬次。因此理論上，噴油管的工作壓力需要設(shè)計(jì)在疲勞極限以下，同 時(shí)鋼管的強(qiáng)度設(shè)計(jì)開發(fā)需要在工作壓力基礎(chǔ)上加上安全系數(shù)。
[0004] 材料的屈服強(qiáng)度和疲勞極限之間有一定的關(guān)系，一般來說，材料的屈服強(qiáng)度越高， 疲勞強(qiáng)度也越高。國內(nèi)現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)一般要求高壓油管的名義工作壓力為材料屈服強(qiáng)度的0.3~ 0.5倍，即屈服強(qiáng)度/工作壓力=2~3.3;而國外的經(jīng)驗(yàn)則是要求高壓油管的名義工作壓力為 材料爆破壓力的〇. 25~0.4倍，轉(zhuǎn)換成國內(nèi)要求是屈服強(qiáng)度/工作壓力=1.5~2.4。
[0005] 材料表面粗糙度愈小，應(yīng)力集中愈小，疲勞強(qiáng)度也愈高。鋼管冷拔加工坯料尺寸過 大、內(nèi)表面出現(xiàn)的褶皺越多，產(chǎn)生表面缺陷的可能性也越大，這些原因都會導(dǎo)致疲勞性能下 降。冶金缺陷是指材料中的非金屬夾雜物、氣泡、元素的偏析等等。存在于表面的夾雜物是 應(yīng)力集中源，會導(dǎo)致夾雜物與基體界面之間過早地產(chǎn)生疲勞裂紋，使鋼管失效。
[0006] 基于上述需要對鋼管的以下指標(biāo)加以限制，才能滿足高壓鋼管的疲勞壽命指標(biāo)要 求：（1)鋼中含有的雜質(zhì)控制嚴(yán)格，成分范圍控制窄，并嚴(yán)格控制材料的夾雜物水平；（2)噴 油工作壓力提高鋼管的屈服強(qiáng)度需要提高，并對屈服強(qiáng)度加以控制在一定值以上的有限范 圍內(nèi)，冋時(shí)塑性指標(biāo)和沖擊初性指標(biāo)保證一定??圍內(nèi)；（3)尚廣品表面質(zhì)量控制和鋼官的內(nèi) 外表面出現(xiàn)凹陷、雜質(zhì)、劃痕等嚴(yán)格的數(shù)量，IS08535標(biāo)準(zhǔn)中的Q級以上。（4)產(chǎn)品的內(nèi)徑尺寸 精度控制高，±〇.〇25mm范圍內(nèi)。
[0007][0008]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于:提供一種高強(qiáng)度的柴油機(jī)高壓噴油嘴用鋼，可用于制造160MP 以上的高壓噴油管。
[0010] 為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明提出了一種柴油機(jī)高壓噴油管用鋼，其化學(xué)元素質(zhì)量 百分比含量為： C: 0.18 -0.20%； Si : 0.20 -0.30%； Μη：1.40~1.60%； S< 0.003%； P< 0.010%； Nb:0.015-0.025%； V:0.02-0.04%； A1:0.02-0.03%； Ti:0.02-0.03%； Ca <0.002%； N<0.003%； H<0.0002%； 0<0.0005%； 余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。
[0011] 本發(fā)明所述的高強(qiáng)度高壓油管用鋼中的各化學(xué)元素的設(shè)計(jì)原理為： C:是提高鋼的強(qiáng)度的主要元素之一，其通過碳化物的形成能夠有效地提高鋼的強(qiáng)度， 但是不能過高和過低。隨著碳含量的減少鐵素體含量增加強(qiáng)度和加工硬化率降低，塑性升 高，因而變形抗力降低，臨界壓縮比升高。在保證強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，降低碳含量有利于改善鋼 的強(qiáng)韌性和冷加工性能。鋼管冷拔加工存在臨界拉拔延伸率，延伸率達(dá)到臨界值之后會發(fā) 生包申格效應(yīng)(Bauschinger)。既拉拔力下降。隨著碳含量的降低，拉拔力降低的幅度變大， 且開始下降所需的臨界拉拔延伸率降低。超過臨界拉拔延伸率，由于加工硬化率增大，拉拔 力又重新上升。因此，最佳拉拔延伸率受碳含量的影響，應(yīng)該在保證強(qiáng)度的條件下選取鮑辛 格效應(yīng)較大，而加工硬化率沒有明顯上升的階段。
[0012] 包申格效應(yīng):金屬材料經(jīng)過預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形(殘余應(yīng)變?yōu)?%~2%)，卸 載后再同向加載，規(guī)定殘余應(yīng)力(彈性極限或屈服強(qiáng)度)增加;反向加載，規(guī)定殘余應(yīng)力降低 (特別是彈性極限在反向加載時(shí)幾乎降低到零)的現(xiàn)象，稱為包申格效應(yīng)。
[0013] 為了保證最終拉拔鋼管的成品拉伸性能的一致性和窄波動范圍，需要將C含量限 定在0.18~0.20 wt%范圍內(nèi)。保證無縫鋼管屈服強(qiáng)度大于640MPa，并且強(qiáng)度波動范圍在+ 50MPa以內(nèi)。
[0014] Si :在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑，尤其是在鎮(zhèn)靜鋼需要添加0.15-0.30wt%范圍的Si含量，但是冷拔精密鋼管Si含量較低時(shí)影響不明顯，高會引起韌性-脆性 轉(zhuǎn)化溫度升高，同時(shí)影響冷拔加工性能，所以本發(fā)明鋼含有〇. 20-0.30wt%較低的硅含量。
[0015] Μη:在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，并且提高鋼的強(qiáng)度和硬度，提高 鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能。此外，Μη含量由低到高增加，精密鋼管韌性-脆性轉(zhuǎn)化溫度 先降低后升高的變化趨勢。本發(fā)明鋼Μη含量控制在1.40~1.60wt%范圍。
[0016] A1:在鋼中具有強(qiáng)烈的脫氧作用，同時(shí)A1N析出粒子可以阻礙因 Μη含量高引起的奧 氏體晶粒長大現(xiàn)象，起到細(xì)化奧氏體作用，并且起到防止Ν的時(shí)效的負(fù)面作用，因而有助于 提高鋼的韌性和加工性，同時(shí)酸溶Α1含量在0.02wt%左右時(shí)鋼中的夾雜物含量處在最低的 水平。由于酸不溶鋁Al 2〇3類夾雜物對鋼管的疲勞壽命危害較大，需要嚴(yán)格控制A1的含量。因 此本發(fā)明例規(guī)定了 0.02~0.03wt%含量范圍，酸溶鋁與酸不溶鋁A12〇3的含量比值控制在〉 0.91〇
[0017] Ti:在鋼中是強(qiáng)碳氮化物形成元素，其形成的TiN、TiC均可以細(xì)化奧氏體晶粒，從 而提高坯料強(qiáng)度，但是TiN也會對鋼管的抗疲勞性能產(chǎn)生重大影響，因此需要嚴(yán)格限制Ti: 0.02-0.03 wt%。
[0018] Nb、V:為微合金元素，有固溶強(qiáng)化作用，析出粒子可以起到析出強(qiáng)化作用，同阻礙 晶粒長大起到細(xì)化晶粒，但是過多析出形成彌散分布的氮化物或碳氮化物，引起冷乳精密 光亮鋼管的韌性-脆性轉(zhuǎn)化溫度上升，需要控制含量范圍有效利用真正達(dá)到細(xì)化晶粒作用。 本發(fā)明例以下限含量控制達(dá)到析出強(qiáng)化和細(xì)化晶粒作用，Nb含量0.015~0.025wt%; V含量 0.02 ~0.04wt%。
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