TRIP钢组织与性能

拟用TRIP钢板替代常规高强度钢板生产的 汽车抗冲撞零件
零件名称
front floor side-member front side-member-inner front side-member-outer front side-member-reinforcement side-sill- inner front pillar-inner-upper Side-sill-reinforcement
高钢板性提能的方法－－弥散硬化
若通过控制轧制，使钢中析出弥散的钒、钛、 铌等碳化物，强度水平为1470MPa
高钢板性能提的方法－－多相组织(双相
钢)
硬的马氏体相 和软的铁素体 相共存，
使双相钢具有 高强度和好的 成形性
提高钢板性能的方法－－多相组织
（TRansformation-Induced Plasticity 钢）
0.2C-1.5Si-1.5Mn
527 831 35.8 Sugimoto et al[8]
0.2 C-1.5Si-1.99Mn 516 984 22.9 Sugimoto et al[8]
0.2C-1.5Si-1.0Mn
382 609 23.3 Tomita et al [5]
0.14C-1.21Si-1.57Mn 475 725 32 Sakuma et al [4]
•在1967年，Zackay首次报道了将应变诱发 马氏体相变应用于高强度合金。
Cr Ni
Mo Mn Si
C
8.89 8.31 3.8 2.02 1.92 0.31
处理 未处理 经处理
σs/MPa 380 711
σb/MPa 552 1194
δ/% 35 58
应力应变曲线比较： （A）0％变形处理（B）10％变形处理
• Zackay认为，这些高强度钢由于发生了应 变诱发马氏体相变，推迟了颈缩的开始时间， 导致了塑性的提高，这就是相变诱发塑性。
• Zackay提出，将具有相变诱发塑性这一特 性的钢，统称为TRIP钢。
• Zackay的TRIP钢含有大量的合金元素，成 本很高，所以，没有被广泛的使用。
5 低碳低合金TRIP钢
4 TRIP效应和早期TRIP钢
• TRIP效应，即相变诱发塑性，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。
• 最早，人们是在奥氏体不锈钢中发现了应变诱 发马氏体相变这一现象：
– 低碳的奥氏体不锈钢，在MS～MD温度之间变形时， 发生了应变诱发马氏体相变。由于马氏体的形成， 使奥氏体钢的强度提高。由此，材料具有很好的强 韧性配合。
提高钢板性能的方法－－无间隙原子钢
（Interstitial-Free 钢）
极低的碳、氮含量，加入钛等微量合金元素，有极 好的成形性
提高钢板性能的方法－－固溶强化
一定量的碳、氮含量，加入价廉的硅、锰元素， 强度水平为440MPa
提高钢板性能的方法－－沉淀硬化
含有一定量的碳、氮，加入钒、钛、铌等微 量元素，形成碳化物，强度水平为780～ 980MPa
• TRIP钢可以获得高强度和好的塑性，主要是利用了奥 氏体的应变诱发马氏体相变。
• 在八十年代末、九十年代初，日本和欧洲一些国家的 科技人员，利用热处理使价格低廉的低碳低合金钢的 室温组织中含有一定量的残余奥氏体（10％～20％）， 利用残余奥氏体的应变诱发马氏体相变，使材料达到 强度和塑性的完美的统一。
• 用TRIP钢试制的汽车零件（front-side-member）， 板厚为1.4mm，用500t压机，经四道工序冲压而成
材料
σs σb δ/% n 值 r 值 极 限 变 实 际 变
/MPa /MPa
形量 形量
TRIP 钢板 471 690 30.2 0.20 1.00 36％ 28％
高强度钢板 220 355 43.1 0.24 1.60
• 由此成功开发了价格低廉的低碳低合金Si-Mn系TRIP钢
• 为了使低碳钢的室温组织中含有一定量的残余 奥氏体，需要对低碳Si-Mn冷轧钢板进行相应 的热处理。
冷轧低碳硅锰TRIP钢热处理示意图
TRIP钢组织：F+B+AR
10μm
TRIP钢成分和性能（1）
成分
σs /MPa
σb /MPa
δ/%
不同强化机制的高强度钢板的强度和冲击吸收能
不同强化机制的高强度钢板的强度和n值
• TRIP钢具有极好的塑性，可冲压成各种 复杂形状的汽车结构件。
• TRIP钢具有高的强度和大的吸收能，用 TRIP钢制造的汽车零部件，在汽车发生冲 撞时，可有效吸收冲撞能，为提高汽车安 全性提供了进一步的保障，这是其他钢种 所无法做到的。
0.19C-1.46Si-1.57Mn 450 840 25 Meyer et al [21]
0.16C-1.42Si-1.47Mn 500 650 28.5 Kin et al [38]
0.142C-1.31Si-1.35Mn 480 670 25 Bleck et al [30]
0.21 C-1.0Si-1.5Mn 494 767 29 Sugimoto et al[8] 0.17 C-1.48Si-1.85Mn 375 923 26.6 上海大学
钢中存在一定量的残余奥氏体，在变形时，残余 奥氏体应变诱发马氏体相变，使钢具有高强度、 好的成形性和抗冲撞性能
提高钢板强度的方法：
– 形变强化 – 固溶强化（锰钢、P钢） – 沉淀强化（含Ti、Nb、V） – 组织强化：
• 提高碳量（增加珠光体） • DP钢（铁素体+马氏体） • TRIP钢(铁素体+贝氏体+残余奥氏体) • 马氏体时效钢（马氏体）
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。
相变塑性(TRIP)钢的组织和 力学性能
汽车用高强度钢的性能要求： •高的强度 •好的成形性 •好的焊接性能 •高的抗冲撞性能
提高钢板性能的方法－－位错运动与变形
在纯铁中，由于位错的存在，很容易进行变形， 所以，铁有较好的成形性。
提高钢板性能的方法－－间隙原子的作
用
、硬度间隙原子碳和氮的存在，将提高பைடு நூலகம்铁的强度