不锈钢材料在汽车制造中的应用和前景

　　作为现代社会最普遍的交通工具，汽车逐年增多，随之而来的由尾气排放、燃油消耗带来的环境问题也日益突出。汽车轻量化材料的研发可以有效地减轻汽车自重从而降低燃油消耗和尾气排放，实现节能减排，这对环境保护和可持续发展具有重要意义。

　　预计到2035年通过应用新型的轻质材料及轻量化优化设计，汽车可以实现减重20%-35%的目标，这具有重大的经济效益与环保效益。此外，汽车轻量化还具有显著的二次效应，比如提高动力性能和操控性能。但许多新型轻质材料价格波动大且可用性不高，供应量也会随其他行业的需求而变化，某些新型材料与现行的技术与装配匹配性不高，导致加工过程中额外产生成本，增加最终价格，而这部分价格需要消费者承担。

　　随着国家经济发展水平以及人们消费的提高，不锈钢消费呈现增长趋势。不锈钢在汽车工业的应用是发展最快的应用领域之一。利用具有高强度的不锈钢铸造，车体可大大降低车辆自重，增强车漆结构的强度用不锈钢做车辆的面板与装饰部件可减少维护成本，此外，利用不锈钢抗氯离子腐蚀和耐热的优点，应用于汽车的排气系统。汽车工业是不锈钢应用的开发重点。

　　近十年来，日本汽车用不锈钢的消费量已从匀称10千克增至30公斤，美国已超过40公斤。大客车、地铁、高速铁路用车等民众交通运输工具也广泛采纳了不锈钢。我国上海、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。2010年底，北京地铁15号线车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。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。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。

　　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，根据不同的部位，汽车行业对不锈钢的表面特性、机械性能和物理性能要求也不一样，大致可以归结为五大类：汽车排气系统用不锈钢、汽车燃油箱用不锈钢、汽车车架用不锈钢、汽车不锈钢零部件和汽车装饰用不锈钢。

　　1、汽车排气系统用不锈钢：

　　随着汽车发动机的性能提高，排气规则的严格化，发动机排出的气体温度越来越高，最近某些汽车排气温度已高达900℃，且有高温化(达950℃)的倾向。与此相应的是，汽车行业要求排气系统的部件具有优良的耐热性和耐蚀性，同时还要求尽量轻量化，现在已经使用耐热铸钢和耐热钢取代过去的铸钢及普通钢部件。 根据排气系统的各部位不同，气体温度、部件结构和腐蚀环境等都有很大差别，因此，汽车排气系统除了要求制造材料具有耐高温氧化性和高温强度以外，还要求其具有热疲劳特性、耐高温腐蚀性等性能。如在靠近引擎的高温部位，所要求的材料特性主要是高温强度、热疲劳特性、耐氧化性和耐高温盐害腐蚀性;而在距引擎较远的部位，则要求材料具有良好的耐盐害及耐凝结水腐蚀性;车体后部的末端管材料，除需要耐蚀性好外，还应美观。

　　排气系统的不锈钢用量已占到汽车不锈钢应用总量的一半以上，其中80%为铁素体不锈钢。409L,436L等都是常用的不锈钢牌号。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选用0Cr11Ti型铁素体不锈钢，日本采用13Cr~17Cr铁素体不锈钢及其改进型。

　　2、汽车燃油箱用不锈钢

　　燃油箱是汽车中重要的安全和机能部件，燃油箱钢板材料必须具备多种优良性能，包括优良的冲压成形性能、优良的焊接性能、较高的耐蚀性(内部耐燃油腐蚀性能和外部对严酷环境的耐蚀性)。不锈钢是除涂镀普碳钢之外，汽车燃油箱用钢的另一选择，目前全世界都在使用。用不锈钢制造的燃油箱除了没有燃油渗漏的危险，还具有卓越的耐蚀性和良好的成形性能，并具有可以省去或简化涂装过程的优点，也易于回收。 目前，在汽车燃油箱中使用较多的是奥氏体不锈钢，如SUS304L。考虑应力腐蚀破裂问题以及成本问题，许多钢铁企业正在努力开发燃油箱用铁素体不锈钢。JFE在2003年7月宣布已经成功开发出可应用于汽车燃油箱及燃油系统其他部件的高耐蚀性和成形性的铁素体不锈钢18Cr-1.45Mo-Ti(商品名为 JFE-SX1)。由于它的耐蚀性比其他铁素体不锈钢更接近SUS304，同时还具有卓越的冲压成形性能，其作为美钢协(AISI)下属的钢质燃油箱战略联盟(SASFT)惟一指定的铁素体不锈钢，已通过15年的耐久性试验。

　　3、汽车车架用不锈钢

　　刚度大是不锈钢制造的组合式车架最大的特点，因为不锈钢在保证足够高的强度、重量比的同时，还具有良好的塑性、韧性、成形性和焊接性。组合式汽车车架设计与不锈钢材料的优良性能相结合，便可制造出重量特别轻、抗撞击性能好、安全可靠性高而且寿命长的汽车，这样的车架还可以完全回收利用。日本各不锈钢公司都在努力研究汽车用高强度不锈钢，含铬12%的不锈钢已成功地应用于高速客运汽车上。使用AISI409型铁素体不锈钢制成的整体车身外壳，使用寿命一般为15年～20年。

　　国外开发的含铬12%的低合金双稳定化处理不锈钢，克服了加工性能差的缺点，钢的组织为铁素体及少量马氏体，焊接性好，屈服强度优于奥氏体不锈钢，但价格只有奥氏体不锈钢的一半。目前，南非、英国、澳大利亚、比利时等国家已相继采用3Cr12不锈钢制造大型公共汽车、煤炭运输车辆、城市地铁车辆以及各种规格的清扫车(包括机场的大型清扫车、洒水车和拖车等)，或者是将3Cr12和304L不锈钢组合使用。

　　4、汽车不锈钢零部件

　　不锈钢还广泛应用于各种零部件。以不锈钢密封圈为代表的金属密封圈已经成为传统石棉密封圈的主要替代产品。以不锈钢为基板覆以橡胶制成的金属密封圈，不锈钢基板多采用SUS301，具有耐高温、耐腐蚀和弹性好的优点。另外，发动机在工作时，由于油温升高、油黏度降低、油质劣化，会出现一系列故障，历来汽车行业都使用管式热交换器对油进行冷却。为了提高冷却效率，紧凑结构，一些生产企业改用不锈钢板式换热器，材料多采用SUS304、SUS430和SUS409L。在汽车用紧固件方面，虽然传统上习惯使用低合金冷镦钢材料，但在汽车发动机系统、传动系统中一些环境条件十分恶劣的部位，使用不锈钢也不鲜见，而且用量呈上升趋势。汽车紧固件常用的不锈钢有SUS410、SUS304、SUS316、SUS430J1L、SUH660等。

　　5、汽车装饰用不锈钢

　　汽车内外的装饰材料采用不锈钢历史悠久，而且有日益扩大使用范围的趋势。为使汽车外表美观，生产企业在轿车上使用不锈钢嵌条、天线、车轮盖，在大型客车、车辆的扶手、安全栏杆、吊手杆上也采用不锈钢。汽车上的其他一些外装件除本身应具备的功能外，同时也被赋予装饰功能。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SUS430、SUS304、SUS301等;头灯护圈采用SUS430等钢种。汽车上的安全装置也使用不锈钢。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SUS304和SUS304L不锈钢，ABS感应环采用SUS434、SUS444等钢种。

　　6、汽车车架或汽车整体外壳

　　由含11%～12%Cr的不锈钢制造的汽车车架或汽车整体外壳，常用的牌号有00Cr11Ti、0Cr11Ni4Ti、00Cr12NiTi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。

　　总结 汽车行业是当前发展最快的不锈钢应用领域之一。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。市场对于高档次车辆的需求大大增加,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，是最经济的车辆，具有很大的发展前景。