الفولاذ المقاوم للصدأ في نظام عادم السيارات

تطبيقات الفولاذ المقاوم للصدأ في نظام عادم السيارات

تم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ في صناعة السيارات لفترة طويلة ، والأكثر استخدامًا هو مواد الديكور بشكل أساسي ، أحدها هو مواد الديكور ، وخاصة مقابض الفولاذ المقاوم للصدأ ، وشرائط التزيين ، والدواسات ، وما إلى ذلك ؛ والآخر هو أنظمة العادم ، والتي يتم تطبيقها بشكل أساسي على مقاومة التآكل من الفولاذ المقاوم للصدأ ، وأداء مقاومة درجات الحرارة العالية. من بينها ، يمثل استهلاك الفولاذ المقاوم للصدأ لنظام العادم الغالبية العظمى.

وفقًا لآخر الإحصائيات الصادرة عن الرابطة الصينية لمصنعي السيارات في 11 يناير ، أنجز إنتاج ومبيعات السيارات في بلدي في عام 2009 13.791 مليونًا و 13.644 مليونًا على التوالي ، بزيادة قدرها 48٪ و 46٪ على أساس سنوي. إذا كانت السيارة تستخدم ما معدله 30 كجم من الفولاذ المقاوم للصدأ لحسابها ، فإن صناعة السيارات في عام 2009 استهلكت 413,700 طن من الفولاذ المقاوم للصدأ. تقدم هذه المقالة بشكل أساسي تطبيق وتطوير الفولاذ المقاوم للصدأ في أنظمة عوادم السيارات.

يتكون نظام عادم السيارة من 7 مكونات ، وهي مشعب العادم ، والأنبوب الأمامي ، والأنابيب المرنة ، والمحول الحفاز ، والأنبوب المركزي ، وكاتم الصوت الرئيسي ، وأنبوب العادم بترتيب المسافة من المحرك. تم تجهيز بعض الطرز أيضًا بالعديد من المحولات الحفازة وكواتم الصوت المساعدة.

تختلف درجة حرارة الخدمة وبيئة الاستخدام لكل مكون من مكونات نظام العادم. بالنظر إلى تكلفة التصنيع ، سيتم استخدام مواد مختلفة من الفولاذ المقاوم للصدأ ومواد أخرى. على سبيل المثال ، في الجزء ذي درجة الحرارة المرتفعة (الطرف الساخن) القريب من المحرك ، فإن الخصائص الرئيسية المطلوبة للمواد المكونة هي مقاومة درجات الحرارة العالية ، وخصائص الإجهاد الحراري ، ومقاومة الأكسدة عند درجات الحرارة العالية ، ومقاومة تآكل الملح ؛ بينما في الجزء البعيد عن المحرك (الطرف البارد) ،

يجب أن تكون المادة مقاومة لتآكل الملح وتآكل غاز العادم. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يكون أنبوب العادم المكشوف في الجزء الخلفي من جسم السيارة جميل المظهر بالإضافة إلى مقاومة التآكل. الوظيفة المطلوبة الأداء ، والمواد المستخدمة لكل مكون موصوفة بالتفصيل أدناه.

العادم

مجمع العادم هو أحد المكونات التي تجمع غازات العادم التي يتم تفريغها من كل أسطوانة في المحرك وتفريغها في أنبوب العادم. نظرًا لأن مشعب العادم يتم تثبيته مباشرة على المحرك ، ويمكن أن تصل درجة حرارة غاز العادم إلى حوالي 900 درجة مئوية ، يجب أن تتمتع المواد المستخدمة بمقاومة أكسدة ممتازة ، وقوة درجة حرارة عالية ، وخصائص إجهاد حراري ؛ بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا للشكل المعقد لمشعب العادم ، تحتاج المواد المستخدمة أيضًا إلى قابلية تشكيل ممتازة.

وفقًا لطريقة التصنيع ، يمكن تقسيم مشعبات العادم المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ إلى فئتين: يتم تشكيل واحدة عن طريق ختم ولحام ألواح الصلب ؛ الآخر يتكون من ثني ولحام أنابيب الصلب. يشمل الأخير أيضًا هيكل الغلاف.

هناك نوعان من الفولاذ المقاوم للصدأ يستخدمان كمشعبات للعادم ، الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي والفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي. يتمتع الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ بقوة ممتازة في درجات الحرارة العالية ، ولكن نظرًا لسهولة تقشير مقياس الأكسيد ، فإن مقاومته للأكسدة ليست جيدة مثل الفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي. يشمل الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ المستخدم في مشعبات العادم SUS304 (18Cr-8Ni) ، SUSXM15J1 (18Cr-13Ni-4Si) ، وهكذا. من ناحية أخرى ، على الرغم من أن الفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي يتمتع بمقاومة أكسدة جيدة ، إلا أن قوته في درجات الحرارة العالية ليست جيدة مثل الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي.

ومع ذلك ، نظرًا لمعامل التمدد الحراري الصغير للفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي ، فإنه يتفوق على الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي من حيث خصائص الإجهاد الحراري. يشمل الفولاذ الفريتي المقاوم للصدأ المستخدم في مشعبات العادم SUH409L (11Cr-Ti-LC) ، SUS430J1L (18Cr-0.5Cu-Nb-LC ، N) ، إلخ.

في السنوات الأخيرة ، حيث أصبحت لوائح انبعاثات غاز العادم أكثر صرامة ، ارتفعت درجة حرارة غاز العادم أيضًا إلى حوالي 950 درجة مئوية. في هذا الوقت ، يمكن استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ سلسلة SUS444 (19Cr-2Mo). بالإضافة إلى ذلك ، من أجل تقليل التكاليف ، يتم أيضًا استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ SUS429 (15Cr) مع محتوى منخفض من الكروم. في مشعب العادم بهيكل جلبة ، عادة ما يكون الأنبوب الداخلي مصنوعًا من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي ، والأنبوب الخارجي مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي.

الأنبوب الأمامي

يقع الأنبوب الأمامي بين مجمع العادم والأنبوب المرن. من أجل ضمان النشاط التحفيزي للمحول الحفاز المصب ، يجب تقليل الإشعاع الحراري للأنبوب الأمامي لمنع انخفاض درجة حرارة غاز العادم. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يكون للأنبوب الأمامي تأثير في تقليل الضوضاء. لهذه الأسباب ، يتحول الأنبوب الأمامي من هيكل الأنبوب التقليدي أحادي الطبقة إلى هيكل الغلاف ذو الجدران الرقيقة. المواد المستخدمة في الأنبوب الأمامي هي الفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي مثل SHU409L و SUS436L (17Cr-1Mo-LC، N) و SUS430J1L.

عندما يتم اعتماد هيكل الغلاف ، فإن الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ يستخدم أحيانًا في الأنبوب الداخلي. في المستقبل ، سيستمر الفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي منخفض التكلفة مع مقاومة أكسدة ممتازة وخصائص الإجهاد الحراري في الحفاظ على حالته باعتباره المادة الرئيسية للأنبوب الأمامي. بالإضافة إلى ذلك ، من أجل التعامل مع اتجاه ارتفاع درجة حرارة غاز العادم وترقيق جدار الأنبوب ، سيتم استخدام الفولاذ ذي الأداء الأفضل لدرجات الحرارة العالية ، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ من الدرجة SUS429.

أنبوب مرن

يقع الأنبوب المرن بين مجمع العادم ومحول المحفز ، وذلك بشكل أساسي لمنع اهتزاز المحرك من الانتقال إلى أجزاء أخرى من نظام العادم. يتكون الأنبوب المرن من غلاف مموج وشبكة سلكية من الفولاذ المقاوم للصدأ تُلف الغلاف. يجب أن تتمتع مادة الأنبوب المرن بخصائص إجهاد جيدة عند درجات الحرارة العالية ، وفي نفس الوقت ، نظرًا لأنها مصنوعة في شكل مموج ، يجب أن تتمتع المادة بقدرة تشغيلية جيدة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام ملح ذوبان الثلج لمنع تجمد الطريق في المناطق الباردة ، لذلك فإن الجزء الخارجي من الأنبوب المرن مطلوب لمقاومة تآكل الملح في درجات الحرارة العالية.

في الوقت الحاضر ، المواد المستخدمة في الأنابيب المرنة هي SUS304 بشكل أساسي. ومع ذلك ، مع الأخذ في الاعتبار أن الجزء الخارجي من الأنبوب يحتاج إلى مقاومة التآكل الملحي بدرجة حرارة عالية في المناطق الباردة ، يتم أيضًا استخدام SUSXM15J1 مع أداء أعلى. تمت إضافة درجة الفولاذ هذه مع Si وزيادة محتوى Ni. . في الآونة الأخيرة ، بدأ أيضًا استخدام SUS316L (18Cr-12Ni-2.5Mo-LC) ، وهو اقتصادي أكثر من SUSXM15J1 ولديه مقاومة أفضل للتآكل بين الخلايا الحبيبية من SUS304.

المحول الحفاز (حامل المحفز والغلاف)

من أجل الحد من تلوث الهواء من عوادم السيارات ، من الضروري تركيب نظام لتنقية العادم يسمى "المحول الحفاز". يمكنه تحويل أول أكسيد الكربون والملوثات الهيدروكربونية في غاز العادم إلى ثاني أكسيد الكربون والماء ، وتحويل ملوثات أكسيد النيتروجين (NO) إلى نيتروجين وأكسجين. يتكون المحول من محفز ، ومحفز مساعد ، وطلاء مانع للتسرب ، وناقل محفز.

نظرًا لأن المحول الحفاز يقع بالقرب من مجمع العادم وتحت الهيكل المعدني ، يجب أن يكون قادرًا على تحمل بيئة الخدمة القاسية مثل ارتفاع درجة الحرارة والاهتزاز. بالنسبة للمادة الحاملة للمحفز ، بالإضافة إلى مادة حاملة سيراميك كورديريت ، تم أيضًا استخدام مادة حاملة معدنية مصنوعة من رقائق فولاذية مقاومة للصدأ من الحديد. سبب استخدام رقائق الفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي هو أداء الصدمة الحرارية الجيد والقدرة الحرارية الصغيرة.

يتكون حامل المحفز المعدني من مغزل قرص العسل مصنوع من رقائق الفولاذ المقاوم للصدأ وغطاء مصنوع من صفيحة فولاذية مقاومة للصدأ. يتم تصنيع مغزل قرص العسل عن طريق لف الرقائق المسطحة والرقائق المموجة وربطها بالنحاس أو اللحام أو ما شابه. يجب أن يتمتع الغلاف بقوة حرارة عالية جيدة ، ومقاومة تآكل الملح في درجات الحرارة العالية ، وقابلية المعالجة.

نظرًا لأن الرقاقة مطلوبة للحصول على مقاومة أكسدة ممتازة ، يتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ Fe-Cr-Al ferritic ، مثل سبيكة Fe-20Cr-5A1. من أجل تعزيز التصاق طبقة الأكسيد ، أضافت بعض درجات الصلب أيضًا عددًا صغيرًا من العناصر الأرضية النادرة (REM) مثل Hf و Sc و Y و Ce. يتمثل اتجاه تطويرها في زيادة تحسين مقاومة الأكسدة لرقائق الفولاذ المقاوم للصدأ.

يستخدم غلاف المحول الحفاز بشكل أساسي الفولاذ المقاوم للصدأ SUS430 (17Cr) ، ولكن من أجل التعامل مع الزيادة في درجة حرارة غاز العادم ، تم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي مع أداء أفضل لدرجات الحرارة العالية ، مثل سلسلة SUS430J1L و SUS429.

الأنبوب المركزي

يربط الأنبوب المركزي محول الحفاز وكاتم الصوت الرئيسي. تحتوي بعض الطرز أيضًا على كاتم صوت ثانوي مثبت في الأنبوب المركزي. درجة حرارة غاز العادم في هذا الموقع منخفضة نسبيًا ، وبالتالي فإن أداء درجة الحرارة العالية للأنبوب المركزي ليس مرتفعًا جدًا ، ولكن متطلبات مقاومة التآكل عالية جدًا. مقاومة التآكل للسطح الداخلي هي أساسًا للتآكل الناجم عن الماء المكثف في غاز العادم ، في حين أن السطح الخارجي يجب أن يقاوم التآكل الملح الناجم عن ملح ذوبان الثلج.

تقليديًا ، الأنبوب المركزي مصنوع من صفيحة فولاذية كربونية بألومنيوم ، ولكن كإجراء لمقاومة التآكل على الأسطح الداخلية والخارجية ، فإن استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ يتزايد بسرعة. الفولاذ المقاوم للصدأ المستخدم في الأنبوب المركزي هو SUS410 (13Cr) و SUH409L و SUS430.

كاتم الصوت الرئيسي

وظيفة كاتم الصوت الرئيسي هي امتصاص وتقليل الضوضاء عند استنفاد غاز العادم. إنها تتكون من غلاف ، لوحة داخلية ، أنبوب داخلي ، لوحة طرفية ، وأجزاء أخرى. عندما تسير السيارة لمسافة طويلة ، بسبب تأثير التسخين لغاز العادم ، يمكن أن تصل درجة الحرارة القصوى لكاتم الصوت الرئيسي إلى حوالي 400 درجة مئوية ، لذلك لن تتكثف الرطوبة فيها في هذا الوقت.

ولكن عند قيادة السيارة لمسافة قصيرة ، لا ترتفع درجة حرارة كاتم الصوت الرئيسي ، لذلك تتكثف الرطوبة فيه. يحتوي الماء المكثف على NH + 4 و CO23 و SO24 و Cl- والأحماض العضوية. عندما يتم تشغيل المحرك وإيقافه بشكل متكرر ، تتركز هذه المواد تدريجياً. يخلق ظهور المكثفات بيئة أكالة ورطبة للغاية داخل كاتم الصوت. من ناحية أخرى ، يتعرض السطح الخارجي لكاتم الصوت للبيئة المسببة للتآكل من الملح الذائب.

في الوقت الحاضر ، مادة كاتم الصوت الرئيسية هي SUS436L بشكل أساسي ، ولكن استخدام SUS436J1L (17Cr-0.5Mo) آخذ في الازدياد لأن درجة الفولاذ تقلل من كمية Mo المضافة وبالتالي تقلل التكلفة. نظرًا للمظهر الجميل والمقاومة الجيدة للتآكل للصفائح الفولاذية المقاومة للصدأ بالألمنيوم ، فإنها تستخدم أحيانًا للأغلفة والألواح الطرفية.

عوادم

يقع أنبوب العادم خلف كاتم الصوت الرئيسي وهو المخرج النهائي لغاز العادم. إنه أيضًا جزء مرئي. لذلك ، يجب ألا يكون أنبوب العادم مقاومًا للتآكل فحسب ، بل يجب أن يكون جميلًا أيضًا. نظرًا لأن درجة حرارة غاز العادم في أنبوب العادم منخفضة جدًا بالفعل ، يكفي استخدام لوح فولاذي مطلي بالألمنيوم. ولكن في بعض الأحيان بالنسبة للجماليات ، فولاذ مقاوم للصدأ من الحديد عالي النقاء مثل SUS409L ، SUS430، و SUS436 و الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي SUS304 تستخدم أيضًا. عندما تكون هناك متطلبات خاصة للمظهر ، يتم أيضًا استخدام درجات الصلب الرئيسية بخلاف طلاء الكروم أو طلاء الألمنيوم بالغمس الساخن ، ويمكن أن تتحمل YUS731 تآكل الملح بدرجة الحرارة العالية.

تعتبر صناعة السيارات مستهلكًا رئيسيًا للفولاذ المقاوم للصدأ. أجزاء التطبيق الخاصة به بشكل أساسي أنظمة العادم والأجزاء الزخرفية المختلفة. يتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ فئة 400 بشكل رئيسي ، وأنواع الفولاذ التمثيلية هي 409L ، 436L ، 430 ، إلخ.

أصبحت صناعة السيارات صناعة أساسية لاستهلاك الفولاذ المقاوم للصدأ. نظرًا لحقيقة أن صناعة السيارات في الصين لا تزال في مرحلة التطور السريع ، فإن دور الفولاذ المقاوم للصدأ في صناعة السيارات لا يزال يشهد تطورًا كبيرًا. يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ بأداء ممتاز وحماية البيئة وخصائص قابلة لإعادة التدوير. أعتقد أنه في السنوات القليلة المقبلة ، ستشهد صناعة السيارات ، وخاصة استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ في أنظمة عادم السيارات ، نموًا أكبر من حيث الكمية وأنواع الفولاذ.