CN101578446B - 共轨的制造方法以及局部强化的共轨 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种使用廉价的钢材、且具有优良的疲劳强度的共轨及其制造方法。其使用具有韧性和疲劳强度的高强度液相扩散接合用钢作为所述共轨的基材，进行液相扩散接合；其中，所述高强度液相扩散接合用钢以质量％计，含有C：0.01～0.3％、Si：0.01～0.5％、Mn：0.01～3.0％、Cr：1.0～12.0％、Mo：0.1～2.0％、V：0.01～1.0％、B：0.0003～0.01％、Ti：0.01～0.05％、N：0.001～0.01％，并且限制P：0.03％以下、S：0.01％以下、O：0.01％以下，进而将作为晶界偏析脆化元素的As、Sn、Sb、Pb、Zn的总和限制为0.015％以下，剩余部分包括不可避免的杂质和Fe。其制造方法是，对位于分歧孔(6)的开口周边部的分歧孔(6)的内表面(21)和轨道孔(5)的内表面(22)的边界周边部，使透明液体存在而实施照射脉冲激光束的激光喷丸处理。然后，除去开口周边部的材料的表层。

Description

共轨的制造方法以及局部强化的共轨

技术区域

本发明涉及柴油机的蓄压式燃料喷射系统的共轨(common rails)的制造方法以及局部强化的共轨。

背景技术

具有流体通道的机械部件在流体通过的管道的端部和直径剧烈变化的部位容易产生应力集中，作为流体的压力变动的结果，所产生的疲劳破坏就成为问题。

共轨是在柴油机的蓄压式燃料喷射系统中，位于压送轻油燃料的泵和喷射器之间，对轻油蓄压的导管状部件。

图1表示了共轨1的断面的概况。轨道孔5是共轨1的主要导管，具有对轻油蓄压的作用。在轨道孔5上配置有多个垂直开口的分歧孔6，通过分歧孔6向各喷射器压送轻油。轨道孔5的内径d₁为10mm左右，分歧孔6的内径d₂为1mm左右。伴随着发动机的动作，轻油被周期性地压送，从而共轨1内的轻油的压力周期性地变动。此时，在图1的轨道孔5和分歧孔6上，周向的拉伸应力周期性地产生变动。图2放大表示了作为分歧孔6的开口周边部的分歧孔6的内表面和轨道孔5的内表面的边界周边部。在分歧孔6开口周边部中，特别在分歧孔6的与轨道孔的长度方向平行的直径的两端附近7，由于两孔5、6的拉伸应力产生合成，因而所存在的问题是：发生比其它的部分更大的拉伸应力，从而因内压的变动而容易产生疲劳破坏。如果提高相对于内压变动的疲劳强度(内压疲劳强度)，则燃料的高压喷射成为可能，由于导致排出气体的净化和每升油的行驶里程的提高，所以希望提高疲劳强度。

以前，作为谋求这样的疲劳强度的提高的途径，一般采用通过使用高强度的钢材而提高共轨的疲劳强度的方法，但所产生的问题是：因基材的高强度化引起的成形性和加工性的降低、以及伴随着高性能化的成本增大。为此，例如在特开2004-83979号公报中，作为代替以前的基于鍛造一体成形和机械加工的共轨的制造方法的制造方法，公开了涉及采用液相扩散接合的焊接共轨的发明。进而在特开2007-40244号公报中，公开了涉及适合于不需要接合时的控制冷却的液相扩散接合的钢材的发明。但是，这些专利文献所公开的钢材是拉伸强度为600MPa左右的钢材，在使用于为实现近年目标所指的低耗油性能的超过1500气压、进而超过2000气压的共轨时，则显得强度不足。另外，在热处理等方面下功夫可以使钢材强度显着提高，但在此情况下加工变得困难，导致生产成本的显著增大。而且在最大主应力部，当MnS、Al₂O₃、CaO等夹杂物或氧化物呈现于加工的结果表面上时，则不能解决的课题是：最大主应力部成为施加内压时的疲劳破坏的起点，从而显着地阻碍高强度共轨的稳定生产。

另外，不但有提高钢材的强度这一传统的方法，而且例如关于共轨的强化，正如特开2004-204714号公报、特开2004-27968号公报所公开的那样，还知道有用流体研磨或压印加工的方法对分歧孔开口端部的边缘进行倒角、从而缓和应力集中的方法。另外，也研究了通过赋予压缩应力而进行的疲劳强度的提高。近年正在进行开发的激光喷丸(laser peening)，是一种在金属物体的表面上放置液体等透明介质的状态下，向其表面照射具有高的峰值能量密度的脉冲激光束，利用由此产生的等离子体的膨胀反作用力，在金属物体的表面附近通过非接触处理而赋予残留压缩应力的技术，例如在日本专利第3373638号公报中公开了该方法。激光束也可以传送到共轨的轨道孔内表面、分歧孔内表面这样的的狭窄部，激光喷丸是用于赋予共轨的分歧孔开口部附近以高的压缩应力的目前唯一的方法。于是，正如在特开2006-322446号公报所公开的那样，就为了将激光喷丸应用于共轨的有效的方法进行了研究。

但是，特开2006-322446号公报所公开的方法虽然极大地提高了共轨的疲劳强度，但从装置、效果的角度考虑，还存在以下的问题。如果在激光喷丸处理中将激光束照射于样品表面，则由于照射斑点部表层附近发生熔融和再凝固，往往使该斑点部表层附近的压缩应力减少。为避免这样的问题，已知有设置用于吸收激光束的吸收材料层的方法，但是，由于在将该吸收材料层设置于共轨的分歧孔开口部时需要复杂的装置，所以从成本和生产率的角度考虑，优选省略该工序。

作为用于消除热影响部的方法，在日本专利第3373638号公报中公开了如下的方法：即在激光照射面和在其附近相向设置的电极间产生用激光加以控制的放电的方法，以及以接触激光照射面的透明液体为电解液、于激光照射中在照射面和在其附近相向设置的电极间进行电解研磨的方法。但是，这些方法由于激光照射的影响很大，所以难以高精度且稳定地得到所要求的加工形状，从而不适合于共轨的工业生产。另外，正如特开2006-322446号公报所公开的那样，通过提高脉冲激光的束斑的重叠面积比率，可以缓和上述压缩应力减少的问题。但是，为进一步增加共轨疲劳强度的提高效果，必须最大限度提高表层附近的压缩应力，从而希望有其它的途径。

发明内容

本发明的目的在于：解决上述的问题，通过采用激光喷丸处理局部强化因应力集中而容易成为疲劳破坏的起点的共轨分歧孔的开口部附近，提供一种使用廉价钢材而制造具有优良疲劳强度的共轨的方法和共轨。

本发明人为解决上述的课题而进行了研究，结果可知：如果将具有适合于液相扩散接合的超600MPa级的强度、且接合部强度也优良的具有特定成分的廉价的高强度钢材分为形状容易加工的块单元而进行制造，然后进行液相扩散接合，先形成共轨的大致形状，进而在对疲劳强度成为问题的分歧孔的轨道孔侧开口部周边导入由激光喷丸处理引入的压缩应力后，采用电解研磨等除去包含进行过激光喷丸处理的部分的区域的材料，则使用廉价的钢材便可以极大地提高共轨的疲劳强度。在此，使用液相扩散接合将用于固定配管的夹具接合在分歧孔的顶端，意味着在使高强度钢材的加工变得容易、从而降低工序成本的同时，通过采用调整为共轨强化用的激光喷丸而补偿高强度材料致命的、在最大主应力部(分歧孔开口部位)露出夹杂物或氧化物时产生的疲劳强度的降低，便可以廉价地实现能够承受以前所没有的高压的共轨的制造，从而回归到本发明独特性的形成。

本发明的第一发明涉及一种共轨的制造方法，所述共轨在中心部形成有轨道孔，在包围所述轨道孔的筒壁部上形成有朝所述轨道孔开口的多个分歧孔，该共轨的制造方法的特征在于：使用具有韧性和疲劳强度的高强度液相扩散接合用钢作为所述共轨的基材，进行液相扩散接合；在位于所述分歧孔的开口周边部的所述分歧孔的内表面和所述轨道孔的内表面的边界周边部的区域，使透明液体存在而实施照射脉冲激光束的激光喷丸处理，然后除去所述开口周边部的材料的表层，由此提高所述开口周边部的疲劳强度；其中，所述高强度液相扩散接合用钢以质量％计，含有C：0.01～0.3％、Si：0.01～0.5％、Mn：0.01～3.0％、Cr：1.0～12.0％、Mo：0.1～2.0％，进而含有V：0.01～1.0％、B：0.0003～0.01％、Ti：0.01～0.05％、N：0.001～0.01％，并且限制P：0.03％以下、S：0.01％以下、O：0.01％以下，进而将作为晶界偏析脆化元素的As、Sn、Sb、Pb、Zn的总和限制为0.015％以下，剩余部分包括不可避免的杂质和Fe。

本发明的第二发明涉及一种共轨的制造方法，其特征在于：作为所述第一发明的基材，使用进一步含有Ni：0.01～9.0％、Co：0.01～5.0％、Cu：0.01～5.0％、W：0.01～2.0％之中的至少1种以上的液相扩散接合用钢。

本发明的第三发明涉及一种共轨的制造方法，其特征在于：作为所述第一、第二发明的基材，使用进一步含有Zr：0.001～0.05％、Nb：0.001～0.05％、Ta：0.001～0.2％、Hf：0.001～0.2％之中的至少1种以上的液相扩散接合用钢。

本发明的第四发明涉及一种共轨的制造方法，其特征在于：作为所述第一～第三发明的基材，使用进一步含有Ca：0.0005～0.005％、Mg：0.0005～0.005％、Ba：0.0005～0.005％等硫化物形态控制用元素以及Y：0.001～0.05％、Ce：0.001～0.05％、La：0.001～0.05％等稀土类元素之中的至少1种以上的液相扩散接合用钢。

本发明的第五发明涉及一种根据第一～第四发明的任一项所述的共轨的制造方法，其特征在于：所述开口周边部的材料表层的除去采用电解研磨或流体研磨来进行。

本发明的第六发明涉及一种根据第一～第五发明的任一项所述的共轨的制造方法，其特征在于：所述脉冲激光束的脉冲能量为1mJ～10J。

本发明的第七发明涉及一种根据第一～第六发明的任一项所述的共轨的制造方法，其特征在于：实施所述激光喷丸处理的区域和除去所述表层的区域分别包括在所述轨道孔的内表面满足(1)式的区域；除去的表层的厚度在满足(1)式的区域为0.01mm～0.3mm；

距分歧孔中心的距离≤分歧孔的直径×0.6

当向分歧孔的中心画线段时，该线段和轨道孔长度方向所成的角度≤±10°(1)。

本发明的第八发明涉及一种根据第一～第七发明的任一项所述的共轨的制造方法，其特征在于：通过除去所述开口周边部的材料表层，使得在包含分歧孔的中心轴且沿着轨道孔的长度方向的断面中，分歧孔的开口部周边部的形状线的曲率在满足(2)式的区域的各点为15μm以上；

分歧孔的直径×0.5≤距分歧孔中心的距离≤分歧孔的直径×0.6(2)。

本发明的第九发明涉及一种根据第一～第八发明的任一项所述的共轨的制造方法，其特征在于：在实施所述激光喷丸处理之前，对所述开口周边部进行倒角加工。

本发明的第十发明涉及一种根据第九发明所述的共轨的制造方法，其特征在于：实施所述倒角加工的区域包含满足所述(1)式的区域。

本发明的第十一发明涉及一种根据第一～第十发明的任一项所述的共轨的制造方法，其特征在于：所述激光喷丸处理所使用的透明液体为醇或含有防锈剂的水。

本发明的第十二发明涉及一种疲劳强度特性优良的共轨，其在中心部形成有轨道孔，在包围所述轨道孔的筒壁部上形成有朝所述轨道孔开口的多个分歧孔，所述共轨的特征在于：所述共轨的基材是具有韧性和疲劳强度的高强度液相扩散接合用钢材，其以质量％计，含有C：0.01～0.3％、Si：0.01～0.5％、Mn：0.01～3.0％、Cr：1.0～12.0％、Mo：0.1～2.0％，进而含有V：0.01～1.0％、B：0.0003～0.01％、Ti：0.01～0.05％、N：0.001～0.01％，并且限制P：0.03％以下、S：0.01％以下，O：0.01％以下，进而将作为晶界偏析脆化元素的As、Sn、Sb、Pb、Zn的总和限制为0.015％以下，剩余部分包括不可避免的杂质和Fe；所述分歧孔的开口周边部的形状是，在含有分歧孔的中心轴且沿着轨道孔的长度方向的断面中，分歧孔的开口部周边部的形状线的曲率在满足所述(2)式的区域的各点为15μm以上；而且所述断面的垂直于轨道孔的长度方向的压缩应力值为-200MPa以上。

附图说明

图1是共轨的轨道孔长度方向的剖视图。

图2是共轨的分歧孔开口周边部的俯视图。

图3是表示共轨的制造过程的立体图。

图4是表示共轨的分歧孔开口周边部的剖视图。

图5是表示HTL值和液相扩散接合接头在室温下的拉伸强度之间的关系的曲线图。

图6是表示HTL值和液相扩散接合接头部的韧性之间的关系的曲线图。

图7是表示激光喷丸处理过的试验片的残留应力的曲线图。

图8是表示激光束照射装置的俯视图。

图9是图8的主视图。

图10是表示激光束照射方法的俯视图。

图11是表示分歧孔开口周边部的激光处理区域的立体图。

图12是表示分歧孔开口周边部的材料除去前后的状态的剖视图。

图13是表示进行过分歧孔开口周边部的倒角加工时的材料除去后的状态的剖视图。

图14是表示分歧孔开口周边部的激光照射区域的角度范围的说明图。

图15是表示分歧孔开口周边部的激光照射方法的说明图。

图16是表示分歧孔开口周边部的不同的激光照射方法的说明图。

图17是表示试验片的俯视图。

图18是表示对分歧孔开口周边部的倒角加工的剖视图。

图19是表示对分歧孔开口周边部的激光照射方法的剖视图。

图20是表示对分歧孔开口周边部的电解研磨的剖视图。

图21是表示分歧孔开口周边部的断面形状的图。

图22是表示激光加工装置的照射头部分的剖视图。

具体实施方式

作为本发明的共轨的制造方法以及共轨的优选的实施方式，下面根据附图进行说明。此外，在本说明书和附图中，对实质上具有相同的功能结构的要素标注同样的符号而省略重复的说明。

图1表示共轨1断面的概况。在筒壁2内形成的轨道孔5是共轨1的主要的导管，具有对轻油蓄压的作用。在轨道孔5上配设有多个垂直开口的分歧孔6。

在本发明中，作为廉价共轨的制造方法，进行采用液相扩散接合的组装接合。如图3所示，在由具有贯穿于长度方向的管路13的共轨主体11和圆筒形的夹具12所形成的环状接合面之间，在介入液相扩散接合用非晶质合金箔15而进行对接后，加热到1100℃以上的温度，在接合部施加5MPa以上的应力，以使钢材达到接合温度下的屈服应力以上而进行液相扩散接合，将合金箔15、共轨主体11及夹具12熔融压接在一起，从而首先形成接头部。此外，为方便起见，图3只表示了1个支管14，但是，通常对应于发动机燃烧室的多个的喷嘴，可具有多个支管14。而且为了连接这些支管14和用于将燃料压送到发动机燃烧室的喷嘴的配管，对应于共轨主体11的支管14而设置多个夹具12。在这样形成的共轨中，图3的管路13对应于图1的轨道孔5，图3的支管14的内部对应于图1的分歧孔6。

在本发明中，从接头设计的阶段开始，预先选择即使没有液相扩散接合后的控制冷却也可以获得充分的低温相变组织、即遍及材料的需要部位或整体可以诱导贝氏体或马氏体相变的淬透性较高的材料，使用在以液相扩散接合形成的等温凝固接头部位也能够得到充分均匀的组织的合金组成的钢材。下面，就限定本发明所记载的液相扩散接合用钢的化学成分的理由进行说明。

C是控制钢的淬透性和强度的最基本的元素。低于0.01％时不能确保强度，添加超过0.3％时，尽管强度提高，但接头不能确保韧性，所以限定为0.01～0.3％。如果在该范围内，则钢材的组织控制即便是接合状态的材料也是可能的。但是，为在工业上稳定地得到碳的添加效果，优选的是应该添加0.05～0.3％。

Si是钢材的脱氧元素，为了降低钢的氧浓度，通常与Mn一起添加。同时，Si也是晶粒内强化所必须的元素，其不足会带来强度的降低。本发明也同样，以脱氧和晶粒内强化为主要目的而添加，0.01％以上就可发挥效果，添加超过0.5％时，往往引起钢材的脆化，所以将其添加范围限定为0.01～0.5％。此外，由于往往担心在液相扩散接合接头中生成含有SiO₂的复合氧化物、例如SiO₂-MnO和SiO₂-FeO等，所以优选的添加范围是0.01～0.3％。

Mn与Si一起在脱氧方面也有功效，存在于钢中会提高材料的淬透性，有助于强度的提高。其效果从0.01％开始显现，如果超过3.0％，则往往结晶析出粗大的MnO系氧化物，反而使韧性降低，所以将其添加范围限定为0.01～3.0％。关于Mn的添加量，也与上述Si同样，从抑制SiO₂-MnO生成的角度考虑，优选的添加量限定为0.01～2.0％。

Cr、Mo都是提高钢的淬透性、确保强度韧性的重要元素。Cr在其添加量低于1.0％时，不能发挥充分的淬透性。另一方面，如果超过12.0％，则往往生成δ铁素体，从而难以生成低温相变组织，反而使强度韧性降低，所以将其范围限定为1.0～12.0％。但是，在为了液相扩散接合而应用的箔中含有P的情况下，Cr由于容易生成Cr磷化物、Cr₂P，所以需要将添加范围的上限抑制在较低的水平，优选为1.0～9.5％。另外，Mo的添加量低于0.1％时，就不能发挥充分的淬透性，如果添加超过2.0％，则往往与作为液相扩散接合的扩散原子的B以及P生成硼化物或磷化物，从而使接头的韧性恶化，所以将其范围限定在0.1～2.0％。但是，在液相扩散接合用合金箔中的B较高的情况下，由于Mo硼化物的生成在晶界发生的可能性往往不能完全消除，所以应该限制与箔中本来的B含有量相应的Mo添加量，但是，由于B添加量是决定液相扩散接合现象的要素，所以在作为工业上的管理范围加以考虑的情况下，优选为0.1～1.1％。

V虽然析出微细的碳化物而提高材料的强度，但在低于0.01％时，其效果较小。另一方面，如果超过1.0％，则碳化物粗大化，带来韧性的降低，所以其上限设定为1.0％。V的添加对于强度提高是有效的，但因为价格昂贵，所以优选为0.01％～0.5％。

B在微量时对于提高钢的淬透性就极为有效，但其添加量低于0.0003％时，淬透性的提高效果较小。另一方面，如果添加超过0.01％，则形成碳硼化物，反而使淬透性降低，所以B的范围限定在0.0003～0.01％。另一方面，B晶界偏析显著，由于因接合后的冷却条件的不同，有时只限于晶界引起脆化，所以其添加量优选为0.0003～0.005％。

Ti与B相比较，与N的结合力更强，从而比B优先地与N结合。因此，Ti是确保对淬透性有效的固溶B的重要元素，但在低于0.01％时，其效果较小。另一方面，即使添加超过0.05％，其效果不但达到饱和，而且也析出大量粗大的Ti系碳氮化物，从而使韧性降低。因此，Ti必须限定在0.01～0.05％。此外，因为Ti也是形成硼化物的元素，所以其上限值应该尽可能地抑制在较低的水平，优选为0.01～0.03％。

N在析出TiN等氮化物，使晶粒微细化，从而提高钢的韧性方面是有效的，但在低于0.001％时，其效果较小。另外，如果超过0.01％，则必须大量添加用于固定N的Ti，从而导致成本增高，所以N限定在0.001～0.01％。此外，在通常的炼钢工序中，稳定地添加0.008％以上的N，由于其工序上的成本上升，所以优选为0.001～0.008％。

此外，为了用本发明钢之类的高强度钢来提高韧性，必须极力避免杂质在晶界的富集，以此为目的，P和S分别限制为0.03％以下和0.01％以下。另外，为了使钢清净化以确保高的韧性，O必须限制在0.01％以下。再者，为切实地实现韧性的提高，必须将作为晶界偏析元素的As、Sn、Sb、Pb、Zn的总和限制为0.015％以下。

除了限制以上的基本化学成分外，为得到作为共轨用钢材所要求的、在高压下的循环疲劳强度，使用如下的钢材是非常有效的，即钢材的强度为600MPa以上，同时韧性也优良，进而采用非调质的方法可以获得疲劳耐久性，且根据以下(3)式的液相扩散接合接头专用的接头淬火指标HTL值为8以上。

HTL＝3.1×(Cr％)+1.2×(Ni％+Co％+Mn％)+2×(Mo％+W％)+0.8×(Nb％+Zr％+V％+Ti％+Ta％+Hf％)+2.7×(C％+N％)+1500×(B％)  (3)

在决定(3)式的系数、结合方式时，在具有第一发明所述的化学成分的钢材中，参照通常应用的钢材的淬透性指标DI值的式子(各元素的质量％乘以实验系数，再由这些线性结合式乘以碳的平方根，由此推定理想臨界淬火直径，即以恒定的冷却速度冷却钢材时距形成马氏体组织的圆棒试验片表面的距离的式子)的系数，而且为了在相对地比较各元素冷却时可以多大程度地提高钢材强度后将这些因素考虑进去，同时参照Cr等量式(isotere)，作为小数点以下1位的系数，对于铁素体稳定化元素的Cr为3.1，奥氏体稳定化元素的Ni、Co、Mn为1.2，Mo、W为2.0；对于Nb、Zr、V、Ti、Ta、Hf等未再结晶温度降低元素为0.8；作为侵入型固溶元素，γ→α相变时存在于铁的晶格间以促进组成上的过冷却的C和N为2.7，B由于显著地抑制来自晶界的核发生，从而提高淬透性，所以通过焊接金属碳等量的式子和实验回归而取1500这一相对较大的数值。分别以上述的数值作为系数而大致决定HTL值。因此，这些系数是发明人参照现有技术单独地通过实验回归而首次决定了多种淬透性提高元素的强度提高的效果，并不是现有技术的简单复制，是决定本发明的单独的评价式的重要因素。

如上述那样决定的HTL值是只可以适用于本发明的值，所以为决定HTL值为何种程度的值，就可以将钢材的强度、特别是以液相扩散接合形成的接头的强度设定为600MPa以上，实施了以下的实验和分析。

在实验室规模真空溶炼、或者在实机钢板制造设备中，对于由100kg、300kg、2ton、10ton、100ton、300ton的真空溶炼或通常的高炉-转炉-炉外精炼-脱气/微量元素添加-连续铸造-热轧而制作的、本发明的第一～第四发明所记载的化学成分范围的钢材，从与压延方向平行的方向加工成直径为10mm、长度为50mm的简易小型试验片，将其端面研磨加工为Rmax＜100μm(测量长度为9mm)后进行脱脂清洗，将其2个端面对接后作为接合试验片对，使用装备了具有150kW的输出功率的高频感应加热装置的拉伸/压缩试验机，在接合面间介入在1000～1300℃可以实现液相扩散接合的、Ni基-B系(参照特开平2-151377号公报和特开2008-119744号公报)、Fe基-B系(参照特开2008-119744号公报)、Ni基-P系(参照特开平7-276066号公报)、Fe基-P系(参照特开平9-323175号公报)、或者在Ni基或Fe基中含有P和B的体系(参照特开2004-114157号公报)的、按体积分数计50％以上为非晶质且厚度为20～50μm的非晶质箔，加热整个试验片直到必要的接合温度，在1分钟到60分钟之间、2～20MPa的应力下进行液相扩散接合，接合后冷却。冷却速度随设备和试验片形状的变化而变化，从0.01℃/s到10℃/s之间变化。

从得到的圆棒接合试验片上截取平行部直径为6mm的圆棒拉伸试验片，从方棒接合试验片上截取10mm见方的JIS4号冲击试验片。截取试验片，使接合部在圆棒试验片中与拉伸方向垂直地位于平行部中央，在夏比试验片中使2mmV型缺口的切口位于接合部中央。之后用JIS Z2241所记载的方法测量材料的拉伸强度，研究了上述HTL值的关系。结果如图5所示。如果HTL值不在8以上，则液相扩散接合接头的拉伸强度不会超过600MPa。此外，关于这种情况的断裂位置，在HTL值为8以上时全部在母材上，低于8时全部在接合部。另外，根据JIS Z2201而实施的夏比试验的结果所得到的接头的吸收能和HTL值之间的关系如图6所示。为良好地保持韧性(在0℃下为47J以上)，同样需要使HTL值为8以上。也就是说，已经确认如果按本发明定义的HTL值为8以上，则形成强度和韧性优良的液相扩散接合接头是可能的。此外，该HTL值为8以上时，本发明的液相扩散接合接头可以使强度和韧性同时达到目标值以上，且越高越好，考虑到工业生产中的偏差，进一步优选为10以上。

在本发明的共轨的制造方法中，采用液相扩散接合将由具有以上所说明的成分的钢材制造的共轨主体和圆筒形的夹具进行焊接后，对存在于疲劳强度成为问题的共轨主体上的分歧孔的轨道孔开口部周边实施激光喷丸处理而引入压缩应力后，进而通过电解研磨等除去该开口部周边的材料。

图4为共轨1中应该强化的分歧孔6的开口周边部断面的放大图。关于本发明的局部强化法的第一实施方式，在分歧孔6的贯穿加工后，以图4中的角egf大致垂直地残留的状态，在用该图中线段g₁g表示的附近的区域实施激光喷丸处理后，除去存在于开口周边部附近的材料，由此提高疲劳强度。此外，在本申请中，所谓分歧孔开口周边部，是指在轨道孔内表面22中距各分歧孔的中心的距离为分歧孔直径的5倍以内的区域、在分歧孔内表面21中距轨道孔内表面开口部的距离为轨道孔直径的0.3倍以内的区域、以及夹持在它们之间的分歧孔和轨道孔的连接面23。

首先，就激光喷丸处理方法进行说明。在激光喷丸处理时，(i)具有高的峰值能量密度的激光束、(ii)在照射表面附近设置水等透明媒体就成为必要。关于(i)，将照射表面的峰值能量密度设定为1～100TW/m²。为得到该峰值能量密度，激光装置使用脉冲时间宽度为10ps～100ns左右、脉冲能量以0.1mJ～100J左右的间歇性地振动的脉冲激光。作为这样的激光装置，例如可以列举出Nd:YAG激光，但只要是满足上述条件(i)的激光装置即可。如果上述(i)和(ii)的条件得到满足，则因具有高的峰值能量密度的脉冲激光束的照射而发生的等离子体通过存在于照射表面附近的水等透明介质而使膨胀受到抑制，从而可以提高等离离子体的压力。借助于成为高压的等离子体的反作用力，可以给照射点附近施加塑性变形，从而赋予残留压缩应力。

在此，为了就根据本发明的制造方法提高疲劳强度的理由进行说明，先就基于激光喷丸处理的应力引入特性进行叙述。图7表示了对于使用拉伸强度为1000MPa的钢材制造的平板形状的试验片进行激光喷丸处理、用X射线残留应力测量装置测量残留应力的深度方向分布的结果。深度方向的应力分布的测量一边采用电解研磨逐渐除去钢材一边进行。在激光喷丸处理时，使用在图8(俯视图)和图9(主视图)表示的装置，在水槽35中将激光束32由激光束振动装置31照射在浸漬于水中的试验片37上。激光束使用水中透过性好的Nd:YAG激光的第二高次谐波(波长：532nm)。激光束32采用由焦距为100mm的凸透镜构成的聚光透镜33进行聚光，经由光学窗34而照射在试验片37上。试验片37上的束斑的形状为直径0.8mm的圆形。激光的脉冲能量为200mJ，峰值能量密度为40TW/m²。脉冲时间宽度为10ns，脉冲反复频率为30Hz。试验片37的后方经由支持部38、39而如图9所示那样安装在能够沿上下方向(b方向)滑动的滑轨40上。另外，滑轨40如图8所示那样连接在安装于能够沿水平方向(a方向)滑动的滑轨42的支持部41上。试验片37借助于扫描装置43的控制，以能够沿着滑轨40、42向ab双方向移动的方式设置。脉冲激光束斑的重叠方法如图10所示。处理区域设定为5mm×10mm的长方形(在图10中j₁j₂＝5mm，j₂j₃＝10mm)。对于同一点的脉冲激光束照射次数的平均值设定为25次，进行处理使得同一扫描区域Li内的相邻束斑的间隔和相邻的扫描区域(例如图10中的L₁和L₂)的中心线间的距离相等。另外，扫描区域的形成在图10中如“L₁→L₂→L₃→…”那样连续地进行。观察图7的测量结果，则压缩应力引入到大约0.6mm的深度。另外，由于图10所示的重叠方法，所以图10中的Y方向的压缩应力选择性地得到强化。

如图7所示，Y方向的残留应力在深度30μm处为-783MPa，残留压缩应力达到最大。但是，被加工材料表面(深度为0mm)的残留应力限于-656MPa，不能说能够充分地强化表面的残留应力。这是因为当将激光束照射在试样表面时，则照射斑点部表层附近发生熔融和再凝固。

在本发明的制造方法中，在实施了以上所说明的激光喷丸处理后，除去含有该处理面的区域的材料。通过机械研磨等进行的材料的除去往往在除去后的表面残留拉伸应力而对疲劳特性产生不良影响，所以作为除去的方法，优选的是电解研磨法或流体研磨法。在电解研磨法中，在开口部周边设置侵蚀液，大多数的情况下一边按压球状的突起一边通电，由此进行研磨。另外，在流体研磨中，使含有研磨剂的液体通向轨道孔5和分歧孔6而进行研磨。在这些方法中，都是以分歧孔6的轴为中心，以同心圆状的方式进行研磨。根据该除去工序，在激光喷丸处理中发生熔融和再凝固、从而应力向拉伸侧移动的表层附近部能够得以除去，同时由于开口部周边形状的变化而使应力集中系数得以缓和，从而降低了实际使用时的最大负载应力。本发明人发现：这些复合的效果可以极大地提高疲劳强度。

在本发明优选的实施方式中，将激光束的脉冲能量设定为1mJ～10J的范围，这是基于以下的理由。在本发明的方法中，激光喷丸处理后，为了从表面除去材料，如果因激光喷丸处理而引入压缩应力的深度过小，则除去后的新表面的残留压缩应力减少。脉冲能量越小，压缩应力引入的深度越浅。这是因为脉冲能量越小，从被加工材料表面投入的激光脉冲能量的三维扩散越大。由于这种限制，在本发明的方法中，优选用1mJ以上的脉冲能量进行处理。另外，关于脉冲能量的上限，考虑到能够通向共轨的轨道管中的激光束的束断面积和光学元件的耐光强度，优选设定为10J以下。

成为必需的激光喷丸处理区域和材料的除去区域依赖于多大程度缓和内压变动负载时的分歧孔开口周边部的拉伸应力分布、以及应力集中这一部件的设计思想。拉伸应力分布依赖于钢材的强度、使用压力、轨道孔的直径d₁、分歧孔的直径d₂等。这种分布可以根据有限元法计算等进行估计，以下说明处理区域的一般指南。

在激光处理后经过除去工序之后，与实际使用时的内压变动负载相伴的分歧孔开口周边部的拉伸应力的最大值在包含分歧孔6的轴、且沿着轨道孔5的长度方向的断面上，于分歧孔内表面和实施了除去加工的表面的连接部附近产生，其主应力方向是轨道孔5的周向。为了提高疲劳强度，优选对用以下的式子(1)表示的、包括取得该最大值的点的区域引入高的压缩应力。

距分歧孔中心的距离≤分歧孔直径×0.6

当向分歧孔的中心画线段时，该线段和轨道孔长度方向所成的角度≤±10°(1)。

因此，优选采用轨道孔5的内表面22的激光处理区域，以便包含用该式子(1)表示的区域。

另外，为使疲劳强度最大化，要求使作为使用时的循环负载应力成为最大的部分的主应力方向的轨道孔5周向的压缩应力最大化。为此，有效的束斑的重叠照射方法如图15所示。这样，在包含分歧孔6的中心轴的平面内用束斑扫描，一边在分歧孔6的周向移动位置，一边进行多次该束斑的扫描。这就应用了如果以图10所示的方法进行处理，则如图7所示那样，图10中的Y方向的应力选择性地得以强化的事实。此外，扫描方向也可以不只限于包含分歧孔6的中心轴的平面内。例如，如图16所示，即便是在包含轨道孔5的长度方向和分歧孔6的长度方向的平面内用束斑扫描，一边在轨道孔5的周向移动位置、一边进行多次该束斑的扫描的方法，也可以得到相同的效果。

另外，关于旨在使如下表面消失而进行的材料的除去，也优选使其包含用上述式子(1)表示的区域，其中所述表面是因激光照射而发生熔融和再凝固、从而使应力向拉伸侧移动的表面。

其次，就材料的除去工序中除去的厚度进行叙述。本申请如以下那样相对于除去后的面上各点定义除去厚度。除去后的面上的某一点的除去厚度，是从除去前的面上选出距所考虑的除去后的面上的点的距离为最小的点，将其定义为该最小值。下面以图12的分歧孔剖视图作为例子来进行说明。图中，以虚线表示的曲线ejf是除去前的线，从e经k₁、k₂直到f的曲线是除去后的线。根据上述的定义，除去后的线k₁点的除去厚度以t₁表示，k₂点的除去厚度以t₂表示。在此以2维的剖视图作为例子进行说明，但是实际的除去厚度是通过分别以面的形式三维地采集图12所考虑的除去前后的线来进行定义的。

激光喷丸处理区域内的除去厚度设定在以下的范围是有效的。首先，为除去因激光照射而发生熔融和再凝固、从而使应力向拉伸侧移动的表面附近，除去后表面的各点的除去厚度设定为0.01mm以上。另一方面，如图7所示，由激光喷丸引入的压缩应力随着距表面的深度的增大而具有减少的倾向。例如，根据图7的Y方向应力的深度分布，可以预测到如果从表面到深度约0.1mm以上除去材料，则除去后的表面应力与除去前比较可能减少。通过增大脉冲能量(在图7的条件下为200mJ)，可以缓和压缩应力在深度方向上的衰减。也就是说，通过增大脉冲能量，也可以得到更大的除去厚度，但除去厚度约为0.3mm以下是有效的。

通过材料的除去，不仅可以得到除去因激光照射而发生熔融和再凝固、从而使应力向拉伸侧移动的表面附近的效果，而且也可以得到因开口部周边形状的变化引起的应力集中系数得以缓和的效果。为提高疲劳强度，必须成为光滑的除去面，以便在与使用时的内压变动负载相伴的分歧孔开口周边部的拉伸应力成为最大的部分不会产生应力集中。从这一观点出发，在包含分歧孔的中心轴、且沿着轨道孔的长度方向的断面中，分歧孔的开口部周边部的形状线的曲率在满足

(2)式的区域的各点，优选为15μm以上。图21表示了该曲率的定义。

分歧孔的直径×0.5≤距分歧孔中心的距离≤分歧孔的直径×0.6(2)

以上就仅从图4中轨道孔5的内表面22进行激光照射的方法进行了说明，但为了提高疲劳强度，从分歧孔6(直径：d₂)的内表面21和轨道孔5的内表面22双方进行的方式也是有效的。以下就其理由进行说明。激光喷丸处理如图7所示，随着向深度方向的前进，所赋予的压缩应力的绝对值减小。因此，只在轨道孔5的内表面22进行处理的情况下，在远离轨道孔5的内表面22的内部、例如图4中的g₂点，其压缩应力的绝对值往往比表层小。另一方面，除去开口周边部的材料后，实际使用时的循环负载应力在该g₂点附近往往达到最大。如果从分歧孔6的内表面21和轨道孔5的内表面22双方进行激光喷丸处理，则加上由各个面的处理所引入的压缩应力，可以提升g₂点的压缩应力的绝对值，从而能够实现更高的疲劳强度。

在分歧孔6的内表面21也进行激光处理的情况下，处理范围的深度h只要以通过轨道孔内表面22和分歧孔内表面21相交而形成的圆作为高度的标准，为轨道孔直径d₁的20％左右就很充分。但是，为处理直到分歧孔内表面21的较深部分，必须增大激光束相对于分歧孔内表面21的入射角度。即使是具有相同峰值能量的激光束，随着入射角度的增大，照射点的峰值能量密度也会减少。为此，在直径d₂较小的情况下，往往深度h受到能够以适当的峰值能量密度进行照射的界限所支配。

另一方面，只从轨道孔5的内表面22进行的照射方法由于不需要为处理分歧孔6的内表面21所必须的镜子的摇动机构等，因而具有可以简化装置的优点。

在本发明其它的实施方式中，在分歧孔6的贯穿加工后，采用研磨或机械加工以规定量对分歧孔6的开口周边部进行倒角加工，然后在该开口周边部实施激光喷丸处理，进而除去位于该开口周边部的材料，由此便可以得到提高开口周边部的疲劳强度的共轨。这在主要以极大地缓和应力集中系数为目的、采用增大从分歧孔6的贯穿加工时直到最终加工形状的除去厚度的部件设计的情况下是特别有效的。图13是表示本实施方式的一个例子的示意图。图中以虚线表示的角egf是贯穿加工时的断面，点划线是倒角加工后的断面，而且从e经过k₃、k₄到f的曲线是在激光喷丸处理后、进一步实施材料的除去后所得到的最终加工形状。在该图中，对于以t₁和t₂表示的从贯穿加工时直到最终加工形状的除去厚度超过0.3mm的情况，如果适用上述的第一实施方式，则从图中以虚线表示的角egf的表面实施激光喷丸处理，其后，通过材料的除去而得到最终加工形状(图13中的曲线ek₃k₄f)。在这种情况下，因为材料的除去厚度超过0.3mm，所以如上所述，除去材料后所得到的最终加工形状的表面中的残留压缩应力就减少了。另一方面，根据在此说明的实施方式，因为直到以图13中的点划线表示的断面进行倒角加工之后实施激光喷丸处理，所以能够将激光喷丸处理后材料的除去厚度抑制在较小的水平。因此，所具有的优点是在最终加工形状(图13中的曲线ek₃k₄f)的表面也可以得到较大的压缩应力。

在激光喷丸处理前实施的倒角加工是以缓和伴随着实际使用时的内压变动负载而施加在分歧孔开口周边部的拉伸应力的应力集中系数为目的而进行的，因而以包含该应力达到最大值的附近区域、即用上述的式子(1)表示的区域的方式进行是有效的。倒角加工后，分歧孔6开口周边部的应力集中得以缓和，但应力分布的最大值依然在包含分歧孔6的轴、且沿着轨道孔5的长度方向的断面上，在分歧孔内表面和实施了除去加工的表面的连接部附近产生。因此，关于其后进行的分歧孔开口部周边的激光处理区域、以及旨在使如下表面消失而进行的材料的除去，也优选使其包含用上述式子(1)表示的区域，其中所述表面是因激光照射而发生熔融和再凝固、从而使应力向拉伸侧移动的表面。

另外，除去的厚度在激光处理区域优选设定为0.01mm～0.3mm。从抑制因材料的除去所引起的除去后表面的压缩应力的降低的角度考虑，事先采用激光喷丸处理前进行的倒角加工以加工到最终加工形状的附近，由此将激光喷丸处理后的除去厚度抑制在较小水平的0.1mm以下，是特别优选的范围。

共轨在大多数情况下用高强度钢制作。于是，在激光束照射表面所设置的透明液体设定为醇类(甲醇或乙醇)等具有不会使钢生锈的性质的液体、或者在水中以任意的配比混合有甲醇和乙醇的液体、纯水、自来水或矿物质水之中的任一种中添加有防锈剂的液体，优选为使共轨不会生锈的实施方式。关于防腐剂，市场销售的没有问题，但优选的是不使液体着色的防腐剂。这样，将原本强度超600MPa级的钢材以工序成本较低的液相扩散接合进行组装，为根绝在高强度材料中不可避免的夹杂物起点疲劳破坏，通过在内压负载时施加最大主应力的分歧孔周围实施激光喷丸处理，首次使能够绰绰有余地耐受2000气压以上的超高压、且廉价的共轨的提供成为可能，这一点成为本发明最大的特征。

此外，在本发明中，如果是第一发明所记载的钢，则如第二～第四发明所记载那样，也可以含有Ni：0.01～9.0％、Co：0.01～5.0％、Cu：0.01～5.0％、W：0.01～2.0％之中的至少1种以上，或者Zr：0.001～0.05％、Nb：0.001～0.05％、Ta：0.001～0.2％、Hf：0.001～0.2％之中的至少1种以上，或者进一步含有Ca：0.0005～0.005％、Mg：0.0005～0.005％、Ba：0.0005～0.005％等硫化物形态控制元素以及Y：0.001～0.05％、Ce：0.001～0.05％、La：0.001～0.05％等稀土类元素之中的至少1种以上。

这些合金成分根据以下的理由限制其添加范围。Ni、Co、Cu都是γ稳定化元素，是通过降低钢材的相变点以促进低温相变、从而提高淬透性的元素。是对提高HTL值有用的元素，分别添加0.01％以上时就能够得到效果，如果Ni超过9.0％、Co和Cu分别超过5.0％而进行添加，则残留γ增加，从而对钢材的韧性产生影响，所以其添加范围是，Ni限定为0.01～9.0％，关于Co和Cu，则分别限定为0.01～5.0％。但是，任何一种都是昂贵的元素，从工业生产的角度考虑，优选的是Ni为0.01～5.0％、Co和Cu为0.01～1.0％。

W是α稳定化元素，添加0.01％就可以确认其效果，如果添加超过2％，则与作为液相扩散接合的扩散原子的B和P生成硼化物或磷化物，往往使接头的韧性恶化，所以将添加上限限制为2.0％。但是，在考虑晶界偏析的情况下，添加上限值优选为1.0％。

Zr、Nb、Ta、Hf作为碳化物微细地析出，从而提高材料的强度。任何一种添加0.001％时就有效果，Zr、Nb添加0.05％、或者Ta和Hf添加0.2％时，则碳化物粗大化，招致韧性降低，所以分别确定为上限。这些添加元素的上限值在极端忌讳晶界的硼化物或磷化物生成的情况下，关于Nb和Zr，优选为0.035％，关于Ta和Hf，优选为0.1％。

除此以外，Ca、Mg、Ba等硫化物形态控制元素以及Y、Ce、La等稀土类元素全部与作为钢中杂质的S的亲和力高，具有抑制影响钢材韧性的MnS的生成的效果。因此，使它们有效的浓度，即Ca、Mg、Ba需要添加0.0005％，Y、Ce、La由于原子量大，所以需要添加0.001％，Ca、Mg、Ba添加0.005％以上时，成为粗大氧化物而使韧性降低，Y、Ce、La添加0.05％时，同样地生成粗大氧化物，据此决定其上限。

各组元素既可以适当组合进行复合添加，或者也可以单独添加各元素，不会妨碍本发明的效果，而会赋予钢材以各种特性。

此外，本发明的钢材的制造工序不但适用于通常的通过高炉-转炉冶炼的生铁连续处理工序，而且也可以适用于使用冷铁源的电炉冶炼法、转炉冶炼法。再者，即使在不经过连续铸造工序的情况下，也可以经过通常的铸造、鍛造工序来进行制作，可以满足发明所记载的化学成分范围和式子的限制，可以扩大对于本发明技术的制造方法的适用范围。另外，制作的钢材的形状是任意的，在适用的部件的形状所需要的成型技术方面是能够实施的。也就是说，钢板、钢管、棒钢、线材、形钢等可广范围地适用于本发明技术的效果。另外，本发明钢焊接性也优良，适合于液相扩散接合，所以如果是包含液相扩散接合接头的结构件，则可以制造在一部分上应用焊接、或者并用的结构件，丝毫不会妨碍本发明的效果。

实施例1

下面，为检验本发明的效果而试制了共轨，下面就进行内压疲劳试验的结果进行说明。

采用以下的方法试制了图17所例示的共轨。首先，制作230mm长、40mm宽、30mm厚的轨道主体51和高度为25mm、外径为24mm、厚度为4mm的夹具52。轨道主体和夹具是对于第一～第四发明所记载的化学成分范围的钢材，在实验室规模真空溶炼、或者在实机钢板制造设备中，通过100kg～300ton的真空溶炼、或通常的高炉-转炉-炉外精炼-脱气/微量元素添加-连续铸造-热轧而制作，然后加工、成型为图17所示的形状。其次，对于轨道主体，①在长度方向中心加工内径为10mm的轨道管，②加工深度为4mm、宽度为7mm的夹具接合定位用滑轨槽，③在夹具所接合的预定位置的夹具中心轴上向轨道管钻开直径为1mm的分歧孔6(d₂＝1.0mm)。另外，在夹具上向内径侧实施为了安装最大螺纹牙高度为2mm的用于燃料分配的分歧配管的加工。其次，将轨道主体和夹具接合部的端面研磨加工为Rmax＜100μm(测量长度为9mm)后进行脱脂清洗，将其2个端面对接后作为接合试验片对，使用装备了具有150kW的输出功率的高频感应加热装置的拉伸/压缩试验机，在接合面间介入以质量％计含有Ni：47.0％、B：14.0％、C：2.0％、剩余部分包括Fe和不可避免的杂质、按体积分数计50％以上为非晶质且厚度为25μm的非晶质箔，加热整个试验片直到1080℃的接合温度，在10分钟、2MPa的应力下进行液相扩散接合，接合后进行冷却。

在一部分条件中，在以下说明的激光喷丸处理之前，实施去掉轨道主体51的分歧孔6的轨道管侧的开口端部的边缘的倒角加工。在该倒角加工中，一边按压球状的突起一边通电，同时以分歧孔6的轴为中心，以同心圆状的方式进行研磨。通过改变突起的直径和电解研磨的时间，则如图18所示，被倒角的区域的宽度p₁和深度p₂得以改变。

激光喷丸处理在贯穿孔6的轨道管侧的开口周边部进行。图22图示了在处理中使用的激光加工装置的照射头61和将其插入轨道孔5中的形态。照射头61在导管62上安装有聚光用透镜63和镜子64。在图22所示的实施方式中，镜子64为斜切圆柱所得到的形状即所谓连杆型的镜子，连接在镜子台座65上。从共轨1的轨道孔5被导入的激光束57在聚光透镜63上被折射后，由镜子64进行反射，达到聚光点66。因为在聚光透镜63的两侧存在水，所以为得到充分的折射，透镜优选使用折射率高的材质。同时，优选为对于具有较高的峰值能量密度的激光束有耐久性的材质，在本实施例中使用蓝宝石。另外，为防止从激光束照射点发生的金属微粒子和等离子体污染镜子64，在导管62上设置一对切口部68、69和在导管62的周围设置环状的密封部件70，由此在导管62内，从一个切口部68向另一个的切口部69形成水流，使其起着保护镜子64表面的作用。作为激光束，使用水中透过性好的Nd:YAG激光的第二高次谐波(波长532nm)或Nd:YVO₄激光的第二高次谐波(波长532nm)。脉冲激光束的时间宽度分别是10ns、1ns。激光处理时，一边改变脉冲能量和斑点直径一边进行。Nd:YAG激光和Nd:YVO₄激光分别用于进行脉冲能量为10mJ以上的处理和脉冲能量低于10mJ的处理。照射点的斑点的形状大致为圆形，峰值能量密度设定为50TW/m²。

为提高轨道孔周向的压缩应力，如图15所示，在包含分歧孔6的中心轴的平面内进行束斑的扫描，一边在分歧孔6的周向移动位置一边进行多次该束斑的扫描。如图所示，在试验片51的垂直于长度方向的平面内进行束斑的扫描，采用一边在长度方向移动位置一边进行多次该束斑的扫描的方法，照射脉冲激光束。激光处理的区域是用式(3)表示的区域，一边改变p₃和p₄一边进行处理。在图19中用斜线表示p₃和p₄的定义与处理区域。对于同一点的脉冲激光束照射次数的平均值设定为6.9次。

距分歧孔中心的距离≤分歧孔直径(d₂)×p₃

当向分歧孔的中心画线段时，该线段和轨道孔长度方向所成的角度≤±p₄°(3)

激光喷丸处理后，采用电解研磨进行材料的除去。一边按压球状的突起一边通电，以分歧孔6的轴为中心，以同心圆状的方式进行研磨。通过改变突起的直径和电解研磨的时间，则如图20所示，改变了电解研磨的区域的宽度p₅和除去厚度p₆。除去厚度的定义如上所述。再者，评价了在包含分歧孔(d₂＝1.0mm)的中心轴、且沿着轨道孔的长度方向的断面上，满足上述(2)式的区域的分歧孔的形状线曲率的最大值Rm。以上所述的与本实施例中的电解研磨后的开口部形状有关的参数(p₁、p₂、p₅、p₆、Rm)是通过下述的方法来求得的，即切断和研磨加工包含分歧孔的中心轴、且沿着轨道孔的长度方向的断面，得到没有进行各水准的疲劳试验的共轨之后，使用光学显微镜对形状进行观察。

将用以上的方法制作的共轨通过另行加工安装的固定用夹具安装在内压疲劳试验装置上，在最大喷射压力为300MPa、15Hz的条件下实施了1000万次的内压疲劳试验。在试验时，选择堵塞夹具上部的开口端的螺栓以适合于在夹具内径侧加工的螺栓形状，以3ton的最大扭矩进行紧固，以再现实际的发动机的使用环境。疲劳试验结果如表1所示。表示钢材成分的条件的序号与表2所示的条件相对应。在表中，也表示了图19中m₁点的轨道孔周向的残留应力σ_A的测量结果。此外，残留应力σ_A从没有进行各水准的疲劳试验的共轨中，如图17所示那样切取包含1个分歧孔的一部分24，用X射线残留应力测量装置进行测量。在该切取加工中，为了使通过激光喷丸引入的残留应力不会发生变化，在离开分歧孔的轨道孔侧的开口部的位置进行切断。切取的大小是轨道孔长度方向的长度为40mm，而且在垂直于分歧孔的轴、且包含轨道孔的轴的平面切断。X射线应力测量的束径设定为0.1mm。

条件126是实施了激光喷丸处理，但此后不实施研磨的以前例。条件序号106、108、111、114、116、119在激光喷丸处理后进行研磨，但由于条件不合适，所以是相对于以前例没有看到有意义的效果的比较例，除此以外的条件是本发明例。在本发明的条件下，任何一个相对于以前例都获得了疲劳强度的提高。

条件106是由于脉冲能量不足，所以因激光喷丸处理而引入压缩应力的深度较小，电解研磨后的σ_A减小，因而疲劳强度的提高效果较小的例子。另一方面，脉冲能量为1mJ以上的条件101～105都获得了疲劳强度提高的效果。

条件108和111是由于激光处理的区域过小，所以内压疲劳试验时的负载变大的区域的拉伸应力的降低效果不充分，从而疲劳强度的提高效果较小的例子。另一方面，在与条件108、111相同的激光脉冲能量条件下，p3≥0.6、p4≥10°的条件107、109、110都可以得到疲劳强度的提高效果。

条件114是由于电解研磨的区域过小，所以内压疲劳试验时的负载变大的区域的应力集中系数的降低效果不充分，从而疲劳强度的提高效果较小的例子。可知进行电解研磨的Rm与条件126的以前例没有多大差别。另一方面，在与条件114相同的激光脉冲能量条件下，p5≥0.6的条件103、112、113都可以得到疲劳强度的提高效果。

条件116是由于电解研磨的厚度过大、为0.4mm，所以除去因激光喷丸处理而引入压缩应力的深度的结果，电解研磨后的σ_A减少，从而疲劳强度的提高效果较小的例子。

条件119是由于电解研磨的厚度过小、为0.005mm，所以使因激光照射而发生熔融和再凝固、从而使应力向拉伸侧移动的表面消失的效果不充分，而且通过电解研磨产生的应力集中的缓和也不充分，因而疲劳强度的提高效果较小的例子。可知Rm、σ_A都与条件126的以前例没有多大差别。

根据本发明，表面的压缩应力增大的效果以及通过形状变化而产生的应力集中系数的缓和效果复合地发生作用，相对于现有技术可以得到疲劳强度较大的提高。根据本试验结果，可知σ_A的绝对值在200MPa以上、Rm≥15μm这样的条件是有效的。

此外，表3表示的是在本发明适用的钢材超出从第一发明到第四发明所记载的化学成分的情况下，钢材的液相扩散接合接头特性毕竟没有达到目标，所以即使实施激光喷丸处理，钢材本身或液相扩散接合接头也失去了内压疲劳的抵抗性的例子。激光喷丸处理都按表1所示的122号的条件进行。51号钢是C过多而不能获得液相扩散接合接头的韧性的例子(接头的疲劳特性比激光喷丸处理过的分歧孔开口部低)；52号钢是Si过多、53号钢是Mn过多，以致在液相扩散接合接头中大量生成MnO-SiO₂的复合氧化物，从而接头的韧性降低，结果接头的疲劳特性比激光喷丸处理过的分歧孔开口部低的例子；54号钢是Cr过多，δ铁素体在钢材组织中大量生成，钢材强度降低，从而接头的强度、以及激光喷丸处理过的分歧孔开口部的疲劳特性均降低的例子；55号钢是Mo过多，在液相扩散接合接头中大量生成硼化物，从而接头韧性降低，接头的疲劳特性比激光喷丸处理过的分歧孔开口部低的例子；56号钢是V过多，在接合接头中生成粗大的V碳化物，从而韧性降低，接头的疲劳特性比激光喷丸处理过的分歧孔开口部低的例子；57号钢是Ti添加量过剩，含有Ti的碳氮化物在接头中大量生成，从而接头韧性降低，接头的疲劳特性比激光喷丸处理过的分歧孔开口部低的例子；58号钢是B添加量过多，含有B的碳化物和硼化物在接头中生成，从而韧性降低，结果接头的疲劳特性比激光喷丸处理过的分歧孔开口部低的例子；59号钢、60号钢、61号钢分别是Ni、Co、Cu添加量过多，残留γ大量生成，从而接合接头的韧性降低，接头的疲劳特性比激光喷丸处理过的分歧孔开口部低的例子；62号钢是W添加量过多，硼化物在接头中大量生成，从而韧性降低，接头的疲劳特性比激光喷丸处理过的分歧孔开口部低的例子；63～66号钢分别是Zr、Nb、Ta、Hf过多，都在接合接头中生成许多各自的碳化物，从而韧性降低，接头的疲劳特性比激光喷丸处理过的分歧孔开口部低的例子；67～69号钢是Ca、Mg、Ba的添加量过剩，生成各自的氧化物，从而接合接头的韧性降低，结果接头的疲劳特性比激光喷丸处理过的分歧孔开口部低的例子；70～72号钢是Y、Ce、La的添加量过剩，生成各自的氧化物，从而接合接头的韧性降低，结果接头的疲劳特性比激光喷丸处理过的分歧孔开口部低的例子；73号钢是As+Sn+Sb+Pb+Zn的添加量总和超过0.015％，由于带来晶界脆化，所以接头的韧性降低，从而接头的疲劳特性比激光喷丸处理过的分歧孔开口部低的例子；74号钢的化学成分虽然在本发明钢的范围，不过由于HTL值低于8，所以接头的强度和韧性都降低，从而接头的疲劳特性比激光喷丸处理过的分歧孔开口部低的例子。

根据本发明，即便是超600MPa级的钢材，也可以采用扩散接合将母材分为形状容易加工的块单元而进行制造，所以能够使制造成本变得廉价。另外，在共轨中疲劳强度成为问题的分歧孔的轨道孔侧开口部周边，能够从表面引入较高的压缩应力，同时通过分歧孔开口部形状的改善而使应力集中得以缓和，结果极大地提高疲劳强度。其结果是，由于可以使用廉价的钢材构筑能够进行燃料的高压喷射的共轨系统，所以可以得到排气的净化和每升油的行驶里程的提高。另外，可以应用作为在流体通过的机械部件中直径极端变化的部位、及管子的端部等用于提高容易发生应力集中的部分的疲劳强度的制造方法，发挥产业上有用的效果。

Claims (22)

1.一种共轨的制造方法，所述共轨在中心部形成有轨道孔，在包围所述轨道孔的筒壁部上形成有朝所述轨道孔开口的多个分歧孔，该共轨的制造方法的特征在于：

使用具有韧性和疲劳强度的高强度液相扩散接合用钢作为所述共轨的基材，通过液相扩散接合而组装接合成共轨；在位于所述分歧孔的开口周边部的所述分歧孔的内表面和所述轨道孔的内表面的边界周边部的区域，使透明液体存在而实施照射脉冲激光束的激光喷丸处理，然后除去所述开口周边部的材料的表层，由此提高所述开口周边部的疲劳强度；其中，

所述高强度液相扩散接合用钢以质量％计，含有C：0.01～0.3％、Si：0.01～0.5％、Mn：0.01～3.0％、Cr：1.0～12.0％、Mo：0.1～2.0％，进而含有V：0.01～1.0％、B：0.0003～0.01％、Ti：0.01～0.05％、N：0.001～0.01％，并且限制P：0.03％以下、S：0.01％以下、O：0.01％以下，进而将作为晶界偏析脆化元素的As、Sn、Sb、Pb、Zn的总和限制为0.015％以下，剩余部分包括不可避免的杂质和Fe。

2.根据权利要求1所述的共轨的制造方法，其特征在于：作为所述基材，使用还含有Ni：0.01～9.0％、Co：0.01～5.0％、Cu：0.01～5.0％、W：0.01～2.0％之中的至少1种以上的液相扩散接合用钢。

3.根据权利要求1所述的共轨的制造方法，其特征在于：作为所述基材，使用还含有Zr：0.001～0.05％、Nb：0.001～0.05％、Ta：0.001～0.2％、Hf：0.001～0.2％之中的至少1种以上的液相扩散接合用钢。

4.根据权利要求2所述的共轨的制造方法，其特征在于：作为所述基材，使用还含有Zr：0.001～0.05％、Nb：0.001～0.05％、Ta：0.001～0.2％、Hf：0.001～0.2％之中的至少1种以上的液相扩散接合用钢。

5.根据权利要求1～4的任一项所述的共轨的制造方法，其特征在于：作为所述基材，使用还含有Ca：0.0005～0.005％、Mg：0.0005～0.005％、Ba：0.0005～0.005％的硫化物形态控制用元素和Y：0.001～0.05％、Ce：0.001～0.05％、La：0.001～0.05％的稀土类元素之中的至少1种以上的液相扩散接合用钢。

6.根据权利要求1～4的任一项所述的共轨的制造方法，其特征在于：所述开口周边部的材料表层的除去采用电解研磨或流体研磨来进行。

7.根据权利要求5所述的共轨的制造方法，其特征在于：所述开口周边部的材料表层的除去采用电解研磨或流体研磨来进行。

8.根据权利要求1～4的任一项所述的共轨的制造方法，其特征在于：所述脉冲激光束的脉冲能量为1mJ～10J。

9.根据权利要求5所述的共轨的制造方法，其特征在于：所述脉冲激光束的脉冲能量为1mJ～10J。

10.根据权利要求1～4的任一项所述的共轨的制造方法，其特征在于：实施所述激光喷丸处理的区域和除去所述表层的区域分别包括在所述轨道孔的内表面满足(1)式的区域；除去的表层的厚度在满足(1)式的区域为0.01mm～0.3mm；

距分歧孔中心的距离≤分歧孔的直径×0.6

当向分歧孔的中心画线段时，该线段和轨道孔长度方向所成的角度≤±10°(1)。

11.根据权利要求5所述的共轨的制造方法，其特征在于：实施所述激光喷丸处理的区域和除去所述表层的区域分别包括在所述轨道孔的内表面满足(1)式的区域；除去的表层的厚度在满足(1)式的区域为0.01mm～0.3mm；

距分歧孔中心的距离≤分歧孔的直径×0.6

当向分歧孔的中心画线段时，该线段和轨道孔长度方向所成的角度≤±10°(1)。

12.根据权利要求1～4的任一项所述的共轨的制造方法，其特征在于：通过除去所述开口周边部的材料表层，使得在包含分歧孔的中心轴且沿着轨道孔的长度方向的断面中，分歧孔的开口部周边部的形状线的曲率半径在满足(2)式的区域的各点为15μm以上；

分歧孔的直径×0.5≤距分歧孔中心的距离≤分歧孔的直径×0.6(2)。

13.根据权利要求5所述的共轨的制造方法，其特征在于：通过除去所述开口周边部的材料表层，使得在包含分歧孔的中心轴且沿着轨道孔的长度方向的断面中，分歧孔的开口部周边部的形状线的曲率半径在满足(2)式的区域的各点为15μm以上；

分歧孔的直径×0.5≤距分歧孔中心的距离≤分歧孔的直径×0.6(2)。

14.根据权利要求1～4的任一项所述的共轨的制造方法，其特征在于：在实施所述激光喷丸处理之前，对所述开口周边部进行倒角加工。

15.根据权利要求5所述的共轨的制造方法，其特征在于：在实施所述激光喷丸处理之前，对所述开口周边部进行倒角加工。

16.根据权利要求10所述的共轨的制造方法，其特征在于：在实施所述激光喷丸处理之前，对所述开口周边部进行倒角加工。

17.根据权利要求11所述的共轨的制造方法，其特征在于：在实施所述激光喷丸处理之前，对所述开口周边部进行倒角加工。

18.根据权利要求16所述的共轨的制造方法，其特征在于：实施所述倒角加工的区域包含满足所述(1)式的区域。

19.根据权利要求17所述的共轨的制造方法，其特征在于：实施所述倒角加工的区域包含满足所述(1)式的区域。

20.根据权利要求1～4的任一项所述的共轨的制造方法，其特征在于：所述激光喷丸处理所使用的透明液体为醇或含有防锈剂的水。

21.根据权利要求5所述的共轨的制造方法，其特征在于：所述激光喷丸处理所使用的透明液体为醇或含有防锈剂的水。

22.一种疲劳强度特性优良的共轨，其在中心部形成有轨道孔，在包围所述轨道孔的筒壁部上形成有朝所述轨道孔开口的多个分歧孔，所述共轨的特征在于：所述共轨的基材是韧性和疲劳强度优良的高强度液相扩散接合用钢材，其以质量％计，含有C：0.01～0.3％、Si：0.01～0.5％、Mn：0.01～3.0％、Cr：1.0～12.0％、Mo：0.1～2.0％，进而含有V：0.01～1.0％、B：0.0003～0.01％、Ti：0.01～0.05％、N：0.001～0.01％，并且限制P：0.03％以下、S：0.01％以下、O：0.01％以下，进而将作为晶界偏析脆化元素的As、Sn、Sb、Pb、Zn的总和限制为0.015％以下，剩余部分包括不可避免的杂质和Fe；所述分歧孔的开口周边部的形状是，在含有分歧孔的中心轴且沿着轨道孔的长度方向的断面中，分歧孔的开口部周边部的形状线的曲率半径在满足(2)式的区域的各点为15μm以上；而且所述断面的垂直于轨道孔的长度方向的压缩应力值为-200MPa以上；

分歧孔的直径×0.5≤距分歧孔中心的距离≤分歧孔的直径×0.6(2)。

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