宝钢不锈钢产线于2004年4月投产, 2005年开始进行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，经过近几年的国产化工作, 目前宝钢已经开发了包括SUH409L、B409M、B432L、B429、B436L、B439M、B441、B444M2、B443NT等在内的目前市场应用的铁素体不锈钢和常规的SUS304奥氏体不锈钢, 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。
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, 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中低温端(中管、消音器、尾管)和高温端(前管、歧管)。
汽车排气系统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750℃～900℃, 局部可能达到950℃, 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，但随着排放等级提高、发动机性能提高和排气温度上升, 以及由于对减轻零部件重量的需要, 特别是为了改善三元催化装置以快速提高催化效率, 现在主要使用铁素体不锈钢岐管。
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高, 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。铁素体系不锈钢的抗氧化性好, 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。目前通过合金化技术, 特别是通过添加Mo和Nb等合金, 可以显著增强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。
经过检测，宝钢生产的高温端用铁素体不锈钢产品的高温性能和常温力学较进口产品相当或略高, 完全满足高温端零部件使用要求。
高温端用铁素体不锈钢钢种和性能
目前用于高温端的铁素体不锈钢主要有429、441、434和444, 其中日系车主要使用429和444, 欧美系主要使用441。针对上述产品,满足国产汽车要求的B429、B441和B444M2这3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和B444M2的含Mo量分别为0.5%和2.0%, 主要针对沿海气候和下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。
针对高温端使用环境, 合金设计中主要关注微合金元素, 包括Nb、Ti、Mo等。添加Nb主要是为了增强不锈钢的高温强度, 但Nb在高温使用过程中会通过形成Fe2Nb等析出, 导致高温稳定性降低。研究表明, 通过复合添加Nb和Ti，可阻止MC碳化物的粗化, 有效降低Nb在高温环境中的析出, 提高高温稳定性，改善高温使用性能。加Mo主要是提高高温抗氧化性和抗高温盐蚀性能。通过合理的设计和全流程加工控制, 特别是对冷退组织的控制, 宝钢采用先进的激光焊接工艺生产的B429不锈钢焊管内高压成形高温端用管, 局部扩管率达到110% 。省去热处理的不锈钢焊管各项性能指标均达到甚至优于进口同类焊管的性能要求。
汽车排气系统中低温端用铁素体不锈钢性能要求
汽车排气系统的中低温端主要指中管和消音器及尾管, 使用环境温度为600℃～100℃。汽车发动一段时间后, 尾气中的水分在消音器部位冷却凝结产生冷凝液, 其中普遍含有NH4+、Cl-等腐蚀性离子。这些腐蚀性离子将对排气系统冷端部件(消声器和尾管)产生均匀腐蚀和点蚀等, 导致零部件失效, 即为冷凝液腐蚀。目前使用的主要钢种为SUH409L、SUS439L和SUS436L等。其中SUH409L为低铬经济型不锈钢, 主要用于低端车型；SUS439L是针对SUH409L开发的性能改善型不锈钢, 由于添加了更多的Cr(18%)，改善了焊缝的抗腐蚀性能特别是抗晶间腐蚀和抗冷凝液腐蚀性能。添加Cr和Mo能有效地抑制不锈钢在冷凝液中发生局部腐蚀如点蚀等腐蚀失效, 通过优化Cr和Mo的添加量而开发的SUS436L(18Cr-1.2Mo-Ti)不锈钢, 在改善抗冷凝液腐蚀性能的同时还可以提高抗高温盐蚀和沿海地域的氯离子腐蚀能力。
焊缝晶间腐蚀也是汽车排气系统零部件的主要失效方式之一, 主要发生在管件和不同零部件结合等的焊接部位。低铬的铁素体不锈钢由于其基体的铬含量较低(11%～12%) , 冶炼时不锈钢的碳含量不能达到足够低的程度, 这些焊接部位在冷凝液作用下就会发生焊缝的晶间腐蚀行为,导致零部件失效。
低温端的消音器一般须通过冲压成形加工, 因此成形性也是低温端材料的主要性能要求之一。
中低温端用铁素体不锈钢钢种和性能
汽车排气系统中低温端零部件用不锈钢主要有SUH409L、SUS436L、 SUS439L等钢种。SUH409L由于铬含量较低(11%～12%)，很难满足国产油品的冷凝液腐蚀特别是焊缝的晶间腐蚀要求, 为此宝钢开发了SUH409L的改进型产品B409M。B409M在SUH409L基础上采用Nb、Ti双稳定化处理,可以有效改善焊缝的抗晶间腐蚀性能, 性能优于同级别的SUH409L。
针对SUS439L, 相应开发了双稳定的B439M, 进一步提高其耐冷凝液腐蚀性能。为了进一步延长使用寿命, 改善冷凝液腐蚀性能特别是点腐蚀性能, 宝钢开发了含Mo、中铬、Ti稳定化B436L铁素体不锈钢。针对国内不同汽车主机厂需求, 宝钢可以提供不同使用要求的产品。宝钢产品抗冷凝液腐蚀性能均达到了进口产品的水平。
已经完成了涵盖高温和中低温部位,涉及低铬和中铬铁素体不锈钢钢种的全系列开发, 相关钢种在国内的汽车主机厂主要车型中得到稳定批量推广应用。宝钢B429、B441、B444M2等排气歧管用铁素体不锈钢通过双稳定处理, 改善了高温性能，相关使用性能达到了进口同等水平。宝钢开发的Nb-Ti双稳定B409M低铬铁素体不锈钢耐晶间腐蚀性能明显优于同类产品, 中铬铁素体不锈钢B439M和B436L等耐腐蚀性能达到进口产品同类水平, 满足汽车零部件使用性能要求。
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