CN105556110B - 钢制的燃料压送配管 - Google Patents

Abstract

本发明提供：具有对于腐蚀性燃料的高的抗性，同时保持追随性且可进行镀敷后加工的高品质的钢制的燃料压送配管。该钢制的燃料压送配管的特征在于，在钢制母材钢管的内表面形成Ni镀敷层，且该Ni镀敷层全部由母材和Ni的相互扩散层、以及在扩散层的最表面形成的仅Ni的非相互扩散层构成，且所述非相互扩散层的层厚为3μm以上，所述相互扩散层和非相互扩散层的合计层厚为10μm以上25μm以下。

Description

钢制的燃料压送配管

技术领域

本发明涉及向发动机供给直喷式汽油发动机系统或柴油发动机系统的燃料的配管，尤其是涉及对于低劣的包含腐蚀成分的燃料具有抗性的配管。

背景技术

近年来，以提高燃料消耗率而降低环境负荷为目的推进开发的直喷式汽油发动机系统中，对于从燃料箱经由泵向汽油发动机的直喷轨道供给燃料(汽油)的配管，要求比原有的各气缸进气口式喷射发动机更具有高耐压性、高气密性(参照专利文献1)。还有，在柴油发动机系统中，在具有从共用的燃料供给通道分支的高压燃料配管上结合有每个气缸的喷射器的构成的燃料喷射装置中，对高压燃料配管要求具有高耐压性和高气密性(参照专利文献2)。另外，对于使用源于生物的乙醇燃料为代表的大量含有腐蚀性成分的燃料(以下，称为“腐蚀性燃料”)的内燃机，也要求具有耐腐蚀性的配管。

在上述的直喷式汽油发动机系统、柴油发动机系统中使用的燃料的压送配管中，作为具有上述的耐压性、气密性及耐腐蚀性等诸性能的规格，最多采用的是对不锈钢系的材料实施各种塑性加工(管端成形加工、弯曲加工等)或接合加工(钎焊加工等)做成制品的配管。

另一方面，在原有的各气缸进气口喷射发动机中，提出了采用比上述不锈钢系配管更廉价的低碳钢等的钢制系配管的燃料压送配管(参照专利文献3)。该钢制的燃料压送配管特别是为了得到对腐蚀性燃料的高的抗性，是实施对腐蚀性燃料的抗性优异的内表面处理及/或外表面处理，在钢制配管内表面形成Ni镀敷层，另外，在上述Ni镀敷层上设有包含Zn镀敷层或Zn基合金镀敷层的防锈被膜层的配管，还有在该钢制配管的外表面形成Zn镀敷层或Zn基合金镀敷层的配管等。

专利文献1:特开2006-152852号公报

专利文献2:特开2002-54354号公报

专利文献3:特开2012-26357号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在实施了现有的上述塑性加工或接合加工的不锈钢配管中，有可能出现塑性加工时的应力腐蚀裂纹(SCC)、接合加工时的热影响导致的晶界腐蚀或敏锐化(产生SCC的危险度的上升)、机械性质(强度)下降等。另一方面，为钢制系配管时，考虑通过实施比母材的钢铁电性优异的Ni系、Cr系等保护镀敷层，附加障壁功能，但为了完全消除会成为腐蚀的起点的针孔等缺陷，需要实施相当量的膜厚/层厚(数十μm水平)、或将多层被膜复层化/合金化，因此成为高成本，还有，考虑通过实施比母材的钢铁电性差的Zn系、Al系等牺牲镀敷层而附加牺牲防蚀性，但由于具有牺牲防蚀性，在腐蚀性燃料中，作为防锈成分的Zn或Al往往会作为离子溶出。这些溶出离子有可能给内燃机各部位带来各种弊端等。

另外，为了得到对腐蚀性燃料的高的抗性而实施了对腐蚀性燃料的抗性优异的内表面处理及/或外表面处理的钢制的燃料压送配管的情况，例如，通过在管内表面形成希望层厚的Ni镀敷层，使管外表面的Zn镀敷仅附着在管内表面的一部分，在将防锈成分的Zn的溶出抑制至极限之后，用Zn镀敷的牺牲防蚀性补偿管内的耐腐蚀性，在采取如上手段的情况下，存在当Zn镀敷全部溶出时，会丧失牺牲防蚀性这样的问题。还有，在Ni镀敷层使用无电解NiP镀敷的情况下，一般NiP镀敷为硬的被膜，所以因镀敷后的加工，有可能产生被膜裂纹。因此，加工成制品形状后，必须进行无电解NiP镀敷，不可避免高成本。

另外，作为耐腐蚀性以及镀敷附着性优异的钢带(包含钢板)，提出了一种将Ni镀敷层的一部分或全部形成Fe-Ni扩散层，且使表层的Fe露出率为30％以下的高耐腐蚀性Ni镀敷钢带(特开平6-2104号公报)，但在规定了内面的清洁度的燃料压送配管中，对于红锈，处于更加严格的管理下，所以不能说该高耐腐蚀性Ni镀敷钢带作为本申请发明的改善对象的燃料压送配管的材料是充分的。

本发明是鉴于上述现有技术的问题点而开发的，提供一种在向发动机供给直喷式汽油发动机系统或柴油发动机系统的燃料的配管中，具有对腐蚀性燃料的高的抗性，并且具有追随性，可进行镀敷后的加工的高品质的钢制的燃料压送配管。

用于解决课题的手段

本发明提供钢制的燃料压送配管，其从高压泵向直喷轨道压送直喷式汽油发动机系统、柴油发动机系统的燃料，其特征在于，该钢制燃料压送配管在钢制母材钢管的内表面利用电镀敷和热处理形成有Ni镀敷层，该Ni镀敷层由母材和Ni的相互扩散层(以下，为了方便说明而称为“扩散层”)、以及在所述相互扩散层的最表面形成的仅Ni的非相互扩散层(以下，为了方便说明而称为“非扩散层”)构成，且所述非扩散层的层厚为3μm以上，所述扩散层和非扩散层的合计层厚为10μm～25μm。另外，优选的方式为所述相互扩散层和非相互扩散层构成的Ni镀敷层被实施至连接头部的末端密封部位。

发明效果

本发明在管内表面、即燃料流路区域中，通过设置由母材和Ni的扩散层、以及在扩散层的最表面形成的仅Ni的非扩散层构成，且上述非扩散层的层厚为3μm以上、上述扩散层和非扩散层的合计层厚为10μm以上25μm以下的Ni镀敷层，由此得到在管内表面所有的区域对腐蚀性燃料的防蚀性更优异的燃料压送配管，并且起到直喷式汽油发动机系统、柴油发动机系统的可靠性大幅度提高的优异的效果。

附图说明

图1是表示本发明的燃料压送配管的一实施方式的要部剖视图；

图2是放大表示图1所示的燃料压送配管的要部的剖视图；

图3是放大表示图1所示的燃料压送配管的Ni镀敷层的示意性剖视图。

具体实施方式

图1例示了本发明的燃料压送配管的连接构造，构造如下：具有形成了轴心具有流路1-2并且在其前端具有前细大致圆锥形状且圆弧状的座面1-4的挤压座面1-3的连接头部1-1的燃料压送配管1与具有形成了以圆锥形状向外方开口的承压座面2-2的贯通孔2-1，外周面形成有外螺纹2-3的筒状的配合零件2的上述承压座面2-2连接，通过设置于上述配合零件2的外螺纹、和事先装入燃料压送配管1的盖形螺母3的螺合，由此通过在燃料压送配管1的连接头部1-1主体的挤压而联接。

作为本发明的燃料压送配管1的配管母材使用的钢制系配管优选使用可以期待起到对腐蚀性燃料更有效的作用效果的适当的高耐久性的无缝管。还有，其末端部的连接头部1-1例如，因通过压弯加工而成形，可以省略用于接合加工的焊接工序。因此，没有现有的不锈钢系配管可见的塑性加工时的应力腐蚀裂纹(SCC)，可以防止接合加工时的热影响导致的粒界腐蚀或敏化(SCC的发生危险度的上升)，机械性质(强度)降低。

上述燃料压送配管1的管内表面，即，于包含该配管的末端密封部位(支座面1-4等)的燃料流路区域设置的Ni镀敷层4，其剖面如图3所示，由配管母材(Fe)11和Ni的扩散层(Fe-Ni)4a、以及在该扩散层4a的最表面形成的仅Ni的非扩散层4b构成，非扩散层的层厚为3μm以上，扩散层4a和非扩散层4b的合计层厚为10μm以上25μm以下。在此，限定了在扩散层4a的最表面形成的仅Ni的非扩散层4b的层厚为3μm以上，且上述扩散层4a和非扩散层4b的合计层厚为10μm以上25μm以下是因为通过热处理去除Ni镀敷的应力而对于加工部具有追随性，且充分保持对来自腐蚀性燃料的对配管母材的腐蚀攻击的障壁功能。另外，当扩散层4a和非扩散层4b的合计层厚超过25μm时，有可能不仅得不到与制造成本的上升平衡的效果、而且由于该管材的内径尺寸缩小而偏离高压燃料配管的尺寸公差。

本发明中，如上所述，在燃料压送配管1的管内表面通过设置由配管母材11和Ni的扩散层4a、以及在上述扩散层4a的最表面形成的仅Ni的非扩散层4b构成，且上述非扩散层4b的层厚为3μm以上，上述扩散层4a和非扩散层4b的合计层厚为10μm以上25μm以下的Ni镀敷层，例如，即使实施于管外表面的Zn镀敷附着于管内表面的一部分的燃料配管的Zn镀敷因腐蚀性燃料而全部溶出，也可保持耐腐蚀性。还有，配管母材和Ni的扩散层4a因配管母材和Ni的相互扩散而保持牢固的锚固效应，另一方面，非扩散层4b因通过热处理去除了应力，延展性提高且具有追随性，所以在末端加工或弯曲加工等加工部也不会产生被膜裂纹。再有，通过在包含配管的末端密封部位的位置实施具有由该扩散层4a和非扩散层4b构成的规定层厚的Ni镀敷层，即使不实施Zn镀敷，该燃料压送配管也可以保持对腐蚀性燃料的耐腐蚀性。

实施例

以下，基于实施例更具体地说明本发明。但是，本发明不因下述实施例而受限制，在不脱离宗旨的范围内进行变更和实施的情况，全部包含于本发明的技术范围内。

实施例中，对于实施于配管内面的Ni镀敷层(防锈被膜层)显示的效果，进行对腐蚀性燃料的腐蚀性试验，通过目视以及显微镜观察，判定腐蚀状况(耐腐蚀性)。

[实施例1～9]

在配管母材上，使用外径8mm、内径5mm的钢制管材(供试品No.1～9)，通过通常方法的电镀敷和热处理，在各管内表面形成由层厚0.6～19.6μm的扩散层和层厚3.1～20.6μm的非扩散层构成的Ni镀敷层(层厚10μm以上25μm以下)。

将按照下述要领进行本实施例的钢制管材的由扩散层和非扩散层构成的Ni镀敷层的层厚的测定、腐蚀性试验及追随性试验(弯曲加工试验)的结果示于表1。

·Ni镀敷层的层厚的测定：

由扩散层和非扩散层构成的Ni镀敷层的层厚使用扫描电子显微镜(JEOL制：6510LA)及能量分散型X射线分析装置(JEOL制：JED-2300)通过线性分析进行测定。

·腐蚀性试验：

在内面整体实施了Ni镀敷的各钢制管材内封入腐蚀性燃料(20％乙醇混合燃料(汽油)(含有机酸(蚁酸及醋酸)500ppm、水分5％、氯10ppm)，确认在温度120℃放置1000小时时的管内的腐蚀状况。腐蚀评价是用目视及实态显微镜确认并判定红锈的有无。

·追随性试验：

将内面整体实施了Ni镀敷的各钢制管材实施以R15弯曲加工成U字形后，使用扫描显微镜，观察该弯曲加工部的镀敷被膜的被膜裂纹状况。

[比较例1～4]

使用与实施例1～9相同的外径8mm、内径5mm的钢制管材，通过通常方法的电镀敷和热处理，在各管内表面形成由层厚1.0～22.0μm的扩散层和层厚1.9～6.0μm的非扩散层构成的Ni镀敷层。另外，Ni镀敷层的层厚的测定通过与上述实施例1～9相同的方法进行了测定。

将通过与实施例1～9同样的方法进行本比较例的钢制管材的由扩散层和非扩散层构成的Ni镀敷层的腐蚀性试验及追随性试验(弯曲加工试验)结果一并示于表1。

[现有例1]

使用与实施例1～9相同的外径8mm、内径5mm的钢制管材，通过通常方法的电镀敷，在管内表面仅形成层厚7.0μm的非扩散层(无扩散层)，将按照与实施例1～9同样的方法进行腐蚀性试验及追随性试验(弯曲加工试验)的结果一并示于表1。另外，Ni镀敷层的层厚的测定通过与上述实施例1～9相同的方法进行了测定。

[现有例2]

使用与实施例1～9相同的外径8mm、内径5mm的钢制管材，通过通常方法的电镀敷及热处理，在管内表面仅形成层厚7.5μm的扩散层(无非扩散层)，将按照通过与实施例1～9同样的方法进行腐蚀性试验及追随性试验(弯曲加工试验)的结果一并示于表1。另外，Ni镀敷层的层厚的测定，通过与上述实施例1～9相同的方法进行了测定。

[现有例3]

将与实施例1～9相同的外径8mm、内径5mm的不锈钢制管材(SUS304制)的腐蚀性试验及追随性试验(弯曲加工试验)的结果一并示于表1。

[现有例4]

使用与实施例1～9相同的外径8mm、内径5mm的钢制管材，通过无电解NiP镀敷，在管内表面形成层厚4.6μm的非扩散层，通过Zn镀敷对该管内末端的一部分进行镀膜，将进行腐蚀性试验及追随性试验(弯曲加工试验)的结果一并示于表1。

可以根据表1的结果，如以下那样进行考察。

(1)、在管内表面，由母材和Ni的扩散层与在扩散层的最表面形成的仅Ni的非扩散层构成，且非扩散层的层厚为3μm以上，上述非扩散层和扩散层的合计层厚为10μm以上25μm以下的Ni镀敷层的实施例1～9的本发明的钢制管材，都可通过热处理去除Ni镀敷的应力，由此对于加工部也发现追随性，因非扩散层为3μm以上，且非扩散层和扩散层的合计为10μm以上存在，由此充分保持了对腐蚀性燃料的防锈力，由此非加工部及加工部均未发现红锈的产生，追随性及耐腐蚀性优异。

(2)、非扩散层的层厚偏离本发明的规定值的比较例1(层厚2.1μm)的管材，追随性没有问题，但如从腐蚀性试验的结果可知，因被膜是薄膜，与本发明的实施例1～9相比，耐腐蚀性较差，因此，难以采用其作为燃料压送配管。

(3)、Ni的非扩散层和扩散层的合计层厚偏离本发明的规定值的比较例2(合计层厚28.0μm)的管材，对于加工部，也发现有追随性，且充分保持了对腐蚀性燃料的防锈力，所以非加工部及加工部均未发现红锈的产生，但Ni的非扩散层和扩散层的合计层厚超过规定层厚25μm时，如上所述，该管材的内径尺寸缩小，所以在该情况下，也难以采用其作为燃料压送配管。

(4)、非扩散层的层厚偏离本发明的规定值的比较例3(层厚1.9μm)的管材，与比较例1同样，在追随性上没问题，但如从腐蚀性试验的结果可知，因被膜是薄膜，所以与本发明的实施例1～9相比，耐腐蚀性差，因此，难以采用其作为燃料压送配管。

(5)、Ni的非扩散层和扩散层的合计层厚偏离本发明的规定值的比较例4(合计层厚5.5μm)的管材，在追随性上没问题，但如从腐蚀性试验的结果可知，被膜是薄膜，因此与本发明的实施例1～9相比，耐腐蚀性差，因此，难以采用其作为燃料压送配管。

(6)、现有例1中，由于未进行热处理，因此未发现扩散层，在追随性试验中因不能去除Ni镀敷的应力，所以在加工部确认有被膜的裂纹，还有，在腐蚀性试验中，在确认有被膜的裂纹的加工部确认了红锈的产生，因此比本发明的表面处理管材在品质上为差。

(7)、现有例2中，通过热处理可以去除Ni镀敷的应力，所以在镀敷后的加工中未发现被膜的裂纹，但由于Fe扩散至表层且不存在非扩散层，所以在腐蚀性试验中，发现以表层露出的Fe为起点产生红锈，所以比本发明的表面处理管材在品质上为差。

(8)、在母材管材使用不锈钢的现有例3中，在腐蚀性试验中，加工部、非加工部均发现红锈的产生，作为燃料压送配管在品质上不能说充分。

(9)、现有例4的情况，已知无电解NiP镀敷一般无追随性，所以关于先对该管材进行加工后实施无电解NiP镀敷的管材，进行了腐蚀性试验。因此，未发现加工造成的镀敷的裂纹，在腐蚀性试验中也未确认红锈产生。但是，明显发现了白锈(Zn镀敷的腐蚀)产生。认为这是因为无电解NiP镀敷的情况下，为了完全不产生针孔等缺陷，需要数十μm水平的层厚(膜厚)，但在现有例4中，虽然层厚为4.6μm时是薄膜，但通过仅在管内表面的一部分附着Zn镀敷，用Zn镀敷的牺牲防蚀性补偿了管内的耐腐蚀性。另外，该现有例4为了在弯曲加工后对该弯曲部实施镀敷处理，未实施弯曲部的追随性试验及腐蚀性试验。

[表1]

追随性试验结果○：无被膜裂纹、×：有被膜裂纹

腐蚀性实验结果○：无红锈产生、△：有少量红绣产生、×：有红锈产生

[实施例10]

为了调查在图1、图2所示的燃料压送配管的管内表面，特别是该配管的末端密封部位实施的防锈被膜层显示的效果，使用具有与图1、图2所示的管材同样的连接头部的外径8mm、内径5mm的钢制管材，通过通常方法的电镀敷和热处理，形成由层厚7.3μm的非扩散层和层厚7.5μm的扩散层构成的Ni镀敷层(合计层厚14.8μm)。此时，使层厚7.3μm的非扩散层和层厚7.5μm的扩散层存在的Ni镀敷层附着至密封部位，通过Ni镀敷将整个燃料流路区域被覆。对于该钢制管材，将按照与上述实施例1～9同样的要领进行的腐蚀性试验的结果示于表2。

从表2所示的腐蚀性试验的结果可知，在本实施例中也未发现红锈的产生。

[比较例5]

对于使用与实施例10相同的钢制管材，至除了末端密封部位的内面末端部被覆由层厚6.9μm的非扩散层和层厚7.6μm的扩散层构成的Ni镀敷层(合计层厚14.5μm)的配管，将按照与上述实施例1～9同样的要领进行的腐蚀性试验的结果一并示于表2。

本比较例中，至末端密封部位未附着由层厚6.9μm的非扩散层和层厚7.6μm的扩散层构成的Ni镀敷层，仅被覆至内面末端部，因此虽然在腐蚀性试验中实施了Ni镀敷层的位置未发现红锈的产生，但是在未实施Ni镀敷层的末端密封部位确认了红锈的产生。

[表2]

○：无红锈产生、×：有红锈产生

符号说明

1 燃料压送配管

1-1 连接头部

1-2 流路

1-3 挤压座面

1-4 座面

2 配合零件

2-1 贯通孔

2-2 承压座面

2-3 外螺纹

3 盖形螺母

4 Ni镀敷层

4a 扩散层

4b 非扩散层

11 配管母材

Claims (2)

1.钢制的燃料压送配管，其特征在于，在钢制母材钢管的内表面利用电镀敷和热处理形成Ni镀敷层，该Ni镀敷层由母材和Ni的相互扩散层、以及在所述相互扩散层的最表面形成的仅Ni的非相互扩散层构成，且所述非相互扩散层的层厚为3μm以上，所述相互扩散层和非相互扩散层的合计层厚为10～25μm。

2.根据权利要求1所述的钢制的燃料压送配管，其特征在于，所述相互扩散层和非相互扩散层构成的Ni镀敷层被实施至连接头部的末端密封部位。