ES2294013T3 - Tuberia de suministro de petroleo de acero inoxidable. - Google Patents
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Abstract
Un método para producir un tubo de llenado de combustible que tiene un extremo de suministro de combustible con una parte expandida hecha de una tubería de acero inoxidable austenítico con una dureza Vickers de 180 HV o menor y un coeficiente de endurecimiento por acritud (valor-n) de 0, 49 o menor, en el que dicha parte expandida está formada por múltiples etapas de compresión con punzón. 1 14
Description
Tubería de suministro de petróleo de acero
inoxidable.
La presente invención se refiere a un tubo de
llenado de combustible para un automóvil, que está formado por una
tubería de acero inoxidable expandida sin grietas para reservar el
combustible sin difusión a largo plazo.
Un tubo de llenado de combustible para un
automóvil se ha hecho de una tubería de acero soldada, y se forma
en su extremo una abertura de suministro de combustible. La abertura
de suministro de combustible se forma presionando con un proceso de
punzonado o abombado para expandir un extremo de una tubería de
acero soldada, aunque la tubería de acero a menudo se agrieta en la
parte formada. Como consecuencia, hay una gran demanda para
proporcionar una tubería de acero soldada con una buena
conformabilidad.
El tubo de llenado de combustible se instala en
un automóvil, en el estado en el que se acopla con un tanque de
combustible. Si el tubo de llenado de combustible es poco hermético,
la gasolina evaporada se difunde al aire libre. La difusión de
gasolina se evitará para el mantenimiento de una atmósfera limpia,
pero no puede inhibirse usando un tubo de llenado de combustible
convencional hecho de resina sintética. Otro tipo de tubo de
llenado de combustible, que está hecho de una tubería expandida de
acero no aleado en su extremo, recubierta con una capa de cromo y
recubierta adicionalmente con una película de pintura, no siempre se
protege de la corrosión, cuando se expone a una atmósfera corrosiva
tal como una zona salada. La corrosión ocurre también dentro del
tubo de llenado de combustible, que se expone a una atmósfera
corrosiva que contiene un ácido orgánico tal como gasolina
desnaturalizada o combustible alcohólico, y provoca la aparición de
picaduras y agujeros abiertos en el extremo. Por consiguiente, el
tubo de llenado de combustible pierde drásticamente su
estanqueidad.
Para superar estas desventajas, se ha
investigado y examinado la aplicabilidad del acero inoxidable, es
decir, un material resistente a corrosión representativo a un tubo
de llenado de combustible, para el mantenimiento de la estanqueidad
a largo plazo. El acero inoxidable es muy resistente a corrosión sin
necesidad de metalizarlo o pintarlo, aunque es duro y fácilmente
endurecible por acritud comparado con el acero no aleado. Debido a
las características materiales, una tubería de acero inoxidable es
difícil de formar a una forma predeterminada sin grietas en su
parte expandida.
En el documento EP 0 727 502 una lámina de acero
cromado con excelente conformabilidad por presión se sugiere para
la embutición profunda de un tanque de combustible de automóvil.
Por cierto, los tubos de llenado de combustible,
que están hechos de una tubería de acero expandida con pequeño
diámetro, se usan en ocasiones como respuesta a automóviles más
ligeros. Sin embargo, una abertura de suministro de combustible no
cambia de tamaño con un diámetro interno de 50 mm aproximadamente,
independientemente del tamaño de una lámina de acero. Como una
tubería de acero necesariamente se forma en su extremo con una gran
proporción de expansión en este caso, se demanda encarecidamente un
material de acero de excelente conformabilidad.
Sin embargo, no hay una propuesta para
proporcionar una tubería de acero inoxidable, que presente una buena
expansibilidad suficiente para formarse con una forma de producto
así como la resistencia a corrosión necesaria para el
propósito.
La presente invención pretende proporcionar un
tubo de llenado de combustible de acero inoxidable, que tiene una
buena resistencia a corrosión y tiene una abertura de suministro de
combustible formada con una alta precisión dimensional,
seleccionando una clase de acero inoxidable austenítico en base a la
dureza y la capacidad de endurecimiento por acritud.
Este objeto se consigue mediante un método para
producir un tubo de llenado de combustible de acuerdo con la
reivindicación 1.
La Figura 1 es un gráfico que muestra la dureza
de una parte expandida en cada etapa de formación, cuando un
extremo de una tubería de acero se forma con una forma de una
abertura de suministro de combustible mediante un proceso
multi-etapa.
La Figura 2 es un gráfico que muestra el cambio
de una carga aplicada a una tubería de acero a lo largo de una
dirección axial en cada etapa de formación.
Como un acero inoxidable es un material más duro
que el acero no aleado, es necesaria una carga mayor para expandir
una tubería soldada de acero inoxidable, y una tubería de acero
inoxidable a menudo se comba al aumentar la proporción de
expansión. La carga de formación se hace cada vez mayor según
avanzan las etapas durante un proceso de formación
multi-etapa, ya que la lámina de acero inoxidable se
endurece por acritud fácilmente. Aunque el combado de una tubería
de acero inoxidable se evita aumentando el número de etapas de
formación con una pequeña proporción de expansión en cada etapa, el
aumento de las etapas de formación complica un proceso de
fabricación y eleva el coste de fabricación. Además, cuando una
tubería de acero inoxidable formada se endurece por acritud por
encima de 500 HV, apenas se deforma plásticamente más y se agrieta
fácilmente en su extremo expandido durante la siguiente etapa de
formación. Especialmente, una tubería de acero inoxidable ferrítico
a menudo se agrieta en su extremo expandido, ya que su alargamiento
y valor de Lankford son menores que los de una tubería de acero no
aleado.
Los inventores han investigado los efectos de
las propiedades físicas de una lámina de acero inoxidable usada
como material para un tubo de llenado de combustible durante la
expansión.
El acero inoxidable austenítico es el material,
que se endurece fácilmente comparado con el acero no aleado, debido
a una transformación de la matriz a martensita inducida por una
tensión mecánica provocada por deformación plástica. Incluso si es
inicialmente blando, el estado endurecido por acritud requiere una
gran carga de formación en la siguiente etapa de trabajado, y a
menudo se agrieta y se comba debido al aumento de la carga de
formación. La tendencia a endurecimiento de la lámina de acero
inoxidable austenítico originada en la generación de martensita
inducida por una tensión mecánica está representado por un
coeficiente de endurecimiento por acritud
(valor-n).
La dureza inicial a un alto nivel significa
formación difícil de una tubería soldada y requiere una gran carga
de formación. En este caso, una proporción de expansión se determina
inevitablemente a un valor bajo para inhibir el combado de una
tubería de acero inoxidable o su sinterización con un punzón. Como
una tubería de acero inoxidable generalmente tiene una mala
ductilidad al aumentar la dureza inicial, se agrieta fácilmente
durante la formación.
Desde este punto de vista, los inventores han
investigado la dureza y un coeficiente de endurecimiento por
acritud (valor-n) de un material de partida para
buscar una lámina de acero inoxidable adecuada para expandirse a
una forma de un tubo de llenado de combustible, y descubrieron que
una lámina de acero inoxidable austenítico con dureza de 180 HV o
menor y un coeficiente de endurecimiento por acritud
(valor-n) de 0,49 o menor es adecuado como material
de partida para fabricar un tubo de llenado de combustible con un
número relativamente pequeño de etapas de formación con una pequeña
carga de formación en cada etapa. El coeficiente de endurecimiento
por acritud (valor-n) se mide mediante un ensayo de
tracción de la siguiente manera: una lámina de acero inoxidable se
muestrea a lo largo de su dirección de laminado, se conforma a una
pieza de ensayo Nº 13B regulada bajo JIS Z2201 y se somete a
tensión. Una curva de verdadera tensión de tracción con alargamiento
logarítmico se dibuja a partir de los resultados de ensayo para
calcular un gradiente de la curva como un coeficiente de
endurecimiento por acritud (valor-n). Cuanto mayor
es el valor-n, un acero inoxidable se considera como
un material más fácil de endurecer por acritud.
Por otro lado, el acero inoxidable ferrítico es
más duro con menor alargamiento que el acero no aleado, debido al
alto contenido de Cr. Sin embargo, en el caso en el que una tubería
se expanda por aplicación de una tensión de tracción a lo largo de
una dirección circunferencial y una tensión de compresión a lo largo
de una dirección axial, no puede esperarse una mejora de la
expansibilidad debido a la mala ductilidad del acero inoxidable.
El valor de Lankford (valor-r)
es útil para evaluar el flujo metálico a lo largo de una dirección
axial con pequeña reducción de espesor. En este aspecto, los
inventores han investigado varias láminas de acero inoxidable
ferrítico para que formen correctamente una forma de producto, y
descubrieron que una lámina de acero inoxidable ferrítico, que
tiene un alargamiento del 30% o mayor y un valor de Lankford
(valor-r) de 1,2 o mayor, es un material óptimo
para formarlo a una forma predeterminada que tiene una abertura de
suministro de combustible en su extremo sin que aparezcan grietas u
otros defectos. El valor de Lankford (valor-r) se
mide mediante un ensayo de tracción de la siguiente manera: una
lámina de acero inoxidable ferrítico se muestrea a lo largo de su
dirección de laminado, se conforma a una pieza de ensayo Nº 13B
regulada bajo JIS Z2201 y se tensa a una velocidad de 20 mm/minuto.
Se mide el espesor y la anchura de la pieza de ensayo después de la
aplicación de una carga de tensión del 15%, y el logaritmo natural
de la velocidad de reducción de la anchura se divide por el
logaritmo natural de la velocidad de reducción del espesor para
calcular un cociente considerado el valor de Lankford
(valor-r). Adicionalmente, las piezas de ensayo se
tensan hasta fractura, y las piezas fracturadas se juntan a tope
para medir el alargamiento entre las marcas predeterminadas. El
alargamiento medido se considera alargamiento de fractura.
De acuerdo con la invención, cuando una lámina
de acero inoxidable austenítico con dureza de 180 HV o menor y un
coeficiente de endurecimiento por acritud (valor-n)
de 0,49 o menor se usa como material para un tubo de llenado de
combustible, puede formarse con alta expansibilidad. Por lo tanto,
una tubería de acero soldada, que aún es de menor tamaño, puede
expandirse a una forma de producto que tiene una abertura de
suministro de combustible con un tamaño predeterminado. La tubería
soldada se fabrica dimensionando la lámina de acero inoxidable a la
anchura predeterminada, formando la lámina dimensionada a una forma
cilíndrica, y soldando por arco, láser o resistencia ambos lados de
la lámina juntos. Una tubería sin costuras se expande también a un
tubo de llenado de combustible que tiene una abertura de suministro
de combustible en su extremo, siempre y cuando su dureza y su
coeficiente de endurecimiento por acritud (valor-n)
sean menores de 180 HV y 0,49, respectivamente.
Las otras características de la presente
invención resultarán más evidentes a partir de los siguientes
ejemplos con los dibujos, aunque los ejemplos no limitan el alcance
de la presente invención.
Ejemplo
1
Piezas soldadas de 25,4 mm de diámetro externo,
0,5 mm de espesor y 350 mm de longitud se fabricaron a partir de
las diversas láminas de acero inoxidable mostradas en la Tabla 1. Se
formó una parte expandida de 51,4 mm de diámetro externo en el
extremo de cada tubería soldada repitiendo la expansión, para buscar
los efectos de la dureza y un coeficiente de endurecimiento por
acritud (valor-n) sobre la conformabilidad de la
tubería soldada.
Una tubería soldada L se comba fácilmente
durante la expansión, ya que era dura (185 HV) con un gran
coeficiente de endurecimiento por acritud de 0,52. Su proceso de
formación se dividió necesariamente en muchas etapas con una
pequeña proporción de expansión, pero con un diámetro externo de la
parte expandida que era de 42,4 mm como máximo. Otra tubería
soldada M de un acero inoxidable ferrítico se formó con una gran
reducción de espesor, puesto que tenía una mala ductilidad con un
alargamiento del 28% y un valor de Lankford de 1,16. Por lo tanto,
su proporción de expansión sin grietas fue de 42,4 mm como
mucho.
Por otro lado, cualquier tubería soldada, que se
hizo de un acero inoxidable austenítico con dureza y coeficiente de
endurecimiento por acritud controlados, se expandió a un diámetro
externo de 51,4 mm (en otras palabras, un diámetro interno
suficiente para una abertura de suministro de combustible) en su
extremo. Especialmente, una tubería soldada de un acero inoxidable
austenítico Cr-Ni que contiene Cu se formó a un
diámetro externo objetivo en cinco etapas, y se formó también a
53,0 mm de diámetro externo sin grietas. Las tuberías soldadas de
acero inoxidable ferrítico con alargamiento y valor de Lankford
controlados se formaron también a un diámetro externo de 51,4 mm
sin
grietas.
grietas.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
La dureza seccional de una parte expandida de
cada tubería soldada se midió en cada etapa de formación, para
investigar el cambio de dureza por adelantando de las etapas de
formación. Los resultados se muestran en la Figura 1. Se observa
que una tubería soldada L se endureció excesivamente hasta 550 HV
cuando su extremo se expandió a 42,4 mm de diámetro externo.
Por otro lado, las tuberías soldadas A y D se
endurecieron ligeramente a 460 HV y 315 HV, respectivamente, aunque
estaban hechas del mismo tipo de acero inoxidable austenítico. Estos
resultados demuestran que los aceros inoxidables austeníticos para
las tuberías soldadas A y D eran materiales apenas endurecidos por
acritud. Otras tubería soldada J de un acero inoxidable ferrítico
era más blanda en un estado expandido comparado con el acero
inoxidable austenítico, ya que su coeficiente de endurecimiento por
acritud era tan bajo como 0,21.
Adicionalmente, una tubería soldada a alta
frecuencia de 25,4 mm de diámetro externo, 1,0 mm de espesor y 350
mm de longitud se expandió a un diámetro externo de 52.4 mm en su
extremo en las tres etapas mostradas en la Tabla 3. Una tubería
soldada, que estaba hecha de un acero inoxidable austenítico con
dureza y un coeficiente de endurecimiento por acritud controlados
de acuerdo con la presente invención, se expandió a un diámetro
externo de 52,4 mm sin grietas o combado. La reducción de espesor
era suficientemente pequeña para usar como abertura de suministro
de combustible con buenas propiedades. Pero, las tuberías soldadas L
y M se rompieron en sus extremos durante la tercera etapa.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Adicionalmente, una carga aplicada a cada
tubería soldada a lo largo de su dirección axial se midió en cada
etapa de formación. Los resultados mostrados en la Figura 2
demuestran que una carga aplicada a la tubería soldada, que estaba
hecha de un acero inoxidable austenítico definido mediante la
presente invención, era relativamente pequeña. Cuando una parte
expandida de una tubería soldada J hecha de un acero inoxidable
ferrítico apenas endurecido por acritud se formó adicionalmente,
una carga aplicada a lo largo de una dirección axial se mantuvo a
un nivel menor comparado con el acero inoxidable austenítico. La
disminución de la carga significa la supresión del calor generado
durante la formación e inhibe la sinterización de una tubería
soldada con un punzón. Como resultado, la vida útil de un punzón se
prolongó, y la tubería soldada se formó también a una forma de
producto que tiene una superficie interna sin defectos.
El tubo de llenado de combustible de acuerdo con
la presente invención como se ha mencionado anteriormente se hace a
partir de una tubería soldada de una lámina de acero inoxidable
austenítico con dureza de 180 HV o menor y un coeficiente de
endurecimiento por acritud (valor-n) de 0,49 o
menor. Como la tubería soldada puede expandirse a una forma de
producto que tiene una abertura expandida de suministro de
combustible en su extremo sin grietas o combado incluso en
condiciones muy rigurosas. Una tubería soldada de pequeño diámetro
puede formarse también a una forma de producto que tiene una
abertura de suministro de combustible en un extremo con alta
precisión dimensional, con alta proporción de expansión. En
consecuencia, se proporciona un tubo de llenado de combustible de
pequeño tamaño como una pieza aligerada para un automóvil con
resistencia a corrosión.
Claims (1)
1. Un método para producir un tubo de llenado de
combustible que tiene un extremo de suministro de combustible con
una parte expandida hecha de una tubería de acero inoxidable
austenítico con una dureza Vickers de 180 HV o menor y un
coeficiente de endurecimiento por acritud (valor-n)
de 0,49 o menor, en el que dicha parte expandida está formada por
múltiples etapas de compresión con punzón.
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