(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
最終仕上伸管を減面率１．２〜６．４％にて空引きした単一管体からなる細径厚肉金属管であって、外表面部組織が圧延組織となしかつ外表面部が加工硬化されて高い振動疲労強度を有することを特徴とする高圧燃料噴射管材。
【請求項２】
単一管体からなる細径厚肉金属鋼管を焼鈍と引抜加工を施して管内外径を所定の最終寸法に仕上げ、該最終仕上伸管の焼鈍処理を施さない高圧燃料噴射管材の製造方法において、最終仕上工程にて当該伸管材を減面率１．２〜６．４％にて空引きして外表面部組織を圧延組織とするとともに加工硬化させて外表面部の振動疲労強度を高めることを特徴とする高圧燃料噴射管材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の燃料供給路として使用する燃料噴射管の管材およびその製造方法に係り、より詳しくは一般にディーゼル内燃機関に使用する管径約４ｍｍ乃至１５ｍｍ、肉厚約１ｍｍ乃至６ｍｍ程度の比較的細径厚肉で内圧疲労強度および振動疲労強度の高い高圧燃料噴射管材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ディーゼルエンジンの排ガス規制によるＮＯｘの低減や黒煙対策としての燃料の高圧化の傾向に伴い、高圧燃料噴射管には繰返し高圧力疲労に対する耐久性（内圧疲労強度）および耐キャビテーションエロージョン性に加え、エンジンや車体からの振動に対する耐久性（振動疲労強度）が一層要求されている。かかる要求のために従来のディーゼル内燃機関用の高圧燃料噴射管には、外径に対し２５乃至４０％の肉厚を有する厚肉の細径鋼管が用いられている。
【０００３】
従来のこれら高圧燃料噴射管材には、▲１▼高圧配管用素管を数回の焼鈍と引抜加工を繰返して所望の規定寸法に伸管し、この最終仕上げ伸管材に対し焼鈍処理を施さない管材と、▲２▼高圧配管用素管を数回の焼鈍と引抜加工を繰返して所望の規定寸法に伸管した後、焼鈍処理を施した管材の２種類あって、いずれも最終引抜加工は３０〜４０％の減面率で伸管している。すなわち、▲１▼は引抜により加工硬化したまま使用する管材であり、バウシンガ効果により外表面側の硬度が高くなることにより引張強度が高くなり、高振動疲労強度を有する反面、内圧に対する疲労強度は低い。この内圧に対する疲労強度が低い理由は、管内表面側も引抜加工により一方向に圧延されたと同様な偏平な結晶組織となっていることおよび、引抜加工による残留応力が残っていることがその原因と考えられている。一方、▲２▼の引抜加工後焼鈍して使用する管材の場合は、焼鈍により組織が再結晶組織となり、また加工による残留応力が消失することにより、内圧疲労強度は高いが、加工硬化組織がほとんど除去されることにより管外表面側の硬度が低下するため、振動疲労強度は加工硬化状態より低くなる。なお、バウシンガ効果とは、加工硬化した材料の変形抵抗、すなわち予変形と同一方向の降伏応力に比較して、その材料を逆方向に変形するときの降伏応力が大きく低下する現象のことであり、疲労硬化、疲労軟化に直接結びつく現象である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来の前記▲１▼の引抜により加工硬化したまま使用する管材（未焼鈍材）と、▲２▼の引抜加工後焼鈍して使用する管材（焼鈍材）の欠点を解消するためになされたもので、最終引抜加工工程における減面率を変えることによって、最終引抜加工後に焼鈍処理することなく振動疲労強度および内圧疲労強度の優れた高圧燃料噴射管材を得ることを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る高圧燃料噴射管材は、最終仕上伸管を減面率１．２〜６．４％にて空引きした単一管」体からなる細径厚肉金属管であって、外表面部組織が圧延組織となしかつ外表面部が加工硬化されて高い振動疲労強度を有することを特徴とするものである。また、この高圧燃料噴射管材の製造方法としては、単一管体からなる細径厚肉金属鋼管を焼鈍と引抜加工を施して管内外径を所定の最終寸法に仕上げ、該最終仕上伸管の焼鈍処理を施さない高圧燃料噴射管材の製造方法において、最終仕上工程にて当該伸管材を減面率１．２〜６．４％にて空引きして外表面部組織を圧延組織とするとともに加工硬化させて外表面部の振動疲労強度を高めることを特徴とするものである。
【０００６】
引抜加工による伸管材の場合、振動疲労強度に一義的に大きな影響を与えるのは管の外表面側であり、内圧疲労強度に大きな影響を与えるのは管の内表面側であることから、振動疲労強度および内圧疲労強度の優れた高圧噴射管材を得るには、管の外表面側を圧延組織（加工組織）とし、内表面側を焼鈍状態のままとすることが有効であるとの知見に基づいて、最終仕上伸管を管の内表面側に加工の影響が出ないように外表面のみを軽く引抜加工することにより、管の内圧疲労強度を保有した状態で振動疲労強度を向上させることができることを見い出したのである。
【０００７】
すなわち、本発明では最終仕上伸管を減面率１．２〜６．４％にて空引きすることにより、振動疲労強度については管外周側がバウシンガ効果を有した状態で、管内周側が焼鈍状態と同じ内圧疲労強度を保有することができる管材を見い出したのである。ここで、空引きとは管を外側からダイスで絞って外径を小さくすることを意味し、この最終仕上伸管の空引きの減面率を１．２〜６．４％に限定したのは、１．２％未満では管外側の加工による硬さが不足し、所望の振動疲労強度が得られず、他方、６．４％を超えると管外側は十分に硬化し、振動疲労強度は向上するが、管の内側まで加工の影響が生じて硬化し、管内表面側の硬度が高くなり内圧疲労強度が低下するためである。したがって、最終仕上伸管を減面率１．２〜６．４％にて空引きした場合には、管の外側においては加工の影響により圧延組織（加工組織）となり、また加工硬化するが、内側は加工の影響が出ないことにより最終引抜加工前の焼鈍状態のままとなり、引抜加工後焼鈍処理せずして振動疲労強度および内圧疲労強度の優れた高圧噴射管材が得られる。
【０００８】
また、本発明に係る高圧燃料噴射管材の製造方法は、単一管体からなる細径厚肉金属鋼管を焼鈍と引抜加工を施して管内外径を所定の最終寸法に仕上げる際に、最終仕上工程における当該伸管を減面率１．２〜６．４％にて空引きし、引抜加工後は焼鈍処理を施さない方法であるが、引抜加工前の焼鈍処理は素管の組織を再結晶組織とし、また引抜加工による残留応力を消失させるためであり、その熱処理温度条件としては７５０〜９００℃程度が一般的である。
【０００９】
なお、本発明の対象鋼としては、炭素鋼（ＳＴＳ３５）、ステンレス鋼、マンガン鋼等がある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の高圧燃料噴射管材の製造方法は、単一管体からなる細径厚肉金属鋼管を焼鈍と引抜加工を複数回繰返し、最終の伸管工程において減面率１．２〜６．４％にて空引きして所定製品管サイズに仕上げて、振動疲労強度および内圧疲労強度の優れた高圧噴射管材を得る方法である。
【００１１】
例えば、直径３４ｍｍ×肉厚４．５ｍｍの母管から製品管サイズの直径６．４ｍ×肉厚４．６ｍｍに引抜加工する場合は、まず母管を焼鈍炉で８００℃の温度で焼鈍し、第１伸管工程にて直径２７ｍｍ×肉厚３．７ｍｍに伸管する。続いて、この管材を再び焼鈍炉で８００℃の温度で焼鈍した後、第２伸管工程にて直径２２ｍｍ×肉厚３．２ｍｍに伸管する。以後同様に各伸管工程毎に８００℃焼鈍を繰返し、最終伸管工程で減面率１．２〜６．４％にて空引きして製品管サイズ直径６．４ｍｍ×肉厚２．３ｍｍに伸管する。これにより、管外側はバウシンガ効果により高い振動疲労強度を有し、管内側は組織の再結晶化と残留応力の消失により硬度が低下することにより内圧疲労強度を保有した高圧燃料噴射管材が得られる。このようにして得られた製品管サイズの管材は切断工程で製品長さに切断した後、メッキ工程、曲げ工程等を経て製品となる。
【００１２】
【実施例】
噴射管素材として材質ＳＴＳ３５、外径３４ｍｍ、肉厚４．５ｍｍの母管（シームレスパイプ）を使用し、焼鈍および伸管を繰返して最終伸管工程において減面率１．２〜６．４％にて空引きして得た製品サイズが外径６．４ｍｍ、肉厚２．３ｍｍの高圧燃料噴射管材の振動疲労強度を表１に、従来の未焼鈍材と比較して示す。表１中、従来品Ａは引抜により加工硬化したまま使用する管材（未焼鈍材）、同Ｂは最終引抜加工後焼鈍して使用する管材（焼鈍材）のことである。また、本実施例における本発明の減面率別の管外面からの距離と硬度の関係を、従来品Ａと比較して図１に示す。
なお、振動疲労強度試験は、所望長さの管材の一端を固定し、他端を振動付与ロールにてクランプして管材に上下振動（片振幅δ＝３．５ｍｍ）を付与し、破断までの振動の繰返し数を測定する方法により行った。
【００１３】
表１より、本発明品▲１▼〜▲４▼は従来品Ａ、Ｂと比較していずれも振動疲労強度および内圧疲労強度の両特性が高いことがわかる。また、図１より明らかなごとく、従来の通常伸管・未焼鈍材Ａの場合は、管外表面側および内表面側共にＨｍｖ２２０程度と高硬度となっていることから、振動疲労強度は高いが、内圧疲労強度は低い。これに対し、本発明品▲１▼〜▲４▼はすべて管外表面硬度は従来品Ａよりは低いものの高レベルにあることから高振動疲労強度が得られ、また管内表面硬度はＨｍｖ１２０〜１４０の範囲にあることから、従来品Ｂの焼鈍材の硬度（全体がＨｍｖ１２０〜１３５）とほぼ同程度となっていることから、管内表面は加工の影響を受けることなく内圧疲労強度が保有されることがわかる。また、減面率が１．２％未満では管外表面付近の硬度がＨｍｖ１４０以下に下がることが予想されることから振動疲労強度の向上効果は期待できず、他方、減面率が６．４％では管外面から２．０ｍｍすなわち管内表面から０．３ｍｍの所までもＨｍｖ１４０程度となっていることから、６．４％を超える減面率で空引きすれば管内表面に対する加工の影響が大きくなることが十分に予想されるため、空引きの最大減面率は６．４％が限度であることがわかる。
【００１４】
【表１】
0003862790.tif 000002
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したごとく、本発明の高圧燃料噴射管材は、内圧疲労強度のみならず高い振動疲労強度に富み、繰返し高圧力疲労に対する耐久性（内圧疲労強度）に優れるとともに、エンジンや車体からの振動に対する耐久性にも優れるという効果を有する。また、本発明方法によれば、既存の伸管設備と一般的な焼鈍設備で引抜工程を増加させることなく高内圧疲労強度と高振動疲労強度を有する高圧燃料噴射管材を得ることができるので、製造コストが高くつくことがなく、高品質の高圧燃料噴射管材を低コストで提供することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における最終引抜工程での減面率別の管外面からの距離と硬度の関係を示す図である。
【図１】
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