5 不锈钢成为摩托车轻量化的新选择
近年来,不锈钢也正在成为摩托车的一种新型轻量化材料,用高强度不锈钢板试制的防撞弓形梁、挡板等零部件,一般可减小质量5%左右。不锈钢在摩托车上的应用时间虽然不短,但主要用于制造摩托车排气系统零件(如排气管),作为轻量化的材料应用于结构件的试验与研究是近几年才开始的。现阶段具有轻量化潜力的主要为高强奥氏体不锈钢,如AIS1300系列含氮的高强度奥氏体不锈钢,以及GH 132钢。采用AISI301L等高强度不锈钢板试制的防撞弓形梁、档板等零部件,减小质量幅度一般可达5%左右。随着摩托车向轻量化、节能化及环保化发展,对摩托车紧固件也提出了轻量化、更高设计应力及更合理坚固技术要求。为减小高强度坚固件氢脆断裂的危险,采用不锈钢和耐热钢制造发动机螺栓是最有效的措施之一。尽管不锈钢材料牌号有很多种,但还需通过正确的热处理工艺手段,才能更好地发挥不锈钢性能,热处理工艺是提高不锈钢紧固件品质和使用可靠性的重要保证。
早在上世纪70年代,摩托车制动器开始不锈钢化,首先是采用410材质的不锈钢,但是耐腐蚀性能相对较差。制动器由于受到摩擦导致硬度降低,所以材料必须要有超过500℃的高耐热性能和高硬度,后来厂家以410材质的不锈钢为基础,用碳和氮控制硬度,提高锰含量,形成了一种耐热超过500℃硬度超过40HRC的不锈钢材料,摩托车制动器的不锈钢化迅速发展,后来逐步扩展到汽车领域。
常见四冲程摩托车使用几年之后,排气管(消音器)就会从内部锈穿。这是因为汽油燃烧后的二氧化碳、二氧化硫与水(排气管由于温度的变化冷凝而成)反应形成弱酸而腐蚀排气管,低温刚启动时排气管会喷出带锈的水的缘故。由于四冲程车不燃烧机油,也就不会像二冲程车那样会在排气管内壁形成油膜阻止生锈。随着能源的日趋紧张和环保问题的日益严重,汽车、摩托车排气系统的材料从铸铁、碳钢、镀铝碳钢向不锈钢发展。宝钢不锈钢事业部及时掌握市场信息,从2005年起,成立了由产销研人员组成的汽车、摩托车用不锈钢产品开发小组,有力地推动了事业部汽车、摩托车用不锈钢品种和质量的提升。经过不断摸索和创新,目前,摩托车不锈钢产品已实现高品质系列化生产。排气系统用钢生产初期,宝钢不锈钢事业部对内面临着炼成率较低、辊迹氧咬缺陷率较高、冷轧成材率较低等问题,对外面临着激烈的市场竞争,攻克了VOD的生产难关,超低碳氮控制水平显著改善;冷轧厂改善了产品热轧辊迹缺陷,热轧辊迹的酸洗封锁率下降到了5%左右;形成了炼钢、热轧、冷轧的一贯制制造技术,实现了批量稳定生产,产品广泛应用于摩托车行业。
摩托车使用盘式制动器进行制动时,由于圆盘受摩擦而发热引起硬度降低,为此要求材料具有超过500℃的高耐热性和硬度在30~40HRC之间。在HE制钢,以马氏体系列不锈钢suS410(13cr)为基础,用碳和氮控制硬度,提高锰含量,开发出盘式制动器用材料JFEAIODB(13cr-15Mn-007)。工艺上只是进行淬火,形成了一种韧性和耐磨损性优良,而且在耐热性方面超过500℃其硬度亦不降低的一种很好的材料。随着摩托车功能日趋强化,应对制动器制动时发热,应使刹车盘材料有微细的碳氮化合物析出。为此开发耐热性超过550℃的JFE41ODB一ER钢种。日新制钢公司已使圆盘式制动器用材料NSS410M4(13cr-0.7Mn-0.07C)产品化了。圆盘式制动器是使用钢卷或钢板,经过冲裁加工后,经高温淬火热处理,对表面使用400~600目砂轮进行磨削加工。刹车盘,分整体刹车圆盘或刹车圆盘加法兰盘铆接而成的两个类型。目前,不锈钢应用的主要障碍是成本问题,这是由于不锈钢中Ni、 Cr等合金元素含量较高,大量应用尚存在资源紧缺等问题。降低成本的途径主要有2个:1)选用价格相对较低的材料,如AIS1204M因镍含量较低价格比AIS1301L便宜;2)通过优化设计与工艺优化,如减少零件数目、取消防蚀处理和表面处理等,来抵消一部分材料增加的费用。不锈钢材料在摩托车领域的应用前景是广阔的,随着技术的发展,科技的进步,未来不锈钢材料一定会取得更大的突破,我们拭目以待。