近年來，從提高汽車沖撞安全性以及輕量化的考慮，成形性良好的高強(qiáng)度鋼板被廣泛應(yīng)用在各類車體結(jié)構(gòu)中，而DP鋼備受矚目。高強(qiáng)DP鋼隨著強(qiáng)度的提高，導(dǎo)致凸緣翻邊性能和彎曲性能等由局部延伸所決定的性能受損，制約了高強(qiáng)DP鋼的應(yīng)用范圍。
而貝氏體鋼具有細(xì)小均勻的結(jié)構(gòu)，能保證較高局部延伸，普遍具有良好的凸緣翻邊性能。所以用板條狀的貝氏體鐵素體基體來取代鐵素體馬氏體基體，有望提高鋼板的凸緣翻邊性能。
概述
TBF鋼（TRIP Aided Bainitic Ferrite steels），中文譯名為相變誘導(dǎo)塑性鐵貝氏體素體鋼。也稱為Carbide-free bainitic steels（無碳化物貝氏體鋼），TRIP with bainitic matrix（貝氏體基相變誘導(dǎo)塑性鋼）或super-bainitic TRIP（超級貝氏體基相變誘導(dǎo)塑性鋼）。
TRIP效應(yīng)最先由V·F·Zackay發(fā)現(xiàn)并命名的，是通過相變誘導(dǎo)塑性效應(yīng)而使鋼板中殘余奧氏體在塑性變形作用下誘發(fā)馬氏體形核，引入相變強(qiáng)化和塑性增長機(jī)制，提高鋼板的強(qiáng)度和韌性。具有TRIP效應(yīng)的貝氏體鐵素體鋼（TBF鋼）正是近些年為滿足汽車工業(yè)對高強(qiáng)度、高塑性新型鋼板的需求而開發(fā)的。
已知的TBF鋼最早由神戶制鋼開發(fā)。2012年雷諾日產(chǎn)集團(tuán)（Renault-Nissan group）決定在其后續(xù)的車型上使用TBF鋼。2013年，在英菲尼迪（Infiniti）Q50上首次使用了神戶制鋼的TBF1180牌號，用于制作A柱和B柱加強(qiáng)件和上邊梁，這些零件占白車身重量的4%。2015年，日產(chǎn)在Murano車型也使用了一些使用TBF1180制作的零件。
圖1 在英菲尼迪（Infiniti）Q50上首次使用了TBF1180牌號
在歐洲，2014年9月，ArcelorMittal發(fā)布了FortiForm系列鋼種，目前FortiForm 1050已商業(yè)化生產(chǎn)（相近牌號為VDA 239-100中的CR700Y980T-DH），980MPa和1180 MPa 仍在開發(fā)中。參見表1和圖2。
表1 ArcelorMittal TBF鋼的性能
圖2 ArcelorMittal的TBF鋼使用示例
TBF鋼的顯微組織特征
TBF鋼的組織特征是精細(xì)規(guī)整的無碳化物貝氏體鐵素體板條束、分布在貝氏體鐵素體基體上板條束間的薄膜狀殘余奧氏體與塊狀殘余奧氏體，同時(shí)也存在有非常少量的回火馬氏體。
其較高的韌性主要是由于其精細(xì)規(guī)整的板條結(jié)構(gòu)、富碳?xì)堄鄪W氏體的TRIP效應(yīng)，同時(shí)也有一小部分是由于未轉(zhuǎn)化的薄膜狀殘奧的長程內(nèi)應(yīng)力。
由于TBF鋼中有亞穩(wěn)態(tài)殘余奧氏體（體積分?jǐn)?shù)約為10%-30%）的存在，不僅具有較好的超高強(qiáng)度和塑性匹配，而且具有較高的疲勞強(qiáng)度、較好的沖擊性能，翻邊擴(kuò)孔性能和抗氫脆性能。TBF鋼的典型顯微組織如圖3所示。
圖3：TBF鋼的SEM顯微照片，F(xiàn)–先共析鐵素體，B–無碳化物貝氏體，A–殘余奧氏體
TBF鋼的制造工藝
由于TBF鋼在950℃保溫時(shí)，實(shí)驗(yàn)鋼發(fā)生完全奧氏體化，奧氏體的平均C、Mn含量相對較低，隨后快速冷卻至貝氏體區(qū)等溫，大量的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w并向未轉(zhuǎn)變的奧氏體排碳。
在等溫后的冷卻過程中，穩(wěn)定性不足的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，穩(wěn)定性較高的奧氏體保留至室溫。TBF鋼的典型的軋制及連續(xù)退火圖如圖4所示。
圖4 TBF鋼的典型的軋制及連續(xù)退火圖
在連退過程中，貝氏體等溫溫度對TBF鋼的組織和性能影響顯著，當(dāng)貝氏體等溫溫度為300 ℃時(shí)，TBF鋼具有低屈服強(qiáng)度(789 MPa)、高抗拉強(qiáng)度(1241MPa)以及良好的伸長率(16.6%)。等溫300℃時(shí)，屈服強(qiáng)度的降低主要是因?yàn)?0～190 nm的無碳化物貝氏體板條的生成。
經(jīng)過XRD測定，其殘余奧氏體含量為12.04%，殘奧含碳量經(jīng)過測算為1.4%。穩(wěn)定的塊狀殘余奧氏體和無碳化物貝氏體板條有利于韌性的提高，相反，馬氏體應(yīng)該盡量減少或避免。
使用特性
TBF鋼相對于傳統(tǒng)的多邊形鐵素體基體的TRIP鋼，其貝氏體基體的板條組織更細(xì)小，大部分呈長條狀或塊狀分布于貝氏體晶內(nèi)或晶界間。同時(shí)也可以觀察到大量馬氏體的存在，這是由于完全奧氏體化后奧氏體的平均C、Mn含量較低，穩(wěn)定性不足，在冷卻至室溫的過程中大量的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體所致。
TBF鋼在應(yīng)變初始階段時(shí)應(yīng)力就迅速增加，這主要是由于TBF鋼的基體結(jié)構(gòu)為強(qiáng)度很高的貝氏體鐵素體組織，在變形初期即產(chǎn)生較強(qiáng)的加工硬化，在應(yīng)變達(dá)到0.02后由于變形所引起的應(yīng)力集中，誘發(fā)貝氏體鐵素體板條間的殘留奧氏體發(fā)生馬氏體相變，使集中的應(yīng)力得到釋放，斜率變緩，抗拉強(qiáng)度可達(dá)到1400MPa以上。
圖5 TBF鋼的工程應(yīng)變曲線示例
根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資料整理。
| |