JP4772923B2 - コモンレールの製造方法およびコモンレール - Google Patents
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Description
本願は、2009年3月12日に、日本に出願された特願2009−059918号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
(1)本発明の第1の態様は、レール穴と、前記レール穴を囲む筒壁部に形成される分岐穴とが設けられるコモンレール本体と、前記分岐穴に連通する連通穴が形成されるホルダーとを備えるコモンレールの液相拡散結合による製造方法である。前記コモンレール本体及び前記ホルダー用の素材は、C:0.01〜0.3質量%、Si:0.01〜0.5質量%、Mn:0.01〜3.0質量%、B:0.0003〜0.01質量%、N:0.001〜0.01質量%、Al:0.01超〜0.5質量%、Ti:0.01〜0.05質量%を含有し、Pが0.03質量%以下に制限され、Sが0.01質量%以下に制限され、Oが0.01質量%以下に制限され、As,Sn,Sb,Pb,Znの総和含有量が0.015質量%以下に制限され、残部がFe及び不可避的不純物を含み、前記コモンレール本体及び前記ホルダー用の素材について、
TLB値=(B%)-[(N%)/1.3-{(Ti%)/3.4+(Al%)/4.1}×(Al%)×52]・・・(1)
で示される、接合時に固溶Bを粒界に偏析させるのに有効な値を表すTLB値が0.001%以上である。このコモンレールの製造方法は、前記コモンレール本体と前記ホルダーとの間に、Bを少なくとも1質量%以上含有するNi基またはFe基のインサートメタルを挿入する挿入工程と;前記コモンレール本体と前記インサートメタルと前記ホルダーとを、接合温度1000〜1300℃で30秒以上の間1MPa以上の応力を負荷して保持して接合する液相拡散接合工程と;前記分岐穴の開口周辺部に位置する前記分岐穴の内面と前記レール穴の内面との境界周辺部の領域に、透明液体を存在させてパルスレーザビームを照射するレーザピーニング処理工程と;前記開口周辺部の表層を除去し、前記開口周辺部の疲労強度を高める表層除去工程と;を備え、
前記レーザピーニング処理を施す領域と前記表層を除去する領域が、それぞれ前記レール穴の内面において、分岐穴の中心からの距離≦分岐穴の直径×0.6・・・(2)および分岐穴の中心方向にレール穴の内面に線分を引いたときの該線分とレール穴の長手方向のなす角≦10°・・・(2’)を満足する領域を包含するものであって、除去する表層の厚みが上記(2)式および上記(2’)式を満足する領域において0.01mm〜0.3mmである。
(2)上記(1)に記載のコモンレールの製造方法では、前記開口周辺部の材料の表層の除去により、前記分岐穴の中心軸を含み前記レール穴の長手方向に沿った断面における前記分岐穴の前記開口部周辺部における形状線の曲率半径が、分岐穴の直径×0.5≦分岐穴の中心からの距離≦分岐穴の直径×0.6・・・(3)を満足する領域の各点において、15μm以上となっていてもよい。
TLB値=(B%)-[(N%)/1.3-{(Ti%)/3.4+(Al%)/4.1}×(Al%)×52]・・・(1)
で示される、接合時に固溶Bを粒界に偏析させるのに有効な値を表すTLB値が0.001%以上であり、前記開口周辺部における形状が、前記分岐穴の中心軸を含み前記レール穴の長手方向に沿った断面における前記分岐穴の前記開口部周辺部における形状線の曲率半径が、
分岐穴の直径×0.5≦分岐穴の中心からの距離≦分岐穴の直径×0.6・・・(3)
を満足する領域の各点において、15μm以上となり、且つ、前記断面におけるレール穴の長手方向に垂直な圧縮応力値が−200MPa以上である。
TLB=(B%)-[(N%)/1.3-{(Ti%)/3.4+(Al%)/4.1}×(Al%)×52]・・・(1)
分岐穴の中心からの距離≦分岐穴の直径×0.6・・・(2)
分岐穴の中心方向にレール穴の内面に線分を引いたときの該線分とレール穴の長手方向のなす角≦10°・・・(2’)
分岐穴の直径×0.5≦分岐穴の中心からの距離≦分岐穴の直径×0.6・・・(3)
分岐穴の中心からの距離≦分岐穴の直径×p3・・・(4)
分岐穴の中心方向にレール穴の内面に線分を引いたときの該線分とレール穴の長手方向のなす角≦p4°・・・(4’)
52番鋼はSiが、53番鋼はMnが過多となって液相拡散接合継手においてMnO−SiO2の複合酸化物を多量に生成し、継手の靱性が低下した結果、継手の疲労特性がレーザピーニング処理した分岐穴開口部よりも低下した例である。
54番鋼はTi添加量が過剰となり、Tiを含む炭窒化物が継手で多量に生成し、継手靱性が低下して継手の疲労特性がレーザピーニング処理した分岐穴開口部よりも低下した例である。
55番鋼はAlの添加量が過剰となり、粗大酸化物が鋼材および液相拡散接合継手に生成し、特に接合部の靱性が低下して継手の疲労特性がレーザピーニング処理した分岐穴開口部よりも低下した例である。
56番鋼はN含有量が過剰となった結果、TLB値が0.001未満となり、接合部の硬度均一性が保たれず、継手近傍で応力集中が生じて継手の疲労特性がレーザピーニング処理した分岐穴開口部よりも低下した例である。
57番鋼はB添加量が不十分で、TLB値が0.001未満となり、接合部の硬度均一性が保たれず、継手近傍で応力集中が生じて継手の疲労特性がレーザピーニング処理した分岐穴開口部よりも低下した例である。
58番鋼はB添加量が過多となって、Bを含む炭化物と硼化物が継手に生成し、靱性が低下した結果、継手の疲労特性がレーザピーニング処理した分岐穴開口部よりも低下した例である。
59番鋼、60番鋼、61番鋼はそれぞれNi、Co、Cu添加量が過多となって残留γが多量に生成し、接合継手の靱性が低下し、継手の疲労特性がレーザピーニング処理した分岐穴開口部よりも低下した例である。
62番鋼はW添加量が過多となって硼化物が継手に多量に生成し、靱性が低下して継手の疲労特性がレーザピーニング処理した分岐穴開口部よりも低下した例である。
63番鋼はVが過多となり、接合継手で粗大V炭化物が生成して靱性が低下し、継手の疲労特性がレーザピーニング処理した分岐穴開口部よりも低下した例である。
64番鋼と65番鋼は、Zr、Nbがそれぞれ過多となり、何れもそれぞれの炭化物を接合継手に多く生成して靱性が低下し、継手の疲労特性がレーザピーニング処理した分岐穴開口部よりも低下した例である。
66〜68番鋼はCa、Mg、Baの添加量が過剰となり、それぞれの酸化物が生成し、接合継手の靱性が低下した結果、継手の疲労特性がレーザピーニング処理した分岐穴開口部よりも低下した例である。
69〜71番鋼ではY、Ce、Laの添加量が過剰となり、それぞれの酸化物が生成し、接合継手の靱性が低下した結果、継手の疲労特性がレーザピーニング処理した分岐穴開口部よりも低下した例である。
72、73、74、75番鋼はAs+Sn+Sb+Pb+Znの添加量総和が0.015%を超え、粒界脆化を来したために、継手の靱性が低下し、継手の疲労特性がレーザピーニング処理した分岐穴開口部よりも低下した例である。
76および77番鋼は化学成分こそ本発明鋼の範囲であるが、TLB値が0.001を下回ったため、継手の強度均一性が保てず、ΔHv(100g)の値が100を超えたことにより、継手に応力集中が生じて、継手の疲労特性がレーザピーニング処理した分岐穴開口部よりも低下した例である。
2 筒壁部
5 レール穴
6 分岐穴
7 レール穴の長手方向に平行となる直径の両端近傍
11 コモンレール本体
12 ホルダー
13 管路
14 支管
15 合金箔
21 内面(分岐穴)
22 内面(レール穴)
23 開口周辺部
31 レーザビーム発振装置
32 レーザビーム
33 集光レンズ
34 光学窓
35 水槽
37 試験片
38、39、41 支持部
40、42 ガイド
43 走査装置
51 レール本体
52 ホルダー
57 レーザビーム
61 照射ヘッド
62 パイプ
63 集光レンズ
64 ミラー
65 ミラー台座
66 集光点
67 支持棒
68、69 切欠き部
70 シール部材
71 突起
Claims (11)
- レール穴と、前記レール穴を囲む筒壁部に形成される分岐穴とが設けられるコモンレール本体と、前記分岐穴に連通する連通穴が形成されるホルダーとを備えるコモンレールの液相拡散結合による製造方法であって、前記コモンレール本体及び前記ホルダー用の素材は、
C:0.01〜0.3質量%、
Si:0.01〜0.5質量%、
Mn:0.01〜3.0質量%、
B:0.0003〜0.01質量%、
N:0.001〜0.01質量%、
Al:0.01超〜0.5質量%、
Ti:0.01〜0.05質量%、の成分を含有し、
Pが0.03質量%以下に制限され、
Sが0.01質量%以下に制限され、
Oが0.01質量%以下に制限され、
As,Sn,Sb,Pb,Znの総和含有量が0.015質量%以下に制限され、
残部がFe及び不可避的不純物を含み、前記コモンレール本体及び前記ホルダー用の素材について、
TLB値=(B%)-[(N%)/1.3-{(Ti%)/3.4+(Al%)/4.1}×(Al%)×52]・・・(1)
で示される、接合時に固溶Bを粒界に偏析させるのに有効な値を表すTLB値が0.001%以上であり、前記製造方法は、
前記コモンレール本体と前記ホルダーとの間に、Bを少なくとも1質量%以上含有するNi基またはFe基のインサートメタルを挿入する挿入工程と;
前記コモンレール本体と前記インサートメタルと前記ホルダーとを、接合温度1000〜1300℃で30秒以上の間1MPa以上の応力を負荷して保持して接合する液相拡散接合工程と;
前記分岐穴の開口周辺部に位置する前記分岐穴の内面と前記レール穴の内面との境界周辺部の領域に、透明液体を存在させてパルスレーザビームを照射するレーザピーニング処理工程と;
前記開口周辺部の表層を除去し、前記開口周辺部の疲労強度を高める表層除去工程と;
を備え、
前記レーザピーニング処理を施す領域と前記表層を除去する領域が、それぞれ前記レール穴の内面において、
分岐穴の中心からの距離≦分岐穴の直径×0.6・・・(2)
および
分岐穴の中心方向にレール穴の内面に線分を引いたときの該線分とレール穴の長手方向のなす角≦10°・・・(2’)
を満足する領域を包含するものであって、
除去する表層の厚みが上記(2)式および上記(2’)式を満足する領域において0.01mm〜0.3mmであることを特徴とする、コモンレールの製造方法。 - 前記開口周辺部の材料の表層の除去により、前記分岐穴の中心軸を含み前記レール穴の長手方向に沿った断面における前記分岐穴の前記開口部周辺部における形状線の曲率半径が、
分岐穴の直径×0.5≦分岐穴の中心からの距離≦分岐穴の直径×0.6・・・(3)
を満足する領域の各点において、15μm以上となることを特徴とする請求項1に記載のコモンレールの製造方法。 - 前記コモンレール本体と前記ホルダーとの少なくとも一方が、更に、
Ni:0.01〜2.0質量%、
Co:0.01〜1.0質量%、
Cu:0.01〜1.0質量%、
W:0.01〜2.0質量%
のうち1種以上を含有することを特徴とする、請求項1または請求項2に記載のコモンレールの製造方法。 - 前記コモンレール本体と前記ホルダーとの少なくとも一方が、更に、
Zr:0.001〜0.05質量%、
Nb:0.001〜0.05質量%、
V:0.001〜0.5質量%
のうち1種以上を含有することを特徴とする、請求項1〜請求項3の何れか一項に記載のコモンレールの製造方法。 - 前記コモンレール本体と前記ホルダーとの少なくとも一方が、更に、
Ca:0.0005〜0.005質量%、
Mg:0.0005〜0.005質量%、
Ba:0.0005〜0.005質量%
のいずれかの硫化物形態制御元素、および
Y:0.001〜0.05質量%、
Ce:0.001〜0.05質量%、
La:0.001〜0.05質量%
のいずれかの希土類元素のうち、1種以上を含有することを特徴とする、請求項1〜請求項4の何れか一項に記載のコモンレールの製造方法。 - 前記開口周辺部の材料の表層の除去は、電解研磨もしくは流体研磨によって行うことを特徴とする、請求項1から5のいずれか1項に記載のコモンレールの製造方法。
- 前記パルスレーザビームのパルスエネルギーが1mJ〜10Jであることを特徴とする、請求項1〜請求項6の何れか一項に記載のコモンレールの製造方法。
- 前記レーザピーニング処理を施す前に、前記開口周辺部を面取り加工することを特徴とする、請求項1から7のいずれか1項に記載のコモンレールの製造方法。
- 前記面取り加工を施す領域が、前記(2)式および(2’)式を満足する領域を包含することを特徴とする、請求項8に記載のコモンレールの製造方法。
- 前記レーザピーニング処理に用いる前記透明液体がアルコール、又は防錆剤の入った水であることを特徴とする、請求項1から9のいずれか1項に記載のコモンレールの製造方法。
- レール穴と、前記レール穴を囲む筒壁部に形成される分岐穴とが設けられるコモンレール本体と、前記分岐穴に連通する連通穴が形成されるホルダーとを備え、請求項1に記載の液相拡散結合によるコモンレールの製造方法によって製造されたコモンレールであって、前記コモンレール本体及び前記ホルダー用の素材は、
C:0.01〜0.3質量%、
Si:0.01〜0.5質量%、
Mn:0.01〜3.0質量%、
B:0.0003〜0.01質量%、
N:0.001〜0.01質量%、
Al:0.01超〜0.5質量%、
Ti:0.01〜0.05質量%、の成分を含有し、
Pが0.03質量%以下に制限され、
Sが0.01質量%以下に制限され、
Oが0.01質量%以下に制限され、
As,Sn,Sb,Pb,Znの総和が0.015質量%以下に制限され、
残部がFe及び不可避的不純物を含み、前記コモンレール本体及び前記ホルダー用の素材について、
TLB値=(B%)-[(N%)/1.3-{(Ti%)/3.4+(Al%)/4.1}×(Al%)×52]・・・(1)
で示される、接合時に固溶Bを粒界に偏析させるのに有効な値を表すTLB値が0.001%以上であり、
前記開口周辺部における形状が、前記分岐穴の中心軸を含み前記レール穴の長手方向に沿った断面における前記分岐穴の前記開口部周辺部における形状線の曲率半径が、
分岐穴の直径×0.5≦分岐穴の中心からの距離≦分岐穴の直径×0.6・・・(3)
を満足する領域の各点において、15μm以上であり、
且つ、前記断面におけるレール穴の長手方向に垂直な圧縮応力値が−200MPa以上であることを特徴とするコモンレール。
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