汽车排气系统用不锈钢及焊管制造技术

2011年第5期櫬櫬櫬櫬毬汽车用管櫬毬

櫬毬

世界钢铁·1·

1

汽车排气系统的组成及性能要求1．1汽车排气系统用不锈钢材料

在汽车高性能化、轻量化的过程中，为适应汽车尾气排放标准的严格要求，从20世纪后期开始在汽车排气系统中使用不锈钢。美国于60年代已经开始将铁铬钛不锈钢用于排气系统。日本也在70年代对排气标准做了规定，使汽车制造商在汽车排气系统中增加三元催化装置以净化尾气排放。在80年代末期，日本政府还对汽车排气系统的使用寿命作出了规定，从而加快了铁素体不锈钢的推

［1］

广应用。目前，在欧洲、美国及日本的汽车中，汽车排气系统已经100%使用不锈钢，特别是近年来，为适应排气温度的不断升高，使用能耐高温、耐腐

櫬櫬櫬櫬毬

汽车排气系统用不锈钢及焊管制造技术

鑫，王宝森

（宝山钢铁股份有限公司，上海200431）

摘要：铁素体不锈钢具有良好的耐氧化性、低的热膨胀系数、高的抗腐蚀性能以及更为经济的成本，使得铁素体不锈钢更多地用于汽车排气系统零部件。欧美及日本汽车全部使用不锈钢材料特别是铁素体不锈钢用于排气系统零部件制造以满足汽车轻量化及严格的尾气排放要求。其中，汽车排气系统中60%以上零件为管件。介绍了汽车排气系统的构成、常用不锈钢品种及各部件的性能要求，并阐述了汽车用不锈钢焊管的主要焊接加工方式。

关键词：汽车排气系统；不锈钢；焊管；焊接doi：10．3969/j．issn．1672－9587．2011．05．001

毕洪运，王治宇，李

Stainlesssteelsforautomotiveexhaustsystemandpipeswelding

BIHongyun，WANGZhiyu，LIXin，WANGBaosen（BaoshanIron＆SteelCo．，Ltd．，Shanghai200431，China）

Abstract：Theferriticstainlesssteelischaracterizedwiththebetteroxidation-resistingquality，lower

corrosionandmoreover，dramaticallydecreasedcostinheatexpansioncoefficient，higheranti-economy，resultinginalargeamountofferriticstainlesssteeltobeusedmoreandmoreasthe

componentsofautomotiveexhaust．Allofthecomponentsinexhaustsystemofautomotivearemadeofthestainlesssteel，especiallytheferriticstainlesssteelinEurope，theUnitedStatesandJapansoastosatisfythedemandforless-weightofautomotiveandstringentemissionofexhaustgas．Inexhaust

system，morethan60%ofcomponentsareconsistedofpipes．Inthispaper，thecompositionofautomotiveexhaustsystem，normalgradesofusedstainlesssteelsandpropertyrequirementsofvariouspartsareintroduced，aswellasthemainweldingprocessesofweldedstainlesssteelpipeusedinautomotive．

Keywords：automotiveexhaustsystem；stainlesssteel；welded-pipe；welding

蚀的不锈钢代替铸件和镀铝钢管已得到了汽车制

日本、美国、欧洲等广泛采造商的广泛应用。早期，

用了不锈钢制作汽车排气系统，主要材料为304不

锈钢。20世纪90年代开始，随着不锈钢冶炼技术的进步，特别是EAF+AOD+VOD三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

－6

锈钢中的C+N含量已经可以控制在200×10以内，大大改善了铁素体不锈钢的加工成形性和耐腐蚀性能，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

［2］

的应用得到进一步提高。

近年来，我国汽车工业得到快速发展。2005

2010年我国汽车产销已年产销超过550万辆后，

·2·

经达到1800万辆，已经连续2年汽车产销量成

［3］

年均增长率超过了20%。409L为世界首位，

作为汽车排气系统用主要钢种，已大量在汽车上

［4］

应用。随着排放等级的提高及零部件使用寿中铬铁素体不锈钢应用不断扩大。主命的提升，

要的中铬铁素体不锈钢包括用于热端的SUS429，SUS441，SUS444等，用于中低温端的SUS432L，SUS436L及SUS439等。根据车型的不同，使用的不锈钢量不同，综合来说，每辆车排气系统用不锈钢约15kg，按照2010年产量1800万辆，乘用2010年排气系统用不锈钢车约1500万辆预计，年需求量约22万t，不锈钢在我国汽车工业的应用前景非常诱人。

1．2汽车排气系统主要组成及性能要求由排汽车排气系统从靠近发动机一侧开始，

前管、柔性管、催化转换器、中管、消音器气岐管、

和尾管等构成。根据车形的不同，有的还安装数

个催化转换器及副消声器等，如图1所示。汽车排气系统用不锈钢因其所处位置不同，对材料的性能要求各不相同。处于高温端的岐管和前管，因为零部件直接与发动机相连接，因此对高温性能，如高温疲劳、热疲劳、高温氧化等性能要求较

表1

组件标号组件名称服役温度/℃

①排气歧管950～750较高的高温强度性能要求

良好的抗氧化性和耐热疲劳性能良好的成形性

②前管

2011年第5期

岐管因其成形复杂，对材料的加工成形高。同时，

［5，6］

。汽车排气系统中的性能也提出了较高要求

催化转换器承担着三元催化作用，其有效的催化

因此用于催化转作用发生环境温度超过1000℃，

换器外壳的材料同样要求其具有良好的耐高温氧

化作用。同时，因催化转换器所处位置易于与外界接触，特别是处于沿海和融雪地域使用的汽车，其催化转换器外壳还易于受到高温盐蚀的腐蚀作用，材料耐高温盐蚀性能显得尤为重要。中管用于连接前管和消音器，其使用温度在600℃左右，主要失效也是高温盐损。消音器是排气系统主要组成部分，其材料失效主要是冷凝液的腐蚀失［7］

效。汽车排气系统各组件工作时的服役温度和对性能的要求表1所示

［8］

。

图1汽车排气系统结构示意图

汽车排气系统组件及其主要材料

③柔性管800～600

④催化转换器外壳

载体1000～1200

较高的高温强

良好的抗高温

度，良好的高温

氧化性和抗热

耐盐蚀性能，良

冲击性能

好的成形性

SUH2120Cr-5Al陶瓷

SUH409L

SUH409L

⑤中管600～400好的耐盐蚀性能

⑥主消音器

⑦尾管

400～100

耐蚀性好（管内表面主要为冷凝液点蚀，管外表面为盐侵蚀）

良好的较高的高温强度，抗氧化性和耐热疲劳性

能，良好的成形性

主要材料

SUH409L，SUS430J1LSUS429，SUS444，SUSXM15J1

SUS304SUSX15J1

SUS409LSUS436J1L

SUH409L-AlSUS436SUS430J1LSUS436J1L

在排气系统零部件构成中，管件约占总重量

的60%以上，如岐管、前管、中管、消声器中的弯管及尾管等。这些管材是由冷轧板经过弯管成形及焊接获得不锈钢焊管，不锈钢焊管还要经过弯管成形、缩颈、扩管等冷加工及焊接等工艺过程，加工成不同形状的管件，因此，要求焊管具有良好的成形性能和焊接性能。针对占使用比例较高的不锈钢焊管，早期的焊接主要采用氩弧焊（TIG）焊接方式。随着高频焊接（HFW）及激光焊接

（LBW）工艺的广泛应用，在欧美及日本，汽车用不锈钢焊管已经完全采用了高效率的高频焊接及

激光焊接模式。在我国，受激光焊接及高频焊接对设备的投入大、焊接工艺要求高等因素制约，主 …… 此处隐藏：12250字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……