EP0780552B1 - Pot d'échappement de véhicule automobile - Google Patents

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EP0780552B1
EP0780552B1 EP96402533A EP96402533A EP0780552B1 EP 0780552 B1 EP0780552 B1 EP 0780552B1 EP 96402533 A EP96402533 A EP 96402533A EP 96402533 A EP96402533 A EP 96402533A EP 0780552 B1 EP0780552 B1 EP 0780552B1
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EP
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steel
central part
compris entre
degrees celsius
exhaust
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EP96402533A
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Vincent Cholet
Dominique Spehner
Gilbert Duboueix
Philippe Guesdon
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Sollac SA
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Sollac SA
Lorraine de Laminage Continu SA SOLLAC
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N1/00—Silencing apparatus characterised by method of silencing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/16—Selection of particular materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0221—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
    • C21D8/0226—Hot rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2510/00—Surface coverings
    • F01N2510/08—Surface coverings for corrosion prevention

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust pipe motor vehicle.
  • a motor vehicle exhaust pipe is made up an outer shell, an inner shell and a central part made up of perforated pipes and assembled transverse partitions between them to form a chicane, called tripaille.
  • the central part of the exhaust pipes, as well as their inner shell must withstand very acidic and very basics of condensates that form during use when expansion therein of the burnt gases from the vehicle combustion engine automobile.
  • European Patent No. 007,131 describes such a particular type of enamel, the manufacturing and implementation of which complex and therefore entail an additional cost compared to the use of standard enamels.
  • the present invention provides an exhaust for motor vehicle, resistant to severe attack by condensates which are formed in its central part, and which is of a low cost.
  • an exhaust pipe motor vehicle consists of an outer casing 1, a inner casing 2 and a central part 3.
  • the central part 3 consists of perforated tubing 4 and transverse partitions 5 assembled together to form a baffle allowing the expansion of the burnt gases of the combustion engine of the motor vehicle.
  • Exhaust also includes tubing inlet 6, connecting it to the engine exhaust manifold and a outlet pipe 7 allowing gases to be evacuated to the atmosphere exhaust relaxed and rid of a certain amount of harmful particles.
  • the steel is obtained by hot rolling at a final rolling temperature exceeding the point Ar 3 to obtain a strip, which is coiled at a temperature above 600 degrees Celsius, and after cold rolling, is subjected to recrystallization annealing.
  • recrystallization annealing which can be indifferently a base bell annealing or a continuous annealing.
  • the strip winding temperature is greater than 700 degrees Celsius.
  • the steel is obtained by hot rolling at a final rolling temperature exceeding the point Ar 3 to obtain a strip, which is coiled at a temperature above 700 degrees Celsius, and after cold rolling, is subjected to recrystallization annealing. .
  • the strip winding temperature is greater than 750 degrees Celsius.
  • Annealing is a base decarburizing annealing in an expanded coil, that is to say a bell annealing of the coil wound in turns contiguous.
  • the non-contiguous turn coil is heated in a bell under HNx atmosphere up to about 600 degrees Celsius, then continue the annealing by subjecting it to a current of water vapour.
  • the steel is obtained by hot rolling at a final rolling temperature exceeding the point Ar 3 to obtain a strip, which is coiled at a temperature above 600 degrees Celsius, and after cold rolling, is subjected to recrystallization annealing. , basic annealing or continuous annealing.
  • the strip is wound at a temperature greater than 700 degrees Celsius.
  • the central part 3 can be made of an enameled steel exhaust pipe, perfectly resistant to corrosion, easy to use, using a standard type of enamel, while avoiding the defects linked to the annealing of enamel and defects of the "nail stroke defect" type, and which is low cost.
  • the inner casing 2 of the exhaust pipe can be made either of stainless steel or aluminized steel, as well as the outer casing 1.
  • the best compromise between efficiency, i.e. essentially corrosion resistance, and cost, consists in making either an exhaust pipe whose central part 3 and the inner envelope 2 are made of enamelled steel, the outer casing 1 being made of aluminized steel, ie an exhaust pipe whose central part 3 is in enamelled steel, the inner envelope 2 is in stainless steel and the outer casing 1 is made of aluminized steel.
  • Two exhaust pipes were produced with an envelope inner 2 in stainless steel, outer casing 1 in steel aluminized and a central part 3 in enamelled steel.
  • the steel was obtained by hot rolling at a temperature final rolling equal to 890 degrees Celsius to obtain a strip, which was wound at a temperature of 760 degrees Celsius, and after cold rolling, was subjected to recrystallization annealing in coil expanded.
  • This central part 3 was enameled by immersing it in a bath of enamel of common mass resistant to heat and corrosion, having the following composition in weight percent: S i O 2 54 Z r O 2 2 P 2 O 5 1 B 2 O 3 14 Al 2 O 3 3 C a O 4 B a O 5 Na 2 O 11 K 2 O 2 Li 2 O 2 N i O 1 C o O 0.5 C u O 0.5.
  • the steel was obtained by hot rolling at a temperature final rolling equal to 890 degrees Celsius to obtain a strip, which was wound at a temperature of 710 degrees Celsius, and after cold rolling, was subjected to continuous recrystallization annealing.
  • This central part 3 has been enamelled by immersing it in a bath of the same enamel as before.
  • the use of enamelled steels to make at least the central part of a pot exhaust said steel having a composition according to the invention, allows guarantee good resistance of the enamelled steel to the thermal shocks it undergoes in operation, that is to say that the cracking of the enamel is avoided.
  • steel containing in thousandths of a percent weight between 0 and 10 carbon and between 50 and 150 titanium has a better resistance to thermal shock than steel containing in thousandths of per hundred weight between 0 and 4 of carbon and between 0 and 10 of titanium, which still has very good resistance to thermal shock, better than standard mild steels.

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Description

La présente invention concerne un pot d'échappement de véhicule automobile.
Un pot d'échappement de véhicule automobile est constitué d'une enveloppe extérieure, une enveloppe intérieure et une partie centrale constituée de tubulures perforées et de cloisons transversales assemblées entre elles pour former une chicane, appelée tripaille.
La partie centrale des pots d'échappement, ainsi que leur enveloppe intérieure doivent résister aux agressions très acides et très basiques des condensats qui se forment en cours d'utilisation lors de la détente dans celui-ci des gaz brûlés du moteur à combustion du véhicule automobile.
En effet, dans un pot d'échappement, circulent des condensats qui passent régulièrement en fonction de l'utilisation du véhicule automobile d'un pH égal à 2 à un pH égal à 12.
Aussi pour pouvoir résister à la corrosion due à ce type d'agressions, il est connu de réaliser des pots d'échappement dont au moins la partie centrale et l'enveloppe intérieure sont réalisées en acier inoxydable.
L'inconvénient majeur de ce type de pot d'échappement réside dans son coût élevé du fait du coût élevé de l'acier inoxydable.
Une solution pour réduire ce coût serait de réaliser des pots d'échappement dont la partie centrale est en acier émaillé.
Mais les émaux de masse du type courant présentent malheureusement plusieurs inconvénients.
D'une part, il y a des problèmes d'adhérence en particulier au niveau des arêtes vives de la partie centrale et surtout les arêtes des trous des tubulures perforées qui constituent ladite partie centrale.
D'autre part, on rencontre fréquemment des défauts de surface dits "défauts coup d'ongles" qui se traduisent par des petits arrachements d'émail en forme de demi-cercle.
Enfin, on se heurte à un problème de résistance à la chaleur insuffisante. En raison de l'effet recuisson que subit la partie centrale du pot d'échappement en fonctionnement, il apparaít de petites cloques dans les zones surchauffées de l'émail. Ce phénomène est encore appelé "effet rebouillonnement".
Il est connu pour remédier à ces inconvénients d'utiliser des émaux spéciaux qui sont suffisamment résistants à la chaleur, ne présentent pas l'effet connu de "recuisson" et qui ne présente pas de fissures à la suite de changements de température.
Par exemple le brevet européen n° 007 131 décrit un tel type d'émail particulier, dont la fabrication et la mise en oeuvre s'avèrent complexes et donc entraínent un surcoût par rapport à l'utilisation des émaux standards.
De plus, dans certains cas, il convient d'effectuer plusieurs cuissons différentes de ces émaux pour les stabiliser.
La mise en oeuvre de ces procédés spécifiques est relativement complexe et engendre un surcoût non négligeable et de ce fait un tel pot d'échappement, dont la partie centrale est émaillée avec ce type d'émail, n'est pas compétitif par rapport à un pot d'échappement dont la partie centrale est en acier inoxydable.
Il est connu également le document JP 4154919 traitant de l'élaboration d'un acier laminé à froid pour émaillage.
La présente invention propose un pot d'échappement pour véhicule automobile, résistant aux agressions sévères des condensats qui se forment dans sa partie centrale, et qui soit d'un coût faible.
La présente invention a pour objet un pot d'échappement de véhicule automobile, constitué d'une enveloppe extérieure, une enveloppe intérieure et une partie centrale constituée de tubulures perforées et de cloisons transversales assemblées entre elles pour former chicanes, caractérisé en ce que l'enveloppe intérieure et ou la partie centrale est réalisée en un acier émaillé, l'acier ayant la composition suivante en millièmes de pour-cent poids :
  • carbone compris entre 0 et 10
  • manganèse compris entre 150 et 400
  • phosphore compris entre 0 et 20
  • soufre compris entre 10 et 30
  • aluminium compris entre 10 et 50
  • titane compris entre 50 et 150
  • cuivre compris entre 10 et 60
  • azote compris entre 5 et 15,
   le reste étant du fer et des impuretés résiduelles, ledit acier étant obtenu par laminage à chaud à une température finale de laminage dépassant le point Ar3 pour obtenir un feuillard, lequel est bobiné à une température supérieure à 600 degrés Celsius, et après laminage à froid, est soumis à un recuit de recristallisation.
L'autre caractéristique de l'invention est :
  • le feuillard est bobiné à une température supérieure à 700 degrés Celsius.
Les caractéristiques et avantages apparaítront mieux à la suite de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, faite en référence au dessin annexé, représentant une vue schématique en coupe d'un pot d'échappement de véhicule automobile.
Comme on le voit sur la figure, un pot d'échappement de véhicule automobile est constitué d'une enveloppe extérieure 1, une enveloppe intérieure 2 et une partie centrale 3.
La partie centrale 3 est constituée de tubulures perforées 4 et de cloisons transversales 5 assemblées entre elles pour former une chicane permettant la détente des gaz brûlés du moteur à combustion du véhicule automobile.
Le pot d'échappement comprend également une tubulure d'entrée 6, reliant celui-ci au collecteur d'échappement du moteur et une tubulure de sortie 7 permettant d'évacuer vers l'atmosphère les gaz d'échappement détendus et débarrassés d'une certaine quantité de particules nocives.
La partie centrale 3 d'un pot d'échappement réalisée en acier émaillé ne faisant pas partie de l'invention est donnée ci-après à titre de comparaison, l'acier ayant la composition suivante en millièmes de pour-cent poids :
  • carbone compris entre 0 et 100
  • manganèse compris entre 0 et 500
  • phosphore compris entre 0 et 30
  • soufre compris entre 0 et 40
  • aluminium compris entre 0 et 60
  • titane compris entre 0 et 200
  • cuivre compris entre 0 et 60
  • azote compris entre 0 et 15,
   le reste étant du fer et des impuretés résiduelles.
L'acier est obtenu par laminage à chaud à une température finale de laminage dépassant le point Ar3 pour obtenir un feuillard, lequel est bobiné à une température supérieure à 600 degrés Celsius, et après laminage à froid, est soumis à un recuit de recristallisation qui peut être indifféremment un recuit base sous cloche ou un recuit en continu.
De préférence, la température de bobinage du feuillard est supérieure à 700 degrés Celsius.
La Demanderesse a constaté que l'utilisation d'un tel acier pour réaliser la partie centrale 3 d'un pot d'échappement permet d'émailler cette partie centrale avec un émail de masse résistant à haute température de type standard en utilisant un procédé standard d'émaillage, c'est à dire en plongeant simplement la partie centrale du pot d'échappement réalisé avec un tel acier dans un bain d'émail liquide puis en faisant subir à la partie centrale 3 revêtue un simple recuit de cuisson de l'émail, et ceci tout en s'affranchissant de l'apparition du "défaut coup d'ongle".
Il a été découvert que le respect de la température de bobinage, la fin du bobinage devant impérativement être effectué à une température supérieure à 600 degrés Celsius, de préférence supérieure à 700 degrés Celsius, est très important pour s'affranchir du "défaut coup d'ongle".
Pour s'affranchir de l'effet rebouillonnement, ou effet recuisson, on utilise un acier ayant la composition suivante en millièmes de pour-cent poids, cette composition étant donnée à titre indicatif et ne faisant pas partie de l'invention :
  • carbone compris entre 0 et 4
  • manganèse compris entre 150 et 400
  • phosphore compris entre 10 et 15
  • soufre compris entre 15 et 40
  • aluminium compris entre 10 et 50
  • titane compris entre 0 et 10
  • cuivre compris entre 20 et 30
  • azote compris entre 1,5 et 7,5,
   le reste étant du fer et des impuretés résiduelles.
L'acier est obtenu par laminage à chaud à une température finale de laminage dépassant le point Ar3 pour obtenir un feuillard, lequel est bobiné à une température supérieure à 700 degrés Celsius, et après laminage à froid, est soumis à un recuit de recristallisation.
De préférence, la température de bobinage du feuillard est supérieure à 750 degrés Celsius.
Le recuit est un recuit base décarburant en bobine expansée, c'est à dire un recuit sous cloche de la bobine bobinée en spires non jointives.
Dans un tel recuit, la bobine à spire non jointives est chauffée sous cloche sous atmosphère HNx jusqu'à environ 600 degrés Celsius, puis on continue le recuit en la soumettant à un courant de vapeur d'eau.
Selon l'invention, pour s'affranchir de l'effet rebouillonnement, on utilise un acier ayant la composition suivante en millièmes de pour-cent poids :
  • carbone compris entre 0 et 10
  • manganèse compris entre 150 et 400
  • phosphore compris entre 0 et 20
  • soufre compris entre 10 et 30
  • aluminium compris entre 10 et 50
  • titane compris entre 50 et 150
  • cuivre compris entre 10 et 60
  • azote compris entre 5 et 15,
   le reste étant du fer et des impuretés résiduelles.
L'acier est obtenu par laminage à chaud à une température finale de laminage dépassant le point Ar3 pour obtenir un feuillard, lequel est bobiné à une température supérieure à 600 degrés Celsius, et après laminage à froid, est soumis à un recuit de recristallisation, recuit base ou recuit continu.
De préférence, le feuillard est bobiné à une température supérieure à 700 degrés Celsius.
Il a été découvert que la teneur en carbone, azote, soufre et titane est particulièrement importante pour s'affranchir de l'effet rebouillonnement de l'émail.
Ainsi, en utilisant un des aciers tels que décrits précédemment, on peut réaliser la partie centrale 3 d'un pot d'échappement en acier émaillé, résistant parfaitement à la corrosion, simple de mise en oeuvre, en utilisant un émail de type standard, tout en s'affranchissant des défauts liés à la recuisson de l'émail et des défauts du type "défaut coup d'ongle", et qui soit d'un coût faible.
L'enveloppe intérieure 2 du pot d'échappement peut être réalisée soit en acier inoxydable, soit en acier aluminié, de même que l'enveloppe extérieure 1.
On peut également réaliser l'enveloppe intérieure 2 du pot d'échappement en acier émaillé en utilisant pour cela un acier parmi ceux décrits précédemment et en émaillant la face interne de ladite enveloppe 2.
Le meilleur compromis efficacité, c'est à dire essentiellement tenue à la corrosion, et coût, consiste à réaliser soit un pot d'échappement dont la partie centrale 3 et l'enveloppe intérieure 2 sont en acier émaillé, l'enveloppe extérieure 1 étant en acier aluminié, soit un pot d'échappement dont la partie centrale 3 est en acier émaillé, l'enveloppe intérieure 2 est en acier inoxydable et l'enveloppe extérieure 1 est en acier aluminié.
Deux pots d'échappement ont été réalisés avec une enveloppe intérieure 2 en acier inoxydable, une enveloppe extérieure 1 en acier aluminié et une partie centrale 3 en acier émaillé.
La partie centrale 3 du premier pot d'échappement a été réalisée en un acier ayant la composition suivante en millièmes de pour-cent poids :
  • carbone égal à 2
  • manganèse égal à 270
  • phosphore égal à 12
  • soufre égal à 22
  • aluminium égal à 18
  • titane égal à 1
  • cuivre égal à 22
  • azote égal à 4,
   le reste étant du fer et des impuretés résiduelles.
L'acier a été obtenu par laminage à chaud à une température finale de laminage égale à 890 degrés Celsius pour obtenir un feuillard, lequel a été bobiné à une température égale à 760 degrés Celsius, et après laminage à froid, a été soumis à un recuit de recristallisation en bobine expansée.
Cette partie centrale 3 a été émaillée en la plongeant dans un bain d'émail de masse courant résistant à la chaleur et à la corrosion, ayant la composition suivante en pour-cent poids :
SiO2 54
ZrO2 2
P2O5 1
B2O3 14
Al2O3 3
CaO 4
BaO 5
Na2O 11
K2O 2
Li2O 2
NiO 1
CoO 0,5
CuO 0,5.
La partie centrale 3 du second pot d'échappement a été réalisée en un acier ayant la composition suivante en millièmes de pour-cent poids :
  • carbone égal à 2
  • manganèse égal à 200
  • phosphore égal à 15
  • soufre égal à 20
  • aluminium égal à 30
  • titane égal à 100
  • cuivre égal à 40
  • azote égal à 9,
   le reste étant du fer et des impuretés résiduelles.
L'acier a été obtenu par laminage à chaud à une température finale de laminage égale à 890 degrés Celsius pour obtenir un feuillard, lequel a été bobiné à une température égale à 710 degrés Celsius, et après laminage à froid, a été soumis à un recuit de recristallisation en continu.
Cette partie centrale 3 a été émaillée en la plongeant dans un bain du même émail que précédemment.
Ces deux pots d'échappement ont subi avec succès les tests de corrosion, tout en étant de l'ordre de 25 à 30 pour-cent moins chers qu'un pot d'échappement réalisé entièrement en acier inoxydable.
Outre cet aspect corrosion et cet aspect coût, l'utilisation des aciers émaillés pour réaliser au moins la partie centrale d'un pot d'échappement, ledit acier ayant une composition selon l'invention, permet de garantir une bonne résistance de l'acier émaillé aux chocs thermiques qu'il subit en fonctionnement, c'est à dire que l'on évite la fissuration de l'émail.
Ceci est d'autant plus marqué que l'acier est décarburé et qu'il contient du titane.
En d'autres termes, l'acier contenant en millièmes de pour cents poids entre 0 et 10 de carbone et entre 50 et 150 de titane présente une meilleure tenue aux chocs thermiques que l'acier contenant en millièmes de pour cents poids entre 0 et 4 de carbone et entre 0 et 10 de titane, lequel présente tout de même une très bonne résistance aux chocs thermiques, meilleure que les aciers doux standards.

Claims (2)

  1. Pot d'échappement de véhicule automobile, constitué d'une enveloppe extérieure (1), une enveloppe intérieure (2) et une partie centrale (3) constituée de tubulures perforées (4) et de cloisons transversales (5) assemblées entre elles pour former chicanes, caractérisé en ce que l'enveloppe intérieure (2) et ou la partie centrale (3) est réalisée en un acier émaillé, l'acier ayant la composition suivante en millièmes de pour-cent poids :
    carbone compris entre 0 et 10
    manganèse compris entre 150 et 400
    phosphore compris entre 0 et 20
    soufre compris entre 10 et 30
    aluminium compris entre 10 et 50
    titane compris entre 50 et 150
    cuivre compris entre 10 et 60
    azote compris entre 5 et 15,
       le reste étant du fer et des impuretés résiduelles,
    ledit acier étant obtenu par laminage à chaud à une température finale de laminage dépassant le point Ar3 pour obtenir un feuillard, lequel est bobiné à une température supérieure à 600 degrés Celsius, et après laminage à froid, est soumis à un recuit de recristallisation.
  2. Pot d'échappement de véhicule automobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que le feuillard est bobiné à une température supérieure à 700 degrés Celsius.
EP96402533A 1995-12-20 1996-11-26 Pot d'échappement de véhicule automobile Expired - Lifetime EP0780552B1 (fr)

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