汽车排气管组件中的不锈钢管应用
汽车的排气系统组成部件主要包括排气歧管、前管、挠性管、催化转化器、中心管、主消音器和尾管。其中每个部件的使用温度、环境也都不相同,所以也会采用不同材质的不锈钢及管其它材料。
比如在靠近发动机的高温部位,对排气部件材料的要求是要较好的耐高温强度、耐热疲劳、高温抗氧化性能和耐腐蚀性能,而在离发动机较远的部位,就要求材料拥有耐尾气凝结腐蚀的能力。另外对暴露在车体后方的不锈钢尾管,除需耐腐蚀之外,还要求表面美观。
其中排气歧管的作用是将从发动机各气缸中排出的废气排向排气管。因为排气歧管直接安装在发动机上,且尾气温度会高达900℃左右,所以要求所用材料一定拥有较好的抗氧化性、高温强度、热疲劳性能,另外因为排气歧管的形状复杂,采用的材料要有较好的成形性。
根据生产方法能把不锈钢排气歧管分成两种,一种是用不锈钢板冲压后焊接加工制成,另一种是将不锈钢管弯曲再焊接装配而成。后者还包括套管制造的。
可以用来生产排气歧管的不锈钢包括奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢两种。奥氏体不锈钢的高温强度较好,但因为氧化铁皮很容易剥落,所以抗氧化性能比不上铁素体不锈钢。用作排气歧管的奥氏体不锈钢包括304、XM15J1等。而尽管铁素体不锈钢抗氧化性更好,但高温强度却弱于奥氏体不锈钢。不过因为铁素体不锈钢的热收缩系数小,所以在热疲劳特性方面要好于奥氏体不锈钢。用作排气歧管的铁素体不锈钢包括409L、430J1L等。
前管处于排气歧管与挠性管之间。为保证下游催化转化器的催化活性,一定要尽量减少前管的热辐射,防止尾气温度降低。此外,前管也一定要具有减少噪音的效果。所以,前管正从传统的单层管结构转向薄壁套管结构。前管应用的材料有409L、436L和430J1L等铁素体不锈钢。当使用套管结构的时候,内管也会采用奥氏体不锈钢。以后成本低低且抗氧化性和热疲劳性能较好的铁素体不锈钢会大量用作前管主要材料。此外为应对尾气温度升高和管壁减薄的趋势,还会采用高温性能更好的钢种,比如429不锈钢。
挠性管处于排气歧管与催化剂转换器之间,主要是为防止发动机的振动传到排气系统的其他部件。挠性管是用波纹套管和包裹套管的不锈钢丝网编织带构成。挠性管的制作材料要拥有较好的高温抗疲劳性能,并且因为要做成波纹状,所以材料一定要拥有较好的加工性能。另外,在冰冷地域会有为防止道路结冰而使用的化雪盐,所以也要求挠性管的外侧能够耐高温盐腐蚀。现在挠性管采用的材料主要是304,但是考虑到在冰冷地域要求管外侧可耐高温盐腐蚀,所以可使用性能更高的XM15J1,这一钢种加入了硅并提高了镍含量。
为降低汽车尾气对空气的污染,还要安装叫做催化转化器的尾气净化系统。其能把尾气中的一氧化碳和碳氢化合物类污染物转化成二氧化碳和水,把氮氧化合物类污染物转化成氮和氧。转化器由催化剂、辅助催化剂、封固涂层和催化剂载体等组成。
因为催化转化器紧挨排气歧管并位于底盘下面,所以一定要能承受住高温和振动等严苛环境的腐蚀。有关催化剂载体,除采用陶瓷载体外,还采用铁素体不锈钢箔制造的金属载体。运用铁素体不锈钢箔的缘由是因为其的热冲击性能好且热容量小。金属催化剂载体由采用不锈钢箔制造的蜂窝状芯轴和采用不锈钢板制造的外壳结构。蜂窝状芯轴是经过把扁平箔材和波纹状箔材卷绕并把它们用钎焊、焊接等之类的办法接合起来而制成。外壳一定要拥有良好的高温强度、耐高温盐腐蚀性能和加工性。
催化转化器的外壳主要采用430不锈钢,但为应对尾气温度的进步,现在曾经开端运用高温性能更好的铁素体不锈钢,如430J1L和429系等。
中心管衔接催化剂转化器与主消音器。有的车型在中心管还安装副消音器。这个地方尾气温度相对较低,所以对中心管的高温性能要求不是很高,不过对其耐蚀性的请求却很高。内外表耐蚀性主要针对尾气中冷凝水引起的腐蚀,而表面则要抗融雪盐导致的盐腐蚀。传统上中心管是用镀铝碳钢板制造的,但作为抵抗内表面腐蚀的措施,不锈钢的应用快速增加。中心管运用的不锈钢有410、409L和430。
主消音器的作用是吸收和降低排出尾气时的噪音,是由外壳、内板、内管、端面板等部件组成。当汽车在长时间行驶过程中,因为尾气的加热作用,主消音器高温度可达400℃左右,这种时候水分不会在其中凝结。但当汽车短时间行驶时,主消音器的温度并不升高,水分会在其中凝结。冷凝水中含有NH+4、CO23,SO24、Cl-和有机酸等物质,在发动机的启动和中止重复停止时,这些物质就会逐步浓缩。冷凝液的呈现使得消音器内部构成了一个腐蚀性很强的湿润环境。此外,消音器的表面还会暴露在融雪盐的腐蚀环境中。
现在主消音器用材主要是436L,但436J1L的用量正在增加,因为这一不锈钢种降低钼的添加量从而降低成本。
尾管处于主消音器后面,是尾气的终出口,并且是肉眼可见的部件。所以尾管不但要耐腐蚀,还要美观。因为尾管部位的尾气温度曾经很低,所以使用镀铝钢板便足够了。但有时为美观,也会使用高铁素体不锈钢如409L、430和436和奥氏体不锈钢304。当对外观有特别要求时,也使用镀铬或热浸镀铝的主要钢种,而YUS731可耐高温盐腐蚀。
汽车业是不锈钢的用量大户,汽车使用部件主要为排气系统及各装饰部件,主要使用400系不锈钢,代表钢种有409L、436L、430等。
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