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DP钢和TRIP钢性能特点

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 先进高强钢相对于传统钢材,具有独特的冶炼加工工艺和微观结构,因此机械性能突出。先进高强钢是通过控制奥氏体相(或奥氏体+铁素体)的化学成分和冷却速率,以及连续退火炉的冷却过程等制得的。采用不同的化学成分和冶炼工艺,制造出了多种不同级别的先进高强钢。本文介绍了DP钢和TRIP钢两种类型的先进高强钢。


1 DP钢


DP钢是由铁素体基体和少量在铁素体晶界上的岛状马氏体(体积分数<20%,也称第二相)组成的高强度钢。DP钢解决了高强度钢不易冲压成型的问题。增加第二相的体积分数会增加DP钢的强度。 DP钢(铁素体+马氏体)通过控冷处理,在快冷工艺把剩余奥氏体转变为马氏体之前,使奥氏体化的钢在铁素体相变区域停留较长时间,把奥氏体相(或奥氏体和铁素体两相)部分转变成铁素体相。


DP钢的微观结构包含有铁素体和马氏体岛。软铁素体相通常是连续的,从而使钢具有良好的延展性。当钢发生变形时,应变集中于马氏体岛周围的低强度铁素体相区域。DP钢与传统钢相比,在相同的屈服强度时,DP钢拥有更高的抗拉强度。DP钢具有更高的加工硬化指数和极限抗拉强度,而且无连续屈服现象,避免了深度拉伸和冲压加工时,可能产生的局部颈缩及断裂现象,因此适用于冷轧、冷拔等冷加工成形工艺。


烘漆是指成型后的汽车覆盖件在喷漆后置于170℃进行保温的过程。烘漆后钢板屈服强度提高的现象称之为烘烤硬化。烘烤硬化效应取决于钢材的特定化学成分和热力学加工过程。DP钢与其他传统高强钢相比,还具有更好的烘烤硬化效应,它既具有高强度又具有较高的可成形性。通过加工过程中的加工硬化和烤漆过程中的时效现象来获得零件强度。


铁素体周围的马氏体作为高硬度的第二相,可以阻止裂纹的扩展,提高了DP钢的冲击韧性,从而使DP钢具有良好的抗疲劳性能和抗应力腐蚀性能。DP钢中不仅碳含量可以影响淬透性,锰、铬、钼、钒和镍元素的单独或组合加入,也有助于提高淬透性。虽然碳、硅和磷元素可以增加DP钢的强度,但它们需要平衡好相互间的比例关系,从而得到良好的电阻点焊性能。目前,DP钢主要应用在汽车的边梁、横梁、底盘加强件等结构件和防撞件。


2 TRIP钢


TRIP钢是一种含有残余奥氏体的低碳、低合金高强度钢。TRIP效应是指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。TRIP钢的典型显微组织主要由铁素体、贝氏体、残余奥氏体组成,可能还有少量马氏体。碳是奥氏体稳定化元素,碳含量太低,则不会产生TRIP效应,但是碳含量过高,会造成焊接性能下降。硅是铁素体元素,不仅可以增加参与奥氏体稳定性,还能够抑制冷却过程中渗碳体的形成。更高的硅和碳含量会使TRIP钢中的残余奥氏体体积分数提高。


TRIP钢中残余奥氏体的含量约为6%-10%,TRIP效应同残余奥氏体的含量有关。TRIP钢变形时,随着应变量的增加,残余奥氏体转变成马氏体,使得强度升高,残余奥氏体量减少,加工硬化指数保持在较高水平,平均在0.2以上,而析出强化系列钢则小于0.2。TRIP效应同残余奥氏体的稳定性有关。残余奥氏体的稳定性由化学稳定性和力学稳定性两部分组成,残余奥氏体中的碳含量大小决定了残余奥氏体的化学稳定性,而残余奥氏体的形貌和晶粒大小及周围相决定了它的力学稳定性。


TRIP钢强度高、延性大,即其强塑积较高,一般均大于20000,而普通钢种的强塑积约为15000,因此TRIP钢可用于制造形状较复杂的零件。TRIP钢的突出性能来自于钢中多相组织的合理配比以及相变诱发塑性现象。马氏体、贝氏体和合金元素固溶强化的共同作用获得了高的强度,残余奥氏体、贝氏体和铁素体三相组织的优势互补则产生了高的塑性。TRIP钢与DP钢相比,具有高的延伸率,虽然起始加工硬化指数小于DP钢,但是TRIP钢的加工硬化指数在很长的应变范围内仍保持较高,特别适合胀形成形。


合金元素会对TRIP效应产生影响。例如,铝能显著提高抗拉强度和延伸率,钼元素会提高抗拉强度但是会造成延伸率有所降低。铝比钼对显微组织的影响作用大,铝、钼、铌共存时的复合作用对贝氏体、马氏体及残余奥氏体在铁素体基体中的分布及形貌的影响,比它们单独存在时的作用强。等温处理也对TRIP效应造成重要影响。当TRIP钢等温处理的温度和时间不同,残余奥氏体的含量和力学性能也不同,等温时间延长,会使残余奥氏体的含量明显减少,随之力学性能也会降低,等温时间为3-5min时,残余奥氏体的含量很高,工件的力学性能也很好。TRIP钢用做汽车钢板可以减轻车重,同时显著提高汽车安全等级。此外,除在汽车工业,还可应用于土木工程、煤矿巷道等领域。