用于汽车排气系统的不锈钢材料及汽车排气系统的制作方法

1.本发明属于汽车材料领域，具体涉及用于汽车排气系统的不锈钢材料及汽 车排气系统。


背景技术：

2.汽车排气系统位于车辆底部，连接发动机出气端与大气，主要作用是排 放发动机产生的废气、净化废气、降低噪音。其结构主要由三元催化器、管 子、橡胶吊耳、消音器等结构组成，这些结构均由不锈钢材料制得。排气系 统需承载包括发动机及路面的激振以及气体的高温、氧化、腐蚀等较严苛的 工作环境，耐久性能成为其重要的工程技术考核指标之一，因此，排气系统 必须使用性能稳定、耐腐蚀性优良的不锈钢材料。目前排气系统使用较多的 是日本、韩国进口的409、439、436等400系列不锈钢材料，其中，按材料 耐腐蚀性能由低到高排序是：409、439、436，但是钢材原材料成本由低到高 排序也是：409、439、436。而目前价格相对低廉的国产不锈钢材料并不适用 于汽车排气系统中，其性能稳定性和耐腐蚀性不能满足汽车排气系统的要求， 有待提高。


技术实现要素：

3.本发明的第一个目的在于提供一种用于汽车排气系统的不锈钢材料，该不 锈钢材料，价格低廉、性能稳定、耐腐蚀性高；
4.本发明的第二个目的在于提供一种汽车排气系统，该汽车排气系统中采用 的不锈钢材料为前述不锈钢材料，性能稳定、耐腐蚀性高。
5.为实现本发明的目的，采用以下的技术方案：
6.一种用于汽车排气系统的不锈钢材料，所述不锈钢材料包括以下质量百分 比的成分：
7.c≤0.03，比如0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、 0.009、0.01、0.011、0.012、0.013、0.014、0.015、0.016、0.017、0.018、0.019、 0.02、0.021、0.022、0.023、0.024、0.025、0.026、0.027、0.028、0.029等；
8.mn≤1.00，比如0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、 0.009、0.01、0.015、0.02、0.025、0.03、0.035、0.04、0.045、0.05、0.055、0.06、 0.065、0.07、0.075、0.08、0.085、0.09、0.095、0.10、0.20、0.30、0.40、0.50、 0.60、0.70、0.75、0.80、0.85、0.90、0.95等；
9.si≤1.00，比如0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、 0.009、0.01、0.015、0.02、0.025、0.03、0.035、0.04、0.045、0.05、0.055、0.06、 0.065、0.07、0.075、0.08、0.085、0.09、0.095、0.10、0.20、0.30、0.40、0.50、 0.60、0.70、0.75、0.80、0.85、0.90、0.95等；
10.p≤0.03，比如0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、 0.009、0.01、0.011、0.012、0.013、0.014、0.015、0.016、0.017、0.018、0.019、 0.02、0.021、0.022、
0.023、0.024、0.025、0.026、0.027、0.028、0.029等；
11.s≤0.03，比如0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、 0.009、0.01、0.011、0.012、0.013、0.014、0.015、0.016、0.017、0.018、0.019、 0.02、0.021、0.022、0.023、0.024、0.025、0.026、0.027、0.028、0.029等；
12.11≤cr≤20，比如11.5、12、12.5、13、13.5、14、14.5、15、15.5、16、16.5、 17、17.5、18、18.5、19、19.5等；
13.ni≤0.5，比如0.001、0.005、0.01、0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、 0.4、0.45等；
14.n≤0.04，比如0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、 0.009、0.01、0.011、0.012、0.013、0.014、0.015、0.016、0.017、0.018、0.019、0.02、0.021、0.022、0.023、0.024、0.025、0.026、0.027、0.028、0.029、0.03、 0.035等；
15.ti＞0，比如0.01、0.1、0.2、0.3等；
16.nb＞0，比如0.01、0.1、0.2、0.3等；且
17.ti nb＞0.08 8(c n)，比如0.09 8(c n)、1.00 8(c n)、1.10 8(c n)、 0.08 9(c n)、0.08 10(c n)、0.09 9(c n)、1.00 10(c n)等；或者
18.ti nb≥0.20 4(c n)，比如0.30 4(c n)、0.40 4(c n)、0.20 5(c n)、 0.20 6(c n)、0.30 5(c n)、0.40 6(c n)等。
19.现有的400系列不锈钢材料多为ti单稳态。材料在ti单稳定状态下，热 影响区的c元素向晶界扩散，伴随着热影响区的冷却，ti元素只能够稳定部分 c元素形成tic，还有部分c元素没有被稳定而留在晶界区。由于汽车排气系 统长期工作在高温状态下，当单稳定化的400系列不锈钢多再次达到高温状态 时，未被ti元素稳定的c元素在晶界处与cr元素结合生成cr
23
c6，降低了晶 界区cr元素在铁素体基体中的固溶量，导致晶界区耐蚀性恶化。即，现有的 400系列不锈钢性能不稳定，耐腐蚀性差。
20.而本发明的不锈钢材料，ti和nb满足ti nb＞0.08 8(c n)或者 ti nb≥0.20 4(c n)，能够与其他元素共同达到ti nb双稳定状态，热影响区 冷却后，在晶界区ti和nb元素能够较彻底地稳定c元素形成tic和nbc，即 使不锈钢材料再次达到高温状态，由于晶界区未被稳定的c元素极少，铁素体 固溶的cr元素不会损失过多，故晶界区耐蚀性也不会恶化。即，本发明的不锈 钢材料，性能稳定，耐腐蚀性强。
21.在一种实施方式中，ti nb≥0.20 4(c n)，比如0.30 4(c n)、0.40 4(c n)、 0.20 5(c n)、0.20 6(c n)、0.30 5(c n)、0.40 6(c n)等。
22.优选地，17≤cr≤20，比如17.5、18、18.5、19、19.5等。
23.在一种实施方式中，ti nb＞0.08 8(c n)，比如0.09 8(c n)、 1.00 8(c n)、1.10 8(c n)、0.08 9(c n)、0.08 10(c n)、0.09 9(c n)、 1.00 10(c n)等。
24.优选地，所述不锈钢材料包括以下质量百分比的成分：0.85≤mo≤1.50，比 如0.90、0.95、1.00、1.05、1.10、1.15、1.20、1.25、1.30、1.35、1.40、1.45 等。
25.优选地，17≤cr≤19，比如17.3、17.5、17.8、18、18.3、18.5和18.7等。
26.优选地，c≤0.025，比如0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、 0.008、0.009、0.01、0.011、0.012、0.013、0.014、0.015、0.016、0.017、0.018、 0.019、0.02、0.021、0.022、0.023、0.024等。
27.优选地，n≤0.025，比如0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、 0.008、0.009、0.01、0.011、0.012、0.013、0.014、0.015、0.016、0.017、0.018、 0.019、0.02、0.021、0.022、0.023、0.024等。
28.在一种实施方式中，ti nb＞0.08 8(c n)，比如0.09 8(c n)、 1.00 8(c n)、1.10 8(c n)、0.08 9(c n)、0.08 10(c n)、0.09 9(c n)、 1.00 10(c n)等；且0.12≤ti≤0.50，比如0.13、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、 0.40、0.45；nb≥0.12，比如0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45、0.50、 0.60、0.70、0.80、0.90、1.00、1.50等。
29.优选地，11≤cr≤12.5，比如11.3、11.5、11.7、12、12.3等。
30.优选地，c≤0.02，比如0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、 0.008、0.009、0.01、0.011、0.012、0.013、0.014、0.015、0.016、0.017、0.018、 0.019等。
31.优选地，ni≤0.2，比如0.001、0.003、0.005、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、 0.06、0.07、0.08、0.09、0.10、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、 0.19等。
32.为实现本发明的第二个目的，本发明还提供一种汽车排气系统，所述汽车 排气系统采用了如前所述的不锈钢材料。
33.本发明的有益效果在于：
34.本发明的用于汽车排气系统的不锈钢材料，价格低廉、性能稳定、耐腐蚀 性高；ti和nb能够与其他元素共同达到ti nb双稳定状态，热影响区冷却后， 在晶界区ti和nb元素能够较彻底地稳定c元素形成tic和nbc，即使不锈钢 材料再次达到高温状态，由于晶界区未被稳定的c元素极少，铁素体固溶的 cr元素不会损失过多，故晶界区耐蚀性也不会恶化；
35.本发明的汽车排气系统，采用了如前所述的不锈钢材料，价格低廉、性能 稳定、耐腐蚀性高。
附图说明
36.图1为晶间腐蚀试验中实施例1的不锈钢材料a1的三份试样经处理后在 180
°
弯曲处的外表面状态图；
37.图2为晶间腐蚀试验中实施例8的不锈钢材料a8的三份试样经处理后在 180
°
弯曲处的外表面状态图；
38.图3为晶间腐蚀试验中实施例17的不锈钢材料a17的三份试样经处理后 在180
°
弯曲处的外表面状态图；
39.图4为晶间腐蚀试验中对比例1的不锈钢材料a1’的三份试样经处理后在 180
°
弯曲处的外表面状态图。
具体实施方式
40.以下结合具体实施方式对本发明的技术方案及其效果做进一步说明。以下 实施方式仅用于说明本发明的内容，发明并不仅限于下述实施方式或实施例。 应用本发明的构思对本发明进行的简单改变都在本发明要求保护的范围内。
41.实施例1
‑
19(s1
‑
19)和对比例1
‑
3(d1
‑
3)
42.实施例1
‑
19的不锈钢材料a1
‑
19和对比例1
‑
3的不锈钢材料a1
’‑3’
，其成 分及各成分含量如表1所示；其中，a1’为409不锈钢材料，产品编号 54y76392bb，购自韩国浦项制
铁；a2’为439不锈钢材料，产品编号 54y75827bb，购自韩国浦项制铁；a1’为436不锈钢材料，产品编号54y66700b， 购自韩国浦项制铁。
43.表1实施例1
‑
19(s1
‑
19)和对比例1
‑
3(d1
‑
3)的不锈钢材料的成分及其含量
[0044][0045]
性能测试
[0046]
一、机械性能测试
[0047]
对实施例1
‑
19的不锈钢材料a1
‑
19和对比例1
‑
3的不锈钢材料a1
’‑3’
分别 进行机械性能测试，具体为拉伸性能测试，其依据astm a370
‑
2017标准中的 方法分别测试得到其屈服强度、抗拉强度和断后伸长率的数据。
[0048]
具体测试方法如下：
[0049]
1、样品制备
[0050]
根据9.6.2制备样品，且样品各位置的具体尺寸如表2所示。
[0051]
表2试样的尺寸
[0052]
尺寸试样尺寸(mm)标距(g)50宽度(w)12.5厚度(t)材料厚度圆角半径(r)13总长(l)200减缩段长度(a)60夹紧段长度(b)50夹紧段宽度(c)20
[0053]
2、试验设备
[0054]
wdw
‑
200型电子万能拉伸试验机。
[0055]
3、试验方法
[0056]
(1)试验温度为室温；
[0057]
(2)对符合标准的试样进行装夹，设置试验拉伸速率为3mm/min；
[0058]
(3)开始试验，直至试样断裂；
[0059]
(4)根据拉伸试验得出试样材料的屈服强度、抗拉强度和断裂伸长率。
[0060]
4、测试结果
[0061]
测试结果见表3。
[0062]
表3实施例1
‑
19(s1
‑
19)和对比例1
‑
3(d1
‑
3)的不锈钢材料的机械性能
[0063]
[0064][0065]
注：
[0066]
1、r值是评价金属薄板深冲性能的重要参数，反映金属薄板在某平面内承受拉力或压力时，抵抗变 薄或变厚的能力；r＝(r0 r90 2r45)/4；
[0067]
2、n值，学名为加工硬化指数或应变硬化指数，是评价材料均匀变形的能力；
[0068]
3、r值和n值可不作为常规检验项目，但在买方有要求时应进行检测。
[0069]
二、耐腐蚀性能测试
[0070]
1、高温氧化性能测试
[0071]
对实施例1、8、17的不锈钢材料a1、a8和a17以及对比例1
‑
3的不锈钢 材料a1
’‑3’
分别进行高温氧化性能测试，测试标准为gb/t13303
‑
1991，测试结 果见表4。
[0072]
表4实施例1、8、17(s1、s8、s17)和对比例1
‑
3(d1
‑
3)的不锈钢材料的高温氧化性能结果
[0073]
[0074][0075]
注：k

是单位面积单位时间质量的变化，k

越大说明抗氧化能力越弱；钢铁材料的抗氧化性能根据 k

值的大小依次分为五个级别，即完全抗氧化、抗氧化、次抗氧化、弱抗氧化和无抗氧化。具体如表5 所示。
[0076]
表5钢铁材料的抗氧化性能根据k

值大小的不同级别
[0077]
k

抗氧化性级别<0.1完全抗氧化0.1
‑
1.0抗氧化1.0
‑
3.0次抗氧化3.0
‑
10.0弱抗氧化>10.0不抗氧化
[0078]
2、循环腐蚀试验(高温)
[0079]
对实施例1、8、17的不锈钢材料a1、a8和a17以及对比例1
‑
3的不锈钢 材料a1
’‑3’
分别进行循环腐蚀试验(高温)，测试标准为gmw 14872
‑
2013，测 试结果见表6。
[0080]
表6实施例1、8、17(s1、s8、s17)和对比例1
‑
3(d1
‑
3)的不锈钢材料的循环腐蚀试验结果
[0081][0082]
3、晶间腐蚀试验
[0083]
对实施例1、8、17的不锈钢材料a1、a8和a17以及对比例1的不锈钢 材料a1’分别进行晶间腐蚀试验，测试标准为astm a763
‑
2015，测试结果见 表7。
[0084]
具体测试方法如下：
[0085]
1)将不锈钢材料a1、a8、a17和a1’分别分为三份，共得到4组12份 试样；且每组试样中，2份作为腐蚀试样，1份作为空白试样；
[0086]
2)分别对12份试样进行除油处理；
[0087]
3)将8份腐蚀样件在微沸的铜
‑
硫酸
‑
硫酸铜溶液中煮沸24小时后取出洗 净，得到8份腐蚀后试样；
[0088]
4)分别采用半径为试样厚度两倍的压头对8份腐蚀后试样和4份空白试样 进行弯曲180
°
，利用zoom
‑
550c立体显微镜观察前述8份腐蚀后试样和4 份空白试样经180
°
弯曲处的外表面有无因晶间腐蚀而产生的裂纹，如图1
‑
4 所示。
[0089]
表7实施例1、8、17(s1、s8、s17)和对比例1(d1)的不锈钢材料的晶间腐蚀试验结果
[0090][0091]
实施例20
‑
27(s20
‑
27)和对比例4
‑
11(d4
‑
11)
[0092]
将实施例1、10、18的不锈钢材料a1、a10、a18和对比例1
‑
3的不锈钢 材料a1
’‑3’
分别用于结构完全相同的汽车排气系统中的不同零件，得到汽车排 气系统b1
‑
8和b1
’‑8’
，并将其分别用于汽车中。并采用企业标准gmw15531 对其进行整车耐久试验，且按企业标准gmw15531跑完约50000km即认为相 当于整车经历了10年耐久。其中，不同实施例和对比例的汽车排气系统的整车 耐久试验结果见表8，具体包括使用部位、使用部位的表面腐蚀状态。
[0093]
表8实施例20
‑
38(s20
‑
38)和对比例4
‑
6(d4
‑
6)的汽车排气系统的整车耐久试验结果
[0094]
[0095][0096]
另外，本技术实施例1
‑
7的不锈钢材料a1
‑
a7属于409不锈钢材料，其价 格波动为9.5
‑
11元/kg；本技术实施例8
‑
17的不锈钢材料a1
‑
a7属于439不锈 钢材料，其价格波动为11.5
‑
13.8元/kg；本技术实施例15
‑
19的不锈钢材料 a15
‑
a19属于436不锈钢材料，其价格波动为15
‑
18元/kg。
[0097]
而对比例1
‑
3的不锈钢材料a1’、a2’、a3’均为进口材料，再加上关税等 原因，其价格较高；其中，对比例1的不锈钢材料a1’虽然同为409不锈钢材 料，但其价格波动为10
‑
12元/kg，且同时期其价格比a1
‑
a7高出1
‑
2元/kg；对 比例2的不锈钢材料a2’虽然同为439不锈钢材料，但其价格波动为12
‑
14元/kg， 且同时期其价格比a1
‑
a7高出2
‑
3元/kg；对比例3的不锈钢材料a3’虽然同为 436不锈钢材料，但其价格波动为16
‑
19元/kg，且同时期其价格比a1
‑
a7高出 1
‑
2元/kg。