柴油机用超高压共轨燃油喷射系统针阀体用钢及制造工艺技术方案

本发明专利技术提出了一种柴油机用超高压共轨燃油喷射系统针阀体用钢及制造工艺，按重量百分比包括:C 0.2～0.6％,Si 0.6～1.3％,Mn 0.2～0.8％，S≤0.05％，P≤0.025％，Cr 4.0～6.5％，V 0.8～1.3％，Mo 0.30～0.45％，Ti 0.08～0.12％，N 0.005～0.050％，余量为Fe。制造工艺步骤：冶炼、铸造、加热工艺、轧制、吐丝后上斯泰尔缓冷线控冷，自然冷却并打捆包装。该钢种适合超高压针阀体内部超过200MPa的液压，在此液压条件下针阀不会有明显塑性变形；该钢种具有良好的耐磨性能、耐冲击性能和高温性能，适合针阀偶件恶劣的工况。

【技术实现步骤摘要】
柴油机用超高压共轨燃油喷射系统针阀体用钢及制造工艺
本专利技术涉及合金钢
，尤其是涉及一种柴油机用超高压共轨燃油喷射系统针阀体用钢及制造工艺。
技术介绍
柴油机共轨式燃油喷射技术于1986年专利技术以来经历了三代的发展，已经在电控、机械控制、材料加工等专利技术获得了较快的发展，目前该技术已成功的在国外以柴油发动机为动力的汽车上广泛使用，这是世界汽车工业为满足日益严格的废气排放标准的必然趋势。我国在该技术上起步稍晚，整个产业链合作较差，近几年一汽等大型国企开始加大投入，在设计、加工等方面取得了较大进步。共轨系统集成了计算机控制技术、现代传感检测技术以及先进的喷油结构于一身。共轨式燃油喷射技术通过共轨直接或间接地形成恒定的高压燃油，分送到每个喷油器，并借助于集成在每个喷油器上的高速电磁开关阀的开启与闭合，定时、定量地控制喷油器喷射至柴油机燃烧室的油量，从而保证柴油机达到最佳的燃烧比和良好的雾化，以及最佳的点火时间、足够的点火能量和最少的污染排放。它能够达到较高的喷射压力、实现喷射压力和喷油量的精确控制，而且能实现预喷射和后喷，从而优化喷油特性形状，降低柴油机噪声和大大减少废气的排放量。共轨系统与以前凸轮轴驱动的燃油喷射系统不同，共轨式燃油喷射系统将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开。用电磁阀控制的喷油器替代传统的机械式喷油器，燃油轨中的燃油压力由一个径向柱塞式高压泵产生，压力大小与发动机的转速无关。共轨系统能够在发动机的所有转速范围内获得非常高的燃油压力。燃油喷射压力是柴油发动机的重要指标，因为它联系着发动机的动力、油耗、排放等。共轨柴油喷射系统已将燃油喷射压力提高到200MPa以上，超高的液压将对共轨系统用材料提出新的要求。针阀体是柴油机燃油喷射系统的关键部件之一,是工艺要求很高的精密部件。是燃油喷射系统三大精密偶件中工作状况最恶劣、可靠性最差、寿命最短的偶件，对整个柴油机的性能和寿命影响最大。针阀体工作时所处的工作条件是十分恶劣的,机械负荷和热负荷较高,加上加工质量、热处理工艺以及安装使用等因素的影响,使得喷油器的主要问题是工作可靠性差、使用寿命短,成为柴油机系统最容易失效的零件。针阀在喷油器调压弹簧的弹力和燃油压力的作用下，进行着高频率的往复运动，使针阀的密封锥面对针阀体座面产生强烈的高频冲击。在此冲击过程中，针阀体的接触表面材料发生塑性变形、加工硬化、疲劳等一系列过程。同时，针阀与针阀体之间的导向工作面的配合间隙极小，在往复运动过程中有复杂的磨损过程。随着油品的不同和工况的变化，可能为边界磨损、磨粒磨损、粘着磨损等不同性质。共轨系统工作时，燃油在高压作用下通过针阀偶件内部高速进入燃烧室，对针阀偶件形成强烈冲刷，所以燃油的高速冲蚀磨损也是针阀偶件的主要磨损形式。另外，针阀偶件有一部分伸入到燃烧室，与燃烧气体直接接触，燃烧温度达到400℃以上，因此针阀偶件应该在此温度具有优良的高温性能。从材料角度，针阀偶件用钢应该具有良好的耐磨性能、耐冲击性能和耐高温性能。我国目前广泛使用的第二代柴油机用共轨系统的针阀用钢广泛采用18CrNi8钢种，经过渗碳、氮等表面处理增加其耐磨性能。但是该钢种的高温性能较差，在高温阶段软化较严重，不适应目前国内的柴油机行业行业开始研发的第三代超高压共轨系统。第三代超高压共轨系统的燃油压力将达到200MPa以上，燃油雾化效果更好，燃烧效率更高，燃烧室温度也将达到400℃，这将对燃油喷射系统材料的使用提出更高的要求。对于共轨系统用钢技术，国内主要仿照国外厂家的材料使用路线，而基本没有自主进行的研发和技术积累。这使得我国的柴油机燃油喷射系统从设计到生产、使用都跟随国外技术，没有完全自主知识产权的柴油机生产，导致我国在柴油机技术上完全受制于国外，不利于我国的行业安全和国防安全。因此，对柴油机用第三代超高压共轨系统用钢的研发有利于推动我国柴油机行业更好的发展，有利于摆脱我国在高端柴油机上受制于人的局面。基于此，专利技术一种柴油机用第三代超高压共轨燃油针阀体用钢，符合我国国情和柴油机行业发展的需要。
技术实现思路
本专利技术提出一种柴油机用超高压共轨燃油喷射系统针阀体用钢及制造工艺，该钢种具有较高的强度和硬度，适合超高压针阀体内部超过200MPa的液压，在此液压条件下针阀不会有明显塑性变形；该钢种具有良好的耐磨性能、耐冲击性能和高温性能，适合针阀偶件恶劣的工况。本专利技术的一种技术方案是这样实现的：柴油机用超高压共轨燃油喷射系统针阀体用钢，按重量百分比包括:C0.2～0.6％,Si0.6～1.3％,Mn0.2～0.8％，S≤0.05％，P≤0.025％，Cr4.0～6.5％，V0.8～1.3％，Mo0.30～0.45％，Ti0.08～0.12％，N0.005～0.050％，余量为Fe。作为一种优选的技术方案，按重量百分比包括:C0.3～0.5％,Si0.8～1.2％,Mn0.4～0.6％，S≤0.03％，P≤0.022％，Cr5.0～6.0％，V0.9～1.2％，Mo0.35～0.4％，Ti0.09～0.11％，N0.020～0.050％，余量为Fe。本专利技术的另一种技术方案是这样实现的：一种柴油机用超高压共轨燃油喷射系统针阀体用钢的制造工艺，包含以下步骤：步骤一、冶炼；在电弧炉中进行钢液初炼，相应吨位的钢包精炼，模铸或连铸；模铸时浇钢锭、钢锭开坯，连铸时为140×140mm2～320×425mm2断面尺寸的合格坯；在容量与电炉相匹配的钢包精炼炉上，进行钢液的精炼，去除钢中的有害气体和夹杂物，钢包入座、测温、分析，调整氩气压力0.5-1MPa；经LF炉初脱氧后补加合金块搅拌5～10分钟，按以下重量百分比调整化学成分：C0.2～0.6％,Si0.6～1.3％,Mn0.2～0.8％，S≤0.05％，P≤0.025％，Cr4.0～6.5％，V0.8～1.3％，Mo0.30～0.45％，Ti0.08～0.12％，N0.005～0.050％，余量为Fe；步骤二、铸造；模铸时浇铸钢锭，保持平稳的浇注速度以防止钢锭的成分偏析，连铸时钢包内高温钢液通过保护套管，浇进中间包，中间包过热度为15-40℃；中间包使用前完全清理、内表面为耐火涂层且不得有裂缝；中间包内的钢液经连铸结晶器，加电磁搅拌，以0.8-1.5m/min的拉速，浇注出140×140mm2～320×425mm2断面尺寸的合格连铸坯，依据不同的方坯尺寸浇注速度为0.5-2.10m/min，合格连铸坯进缓冷坑缓冷或热送；步骤三、加热炉加热工艺；采用轧钢机热加工轧制方法，先将合格的钢坯表面进行清理，再将其热加工轧制至成品钢棒；采用的是分段式步进加热方式，钢坯在预热段温度低于800℃，然后在I加热段为960-1060℃，保温后进入II加热段，II加热段温度为1150-1200℃，保温后进入均热段，均热段温度为1150-1200℃，保温后出炉轧制，加热总时间150-250min，方坯料阴阳面温差≤30℃钢坯出炉；步骤四、控制轧制工艺；钢坯出炉后，高压水除磷去氧化皮，开轧温度1050-1120℃，终轧温度≥850℃，吐丝温度为900℃；步骤五、吐丝后上斯泰尔缓冷线控冷，冷却速度1.5℃/s，冷却到400℃以下集卷，自然冷却并打捆包装。采用了上述技术方案，本专利技术的有益本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.柴油机用超高压共轨燃油喷射系统针阀体用钢，其特征在于，按重量百分比包括:C 0.2～0.6％,Si 0.6～1.3％,Mn 0.2～0.8％，S≤0.0 5％，P≤0.025％，Cr 4.0～6.5％，V 0.8～1.3％，Mo 0.30～0.45％，Ti 0.08～0.12％，N 0.005～0.050％，余量为Fe。

【技术特征摘要】
1.柴油机用超高压共轨燃油喷射系统针阀体用钢，其特征在于，按重量百分比包括:C0.2～0.6％,Si0.6～1.3％,Mn0.2～0.8％，S≤0.05％，P≤0.025％，Cr4.0～6.5％，V0.8～1.3％，Mo0.30～0.45％，Ti0.08～0.12％，N0.005～0.050％，余量为Fe。2.如权利要求1所述的柴油机用超高压共轨燃油喷射系统针阀体用钢，其特征在于，按重量百分比包括:C0.3～0.5％,Si0.8～1.2％,Mn0.4～0.6％，S≤0.03％，P≤0.022％，Cr5.0～6.0％，V0.9～1.2％，Mo0.35～0.4％，Ti0.09～0.11％，N0.020～0.050％，余量为Fe。3.柴油机用超高压共轨燃油喷射系统针阀体用钢的制造工艺，其特征在于，包含以下步骤：步骤一、冶炼；在电弧炉中进行钢液初炼，相应吨位的钢包精炼，模铸或连铸；模铸时浇钢锭、钢锭开坯，连铸时为140×140mm2～320×425mm2断面尺寸的合格坯；在容量与电炉相匹配的钢包精炼炉上，进行钢液的精炼，去除钢中的有害气体和夹杂物，钢包入座、测温、分析，调整氩气压力0.5-1MPa；经LF炉初脱氧后补加合金块搅拌5～10分钟，按以下重量百分比调整化学成分：C0.2～0.6％,Si0.6～1.3％,Mn0.2～0.8％，S≤0.05％，P≤0.025％，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊，
申请(专利权)人：江苏省无锡交通高等职业技术学校，
类型：发明
国别省市：江苏,32