關(guān)于汽車的引擎、消音器等排氣系統(tǒng)中適用的不銹鋼，伴隨引擎性能提高，特別是對排氣的凈化，排氣溫度有所提高，所以高溫氣體耐用的金屬材料采用的是代替鋁鍍金的不銹鋼。在日本，1968年制定了大氣污染防止法，隨著各種環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的制定，對汽車排氣也有所限定，1973年、1975年、1976年此限定更加嚴(yán)格，1978年NO,也成為了限制對象。汽車排氣的凈化，有熱反應(yīng)器方式和催化劑方式，因為當(dāng)初的限制對象只是HC和CO,NO,并沒成為限制對象，所以使用熱反應(yīng)器方式，從外部向引擎的排氣中供給經(jīng)過處理的空氣，使之完全燃燒，變成無害的水、二氧化碳。那時在接近1000℃的高溫中長時間曝露，所以要求高溫下的反復(fù)氧化和一定程度的高溫強度。1970年美國的NASA公開招募的反應(yīng)堆用鐵基合金開發(fā)項目的條件是：


1.  982℃、100h的蠕變斷裂強度高于34.3 MPa、伸長大于10%; 


2.  982℃ 的拉伸強度大于82.32 MPa、伸長大于10%;


3.  對1093℃反復(fù)加熱冷卻的氧化抵抗能力比Fe-Cr-A1合金優(yōu)良；


4.  能夠充分經(jīng)受鉛和硫的腐蝕。


 在美國國內(nèi)，日本的各個汽車廠家對很多既存的奧氏體系和鐵素體系不銹鋼、耐熱鋼和鎳合金進行試驗，選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，其中鐵素體系的Fe-Cr-Al 合金（18Cr-1A1、13Cr-3Al、15Cr-4Al等）具有優(yōu)良的耐氧化性，但局部會出現(xiàn)激烈的氧化現(xiàn)象，這是由空氣中的氮的進人引起的。較好的解決方法是添加稀土類元素、Y、Ti等;若鋼中添加過多鈦，則耐氧化性明顯下降，所以18Cr-1Al鋼中的鈦含量為0.2%最合適,，但是這些Cr-Al鐵素體系不銹鋼因為加工性、焊接性和高溫強度的劣化，還沒有得到正式運用。


  鐵素體系中滿足上述條件的鎳合金 Inconel 601,當(dāng)初有一部分得到了適用，但由于汽車制造廠家的排氣凈化系統(tǒng)性能的提高和凈化裝置在設(shè)計方面的改良，使用條件得到了緩和，結(jié)果采用了具有綜合適用能力的SUS310S不銹鋼。


  在試驗各種不銹鋼的過程當(dāng)中，其中對1966年開發(fā)的耐應(yīng)力腐蝕斷裂不銹鋼中硅含量高的奧氏體不銹鋼18Cr-12Ni-3.5Si-1.5Cu，日本國內(nèi)的汽車制造廠家給予了一定評價，耐氧化性、焊接性、加工性、高溫強度以及成本等各個方面都很優(yōu)良，被用作制造溫控反應(yīng)器。圖6.2 表示的是在空氣中反復(fù)氧化試驗的結(jié)果，其中含有3.5% Si的奧氏體系不銹鋼具有和SUS310S不銹鋼同等的性質(zhì)。


圖 2.jpg


 該高硅含量的奧氏體系不銹鋼，由于添加了Ca、Al等微量元素，耐氧化性有所提高，所以汽車制造商各公司也不再采用310S不銹鋼,這成為了熱反應(yīng)器的主要制造材料。該鋼作為耐應(yīng)力腐蝕斷裂性和耐氧化性優(yōu)良的新的不銹鋼，1977年以SUSXM15J1的名稱被列入JIS之中。


  關(guān)于上述高硅奧氏體系不銹鋼，主要在各個不銹鋼公司廣泛進行了提高耐氧化性的研究開發(fā)，1974~1977年公布了研究結(jié)果，其中關(guān)于Si、Cr含量的影響，硅含量的增加，在連續(xù)氧化方面，能夠抑制Fe2O3的生成、改善耐氧化性；但在反復(fù)氧化方面，如果單獨添加硅的話，不能抑制水銹的剝離。莊司等（1975年）和巖田等（1975年）進行了向引擎排氣中吹進經(jīng)過處理的空氣，使其再燃燒的試驗，結(jié)果證實了為了獲得SUS310S以上的耐氧化性，Cr+Si的含量要超過22%~23%.此外，藤岡等（1974年）對造成19Cr-13Ni-3.5Si鋼氧化的添加鋁、稀土類元素、鈣的影響，進行了討論，證明了這些元素的添加可以提高氧化抵抗能力，特別是稀土類元素和鈣的復(fù)合添加的效果很大。而且，之后富士川等（197年）對造成該鋼高溫氧化的鋼中硫含量的影響進行了討論，結(jié)果證實了通過降低硫含量可以提高耐氧化性，在低于1200℃的試驗中得出和SUS310S不銹鋼相當(dāng)?shù)哪脱趸?，此外，如果在硫含量低?.001%的鋼中添加鈣的話，如圖6.3所示，耐氧化性會進一步提高。證實了在這種情況下，鋼中含有Ca-Al-Mg-S組成的金屬間化合物，但如果硫含量增多的話，會產(chǎn)生硫化錳,所以表層MnS的存在是耐氧化性劣化的原因。


圖 3.jpg


  此外，對使用高硅鋼制作熱反應(yīng)器容器時，可能產(chǎn)生的焊接性、成形性也進行了研究，特別是如果所含硅多的話，焊接時可能會出現(xiàn)高溫斷裂，但因為焊接金屬部位生成了少量的δ鐵素，所以焊接性好，而且冷加工成形性比SUS310S不銹鋼優(yōu)良。