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相变诱发塑性TRIP钢
关闭】【点击: 】 【发布日期:2017-07-21 10:53】【编辑:东莞市联顺金属材料有限企业】【来源:

对结构材料而言,强度与塑性是一对矛盾体。强度提高,塑性就下降;改善了塑性,强度就降低。在汽车制造业,这种矛盾特别突出。一方面,汽车车身构件大多要进行深冲、拉延、凸缘及翻边等成型加工,要求材料的变形能力(塑性)越高越好;另一方面,轻量化、节能的技术趋势,又要求不断提升材料强度以减少板厚,从而减轻车重。

 

为了同时获得高强度和高塑性这两种相互矛盾的特性,先进高强度钢板AHSS成为近年来汽车用钢研发热点。在所有AHSS钢种当中,TRIP钢具有高的屈服强度和抗拉强度,冲压成形性能好,作为汽车用钢具有明显的优越性,发展迅速,得到了越来越广泛的商业应用。

 

TRIP效应

「TRIP钢具有TRIP效应的钢。TRIP效应,即TRansformation InducedPlasticity,「相变诱发塑性」,它是由于晶体材料发生了马氏体相变而使材料塑性增加的一种效应。残余奥氏体的应变诱发马氏体相变,这种TRIP效应使TRIP钢可以获得高强度和好的塑性

 

残余奥氏体是稳定的奥氏体转化后残留下的。奥氏体在转化过程中体积要发生变化,当基体转化成为马氏体后,残余部分由于空间的限制,导致该部分只能以奥氏体存在,称为残余奥氏体

 

TRIP钢在变形过程中,残余奥氏体转变成高强度的高碳马氏体,同时伴随着体积膨胀,因而抑制了塑变的不稳定,增加了均匀延伸的范围,故使得强度和塑性同时提高。

 

残余奥氏体的含量和稳定性是TRIP效应的关键所在。冷轧TRIP钢板是采用临界加热、下贝氏体等温淬火的工艺来获取所需的大量残余奥氏体;热轧TRIP钢板则通过控制轧制和控制冷却来获得大量残余奥氏体。

 

两种工艺生产的TRIP钢,显微组织差不多,主要为50%~60%铁素体、25%~40%贝氏体和和少量马氏体、5%~15%残留奥氏体的多相组织(如图)。

 


 

当TRIP钢中存在一定量(>8%)、比较稳定(化学稳定和力学稳定)的残余奥氏体时,受到外力产生塑性变形,这些残余奥氏体逐渐增大,产生应变硬化,诱发了马氏体的形核,产生相变而转变为马氏体,使局部的硬度得到提高,继续变形较困难,变形向周围转移(相变均匀扩散到整个材料),颈缩的产生被延迟,随着相变的不断发展,材料获得了很高的塑性

 

TRIP钢受到外力打击时,高强度和高塑性并没有此消彼长,而是在TRIP效应的作用下,共同成长共同进步,获得了生命的大和谐。

 

TRIP钢的成分

最早的TRIP钢由于含有大量的合金元素,成本很高,没有得到推广。目前得到大规模工业化生产的是价格低廉的低碳低合金Si-Mn系TRIP钢,也叫做C-Si-Mn系TRIP钢。

 

C-Si-Mn系TRIP钢的主要化学成分为0.1%~0.2%C、1.0%~2.0%Si、1.0%~2.0%Mn,为了提高强度,一般还添加Al、P等元素。

 

宝钢TRIP钢成分规范(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

 

▼宝钢TRIP钢典型成分与力学性能

级别

TRIP600

TRIP800

牌号

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

抗拉强度/MPa

705

915.73

屈服强度/MPa

500

585.8

伸长率/%

24.0

17.5

 

TRIP钢的应用

目前,TRIP钢的最多应用是在汽车制造行业。为了减轻车重,降低油耗,减少环境污染,必须减少汽车板厚度,但又不能牺牲安全性能,TRIP钢是汽车板高强化趋势的良好解决方案。同时,TRIP钢还具有较强的能量吸取能力,能够抵御撞击时的塑性变形,显著提升了汽车的安全等级。

 

此外TRIP钢还可以用于煤矿的锚杆、土木工程、线和低温容器等。在锚杆技术中,煤巷锚杆的性能要求是杆体材料要有高的强度和高的承载能力,以控制巷道围岩岩体的变形,同时还要求有一定的塑性,以允许巷道围岩有一个卸压和应力重新分布的过程,即适应围岩的变形。特别是在松软、破碎、膨胀性围岩和采动影响条件下,巷道围岩的强度低,变形量大,锚杆杆体的塑性显得尤为重要。

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