Выпускные системы для автомобилей из нержавеющей стали

Применение нержавеющей стали в выхлопной системе автомобилей

Нержавеющая сталь используется в автомобилестроении в течение долгого времени, и чаще всего используются в основном декоративные материалы, один из них — это декоративные материалы, в основном ручки из нержавеющей стали, декоративные полосы, педали и т.д .; другой — выхлопные системы, которые в основном применяются для коррозионной стойкости нержавеющей стали, высокотемпературной стойкости. Среди них подавляющее большинство из них расходуется на нержавеющую сталь в выхлопной системе.

Согласно последним статистическим данным, опубликованным Китайской ассоциацией автопроизводителей 11 января, производство и продажи автомобилей в моей стране в 2009 году составили 13.791 миллиона и 13.644 миллиона соответственно, что на 48% и 46% больше по сравнению с аналогичным периодом прошлого года. Если для расчета автомобиля используется в среднем 30 кг нержавеющей стали, то в 2009 году автомобильная промышленность потребила 413,700 XNUMX тонн нержавеющей стали. Эта статья в основном знакомит с применением и разработкой нержавеющей стали в выхлопных системах автомобилей.

Выхлопная система автомобиля состоит из 7 компонентов: выпускной коллектор, передняя труба, гибкая труба, каталитический нейтрализатор, центральная труба, основной глушитель и выхлопная труба в порядке удаления от двигателя. Некоторые модели также оснащены несколькими каталитическими нейтрализаторами и дополнительными глушителями.

Рабочая температура и среда использования каждого компонента выхлопной системы различаются. Учитывая стоимость изготовления, будут использоваться разные материалы из нержавеющей стали и других материалов. Например, в высокотемпературной части (хотэнде) рядом с двигателем основными характеристиками, необходимыми для материалов компонентов, являются высокотемпературная прочность, характеристики термической усталости, стойкость к высокотемпературному окислению и стойкость к солевой коррозии; находясь в удаленной от двигателя части (холодный конец),

Материал должен быть устойчивым к коррозии из-за солей и конденсации выхлопных газов. Кроме того, выхлопная труба, открытая в задней части кузова автомобиля, должна иметь красивый внешний вид в дополнение к коррозионной стойкости. Функция, требующая производительности, и материалы, используемые для каждого компонента, подробно описаны ниже.

Выхлопной коллектор

Выпускной коллектор представляет собой компонент, который собирает выхлопные газы, выходящие из каждого цилиндра двигателя, и выпускает их в выхлопную трубу. Поскольку выпускной коллектор установлен непосредственно на двигателе, а температура выхлопных газов может достигать примерно 900 °C, используемые материалы должны обладать отличной стойкостью к окислению, жаропрочностью и термоусталостью; кроме того, из-за сложной формы выпускного коллектора используемый материал также должен иметь отличную формуемость.

По способу изготовления выпускные коллекторы из нержавеющей стали можно разделить на две категории: одна формируется путем штамповки и сварки стальных пластин; другой формируется путем гибки и сварки стальных труб. Последний также включает в себя корпусную конструкцию.

В качестве выпускных коллекторов используются два типа нержавеющей стали: аустенитная нержавеющая сталь и ферритная нержавеющая сталь. Аустенитная нержавеющая сталь обладает превосходной жаропрочностью, но поскольку оксидная окалина легко отслаивается, ее стойкость к окислению не так хороша, как у ферритной нержавеющей стали. Аустенитная нержавеющая сталь, используемая для выпускных коллекторов, включает SUS304 (18Cr-8Ni), SUSXM15J1 (18Cr-13Ni-4Si) и так далее. С другой стороны, хотя ферритная нержавеющая сталь обладает хорошей стойкостью к окислению, ее жаропрочность не так хороша, как у аустенитной нержавеющей стали.

Однако из-за небольшого коэффициента теплового расширения ферритной нержавеющей стали она превосходит аустенитную нержавеющую сталь по характеристикам термической усталости. Ферритная нержавеющая сталь, используемая в выпускных коллекторах, включает SUH409L (11Cr-Ti-LC), SUS430J1L (18Cr-0.5Cu-Nb-LC, N) и т. Д.

В последние годы, когда нормы выбросов выхлопных газов становятся все более строгими, температура выхлопных газов также поднялась примерно до 950 ° C. В настоящее время можно использовать нержавеющую сталь серии SUS444 (19Cr-2Mo). Кроме того, для снижения затрат также используется нержавеющая сталь SUS429 (15Cr) с более низким содержанием Cr. В выпускном коллекторе с гильзой внутренняя труба обычно изготавливается из аустенитной нержавеющей стали, а внешняя труба — из ферритной нержавеющей стали.

Передняя труба

Передняя труба расположена между выпускным коллектором и гибкой трубкой. Чтобы обеспечить каталитическую активность расположенного ниже по потоку каталитического нейтрализатора, необходимо минимизировать тепловое излучение передней трубы, чтобы предотвратить снижение температуры выхлопных газов. Кроме того, передняя труба также должна снижать шум. По этим причинам передняя труба переходит от традиционной однослойной трубчатой ​​конструкции к тонкостенной конструкции кожуха. Материал, используемый для передней трубы, — ферритная нержавеющая сталь, такая как SHU409L, SUS436L (17Cr-1Mo-LC, N) и SUS430J1L.

При использовании конструкции корпуса для внутренней трубы иногда используется аустенитная нержавеющая сталь. В будущем недорогая ферритная нержавеющая сталь с превосходной стойкостью к окислению и термической усталостью продолжит сохранять свой статус основного материала передней трубы. Кроме того, чтобы справиться с тенденцией к повышению температуры выхлопных газов и утонению стенок труб, будут использоваться стали с лучшими высокотемпературными характеристиками, например нержавеющая сталь марки SUS429.

Гибкая труба

Гибкая труба расположена между выпускным коллектором и каталитическим нейтрализатором, главным образом для предотвращения передачи вибрации двигателя на другие части выхлопной системы. Гибкая трубка состоит из гофрированного рукава и оплетки из проволочной сетки из нержавеющей стали, которая охватывает рукав. Материал гибкой трубы должен иметь хорошие характеристики усталости при высоких температурах, и в то же время, поскольку он имеет гофрированную форму, материал должен иметь хорошую обрабатываемость. Кроме того, соль для таяния снега используется для предотвращения замерзания дорог в холодных районах, поэтому требуется, чтобы внешняя часть гибкой трубы имела стойкость к высокотемпературной солевой коррозии.

В настоящее время для изготовления гибких труб используется в основном SUS304. Однако, учитывая, что внешняя часть трубы должна быть устойчива к высокотемпературной солевой коррозии в холодных зонах, также используется SUSXM15J1 с более высокими характеристиками. В эту сталь добавлен Si и повышено содержание Ni. . В последнее время также начали использовать SUS316L (18Cr-12Ni-2.5Mo-LC), который более экономичен, чем SUSXM15J1 и имеет лучшую стойкость к межкристаллитной коррозии, чем SUS304.

Каталитический нейтрализатор (носитель и оболочка катализатора)

Чтобы уменьшить загрязнение воздуха выхлопными газами автомобилей, необходимо установить систему очистки выхлопных газов, называемую «каталитическим нейтрализатором». Он может преобразовывать окись углерода и углеводородные загрязнители в выхлопных газах в двуокись углерода и воду, а также преобразовывать загрязняющие вещества оксида азота (NO) в азот и кислород. Преобразователь состоит из катализатора, вспомогательного катализатора, герметизирующего покрытия и носителя катализатора.

Поскольку каталитический нейтрализатор расположен близко к выпускному коллектору и под шасси, он должен выдерживать суровые условия эксплуатации, такие как высокая температура и вибрация. В качестве носителя катализатора, помимо кордиеритового керамического носителя, также использовался металлический носитель из ферритной фольги из нержавеющей стали. Причиной использования фольги из ферритной нержавеющей стали являются ее хорошие характеристики термического удара и небольшая теплоемкость.

Металлический носитель катализатора состоит из сотовой оправки из фольги из нержавеющей стали и оболочки из пластины из нержавеющей стали. Ячеистая оправка изготавливается путем наматывания плоской фольги и гофрированной фольги и соединения их пайкой, сваркой и т.п. Оболочка должна иметь хорошую жаропрочность, стойкость к высокотемпературной солевой коррозии и технологичность.

Поскольку фольга должна иметь отличную стойкость к окислению, используется ферритная нержавеющая сталь Fe-Cr-Al, такая как сплав Fe-20Cr-5A1. Чтобы улучшить адгезию оксидной пленки, в некоторые марки стали также добавлено небольшое количество редкоземельных элементов (РЗЭ), таких как Hf, Sc, Y и Ce. Тенденция его развития заключается в дальнейшем улучшении стойкости к окислению фольги из нержавеющей стали.

В корпусе каталитического нейтрализатора в основном используется нержавеющая сталь SUS430 (17Cr), но для того, чтобы справиться с повышением температуры выхлопных газов, была использована ферритная нержавеющая сталь с лучшими высокотемпературными характеристиками, такая как серии SUS430J1L и SUS429.

Центральная труба

Центральная труба соединяет катализатор и главный глушитель. В некоторых моделях также установлен вторичный глушитель в центральной трубе. Температура выхлопных газов в этом месте относительно низкая, поэтому высокотемпературные характеристики центральной трубы не очень высоки, но требования к ее коррозионной стойкости очень высоки. Коррозионная стойкость внутренней поверхности в основном предназначена для коррозии, вызванной водяным конденсатом в выхлопных газах, в то время как внешняя поверхность должна противостоять солевой коррозии, вызванной солевым таянием снега.

Традиционно центральная труба изготавливается из алюминированной пластины из углеродистой стали, но в качестве меры защиты от коррозии на внутренней и внешней поверхностях быстро расширяется применение нержавеющей стали. Для центральной трубы используется нержавеющая сталь SUS410 (13Cr), SUH409L и SUS430.

Главный глушитель

Функция основного глушителя заключается в поглощении и уменьшении шума при выпуске выхлопных газов. Он состоит из корпуса, внутренней панели, внутренней трубы, торцевой панели и других частей. При движении автомобиля на дальние расстояния из-за греющего действия выхлопных газов максимальная температура основного глушителя может достигать около 400 ℃, поэтому в это время в нем не будет конденсироваться влага.

Но когда автомобиль едет на небольшое расстояние, температура главного глушителя не повышается, поэтому в нем будет конденсироваться влага. Конденсированная вода содержит NH + 4, CO23, SO24, Cl- и органические кислоты. Когда двигатель многократно запускается и останавливается, эти вещества постепенно концентрируются. Появление конденсата создает внутри глушителя очень агрессивную и влажную среду. С другой стороны, внешняя поверхность глушителя подвергается воздействию агрессивной среды тающей снега.

В настоящее время основным материалом глушителя является в основном SUS436L, но использование SUS436J1L (17Cr-0.5Mo) увеличивается, поскольку сорт стали снижает количество добавляемого Mo и, таким образом, снижает стоимость. Из-за красивого внешнего вида и хорошей коррозионной стойкости алюминированный лист из нержавеющей стали иногда используется для изготовления корпусов и торцевых панелей.

Выхлопная

Выхлопная труба расположена за главным глушителем и является конечным выпуском выхлопных газов. Это также видимая часть. Поэтому выхлопная труба должна быть не только устойчивой к коррозии, но и красивой. Поскольку температура выхлопных газов в выхлопной трубе уже очень низкая, достаточно использовать алюминизированный стальной лист. Но иногда для эстетики используются высокочистые ферритные нержавеющие стали, такие как SUS409L, SUS430, а также SUS436 и аустенитная нержавеющая сталь SUS304. Когда есть особые требования к внешнему виду, также используются основные марки стали, кроме хромирования или горячего алюминия, и ЮС731 может выдерживать высокотемпературную солевую коррозию.

Автомобильная промышленность — крупный потребитель нержавеющей стали. В основном он применяется в выхлопных системах и различных декоративных деталях. В основном используется нержавеющая сталь серии 400, а типичными типами стали являются 409L, 436L, 430 и т. Д.

Автомобильная промышленность стала опорой для потребления нержавеющей стали. Ввиду того, что автомобильная промышленность Китая все еще находится на стадии быстрого развития, роль нержавеющей стали в автомобилестроении все еще имеет большое развитие. Нержавеющая сталь обладает превосходными характеристиками, защищает окружающую среду и пригодна для вторичной переработки. Я считаю, что в следующие несколько лет автомобильная промышленность, особенно применение нержавеющей стали в автомобильных выхлопных системах, будет иметь больший рост с точки зрения количества и разновидностей стали.