余 勇，黃 平，范梅梅 （重慶長安汽車股份有限公司，重慶 401120）

0 引言

汽車排氣系統(tǒng)服役環(huán)境復雜惡劣，很容易發(fā)生腐蝕，一些部件甚至會腐蝕失效。國內(nèi)油品質(zhì)量較差，含硫量較高，由于燃燒而生成含有NH4+、CO32-、SO42-和有機酸等濃縮的強腐蝕性冷凝液，且排氣管的溫度比較高，更加速了排氣系統(tǒng)的腐蝕［1］。用戶的使用習慣、車輛的使用環(huán)境、道路融雪鹽、汽車排氣系統(tǒng)材料及結(jié)構等都是誘發(fā)腐蝕的重要因素。汽車排氣系統(tǒng)的防腐問題一直是難點，整車強化腐蝕試驗銹蝕嚴重，且售后銹蝕嚴重，三包索賠和維修頻發(fā)。

長安某低端車型排氣系統(tǒng)材料主要為SUS409不銹鋼，售后銹蝕較為嚴重。造成汽車排氣系統(tǒng)銹蝕的原因眾多，但用戶因素、油品質(zhì)量、使用環(huán)境等為客觀存在現(xiàn)實，無法控制，需從消聲器本身設計著手，從源頭上減少銹蝕的發(fā)生。因此，在某新開發(fā)車型中，為提升防腐性能，計劃將材料全面升級為SUS436L不銹鋼，但成本大幅增加。

新型鐵素體不銹鋼Nb-Ti（鈮-鈦）雙穩(wěn)定439（下文簡稱SUS439M）具有良好的耐腐蝕性能、成型性能、焊接性能和較低的成本［2］。為了在提升防腐性能的同時，又不增加太多成本，對SUS439M的防腐性能進行了研究。

以長安某低端車型排氣系統(tǒng)為例，選取低溫端前消聲器總成進行SUS439M的防腐性能研究，為排氣系統(tǒng)防腐材料的開發(fā)提供依據(jù)。

1 試驗樣件與方法

采用SUS409、SUS439M、SUS436L 3種材料制作長安某低端車型排氣系統(tǒng)前消聲器總成（包括筒體、緩沖管、端蓋）樣件，如圖1所示。

從實驗室測試和路試試驗兩個方面進行了研究。通過晶間腐蝕試驗、電化學試驗、循環(huán)腐蝕試驗，研究了材料的腐蝕特性。采用GB/T 10125—2012《人造氣氛腐蝕試驗 鹽霧試驗》中的中性鹽霧試驗法（NSS試驗）測試樣件的耐靜態(tài)中性鹽霧腐蝕性，試驗后按照GB/T 6461—2002《金屬基體上金屬和其他無機覆蓋層經(jīng)腐蝕試驗后的試樣和試件的評級》的要求進行檢查，并判斷其能否滿足防腐設計要求。在重慶西部汽車試驗場進行路試試驗，對經(jīng)過路試的樣件進行切割，除銹之后觀察不同部位的腐蝕形式和腐蝕情況，并進行點蝕坑深度的測量和分析。

圖 1 前消聲器總成示意圖Figure 1 The scheme of front muffler assembly

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 材料腐蝕特性研究

2.1.1 晶間腐蝕試驗

采用雙環(huán)電化學再活化（DL-EPR）測量方法，對SUS409、SUS439M、SUS436L 3種材質(zhì)試樣進行晶間腐蝕敏感性評估。3種試樣的活化電流Ia、再活化電流Ir、再活化率Ra如表1所示。

表1 試樣DL-EPR測試的各項參數(shù)Table 1 DL-EPR test parameters of the samples

由表1數(shù)據(jù)可知，3種材質(zhì)試樣的再活化率由大到小依次為：SUS409＞SUS439M＞SUS436L。再活化率Ra的數(shù)值越大，晶間腐蝕的敏感性越高。因此3種材料晶間腐蝕敏感性由高到低依次為：SUS409＞SUS439M＞SUS436L。

2.1.2 電化學試驗

根據(jù)GB/T 17899.9—1999《不銹鋼點蝕電位測量方法》測試SUS409、SUS439M、SUS436L 3種試樣的平均點蝕電位，結(jié)果如表2所示。

表2 3種材料的平均點蝕電位對比Table 2 Average pitting potential contrast among three materials

由表2數(shù)據(jù)可知，點蝕電位由高到低依次為：SUS436L＞SUS439M＞SUS409。點蝕電位是用來確定薄板金屬的耐點蝕能力的參數(shù)。對于不銹鋼材質(zhì)而言，點蝕電位越高，抗點蝕能力越強。由此可知，3種材料的抗點蝕能力由高到低依次為：SUS436L＞SUS439M＞SUS409。

2.1.3 循環(huán)腐蝕試驗

采用Mazda法進行循環(huán)腐蝕試驗，pH為8.0［3］。經(jīng)Gumbel分布統(tǒng)計方式計算出的最大點蝕坑深度如表3所示。

表3 最大點蝕坑深度Table 3 Maximum corrosion pit depth

由表3數(shù)據(jù)可知，最大點蝕坑深度由大到小依次為：SUS409＞SUS439M＞SUS436L，由此可知，3種材料的耐腐蝕性能由高到低依次為：SUS436L＞ SUS439M＞SUS409。

通過以上試驗結(jié)果可知，3種材料的耐腐蝕能力由高到低依次為：SUS436L＞SUS439M＞SUS409。SUS439M和SUS436L的耐腐蝕性能均優(yōu)于SUS409，均可達到提升防腐性能的作用，接下來對比SUS439M和SUS436L 2種材料的耐腐蝕性能的差異，對其能否滿足汽車排氣系統(tǒng)防腐蝕設計要求進行驗證。

2.2 靜態(tài)中性鹽霧試驗

按GB/T 10125—2012對SUS439M（8#）和SUS436L（9#）樣件進行1 000 h的中性鹽霧試驗，在480 h、720 h和1 000 h 3個時間點分別觀察樣件的銹蝕情況，并按GB/T 6461—2002進行評級，由于樣件為不銹鋼材料，且表面無任何涂鍍層，因此試驗僅評價了基體金屬的缺陷面積，缺陷面積越大，銹蝕就越嚴重，則評定等級越低。試驗結(jié)果如表4所示。

表4 樣件的中性鹽霧試驗結(jié)果Table 4 Results of the samples’ neutral salt spray test

由表4可以看出，試驗480 h后，8#和9#樣件均已產(chǎn)生5%面積的銹蝕，到試驗720 h后腐蝕情況并未加重，兩個樣件的銹蝕面積完全相同。隨著試驗的進一步進行，1 000 h后銹蝕情況有所加重，8#樣件銹蝕面積為9%，9#樣件銹蝕面積為7%，8#樣件的銹蝕情況更加嚴重，但相差并不明顯。從以上結(jié)果可知：

（1） 在中性鹽霧試驗720 h內(nèi)，SUS439M前消聲器總成（8#樣件）與SUS436L前消聲器總成（9#樣件）的防腐性能相當。

（2） 在中性鹽霧試驗1 000 h時，SUS439M前消聲器總成的防腐性能稍弱于SUS436L前消聲器總成，但也能滿足長安某車型的防腐設計要求。

2.3 路試試驗

2.3.1 路試情況

將SUS439M樣件搭載于長安某車型上進行路試試驗，試驗情況如表5所示。

表5 路試試驗情況Table 5 Conditions of the road test

路試試驗后，消聲器外表面覆蓋了泥土和灰塵，很難看出具體的腐蝕程度，且內(nèi)表面也覆蓋了碳灰和油污，因此必須對樣件進行清洗。采用軟刷將消聲器表面浮灰刷掉，并用丙酮浸泡除去油污后，用酒精擦凈、吹干，再進行觀察和分析。由于點蝕穿孔造成的消聲器失效問題是排氣系統(tǒng)失效的最主要問題之一，因此，將路試試驗后的排氣系統(tǒng)前消聲器總成切割開，對其內(nèi)部的腐蝕情況進行評價分析。

2.3.2 點蝕坑深度測量與分析

緩沖管是整個消聲器中與腐蝕性氣體和冷凝液接觸最多的位置，其遭受到的腐蝕程度相對來說也會更加嚴重，而且其內(nèi)外壁均遭受到腐蝕，因此選擇緩沖管進行測量評價。

圖2為路試后切取的前消聲器總成樣品。將緩沖管分為1#，2#，3#，4#4個部分進行點蝕深度的測量。

圖2 路試后前消聲器總成樣品Figure 2 Front muffler assembly sample after the road test

采用去離子水、濃硝酸和氫氟酸配制的除銹液進一步除銹，以對點蝕坑進行測量。使用深度計對點蝕坑深度進行測量，精度為0.001 mm。對SUS439M和SUS436L兩種材料的樣件進行對比評價，每個緩沖管測試2組數(shù)據(jù)。緩沖管不同位置最大點蝕坑深度如表6所示。

表6 兩種材質(zhì)緩沖管不同位置最大點蝕坑深度Table 6 Maximum corrosion pit depth at different positions of buffer tanks with two materials mm

從表6可以看出，1#位置腐蝕情況較輕，點蝕坑很少，除銹后的樣品表面很干凈。2#、3#位置腐蝕情況比較嚴重，但從數(shù)據(jù)來看點蝕坑深度不大。2#和3#位置的腐蝕比較嚴重可能是由于在該部位有吸音棉的原因，吸音棉可能會減緩氣體的流動，使緩沖管更容易受到氣體的腐蝕，且吸音棉會導致氣體凝結(jié)在緩沖管上，進一步加劇腐蝕。由表6還可看出，SUS436L緩沖管的點蝕情況明顯輕于SUS439M緩沖管。

緩沖管腐蝕情況如圖3所示，從中也可以看出：點蝕坑深度雖然不大，但部分位置點蝕坑分布比較密集，點蝕坑直徑很大，且SUS439M比SUS436L銹蝕更為嚴重。

圖3 緩沖管腐蝕情況Figure 3 Corrosion condition of bufler tubes

上述測試結(jié)果表明，SUS439M樣品和SUS436L樣品的銹蝕情況都比較輕微，SUS439M的銹蝕程度相對而言更重一些，其防腐性能比SUS436L差，這也與材料腐蝕特性的研究結(jié)果一致。但從62 500 km路試試驗的結(jié)果來看，SUS439M樣件也能滿足長安某低端車型3 a、6萬km，無功能性腐蝕、無銹蝕穿孔的防腐設計要求。

3 結(jié)語

針對新型鐵素體不銹鋼SUS439M在汽車排氣系統(tǒng)防腐開發(fā)中的應用研究，開展了一系列試驗，得到以下結(jié)論：

（1） 在靜態(tài)中性鹽霧試驗方面，SUS439M能夠滿足長安某低端車型的防腐設計要求。

（2） 在路試試驗方面，SUS439M能夠滿足長安某低端車型3 a、6萬km，無功能性腐蝕、無銹蝕穿孔的防腐設計要求。

（3） 在成本方面，SUS439M比SUS436L便宜2 000元/t左右，材料升級成本可大幅降低。

（4） 本研究中的路試試驗為可靠性路試試驗，與用戶實際使用情況下的腐蝕環(huán)境存在較大差異，下一步將搭載實車進行整車強化腐蝕試驗，開展進一步研究。

［1］顏海濤，李鑫，畢洪運，等.汽車消聲器的腐蝕失效分析［J］.理化檢驗（物理分冊），2008（3）：43-46.

［2］覃懷鵬，陳海濤，郎宇平，等. 439M鐵素體不銹鋼點蝕誘發(fā)機理［J］.鋼鐵，2015（9）：91-96.

［3］李明軒，陳二虎，王學林，等.汽車排氣系統(tǒng)用新型低成本鐵素體不銹鋼［A］.中國汽車工程學會汽車防腐蝕老化分會第二屆學術年會論文集［C］，四川成都：中國汽車工程學會，2016.