Toepassing van roestvrij staal in auto-uitlaatsysteem
Roestvrij staal wordt al heel lang gebruikt in de automobielindustrie en de meest gebruikte zijn voornamelijk decoratieve materialen, een daarvan is decoratieve materialen, voornamelijk roestvrijstalen handgrepen, decoratieve strips, pedalen, enz.; de andere is uitlaatsystemen, die voornamelijk worden toegepast op corrosieweerstand van roestvrij staal, weerstandsprestaties op hoge temperatuur. Onder hen is het roestvrijstalen verbruik van het uitlaatsysteem verantwoordelijk voor de overgrote meerderheid.
Volgens de laatste statistieken die op 11 januari door de China Association of Automobile Manufacturers zijn vrijgegeven, bedroeg de autoproductie en -verkoop in mijn land in 2009 respectievelijk 13.791 miljoen en 13.644 miljoen, een stijging van 48% en 46% op jaarbasis. Als een auto gemiddeld 30 kg roestvrij staal gebruikt om te berekenen, verbruikte de auto-industrie in 2009 413,700 ton roestvrij staal. Dit artikel introduceert voornamelijk de toepassing en ontwikkeling van roestvrij staal in uitlaatsystemen van auto's.
Het uitlaatsysteem van een auto bestaat uit 7 componenten, namelijk het uitlaatspruitstuk, de voorpijp, de flexibele pijp, de katalysator, de middenpijp, de hoofddemper en de uitlaat in volgorde van afstand tot de motor. Sommige modellen zijn ook uitgerust met meerdere katalysatoren en hulpgeluiddempers.
De gebruikstemperatuur en gebruiksomgeving van elk onderdeel van het uitlaatsysteem is anders. Gezien de fabricagekosten zullen verschillende materialen van roestvrij staal en andere materialen worden gebruikt. Bijvoorbeeld, in het hoge-temperatuurgedeelte (hot end) dichtbij de motor, zijn de belangrijkste kenmerken die nodig zijn voor de componentmaterialen: hoge temperatuursterkte, thermische vermoeidheidseigenschappen, hoge temperatuur oxidatieweerstand en zoutcorrosieweerstand; terwijl in het deel ver weg van de motor (koude einde),
Het materiaal moet bestand zijn tegen zout- en uitlaatgascondensatiecorrosie. Bovendien moet de uitlaatpijp die aan de achterkant van de carrosserie is blootgelegd, er niet alleen mooi uitzien, maar ook bestand zijn tegen corrosie. De functie vereiste prestaties en de gebruikte materialen voor elk onderdeel worden hieronder in detail beschreven.
Uitlaatspruitstuk
Het uitlaatspruitstuk is een onderdeel dat uitlaatgas opvangt dat uit elke cilinder van de motor komt en dit naar de uitlaatpijp afvoert. Omdat het uitlaatspruitstuk direct op de motor is geïnstalleerd en de uitlaatgastemperatuur zo hoog kan zijn als ongeveer 900 ° C, moeten de gebruikte materialen uitstekende oxidatieweerstand, hoge temperatuursterkte en thermische vermoeidheidseigenschappen hebben; bovendien, vanwege de complexe vorm van het uitlaatspruitstuk, moet het gebruikte materiaal ook uitstekend vervormbaar zijn.
Volgens de fabricagemethode kunnen roestvrijstalen uitlaatspruitstukken worden onderverdeeld in twee categorieën: de ene wordt gevormd door het stempelen en lassen van stalen platen; de andere wordt gevormd door het buigen en lassen van stalen buizen. Dit laatste omvat ook de structuur van de behuizing.
Er zijn twee soorten roestvrij staal die worden gebruikt als uitlaatspruitstukken, austenitisch roestvrij staal en ferritisch roestvrij staal. Austenitisch roestvrij staal heeft een uitstekende sterkte bij hoge temperaturen, maar omdat de oxidehuid gemakkelijk af te pellen is, is de oxidatieweerstand niet zo goed als ferritisch roestvrij staal. Het austenitische roestvrij staal dat voor uitlaatspruitstukken wordt gebruikt, omvat SUS304 (18Cr-8Ni), SUSXM15J1 (18Cr-13Ni-4Si), enzovoort. Aan de andere kant, hoewel ferritisch roestvrij staal een goede oxidatieweerstand heeft, is de sterkte bij hoge temperaturen niet zo goed als austenitisch roestvrij staal.
Vanwege de kleine thermische uitzettingscoëfficiënt van ferritisch roestvrij staal is het echter superieur aan austenitisch roestvrij staal in termen van thermische vermoeiingseigenschappen. Het ferritische roestvrij staal dat in uitlaatspruitstukken wordt gebruikt, omvat SUH409L (11Cr-Ti-LC), SUS430J1L (18Cr-0.5Cu-Nb-LC, N), enz.
In de afgelopen jaren is de uitlaatgastemperatuur gestegen tot ongeveer 950°C, aangezien de uitlaatgasemissieregelgeving steeds strenger is geworden. Op dit moment kan roestvrij staal uit de SUS444 (19Cr-2Mo)-serie worden gebruikt. Daarnaast wordt, om de kosten te verlagen, ook SUS429 (15Cr) roestvast staal met een lager cr-gehalte gebruikt. Bij een uitlaatspruitstuk met een hulsstructuur is de binnenbuis meestal gemaakt van austenitisch roestvrij staal en de buitenbuis van ferritisch roestvrij staal.
Voorste buis
De voorste buis bevindt zich tussen het uitlaatspruitstuk en de flexibele buis. Om de katalytische activiteit van de stroomafwaartse katalysator te waarborgen, moet de warmtestraling van de voorste pijp worden geminimaliseerd om te voorkomen dat de uitlaatgastemperatuur daalt. Daarnaast moet de voorpijp ook geluiddempend werken. Om deze redenen verschuift de voorbuis van de traditionele enkellaagse buisstructuur naar de dunwandige omhulselstructuur. De gebruikte materialen voor de voorbuis zijn ferritisch roestvrij staal zoals SHU409L, SUS436L (17Cr-1Mo-LC, N) en SUS430J1L.
Wanneer de behuizingsstructuur wordt aangenomen, wordt soms austenitisch roestvrij staal gebruikt voor de binnenbuis. In de toekomst zal goedkoop ferritisch roestvrij staal met uitstekende oxidatieweerstand en thermische vermoeiingseigenschappen zijn status als het belangrijkste materiaal van de voorbuis blijven behouden. Om het hoofd te bieden aan de trend van stijgende uitlaatgastemperatuur en dunner worden van de buiswand, zal bovendien staal worden gebruikt met betere prestaties bij hoge temperaturen, zoals roestvrij staal van SUS429-kwaliteit.
Flexibele buis
De flexibele buis bevindt zich tussen het uitlaatspruitstuk en de katalysator, voornamelijk om te voorkomen dat de trillingen van de motor worden doorgegeven aan andere delen van het uitlaatsysteem. De flexibele buis is samengesteld uit een gegolfde huls en een roestvrijstalen gaasvlechtwerk dat de huls omhult. Het materiaal van de flexibele buis moet goede vermoeiingseigenschappen bij hoge temperaturen hebben, en omdat het in een gegolfde vorm is gemaakt, moet het materiaal tegelijkertijd goed verwerkbaar zijn. Bovendien wordt sneeuwsmeltzout gebruikt om bevriezing van de weg in koude gebieden te voorkomen, dus de buitenkant van de flexibele buis moet bestand zijn tegen zoutcorrosie bij hoge temperaturen.
Momenteel is het materiaal dat voor flexibele buizen wordt gebruikt voornamelijk SUS304. Aangezien de buitenkant van de pijp echter bestand moet zijn tegen zoutcorrosie bij hoge temperaturen in koude gebieden, wordt ook SUSXM15J1 met hogere prestaties gebruikt. Deze staalsoort is toegevoegd met Si en verhoogde het gehalte aan Ni. . Onlangs is ook begonnen met het gebruik van SUS316L (18Cr-12Ni-2.5Mo-LC), dat zuiniger is dan SUSXM15J1 en beter bestand is tegen interkristallijne corrosie dan SUS304.
Katalysator (katalysatordrager en schaal)
Om de vervuiling van uitlaatgassen van auto's naar de lucht te verminderen, is het noodzakelijk om een uitlaatgaszuiveringssysteem te installeren dat een "katalysator" wordt genoemd. Het kan koolmonoxide en koolwaterstofverontreinigende stoffen in uitlaatgas omzetten in koolstofdioxide en water, en stikstofoxide (NO) verontreinigende stoffen omzetten in stikstof en zuurstof. De converter is samengesteld uit een katalysator, hulpkatalysator, afdichtende coating en katalysatordrager.
Aangezien de katalysator zich dicht bij het uitlaatspruitstuk en onder het chassis bevindt, moet deze bestand zijn tegen de zware gebruiksomstandigheden, zoals hoge temperaturen en trillingen. Voor de katalysatordrager werd naast de cordieriet-keramische drager ook een metalen drager van ferritische roestvaststalen folie gebruikt. De reden voor het gebruik van ferritische roestvrijstalen folie is de goede thermische schokprestaties en de kleine warmtecapaciteit.
De metalen katalysatordrager is samengesteld uit een honingraatdoorn van roestvrij staalfolie en een omhulsel van roestvrij staalplaat. De honingraatdoorn wordt gemaakt door platte folie en gegolfde folie op te winden en ze samen te voegen door hardsolderen, lassen of iets dergelijks. De schaal moet een goede sterkte bij hoge temperatuur, weerstand tegen zoutcorrosie op hoge temperatuur en verwerkbaarheid hebben.
Omdat de folie een uitstekende oxidatieweerstand moet hebben, wordt Fe-Cr-Al ferritisch roestvast staal, zoals Fe-20Cr-5A1 legering, gebruikt. Om de hechting van de oxidefilm te verbeteren, hebben sommige staalsoorten ook een klein aantal zeldzame aardelementen (REM) toegevoegd, zoals Hf, Sc, Y en Ce. De ontwikkelingstrend is om de oxidatieweerstand van roestvrijstalen folie verder te verbeteren.
De behuizing van de katalysator maakt voornamelijk gebruik van SUS430 (17Cr) roestvrij staal, maar om de stijging van de uitlaatgastemperatuur op te vangen, is ferritisch roestvrij staal gebruikt met betere prestaties bij hoge temperaturen, zoals de SUS430J1L- en SUS429-serie.
Centrale buis
De centrale pijp verbindt de katalysator en de hoofddemper. Sommige modellen hebben ook een secundaire geluiddemper in de middenbuis. De uitlaatgastemperatuur op deze locatie is relatief laag, dus de prestaties bij hoge temperaturen van de middenbuis zijn niet erg hoog, maar de vereisten voor de corrosieweerstand zijn erg hoog. De corrosieweerstand van het binnenoppervlak is voornamelijk voor de corrosie veroorzaakt door het gecondenseerde water in het uitlaatgas, terwijl het buitenoppervlak weerstand moet bieden aan de zoutcorrosie veroorzaakt door het sneeuwsmeltende zout.
Traditioneel is de middenbuis gemaakt van gealuminiseerde koolstofstaalplaat, maar als een maatregel om corrosie aan de binnen- en buitenoppervlakken tegen te gaan, neemt de toepassing van roestvrij staal snel toe. Het roestvrij staal dat voor de middenbuis wordt gebruikt, is SUS410 (13Cr), SUH409L en SUS430.
Hoofddemper
De functie van de hoofddemper is om het geluid te absorberen en te verminderen bij het afzuigen van uitlaatgassen. Het is samengesteld uit een schaal, binnenpaneel, binnenband, eindpaneel en andere onderdelen. Wanneer de auto over een lange afstand rijdt, kan de maximale temperatuur van de hoofddemper vanwege het verwarmingseffect van het uitlaatgas ongeveer 400 ℃ bereiken, zodat er op dit moment geen vocht in kan condenseren.
Maar wanneer de auto een korte afstand rijdt, stijgt de temperatuur van de hoofddemper niet, waardoor er vocht in condenseert. Gecondenseerd water bevat NH+4, CO23, SO24, Cl- en organische zuren. Wanneer de motor herhaaldelijk wordt gestart en gestopt, worden deze stoffen geleidelijk geconcentreerd. Het uiterlijk van condensaat creëert een zeer corrosieve en vochtige omgeving in de geluiddemper. Aan de andere kant wordt het buitenoppervlak van de geluiddemper blootgesteld aan de corrosieve omgeving van sneeuwsmeltend zout.
Op dit moment is het belangrijkste uitlaatmateriaal voornamelijk SUS436L, maar het gebruik van SUS436J1L (17Cr-0.5Mo) neemt toe omdat de staalkwaliteit de hoeveelheid toegevoegde Mo vermindert en dus de kosten verlaagt. Gezien het mooie uiterlijk en de goede corrosiebestendigheid van gealuminiseerde RVS plaat wordt het soms gebruikt voor behuizingen en eindpanelen.
tailpipe
De uitlaat bevindt zich achter de hoofddemper en is de laatste uitlaat van het uitlaatgas. Het is ook een zichtbaar onderdeel. Daarom moet de uitlaat niet alleen corrosiebestendig zijn, maar ook mooi. Omdat de uitlaatgastemperatuur bij de uitlaat al erg laag is, is het voldoende om een gealuminiseerde staalplaat te gebruiken. Maar soms voor esthetiek, zeer zuiver ferritisch roestvrij staal zoals SUS409L, SUS430, en SUS436 en austenitisch roestvrij staal SUS304 worden ook gebruikt. Wanneer er speciale vereisten zijn voor het uiterlijk, worden ook de belangrijkste staalsoorten dan verchromen of thermisch verzinken aluminium gebruikt, en YUS731 is bestand tegen zoutcorrosie bij hoge temperaturen.
De auto-industrie is een grootverbruiker van roestvast staal. De toepassingsonderdelen zijn voornamelijk uitlaatsystemen en verschillende decoratieve onderdelen. Het roestvast staal uit de 400-serie wordt voornamelijk gebruikt en de representatieve staalsoorten zijn 409L, 436L, 430, enz.
De auto-industrie is een pijler geworden voor de consumptie van roestvrij staal. Gezien het feit dat de Chinese auto-industrie zich nog steeds in een snelle ontwikkelingsfase bevindt, is de rol van roestvrij staal in de automobielindustrie nog volop in ontwikkeling. Roestvrij staal heeft uitstekende prestaties, milieubescherming en recyclebare eigenschappen. Ik geloof dat de auto-industrie, met name de toepassing van roestvrij staal in uitlaatsystemen voor auto's, de komende jaren een grotere groei zal kennen in termen van kwantiteit en staalvariëteiten.