第２７卷 第４期 ２０１２定 山东建筑大学学报 ＳＨＡＮＤＯＮＧ ＪＩＡＮＺＨＵ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ Ｖｏ１．２７ Ａｕｇ． Ｎｏ．４ ２０１２ ８月 文章编号：１６７３—７６４４（２０１２）０４—０４２２—０４ ＴＲＩＰ钢中合金元素对相变诱发塑性的影响 刘敬广，景财年，甘洋洋，于承雪 （山东建筑大学材料科学与工程学院，山东济南２５０１０１） 摘要：ＴＲＩＰ合金钢不仅具有高强度，而且还有高断后伸长率，尤其是以低廉的价格，优良的高速力学性能和疲 劳性能而受到现代汽车制造业的青睐。文章阐述了ＴＲＩＰ效应的机理及影响因素，综述了ｃ、Ｍｎ、Ａｌ、ｓｉ及其他 （Ｐ、Ｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｍｏ）等合金元素对ＴＲＩＰ效应的影响。最后对ＴＲＩＰ合金钢的今后的研究趋势进行了展望。 关键词：相变诱发塑性；合金元素；ＴＲＩＰ合金钢；研究进展 中图分类号：ＴＧ１４２．１ 文献标识码：Ａ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ａｌｌｏｙｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ＴＲＩＰ ｓｔｅｅｌ ｏｎ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ ＬＩＵ Ｊｉｎｇ－ｇｕａｎｇ，ＪＩＮＧ Ｃａｉ—ｎｉａｎ，ＧＡＮ Ｙａｎｇ—ｙａｎｇ，ｅｔ ａ１． （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｊｉａｎｚｈｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ ２５０１０１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴＲＩＰ ｓｔｅｅｌ ｉｓ ｆａｖｏｒｅｄ ｂｙ ｍｏｄｅｒｎ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｆｏｒ ｉｔｓ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｈｉｇｈ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ， ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｉｔｓ ｌｏｗ ｐｒｉｃｅ，ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ ｆａｔｉｇｕｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ＴＲＩＰ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｉｔｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ，ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ Ｃ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｓｉ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｅｌｅｍｅｎｔｓ（Ｐ、Ｂ、ｃｕ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｍｏ）ｏｎ ｔｈｅ ＴＲＩＰ ｅｆｆｅｃｔ，ａｎｄ ｆｉｎａｌｌｙ ｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｒｅｎｄｓ ０ｆ ＴＲＩＰ ｓｔｅｅｌ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ；ａｌｌｏｙ ｅｌｅｍｅｎｔｓ；ＴＲＩＰ ｓｔｅｅｌ；ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ＨＳＬＡ等钢种。与常规的软钢和高强度钢相比较， ０引言 汽车轻量化是指在保证汽车强度和安全性的前 提下，尽可能的降低汽车的整备质量，提高汽车的动 ＴＲＩＰ、ＤＰ、ＣＰ、ＨＳＬＡ等高强度钢不仅具有高强度而 且还有高断后伸长率，所以不断受到汽车制造商的 关注。特别是ＴＲＩＰ钢更是以低廉的价格，优良的 高速力学性能和疲劳性能而受到现代汽车制造业的 青睐 ， 。 国外对ＴＲＩＰ钢的研究起始于２Ｏ世纪８０年代， 特别是德国、日本、韩国等都已走在了世界的前列。 德国已研制出热镀锌ＴＲＩＰ钢，并且已经批量生产 ＴＲＩＰ６００、ＴＲＩＰＳ００等级别的钢板；韩国浦项已经研 制出ＴＲＩＰ８００、ＴＲＩＰ１０００和ＴＲＩＰ１２００级别的冷轧 钢板；日本的钢铁公司也开发出了６００～８００ＭＰａ级 力性，减少燃料消耗，降低污染。汽车轻量化的途径 很多，其中最有效的方法就是采用高强度钢板来减 薄车身的厚度…。研究表明 Ｊ，在其他条件不变的 情况下，汽车质量每减轻１０％，则油耗可下降８％～ １０％，并且制造成本降低９％左右。要想在降低油 耗的同时提高安全性就必须采用高强塑积的钢材， 如ＤＰ、ＣＰ、ＴＲＩＰ（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ）、 收稿日期：２０１２—０３—１９ 基金项目：由山东省中青年科学家奖励基金（２００８０２０２３） 作者简介：３ｏＪ￣Ｆ－（１９８６一），男，山东聊城人，在读硕士，主要从事高强度钢的研发与应用研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｘｆｇ１６８＠１２６・ｃｏ ４ 刘敬广等：ＴＲＩＰ钢中合金 ４２３ 别的ＴＲＩＰ钢并且实现了批量生产 。我国对ＴＲＩＰ 钢的研究相对要晚一些，但近年来取得了极大的进 步，目前宝钢、鞍钢等大型钢铁企业已具备了批量生 含量及形貌 ；贝氏体主要是提高钢的强度，对提 高残余奥氏体的数量和稳定性都有积极的作用¨ 。 而影响残余奥氏体、铁素体和贝氏体的因素中，除了 ａ 姐 产某几种型号的ＴＲＩＰ钢的能力。但关于合金元素 对ＴＲＩＰ效应的影响的研究还亟需完善。结合国内 外最新研究进展，本文详细的论述了合金元素对 加热温度、等温时间、冷却速度等工艺参数外，化学 成分是最重要的影响因素，所以研究合金元素对 ＴＲＩＰ效应的影响意义重大。 凸ＴＲＩＰ效应的影响。 １ ＴＲＩＰ效应的机理及影响因素 １．１ ＴＲＩＰ效应的机理 Ｓａｕｖｅｕｒ＿５ 在１９２４年就报道，铁在相变时会出 现软化，即对流变的抗力减少的现象。上世纪６０年 代，Ｚａｃｋｅｙ等＿６ 在研究高镍高铬钢中的奥氏体向马 氏体转变时发现钢中存在ＴＲＩＰ效应，并开发了可 供实际应用的ＴＲＩＰ钢。 ＴＲＩＰ效应就是含有一定量比较稳定的残余奥 氏体，在外部载荷的作用下，诱发马氏体形核产生相 变而转变为马氏体，使局部的硬度得到提高，继续变 形比较困难，同时变形向周围的组织发生转移，颈缩 的产生被推迟，随着相变的不断发展，材料获得了很 高的塑性。残余奥氏体相变时体积增大，引起位错 密度的增加，产生位错强化，材料的强度得到提高。 钢板经相变后塑性和强度都提高的现象称为相变诱 发塑性，简称ＴＲＩＰ效应 一 。低碳ＴＲＩＰ钢的相变 诱发塑性机理如图１所示 。 图１低碳ＴＲＩＰ钢的相变诱发塑性机理图 １．２影响ＴＲＩＰ效应的因素 影响ＴＲＩＰ效应的因素很多，包括显微组织、合 金元素、生产工艺等。其中，含有一定量的稳定的残 余奥氏体，是ＴＲＩＰ钢具有良好力学性能的关键 ； 铁素体易吸收残余奥氏体转变为马氏体引起的体积 膨胀，并且直接影响最终组织中残余奥氏体的成分、 ２合金元素对ＴＲＩＰ效应的影响 ２．１碳元素的影响 碳固溶于奥氏体中，可以扩大 区，增加残余 奥氏体的数量，提高其稳定性，使铁素体和贝氏体转 变的ｃ曲线右移，推迟了铁素体和贝氏体的转变， 降低了Ｍ 【１ 。在奥氏体中碳的含量决定了残余奥 氏体的量和稳定程度，残余奥氏体含碳量越高残余 奥氏体的稳定性越好¨ Ｈ Ｊ。图２为试样在４５０℃保 温６０ｓ时三种不同含碳量的钢的显微组织，图中灰 色或亮灰色的为铁素体，呈白色的为残余奥氏体，由 图可见随碳含量的增加，残余奥氏体的含量也增加。 但是含碳量过高会降低钢的焊接性能，而如果含碳 量太低则使残余奥氏体的稳定性大大降低，甚至没 有ＴＲＩＰ效应出现 。研究表明，对于Ｒ ＝６００～ ８００ＭＰａ的ＴＲＩＰ钢，碳含量在０．１０％一０．２０％最合 适 。 ２．２铝元素的影响 Ａｌ元素有明显提高贝氏体相变后残余奥氏体 中碳含量的作用，文献［１６］指出在钢中加入质量分 数为０．３％～１．８％Ａ１可导致ｔ。温度向碳含量增高 的方向移动，使钢中残余奥氏体的碳含量和奥氏体 的稳定性得到明显的提高。大量文献表明 ，Ａｌ 是一种强烈的铁素体稳定元素，能够使铁素体区扩 大，Ａ 线上升，Ａ 线下降，增加过冷奥氏体动态相 变时的过冷度，有利于较小应变下动态相变的发生， 还能够增加贝氏体体积分数并细化ＴＲＩＰ钢中的贝 氏体组织。王艾青等。加 对０．２３Ｃ１．７Ｍｎ１．２４Ａ１钢进 行了研究，结果表明，试验ＴＲＩＰ钢中Ａｌ元素的加入 改变了合金相图的相区分布，随之影响了合金在加 热与冷却过程中组织转变和力学性能。研究发 现 ，用Ａｌ取代部分或全部Ｓｉ的ＴＲＩＰ钢同样能获 得相变诱发塑性效应，而且：具有良好的热浸镀锌性 能，Ａｌ元素能抑制碳化物析出，替代ｓｉ后可以改善 钢板的润湿性，提高表面质量。用Ａｌ代替ｓｉ后组 ４ ：ＴＲＩＰ钢中合金元素 ４２５ 含量和残余奥氏体碳含量。Ｍｏ是一种铁素体形成元 素，并降低贝氏体转变起始温度 。 近年来，随着人们对合金元素研究的不断深入， 合金元素对ＴＲＩＰ的影响机理也不断的得以完善。 今后我们的工作重点可以放在以下两个方面：（１） 高锰ＴＲＩＰ钢的组织和性能的研究。高锰ＴＲＩＰ钢 不需要添加贵重合金元素即可达到超强的韧性，比 低合金ＴＲＩＰ钢具有更好的强度一塑性关系，并且 高锰ＴＲＩＰ钢还具有较低的比重和较高的成形性 能，所以研究锰含量对ＴＲＩＰ钢的影响具有非常大 的现实意义和市场前景＿２ ；（２）研究Ｍｏ、Ｎｂ等微合 金元素对ＴＲＩＰ效应的影响。Ｍｏ主要起固溶强化的 作用，可以弥补Ａｌ代替ｓｉ所导致的ＴＲＩＰ钢强度的 损失 Ｊ。另外，Ｍｏ是强烈稳定奥氏体的元素，还能 够推迟铁素体的形成和延迟碳化物的析出。研究表 明Ｌ３ ，加入Ｍｏ和Ｎｂ的钢的强度和塑性均高于不 含Ｍｏ或者Ｎｂ的钢，并且Ｎｂ和Ｍｏ复合加入时其 强度和塑性更高。 ３ 展望 随着汽车产量的逐年增多以及人们对汽车安全 性、舒适性、节能性等要求的不断提高，汽车轻量化 是汽车产业发展的趋势。汽车轻量化的途径很多， 其中最有效、最可行的方法就是采用高强度钢板代 替普通钢板来减薄车身的厚度。尤其是先进高强度 钢中的ＴＲＩＰ钢，凭借其优良的综合性能而成为科 学界和工业界关注的热点。国内外对合金元素在 ＴＲＩＰ效应中的作用的研究已开始了几十年且成果 显著，但是对微量元素对ＴＲＩＰ效应的影响，以及各 合金元素之间的相互作用等方面的研究还有待深 入，我们应加强这方面的研究，掌握它们的变形机 理，使其更好的为国民经济发展服务。 参考文献： ［１］冯齐，范军锋，王斌，等．汽车的轻量化技术与节能环保［Ｊ］．汽 车工艺与材料，２０１０（２）：４—６． ［２］ 景财年，王作成，韩福涛．相变诱发塑性的影响因素研究进展 ［Ｊ］．金属热处理，２００５，３０（２）：２６—３０． ［３］王晓东，王利，戎咏华．ＴＲＩＰ钢研究的现状与发展［Ｊ］．热处 理，２００８，２３（６）：６—１８． ［４］ 郝晓东，张启富．相变诱导塑性钢热镀锌的研究进展［Ｊ］．材料 保护，２００７，４０（１）：４６—４９． ［５］Ｓａｕｖｅｕｒ Ａ．，Ｗｈａｔ ｉｓ ａ ｓｔｅｅｌ ａｎｏｔｈｅｒ ａｎｓｗｅｒ［Ｊ］．Ｉｒｏｎ Ａｇｅ，１９２４ （１１３）：５８１—５８３． ［６］Ｚａｃｋａｙ Ｖ．Ｆ．，Ｐａｒｋｅｒ Ｅ．Ｒ．，Ｆａｈｒ Ｄ．，ｅｔ ａ１．Ｔｈｅ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ ｏｎ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｓｔｅｅｌｓ［Ｊ］．ＡＳＭ Ｔｒｎａｓ Ｑｕａｒｔ，１９６７， ６０（２）：２５２—２５９． ［７］刘永前，陈字．相变诱导塑性钢生产现状与发展趋势［Ｊ］．武汉 工程职业技术学院学报，２０１０，２２（３）：２３—２５． ［８］ 王晓东．ＴＲＩＰ钢微结构一性能的表征与设计［Ｄ］．上海：上海 交通大学博士学位论文，２００７． ［９］李壮，吴迪．ＴＲＩＰ钢热变形中奥氏体未结晶温度的研究［Ｊ］． 塑性工程学报，２００７，１４（２）：２Ｏ一２３． （１Ｏ］张迎晖，赵鸿金，康永林．ＴＲＩＰ钢热变形后冷却工艺的优化 ［Ｊ］．钢铁，２００７，４２（３）：５２－５５． ［１１］朱丽娟，吕义．ＴＲＩＰ钢相变诱发塑性的影响因素研究［Ｊ］．汽 车工艺与材料，２００８（１２）：４６—４８． ［１２］闫翠，李麟，符任钰，等．ＴＲＩＦ’钢的研究进展［Ｊ］．上海金属， ２００８，３０（４）：０４—４４． ［１３］Ｚａｅｆｆｅｒｅｒ Ｓ．，Ｏｈｌｅｒｔ Ｊ．ａｎｄ ＢｌｅｃｋＷ．，Ａ ｓｔｕｄｙ ｏｆｍｉｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｔｒａｎｓｆ￣ｌｒｍａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ａｎｄ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍｉｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ａ ｌｏｗ ａｌｌｏｙｅｄ ＴＲＩＰ ｓｔｅｅｌ［Ｊ］．Ａｃｔａ Ｍａｔｅｒｉａｌｉａ，２００４，５２（９）：２７６５—２７７８． ［１４］唐代明．ＴＲＩＰ钢ＴＭＰ和热处理过程中的组织演变［Ｊ］．特殊 钢，２００７，２８（２）：３６—３８． ［１５］唐代明．ＴＲＩＰ钢中合金元素的作用和处理工艺的研究进展 ［Ｊ］．钢铁研究学报，２００８，２０（１）：１—５． ［１６］李麟，刘仁东，张梅．相变诱发塑性钢研究开发的进展［Ｊ］．鞍 钢技术，２００７（２）：７一ｌ２． ［１７］龚志华，赵莉萍，赵鸣，等．部分Ａ１替代ｓｉ后ＴＲＩＰ钢的贝氏体 转变［Ｊ］．金属热处理，２０１１，３６（７）：３２—３５． ［１８］赵爱民，张宇光，赵征志，等．Ａｌ与Ｐ对ＴＲＩＰ钢固态相变的影 响［Ｊ］．材料热处理学报，２０１１，３２（４）：８２—８５． ［１９］肖鸿飞，李壮，李平瑞．以Ａｌ代ｓｉ对ＴＲＩＰ钢力学性能的影响 ［Ｊ］．热加工工艺，２００９，３８（１０）：１８—２１． ［２Ｏ］王艾青，王建，张宇光，等．Ａｌ对ＴＲＩＰ钢两相区退火组织性能 的影响［Ｊ］．金属热处理，２０１０，３５（９）：５６—５９． ［２１］何方，孙新军，刘清友，等．高铝ＴＲＩＰ钢的微观组织与残余奥 氏体稳定性研究［Ｊ］．钢铁，２００９，４４（１２）：８７—９０． ［２２］景财年．ＣＭｎＡ１一ＴＲＩＰ钢组织性能研究［Ｄ］．山东：山东大学， ２００７：３５—５０． ［２３］朱丽娟，吴迪，赵宪明，等．ＴＲＩＰ钢在连续冷却过程中的相变行 为［Ｊ］．东北大学学报，２００８，２９（５）：６８５—６８９． ［２４］张迎晖，赵鸿金，康永林．相变诱导塑性ＴＲＩＰ钢的研究进展 ［Ｊ］．热加工工艺，２００６，３５（６）：６０—６５． ［２５］尹云洋，杨王珥，李龙飞，等．Ａｌ部分替代ｓｉ对基于动态相变 热轧ＴＲＩＰ钢组织控制的影响［Ｊ］．金属学报，２００８，４（１１）： １２９２—１２９８． ［２６］Ｄｅ Ｃｏｏｍａｎ Ｂ．Ｃ．，Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ・［ｐｒｏｐｅｔｒｉｅｓ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｉｎ ＴＲＩＰ ｓｔｅｅｌｓ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｃａｒｂｉｄｅ－ｆｒｅｅ ｂａｉｎｉｔｅ［。Ｊ］．Ｃｕｒｒｅｍ Ｏｐｉｎｉｏｎ ｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ．２００４，８（３）：２８５—３０３． （下转第４３４页） ４３４ ２Ｏ１２ 器，在ＡＰＳＤＥ．ＤＡＴＡ．ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ原语中，协调器定义 力资源，减少额外的浪费；又能够保障热力供应的安 全实施。该系统的开发与实现，对推广节能减排理 念、提倡低碳生活，对促进国民经济建设的发展和社 会意识形态的建设，都具有积极的作用。 ＢＹＴＥ类型的数组，该数组存放收到的数据，最终把 这些数据送到上位机 ｍ 。 ４上位机程序 参考文献： ＺｉｇＢｅｅ协调器和上位机通过ＲＳ２３２相连，协调 ［１］刘荣，李孝萍，马孝春．热力管道状态检测技术研究［Ｍ］．煤气 与热力，２０１ｌ，３１（２）：Ａ２４一Ａ２８． ［２］陈书旺，王明时．地下管道的红外成像检测法［ｃ］．中国光学 学会２００４年学术大会，２００４：４１—４４． 器接收传感器节点发来的采集数据，通过ＲＳ２３２串 行总线实时发给上位机；上位机程序收集热力管道 的温度、压力、流量等信息，存储于数据库系统。根 据历史数据和其他实践经验，在上位机检测系统设 置基准线，对热力管道的布控位置进行实时监控，不 同的传感器节点配置有不同的网络地址。一旦有数 ［３］袁朝庆．热力管道泄漏光纤光栅检测技术研究［Ｄ］．北京：中 国地震局工程力学研究所，２００７：９—１５． ［４］庞娜，程德福．基于ＺｉｇＢｅｅ无线传感器网络的温室监测系统 设计［Ｊ］．吉林大学学报（信息科学版），２０１０，２８（１）：５５—６Ｏ． ［５］Ｘｕ Ｇｏｎｇｗｅｎ；Ｚｈａｎｇ Ｚｈｉｊｕｎ；Ｍａ Ｈｏｎｇｗｅｉ，ｅｔ ａ１．Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｎｏｄｅｓ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＺｉｇＢｅｅ 据超出阈值，系统发出报警，并以短信等方式通知管 理人员，管理员根据地址信息对热力管道故障点进 行定位，以及时排除故障，防止意外事故出现¨ 。 ［ｃ］．ＭＩＭ ２０１２．Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ：Ｔｒａｎｓ Ｔｅｃｈ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ：２４８— ２５１． ［６］林少锋，何一．基于ＣＣ２４２０的ＺｉｇＢｅｅ无线网络节点设计［Ｊ］． ５结论 本文设计、开发了基于物联网技术的城市热力 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