本發(fā)明涉及適合作為用于向柴油發(fā)動(dòng)機(jī)等的燃燒室噴射燃料的燃料噴射管用的無(wú)縫鋼管。本發(fā)明特別涉及在高壓下使用的燃料噴射管用無(wú)縫鋼管的耐內(nèi)壓疲勞特性的提高。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，從保護(hù)地球環(huán)境的觀點(diǎn)出發(fā)，強(qiáng)烈要求減少與燃料的燃燒相伴的CO₂的排放量。特別是強(qiáng)烈要求減少汽車的CO₂排放量。作為CO₂排放量少的內(nèi)燃機(jī)，已知有柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，也已經(jīng)被用作汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)。但是，對(duì)于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)而言，雖然CO₂排放量少，但存在容易產(chǎn)生黑煙的問(wèn)題。

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中的黑煙在氧氣相對(duì)于所噴射的燃料不足的情況下產(chǎn)生。擔(dān)心所產(chǎn)生的黑煙會(huì)引起大氣污染并對(duì)人體帶來(lái)不良影響。因此，通過(guò)提高燃料向柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室的噴射壓力，可以減少黑煙的產(chǎn)生量，因此，正在推進(jìn)提高燃料向柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的噴射壓力的技術(shù)。但是，為了提高燃料向燃燒室的噴射壓力，需要使用具有高內(nèi)壓疲勞強(qiáng)度的燃料噴射管。

針對(duì)這樣的要求，例如，在專利文獻(xiàn)1中記載了一種燃料噴射用鋼管，其中，以質(zhì)量％計(jì)含有C：0.12～0.27％、Si：0.05～0.40％、Mn：0.8～2.0％、進(jìn)一步含有Cr：1％以下、Mo：1％以下、Ti：0.04％以下、Nb：0.04％以下、V：0.1％以下中的一種或兩種以上，雜質(zhì)中的Ca為0.001％以下、P為0.02％以下、S為0.01％以下，拉伸強(qiáng)度為500N/mm²(500MPa)以上，至少在從鋼管的內(nèi)表面起至20μm為止的深度所存在的非金屬夾雜物的最大徑為20μm以下。根據(jù)專利文獻(xiàn)1中記載的技術(shù)，能夠進(jìn)一步提高燃料向燃燒室的噴射壓力，在減少CO₂排放量的同時(shí)，還能夠降低黑煙的排放量。

另外，在專利文獻(xiàn)2中記載了一種燃料噴射用無(wú)縫鋼管，其中，以質(zhì)量％計(jì)含有C：0.12～0.27％、Si：0.05～0.40％、Mn：0.8～2.0％、或者進(jìn)一步含有Cr：1％以下、Mo：1％以下、Ti：0.04％以下、Nb：0.04％以下、V：0.1％以下中的一種或兩種以上，雜質(zhì)中的Ca為0.001％以下、P為0.02％以下、S為0.01％以下，拉伸強(qiáng)度為900N/mm²(900MPa)以上，至少在從鋼管的內(nèi)表面起至20μm為止的深度所存在的非金屬夾雜物的最大徑為20μm以下。在專利文獻(xiàn)2中記載的技術(shù)中，在Ac₃相變點(diǎn)以上的溫度下進(jìn)行淬火，在Ac₁相變點(diǎn)以下的溫度下進(jìn)行回火，使拉伸強(qiáng)度為900N/mm²以上。根據(jù)專利文獻(xiàn)2中記載的技術(shù)，能夠防止以存在于內(nèi)表面附近的非金屬夾雜物為起點(diǎn)的疲勞破壞，因此，能夠在確保拉伸強(qiáng)度為900N/mm²以上的高強(qiáng)度的同時(shí)提高極限內(nèi)壓，即使進(jìn)一步提高燃料向燃燒室的噴射壓力，也不會(huì)產(chǎn)生疲勞。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利第5033345號(hào)公報(bào)(日本特開(kāi)2007-284711號(hào)公報(bào))

專利文獻(xiàn)2：日本專利第5065781號(hào)公報(bào)(日本特開(kāi)2009-19503號(hào)公報(bào))

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的問(wèn)題

在專利文獻(xiàn)1和2所記載的技術(shù)中，至少在從鋼管的內(nèi)表面起至20μm為止的深度不存在超過(guò)20μm的非金屬夾雜物。但是，專利文獻(xiàn)1和2中記載的技術(shù)中，對(duì)于穩(wěn)定地制造至少在從鋼管的內(nèi)表面起至20μm為止的深度存在的非金屬夾雜物的最大徑為20μm以下的鋼管而言也存在許多問(wèn)題。即，難以穩(wěn)定地制造高強(qiáng)度且具有優(yōu)良的耐內(nèi)壓疲勞特性的燃料噴射管用無(wú)縫鋼管。

本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題并穩(wěn)定地提供高強(qiáng)度且具有優(yōu)良的耐內(nèi)壓疲勞特性的燃料噴射管用無(wú)縫鋼管。需要說(shuō)明的是，在此所述的“優(yōu)良的耐內(nèi)壓疲勞特性”是指通過(guò)下式計(jì)算的應(yīng)力σ與拉伸強(qiáng)度TS之比σ/TS即耐久比為30％以上的情況。另外，優(yōu)選耐久比為35％以上。在此，“內(nèi)徑”、“壁厚”是指目標(biāo)燃料噴射管的內(nèi)徑、壁厚。

σ＝內(nèi)徑(mm)×內(nèi)壓疲勞強(qiáng)度(MPa)/(2×壁厚)(mm)

用于解決問(wèn)題的方法

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明人對(duì)由夾雜物產(chǎn)生的疲勞龜裂的發(fā)展形態(tài)進(jìn)行了深入研究。

首先，對(duì)本發(fā)明人所進(jìn)行的作為本發(fā)明的基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。

從以質(zhì)量％計(jì)大致含有0.17％的C、0.26％的Si、1.27％的Mn、0.03％的Cr、0.013％的Ti、0.036％的Nb、0.037％的V、0.004～0.30％的Al、0.0005～0.011％的N的鋼管(外徑34mmφ×內(nèi)徑25mmφ)裁取試驗(yàn)材料，反復(fù)進(jìn)行冷拔而制成素管(外徑6.4mmφ×內(nèi)徑3.0mmφ)，實(shí)施熱處理(加熱溫度：1000℃，加熱后放冷)，制成拉伸強(qiáng)度TS為560MPa的鋼管。所得到的鋼管的管軸方向斷面的原γ粒徑(原γ粒徑的平均粒徑)在80～200μm的范圍內(nèi)變化。對(duì)于這些鋼管，實(shí)施內(nèi)壓疲勞試驗(yàn)。

內(nèi)壓疲勞試驗(yàn)中，施加正弦波壓力(最低內(nèi)壓壓力：18MPa，最高內(nèi)壓壓力：250～190MPa)，求出重復(fù)次數(shù)為10⁷次時(shí)不發(fā)生疲勞破壞的最大內(nèi)壓，作為內(nèi)壓疲勞強(qiáng)度。

將所得到的結(jié)果以內(nèi)壓疲勞強(qiáng)度與原γ粒徑的關(guān)系示于圖1中。由圖1可知，通過(guò)減小原γ粒徑，內(nèi)壓疲勞強(qiáng)度提高。另外，根據(jù)對(duì)由夾雜物產(chǎn)生的疲勞龜裂的發(fā)展形態(tài)的觀察發(fā)現(xiàn)，即使是以最大徑超過(guò)20μm的夾雜物為起點(diǎn)而產(chǎn)生的疲勞龜裂，原γ粒徑為150μm以下時(shí)，龜裂也幾乎不發(fā)展而成為停留龜裂(滿足本發(fā)明的成分組成的分劃是原γ粒徑處于150μm以下)。

對(duì)于其機(jī)理，到目前為止還不清楚，但本發(fā)明人認(rèn)為如下。

龜裂(疲勞龜裂)在其前端在利用作用于與龜裂行進(jìn)方向垂直的方向的反復(fù)應(yīng)力使材料斷裂的同時(shí)行進(jìn)。在龜裂前端，因反復(fù)應(yīng)力的作用發(fā)生硬化，通常在幾乎不延伸的情況下發(fā)生斷裂。但是，前端的硬化區(qū)域減小，有時(shí)會(huì)以一定程度變形后發(fā)生斷裂。認(rèn)為在這種情況下，有時(shí)會(huì)發(fā)生變形而延伸的部分覆蓋龜裂的前端部，龜裂閉口而不易發(fā)展，成為所謂的停留龜裂，龜裂的傳播停止。通過(guò)使組織微細(xì)化至原γ粒徑為150μm以下，由于亞晶界、晶界、晶體取向差和析出物等的影響而使向周圍的應(yīng)力傳遞減少，龜裂前端的硬化區(qū)域難以增大。推測(cè)其結(jié)果是，龜裂發(fā)展時(shí)的斷裂部的變形增大、延伸量增加，容易形成停留龜裂。

但是，如果在進(jìn)行冷拔后實(shí)施熱處理，則γ晶粒容易粗大化。因此，本發(fā)明人使用實(shí)施例的表1的B～Q的試驗(yàn)材料進(jìn)一步進(jìn)行了研究，從而發(fā)現(xiàn)：為了使實(shí)施冷拔和熱處理后的原γ粒徑減小至150μm以下，需要在將Al含量和N含量設(shè)定為適當(dāng)范圍內(nèi)的基礎(chǔ)上將[Al％]×[N％]設(shè)定為適當(dāng)范圍內(nèi)。

將原γ粒徑與[Al％]×[N％]的關(guān)系示于圖2中。由圖2可知，為了使原γ粒徑為150μm以下，需要將[Al％]×[N％]設(shè)定為27×10^-5以下(滿足本發(fā)明的成分組成的分劃是[Al％]×[N％]處于27×10^-5以下)。另外，優(yōu)選將[Al％]×[N％]設(shè)定為2×10^-5以上。

本發(fā)明是基于上述見(jiàn)解進(jìn)一步加以研究而完成的。即，本發(fā)明的主旨如下所述。

[1]一種燃料噴射管用無(wú)縫鋼管，其特征在于，

具有以質(zhì)量％計(jì)含有C：0.155～0.38％、Si：0.01～0.49％、Mn：0.6～2.1％、Al：0.005～0.25％、N：0.0010～0.010％、并且滿足下述(1)式、含有作為雜質(zhì)的P：0.030％以下、S：0.025％以下、O：0.005％以下、余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的組成，

具有實(shí)施冷拔、熱處理后的原γ粒徑的平均粒徑在管軸方向斷面為150μm以下的組織，

所述無(wú)縫鋼管的拉伸強(qiáng)度TS為500MPa以上，

[Al％]×[N％]≤27×10^-5(1)

在此，Al％、N％為各元素的含量(質(zhì)量％)。

[2]如[1]所述的燃料噴射管用無(wú)縫鋼管，其特征在于，在所述組成的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步以質(zhì)量％計(jì)含有選自Cu：0.10～0.70％、Ni：0.01～1.0％、Cr：0.1～1.2％、Mo：0.03～0.50％、B：0.0005～0.0060％中的一種或兩種以上。

[3]如[1]或[2]所述的燃料噴射管用無(wú)縫鋼管，其特征在于，在所述組成的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步以質(zhì)量％計(jì)含有選自Ti：0.005～0.20％、Nb：0.005～0.050％、V：0.005～0.20％中的一種或兩種以上。

[4]如[1]～[3]中任一項(xiàng)所述的燃料噴射管用無(wú)縫鋼管，其特征在于，在所述組成的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步以質(zhì)量％計(jì)含有Ca：0.0005～0.0040％。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠容易且廉價(jià)地制造適合作為燃料噴射管用的、高強(qiáng)度且耐內(nèi)壓疲勞特性優(yōu)良的無(wú)縫鋼管，在產(chǎn)業(yè)上發(fā)揮顯著的效果。另外，根據(jù)本發(fā)明，即使在表層附近存在夾雜物，所產(chǎn)生的疲勞龜裂也幾乎不會(huì)發(fā)展而成為停留龜裂，因此，還具有能夠提高耐內(nèi)壓疲勞特性、能夠作為將內(nèi)壓設(shè)定得比以往更高的燃料噴射管用途應(yīng)用的效果。

附圖說(shuō)明

圖1是表示原γ粒徑對(duì)內(nèi)壓疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生的影響的圖。

圖2是表示[Al％]×[N％]對(duì)原γ粒徑產(chǎn)生的影響的圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的燃料噴射管用無(wú)縫鋼管(在本說(shuō)明書(shū)中，有時(shí)稱為無(wú)縫鋼管)具有以質(zhì)量％計(jì)含有C：0.155～0.38％、Si：0.01～0.49％、Mn：0.6～2.1％、Al：0.005～0.25％、N：0.0010～0.010％、并且滿足[Al％]×[N％]≤27×10^-5(在此，Al％、N％為各元素的含量(質(zhì)量％))、以P：0.030％以下、S：0.025％以下、O：0.005％以下含有作為雜質(zhì)的P、S、O、余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的組成。

另外，本發(fā)明的無(wú)縫鋼管具有實(shí)施冷拔、熱處理后的原γ粒徑在管軸方向斷面為150μm以下的組織。

另外，本發(fā)明的無(wú)縫鋼管的拉伸強(qiáng)度TS為500MPa以上。

首先，對(duì)本發(fā)明的無(wú)縫鋼管的組成限定理由進(jìn)行說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，以下，只要沒(méi)有特別說(shuō)明，則質(zhì)量％簡(jiǎn)記為％。

C：0.155～0.38％

C是具有發(fā)生固溶或析出、或者通過(guò)提高淬透性而使鋼管的強(qiáng)度增加的作用的元素。為了得到這樣的效果、確保期望的高強(qiáng)度，需要含有0.155％以上的C。另一方面，C含量超過(guò)0.38％時(shí)，熱加工性降低，難以加工成規(guī)定的尺寸形狀的鋼管。因此，C含量限定為0.155～0.38％的范圍。另外，優(yōu)選為0.16～0.21％。

Si：0.01～0.49％

Si在本發(fā)明中是作為脫氧劑發(fā)揮作用的元素。為了得到這樣的效果，需要含有0.01％以上的Si。另一方面，即使Si含量超過(guò)0.49％，效果也飽和，在經(jīng)濟(jì)上變得不利。因此，Si含量限定為0.01～0.49％的范圍。另外，優(yōu)選為0.15～0.35％。

Mn：0.6～2.1％

Mn是具有發(fā)生固溶、或者通過(guò)提高淬透性而使鋼管的強(qiáng)度增加的作用的元素。為了得到這樣的效果、確保期望的高強(qiáng)度，需要含有0.6％以上的Mn。另一方面，Mn含量超過(guò)2.1％時(shí)，會(huì)助長(zhǎng)偏析，鋼管的韌性降低。因此，Mn含量限定為0.6～2.1％的范圍。另外，優(yōu)選為1.20～1.40％。

Al：0.005～0.25％

Al是作為脫氧劑發(fā)揮作用、并且與N結(jié)合而以AlN的形式析出從而有效地有助于晶粒、特別是γ晶粒的微細(xì)化、通過(guò)晶粒微細(xì)化而提高耐內(nèi)壓疲勞特性的元素。為了得到這樣的效果，需要含有0.005％以上的Al。另一方面，Al含量超過(guò)0.25％時(shí)，析出的AlN粗大化，不能實(shí)現(xiàn)期望的晶粒的微細(xì)化，不能確保期望的高韌性和優(yōu)良的耐內(nèi)壓疲勞特性。另外，優(yōu)選為0.015～0.050％。

N：0.0010～0.010％

N是與Al結(jié)合而以AlN的形式析出從而有助于晶粒、特別是γ晶粒的微細(xì)化、通過(guò)晶粒的微細(xì)化而提高耐內(nèi)壓疲勞特性的元素。為了得到這樣的效果，需要含有0.0010％以上的N。另一方面，N含量超過(guò)0.010％時(shí)，析出的AlN粗大化，不能實(shí)現(xiàn)期望的晶粒微細(xì)化。因此，N含量限定為0.0010～0.010％的范圍。需要說(shuō)明的是，從使冷拔性降低的時(shí)效硬化的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為0.0020～0.0050％。

[Al％]×[N％]≤27×10^-5(1)

通過(guò)以使Al含量[Al％]與N含量[N％]之積([Al％]×[N％])滿足(1)式的方式進(jìn)行調(diào)整，能夠?qū)⒃昧轿⒓?xì)化至規(guī)定值以下，鋼管韌性和鋼管的耐內(nèi)壓疲勞特性提高。另一方面，[Al％]×[N％]不滿足(1)式、即[Al％]×[N％]增大而超過(guò)27×10^-5時(shí)，AlN粗大化，晶粒的微細(xì)化作用降低。因此，不能確保期望的耐內(nèi)壓疲勞特性。出于上述理由，以使[Al％]×[N％]滿足(1)式的方式對(duì)Al含量[Al％]和N含量[N％]進(jìn)行調(diào)整。另外，優(yōu)選[Al％]×[N％]為20×10^-5以下。

需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明中，作為雜質(zhì)，分別以P：0.030％以下、S：0.025％以下、O：0.005％以下含有P、S、O。

P、S、O均是對(duì)熱加工性和韌性帶來(lái)不良影響的元素，在本發(fā)明中優(yōu)選盡可能地降低。在本發(fā)明中，可以容許至P：0.030％、S：0.025％、O：0.005％。因此，在本發(fā)明中，作為雜質(zhì)的P、S、O以P含量為0.030％以下、S含量為0.025％以下、O含量為0.005％以下的方式進(jìn)行調(diào)整。

上述成分為基本成分，在基本組成的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步根據(jù)需要選擇性地含有選自Cu：0.70％以下、Ni：1.00％以下、Cr：1.20％以下、Mo：0.50％以下、B：0.0060％以下中的一種或兩種以上、和/或、選自Ti：0.20％以下、Nb：0.050％以下、V：0.20％以下中的一種或兩種以上、和/或、Ca：0.0040％以下作為選擇元素。

選自Cu：0.70％以下、Ni：1.00％以下、Cr：1.20％以下、Mo：0.50％以下、B：0.0060％以下中的一種或兩種以上

Cu、Ni、Cr、Mo和B均是通過(guò)淬透性的提高而有助于強(qiáng)度增加的元素，可以根據(jù)需要選擇性地含有一種或兩種以上。

Cu是在強(qiáng)度增加的基礎(chǔ)上還有助于韌性提高的元素，可以根據(jù)需要含有。為了得到這樣的效果，Cu含量?jī)?yōu)選為0.03％以上。另外，為了充分地得到這樣的效果，需要含有0.10％以上的Cu。Cu含量超過(guò)0.70％時(shí)，熱加工性降低、或者殘余γ量增加，導(dǎo)致強(qiáng)度的降低。因此，在含有的情況下，Cu含量?jī)?yōu)選限定為0.03～0.70％的范圍。另外，更優(yōu)選為0.20～0.60％。

Ni是在強(qiáng)度增加的基礎(chǔ)上還有助于韌性提高的元素，可以根據(jù)需要含有。為了得到這樣的效果，需要含有0.10％以上的Ni。從該觀點(diǎn)出發(fā)，Ni含量?jī)?yōu)選為0.10％以上。Ni含量超過(guò)1.00％時(shí)，殘余γ量增加，導(dǎo)致強(qiáng)度的降低。因此，在含有的情況下，Ni含量?jī)?yōu)選限定為0.10～1.00％的范圍。另外，更優(yōu)選為0.20～0.60％。

Cr是有助于強(qiáng)度增加的元素，可以根據(jù)需要含有。為了得到這樣的效果，Cr含量?jī)?yōu)選為0.02％以上。為了充分地得到這樣的效果，需要含有0.1％以上的Cr。Cr含量超過(guò)1.20％時(shí)，形成極粗大的碳氮化物，即使在不易受到粗大的析出物、夾雜物的影響的本發(fā)明中，有時(shí)疲勞強(qiáng)度也會(huì)降低。因此，在含有的情況下，Cr含量?jī)?yōu)選限定為0.02～1.20％的范圍。另外，更優(yōu)選為0.02～0.40％。

Mo是在強(qiáng)度增加的基礎(chǔ)上還有助于韌性提高的元素，可以根據(jù)需要含有。為了得到這樣的效果，需要含有0.03％以上的Mo。從該觀點(diǎn)出發(fā)，Mo含量?jī)?yōu)選為0.03％以上。Mo含量超過(guò)0.50％時(shí)，形成極粗大的碳氮化物，即使在不易受到粗大的析出物、夾雜物的影響的本發(fā)明中，有時(shí)疲勞強(qiáng)度也會(huì)降低。因此，在含有的情況下，Mo含量?jī)?yōu)選限定為0.03～0.50％的范圍。另外，更優(yōu)選為0.04～0.35％。

B是以微量含有而有助于提高淬透性的元素，可以根據(jù)需要含有。為了得到這樣的效果，需要含有0.0005％以上的B。從該觀點(diǎn)出發(fā)，B含量?jī)?yōu)選為0.0005％以上。即使含有超過(guò)0.0060％的B，效果也飽和，而且有時(shí)反而會(huì)阻礙淬透性提高。因此，在含有的情況下，B含量?jī)?yōu)選限定為0.0005～0.0060％。另外，更優(yōu)選為0.0010～0.0030％。

選自Ti：0.20％以下、Nb：0.050％以下、V：0.20％以下中的一種或兩種以上

Ti、Nb和V均是通過(guò)析出強(qiáng)化而有助于強(qiáng)度增加的元素，可以根據(jù)需要選擇性地含有一種或兩種以上。

Ti是在強(qiáng)度增加的基礎(chǔ)上還有助于韌性提高的元素，可以根據(jù)需要含有。為了得到這樣的效果，需要含有0.005％以上的Ti。從該觀點(diǎn)出發(fā)，Ti含量?jī)?yōu)選為0.005％以上。Ti含量超過(guò)0.20％時(shí)，形成極粗大的碳氮化物，即使在不易受到粗大的析出物、夾雜物的影響的本發(fā)明中，有時(shí)疲勞強(qiáng)度也會(huì)降低。因此，在含有的情況下，Ti含量?jī)?yōu)選限定為0.005～0.20％的范圍。另外，更優(yōu)選為0.005～0.020％。

Nb與Ti同樣是在強(qiáng)度增加的基礎(chǔ)上還有助于韌性提高的元素，可以根據(jù)需要含有。為了得到這樣的效果，需要含有0.005％以上的Nb。從該觀點(diǎn)出發(fā)，Nb含量?jī)?yōu)選為0.005％以上。Nb含量超過(guò)0.050％時(shí)，形成極粗大的碳氮化物，即使在不易受到粗大的析出物和夾雜物的影響的本發(fā)明中，有時(shí)疲勞強(qiáng)度也會(huì)降低。因此，在含有的情況下，Nb含量?jī)?yōu)選限定為0.005～0.050％的范圍。另外，更優(yōu)選為0.020～0.050％。

V是有助于強(qiáng)度的增加的元素，可以根據(jù)需要含有。為了得到這樣的效果，需要含有0.005％以上的V。從該觀點(diǎn)出發(fā)，V含量?jī)?yōu)選為0.005％以上。V含量超過(guò)0.20％時(shí)，形成極粗大的碳氮化物，即使在不易受到粗大的析出物和夾雜物的影響的本發(fā)明中，有時(shí)疲勞強(qiáng)度也會(huì)降低。因此，在含有的情況下，V含量?jī)?yōu)選限定為0.005～0.20％的范圍。另外，更優(yōu)選為0.025～0.060％。

Ca：0.0040％以下

Ca是有助于控制夾雜物的形態(tài)的元素，可以根據(jù)需要含有。

Ca是控制夾雜物的形態(tài)、使夾雜物微細(xì)分散從而有助于提高延展性和韌性、進(jìn)而有助于提高耐腐蝕性的元素。為了得到這樣的效果，需要含有0.0005％以上的Ca。從該觀點(diǎn)出發(fā)，Ca含量?jī)?yōu)選為0.0005％以上。Ca含量超過(guò)0.0040％時(shí)，生成極粗大的夾雜物，即使在不易受到粗大的析出物和夾雜物的影響的本發(fā)明中，有時(shí)疲勞強(qiáng)度也會(huì)降低。此外，有時(shí)耐腐蝕性也會(huì)降低。因此，在含有的情況下，Ca含量?jī)?yōu)選限定為0.0005～0.0040％的范圍。另外，更優(yōu)選為0.0005～0.0015％。

上述成分以外的余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。

接著，對(duì)本發(fā)明的無(wú)縫鋼管的組織進(jìn)行說(shuō)明。

本發(fā)明無(wú)縫鋼管具有上述組成，實(shí)施冷拔、熱處理，形成包含鐵素體、珠光體、含有針狀鐵素體的貝氏體鐵素體、貝氏體、或者含有回火馬氏體的馬氏體相中的任意一種或兩種以上的組織，并且具有原γ粒徑在管軸方向斷面為150μm以下的組織。

將原γ粒徑限定為150μm以下意味著組織的微細(xì)化。通過(guò)組織的微細(xì)化，內(nèi)壓疲勞龜裂的發(fā)展慢，進(jìn)而疲勞龜裂停留，龜裂的傳播停止，耐內(nèi)壓疲勞特性提高。需要說(shuō)明的是，原γ粒徑增大而超過(guò)150μm時(shí)，組織粗大化，耐內(nèi)壓疲勞特性降低。因此，原γ粒徑限定為150μm以下。另外，優(yōu)選為100μm以下。

關(guān)于原γ粒徑，依據(jù)JIS G 0511的規(guī)定，對(duì)于含有針狀鐵素體相的貝氏體鐵素體相、貝氏體相、或者含有回火馬氏體的馬氏體相中的任意一種組織的部分，使用苦味酸飽和水溶液進(jìn)行腐蝕，根據(jù)顯露出的組織來(lái)決定。另外，對(duì)于觀察到鐵素體-珠光體組織、初析鐵素體的組織的部分，使用硝酸乙醇溶液進(jìn)行腐蝕，根據(jù)顯露出的網(wǎng)狀鐵素體的網(wǎng)格的大小來(lái)決定。

接著，對(duì)本發(fā)明的無(wú)縫鋼管的優(yōu)選制造方法進(jìn)行說(shuō)明。

本發(fā)明的無(wú)縫鋼管是以上述組成的鋼管原材作為起始原材來(lái)制造的。需要說(shuō)明的是，所使用的鋼管原材的制造方法無(wú)需特別限定，常用的制造方法均可以應(yīng)用。例如，優(yōu)選將具有上述組成的鋼水使用轉(zhuǎn)爐或真空熔化爐等常用的熔煉方法進(jìn)行熔煉，利用連鑄法等常用的鑄造方法制成圓鋼坯等鑄片(鋼管原材)。需要說(shuō)明的是，將連鑄制的鑄片進(jìn)行熱加工而制成期望的尺寸形狀的鋼片來(lái)作為鋼管原材也沒(méi)有任何問(wèn)題。另外，也可以將通過(guò)鑄錠-開(kāi)坯軋制法得到的鋼片作為鋼管原材，這是不言而喻的。

優(yōu)選將所得到的鋼管原材加熱并使用曼內(nèi)斯曼自動(dòng)軋管機(jī)方式、或者曼內(nèi)斯曼芯棒式軋管機(jī)方式的軋制設(shè)備進(jìn)行穿孔軋制和拉伸軋制、或者進(jìn)一步通過(guò)使用張力減徑機(jī)的定徑軋制等進(jìn)行制管從而制成規(guī)定尺寸的無(wú)縫鋼管。

用于穿孔軋制和拉伸軋制的加熱優(yōu)選在1100～1300℃的范圍的溫度下進(jìn)行。

加熱溫度低于1100℃時(shí)，變形阻力增大，難以進(jìn)行穿孔軋制或者不能形成適當(dāng)尺寸的孔。另一方面，加熱溫度超過(guò)1300℃而達(dá)到高溫時(shí)，氧化減量增大，成品率降低，并且晶粒過(guò)于粗大化，材料特性降低。因此，用于穿孔軋制的優(yōu)選的加熱溫度設(shè)定為1100～1300℃的范圍的溫度。另外，更優(yōu)選為1150～1250℃。

另外，制管設(shè)定為使用通常的曼內(nèi)斯曼自動(dòng)軋管機(jī)方式或曼內(nèi)斯曼芯棒式軋管機(jī)方式的軋制機(jī)進(jìn)行穿孔軋制和拉伸軋制、或者進(jìn)一步通過(guò)利用張力減徑機(jī)的定徑軋制等制成規(guī)定尺寸的無(wú)縫鋼管的工序。需要說(shuō)明的是，也可以通過(guò)基于加壓方式的熱擠出制成無(wú)縫鋼管。

接著，將所得到的無(wú)縫鋼管根據(jù)需要反復(fù)實(shí)施冷拔加工等而制成規(guī)定的尺寸后，實(shí)施熱處理，制成具有期望的拉伸強(qiáng)度為500MPa以上的高強(qiáng)度的無(wú)縫鋼管。需要說(shuō)明的是，在冷拔加工中，優(yōu)選通過(guò)加工前的內(nèi)徑切削加工、加工后的內(nèi)表面的化學(xué)研磨等除去素管的初始表面缺陷、因冷拔而產(chǎn)生的褶皺等。

關(guān)于熱處理，以能夠確保規(guī)定的強(qiáng)度的方式適當(dāng)選擇正火或淬火回火。

在正火處理中，優(yōu)選設(shè)定為在850～1150℃下在不超過(guò)30分鐘的范圍內(nèi)進(jìn)行加熱后以空冷程度的約2℃/秒～約5℃/秒的冷卻速度進(jìn)行冷卻的處理。加熱溫度低于850℃時(shí)，不能確保期望的強(qiáng)度。另一方面，在加熱溫度超過(guò)1150℃的高溫或者加熱時(shí)間超過(guò)30分鐘的長(zhǎng)時(shí)間下，晶粒粗大化，疲勞強(qiáng)度降低。

淬火處理優(yōu)選在850～1150℃的溫度下在不超過(guò)30分鐘的范圍內(nèi)進(jìn)行加熱并以超過(guò)5℃/秒的冷卻速度進(jìn)行冷卻。淬火加熱溫度低于850℃時(shí)，不能確保期望的高強(qiáng)度。另一方面，在加熱溫度超過(guò)1150℃的高溫、加熱時(shí)間超過(guò)30分鐘的長(zhǎng)時(shí)間下，有時(shí)晶粒粗大化、疲勞特性降低。

回火處理優(yōu)選設(shè)定為加熱至Ac₁相變點(diǎn)以下、優(yōu)選450～650℃的溫度并進(jìn)行空冷的處理?；鼗饻囟瘸^(guò)Ac₁相變點(diǎn)時(shí)，不能穩(wěn)定地確保期望的特性。特別是，為了確保780MPa以上的高強(qiáng)度，熱處理優(yōu)選設(shè)定為淬火回火處理。

需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明中，以使原γ粒徑為150μm以下的方式適當(dāng)調(diào)整熱處理?xiàng)l件。在如上所述反復(fù)實(shí)施冷拔加工后進(jìn)行熱處理這樣的制造條件下，與單純地對(duì)熱軋板、冷軋板進(jìn)行熱處理的情況不同，γ粒徑容易增大，如果不適當(dāng)?shù)卣{(diào)整像本發(fā)明這樣的化學(xué)成分，則不存在適當(dāng)?shù)臒崽幚項(xiàng)l件。

實(shí)施例

將表1所示的組成的鋼管原材加熱至1150～1250℃的加熱溫度，利用曼內(nèi)斯曼芯棒式軋管機(jī)方式的軋制設(shè)備進(jìn)行穿孔軋制和拉伸軋制，進(jìn)一步利用張力減徑機(jī)進(jìn)行定徑軋制，制成無(wú)縫鋼管(外徑34mmφ×內(nèi)徑25mmφ)。將這些無(wú)縫鋼管作為原材，反復(fù)進(jìn)行冷拔加工，制成冷拔鋼管(外徑6.4mmφ×內(nèi)徑3.0mmφ)。接著，對(duì)所得到的冷拔鋼管實(shí)施表2所示的熱處理。

從所得到的無(wú)縫鋼管(冷拔鋼管)上裁取試驗(yàn)片，實(shí)施組織觀察、拉伸試驗(yàn)和內(nèi)壓疲勞試驗(yàn)。試驗(yàn)方法如下所述。

(1)組織觀察

從所得到的鋼管上裁取組織觀察用試驗(yàn)片，以使與管軸方向正交的斷面(管軸方向斷面)為觀察面的方式，進(jìn)行研磨，依據(jù)JIS G 0511的規(guī)定，使用腐蝕液(苦味酸飽和水溶液或硝酸乙醇溶液)進(jìn)行腐蝕，利用光學(xué)顯微鏡(倍率：200倍)對(duì)顯露出的組織進(jìn)行觀察、拍攝，通過(guò)圖像分析算出平均粒徑，作為該鋼管的原γ粒徑。需要說(shuō)明的是，對(duì)于No.1～17、No.20～26，使用苦味酸飽和水溶液。另外，對(duì)于No.18、19，使用硝酸乙醇溶液，求出網(wǎng)狀鐵素體的網(wǎng)格的尺寸，作為原γ粒徑。

(2)拉伸試驗(yàn)

以使拉伸方向?yàn)楣茌S方向的方式從所得到的鋼管上裁取JIS 11號(hào)試驗(yàn)片，依據(jù)JIS Z 2241的規(guī)定，實(shí)施拉伸試驗(yàn)，求出拉伸特性(拉伸強(qiáng)度TS)。

(3)內(nèi)壓疲勞試驗(yàn)

從所得到的鋼管上裁取內(nèi)壓疲勞試驗(yàn)片(管狀)，實(shí)施內(nèi)壓疲勞試驗(yàn)。內(nèi)壓疲勞試驗(yàn)中，對(duì)管內(nèi)側(cè)負(fù)荷正弦波壓力(內(nèi)壓)，將反復(fù)次數(shù)為10⁷次時(shí)不發(fā)生破壞的最大內(nèi)壓作為內(nèi)壓疲勞強(qiáng)度。需要說(shuō)明的是，正弦波壓力(內(nèi)壓)設(shè)定為最低內(nèi)壓：18MPa、最高內(nèi)壓：250～190MPa。

將所得到的結(jié)果示于表2。

[表2]

[表3]

*)M：馬氏體、B：貝氏體、BF：貝氏體鐵素體、F：鐵素體、P：珠光體

^＊＊)σ＝內(nèi)徑×內(nèi)壓疲勞強(qiáng)度/(2×壁厚)

在此，內(nèi)徑：3.0mm、壁厚：1.7mm

本發(fā)明例均形成了具有拉伸強(qiáng)度TS為500MPa以上的高強(qiáng)度、并且顯示出耐久比(σ/TS)的基準(zhǔn)為30％以上、具有優(yōu)良的耐內(nèi)壓疲勞特性的無(wú)縫鋼管，具有足以作為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)用燃料噴射管用鋼管的特性。另一方面，偏離本發(fā)明的比較例中，拉伸強(qiáng)度低于500MPa、或者耐內(nèi)壓疲勞特性σ/TS降低至低于30％。