[发明专利]一种柴油机高压喷油管用钢、高压喷油管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢，具体涉及一种一种柴油机高压喷油管用钢、高压喷油管及其 制造方法。

背景技术

高压精密钢管主要用于高功率密度发动机，通过开发喷射压力不断提高的高压燃 油喷射系统，不仅提高了柴油机的性能，同时减少了有害物的排放，满足了不断严格的环境 法规要求。满足欧Ⅲ、IV排放标准的高压油管的工作压力分别达到160MPa和180MPa。2015年 为我国柴油发动机开始执行国IV标准（相当于欧IV排放标准），柴油发动机排放标准由国 III提高到国IV标准，其颗粒排放物下降80%，NOx排放下降30%；提高喷油压力大幅提高柴油 机燃烧效率，节油3-5%。高压喷油管产品是符合绿色发展战略的高技术产品。

近年来，柴油发动机的直接喷射技术在柴油机技术的发展中得到快速推广。目前, 欧洲各国普遍引用的ISO8535-2011《柴油发动机高压燃油喷射管用钢管，第一部分:冷拔无 缝单壁钢管要求》标准中规定了4个强度等级的高压油管材料，我国机械行业标准JB/T 8120.1—2011《压燃式发动机高压油管用钢管第1部分：单壁冷拉无缝钢管技术条件》等 效于ISO8535-2006版标准，给出高压油管的钢材可选用德国牌号St52.4的钢材，接近国内 牌号16Mn、16MnV等，但是这种材料可用于制造160MPa以下的工作压力的冷拔高压油管。 160MPa以上工作压力的喷油管材料需要新开发。由于钢管的高频振动压力负荷，动态应力 很高，喷油管要承受很高的脉动内压，对喷射油管的材料性能和管子内表面的微观形态要 求很高。材料性能指标上需要通过优化制造工艺过程，同时收紧合金成份的限值范围，提高 材料的强度和延伸率。通过采用复合添加微合金元素使金相组织细化，既提高强度又增大 延伸率。为了提高管路的寿命尽可能降低早期失效的可能性，不仅要考虑试验得出的平均 疲劳强度，还必须顾及试验结果的分散带宽。160MPa级工作压力以上高压喷油管通常需要 采用冷拔去应力退火工艺。为满足高压油管油量允差一般控制在0.5%以内，钢管内径尺寸 公差控制在±0.025mm范围内。内表面质量需要达到ISO8535-2011标准中的Q级以上指标， 即考察钢管横截面内表面凹陷、杂质、划痕等缺陷深度0.02mm~0.05mm，数量不超过5个，。为 满足的柴油机高压油管的工作脉冲油压疲劳性能和稳定性，需要测定该工作压力下，脉冲 疲劳循环次数超过1000万次。因此理论上，喷油管的工作压力需要设计在疲劳极限以下，同 时钢管的强度设计开发需要在工作压力基础上加上安全系数。

材料的屈服强度和疲劳极限之间有一定的关系，一般来说，材料的屈服强度越高， 疲劳强度也越高。国内现有经验一般要求高压油管的名义工作压力为材料屈服强度的0.3~ 0.5倍，即屈服强度/工作压力＝2~3.3；而国外的经验则是要求高压油管的名义工作压力为 材料爆破压力的0.25~0.4倍，转换成国内要求是屈服强度/工作压力＝1.5~2.4。

材料表面粗糙度愈小，应力集中愈小，疲劳强度也愈高。钢管冷拔加工坯料尺寸过 大、内表面出现的褶皱越多，产生表面缺陷的可能性也越大，这些原因都会导致疲劳性能下 降。冶金缺陷是指材料中的非金属夹杂物、气泡、元素的偏析等等。存在于表面的夹杂物是 应力集中源，会导致夹杂物与基体界面之间过早地产生疲劳裂纹，使钢管失效。

基于上述需要对钢管的以下指标加以限制，才能满足高压钢管的疲劳寿命指标要 求：（1）钢中含有的杂质控制严格，成分范围控制窄，并严格控制材料的夹杂物水平；（2）喷 油工作压力提高钢管的屈服强度需要提高，并对屈服强度加以控制在一定值以上的有限范 围内，同时塑性指标和冲击韧性指标保证一定范围内；（3）高产品表面质量控制和钢管的内 外表面出现凹陷、杂质、划痕等严格的数量，ISO8535标准中的Q级以上。（4）产品的内径尺寸 精度控制高，±0.025mm范围内。