CN101981302B - 共轨的制造方法及共轨 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种共轨的制造方法，所述共轨包括共轨主体及夹具，所述共轨主体及所述夹具含有C：0.01～0.3质量％、Si：0.01～0.5质量％、Mn：0.01～3.0质量％、B：0.0003～0.01质量％、N：0.001～0.01质量％、Al：大于0.01％但小于等于0.5质量％、Ti：0.01～0.05质量％的化学成分，且将P限制在0.03质量％以下，将S限制在0.01质量％以下，将O限制在0.01质量％以下，将As、Sn、Sb、Pb、Zn的合计含量限制在0.015质量％以下，剩余部分包括Fe及不可避免的杂质，而且TLB值在0.001％以上；所述制造方法包括嵌入金属插入工序、液相扩散接合工序、激光喷丸处理工序和表层除去工序。

Description

共轨的制造方法及共轨

技术领域

本发明涉及柴油发动机的蓄压式燃料喷射系统中的共轨的制造方法及利用该制造方法部分强化的共轨。

本申请基于2009年3月12日在日本申请的特愿第2009-059918号并主张其优先权，这里引用其内容。

背景技术

在具有流体通路的机械部件中，在流体流通的管的端部或直径极端变化的部位容易发生应力集中，有时作为流体压力变动的结果而产生的疲劳破坏成为问题。

共轨是在柴油发动机的蓄压式燃料喷射系统中位于压送燃料轻油的泵与喷射器之间、用于蓄压轻油的导管状部件。图1表示共轨1的断面的概略。轨道孔5是共轨1的主要导管，具有蓄压轻油的作用。在轨道孔5上配设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。伴随着发动机的工作，周期地压送轻油，共轨1内的轻油的压力周期地变动。此时，在图1的轨道孔5及分歧孔6上，圆周方向的拉伸应力周期地产生变动。图2放大示出了分歧孔6的开口周边部即分歧孔6的内表面和轨道孔5的内表面的边界周边部。即使在分歧孔6的开口周边部中，特别是在分歧孔6的与轨道孔5的长度方向平行的直径的两端附近7，两孔5、6的拉伸应力形成合力。因此，发生比其它部分更大的拉伸应力，存在因内压的变动而容易发生疲劳破坏的问题。如果使相对于内压变动的疲劳强度(内压疲劳强度)提高，则可进行燃料的高压喷射，由于导致排气的清洁法和每升油的行驶里程的提高，所以希望提高疲劳强度。

以往，作为这样的面向提高疲劳强度的途径，一般采用通过利用高强度钢材而提高共轨的疲劳强度的方法。但是，在这种方法中，有基材的高强度化造成的成形性或加工性的下降、伴随高性能化的成本增大的问题。因此，例如在专利文献1中，作为以往的利用锻造一体成形或机械加工的共轨的制造方法的替代方法，公开了利用液相扩散接合的焊接共轨的发明。另外在专利文献2中，公开了涉及适合焊接时不需要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，虽可通过热处理等显著提高钢材强度，但在这种情况下，加工是困难的，招致生产成本的显著增大。而且，当在最大主应力部，在加工的最终表面露出MnS、Al₂O₃、CaO等夹杂物或氧化物时，成为内压外加时的疲劳破坏的起点，不能解决严重阻碍高强度共轨的稳定生产的问题。

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，正如专利文献3或专利文献4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，例如在专利文献5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、分歧孔内表面等狭窄部，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，正如专利文献6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。

专利文献6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，在专利文献5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，以及使用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，正如专利文献6中所公开的那样，通过提高脉冲激光的束斑的重叠面积比例，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。

专利文献1：日本特开2007-40244号公报

专利文献2：日本特开2004-83980号公报

专利文献3：日本特开2004-204714号公报

专利文献4：日本特开2004-27968号公报

专利文献5：日本专利第3373638号公报

专利文献6：日本特开2006-322446号公报

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。

本发明为解决上述课题采用了以下的手段。

(1)本发明的第1实施方式涉及一种共轨的制造方法，所述共轨具备：共轨主体，其设有轨道孔和形成于包围所述轨道孔的筒壁部上的分歧孔；以及夹具，其形成有与所述分歧孔连通的连通孔；所述共轨主体及所述夹具含有C：0.01～0.3质量％、Si：0.01～0.5质量％、Mn：0.01～3.0质量％、B：0.0003～0.01质量％、N：0.001～0.01质量％、Al：大于0.01％但小于等于0.5质量％、Ti：0.01～0.05质量％，且将P限制在0.03质量％以下、将S限制在0.01质量％以下、将O限制在0.01质量％以下、将As、Sn、Sb、Pb、Zn的合计含量限制在0.015质量％以下，剩余部分包括Fe及不可避免的杂质；用式TLB＝(B％)-[(N％)/1.3-{(Ti％)/3.4+(Al％)/4.1}×(Al％)×52]  (1)表示的TLB值在0.001％以上；所述共轨的制造方法包括：插入工序，其在所述共轨主体与所述夹具之间，插入至少含有1质量％以上B的Ni基或Fe基的嵌入金属(insert metal)；液相扩散接合工序，通过在1000～1300℃的接合温度下，施加1MPa以上的应力并保持30秒以上，从而将所述共轨主体、所述嵌入金属和所述夹具进行接合；激光喷丸处理工序，对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，使透明液体存在而照射脉冲激光束；以及表层除去工序，除去所述开口周边部的表层，以提高所述开口周边部的疲劳强度。

(2)根据上述(1)所述的共轨的制造方法，所述共轨主体及所述夹具中的至少一方还可以含有Ni：0.01～2.0质量％、Co：0.01～1.0质量％、Cu：0.01～1.0质量％、W：0.01～2.0质量％中的1种以上。

(3)根据上述(1)所述的共轨的制造方法，所述共轨主体及所述夹具中的至少一方还可以含有Zr：0.001～0.05质量％、Nb：0.001～0.05质量％、V：0.001～0.5质量％中的1种以上。

(4)根据上述(1)所述的共轨的制造方法，所述共轨主体及所述夹具中的至少一方还可以含有硫化物形态控制元素及稀土类元素中的一种以上，所述硫化物形态控制元素为Ca：0.0005～0.005质量％、Mg：0.0005～0.005质量％、Ba：0.0005～0.005质量％中的任一种，所述稀土类元素为Y：0.001～0.05质量％、Ce：0.001～0.05质量％、La：0.001～0.05质量％中的任一种。

(5)根据上述(1)～(4)中的任一项所述的共轨的制造方法，所述开口周边部的材料的表层的除去也可以通过电解研磨或流体研磨来进行。

(6)根据上述(1)～(4)中的任一项所述的共轨的制造方法，所述脉冲激光束的脉冲能量也可以是1mJ～10J。

(7)根据上述(1)～(4)中的任一项所述的共轨的制造方法，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是在所述轨道孔的内表面，包含满足下式(2)及下式(2’)的区域，除去的表层厚度在满足下式(2)及下式(2’)的区域也可以是0.01mm～0.3mm；

距分歧孔中心的距离≤分歧孔的直径×0.6    (2)

朝分歧孔中心方向沿轨道孔内表面画线段时的该线段和轨道孔长度方向所成的角度≤10°                       (2’)。

(8)根据上述(1)～(4)中的任一项所述的共轨的制造方法，通过除去所述开口周边部的材料表层，使得在包含所述分歧孔的中心轴且沿着所述轨道孔的长度方向的断面中，所述分歧孔的开口部周边部的形状线的曲率半径在满足下式(3)的区域的各点也可以是15μm以上；

分歧孔直径×0.5≤距分歧孔中心的距离≤分歧孔直径×0.6   (3)。

(9)根据上述(1)～(4)中的任一项所述的共轨的制造方法，在实施所述激光喷丸处理之前，也可以对所述开口周边部进行倒角加工。

(10)根据上述(9)所述的共轨的制造方法，实施所述倒角加工的区域也可以包含满足所述式(2)及式(2’)的区域。

(11)根据上述(1)～(4)中的任一项所述的共轨的制造方法，所述激光喷丸处理中所用的透明液体也可以是醇类、或加入防锈剂的水。

(12)本发明的第2实施方式涉及一种共轨，其具备：共轨主体，其设有轨道孔和形成于包围所述轨道孔的筒壁部上的分歧孔；以及夹具，其形成有与所述分歧孔连通的连通孔；所述共轨主体及所述夹具含有C：0.01～0.3质量％、Si：0.01～0.5质量％、Mn：0.01～3.0质量％、B：0.0003～0.01质量％、N：0.001～0.01质量％、Al：大于0.01％但小于等于0.5质量％、Ti：0.01～0.05质量％，且将P限制在0.03质量％以下、将S限制在0.01质量％以下、将O限制在0.01质量％以下、将As、Sn、Sb、Pb、Zn的合计含量限制在0.015质量％以下，剩余部分包括Fe及不可避免的杂质；用式

TLB＝(B％)-[(N％)/1.3-{(Ti％)/3.4+(Al％)/4.1}×(Al％)×52]   (1)表示的TLB值在0.001％以上；所述开口周边部的形状是，在含有所述分歧孔的中心轴且沿着所述轨道孔的长度方向的断面中，所述分歧孔的所述开口部周边部的形状线的曲率半径在满足下式(3)的区域的各点为15μm以上；

分歧孔直径×0.5≤距分歧孔中心的距离≤分歧孔直径×0.6  (3)

且所述断面的与轨道孔的长度方向垂直的压缩应力值为-200MPa以上。

根据上述(1)～(11)所述的共轨的制造方法，能够将母材分为容易加工的形状的块单元而通过扩散接合制造共轨，因此能够使制造成本廉价。另外，在共轨中，在疲劳强度成为问题的分歧孔的轨道孔侧开口部周边，能够从表面导入高的压缩应力，同时通过改善分歧孔开口部形状可缓和应力集中。其结果是，能够大大提高疲劳强度。而且，根据上述(12)所述的共轨，可使用廉价的钢材进行燃料的高压喷射，可使排气清洁化及每升油的行驶里程的提高，可以产生产业上有用的效果。

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平面图。

图3是表示共轨的制造过程的立体图。

图4是表示TLB值、与液相扩散接合接头的接合部和母材部(距接合部5mm的部位的Vickers硬度测定值)的硬度差的绝对值之间的关系的图示。

图5是表示TLB值与液相扩散接合接头的抗拉强度之间的关系的图示。

图6是表示共轨的分歧孔开口周边部的剖视图。

图7是表示激光喷丸处理过的试验片的残余应力的曲线图。

图8是表示激光束照射装置的平面图。

图9是图8的主视图。

图10是表示激光束照射方法的平面图。

图11是表示分歧孔开口周边部的立体图。

图12是表示分歧孔开口周边部的激光照射方法的说明图。

图13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14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15是表示分歧孔开口周边部的断面形状的图示。

图16是表示分歧孔开口周边部的激光处理区域的立体图。

图17是表示进行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18A是表示共轨的试验片的平面图。

图18B是表示该共轨的试验片的主视图。

图19是表示对分歧孔开口周边部的倒角加工的剖视图。

图20是表示激光加工装置的照射头部分的剖视图。

图21是表示对分歧孔开口周边部的激光照射方法的剖视图。

图22是表示对分歧孔开口周边部的电解研磨的剖视图。

符号说明：

1  共轨                        2  筒壁部

5  轨道孔                      6  分歧孔

7  与轨道孔的长度方向平行的直径的两端附近

11  共轨主体                   12  夹具

13  管路                       14  支管

15  合金箔                     21  内表面(分歧孔)

22  内表面(轨道孔)             23  开口周边部

31  激光束振荡装置             32  激光束

33  聚光透镜                   34  光学窗

35  水槽                       37  试验片

38、39、41  支承部             40、42  导轨

43  扫描装置                   51  轨道主体

52  夹具                       57  激光束

61  照射头                     62  导管

63  聚光透镜                   64  反射镜

65  反射镜底座                 66  聚光点

67  支承棒                     68、69  缺口部

70  密封部件                   71  突起

具体实施方式

本发明人为解决上述课题而进行了研究。结果可知：如果通过将具有适合液相扩散接合的特定成分的高强度钢材分成容易加工的形状的块单元制造后，进行液相扩散接合，进而在通过对疲劳强度成为问题的分歧孔的轨道孔侧开口部周边进行激光喷丸处理而导入压缩应力后，通过电解研磨等将包含激光喷丸处理过的部分的区域的材料除去，则可采用廉价钢材大大提高共轨的疲劳强度。这里，采用液相扩散接合对将配管固定在分歧孔顶端的夹具进行接合，这样可使高强度钢材的加工变得容易，从而降低工序成本。另外，通过调整到共轨强化用的激光喷丸，对高强度材料中致命的、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进行补充。因此，能够廉价地制造以往没有的可抗高压的共轨。

以下，对本发明的优选的实施方式的共轨的制造方法及共轨，参照附图进行说明。再有，在本说明书及附图中，对于实质上具有相同功能构成的要素施加相同的符号，并省略重复的说明。

图1表示了共轨1的断面的概略。形成于筒壁部2内的轨道孔5是共轨1的主要导管，具有蓄压轻油的作用。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，为了廉价地制造共轨1，采用液相扩散接合进行焊接。具体地说，首先，如图3所示，将液相扩散接合用非晶质合金箔(嵌入金属)15介于由具有向长度方向贯通的管路13的共轨主体11和圆筒形的夹具12形成的环状的接合面间，使圆筒形的夹具12与支管14连通。然后，通过电阻焊等将合金箔15、共轨主体11和夹具12熔融压接在一起，进行液相扩散接合，从而形成接头部。再有，为了方便起见，图3中只示出1个支管14，但通常具备与发动机燃烧室的多个喷嘴对应的多个支管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，夹具12与共轨主体11的支管14对应地设置有多个。在这样形成的共轨1中，图3的管路13与图1的轨道孔5对应，图3的支管14的内部与图1的分歧孔6对应。作为液相扩散接合用的合金箔15，采用至少含有1％以上B的Ni基或Fe基的嵌入金属。另外，共轨主体11和夹具12的液相扩散接合通过在1000～1300C的接合温度下，施加1MPa以上的应力并保持30秒以上来进行。

在本实施方式中，从接头设计阶段预先选择即使不需要液相扩散接合后的控制冷却，也能诱导充分的低温相变组织、即在材料的必要部位或整体上诱导贝氏体或马氏体相变的淬透性高的材料。也就是说，采用即使在通过液相扩散接合形成的等温凝固接头部位也能得到十分均匀的组织的合金组成的钢材作为共轨1的基材。具体地说，以上述的例子来说，作为共轨主体11和夹具12的基材，采用以下说明的液相扩散接合用钢。以下，关于液相扩散接合用钢的化学成分，对优选的含量范围进行说明。再有，以下所述的化学成分的含量均以质量％表示。

C是控制钢的淬透性和强度的最基本的元素。在含量低于0.01％时不能确保强度，在超过0.3％时虽钢材的强度提高，但不能确保接头的韧性。因此，将C含量规定在0.01～0.3％的范围。只要是此范围的含量，即便是保持着接合状态的材料也可控制钢材的组织。但是，为了工业上稳定地得到碳的效果，优选C含量为0.05～0.3％。

Si是钢材的脱氧元素，通常为降低钢中的氧浓度而与Mn一同添加。同时，Si是晶粒内强化所必要的元素，因此如果其不足会使钢材的强度下降。因此，即使在本发明中也是以脱氧和晶粒内强化为主要目的而含有规定量的Si。只要Si含量在0.01％以上就可发挥上述效果，在超过0.5％时，有时招致钢材本身的脆化。因此，将Si含量规定在0.01～0.5％的范围。另外，在液相扩散接合接头中，有可能生成含有SiO₂的复合氧化物，例如SiO₂-MnO、SiO₂-FeO等，因此Si含量优选为0.01～0.3％。

Mn与Si一同具有脱氧的效果，但通过添加到钢中可提高钢材的淬透性，有助于提高强度。在Mn含量为0.01％以上时表现出上述的效果，但如果超过3.0％，则析出粗大的MnO系氧化物，反而有时使液相扩散接合接头的韧性降低。因此，将Mn含量规定在0.01～3.0％的范围。Mn含量也与所述Si同样，从抑制SiO₂-MnO生成的角度考虑，优选为0.01～2.0％。

B即使是微量对于提高钢的淬透性也非常具有效果，但在其含量低于0.0003％时，淬透性提高的效果较小。另一方面，在B含量超过0.01％时，则形成碳硼化物，反而使液相扩散接合接头的淬透性降低，从而接头强度下降。因此，将B含量规定为0.0003～0.01％的范围。另一方面，B在晶界的偏析显著，根据接合后冷却条件的不同，有时只限于晶界而招致脆化，因此优选其含量为0.0003～0.005％。

Ti和B相比与N的结合力强，与B相比优先与N结合。因此，Ti对于确保对淬透性有效的固溶B是重要的元素，但在含量低于0.01％时其效果较小。另一方面，在Ti含量超过0.05％时，不仅其效果达到饱和，而且析出许多粗大的Ti系碳氮化物，从而使韧性降低。因此，将Ti含量规定为0.01～0.05％的范围。Ti也是形成硼化物的元素，因此如果可能的话，应将含量的上限值抑制在较低的水平，优选为0.01～0.03％。

N在本实施方式中，是为提高上述B的效果而希望抑制在较低水平的元素，但在添加Al或Ti的情况下，通过与它们结合而析出AlN、TiN等氮化物，对于使晶粒微细化，从而提高钢的韧性是有效的。在N含量低于0.001％时其效果较小。另外，在N含量超过0.01％时，通过与B结合而生成BN的倾向增强，如果不大量添加Al或Ti，则不能获得固溶B。也就是说，难以使后面说明的TLB值稳定在0.001以上，因此将N含量规定在0.001～0.01％的范围。再有，在通常的炼钢工序中稳定地含有0.008％以上的N使得工程上的成本上升，因此N含量优选为0.001～0.008％。

Al对于与N结合而析出微细的AlN，从而使晶粒微细化，同时作为对淬透性有效的固溶B在钢中确保B是重要的元素。但是，为了发挥这样的效果，优选Al含量超过0.01％。可是，在Al含量超过0.5％时，因AlN粗大化而使钢的韧性降低。因此，将Al含量规定为大于0.01％但小于等于0.5％的范围。但是，Al与O的亲和力强，在大量添加时，通过炼钢工序生成粗大氧化物簇，有时使接头的韧性降低。因此，优选Al含量为大于0.01％但小于等于0.3％。

再有，在本钢这样的高强度钢中，为了提高韧性，有必要尽量避免杂质向晶界的浓化，为了此目的，分别将P及S的含量限制在0.03％以下及0.01％以下。另外，为了使钢清洁，确保高的韧性，将O含量限制在0.01％以下。另外，优选P、S、O的含量尽量小，但考虑到成本问题，也可以将下限值设定在0.0001％。另外，为了切实实现韧性的提高，将晶界偏析元素即As、Sn、Sb、Pb、Zn的含量的总和限制在0.015％以下。

含有以上化学成分的液相扩散接合用钢也可以在以Fe为主成分的剩余部分不阻碍本发明的特性的范围内，含有在制造过程等中不可避免地混入的杂质。本实施方式的液相扩散接合用钢至少含有Ti：0.01～0.05％、N：0.001～0.01％、Al：大于0.01％但小于等于0.5％，因此在钢中，N被Al和Ti两元素固定。

除了以上基本的化学成分的限制以外，为了得到作为共轨用的钢材所要求的、在高压下的交变疲劳强度，非常有效的是在液相扩散接合后的冷却时的条件下产生低温相变，结果使强度在600MPa以上，接头部位的强度分布均匀，按Vickers硬度计，接合部中心和距接合线5mm的位置上的硬度之差的绝对值在100以下。也就是说，以上述的例子来说，为了使通过液相扩散接合而接合的共轨主体11和夹具12的接合部上的硬度、与距该接合部5mm的接合部两侧位置上的硬度之差按Vickers硬度计在±100以内，采用接合部的硬度均匀性优良的液相扩散接合用钢是有效的。其理由是因为经过本发明人的研究，结果发现：经过激光喷丸处理的共轨的最大主应力部虽然通过该处理而被施加压缩应力，但在钢材本身的内部，也将该应力同时导入给以应力分布的总和没有变化的方式诱导的拉伸应力所作用的部位，在产生拉伸应力的部位遭遇接合部时，在接合部接头的强度差大的情况下，有时发生从接头的破坏。也就是说，在本发明中必须采用接合部的硬度均匀性优良的液相扩散接合用钢材。因此，不仅要在上述范围内含有Al、Ti、N、B，而且要Al和Ti完全固定钢中N，其结果是，B没有被N固定，而是以原子状态向γ晶界偏析，因而必须抑制来自晶界的铁素体相变。也就是说，通过发明人的研究，弄清楚了必须再将用下式(1)表示的TLB值限定在达到0.001％以上的化学成分范围。在TLB值低于0.001％时，不能形成上述的硬度差为100以下的接合部。TLB＝(B％)-[(N％)/1.3-{(Ti％)/3.4+(Al％)/4.1}×(Al％)×52]  (1)

上式(1)是基于通过本发明人的研究结果判明的新发现而确定的，该发现是：在通过液相扩散接合组装共轨时，包括接合部的接头上的材质均匀，特别是硬度的变化小是必要的。如果不能得到接头附近组织的均匀性，则在施加内压疲劳时，共轨的液相扩散接合接头上产生应力集中，从而产生来自接头部位的破坏。于是，通过激光喷丸对成为本发明的中心的、共轨的最大应力集中部即分歧孔周边进行强化的效果就变得没有意义，不能实现本发明的效果本身。于是，特别是在采用含有1％以上B的液相扩散接合用合金箔时，有必要着眼于利用B的焊接接头冷却时的组织形成过程，引入通过使固溶B在晶界偏析来抑制来自晶界的核发生，使接头部位上的淬透性的差别、进而强度的分布达到均匀的技术。因此，在本实施方式中，用Ti及Al固定容易与B结合的N，规定用于获得足够的固溶B量的化学成分。在固溶N量相对于添加B量足够多时，根据溶解度积生成BN。于是，作为能够固定Ti的N量，设定原子数比的倒数3.4，另外作为能够固定Al的N量，另外通过实验求出Al和N的亲和力，在本发明钢中设定特有的1/4.1，另外考虑到Al和Ti的相互作用，将Al的浓度和化学势一同乘以通过实验确定的系数52，在将其从与B结合相当的N量中减去后，作为总固定N量确定[(N％)/1.3-{(Ti％)/3.4+(Al％)/4.1}×(Al％)×52]。在最后被固定的N不与B结合的假设下，从只对本发明钢有效的接头的有效B量的观点出发，作为TLB值决定式(1)。此值可以说为假设的B效果评价式。如此确定的TLB值包含理论的假设和实验的系数，因此通过以下的实验确定了能够确保该系数和接头的组织均匀性的TLB值。

对于在实验室规模的真空熔炼设备或实际钢板制造设备中，通过100kg、300kg、2ton、10ton、100ton、300ton的真空熔炼、或通常的高炉-转炉-炉外精炼-脱气/微量元素添加-连续铸造-热轧等进行制造的上述化学成分范围的钢材，从与轧制方向平行的方向，加工成Φ10mm或20mm见方、长度为50mm的简易小型试验片。将试验片的端面研磨加工成Rmax＜100μm，然后进行脱脂清洗，将其端面两个对置，形成接合试验片对，采用具有功率为150kW的高频感应加热装置的拉伸/压缩试验机进行液相扩散接合。也就是说，使可在1000～1300℃进行液相扩散接合的Ni基-B系、Fe基-B系的实质上按体积分率计50％以上为非晶质的厚度为20～50μm的非晶态箔介于接合面间，将试验片整体加热到必要的接合温度，在30秒～60分钟之间，在1～20MPa的应力下进行液相扩散接合，接合后进行放冷。

从此时得到的圆棒接合试验件上采取平行部直径为Φ6mm的圆棒拉伸试验片，全部在室温下实施拉伸试验，对确认具有600MPa以上的强度的试验片进行切断加工，从方棒接合试验片露出与接合面垂直的断面的试验材中央位置上的断面，在该断面上从组织上特定接合部中心，作为基准位置，按0.1mm的间隔，以100g的载荷连续测定，直到相距10mm的母材。在上述实验条件内，所有接合部中心都显示出接近最高硬度的值。从此处到母材显示出硬度平稳减小的倾向。但是，即使在接合时间为最长的60分钟时，即使将距接合部5mm的位置上的硬度测定到其后相距10mm的位置也几乎没有变化，因此将相距5mm的位置看作母材的代表硬度，实质上以接合部的最高硬度与相距5mm的位置的硬度之差的绝对值作为液相扩散接合接头的硬度分布即强度的均匀性进行了评价。在工业上此值在100以上变化时，接头特性为不均匀，作为部件影响激光喷丸处理过的共轨的疲劳强度。

将该硬度差表示为ΔHv(100g)，图4中示出了ΔHv(100g)与上述的晶界偏析B参数TLB值之间的关系。表明只要TLB值在0.001以上，ΔHv就为100以下，可维持接头的均质性。为了使图4的相关性显著，从多种熔化的材料的化学成分中，通过实验确定了TLB参数式的各系数。也就是说，通过管理参数TLB值，对于满足上述的化学成分范围的钢材，在液相扩散接合后的非调质接头中，可得到接头部位的强度均匀性，具体而言可得到硬度差ΔHv值为100以下的接头。另外，如此得到的液相扩散接合接头为了在得到强度的均匀性的同时，接头也无脆性破坏，需要在0℃时获得47J以上的韧性，因此从得到的方棒试验片中采取2mmU型缺口夏氏冲击试验片，按照JIS Z2202中记载的方法，在接头部位上加工缺口，测定了吸收能量，结果得出：只要TLB值在0.001以上就超过47J。

另外，图5是表示TLB值与抗拉强度之间的关系的图示。由此得出：只要TLB值在0.001％以上，具有本发明中规定的化学成分的钢的抗拉强度就在600MPa以上。拉伸试验是按照JIS Z2241实施的。

在本发明的实施方式的共轨的制造方法中，在通过液相扩散接合将用具有以上说明的成分的钢材制作的共轨主体11(图3)和圆筒形的夹具12焊接后，对形成于疲劳强度成为问题的共轨主体上的分歧孔6(图1)的轨道孔5侧开口部周边，在实施激光喷丸处理而导入压缩应力后，再通过电解研磨等将该开口部周边的材料除去。

图6是共轨1中要强化的分歧孔6的开口周边部的断面的放大图。在本发明中的部分强化方法的第一方策中，在分歧孔6的贯通加工后，以图6中的角egf大致垂直残留的状态，对用线段g1～g表示的区域(位于开口周边部23上的轨道孔5的内表面)实施激光喷丸处理。然后，将开口周边部23附近的材料除去，以形成曲线g1g2g3的加工形状。由此可提高疲劳强度。再有，本申请中所谓分歧孔6的开口周边部23，指的是在轨道孔内表面22距各分歧孔6的中心的距离为分歧孔6的直径d2(参照图1)的5倍以内的区域、在分歧孔内表面21中距轨道孔内表面22的开口部的距离为轨道孔5的直径d1(参照图1)的0.3倍以内的区域、夹在它们中的分歧孔6和轨道孔5的连接面。

首先，对激光喷丸处理方法进行说明。作为激光喷丸处理，需要(i)采用具有高的峰值功率密度的激光束，(ii)在照射表面附近设置水等透明介质。在本实施方式中，为了满足(i)的条件，将照射表面上的峰值功率密度设定为1～100TW/m²。为了得到该峰值功率密度，作为激光装置，优选采用脉冲时间幅度为10ps～100ns左右、脉冲能量为0.1mJ～100J左右、间歇振荡的脉冲激光器。作为这样的激光装置，例如可列举出Nd:YAG激光器，但只要是满足上述条件(i)的激光装置就可以。如果满足上述(i)及(ii)的条件，通过照射具有高的峰值功率密度的脉冲激光束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来抑制膨胀，可提高等离子体的压力，通过达到高压的等离子体的反作用力，能够在照射点附近产生塑性变形，从而赋予残留压缩应力。

这里，为了对利用本发明的制造方法提高疲劳强度的理由进行说明，下面对激光喷丸处理的应力导入特性进行论述。图7中示出了对采用抗拉强度为1000MPa的钢材制作的平板形状的试验片进行激光喷丸处理，采用X射线残余应力测定装置，测定残余应力的深度方向分布所得到的结果。关于深度方向的应力分布的测定，一边通过电解研磨逐次除去钢材一边进行。在激光喷丸处理中，采用图8(平面图)及图9(主视图)中所示的装置，从激光束振荡装置31向浸渍在水槽35中的试验片37照射激光束32。作为激光束采用水中透过性好的Nd:YAG激光器的第二高次谐波(波长：532nm)。激光束32用由焦点距离为10mm的凸镜构成的聚光透镜33进行聚光，经由光学窗34照射在试验片37上。试验片37上的束斑的形状被设定成直径为0.8mm的圆形。将激光的脉冲能量设定在200mJ、将峰值功率密度设定在40TW/m²。脉冲时间幅度为10ns，脉冲重复频率为30Hz。在试验片37的后方，经由支承部38、39，如图9所示安装有可上下方向(b方向)滑动的导轨40。另外，导轨40如图8所示与安装在可向水平方向(a方向)滑动的导轨42上的支承部41连结。将试验片37设置成通过控制扫描装置43可沿着导轨40、42向ab两方向移动。图10中示出了脉冲激光的束斑的重叠方法。处理区被设定成5mm×10mm的矩形(图10中，j₁j₂＝5mm、j₂j₃＝10mm)。将相对于同一点的脉冲激光束的照射次数的平均值设定为25次，以同一扫描区Li内的相邻的束斑的间隔、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的方式进行处理。另外，关于扫描区域的形成，在图10中，如“L1→L2→L3…”那样连续地进行。根据图7的测定结果，压缩应力被导入到深度大约为0.6mm。另外，根据图10中所示的重叠方法，图10中Y方向的压缩应力有选择性地被强化。

如图7所示，Y方向的残余应力在深度为30μm处为-783MPa，残留压缩应力最大。可是，被加工材表面(深度为0mm)的残余应力为-656MPa，不能说充分强化了表面的残余应力。这是因为如果对样品表面照射激光束，照射斑点部表层附近熔化并再凝固。

在本发明的制造方法中，在实施了以上说明的激光喷丸处理后，将包含该处理面的区域的材料的表层除去。利用机械研磨等的材料除去在除去后的表面残留拉伸应力，有时对疲劳特性施加不良影响，因此作为除去方法，优选电解研磨法或流体研磨法。在电解研磨法中，在开口周边部23(图6)设置腐蚀液，在大多数情况下，通过一边按压球状的突起一边通电来进行研磨。另外，在流体研磨中，通过将含有研磨液的液体穿过轨道孔5及分歧孔6来进行研磨。在这些方法中，都是以分歧孔6的轴为中心，同心圆状地进行研磨。通过该除去工序，可将在激光喷丸处理中熔化并再凝固，从而应力向拉伸侧偏移，残余应力值比稍微进入材料内部的部分减小的表层附近部除去。而且，通过开口周边部23的形状的变化可缓和应力集中系数，可降低实施使用时的最大负载应力。本发明人发现：这些复合的效果可大大提高疲劳强度。

在本发明的优选的实施方式中，将激光束的脉冲能量设定在1mJ～10J的范围，但这是依据以下的理由。在本发明的方法中，在激光喷丸处理后从表面除去材料，因此如果激光喷丸处理中导入压缩应力的深度过浅，则除去后的新的表面上的残留压缩应力小。脉冲能量越小，导入压缩应力的深度越浅。这是因为，脉冲能量越小，从被加工材表面投入的激光脉冲能量的三维扩散越增大。因该制约，在本发明的方法中，优选以1mJ以上的脉冲能量进行处理。另外，关于脉冲能量的上限，通过勘查可穿过共轨的导轨管的激光束的光束截面积和光学元件的耐光强度，优选规定为10J以下。

必要的激光喷丸处理区域及材料的除去区域依赖于(i)内压变动负载时的分歧孔开口周边部的拉伸应力分布、(ii)将应力集中缓和到何等程度的部件设计思想等。拉伸应力分布依赖于钢材强度、使用压力、轨道孔5的直径d₁、分歧孔6的直径d₂等。该分布可基于有限元法计算进行估算，以下对处理领域的一般的方针进行说明。

在激光处理后经过除去工序后，伴随着实际使用时的内压变动负载的分歧孔开口周边部23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，在分歧孔内表面21与实施了除去加工的面的连接部附近产生。其主应力方向是轨道孔5的圆周方向。为了提高疲劳强度，优选向用下式(2)及式(2’)表示的、包含取该最大值的点的区域导入高的压缩应力。

距分歧孔中心的距离≤分歧孔的直径×0.6        (2)

朝分歧孔中心方向沿轨道孔内表面画线段时，该线段和轨道孔长度方向所成的角度≤10°                            (2’)

因此，轨道孔5的内表面22的激光处理区域优选以包含图11所示的、用式(2)及式(2’)表示的区域的方式进行设定。

另外，为了使疲劳强度最大化，要求将使用时的交变负载应力达到最大的部分的主应力方向即轨道孔5的圆周方向的压缩应力最大化。为此，图12中示出了有效的束斑的重叠照射方法。这样一来，在包含分歧孔6的中心轴的平面内扫描束斑，一边使位置沿分歧孔6的圆周方向移动，一边多次进行该束斑的扫描。该处理是基于通过用图10所示的方法进行处理，可如图7所示那样有选择性地强化图10中的Y方向的应力的事实而想出的。再有，扫描方向不局限于包含分歧孔6的中心轴的平面内。例如，如图13所示，即使采用在包含轨道孔5的长度方向和分歧孔6的长度方向的平面内扫描束斑，一边使位置向轨道孔5的圆周方向偏移一边多次进行束斑的扫描的方法，也能得到同样的效果。

另外，关于以将因照射激光而熔化并再凝固、从而应力向拉伸侧偏移的材料的表面部分除去，并通过材料表面赋予大的压缩应力为目的而进行的材料的除去，除去范围优选包含用上式(2)及式(2’)表示的区域。

接着，对在材料除去工序中除去的厚度进行说明。在本申请中，如以下所述，对除去后的面上各点定义除去厚度。关于除去后的面上的某点上的除去厚度，从除去前的面上选出认为距除去后的面上的点的距离最短的点，将其作为最小值进行定义。以图14中的分歧孔剖视图为例进行说明。图中，用虚线表示的曲线ejf是除去前的线，从e经过k₁、k₂到达f的曲线是除去后的线。根据上述定义，除去后的线k₁点上的除去厚度用t₁表示，k₂点上的除去厚度用t₂表示。这里，以二维的剖视图为例进行说明，但实际的除去厚度可通过分别作为面三维地捕捉图14中考虑的除去前后的线来定义。

使激光喷丸处理区域内的除去厚度在以下的范围是有效果的。首先，为了将因照射激光而熔化并再凝固，从而应力向拉伸侧偏移的表面附近除去，将除去后表面的各点上的除去厚度规定为0.01mm以上。另一方面，如图7所示，通过激光喷丸导入的压缩应力有随着距表面的深度加深而减小的倾向。例如，从图7的Y方向的应力的深度分布可预想出：如果将材料从表面除去到深度为0.1mm左右以上，则除去后的表面应力与除去前相比当然减小。通过增大脉冲能量(图7的条件下为200mJ)，能够缓和压缩应力向深度方向的衰减。也就是说，通过增大脉冲能量还可得到更大的除去厚度，尽管如此，将除去厚度规定为0.3mm左右以下也是有效果的。

通过除去材料，不仅可得到能将因照射激光而熔化并再凝固，从而应力向拉伸侧偏移的表面附近除去的效果，而且还可得到开口部周边部的形状变化导致的应力集中系数被缓和的效果。要提高疲劳强度，需要形成光滑的除去面，以便不会在伴随着使用时的内压变动负载的分歧孔开口周边部的拉伸应力达到最大的部分产生应力集中。从此观点出发，包括分歧孔的中心轴且沿着轨道孔的长度方向的断面上的分歧孔的开口部周边部上的形状线的曲率半径，在以距分歧孔的中心轴的距离定义的区域满足下式(3)的区域的各点上，优选达到15μm以上。再有，图15中示出了该曲率半径R的定义。

分歧孔直径×0.5≤距分歧孔中心的距离≤分歧孔直径×0.6   (3)

在以上中，对只从图6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双方进行的方法也是有效果的。以下，对其理由进行说明。在激光喷丸处理中，如图7所示，随着向深度方向进展，赋予的压缩应力的绝对值逐渐减小。因此，在只从轨道孔5的内表面22进行处理时，在远离轨道孔5的内表面22的内部，例如在图6中的g₂点，有时压缩应力的绝对值比表层减小。另一方面，在将开口周边部23的材料除去后，实际使用时的交变负载应力多在该g₂点附近达到最大。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，通过各个面的处理而导入的压缩应力相加，可提高g₂点的压缩应力的绝对值，从而可实现更高的疲劳强度。

在也对分歧孔6的内表面21进行激光处理时，关于图16所示的处理范围的深度h，只要以通过轨道孔内表面22和分歧孔内表面21相交而形成的圆的位置为高度的基准，规定为轨道孔直径d₁的20％左右即可。但是，为了处理到分歧孔内表面21的深的部分，需要加大相对于分歧孔内表面21的激光束的入射角度。即使是具有相同峰值功率的激光束，随着入射角度加大，照射点上的峰值功率密度也减小。因此，在直径d₂小时，深度h多被能以适当的峰值功率密度照射的界限所左右。

另一方面，只从轨道孔5的内表面22进行的照射方法不需要对分歧孔6的内表面21进行处理所需的反射镜的摇动机构等，因而具有能使装置简化的优点。

在本发明中的部分强化方法的第2方策中，在分歧孔6的贯通加工后，在通过研磨或机械加工将分歧孔6的开口周边部23倒角加工到规定量后，对开口周边部23实施激光喷丸处理。然后，再将存在于开口周边部23上的材料除去。由此可得到提高了开口周边部23的疲劳强度的共轨。这在采用主要以充分缓和应力集中系数为目的，将从分歧孔6的贯通加工时到达最终加工形状时的除去厚度增大的部件设计时特别有效。图17是表示第2方策的一例子的示意图。图中用虚线表示的角eg f为贯通加工时的断面，点划线为倒角加工后的断面，然后从e经由k₃、k₄达到f的曲线是在激光喷丸处理后，进而在进行了材料除去后得到的最终加工形状。在该图中，相对于从用t₁或t₂表示的贯通加工时到达最终加工形状时的除去厚度超过0.3mm时，如果采用上述第一方策，则从图中用虚线表示的角egf的表面实施激光喷丸处理，然后，通过除去材料可得到最终加工形状(图17中曲线ek₃ k₄ f)。在这种情况下，由于材料的除去厚度超过0.3mm，因此如上所述，除去材料后得到的最终加工形状的表面上的残留压缩应力减小。另一方面，如果根据这里说明的第2方策，由于在倒角加工到图17中用点划线表示的断面后实施激光喷丸处理，因而能够将激光喷丸处理后的材料的除去厚度抑制在较小的水平。因此，具有即使在最终加工形状(图17中曲线ek₃ k₄ f)的表面上也可得到大的压缩应力的优点。

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的施加给分歧孔开口周边部的拉伸应力的应力集中系数的目的而进行的。因此，以包含该应力达到最大值的附近的区域，即包含用上述式(2)及式(2’)表示的区域的方式进行是有效果的。在倒角加工后，虽可缓和分歧孔6的开口周边部的应力集中，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面的接合部附近产生。因而，对于以去掉其后进行的分歧孔开口周边部的激光处理区域、及通过激光照射熔化并再凝固，从而应力向拉伸侧偏移的表面为目的而进行的材料除去，优选也包含用上述的式(2)及式(2’)表示的区域。另外，关于要除去的厚度，在激光处理区域中优选规定为0.01mm～0.3mm。从可对除去材料造成的除去后表面的压缩应力下降进行抑制的观点出发，在激光喷丸处理前进行的倒角加工中通过加工到接近最终加工形状，可将激光喷丸处理后的除去厚度抑制在较小的0.1mm以下，这是特别优选的范围。

共轨大多用高强度钢制作。因而，作为设置在激光照射表面上的透明液体，优选采用醇类(甲醇或乙醇)等不具有使钢生锈的性质的液体。或者，通过采用在按任意配比在水中混合甲醇或醇类而成的液体、纯水、自来水或矿物水中的任一种中加入防锈剂形成的液体，也可以使共轨不生锈。关于防锈剂，用市售的防锈剂虽无问题，但在采用带色的防锈剂时，优选将防锈剂的浓度设定在激光能够透过液体内的范围。这样一来，为了用工序成本低的液相扩散接合组装原本强度为600MPa的超级钢材，使起因于高强度材中不可避免的夹杂物的疲劳破坏根绝，通过对负载内压时被施加最大主应力的分歧孔周围实施激光喷丸处理，可提供首次能富余地抗2000个大气压以上的超高压的廉价的共轨。

再有，在本发明中，除了上述的化学成分以外，还可以含有Ni：0.01～2.0％、Co：0.01～1.0％、Cu：0.01～1.0％、W：0.01～2.0％中的至少1种以上，或者进一步含有Zr：0.001～0.05％、Nb：0.001～0.05％、V：0.001～0.5％中的至少1种以上，或者进一步含有硫化物形态控制元素及稀土类元素等中的至少1种以上，所述硫化物形态控制元素为Ca：0.0005～0.005％、Mg：0.0005～0.005％、Ba：0.0005～0.005％中的任一种，稀土类元素为Y：0.001～0.05％、Ce：0.001～0.05％、La：0.001～0.05％中的任一种。

在使钢材含有这些合金成分时，基于以下的理由限制含量范围。Ni、Co、Cu都是γ稳定化元素，是通过降低钢材的相变点，促进低温相变，从而提高淬透性的元素。在Ni、Co、Cu的含量分别为0.01％以上时，可得到上述的效果。另一方面，如果Ni含有超过2.0％、Co和Cu分别含有超过1.0％，则残留γ增加，从而影响钢材的韧性。因此，优选的是，按0.01～2.0％的范围含有Ni，按0.01～1.0％的范围分别含有Co和Cu。但是，哪种都是高价的元素，从工业生产的观点出发，优选在钢材中按0.05～1.0％的范围含有Ni，按0.05～0.5％的范围含有Co和Cu。

W是α稳定化元素，发挥显著的固溶硬化。如果含有0.01％以上的W，则可得到此效果。可是，如果含有超过2％，则与液相扩散接合的扩散原子即B及P生成硼化物或磷化物，有时使接头的韧性劣化。因此，将W含量的上限值限制在2.0％。但是，在考虑晶界偏析的情况下，含量上限值优选为1.0％。

Zr、Nb、V通过析出微细的碳化物可提高材料的强度。所有在含量为0.001％以上时具有效果。另一方面，在Zr、Nb含量超过0.05％时、V含量超过0.5％时，因碳化物粗大化而有使韧性降低的可能性。因此，将Zr、Nb的上限值设定在0.05％，将V的上限值设定在0.5％。关于这些元素的含量的上限值，特别是在避免晶界上硼化物或磷化物的生成的情况下，Nb和Zr优选为0.035％，V优选为0.3％。

另外，Ca、Mg、Ba的硫化物形态控制元素及Y、Ce、La的稀土类元素全部具有与钢中的杂质S的亲和力高、能够抑制影响钢材韧性的MnS的生成的效果。为了得到此效果，Ca、Mg、Ba的含量为0.0005％、原子量大的Y、Ce、La的含量为0.001％是必要的。另外，在Ca、Mg、Ba的含量为0.005％以上时，生成粗大氧化物而使韧性降低，在Y、Ce、La的含量为0.05％时，同样生成粗大氧化物而使韧性降低，因此将这些含量设定为上限。

上述成分可以适宜组合地复合添加，此外也可以单独添加各元素，可以不妨碍本发明的效果而对钢材赋予各种特性。

再有，本发明的钢材的制造工序不仅适用通常的利用高炉-转炉的炼钢连续工艺，而且也适用采用冷铁源的电炉制法、转炉制法。而且，即使在不经过连续铸造工序时，也可经过通常的铸造、锻造工序进行制造，只要满足本发明中规定的化学成分范围和式中的限制即可，本发明技术中的制造方法的应用范围可扩大。另外，制造的钢材的形状是任意的，可按适用部件的形状所要求的成形技术实施。也就是说，可在钢板、钢管、棒钢、线材、型钢等中广泛地应用本发明的效果。另外，由于本发明钢的焊接性也优良，适合液相扩散接合，因此只要是包含液相扩散接合接头的结构体，就可制造部分应用焊接、或者并用焊接的结构体，对本发明的效果没有任何妨碍。

以上说明的本发明的一实施方式的共轨的制造方法换言之可按以下的方法得到。也就是说，本发明的一实施方式涉及一种中心部形成有轨道孔、在包围所述轨道孔的筒壁部上形成多个在所述轨道孔上开口的分歧孔的共轨的制造方法，其特征在于：作为所述共轨的基材，至少采用以质量％计含有C：0.01～0.3％、Si：0.01～0.5％、Mn：0.01～3.0％、B：0.0003～0.01％、N：0.001～0.01％、Al：大于0.01％但小于等于0.5％、Ti：0.01～0.05％，且将P限制在0.03％以下、将S限制在0.01％以下、将O限制在0.01％以下、另外将晶界偏析脆化元素As、Sn、Sb、Pb、Zn的总和限制在0.015％以下，剩余部分包括Fe及不可避免的杂质，用式(1)表示的TLB值在0.001％以上的液相扩散接合用钢材，采用至少含有1％以上的B的Ni基或Fe基的嵌入金属，在1000～1300℃的接合温度下，施加1MPa以上的应力，并保持30秒以上，如此进行液相扩散接合，对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，使透明液体存在而照射脉冲激光束，实施激光喷丸处理，然后除去所述开口周边部的表层，由此提高所述开口周边部的疲劳强度。

另外，以上说明的本发明的一实施方式的共轨换言之可如以下那样得到。也就是说，本发明的一实施方式涉及一种中心部形成有轨道孔、在包围所述轨道孔的筒壁部上形成多个在所述轨道孔上开口的分歧孔的共轨，其特征在于：作为所述共轨的基材，至少是以质量％计含有C：0.01～0.3％、Si：0.01～0.5％、Mn：0.01～3.0％、B：0.0003～0.01％、N：0.001～0.01％、Al：大于0.01％但小于等于0.5％、Ti：0.01～0.05％，且将P限制在0.03％以下、将S限制在0.01％以下、将O限制在0.01％以下、另外将晶界偏析脆化元素As、Sn、Sb、Pb、Zn的总和限制在0.015％以下，剩余部分包括Fe及不可避免的杂质，用式(1)表示的TLB值在0.001％以上的液相扩散接合用钢材，关于所述分歧孔的开口周边部的形状，包括分歧孔的中心轴、且沿着轨道孔的长度方向的断面上的分歧孔的开口部周边部上的形状线的曲率半径在满足式(3)的区域的各点上为15μm以上，而且所述断面的与轨道孔的长度方向垂直的压缩应力值为-200MPa以上。

实施例1

以下，对为了验证本发明的效果而制作共轨，进行内压疲劳试验所得出的结果进行说明。

按以下的方法制作图18A、图18B中例示的共轨。首先，制成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51及夹具52的制造方法是，在实验室规模的真空熔炼设备或实际钢板制造设备中，通过100kg～300ton的真空熔炼、或通常的高炉-转炉-炉外精炼-脱气/微量元素添加-连续铸造-热轧等工序来制造本发明的化学成分范围的钢材，然后加工、成形成图18A、图18B所示的形状。接着，在轨道主体51上，在长度方向中心加工了内径为Φ10mm的轨道管后，加工深度为4mm、宽度为7mm的夹具接合定位用的导槽，然后在接合夹具52的预定位置的夹具中心轴上，朝着轨道管开直径为1mm的分歧孔6。另外，在夹具52上，对内径侧进行加工，以安装最大螺纹牙高度为2mm的用于分配燃料的分歧配管。接着，将轨道主体51和夹具52的接合部的端面研磨加工成Rmax＜100μm，然后进行脱脂清洗，将其端面两个对置，形成接合试验片对，采用具备输出功率为150kW的高频感应加热装置的拉伸/压缩试验机进行液相扩散接合。也就是说，使可在1000～1300℃进行液相扩散接合的Ni基-B系、Fe基-B系的实质上按体积分率计50％以上为非晶质的厚度为20～50μm的非晶态箔介于接合面间，将试验片整体加热到必要的接合温度，在30秒～60分钟之间，在1～20MPa的应力下进行液相扩散接合，接合后进行放冷。按一部分条件，在以下说明的激光喷丸处理之前，对轨道主体51的分歧孔6的轨道管的开口端部的边缘实施倒角加工。在该倒角加工中，通过一边按压球状的突起一边通电，以分歧孔6的轴为中心研磨成同心圆状。通过变化突起的直径和电解研磨的时间，如图19所示，变化被倒角加工的区域的宽度p₁和深度p₂。再有，p₁作为相对于分歧孔直径d₂的倍率表现出来。

对分歧孔6的轨道管侧的开口周边部进行了激光喷丸处理。图20中图示了将处理中采用的激光加工装置的照射头61插入轨道孔5中的状态。照射头61受到可沿轨道孔5的长度方向移动、同时可在中心轴周围旋转的支承棒67支承，在导管62上安装有聚光透镜63和反射镜64。71表示突起。在图20中，反射镜64为倾斜地切断圆柱的形状即所谓棒型的反射镜，被粘接在反射镜底座65上。沿着共轨1的轨道孔5导光来的激光束57，在被聚光透镜63偏向后，被反射镜64反射，到达聚光点66。由于在聚光透镜63的两侧存在水，因此为了得到良好的偏向，优选透镜采用折射率高的材质。同时，优选对具有高的峰值功率密度的激光束具有耐久性的材质。因此，在本实施例中采用蓝宝石作为透镜。另外，为了防止从激光束照射点发生的金属微粒子或等离子体造成的反射镜64的污染，在导管62上设置一对缺口部68、69，在导管62的周围设置环状的密封部件70。通过该密封部件70，在导管62内生成从一方的缺口部68向另一方的缺口部69流动的水流，以保护反射镜64镜面不受污染。作为激光束，采用水中透过性优良的Nd:YAG激光器的第二高次谐波(波长：532nm)或Nd:YVO4激光器的第二高次谐波(波长：532nm)。脉冲激光束的时间幅度分别为10ns、1ns。作为激光处理，一边变化脉冲能量和斑点直径一边进行。对于脉冲能量为10mJ以上的处理使用Nd:YAG激光器，对于脉冲能量低于10mJ的处理使用Nd:YVO4激光器。将照射点的斑点的形状设定为大致圆形，将峰值功率密度设定在50TW/m²。

为了提高轨道孔圆周方向的压缩应力，如图12所示，在包含分歧孔6的中心轴的平面内扫描束斑，用一边使位置在分歧孔6的圆周方向移动，一边多次进行该束斑的扫描的方法进行处理。激光处理在用下式(4)及式(4’)表示的区域中进行，一边变化p₃和p₄一边进行处理。图21中示出了p₃和p₄的定义和处理区(斜线部)。

距分歧孔中心的距离≤分歧孔的直径×p₃         (4)

朝分歧孔中心方向沿轨道孔内表面画线段时，该线段和轨道孔长度方向所成的角度≤p₄°                             (4’)

将相对于同一点的脉冲激光束的照射次数的平均值设定为6.9次。再有图12中只示出a侧的激光处理区域，但在实际的处理中，即使对于夹着分歧孔位于a侧的相反侧的b侧，也与a侧同样地进行激光处理。

在激光喷丸处理后，通过电解研磨除去材料。通过一边按压球状的突起一边通电，以分歧孔6的轴为中心研磨成同心圆状。通过变化突起的直径和电解研磨的时间，则如图22所示，改变电解研磨的区域的宽度(相对于分歧孔的直径d₂的倍率)p₅和除去厚度p₆。除去厚度的定义如在图14中说明的定义。另外，对包含分歧孔的中心轴、且沿着轨道孔的长度方向的断面上的满足所述式(2)及式(2’)的区域上的分歧孔的形状线的曲率的最大值Rm进行了评价。关于以上所述的本实施例中的电解研磨后的开口部形状的参数(p₁、p₂、p₅、p₆、Rm)，在通过对包含分歧孔的中心轴、且沿着轨道孔的长度方向的断面进行切断及研磨加工而得到各水准的疲劳试验都不缺的共轨后，通过用光学显微镜观察形状来求出。

将用以上的方法制作的共轨经由通过另外加工安装的固定用夹具安装在内压疲劳试验装置上，以最大喷射压力为300MPa，以15Hz实施1000万次的内压疲劳试验。在试验中，与在夹具内径侧加工的螺纹形状一致地选择堵塞夹具上部的开口端的螺栓，用3ton的最大转矩拧紧，再现实际的发动机中的使用环境。

表1中示出了疲劳试验结果。另外，表2中示出了本实施例中采用的根据本发明的化学成分范围的钢材，表3中示出了表2的各钢材的机械强度。表1的表示钢材成分的编号与表2所示的编号对应。表1中还示出了图21的m₁点上的轨道孔圆周方向的残余应力σA的测定结果。另外，关于残余应力σA，从各水准的疲劳试验都不缺的共轨上，如图18A、图18B所示，切下包含1个分歧孔的一部分24，采用X射线残余应力测定装置进行测定。在该切下加工中，以通过激光喷丸而导入的残余应力不变化的方式，在离开分歧孔6的轨道孔侧的开口部的位置切断。关于切下部分的尺寸，轨道孔长度方向的长度为40mm，此外与分歧孔的轴垂直地在包含轨道孔的轴的平面切断。X射线应力测定的光束直径为0.1mm。另外，表中TS表示25℃时的液相扩散接合接头的抗拉强度(kN/mm²)，CH表示0℃时的液相扩散接合接头的夏氏试验中的吸收能量(J)，ΔHv表示接合部的最高硬度和相距5mm的位置的硬度之差的绝对值(载荷100g的Vickers硬度试验的值)。

表3

表1的条件编号126是虽实施了激光喷丸处理，但其后没有实施研磨的以往例。条件编号106、108、111、114、116、119在激光喷丸处理后进行了研磨，但条件如以下说明那样在本发明的范围外，因此是相对于以往例没有发现有效的效果的比较例，其以外的条件为本发明例。在本发明的条件下，相对于以往例都得到了疲劳强度的提高。

条件106是因脉冲能量不足而使得通过激光喷丸处理导入压缩应力的深度小，因电解研磨后的σA减小而使疲劳强度提高效果小的例子。另一方面，在脉冲能量为1mJ以上的条件101～105中，都得到了疲劳强度提高的效果。

条件108和111由于激光处理的区域过小而使得内压疲劳试验时的负载增大的区域上的拉伸应力的降低效果不充分，是疲劳强度提高效果小的例子。另一方面，在脉冲能量条件与条件108、111相同、且p₃≥0.6、p₄≥10°的条件107、109、110中，都得到了疲劳强度提高的效果。也就是说，优选以包含用上述式(2)及式(2’)表示的区域的方式划定激光处理区域。

条件114由于电解研磨的区域过小而使得内压疲劳试验时的负载增大的区域上的应力集中系数的降低效果不充分，是疲劳强度提高效果小的例子。可知虽电解研磨过，但Rm与条件126的以往例没有大的差异。另一方面，在激光脉冲能量条件与条件114相同、p₅≥0.6的条件103、112、113中，都得到了疲劳强度提高的效果。

条件116是因为电解研磨的厚度过大、为0.4mm，因而将通过激光喷丸处理而导入压缩应力的深度除去，结果电解研磨后的σA减小，疲劳强度提高效果小的例子。

条件119是因为电解研磨的厚度过小、为0.005mm，因而使得将因照射激光而熔化并再凝固，从而应力向拉伸侧偏移的表面除去的效果不充分，而且利用电解研磨缓和应力集中的效果也不充分，因此疲劳强度提高效果小的例子。可知Rm、σA都与条件126的以往例没有大的差异。

根据本发明，通过形状变化缓和应力集中系数的效果与表面的压缩应力增大的效果一同复合作用，相对于现有技术可得到大的疲劳强度的提高。为此，由本试验的结果可知：σA的绝对值为200MPa以上、Rm≥15μm的条件是有效果的。

表4中示出了脱离本发明的化学成分范围的钢材的各成分，表5中示出了表4的各钢材的机械特性。它们不能实现钢材的液相扩散接合接头特性及接头硬度的均匀性，是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对内压疲劳的抵抗性的例子，表中示出了各钢材的成分和液相扩散接合接头的特性、及表示接头附近的硬度的均匀性的指标、ΔHv(100g)。激光喷丸处理都按表1所示的条件编号122的条件进行。

表5

51号钢是因C过多而不能获得液相扩散接合接头的韧性(接头的疲劳特性低于激光喷丸处理过的分歧孔开口部)的例子。

52号钢是因Si过多、53号钢是因Mn过多而在液相扩散接合接头中大量生成MnO-SiO₂的复合氧化物，接头韧性降低，结果接头的疲劳特性低于激光喷丸处理过的分歧孔开口部的例子。

54号钢是因Ti添加量过剩，在接头中大量生成含Ti的碳氮化物，接头韧性降低，使接头的疲劳特性低于激光喷丸处理过的分歧孔开口部的例子。

55号钢是因Al添加量过剩，在钢材及液相扩散接合接头生成粗大氧化物，特别是接合部韧性降低，使接头的疲劳特性低于激光喷丸处理过的分歧孔开口部的例子。

56号钢是因N含量过剩，结果使TLB值低于0.001，从而不能保持接合部的硬度均匀性，在接头附近产生应力集中，使接头的疲劳特性低于激光喷丸处理过的分歧孔开口部的例子。

57号钢是因B添加量不足，使TLB值低于0.001，从而不能保持接合部的硬度均匀性，在接头附近产生应力集中，使接头的疲劳特性低于激光喷丸处理过的分歧孔开口部的例子。

58号钢是因B添加量过多，在接头中生成含B的碳化物和硼化物，从而韧性降低，结果接头的疲劳特性低于激光喷丸处理过的分歧孔开口部的例子。

59号钢、60号钢、61号钢是分别因Ni、Co、Cu添加量过多，大量生成残留γ，接合接头的韧性降低，从而使接头的疲劳特性低于激光喷丸处理过的分歧孔开口部的例子。

62号钢是因W添加量过多，在接头中大量生成硼化物，韧性降低从而使接头的疲劳特性低于激光喷丸处理过的分歧孔开口部的例子。

63号钢是因V过多，在接合接头生成粗大V碳化物，韧性降低，从而使接头的疲劳特性低于激光喷丸处理过的分歧孔开口部的例子。

64号钢和65号钢是分别因Zr、Nb过多，都在接合接头大量生成各自的碳化物而使韧性降低，从而接头的疲劳特性低于激光喷丸处理过的分歧孔开口部的例子。

66～68号钢是分别因Ca、Mg、Ba的添加量过剩，生成各自的氧化物，从而使接合接头的韧性降低，结果接头的疲劳特性低于激光喷丸处理过的分歧孔开口部的例子。

69～71号钢是因Y、Ce、La的添加量过剩，生成各自的氧化物，从而使接合接头的韧性降低，结果接头的疲劳特性低于激光喷丸处理过的分歧孔开口部的例子。

72、73、74、75号钢是因As+Sn+Sb+Pb+Zn的添加量总和超过0.015％，招致晶界脆化，接头的韧性降低，从而使接头的疲劳特性低于激光喷丸处理过的分歧孔开口部的例子。

76及77号钢是只有化学成分在本发明钢的范围，但因TLB值低于0.001而不能保持接头的强度均匀性，因ΔHv(100g)的值超过100而在接头产生应力集中，从而使接头的疲劳特性低于激光喷丸处理过的分歧孔开口部的例子。

本发明能够作为一种用于在共轨等的钢材中，使流体流通的机械部件中直径极端变化的部位、或导管端部等容易发生应力集中的部分的疲劳强度得以提高的制造方法使用。

Claims (12)

1.一种共轨的制造方法，所述共轨是在柴油发动机的蓄压式燃料喷射系统中位于压送燃料轻油的泵与喷射器之间、用于蓄压轻油的导管状部件，所述共轨具备：共轨主体，其设有轨道孔和形成于包围所述轨道孔的筒壁部上的分歧孔；以及夹具，其形成有与所述分歧孔连通的连通孔；其中，所述共轨主体及所述夹具含有：

C：0.01～0.3质量％、

Si：0.01～0.5质量％、

Mn：0.01～3.0质量％、

B：0.0003～0.0l质量％、

N：0.001～0.01质量％、

Al：大于0.01％但小于等于0.5质量％、

Ti：0.01～0.05质量％的成分，且

将P限制在0.03质量％以下、

将S限制在0.01质量％以下、

将O限制在0.01质量％以下、

将As、Sn、Sb、Pb、Zn的合计含量限制在0.015质量％以下，

剩余部分包括Fe及不可避免的杂质；用式

TLB＝(B％)-[(N％)/1.3-{(Ti％)/3.4+(Al％)/4.1}×(Al％)×52](1)

表示的TLB值在0.001％以上；所述共轨的制造方法包括：

插入工序，其在所述共轨主体与所述夹具之间，插入至少含有1质量％以上B的Ni基或Fe基的嵌入金属；

液相扩散接合工序，通过在1000～1300℃的接合温度下，施加1MPa以上的应力并保持30秒以上，从而将所述共轨主体、所述嵌入金属和所述夹具进行接合；

激光喷丸处理工序，对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，使透明液体存在而照射脉冲激光束；以及

表层除去工序，除去所述开口周边部的表层，以提高所述开口周边部的疲劳强度。

2.根据权利要求1所述的共轨的制造方法，其特征在于，所述共轨主体及所述夹具中的至少一方还含有：

Ni：0.01～2.0质量％、

Co：0.01～1.0质量％、

Cu：0.01～1.0质量％、

W：0.01～2.0质量％中的1种以上。

3.根据权利要求1所述的共轨的制造方法，其特征在于，所述共轨主体及所述夹具中的至少一方还含有：

Zr：0.001～0.05质量％、

Nb：0.001～0.05质量％、

V：0.001～0.5质量％中的1种以上。

4.根据权利要求1所述的共轨的制造方法，其特征在于，所述共轨主体及所述夹具中的至少一方还含有硫化物形态控制元素及稀土类元素中的一种以上，

所述硫化物形态控制元素为：

Ca：0.0005～0.005质量％、

Mg：0.0005～0.005质量％、

Ba：0.0005～0.005质量％中的任一种，

所述稀土类元素为：

Y：0.001～0.05质量％、

Ce：0.001～0.05质量％、

La：0.001～0.05质量％中的任一种。

5.根据权利要求1～4中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的表层的除去通过电解研磨或流体研磨来进行。

6.根据权利要求1～4中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。

7.根据权利要求1～4中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是在所述轨道孔的内表面，包含满足下式(2)及下式(2’)的区域，

距分歧孔中心的距离≤分歧孔的直径×0.6(2)

朝分歧孔中心方向沿轨道孔内表面画线段时的该线段和轨道孔长度方向所成的角度≤10°(2’)

除去的表层厚度在满足上式(2)及上式(2’)的区域中为0.01mm～0.3mm。

8.根据权利要求1～4中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，使得在包含所述分歧孔的中心轴且沿着所述轨道孔的长度方向的断面中，所述分歧孔的所述开口部周边部的形状线的曲率半径在满足下式(3)的区域的各点为15μm以上；

分歧孔直径×0.5≤距分歧孔中心的距离≤分歧孔直径×0.6(3)。

9.根据权利要求1～4中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。

10.根据权利要求9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下式(2)及下式(2’)的区域，

距分歧孔中心的距离≤分歧孔的直径×0.6(2)

朝分歧孔中心方向沿轨道孔内表面画线段时的该线段和轨道孔长度方向所成的角度≤10°(2’)。

11.根据权利要求1～4中的任一项所述的共轨的制造方法，其特征在于：所述激光喷丸处理中所用的所述透明液体为醇类、或加入防锈剂的水。

12.一种共轨，其是在柴油发动机的蓄压式燃料喷射系统中位于压送燃料轻油的泵与喷射器之间、用于蓄压轻油的导管状部件，所述共轨具备：共轨主体，其设有轨道孔和形成于包围所述轨道孔的筒壁部上的分歧孔；以及夹具，其形成有与所述分歧孔连通的连通孔；其中，所述共轨主体及所述夹具含有：

C：0.01～0.3质量％、

Si：0.01～0.5质量％、

Mn：0.01～3.0质量％、

B：0.0003～0.01质量％、

N：0.001～0.01质量％、

Al：大于0.01％但小于等于0.5质量％、

Ti：0.01～0.05质量％的成分，且

将P限制在0.03质量％以下、

将S限制在0.01质量％以下、

将O限制在0.01质量％以下、

将As、Sn、Sb、Pb、Zn的合计含量限制在0.015质量％以下，

剩余部分包括Fe及不可避免的杂质；用式

TLB＝(B％)-[(N％)/1.3-{(Ti％)/3.4+(Al％)/4.1}×(Al％)×52](1)表示的TLB值在0.001％以上；

所述开口周边部的形状是，在含有所述分歧孔的中心轴且沿着所述轨道孔的长度方向的断面中，所述分歧孔的所述开口部周边部的形状线的曲率半径在满足下式(3)的区域的各点为15μm以上；

分歧孔直径×0.5≤距分歧孔中心的距离≤分歧孔直径×0.6(3)

且所述断面的与轨道孔的长度方向垂直的压缩应力值为-200MPa以上。

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