CN1225614C - 由不锈钢制成的供燃料管 - Google Patents

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Abstract

一种由耐腐蚀的奥氏体或铁素体不锈钢的焊接管制成的供燃料管，其具有高尺寸精确度的燃料供应开口。所述奥氏体不锈钢的硬度为180HV或更小，加工硬化系数(n-值)为0.49或更小。铁素体不锈钢的Lankford值(r-值)为1.2或更大，单轴拉伸试验测得的伸长率为30%或更大。

Description

由不锈钢制成的供燃料管
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的供燃料管，它是由无裂缝的扩展不锈钢管制成的，从而保持燃料长时间不会扩散。
发明背景
用于机动车的供燃料管一直采用焊接钢管制造，在其末端形成燃料供应开口。燃料供应开口是通过用冲孔压制或扩展方法而扩大焊接钢管的末端形成的，但钢管经常会在形成的部件裂缝。在此情形下，强烈要求提供具有优异成形性的焊接钢管。
供燃料管安装于机动车上，以与燃料箱偶联的状态存在。如果供燃料管的密封性差的话，蒸发的汽油将会扩散至大气中。为保持清洁的大气环境，应当避免汽油的扩散，但当使用采用合成树脂制成的常规供燃料管时这种扩散难以抑制。另一种类型的供燃料管是用普通钢管扩展其末端制成的，用铬层涂敷，再用漆膜涂敷，当其暴露于如有盐分的区域的腐蚀性气氛时，这种供燃料管并非总能防止腐蚀发生。供燃料管暴露于含有有机酸如变性汽油或醇性燃料的腐蚀性气氛时，腐蚀也会发生于供燃料管的内部，并且会造成在末端的点蚀和开孔。结果，供燃料管会急剧失去其密封性。
为了克服这些缺陷，已广泛研究了如何应用不锈钢即代表性的耐腐蚀性材料于供燃料管，并且检测长期密封性的保持情况。不锈钢具有优异的耐腐蚀性，不必进行电镀或油漆，但与普通钢相比，其较硬且易于加工硬化。由于材料的特性，不锈钢管难于形成预定的形状而不在其扩展部件产生裂缝。
此外，当采用小直径的扩展钢管制备供燃料管时，有时会将此种供燃料管用于机动车的轻型化。但是，不论钢板的尺寸如何，燃料供应开口尺寸是不可变化的，其内径大约为50mm。在此情形下，由于钢管必须在其末端形成大扩展比，强烈要求钢材具有优异的成形性。
然而，目前还未开发出具有足够形成产品形状的优异可扩展性的以及必要的耐腐蚀性的不锈钢管。
发明概述
本发明旨在提供一种不锈钢供燃料管，其具有优异的耐腐蚀性并具有高尺寸精确度的燃料供应开口，所述开口是基于硬度和加工硬化性通过选择一种奥氏体不锈钢，或者基于兰克福特(Lankford)值(r-值)选择一种铁素体不锈钢形成的。
在奥氏体类型的供燃料管中，选择奥氏体不锈钢管，其硬度为180HV或更低，加工硬化系数(n-值)为0.49或更小，并将其加工成管。
在铁素体类型的供燃料管中，选择用单轴拉伸试验得到的伸长率为30％或更大且Lankford值为1.2或更大的铁素体不锈钢管，并将其加工成管。
附图简述
图1是显示当钢管的一端通过多段加工而成形为燃料供应开口形状时在每一成形步骤中扩展部件的硬度的曲线图。
图2为显示在每一成形步骤中沿轴向施加于钢管上的负载变化的曲线图。
发明详述
由于不锈钢比普通钢更硬，为扩展不锈钢的焊接管必须施以更大的负载，随着扩展比增加，不锈钢管常常会变弯曲。随着在多段成形步骤中的深入，由于不锈钢管易于加工变硬，成形负载变得越来越大。虽然不锈钢管的弯曲可通过增加成形步骤的数量以及每一步较小的扩展率来避免，但成形步骤的增加使生产过程复杂化，并增加了生产成本。进而，当成形的不锈钢管加工硬化至约500HV以上时，将很难再进行塑性变形，在随后的成形步骤中易于在扩展的末端发生裂缝。特别是，由于铁素体不锈管的伸长率及Lankford值均低于普通钢管，从而铁素体不锈钢管经常会在其扩展的末端裂缝。
本发明的发明人研究了用作供燃料管材料的不锈钢板在扩展时的物理性质的影响。
奥氏体不锈钢与普通钢相比是一种易于硬化的材料，这是由于通过塑性变形引起基体向应变致马氏体变化。即使其在初始时是软的，但其加工硬化状态要求在随后的加工步骤中具有更大的成形负载，并且，由于增加成形负载而造成经常性的裂缝和弯曲。源于生成应变引起的马氏体的奥氏体不锈钢管板的硬化趋势是由其加工硬化系数(n-值)表示的。
初始硬度高是指难于形成焊接管，并要求大的成形负载。此时，扩展率不可避免地应确定为很低的值以抑制不锈钢管的弯曲或其随冲压的烧结。由于随初始硬度的增加，不锈钢管通常具有较差的延展性，其易于在成形过程中破裂。
考虑到这一点，本发明的发明人研究了原料的硬度和加工硬化系数(n-值)，以找寻适于扩展成形成供燃料管的不锈钢板，并且发现，硬度值为180HV或更低，且加工硬化系数(n-值)为0.49或更小的奥氏体不锈钢板适用作为生产供燃料管的原料，其具有相对少数量的成形步骤以及在每一步骤中较小的成形负载。加工硬化系数(n-值)是通过如下的拉伸试验测量的：将不锈钢板沿轧制方向取样，并成形成由JIS Z2201所规定的试验片#13B并拉伸。由试验结果绘制真实的拉伸应变与伸长的对数值的曲线图，计算作为加工硬化系数(n-值)曲线的梯度。当n-值较大时，不锈钢被认为是易于加工硬化的材料。
另一方面，由于具有高Cr含量，铁素体不锈钢与普通钢相比较硬，具有较低的伸长率。但是，在管子沿周长方向施加拉伸应力，以及沿轴向施加压缩应力而扩展时，由于不锈钢的延展性较差，不可能预期改善扩展性。
Landford值(r-值)用作评价厚度减少很小的沿轴向方向金属流动的指数。本发明的发明人研究了各种铁素体不锈钢板以良好地成形成产品形状，结果发现，伸长为30％或更高，其Lankford值(r-值)为1.2或更大的铁素体不锈钢板是成形成在其末端具有燃料供应开口的预定形状的最佳材料，不会发生破裂或其它缺陷。Lankford值(r-值)通过如下的拉伸试验测量：将不锈钢板沿轧制方向取样，并成形成由JIS Z2201所规定的试验板#13B并在20mm/分钟下拉伸。在施以15％的应变后，测量试验钢板的厚度和宽度，Lankford值(r-值)这样计算：宽度减少率的自然对数值除以厚度减少率的自然对数值。进而，将试验板继续拉伸直到断裂，断裂部件对接在一起以测量预定标记间的伸长。测量的伸长被认为是断裂伸长。
当硬度为180HV或更小且加工硬化系数(n-值)为0.49或更小的奥氏体不锈钢板用作供燃料管的材料时，其可高扩展性地成形。因此，焊接钢管即使尺寸较小，也可扩展而产生具有预定尺寸的燃料供应开口的产品形状。当伸长率为30％或更大且Lankford值(r-值)为1.2或更大的铁素体不锈钢板用作供燃料管的材料时，也可扩展而产生具有预定尺寸的燃料供应开口的产品形状。通过确定不锈钢板至预定宽度，将成形所确定尺寸的钢板成形成圆柱形，以及进行电弧焊、激光焊或电阻焊将钢板两片焊在一起，而可由任一种不锈钢板生产焊接管。无缝管也扩展成在其一端具有燃料供应开口的供燃料管，只要其硬度和加工硬化系数(n-值)分别低于180HV和0.49。
本发明的其它特征从下述实施例结合附图将更为明显，当然实施例并非对本发明范围的限制。
实施例1
由表1所示的几种不锈钢板生产外径为25.4mm，厚度为0.5mm，长度为350mm的焊接管。通过重复扩展每一焊接管的一端而形成外径为51.4mm的扩展部件，以研究硬度和加工硬化系数(n-值)对焊接管成形性的影响。
焊接管L易于在扩展过程中弯曲，因为其较硬(185HV)，且其加工硬化系数为0.52。其成形方法必须分成具有小扩展率的许多步骤，但扩展部件的外径至多为42.4mm。另一个铁素体不锈钢的焊接管M以较大的厚度减小率成形，因为其具有较差的延展性，伸长为28％，Lankford值为1.16。因此，其无裂缝的扩展率至多达到42.4mm。
另一方面，采用控制硬度和加工硬化系数的奥氏体不锈钢制成的焊接管则在其一端可扩展至外径为51.4mm(即足够的内径用于燃料供应开口)。特别是，包含Cu的Cr-Ni奥氏体不锈钢的焊接管可在五步内成形成所需的外径，并且成形成53.0mm的外径，且无裂缝。采用控制硬度和Lankford值的铁素体不锈钢制成的焊接管也可成形成外径51.4mm且无裂缝。
表1：实施例1采用的不锈钢的性质
           注                                               本发明实施例      比较例
  焊接管种类   A   B  C   D   E  F  G  H  I   J   K   L  M
合金元素(质量％)   C   0.06   0.02  0.05   0.01   0.01  0.03  0.03  0.01  0.02   0.01   0.01   0.06  0.01
  Si   0.6   0.4  0.6   0.3   0.3  0.3  0.4  0.2  0.56   0.04   0.2   2.5  0.2
  Mn   1.3   1.4  1.0   1.6   1.5  1.4  0.3  0.2  0.2   0.2   0.2   0.8  0.2
  Ni   8.5   9.1  10.1   7.9   12.0  4.67  -  -   -   -   -   9.4  -
  Cr   18.2   18.7  17.0   16.9   17.1  16.8  16.5  18.0   19.2   18.9   22.1   17.8  30.2
  Cu   -   -  -   3.2   2.0  3.82  -  -   0.5   0.5   -   -  -
  Mo   -   -  2.1   -   -  -  -  1.0   -   -   1.2   -  2.1
  Ti   -   -  -   -   -  -  0.3  0.3   -   -   0.2   -  0.2
  Nb   -   -  -   -   -  -  -  -   0.5   0.5   0.2   -  0.2
  机械性质   0.2％屈服强度(N/mm2) 284 270 314 188 176 241 285 270 360 274 343 285 431
  拉伸强度(N/mm2) 659 570 578 479 476 529 480 440 530 444 510 710 568
  伸长率(％)   60  60  55   61   55  54  32  34   31   34   30   64  28
  硬度HV   160  154  156   119   109  127  154  144   177   139   166   185  192
  n-值   0.49  0.48  0.49   0.41   0.38  0.43  0.23  0.22   0.20   0.21   0.18   0.52  0.23
  r-值   -  -  -   -   -  -  1.8  1.25   1.76   1.84   1.31   -  1.16
表2：在每一步骤中裂缝的情况和厚度减少率
           注                              本发明实施例       比较例
          焊接管种类 A  B  C  D  E  F  G  H  I  J  K  L  M
成形步骤 成形部分的外径 评价
第1 30.0mm (1) -  -  -  -  -  -  -  -  -  -  -  ○  -
(2)
第2 31.2mm (1) ○  ○  ○  -  -  -  ○  -  ○  -  ○  ○  ○
(2)
第3 33.4mm (1) ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○
(2) 10.4  10.2  10.6  8.0  7.2  8.5  5.7  5.3  6.2  5.1  7.9  11.1  8.7
第4 36.5mm (1) ○  ○  ○  -  -  -  -  -  -  -  -  ○  -
(2)
第5 40.0mm (1) ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○
(2)
第6 42.4mm (1) ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○
(2) 18.2  17.5  17.8  13.7  12.0  14.2  11.9  11.7  12.0  11.2  13.2  21.2  18.7
第7 44.0mm (1) ○  ○  ○  -  -  -  -   -  -  -  -  ×  ×
(2)
第8 48.5mm (1) ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○
(2)
第9 51.4mm (1) ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○
(2) 24.2  23.2  23.7  19.1  18.1  18.7  20.3  19.8  20.6  19.9  21.5
第10 53.0mm (1) ×  ×  ×  ○  ○  ○  ×  ×  ×  ×  ×
(2)
评价(1)：无裂缝(○)或有裂缝(×)                                                                       评价(2)：厚度减小率(％)
在每一成形步骤测量每一焊接管的扩展部件的截面硬度，从而研究在成形步骤中厚度的变化情况。结果如图1所示。应当注意，当其末端的外径扩展至42.4mm时，焊接管L过度硬化至高达550HV。
另一方面，焊接管A和D则分别轻微硬化至460HV和315HV，虽然它们是由相同类型的奥氏体不锈钢制成。这些结果证明，焊接管A和D的奥氏体不锈钢是很难加工硬化的材料。另一种铁素体不锈钢的焊接管J在扩展状态下相比于奥氏体不锈钢更软一些，因为其加工硬化系数低至0.21。
进而，外径25.4mm，厚度1.0mm及长度350mm的高频焊接管如表3所示在三个步骤中其末端扩展至外径52.4mm。具有本发明控制的硬度和加工硬化系数的焊接管可扩展至外径52.4mm，且没有裂缝或弯曲。厚度减小率可小至足够用作具有良好性能的燃料供应开口。但是，焊接管L和M在第三步骤期间其末端破裂。
表3：在每一步骤裂缝的情况和厚度减小率
       注                                          本发明实施例      比较例
       焊接管种类 A B C D E F G H I J K L M
成形步骤  成形部分的外径 评价
第1 34.4mm (1) ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○
(2) 10.6  10.4  11.0  9.0  8.1  9.4  7.8  7.5  8.1  7.4  8.5  12.1  9.5
第2 43.4mm (1) ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○
(2) 18.8  18.2  18.5  15.8  13.9  16.2  14.0  13.9  14.1  13.2  15.6  22.3  19.8
第3 52.4mm (1) ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ○  ×  ×
(2) 25.1  24.1  24.3  20.5  19.8  21.1  21.5  20.3  21.9  20.1  22.3
评价(1)：无裂缝(○)或有裂缝(×)                                                                      评价(2)：厚度减小率(％)
进而，测量在每一成形步骤中沿轴向每一焊接管上施加的负载。图2的结果证明，对于那些由本发明定义的奥氏体不锈钢制成的焊接管来说，对其施加的负载相对较小。当由难于加工硬化的铁素体不锈钢制成的焊接管J的扩展部件进一步成形时，与奥氏体不锈钢相比，沿轴向施加的负载保持在较低的水平上。负载的降低是指在成形过程中产生的热量会降低，并抑制随冲压烧结焊接管。结果，冲孔机的寿命得以延长，并且焊接管也成形成具有无缺陷的内表面的产品形状。
本发明的工业有益效果
如上所述本发明的供燃料管可由以下性能的不锈钢板的焊接管制造，奥氏体不锈钢板：硬度为180HV或更小，加工硬化系数(n-值)为0.49或更小，或者铁素体不锈钢：单轴拉伸试验的伸长率为30％或更大，Lankford值(r-值)为1.2或更大。即使在苛刻的条件下，焊接管也可扩展成具有在其末端扩展的燃料供应开口的产品形状，且没有裂缝或弯曲。小直径的焊接管也可成形成在其末端具有燃料供应开口的产品形状，且具有高尺寸精确度，高扩展率。结果，可提供小尺寸的供燃料管作为机动车的耐腐蚀的轻型化部件。

Claims (2)

1.一种汽车用不锈钢制供燃料管，其特征在于它是由硬度为180HV或更小、加工硬化系数(n-值)为0.49或更小的奥氏体不锈钢制成的，在管末端扩展形成有燃料供应开口。
2.一种汽车用不锈钢制供燃料管，其特征在于它是由单轴拉伸试验测得的伸长率为30％或更大、兰克福特值(r-值)为1.2或更大的铁素体不锈钢制成的，在管末端扩展形成有燃料供应开口。
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