隨著全球環(huán)境問題的日益突出,汽車尾氣排放給環(huán)境帶來的危害越來越引起廣泛重視。國際上從20世紀(jì)70年代起,就針對汽車尾氣排放提出了嚴(yán)格的強(qiáng)制措施。在道路/非道路汽車尾氣排放法規(guī)升級更新過程中,歐盟(EU)國家發(fā)展較快,先后發(fā)布了歐I到歐VI排放標(biāo)準(zhǔn)。2013年頒布的歐VI標(biāo)準(zhǔn),是目前全球最嚴(yán)格的汽車排放法規(guī)之一。我國汽車尾氣排放法規(guī)制定較晚,但能夠緊隨歐盟步伐,積極承擔(dān)國際義務(wù)。從2001年至2020年,國內(nèi)道路/非道路排放法規(guī)已經(jīng)歷六個階段的跨越發(fā)展,迭代頻率加快。我國兼顧地域大、區(qū)域發(fā)展不平衡的經(jīng)濟(jì)特點,因地制宜,階段性實施標(biāo)準(zhǔn)。2016年4月率先在東部沿海11省主要大城市執(zhí)行更嚴(yán)格“國五”標(biāo)準(zhǔn)。2018年1月始,已在全國范圍內(nèi)執(zhí)行“國五”標(biāo)準(zhǔn),隨后“國六”標(biāo)準(zhǔn)于2020年實施,“國六”標(biāo)準(zhǔn)對機(jī)動車尾氣排放提出更高要求,進(jìn)一步降低尾氣污染物限值。


  汽車尾氣主要產(chǎn)生于發(fā)動機(jī),并通過排氣歧管、總換熱管、前置管、撓性管、催化器、中心管、消聲器和尾管排出。汽車排氣管道幾乎縱貫前端發(fā)動機(jī)到車尾整個底盤,溫度從高達(dá)1000℃一路減低至約100℃,這條縱貫線好比從地球的赤道延伸到南北極,如圖3-4-2所示。熱端的排氣歧管和前置管,所處環(huán)境溫度可達(dá)700~1000℃,對材料的耐高溫性能要求較高;汽車尾氣中的水分在消音器部位冷卻凝結(jié)產(chǎn)生冷凝液,其中含有氯離子、硫離子等,對排氣系統(tǒng)部件腐蝕嚴(yán)重,這部分(冷端)零部件對材料的抗腐蝕性能要求較高。


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  在汽車輕量化及日益嚴(yán)格的尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)背景下,傳統(tǒng)排氣系統(tǒng)用鑄鐵和鍍鋁碳鋼材料已經(jīng)不能滿足溫度不斷提高的排氣系統(tǒng)要求。目前排氣系統(tǒng)用不銹鋼主要為鐵素體和奧氏體不銹鋼兩大類,約占轎車整車不銹鋼總用量的50%~60%。鐵素體不銹鋼的熱膨脹系數(shù)小,熱導(dǎo)率高,加熱冷卻交變時,耐高溫性能好,同時抗點腐蝕性良好;而且與奧氏體不銹鋼相比,具有更好的耐氯化物、應(yīng)力腐蝕和晶間腐蝕性能,使其在汽車排氣管上受到青睞。目前鐵素體不銹鋼在排氣系統(tǒng)不銹鋼中已占80%以上,而歐洲、美國、日本汽車廠商幾乎全部使用超純鐵素體不銹鋼用于排氣系統(tǒng)零部件制造,產(chǎn)品牌號主要是409L、436L。得益于各國在汽車尾氣限制中采用了強(qiáng)制性措施,汽車用不銹鋼成為不銹鋼發(fā)展最快的領(lǐng)域之一。


 我國汽車排氣系統(tǒng)用不銹鋼過去長期依靠進(jìn)口。為滿足我國汽車工業(yè)發(fā)展和“國五”排放標(biāo)準(zhǔn)要求,國內(nèi)不銹鋼企業(yè)不斷加大排氣系統(tǒng)不銹鋼的開發(fā)力度,充分考慮了不銹鋼的冶煉、冷/熱成型、焊接、耐腐蝕等因素,不斷提高耐熱性、抗氧化性、高溫強(qiáng)度、抗震性和抗熱疲勞性,已逐漸積淀下先進(jìn)技術(shù)和豐富經(jīng)驗,大大縮小了與歐美發(fā)達(dá)國家的差距,其發(fā)展模式符合質(zhì)優(yōu)價廉、輕量化和長壽命的理念。寶鋼、太鋼也相繼研發(fā)成功了耐高溫、耐腐蝕、高成型性的超純鐵素體不銹鋼材料,應(yīng)用于汽車排氣凈化裝置,滿足了發(fā)動機(jī)高溫燃燒對排氣材料的要求,有害氣體排放減少90%以上、壽命延長2倍以上,助力節(jié)能環(huán)保。國產(chǎn)汽車排氣管用系列不銹鋼材料替代了進(jìn)口材料,成功應(yīng)用于奔馳、大眾、通用、福特、豐田等世界知名品牌,還應(yīng)用于一汽、長城、奇瑞等國內(nèi)自主品牌,為汽車的輕量、節(jié)能、環(huán)保提供了關(guān)鍵材料支持。


 和其他高端材料的國產(chǎn)化進(jìn)程相似,我國汽車用不銹鋼的國產(chǎn)化也是始于進(jìn)口材料的消化吸收,國內(nèi)鋼鐵企業(yè)經(jīng)歷了多年的技術(shù)攻關(guān)。汽車用不銹鋼的國產(chǎn)化離不開產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同,通過發(fā)揮品牌汽車頭雁的影響帶動作用,共同推進(jìn)我國汽車專用超純鐵素體不銹鋼的認(rèn)證和應(yīng)用推廣之路。


 從2006年起,太鋼著手研發(fā)汽車排氣系統(tǒng)用不銹鋼材料。經(jīng)過幾年的攻關(guān),開發(fā)成功生產(chǎn)排氣系統(tǒng)用不銹鋼材料,并形成了包括SUH409L、429、439M、441等在內(nèi)的系列牌號,不同的牌號根據(jù)其特點被應(yīng)用到排氣管的不同部位,打破了國外在該領(lǐng)域的壟斷,填補了國內(nèi)空白。太鋼生產(chǎn)的汽車排氣系統(tǒng)用超純鐵素體不銹鋼材料具有良好的高溫強(qiáng)度、抗蠕變性、熱疲勞性、耐高溫氧化性和耐蝕性,一方面,有效減輕了汽車的自重,減少了燃油消耗和污染物排放;同時,擴(kuò)大了不銹鋼材料在汽車行業(yè)的使用量,有效節(jié)約了鋼材消耗,節(jié)約了寶貴資源。太鋼汽車排氣管用系列不銹鋼材料替代了進(jìn)口材料,成為奔馳、大眾、通用、福特、豐田等世界知名企業(yè)的材料供應(yīng)商,還應(yīng)用于一汽、長城、奇瑞等國內(nèi)自主品牌企業(yè),為汽車的輕量、節(jié)能、環(huán)保提供了關(guān)鍵材料支持。


 從2005年初開始,寶鋼聯(lián)合國內(nèi)主要零部件制造企業(yè)及汽車主機(jī)廠,啟動汽車專用超純鐵素體不銹鋼系列產(chǎn)品的研發(fā)及國產(chǎn)化應(yīng)用工作。同步啟動與國內(nèi)主要合資主機(jī)廠和國際知名汽車零部件廠開展汽車用不銹鋼的認(rèn)證及國產(chǎn)化替代。


 2006年,由中信金屬、寶鋼、太鋼、北京科技大學(xué)、鋼鐵研究總院及一汽集團(tuán)等聯(lián)合成立了“439M不銹鋼國產(chǎn)化”六方工作組,發(fā)揮產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同作用,推進(jìn)產(chǎn)品國產(chǎn)化。寶鋼還與上海通用汽車泛亞技術(shù)中心及天納克公司以聯(lián)合開發(fā)團(tuán)隊模式啟動排氣系統(tǒng)系列不銹鋼的國產(chǎn)化,共同努力打破進(jìn)口不銹鋼材獨占汽車排氣系統(tǒng)領(lǐng)域的神話,努力實現(xiàn)國產(chǎn)不銹鋼在上海通用全系列車型排氣系統(tǒng)上的應(yīng)用,實現(xiàn)多方共贏。


2007年,寶鋼汽車不銹鋼系列產(chǎn)品SUH409L、B409M、B439M、B436L、B441、B425等實現(xiàn)全工序穩(wěn)定生產(chǎn)制造,與進(jìn)口同類產(chǎn)品對標(biāo)分析,基本達(dá)到了進(jìn)口同類產(chǎn)品質(zhì)量。產(chǎn)品率先通過佛吉亞及天納 克的技術(shù)認(rèn)證。


 2008年,寶鋼實現(xiàn)部分鐵素體不銹鋼在上海通用汽車的認(rèn)證并批量應(yīng)用。在通用汽車認(rèn)證推進(jìn)同期,寶鋼啟動三大日系汽車及奔馳、寶馬汽車排氣系統(tǒng)不銹鋼認(rèn)證工作,經(jīng)過三年時間多批次的認(rèn)證評價,寶鋼于2011年成為國內(nèi)第一家完成通用汽車、奔馳、寶馬及三大日系汽車排氣系統(tǒng)用不銹鋼認(rèn)證的鋼鐵企業(yè),實現(xiàn)歐美日等主要合資品牌汽車專用不銹鋼的全面國產(chǎn)化,部分產(chǎn)品性能優(yōu)于進(jìn)口同類產(chǎn)品。寶鋼與上汽通用汽車針對寶鋼不銹鋼進(jìn)行了全面的涉及材料及加工的認(rèn)證與評價。在此基礎(chǔ)上,形成了通用汽車針對寶鋼汽車用鐵素體不銹鋼的全球技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)《排氣裝置用不銹鋼》(STMA 029-2011),寶鋼不銹鋼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)納人通用全球供貨標(biāo)準(zhǔn)體系。


 寶鋼汽車排氣系統(tǒng)用不銹鋼的國產(chǎn)化替代根據(jù)汽車用戶的使用特點和需求特點,圍繞著兩條主線推進(jìn)汽車排氣系統(tǒng)用不銹鋼的國產(chǎn)化進(jìn)程,第一條主線是重點聚焦汽車主機(jī)廠,以項目合作的方式和主機(jī)廠從上至下推動零部件廠的材料國產(chǎn)化工作,并力求在主機(jī)廠車型設(shè)計之初就能夠參與對排氣系統(tǒng)的選材設(shè)計之中,和主機(jī)廠同步發(fā)展,不斷滿足主機(jī)廠變化的需求。第二條主線則是重點聚焦具備自主設(shè)計能力并占據(jù)較大市場份額的一級排氣系統(tǒng)總成廠,通過排氣系統(tǒng)總成廠推進(jìn)其上游主機(jī)廠的進(jìn)口替代,并借助一級總成廠實現(xiàn)產(chǎn)品出口,進(jìn)入海外市場。


 目前,我國汽車排氣系統(tǒng)用不銹鋼已經(jīng)實現(xiàn)了產(chǎn)品系列化。根據(jù)汽車排氣系統(tǒng)零部件因所處環(huán)境不同,以及對材料的性能要求各不相同(見表3-4-1),國內(nèi)企業(yè)推薦使用相應(yīng)的鋼種。目前針對汽車排氣系統(tǒng)所采用的低鉻和中鉻鐵素體不銹鋼,寶鋼已經(jīng)完成了超純鐵素體不銹鋼8個鋼種如SUH409L、B409M、B429、B432L、B436L、B439M、B441及B444M2等批量工業(yè)化生產(chǎn),并在歐美日及自主品牌汽車中得到廣泛應(yīng)用。


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  為實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈高效協(xié)同推進(jìn)新技術(shù)、新工藝、新產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用,國內(nèi)鋼企與汽車主機(jī)廠、零部件總成廠及高校通過建立聯(lián)合實驗室,利用各自的優(yōu)勢共同推動超純鐵素體不銹鋼材料的開發(fā)、產(chǎn)品性能評價、評價方法的建立和產(chǎn)業(yè)化快速應(yīng)用。目前已建立的聯(lián)合實驗室有“寶鋼-埃貝赫-上海大學(xué)”聯(lián)合實驗室、“寶鋼-通用-天納克”聯(lián)合實驗室和“寶鋼-吉利汽車”聯(lián)合實驗室。上海大學(xué)針對超純鐵素體不銹鋼的腐蝕環(huán)境建立了專有的尾氣腐蝕和尿素腐蝕評價方法,試驗結(jié)果獲得用戶的高度認(rèn)可。同時,利用寶鋼與科技部的鋼鐵聯(lián)合基金平臺,推進(jìn)寶鋼汽車排氣系統(tǒng)用不銹鋼的失效機(jī)理及合金化機(jī)理研究,分別于2012年及2018年推出兩個鋼鐵聯(lián)合基金重點項目“汽車排氣系統(tǒng)用超純鐵素體不銹鋼的高溫疲勞行為和冷凝液腐蝕機(jī)理研究”和“新一代汽車用耐高溫鐵素體不銹鋼合金化機(jī)理及關(guān)鍵性能研究”,利用高校研究資源發(fā)揮產(chǎn)學(xué)研用一體化優(yōu)勢,強(qiáng)化汽車排氣系統(tǒng)專用不銹鋼合金化及腐蝕失效機(jī)理研究,對推動我國在該領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)及應(yīng)用發(fā)揮了重要作用。


  鑒于我國汽車排氣用不銹鋼產(chǎn)品的開發(fā)及國產(chǎn)化認(rèn)證,并在國內(nèi)主要合資主機(jī)廠及國際知名零部件公司大批量應(yīng)用,為引導(dǎo)用戶合理、正確地選材,滿足市場需求,促進(jìn)國產(chǎn)化應(yīng)用,寶鋼于2012年完成起草上海市企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《汽車排氣系統(tǒng)用冷軋鐵素體不銹鋼鋼板及鋼帶》(Q/BQB 4403-2012)。在此基礎(chǔ)上,六方聯(lián)合攻關(guān)組經(jīng)廣泛交流研討后形成了中國汽車工程學(xué)會技術(shù)規(guī)范《汽車用冷軋鐵素體不銹鋼鋼板及鋼帶》。


2015年,在冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院組織下,寶鋼不銹鋼有限公司、冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院、寧波寶新不銹鋼有限公司共同主持起草了汽車排氣系統(tǒng)國家標(biāo)準(zhǔn)《汽車排氣系統(tǒng)用冷軋鐵素體不銹鋼鋼板及鋼帶》(GB/T 32796-2016)。該標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行,為中國汽車排氣系統(tǒng)不銹鋼選材提供了選材依據(jù),并進(jìn)一步推進(jìn)了國產(chǎn)化汽車出口。


  寶鋼汽車排氣系統(tǒng)專用高性能節(jié)鎳超純鐵素體不銹鋼系列產(chǎn)品源于寶鋼汽車團(tuán)隊的自主設(shè)計開發(fā),產(chǎn)品性能國內(nèi)領(lǐng)先,達(dá)到國際先進(jìn)水平。以寶鋼汽車排氣系統(tǒng)專用系列不銹鋼為主的系列鐵素體不銹鋼產(chǎn)品開發(fā)及應(yīng)用還獲得“2018年度中國鋼鐵工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)市場開拓獎”。相關(guān)技術(shù)還先后獲得寶鋼集團(tuán)重大技術(shù)創(chuàng)新成果一等獎、冶金科學(xué)技術(shù)獎二等獎、中國優(yōu)秀發(fā)明專利獎、第26屆上海市發(fā)明專利金獎等。開發(fā)的系列汽車專用不銹鋼累計受理發(fā)明專利超過20項,50%以上獲得授權(quán),其中B436L不銹鋼還獲得了2014年中國專利優(yōu)秀獎。發(fā)表包括SCI論文、國際會議論文等幾十篇。寶鋼成為國內(nèi)第一家覆蓋三大日系、寶馬及大眾等歐系、通用等美系汽車和自主品牌供應(yīng)商,市場占有率最高時期達(dá)到45%,年銷量達(dá)到18萬噸,年效益超過4億元。寶鋼汽車排氣系統(tǒng)用不銹鋼的國產(chǎn)化積極支撐了國內(nèi)汽車行業(yè)的快速發(fā)展,同時,寶鋼系列產(chǎn)品替代進(jìn)口也為汽車主機(jī)廠降低了材料成本,為國家節(jié)省了大量的外匯,實現(xiàn)了企業(yè)、行業(yè)、社會的多贏。同時,汽車專用超純鐵素體不銹鋼的開發(fā)及市場化推廣也為其他超純鐵素體不銹鋼產(chǎn)品的開發(fā)及應(yīng)用提供了可借鑒的技術(shù),推動了中國超純鐵素體不銹鋼在建筑、家電、制品等行業(yè)的快速推廣應(yīng)用。



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