相變誘發(fā)塑性TRIP鋼
對結(jié)構(gòu)材料而言,強(qiáng)度與塑性是一對矛盾體。強(qiáng)度提高,塑性就下降;改善了塑性,強(qiáng)度就降低。在汽車制造業(yè),這種矛盾特別突出。一方面,汽車車身構(gòu)件大多要進(jìn)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(jié)能的技術(shù)趨勢,又要求不斷提升材料強(qiáng)度以減少板厚,從而減輕車重。
為了同時獲得高強(qiáng)度和高塑性這兩種相互矛盾的特性,先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板(AHSS)成為近年來汽車用鋼研發(fā)熱點(diǎn)。在所有AHSS鋼種當(dāng)中,「TRIP鋼」具有高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度,沖壓成形性能好,作為汽車用鋼具有明顯的優(yōu)越性,發(fā)展迅速,得到了越來越廣泛的商業(yè)應(yīng)用。
TRIP效應(yīng)
「TRIP鋼」指具有TRIP效應(yīng)的鋼。TRIP效應(yīng),即TRansformation Induced Plasticity,「相變誘發(fā)塑性」,它是由于晶體材料發(fā)生了馬氏體相變而使材料塑性增加的一種效應(yīng)。殘余奧氏體的應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變,這種TRIP效應(yīng)使TRIP鋼可以獲得高強(qiáng)度和好的塑性。
殘余奧氏體是穩(wěn)定的奧氏體轉(zhuǎn)化后殘留下的。奧氏體在轉(zhuǎn)化過程中體積要發(fā)生變化,當(dāng)基體轉(zhuǎn)化成為馬氏體后,殘余部分由于空間的限制,導(dǎo)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(zhuǎn)變成高強(qiáng)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(wěn)定,增加了均勻延伸的范圍,故使得強(qiáng)度和塑性同時提高。
殘余奧氏體的含量和穩(wěn)定性是TRIP效應(yīng)的關(guān)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(chǎn)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)。
當(dāng)TRIP鋼中存在一定量(>8%)、比較穩(wěn)定(化學(xué)穩(wěn)定和力學(xué)穩(wěn)定)的殘余奧氏體時,受到外力產(chǎn)生塑性變形,這些殘余奧氏體逐漸增大,產(chǎn)生應(yīng)變硬化,誘發(fā)了馬氏體的形核,產(chǎn)生相變而轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,使局部的硬度得到提高,繼續(xù)變形較困難,變形向周圍轉(zhuǎn)移(相變均勻擴(kuò)散到整個材料),頸縮的產(chǎn)生被延遲,隨著相變的不斷發(fā)展,材料獲得了很高的塑性。
TRIP鋼受到外力打擊時,高強(qiáng)度和高塑性并沒有此消彼長,而是在TRIP效應(yīng)的作用下,共同成長共同進(jìn)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(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的是價(jià)格低廉的低碳低合金Si-Mn系TRIP鋼,也叫做C-Si-Mn系TRIP鋼。
C-Si-Mn系TRIP鋼的主要化學(xué)成分為0.1%~0.2%C、1.0%~2.0%Si、1.0%~2.0%Mn,為了提高強(qiáng)度,一般還添加Al、P等元素。
▼寶鋼TRIP鋼成分規(guī)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(xué)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(qiáng)度/MPa |
705 |
915.73 |
屈服強(qiáng)度/MPa |
500 |
585.8 |
伸長率/% |
24.0 |
17.5 |
TRIP鋼的應(yīng)用
目前,TRIP鋼的最多應(yīng)用是在汽車制造行業(yè)。為了減輕車重,降低油耗,減少環(huán)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(qiáng)化趨勢的良好解決方案。同時,TRIP鋼還具有較強(qiáng)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(shù)中,煤巷錨桿的性能要求是桿體材料要有高的強(qiáng)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(yīng)力重新分布的過程,即適應(yīng)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(qiáng)度低,變形量大,錨桿桿體的塑性顯得尤為重要。
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