TRIP钢性能

双相钢和相变诱导塑性（TRIP）钢引言节省燃料和保证安全的要求是高强度钢在汽车工业中的应用稳步增长的驱动力。

与其它材料，如轻金属铝、镁，或是塑料和复合材料相比，高强度钢除了减轻重量外，还有另外的优点，即其加工工艺类似于传统的低碳钢。

因此，高强度钢在减轻重量的同时其总的制造成本也下降。

其它竞争材料在这方面的情况则截然相反(1)。

根据强度和成形性的不同要求，采用不同的高强度带钢和薄板钢。

以无间隙原子钢为基础的高强度钢具有优异的冷成形性能(2)。

当深冲作为主要加工方法，而抗拉强度要求约400N／mm2时，低碳含磷钢和烘烤硬化钢得到大量应用。

如果对深冲性的要求不很严格， Lankford值r 1.0左右足够时，可以使用更高强度级别的钢种。

和微合金带钢和薄板钢应用的同时，具有双相显微组织的钢种(3)的应用也相当普遍。

这种类型钢在同等抗拉强度时具有较高的均匀延伸率和总延伸率，如图1所示(4)。

但如果从同等的屈服强度来考虑，这种优势消失。

特性及工艺路线双相显微组织指在铁素体基体上分布着一定量的第二相。

该组织具有网状、弥散和两相组织的特征，如图2（5）。

第二相通常是马氏体，其典型的体积分数约为20％。

这样的显微组织构成影响应力一应变曲线。

屈服强度由软相即铁素体的塑性流变的起动所决定。

在此阶段，硬相还处于弹性区。

根据两相组组织的混合规律，当施加的应力较高时，材料显示较高的加工硬化行为。

两相中应变的分布是不一样的，以致于软相中的应变和硬相中的应力高于复合体平均值。

即使在变形的稍后阶段硬相变成塑性时，这种现象仍然存在。

这样复杂的情况的示意图如图3所示。

应用有限元的方法，可以计算出最终力学性能(6)。

显微组织的详细分析表明，双相钢也包含有一定量的残余奥氏体。

由于铁素体组分内部拉应力较低（7），这也导致相对低的屈服强度。

生产这种80％铁素体加上20％马氏体显微组织的常规步骤是重新加热至两相区α+γ，加热的温度应为根据平衡图形成20％奥氏体的温度。

BIW车身零件及其使用钢材概况
保时捷cayenne车身中的高强钢
Trip概述
研究进展
TRIP钢的研究进展 • 目前强度级别为600MPa 的TRIP 钢的研究已比较成熟, 欧洲的一 些国家和日本、韩国等均能批量生产600MPa 和800MPa 级的冷 轧TRIP 钢。 宝钢已研制开发了连续退火生产的商业TRIP600 钢板 为了得到1GPa 或更高的强度, 人们提出了微合金TRIP 钢的概念, 即在TRIP 钢中单独添加或复合添加V、Ti 、Nb 微合金元. 张梅(上海大学)等人开发出了一种强度级别980MPa , 延伸率约为 20 %的TRIP 钢(0.34C-1.75Mn-0.46Si-0.055P-1.32Al0.033V-0.12Ti)
Trip钢机理
TRIP钢中的合金元素 Mn元素的作用 Mn元素有较强的稳定奥氏体的作用，1%的Mn元素可降低Ms点约 30℃左右。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 Nb元素的作用 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。
低碳TRIP钢的相变诱发塑性机理图
Trip钢机理
Trip效应 考虑TRIP钢的相变塑性,以下三个温度范围是非常重要的：
Ms—Msσ范围： 应力诱发塑性
Msσ——Md范围：应变诱发塑性
T>Md范围： 位错滑移塑性
TRIP钢残余奥氏体在不同温度范围里 的主要转变机制
在30%应变的条件下 奥氏体50%的转化成 马氏体的温度
TRIP钢断裂时的颈缩示意图

• (3)Mn元素的作用：
• Mn元素有较强的稳定奥氏体的作用，1%的 Mn元素可降低Ms点约30℃左右。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。
2.微合金元素的作用：
(1)Nb（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。
TRIP钢简介
———材料、成分 、性能
• 目前，大多数汽车车身构件在制作过程中 必须进行深冲、拉延、凸缘及翻边等成型 加工，这就要求作为汽车车身构件的钢板 同时具有高强度和高塑形。
• 具有相变诱发塑性(Transformation Induced Plasticity)效应的TRIP钢板应可以满足上述 要求。
• 1. 低碳 含碳量高，残余奥氏体数量增多，有利于
TRIP效应产生，然而焊接性能恶化，轧制过 程中产生晶体缺陷的几率增大，并且固溶强化 作用增强导致强度增加而塑性降低。含碳量低 ，产生的影响恰好相反。因此，选取的含碳量 一般为0.1%～0.2%。
• 2.低合金化：
• Si和Mn加入过多，降低钢的塑性和韧性， 并且引起焊接性能恶化。因此，TRIP钢的 含硅量和含锰量均控制在1%～2%的范围内 。
钢中残余奥氏体含(体积分数)一般10%～20% 。
• TRIP钢的特性：
• 高塑形：奥氏体塑性变形，表现为宏观 的高塑性
• 高强度：当残余奥氏体完全转化为马氏 体时，材料的强度由马氏体决定，因此 ，材料也具有高的强度
1.按热处理工艺不同：
冷轧TRIP钢板：
采用临界加热、下

0.185 C-1.0Si-1.87Mn 430 840 29.5 上海大学
不同强化机制的高强度钢板的强度和塑性
• 与传统的强化方式相比较：
– TRIP钢在提高钢板强度的同时，仍然保持 良好的塑性。
– TRIP钢具有最高的强塑积（抗拉强度与延 伸率的乘积）
• 目 前 ， 低 碳 TRIP 钢 的 强 塑 积 已 达 到 了 24,000MPa ， 比 目 前 所 有 的 汽 车 用 钢 材 高 得多。
– 在退火过程中仅改变退火工艺，无法使退火奥 氏体量和含碳量同向变化。
– 若退火过程中发生合金元素再分配，则有可能 使两者同向变化。
二、TRIP钢中残余奥氏体的形成
• 对于硅>1.0％的TRIP钢，一般 来说，在352～450℃等温3～ 5min通常可以获得较高的残余 奥氏体量。
• 上述结果会受到成分和退火温 度的影响。
0.14C-1.21Si-1.57Mn 770℃×5min+T℃×tmin。
二、TRIP钢中残余奥氏体的形成
• 合金元素对残余奥氏体量的影响：
– 钢中锰、硅含量的增加，残余奥氏体量也增加 – 镍与锰有相近的性质，但是，镍降低钢中的残余奥氏体
量。
• 上述结果都是由硅>1.0%的TRIP钢所获得。
二、TRIP钢中残余奥氏体的形成
厚度/mm
TRIP 高强度钢
钢板
板
1.4 270MPa/2.0
1.4 340MPa/1.8 1.4 770MPa/1.8
1.6 270MPa/2.0
1.4 270MPa/2.0 1.6 270MPa/2.0 1.4 270MPa/2.0
重量/kg
TRIP 钢板
高强度钢 板