汽车不锈钢设计手册（二）

1、不锈钢的主要应用范围

1.1排气系统用不锈钢

1.1.1高温下的耐蚀性

汽车排气管所处的环境本身十分复杂，因为它既有腐蚀而且温度还非常高，下面的讨论使我们了解不锈钢如何更好适应这种环境。

铬是使不锈钢具有耐腐蚀性能的主要合金元素，它和氧结合在表面形成一种薄的半透明的氧化铬保护膜。在温度不太高的氧化性气体下，膜可以起到保护作用，因为氧气通过膜的扩散非常慢（在实际温度极限内）。

同耐腐蚀性能一样，不锈钢的耐氧化性能也与铬含量成正比，在给定温度下，铬-铁合金铁的耐剥落性随着铬随着铬含量增加而提高，然而，在高温加腐蚀的情况下，表面这层膜的保护性能会显著地发生变化。

由于在汽车排气环境中涉及许多可能的变化：温度、腐蚀环境、合金成分、时间以及运行方式（连续运行与间断运行）等，详细讨论每个因素是做不到的，因此以下的信息只能作为材料选择的出发点，不能代替经验和作为使用标准。

1.1.2抗氧化性

在非波动温度（等温）情况下，不锈钢的抗氧化（耐剥落性）根据铬含量来决定。铬含量小于18%的不锈钢被限制在温度1500°F以下的环境中使用，这些含铬18%-20%的钢在1800°F的环境下是可以用的，而在温度高达2000°F时，至少需要铬含量在25%才能有足够的抗起鳞能力。

然而，汽车排气环境并不是等温的（常量），因为汽车典型的使用状态是周期性的。在加热和冷却的过程中，基金属和保护层（或铁鳞）之间的膨胀不同，引起裂缝和保护铁鳞的脱落，从而使氧化性介质浸蚀暴露的金属表面。

不锈钢的耐剥落性随着镍含量的提高而有所提高。镍可以减小基金属和氧化层之间的不同的膨胀，从而减少冷却过程中基金属和氧化界面上的应力。铁素体（纯铬）不锈钢也有相对降低热膨胀的附加效果，它有减少剥落的趋势。

排气系统的自然状态，无论是内部还是外部，都是这样一种可以形成附着力不强和抗氧化的铁鳞的环境。例如，通过实验可知302不锈钢的氧化性在2000°F（1093℃）的潮湿空气中形成了大量的微粒（形成铁鳞），而在干燥的空气中，可形成一层保护膜。

1.1.3汽车排气系统

在汽车排气环境中，使用不锈钢已经获得了很多的经验。相对于早期应用中，只有一种起主要支配地位的钢种，现在设计工程师在材料选择中有了更多的选择。他们可以在排气系列的一定范围内指定一些不锈钢种类。这就是为什么在开始的表中指定了几种不同类型的用于歧管、催化转换器、消音器和排气以尾气管的原因，而且对于一个给定的问题可有多种解决的方案。

下面讨论用于汽车排气环境中使用的不锈钢的评价。

409不锈钢，名义成分含铬10.5%和少量的钛，作为“消音器”钢种被开发。409不锈钢已经成功地广泛用于消音器、尾气管和催化转化器，不过作为催化转化器用在轻型卡车上，在高于小汽车的温度情况下工作时10.5%的含铬量是不够的。

为迅速解决问题，汽车制造厂选择使用了444型不锈钢，444型不锈钢名义成分含铬18%，2%钼加上钶（铌）。它是一种钼/铌稳定型铁素体不锈钢，在较高温度的卡车催化转化器中显示了良好的耐剥落性和蠕变性能。它进而发展成另外一种成分的铌稳定型18铬不锈钢（不含钼），被定义为18Cb。

另一种接近的钢是含铝的12Cr和18Cr不锈钢，增加了铝和铬的含量，使得比409型具有更好的耐剥落性。这两种合金被定义为12SR和18SR，它们一直被使用在卡车、消音器和排气管中（在转换器之前），然而，12SR和18SR也存在一些缺点，它们在焊接方面有些困难。

另一种在高浊排气管方面应用的比较好的材料是439型不锈钢，它是18Cr铁素体不锈钢，用钛作稳定剂，它有极好的耐剥落性和良好的加工性能。

430型不锈钢含有16%-18%铬，在高温下显示了还算好的抗剥落性，但是它不含稳定化合金元素，例如，铌或钛。因此它的加工性能不如稳定性钢种好，特别是焊接方面。

一些不锈钢加入稀土元素，不过这些在特殊方面的应用，例如用于催化器支承部分的0.0508-0.0762mm的箔。

在给定的排气环境中最终确定用哪种不锈钢时，材料分类专家需要同一个或更多的不锈钢生产者讨论问题。许多生产厂有应用工程师，他们几乎天天处理高温应用的问题，最了解材料的最新信息，他们了解材料在排气环境中工作状况的好坏。

表2 排气系统用不锈钢

其中:Al=AluminumCu=Copper Ni=NicklC=Carbon L=LowCarbosSR=商标名 Cb=Niobium(Columbium) Mo=MolybdenumTa=TantaiumCr=ChromiumN=Nitrogen Ti=TitaniumKsi=千磅/平方英寸(1000psi)

表3 排气系统部件用典型的不锈钢

本文引用地址：http://www.worldmetal.cn/steel/show-37526-1.html