DE60131083T2

DE60131083T2 - Ölzufuhrrohr aus rostfreiem stahl

Info

Publication number: DE60131083T2
Application number: DE60131083T
Authority: DE
Inventors: Masato Otsuka; Hanji Ishikawa; Satoshi Suzuki; Toshiro Adachi
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2000-08-01
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2008-08-07
Anticipated expiration: 2021-07-27
Also published as: KR20030026330A; EP1306600A1; DE60141866D1; EP1306600B1; DE60131083D1; CN1225614C; US6851455B2; CN1446295A; US20030183292A1; EP1847749A3; EP1306600A4; AU2001276678A1; EP1847749A2; ES2344430T3; EP1847749B1; KR100522660B1; ES2294013T3; WO2002010631A1

Description

INDUSTRIELLE ANWENDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinfüllrohr für ein Automobil, das aus einem erweiterten rostfreien Stahlrohr ohne Risse hergestellt wird, so daß Kraftstoff ohne Diffusion über einen langen Zeitraum aufbewahrt werden kann.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein Kraftstoffeinfüllrohr für ein Automobil wird aus einem geschweißten Stahlrohr hergestellt, und eine Kraftstoffzufuhröffnung wird an seinem Ende gebildet. Die Kraftstoffzufuhröffnung wird durch Pressen mit einer Stanze oder ein Aufweitverfahren gebildet, um ein Ende eines geschweißten Stahlrohrs zu erweitern, das Stahlrohr weist jedoch oft Risse an dem geformten Teil auf. Folglich besteht ein großer Bedarf nach der Bereitstellung eines geschweißten Stahlrohrs mit guter Formbarkeit.
Das Kraftstoffeinfüllrohr wird in einem Automobil derart installiert, daß es mit einem Kraftstofftank verbunden ist. Hat das Kraftstoffeinfüllrohr nur schlechte Luftdichtigkeit, diffundiert verdampftes Benzin ins Freie. Die Diffusion von Benzin soll vermieden werden, um eine saubere Atmosphäre aufrechtzuerhalten, kann jedoch durch die Verwendung eines konventionellen Kraftstoffeinfüllrohrs aus Kunstharz nicht verhindert werden. Ein anderer Typ eines Kraftstoffeinfüllrohrs, der aus einem Rohr aus unlegiertem Stahl besteht, das an seinem Ende erweitert, mit einer Chromschicht beschichtet und ferner mit einem Anstrichfilm beschichtet ist, ist nicht immer vor Korrosion geschützt, wenn er einer korrosiven Atmosphäre wie einer salzigen Umgebung ausgesetzt wird. Korrosion tritt auch in dem Kraftstoffeinfüllrohr auf, das einer korrosiven Atmosphäre ausgesetzt wird, die eine organische Säure wie denaturiertes Benzin oder alkoholischen Kraftstoff enthält, und verursacht schließlich das Auftreten von Lochfraß und Löchern. Folglich verliert das Kraftstoffeinfüllrohr erheblich an Luftdichtigkeit.
Um diese Nachteile zu überwinden, wurde die Anwendbarkeit von rostfreiem Stahl, d. h., ein repräsentatives korrosionsbeständiges Material, für ein Kraftstoffeinfüllrohr erforscht und hinsichtlich der Aufrechterhaltung der Luftdichtigkeit über einen langen Zeitraum untersucht. Rostfreier Stahl ist gegenüber Korrosion sehr beständig, ohne daß ein Beschichten oder Anstreichen notwendig ist, im Vergleich zu unlegiertem Stahl jedoch hart und leicht kaltzuverfestigen. Aufgrund der Materialmerkmale ist ein Rohr aus rostfreiem Stahl schwer zu einer vorbestimmten Form zu formen, ohne daß Risse an seinem erweiterten Teil auftreten.
In Dokument EP 0 727 502 wird ein Chromstahlblech mit ausgezeichneter Preßformbarkeit für das Tiefziehen eines Kraftfahrzeugkraftstofftanks in betracht gezogen.
Übrigens werden Kraftstoffeinfüllrohre aus einem erweiterten Stahlrohr mit kleinem Durchmesser manchmal verwendet, um Automobile leichter zu machen. Die Kraftstoffzufuhröffnung ist mit etwa 50 mm Innendurchmesser in bezug auf die Größe jedoch unverändert, ungeachtet der Größe des Stahlbleches. Da ein Stahlrohr in diesem Fall an seinem Ende notwendigerweise mit einem großen Expansionsverhältnis gebildet wird, ist eine gute Formbarkeit des Stahlmaterials sehr erforderlich.
Es gibt jedoch keinen Vorschlag in bezug auf die Bereitstellung eines rostfreien Stahlrohrs, das dehnbar genug ist, daß es zu einer Produktform geformt werden kann, sowie die für diesen Zweck notwenige Korrosionsbeständigkeit aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung zielt auf die Bereitstellung eines Kraftstoffeinfüllrohrs aus rostfreiem Stahl mit guter Korrosionsbeständigkeit und einer Kraftstoffzufuhröffnung, gebildet mit hoher Maßgenauigkeit, durch die Auswahl einer Art von austenitischem rostfreiem Stahl auf der Basis von Härte und Kaltverfestigbarkeit.
Dieser Gegenstand wird mittels eines Verfahrens zur Herstellung eines Kraftstoffeinfüllrohrs nach Anspruch 1 erreicht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 ist eine graphische Darstellung, die die Härte eines erweiterten Teils in jedem Formungsschritt zeigt, wenn ein Ende eines Stahlrohrs in die Form einer Kraftstoffzufuhröffnung durch ein Mehrschrittverfahren gebracht wird.
2 ist eine graphische Darstellung, die die Veränderung der Last zeigt, die auf ein Stahlrohr entlang einer Achsenrichtung in jedem Formungsschritt angewandt wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Da rostfreier Stahl ein härteres Material als unlegierter Stahl ist, ist eine größere Last notwendig, um ein geschweißtes Rohr aus rostfreiem Stahl zu erweitern, und ein Rohr aus rostfreiem Stahl verzieht sich oft bei einer Erhöhung des Expansionsverhältnisses. Die Formlast wird mit jedem Schritt während eines mehrstufigen Formungsverfahrens größer und größer, da sich ein rostfreies Stahlblech leicht kaltverfestigt. Obwohl das Verziehen eines Rohrs aus rostfreiem Stahl durch die Erhöhung der Anzahl an Formungsschritten mit einem kleinen Expansionsverhältnis bei jedem Schritt verhindert wird, macht eine Erhöhung der Formungsschritte das Herstellungsverfahren komplizierter und erhöht die Herstellungskosten. Überdies wird ein geformtes Rohr aus rostfreiem Stahl, wenn es über 500 HV gehärtet wird, kaum noch plastisch verformt und reißt an seinem erweiterten Ende während des folgenden Formungsschrittes leicht. Insbesondere ein Rohr aus ferritischem rostfreiem Stahl weist oft Risse an seinem erweiterten Ende auf, da seine Dehnung und sein Lankford-Wert niedriger als bei einem Rohr aus unlegiertem Stahl sind.
Die Erfinder haben die Wirkungen der physikalischen Eigenschaften eines rostfreien Stahlbleches, das als Material für ein Kraftstoffeinfüllrohr verwendet wird, beim Erweitern erforscht.
Austenitischer rostfreier Stahl ist ein Material, das im Vergleich zu unlegiertem Stahl aufgrund der Transformation der Matrix zu spannungsinduziertem Martensit, verur sacht durch plastische Verformung, leicht gehärtet wird. Selbst, wenn es anfänglich weich ist, erfordert die Kaltverfestigungsstufe im folgenden Arbeitsschritt eine große Formungslast, und es reißt aufgrund der Erhöhung der Formungslast oft und verzieht sich. Die Härtungstendenz des austenitischen rostfreien Stahlbleches, die ihren Ursprung in der Erzeugung von spannungsinduziertem Martensit hat, wird durch den Kaltverfestigungskoeffizienten (n-Wert) dargestellt.
Die anfängliche Härte bei einem hohen Niveau bedeutet, daß die Bildung eines geschweißten Rohrs schwierig ist und eine große Formungslast erfordert. In diesem Fall wird das Expansionsverhältnis zwangsläufig bei einem geringen Wert bestimmt, um das Verziehen des Rohrs aus rostfreiem Stahl oder dessen Sintern mit einer Stanze zu verhindern. Da ein Rohr aus rostfreiem Stahl im allgemeinen eine schwache Duktilität aufweist, reißt es wegen der Erhöhung der anfänglichen Härte leicht während des Formens.
Aus diesem Blickwinkel haben die Erfinder die Härte und den Kaltverfestigungskoeffizienten (n-Wert) des Ausgangsmaterials auf der Suche nach einem rostfreien Stahlblech, das für das Erweitern zur Form eines Kraftstoffeinfüllrohrs geeignet ist, untersucht und entdeckt, daß ein austenitisches rostfreies Stahlblech mit einer Härte von 180 HV oder weniger und einem Kaltverfestigungskoeffizienten (n-Wert) von 0,49 oder weniger als Ausgangsmaterial für die Herstellung eines Kraftstoffeinfüllrohrs mit einer relativ kleinen Anzahl an Formungsschritten mit einer kleinen Formungslast bei jedem Schritt geeignet ist. Der Kaltverfestigungskoeffizient (n-Wert) wird durch eine Zugfestigkeitsprüfung wie folgt gemessen: Von einem rostfreien Stahlblech wird entlang seiner Walzrichtung eine Probe genommen, zu einem Teststück Nr. 13B, geregelt unter JIS Z2201, geformt und zugbelastet. Eine Kurve der tatsächlichen Zugverformung mit logarithmischer Dehnung wird aus den Testergebnissen gezeichnet, um einen Gradienten der Kurve als Kaltverfestigungskoeffizienten (n-Wert) zu berechnen. Da der n-Wert größer ist, wird rostfreier Stahl als ein leichter kaltzuverfestigendes Material betrachtet.
Andererseits ist ferritischer rostfreier Stahl bei geringerer Dehnung aufgrund eines höheren Cr-Gehalts härter als unlegierter Stahl. In dem Fall, wo ein Rohr unter An wendung einer Zugbelastung entlang der Umfangsrichtung und einer Druckbelastung entlang der Achsenrichtung erweitert wird, kann eine Verbesserung der Dehnbarkeit aufgrund der schwachen Duktilität von rostfreiem Stahl jedoch nicht erwartet werden.
Der Lankford-Wert (r-Wert) ist für die Bewertung des Metallflusses entlang der Achsenrichtung bei einer kleinen Verringerung der Dicke nützlich. Diesbezüglich haben die Erfinder verschiedene ferritische rostfreie Stahlbleche, die zu einer Produktform geformt werden sollten, erforscht und entdeckt, daß ein ferritisches rostfreies Stahlblech mit eine Dehnung von 30% oder mehr und einem Lankford-Wert (r-Wert) von 1,2 oder mehr ein optimales Material für das Formen in eine vorbestimmte Form mit einer Kraftstoffzufuhröffnung an seinem Ende ohne das Auftreten von Rissen oder anderen Defekten ist. Der Lankford-Wert (r-Wert) wird durch eine Zugfestigkeitsprüfung wie folgt gemessen: Von einem ferritischen rostfreien Stahlblech wird entlang seiner Walzrichtung eine Probe genommen, zu einem Teststück Nr. 13B, geregelt unter JIS Z2201, geformt und bei einer Rate von 20 mm/Minute zugbeansprucht. Die Dicke und Breite des Teststückes werden nach der Anwendung einer Zugverformung von 15% gemessen, und der natürliche Logarithmus der Reduktionsrate der Breite wird durch den natürlichen Logarithmus der Reduktionsrate der Dicke geteilt, wodurch ein Quotient berechnet wird, der als Lankford-Wert (r-Wert) betrachtet wird. Ferner werden die Teststücke zugbeansprucht, bis sie brechen, und die gebrochenen Teile werden zusammengestaucht, um die Dehnung zwischen vorbestimmten Markierungen zu messen. Die gemessene Dehnung wird als Bruchdehnung betrachtet.
Gemäß der Erfindung kann ein austenitisches rostfreies Stahlblech mit einer Härte von 180 HV oder weniger und einem Kaltverfestigungskoeffizienten (n-Wert) von 0,49 oder weniger, wenn es als Material für ein Kraftstoffeinfüllrohr verwendet wird, mit einer hohen Dehnbarkeit geformt werden. Daher kann ein geschweißtes Stahlrohr, sogar eines von kleiner Größe, zu einer Produktform mit einer Kraftstoffzufuhröffnung mit einer vorbestimmten Größe erweitert werden. Das geschweißte Rohr wird hergestellt, indem das rostfreie Stahlblech auf eine vorbestimmte Breite dimensioniert wird, das dimensionierte Blech zu einer zylindrischen Form geformt wird und beide Seiten des Bleches zusammen lichtbogen-, laser- oder widerstandsgeschweißt werden. Ein nahtloses Rohr wird ebenso zu einem Kraftstoffeinfüllrohr mit einer Kraftstoffzufuhröffnung an seinem Ende erweitert, sofern seine Härte und sein Kaltverfestigungskoeffizient (n-Wert) weniger als 180 HV bzw. 0,49 betragen.
Die anderen Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus den folgenden Beispielen zusammen mit den Zeichnungen deutlicher, obwohl die Beispiele den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken.
Beispiel 1
Geschweißte Rohre mit einem äußeren Durchmesser von 25,4 mm, einer Dicke von 0,5 mm und einer Länge von 350 mm wurden aus verschiedenen in Tabelle 1 gezeigten rostfreien Stahlblechen hergestellt. Ein erweiterter Teil mit einem äußeren Durchmesser von 51,4 mm wurde am Ende eines jeden geschweißten Rohrs gebildet, indem das Erweitern wiederholt wurde, um die Wirkungen von Härte und Kaltverfestigungskoeffizient (n-Wert) auf die Formbarkeit des geschweißten Rohrs zu erforschen.
Ein geschweißtes Rohr L wurde während des Erweiterns leicht verzogen, da es hart war (185 HV) und einen großen Kaltverfestigungskoeffizienten von 0,52 aufwies. Sein Formungsverfahren wurde notwendigerweise in viele Schritte mit einem kleinen Expansionsverhältnis geteilt, der äußere Durchmesser des erweiterten Teils betrug jedoch höchstens 42,4 mm. Ein weiteres geschweißtes Rohr M aus ferritischem rostfreiem Stahl wurde unter großer Verringerung der Dicke geformt, da es eine schwache Duktilität mit einer Dehnung von 28% und einem Lankford-Wert von 1,16 hatte. Daher war sein Expansionsverhältnis ohne Risse höchstens 42,4 mm.
Andererseits wurde jedes geschweißte Rohr aus austenitischem rostfreiem Stahl mit kontrollierter Härte und kontrolliertem Kaltverfestigungskoeffizienten auf einen äußeren Durchmesser von 51,4 mm (mit anderen Worten, einen ausreichenden inneren Durchmesser für eine Kraftstoffzufuhröffnung) an seinem Ende erweitert. Insbesondere wurde ein geschweißtes Rohr aus austenitischem rostfreiem Cr-Ni-Stahl, enthaltend Cu, zu einem äußeren Zieldurchmesser in fünf Schritten geformt, und au ßerdem zu einem äußeren Durchmesser von 53,0 mm ohne Risse geformt. Geschweißte Rohre aus ferritischen rostfreien Stählen mit kontrollierter Dehnung und kontrolliertem Lankford-Wert wurden ebenso zu einem äußeren Durchmesser von 51,4 mm ohne Risse geformt.
Die Schnitthärte eines erweiterten Teils eines jeden geschweißten Rohrs wurde bei jedem Formungsschritt gemessen, um so die Veränderung der Härte vor den Formungsschritten zu erforschen. Die Ergebnisse sind in 1 gezeigt. Es ist anzumerken, daß ein geschweißtes Rohr L exzessiv auf bis zu 550 HV gehärtet wurde, wenn sein Ende in bezug auf den äußeren Durchmesser auf 42,4 mm erweitert wurde.
Andererseits wurden die geschweißten Rohre A und D leicht auf 460 HV bzw. 315 HV gehärtet, obwohl sie aus derselben Art von austenitischem rostfreiem Stahl waren. Diese Ergebnisse beweisen, daß die austenitischen rostfreien Stähle für die geschweißten Rohre A und D Materialien waren, die sich kaum kaltverfestigten. Ein anderes geschweißtes Rohr J aus ferritischem rostfreiem Stahl war im Vergleich zu austenitischem rostfreiem Stahl in erweitertem Zustand weicher, da sein Kaltverfestigungskoeffizient unter 0,21 lag.
Überdies wurde ein hochfrequenzgeschweißtes Rohr mit einem äußeren Durchmesser von 25,4 mm, einer Dicke von 1,0 mm und einer Länge von 350 mm auf einen äußeren Durchmesser von 52,4 mm an seinem Ende in drei in Tabelle 3 gezeigten Schritten erweitert. Ein geschweißtes Rohr aus austenitischem rostfreiem Stahl mit einer Härte und einem Kaltverfestigungskoeffizienten, die gemäß der vorliegenden Erfindung kontrolliert wurden, wurde auf einen äußeren Durchmesser von 52,4 mm ohne Risse oder Verziehen erweitert. Die Verringerung der Dicke war gering genug für die Verwendung als Kraftstoffzufuhröffnung mit guten Eigenschaften. Die geschweißten Rohre L und M brachen jedoch an ihren Enden während des dritten Schrittes.
Ferner wurde die Last, die auf jedes geschweißte Rohr entlang seiner Achsenrichtung angewandt wurde, bei jedem Formungsschritt gemessen. Die in 2 gezeigten Ergebnisse beweisen, daß die auf das geschweißte Rohr aus austenitischem rostfreiem Stahl, definiert durch die vorliegende Erfindung, angewandte Kraft relativ klein war. Als ferner ein erweiterter Teil eines geschweißten Rohrs J aus kaum kaltverfestigtem ferritischem rostfreiem Stahl gebildet wurde, wurde die entlang der Achsenrichtung angewandte Kraft im Vergleich zu austenitischem rostfreiem Stahl bei einem geringeren Niveau gehalten. Die Verringerung der Last bedeutet die Unterdrückung von Wärme, die während des Formens erzeugt wird, und verhindert das Sintern eines geschweißten Rohrs mit der Stanze. Im Ergebnis verlängerte sich die Haltbarkeit der Stanze, und das geschweißte Rohr wurde außerdem zu einer Produktform mit einer inneren Oberfläche, die frei von Defekten war, geformt.
INDUSTRIELLE VORTEILE DER ERFINDUNG
Das Kraftstoffeinfüllrohr gemäß der vorliegenden Erfindung, wie oben erwähnt, wird aus einem geschweißten Rohr aus einem austenitischen rostfreien Stahlblech mit einer Härte von 180 HV oder weniger und einem Kaltverfestigungskoeffizienten (n-Wert) von 0,49 oder weniger hergestellt. Seither kann das geschweißte Rohr zu einer Produktform mit einer erweiterten Kraftstoffzufuhröffnung an seinem Ende ohne Risse oder Verziehen sogar unter strengen Bedingungen erweitert werden. Ein geschweißtes Rohr mit einem kleinen Durchmesser kann ebenso zu einer Produktform mit einer Kraftstoffzufuhröffnung an seinem Ende mit einer hohen Maßgenauigkeit, mit einem hohen Expansionsverhältnis geformt werden. Folglich wird ein Kraftstoffeinfüllrohr mit kleiner Größe als leichter machender korrosionsbeständiger Teil für ein Automobil eingesetzt.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffeinfüllrohrs mit einem Kraftstoffzufuhrende mit einem erweiterten Bereich, das aus einem Rohr aus einem austenitischen rostfreien Stahl mit einer Vickers-Härte von 180 HV oder weniger und einem Kaltverfestigungskoeffizienten (n-Wert) von 0,49 oder weniger hergestellt wird, wobei der erweiterte Bereich durch Mehrfachstanzpreßschritte gebildet wird.