《TRIP钢概述》PPT课件.ppt
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1、Trip钢概述,2014年3月,Trip概述,TRIP(Transformation Induced Plasticity相变诱发塑性)钢,又叫变塑钢,是近几年为满足汽车工业对高强度、高塑性新型钢板的需求而开发的.TRIP钢板最先是由发现并命名的,他利用残余奥氏体的应变诱发相变及相变诱发塑性提高了钢板的塑性并改善了钢板的成形性能.,定义,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,
2、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-1.32Al-0.033V-0.12Ti),Trip概述,研究进展,引自:闫翠等:TRIP 钢的研究进展,上海金属【J】2008,Trip钢机理,Trip效应,当钢中含有一定量的能稳定奥氏体的元素,再经过两相区(+)临界退火和随后的中温贝氏体等温淬火,就会使得钢中的显微组织在室温下有较大量稳定的奥氏体被保留下来,称作残余奥氏体。当这种钢受到载荷作用发生变形时,
3、就会使钢中的残余奥氏体发生应力应变诱发马氏体相变,这种相变使得钢的强度,尤其是塑性显著提高,故称之为“相变诱发塑性效应”,简称“TRIP效应”,TRIP效应,低碳TRIP钢的相变诱发塑性机理图,考虑TRIP钢的相变塑性,以下三个温度范围是非常重要的:,TRIP钢残余奥氏体在不同温度范围里的主要转变机制,MsMs范围:应力诱发塑性MsMd范围:应变诱发塑性TMd范围:位错滑移塑性,TRIP钢的设计需要使其使用温度处在Ms和Md30之间,因为在该温度范围里TRIP钢均匀延伸率最高。,在30%应变的条件下奥氏体50%的转化成马氏体的温度,Trip钢机理,Trip效应,Trip钢机理,Trip效应,拉
4、伸变形时变形最大的部位首先诱发马氏体相变,使局部强度提高,难以继续变形,导致变形向未发生马氏体相变的其它部位转移,推迟了颈缩的形成拉伸变形时造成的局部应力集中因马氏体相变而松驰,推迟了裂纹的产生,局部应力集中主要是由于残余奥氏体影响,其次是塑性变形和压应力的影响。,TRIP效应解释,残余奥氏体与外加应力呈共格关系,高能界面不利于裂纹的扩展,因此宏观效应表现为总延伸率,特别是均匀延伸率的提高。,TRIP钢断裂时的颈缩示意图,加工工艺,冷轧TRIP钢板:采用临界加热、下贝氏体等温淬火的工艺方法来获取TRIP所需的大量残余奥氏体,现在普遍采用。,热轧TRIP钢板:通过控制轧制和控制冷却来获得大量的残
5、余奥氏体,现在应用相对较少。,两种工艺生产的TRIP钢板显微组织都是由铁素体、贝氏体和残余奥氏体三相组成,只是其各个组织间体积分数不一样。,Trip钢机理,三种不同成分的CMnSi系TRIP钢组织,一旦热轧TRIP钢在我国实现在线生产,将会减少轧后热处理环节,取代冷轧热处理TRIP钢,获得显著的经济效益。,冷轧TRIP钢的生产工艺,冷轧低合金TRIP钢的处理工艺:Fe一1.5%Mn伪二元相图中奥氏体碳含量的变化(中)和相应的标明T0线的相图显示贝氏体等温时贝氏体相变的结束点(右),Trip钢机理,第一阶段:快速加热;第二阶段:临界退火;第三阶段:快速冷却;第四阶段:贝氏体等温;第五阶段:最后冷
6、却,一种双道次压缩工艺示意图,热轧TRIP钢的生产工艺,Trip钢机理,引自:李壮 热扎TRIP钢的研究【博士论文】东北大学,成分:8CI.37Si一1.35Mn-0.026S,0.020P,TMP工艺过程为:第1步,将钢坯再加热到一个恰能使其初始显微组织中存在的Nb(C,N)、AlN析出物溶解的温度;第2步,轧制变形,即在未再结晶温度之上终止变形;第3步,以3e/s的冷却速率将钢冷却到Ar3Ar1温度之间;第4步,在Ar3Ar1温度间等温,析出要求数量的先共析铁素体;第5步,采用层流冷却将钢快速冷却到卷取温度(通常为400e左右),在此温度下,一部分奥氏体等温转变成贝氏体。,热轧TRIP钢的
7、TMP工艺示意图,热轧TRIP钢的生产工艺,Trip钢机理,也有人提出了如下TMP过程:,引自:唐代明 TRIP钢中合金元素的作用和处理工艺的研究进展 2008,优点:TRIP钢得到奥氏体相的过程相对较容易,将相变和形变热处理融合在一起,可以通过控制卷取温度和卷取时间来获取不同的相的组成含量和钢板的力学性能。缺点:温度偏差对相变行为和性能的影响强烈,只有钢板宽度和长度上同时使温度均匀才能达到组织的均匀和减少钢板不同部位力学性能的差异。同时由于受工厂设备的限制,快速升温在实际生产中有一定困难,必须采用卷取装置等相对热轧生产。,Trip钢机理,优点:热处理TRIP钢板的轧制力相对较小,可以通过调节
8、两步热处理法的工艺参数来控制钢板的显微组织和力学性能,生产工艺过程相对较容易控制;缺点:是生产线较为复杂,以达到组织中所需要的残余奥氏体,冷轧产品表面覆镀需求使合金成分受到限制等。,热轧,冷轧,加工工艺特点,Trip钢机理,TRIP钢的成分和组织特点,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。碳、锰、硅和铝是低合金TRIP钢中的基本元素。在TRIP钢中,碳主要富集在残余奥氏体中,增加残余奥氏体数量,提高其稳定性,其次才是提高钢的强度组织特点TRIP钢具有多相组织,既有软相铁素体,
9、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,Trip钢机理,TRIP钢中的合金元素,TRIP钢中合金元素的常用含量,Trip钢机理,TRIP钢中的合金元素,C元素的影响,、奥氏体中含碳量升高,奥氏体稳定性升高,Ms点下降,残余奥氏体增多,提高奥氏体稳定性。、C元素也可以提高钢的强度。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。,Si元素的作用,、加热到两相区(+)时,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
10、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,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,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
11、奥氏体的体积分数和稳定性。,Nb元素的作用,Mo(钼)的作用: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。Al元素的作用:影响相变动力,但却具有不影响表面质量的优点,铝是很强的铁素体稳定元素,但铝提高了相变温度,使双相区退火的范围扩大,阻碍了双相区退火时的完全奥氏体化,使马氏体的转变温度升高。当铝含量为2%时,钢板中有马氏体产生,使硬度显著提高,Trip钢机理,TRIP钢中的合金元素,磷元素作用:铁素体稳定元素,抑制了渗碳体的形成,使奥氏体中的碳含量增加。磷可以用来减小硅在TRIP钢中的聚集而不影响它的力学性能。磷和硅同时作用
12、对抗拉强度的升高数量是硅单独作用时的5倍。磷含量超过一定值时会在晶界处析出,破坏晶界强度,损坏延展性磷的含量在0.01%一0.3%。,Trip钢机理,TRIP钢中的合金元素,钛元素的作用:也被用来提高TRIP钢的强度,同NbC相同,TIC也是在双相区退火时出现的,且数量要比NbC多在热轧过程中TIC的析出要比NbC强烈,添加钛后的试样抗拉强度可达987MPa。,TRIP钢的成分以C-Mn-Si合金系统为主,它的成分特征是:低碳、低合金化、钢质纯净。,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
13、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。,Trip钢机理,TRIP钢中的合金元素,3.钢质纯净除了进行必要的合金化之外,TRIP钢中的夹杂物应尽可能加以清除。对于钢中的O、N、P、S、Al等元素的含量均可按照低合金钢标准加以控制,特别是硫化物形态更应引起注意,以防止产生对钢性能的不利影响。,Trip钢机理,TRIP钢中的合金元素,低合金TRIP钢的成分图,说明TRIP钢可选成分变迁的主要原因,Trip钢机理,TRIP钢
14、中的合金元素,试验钢化学成分(质量百分数,%)包括0.20 C、0.6 Si、1.5 Mn、0.8 Al、0.03 Nb、0.009 P、0.004 S,试验钢中析出物的透射电镜照片及其能谱,透射电镜观察下发现了大量细小弥散分布的碳氮化物粒子存在,析出相粒子多为椭圆形或者圆形,其尺寸较小(小于10um),可以知道这些析出析出相粒子主要为含Nb 的碳氮化物,热轧过程中、过冷奥氏体的铁素体和贝氏体转变中、起到较强的细晶强化效果,同时碳氮化物还可以起到一定的析出强化作用。,Trip钢机理,TRIP钢中的Nb,引自:刘杰等:Nb 微合金化热轧TRIP钢组织性能【J】首钢技术研究院 2013,三种TRI
15、P钢的CCT曲线,其中(a)不含V、Ti;(b)含V;(d)同时含V、Ti,对左侧表中所列出的五个试样进行了CCT曲线测定,下面列出了P,Z,S三个试样,分别不含V、Ti,含V,同时含V、Ti,Trip钢机理,TRIP钢中的V元素,760*5min+400*5min,组织为铁素体加残余奥氏体加贝氏体。含钒钢与无钒钢的显微组织在光镜下看不出有什么差别,晶粒尺寸也基本相等,铁素体晶粒尺寸为10-25um,残余奥氏体颗粒尺寸为2um以下。其中,铁素体呈蓝色或绿色的等轴状组织,贝氏体呈棕红色的组织,分布在铁素体的晶界上,残余奥氏体呈白色的颗粒状组织,主要分布在铁素体的晶界上,少量在晶内。在铁素体晶界上
16、的残余奥氏体,一些与贝氏体相邻,另一些为孤立的分布,引自:史文 含钒TRIP钢的显微组织【博士论文】上海大学 2006,Trip钢机理,TRIP钢中的V元素,与无钒钢相比,在含钒钢的铁素体晶内和晶界上都有明显的析出物,是钒的碳化物,即钒至少有一部分是以碳化物的形式存在的,并且主要存在于铁素体中,包括铁素体的晶界和晶内。,无V TRIP钢铁素体TEM照片(a)形貌,(b)衍射斑点,含V TRIP钢TEM照片(a)形貌,(b)衍射斑点,Trip钢机理,V的存在形式,含钒钢在临界区退火时,由于碳化钒的低温溶解,导致奥氏体中固溶的钒含量增加。在随后的贝氏体等温时,固溶的钒延缓了贝氏体的转变,使残余奥氏
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