汽车用不锈钢焊接钢管的需求与生产

       近年来，随着使用寿命和排气温度的不断升高，汽车对排气系统冷端耐局部腐蚀性能和热端高温抗氧化性提出了更高的要求。本文在我国汽车产量持续增加的背景下，对汽车用不锈钢焊接钢管的使用情况进行了综述分析。

1我国汽车行业发展及用钢情况预测

       据中国汽车工业协会统计分析，2016年我国汽车产销量为2812万辆和2803万辆，同比增长14.5%和13.7%，增幅比上年提升11.2个百分点和9.0个百分点，汽车产销量再创历史新高。

       “十三五”期间，我国汽车行业在刚性消费需求、汽车报废更新和新能源汽车发展的推动下，产量将继续增长，但受基数较大、交通拥堵、环境污染等因素的制约，增速不会太高，预测增速为3%左右，2020年产量有望达到3150万辆。

       随着汽车高强钢的使用比例继续增加，汽车整车用钢总量增速将小于汽车行业产量增速。另外，汽车零部件出口将保持稳定增长，零部件用钢和维修消费钢材总量将有所增长。据测算，2016年汽车用钢消费量约5550万吨。

       在汽车制造业中，不锈钢材料由于强度高、耐腐蚀、相对质量比较轻、受冲击以后吸收能量比其他金属材料强、安全性能好、制造组装工艺简单等优点用量不断增加。

       近年来，每辆汽车的不锈钢用量从80年代的10kg左右逐步增加到20-30kg，美国已超过40kg。综合来看，未来几年我国每年汽车行业不锈钢需求量将达100万吨左右。

2汽车用不锈钢

2.1

不锈钢在汽车行业中的应用

       不锈钢在汽车行业的应用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。

       汽车燃油箱用不锈钢主要为不锈钢板，要求具有优良的冲压成形性能、焊接性能及较高的耐蚀性（内部耐燃油腐蚀性能和外部对严酷环境的耐蚀性），使用较多的是奥氏体不锈钢，如SUS304L。汽车车架用不锈钢为汽车用高强度不锈钢板，如铁素体不锈钢制成的整体车身外壳，使用寿命一般为15-20年。

       不锈钢也应用在多种汽车零部件，如不锈钢密封圈、不锈钢板式换热器（材料多采用SUS304、SUS430和SUS409L）、汽车发动机系统和传动系统用不锈钢紧固件（常用的不锈钢有SUS410、SUS304、SUS316、SUS430JIL、SUH660等）。

       汽车装饰也使用不锈钢，如不锈钢嵌条、天线、车轮盖或大型客车的扶手、安全栏杆、吊手杆等。不锈钢管在国内主要应用于乘用车排气系统和整车装饰，其中以汽车排气系统应用为主。

2.2

汽车排气系统用不锈钢焊管

       汽车排气系统位于车辆底部，连接发动机出气端与大气，主要作用是排放发动机产生的废气、净化废气、降低噪音，其关系到整车的动力、排放、振动噪声、舒适度等性能。汽车排气系统从靠近发动机一侧开始，由排气歧管、前管、挠性管、中心管、消音器和尾管等构成，根据车形的不同，有的还安装数个催化转换器及副消声器等。

       根据汽车排气系统各部件服役温度的不同，将其分为汽车排气系统热端和汽车排气系统冷端。由于排气歧管直接与汽车发动机相连，服役温度最高，所以排气歧管为汽车排气系统热端的代表；消音器服役温度低，是汽车排气系统冷端的代表。

       在排气系统零部件构成中，管件约占总重量的60%以上，如歧管、前管、中心管、消声器中的弯管及尾管等。汽车用排气管件早期常用铸铁管、镀锌钢管和镀铝钢管，早期排气歧管所使用的铸铁件等工作温度为800℃以下，已不能满足服役条件。目前耐热性能高的不锈钢薄壁焊管和无缝管已用于汽车排气管的制造。

       近年来，由于世界能源紧张和环境日趋恶化，汽车工业提高燃气热效率、减轻汽车自身重量等方面的需求对排气系统提出了更高的要求，不断地提高发动机排气温度。排气歧管工作温度由750℃-800℃上升到900℃-950℃，甚至更高；排气歧管及紧固件由普碳钢等转换为不锈钢；消声器废气温度提高，加重了腐蚀程度，也必须采用不锈钢。

       目前，在欧洲、美国及日本的汽车中，排气系统已经100%使用不锈钢。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，综合来说，每辆车排气系统用不锈钢约15kg，由此推算，未来几年我国每年汽车行业排气系统用不锈钢将维持在50万吨左右。

3 汽车排气系统用不锈钢管生产情况

3.1

工艺发展

3.1.1 不锈钢品种

       20世纪70年代开始，日本、美国、欧洲等国家已广泛采用304等奥氏体不锈钢制作汽车排气系统，但奥氏体不锈钢线膨胀系数较大，在高温服役过程中，其表面氧化皮会发生明显剥落，且奥氏体不锈钢成本高，其主导地位逐渐削弱。

       自20世纪90年代开始，随着不锈钢冶炼技术不断提高，铁素体不锈钢的加工成形性和耐腐蚀性能得到了明显的提高。另外，铁素体不锈钢成本低、具有优良的耐蚀性与高温特性，再加上其固有的热膨胀率小和导热性高等优点，已广泛应用于汽车排气系统。

       在我国生产的轿车排气系统用不锈钢中，奥氏体不锈钢主要是304、309、321等，铁素体不锈钢主要是409、429、432、436、439、441、444等。排气系统应用的奥氏体不锈钢已经实现国产化；铁素体不锈钢由于牌号少、性能不如国外产品稳定、用户使用习惯等，使用较多的是进口日本、韩国的409、439、436等材料。409L由于价格相对较低，作为汽车排气系统用主要钢种，已在汽车上大量应用。

       汽车排气系统零部件因所处环境不同，对材料的性能要求各不相同。如热端主要关注材料的高温氧化、高温疲劳等性能，以选用耐高温性能优良的SUS429和SUS441等为主。消声器等冷端部位，冷凝液腐蚀是其主要的失效形式，选择材料时要考虑耐冷凝液腐蚀性能和成形性能等，低铬的SUH409L和中铬的SUS439L、SUS436L等钢种为首选。中心管等选择抗高温氧化和抗高温盐蚀性能良好的铁素体不锈钢和含钼不锈钢，如SUH409L、B436L等。

       目前，在日本汽车制造业中，轿车排气歧管用不锈钢由SUH409L制成；美国汽车制造业排气系统应用不锈钢为T409、T439、AL409、436S等。由于排气温度升高，排气歧管用不锈钢由SUH409L（低等级）、SUS430JIL（高等级）进展到高性能材料SUS444的趋势逐渐明显。

       汽车排气系统的不锈钢化已基本实现，但今后将采用性能更高且价格更低的材料。随着生产技术的进一步改进和完善，铁素体不锈钢的应用将会越来越广泛。

3.1.2 生产工艺

       汽车排气系统零部件所用管材是由冷轧板经过弯管成形及焊接获得的不锈钢焊管，还要经过弯管成形、缩颈、扩管等冷加工及焊接等工艺过程加工成不同形状的管件，因此，要求焊管具有良好的成形性能和焊接性能。

       汽车排气系统用不锈钢焊管大多壁厚在2.5mm以下，生产主要采用连续成形直缝焊接方法，包括钨极氩弧焊（TIG）、高频电阻焊（HFW）、激光焊（LBW）以及它们之间的组合焊接（HFW+LBW）等。针对使用比例较高的不锈钢焊管，早期的焊接主要采用氩弧焊（TIG）。随着高频焊接（HFW）及激光焊接（LBW）工艺的广泛应用，在欧美及日本，汽车用不锈钢焊管已经完全采用了高效率的高频焊接及激光焊接模式。

       在我国，受激光焊接及高频焊接对设备的投入大、焊接工艺要求高等因素制约，主要焊管厂的焊接工艺仍然以TIG焊为主。最近几年，随着我国汽车工业的快速发展，与之配套的汽车零部件总承厂及其二级供应商也认识到高频焊接及激光焊接工艺的显著优势。为适应产量和使用需求，已经有部分焊管企业将新增焊管产线转向激光及高频焊接工艺。

3.2

典型生产企业

3.2.1原料生产企业

1）宝钢不锈

       宝钢不锈钢有限公司（简称“宝钢不锈”）是我国重要的不锈钢精品制造基地，主要产品有热轧不锈钢板卷、冷轧不锈钢薄板和冷轧不锈钢焊管等，形成了铁素体、奥氏体、马氏体、双相钢等四大系列产品。2005年宝钢不锈开始汽车排气系统用不锈钢SUH409L的产品开发，2006年获得了德国大众的产品认证并出口海外。

       随着国家级汽车用钢重点实验室在宝钢成立，以及宝钢对“整车用钢”理念的不断深入研究，宝钢对不锈钢在汽车领域中的应用也进行了大量探索和实践，在汽车排气系统用不锈钢领域取得了卓有成效的进展。

       近年来，宝钢不锈在汽车排气系统用不锈钢开发及应用方面始终处于国内领先地位，其自主开发的系列汽车排气系统用钢已经在国内日系、欧系及美系三大车系的车辆中大批量国产化应用。宝钢不锈生产的不锈钢焊管被广泛应用在排气歧管、前管、中管、消声器及尾管等部位，性能达到国内外先进水平，取得汽车行业质量管理体系、汽车排气系统用不锈钢钢种等认证。

       目前，宝钢不锈已经形成了系列化的汽车排气系统用不锈钢，如SUH409L、B409M、B436L、B439M、B441、B429、B444M2等，宝钢开发的B409M，通过在SUH409L基础上采用Nb、Ti双稳定化处理，有效提高了不锈钢的耐腐蚀性能。

       2016年底，宝钢不锈、泛亚汽车技术中心有限公司、上海天纳克排气系统有限公司共同建立了国内首家汽车用不锈钢联合实验室，汽车排气管用不锈钢材料的升级换代成为联合实验室重点推进的材料升级项目之一。

       2017年6月份，宝钢不锈的母公司宝武集团全球首发产品——汽车排气管用不锈钢B425DP在上海通用成功通过路跑测试，设计寿命达到5年、10万千米。

       今年初，由宝钢不锈、中央研究院牵头起草制订的《汽车排气系统用冷轧铁素体不锈钢钢板和钢带》已正式通过国家标准化委员会组织审核，实现了宝武集团在不锈钢产品标准制订方面的突破。

       汽车排气管用不锈钢是宝钢不锈目前最具竞争力的主打产品之一，国内市场占有率达到30%以上，该产品不仅在通用汽车得到广泛、稳定的使用，而且在国内日系、欧系及美系车的制造中，均得到了大批量国产化应用，市场份额稳居国内前列。

2）太钢

       铁素体不锈钢由于制造难度大、工艺技术水平要求高，只有少数发达国家掌握其生产技术，我国在2002年这类钢还完全依靠进口。太钢作为国内最大的不锈钢生产企业，随着2003年50万吨不锈钢系统改造工程的完成，已经具备研发、生产汽车排气系统用超纯铁素体不锈钢的设备、技术能力。2016年，汽车排气系统用不锈钢市场销售额比2015年增长36.7%。

       我国油品硫含量偏高，造成排气系统消音器部位使用409L材料经常会出现在质保期内发生腐蚀失效问题。针对这一问题，太钢等6家单位成立了“产、学、研、用”联合攻关组，开发出适合我国油品条件的新型铁素体不锈钢439M，其在耐蚀性、力学性能、成型性能、焊管的焊缝组织和焊后晶间腐蚀等方面与进口韩国浦项的汽车排气系统用439对比，表现出了良好的综合性能，已作为一汽集团所产轿车的排气管材料使用。

3.2.2 焊管生产企业

       浙江久立特材科技股份有限公司（简称“久立特材”）作为久立集团股份有限公司的核心控股子公司，是一家专业致力于工业用不锈钢及特种合金管材、双金属复合管材、管配件、涂层等管道系列产品研发与生产的企业，建有世界先进水平的FFX成型、JCO成型、激光焊接等焊接管生产线。久立特材产品包括奥氏体不锈钢管、铁素体不锈钢管及特种合金等多钢种，其管材产销量多年居国内首位，也包括汽车用管。

       山东恒业金属制品有限公司拥有两条先进的焊接钢管生产线，主导产品为高档焊接钢管，年产量25000t，主要市场为北方的汽车、家具、机械和石化等行业用户。其主要产品包括减震器管、排气管、消声器管等产品。此外，江苏中友精密制管有限公司、江苏丰立精密制管有限公司和天津大佑钢管有限公司等企业生产的轿车制动器管、排气管、减震器管等均得到市场认可。