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　　不銹鋼材料在汽車制造中的應(yīng)用和前景

　　作為現(xiàn)代社會(huì)最普遍的交通工具，汽車逐年增多，隨之而來(lái)的由尾氣排放、燃油消耗帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題也日益突出。汽車輕量化材料的研發(fā)可以有效地減輕汽車自重從而降低燃油消耗和尾氣排放，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，這對(duì)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

　　預(yù)計(jì)到2035年通過(guò)應(yīng)用新型的輕質(zhì)材料及輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)，汽車可以實(shí)現(xiàn)減重20%-35%的目標(biāo)，這具有重大的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)保效益。此外，汽車輕量化還具有顯著的二次效應(yīng)，比如提高動(dòng)力性能和操控性能。但許多新型輕質(zhì)材料價(jià)格波動(dòng)大且可用性不高，供應(yīng)量也會(huì)隨其他行業(yè)的需求而變化，某些新型材料與現(xiàn)行的技術(shù)與裝配匹配性不高，導(dǎo)致加工過(guò)程中額外產(chǎn)生成本，增加最終價(jià)格，而這部分價(jià)格需要消費(fèi)者承擔(dān)。

　　隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平以及人們消費(fèi)的提高，不銹鋼消費(fèi)呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。不銹鋼在汽車工業(yè)的應(yīng)用是發(fā)展最快的應(yīng)用領(lǐng)域之一。利用具有高強(qiáng)度的不銹鋼鑄造，車體可大大降低車輛自重，增強(qiáng)車漆結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度用不銹鋼做車輛的面板與裝飾部件可減少維護(hù)成本，此外，利用不銹鋼抗氯離子腐蝕和耐熱的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于汽車的排氣系統(tǒng)。汽車工業(yè)是不銹鋼應(yīng)用的開(kāi)發(fā)重點(diǎn)。

　　近十年來(lái)，日本汽車用不銹鋼的消費(fèi)量已從勻稱10千克增至30公斤，美國(guó)已超過(guò)40公斤。大客車、地鐵、高速鐵路用車等民眾交通運(yùn)輸工具也廣泛采納了不銹鋼。我國(guó)上海、廣州、武漢和重慶的城市軌道交通選用鋁合金車;天津市濱?？焖佘壍澜煌ㄟx用不銹鋼車;北京市承辦2008奧運(yùn)會(huì)，主要使用不銹鋼車;青藏鐵路考慮采用不銹鋼鐵路客車。2010年底，北京地鐵15號(hào)線車將采用國(guó)內(nèi)首次自主研發(fā)的不銹鋼地鐵車輛產(chǎn)品，全線總配車將達(dá)15列，其中兩列為整備車。2011年，我國(guó)成功生產(chǎn)出鐵路客車重要部位用雙相不銹鋼，并替代了進(jìn)口產(chǎn)品，已成功用于地鐵車輛。軌道車輛輕量化和高檔化發(fā)展的要求，將會(huì)是今后軌道車的主要發(fā)展方向。

　　不銹鋼不但有耐腐蝕性能，還有良好的物理性能和表面質(zhì)量，在汽車制造中得到廣泛的使用，根據(jù)不同的部位，汽車行業(yè)對(duì)不銹鋼的表面特性、機(jī)械性能和物理性能要求也不一樣，大致可以歸結(jié)為五大類：汽車排氣系統(tǒng)用不銹鋼、汽車燃油箱用不銹鋼、汽車車架用不銹鋼、汽車不銹鋼零部件和汽車裝飾用不銹鋼。

　　1、汽車排氣系統(tǒng)用不銹鋼：

　　隨著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的性能提高，排氣規(guī)則的嚴(yán)格化，發(fā)動(dòng)機(jī)排出的氣體溫度越來(lái)越高，最近某些汽車排氣溫度已高達(dá)900℃，且有高溫化(達(dá)950℃)的傾向。與此相應(yīng)的是，汽車行業(yè)要求排氣系統(tǒng)的部件具有優(yōu)良的耐熱性和耐蝕性，同時(shí)還要求盡量輕量化，現(xiàn)在已經(jīng)使用耐熱鑄鋼和耐熱鋼取代過(guò)去的鑄鋼及普通鋼部件。 根據(jù)排氣系統(tǒng)的各部位不同，氣體溫度、部件結(jié)構(gòu)和腐蝕環(huán)境等都有很大差別，因此，汽車排氣系統(tǒng)除了要求制造材料具有耐高溫氧化性和高溫強(qiáng)度以外，還要求其具有熱疲勞特性、耐高溫腐蝕性等性能。如在靠近引擎的高溫部位，所要求的材料特性主要是高溫強(qiáng)度、熱疲勞特性、耐氧化性和耐高溫鹽害腐蝕性;而在距引擎較遠(yuǎn)的部位，則要求材料具有良好的耐鹽害及耐凝結(jié)水腐蝕性;車體后部的末端管材料，除需要耐蝕性好外，還應(yīng)美觀。

　　排氣系統(tǒng)的不銹鋼用量已占到汽車不銹鋼應(yīng)用總量的一半以上，其中80%為鐵素體不銹鋼。409L,436L等都是常用的不銹鋼牌號(hào)。從經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性的觀點(diǎn)出發(fā)，一些歐美國(guó)家汽車的排氣系統(tǒng)選用0Cr11Ti型鐵素體不銹鋼，日本采用13Cr~17Cr鐵素體不銹鋼及其改進(jìn)型。

　　2、汽車燃油箱用不銹鋼

　　燃油箱是汽車中重要的安全和機(jī)能部件，燃油箱鋼板材料必須具備多種優(yōu)良性能，包括優(yōu)良的沖壓成形性能、優(yōu)良的焊接性能、較高的耐蝕性(內(nèi)部耐燃油腐蝕性能和外部對(duì)嚴(yán)酷環(huán)境的耐蝕性)。不銹鋼是除涂鍍普碳鋼之外，汽車燃油箱用鋼的另一選擇，目前全世界都在使用。用不銹鋼制造的燃油箱除了沒(méi)有燃油滲漏的危險(xiǎn)，還具有卓越的耐蝕性和良好的成形性能，并具有可以省去或簡(jiǎn)化涂裝過(guò)程的優(yōu)點(diǎn)，也易于回收。 目前，在汽車燃油箱中使用較多的是奧氏體不銹鋼，如SUS304L?？紤]應(yīng)力腐蝕破裂問(wèn)題以及成本問(wèn)題，許多鋼鐵企業(yè)正在努力開(kāi)發(fā)燃油箱用鐵素體不銹鋼。JFE在2003年7月宣布已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)出可應(yīng)用于汽車燃油箱及燃油系統(tǒng)其他部件的高耐蝕性和成形性的鐵素體不銹鋼18Cr-1.45Mo-Ti(商品名為 JFE-SX1)。由于它的耐蝕性比其他鐵素體不銹鋼更接近SUS304，同時(shí)還具有卓越的沖壓成形性能，其作為美鋼協(xié)(AISI)下屬的鋼質(zhì)燃油箱戰(zhàn)略聯(lián)盟(SASFT)惟一指定的鐵素體不銹鋼，已通過(guò)15年的耐久性試驗(yàn)。

　　3、汽車車架用不銹鋼

　　剛度大是不銹鋼制造的組合式車架最大的特點(diǎn)，因?yàn)椴讳P鋼在保證足夠高的強(qiáng)度、重量比的同時(shí)，還具有良好的塑性、韌性、成形性和焊接性。組合式汽車車架設(shè)計(jì)與不銹鋼材料的優(yōu)良性能相結(jié)合，便可制造出重量特別輕、抗撞擊性能好、安全可靠性高而且壽命長(zhǎng)的汽車，這樣的車架還可以完全回收利用。日本各不銹鋼公司都在努力研究汽車用高強(qiáng)度不銹鋼，含鉻12%的不銹鋼已成功地應(yīng)用于高速客運(yùn)汽車上。使用AISI409型鐵素體不銹鋼制成的整體車身外殼，使用壽命一般為15年～20年。

　　國(guó)外開(kāi)發(fā)的含鉻12%的低合金雙穩(wěn)定化處理不銹鋼，克服了加工性能差的缺點(diǎn)，鋼的組織為鐵素體及少量馬氏體，焊接性好，屈服強(qiáng)度優(yōu)于奧氏體不銹鋼，但價(jià)格只有奧氏體不銹鋼的一半。目前，南非、英國(guó)、澳大利亞、比利時(shí)等國(guó)家已相繼采用3Cr12不銹鋼制造大型公共汽車、煤炭運(yùn)輸車輛、城市地鐵車輛以及各種規(guī)格的清掃車(包括機(jī)場(chǎng)的大型清掃車、灑水車和拖車等)，或者是將3Cr12和304L不銹鋼組合使用。

　　4、汽車不銹鋼零部件

　　不銹鋼還廣泛應(yīng)用于各種零部件。以不銹鋼密封圈為代表的金屬密封圈已經(jīng)成為傳統(tǒng)石棉密封圈的主要替代產(chǎn)品。以不銹鋼為基板覆以橡膠制成的金屬密封圈，不銹鋼基板多采用SUS301，具有耐高溫、耐腐蝕和彈性好的優(yōu)點(diǎn)。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，由于油溫升高、油黏度降低、油質(zhì)劣化，會(huì)出現(xiàn)一系列故障，歷來(lái)汽車行業(yè)都使用管式熱交換器對(duì)油進(jìn)行冷卻。為了提高冷卻效率，緊湊結(jié)構(gòu)，一些生產(chǎn)企業(yè)改用不銹鋼板式換熱器，材料多采用SUS304、SUS430和SUS409L。在汽車用緊固件方面，雖然傳統(tǒng)上習(xí)慣使用低合金冷鐓鋼材料，但在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)中一些環(huán)境條件十分惡劣的部位，使用不銹鋼也不鮮見(jiàn)，而且用量呈上升趨勢(shì)。汽車緊固件常用的不銹鋼有SUS410、SUS304、SUS316、SUS430J1L、SUH660等。

　　5、汽車裝飾用不銹鋼

　　汽車內(nèi)外的裝飾材料采用不銹鋼歷史悠久，而且有日益擴(kuò)大使用范圍的趨勢(shì)。為使汽車外表美觀，生產(chǎn)企業(yè)在轎車上使用不銹鋼嵌條、天線、車輪蓋，在大型客車、車輛的扶手、安全欄桿、吊手桿上也采用不銹鋼。汽車上的其他一些外裝件除本身應(yīng)具備的功能外，同時(shí)也被賦予裝飾功能。為了降低成本，后視鏡主要采用SUS430J1L系不銹鋼，部分高級(jí)轎車的后視鏡采用SUS436J1L系不銹鋼;汽車雨刷多采用SUS430、SUS304、SUS301等;頭燈護(hù)圈采用SUS430等鋼種。汽車上的安全裝置也使用不銹鋼。例如安全帶緊線器采用SUS301不銹鋼，安全氣囊的傳感器和增壓泵主要使用SUS304和SUS304L不銹鋼，ABS感應(yīng)環(huán)采用SUS434、SUS444等鋼種。

　　6、汽車車架或汽車整體外殼

　　由含11%～12%Cr的不銹鋼制造的汽車車架或汽車整體外殼，常用的牌號(hào)有00Cr11Ti、0Cr11Ni4Ti、00Cr12NiTi等。一些國(guó)家已將不銹鋼相繼用于大型公共汽車、煤炭運(yùn)輸車、城市地鐵車輛等。

　　總結(jié) 汽車行業(yè)是當(dāng)前發(fā)展最快的不銹鋼應(yīng)用領(lǐng)域之一。大客車、地鐵、高速鐵路用車等公共交通運(yùn)輸工具也廣泛采用了不銹鋼。市場(chǎng)對(duì)于高檔次車輛的需求大大增加,綜合考慮制造、維修和能耗方面的費(fèi)用，不銹鋼車要大大低于鋁合金車和碳鋼車，是最經(jīng)濟(jì)的車輛，具有很大的發(fā)展前景。