相变诱导塑性（TRIP）钢板介绍

在先进高强度钢汽车板的开发中，最早开发并应用的是DP钢和TRIP钢。经不断开发，目前先进高强度钢汽车板主要包括：低合金双相钢（DP钢）、铁素体-贝氏体钢（FB钢）、相变诱导塑性钢（TRIP钢）、复相钢（CP钢）、淬火分离钢（Q-P钢）、热成形钢（HF钢）、成形后热处理钢（PFHT钢）和孪晶诱导塑性钢（TWIP钢）等。目前，在超轻钢车身-先进概念车辆（Ultra Light Steel Auto Body-Advanced Vehicle Concept，ULSAB-AVC）和未来钢制汽车（Future Steel Vehicle，FSV）开发项目中，主要应用的先进高强度钢汽车板包括：双相钢DP300/500、DP350/600、DP500/800、DP700/1000级，相变诱导塑性钢TRIP350/600、TRIP400/700、TRIP450/800、TRIP600/980级，孪晶诱导塑性钢TWIP500/980，复相钢CP500/800、CP600/900、CP800/1000、CP1000/1200、CP1050/1470级，热成形钢HF1050/1500级等。

在先进高强度钢中，最具代表性的是TRIP钢、Q-P钢和TWIP钢。它们不再采用传统高强度钢的强化途径，如零维固溶、一维位错、二维晶界、三维析出等，而采用新型的动态强塑化机理，即应变诱导相变和相变诱导塑性，或者应变诱导孪晶和孪晶诱导塑性的新途径，获得了高强度条件下的高塑性。这种相变诱导塑性机制摆脱了传统强化方法提高强度而降低塑性的制约，走出了为提高塑性和成形性而降低强度的困境。在高强度钢板难于成形，而超深冲钢板不得不降低强度至最低点（超深冲级DC06冷轧钢板的屈服强度≤140MPa）的困惑中，相变诱导塑性（TRIP）效应为汽车板材料向高强度、轻量化、高塑性、可成形的发展开拓出全新的道路，为新一代超轻钢汽车的开发与制造提供了全新的材料技术支撑。

TRIP钢和Q-P钢都是含有残留奥氏体（Retained Austenite）的多相钢，但残留奥氏体的数量、尺寸、形貌和分布不同，而且其他各相的体积分数也不同，因此强塑性级别不同。TWIP钢是这一组新型材料中唯一的高合金钢，其中锰的质量分数高达15%～25%。

TRIP钢中铁素体和少量贝氏体基体上弥散分布的富碳、亚稳态残留奥氏体，可以在塑性应变条件下发生马氏体相变，使汽车板能够在较高的屈服强度水平上，通过动态相变强化同步提高钢板的应变硬化指数n值、均匀伸长率El_u和抗拉强度TS，因而获得高强度和高塑性。其强塑积TS·El可以达到20⊱30GPa.%以上，使钢板具有良好的成形、抗冲撞和在超载条件下（即超过钢材屈服强度的应力条件下）工作的高强塑性和优异的使用性能。

TRIP钢是目前先进高强度钢中强塑性最好的高强度低合金钢。在强度比低碳软钢提高2～3倍以上的条件下，其伸长率El_t仍然可以达到低碳冲压级DQ软钢的性能指标要求（34%），比强度水平相同的双相钢提高10%左右。TRIP钢的应变硬化指数n值可以满足超深冲级SEDDQ钢（超低碳IF钢）的性能指标要求（n﹥0.20），保证了材料在高强度下的深冲性能。

同时，在应变条件下TRIP钢中的残留奥氏体向马氏体转变，不仅提高了抗拉强度TS、均匀伸长率El_u和应变硬化指数n值，而且在深冲过程中起到了与低碳软钢中的{111}∥RP晶体织构相同的板厚方向强化作用，使TRIP钢具有良好的深冲性能。

TRIP钢的强塑积可以高达20000～25000MPa·%，约是低碳软钢和传统高强度钢强塑积（10000～12000MPa·%）的2倍，显著提高了构件在高应变速率下吸收冲击功的能力和抗冲撞能力。同时，TRIP钢具有较高的疲劳极限和良好的烘烤硬化能力（△BH＝60MPa）。

TRIP钢的化学成分目前有低碳SiMn系和AlMn系两种，分别利用Si和Al在贝氏体等温处理过程中阻止碳化物析出和贝氏体转变，使奥氏体中的富碳区（w_C≥1.0%）在随后的冷却中以残留奥氏体的形式保留下来。TRIP钢可以采用冷轧、热镀锌和热轧工艺生产，残留奥氏体的体积分数为10%～15%，其稳定性取决于残留奥氏体富碳的程度。TRIP钢的C、Mn、Si、Al、Cr、Nb等元素含量，冷轧TRIP钢的连续退火工艺（双相区等温处理温度、冷却速度、贝氏体等温处理温度等），热轧TRIP钢的轧后冷却工艺和卷取温度等因素对残留奥氏体的数量、富碳浓度、尺寸、分布和相应的强塑性有重要影响，是开发与生产的重要研究课题。

目前各国已经开发的TRIP钢有四个强度级别，分别为TRIP600级、TRIP700级、TRIP800级、TRIP1000级，分别对应我国的CR380/590TR、CR400/690TR、CR420/780TR、CR450/980TR，其力学性能指标按照国家标准GB/T 20564.6—2010规定执行，见表2-97。

表2-97 冷轧TRIP钢的力学性能

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①明显屈服时采用R_eL。

②试样为GB/T 228中的P6试样，试样方向为横向。

③当产品公称厚度大于0.50mm，但小于等于0.70mm时，断后伸长率允许下降2%；当产品公称厚度不大于0.50mm时，断后伸长率允许下降4%。

德国蒂森克虏伯钢公司是目前世界上开发TRIP钢品种最齐全的公司，不仅能够生产三个强度级别的冷轧TRIP钢，按企业标准称为冷轧残留奥氏体钢RA-K38/60（40/70，42/80），还能够生产上述各级别的热镀锌板（RA-K＋Z）、热镀锌铁合金板（RA-K＋ZF）、电镀锌板（RA-K＋ZE）和电镀锌镍合金板（RA-K＋ZN）四种冷轧镀层TRIP钢板。日本新日铁公司开发了超延性（Super-Ductile）冷轧高强度钢板SAFC590T、SAFC690T、SAFC780T，强度水平相当于TRIP600、TRIP700和TRIP800。新日铁企业标准对这三个强度级别TRIP钢典型厚度规格0.8～1.0mm冷轧板伸长率的要求分别是26%、23%和19%，钢板实际伸长率的平均水平为34%、32%和30%。

国内宝钢和武钢已经试制了冷轧和热镀锌TRIP600钢，宝钢2005年投产的1800冷轧机组采用新日铁技术、武钢2006年投产的二冷轧2230机组采用SMS Demag连续退火和热镀锌设备技术，均能够生产TRIP600～800级冷轧板和镀锌板。鞍钢、本钢、马钢和首钢等厂家也已具备生产冷轧TRIP钢的设备条件，并进行了或正在进行冷轧TRIP钢的开发。

目前TRIP钢主要用来制作汽车的车门冲击梁、底盘构件、座椅结构件、横梁、纵梁、挡板、车轮轮辋、防护强化件和液压成形抗冲撞构件等。由于残留奥氏体的良好强塑化作用，近年来，在双相钢的铁素体-马氏体岛组织中也导入了少量残留奥氏体或马氏体-奥氏体岛，提高了双相钢的均匀伸长率和总伸长率，因而提高了双相钢的冲压成形性能和抗冲撞能力。

热轧TRIP钢的技术难点在于轧后在线冷却设备与工艺的控制，目前世界上只有德国蒂森克虏伯钢公司于2006年开发成功并工业试制了热轧TRIP钢。

TRIP钢板的深冲性能显著优于同等强度级别的传统高强度钢板，其并不是像低碳深冲软钢那样通过增强{111/}//RP组织和提高各向异性指数r值来实现的。在深冲的初始阶段，翻边区域主要发生较小的收缩应变，TRIP钢板中的残留奥氏体转变为马氏体的数量较少，使钢板在较低的应变硬化状况下平滑拉入冲模区。随后钢板在杯壁深冲区发生单向拉伸和平面应变过程中，残留奥氏体转变为马氏体的数量随应变而显著增加，使得板厚方向强度提高，因而提高了钢板抵抗减薄的能力和深冲性能。

对于高强度TRIP钢板，压力机和模具的载荷会提高，冲压过程的能耗增加。高强度和高加工硬化率会产生较高的回弹，因此对回弹补偿和控制的要求也随之提高。可以采用计算机模拟技术提高回弹预测能力和精确度，并改进和调整冲压成形工艺参数。汽车板成形的计算机模拟已经在汽车工业应用十几年，可以精确重现薄板和模具在成形过程中的应力应变特性。回弹预测精确度的提高，取决于成形材料和成形工艺详细参数、输入数据的准确性以及软件使用者的工程经验。过去，模拟软件通常采用简单的加工硬化指数方程，把n值处理为常数。但是，TRIP钢的n值是随应变的增加而变化的。因此，TRIP钢成形的模拟软件把n值处理为应变的函数，以提高回弹预测精确度。