宝钢汽车排气系统用不锈钢产品开发.

1、宝钢汽车排气系统用不锈钢产品开发【摘要】 最近几年，随着对全球环境问题的关注，汽车燃油的经济性和汽车尾气排放的等级化要求不断提高，铁素 体不锈钢更多用于汽车排气系统零部件。欧美及日本汽车几乎全部使用超纯铁素体不锈钢用于排气系统零部件制造。 本文介绍了汽车排气系统的构成、各部件的性能要求及宝钢汽车用不锈钢的产品开发。【关键词】 铁素体不锈钢，汽车排气系统，腐蚀Ferritic Stainl ess Steel Developme nt of Baosteel for Aautomobile Exhaust SystemAbstract: In recent years, with attenti

2、on paid to global environmental problems, there have been requireme nts for continu ous improveme nt of automobile fuel economy and exhaust gas purificati on rate. The parts of automobile exhaust system in Europe, Un ited states and Japa n have bee n made of Ultra-purity ferritic sta ini ess steels（

3、FSS） for low cost and high properties. This paper in troduces the con struct ion of automotive exhaust systems and com monly used sta ini ess steels are in troduced and describes fertitic sta ini ess steel developme nt of Baosteel for automobilr exhaust system.Key words: Ferritic stai nless steel, A

4、utomobile Exhaust system, Corrosi on1.前言最近几年，我国汽车工业获得快速发展，2009年汽车产量已经达到130万辆，其中乘用车将近1000 万辆，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。国际上从上世纪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 排气系统中的采用。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年年代

5、开始，随着不锈钢冶炼技术的进步，特别是EF+AOD+VOD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C+N含量已经可以控制在200ppm以内，有利改善了铁素体不锈钢的腐蚀性能，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。汽车排气系统主要由排气歧管、前管、转换器、中管、消音器和尾管等组成（图1）1，不同部位对材料有不同性能要求。排气系统材料的服役环境可大体分为低温端（中管、消音器、尾管）和中 高温端（前管、歧管）。前者主要以冷凝液腐蚀失效为主；而中高温端以高温氧化、高温疲劳及高温 盐损等失效为主。同时，对材料的成形性

6、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2在过去的30年中，欧洲和日本大量开发并已经形成了并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，低铬系列如SUH409L等，中铬系列则有 SUS429，SUS432L，SUS439L，SUS436L, SUS441等。按照使用环境温度来说， 低温-中温部位用不锈钢产品有 SUH409L、SUS439L、 SUS432L, SUS436L等，用于中高温的钢种主要有 SUS436L、SUS429、SU

7、S441，SUS434等（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等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比 436L更低的制造成本，受到主 机厂青睐。表2给出了排气系统不同部件的钢种使用情况。图1 :汽车排气系统组成示意图表1 :汽车排气系统不同部位性能要求及推荐钢种零部件岐管刖管软管催化转换器中管消声器尾管壳体支撑件Temp. C95075080060010001200600400400100特性要求高温强

8、度 热疲劳高温氧化 成型性高温强度 热疲劳高温盐蚀 成型性高温强度高温盐损高温氧化热冲击高温盐损冷凝液腐蚀晶间腐蚀主要钢种SUS429SUS441SUS434SUS304SUS321SUSXM15J1(0CR19Ni13)SUH409LSUS429SUS432LSUH2120Cr-5AICeramicsSUH409L ,SUS439LSUS432L ,SUS436LSUH409LSUS439LSUS432LSUS436L2.宝钢汽车排气系统用不锈钢产品开发宝钢不锈钢产线于2004年4月投产，2005年开始了汽车排气系统用不锈钢SUH409L的产品开发，2006年获得了德国大众的产品认证并出口海

9、外。2007年，针对中国汽车工业的快速发展，宝钢适时推出了汽车用不锈钢系列产品开发，经过3年的国产化工作，目前宝钢已经开发了包括SUH409L，B409M，B432L，B429，B436L，B439M，B441，B444M2 及B443NT 等在内的目前市场应用的铁素 体不锈钢及常规的SUS304奥氏体不休钢，广泛应用于国内合资品牌和自主品牌汽车。国产化取得了 重要进展。2.1高温端用铁素体不锈钢性能要求汽车排气系统的岐管和前管所处环境温度可以达到750900 C，局部可能达到950 C，对材料的高温性能如高温强度和高温疲劳性能要求较高。汽车排气歧管早期使用的主要是耐热铸铁，但随着 排放等级提

10、高，发动机性能的提高，排气温度上升，且由于对减轻零部件重量的需要，特别是针对 三元催化装置的使用，使用铁素体不锈钢岐管可以快速提高催化效率。排气歧管所用的不锈钢有奥氏体系不锈钢和铁素体系不锈钢。奥氏体系不锈钢的高温强度好， 但容易发生氧化皮剥落，因此在抗氧化性方面不如铁素体系不锈钢。另一方面，铁素体系不锈钢的抗氧化性好，但高温强度略逊于奥氏体系不锈钢。但热膨胀系数小的铁素体系不锈钢在热疲劳特性 方面是有利的。表二给出了两类不锈钢的主要性能对比。目前通过合金化技术，特别是通过添加Mo及Nb等合金化，可以显著提高铁素体不锈钢高温强度，铁素体不锈钢完全满足汽车高温端使用要求。表2:典型奥氏体和铁素体

11、不锈钢的物理性能比较钢种热传导率(W/m/C)线膨胀系数(10-6/ C)屈服强度/抗 拉强度(MpaSUS30414-1616-18240/580SUS44126-2810-12280/5302.2高温端用铁素体不锈钢钢种及性能目前用于高温端的铁素体不锈钢主要有429，441，434及444,其中日系车主要使用429及444，欧美系主要适用 441和434。针对上述产品，宝钢开发了满足国产汽车要求的B429 , B441及B444M2等三个钢种。其中B429根据用户使用车型不同又分为含Mo型B429和普通型B429，含Mo型B429及B444M2分别含有0.5%和1.8%的Mo,主要针对沿海

12、气候及除雪地域等氯离子腐蚀比较严重的地 区。B441主要针对高排量特别是使用温度较高的车型。其中主要合金设计见表3。表3: B429, B441，B444M2钢种化学成分标准(wt %)钢号化学成分CSiMnPSNiCrMoNNb、TiB444M2 0.030 1.000 1.000 0.040 0.030 0.317.5-19.01.502.00 0.025Ti : 0.100.30;Nb:0.20+4*C-0.70B429 0.015 1.200 1.200 0.040 0.030 0.313.5-15.000.50 0.025Nb:0.300.60B441 0.015 1.00 1.00

13、 0.040 0.030 0.317.5-19.0B409M0.030 1.000 1.000 0.0400.0300.310.50-11.750.0250.08+8* (C+N )B436L0.030 1.000 1.000 0.0400.0100.317.0-18.00.801.400.025Ti: 8* ( C+N ) 0.80Ti: 0.15+4* (C+N )B439M0.015 0.600.6010*(C+N)表6:宝钢B409M，B436L，B439M不锈钢基本力学性能标准钢种屈服强度(Mpa)抗拉强度(Mpa)延伸率(%)HV硬度弯曲试验B409M210320380500 17

14、0180 度，0.5TB436L2453604205500 170180 度，1T表7:几种钢种的冷凝液腐蚀最大点蚀深度比较(单位，mm)周期B409MP409LN09DGB436LN436SB439MP439L50.2050.2200.2150.070.110.140.14100.3300.3300.3400.110.120.210.22200.3450.3550.3750.120.150.250.263结束语本文就汽车排气系统用不锈钢零部件的组成及性能要求进行了介绍。重点介绍了宝钢汽车排气 系统用铁素体不锈钢新产品开发设计及相应产品性能指标。通过近4年的开发工作，宝钢已经完成了涵盖高温及低

15、温部位，涉及低铬及中铬的铁素体不锈钢钢种的全系列开发。同时，相关钢种在国 内的一汽轿车、上海通用、广州日产、天津一汽等主机厂及天纳克、佛吉亚、EMCON、CK等零部件公司进行了广泛认证工作，相关产品也在国内合资及自主品牌汽车中得到广泛应用。针对汽车排 放等级的不断提高，净化废气排放的、减轻车身重量、降低燃料成本、保护环境等需求会对材料开 发提出更高要求。今后岐管的发展趋势是排气温度将继续升高，因此需要高温强度和热疲劳特性更 好的材料。另外，由于排气歧管具有复杂的形状，因此希望提高成形性，使加工变得更加容易。对 于低温端材料，针对国产油品特性（高含硫汽油，甲醇及乙醇汽油），材料的使用失效特征与国

16、外材料有所不同。宝钢目前与国内通用汽车正在开展有关地域的甲醇及乙醇汽油使用效果评价分析，对 进一步了解材料失效机制，提高材料使用性能，开发符合我国国情的排气系统零部件材料必将发挥 重要作用。参考文献1. Makio Gunji, Atshushi Miyazaki and Takaaki Toyooka, High-formability ERW Stai nless steel Pipes for Automotive Exhaust SystemJ. Kawazaki tech nical repo rt: 2001,33( 4):165-1692. Eiji Sato et al. Pr

17、ese nt and Future Trends of Materials for Automotive Exhaust SystemJ. Nipp on Steel Technical report: 1996, 354: 66-693. 颜海涛，毕洪运，李鑫，徐州,Nb对0C11铁素体不锈钢组织和性能的影响J.钢铁:2009, 44(1):59-634. Nobuhiro Fujita, Keiichi Ohmura, Eiji Sato and Akio Yamamoto, Developme nt of Ferritic Stai nless Ssteel Yus450 with Excellet Heat Resista nee for Automotive Exha