轿 车 排 气 系 统 铁 素 体 不 锈 钢 国 产 化 探 讨 柏 建 仁 张 亚 松 邓 湘 一 汽 轿 车 股 份 有 限 公 司
一 不 锈 钢 是 排 气 系 统 用 钢 发 展 趋 势 二 排 气 系 统 用 不 锈 钢 性 能 及 钢 种 三 我 国 车 用 汽 油 概 况 四 消 声 器 腐 蚀 五 轿 车 排 气 系 统 用 铁 素 体 不 锈 钢 国 产 化 2
Automotive Exhaust System 400, 000 tons / year of ferritic stainless steels Are consumed in exhaust systems Exhaust manifold Cylinder head gasket Tail pipe Front pipe Engine Flexible pipe Catalytic converter Muffler Center pipe 3
CAFEstandards in terms CO2 emissions (ACEA) NOX, HC, CO&PMemissions CO2( g/km) 210 180 150 120 90 60 ACEA AVERAGE ACEA UECOMMITTEEAGREEMENT 140 1995 2000 2005 2010 YEAR Liters/ 100 km 120 GASOLINE 8 7 6 5 4 3 DIESEL 9 8 7 6 5 4 3 NOx & PMx10 (g/km) 1.00 0.75 0.50 0.25 1995 Euro 2 Emission Standards Euro 3 D G Euro 4 Euro 5? 2000 2005 2010 2015 Year 4
不 锈 钢 是 排 气 系 统 用 钢 发 展 趋 势 致 力 于 环 境 保 护, 自 20 世 纪 70 年 代 中 期, 汽 车 排 放 法 规 日 益 严 格 为 改 善 催 化 净 化 器 效 率, 不 断 地 提 高 发 动 机 排 气 温 度 排 气 系 统 的 排 气 歧 管 前 管 材 料 要 具 有 更 高 的 耐 热 性 为 提 高 燃 油 经 济 性, 减 轻 车 重, 也 将 排 气 歧 管 由 铸 铁 转 换 为 热 膨 胀 系 数 低 的 铁 素 体 不 锈 钢 提 高 消 声 器 耐 蚀 性, 延 长 用 户 保 证 时 间, 消 声 器 材 料 由 镀 铝 板 转 化 为 不 锈 钢 5
排 气 系 统 用 不 锈 钢 性 能 及 钢 种 排 气 系 统 热 端 零 件 具 有 良 好 的 热 疲 劳 高 温 疲 劳 抗 氧 化 性 能 冷 端 零 件, 如 消 声 器, 要 具 有 良 好 的 抗 废 气 冷 凝 液 腐 蚀 能 力 排 气 系 统 材 料 性 能 6
轿 车 排 气 系 统 应 用 不 锈 钢 的 情 况 Steel grades Ferritic Austenitic Exhaust manifold 441 304 (ext.), 308 Front pipe 409, 441 304, 321 Catalytic converter 409, 441 Center pipes 409, 430 Ti 304 Mufflers 409, 430 Ti, 434, 436 304, 308 Si 304 Tail pipe 409, 430 Ti 304 铁 素 体 不 锈 钢 比 奥 氏 体 不 锈 钢 有 更 优 良 的 高 温 性 能, 线 膨 胀 系 数 小, 导 热 系 数 大, 价 格 也 有 优 势 7
HOT END Cast Iron, T409, T439, 18Cr-Cb, Cr-Ni Austenitic T T409, AL409, T439 C-Steel, 409Ni T409, AL409, T439, 436S COLD END Cr-Ni Austenitic T409, AL409, T439, 436S, 304L T409, 18Cr-Cb AL-T1, T409, AL409 T409, T439, AL409 T409, AL409, T439 436S, 18Cr-Cb 排 气 系 统 中 应 用 的 铁 素 体 不 锈 钢 8
一汽轿车股份有限公司 2006 年 7月11日 我国轿车排气系统用铁素体不锈钢国产化问题 9
我 国 生 产 轿 车 排 气 系 统 用 不 锈 钢 : 奥 氏 体 不 锈 钢 主 要 是 304 309 321 等 铁 素 体 不 锈 钢 主 要 是 409 429 432 436 439 441 444 等 10
我 国 车 用 汽 油 概 况 汽 车 排 放 法 规 越 来 越 趋 于 全 球 化, 为 适 应 这 一 潮 流, 较 具 影 响 力 的 一 些 国 家 的 汽 车 组 织 联 合 制 定 了 WWFC( 世 界 燃 油 规 范 ) 世 界 燃 油 规 范 (WWFC) 是 兼 顾 汽 车 用 户 要 求 排 放 法 规 和 全 球 汽 车 技 术 一 体 化 的 推 荐 性 燃 油 标 准 该 规 范 将 车 用 汽 油 和 柴 油 各 分 为 4 个 等 级, 分 别 适 用 于 不 同 的 排 放 法 规 WWFC 在 欧 美 日 等 发 达 国 家 具 有 较 高 的 权 威 性, 欧 盟 美 国 日 本 等 国 家 依 据 WWFC, 分 别 制 定 了 推 出 低 硫 无 硫 汽 油 和 柴 油 的 时 间 表 (98/70/ 欧 盟 指 南 :2000.01.01 起, 汽 油 中 硫 含 量 为 150ppm;2005.01.01 起, 汽 油 中 硫 含 量 <50ppm;2011.01 之 前 完 成 向 无 硫 汽 油 转 换 ;2000.01.01 起, 柴 油 中 硫 含 量 为 <350ppm; 2005.01.01 起, 柴 油 中 硫 含 量 <50ppm;2011.01 之 前 完 成 向 无 硫 柴 油 转 换 美 国 :2006 年 起 全 国 范 围 内 汽 油 硫 含 量 小 于 80PPm; 加 州 汽 油 硫 含 量 小 于 30PPm;2004 年 起 加 州 柴 油 硫 含 量 小 于 15PPm 日 本 :2005 年 起 导 入 硫 含 量 10PPm 的 汽 油,2008 年 百 分 之 百 供 应 硫 含 量 10PPm 的 汽 油 ;2005 年 起 导 入 硫 含 量 10PPM 的 柴 油, 并 到 2007 年 起 全 部 供 应 硫 含 量 10PPM 的 柴 油 ) 11
世 界 燃 油 规 范 中 对 无 铅 汽 油 和 柴 油 的 分 类 : 1 类 : 用 于 对 排 放 污 染 控 制 没 有 要 求 或 要 求 极 少 的 地 区, 主 要 基 于 汽 车 发 动 机 的 基 本 性 能 2 类 : 用 于 对 排 放 控 制 和 其 它 方 面 有 严 格 要 求 的 地 区, 例 如 美 国 的 Tier0 或 Tier1, 欧 洲 Ⅰ 号 和 Ⅱ 号 法 规 或 相 当 的 标 准 3 类 : 用 于 对 排 放 控 制 和 其 它 方 面 有 超 前 要 求 的 地 区, 例 如 美 国 加 洲 LEV,ULEV 和 欧 洲 Ⅲ 号 Ⅳ 号 法 规 或 相 当 的 排 放 控 制 标 准 4 类 : 用 于 对 排 放 控 制 有 着 更 超 前 要 求 的 地 区, 它 使 汽 车 能 够 应 用 先 进 的 NOX 和 颗 粒 后 处 理 技 术, 例 如 必 须 达 到 美 国 加 洲 LEV-Ⅱ EPATier2, 欧 洲 4 号 法 规 的 地 区, 同 时 还 有 提 高 燃 油 效 率 的 规 定 或 相 当 的 排 放 标 准 12
我 国 的 汽 车 排 放 法 规 也 等 效 或 等 同 采 用 欧 洲 的 标 准, 并 逐 步 与 发 达 国 家 接 轨 我 国 将 在 2007 年 和 2010 年 分 别 实 施 国 Ⅲ 国 Ⅳ 机 动 车 排 放 标 准 北 京 拟 于 2008 年 提 前 执 行 国 Ⅳ 标 准 国 内 车 用 燃 油 标 准 和 实 际 质 量 应 尽 快 达 到 欧 Ⅲ 汽 油 和 柴 油 (EN228-99 EN590-99) 规 格 中 国 汽 车 技 术 研 究 中 心 研 究 报 告 指 出, 以 汽 油 含 硫 量 300ppm 为 基 准, 当 含 硫 量 为 200ppm, CO NOx 排 放 量 降 低 15 20%,HC 排 放 量 降 低 5 10%; 当 含 硫 量 为 100ppm,NOx CO HC 分 别 降 低 25.9% 29.7% 10.8% 建 议 实 施 国 家 第 三 阶 段 目 标, 汽 油 含 硫 量 应 低 于 150ppm; 实 施 第 四 阶 段 目 标, 含 硫 量 应 低 于 50ppm 13
商 品 汽 油 中 硫 含 量 硫 含 量 PPm 硫 含 量 ppm 1200 1200 1000 1000 800 800 600 硫 含 量 PPm 600 硫 含 量 ppm 400 400 200 200 0 0 20 40 60 80 0 0 20 40 60 80 100 2003 年 夏 季 90# 汽 油 中 硫 含 量 2003 年 末 ~2004 年 初 90# 汽 油 中 硫 含 量 14
硫 含 量 PPm 硫 含 量 ppm 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 20 40 60 硫 含 量 PPm 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 20 40 60 80 100 硫 含 量 ppm 2003 年 夏 季 93# 汽 油 中 硫 含 量 2003 年 末 ~2004 年 初 93# 汽 油 中 硫 含 量 15
硫 含 量 PPm 硫 含 量 ppm 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 10 20 30 40 硫 含 量 PPm 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 20 40 60 硫 含 量 ppm 2003 年 夏 季 97# 汽 油 中 硫 含 量 2003 年 末 ~2004 年 初 97# 汽 油 中 硫 含 量 油 品 的 硫 含 量 仍 然 很 高, 但 有 部 分 油 品 的 硫 含 量 很 低 16
我 国 及 日 本 汽 油 含 硫 量, 比 日 本 汽 油 高 很 多 我 国 ( 左 ) 及 日 本 ( 右 ) 汽 油 含 硫 量 17
消 声 器 腐 蚀 某 车 消 声 器 壳 体 内 壁 发 生 孔 蚀 ( 材 料 为 含 钛 409), 还 存 在 晶 间 腐 蚀 能 谱 分 析 腐 蚀 产 物 含 有 C O S 进 气 管 一 侧 消 声 器 壳 内 壁 宏 观 形 貌 排 气 管 一 侧 消 声 器 壳 内 壁 宏 观 形 貌 18
腐 蚀 区 成 分 孔 蚀 SEM 形 貌 像 ( 上 ) 晶 间 腐 蚀 SEM 形 貌 像 ( 下 ) 19
另 一 个 车 消 声 器 隔 板 孔 蚀 也 存 在 晶 间 腐 蚀 材 料 为 含 铌 或 含 钛 409 主 要 为 废 气 中 凝 聚 的 硫 酸 腐 蚀 而 同 样 的 零 件 在 日 本 使 用 未 发 生 孔 蚀 消 声 器 壳 体 为 436 铁 素 体 不 锈 钢, 未 产 生 孔 蚀 腐 蚀 产 物 + 晶 间 腐 蚀 形 貌 晶 内 区 域 腐 蚀 产 物 成 分 20
腐 蚀 产 物 日 本 21
409 比 436 铁 素 体 不 锈 钢 孔 蚀 电 位 低 几 种 不 锈 钢 孔 蚀 电 位 22
轿 车 排 气 系 统 铁 素 体 不 锈 钢 国 产 化 积 极 推 进 国 产 化 奥 氏 体 不 锈 钢 : 高 额 进 口 关 税, 已 完 全 在 国 内 采 购 铁 素 体 不 锈 钢 : 牌 号 少, 性 能 不 如 国 外 产 品 稳 定 等 原 因, 在 国 外 采 购 份 额 大 太 钢 已 生 产 Ti 单 稳 定 及 TiNb 双 稳 定 409, 正 在 开 发 436 与 441 铁 素 体 不 锈 钢 太 钢 中 信 微 合 金 化 技 术 中 心 一 汽 轿 车 大 连 华 克 等 单 位 组 成 项 目 组, 推 进 国 产 化 23
品 种 开 发 开 发 新 产 品, 形 成 系 列 : 含 铌 铁 素 体 不 锈 钢 是 开 发 重 点 409Ti 在 冷 端 应 用 有 严 重 的 晶 间 腐 蚀 现 象, 加 入 少 量 铌, 改 善 铁 素 体 不 锈 钢 耐 蚀 性 高 温 强 度 抗 氧 化 抗 蠕 变 性 能 及 深 冲 性 能 Nb-Cu 合 金 化, 不 锈 钢 表 面 质 量 好 耐 蚀 性 好 Nb-Mo 合 金 化, 不 锈 钢 耐 热 腐 蚀 性 好 抗 孔 蚀 性 好 高 温 强 度 高 抗 氧 化 性 好 热 疲 劳 性 好 性 能 研 究 : 高 温 强 度 高 温 疲 劳 抗 氧 化 晶 间 腐 蚀 ( 耐 硫 酸 盐 酸 腐 蚀 ) 孔 蚀 ( 同 上 ) 成 形 性 及 焊 接 性 能, 建 立 性 能 数 据 库 排 气 系 统 零 件 应 用 研 究 : 台 架 试 验 道 路 试 验 服 役 环 境, 失 效 形 式 24
开 发 市 场 提 高 实 物 质 量, 达 到 国 外 水 平 例 如, 低 C N 含 量 稳 定 化 控 制 夹 杂 物 产 品 规 格 满 足 用 户 要 求 价 格 有 竞 争 力 自 主 品 牌 轿 车 选 择 应 用 铁 素 体 不 锈 钢 合 资 品 牌 轿 车 排 气 系 统 不 锈 钢 转 化 及 国 产 化 25
谢 谢 26