相变诱发塑性(TRIP)钢

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。
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Si—Mn系TRIP钢中含Si量只有在超过1.0% 的情冴下，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Si—Mn系TRIP钢中，Si元素含量控制在 1.0%~1.5%之间
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
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。
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 使退火冶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
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 P：磷可以来减小硅在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
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
将TRIP钢与目前常用的DP钢迚行对比试验
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 钢的断裂伸长率进高于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 r<1, 而 TRIP 钢 r>1, 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
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 度进小于奥氏体，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
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 冶奥氏体的稳定性 冶却过程中，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 铁素体和过冶奥氏体中均无碳化物析出
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
DP
钢和 TRIP 钢在况炼过程中加入了 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
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
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%
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 冶却发生快速的相变 , 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。
冶轧工艺
TRIP
钢经粗轧、热轧 和冶轧后 , 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 冶至室温。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。
Transformation Induced Plasticity Steel
TRIP钢板最先是由V.F.Zackay发现并命名 随着节能减排要求逐渐严栺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
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
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、冶却、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 ω(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
TRIP钢的成分以C-Mn-Si合金系统为主，有时
也可根据具体情冴添加少量的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