汽車排氣系統(tǒng)用鐵素體不銹鋼耐蝕性能和成形性能的研究.pdf

1、鐵素體不銹鋼具有良好的耐腐蝕性能，線膨脹系數(shù)低，同時成本低廉，被廣泛應用于汽車排氣系統(tǒng)。近年來，隨著汽車使用壽命要求和排氣溫度的不斷升高，對汽車排氣系統(tǒng)冷端耐局部腐蝕性能和熱端高溫抗氧化性提出了更高的要求。排氣系統(tǒng)冷端用不銹鋼主要通過合金元素鉻、鉬和銅的添加來提高其耐局部腐蝕性能，代表材料為00Cr19NbTi。汽車排氣歧管用不銹鋼提高高溫抗氧化性能的方式主要為兩種，一是在鉻含量較高的情況下添加鉬和稀土元素鈰，二是通過硅含量來增加其高溫

2、抗氧化性，代表材料分別為00Cr18NbTi和00Cr14Nb。由于排氣歧管加工形狀復雜，且硅添加量的增加會對鐵素體不銹鋼的成形性不利，所以提高00Cr14Nb鐵素體不銹鋼的成形性能成為研究的關(guān)鍵。本文借助于掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、X射線光電子譜(XPS)、電子背散射衍射技術(shù)(EBSD)、X-ray技術(shù)以及力學性能檢測等分析技術(shù)和測試設(shè)備，研究了銅和鉬對鐵素體不銹鋼在氯離子腐蝕介質(zhì)中的局部腐蝕能力的影響，并且優(yōu)化了銅的加

3、入量。另外，在汽車排氣系統(tǒng)高溫端材料00Cr18NbTi的基礎(chǔ)上通過合金元素鉬和稀土鈰的添加，研究了其對高溫氧化的作用機理，同時還研究了合金元素和工藝條件對低鉻高硅00Cr14Nb鐵素體不銹鋼成品板成形極限曲線的影響，其主要結(jié)論如下:
　　 在汽車排氣系統(tǒng)用00Cr19NbTi鐵素體不銹鋼的基礎(chǔ)上單獨加入一定量的銅和鉬能提高其抗點蝕性能，研究結(jié)果表明單獨添加銅和鉬鐵素體不銹鋼在氯離子腐蝕介質(zhì)中具有良好的耐應力腐蝕性能，銅和鉬同時

4、添加會增加鐵素體不銹鋼的應力腐蝕敏感性，最佳銅和鉬的添加量分別為0.2％和1.63％。因為銅在鐵素體中的固溶量～0.20％，銅的電位高，能提高不銹鋼表面鈍化膜的耐點蝕能力。繼續(xù)添加銅含量至0.50％，由于過飽和銅的析出，不銹鋼點蝕抗力和耐應力腐蝕性能明顯下降。同時研究了含銅0.50％和鉬1.63％的鐵素體不銹鋼在600℃下的時效行為，結(jié)果表明:隨著時效時間的增加，ε-Cu相不斷析出和長大，促進了其周圍基體的優(yōu)先腐蝕，鉬的快速腐蝕促進了點

5、蝕坑尖端腐蝕溝槽的產(chǎn)生，在應力的作用下應力腐蝕裂紋萌生。時效時間較短時，ε-Cu析出相小且主要分布在晶內(nèi)，點蝕沿晶內(nèi)擴展容易，應力腐蝕開裂方式主要以穿晶型開裂為主;隨著時效時間的增加，ε-Cu相的尺寸明顯長大，并且在晶界的分布明顯，裂紋在晶界上的擴展比晶內(nèi)更容易，應力腐蝕開裂方式以沿晶開裂為主。
　　 在汽車排氣管熱端用鐵素體不銹鋼00Cr18NbTi的基礎(chǔ)上添加1.90％的合金元素鉬可提高不銹鋼的高溫抗氧化性，研究表明合金元素

6、鉬促進了Fe2(Nb，Mo)Laves相的析出，且主要在晶界富集，尤其是其釘扎在三叉晶界阻止了基體中鐵和錳離子由晶界向外擴散，從而有效的抑制了快速氧化。Fe2(Nb，Mo)Laves相在氧化膜和不銹鋼基體界面處富集，能有效的降低不銹鋼的氧化速率，同時Fe2(Nb，Mo)Laves相硬而脆，與氧化膜結(jié)合力不強，導致了氧化膜的剝落。
　　 另外，通過改變鈰和鈮的含量分析了鈮和鈰在高溫氧化中的作用機理，研究結(jié)果表明:鈮和鈰的最佳添加量

7、分別為0.26％和0.11％，其抗氧化性的提高主要是由于鈮含量的降低增加了基體和氧化膜界面的結(jié)合強度，稀土鈰的氧化物促進了Cr2O3膜的形成并且其氧化物沉積在不銹鋼基體形成的空腔里并快速在其周圍生成Cr2O3膜，阻止了空腔的形成，提高了氧化膜與不銹鋼基體的粘附性，從而增加了不銹鋼的高溫抗氧化性能。
　　 以經(jīng)濟型排氣歧管用00Cr14Nb鐵素體不銹鋼為基礎(chǔ)，研究了成分和工藝對鐵素體不銹鋼成形極限曲線的影響規(guī)律，研究結(jié)果表明:鐵索

8、體不銹鋼中微合金化和工藝對其應變硬化指數(shù)n值變化很小，其表現(xiàn)在成形極限曲線平面應變條件下FLD0的變化也很小;隨著強度系數(shù)K值的增加，拉-拉區(qū)（脹形區(qū)）曲線有所增加;成形極限曲線拉-壓區(qū)（壓延區(qū)）主要受塑性應變比r值的影響，隨著r值的增加曲線高度也在增加。
　　 鈮鈦雙穩(wěn)定有效固定了基體里固溶的碳氮原子，可以獲得強度高的{111}α織構(gòu)，有利于再結(jié)晶γ織構(gòu)的形成。熱軋不退火直接進行冷軋時，冷軋織構(gòu)表現(xiàn)出強烈的α織構(gòu)，織構(gòu)取向主要

9、集中在{001}<110>～{112}<110>之間。經(jīng)熱軋退火后冷軋時，冷軋態(tài)織構(gòu)逐漸偏向{111}<110>且強度較高，{111}晶粒具有較高的形變儲存能，獲得了優(yōu)先生長。熱軋退火后冷軋成品板中Σ13b重位點陣晶界較多，說明了{111}<112>取向晶粒的長大是選擇性長大的結(jié)果。再結(jié)晶γ織構(gòu)的形成主要是“定向形核”和“選擇性生長”練合作用的結(jié)果。隨著退火溫度的增加，晶粒尺寸也在不斷增加，再結(jié)晶織構(gòu)逐漸回到了{111}軸，{111}<