KR101169853B1 - 연료 분사관용 강관 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

재료 강도가 크고, 또한 피로 파괴가 일어나지 않는 한계 내압이 높아서 피로 수명이 길고, 신뢰성이 높은 연료 분사관용 강관을 제공하는 것으로서, 질량%로, C：0.12～0.27%, Si : 0.05～0.40% 및 Mn : 0.8～2.0%를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지고, 불순물 중의 Ca가 0.001%이하, P가 0.02%이하, S가 0.01%이하이며, 인장 강도가 900N/㎟ 이상인 강관이며, 적어도 강관의 내표면으로부터 20㎛까지의 깊이에 존재하는 비금속 개재물의 최대 직경이 20㎛이하인 것을 특징으로 하는 연료 분사관용 강관. 이 강관은, Cr : 1%이하, Mo：1%이하, Ti : O.04%이하, Nb：0.04%이하 및 V：0.1%이하 중 1종 또는 2종 이상을 함유할 수 있다.

Description

연료 분사관용 강관 및 그 제조 방법{STEEL TUBE FOR FUEL INJECTION TUBE AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은, 연소실에 연소를 분사하기 위해서 이용되는, 인장 강도가 900N/㎟ 이상인 연료 분사관용 강관 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 디젤 엔진의 연소실에 연료 액적을 공급하기 위한 뛰어난 내(耐)내압 피로 특성을 가지는 연료 분사관용 강관 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
장래적인 에너지의 고갈에의 대책으로서, 에너지 절약을 촉구하는 운동이나 자원의 리사이클 운동 및 이러한 목적을 달성하는 기술의 개발이 활발히 행해지고 있다. 특히 최근에는, 세계적인 대처로서 지구의 온난화를 방지하기 위해서 연료의 연소에 수반하는 CO2의 배출량을 저감시키는 것이 강하게 요구되고 있다.
CO2의 배출량이 적은 내연 기관으로서, 자동차 등에 이용되는 디젤 엔진을 들 수 있다. 그러나, 디젤 엔진에는, CO2의 배출량이 적은 반면, 흑연이 발생한다고 하는 문제가 있다. 흑연은, 분사된 연료에 대해 산소가 부족한 경우에 발생한다. 즉, 연료가 부분적으로 열분해됨으로써 탈 수소반응이 일어나, 흑연의 전구 물질이 생성되고, 이 전구 물질이 다시 열분해하여, 응집?합체함으로써 흑연이 된다. 이렇게 하여 발생한 흑연은 대기 오염을 일으켜, 인체에 악영향을 미치는 것으로 의심된다.
상기의 흑연은, 디젤 엔진의 연소실에의 연료의 분사압을 높임으로써, 그 발생량을 저감시킬 수 있다. 그러나, 이를 위해서는, 연료 분사에 이용하는 강관에는 높은 피로 강도가 요구된다. 이러한 연료 분사에 이용하는 강관을 얻는 제조 방법에 대해서는, 이하와 같은 발명이 개시되어 있다.
특허 문헌 1에는, 열간 압연한 심리스(seamless) 강관 소재의 내면을 숏 블러스트 처리에 의해, 연삭?연마를 행한 후에, 냉간 드로잉 가공을 행하는 디젤 엔진의 연료 분사에 이용하는 강관의 제조 방법이 개시되어 있다. 이 제조 방법을 채용하면, 강관 내면의 손상(요철, 벗겨짐, 미세 크랙 등)의 깊이를 0.10㎜ 이하로 할 수 있으므로, 연료 분사에 이용하는 강관의 고강도화가 도모될 수 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
<특허 문헌 1> 일본국 특허공개 평 9－57329호 공보
상술의 특허 문헌 1에 개시된 방법으로 제조된 연료 분사에 이용하는 강관은, 높은 강도를 가지지만, 그 강관 재료의 강도에 알맞은 피로 수명을 얻을 수 없다. 강관 재료의 강도가 높아지면, 당연히, 강관의 내측에 걸리는 압력을 높게 할 수 있지만, 강관의 내측에 압력을 가한 경우에 강관 내면에 피로에 의한 파괴가 발생하지 않는 한계가 되는 내압(이하, 「한계 내압」이라고 한다)은, 강관 재료의 강도에만은 의존하지 않는다. 즉, 강관 재료의 강도를 크게 해도 기대 이상의 한계 내압은 얻을 수 없다. 최종 제품의 신뢰성 등을 고려하면, 피로 수명은 길수록 바람직한데, 상기의 한계 내압이 낮으면, 높은 내압에 의한 사용에 의해 강관이 피로하기 쉽기 때문에 피로 수명도 짧아진다.
특히, 최근의 추세에 있어서는, 보다 높은 내압이 목표로 되고, 구체적으로는, 강관에 대해 900N/㎟ 이상의 인장 강도가 요청되고, 그에 따른 피로 특성의 향상이 요망된다.
본 발명의 과제는, 재료 강도를 높임과 더불어, 높은 한계 내압을 확보함으로써, 피로 수명의 연장을 도모하고, 신뢰성이 높은 연료 분사관용 강관 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다. 특히, 내내압 피로 특성이 뛰어난, 인장 강도가 900N/㎟ 이상인 연료 분사관용 강관 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자 들은, 상술의 과제를 해결하기 위해, 강관 재료의 인장 강도와 강관의 한계 내압의 관계에 대해서 상세하게 조사했다. 우선, 재료의 조성을 변화시켜, 인장 강도가 다른 강관을 복수개 준비하고, 인장 시험과 한계 내압의 관계를 조사했다. 그리고, 한계 내압을 조사할 때에 얻어진 피로 파괴된 강관에 대해서도, 그 파손부를 조사했다.
상기의 조사 결과로부터, 강관 재료의 인장 강도가 500N/㎟ 미만인 경우로서, 거의 동일한 인장 강도를 가지는 재료로 이루어지는 강관에서는, 한계 내압이 달라도, 동일한 파손 형태를 나타낸다. 이에 대해서, 강관 재료의 인장 강도가 500N/㎟ 이상인 경우에 있어서는, 거의 동일한 인장 강도를 가지는 재료로 이루어지는 강관이라도, 한계 내압의 대소에 따라, 파손 형태가 다른 것을 알았다.
즉, 강관 재료의 인장 강도가 500N/㎟ 이상인 경우, 한계 내압이 비교적 큰 강관은, 인장 강도가 500N/㎟ 미만인 경우와 동일한 파손 형태를 취한다. 그러나, 한계 내압이 비교적 작은 강관에서는 내표면 부근에 존재하는 개재물을 기점으로 하여 파괴가 일어나므로, 이 개재물의 발생을 억제하면, 한계 내압을 높일 수 있다.
그리고, 본 발명이 목적으로 하는, 강관 재료의 인장 강도가 900N/㎟ 이상인 경우에도, 한계 내압이 비교적 작은 강관이면, 내표면 부근에 존재하는 개재물을 기점으로 하여 파괴가 일어나므로, 이 개재물의 발생을 억제하면, 한계 내압을 높일 수 있다.
본 발명은, 상술의 식견을 기본으로 하여 완성에 이른 것이며, 그 요지는 하기의 (1) 및 (2)에 나타내는 연료 분사관용 강관 및 하기의 (3)～(6)에 나타내는 연료 분사용 강관의 제조 방법에 있다. 이하, 각각, 「본 발명 1」～「본 발명 6」이라고 한다. 합해서, 「본 발명」이라고도 한다.
(1) 질량%로, C：0.12～0.27%, Si：0.05～0.40% 및 Mn：0.8～2.0%를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지고, 불순물 중의 Ca가 0.001% 이하, P가 0.02% 이하, S가 0.01% 이하이며, 인장 강도가 900N/㎟ 이상인 강관으로서, 적어도 강관의 내표면으로부터 20㎛까지의 깊이에 존재하는 비금속 개재물의 최대 직경이 20㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 연료 분사관용 강관.
(2) Fe의 일부를 대신하여, Cr : 1% 이하, Mo：1% 이하, Ti：0.04% 이하, Nb：0.04% 이하 및 V：0.1% 이하 중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는, 상기 (1)의 연료 분사관용 강관.
(3) 상기 (1) 또는 (2)의 화학 성분을 가지는 강관을, Ac3 변태점 이상의 온도로 담금질하고, Ac1 변태 이하의 온도로 뜨임하는 것을 특징으로 하는, 연료 분사관용 강관의 제조 방법.
(4) 담금질 온도가［Ac3 변태점＋30℃］이상 1150℃ 이하인 것을 특징으로 하는, 상기 (3)의 연료 분사관용 강관의 제조 방법.
(5) 담금질 온도까지의 가열을, 10℃／초 이상의 가열 속도로 행하는 것을 특징으로 하는, 상기 (3) 또는 (4)의 연료 분사관용 강관의 제조 방법.
(6) 뜨임 온도가 600℃이상 650℃이하인 것을 특징으로 하는, (3)～(5)중 어느 한항 기재의 연료 분사관용 강관의 제조 방법.
본 발명에 관한 인장 강도가 900N/㎟ 이상인 강관은, 예를 들면, 디젤 엔진의 연소실에 연료를 공급하는 용도에 이용하는데 매우 적합하다. 이 강관을 사용하면, 연소실에의 연료의 분사압을 보다 높게 할 수 있으므로, CO2의 배출을 감소시키면서 흑연의 배출량도 저감시키는 것이 가능해진다.
본 발명의 연료 분사관용 강관은, 연료를 분사함에 의한 압력을 그 내면에 반복해 받는 강관을 말한다. 강관 내면에는, 단시간에 매우 높은 압력이 걸리는 경우나, 항상 높은 압력이 작용하고, 또한, 이 압력이 변동하는 경우가 있다. 따라서, 그 충격에 의한 재료의 피로는 매우 크다. 본 발명의 연료 분사관용 강관은, 이러한 용도에도 충분히 견딜수 있는 피로 특성을 가진다.
본 발명의 연료 분사관용 강관이 이용되는 예로서, 축압식 연료 분사 시스템을 채용한 디젤 엔진에 있어서의 연료 펌프부터 커먼 레일(common-rail)의 사이나, 커먼 레일부터 분사 노즐의 사이에 배관되어 연료를 인도하는 강관을 들 수 있다.
디젤 엔진에서는, 전술과 같이 흑연의 발생을 억제하기 위해, 연료 분사는 매우 높은 압력으로 행할 필요가 있어, 연료 분사관용 강관의 내면은 그 압력에 견딜 수 있는 것이지 않으면 안된다. 본 발명의 강관은, 높은 내압이 걸리는 디젤 엔진에 이용되는 연료 분사관용 강관으로서 개발된 것인데, 직접 분사형 가솔린 엔진 등의 연료 분사용 강관 등에도 사용할 수 있는 것은 말할 것도 없다.
본 발명의 연료 분사관용 강관은, 그 강관 재료의 인장 강도가 900N/㎟ 이상인 것이 필요하다. 전술과 같이, 연료 분사관용 강관에는 높은 내압이 걸리므로, 그 강관은, 이 내압에 견디는 것이 요구되는데, 경량화의 관점에서, 필연적으로 높은 인장 강도를 가지지 않으면 안된다. 본 발명의 연료 분사관용 강관의 인장 강도를 900N/㎟ 이상으로 규정한 것은, 이 값이 고압화한 연료에 의해 강관의 내측에 걸리는 압력에 확실하게 견딜수 있는 인장 강도이기 때문이며, 이 인장 강도를 만족하면, 뛰어난 피로 특성을 가지는 연료 분사관용 강관을 확실하게 제공할 수 있기 때문이다.
상기의 파손 형태에 대해서는, 후술하는 실시예의 란에서 구체적인 예를 들어 상술하는데, 인장 강도가 900N/㎟ 이상이어도, 인장 강도가 거의 동등할 때, 파손 형태에 따라 한계 내압의 대소가 결정된다. 파손 형태가 개재물을 기점으로 하는 것인 경우에는, 한계 내압은 인장 강도에 비해 커지지 않는다. 본 발명에 있어서는, 강의 합금 조성이 특정한 범위로 조정되고, 또한 전술의 비금속 개재물의 크기를 특정 범위로 억제한 강관 소관을 이용함으로써, 인장 강도가 900N/㎟ 이상이어도, 한계 내압이 종래 기술에 비해 높은 연료 분사관용 강관을 제공한다.
이하, 본 발명에 관한 연료 분사용 강관과 그 제조 방법에 관해서, (1) 비금속 개재물, (2) 강의 화학 조성, 및, (3) 제관 및 열처리의 관점에서, 각각, 상세하게 설명한다.
(1) 비금속 개재물
본 발명의 연료 분사관용 강관은, 강관의 내표면 부근(적어도 강관의 내표면 부분으로부터 20㎛까지의 깊이)에 존재하는 비금속 개재물의 최대 직경이 20㎛ 이하인 것이 필요하다. 비금속 개재물이란, JIS G0202의 「철강 용어」중의 3131로 정의되는 개재물이다. 비금속 개재물의 석출은, 강관의 조성이나 제조 방법에 따라 결정되는데, 그 석출의 유무는, JIS G 0555로 규정되는 강의 비금속 개재물의 현미경 시험 방법에 따라, 강관 단면을 잘라내 연마한 후, 광학 현미경으로 연마면을 관찰함으로써 확인할 수 있다.
그리고, 본 발명의 연료 분사관용 강관에서는, 다수 석출되는 비금속 개재물 중, 큰 비금속 개재물의 직경, 즉 최대 직경이 20㎛ 이하가 아니면 안된다. 비금속 개재물의 최대 직경이 20㎛를 초과하면, 피로 파괴의 형태가 바뀌고, 그 최대 직경이 20㎛를 초과하는 비금속 개재물이 피로 파괴의 기점이 되어, 피로 강도, 즉, 한계 내압이 저하하기 때문이다.
비금속 개재물은 반드시 구형상으로 존재한다고는 할 수 없다. 이 때문에, 비금속 개재물의 최대 직경은, 개재물의 장경(長徑) 상당 길이를 L, 단경(短徑) 상당 길이를 S로 하여, 최대 직경＝(L＋S)/2로 정의한다. 또한, 비금속 개재물의 최대 직경은, 적어도 높은 압력이 걸리는 강관의 내표면으로부터 20㎛까지의 깊이이고, 그 최대직경이 20㎛ 이하이면 되고, 그 이외의 부분에서는 비금속 개재물의 최대 직경이 20㎛를 초과해도 피로 파괴의 기점으로는 되지 않는다.
A계 개재물의 최대 직경을 작게 하기 위해서는, 강관에 포함되는 S를 0.01질량%이하로 하면 된다. B계 개재물의 최대 직경을 작게 하기 위해서는, 주조 시의 주조편의 단면적을 크게 하면 된다. 주조 후, 응고하기까지의 사이에 큰 개재물이 부상하기 때문이다. 주조 시의 주조편의 단면적은 200,000㎟ 이상인 것이 바람직하다.
C계 개재물의 최대 직경을 작게 하기 위해서는, 강관에 포함되는 Ca 함유량을 저감시키면 된다. 이를 위해서, 본 발명의 연료 분사용 강관에 포함되는 Ca는, 0.001질량% 이하로 한다. Ca에는 C계 개재물을 응집시키는 작용이 있으므로, Ca 함유량을 제한함으로써 C계 개재물이 커지지 않게 할 수 있어, C계 개재물의 악영향을 회피할 수 있다.
또한, A계, B계, C계 중 어떠한 계인지에 상관없이, 주조 속도를 작게 함으로써(예를 들면, 연속 주조에서는 주조 속도 0.5m/분 정도로 실시할 수 있다), 가벼운 비금속 개재물을 슬래그로서 부상시켜 강 중의 비금속 개재물 그 자체를 감소시키는 것이 가능하다.
(2) 강의 화학 조성
본 발명의 연료 분사관용 강관은, C, Si 및 Mn을 함유한다. 이하에, 본 발명의 연료 분사관용 강관에 함유되는 이들 원소의 작용 및 함유량의 한정 이유에 대해서 설명한다. 또한, 함유량에 대한 %는, 모두 질량%를 의미한다.
C : 0.12～0.27%
C는, 강관 재료의 강도를 향상시킨다. 강도를 향상시키기 위해서는, C함유량을 0.12% 이상으로 하는 것이 필요하다. 그러나, C함유량이 0.27%를 초과하면, 가공성이 저하하여, 강관으로 성형하는 것이 곤란해진다. C함유량은 0.12～0.2%인 것이 보다 바람직하다.
Si : 0.05～0.40%
Si는, 강관 재료의 탈산을 위해서 함유시킨다. 탈산의 효과를 확실하게 하기 위해서는, Si 함유량을 0.05% 이상으로 하는 것이 필요하다. 그러나, Si 함유량이 0.40%를 초과하면, 인성의 저하를 초래하는 경우가 있다.
Mn：0.8～2.0%
Mn은, 강관 재료의 강도를 향상시키기 위해 함유시킨다. 강도를 향상시키기 위해서는, Mn 함유량을 0.8% 이상으로 하는 것이 필요하다. 그러나, Mn 함유량이 2.0%를 초과하면, 편석을 조장하고, 인성이 열화하는 경우가 있다.
본 발명의 강관의 1개는, 상기의 성분 외, 잔부가 Fe와 불순물로 이루어지는 것이다. 단, 불순물 중의 Ca는, 상기와 같이 0.001% 이하로 할 필요가 있고, 또한, P 및 S는 하기와 같이 규제하지 않으면 안된다.
P：0.02%이하, S : 0.01%이하
P 및 S는 모두 열간 가공성 및 인성에 악영향을 미치는 불순물 원소이므로, P 및 S의 함유량은 낮을수록 바람직하다. P함유량 및 S함유량이 각각 0.02%, 0.01%를 초과하는 경우에는, 열간 가공성 및 인성이 현저하게 나빠진다.
본 발명에 관한 연료 분사관용 강관은, 상기의 성분에 추가하여, 이하에 기술하는 성분의 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.
Cr : 1%이하
Cr은, 적극적으로 함유시킬 필요는 없지만, 담금질성 및 내마모성을 향상시키는 효과를 가지므로 함유시키는 것이 바람직하다. 이들 효과를 얻기위해서는, Cr함유량을 0.3% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Cr함유량이 1%를 초과하면, 베이나이트가 대량으로 생성되어 인성이 저하한다.
Mo：1%이하
Mo도, 적극적으로 함유시킬 필요는 없지만, 담금질성을 향상시키는 효과를 가짐과 더불어, 인성 개선에도 효과가 있으므로 함유시키는 것이 바람직하다. 이들 효과를 얻기 위해서는, 0.03%이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, Mo 함유량이 1%를 초과하면, 베이나이트가 대량으로 생성되어 인성이 저하한다.
Ti : 0.04%이하
Ti는, 적극적으로 함유시킬 필요는 없지만, 강도 및 인성을 향상시키는 효과가 있으므로, 함유시키는 것이 바람직하다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Ti 함유량을 0.005% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Ti 함유량이 0.04%를 초과하면, 질소 화합물의 개재물이 강관 중에 형성되어, 인성이 저하한다. 따라서, Ti 함유량은 0.01～0.04%로 하는 것이 보다 바람직하다.
Nb : O.04%이하
Nb도, 적극적으로 함유시킬 필요는 없지만, 강도 및 인성을 향상시키는 효과가 있으므로 함유시키는 것이 바람직하다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Nb 함유량을 0.005% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Nb 함유량이 0.04%를 초과하면, 질소 화합물의 개재물이 강관 중에 형성되어, 인성이 저하한다. 따라서, Nb함유량은 0.01～0.04%로 하는 것이 보다 바람직하다.
V：0.1%이하
V도, 적극적으로 함유시킬 필요는 없지만, 강도를 향상시키는 효과가 있으므로 함유시키는 것이 바람직하다. 이러한 효과를 얻기위해서는, V함유량을 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, V함유량이 0.1%를 초과하면, 인성이 저하한다.
(3) 제관 및 열처리
본 발명의 연료 분사관용 강관은, 이하의 방법으로 제관하여, 열처리를 함으로써, 원하는 특성을 얻을 수 있다.
예를 들어, 만네스만 맨드럴 밀(mandrel mill) 제관법으로 천공 압연, 연신 압연을 행하여, 스트레치 리듀서(stretch reducer) 정경(定徑) 압연으로 소정의 열간 제관의 치수로 마무리한다. 이어서, 냉간 드로잉 가공을 수회 반복하여, 소정의 냉간 마무리의 치수로 한다. 냉간 드로잉에 있어서는, 그 전에 응력 제거 소둔을 행함으로써 냉간 드로잉 가공을 용이하게 할 수 있다. 본 발명에 이용하는 강관의 제관 방법으로는, 생산성의 관점으로부터, 만네스만 맨드럴 제관법을 적용하는 것이 바람직한데, 플러그 밀(Plug Mill) 제관법 등, 다른 제관법을 이용하는 것도 가능하다.
이와 같이 하여, 최종의 냉간 드로잉 가공을 행한 후, 담금질 뜨임의 열처리를 행함으로써, 900N/㎟ 이상의 인장 강도를 확보할 수 있다.
담금질 조건은, 적어도 Ac3 변태점 이상의 온도로 가열, 급냉을 행한다. 가열 온도는, 바람직하게는, ［Ac3 변태점＋30℃］～1150℃이며, 특히 고 강도화를 목적으로 하는 경우에는 1000℃ 이상이 바람직하다. 가열 온도가 높은 쪽이 고강도를 얻을 수 있다. 가열 온도가 Ac3 미만에서는, 원하는 인장 강도를 얻을 수 없고, 또한 1150℃을 상회하면 치수 정밀도가 저하하여, 인성에 악영향을 주어, 가공성이 저하한다. 연료 분사관용 강관에 있어서는, 커먼 레일이나 인젝터와의 접속부를 형성하기 위한 소성 가공이 필요하므로, 가공성의 저하는 바람직하지 않다.
담금질 시의 가열 방법은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 고온 장시간의 가열은, 보호 분위기가 아닌 경우에 있어서는, 강관 표면에 생성되는 스케일이 많아져, 치수 정밀도와 표면성상의 저하로 연결되므로, 워킹 빔(Walking beam) 노(爐) 등, 노 가열의 경우는, 10～20분 정도의 단시간의 유지 시간으로 하는 것이 바람직하다. 스케일 억제의 관점에서는, 가열 분위기로서, 산화 포텐셜이 낮은 분위기나 비산화성의 환원 분위기가 바람직하다.
바람직하게는, 가열 방식으로서 고주파 유도 가열 방법이나 직접 통전 가열 방법을 채용하면, 단시간 유지의 가열을 실현할 수 있다. 가열 속도는 10℃／초 정도 이상으로 함으로써, 대기 중의 가열에 있어서도, 강관 표면에 발생하는 스케일을 최소로 억제하는 것이 가능해진다.
담금질 시의 냉각에 대해서는, 원하는 900MPa 이상의 인장 강도를 안정되고 또한 확실하게 얻기 위해서, 500～800℃의 사이를 냉각 속도 10℃／초 이상으로 500℃ 이하까지 냉각시킬 필요가 있다. 물 담금질 등의 급냉 처리로 하는 것이, 바람직하다.
급냉되어 상온까지 냉각된 강관은, 그대로의 상태에서는 단단하여 부서지기 쉽기 때문에 Ac1 변태점 이하의 온도로 뜨임할 필요가 있다. 뜨임 온도가 450℃ 미만에서는 뜨임이 불충분하고, 인성과 가공성이 부족하게 된다. 뜨임의 온도가 Ac1 변태점을 초과하면, 변태가 개시되어, 원하는 특성을 안정되고, 또한, 확실하게 얻는 것이 곤란해진다. 바람직한 뜨임 온도는 600～650℃이다. 뜨임 온도에서의 유지 시간은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상은 10분부터 120분 정도이다. 또한, 뜨임 후, 적절히 스트레이트너 등으로 휨을 교정해도 된다.
<실시예 1>
본 발명의 효과를 확인하기 위해서, 표 1에 나타내는 화학 조성의 11개의 공시(供試) 강을 제작했다. 각 공시 강은 표 2에 나타내는 대로의 주조 속도와 주조 시의 주조편 단면적으로 연속 주조하고, 만네스만 천공 압연, 맨드럴 밀에서의 연신 압연, 스트레치 리듀서에서의 정경 압연을 거쳐, 외경 34㎜, 두께 4.5㎜의 치수로 열간 제관했다. 이 열간 마무리된 소관(素管)을 추신하기 위해서, 우선 소관 선단을 입구를 좁혀 윤활제를 도포했다. 계속해서, 다이스와 플러그를 이용하여 드로잉 가공을 행하고, 서서히 관경을 축소하여, 관 내면을 절삭, 연마한 후, 마무리 공정으로서, 축경 가공을 실시하여, 외경 8.0㎜, 두께 2.0㎜의 강관으로 마무리했다. 그리고, 최종 공정으로서, 이들 강관에 표 2의 열처리 조건에 기재된 조건으로 담금질 뜨임을 행하여, 13종류의 공시재로 했다. 단, 표 2에 있어서, 담금질 시의 가열은, 고주파 가열의 경우는 가열 속도가 12.5℃／초이며, 담금질 시의 냉각은 고주파 가열에서는 12.5℃／초, 노 중 가열에서는 2.5℃／초이다. 또한, 공시재 No.3, 6 및 9는, 추신 후의 열처리로서 담금질 뜨임이 아니라, 소둔을 행한 것이며, No. 6 및 9는, 각각 No. 5 및 8과 동일한 빌릿(billet)으로부터 얻어진 것이다.
<표 1>
Figure 112010008010969-pct00001

<표 2>
Figure 112010008010969-pct00002
상기의 각각의 공시재의 일부를 샘플로서 잘라내고, 그 샘플을 JIS에 11호 시험편으로서 규격되는 인장 시험의 시험편의 크기로 가공하여, 인장 시험을 행했다. 또한, 동 샘플에 대해서 강관의 내표면으로부터 깊이 20㎛까지의 범위에 해당되는 부분을 광학 현미경으로 관찰하여, 석출한 개재물의 조사를 행했다.
표 2에 각 공시재의 인장 강도와 개재물의 최대 직경을 나타낸다. 공시재 No.1, 4, 7 및 11은, 각각 공시재 No. 2, 3, 5, 6 및 8～10에 비해, Ca를 많이 함유하는 것이다. 표 2로부터, 공시재 No.1과 2, 4와 5, 그리고, 7과 8은, 각각 인장 강도가 거의 동일한데, Ca함유량이 많은 공시재 No. 1, 4 및 7은, 각각 공시재 No. 2, 5 및 8에 비해, C계 개재물의 최대 직경이 큰 것을 알 수 있다. 또한, 공시재 No. 12는 A계 개재물의 최대 직경이 크고, 공시재 No.10은 B계 개재물의 최대 직경이 크다. 열처리 조건으로서 소둔을 실시한 공시재 No. 3, 6 및 9는, 개재물의 최대 직경이 억제가 되어 있는데, 인장 강도가 작아, 목표인 900MPa에는, 훨씬 미치지 못한다.
또한, 각 공시재에 대해, 강관의 내측에 압력을 가하여 피로 시험을 행했다. 피로 시험에서는, 최저 내압을 18MPa로 하고, 시간에 대해서 정현파를 취하는 하중 조건으로 압력을 인가하여, 반복 회수가 107회로 되어도 파괴가 일어나지 않는 최대 내압을 한계 내압으로 했다. 그리고, 파괴가 일어난 것에 대해서는, 그 파괴된 부분의 상태를 광학 현미경으로 확인했다.
표 2에 각 공시재의 한계 내압과 파괴 상태를 나타낸다. 여기에서도, Ca 함유량이 많은 공시재 No. 1, 4 및 7은, 각각 공시재 No. 2, 5 및 8에 비해 한계 내압이 낮다. 그리고, 그 파괴 상태는, 각각 압력이 가장 많이 걸리는 강관 내면부터 피로 파괴가 일어나고 있는데, 공시재 No. 1, 4 및 7에서는, 공시재 No. 2, 5 및 8과 달리, 강관의 내표면으로부터 깊이 20㎛까지의 범위 내에 존재하는 C계 개재물을 기점으로 하여 파괴가 일어난다. 또한, 공시재 No. 12에서는 강관의 내표면으로부터 깊이 20㎛까지의 범위 내에 존재하는 A계 개재물을 기점으로 하고, 그리고, 공시재 No. 13에서는 마찬가지로 강관의 내표면으로부터 깊이 20㎛까지의 범위 내에 존재하는 B계 개재물을 기점으로 하여, 각각 피로 파괴가 발생한다.
이상의 시험 결과로부터 명백한 바와같이, 900MPa 정도의 높은 인장 강도를 가지는 공시재에서는, 비금속 개재물의 최대 직경을 작게 억제함으로써, 개재물을 기점으로 하는 피로 파괴를 회피할 수 있어 한계 내압을 높일 수 있다.
<실시예 2>
표 1의 공시강 C와 G를 이용하여, 실시예 1과 동일한 제법으로 열간 제관과 냉간 추신에 의한 축경 가공에 의해, 외경 8.0㎜, 두께 2.0㎜로 마무리한 강관을 각종 담금질, 뜨임의 조건으로 열 처리하고, 인장 시험에 의해 인장 강도를 비교했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
<표 3>
Figure 112010008010969-pct00003
공시재 No. 14～17 및 No. 21～23은, 본 발명의 제조 조건으로 담금질, 뜨임을 행한 것이며, 900N/㎟ 이상의 인장 강도가 확보되어 있다. 이 중, No. 14는 고주파 가열에 의해 12.5℃／초로 가열한 것이며, 균열 시간은 실질적으로 0초이다. 한편, 공시재 No.18～No.20은, 본 발명의 제조법에 따르지 않은 것이며, 인장 강도는 모두 900N/㎟ 미만이다. 또한, No. 20은 가열 온도로부터 서냉시킨 것이다. 이상의 결과에서, 본 발명의 제조법에 의거하면, 900N/㎟ 이상의 인장 강도를 안정되게 확보할 수 있다.
<산업상 이용가능성>
본 발명의 연료 분사관용 강관에서는 내표면 부근에 존재하는 비금속 개재물을 기점으로 한 피로 파괴를 방지할 수 있으므로, 900N/㎟ 이상의 인장 강도를 확보하면서, 한계 내압을 높게하는 것이 가능해진다. 따라서, 이 연료 분사관용 강관을 디젤 엔진의 연소실에 연료를 공급하는 강관에 이용하면, 연소실에의 연료의 분사압을 충분히 높게 해도, 피로가 일어나지 않는다.

Claims (10)

  1. 질량%로, C：0.12～0.27%, Si：0.05～0.40% 및 Mn : 0.8～2.0%를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어지고, 불순물 중의 Ca가 0.001% 이하, P가 0.02% 이하, S가 0.01% 이하이며, 인장 강도가 900N/㎟ 이상인 강관으로서, 적어도 강관의 내표면으로부터 20㎛까지의 깊이에 존재하는 비금속 개재물의 최대 직경이 20㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 연료 분사관용 강관.
  2. 청구항 1에 있어서,
    Fe의 일부를 대신하여, Cr : 1%이하, Mo：1%이하, Ti：0.04%이하, Nb：0.04% 이하 및 V：0.1%이하 중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는, 연료 분사관용 강관.
  3. 청구항 1 또는 2에 기재된 화학 성분을 가지고, 또한, 적어도 강관의 내표면으로부터 20㎛까지의 깊이에 존재하는 비금속 개재물의 최대 직경이 20㎛ 이하인 강관을, Ac3 변태점(變態點) 이상의 온도로 담금질하고, Ac1 변태점 이하의 온도로 뜨임하는 것을 특징으로 하는, 연료 분사관용 강관의 제조 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    담금질 온도가 ［Ac3 변태점＋30℃］이상 1150℃ 이하인 것을 특징으로 하는, 연료 분사관용 강관의 제조 방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    담금질 온도까지의 가열을, 10℃／초 이상의 가열 속도로 행하는 것을 특징으로 하는, 연료 분사관용 강관의 제조 방법.
  6. 청구항 3에 있어서,
    뜨임 온도가 600℃이상 650℃이하인 것을 특징으로 하는, 연료 분사관용 강관의 제조 방법.
  7. 청구항 4에 있어서,
    담금질 온도까지의 가열을, 10℃／초 이상의 가열 속도로 행하는 것을 특징으로 하는, 연료 분사관용 강관의 제조 방법.
  8. 청구항 4에 있어서,
    뜨임 온도가 600℃이상 650℃이하인 것을 특징으로 하는, 연료 분사관용 강관의 제조 방법.
  9. 청구항 5에 있어서,
    뜨임 온도가 600℃이상 650℃이하인 것을 특징으로 하는, 연료 분사관용 강관의 제조 방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    뜨임 온도가 600℃이상 650℃이하인 것을 특징으로 하는, 연료 분사관용 강관의 제조 방법.
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