宝钢汽车排气系统用不锈钢国产化的应用

彻戳匝胃宝钢汽车排气系统用不锈钢国产化的应用摘要介绍了宝钢近3年在推进汽车排气系统用不锈钢产品国产化工作中的总体思路和具体举措，以及宝钢与国内汽车主机厂和零部件公司合作推进汽车排气系统用不锈钢国产化工作的成效及思考。先期介入和技术支撑是推进汽车排气系统用不锈钢国产化的重要手段。实现排气系统用不锈钢国产化有利于促进中国汽车工业由汽车大国迈向汽车强国。关键词汽车排气系统不锈钢国产化中图分类号U46413434O4文献标识码B随着中国汽车工业的飞速发展，对相关配套产业提出了更高的要求。宝钢汽车板自20世纪80年代首次应用在国产桑塔纳轿车以来就伴随着中国汽车工业的发展而不断成长和进步。但就目前而言，宝钢汽车板主要指碳钢汽车板，宝钢不锈钢和特殊钢在整车上的应用相对于碳钢还存在差距。随着国家级汽车用钢重点实验室在宝钢成立，以及宝钢对“整车用钢”理念的不断深入研究，近年来宝钢对不锈钢在汽车领域中的应用也进行了大量探索和实践。目前，不锈钢在国内主要应用于乘用车排气系统和整车装饰，其中以汽车排气系统应用为主。经过近3年的研究和摸索，宝钢在汽车排气系统用不锈钢领域已经取得了卓有成效的进展。1汽车排气系统用不锈钢国产化的发展机遇1数量需求近年来，国内汽车产、销量一直处于较快增长阶段，见图1。宝山钢铁股份有限公司戴相全毕洪运王可11嚣，镬、年份图120052009年中国汽车产、销量情况2009年，中国汽车产销量近1400辆，20052009年中国汽车产量年平均增长率超过了19。目前，国内汽车排气系统用不锈钢主要应用于乘用车，见图2。1600K1200旺800L40O020052006200720082009年份图220052009年中国乘用车产、销量情况根据乘用车的产、销量，同时结合汽车排气系统的制造和加工特点，当时推算2009年国内市场对汽车排气系统用不锈钢卷的需求量约16万T。2010年54汽车T艺与材料ATM2011年第4期赫料匝用上半年，国内汽车产、销量突破890辆，全年达1800辆，201O年全年国内市场对汽车排气系统用不锈钢卷的需求量近2O万T。另外，随着国家对排放标准的提高，未来商用车、摩托车将成为汽车排气系统用不锈钢需求增长的新潜力点。2010年，国家正式出台并实施摩托车排放国政策，即自2010年7月1日起，国家环保部批准、颁布和实施的摩托车污染物排放限值及测量方法工况法，中国ILI阶段GB146222OO7、轻便摩托车污染物排放限值及测量方法工况法，中国ILL阶段GB181762OO7以上简称国LLI标准，加快了摩托车排气系统用钢切换选用不锈钢材料的步伐。根据目前国内摩托车的产量，预计2011年国内对汽车和摩托车排气系统用不锈钢卷的需求量可达30万T。F2品种需求随着近几年我国汽车工业的快速发展，对汽车用钢的需求是空前的，其中也包括不锈钢材料。随着汽车排放等级化及为实现节能而开展的汽车减重等要求的进一步提高，传统排气系统用铸造金属和镀铝碳钢材料已经不能满足要求，不锈钢材料特别是高性能的铁素体不锈钢材料得到了广泛应用。国际上从20世纪70年代开始就针对汽车尾气排放提出了严格的强制措施，促进了不锈钢在汽车排气系统中的应用。日本、美国、欧洲等广泛采用了不锈钢制作汽车排气系统，主要材料为304不锈钢。90年代开始，随着不锈钢冶炼技术的进步，特别是EF十AODVOD三步法冶炼超纯铁素体不锈钢冶炼技术的快速提高，使铁素体不锈钢中的CN含量已经可以控制在200X106以内，大大改善了铁素体不锈钢的JNT成形性和耐腐蚀性能，再加上铁素体不锈钢固有的高导热性和低的热膨胀性能，使铁素体不锈钢在汽车排气系统中的应用得到进一步提高川。汽车排气系统主要由排气歧管、前管、转换器、中管、消声器和尾管等组成见图3，不同部位对材料有不同的性能要求。排气系统材料的服役环境可大体分为低温端中管、消声器、尾管和中、高温端前管、排气歧管。前者主要以冷凝液腐蚀失效为主；而后者以高温氧化、高温疲劳及高温盐蚀等失效为主。同时，对材料的成形性能也提出了较高要求。表1给出了汽车排气系统部件的服役温度范围及对材料性能的要求。图3汽车排气系统组成2011年第4期汽车工艺与材料ATMF55枥糕啦胃在过去的30年中，欧洲和日本大量开发并已经形成了广泛应用于汽车尾气排放系统的低铬和中、高铬系列铁素体不锈钢，不锈钢用量已近100。主要生产厂以JFE、NSS、NSSC、POSCO及ARCELOR等为代表。其中，低铬系列有SUH409L等，中铬系列则有SUS429、SUS432L、SUS439L、SUS436L、SU441等。按照使用环境温度来说，低温一中温部位用不锈钢的产品有SUH409L、SU439L、SU432L，SU436L等，用于中高温部位的钢种主要有SUS436L、SUS429、SUS441，SUS434等见表1。409系列的低铬铁素体不锈钢因为兼具经济性和实用性的优点，使用最为广泛，使用量约占整个汽车排气系统的5060。中铬的铁素体不锈钢系列、特别是添加了合金元素MO的SUS436L钢其耐蚀性得到进一步提高；中铬的SUS439因为具有比409L更好的耐腐蚀性能及I；I；436L更低的制造成本，受到主机厂青睐。3性能要求汽车排气系统用不锈钢因其所处位置不同而对材料的性能要求各不相同。处于高温端的进气歧管和前管，因为零部件直接与发动机相连接，因此对高温性能如高温疲劳、热疲劳、高温氧化等性能要求较高。同时，进气歧管因其成形复杂，对材料的加工成形性能也提出了较高要求。汽车排气系统中的催化转换器承担着三元催化作用，其有效催化作用的发生环境温度超过1000OC，因此用于催化转换器外壳的材料同样要求其具有良好的耐高温氧化作用。同时，因催化转换器所处位置易于与外界接触，特别是处于沿海和融雪地域使用的汽车，其催化转换器外壳易于受到高温盐蚀的腐蚀作用，要求材料具有耐高温盐蚀性能则显得尤为重要。中管用于连接前管和消声器，其使用温度在600左右，主要失效也是高温盐蚀。消声器是排气系统的主要组成部分，其材料失效主要是冷凝液的腐蚀失效。特别是在我国某些地域，那些在国外使用符合寿命要求的低铬不锈钢材料，在大陆地区因为高含硫油品及甲醇和乙醇汽油的使用，导致了消声器材料腐蚀加速，不能满足使用寿命要求。针对我国汽车的使用环境，结合进口不锈钢材料使用特性，宝钢有针对性地自主开发了用于汽车排气系统不同部位的系列推荐钢种具体见表1中B字母开头的钢种。2国产化开发工作的思路和举措1总体思路充分发挥宝钢汽车板多年来在国内汽车行业所形成的品牌和渠道优势，同步打造宝钢汽车排气系统用不锈钢的市场竞争优势，逐步实现替代进口产品，并结合国家对汽车节能减排标准的提高，不断优化产品，为汽车主机厂和零部件厂提供整体材料设计和解决方案，为宝钢汽车用钢注入新的内涵，打造汽车行业内的“宝钢不锈钢”品牌。2具体举措在推进宝钢汽车排气系统用不锈钢的国产化替代之路上，宝钢根据汽车用户的使用和需求特点，围绕着两条主线推进汽车排气系统用不锈钢的国产化进程。第一条主线是重点聚焦汽车主机厂，以项目合作的方式在主机厂从上至下推动其零部件厂的材料国产化工作，并力求在主机厂车型设计之初就能够参与到对排气系统的选材设计之中，与主机厂同步发展，不断满足主机厂变化的需求。第二条主线则是重点聚焦具备自主设计能力并占据较大市场份额的一级排气系统总成厂，通过排气系统总成厂推进其上游主机厂的替代进口材料的工作，并借助一级总成厂实现产品出口，进入海外市场。以第一种模式为例，宝钢和国内某知名美系汽车厂，针对国内油品相对欧美较差、在国内选用同样进口材料出现严重腐蚀现象的情况，以项目合作的方式开发了B409M替代进口409L材料，且耐腐蚀性能得到显著提高，该产品目前已成为该美系汽车厂的全球采购目标。此外，宝钢还和国内某知名日系汽车厂及其配套厂，共同推进替代进口B436L，以实现主机厂的成本改善。宝钢还与国内某知名国产品牌主机厂，针对其日系车型，通过宁波宝新的激光焊管线，认证L56L汽车工艺与材料ATMI2011年第4期和料匝甫。B429产品的管件，其性能目前优于日本同类进口管件。总体而言，通过主机厂推进替代进口材料，其主动性更高，对下游零部件厂的推动力度更大。此类合作通常会采用项目合作的模式，明确项目的各个关键节点和所要实现的目标，效果较为明显，但整个认证周期较长。围绕第二种模式，宝钢和国内两家具有国际知名度的排气系统总成厂共同推进宝钢汽车排气系统用不锈钢全系列钢种认证，目前B436L、B439M、B429、B441等钢种已全部通过认证，并与总成厂以项目合作的方式针对主机厂新接的车型从选材源头即推进材料的国产化。目前，宝钢也通过排气系统一级总成厂快速推进相关产品应用到多个自主品牌轿车上。总体而言，以一级总成厂为驱动推进材料认证，其整个认证周期较短，认证流程没有主机厂认证那样复杂，但后续若在主机厂全面推开还需要得到主机厂的认可，其效果的显著性不如主机厂直接推进。宝钢推进汽车排气系统用不锈钢国产化的开发过程有如下特点。A产品推出系列化汽车排气系统零部件因所处环境不同，对材料的性能要求各不相同见表1。因此，为了确保使用性能要求和进一步降低材料成本，在设计排气系统零部件时即对各部位材料的选择进行优化。如高温端主要关注材料的高温氧化、高温疲劳等性能，以选用耐高温性能优良的SU429USUS441等为主。消声器等低温端部位，冷凝液腐蚀是其主要的失效形式，选择材料时考虑耐冷凝液腐蚀性能和成形性能等，低铬的SUH409L及中铬的SUS439L、SUS436L等钢种成为首选。触媒发生器及中管等选择抗高温氧化和抗高温盐蚀性能良好的铁素体不锈钢和含钼不锈钢如SUH409LUB436L等。目前，针对中国汽车市场，主机厂和零部件公司认可的不锈钢主要包括铁素体的SUH409L、SU429、SUS439L、SUS436L、SUS441及奥氏体不锈钢SUS304等。宝钢在新产品研发初期，通过对汽车主机厂和零部件供应商的用户走访和交流获悉，国外不锈钢厂已经可以为国内主机厂所属的零部件总成厂和零部件供应商提供全系列不锈钢产品供货需求。国内钢厂如果能提供系列化的材料用于国产化认证，零部件公司还是非常乐于推动汽车排气系统零部件用不锈钢的国产化工作。因为，排气系统零部件本身是一体化应用，如果局部材料发生了失效如焊缝腐蚀及焊缝疲劳等，难以完全界定材料失效的真正原因。因为两种材料连接部位的失效可能与材料选择相关。如果零部件的全部材料来自同一厂家，在处理零部件材料失效时就可以简单化。其次，钢厂实现了系列化产品开发，如果材料满足零部件使用要求，零部件公司还可以减少因为采购厂家过于繁多带来的管理成本，特别是材料的分类管理成本。因为不锈钢材料表面颜色相近，加工成品堆放很难区分原料的供应商，很容易产生混淆。因此，绝大部分供应商倾向于钢厂的系列化开发。宝钢在研发初期正是关注到用户的实际需求，从2006年新产品开发初期就确认系列化研发目标。最终的结果也证明了不锈钢产品系列化研发在国产化推广中收效显著。目前，针对汽车排气系统所采用的低铬和中铬铁素体不锈钢，宝钢已经完成了超纯铁素体不锈钢8个钢种如SUH409L、B409M、B429、B432L、B436L、B439M、B441及B444M2等的批量工业化生产，并在欧、美、日及自主品牌汽车中得到广泛应用。针对中国汽车工业快速发展对不锈钢零部件性能要求的不断提高，宝钢在推出系列化汽车排气系统用不锈钢钢种的同时，还可以为用户提供高性能的焊管产品。宝钢不锈钢焊管机组包括1条激光焊管、1条高频焊管机组，焊管规格涵盖了汽车排气系统所需焊管规格，年产能达到1万T。激光焊管和高频焊管可以较好地改善不锈钢氩弧焊管焊缝的质量，特别是针对焊缝的加工成形性能和耐腐蚀性能均有较大的提高。宝钢为某汽车主机厂提供的B429激光焊管，高压成形试验结果表明，省去离线退火处理的B429激光焊管的成形性能优于进口同类产品的成形性能。目前，该2O11年第4期汽车工艺与材料ATM57韧料匝胃主机厂已经进行了批量试用。随着两条焊管机组JILT能力的不断提高，宝钢的激光焊管和高频焊管产品在国内汽车主机厂和零部件公司的应用正在不断扩大。如某德系独资汽车零部件公司所使用的B441焊管已经全部采用宝钢的激光焊管，某法系零部件公司也开始采用宝钢的高频焊管用于关键零部件的加工。B服务支撑配套化宝钢汽车板是宝钢的战略产品。经过1O多年的推广应用，针对汽车用钢，宝钢已经形成了稳定的服务团队和服务平台。特别是分布在全国各地靠近汽车主产地的各大宝钢加工配送中心及销售平台与主机厂和地区零部件公司均有着良好的合作关系。地区销售平台的作用又一次在不锈钢产品中得到体现。汽车用不锈钢零部件公司所需材料一般需要提供分条冷轧板卷和固定尺寸的落料再提供给零部件加工厂，由零部件加工厂加工成各类零部件产品。宝钢各地区平台和加工配送中心通过优化加工配送工艺，可以实现不锈钢和汽车板的同步配送，满足零部件公司的快速响应需求。宝钢的不锈钢产品在初期认证和国产化应用中，零部件加工生产线由于更换材料而不可避免地存在着加工及使用的实际问题。特别是许多零部件厂家还不能提供完整的材料使用要求，如实际的厚度公差控制、表面粗糙度要求等。即使材料的性能要求相当，因采用不同的生产线而导致加工性能有所波动也是正常的事情。零部件加工初期出现加工设备设定参数与材料实际存在差异导致零部件加工失效等缺陷率的波动。地区营销平台由于贴近用户及与用户所建立的良好合作关系，不仅可以快速响应，而且可为后方技术部门提供第一手的资料，便于技术部门进行分析和提出解决方案。同时，产、销、研团队联动还可以为用户提供一系列的解决方案。C品牌打造同步化汽车排气系统用不锈钢均需要通过相关使用或加工单位的各项认证后方可使用。目前，国内汽车主机厂、汽车零部件总成厂以及配套的零部件供应商的认证方式各不相同。材料认证和选用有以主机厂为主导的材料认证和采购模式，也有以零部件总成厂为主导的认证和采购模式。同时，还有二级零部件供应商的自主认证和采购模式。针对不同的认证采购模式，宝钢在国产化过程中给予高度重视。在认证过程中给予相关单位所进行的材料级别、；NR级别及路试认证等全方位的配合，及时提供相关信息和认证用样板等材料，如主机厂和零部件总成厂关注的台金材料品种和来源、生产线装备及性能等相关信息，成品不锈钢的材料成分、力学和物理性能等有关信息，有效支撑了各单位的认证工作，使宝钢汽车排气系统用不锈钢的国产化工作取得了重要进展。目前，宝钢相关钢种已经取得了包括合资、自主品牌汽车各主机厂及合资零部件总成厂、国内主要零部件供应商的各项认证，广泛应用于合资和自主品牌的汽车排气系统。D技术支撑体系化汽车排气系统零部件具有高温、中温及低温部位，所用材料加工包括了焊接、成形、冲压等工艺，材料使用中包括高温氧化、高温疲劳、热疲劳、高温盐蚀、冷凝液腐蚀、焊接等各类失效。针对用户的需求，宝钢在汽车排气系统用不锈钢产、销、研团队项目启动初期就考虑到如何为用户提供有效和全面的技术支撑服务。宝钢的研发体系完整，上述涉及的各学科在研究院内部都有相关的研究团队。研究院内部的汽车用钢成形研发团队、焊接及腐蚀研究团队等虽然都不属于不锈钢研发板块，但是通过内部的虚拟团队运作和合作，材料开发和使用中遇到的上述问题都可以在宝钢内部得到解决，有效支撑了用户在国产化初期及后续使用中关注的如不锈钢成形特性、不锈钢腐蚀特性、不锈钢焊接特性等的技术需求。3国产化开发工作的成效和思考1已取得的成效自2008年全面启动与国内主机厂和零部件厂合作推进材料认证和国产化的工作，经过3年的不懈努力，宝钢在产品开发、产品认证和产品销售等方面都58I汽车工艺与材料ATM2011年第4期蜘料匝用取得了飞速发展。A产品开发方面宝钢已成功完成了汽车排气系统用铁素体不锈钢钢种的系列化开发工作见图4，钢种12008年的3个增加到8个SUH409L、B409M、B436L、B439M、B441、B429、B444M2、B432L。不仅实现了钢种的全覆盖，而且实现了稳定的批量供货。在此基础上，同步形成了根据用户需求研发新钢种的能力。其中，SUH409L、B409M、B439M和B436L分别获得上海市高新技术成果转化项目A类称号，其他牌号的高新技术成果转化项目正在申报或审批过程中。2009在年份图4宝钢汽车排气系统用铁素体不锈钢钢种的开发推进情况B产品认证方面宝钢已经在全面推进国内主机厂和零部件厂的认证工作见图5，目前已分别通过国内部分合资品牌和自主品牌主机厂、排气系统总成厂的认证，并签订了长期合作的技术供货标准或协议，其中B4O9M标准纳入某主机厂全球材料采购标准体系。在此基础上，已经开始逐步实现宝钢不锈钢材料的国产化替代工作。汽车主机厂一级零部件供应商二级供应尚35RN_；205NL盆0J0L警誊警瞄啊L一2008年2009年2010年预测图5宝钢汽车排气系统用铁素体不锈钢用户认证及应用情况C产品销售方面随着产品开发和认证工作的推进，宝钢汽车排气系统用铁素体不锈钢的销量也实现了同1_,2007年的快速增长，见图6IP409L包括指B409M、B436L、B439M、B441、B429、B444M2、B432L等。在总销量增长的同时，宝钢还密切跟踪用户需求，不断优化产品结构，其中1Z409L钢种的销量增长更为显著。在销售不锈钢冷轧板卷的基础上，宝钢又充分发挥自身优势，大力推进由宁波宝新先进焊管生产线生产的不锈钢激光和高频焊管的销售，实现了不锈钢板材和管材的联动销售，从而充分满足了用户的个性化需求，产品全面进入了汽车主机厂这一终端用户。14O12O10O80半60辫4O20_总量同J12007年增长率,409L同IB2007年增长率18143073一172008军2009年2O10年预测年份图6宝钢汽车排气系统用铁素体不锈钢的销售增长情况2进一步的思考汽车排气系统用不锈钢，尤其是超纯铁素体不锈钢，未来在国内市场具备较大的发展空间。但目前存在两方面的因素制约了国产材料替代进口材料的工作。第一个方面是某些合资品牌主机厂存在一定程度的贸易和技术壁垒，其下游配套厂往往是其在海外的配套厂在国内设立的独资或合资公司，很多技术还属于垄断，并且选材倾向于选用原来使用的进口材料，使高额利润流向海外。第二个方面是国内市场参差不齐，很多按设计应该使用的高端钢种会被下游配件厂替换为低端钢种，甚至以其他钢种替代不锈钢，从而谋取更高的利润。因此，作为不锈钢制造企业，一方面要加大市场的推进力度，以多种形式的交流或产品推荐加强与主机厂的沟通，将改善成本作为突破口驱动主机厂替代进口材料的工作，用过硬的产品质量和取得的推进成绩博得用户的信任；另一方面则是要加大对用户的需求引导，从被动替代进口向主动推荐材料选用方案转变，并通过汽车工业协会或相关行业协会共同推进规范市场的工作。在未来的需求增长点方面，不锈钢在汽车装饰、2011年第4期I汽车工艺与材料ATMI5908642O晤翱料匝用燃油箱领域、摩托车排气系统领域，以及目前较少使用汽车排气系统用不锈钢的小排量乘用车和商用车领域，都存在着较大的增长空间。同时，随着汽车发动机向着低排量高效发展，以及国家实施更为严格的节能减排政策，不锈钢企业只有主动地把握住未来汽车排气系统用不锈钢材料的发展趋势，才能不断地实现产品升级和技术升级，同时降低成本，并能够介入到主机厂车型的先期设计之中，成为主机厂发展过程中不可或缺的材料供应商及伙伴。A先期介入，双轮驱动在汽车排气系统用不锈钢材料国产化初期，主要是针对已有的不锈钢品种和设计进行的材料替代，即将已有的零部件钢种采用的进口材料替换为性能合格的国产材料。在替代过程中，主要关注已有材料的使用性能是否达到了与进口材料相当的水平，如果国产材料相关使用和加工性能与进口材料相当，使用寿命满足设计要求，则逐步实行国产材料替代进口材料。目前，宝钢国产化材料的替代工作进展顺利，相关钢种均实现了国产化批量使用。在未来几年，我国汽车工业有望保持10左右的发展速度，J2015年我国汽车产量有望达N2000万辆，成为真正的汽车大国。但是与我国汽车大国不相适应的是我国的汽车设计还处于起步阶段，还未达到汽车强国的设计水平。随着我国汽车工业的发展，汽车设计特别是材料设计和选用将会得到进步提升。针对我国汽车使用环境、成本压力及油品质量，开发适合中国市场需求、满足高等级排放要求的不锈钢材料将是后续新材料研发工作的重要内容。在材料开发过程中，宝钢将继续充分利用自身的材料研发优势，先期介入，针对设计要求进行材料开发，为主机厂设计提供优质的不锈钢材料。汽车用不锈钢材料的使用涉及众多学科，为此在开发初期可以充分发挥宝钢的学科、研发团队优势。同时，进一步加强与设计单位的横向交流，形成研发设计合作虚拟团队，定期进行技术交流。目前，宝钢已经与某美系汽车设计单位的相关部门形成了紧密的合作关系，为该设计单位及时提供有关材料方面的技术支持。通过合作，在有效支持设计单位的设计选材工作的同时，钢厂也可以第B,1间了解新型汽车材料的需求，开展有针对性的研究工作，缩短研发周期，加快材料开发进度，以实现钢厂和汽车主机厂的双赢。B持续优化，完善服务汽车排气系统用不锈钢国产化的工作，特别是铁素体不锈钢国产化替代工作启动时间也仅仅是3年的时问。目前，还没有针对国产汽车使用的铁素体不锈钢的售后评价方面的详细报告。未来，随着铁素体不锈钢的不断推广应用，相关不锈钢使用量将大幅提高。后续针对国产材料的使用评价工作需要得到进一步的重视。宝钢希望与汽车主机厂和零部件总成厂共同推动针对铁素体不锈钢的国产化使用评价工作。通过使用评价，了解国产铁素体不锈钢的使用效果，建立有效的寿命评价方法，特别是针对我国地域和油品特性的新型寿命评价方法和材料标；隹。201OFF6月在杭州召开的汽车用不锈钢国产化推广会上，由汽车工业协会提出，有宝钢、太钢、一汽轿车、上海通用汽车、中国汽车设计研究院参加的汽车用不锈钢使用评价方法和材料标隹的启动工作已经展开。通过汽车主机厂、钢厂及汽车设计单位等的共同努力，相信满足国产汽车使用需求的新型不锈钢评价方法和材料标准会尽快得到认可。同时，售后评价及评价方法的进一步优化，还可以为不断提升汽车用不锈钢材料使用性能提供支撑。宝钢在汽车排气系统用不锈钢国产化的过程中，通过发挥宝钢技术一体化的优势，为汽车主机厂和零部件总成厂提供了有效的支撑服务。但是，与国外钢厂相比，国内钢厂在售后使用评价及技术积累方面还有较大差距。今后，宝钢将进一步强化对主机厂和零部件公司的技术服务和支撑，特别是针对材料使用中评价方面的支撑。通过使用评价，积累开发和应用的相关数据，为后续新材料开发和新技术推广积蓄力量。宝钢相信，广阔发展的市场前景和持续提升的创新能力为中国汽车工业的发展提供了良好