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太钢开发汽车排气系统消音器用铁素体不锈钢

2022-04-18
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太钢开发汽车排气系统消音器用铁素体不锈钢

随着社会发展的需要,人们意识到必须制定更严格的废气排放标准,以保护环境,减少燃料消耗。由于不锈钢板具有优异的耐腐蚀性、耐热性和优良的综合性能,废气排放系统的材料从普通铸造金属和镀铝碳钢板发展到不锈钢板,从一般特性的不锈钢板进一步发展到高性能的特殊不锈钢板。

2.消音器的工作特点。

消音器被内部冷凝液和外部融雪盐浸蚀,浸蚀环境恶劣。因此,该段对材料耐腐蚀性的要求是主要的。特别是下部被冷凝液直接接触浸蚀,上部被冷凝液蒸汽浸蚀,下部浸蚀环境比上部差。

材料有孔蚀和应力腐蚀。能谱分析的效果主要是有机废气中凝固的盐酸浸蚀,而日本国选用的同部分沒有孔蚀。消音器选用436铁素体不锈钢,无孔蚀。

3.太钢消音器铁素体不锈钢的开发过程。

3.1409L的开发历程。

3.1.1工艺优化。

自上世纪初以来,AOD一直用以生产制造汽车消音器不锈钢板409L,但由于制成品C.N高,起伏大,对特性直接影响大;二零零四年,VOD所有生产制造,C.N操纵优良,世纪初提升,商品特性显著提升,获得用户认可。

优化3.1.2稳定元素。

为了防止应力腐蚀,钢需要添加稳定元素来固定钢中的C.N。初409L选用Ti单稳定,不仅容易沉淀TiN,直接影响表面质量,而且在选用过程中仍会出现应力腐蚀。随着对Nb-Ti双稳定理解的深入,通过钢固定N,Nb固定C,避免应力腐蚀,见图2。

开发3.2439M。

3.2.1油品现状。

由于我国与国外石油硫含量的差异,国外选用409L可以满足部分消音器耐腐蚀性的要求,在我国,特别是消音器的下半部分,409L不能满足规定公里内无腐蚀性的要求,因此需要将该部分切换成耐腐蚀性更好的高铬或436L等含钼材料,大大提高了耐腐蚀性,延长了使用寿命。然而,还有一个问题。由于汽车行业竞争日益激烈,汽车制造商选用高性能、低成本的材料已成为一个方向。耐腐蚀性优异的436L不锈钢板因价格昂贵而有限。汽车排气系统选用的材料主要为409L,需要达到3年或6万公里的寿命保质期。由于我国燃油硫含量高,消音器在实际选用过程中经常发生约4万公里的浸蚀损坏。因此,迫切需要开发适合我国石油条件的新型汽车排气系统经济型铁素体不锈钢,其耐腐蚀性优于409L,成本低于4366L不锈钢板。

3.2.2材料设计。

考虑到消音器浸蚀环境的特点,增加钢中的铬含量,增加少量钼。同时,为了使其具有优良的加工特性,实现Nb-Ti的双世纪初,通过在实验室生产制造不同成分的样品,在模拟冷凝液中进行浸蚀试验,

可见,在11%~17%的Cr范围内,Cr提升了铁素体不锈钢的耐冷凝腐蚀性。含量超过17%后,其作用不再明显;Cr17型不锈钢板中适量Mo的作用明显。根据综合性能比较,设计了439M经济型铁素体不锈钢,具有自主知识产权。

3.2.3化学成分和典型特性。

典型铁素体不锈钢的化学成分和力学性能见表1。

3.2.4浸蚀试验。

(1)应力腐蚀试验方法:GB434.5-2000不锈钢板盐酸-硫酸铜浸蚀试验方法。样品状态:原状态,1200℃×5min。

(2)模拟冷凝试验。

①冷凝液分析。

通过去除消音器内表面的锈层和XRD分析,除了铁铬氧化物和FEO(OH)外,锈层还含有铁硫酸盐,表明消音器内表面汽油中的硫终以硫酸根的形式存在,并直接参与冷凝液的浸蚀过程。

②模拟冷凝设计。

在模拟排气系统浸蚀试验中,日本国JFE对溶液浓度有参考标准规定的离子成分,

但结合我国油品的实际情况,在对我国排气管浸蚀损伤的详细分析中,还需要调整SO4等离子浓度,尽可能反映我国浸蚀液的实际情况。

③浸蚀试验方法。

通过机制分布函数对腐蚀深度的统计,预测不同钢种的使用寿命,通过汽车厂和路况试验达到预期使用寿命。

4.结论

(1)由于汽车工业的快速发展和人们对铁素体不锈钢优势的认识,铁素体不锈钢在汽车排气系统中的发展逐渐获得推动。产品质量获得各车系的认可,提升了国产化率。2009年,总开发量超过10万吨,市场份额超过60%。

(2)通过技术的不断改进,消音器不锈钢板的物理质量达到了国际先进水平,取代了进口,为振兴汽车工业的发展做出了贡献。

(3)通过合作开发具有自主知识产权的439M,提升了国内汽车排气系统消音器不锈钢板的研发水平,创建了科研机构、生产制造单位和汽车厂的合作模式,形成了工业、大学和研究的完美结合。


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