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相變誘發塑性TRIP鋼

2016-11-26 21:30:15      點擊:

對結構材料而言,強度與塑性是一對矛盾體。強度提高,塑性就下降;改善了塑性,強度就降低。在汽車制造業,這種矛盾特別突出。一方面,汽車車身構件大多要進行深沖、拉延、凸緣及翻邊等成型加工,要求材料的變形能力(塑性)越高越好;另一方面,輕量化、節能的技術趨勢,又要求不斷提升材料強度以減少板厚,從而減輕車重。

 

為了同時獲得高強度和高塑性這兩種相互矛盾的特性,先進高強度鋼板(AHSS)成為近年來汽車用鋼研發熱點。在所有AHSS鋼種當中,「TRIP鋼」具有高的屈服強度和抗拉強度,沖壓成形性能好,作為汽車用鋼具有明顯的優越性,發展迅速,得到了越來越廣泛的商業應用。

 

TRIP效應

TRIP鋼」指具有TRIP效應的鋼。TRIP效應,即TRansformation Induced Plasticity,「相變誘發塑性」,它是由于晶體材料發生了馬氏體相變而使材料塑性增加的一種效應。殘余奧氏體的應變誘發馬氏體相變,這種TRIP效應使TRIP鋼可以獲得高強度和好的塑性。

 

殘余奧氏體是穩定的奧氏體轉化后殘留下的。奧氏體在轉化過程中體積要發生變化,當基體轉化成為馬氏體后,殘余部分由于空間的限制,導致該部分只能以奧氏體存在,稱為殘余奧氏體。

 

TRIP鋼在變形過程中,殘余奧氏體轉變成高強度的高碳馬氏體,同時伴隨著體積膨脹,因而抑制了塑變的不穩定,增加了均勻延伸的范圍,故使得強度和塑性同時提高。

 

殘余奧氏體的含量和穩定性是TRIP效應的關鍵所在。冷軋TRIP鋼板是采用臨界加熱、下貝氏體等溫淬火的工藝來獲取所需的大量殘余奧氏體;熱軋TRIP鋼板則通過控制軋制和控制冷卻來獲得大量殘余奧氏體。

 

兩種工藝生產的TRIP鋼,顯微組織差不多,主要為50%60%鐵素體、25%40%貝氏體和和少量馬氏體、5%15%殘留奧氏體的多相組織(如圖)。

 

TRIP鋼中存在一定量(>8%)、比較穩定(化學穩定和力學穩定)的殘余奧氏體時,受到外力產生塑性變形,這些殘余奧氏體逐漸增大,產生應變硬化,誘發了馬氏體的形核,產生相變而轉變為馬氏體,使局部的硬度得到提高,繼續變形較困難,變形向周圍轉移(相變均勻擴散到整個材料),頸縮的產生被延遲,隨著相變的不斷發展,材料獲得了很高的塑性。

 

TRIP鋼受到外力打擊時,高強度和高塑性并沒有此消彼長,而是在TRIP效應的作用下,共同成長共同進步,獲得了生命的大和諧。

 

TRIP鋼的成分

最早的TRIP鋼由于含有大量的合金元素,成本很高,沒有得到推廣。目前得到大規模工業化生產的是價格低廉的低碳低合金Si-MnTRIP鋼,也叫做C-Si-MnTRIP鋼。

 

C-Si-MnTRIP鋼的主要化學成分為0.1%0.2%C1.0%2.0%Si1.0%2.0%Mn,為了提高強度,一般還添加AlP等元素。

 

寶鋼TRIP鋼成分規范(Q/BQB 312-2009

C

Si

Mn

P

S

Als

Cu

0.3

2.2

2.5

0.090

0.015

0.010

0.20

 

寶鋼TRIP鋼典型成分與力學性能

級別

TRIP600

TRIP800

牌號

BR400/590TR

BR450/780TR

C

0.14

0.22

Si

1.24

1.54

Mn

1.52

1.87

P

0.014

0.021

S

0.008

0.005

Al

0.050

抗拉強度/MPa

705

915.73

屈服強度/MPa

500

585.8

伸長率/%

24.0

17.5

 

TRIP鋼的應用

目前,TRIP鋼的最多應用是在汽車制造行業。為了減輕車重,降低油耗,減少環境污染,必須減少汽車板厚度,但又不能犧牲安全性能,TRIP鋼是汽車板高強化趨勢的良好解決方案。同時,TRIP鋼還具有較強的能量吸收能力,能夠抵御撞擊時的塑性變形,顯著提升了汽車的安全等級。

 

此外TRIP鋼還可以用于煤礦的錨桿、土木工程、管線和低溫容器等。在錨桿技術中,煤巷錨桿的性能要求是桿體材料要有高的強度和高的承載能力,以控制巷道圍巖巖體的變形,同時還要求有一定的塑性,以允許巷道圍巖有一個卸壓和應力重新分布的過程,即適應圍巖的變形。特別是在松軟、破碎、膨脹性圍巖和采動影響條件下,巷道圍巖的強度低,變形量大,錨桿桿體的塑性顯得尤為重要。


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