Application de l'acier inoxydable dans le système d'échappement automobile
L'acier inoxydable est utilisé depuis longtemps dans la fabrication automobile et les matériaux les plus couramment utilisés sont principalement des matériaux décoratifs, l'un est des matériaux décoratifs, principalement des poignées en acier inoxydable, des bandes décoratives, des pédales, etc. l'autre est les systèmes d'échappement, qui sont principalement appliqués à la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable, aux performances de résistance à haute température. Parmi eux, la consommation d'acier inoxydable du système d'échappement représente la grande majorité.
Selon les dernières statistiques publiées par l'Association chinoise des constructeurs automobiles le 11 janvier, la production et les ventes automobiles de mon pays en 2009 ont atteint respectivement 13.791 millions et 13.644 millions, soit une augmentation de 48 % et 46 % d'une année sur l'autre. Si une voiture utilise en moyenne 30 kg d'acier inoxydable pour calculer, l'industrie automobile a consommé en 2009 413,700 XNUMX tonnes d'acier inoxydable. Cet article présente principalement l'application et le développement de l'acier inoxydable dans les systèmes d'échappement automobiles.
Le système d'échappement automobile est composé de 7 composants, qui sont le collecteur d'échappement, le tuyau avant, le tuyau flexible, le convertisseur catalytique, le tuyau central, le silencieux principal et le tuyau d'échappement par ordre de distance par rapport au moteur. Certains modèles sont également équipés de plusieurs convertisseurs catalytiques et de silencieux auxiliaires.
La température de service et l'environnement d'utilisation de chaque composant du système d'échappement sont différents. Compte tenu du coût de fabrication, différents matériaux d'acier inoxydable et d'autres matériaux seront utilisés. Par exemple, dans la partie haute température (extrémité chaude) proche du moteur, les principales caractéristiques requises pour les matériaux des composants sont la résistance à haute température, les caractéristiques de fatigue thermique, la résistance à l'oxydation à haute température et la résistance à la corrosion saline ; tandis que dans la partie éloignée du moteur (extrémité froide),
Le matériau doit être résistant à la corrosion du sel et de la condensation des gaz d'échappement. De plus, le tuyau d'échappement exposé à l'arrière de la carrosserie doit être beau en plus de sa résistance à la corrosion. Les performances requises par la fonction et les matériaux utilisés pour chaque composant sont décrits en détail ci-dessous.
Collecteur d'échappement
Le collecteur d'échappement est un composant qui collecte les gaz d'échappement évacués de chaque cylindre du moteur et les évacue vers le tuyau d'échappement. Étant donné que le collecteur d'échappement est directement installé sur le moteur et que la température des gaz d'échappement peut atteindre environ 900 ° C, les matériaux utilisés doivent avoir une excellente résistance à l'oxydation, une résistance à haute température et des propriétés de fatigue thermique. de plus, en raison de la forme complexe du collecteur d'échappement, le matériau utilisé doit également avoir une excellente formabilité.
Selon le procédé de fabrication, les collecteurs d'échappement en acier inoxydable peuvent être divisés en deux catégories: l'une est formée par emboutissage et soudage de plaques d'acier; l'autre est formé en pliant et en soudant des tuyaux en acier. Ce dernier comprend également la structure de boîtier.
Il existe deux types d'acier inoxydable utilisés comme collecteurs d'échappement, l'acier inoxydable austénitique et l'acier inoxydable ferritique. L'acier inoxydable austénitique a une excellente résistance à haute température, mais comme le tartre d'oxyde est facile à décoller, sa résistance à l'oxydation n'est pas aussi bonne que l'acier inoxydable ferritique. L'acier inoxydable austénitique utilisé pour les collecteurs d'échappement comprend SUS304 (18Cr-8Ni), SUSXM15J1 (18Cr-13Ni-4Si), etc. D'autre part, bien que l'acier inoxydable ferritique ait une bonne résistance à l'oxydation, sa résistance à haute température n'est pas aussi bonne que l'acier inoxydable austénitique.
Cependant, en raison du faible coefficient de dilatation thermique de l'acier inoxydable ferritique, il est supérieur à l'acier inoxydable austénitique en termes de caractéristiques de fatigue thermique. L'acier inoxydable ferritique utilisé dans les collecteurs d'échappement comprend le SUH409L (11Cr-Ti-LC), le SUS430J1L (18Cr-0.5Cu-Nb-LC, N), etc.
Ces dernières années, alors que les réglementations sur les émissions de gaz d'échappement sont devenues de plus en plus strictes, la température des gaz d'échappement a également augmenté jusqu'à environ 950°C. À ce stade, l'acier inoxydable de la série SUS444 (19Cr-2Mo) peut être utilisé. De plus, afin de réduire les coûts, l'acier inoxydable SUS429 (15Cr) avec une teneur en cr plus faible est également utilisé. Dans un collecteur d'échappement avec une structure à manchon, le tube intérieur est généralement en acier inoxydable austénitique et le tube extérieur est en acier inoxydable ferritique.
Tube avant
Le tuyau avant est situé entre le collecteur d'échappement et le tuyau flexible. Afin d'assurer l'activité catalytique du pot catalytique aval, le rayonnement thermique du conduit avant doit être minimisé pour éviter que la température des gaz d'échappement ne diminue. De plus, le tuyau avant doit également avoir pour effet de réduire le bruit. Pour ces raisons, le tube avant est en train de passer de la structure de tube monocouche traditionnelle à la structure de boîtier à paroi mince. Les matériaux utilisés pour le tube avant sont de l'acier inoxydable ferritique tel que SHU409L, SUS436L (17Cr-1Mo-LC, N) et SUS430J1L.
Lorsque la structure du boîtier est adoptée, l'acier inoxydable austénitique est parfois utilisé pour le tube intérieur. À l'avenir, l'acier inoxydable ferritique à faible coût avec une excellente résistance à l'oxydation et des propriétés de fatigue thermique continuera à maintenir son statut de matériau principal du tube avant. De plus, afin de faire face à la tendance à la hausse de la température des gaz d'échappement et à l'amincissement des parois des tubes, des aciers offrant de meilleures performances à haute température, tels que l'acier inoxydable de qualité SUS429, seront utilisés.
Tube flexible
Le tuyau flexible est situé entre le collecteur d'échappement et le convertisseur catalytique, principalement pour empêcher la transmission des vibrations du moteur à d'autres parties du système d'échappement. Le tube flexible est composé d'un manchon ondulé et d'une tresse en treillis métallique en acier inoxydable qui enveloppe le manchon. Le matériau du tuyau flexible doit avoir de bonnes caractéristiques de fatigue à haute température, et en même temps, du fait qu'il a une forme ondulée, le matériau doit avoir une bonne maniabilité. De plus, le sel de fonte de la neige est utilisé pour empêcher le gel des routes dans les zones froides, de sorte que l'extérieur du tuyau flexible doit avoir une résistance à la corrosion saline à haute température.
À l'heure actuelle, le matériau utilisé pour les tuyaux flexibles est principalement le SUS304. Cependant, étant donné que l'extérieur du tuyau doit être résistant à la corrosion saline à haute température dans les zones froides, le SUSXM15J1 avec des performances plus élevées est également utilisé. Cette nuance d'acier est additionnée de Si et a augmenté la teneur en Ni. . Récemment, le SUS316L (18Cr-12Ni-2.5Mo-LC), plus économique que le SUSXM15J1 et plus résistant à la corrosion intergranulaire que le SUS304, a également commencé à être utilisé.
Convertisseur catalytique (support de catalyseur et enveloppe)
Afin de réduire la pollution des gaz d'échappement des voitures dans l'air, il est nécessaire d'installer un système de purification des gaz d'échappement appelé "convertisseur catalytique". Il peut convertir le monoxyde de carbone et les polluants d'hydrocarbures dans les gaz d'échappement en dioxyde de carbone et en eau, et convertir les polluants d'oxyde d'azote (NO) en azote et en oxygène. Le convertisseur est composé d'un catalyseur, d'un catalyseur auxiliaire, d'un revêtement d'étanchéité et d'un support de catalyseur.
Étant donné que le convertisseur catalytique est situé à proximité du collecteur d'échappement et sous le châssis, il doit être capable de résister aux environnements de service difficiles tels que les températures élevées et les vibrations. Pour le support de catalyseur, en plus du support en céramique cordiérite, un support métallique en feuille d'acier inoxydable ferritique a également été utilisé. La raison de l'utilisation d'une feuille d'acier inoxydable ferritique est sa bonne résistance aux chocs thermiques et sa faible capacité calorifique.
Le support de catalyseur métallique est composé d'un mandrin en nid d'abeille en feuille d'acier inoxydable et d'une coque en tôle d'acier inoxydable. Le mandrin en nid d'abeille est fabriqué en enroulant une feuille plate et une feuille ondulée et en les joignant par brasage, soudage ou similaire. La coque doit avoir une bonne résistance à haute température, une bonne résistance à la corrosion du sel à haute température et une bonne aptitude au traitement.
Parce que la feuille doit avoir une excellente résistance à l'oxydation, l'acier inoxydable ferritique Fe-Cr-Al, tel que l'alliage Fe-20Cr-5A1, est utilisé. Afin d'améliorer l'adhérence du film d'oxyde, certaines nuances d'acier ont également ajouté un petit nombre d'éléments de terres rares (REM) tels que Hf, Sc, Y et Ce. Sa tendance de développement est d'améliorer encore la résistance à l'oxydation de la feuille d'acier inoxydable.
Le boîtier du convertisseur catalytique utilise principalement de l'acier inoxydable SUS430 (17Cr), mais afin de faire face à l'augmentation de la température des gaz d'échappement, de l'acier inoxydable ferritique avec de meilleures performances à haute température a été utilisé, comme les séries SUS430J1L et SUS429.
Tube central
Le tuyau central relie le convertisseur catalytique et le silencieux principal. Certains modèles ont également un silencieux secondaire installé dans le tube central. La température des gaz d'échappement à cet endroit est relativement basse, de sorte que les performances à haute température du tube central ne sont pas très élevées, mais les exigences pour sa résistance à la corrosion sont très élevées. La résistance à la corrosion de la surface intérieure est principalement due à la corrosion causée par l'eau condensée dans les gaz d'échappement, tandis que la surface extérieure doit résister à la corrosion saline causée par le sel de fonte des neiges.
Traditionnellement, le tube central est constitué d'une plaque d'acier au carbone aluminisée, mais comme mesure pour résister à la corrosion sur les surfaces intérieures et extérieures, l'application d'acier inoxydable augmente rapidement. L'acier inoxydable utilisé pour le tube central est le SUS410 (13Cr), le SUH409L et le SUS430.
Silencieux principal
La fonction du silencieux principal est d'absorber et de réduire le bruit lors de l'évacuation des gaz d'échappement. Il est composé d'une coque, d'un panneau intérieur, d'un tube intérieur, d'un panneau d'extrémité et d'autres pièces. Lorsque la voiture roule sur une longue distance, en raison de l'effet de chauffage des gaz d'échappement, la température maximale du silencieux principal peut atteindre environ 400 ℃, de sorte que l'humidité ne s'y condensera pas à ce moment.
Mais lorsque la voiture roule sur une courte distance, la température du silencieux principal n'augmente pas, donc l'humidité s'y condensera. L'eau condensée contient du NH+4, du CO23, du SO24, du Cl- et des acides organiques. Lorsque le moteur est démarré et arrêté à plusieurs reprises, ces substances se concentrent progressivement. L'apparition de condensats crée un environnement très corrosif et humide à l'intérieur du silencieux. D'autre part, la surface extérieure du silencieux est exposée à l'environnement corrosif du sel de fonte des neiges.
À l'heure actuelle, le matériau du silencieux principal est principalement le SUS436L, mais l'utilisation du SUS436J1L (17Cr-0.5Mo) augmente car la nuance d'acier réduit la quantité de Mo ajoutée et réduit ainsi le coût. Compte tenu de la belle apparence et de la bonne résistance à la corrosion de la plaque d'acier inoxydable aluminisée, elle est parfois utilisée pour les boîtiers et les panneaux d'extrémité.
Tuyau d'échappement
Le tuyau d'échappement est situé derrière le silencieux principal et constitue la sortie finale des gaz d'échappement. C'est aussi une partie visible. Par conséquent, le tuyau d'échappement doit non seulement être résistant à la corrosion, mais aussi beau. Comme la température des gaz d'échappement au tuyau d'échappement est déjà très basse, il suffit d'utiliser une plaque d'acier aluminisée. Mais parfois pour l'esthétique, les aciers inoxydables ferritiques de haute pureté comme le SUS409L, SUS430, et SUS436 et l'acier inoxydable austénitique SUS304 sont également utilisés. Lorsqu'il existe des exigences particulières en matière d'apparence, les principales nuances d'acier autres que le chromage ou le placage d'aluminium à chaud sont également utilisées, et le YUS731 peut résister à la corrosion saline à haute température.
L'industrie automobile est une grande consommatrice d'acier inoxydable. Ses pièces d'application principalement des systèmes d'échappement et diverses pièces décoratives. L'acier inoxydable de la série 400 est principalement utilisé et les types d'acier représentatifs sont 409L, 436L, 430, etc.
L'industrie automobile est devenue une industrie pilier pour la consommation d'acier inoxydable. Compte tenu du fait que l'industrie automobile chinoise est encore à un stade de développement rapide, le rôle de l'acier inoxydable dans la fabrication automobile connaît encore un grand développement. L'acier inoxydable a d'excellentes performances, une protection de l'environnement et des caractéristiques recyclables. Je pense qu'au cours des prochaines années, l'industrie automobile, en particulier l'application de l'acier inoxydable dans les systèmes d'échappement automobiles, connaîtra une croissance plus importante en termes de quantité et de variétés d'acier.