KR20170097198A - 가솔린 직접 분사용 퓨얼 레일 - Google Patents

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Abstract

소관에의 성형 가공 전은 저경도이며 양호한 성형성을 유지하고, 용접관을 성형 가능하게 할 수 있음과 함께, 비교적 박육으로 형성해도 높은 연료 압력에서 견딜 수 있는 고강도의 성질을 구비한 퓨얼 레일을 저렴하게 얻는다.
연료 압력이 30MPa 이상에서 사용됨과 함께, 철강제의 용접관으로 형성되는 가솔린 직접 분사용 퓨얼 레일에 있어서, C, Si, Mn, P, S, Nb, Mo의 화학 성분을 포함하는 철 합금으로 이루어지고, 판 두께 t와 외경 D의 비 t/D가 0.2 이하이고, 제조 시에 노내 브레이징 가공을 실시함으로써, 베이나이트 조직을 석출 가능하게 한다.

Description

가솔린 직접 분사용 퓨얼 레일
본 발명은 가솔린 직접 분사용 퓨얼 레일에 관한 것이다.
종래의 가솔린 직접 분사 시스템의 연료 압력은 20MPa 이하이며, 퓨얼 레일의 두께를 확보함으로써 내압 강도를 확보하고 있다. 이러한 연료 압력의 영역에서는, 특히 고강도재를 사용할 필요는 없고, 퓨얼 레일도 비교적 두께가 얇기 때문에, 용접관의 제조도 가능하다. 그러나, 최근의 연비 개선이나 배출 가스 규제의 강화 등에 의해, 특허문헌 1, 2에 나타낸 바와 같은 가솔린 직접 분사 시스템의 연료 압력은 더욱 고압화되는 경향이 있어, 현재는 30MPa를 초과하게 되었다. 그로 인하여, 이러한 고압에 견딜 수 있도록, 퓨얼 레일을 두껍게 형성할 필요가 있다.
일본 특허 공개 제2007-16668호 공보 일본 특허 공개 제2010-7651호 공보
그러나, 30MPa 이상의 연료 압력에서 견디는 두께로 하기 위해서는, 롤 포밍 성형에 의한 용접관의 제조는 곤란하기 때문에, 심리스 파이프를 제조하는 것 외에 다른 방법이 없었지만, 심리스 파이프의 제조에는 비용이 많이 드는 것이다. 또한, 두께화 이외의 방법으로서, 재료 자체를 고강도화하여 박육인 것을 형성하는 것을 생각할 수 있지만, 종래부터 사용되고 있는 고강도재는 탄소량이 많은 점에서, 제조 과정에서 행해지는 노내 브레이징 가공 시에 고온에 의해 표면이 탈탄되어 부드러워지고 피로 강도가 저하되기 때문에, 본래의 목적인 고강도의 성질을 만족시키는 것이 어려운 것이었다. 또한, 이러한 재료는 용접에는 부적합하며, 용접의 품질 확보를 충분히 행할 수 없는 것이었다.
그래서, 본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하고자 하는 것으로, 소관에의 성형 가공 전은 저경도이며 양호한 성형성을 유지하며, 롤 포밍 가공에 의해 용접관을 성형 가능으로 할 수 있음과 함께, 비교적 박육으로 형성해도 높은 연료 압력에 견딜 수 있는 고강도의 성질을 구비한 퓨얼 레일을 저렴하게 얻고자 하는 것이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 과제를 해결한 것으로서, 연료 압력이 30MPa 이상에서 사용됨과 함께, 철강제의 용접관으로 형성되는 가솔린 직접 분사용 퓨얼 레일에서, C, Si, Mn, P, S, Nb, Mo의 화학 성분을 포함하는 철 합금으로 이루어지고, 판 두께 t와 외경 D의 비 t/D가 0.2 이하이고, 제조 시에 노내 브레이징 가공을 실시함으로써, 베이나이트 조직을 석출 가능하게 한 것이다. 또한, 본 발명의 노내 브레이징 가공이란, 노내에서 1000℃ 이상으로 승온함과 함께, 이 온도에서 실온까지 서랭을 행하는 가공을 의미하는 것이다.
또한 연료 압력은, 30MPa 내지 80MPa여도 된다.
본 발명은 상술한 바와 같이, C, Si, Mn, P, S, Nb, Mo의 성분으로 이루어지는 화학 성분을 포함하는 철 합금으로 이루어진 것으로서, 소관에의 성형 가공 전의 상태에서는 페라이트 조직, 또는 페라이트-펄라이트 조직을 형성한다. 그로 인하여, 이러한 상태에서는 저경도를 유지할 수 있음과 함께 용접 품질을 양호하게 보유 지지할 수 있기 때문에, 가공을 용이한 것으로 할 수 있다.
또한, 제조 공정에서 노내 브레이징 가공을 실시함으로써, 베이나이트 조직이 석출된다. 이 베이나이트 조직의 존재에 의해, 재질이 종래의 것과 비교하여 고강도가 되어, 고내압성을 확보하는 것이 가능해진다. 그 때문에, 전체 형상을 박육으로 형성하여 경량인 것으로 할 수 있다는 점에서, 롤 포밍 성형에 의해 용접관으로 저렴하게 형성할 수 있음과 함께, 고강도 및 고내압이라는 성질에 의해, 30MPa 이상의 높은 연료 압력에 대해 사용 가능한 제품을 얻는 것이 가능해진다.
실시예
본 발명의 실시예인 가솔린 직접 분사용 퓨얼 레일에 대해, 이하에 설명한다. 먼저, 본 실시예를 구성하는 철 합금 재료 중 철과 불순물을 제외한 화학 성분 및 전체 성분에 대한 배합 비율을 하기 표 1에 나타낸다.
Figure pct00001
상기와 같이 본 발명의 실시예 1, 2는, C, Si, Mn, P, S, Nb, Mo를 포함하는 것이다. 여기서 실시예 1, 2의 제조 방법에 대해 이하에 설명하면, 실시예 1, 2는, 표 1에 나타내는 화학 성분, 및 철, 기타 불순물로 이루어진 철 합금이다. 그리고 이 재료에 의해 용접관을 형성하고, 이 용접관의 양단을 부품으로 막음과 함께, 소켓이나 고정구를 각각 조립한다. 그리고, 상기 조립이 완성된 것에 대해, 1000℃ 이상의 노내에서 노내 구리 브레이징 가공을 실시하고, 그 후 서랭을 행하고, 형 맞춤, 누설 체크 등의 공정을 거쳐 제품으로서 출하된다.
실시예 1, 2의 퓨얼 레일은 상기와 같이, 노내 구리 브레이징 가공을 행하는 것이며, 이 노내 구리 브레이징 가공은, 노내에서 1000℃ 이상으로 승온한 후, 서랭을 행하는 것이다. 이 노내 구리 브레이징 가공을 행함으로써, 상기 재료로 형성된 실시예 1, 2의 철 합금 물성이 변화하는 것이 된다. 여기서, 이 노내 구리 브레이징 가공의 전후의 물성의 변화를 검증하기 위하여 JIS 규격에 기초하여 물성 시험을 행했다.
구체적으로는, 실시예 1, 2의 재료로 JIS5 시험편(판 두께 1.6㎜, 형성 폭 25㎜, 형성 길이 350㎜)을 형성하고, 이 시험편을 이용하여 인장 시험 및 조직 관찰을 행했다. 이 인장 시험 및 조직 관찰의 결과를 이하의 표 2에 나타낸다. 또한, 표 2의 「노통 전」은 소관에의 성형 가공 전을, 「노통 후」는 노내 구리 브레이징 가공 후를, 각각 의미하는 것이다.
Figure pct00002
표 2에 나타낸 바와 같이, 인장 강도, 0.2％ 내력, 경도에 대해서는, 소관에의 성형 가공 전보다도 노내 구리 브레이징 가공 후의 쪽이 수치가 높은 것이 되었다. 또한, 각 시료의 조직을 관찰한 바, 실시예 1, 2 모두, 노내 구리 브레이징 가공 후의 것은 베이나이트의 석출이 보였다. 한편, 소관에의 성형 가공 전의 것은 페라이트 또는 페라이트-펄라이트 조직뿐이며, 베이나이트 조직은 발견되지 않았다.
상기 결과에서, C, Si, Mn, P, S, Nb, Mo의 화학 성분을 포함하는 실시예 1, 2의 퓨얼 레일은, 노내 구리 브레이징 가공을 실시함으로써 베이나이트 조직을 발생시키고, 이 베이나이트 조직의 존재에 의해 소관에의 성형 가공 전보다도 고강도이면서 또한 고경도의 성질을 얻을 수 있음이 확인되었다. 또한, 소관에의 성형 가공 전은 종래품과 마찬가지로 페라이트 조직, 또는 페라이트-펄라이트 조직이기 때문에, 용접 품질을 양호하게 유지 가능하게 함과 함께 성형성이 우수한 재료인 것이 확인되었다.
또한, 상기 실시예 1, 2의 재료와, 실시예 1, 2와는 다른 화학 성분의 종래 퓨얼 레일의 재료의 물성의 차이를 확인하기 위하여, 종래의 퓨얼 레일에 사용되고 있는 재료에 대해서도 실시예 1, 2와 마찬가지로, JIS 규격에 기초하는 인장 시험 및 조직 관찰을 행했다. 또한, 종래의 퓨얼 레일에 사용되고 있는 재료의 철 및 불순물 이외의 화학 성분 및 전체 성분에 대한 배합 비율에 대해, 비교예 1로서 표 1에 나타내고 있다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 비교예 1은 실시예 1, 2와는 그 화학 성분을 달리하는 것으로서 Nb 및 Mo를 포함하지 않고, 또한 실시예 1, 2의 재료에서는 함유하지 않은 Ni, Cr을 포함하는 것이다. 또한, 비교예 1에 대해서도 실시예 1, 2와 마찬가지로 JIS5 시험편(판 두께 1.6㎜, 형성 폭 25㎜, 형성 길이 350㎜)을 이용했다. 그 결과를 이하의 표 3에 나타낸다.
Figure pct00003
그 결과, 본 실시예 1, 2는 비교예 1에 비하여 인장 강도 및 경도 모두 높은 값을 나타내는 것이 명백해졌다. 또한, 조직의 확인을 행한 바, 실시예 1, 2는 베이나이트 조직이 석출되고 있음에 대해, 비교예 1은 오스테나이트 조직이며, 베이나이트 조직의 석출은 보이지 않았다. 이러한 점에서, 실시예 1, 2의 재료는 종래의 재료와 비교하여 고강도이며 또한 고경도인 것이 확인되었다.
또한, 상기 실시예 1, 2의 재료로 형성된 퓨얼 레일의 일례로서, 표 4에 나타내는 사이즈의 제품으로 성형할 수 있다. 또한, 표 4 중, D는 퓨얼 레일의 외경을, t는 퓨얼 레일의 두께를 의미하는 것이다. 그리고 표 4의 a는, 30MPa 부근의 연료 압력 하에서 주로 사용됨으로써, 실시예 1, 2의 재료로 형성한 경우, 그 외경 D를 11㎜, 두께 t를 2.0㎜로 하고, t/D가 0.2 이하의 박육으로 형성할 수 있다. 이에 비하여, 비교예 1의 재료로 형성된 종래품의 경우에는, 30MPa 부근의 연료 압력 하에서 사용 가능하게 하기 위해서는 외경 15㎜, 두께 4.0㎜로 해야 하기 때문에 t/D가 0.2보다도 높고, 실시예 1, 2의 재료로 형성된 것보다도 훨씬 두껍게 형성해야 한다.
또한, 표 4의 b는, 80MPa 부근의 연료 압력 하에서 주로 사용됨으로써, 실시예 1, 2의 재료로 형성한 경우, 그 외경을 13㎜, 두께를 2.3㎜로 하고, t/D가 0.2 이하의 박육으로 형성하는 것이 가능해진다. 이에 대하여, 비교예 1의 재료로 형성한 경우에는, 80MPa 부근의 연료 압력 하에서 사용하기 위해서는 외경 20㎜, 두께 5.8㎜로 해야 하기 때문에 t/D가 0.2보다도 높고, 이 경우도, 실시예 1, 2의 재료로 형성된 것보다 훨씬 두껍게 형성해야 한다.
Figure pct00004
이상의 결과로부터, 실시예 1, 2의 재료로 형성된 퓨얼 레일은, 종래품보다도 박육으로 형성하여 경량으로 할 수 있으며, 롤 포밍 가공에 의한 용접관으로 성형 가능함과 함께, 고강도 및 고내압의 성질을 얻을 수 있다. 그래서, 30MPa 내지 80MPa라고 하는 높은 연료 압력에 대응 가능한 제품을 염가로 또한 용이하게 얻을 수 있다.

Claims (2)

  1. 연료 압력이 30MPa 이상에서 사용됨과 함께, 철강제의 용접관으로 형성되는 가솔린 직접 분사용 퓨얼 레일에 있어서, C, Si, Mn, P, S, Nb, Mo의 화학 성분을 포함하는 철 합금으로 이루어지고, 판 두께 t와 외경 D의 비 t/D가 0.2 이하이고, 제조 시에 노내 브레이징 가공을 실시함으로써, 베이나이트 조직을 석출 가능하게 한 것을 특징으로 하는 가솔린 직접 분사용 퓨얼 레일.
  2. 제1항에 있어서,
    연료 압력은, 30MPa 내지 80MPa인 것을 특징으로 하는 가솔린 직접 분사용 퓨얼 레일.
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