DE10246165A1 - Use of a steel alloy - Google Patents

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Abstract

Use of a steel alloy as a material for fuel distributors is new. The alloy contains (in wt.%) 0.09-0.13 C, 0.15-0.30 Si, 1.10-1.60 Mn, less than 0.015 P, less than 0.011 S, 1.00-1.60 Cr, 0.30-0.60 Mo, 0.02-0.05 Al, 0.12-0.25 V and a balance of Fe. The steel has a tensile strength Rm of more than 850 N/mm2, an apparent yielding point Rp0.2 of more than 700 N/mm2 and an elongation A5 of more than 15 %.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Stahllegierung für Kraftstoffverteiler.The invention relates to the use a steel alloy for Fuel rail.

Betroffen hiervon sind Kraftstoffverteiler zur Verteilung von Benzin, Methanol und Dieselkraftstoffen sowie Kraftstoffgemischen. Mit oben genannten Verteilern müssen derzeit bei Dieselmotoren Drücke bis zu 1600 bar und bei Benzinmotoren Drücke bis zu 450 bar realisiert werden. Zudem müssen diese Kraftstoffverteiler dynamischen Drücken widerstehen, eine vergleichsweise hohe Betriebsfestigkeit mit geringer Ausfallwahrscheinlichkeit aufweisen und gegenüber den sie durchfließenden Medien werkstoffbeständig sein, was insbesondere eine Beständigkeit gegen Langzeitkorrosion betrifft. Diese Kraftstoffverteiler werden derzeit sowohl in zylindrischer Form (common rail) als auch in kugelförmiger Form (common ball) gefertigt und sind aus geschmiedetem Stahl, geschmiedetem Aluminium, Aluminiumdruckguss, Edelstahl oder hochfestem Stahl hergestellt.This affects fuel distributors for the distribution of petrol, methanol and diesel fuels as well Fuel mixtures. With above distributors currently need for diesel engines pressures up to up to 1600 bar and with gasoline engines pressures up to 450 bar become. Also have to these fuel rail withstand dynamic pressures, a comparative have high operational strength with a low probability of failure and opposite the one flowing through them Media resistant to materials be what in particular resistance to Long-term corrosion affects. These fuel distributors are currently both in cylindrical form (common rail) and in spherical form (common ball) and are made of forged steel, forged Made of aluminum, die-cast aluminum, stainless steel or high-strength steel.

Aluminium als Werkstoff für Kraftstoffverteiler ist nur bedingt werkstoffbeständig und neigt zur Korrosion. Geschmiedeter Stahl ist im Verhältnis zu Aluminium um bis zu Faktor 3 schwerer. Edelstahl oder hochfester Stahl weisen im Verhältnis zu Gußoder Schmiedelösungen ein homogeneres Ausgangsmaterial ohne Poren und Einschlüsse auf, Edelstahl bedeutet jedoch hohe Materialkosten bei vergleichsweise geringen Grundfestigkeiten. Bei den verwendeten hochfesten Stählen wiederum führt der Wärmeeintrag, den der Werkstoff während der Herstellung des Kraftstoffverteilers beispielsweise während einer Fügeoperation erfährt, zu einer Minderung oder einem völligen Verlust an Festigkeit.Aluminum as a material for fuel distributors is only partially resistant to materials and tends to corrode. Forged steel is in relation to aluminum up to a factor of 3 heavier. Stainless steel or high-strength steel in relation to to Gußoder forging solutions a more homogeneous starting material without pores and inclusions, However, stainless steel means high material costs in comparison low basic strength. With the high-strength steels used again leads the Heat input, which the material during the manufacture of the fuel rail, for example during a Add operation learns to a decrease or a total Loss of strength.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Werkstoff zur Herstellung von Kraftstoffverteilern aufzuzeigen, der den genannten Bauteilanforderungen gerecht wird und eine kostengünstige und optimierte Fertigung gewährleistet.The invention is therefore the object based, a material for the production of fuel distributors to show that meets the specified component requirements and an inexpensive and optimized production guaranteed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Ansprüchen 1 oder 2 gelöst.This object is achieved with the claims 1 or 2 solved.

Demnach wird eine Stahllegierung, die im luftvergüteten Zustand eine Zugfestigkeit Rm von > 850 N/mm2, eine Streckgrenze Rp0,2 von > 700 N/mm2 und eine Dehnung A5 von > 15 % sowie die Legierungsbestandteile (in Gewichtsprozent ausgedrückt) 0,09 bis 0,13 % Kohlenstoff, 0,15 bis 0,30 % Silizium, 1,10–1,60% Mangan, maximal 0,015 % Phosphor, maximal 0,011 % Schwefel, 1,00–1,60 % Chrom, 0,30–0,60 % Molybdän, 0,02–0,05 % Aluminium und 0,12–0,25 % Vanadium, Rest erschmelzungsbedingte Verunreinigungen aufweist, als Werkstoff für Kraftstoffverteiler verwandt. Dabei wird die Stahllegierung über AC3-Temperatur erwärmt, an der Luft abgekühlt und anschließend bei 550 bis 650°C angelassen.Accordingly, a steel alloy with a tensile strength Rm of> 850 N / mm 2 , a yield strength Rp0.2 of> 700 N / mm 2 and an elongation A 5 of> 15% as well as the alloy components (expressed in weight percent) become 0 , 09 to 0.13% carbon, 0.15 to 0.30% silicon, 1.10-1.60% manganese, maximum 0.015% phosphorus, maximum 0.011% sulfur, 1.00-1.60% chromium, 0 , 30-0.60% molybdenum, 0.02-0.05% aluminum and 0.12-0.25% vanadium, remainder has contamination due to melting, used as a material for fuel rail. The steel alloy is heated above AC 3 temperature, cooled in air and then tempered at 550 to 650 ° C.

Alternativ wird vorgeschlagen, eine Stahllegierung, die im luftharten Zustand eine Zugfestigkeit Rm von > 950 N/mm2, eine Streckgrenze Rp0,2 von > 700 N/mm2 und eine Dehnung A5 von > 14 % sowie die Legierungsbestandteile (in Gewichtsprozent ausgedrückt) 0,09 bis 0,13 % Kohlenstoff, 0,15 bis 0,30 % Silizium, 1,10–1,60 % Mangan, maximal 0,015 % Phosphor, maximal 0,011 % Schwefel, 1,00–1,60 % Chrom, 0,30–0,60 % Molybdän, 0,02–0,05 % Aluminium und 0,12–0,25 % Vanadium, Rest erschmelzungsbedingte Verunreinigungen aufweist, als Werkstoff für Kraftstoffverteiler zu verwenden.Alternatively, it is proposed to use a steel alloy which, in the air-hard state, has a tensile strength Rm of> 950 N / mm 2 , a yield strength Rp0.2 of> 700 N / mm 2 and an elongation A 5 of> 14%, and the alloy components (expressed in percent by weight ) 0.09 to 0.13% carbon, 0.15 to 0.30% silicon, 1.10-1.60% manganese, maximum 0.015% phosphorus, maximum 0.011% sulfur, 1.00-1.60% chromium , 0.30-0.60% molybdenum, 0.02-0.05% aluminum and 0.12-0.25% vanadium, remainder has contamination due to melting, to be used as fuel distributor material.

Die erfindungsgemäß zu verwendende Stahllegierung ist ein lufthärtender, schweißbarer Vergütungsstahl. Aus diesem Stahl wird als Ausgangsmaterial ein Vollstab oder ein Rohr, welches nahtlos oder geschweißt sein kann, mit dem benötigten Innen- und/oder Außendurchmesser bereitgestellt.The steel alloy to be used according to the invention is an air-hardening, weldable tempering steel. A solid rod or a is made from this steel as the starting material Pipe, which can be seamless or welded, with the required inside and / or outside diameter provided.

Das Halbzeug Vollstab oder Rohr ermöglicht es, einen Kraftstoffverteiler durch zerspanende Bearbeitung auf Automaten zu fertigen und benötigte Anschlussstutzen anzufügen, beispielsweise mittels Schweißen. Zudem eignet sich das homogene Material besser für eine mechanische Bearbeitung als Guss- oder Schmiedeteile. Bei einem Kraftstoffverteiler, der aus Stahlguss besteht oder als Schmiedeteil ausgebildet ist, müssen nachträglich mechanische Bearbeitungen des Innenraums des Druckspeichers und der einstückig angeformten Zuleitungsstutzen vorgenommen werden. Diese Maßnahmen erfordern neben den ohnehin hohen Werkzeugkosten bei Guss- oder Schmiedekörpern einen zusätzlichen weiteren Fertigungsaufwand. Insbesondere im Hinblick auf die Werkzeugkosten sind Kraftstoffverteiler aus Guss oder als Schmiedeteile durchweg nur bei Großserien wirtschaftlich gerechtfertigt. Folglich bewirkt die erfindungsgemäße Verwendung der vorgeschlagenen Stahllegierung, dass ein entsprechender Kraftstoffverteiler gewichtsmäßig leichter, fertigungstechnisch einfacher und insgesamt kostengünstiger herzustellen ist als vergleichbare Kraftstsoffverteiler aus Guss- oder Schmiedehalbzeug.The semi-finished solid rod or tube enables a fuel distributor through machining on machines to manufacture and needed Add connecting pieces, for example by welding. In addition, the homogeneous material is more suitable for mechanical processing as castings or forgings. With a fuel distributor that is made of cast steel or is designed as a forged part, mechanical processing must subsequently the interior of the pressure accumulator and the one-piece molded connection piece are made. These measures require in addition to the already high tool costs for casting or wrought bodies an additional one Production expense. Especially with regard to tool costs are fuel distributors made of cast iron or as forgings only for large series economically justified. Consequently, the use according to the invention brings about the proposed steel alloy that a corresponding fuel rail lighter in weight, easier to manufacture and overall less expensive to manufacture is a comparable fuel distributor made of cast or forged semi-finished products.

Die erfindungsgemäß zur Verwendung vorgeschlagene Stahllegierung erreicht die benötigte Betriebsfestigkeit besser als Edelstahl. Insbesondere die hohen Schwingfestigkeitskennwerte des Materials und die gute Kaltzähigkeit heben sich von anderen Stahlsorten ab und garantieren auch bei einer Dauerbeanspruchung von 10 Millionen Schwingspielen und Arbeitstemperaturen von bis zu –40° C, beispielsweise bei einem Kaltstart des Motors in sehr kalten Gegenden, die geforderte Dichtheit und Betriebssicherheit des Kraftstoffverteilers.The one proposed according to the invention for use Steel alloy achieves the required operational strength better than stainless steel. In particular the high fatigue strength values of the material and the good cold toughness stand out from other types of steel and also guarantee long-term use of 10 million cycles and working temperatures from to to -40 ° C, for example when the engine is cold started in very cold areas, the required Tightness and operational safety of the fuel rail.

Insbesondere führen bei der erfindungsgemäßen Verwendung der vorgeschlagenen Stahllegierung Fügeoperationen im Rahmen der Herstellung des Kraftstoffverteilers, die einen Wärmeeintrag in das Material bedingen, nicht zu einem nachhaltigen Festigkeitsverlust im Material an den gefügten Stellen. Gerade die Fügestellen bei bisher aus hochfestem Stahl hergestellten Kraftstoffverteilern erweisen sich als problematisch. Die beispielsweise mit einer Schweißoperation in einen hochfesten Stahl eingebrachte Wärme führt zu einer Gefügeumwandlung im Fügebereich, wodurch die Martensitstruktur des Stahls aufgehoben wird und der Stahl an Festigkeit verliert. Daher kann es an den Fügestellen zum Bruch des Materials kommen.In particular, when using the proposed steel alloy according to the invention, joining operations during the manufacture of the fuel distributor, which require heat to be introduced into the material, do not lead to a permanent loss of strength in the material at the joined points. The joints in fuel distributors previously made from high-strength steel have proven to be problematic. The example with egg A welding operation into a high-strength steel leads to a structural change in the joining area, which means that the martensite structure of the steel is canceled and the steel loses strength. Therefore, the material may break at the joints.

Herkömmlich zur Herstellung von Kraftstoffverteilern eingesetzte Stähle können nach einer Erwärmung über ACs-Temperatur nur durch Abschrecken, sei es mittels Öl oder mittels Wasser gehärtet werden. Diese Härtung ist während einer Fügeoperation schlecht durchführbar. Folglich ist die durch den Wärmeeintrag hervorgerufene Gefügeumwandlung mit Festigkeitsverlust ohne eine weitere Wärmebehandlung mit anschließender Härtung eine dauerhafte. Der erfindungsgemäß zur Herstellung der Kraftstoffverteiler vorgeschlagene Stahl erfährt zwar durch den Wärmeeintrag wäh rend des Fügens auch eine Gefügeumwandlung, härtet aber an der Luft, so dass sich auch an den gefügten Stellen durch die Luftabkühlung wieder martensitische Strukturen mit den gewünschten Härtewerten einstellen. Ein kritischer Festigkeitsverlust in den Fügebereichen tritt erfindungsgemäß gerade nicht auf. Daher erlaubt die Verwendung der vorgeschlagenen Stahllegierung gerade im Hinblick auf bereits bisher verwendete Stahlsorten eine konstruktive Freiheit, die aus den Festigkeitsvorteilen des Materials resultiert.Conventionally for the production of Steels used in fuel distributors can heat up above ACs temperature only by quenching, be it hardened with oil or with water. This hardening is during a joining operation difficult to carry out. Consequently, it is due to the heat input caused structural transformation with Loss of strength without further heat treatment with subsequent hardening permanent. The invention for production the fuel distributor proposed steel experiences through the heat input while of joining also a structural transformation, cures but in the air, so that even in the joined areas due to the air cooling again Set martensitic structures with the desired hardness values. A critical one Loss of strength in the joining areas occurs according to the invention not on. Therefore, the use of the proposed steel alloy allows straight a constructive one with regard to steel types already used Freedom that results from the strength advantages of the material.

Claims (4)

Verwendung einer Stahllegierung, die im luftvergüteten Zustand eine Zugfestigkeit Rm von > 850 N/mm2, eine Streckgrenze Rp0,2 von > 700 N/mm2 und eine Dehnung A5 von > 15 % aufweist, mit folgenden Legierungsbestandteilen (in Gewichtsprozent ausgedrückt): C 0,09–0,13 Si 0,15–0,30 Mn 1,10–1,60 P maximal 0,015 S maximal 0,011 Cr 1,00–1,60 Mo 0,30–0,60 Al 0,02–0,05 V 0,12–0,25 Rest erschmelzungsbedingte Verunreinigungen als Werkstoff für Kraftstoffverteiler.Use of a steel alloy which, when air-tempered, has a tensile strength Rm of> 850 N / mm 2 , a yield strength Rp0.2 of> 700 N / mm 2 and an elongation A 5 of> 15%, with the following alloy components (expressed in percent by weight) : C 0.09-0.13 Si 0.15-0.30 Mn 1.10-1.60 P maximum 0.015 S maximum 0.011 Cr 1.00-1.60 Mo 0.30-0.60 Al 0., 02–0.05 V 0.12–0.25 Remainder of contamination due to melting as a material for fuel rail. Verwendung einer Stahllegierung, die im luftharten Zustand eine Zugfestigkeit Rm von > 950 N/mm2, eine Streckgrenze Rp0,2 von > 700 N/mm2 und eine Dehnung A5 von > 14 % aufweist, mit folgenden Legierungsbestandteilen (in Gewichtsprozent ausgedrückt): C 0,09–0,13 Si 0,15–0,30 Mn 1,10–1,60 P maximal 0,015 S maximal 0,011 Cr 1,00-1,60 Mo 0,30–0,60 Al 0,02–0,05 V 0,12–0,25 Rest erschmelzungsbedingte Verunreinigungen als Werkstoff für Kraftstoffverteiler.Use of a steel alloy which, in the air-hard state, has a tensile strength Rm of> 950 N / mm 2 , a yield strength Rp0.2 of> 700 N / mm 2 and an elongation A 5 of> 14%, with the following alloy components (expressed in percent by weight) : C 0.09-0.13 Si 0.15-0.30 Mn 1.10-1.60 P maximum 0.015 S maximum 0.011 Cr 1.00-1.60 Mo 0.30-0.60 Al 0., 02–0.05 V 0.12–0.25 Remainder of contamination due to melting as a material for fuel rail. Verwendung einer Stahllegierung nach Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung von zylinderförmigen Kraftstoffverteilern.Use of a steel alloy according to claim 1 or 2 for the production of cylindrical fuel distributors. Verwendung einer Stahllegierung nach Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung von kugelförmigen Kraftstoffverteilern.Use of a steel alloy according to claim 1 or 2 for the production of spherical fuel distributors.
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