一種柴油機(jī)高壓噴油管用鋼、高壓噴油管及其制造方法課件

1、1、一種柴油機(jī)高壓噴油管用鋼，其特征在于：其化學(xué)元素質(zhì)量百分比含量為：C: 0.18 0.20%；Si : 0.20 0.30%；Mn：1.401.60%；S0.003%；P0.010%；Nb：0.0150.025%；V：0.020.04%；Al:0.020.03%；Ti:0.02-0.03%；Ca 0.002%；Ti<0.001%；N<0.003%；H<0.0002%；O<0.0005%；余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柴油機(jī)高壓噴油管用鋼，其特征在于：其內(nèi)部包含位錯(cuò)組織。3、一種高壓噴油管，其特征在于：其采用如權(quán)利要求12任一權(quán)利要求所述

2、的柴油機(jī)高壓噴油管用鋼制成。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高壓噴油管，其特征在于：所述噴油管內(nèi)表面凹陷/劃痕/雜質(zhì)的缺陷深度在0.02mm0.05mm的范圍內(nèi)，缺陷總個(gè)數(shù)小于等于5個(gè)。5、如權(quán)利要求3所述的高壓噴油管的制造方法，其特征在于：包括如下步驟：（1）制造管坯；（2）進(jìn)行若干道次冷拉拔；（3）應(yīng)力退火；其中，步驟（2）的冷拉拔的道次由工作壓力確定，屈服強(qiáng)度與工作壓力的關(guān)系滿足公式：屈服強(qiáng)度/工作壓力3.65屈服強(qiáng)度的增量值與冷拉拔的關(guān)系滿足公式：ReH= 79+ (170+K)R其中ReH為屈服強(qiáng)度增量值；R為冷拉拔的總延伸率，即冷拉拔前后的截面面積比；K為冷拉拔速度影響參數(shù)，取值范圍是

3、1040。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的高壓噴油管的制造方法，其特征在于：步驟（2）中的冷拉拔道次小于等于3次。7、根據(jù)權(quán)利要求5所述的高壓噴油管的制造方法，其特征在于：步驟（2）中冷拉拔道次間進(jìn)行高溫正火/高溫退火處理。8、根據(jù)權(quán)利要求5所述的高壓噴油管的制造方法，其特征在于：步驟（2）中冷拉拔的速度小于等于6M/min。9、根據(jù)權(quán)利要求5所述的高壓噴油管的制造方法，其特征在于：步驟（3）中去應(yīng)力退火的溫度為500700，時(shí)間為3060分鐘。一種柴油機(jī)高壓噴油管用鋼、高壓噴油管及其制造方法技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明涉及一種鋼，具體涉及一種一種柴油機(jī)高壓噴油管用鋼、高壓噴油管及其制造方法。背景技術(shù) 高壓精密鋼

4、管主要用于高功率密度發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)開(kāi)發(fā)噴射壓力不斷提高的高壓燃油噴射系統(tǒng)，不僅提高了柴油機(jī)的性能，同時(shí)減少了有害物的排放，滿足了不斷嚴(yán)格的環(huán)境法規(guī)要求。滿足歐、IV排放標(biāo)準(zhǔn)的高壓油管的工作壓力分別達(dá)到160MPa和180MPa。2015年為我國(guó)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始執(zhí)行國(guó)IV標(biāo)準(zhǔn)（相當(dāng)于歐IV排放標(biāo)準(zhǔn)），柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)由國(guó)III提高到國(guó)IV標(biāo)準(zhǔn)，其顆粒排放物下降80%，NOx排放下降30%；提高噴油壓力大幅提高柴油機(jī)燃燒效率，節(jié)油3-5%。高壓噴油管產(chǎn)品是符合綠色發(fā)展戰(zhàn)略的高技術(shù)產(chǎn)品。近年來(lái)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的直接噴射技術(shù)在柴油機(jī)技術(shù)的發(fā)展中得到快速推廣。目前,歐洲各國(guó)普遍引用的ISO8535-2011柴

5、油發(fā)動(dòng)機(jī)高壓燃油噴射管用鋼管，第一部分:冷拔無(wú)縫單壁鋼管要求標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了4個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的高壓油管材料，我國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 8120.12011壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī) 高壓油管用鋼管第1 部分：?jiǎn)伪诶淅瓱o(wú)縫鋼管技術(shù)條件等效于ISO8535-2006版標(biāo)準(zhǔn)，給出高壓油管的鋼材可選用德國(guó)牌號(hào)St52.4的鋼材，接近國(guó)內(nèi)牌號(hào)16Mn、16MnV等，但是這種材料可用于制造160MPa以下的工作壓力的冷拔高壓油管。160MPa以上工作壓力的噴油管材料需要新開(kāi)發(fā)。由于鋼管的高頻振動(dòng)壓力負(fù)荷，動(dòng)態(tài)應(yīng)力很高，噴油管要承受很高的脈動(dòng)內(nèi)壓，對(duì)噴射油管的材料性能和管子內(nèi)表面的微觀形態(tài)要求很高。材料性能指標(biāo)上需要通過(guò)優(yōu)化制造

6、工藝過(guò)程，同時(shí)收緊合金成份的限值范圍，提高材料的強(qiáng)度和延伸率。通過(guò)采用復(fù)合添加微合金元素使金相組織細(xì)化，既提高強(qiáng)度又增大延伸率。為了提高管路的壽命盡可能降低早期失效的可能性，不僅要考慮試驗(yàn)得出的平均疲勞強(qiáng)度，還必須顧及試驗(yàn)結(jié)果的分散帶寬。160MPa級(jí)工作壓力以上高壓噴油管通常需要采用冷拔去應(yīng)力退火工藝。為滿足高壓油管油量允差一般控制在0.5%以內(nèi)，鋼管內(nèi)徑尺寸公差控制在±0.025mm范圍內(nèi)。內(nèi)表面質(zhì)量需要達(dá)到ISO8535-2011標(biāo)準(zhǔn)中的Q級(jí)以上指標(biāo)，即考察鋼管橫截面內(nèi)表面凹陷、雜質(zhì)、劃痕等缺陷深度0.02mm0.05mm，數(shù)量不超過(guò)5個(gè)。為滿足的柴油機(jī)高壓油管的工作脈沖油壓疲

7、勞性能和穩(wěn)定性，需要測(cè)定該工作壓力下，脈沖疲勞循環(huán)次數(shù)超過(guò)1000萬(wàn)次。因此理論上，噴油管的工作壓力需要設(shè)計(jì)在疲勞極限以下，同時(shí)鋼管的強(qiáng)度設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)需要在工作壓力基礎(chǔ)上加上安全系數(shù)。材料的屈服強(qiáng)度和疲勞極限之間有一定的關(guān)系，一般來(lái)說(shuō)，材料的屈服強(qiáng)度越高，疲勞強(qiáng)度也越高。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)一般要求高壓油管的名義工作壓力為材料屈服強(qiáng)度的0.30.5倍，即屈服強(qiáng)度/工作壓力23.3；而國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)則是要求高壓油管的名義工作壓力為材料爆破壓力的0.250.4倍，轉(zhuǎn)換成國(guó)內(nèi)要求是屈服強(qiáng)度/工作壓力1.52.4。材料表面粗糙度愈小，應(yīng)力集中愈小，疲勞強(qiáng)度也愈高。鋼管冷拔加工坯料尺寸過(guò)大、內(nèi)表面出現(xiàn)的褶皺越多，產(chǎn)生表

8、面缺陷的可能性也越大，這些原因都會(huì)導(dǎo)致疲勞性能下降。冶金缺陷是指材料中的非金屬夾雜物、氣泡、元素的偏析等等。存在于表面的夾雜物是應(yīng)力集中源，會(huì)導(dǎo)致夾雜物與基體界面之間過(guò)早地產(chǎn)生疲勞裂紋，使鋼管失效?；谏鲜鲂枰獙?duì)鋼管的以下指標(biāo)加以限制，才能滿足高壓鋼管的疲勞壽命指標(biāo)要求：（1）鋼中含有的雜質(zhì)控制嚴(yán)格，成分范圍控制窄，并嚴(yán)格控制材料的夾雜物水平；（2）噴油工作壓力提高鋼管的屈服強(qiáng)度需要提高，并對(duì)屈服強(qiáng)度加以控制在一定值以上的有限范圍內(nèi)，同時(shí)塑性指標(biāo)和沖擊韌性指標(biāo)保證一定范圍內(nèi)；（3）高產(chǎn)品表面質(zhì)量控制和鋼管的內(nèi)外表面出現(xiàn)凹陷、雜質(zhì)、劃痕等嚴(yán)格的數(shù)量，ISO8535標(biāo)準(zhǔn)中的Q級(jí)以上。（4）產(chǎn)品的內(nèi)

9、徑尺寸精度控制高，±0.025mm范圍內(nèi)。公開(kāi)號(hào)為CN104141097A，公開(kāi)日為2014年11月12日,名稱為“一種高壓油管用熱軋圓鋼及其制造方法”的中國(guó)專利，文獻(xiàn)公開(kāi)了一種高壓油管,其化學(xué)成分質(zhì)量百分比(wt%)為:C:0.10-0.17%，Si:0.25-0.45%，Mn:1.30-1.60%，P<0.020%，S<0.010%，Cr:0.20-0.40%，V:0.05-0.10%，Al:0.025-0.050%，Cu<0.20%, Ni<0.20%,其余為鐵和殘余的微量雜質(zhì)。該專利的合金體系范圍顯然過(guò)于寬泛，給出的夾雜物控制范圍過(guò)于粗大:A、B、C、

10、D、DS類粗系<1.5，應(yīng)無(wú)法保證160MPa級(jí)工作噴油脈沖壓力以上的1000萬(wàn)次的壽命要求。公開(kāi)號(hào)為CN104862591A，公開(kāi)日為2015年8月12日公開(kāi)了“一種高強(qiáng)度高壓油管用鋼、高壓油管及其制造方法”,其化學(xué)元素質(zhì)量百分比含量為:C:0.11-0.17%; Si:0.1-0.5%; Mn:1.2-1.7%; Al:0.01-0.05%; Nb:0.01-0.06%; V:0.02-0.09%; Ti:0.001-0.03%; Ca:0.001-0.01%; 余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)，該發(fā)明還公開(kāi)了該油管的制造方法。該專利的合金體系范圍也同樣過(guò)于寬泛，給出的實(shí)施例A1-A7

11、的屈服強(qiáng)度的波動(dòng)范圍在628MPa-758MPa之間，該專利僅提出制造屈服強(qiáng)度大于600MPa的無(wú)縫鋼管，但是并沒(méi)有提出該發(fā)明產(chǎn)品用于哪個(gè)噴油工作壓力級(jí)別條件，同時(shí)該發(fā)明忽略了夾雜物的控制和內(nèi)表面質(zhì)量控制方法，顯然該發(fā)明的結(jié)果無(wú)法令人信服。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于：提供一種高強(qiáng)度的柴油機(jī)高壓噴油嘴用鋼，可用于制造160MP以上的高壓噴油管。為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明提出了一種柴油機(jī)高壓噴油管用鋼，其化學(xué)元素質(zhì)量百分比含量為：C: 0.18 0.20%；Si : 0.20 0.30%；Mn：1.401.60%；S0.003%；P0.010%；Nb：0.0150.025%；V：0.020.04%；A

12、l:0.020.03%；Ti:0.02-0.03%；Ca 0.002%；Ti<0.001%；N<0.003%；H<0.0002%；O<0.0005%；余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。：本發(fā)明所述的高強(qiáng)度高壓油管用鋼中的各化學(xué)元素的設(shè)計(jì)原理為：C：是提高鋼的強(qiáng)度的主要元素之一，其通過(guò)碳化物的形成能夠有效地提高鋼的強(qiáng)度，但是不能過(guò)高和過(guò)低。隨著碳含量的減少鐵素體含量增加強(qiáng)度和加工硬化率降低，塑性升高,因而變形抗力降低，臨界壓縮比升高。在保證強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，降低碳含量有利于改善鋼的強(qiáng)韌性和冷加工性能。鋼管冷拔加工存在臨界拉拔延伸率，延伸率達(dá)到臨界值之后會(huì)發(fā)生包申格效應(yīng)（Baus

13、chinger)。既拉拔力下降。隨著碳含量的降低，拉拔力降低的幅度變大，且開(kāi)始下降所需的臨界拉拔延伸率降低。超過(guò)臨界拉拔延伸率，由于加工硬化率增大，拉拔力又重新上升。因此，最佳拉拔延伸率受碳含量的影響，應(yīng)該在保證強(qiáng)度的條件下選取鮑辛格效應(yīng)較大，而加工硬化率沒(méi)有明顯上升的階段。包申格效應(yīng)：金屬材料經(jīng)過(guò)預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形（殘余應(yīng)變?yōu)?%2%），卸載后再同向加載，規(guī)定殘余應(yīng)力（彈性極限或屈服強(qiáng)度）增加；反向加載，規(guī)定殘余應(yīng)力降低（特別是彈性極限在反向加載時(shí)幾乎降低到零）的現(xiàn)象，稱為包申格效應(yīng)。為了保證最終拉拔鋼管的成品拉伸性能的一致性和窄波動(dòng)范圍，需要將C含量限定在0.18 0.20 wt%范

14、圍內(nèi)。保證無(wú)縫鋼管屈服強(qiáng)度大于640MPa，并且強(qiáng)度波動(dòng)范圍在50MPa以內(nèi)。Si： 在煉鋼過(guò)程中加硅作為還原劑和脫氧劑，尤其是在鎮(zhèn)靜鋼需要添加0.15-0.30wt%范圍的Si含量，但是冷拔精密鋼管Si含量較低時(shí)影響不明顯，高會(huì)引起韌性-脆性轉(zhuǎn)化溫度升高，同時(shí)影響冷拔加工性能，所以本發(fā)明鋼含有0.20-0.30wt%較低的硅含量。Mn：在煉鋼過(guò)程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，并且提高鋼的強(qiáng)度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能。此外，Mn含量由低到高增加，精密鋼管韌性-脆性轉(zhuǎn)化溫度先降低后升高的變化趨勢(shì)。本發(fā)明鋼Mn含量控制在1.401.60wt%范圍。Al：在鋼中具有強(qiáng)烈的脫氧作用，同

15、時(shí)AlN析出粒子可以阻礙因Mn含量高引起的奧氏體晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象，起到細(xì)化奧氏體作用，并且起到防止N的時(shí)效的負(fù)面作用，因而有助于提高鋼的韌性和加工性，同時(shí)酸溶Al含量在0.02wt%左右時(shí)鋼中的夾雜物含量處在最低的水平。由于酸不溶鋁Al2O3類夾雜物對(duì)鋼管的疲勞壽命危害較大，需要嚴(yán)格控制Al的含量。因此本發(fā)明例規(guī)定了0.020.03wt%含量范圍，酸溶鋁與酸不溶鋁Al2O3的含量比值控制在>0.91。Ti: 在鋼中是強(qiáng)碳氮化物形成元素,其形成的TiN、TiC均可以細(xì)化奧氏體晶粒，從而提高坯料強(qiáng)度，但是TiN也會(huì)對(duì)鋼管的抗疲勞性能產(chǎn)生重大影響，因此需要嚴(yán)格限制Ti：0.02-0.03 wt%。

16、Nb 、V：為微合金元素，有固溶強(qiáng)化作用，析出粒子可以起到析出強(qiáng)化作用，同阻礙晶粒長(zhǎng)大起到細(xì)化晶粒，但是過(guò)多析出形成彌散分布的氮化物或碳氮化物，引起冷軋精密光亮鋼管的韌性-脆性轉(zhuǎn)化溫度上升，需要控制含量范圍有效利用真正達(dá)到細(xì)化晶粒作用。本發(fā)明例以下限含量控制達(dá)到析出強(qiáng)化和細(xì)化晶粒作用，Nb含量0.0150.025wt%；V含量 0.02 0.04wt%。Ca： 可以凈化鋼液，使夾雜物硫化物變性球化，有利于疲勞壽命的提高。但是由于高壓噴油管承受高壓脈沖疲勞，需要保證一定的疲勞壽命要求，而Al2O3-CaO類夾雜和單一Al2O3均對(duì)疲勞壽命產(chǎn)生負(fù)面影響的危害極大，因此Ca的含量控制0.002wt%

17、；P：磷升高韌性-脆性轉(zhuǎn)化溫度最強(qiáng)烈，因此需要嚴(yán)格控制，考慮到生產(chǎn)成本要求，P0.010%。S：低合金碳鋼中的主要夾雜物，拉拔過(guò)程中夾雜物MnS隨著拉拔流動(dòng)金屬纖維的方向變長(zhǎng)，從而影響鋼管的疲勞性能。需要嚴(yán)格控制S0.003wt%；鋼中的氣體含量是影響鋼管性能的重要有害元素，需要嚴(yán)格控制其中，O含量是最能反映夾雜物數(shù)量的重要指標(biāo)，需要嚴(yán)格控制，H元素會(huì)引起冷拔鋼管的氫脆現(xiàn)象，N元素有時(shí)效傾向，三種元素需要嚴(yán)格控制： N <0.003 wt %；H0.0002 wt %； O0.0005 wt %。本發(fā)明所述的高壓噴油管用鋼種元素，除了給出的合金元素外應(yīng)盡量避免其他合金元素，雖然本發(fā)明人充

18、分了解有可能給鋼管性能帶來(lái)加好的正面影響，但是不利于鋼管的加工成本的降低。此外也應(yīng)避免Pb、Sn、As、Sb、Bi等有害元素在煉鋼過(guò)程中的帶入。進(jìn)一步的，所述柴油機(jī)高壓噴油管用鋼內(nèi)部包含位錯(cuò)組織。本發(fā)明的柴油機(jī)高壓噴油管用鋼，屈服強(qiáng)度335MPa、拉伸強(qiáng)度420MPa，延伸率20%。本發(fā)明的另一目的在于提供一種高壓噴油管，采用上述的柴油機(jī)用高壓噴油管用鋼制成。進(jìn)一步的，所述噴油管內(nèi)表面凹陷/劃痕/雜質(zhì)的缺陷深度在0.02mm0.05mm的范圍內(nèi)，缺陷總個(gè)數(shù)小于等于5個(gè)。本發(fā)明的高壓噴油管，油量允差可控制在0.5%以內(nèi)。本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述高壓噴油管的制造方法，包括如下步驟：（1）制

19、造管坯；（2）進(jìn)行若干道次冷拉拔；（3）應(yīng)力退火；其中，步驟（2）的冷拉拔的道次由工作壓力確定，屈服強(qiáng)度與工作壓力的關(guān)系滿足公式：屈服強(qiáng)度/工作壓力3.65根據(jù)高壓噴油管實(shí)際運(yùn)行的壽命檢測(cè)結(jié)果分析，本發(fā)明給出高壓油管屈服強(qiáng)度的最小值為3.65倍的工作壓力，即屈服強(qiáng)度/工作壓力3.65，才能在力學(xué)角度上保證疲勞壽命壽命超過(guò)1000萬(wàn)次，對(duì)于鋼管的抗拉強(qiáng)度應(yīng)滿足強(qiáng)屈比>1.15的指標(biāo)要求，同時(shí)均勻延伸率>16%。具體見(jiàn)表1。表1 高壓噴油管的屈服強(qiáng)度與工作壓力噴油工作壓力/MPa120140160180200最小屈服強(qiáng)度/MPa438511584657730規(guī)范最小屈服強(qiáng)/MPa440

20、510580650730表1中給出的鋼管最小屈服強(qiáng)度的獲得是通過(guò)多道次冷拔加工，使鋼管內(nèi)部微觀組織的發(fā)生金屬流變纖維化的結(jié)果，同時(shí)包含有大量的位錯(cuò)組織使鋼管強(qiáng)度得到提高。屈服強(qiáng)度的增量值與冷拉拔的關(guān)系滿足公式：ReH= 79+ (170+K)R其中ReH為屈服強(qiáng)度增量值；R為冷拉拔的總延伸率，即冷拉拔前后的截面面積比；K為冷拉拔速度影響參數(shù)，取值范圍是1040。進(jìn)一步的，步驟（2）中的冷拉拔道次小于等于3次。進(jìn)一步的，步驟（2）中冷拉拔的速度小于等于6M/min。進(jìn)一步的，步驟（2）中冷拉拔道次間進(jìn)行高溫正火/高溫退火處理。進(jìn)一步的，步驟（3）中去應(yīng)力退火的溫度為500700，時(shí)間為3060分鐘。具體實(shí)施方式按照下面的步驟制造6