隨著中國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)汽車用鋼的需求不斷增加，不銹鋼管得到了廣泛的應(yīng)用。
不銹鋼管因其具有較高的耐熱特性、耐腐蝕特性和良好的延展性能，普遍應(yīng)用于各種汽車零部件，如車身、底盤、排氣系統(tǒng)等。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，近年來汽車不銹鋼材料的使用量呈遞增趨勢。不銹鋼材料最開始卞要應(yīng)用在汽車裝飾件上，因其具有良好的外觀而得到了廣泛達(dá)用;相較于其他零部件，排氣系統(tǒng)用材料更注重性能。論述了排氣系統(tǒng)構(gòu)成及材料性能，探討了排氣系統(tǒng)用材料的腐蝕特性，并對(duì)排氣系統(tǒng)各零部件材料現(xiàn)狀進(jìn)行了說明。
1排氣系統(tǒng)構(gòu)成及性能要求
排氣系統(tǒng)主要由排氣歧管、排氣管、軟連接、催化轉(zhuǎn)化器和消聲器等組成，不同零部件對(duì)使用材料具有不同的性能要求。排氣系統(tǒng)按溫度高低可以分為熱端和冷端，其中熱端部分溫度在700℃到900℃左右，主要以高溫氧化、高溫鹽損和高溫疲勞失效為主;冷端部分溫度在100℃到600℃左右，主要以冷凝液腐蝕失效為主。
近年來，歐洲和日本開發(fā)了大量汽車排氣系統(tǒng)用低鉻和中高鉻系列的鐵素體不銹鋼，生產(chǎn)企業(yè)以JFE. NSS. NSSC. POSCO及ARCELOR為主。根據(jù)排氣系統(tǒng)的使用性能及環(huán)境溫度進(jìn)行分類，熱端部分主要使用中高溫鋼種如SUS436L, SUS429, SUS441, SUS434等，冷端部分主要使用中低溫鋼種如SUH409L, SUS439L, SUS432L等。
2汽車排氣系統(tǒng)腐蝕失效形式分析
2.1高溫氧化和商溫?zé)崞?/div>
高溫氧化和高溫?zé)崞谑侵覆牧显诟邷貤l件下，其表面氧化并形成微裂紋直至產(chǎn)生局部脫落，造成零部件破壞。熱疲勞開裂與循環(huán)溫差、零部件表面缺陷狀態(tài)有關(guān)，循環(huán)溫差越大、表面缺陷越尖銳，越易發(fā)生熱疲勞失效。表面氧化、熱疲勞開裂及剝落現(xiàn)象的產(chǎn)生，一般隨循環(huán)上限溫度的增高而加劇。
2.2高溫鹽蝕
高溫鹽蝕一般是由少空氣中含鹽量較高或因融雪鹽作用于高溫零部件，從而導(dǎo)致的一種表面腐蝕失效方式。高溫鹽蝕主要是由高溫氧化引起的，因鋼材結(jié)晶形成氧擴(kuò)散通道，呈現(xiàn)為晶界氧化形態(tài)。腐蝕環(huán)境中的鈉離子與晶界附近的Cr2O3反應(yīng)，變成水溶性的溶液,從而導(dǎo)致了零部件的腐蝕失效。
2.3冷凝液腐蝕
在汽車排氣系統(tǒng)消聲器中，尾氣中的水分冷凝產(chǎn)生冷凝液，含有腐蝕性離子使消聲器表面產(chǎn)生均勻腐蝕和點(diǎn)蝕，進(jìn)而導(dǎo)致消聲器失效。
2.4晶間腐蝕
晶間腐蝕是汽車排氣系統(tǒng)零部件的失效方式之一，主要發(fā)生在管件及不同零部件結(jié)合的焊接部位。低鉻鐵素體不銹鋼由于其基體的鉻含量較低，當(dāng)冶煉時(shí)不銹鋼的碳含量不能達(dá)到足夠低的程度，這些焊接部位在冷凝液作用下就會(huì)發(fā)生焊縫的晶間腐蝕行為，導(dǎo)致零部件失效。
3汽車排氣系統(tǒng)材料選擇
3.1排氣歧管
排氣歧管安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上，其作用是將各氣缸的廢氣導(dǎo)向到排氣系統(tǒng)。排氣溫度高達(dá)900℃或者更高，這就要求排氣歧管具有優(yōu)異的抗氧化、高溫強(qiáng)度、和熱疲勞特性。因排氣歧管具有復(fù)雜的形狀，材料必須具有優(yōu)良的成形能力。按照制造方法，排氣歧管用不銹鋼分為兩種:一種是通過壓力成型和焊接，另種是通過扳金彎型并焊接。排氣歧管不銹鋼管主要為奧氏體不銹鋼(SUS304、SUSXM15J1)和鐵素體不銹鋼((SUH409L、 SUS430J1L)。作為更嚴(yán)格的法規(guī)要求，排氣溫度達(dá)到了950℃左右，在這種情形下，SUS444系列被使用;低鉻的SUS429系列可以作為低成本材料使用。
3.2前排氣管
前排氣管位于排氣歧管與軟連接之間，要求最小化熱輻射和陽止排氣溫度降低以此來阻止下游的催化轉(zhuǎn)化器催化活性降低，同時(shí)還具備降低噪聲的作用。基于上述原因，薄壁雙層管逐漸代替了傳統(tǒng)的單層管結(jié)構(gòu)，要求具有耐氧化及熱疲勞性能優(yōu)異的鐵素體不銹鋼管，材料牌號(hào)主要為SCH409L, SUS436L和SUS430J1L。
3.3軟連接
軟連接置于一級(jí)催化轉(zhuǎn)化器與二級(jí)催化轉(zhuǎn)化器之間，主要用來防止發(fā)動(dòng)機(jī)將振動(dòng)傳遞到排氣系統(tǒng)。軟連接般為波紋狀，主要由蛇腹?fàn)畹碾p重管和用不繡鋼鋼絲網(wǎng)編織而成。從使用性能來看，要求具有高溫疲勞性;同時(shí)因其形狀為蛇腹?fàn)睿€要_具有良好的加工性。軟連接使用材料主要為SU S304，為適應(yīng)寒冷地區(qū)工況還開發(fā)了具有耐高侃鹽蝕性更高的SUS XM15J1材料。最近已開始使用SUS316L，其價(jià)格比SUS XM15J1更便宜，抗晶界腐蝕性比SUS304更高。
3.4催化轉(zhuǎn)化器殼體
催化轉(zhuǎn)化器一般安裝在排氣歧管后，能起到對(duì)汽車排出廢氣凈化的作用。因其連接渦輪增壓器，常要經(jīng)受高溫和振動(dòng)等惡劣條件，催化轉(zhuǎn)化器通常要求具有高強(qiáng)度、耐高溫鹽害加工性。對(duì)于催化轉(zhuǎn)換器外殼，大部分使用SUS430系不銹鋼，但隨著排氣溫度的升高，目前還有的正在使用SUS430JIL或SUS429系等高溫特性更好的鐵素體系不銹鋼。為提高氧化皮膜的密封性，還有的添加了少量稀土類金屬元素，今后對(duì)抗氧化性的要求將會(huì)進(jìn)一步提高。
3.5消聲器
消聲器的主要作用是吸收和降低廢氣噪聲，主要由外部殼體和內(nèi)部管路、隔板、端蓋等組成。當(dāng)汽車短距離行駛時(shí)，消聲器內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生冷凝液，導(dǎo)致腐蝕問題的發(fā)生。現(xiàn)階段，消聲器主要使用SUS436L或SUS432，對(duì)于外殼和端板，從美觀和防蝕措施考慮，有的也使用鍍鋁不銹鋼。
4結(jié)論
隨著汽車市場競爭口趨激烈，汽車廠家對(duì)不銹鋼管特性的要求也將越來越高。因此，需從使用壽命、加工性能、焊接性能及成本方面綜合考慮，推出適合現(xiàn)階段汽車排氣系統(tǒng)用材料，以適應(yīng)快速發(fā)展的中國汽車工業(yè)對(duì)不銹鋼管的需求。
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