(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心部にレール穴が形成され、前記レール穴を取り囲む筒壁部に前記レール穴に開口する複数の分岐穴が形成されたコモンレールの製造方法であって、
前記コモンレールの素材として、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．３％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｂ：０．００１〜０．０１％、Ｎ：０．００１〜０．０１％、Ａｌ：０．０１超〜０．５％、Ｔｉ：０．０１〜０．１０％を含有し、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｏ：０．０１％以下に制限され、残部が不可避的不純物及びＦｅよりなり、（１）式で示されるＴＬＢ値が０．００１％以上となる液相拡散接合用鋼材を用い、
Ｂを少なくとも１％以上含有するＮｉ基またはＦｅ基のインサートメタルを用いて、接合温度１０００〜１３００℃で３０秒以上の間１ＭＰａ以上の応力を負荷して保持する液相拡散接合を行い、
前記分岐穴の開口周辺部に位置する前記分岐穴の内面と前記レール穴の内面とに、透明液体を存在させてパルスレーザビームを照射するレーザピーニング処理を施した後に、前記開口周辺部の材料の表層を除去することにより、前記開口周辺部の疲労強度を高めることを特徴とする、コモンレールの製造方法。
ＴＬＢ値＝（Ｂ％）−［（Ｎ％）／１．３−｛（Ｔｉ％）／３．４＋（Ａｌ％）／４．１｝×（Ａｌ％）×５２］  （１）
【請求項２】
前記素材として、更にＮｉ：０．０１〜２．０％、Ｃｏ：０．０１〜１．０％、Ｃｕ：０．０１〜１．０％、Ｗ：０．０１〜２．０％の１種または２種以上を含有する液相拡散接合用鋼を用いることを特徴とする、請求項１に記載のコモンレールの製造方法。
【請求項３】
前記素材として、更にＺｒ：０．００１〜０．０５％、Ｎｂ：０．００１〜０．０５％、Ｖ：０．００１〜０．５％の１種または２種以上を含有する液相拡散接合用鋼を用いることを特徴とする、請求項１または２に記載のコモンレールの製造方法。
【請求項４】
前記素材として、更にＣａ：０．０００５〜０．００５％、Ｍｇ：０．０００５〜０．００５％、Ｂａ：０．０００５〜０．００５％のいずれかの硫化物形態制御元素およびＹ：０．００１〜０．０５％、Ｃｅ：０．００１〜０．０５％、Ｌａ：０．００１〜０．０５％のいずれかの希土類元素の内１種または２種以上を含有する液相拡散接合用鋼を用いることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のコモンレールの製造方法。
【請求項５】
前記開口周辺部の材料の表層の除去は、電解研磨もしくは流体研磨によって行うことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のコモンレールの製造方法。
【請求項６】
前記パルスレーザビームのパルスエネルギーが１ｍＪ〜１０Ｊであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のコモンレールの製造方法。
【請求項７】
前記レーザピーニング処理を施す領域が、前記レール穴の内面において（２）式を満足する領域に含まれ、前記表層を除去する領域は、前記レーザピーニング処理を施す領域を包含するものであって、除去する表層の厚みが前記レーザピーニング処理を施す領域において０．０１ｍｍ〜０．３ｍｍであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のコモンレールの製造方法。
分岐穴の中心からの距離≦分岐穴の直径×１．５  （２）
【請求項８】
前記レーザピーニング処理を施す領域が、前記分岐穴の内面において前記レール穴の内面から前記レール穴の直径の２０％の距離までの領域に含まれることを特徴とする、請求項７に記載のコモンレールの製造方法。
【請求項９】
前記レーザピーニング処理を施す前に、前記開口周辺部を面取り加工することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のコモンレールの製造方法。
【請求項１０】
前記面取り加工で面取りされる領域とされない領域との境界が、前記レール穴の内面において（３）式を満足し、前記分岐穴の内面において前記レール穴の内面から前記レール穴の直径の３０％の距離までの領域に含まれ、前記レーザピーニング処理を施す領域が、前記面取り加工された面に包含されるものであり、かつ、前記表層を除去する領域が前記レーザピーニング処理領域を包含するものであって、除去する表層の厚みが前記レーザピーニング処理を施す領域において０．０１ｍｍ〜０．３ｍｍであることを特徴とする、請求項９に記載のコモンレールの製造方法。
分岐穴の直径×０．５≦分岐穴の中心から境界までの距離≦分岐穴の直径×２．５  （３）
【請求項１１】
前記レーザピーニング処理に用いる透明液体がアルコールもしくは防錆剤の入った水であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載のコモンレールの製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の製造方法により製造されたことを特徴とする、部分強化されたコモンレール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの蓄圧式燃料噴射システムにおけるコモンレールの製造方法および部分強化されたコモンレールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流体通路を持つ機械部品において、流体が通過する管の端や、径が極端に変化する部位においては応力集中が発生しやすく、流体の圧力変動の結果として生ずる疲労破壊が問題となることがある。
【０００３】
コモンレールは、ディーゼルエンジンの蓄圧式燃料噴射システムにおいて燃料の軽油を圧送するポンプとインジェクターとの間に位置し、軽油を蓄圧するパイプ状の部品である。図１は、コモンレール１の断面の概略を示している。レール穴５がコモンレール１の主なるパイプであり、軽油を蓄圧する役割を有する。レール穴５には垂直に開口する分岐穴６が複数個配設され、分岐穴６を通って各インジェクターに軽油が圧送される。レール穴５の内径ｄ１は１０ｍｍ程度、分岐穴６の内径ｄ２は１ｍｍ程度である。エンジンの作動に伴い、軽油が周期的に圧送され、コモンレール１内の軽油の圧力が周期的に変動する。この際、図１のレール穴５および分岐穴６には、周期的に周方向の引張応力に変動が生じる。図２は、分岐穴６の開口周辺部である分岐穴６の内面とレール穴５の内面との境界周辺部を拡大して示している。分岐穴６開口周辺部の中でも特に、分岐穴６の、レール穴５の長手方向に平行となる直径の両端近傍７では、両穴５、６の引張応力が合成されるため、他の部分よりも大きな引張応力が発生し、内圧の変動により疲労破壊しやすいという問題がある。内圧の変動に対する疲労強度（内圧疲労強度）を向上させれば、燃料の高圧噴射が可能となり、排気ガスのクリーン化や燃費の向上につながるため、疲労強度向上が望まれている。
【０００４】
従来、このような疲労強度の向上に向けたアプローチとしては、一般的に高強度の鋼材を用いることでコモンレールの疲労強度を高める方法が採られているが、素材の高強度化による成形性や加工性の低下、高性能化に伴うコストの増大の問題が発生している。そのため例えば、特許文献１には、従来の鍛造一体成形及び機械加工によるコモンレールの製造方法に代替する製造方法として、液相拡散接合による溶接コモンレールに関する発明が開示されている。さらに特許文献２には、接合時の制御冷却を不要とする液相拡散接合に適した鋼材に関する発明が開示されている。しかし、これらの特許文献に開示されている鋼材は、引張強度が６００ＭＰａ程度の鋼材であり、近年指向されている高燃費性能を実現するための１５００気圧やさらには２０００気圧を超えるコモンレールに使用するには強度不足である。
【０００５】
また、鋼材の強度を上げるというオーソドックスな方法のみならず、例えばコモンレールの強化について、特許文献３や特許文献４に開示されているように、流体研磨やコイニング加工の手法を用いて分岐穴開口端部のエッジを面取りして、応力集中を緩和する方法が知られている。また、圧縮応力付与による疲労強度向上も検討されている。近年開発が進められているレーザピーニングは、金属物体の表面に液体等の透明媒質を置いた状態で、その表面へ高いピークパワー密度を持つパルスレーザビームを照射し、そこから発生するプラズマの膨張反力を利用して、金属物体の表面近傍に非接触処理で残留圧縮応力を付与する技術であり、例えば特許文献５にその方法が開示されている。レーザビームは、コモンレールのレール穴内面、分岐穴内面といった狭隘部へも伝送可能であり、レーザピーニングはコモンレールの分岐穴開口部近傍へ高い圧縮応力を付与するための現状唯一の方法である。そこで、特許文献６に開示されたように、レーザピーニングをコモンレールへ適用するための効果的な方法について検討されてきている。
【０００６】
特許文献６に開示された方法は、コモンレールの疲労強度を大きく向上させるものであるが、装置、効果の観点から以下のような問題があった。レーザピーニング処理においてサンプル表面にレーザビームを照射すると、照射スポット部表層近傍が溶融・再凝固することにより該スポット部の表層近傍の圧縮応力が減少することが多い。この問題を回避するために、レーザビームを吸収する吸収材料層を設置する方法が知られているが、この吸収材料層をコモンレールの分岐穴開口部へ設置するには複雑な装置を必要とするため、同工程の省略がコストや生産性の観点から望まれる。
【０００７】
特許文献５には、熱影響部を除去するための方法として、レーザ光照射面とその近傍に対向して設置した電極間にレーザで制御した放電を生じさせる方法や、レーザ照射面に接する透明液体を電解液とし、レーザ照射中に照射面とその近傍に対向して設置した電極間で電解研磨を行う方法が開示されている。しかし、これらの方法は、レーザ照射の影響が大きいために、所望の加工形状を精度良く安定的に得ることが難しく、コモンレールの工業生産には適さない。また、特許文献６に開示されているように、パルスレーザのビームスポットの重畳面積割合を高めることで、上述の圧縮応力の減少の問題は緩和される。しかしながら、コモンレールの疲労強度の向上効果をさらに引き上げるためには、表層近傍の圧縮応力を最大限高める必要があり、別のアプローチが望まれている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−４０２４４号公報
【特許文献２】特開２００４−８３９８０号公報
【特許文献３】特開２００４−２０４７１４号公報
【特許文献４】特開２００４−２７９６８号公報
【特許文献５】特許第３３７３６３８号公報
【特許文献６】特開２００６−３２２４４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の問題を解決し、応力集中により疲労破壊の起点となりやすいコモンレールの分岐穴の開口部近傍をレーザピーニング処理にて部分的に強化することにより、安価な鋼材を用いて優れた疲労強度を持つコモンレールの製造方法およびコモンレールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは上記課題を解決するために検討を行った結果、レーザピーニング処理による圧縮応力導入後に電解研磨等によりレーザピーニング処理した部分を含む領域の材料を除去すれば、コモンレールの疲労強度を大きく向上させられることが判った。
【００１１】
すなわち、本発明は、中心部にレール穴が形成され、前記レール穴を取り囲む筒壁部に前記レール穴に開口する複数の分岐穴が形成されたコモンレールの製造方法であって、前記コモンレールの素材として、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．３％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｂ：０．００１〜０．０１％、Ｎ：０．００１〜０．０１％、Ａｌ：０．０１超〜０．５％、Ｔｉ：０．０１〜０．１０％を含有し、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｏ：０．０１％以下に制限され、残部が不可避的不純物及びＦｅよりなり、（１）式で示されるＴＬＢ値が０．００１％以上となる液相拡散接合用鋼材を用い、Ｂを少なくとも１％以上含有するＮｉ基またはＦｅ基のインサートメタルを用いて、接合温度１０００〜１３００℃で３０秒以上の間１ＭＰａ以上の応力を負荷して保持する液相拡散接合を行い、前記分岐穴の開口周辺部に位置する前記分岐穴の内面と前記レール穴の内面とに、透明液体を存在させてパルスレーザビームを照射するレーザピーニング処理を施した後に、前記開口周辺部の材料の表層を除去することにより、前記開口周辺部の疲労強度を高めることを特徴とする、コモンレールの製造方法である。
ＴＬＢ値＝（Ｂ％）−［（Ｎ％）／１．３−｛（Ｔｉ％）／３．４＋（Ａｌ％）／４．１｝×（Ａｌ％）×５２］  （１）
【００１２】
前記素材として、更にＮｉ：０．０１〜２．０％、Ｃｏ：０．０１〜１．０％、Ｃｕ：０．０１〜１．０％、Ｗ：０．０１〜２．０％の１種または２種以上を含有する液相拡散接合用鋼を用いても良い。また、前記素材として、更にＺｒ：０．００１〜０．０５％、Ｎｂ：０．００１〜０．０５％、Ｖ：０．００１〜０．５％の１種または２種以上を含有する液相拡散接合用鋼を用いても良い。また、前記素材として、更にＣａ：０．０００５〜０．００５％、Ｍｇ：０．０００５〜０．００５％、Ｂａ：０．０００５〜０．００５％のいずれかの硫化物形態制御元素およびＹ：０．００１〜０．０５％、Ｃｅ：０．００１〜０．０５％、Ｌａ：０．００１〜０．０５％のいずれかの希土類元素の内１種または２種以上を含有する液相拡散接合用鋼を用いても良い。
【００１３】
前記開口周辺部の材料の表層の除去は、例えば、電解研磨もしくは流体研磨によって行う。また、前記パルスレーザビームのパルスエネルギーが、例えば、１ｍＪ〜１０Ｊである。
【００１４】
前記レーザピーニング処理を施す領域が、前記レール穴の内面において（２）式を満足する領域に含まれ、前記表層を除去する領域は、前記レーザピーニング処理を施す領域を包含するものであって、除去する表層の厚みが前記レーザピーニング処理を施す領域において０．０１ｍｍ〜０．３ｍｍであっても良い。
分岐穴の中心からの距離≦分岐穴の直径×１．５  （２）
【００１５】
前記レーザピーニング処理を施す領域が、前記分岐穴の内面において前記レール穴の内面から前記レール穴の直径の２０％の距離までの領域に含まれていても良い。
【００１６】
前記レーザピーニング処理を施す前に、前記開口周辺部を面取り加工しても良い。この場合、前記面取り加工で面取りされる領域とされない領域との境界が、前記レール穴の内面において（３）式を満足し、前記分岐穴の内面において前記レール穴の内面から前記レール穴の直径の３０％の距離までの領域に含まれ、前記レーザピーニング処理を施す領域が、前記面取り加工された面に包含されるものであり、かつ、前記表層を除去する領域が前記レーザピーニング処理領域を包含するものであって、除去する表層の厚みが前記レーザピーニング処理を施す領域において０．０１ｍｍ〜０．３ｍｍであっても良い。
分岐穴の直径×０．５≦分岐穴の中心から境界までの距離≦分岐穴の直径×２．５  （３）
【００１７】
前記レーザピーニング処理に用いる透明液体は、例えば、アルコールもしくは防錆剤の入った水である。
【００１８】
また、本発明によれば、これらの製造方法により製造されたことを特徴とする、部分強化されたコモンレールが提供される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、拡散接合により母材を加工が容易な形状のブロック単位に分けて製造できるので、製造コストを安価にすることができる。また、コモンレールで疲労強度が問題となる分岐穴のレール穴側開口部周辺において、表面から高い圧縮応力が導入できると同時に、分岐穴開口部形状の改善により応力集中が緩和される結果、疲労強度を大きく向上させられる。この結果、安価な鋼材を使用して燃料の高圧噴射を行うことが可能となり、排気ガスのクリーン化や燃費の向上が得られ、産業上有用な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明のコモンレールの製造方法およびコモンレールにかかる最良の形態例として、以下、図面に基づいて説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２１】
図１はコモンレール１の断面の概略を示している。筒壁部２内に形成されるレール穴５がコモンレール１の主なるパイプであり、軽油を蓄圧する役割を有する。レール穴５には、垂直に開口する分岐穴６が複数個配設されている。
【００２２】
本発明では、コモンレール１の安価な製造方法として、液相拡散接合による溶接を行う。図３に示すように、長手方向に貫通する管路１３を有するコモンレール本体１１と円筒形のホルダー１２とで形成されるリング状の接合面間に、液相拡散接合用の非晶質合金箔（インサートメタル）１５を介在させて、管１４に円筒形のホルダー１２を連通させるように突合せた後、抵抗溶接等により、合金箔１５とコモンレール本体１１及びホルダー１２とを溶融圧接して、液相拡散接合を行い、継ぎ手部を形成する。なお、図３は、便宜上、１つの支管１４のみを示したものであるが、通常は、エンジン燃焼室の複数の噴射ノズルに対応し、複数の支管１４を備えている。そして、ホルダー１２は、これらの支管１４と、エンジン燃焼室の噴射ノズルまで燃料を圧送するための配管とを接続するために、コモンレール本体１１の支管１４に対応して複数設けられている。このように形成されたコモンレールにおいて、図３の管路１３が図１のレール穴５に対応し、図３の支管１４の内部が図１の分岐穴６に対応する。液相拡散接合用の合金箔１５には、Ｂを少なくとも１％以上含有するＮｉ基またはＦｅ基のインサートメタルを用いる。また、コモンレール本体とホルダー１２との液相拡散接合は、接合温度１０００〜１３００℃で３０秒以上の間１ＭＰａ以上の応力を負荷して保持することによって行われる。
【００２３】
図４は、コモンレール１において強化すべき分岐穴６の開口周辺部の断面の拡大図である。本発明の第一の実施形態では、分岐穴６の貫通加工後、図４中の角ｅｇｆがほぼ垂直に残っている状態で、同図中線分ｇ１〜ｇで示した領域（開口周辺部２３に位置する分岐穴６の内面）と、同図中線分ｇ〜ｇ３で示した領域（開口周辺部２３に位置するレール穴５の内面）とにレーザピーニング処理を施した後に、開口周辺部２３付近にある材料を除去することで、疲労強度を高める。
【００２４】
本発明では、液相拡散接合後の制御冷却が無くとも十分な低温変態組織、すなわち材料の必要な部位あるいは全体にわたってベイナイトもしくはマルテンサイト変態を誘起させうる焼き入れ性の高い材料を、予め継手設計の段階から選択して、液相拡散接合で形成される等温凝固継手部位においても十分に均質な組織を得られる合金組成の鋼材をコモンレール１の素材として用いる。即ち、上記した例で言えば、コモンレール本体１１とホルダー１２の素材として、以下に説明する液相拡散接合用鋼を用いる。以下に、本発明に記載の液相拡散接合用鋼の化学成分を限定した理由について述べる。なお、以下に述べる化学成分はいずれも質量％で示される。
【００２５】
Ｃは、鋼の焼き入れ性と強度を制御する最も基本的な元素である。０．０１％未満では強度が確保できず、０．３％を超えて添加すると強度は向上するものの、継手に靭性が確保できないことから、０．０１〜０．３％に限定した。この範囲であれば、鋼材の組織制御は接合まま材でも可能である。
【００２６】
Ｓｉは、鋼材の脱酸元素であり、通常Ｍｎとともに鋼の酸素濃度を低減する目的で添加される。同時に、粒内強化に必要な元素であって、その不足は強度低下を来す。本発明でも同様に、脱酸と粒内強化を主目的として添加し、０．０１％以上で効果を発揮し、０．５％を超えて添加した場合には鋼材の脆化を招く場合があることから、その添加範囲を０．０１〜０．５％に限定した。
【００２７】
Ｍｎは、Ｓｉとともに脱酸にも効用があるが、鋼中にあって材料の焼き入れ性を高め、強度向上に寄与する。その効果は０．０１％より発現し、３．０％を超えると粗大なＭｎＯ系酸化物を晶出し、かえって靭性を低下させる場合があることから、その添加範囲を０．０１〜３．０％に限った。
【００２８】
Ｂは、微量で鋼の焼き入れ性を高めるのに極めて効果があるが、その添加量が０
．００１％未満では焼き入れ性向上効果は小さい。一方、０．０１％を超えて添加すると、炭硼化物を形成して、かえって焼き入れ性を低下することになるので、Ｂの範囲は０．００１〜０．０１％に限定した。
【００２９】
Ｔｉは、ＢよりもＮと結合する力が強く、Ｂより優先的にＮと結合する。したがって、Ｔｉは焼き入れ性に有効な固溶Ｂを確保するに重要な元素であるが、０．０１％未満ではその効果は小さい。一方、０．１０％を超えて添加してもその効果は飽和するのみならず、粗大なＴｉ系炭窒化物が多数析出して靭性を低下させることになる。したがって、Ｔｉは、０．０１〜０．１０％に限定する必要がある。
【００３０】
Ｎは、ＡｌやＴｉと結合してＴｉＮなどの窒化物を析出して結晶粒を微細化し鋼の靭性を高めるのに有効であるが、０．００１％未満ではその効果は小さい。また、０．０１％を超えるとＮを固定するためのＡｌやＴｉを多量添加する必要が生じてコスト高になるので、Ｎは０．００１〜０．０１％に限定した。
【００３１】
Ａｌは、Ｎと結合して微細なＡｌＮを析出して結晶粒を微細化するとともに、Ｂを焼き入れ性に有効な固溶Ｂとして鋼中に確保するに重要な元素であるが、このような効果を発揮させるためには０．０１％超の添加が必要である。しかし、０．５％を超えて添加するとＡｌＮが粗大化して鋼の靭性を低下させる。したがって、Ａｌは０．０１超〜０．５％に限定した。
【００３２】
なお、本鋼のような高強度鋼で靭性を高めるには、粒界への不純物濃化は極力回避する必要があり、ＰおよびＳは、この目的のためにそれぞれ０．０３％以下および０．０１％以下に制限した。また、鋼を清浄なものとして高い靭性を確保するために、Ｏは０．０１％以下に制限されなければならない。
【００３３】
本発明における液相拡散接合用鋼は、以上の化学成分を含有し、残部が不可避的不純物及びＦｅよりなる。この液相拡散接合用鋼は、Ｔｉを０．０１〜０．１０％、Ｎを０．００１〜０．０１％、Ａｌを０．０１超〜０．５％としたことにより、鋼中において、ＮがＡｌとＴｉの両元素によって固定される。
【００３４】
以上の基本的な化学成分の制限に加えて、コモンレール用の鋼材として要求される、高圧下での繰り返し疲労強度を得るため、液相拡散接合後の冷却時の条件で低温変態を生じ、結果として強度が６００ＭＰａ以上で、継手部位の強度分布が均一で、Ｖｉｃｋｅｒｓ硬さにて接合部中心と、接合線から５ｍｍ離れた位置における硬さの差の絶対値が１００以下である事が、非常に有効である。即ち、上記した例で言えば、液相拡散接合によって接合されたコモンレール本体１１とホルダー１２の接合部における硬さと、この接合部から５ｍｍ離れた接合部両側位置における硬さとの差が、Ｖｉｃｋｅｒｓ硬さで±１００以内となるように、接合部の硬さ均一性に優れた液相拡散接合用鋼材を用いることが有効である。そのためには、上述の範囲にＡｌ、Ｔｉ、Ｎ、Ｂが含有されているだけでなく、ＡｌとＴｉが鋼中Ｎを完全に固定し、その結果ＢがＮに固定されず、原子状態でγ結晶粒界に偏析して粒界からのフェライト変態を抑制することが必要である。すなわち、下記の式（１）で示されるＴＬＢ値が０．００１％以上となる化学成分範囲にさらに限定されなければならないことが発明者らの研究で明らかになった。ＴＬＢ値が０．００１％未満では上記した硬さの差が１００以下となる接合部を形成することができない。
ＴＬＢ値＝（Ｂ％）−［（Ｎ％）／１．３−｛（Ｔｉ％）／３．４＋（Ａｌ％）／４．１｝×（Ａｌ％）×５２］  （１）
【００３５】
上記の式（１）は以下の実験結果を解析して決定した。
実験室規模真空溶解、あるいは実機鋼板製造設備において、１００ｋｇ、３００ｋｇ、２ｔｏｎ、１０ｔｏｎ、１００ｔｏｎ、３００ｔｏｎの真空溶解、あるいは通常の高炉−転炉−炉外精錬−脱ガス／微量元素添加−連続鋳造−熱間圧延によって製造した、上記の化学成分範囲鋼材を、圧延方向と平行な方向から１０ｍｍΦあるいは２０ｍｍ角で長さ５０ｍｍの簡易小型試験片に加工した。試験片の端面をＲｍａｘ＜１００μｍに研削加工して脱脂洗浄し、その端面を２つ突き合わせて接合試験片対となし、１５０ｋＷの出力を有する高周波誘導加熱装置を備えた引っ張り／圧縮試験機を用いて液相拡散接合を行った。すなわち、接合面間には液相拡散接合を１０００〜１３００℃において実現可能なＮｉ基−Ｂ系、Ｆｅ基−Ｂ系の、実質的に体積分率で５０％以上が非晶質である厚み２０〜５０μｍのアモルファス箔を介在させ、必要な接合温度まで試験片全体を加熱し、３０秒から６０分の間、１〜２０ＭＰａの応力下で液相拡散接合し、接合後放冷した。
【００３６】
この時得られた丸棒接合試験からは平行部直径６ｍｍΦの丸棒引張り試験片を採取し、全て室温で引張り試験を実施して６００ＭＰａ以上の強度があることを確認した試験片に、角棒接合試験片からは接合面に垂直な断面の試験材中央位置における断面を切断加工で露出し、その断面において接合部中心を組織から特定して基準位置となし、０．１ｍｍ間隔で１０ｍｍ離れた母材まで１００ｇの荷重で連続して硬さを測定した。上記実験条件内では全て接合部中心が最高硬さに近い値を示した。ここから母材へとなだらかに硬さは減少する傾向を示した。ただし、接合時間が最も長い６０分の場合でも接合部から５ｍｍ離れた位置における硬さは、その後１０ｍｍ離れた位置まで測定しても殆ど変化しなかったため、５ｍｍ離れた位置を母材の代表硬さと考え、実質的には接合部の最高硬さと５ｍｍ離れた位置の硬さの差の絶対値をもって液相拡散接合継手の硬さ分布すなわち強度の均一性として評価した。工業的にはこの値が１００以上変化する場合に継手特性が不均一となり、疲労強度特性などに影響がでる。
【００３７】
この硬度差をΔＨｖ（１００ｇ）と表記し、図５に上記の粒界偏析ＢパラメータＴＬＢ値との関係を示した。ＴＬＢ値が０．００１を超えるとΔＨｖは１００以下となり、継手の均質性が保たれていることが明らかである。図５の相関性が顕著になるように種々溶解した材料の化学成分からＴＬＢパラメータ式の各係数を実験的に決定した。すなわち、パラメータＴＬＢ値を管理することで、上記の化学成分範囲を満足する鋼材に、液相拡散接合後の非調質継手において、継手部位の強度均一性、具体的には硬度差ΔＨｖ値が１００以下である継手を得られることが可能となった。
【００３８】
さらに、図６はＴＬＢ値と引張り強さの関係を示す図である。ＴＬＢ値が０．００１％以上であれば本発明に規定した化学成分を有する鋼は引張り強さが６００ＭＰａ以上となることが判る。
【００３９】
次に、レーザピーニング処理方法について説明する。レーザピーニング処理には、（ｉ）高いピークパワー密度を持つレーザビームと、（ｉｉ）照射表面近傍に水等の透明媒体を設置すること、が必要となる。（ｉ）については、照射表面におけるピークパワー密度を１〜１００ＴＷ／ｍ２とする。このピークパワー密度を得るために、レーザ装置は、パルス時間幅が１０ｐｓ〜１００ｎｓ程度、パルスエネルギーが０．１ｍＪ〜１００Ｊ程度で間欠的に発振するパルスレーザを用いる。このようなレーザ装置としては例えばＮｄ：ＹＡＧレーザが挙げられるが、上記条件（ｉ）を満たすレーザ装置であれば良い。上記（ｉ）および（ｉｉ）の条件が満たされると、高いピークパワー密度をもつパルスレーザビームの照射により発生したプラズマが、照射表面の近傍に存在する水等の透明媒体により膨張が抑えられ、プラズマの圧力が高められる。高圧となったプラズマの反力によって、照射点近傍に塑性変形を与え、残留圧縮応力を付与することができる。
【００４０】
ここで、本発明の製造方法により疲労強度が向上する理由について説明するために、レーザピーニング処理による応力導入特性について述べておく。図７は、引張強度が１０００ＭＰａの鋼材を用いて作製した平板形状の試験片に対してレーザピーニング処理を行ない、Ｘ線残留応力測定装置を用いて残留応力の深さ方向分布を測定した結果を示す。深さ方向の応力分布の測定は、電解研磨により逐次鋼材を除去しながら行なった。レーザピーニング処理には、図８（平面図）及び図９（正面図）に示した装置を用い、水槽３５中に浸漬した試験片３７に、レーザビーム発振装置３１からレーザビーム３２を照射した。レーザビームは、水中透過性の良いＮｄ：ＹＡＧレーザの第二高調波（波長：５３２ｎｍ）を用いた。レーザビーム３２は焦点距離１００ｍｍの凸レンズからなる集光レンズ３３で集光し、光学窓３４を介して試験片３７に照射される。試験片３７上でのビームスポットの形状は０．８ｍｍφの円形とした。レーザのパルスエネルギーは２００ｍＪ、ピークパワー密度は４０ＴＷ／ｍ２とした。パルス時間幅は１０ｎｓ、パルス繰り返し周波数は３０Ｈｚであった。試験片３７の後方は、支持部３８、３９を介して、図９に示すように上下方向（ｂ方向）にスライド可能なガイド４０に取り付けられている。また、ガイド４０は、図８に示すように水平方向（ａ方向）にスライド可能なガイド４２に取り付けられた支持部４１に連結されている。試験片３７は、走査装置４３の制御により、ガイド４０、４２に沿って、ａｂ両方向に移動可能に設置される。パルスレーザのビームスポットの重畳方法を図１０に示す。処理域は５ｍｍ×１０ｍｍの矩形とした（図１０中でｇ１〜ｇ５＝５ｍｍ、ｇ１〜ｇ３＝１０ｍｍ）。同一点に対するパルスレーザビームの照射回数の平均値は２５回に設定し、同一走査領域Ｌｉ内の隣接するビームスポットの間隔と、隣接する走査領域（例えば図１０中のＬ１とＬ２）の中心線間の距離が等しくなるように処理した。また走査領域の形成は、図１０において「Ｌ１→Ｌ２→Ｌ３→…」のように連続的に行なった。図７の測定結果を見ると、圧縮応力が深さ約０．６ｍｍまで導入されている。また、図１０に示した重畳方法のために、図１０中Ｙ方向の圧縮応力が選択的に強化される。
【００４１】
図７に示すように、Ｙ方向の残留応力は、深さ３０μｍにおいて−７８３ＭＰａとなり残留圧縮応力が最大となった。しかし、被加工材表面（深さ０ｍｍ）の残留応力は−６５６ＭＰａにとどまっており、表面の残留応力を十分に強化できているとは言えない。これは、サンプル表面にレーザビームを照射すると、照射スポット部表層近傍が溶融・再凝固するためである。
【００４２】
本発明の製造方法では、以上説明してきたレーザピーニング処理を施した後、その処理面を含む領域の材料の表層を除去する。機械研磨等による材料の除去は、除去後の表面に引張応力を残留させ疲労特性に悪影響を与えることがあるため、除去する方法としては、電解研磨法や流体研磨法が望ましい。電解研磨法では、開口周辺部２３にエッチング液を設置し、多くの場合は球状の突起を押し付けながら通電することで、研磨が進む。また流体研磨では、研磨剤を含む液体をレール穴５および分岐穴６に通すことで研磨が行われる。これらの方法では、いずれも分岐穴６の軸を中心として同心円状に研磨が進む。この除去工程によって、レーザピーニング処理で溶融・再凝固し応力が引張側にシフトしている表層近傍部の除去が可能になると同時に、開口周辺部２３の形状の変化により応力集中係数が緩和され、実際の使用時の最大負荷応力は低減される。本発明者らは、これらの複合的な効果が疲労強度を大きく向上させることを見出した。
【００４３】
本発明の好ましい実施形態においては、レーザビームのパルスエネルギーを１ｍＪ〜１０Ｊの範囲とするが、これは以下の理由による。本発明の方法では、レーザピーニング処理した後、材料を表面から除去するため、レーザピーニング処理で圧縮応力が導入される深さが小さすぎると、除去後の新しい表面における残留圧縮応力が小さくなってしまう。圧縮応力が導入される深さはパルスエネルギーが小さくなるほど浅くなる。これは、被加工材表面から投入されたレーザパルスエネルギーの三次元的な拡散が、パルスエネルギーが小さくなるほど大きくなってしまうためである。この制約のため、本発明の方法では１ｍＪ以上のパルスエネルギーで処理することが好ましい。また、パルスエネルギーの上限については、コモンレールのレール管に通すことが可能なレーザビームのビーム断面積と光学素子の耐光強度を勘案し、１０Ｊ以下とすることが好ましい。本発明の方法におけるレーザビームの照射については、図４中において、レール穴５の内面２２からのみ行う形態と、分岐穴６の内面２１とレール穴５の内面２２の双方から行う形態とがある。以下で説明するように、疲労強度を高めるためには、後者がより効果的である。レーザピーニング処理では、図７に示したように、深さ方向に進むに従って、付与される圧縮応力の絶対値は小さくなっていく。したがって、レール穴５の内面２２からのみ処理する場合、レール穴５の内面２２から遠ざかる内部、例えば図４中のｇ２点では、圧縮応力の絶対値は表層よりも小さくなることがある。一方で、開口周辺部２３の材料を除去後、実際の使用時の繰り返し負荷応力は、このｇ２点付近で最大になることが多い。分岐穴６の内面２１とレール穴５の内面２２の双方からレーザピーニング処理を行っておけば、それぞれの面の処理によって導入される圧縮応力が加算され、ｇ２点の圧縮応力の絶対値を引き上げることが可能となり、より高い疲労強度が実現される。一方、レール穴５の内面２２からのみ行う照射方法は、分岐穴６の内面２１を処理するために必要なミラーのあおり機構等が不要となるため、装置を簡略化できるという利点を持つ。
【００４４】
必要となるレーザピーニング処理領域および材料の除去領域は、内圧変動負荷時の分岐穴開口周辺部の引張応力分布や、応力集中をどの程度緩和するかといった部品の設計思想に依存する。引張応力分布は、鋼材の強度、使用圧力、レール穴５の直径ｄ１、分岐穴６の直径ｄ２、等に依存する。この分布は有限要素法計算等に基づいて見積もることが可能であるが、以下では処理領域の一般的な指針を説明する。
【００４５】
まず、レール穴５の内面２２のレーザ処理領域については、図１１に示すように、分岐穴６の中心軸からの距離が１．５ｄ２以内となる領域を処理しておけば十分である。また、分岐穴６の内面２１にもレーザ処理する場合、処理範囲の深さｈは、レール穴内面２２と分岐穴内面２１とが交わることで形成される円を高さの基準として、レール穴直径ｄ１の２０％程度とすれば十分である。ただし、分岐穴内面２１の深い部分まで処理するためには、分岐穴内面２１に対するレーザビームの入射角度を大きくする必要がある。同じピークパワーを持つレーザビームであっても、入射角度が大きくなるにつれて照射点におけるピークパワー密度は減少する。このため、直径ｄ２が小さい場合は、深さｈが適切なピークパワー密度にて照射できる限界に支配されることが多い。
【００４６】
また、材料を除去する領域については、レーザ照射によって溶融・再凝固し応力が引張側にシフトしている表面を全て無くすように、材料を除去する領域が該レーザピーニング処理領域をその内部に含むようにすることが望ましい。
【００４７】
次に、材料の除去工程において、除去する厚みについて述べる。本願では以下のように、除去後の面上各点に対し除去厚みを定義する。除去後の面上のある点における除去厚みは、考えている除去後の面上の点からの距離が最小となる点を除去前の面上から選び出し、その最小値として定義する。図１２の分岐穴断面図を例として説明する。図中、点線で示す曲線ｅｊｆが除去前の線、ｅからｋ１、ｋ２を経てｆに至る曲線が除去後の線である。上述の定義によると、除去後の線ｋ１点における除去厚みはｔ１で表され、ｋ２点における除去厚みはｔ２で表される。ここでは２次元的な断面図を例に採って説明したが、実際の除去厚みは、図１２で考えた除去前後の線を、それぞれ面として三次元的に捉えることで定義される。
【００４８】
レーザピーニング処理領域内の除去厚みは以下の範囲にするのが効果的である。まず、レーザ照射によって溶融・再凝固し応力が引張側にシフトしている表面近傍を除去するために、除去後表面の各点における除去厚みは０．０１ｍｍ以上とする。一方で、図７に示したように、レーザピーニングで導入される圧縮応力は表面からの深さが大きくなるに従って減少する傾向にある。例えば図７のＹ方向応力の深さ分布からは、表面から深さ０．１ｍｍ程度以上まで材料を除去すると、除去後の表面応力が除去前と比較してむしろ小さくなってしまうことが予想される。パルスエネルギー（図７の条件では２００ｍＪ）を大きくすることで深さ方向への圧縮応力の減衰は緩和できる。すなわち、パルスエネルギーを大きくすることでより大きな除去厚みを得ることも可能であるが、それでも、除去厚みは０．３ｍｍ程度以下としておくのが効果的である。
【００４９】
本発明の別の実施形態によると、分岐穴６の貫通加工後、分岐穴６の開口周辺部２３を研磨または機械加工により所定量だけ面取り加工した後、該開口周辺部２３にレーザピーニング処理を施し、さらに該開口周辺部２３にある材料を除去することで、開口周辺部２３の疲労強度が高められたコモンレールを得る。これは、主に応力集中係数を大きく緩和する目的で、分岐穴６の貫通加工時点から最終加工形状に至るまでの除去厚みを大きくする部品設計を採る場合に特に有効である。図１３は本実施形態の一例を示す模式図である。図中に点線で示す角ｅｇｆが貫通加工時点の断面、一点鎖線が面取り加工後の断面、そしてｅからｋ３、ｋ４を経てｆに至る曲線がレーザピーニング処理後、さらに材料の除去を施した後に得られる最終加工形状である。同図中、ｔ１やｔ２で示される貫通加工時点から最終加工形状に至るまでの除去厚みが０．３ｍｍを越えるような場合に対して、上述した第一の実施形態を適用すると、図中に点線で示す角ｅｇｆの表面からレーザピーニング処理を施し、その後、材料の除去によって最終加工形状（図１３中曲線ｅ〜ｋ３〜ｋ４〜ｆ）を得ることになる。この場合、材料の除去厚みが０．３ｍｍを越えるため、上述したように、材料を除去した後に得られる最終加工形状の表面における残留圧縮応力が小さくなってしまう。一方、ここで説明した実施形態によると、図１３中一点鎖線で示される断面まで面取り加工した後にレーザピーニング処理を施すため、レーザピーニング処理後の材料の除去厚みを小さく抑えることができる。したがって、最終加工形状（図１３中曲線ｅ〜ｋ３〜ｋ４〜ｆ）の表面においても大きな圧縮応力を得られるという利点がある。
【００５０】
レーザピーニング処理前に実施する面取り加工の領域の大きさは、上述したように、内圧変動負荷時の分岐穴開口周辺部の引張応力分布や、応力集中をどの程度緩和するかといった部品の設計思想に依存するが、以下では処理領域の一般的な指針を説明する。ここで考えているような除去厚みが大きい場合には、面取り加工で面取りされる領域とされない領域の境界が、レール穴５の内面２２においては、分岐穴６の中心からの距離が０．５ｄ２以上２．５ｄ２以内（ｄ２：分岐穴６の径）となる領域に含まれるものであって、分岐穴６の内面２１においては、レール穴内面２２の開口部からレール穴５の直径ｄ１の３０％の距離までの領域に含まれることが効果的である。面取り加工後、分岐穴６の開口周辺部２３の応力集中は緩和されるが、応力分布の最大値は依然として面取り加工した領域に生ずる。レーザピーニング処理はこのような応力集中を緩和する目的で施される。その処理領域は、面取り加工が施される領域の内部としておけば十分であることが多いが、面取りされない領域に跨っていてもよい。また、レーザピーニング処理に溶融・最凝固の影響が出た部分を除去する等の目的で行われる最後の材料除去工程において除去する領域は、レーザピーニング処理を施す領域を包含するものであり、除去する厚みは、レーザ処理領域において０．０１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下とすることが好ましい。材料の除去による除去後表面の圧縮応力の低下を抑えるという観点からは、レーザピーニング処理前に行う面取り加工で最終加工形状の近くまで加工しておくことにより、レーザピーニング処理後の除去厚みを０．１ｍｍ以下に小さく抑えるのが特に好ましい範囲である。
【００５１】
ところで、本発明におけるレーザピーニング処理の領域については、必ずしも分岐穴６の軸を中心として同心円状に設定する必要はない。レーザ処理後に除去工程を経た後、実際の使用時の内圧変動負荷に伴う分岐穴開口周辺部２３の引張応力の最大値は、分岐穴６の中心軸を含みレール穴５の長手方向に沿った断面上において生じ、その主応力方向はレール穴５の周方向である。したがって、レーザビーム照射領域の分岐穴周方向の角度範囲は、図１４に示すように、分岐穴６の内面２１とレール穴の内面２２のいずれについても、レール穴５の長手方向を基準として±４５°の範囲としておけば十分であることが多い。
【００５２】
また、疲労強度を最大化するためには、使用時の繰り返し負荷応力が最大となる部分の主応力方向であるレール穴５の周方向の圧縮応力を最大化することが求められる。このために効果的なビームスポットの重畳照射方法を図１５に示す。このように、分岐穴６の中心軸を含む平面内でビームスポットを走査し、該ビームスポットの走査を分岐穴６の周方向に位置をずらしながら複数回行う。これは、図１０に示した方法で処理すれば、図７に示すように、図１０中のＹ方向の応力が選択的に強化される事実を応用したものである。なお、走査方向は、分岐穴６の中心軸を含む平面内に限らずとも良い。例えば、図１６に示すように、レール穴５の長手方向と分岐穴６の長手方向を含む平面内でビームスポットを走査し、該ビームスポットの走査をレール穴５の周方向に位置をずらしながら複数回行う方法でも、同じ効果を得られる。
【００５３】
コモンレールは、多くの場合、高強度の鋼で作られる。そこで、レーザビーム照射表面に設置する透明液体は、アルコール等、鋼を錆びさせる性質を持たない液体、もしくは、水に防錆剤が入っている液体とし、コモンレールが錆びないようにする実施形態が好ましい。
【００５４】
なお、本発明では、上記の化学成分に加えて、更に、Ｎｉ：０．０１〜２．０％、Ｃｏ：０．０１〜１．０％、Ｃｕ：０．０１〜１．０％、Ｗ：０．０１〜２．０％のうち少なくとも１種以上、または、更に、Ｚｒ：０．００１〜０．０５％、Ｎｂ：０．００１〜０．０５％、Ｖ：０．００１〜０．０５％のうち少なくとも１種以上、あるいは、更に、Ｃａ：０．０００５〜０．００５％、Ｍｇ：０．０００５〜０．００５％、Ｂａ：０．０００５〜０．００５％のいずれかの硫化物形態制御用元素、および、Ｙ：０．００１〜０．０５％、Ｃｅ：０．００１〜０．０５％、Ｌａ：０．００１〜０．０５％のいずれかの希土類元素のうち少なくとも１種以上を含有しても良い。
【００５５】
これらの合金成分は、以下の理由から添加範囲を制限してある。Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕはいずれもγ安定化元素であって、鋼材の変態点を下げて低温変態を促すことで焼き入れ性を向上させる元素である。ＨＴＬ値を向上させるためには有用な元素であり、それぞれ０．０１％以上の添加で効果が得られ、Ｎｉは２．０％、ＣｏとＣｕはそれぞれ１．０％を超えて添加すると残留γが増加して鋼材の靱性に影響を及ぼすことから、その添加範囲をＮｉは０．０１〜２．０％、ＣｏとＣｕについてはそれぞれ０．０１〜１．０％に限定した。
【００５６】
Ｗはα安定化元素であって著しい固溶硬化を発揮するが、０．０１％の添加でこの効果が認められる。しかし、２％を超えて添加すると、液相拡散接合の拡散原子であるＢおよびＰと硼化物あるいは燐化物を生成し、継手の靱性を劣化させる場合があることから、その添加上限を２．０％に制限した。
【００５７】
Ｚｒ、Ｎｂ、Ｖは微細な炭化物を析出して、材料の強度を高める。何れも０．００１％の添加で効果があり、Ｚｒ、Ｎｂは０．０５％で、またＶは０．５％の添加で炭化物が粗大化して靱性低下を来すことから、その上限を決定した。
【００５８】
加えて、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａの硫化物形態制御元素およびＹ、Ｃｅ、Ｌａの希土類元素は、全て鋼中の不純物であるＳとの親和力が高く、鋼材の靱性に影響するＭｎＳの生成を抑制する効果がある。従って、これらが有効となる濃度、すなわちＣａ、Ｍｇ、Ｂａは０．０００５％、Ｙ、Ｃｅ、Ｌａは原子量が大きいことから０．００１％の添加が必要であって、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａは０．００５％以上の添加で粗大酸化物となって靱性を低下させること、Ｙ、Ｃｅ、Ｌａは０．０５％の添加で同様に粗大酸化物が生成することから、その上限を決定した。
【００５９】
各群は、適宜組み合わせて複合添加しても、また各元素を単独で添加しても良く、本発明の効果を妨げることなく、鋼材に各種特性を付与する。
【００６０】
なお、本発明の鋼材の製造工程は、通常の高炉−転炉による銑鋼一貫プロセスを適用するだけでなく、冷鉄源を使用した電炉製法、転炉製法も適用できる。さらに、連続鋳造工程を経ない場合でも、通常の鋳造、鍛造工程を経て製造することも可能であり、本発明に規定する化学成分範囲と式の制限を満足していれば良く、本発明技術に対する製造方法の拡大適用が可能である。また、製造する鋼材の形状は任意であって、適用する部材の形状に必要な成型技術において実施可能である。すなわち、鋼板、鋼管、棒鋼、線材、形鋼など、本発明技術の効果を広範囲に適用することが可能である。また、本鋼は溶接性にも優れており、液相拡散接合に適していることから、液相拡散接合継手を含む構造体であれば、一部に溶接を適用して、あるいは併用した構造体の製造は可能であり、本発明の効果を何ら妨げるものではない。
【実施例１】
【００６１】
以下に、コモンレールの分岐穴開口周辺部にかかる繰り返し負荷を模擬した疲労試験を行ない、本発明の効果を検証した結果について説明する。試験では、図１７に示すように、直径６ｍｍのくびれ部の中央に直径１ｍｍの貫通穴５２を開けた試験片５１を用いて、小野式回転曲げ疲労試験を実施した。試験片５１は、４４０ＭＰａ級炭素鋼を用いて作成した。試験片は、本発明に規定する化学成分範囲の鋼材を、実験室規模真空溶解、あるいは実機鋼板製造設備において、１００ｋｇ〜３００ｔｏｎの真空溶解、あるいは通常の高炉−転炉−炉外精錬−脱ガス／微量元素添加−連続鋳造−熱間圧延によって製造し、図１７に示す形状に加工、成型した。このような試験片５１では、貫通穴５２付近に応力集中が生じ、図１７中のｍ１点およびｍ２点において応力は最大となり、その最大主応力方向は試験片５１の長手方向となる。このように、本試験は、図２に示すコモンレールの分岐穴６開口周辺部にかかる変動負荷を模擬している。なお、試験片５１の貫通穴５２開口端部のエッジを取る面取り加工は施さなかった。
【００６２】
レーザピーニング処理は、貫通穴５２の両側の開口周辺部に対して行なった。レーザビームは水中透過性の良いＮｄ：ＹＡＧレーザの第二高調波（波長５３２ｎｍ）を用いた。パルスレーザビームの時間幅は１０ｎｓであった。試験片５１上でのスポットの形はほぼ円形であり、その照射痕のスポット直径は約０．３ｍｍであった。ピークパワー密度は５０ＴＷ／ｍ２とした。
【００６３】
試験片５１のくびれ部のｍ１点、ｍ２点における試験片５１長手方向の圧縮応力を高めるため、図１８に示すように、試験片５１の長手方向に垂直な平面内でビームスポットを走査し、該ビームスポットの走査を長手方向に位置をずらしながら複数回行なう方法で、パルスレーザビームを照射した。レーザ処理した領域は、図１８中に斜線で示した部分である（図にはｍ１点側の照射域のみを示す）。長手方向は０．５ｍｍ幅、φ６ｍｍの外面は貫通穴５２の軸より１．５ｍｍ以内、貫通穴５２の内面は開口部から深さ０．５ｍｍまでの範囲を処理した。同一点に対するパルスレーザビームの照射回数の平均値は６．９回に設定した。
【００６４】
レーザピーニング処理後、電解研磨により材料の除去を行った。球状の突起を押し付けながら通電しながら、貫通穴５２の軸を中心として同心円状に研磨した。φ６ｍｍの外面の研磨領域は貫通穴５２の軸より半径１．７ｍｍ以内、貫通穴５２の内面の研磨領域は開口部から深さ０．５ｍｍまでであり、それぞれの面から電解研磨した深さは約５０μｍであった。
【００６５】
表１に疲労試験結果を示す。表には、ｍ１点（φ６ｍｍの外面で貫通穴開口部近傍）における試験片５１長手方向の残留応力σＡを測定した結果も示す。尚、残留応力σＡは、Ｘ線残留応力測定装置を用いて測定した。条件１は比較例であり、レーザピーニング処理を施さなかった試験片に対する結果である。条件２は、レーザピーニング処理のみを施した比較例であり、条件１に対して２５％の疲労強度向上が得られた。条件３は、レーザピーニング処理後に電解研磨を行った本発明の実施例であり、さらに大きな疲労強度向上が得られた。このように、本発明によると、表面の圧縮応力が大きくなる効果とともに、形状変化による応力集中係数の緩和効果が複合的に作用し、従来技術に対して大きな疲労強度の向上が得られることが判った。
【００６６】
【表１】
0004740274.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、コモンレール等の鋼材において、流体が通過する機械部品において径が極端に変化する部位や、管の端など、応力集中が発生しやすい部分の疲労強度を向上させるための製造方法として適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】コモンレールのレール穴長手方向の断面図。
【図２】コモンレールの分岐穴開口周辺部の平面図。
【図３】コモンレールの製造過程を示す斜視図。
【図４】コモンレールの分岐穴開口周辺部を示す断面図。
【図５】ＴＬＢ値と液相拡散接合継手の接合部と母材部（接合部から５ｍｍ離れた部位におけるＶｉｃｋｅｒｓ硬さ測定値）の硬度差の絶対値の関係を示す図である。
【図６】ＴＬＢ値と液相拡散接合継手の引張り強さの関係を示す図である。
【図７】レーザピーニング処理した試験片の残留応力を示すグラフ。
【図８】レーザビーム照射装置を示す平面図。
【図９】図８の正面図。
【図１０】レーザビーム照射方法を示す平面図。
【図１１】分岐穴開口周辺部のレーザ処理領域を示す斜視図。
【図１２】分岐穴開口周辺部の材料除去前後の状態を示す断面図。
【図１３】分岐穴開口周辺部の面取り加工を行った場合の材料除去後の状態を示す断面図。
【図１４】分岐穴開口周辺部のレーザ照射領域の角度範囲を示す説明図。
【図１５】分岐穴開口周辺部のレーザ照射方法を示す説明図。
【図１６】分岐穴開口周辺部の異なるレーザ照射方法を示す説明図。
【図１７】試験片を示す平面図。
【図１８】図１７の試験片へのレーザ照射方法を示す説明図。
【符号の説明】
【００６９】
１    コモンレール
２    筒壁部
５    レール穴
６    分岐穴
７    レール穴の長手方向に平行となる直径の両端近傍
１１  コモンレール本体
１２  ホルダー
１３  管路
１４  支管
１５  合金箔
２１  内面（分岐穴）
２２  内面（レール穴）
２３  開口周辺部
３１  レーザビーム発振装置
３２  レーザビーム
３３  集光レンズ
３４  光学窓
３５  水槽
３７  試験片
３８、３９、４１  支持部
４０、４２  ガイド
４３  走査装置
５１  試験片
５２  貫通穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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