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汽车排气系统以及气体密封垫领域的应用

汽车排气系统材料
1台汽车上使用的不锈钢数量因车型而异,一般是每台车用量为20-30kg。其中主要用于排气系统中的零部件。依法法律的推动使汽车排气系统不锈钢化,是推广不锈钢应用的代表实例。
部件名称 多管路排气管 前排管 扰性管 转换容器 中间管 主消声器 尾部末端管
必要特性 热疲劳性 耐氧化性、高温强度 高温氯害腐蚀 耐腐蚀性,高温腐蚀 氯害耐腐蚀,冷凝水腐蚀 氯害耐腐蚀,冷凝水腐蚀 氯害耐腐蚀,冷凝水腐蚀、意匠性(设计构思性)
使用材料 SUS430系列
SUS304
SUH409L
SUS410L
SUS304
SUSXM15J1
SUH409L
SUS410L
SUH409L
SUS410L
SUS430系列
SUH409L
SUS410L
SUS430系列
SUH409L
SUS430系列
SUS304
 
从美国加利福尼亚州的尾气排放规定开始,从1970年代后半期强化尾气排放规定,在汽车上装设了作为净化装置的接触转换器。它的壳体就是使用不锈钢制作的。由于装设了触媒转换器。在后部的消声器中集存的冷凝液体开始发生化学变化,生产了腐蚀问题。因此对消声器不锈钢化进行了研讨和开发,并开始应用在一部分车型上。
 
1989年开始,对汽车制作厂规定了各种零部件的保证年限。规定消声器的寿命为3年或60000km,促使各制造厂迅速实施有表面处理钢板向不锈钢板转换。各汽车制造厂又开始研讨以提高发动机的燃烧温度促使排放的气体得以净化,更进一步地推动排气系统的全体零部件的不锈钢化,因为位于发动机输出部的多管路转化器、多管排气管部分的温度高达900-800度,绕性管、触媒转换容器部分为800-600度,中间管部分为600-400度,所以具备耐热性和耐腐蚀性的不锈钢是用在这些零件上是最合适的材料。至今,不锈钢已按用途的不同,从以SUH409L(11Cr-Ti-LC)、SUS410L(13Cr-LC)为中心的以耐热性为主的钢种向SUS436L(18Cr-1Mo-Ti,Nb-LC)、SUS436J1L(19Cr-0.5Mo-Ti,Nb-LC),SUSXM15J1(18Cr-13Ni-4Si)等既具有耐腐蚀性又具有耐氧化性的钢种转换。

 汽车排气系统解析
作为排氧净化装置的触媒转换器载体的材料,是在既具有耐氧化性又具有触媒载体特性的20Cr-5Al钢的基础上添加稀土元素而形成的一种特殊材料。将厚度为30um的这种特殊不锈钢箔,制作成波纹板或平板重叠卷成的圆筒状的触媒体再装入排氧净化装置中使用。
 
强化汽车排气的法规应用范围进一步扩大,要求摩托车的消声器也要不锈钢化。还有,最近在日本东京地区,根据载货卡车的净化装置设置法规,作为载货卡车的排气净化装置也采用了不锈钢制造。因为载货卡车使用柴油发动机比较多,在欧美这种技术用在许多柴油发动机卡车上,也作为排放尾气净化装置使用。
 
从表面处理钢板到不锈钢的不锈钢化的重点:
(1)耐热性、耐氧化性;
(2)耐腐蚀性;
(3)高温强度(因薄壁化带来的轻量化)
 
汽车多管路排气管(亦称汽车排气歧管)
汽车排气系统材料中,根据美国加利福尼亚排气法规,曾先在触媒载体壳体和消声器上开展了不锈钢化,以后有进展到里发动机很近的多管路排气管。以前,因为多管路排气管的形状比较复杂,几乎全部是使用铸铁件。为了强化排气法规,单从触媒载体进行排气净化,不能彻底解决问题还要借助提高燃烧温度改善净化效果。因为以前使用铸铁件,在耐热性方面发生过问题。为此采取了对策换成不锈钢铸件,钢种是耐热钢SUH409。
 
此后,汽车生产厂家为了适应强化排放气体法规,为进一步提高燃烧温度和轻量化而与不锈钢生产企业开展技术合作,开发了多管路排气管最佳材料,在制造方法上,从铸件转换成利用管子和冲压工艺进行排气管的成形加工,这样不仅仅提高了材料而实现了部件的轻量化。
 
因为要求材料具备耐热性和抗氧化性,当初从材料加工性考虑使用了奥氏体系列代表钢种SUS304(18Cr-8Ni)。后来,不锈钢生产企业在铁素体系列钢种内添加了Mo,Nb,Ti等,又为了提高其抗氧化性,提高了Si的含量,使这些特殊材料得到大量使用。
 
原来利用铸造工艺所生产的铸件,其加工形状要求比较严格,单纯利用冲压加工在复杂形状的成形上存在问题,因而在所谓的润滑不锈钢板上再加石蜡的透明薄膜,使大幅度提高其加工性的材料的开发成为可能。
 
从普通钢、铸件开始到不锈钢不锈钢化的重点:
(1)耐热性、耐氧化性;
(2)高温强度(因薄壁化而达到轻量化);
(3)耐腐蚀性。
 
汽车用气体密封垫
在美国加利福尼亚州汽车尾气排放法规规定触媒载体的壳体使用不锈钢,1986年美国环境保护局又提出了使用石棉可能引发癌症,而下令全面停止使用石棉制品,从此开始了针对汽车用气体密封垫以不锈钢代替石棉的研究。在日本,汽车生产厂家积极地参加了这项环境保护工作,成功地完成了汽车气体密封垫的不锈钢化。如果在建筑领域也能积极地抓紧这项工作,当今在日本的石棉污染问题也早就解决了。
 
汽车上使用的气体密封垫,要求具备耐热性和密封性。耐热性是不锈钢的代表型功能,在使用上没有问题,而其密封性则是一个难题。使用石棉紧紧贴敷低压在一起,则可提高其密封性,而不锈钢是金属板,其板厚偏差或是形状偏差,则可能产生间隙。初期针对间隙问题,采用两张板制作密封垫,完成了不锈钢化。无疑两张板的密封垫增加了成本,于是既具有弹力特性又具有密封形状的结构问世,使用中压加工技术可以用1张就达到气体密封效果。现在许多汽车上,都使用这种金属气体密封垫。密封垫使用的钢种为SUS310S(25Cr-20Ni),SUS301L(17Cr-7Ni-LC),其板厚为0.2-0.25mm。
 
从石棉到不锈钢不锈钢化重点:
(1)耐热性;
(2)高温强度(因薄壁化而达到轻量化);
(3)耐腐蚀性。

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