相变诱发塑性(TRIP)钢.ppt
TRIP钢,Transformation Induced Plasticity Steel,TRIP钢板最先是由发现并命名随着节能减排要求逐渐严格和汽车制造技术的发展,越来越多的高强度钢板被用于汽车结构件和覆盖件的制造与其它高强度钢板相比,DP 钢和 TRIP钢都具有高强度和良好韧性的优点,是汽车轻量化的理想材料目前,DP 钢在汽车上的应用比 TRIP 钢广泛虽然 TRIP 钢目前在汽车用钢中所占比例仅 4%,但由于其独特的强韧化机制和高的强韧性(强塑积可达21000MPa%),被公认为是新一代汽车用高强度钢板日本的钢铁公司目前在TRIP 钢方面的研究、开发已处于世界领先地位,TRIP效应,TRIP 效应是残余奥氏体向马氏体转变使得强度和塑性同时提高的效应。这种残余奥氏体在室温下比较稳定,但在变形时会发生马氏体相变,诱发钢的塑性提高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。,TRIP钢的化学成分及其对性能的影响,基本合金元素C元素的影响Si元素的作用Mn元素的作用非基本元素微合金元素作用其它合金元素的作用,C元素的影响,在低碳Si-Mn系TRIP钢中，能最有效地稳定奥氏体的元素是C，奥氏体中含C量是影响其Ms点的主要因素同时，随着低碳Si-Mn系TRIP钢中C含量的提高，其在临界温度范围内退火时所形成的奥氏体体积分数也提高，由此可见增加钢中C元素的含量，可显著提高显微组织中残余奥氏体含量当然，TRIP钢作为成型用钢含碳量不能太高，一是影响成型性，二是影响焊接性能C-Si-Mn系TRIP钢中C含量一般低于0.02%,Si元素的作用,Si元素可提高C在铁素体中的活度，起到净化铁素体中C原子的作用，使奥氏体富C，增加了过冷奥氏体的稳定性冷却过程中，Si元素抑制碳化物的形核与析出，使珠光体转变“C”曲线右移，滞缓了珠光体的形成在贝氏体转变区等温时，由于Si元素为非碳化物形成元素，又以置换固溶体的形式存在，扩散很困难，故使碳化物形核困难，导致贝氏体铁素体和过冷奥氏体中均无碳化物析出,另外，Si元素有缩小奥氏体相区的的作用，Si元素含量提高，在两相区退火时使奥氏体比例下降低碳SiMn系TRIP钢中含Si量只有在超过1.0%的情况下，才有可能导致最终显微组织中残余奥氏体的体积分数显著提高低碳SiMn系TRIP钢中，Si元素含量控制在1.0%1.5%之间,Mn元素的作用,Mn元素有较强的稳定奥氏体的作用，在TRIP钢中加入Mn元素，有利于在最终显微组织中保留较多的残余奥氏体Mn主要影响奥氏体生成后向铁素体长大的过程以及奥氏体与铁素体的最终平衡加入Mn元素使先共析铁素体析出线右移，这样使退火冷却过程中铁素体析出量较少，以保证最终显微组织中残余奥氏体含量当钢中Mn含量较高时，会导致TRIP钢板中生成带状组织；但是Si元素的存在，可消除钢板中的带状组织低碳Si-Mn系TRIP钢中Mn元素的成分变化范围在1.0%2.0%之间,微合金元素Nb,微合金元素铌可有效控制TRIP钢的奥氏体化、再结晶、晶粒长大以及元素迁移，还可控制热轧、临界区退火、冷却、贝氏体形成温度范围内的等温和应变过程中的各种相变，影响奥氏体向铁素体和贝氏体中的转变及残余奥氏体的体积分数和稳定性，这些均有利于TRIP钢获得优良的力学性能(Nb)=0.05%与不含铌的热轧TRIP钢相比，前者可以同时获得高的伸长率和高强度,微合金元素Mo,Mo是强烈稳定奥氏体元素，同时具有重要的固溶强化作用，此外Mo能强烈延迟碳化物的析出，能起到部分取代Si的作用,其它合金元素的作用,P：磷可以用来减小硅在TRIP钢中的聚集而不影响钢的力学性能，对Ac1、Ac3的影响较小Cu：铜有很强的固溶强化作用，但铜的溶解仅在高温时发生；铜还通过细化晶粒来提高强度；含铜的TRIP钢避免了贝氏体相变过程中碳化物的形成，使残余奥氏体的稳定性得到提高，综合力学性能最佳，而且具有降低等温温度和缩短等温时间的作用，能够降低能量消耗，节省时间，提高生产率Al：铝降低了碳在铁素体中的活度系数，提高碳在铁素体中的固溶度，高的铝含量，导致了残余奥氏体的高的碳含量；铝提高了渗碳体开始温度，更重要的是，铝加速了贝氏体的形成；铝的缺点是固溶强化效果差，以及大大的提高了Ms温度,TRIP钢的成分特点,TRIP钢的成分以C-Mn-Si合金系统为主，有时也可根据具体情况添加少量的Cr、V、Ni等合金元素。因此，它的成分特征是：低碳、低合金化、钢质纯净,TRIP钢的组织特点,TRIP钢具有多相组织，既有软相铁素体，也有硬相贝氏体，还有亚稳定的残余奥氏体，钢中组织的合理配比、亚稳相的稳定性等决定了TRIP钢的力学性能,铁素体对TRIP钢性能的影响,铁素体是TRIP钢中的基体组织，硬度低，塑性较好，其含量由两相区等温转变过程控制，一般在50以上,贝氏体对TRIP钢性能的影响,贝氏体作为TRIP钢中的硬质相，能提高TRIP钢的强度钢板在贝氏体转变区等温处理时，发生奥氏体向贝氏体的转变，由于碳原子在贝氏体中固溶度远小于奥氏体，因此大量的碳原子将扩散到相邻奥氏体内随着贝氏体区的长大，相邻奥氏体内的碳浓度不断升高，直到奥氏体的临界转变温度T0接近于等温温度,残余奥氏体对TRIP钢的影响,残余奥氏体是TRIP效应的来源残余奥氏体含量与稳定性对TRIP效应都有影响，只有达到残余奥氏体含量与稳定性的统一，才能获得最佳的力学性能残余奥氏体含量主要受贝氏体区等温温度和时间控制，而残余奥氏体的稳定性的影响因素主要有：化学成分、温度、残余奥氏体的晶粒尺寸、残余奥氏体的强度和周围相的强度位于多边形铁索体内或铁素体、贝氏体晶粒间的粗大的残余奥氏体在变形的前阶段就转化为马氏体；而沿晶界分布的残余奥氏体却很稳定，甚至在变形结束时还存在于显微组织内,Trip钢的生产工艺,热轧工艺热轧 TRIP钢通过形变热处理来获得,在形变热处理的过程中,热轧后的钢板组织随冷却发生快速的相变,可以获得包含铁素体、贝氏体和残余奥氏体的多相显微组织。在卷取过程中奥氏体会发生相变,成为贝氏体。,冷轧工艺TRIP 钢经粗轧、热轧和冷轧后,钢板组织由铁素体和奥氏体组成,其热处理工艺为两相区退火加贝氏体区等温淬火,然后空冷至室温。在贝氏体区等温处理时,大部分奥氏体转变为贝氏体,少量保留下来,最终钢板的组织中包含铁素体、贝氏体和残余奥氏体。,有关trip钢的性能研究,过去 TRIP 钢的静态力学性能研究得比较多,而在工艺性能和动态力学性能方面研究得较少,目前这些方面已得到人们的普遍重视,并开展了一系列的实验研究,例如材料的成形性能、焊接性能、热镀锌性能等,Trip钢的力学性能,将TRIP钢与目前常用的DP钢进行对比试验,结论,TRIP 钢有明显的屈服平台,而 DP 钢则呈现连续屈服的特点,故 DP 钢具有低屈服点、高抗拉强度的优点TRIP 钢的断裂伸长率远高于DP钢，即相同强度级别的TRIP 钢延伸性能显著优于 DP 钢TRIP 钢具有较高的应变硬化指数 n 值,但DP 钢具有较高的初始加工硬化能力，因此,TRIP 钢的均匀变形能力较强,有利于冲压成型较复杂的零件,而 DP 钢可用于生产早期成型有鼓包和褶皱的零件DP 钢的厚向异性指数 r1,这说明在相同的变形下,DP 钢比 TRIP 钢更易发生厚度方向的变形,而 TRIP 钢板拉裂的可能性和起皱趋向性降低,Trip钢的成型性能,TRIP 钢具有较高的 FLD0(平面应变特征点)值，因此TRIP 钢具有较好的极限变形能力在双向拉伸变形区域,TRIP 钢的安全成型裕度比 DP 钢高，所以,相同强度级别下的 TRIP 钢的冲压成型性优于 DP 钢,Trip钢的焊接性能,DP 钢和 TRIP 钢在冶炼过程中加入了 Si、Mn 等元素,这些元素的存在使钢板焊接工艺性能下降DP 钢在约 200 点时就出现了点蚀。点蚀提高了其周围的电流密度和电极压力,导致其周围产生更严重的塑性变形和脱落,加速电极磨损TRIP 钢焊接接头中心的硬度略高于基体硬度,但差异很小,而焊接热影响区硬度上升较明显，而且TRIP 钢的焊接有其特殊性,母材要靠相变诱发塑性效应后才体现好的强塑性,而焊丝材料没有相变诱发塑性效应,TRIP 钢的碰撞吸能特性,具有良好的碰撞吸能特性是高强度钢板的一个主要优势 TRIP 钢加工硬化速率变化较平缓,随应变呈线性下降趋势;而 DP 钢加工硬化速率下降较快,随应变呈指数曲线下降趋势。因而,在变形初始阶段,DP 钢具有较好的吸能特性，而在大变形阶段,TRIP 钢的吸能特性更显著,结束语,在汽车用普通钢用量不断下降的同时,高强度钢和超高强度钢的用量则稳步增长。尤其是先进高强度钢(AHSS)中的双相钢和相变诱发塑性钢,由于其性能优良,更成为工业界和科学界关注的热点。TRIP钢近几年在国外工业发达国家受到高度重视，对其研究开发及应用的进展很快。国内近几年虽然也对TRIP钢板进行了一些实验研究，但与国外相比仍有相当大的差距，今后国内应加大 TRIP 钢的研究,加快它的生产和应用。,
