ES2712501T3 - Tubería de acero para tubería de inyección de combustible, uso y método de fabricación de la misma - Google Patents

Tubería de acero para tubería de inyección de combustible, uso y método de fabricación de la misma Download PDF

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Abstract

El uso de una tubería de acero para tubería de inyección de combustible, estando la tubería de acero formada por, porcentaje en masa C: 0,12 a 0,27%, Si: 0,05 a 0,40%, Mn: 0,8 a 2,0%, y opcionalmente uno o más tipos de Cr: 1% o menos, Mo: 1% o menos, Ti: 0,04% o menos, Nb: 0,04% o menos, y V: 0,1% o menos, siendo el resto Fe e impurezas, conteniendo las impurezas Ca: 0,001% o menos, P: 0,02% o menos, y S: 0,01% o menos, en donde la resistencia a tracción de la misma es no menor que 900 N/mm2, y el diámetro máximo de las inclusiones no metálicas de tipo A, de tipo B, o de tipo C presentes durante al menos 20 μm de profundidad desde la superficie interna de la tubería de acero es no mayor de 20 μm.

Description

DESCRIPCION
Tubena de acero para tubena de inyeccion de combustible, uso y metodo de fabricacion de la misma
Campo tecnico
La presente invencion se refiere a una tubena de acero para tubena de inyeccion de combustible, y a un metodo de fabricacion de la misma, que tiene una resistencia a traccion no menor de 900 N/mm2 y se utiliza para inyectar un combustible en una camara de combustion. Mas concretamente, se refiere a una tubena de acero para tubena de inyeccion de combustible, y a un metodo de fabricacion de la misma, que tiene una resistencia a la fatiga de presion interna excelente y se utiliza para suministrar una vaporizacion de combustible en una camara de combustion de un motor diesel.
Tecnica antecedente
Con el fin de tratar con la el futuro agotamiento de energfa, se estan extendiendo las campanas para promover el ahorro de energfa y para el reciclado de recursos asf como el desarrollo de tecnicas para realizar estos fines. Especialmente en los ultimos anos, se ha deseado de manera muy intensa, como un esfuerzo global, reducir la emision de CO2 resultado del quemado de combustible con el fin de evitar el calentamiento global.
Un ejemplo de un motor de combustion interna con menos emision de CO2 es un motor diesel utilizado para veldculos de motor y similares. Incluso con menos emision de CO2, sin embargo, el motor diesel tiene el problema del humo negro descargado desde el motor. El humo negro se produce cuando el oxfgeno es escaso con respecto al combustible inyectado. Espedficamente, una parte del combustible descompuesto termicamente produce una reaccion de deshidrogenacion que produce un precursor de humo negro, y este precursor se descompone termicamente de nuevo y es aglutinado y unido para producir humo negro. El humo negro producido de esta manera produce contaminacion de aire, y puede tener una influencia adversa en los seres humanos.
La cantidad de humo negro generado se puede reducir elevando la presion de inyeccion de combustible del combustible inyectado en la camara de combustion del motor diesel. Para este fin, sin embargo, se requiere que la tubena de acero utilizada para la inyeccion de combustible tenga una elevada resistencia a la fatiga. Como metodo de fabricacion para la tubena de acero utilizada para inyeccion de combustible, ha sido expuesta la siguiente invencion.
El Documento de Patente 1 describe un metodo de fabricacion para una tubena de acero utilizada para inyeccion de combustible de un motor diesel, en el que la superficie interior de la pieza de partida de tubena de acero sin junta laminada en caliente es molida mediante chorro abrasivo, y despues se realiza la extrusion en fno. Este documento describe que utilizando este metodo de fabricacion, la profundidad de una imperfeccion (irregularidades, fractura, la microfisura, y similares) sobre la superficie interior de la tubena de acero puede no ser mas profunda que 0,10 mm, de manera que se puede conseguir una resistencia elevada de la tubena de acero utilizada para la inyeccion de combustible.
[Documento de Patente 1] JP9-57329A
Aunque tiene una elevada resistencia, la tubena de acero utilizada para inyeccion de combustible fabricada por el metodo descrito en el Documento de Patente 1 no tiene una vida de fatiga correspondiente a la resistencia del material de tubena de acero. Naturalmente, a medida que la resistencia del material de tubena de acero aumenta, la presion aplicada en el interior de la tubena de acero puede ser incrementada; una presion interna limitante (en lo que sigue, la denominada como "presion interna cntica"), dentro de la cual una fractura de vida fatiga no se produce sobre la superficie interna la tubena de acero cuando una presion es aplicada en el interior de la tubena de acero, no depende solo de la resistencia del material de tubena de acero. Es decir, incluso si la resistencia del material de tubena de acero es incrementada, una presion interna cntica puede no ser obtenida como se espera. Considerando la fiabilidad o similar del producto final, es deseable una vida de fatiga mas larga; a medida que la presion interna cntica se reduce, sin embargo, la vida de fatiga tambien se reduce debido a que la tubena de acero es propensa a fatigarse por el uso bajo presion interna elevada.
En particular, la tendencia reciente apunta a una presion interna mas elevada; espedficamente, se requiere que la tubena de acero tenga una resistencia a traccion no menor de 900 N/mm2, y se desea una correspondiente mejora en las caractensticas de fatiga. Ademas, el documento EP 1528114 A1 describe la supresion de inclusiones no metalicas gruesas en una composicion de acero para una tubena de inyeccion de combustible. El ultimo documento perteneciente al Solicitante EP 2022866 A1 se refiere a un acero y a una tubena del mismo tipo de resistencia a traccion inferior.
Exposicion de la Invencion
Problemas a resolver por la Invencion
Un objetivo de la presente invencion es proporcionar una tubena de acero para tubena de inyeccion de combustible, y un metodo de fabricacion de la tubena de acero, que asegure una vida de fatiga prolongada y elevada fiabilidad asegurando una presion interna cntica elevada a la vez que la resistencia de material aumenta. Mas concretamente, un objeto de la misma es proporcionar una tubena de acero para tubena de inyeccion de combustible, y un metodo de fabricacion para la tubena de acero, que tenga una excelente resistencia a la fatiga de presion interna y una resistencia a traccion no menor que 900 N/mm12345.
Medios para resolver los problemas
Para resolver los problemas anteriormente mencionados, los presentes inventores han investigado intensamente la relacion entre la resistencia a traccion del material de tubena de acero y la presion interna cntica de la tubena de acero. En primer lugar, cambiando la composicion del material, fueron preparadas una pluralidad de tubenas de acero que teman diferentes resistencias a traccion, y la relacion entre la resistencia a traccion y la resistencia interna cntica fue investigada. Tambien, para la tubena de acero fracturada por fatiga obtenida en el momento de la investigacion de la presion interna cntica, fue investigada la parte rota de la misma.
Los resultados de las investigaciones anteriores revelaron que el caso de la resistencia a traccion del material de tubena de acero de menos de 500 N/mm2, y las tubenas de acero hechas de materiales que tienen casi igual resistencia a traccion, se presento la misma forma de rotura incluso si la presion interna cntica era diferente. Por el contrario, se obtuvo el conocimiento de que en el caso de que la resistencia a traccion del material de tubena de acero no fuera inferior a 500 N/mm2, incluso las tubenas de acero hechas de materiales que teman casi igual resistencia a traccion presentaban diferentes formas de rotura dependiendo de la magnitud de la presion interna cntica.
Es decir, en el caso de que la resistencia a traccion del material de tubena de acero sea no menor de 500 N/mm2, la tubena de acero que tiene una presion interna cntica relativamente alta adopta la misma forma de rotura que en el caso que en el que la resistencia a traccion sea menor que 500 N/mm2. Sin embargo, para la tubena de acero que tiene una presion interna cntica relativamente baja, la fractura se origina a partir de una inclusion presente cerca de la superficie interior de la tubena de acero; la generacion de esta inclusion, por tanto, puede ser suprimida para elevar la presion interna cntica.
Incluso en el caso de que la resistencia a traccion del material de tubena de acero no sea menor que 900 N/mm2, a lo que apunta la presente invencion, si la tubena de acero tiene una presion interna cntica relativamente baja, la fractura se origina a partir de una inclusion presente cerca de la superficie interior de la tubena de acero; la generacion de esta inclusion, por tanto, puede ser suprimida para elevar la presion interna cntica.
La presente invencion como esta definida en las reivindicaciones 1 a 6 fue completada sobre el conocimiento descrito anteriormente, y lo esencial en la misma son las tubenas de acero para tubena de acero de combustible descritas en el apartado (2), el uso de la misma descrita en el apartado (1) y los metodos de fabricacion de la misma a descritos en los apartados (3) a (6). A continuacion, estos apartados son denominados respectivamente "presente invencion 1" a "presente invencion 6". Colectivamente, los apartados son a veces denominados "la presente invencion".
(1) Uso de una tubena de acero para tubena de inyeccion de combustible, estando formada la tubena de acero de, porcentaje en masa, C: 0,12 a 0,27%, Si: 0,05 a 0,40%, Mn: 0,8 a 2,0%, y opcionalmente uno o mas tipos de Cr: 1% o menos, Mo: 1% o menos, Ti: 0,04% o menos, Nb: 0,04% o menos, y V: 0,1% o menos, siendo el resto Fe e impurezas, y conteniendo las impurezas Ca: 0,001% o menos, P: 0,02% o menos, and S: 0,01% o menos, en donde la resistencia a traccion de la misma es no menor que 900 N/mm2, y el diametro maximo de las inclusiones no metalicas de tipo A, de tipo B, o de tipo C presentes durante al menos 20 pm de profundidad desde la superficie interna de la tubena de acero no es mayor que 20 pm.
(2) Una tubena de inyeccion de combustible que es una tubena de acero formada por, porcentaje en masa, C: 0,12 a 0,27%, Si: 0,05 a 0,40%, Mn: 0,8 a 2,0%, y opcionalmente uno o mas tipos de Cr: 1% o menos, Mo: 1% o menos, Ti: 0,04% o menos, Nb: 0,04% o menos, y V: 0,1% o menos siendo el resto Fe e impurezas, conteniendo las impurezas Ca: 0,001% o menos, P: 0,02% o menos, y S: 0,01% o menos, el donde la resistencia a traccion de la misma es no menor que 900 N/mm2, y el diametro maximo de las inclusiones no metalicas de tipo A, de tipo B, o de tipo C presentes durante al menos 20 pm de profundidad desde la superficie interna de la tubena de acero no es mayor que 20 pm.
(3) Un metodo de fabricacion para una tubena de acero para tubena de inyeccion de combustible, que comprende las etapas de enfriar rapidamente una tubena de acero que tiene la composicion qmmica como se define mas adelante, en donde la condicion de enfriamiento rapido es tal que la tubena es calentada hasta una temperatura de enfriamiento rapido no menor que el punto de transformacion Ac3 y es enfriada rapidamente, y templar la tubena de acero enfriada rapidamente hasta una temperatura no mayor que el punto de transformacion Ac-i, en donde el enfriamiento rapido y el templado son realizados despues que una extrusion en fno final se haya realizado, la composicion qmmica de la tubena de acero compuesta por, porcentaje en masa, C: 0,12 0,27%, Si: 0,05 0,40%, Mn: 0,8 a 2,0%, y opcionalmente uno o mas tipos de Cr: 1% o menos, Mo: 1% o menos, Ti: 0,04% o menos, Nb: 0,04% o menos, y V: 0,1% o menos, siendo el resto Fe e impurezas, conteniendo las impurezas Ca: 0,001% o menos, P: 0,02% o menos, y S: 0.01% o menos.
(4) El metodo de fabricacion para una tubena de acero para tubena de inyeccion de combustible de acuerdo con el apartado (3) anterior, en donde la temperatura de enfriamiento rapido es no menor que [punto de transformacion Ac3+ 30°C] y no mayor que 1150° C.
(5) El metodo de fabricacion para una tubena de acero para tubena de inyeccion de combustible de acuerdo con el apartado (3) o (4) anterior, en donde el calentamiento a la temperatura de enfriamiento rapido se realiza a una velocidad de calentamiento no menor que 10° C/segundo.
(6) El metodo de fabricacion para una tubena de acero para tubena de inyeccion de combustible de acuerdo con uno cualquiera de los apartados (3) a (5) anteriores, en donde la temperature de templado es no menor que 600° C y no mayor que 650° C.
Ventajas de la Invencion
La tubena de acero de acuerdo con la presente invencion, que tiene una resistencia a traccion no menor que 900 N/mm2, es adecuada para ser utilizada en una aplicacion de, por ejemplo, suministrar combustible a la camara de combustion de un motor diesel. El uso de esta tubena de acero puede aumentar la presion de inyeccion del combustible inyectado en la camara de combustion, de manera que la emision de humo negro se puede reducir a la vez que se reduce la emision de CO2.
Mejor modo de realizar la Invencion
La tubena de acero para tubena de inyeccion de combustible de acuerdo con la presente invencion se refiere a una tubena de acero, cuya superficie interior esta sometida repetidamente a presiones creadas por la inyeccion del combustible. En algunos casos, se aplica una presion extremadamente alta en la superficie interior de la tubena de acero durante un periodo de tiempo corto, o en otros casos, una elevada presion actua constantemente, y esta presion fluctua. Por lo tanto, el material esta extremadamente sometidos a fatiga por el impacto de la presion. La tubena de acero para la tubena de inyeccion de combustible de acuerdo con la presente invencion tiene caractensticas de fatiga capaces de resistir de manera suficiente una aplicacion bajo tales condiciones.
Ejemplos de tubenas de acero para tubena de inyeccion de combustible, utilizados en la practica, de acuerdo con la presente invencion incluyen una tubena de acero que esta situada entre una bomba de combustible y un rail comun o entre el rail comun y una boquilla de inyeccion en un motor diesel que emplea un sistema de inyeccion de combustible acumulador para conducir un combustible.
En el motor diesel, con el fin de suprimir la generacion de humo negro como se ha descrito anteriormente, la inyeccion de combustible debe ser realizada a una presion extremadamente alta; la superficie interior de la tubena de acero para tubena de inyeccion de combustible, por tanto, debe resistir esta presion. La tubena de acero de acuerdo con la presente invencion ha sido desarrollada como una tubena de acero para tubena de inyeccion de combustible utilizada por un motor diesel sometida a una elevada presion interna, y no es necesario decir, que puede ser utilizada tambien como una tubena de acero para tubena de inyeccion de combustible utilizada para un motor de gasolina de inyeccion directa y similar.
Para la tubena de acero para tubena de inyeccion de combustible de acuerdo con la presente invencion, la resistencia a traccion del material de tubena de acero debe ser no menor que 900 N/mm2. Como se ha descrito anteriormente, dado que se aplica una elevada presion interna en la tubena de acero para tubena de inyeccion de combustible, se requiere que la tubena de acero resista esta presion interna; desde el punto de vista del peso ligero, sin embargo, la tubena de acero debe tener una elevada resistencia a traccion. La razon por la cual la resistencia a traccion de la tubena de acero para tubena de inyeccion de combustible que acuerdo con la presente invencion esta definida como no menor que 900 N/mm2 es porque en este valor representa una resistencia a traccion capaz de resistir facilmente la presion aplicada al interior de la tubena de acero por un combustible a presion, esto es, si se consigue esta resistencia a traccion, una tubena el acero para tubena de inyeccion de combustible que tenga excelentes caractensticas de fatiga puede ser facilmente proporcionada.
Al igual que la forma de rotura descrita anteriormente esta descrita con detalle en los parrafos de los ejemplos expuestos mas adelante con referencia los ejemplos espedficos, la magnitud de la presion interna cntica depende entre la forma de rotura cuando la resistencia a traccion es casi equivalente, incluso si la resistencia a traccion es no menor que 900 N/mm2. En el caso en el que la forma de rotura se origine partir de una inclusion, la presion interna cntica no aumenta en comparacion con la resistencia a traccion. En la presente invencion, mediante el uso de una pieza inicial de tubena de acero que tiene la composicion de aleacion de acero regulada a un rango espedfico y el tamano de la inclusion no metalica descrita anteriormente restringida a un rango espedfico, incluso si la resistencia a traccion es no menor que 900 N/mm2, es proporcionada una tubena de acero para tubena de inyeccion de combustible que tiene una presion interna cntica mas elevada que la de la tecnica anterior.
A continuacion, la tubena de acero para tubena de inyeccion de combustible y el metodo de fabricacion para la tubena de acero de acuerdo con la presente invencion se explican con detalle desde los puntos de vista de (1) inclusion no metalica, (2) composicion qrnmica del acero, y (3) fabricacion del acero y tratamiento de calor.1
(1) inclusion no metalica
Para la tubena de acero para tubena de inyeccion de combustible de acuerdo con la presente invencion, es necesario que el diametro maximo de una inclusion a metalica presente cerca la superficie interior de la tubena de acero (en al menos 20 pm de profundidad desde la superficie interior de la tubena de acero) sea no mayor que 20 pm. La inclusion no metalica se refiere a una inclusion definida por 3131 en "Glossary of Terms Used in Iron and Steel" de JIS G0202. La precipitacion de inclusion no metalica esta determinada por la composicion qrnmica y el metodo de fabricacion de la tubena de acero, y la presencia de la precipitacion puede ser confirmada cortando la tubena acero, puliendo la seccion trasversal de la misma, y observando la superficie pulida con un microscopio optico de acuerdo con el metodo de ensayo de microscopio para inclusion no metalica de acero especificado que en JIS G0555.
Para la tubena de acero para tubena de inyeccion de combustible de acuerdo con la presente invencion, el diametro de una inclusion no metalica grande entre numerosas inclusiones no metalicas precipitadas, esto es, el maximo diametro no debe ser mayor que 20 pm. Esto es debido a que, si el diametro maximo de la inclusion no metalica excede 20 pm, la forma de la fractura partida cambia, y la inclusion no metalica con el diametro maximo superan 20 pm se convierte en el punto de inicio de la fractura por fatiga, que disminuye la resistencia a fatiga, es decir, la presion interna cntica.
La inclusion no metalica no siempre esta presente en forma de esfera. Por lo tanto, el maximo diametro del inclusion no metalica se define como (L+S)/2, en donde L es la longitud correspondiente al diametro mayor de la inclusion, y S es la longitud correspondiente al diametro menor de la misma. Tambien, el maximo diametro de inclusion no metalica solo necesita ser no mayor que 20 pm durante al menos 20 pm de profundidad desde la superficie interior de la tubena de acero sometida a una elevada presion, mientras que en otras partes, la inclusion no metalica con el diametro maximo que supere 20 pm no se convertira en el punto de inicio de la fractura por fatiga.
El diametro maximo de inclusiones de tipo A se puede reducir por medio de la reduccion del contenido de S en la tubena de acero a 0,01 % en masa o menos. El diametro maximo de inclusiones por que tipo B se puede reducir incrementando el area de seccion transversal de la pieza fundida en el momento de la fundicion. Esto es debido que durante el tiempo desde la fundicion a la solidificacion las inclusiones mas grandes flotan. El area de seccion transversal de la pieza fundida en el momento de la fundicion es de manera deseable 200.000 mm2 o mayor.
El diametro maximo de las inclusiones de tipo C se puede reducir reduciendo el contenido de Ca en la tubena de acero. Para este fin, el contenido de Ca en la tubena de acero para tubena de inyeccion de combustible de acuerdo con la presente invencion es de 0,001 % en masa o menos. Dado que el Ca tiene una funcion de aglomeracion de inclusiones de tipo C, la restriccion de contenido en Ca puede evitar que las inclusiones de tipo C se hagan grandes, y se puede evitar la influencia adversa de las inclusiones de tipo C.
Independientemente de si el tipo de inclusion es A, B o C, una velocidad de fundicion reducida (por ejemplo, una velocidad de fundicion de aproximadamente 0,5 m/min puede ser utilizada en fundicion continua) puede conducir a la inclusiones no metalica reducidas en acero por medio de la flotacion de inclusiones no metalicas de peso ligero como escoria.
(2) Composicion qrnmica del acero
La tubena acero para tubena de inyeccion de combustible de acuerdo con la presente invencion contiene C, Si y Mn. A continuacion, se explica la accion de estos elementos contenidos en la tubena de acero para la tubena de inyeccion de combustible de acuerdo con la presente invencion y la razon de restringir el contenido de los mismos. En la descripcion siguiente, el porcentaje del contenido esta expresado en porcentaje en masa.
C: 0,12 a 0,27%
El C (carbono) mejora la resistencia del material de tubena de acero. Para mejorar la resistencia, el contenido de C debe ser 0,12 % o superior. Sin embargo, si el contenido de C supera el 0,27 %, la trabajabilidad se deteriora, y es diffcil conformar el material de tubena de acero en una tubena de acero. El contenido de C es mas preferiblemente de 0,12 a 0,2 %.
Si: 0,05 a 0,40%
El Si (silicio) esta contenido para desoxidar el material de tubena de acero. Para asegurar el efecto de desoxidacion, el contenido de Si debe ser del 0,05% o superior. Sin embargo, si el contenido de Si supera el 0,40%, la dureza puede disminuir.
Mn: 0,8 a 2,0%
El Mn (manganeso) esta contenido para mejorar la resistencia del material de tubena de acero. Para mejorar la resistencia, el contenido de Mn debe ser del 0,8 % o superior. Sin embargo, si el contenido de Mn supera el 2,0 % se promueve la segregacion, y puede disminuir la dureza.
Una de las tubenas de acero de acuerdo con la presente invencion incluye Fe e impurezas como resto ademas de los elementos anteriormente descritos. Sin embargo, el contenido de Ca en las impurezas debe ser de 0,001% o menor como se ha descrito anteriormente, y los contenidos de P y S deben ser regulados como se describe mas adelante.
P: 0,02 % o menos, S: 0.01 % o menos
Tanto el P (fosforo) como que el S (azufre) son elementos de impurezas que tienen una influencia adversa sobre la trabajabilidad en caliente y la dureza; los contenidos de P y S, por tanto, son preferiblemente tan bajos como sea posible. Si el contenido en P y el contenido en S exceden el 0,02 % y 0,01%, respectivamente, la trabajabilidad en caliente y la dureza disminuyen significativamente.
La tubena de acero para tubena de inyeccion de combustible de acuerdo con la presente invencion puede contener un tipo o mas tipos de los elementos descritos mas adelante ademas de los elementos descritos anteriormente.
Cr: 1% o menos
El Cr (cromo) aunque no es un componente esencial, esta preferiblemente contenido debido a que tiene el efecto de mejorar la dureza y la resistencia al desgaste. Para conseguir estos efectos, el contenido de Cr es preferiblemente 0,3 % o superior. Sin embargo, si el contenido de Cr excede el 1%, se producen una gran cantidad de bainita, con lo que disminuye la dureza.
Mo: 1% o menos
El Mo (molibdeno), aunque no es un componente esencial, esta preferiblemente contenido debido a que tiene efectos de mejorar la dureza y la resistencia. Con el fin de conseguir estos efectos, el contenido de Mo es de manera deseable del 0,03% o superior. Sin embargo, si el contenido de Mo excede el 1%, se produce una gran cantidad de bainita, con lo que disminuye la dureza.
Ti: 0,04 % o menor
El Ti (titanio) aunque no es un componente esencial, esta preferiblemente contenido debido a que tiene los efectos de mejorar la resistencia y la dureza. Para conseguir estos efectos, el contenido de Ti es de manera deseable del 0,005 % o mayor. Sin embargo, si el contenido de Ti excede el 0,04 %, se forman inclusiones de compuestos de nitrogeno en la tubena de acero, y la dureza disminuye. Por lo tanto, el contenido de Ti es mas preferiblemente de 0,01 a 0,04 %.
Nb: 0,04 % o menos
El Nb (niobio), aunque tampoco es un componente esencial, esta preferiblemente contenido debido a que tiene el efecto de mejorar la resistencia y la dureza. Para conseguir estos efectos, el contenido de Nb es de manera deseable del 0,005 % o superior. Sin embargo, si el contenido de Nb excede el 0,04 %, se forman inclusiones de compuestos de nitrogeno en la tubena de acero, y la dureza disminuye. Por lo tanto, el contenido de Nb es de manera mas preferible entre el 0,01 y el 0,04 %.
V: 0,1% o menos
El V (vanadio), aunque tampoco es un componente esencial, esta preferiblemente contenido debido a que tiene el efecto de mejorar la resistencia. Para conseguir este efecto, el contenido de V es de manera deseable del 0,01% o superior. Sin embargo, si el contenido de V excede el 0,1 %, la dureza disminuye.
(3) Fabricacion de la tubena de tratamiento de calor
La tubena de acero para tubena de inyeccion de combustible de acuerdo con la presente invencion se puede conseguir con caractensticas deseadas mediante la fabricacion de la tubena y el tratamiento de calor realizados mediante el metodo descrito a continuacion.
Por ejemplo, laminado penetrante y laminado de alargamiento son realizados mediante el proceso de fabricacion de tubena de laminado de mandril Mannesmann, y una tubena es terminada en unas dimensiones acabadas en caliente predeterminadas mediante el dimensionado de reductor de estiramiento. Despues, la extrusion en fno es repetida varias veces, con lo que se obtienen las dimensiones acabadas en fno predeterminadas. En la extrusion en fno, la tubena puede ser facilmente enfriada y el templado de liberacion de esfuerzos realizado con antelacion. Como el metodo de fabricacion de tubena para la tubena de acero utilizado en la presente invencion, desde el punto de vista la productividad, el proceso de fabricacion de tubena de mandril Mannesmann es preferiblemente utilizado, aunque otros metodos de fabricacion de tubena tales como el proceso de fabricacion de tubena de laminado tambien puede ser utilizado.
Despues de que la extrusion en fno final haya sido realizada, se realiza el tratamiento con calor del enfriamiento rapido y el templado, con lo que se puede asegurar una resistencia a traccion no menor de 900 N/mm2.
La condicion de enfriamiento rapido consiste en que la tubena es calentada hasta una temperatura no menor que el punto de transformacion Ac3, y es rapidamente enfriada. La temperatura de calentamiento es preferiblemente [punto de trasformacion Ac3 30° C] hasta 1150°C; en particular, en el caso que en el que el objetivo sea proporcionar una tubena de elevada resistencia, es preferible una temperatura de calentamiento no menor que 1000° C. Cuanto mayor sea la temperatura de calentamiento mayores son los resultados de resistencia. Si la temperatura de calentamiento es inferior a Ac3, no se puede obtener la resistencia a traccion deseada. Por el contrario, si excede 1150° C, la precision dimensional es reducida, lo que da lugar a una influencia adversa sobre la dureza y se deteriora la trabajabilidad. Para la tubena de acero para tubenas de inyeccion de combustible, el deterioro de la trabajabilidad es desfavorable debido a que es necesario el trabajado en plastico para conformar la parte de conexion a la que la tubena esta conectada a un rafl comun o a un inyector.
El metodo de calentamiento en el momento del enfriamiento rapido no se limita a uno cualquiera espedfico. Sin embargo, en una atmosfera no protectora, el calentamiento a elevada temperatura durante un largo periodo de tiempo aumenta la escala producida en la superficie que la tubena de acero, lo que conduce a una disminucion en la precision dimensional y en las propiedades superficiales; en el caso de calentamiento con horno tal como el calentamiento en un horno de desplazamiento continuo, por lo tanto, un tiempo de retencion corto de aproximadamente 10 a 20 minutos es preferiblemente proporcionado. Desde el punto de vista de restringir la escala, como la atmosfera de calentamiento, son preferibles una atmosfera en la que el potencial de oxidacion es bajo y una atmosfera de reduccion oxidante.
De manera deseable, si el metodo de calentamiento por induccion de elevada frecuencia o el metodo de calentamiento que lleva corriente directa es utilizado como sistema de calentamiento, el calentamiento de retencion durante corto tiempo puede ser utilizado. Haciendo que la velocidad de calentamiento sea de aproximadamente 10°C/seg o mas elevada, incluso en el calentamiento en el aire atmosferico, la escala producida sobre la superficie de la tubena de acero puede ser restringida a un mmimo.
En el enfriamiento en el momento del enfriamiento rapido, para obtener de forma fiable y estable una resistencia a traccion deseada no menor de 900 MPa, la tubena de acero debe ser enfriada hasta por debajo de 500°C, a una velocidad de enfriamiento de 10°C/seg o mayor entre 800° C y 500° C. El tratamiento de enfriamiento rapido tal como el enfriamiento rapido con agua es preferible.
La tubena de acero enfriada rapidamente hasta una temperatura normal debe ser templada a una temperatura mayor que el punto de transformacion Aci, debido a que es dura y fragil en el estado enfriado rapidamente. Si la temperatura de templado es inferior a 450°C, el templado es insuficiente, dando lugar a dureza y trabajabilidad pobres. Si la temperatura de templado supera el punto de transformacion Aci, se inicia la trasformacion, de manera que es diffcil obtener caractensticas deseadas de forma estable y fiable. La temperatura de templado preferible es de 600° C a 650° C. Aunque el tiempo de mantenimiento a la temperatura de templado no se limita a uno espedfico, el tiempo de mantenimiento es normalmente de aproximadamente 10 a 120 minutos. Despues de ser templada, la tubena de acero puede ser estirada apropiadamente utilizando un estirador o similar.
Ejemplo 1
Para confirmar los efectos de la presente invencion, fueron preparadas once muestras de acero que teman la composicion qmmica dada en la Tabla 1. Las muestras de acero fueron fundidas de forma continua a la velocidad de fundicion y con el area de seccion transversal de la pieza fundida en el momento de la fundicion como se muestra en la Tabla 2, y sometidas a laminado penetrante Mannesmann, laminado de alargamiento de mandril, y dimensionamiento de reductor de resistencia, con lo que las piezas iniciales teman cada una un diametro exterior de 34 mm y un espesor de pared de 4,5 mm fueron producidos mediante trabajado en caliente. Para extruir cada una de estas piezas iniciales terminadas en caliente, primero, el borde delantero de la pieza inicial fue enrollado y fue aplicado un lubricante. Despues, la extrusion en fno fue realizada utilizando una matriz y una clavija para reducir el diametro de la pieza inicial gradualmente. Despues de que la superficie interna de la pieza inicial fuera mecanizada y pulida, fue realizado el tratamiento de reduccion de diametro como un proceso de acabado, con lo que la pieza inicial fue de finalizada como una tubena de acero que tema un diametro exterior que 8,0 mm y un espesor de pared de 2.0 mm. Como proceso final, estas tubenas de acero fueron enfriadas rapidamente y templadas bajo las condiciones de tratamiento con calor descritas en la Tabla 2 para obtener 13 tipos de materiales de muestra. En la Tabla 2, que se refiere al calentamiento cuando hay enfriamiento rapido, la velocidad de calentamiento es de 12,5° C/seg en el caso de calentamiento de elevada frecuencia, y respecto al enfriamiento cuando se enfna rapidamente, la velocidad de enfriamiento es de 12,5° C/seg en el caso de calentamiento de elevada frecuencia y 2,5° C/seg en el caso de calentamiento en horno, respectivamente. Los materiales de muestra N° 3, 6 y 9 fueron recocidos no siendo enfriados rapidamente ni templados, como tratamiento con calor despues del la extrusion, y los materiales de muestra N° 6 y 9 fueron obtenidos a partir de una barra de partida identica a la de los N° 5 y 8, respectivamente.
Tabla 1
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Una parte de la muestra de material, cada una de las cuales se describe anteriormente, fue cortada para obtener una muestra, y la muestra fue procesada a un tamano de pieza de ensayo de traccion especificado como pieza de ensayo N° 11 en JIS, y fue realizado un ensayo de traccion. Para la muestra, una parte correspondiente al rango de 20 pm de profundidad desde la superficie interior de la tubena de acero fue observada con un microscopio optico para investigar las inclusiones precipitadas.
La el Tabla 2 proporciona las resistencias a traccion de los materiales de muestra y los diametros maximos de las inclusiones. Los materiales de muestra N° 1, 4, 7 y 11 contienen mas Ca que el material de muestra N° 2, 3, 5, 6 y 8 a 10. La tabla 2 revela que el material de muestra N° 1 y 2, N° 4 y N° 5, y N° 7 y N° 8 respectivamente tienen aproximadamente igual resistencia a traccion, pero para el material de muestra N° 1,4, y 7 que contienen mas Ca, el diametro maximo de las inclusiones de tipo C es mayor que para el material de muestra N° 2, 5 y 8. Tambien, para el material de muestra N° 12, el diametro maximo de las inclusiones de tipo A es grande, y para el material de muestra N° 10, el diametro maximo de las inclusiones de tipo B es grande. Para el material de muestra N° 3, 6 y 9 sometido a recocido como condiciones de tratamiento con calor, el diametro maximo de las inclusiones puede ser restringido, pero la resistencia a traccion es baja, y bastante alejada del valor objetivo de 900 MPa.
Ademas, en los materiales de muestra, el ensayo de fatiga fue realizado aplicando una presion en el interior de la tubena de acero. En el ensayo de fatiga, la presion interna mas baja fue establecida en 18 MPa, y la presion interna mas elevada a la que la fractura no se produce incluso cuando la presion es aplicada bajo una condicion de carga de onda sinusoidal con respecto al tiempo y el ciclo de repeticion alcanzan 107 ciclos fue definida como la presion interna cntica. Para el material de muestra fracturado, el estado de la parte fracturada fue confirmado con un microscopio optico.
La Tabla 2 proporciona las presiones internas cnticas y los estados de fractura de los materiales de muestra. Aqu tambien, el material de muestra N° 1, 4 y 7 que contiene mas Ca tiene una presion interna cntica inferior al material de muestra N° 2, 5 y 8. Respecto al estado de fractura, la fractura por fatiga se origina desde la superficie interna de la tubena de acero sobre la que la presion es aplicada de forma mas intensa; el material de muestra N° 1, 4 y 7, a diferencia del material de muestra N° 2, 5 y 8, la fractura por fatiga se origina a partir de las inclusiones de tipo C presentes en el rango de 20 pm de profundidad desde la superficie interior de la tubena de acero. Tambien, para el material de muestra N° 12, la fractura por fatiga se origina a partir de las inclusiones de tipo A presentes en el intervalo de 20 pm de profundidad desde la superficie interior de la tubena de acero, y para el material de muestra N° 13, la fractura por fatiga se origina a partir de las inclusiones de tipo B presentes de manera similar en el intervalo de 20 pm de profundidad desde la superficie interna de la tubena de acero.
Como resulta evidente a partir de los resultados que ensayo descritos anteriormente, para el material de muestra que tiene una resistencia a traccion tan elevada como 900 MPa, manteniendo el diametro maximo de las inclusiones no metalicas pequeno, la fractura de fatiga que se origina a partir de una inclusion puede ser evitada, y la presion interna cntica puede ser incrementada.
Ejemplo 2
Utilizando aceros de muestra C y G en la Tabla 1, fueron sometidos a fabricacion de tubena en caliente y a tratamiento de reduccion de diametro mediante extrusion en fno en base al mismo metodo de fabricacion que en el ejemplo 1 para obtener tubenas de acero acabadas teniendo cada una un diametro exterior de 8,0 mm y un espesor de pared de 2.0 mm. Las tubenas de acero fueron tratadas con calor bajo distintas condiciones de enfriamiento rapido y templado, y las resistencias a traccion fueron comparadas mediante el ensayo a traccion. Los resultados del ensayo se muestran en la Tabla 3.
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Los materiales de muestra N° 14 a 17 y 21 a 23 fueron sometidos a enfriamiento rapido y fueron templados bajo las condiciones de fabricacion de la presente invencion, asegurando una resistencia a traccion no inferior a 900 N/mm2 Entre estos materiales de muestra, el N° 14 fue calentado a una velocidad de calentamiento de 12,5° C/seg mediante calentamiento de alta frecuencia, y el tiempo en remojo del mismo fue sustancialmente de 0 segundos. Por otra parte, los materiales de muestra N° 18 a 20 fueron tratados con calor sin el uso del metodo de fabricacion de acuerdo con la presente invencion, y las resistencias a traccion de los mismos fueron menores que 900 N/mm2. El material de muestra N° 20 fue enfriado gradualmente desde la temperatura de calentamiento. De los resultados de ensayo descritos anteriormente, se puede observar que si se utiliza el metodo de fabricacion de acuerdo con la invencion, se puede asegurar de forma estable una resistencia a traccion no menor que 900 N/mm2.
Aplicabilidad industrial
Para la tubena de acero para tubena de inyeccion de combustible de acuerdo con la presente invencion, puede ser evitada la fractura por fatiga que se origina a partir de una inclusion no metalica presente cerca de la superficie interna de la tubena de acero, de manera que la presion interna cntica puede ser incrementada a la vez que se asegura una resistencia a traccion no menor que 900 N/mm2. Por lo tanto, cuando esta tubena de acero para tubena de inyeccion de combustible es utilizada como tubena de acero para suministrar un combustible a una camara de combustion de motor diesel, la fatiga no se produce incluso aunque la presion de inyeccion de combustible suministrado a la camara de combustion sea incrementada suficientemente.

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. El uso de una tubena de acero para tubena de inyeccion de combustible, estando la tubena de acero formada por, porcentaje en masa C: 0,12 a 0,27%, Si: 0,05 a 0,40%, Mn: 0,8 a 2,0%, y opcionalmente uno o mas tipos de Cr: 1% o menos, Mo: 1% o menos, Ti: 0,04% o menos, Nb: 0,04% o menos, y V: 0,1% o menos, siendo el resto Fe e impurezas, conteniendo las impurezas Ca: 0,001% o menos, P: 0,02% o menos, y S: 0,01% o menos, en donde la resistencia a traccion de la misma es no menor que 900 N/mm2, y el diametro maximo de las inclusiones no metalicas de tipo A, de tipo B, o de tipo C presentes durante al menos 20 pm de profundidad desde la superficie interna de la tubena de acero es no mayor de 20 pm.
2. Una tubena de inyeccion de combustible que es una tubena de acero formada por, porcentaje en masa C: 0,12 a 0,27%, Si: 0,05 a 0,40%, Mn: 0,8 a 2,0%, y opcionalmente uno o mas tipos de Cr: 1% o menos, Mo: 1% o menos, Ti: 0,04% o menos, Nb: 0,04% o menos, y V: 0,1% o menos, siendo el resto Fe e impurezas, conteniendo las impurezas Ca: 0,001% o menos, P: 0,02% o menos, y S: 0,01% o menos, en donde la resistencia a traccion de la misma es no menor que 900 N/mm , y el diametro maximo de las inclusiones no metalicas de tipo A, de tipo B, o de tipo C presentes durante al menos 20 pm de profundidad desde la superficie interna de la tubena de acero es no mayor de 20 pm.
3. Un metodo de fabricacion para una tubena el acero para tubena de inyeccion de combustible, que comprende las etapas de enfriar rapidamente una tubena de acero que tiene la composicion qmmica como se define a continuacion, en donde la condicion de enfriamiento rapido es que la tubena sea calentada hasta una temperatura de enfriamiento rapido de no menos que el punto de trasformacion Ac3 y sea rapidamente enfriada, y
templar la tubena de acero que enfriada rapidamente a una temperatura no mayor que el punto de trasformacion Ac-i, en donde el enfriamiento rapido y el templado son realizados despues de que se haya realizado una extrusion en fno final,
estando formada la composicion qmmica de la tubena de acero de, porcentaje en masa, C: 0,12 a 0,27%, Si: 0,05 a 0,40%, Mn: 0,8 a 2,0%, y opcionalmente uno o mas tipos de Cr: 1% o menos, Mo: 1% o menos, Ti: 0,04% o menos, Nb: 0,04% o menos, y V: 0,1% o menos, siendo el resto Fe e impurezas, conteniendo las impurezas Ca: 0,001% o menos, P: 0,02% o menos, y S: 0,01% o menos.
4. El metodo de fabricacion para una tubena de acero para tubena de inyeccion de combustible de acuerdo con la reivindicacion 3, en donde la temperatura de enfriamiento rapido es no menor que [punto de trasformacion Ac3 + 30° C] y no mayor que 1150° C.
5. El metodo de fabricacion de una tubena de acero para tubena de inyeccion de combustible de acuerdo con las reivindicaciones 3 o 4, en donde el calentamiento hasta la temperatura de enfriamiento rapido se realiza a una velocidad de calentamiento no menor que 10° C/segundo.
6. El metodo de fabricacion de una tubena de acero para tubena de inyeccion de combustible de acuerdo con las reivindicaciones 3 a 5, en donde la temperatura de templado es no menor que 600° C y no mayor que 650° C.
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