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不锈钢在汽车行业中的应用

来源: 不锈钢      更新时间: 2012-05-03     
 
不锈钢在汽车行业中的应用

近年来,汽车行业正向着高品质、轻量化的方向不断发展,如何在额定牵引功率下,尽可能降低能耗以实现运行的高运能和低成本,即如何打造绿色交通装备已成为当今社会讨论的主题。在汽车制造业中,不锈钢材料由于强度高,相对质量比较轻,特别是受冲击以后,吸收能量比其他金属材料强,安全性能好,且与普通碳钢车辆相比具有重量轻、使用寿命长,制造组装工艺简单等优点,使得不锈钢在汽车制造业中的使用呈世界性扩展趋势,具有很大的潜在市场。

1.不锈钢在汽车行业中的发展应用现状

不锈钢车体的发展主要经历了四个阶段:1)仅以外车身板为不锈钢的外板不锈钢车;2)碳钢底架的半不锈钢车;3)全不锈钢车;4)轻量化不锈钢车。

汽车行业是当前发展最快的不锈钢应用领域。近十年来,日本汽车用不锈钢的消费量已从平均10公斤增至30公斤,美国已超过40公斤。大客车、地铁、高速铁路用车等公共交通运输工具也广泛采用了不锈钢。

美国的Budd 公司最早于1932年把不锈钢材料用于车辆制造,研制出世界上第一台不锈钢铁路客车,日本和德国等分别在国家铁路和城轨车辆普遍使用不锈钢和铝合金等多种材料。

现在,日本、美国、瑞典等国已大量使用不锈钢车辆。日本从80年代开始推广,目前其不锈钢火车车辆已达60%。轿车工业是不锈钢应用的开发重点。

我国最早生产不锈钢车是在1987年,长春某客车公司采用0Cr18Ni9 材料,使用传统的电弧焊工艺生产了车体为不锈钢的地铁车辆的制造。与碳钢车体相比,不锈钢车体减轻了吨左右,已经通过静强度试验,这标志着我国已经掌握轻量化不锈钢车体的设计与制造。20037月,我国自行研制生产时速达到100 km 的的首列不锈钢城轨客车在长春成功下线,这也是我国第一辆城市轨道客车。

在上个世纪90 年代之前,受当时经济发展水平的制约,各种碳钢车为主要需求,对于不锈钢和铝合金等高档次车辆几乎没有需求。进入90 年代以后,随着生活水平的提高和经济的发展,市场对于高档次车辆的需求大大增加。上海、广州、武汉和重庆的城市轨道交通选用铝合金车;天津市滨海快速轨道交通选用不锈钢车;北京市承办2008 奥运会,主要使用不锈钢车;青藏铁路考虑采用不锈钢铁路客车。今年底,北京地铁15号线车辆将采用国内首次自主研发的不锈钢地铁车辆产品,全线总配车将达15列,其中两列为整备车。

轨道车辆轻量化和高档化发展的要求,将会是今后轨道车的主要发展方向。

2.车用不锈钢材料的发展应用现状

不锈钢不但有耐腐蚀性能,还有良好的物理性能和表面质量,在汽车制造中得到广泛的使用,目前应用部件主要有以下几类。

1)排气系统用不锈钢,大部分为铁素体不锈钢,是汽车不锈钢应用最多的部件。根据排气系统的部位不同,部件结构、气体温度和腐蚀环境等都有较大差别。因此,汽车排气系统除了要求不锈钢材料具有高温强度和耐高温氧化性以外,还要求其具有耐高温腐蚀性、热疲劳特性等性能。409L436L等都是常用的不锈钢钢种。

2)汽车燃油箱用不锈钢。涂镀普碳钢一般为汽车燃油箱传统用钢,但用不锈钢制造的燃油箱除了没有燃油渗漏的危险,并且具有卓越的耐腐蚀性和良好的成形性能,并可以省去或简化涂装过程,而且易于回收。304LJFE-SX1等都是常用的不锈钢钢种。

3)汽车车架用不锈钢。不锈钢制造的组合式车架最大的特点是刚度大,不锈钢在保证足够高的重量比和强度的同时,还具有良好的韧性、塑性、成形性以及焊接性。组合式汽车车架设计与不锈钢材料的优良性能相结合,便可使制造出得汽车抗撞击性能好、重量轻、安全可靠性高且寿命长,此外,这样的车架还可以完全回收利用。409L3Cr12304L等都是常用的不锈钢钢种。

4)汽车不锈钢零部件。主要有不锈钢密封圈和热交换器,密封圈一般采用301不锈钢,热交换器一般使用SUS304SUS430SUS409L等不锈钢材料。

5)汽车装饰用不锈钢。汽车上的其他一些外装件除本身应具备的功能外,同时也具有装饰功能。生产企业在小型汽车上使用不锈钢嵌条、天线、车轮盖等,在大型客车、车辆的扶手、安全栏杆、吊手杆上也采用不锈钢。为了降低成本,后视镜主要采用SUS430J1L系不锈钢,部分高级轿车的后视镜采用SUS436J1L系不锈钢;汽车雨刷多采用SUS430SUS304SUS301等;头灯护圈采用SUS430等钢种。汽车上的安全装置也经常使用不锈钢。例如安全带紧线器采用SUS301不锈钢,安全气囊的传感器和增压泵主要使用SUS304SUS304L不锈钢,ABS感应环采用SUS434SUS444等钢种。

随着汽车工业的不断发展,不锈钢在汽车工业中的应用越来越广,在车架、排气系统、发动机零部件等制造中的重要性日益突出。

由含11%~12Cr的不锈钢制造的汽车车架或汽车整体外壳,常用的牌号有00Cr11Ti0Cr11Ni4Ti00Cr12NiTi等。一些国家已将不锈钢相继用于大型公共汽车、煤炭运输车、城市地铁车辆等,实际使用情况证明:在运行120万千米后,外露的框架部分仍处于完好的状态,涂层剥落的裸露的部分未见腐蚀迹象,车内没有任何涂层保护的部分,未发现锈蚀,表面完好。

从经济性和实用性的观点出发,一些欧美国家汽车的排气系统常选用0Cr11Ti型铁素体不锈钢,日本基本上是采用13Cr~17Cr铁素体不锈钢及其改进型,在部分零部件上也使用Cr-Ni奥氏体不锈钢。汽车零部件用不锈钢基本上是0Cr18Ni9Cr17型铁素体不锈钢,汽车主要的不锈钢零部件主要有气缸密封圈和安全带卷曲装置,材料牌号一般用1Cr17Ni7; 1Cr130Cr18Ni90Cr17Ni12Mo2等用于汽车紧固件;0Cr170Cr18Ni9用于油冷却器板式换热器;0Cr17一般可用于头灯护圈、大型客车扶手、安全栏杆等。

日本于20世纪90年代初,每年用于汽车工业的不锈钢大约在10万~13万吨。不锈钢用于汽车工业,除具备本身的功能外,还具有装饰性,增加了汽车的观赏性。

国产不锈钢车要想形成批量和降低成本,重点是要解决好不锈钢车材料国产化问题。日本和韩国等国的不锈钢车采用的都是车辆专用的奥氏体高强度冷轧不锈钢板,这种材料的化学成分、机械性能和表面花纹都已形成标准。2011年,我国成功生产出铁路客车重要部位用双相不锈钢,并替代了进口产品,已成功用于地铁车辆。

3.结语

目前,中国在不锈钢车成本方面的还没有准确的统计资料。根据日本的相关统计资料,在制造成本方面,铝合金车体的制造成本远高于不锈钢车和碳钢车。不锈钢车体的造价水平稍高于碳钢车体。从维修费用看,不锈钢车维修费用最低。从轻量化水平看,不锈钢车体要稍重于铝合金车体。综合考虑制造、维修和能耗方面的费用,不锈钢车要大大低于铝合金车和碳钢车,所以不锈钢车是最经济的车辆,具有很大的发展前景。

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