含鈮鐵素體不銹鋼在汽車排氣系統(tǒng)的應用前景
無錫不銹鋼板、無錫不銹鋼管專業(yè)生成廠家無錫漢能不銹鋼2020年9月16日訊 近年來,許多國家對汽車提出了更高的要求,一方面要提高燃氣的熱效率,減少廢氣的排放;另一方面要減輕汽車自身的重量,提高行駛速度。這對汽車排氣系統(tǒng)提出了更高的要求。汽車排氣系統(tǒng)所用的材料從最早使用的鑄鐵、碳鋼、鍍鋁碳鋼發(fā)展到目前使用的不銹鋼。其中,鐵素體不銹鋼憑借其優(yōu)良的性能和不含或少含鎳的低廉成本受到關注。鐵素體不銹鋼與鍍鋁碳鋼相比,具有更好的耐腐蝕性能;與奧氏體不銹鋼相比,不僅具有更好的耐高溫性能,而且具有冷加工硬化傾向較低、熱膨脹系數小、導熱系數大等特點,已成為汽車排氣系統(tǒng)首選的材料。
汽車排氣系統(tǒng)離不開不銹鋼
隨著汽車尾氣排放標準的要求越來越嚴格,汽車尾氣的排放溫度也越來越高,對排氣系統(tǒng)的高溫機械性能、耐腐蝕性能提出了更加嚴格的要求。同時,汽車排氣系統(tǒng)由歧管、前管、柔性管、轉換器、中心管、消聲器和尾管構成,不同部位對材料的要求各有不同。由于汽車排氣系統(tǒng)主要由管件連接,且連接部位的形狀不盡相同,因此,必須對管件進行彎曲、縮徑、擴管等加工,故要求汽車排氣系統(tǒng)用鋼要具有良好的成型性。其次,汽車排氣系統(tǒng)前端的高溫部件,最高溫度可達900益,為材料腐蝕最嚴重的部位;中心管以后溫度在600益左右;尾管出口處的溫度在100益~300益之間,因此,要求材料具有一定的抗高溫氧化性。另外,由于汽車經常處于發(fā)動和停止的反復運行狀態(tài),故又要求材料具有良好的耐高溫疲勞性。再次,由于汽車排氣系統(tǒng)暴露在外,且離路面較近,易受外界環(huán)境介質的侵蝕,且消音器在短程行駛中有冷凝液析出,對內壁造成點蝕,故應選用耐蝕性好的材料。
含鈮鐵素體不銹鋼讓汽車排氣系統(tǒng)更好用
當前,國際上轎車排氣系統(tǒng)基本采用不銹鋼制造,其中,鐵素體不銹鋼因其良好的綜合性能,在排氣系統(tǒng)中得到廣泛的應用。而含鈮鐵素體不銹鋼的研究與開發(fā)是近20年間冶金和材料科學領域的重大技術進步。20世紀80年代,國際上冶金材料專家,對鈮在改善傳統(tǒng)鐵素體不銹鋼的成型性(尤其是深沖性能)、耐蝕性等方面進行了許多研究。結果證明,加入少量鈮元素是賦予鐵素體不銹鋼良好深沖性的有效方式之一,還可改善鐵素體不銹鋼的耐蝕性,提高鋼的抗氧化、高溫強度和抗蠕變性能,使鐵素體不銹鋼在汽車排氣系統(tǒng)中獲得廣泛應用。
最新研究表明,鈮不僅僅是簡單的穩(wěn)定化元素,可改變鐵素體不銹鋼的表面質量,還可以防止應變時效、降低和消除敏化(即鈦/鈮在鐵素體晶界固定碳和氮,防止碳化鉻形成,避免晶界貧鉻造成晶界腐蝕)。此外,鈮的加入還可以改善鐵素體不銹鋼的其他性能,如抗晶間腐蝕、抗蠕變、抗氧化等,從而使鐵素體不銹鋼具有相當或優(yōu)于奧氏體不銹鋼的性能,因此得到了廣泛的應用。
聯(lián)合攻關促含鈮鐵素體不銹鋼國產化
為盡快實現(xiàn)汽車排氣系統(tǒng)用不銹鋼國產化,國內產、學、研、用相關單位組成了聯(lián)合攻關組。其主要工作目標是開發(fā)適合于中國目前油品條件下的經濟型汽車排氣系統(tǒng)用鐵素體不銹鋼系列材料,不斷提高產品實物質量,最終實現(xiàn)完全國產化。
首先,該攻關組對目前國內燃油的油品特性進行了調查,對排氣系統(tǒng)失效部位的腐蝕產物進行了分析,并對SUH409L、436L等材料進行冷凝液的腐蝕實驗評價。在此基礎上,該攻關組提出了能夠模擬實際工況條件下,汽車排氣系統(tǒng)用鋼的標準方案;就幾種典型汽車排氣系統(tǒng)用鐵素體不銹鋼的耐蝕性、焊接性、成型性及耐高溫性能等進行全面評價;綜合研究、開發(fā)汽車新型材料,并在工廠進行試制;開展新材料成型性研究,焊接、腐蝕性能評價;對上述新材料的冶煉、連鑄及熱、冷加工工藝進行研究,最終實現(xiàn)工業(yè)化批量生產,并在奔騰B50、紅旗等車型排氣系統(tǒng)實際應用和跑車上進行試驗和相應的分析、評價。
研究結果表明,汽車排氣系統(tǒng)失效部位集中在消聲器位置,且局部腐蝕類型為點蝕。加入鈮后,平均腐蝕速率明顯降低,極大地改善了鐵素體不銹鋼平均耐腐蝕性能。
含鈮鐵素體不銹鋼前景廣闊
汽車行業(yè)的繁榮推動了車用材料研究與開發(fā)的進程。據了解,一般汽車排氣系統(tǒng)平均用鋼約20千克/輛。按2015年國內年產2410萬輛汽車計,年新增汽車需要的排氣系統(tǒng)用不銹鋼就超過48萬噸。同時,中國不銹鋼行業(yè)快速發(fā)展所面臨著鎳資源嚴重缺乏的問題??紤]到現(xiàn)代鐵素體不銹鋼的特點和優(yōu)勢,鐵素體不銹鋼在中國汽車工業(yè)的應用前景非常樂觀。中國發(fā)展現(xiàn)代鐵素體不銹鋼勢在必行。
現(xiàn)代鐵素體不銹鋼的發(fā)展離不開先進的冶金技術和微合金化金屬學的研究。以往的研究表明,鈮在汽車排氣系統(tǒng)中具有突出的作用。因此,在今后的工作中,進一步研究鈮對于排氣系統(tǒng)用不銹鋼性能的提高原理和相應的工藝措施,進而開發(fā)出新型的含鈮車用排氣系統(tǒng)不銹鋼,對于提升排氣系統(tǒng)的性能具有重要的理論和實際意義。含鈮鐵素體不銹鋼兼具優(yōu)良的成型性、經濟性、耐蝕性、抗氧化性等特點,除汽車排氣系統(tǒng)以外,在很多領域可替代奧氏體不銹鋼,發(fā)展前景十分廣闊。因此,汽車排氣系統(tǒng)用含鈮鐵素體不銹鋼的開發(fā)將推動現(xiàn)代鐵素體不銹鋼的研發(fā)與應用的進程。