فولاد تریپ چیست

فولاد تریپ TRIP یکی از انواع فولادهای کم آلیاژ شناخته شده که اصلی ترین مشخصه آن مربوط به چقرمگی و مقاومت مکانیکی مناسب است. از این فولاد در صنعت خودروسازی به وفور استفاده می شود و این موضوع به سبب قابلیت شکل پذیری و فرم پذیری بسیار بالا می باشد. البته لازم به ذکر است این فولاد علاوه بر ویژگی های ذکر شده به بهینه شدن ارگونومی خودروها نیز کمک می کند.

ارگونومی در واقع یک کلمه یونانی بوده و به معنای قانون کار می باشد. در صورت بهبود این ویژگی، انطباق بیشتری میان بدن انسان با ابزارها و وسایل مورد استفاده برای آن ها مانند صندلی های اتومبیل برقرار می شود؛ به همین دلیل از فولاد تریپ در صنعت خودروسازی استفاده می کنند.

همان طور که ذکر شد، فولاد تریپ نوعی قطعه کم آلیاژ به شمار می آید که کلمه کامل آن شاملTransformation Induced Plasticity به معنای مومسانی تبدیلی یا استحاله ای می باشد. در واقع این نوع فولاد شامل یک ریز ساختار با نام فریت آلوتروپیک یا بینیت بوده که درون آن کاربید و آستنیت حاصل از کربن وجود ندارد. در ادامه جزئیات ساختار فولاد تریپ به همراه کاربردهای آن بیشتر مورد بررسی قرار می گیرند.

ریزساختارهای فولاد تریپ

اصلی ترین خاصیت مکانیکی این فلز نیز می توان به چقرمگی بالای آن اشاره کرد. از سوی دیگر تولید این قطعات، به وسیله دفرمه کردن یا از شکل افتادن فولاد کم آلیاژ در زمان حرارت دهی، انجام می گیرد. به صورت کلی دفرمه شدن فلزات به دو علت اصلی اتفاق می افتد. این دو علت مربوط به تنش و تغییر شکل هستند که در ساخت فولاد تریپ از تغییر شکل پلاستیکی فولاد در فاز آستنیتی صورت می گیرد.

فولادهایی که تا دمای 728 درجه سانتی گراد از یک ساختار یا شبکه مکعبی با مرکز پر و در زمان تغییر شکل برخوردار می باشند (body-centered cubic BCC))، با بیشتر شدن دما در حدود 912 درجه سانتی گراد به تغییر شکل و ساختار می شوند و شکل آن ها به شبکه مکعبی کاملاً پر face-centered cubic FCC) ) تبدیل می گردند.

در واقع در طول این فرآیند تولید که با تغییرات دما شکل می گیرد، فولاد از فاز فریت، وارد فاز آستنیت شده و طی تغییر شکل پلاستیکی، به مارتنزیت می رسد. فولاد تریپ نیز اندکی مارتنزیت داشته و سایر ساختار آن شامل چند فاز بینیت، فریت و مقداری آستنیت می باشد. 5 درصد از حجم فولاد تریپ نیز از فاز آستنیت باقی مانده و جداسازی آن در فاز اول فریت انجام گرفته است. با این حال باید گفت سایر ریزساختارهای این فولاد شامل بینیت و مارتنزیت هستند و کربن آن نیز نسبتب ه فولادهای دو فاز بیشتر است.

اثر گذاری کربن برفولاد تریپ

به طور کلی فولاد تریپ با وجود این که از جمله محصولات کم آلیاژ می باشد، اما میزان کربن آن بیشتر است. وجود عنصر آلیاژی کربن در خرید تختال سبب ایجاد یک سختی بالا در قطعات فولادی می گردد که با فولادهای دو فازی می توان آن ها را مثال زد.

جالب است بدانید هر چه میزان عناصری مانند آلومینیم و سیلیسیم در فولاد تریپ بیشتر باشد، روند تشکیل شدن فریت و بینیت زودتر انجام می گیرد، اما هر چه این موارد علاوه بر کربن افزایش یابند، میزان آسیتنیت باقی مانده در زیر ساختار نیز افزایش می یابد. در واقع کربن سبب تثبیت فاز آسیتنیت باقی مانده خواهد شد. همچنین اگر میزان آن متغیر باشد، کنترل تنش در هنگام شروع دگرگونی آستنیت به مارتنزیت افزایش می یابد.

اثر تریپ

در مورد اثر تریپ باید گفت یک تشکیل خاص از فاز مازتنزیت بوده که به وسیله فرآیند فرمینگ به وجود می آید. لازم به ذکر است در زمان تشکیل مارتنزیت باید علت آن را بررسی کرد؛ زیرا یا به واسطه استرس یا تنش بالا یا به واسطه تغییر شکل می باشد. در حقیقت فولاد تریپ بر اساس تغییر شکل تولید می شود.

اثر تغییر شکل نیز فقط برای فرم دهی ورق های سرد انجام می گیرد. در واقع اثر تریپ سبب افزایش سختی در فلزات می گردد؛ از این رو می توان گفت فولاد تریپ ساخته شده به وسیله این فرآیند، دارای خاصیت سخت کاری استیل تریپ می باشد. همچنین جالب است بدانید این فلزات علاوه بر داشتن خاصیت سختی و استحکام متناسب، دارای قابلیت انعطاف پذیری بالایی نیز می باشند. در نهایت نیز یکی دیگر از مهم ترین خواص حاصل از فرآیند اثر تریپ، خاصیت پخت سخت شوندگی می باشد که در دمای آنیل انجام می گیرد.

نحوه تولید فولاد تریپ

به صورت کلی فولاد تریپ به وسیله انجام عملیات حرارتی تحت شیوه های نورد سرد، گرم یا گالوانیزه گرم با دامنه مقاومت 500 تا 800 مگاپاسکال تولید می گردد. با این وجود تولید فولاد کم آلیاژ تریپ در بازه ضخامتی 1میلی متر به روش نورد سرد طی مراحل زیر انجام می شود:

ابتدا فرآیند نورد سرد و مرحله آنیلینگ در دمای بین 625 تا 675 درجه سانتی گراد بین 45 تا 90 دقیقه صورت می گیرد. سپس شیت ها خنک و سرد می شوند که این عملیات با استفاده از سیستم های خنک کننده صورت گرفته تا زمان رسیدن دما به دمای اتاق ادامه می یابد. همچنین در مرحله بعدی مجدداً ورق ها در دمای ۷۶۰ تا ۹۳۰ درجه بازپخت می گردند. در نهایت دمای فولاد آنیل شده تا 460 درجه کاهش می یابد و به این ترتیب فولاد تریپ تولید می گردد. در نهایت این موضوع سبب می شود تا آستنیت به بینیت از نظر دمایی برسد.

عملیات حرارتی تولید فولاد تریپ

بهتر است بدانید منظور از عملیات حرارتی، همان فرآیندهای نورد گرم و سرد می باشد که هر کدام خواص و ویژگی های فیزیکی مختلفی را در فولاد به وجود می آورند. از این رو فولاد تریپ نیز به سبب عملیات های حرارتی مختلف خواصی مانند سختی، پخت، چقرمگی و ... را به خود اختصاص داده است. از این رو نوع این عملیات ها شامل نورد سرد، گرم یا گالوانیزه گرم یا غوطه وری می باشد که برای تولید فولاد تریپ با درجه استحکام 800 مگاپاسکال صورت می گیرند.

همچنین بهتر است بدانید برای تولید یک فولاد با استحکام حداکثری و نیز داکتیل حتماً باید فرآیند آنیلینگ یا بازپخت intercritical صورت گیرد. در این فرآیند فولاد تا دمای ذوب گرم شده و سپس به تدریج سرد می گردد. از سوی دیگر در زمان انجام عملیات های حرارتی، فولاد به دمای بیشتر از یوتکتوئید خواهد رسید.

مشخصات فولاد تریپ

همان طور که تا به اینجا مطلب اشاره کردیم، اصلی ترین مشخصات فولاد تریپ داشتن سختی و استحکام بالا و در عین حال ویژگی چقرمگی و انعطاف پذیری می باشد. در این فولاد خواصی حاصل از استحاله مارتنزیتی به وجود می آیند که در طی تغییر شکل پلاستیک استفاده می شوند. فولاد تریپ نیز کم آلیاژ نیز می باشد؛ به طور مثال سطح کرنش آن با میزان کربن مشخص می گردد. در ادامه مشخصات فیزیکی و شیمیایی این فولاد در قالب جدول و شرح اختصاری مورد بررسی قرار گرفته اند.

ترکیب شیمیایی

برای بررسی ترکیب شیمیایی فولاد تریپ می توان عنصر سیلیسیم را مثال زد که در ترکیبات این فولاد کم آلیاژ وجود دارد و سبب ایجاد 5 درصد آستنیت می گردد که البته در فاز اولیه فریت حذف می شود. همچنین عنصر سیلیسیم نیز سبب جلوگیری از رسوب کردن سمنتیت در روند تشکیل بنیتیت می گردد؛ به همین علت مقداری آستنیت در فولاد تریپ وجود دارد که در زمان فرم دهی سبب استحاله مارتنزیتی شده و ناپایداری پلاستیک نیز دیرتر اتفاق می افتد. همین تأخیر سبب ایجاد این قطعات فولادی کم آلیاژ می گردند. ترکیبات شیمیایی این فولاد به صورت دقیق تر در قالب جدول زیر آورده شده اند:

خواص فیزیکی فولاد تریپ

از جمله این ویژگی ها می توان به ظرفیت بالا برای جذب انرژی، استحکام خستگی، مقاومت و چقرمگی بالا اشاره کرد. در مقایسه تریپ ها بهتر است بدانید این فولاد ها دارای خواص مکانیکی مختلفی هستند و تفاوت موجود در این خواص به یک سری موارد وابسته است که شامل پایدار بودن آستنیت که بسته به اندازه عناصر، ترکیبات شیمیایی و شکل دانه وابسته بوده و مشخص کننده اثر تریپ می باشد.

 همچنین مهم است که این موضوع که در هر فاز در چه مرحله ای صورت می گیرد. و در نهایت به خواص و مشخصات فیزیکی و ساختاری فلز که شامل ریز ساختار، مورفولوژی و درصد عناصر هستند، وابسته است. سایر خواص فیزیکی و مکانیکی فولاد تریپ در قالب جدول در ادامه آورده شده اند:

جدول خواص

کاربرد انواع فولاد تریپ

از فولادهای تریپ که از جمله فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا به شمار می آید در مصارف دریایی برای تجهیزات و تعمیرات کشتی سازی، خودروسازی، قطعات پیچیده و سخت صنعتی و صنایع ریلی استفاده می کنند. علت استفاده از آن در این صنایع به سبب داشتن ویژگی های منحصر به فرد آن است.

در نهایت باید گفت خودروها در زمان ایجاد حوادث و تصادفات انرژی بالایی را جذب می کنند؛ از این رو سختی بالا در فولاد تریپ نوعی مزیت به خصوص در جذب انرژی (داشبورد خودروها) به شمار می آید. سایر کاربردهای این محصول شامل موارد زیر هستند:

• ساخت قطعات ایمنی و ساختاری خودرو
• رکاب ‌ها
• تقویت ‌کننده‌ های سپر
• تیرهای طولی ماشین آلات
• قطعات متقاطع خودرو
• مستحکم سازی ریل ها
• سقف اتومبیل
• قاب صندلی اتومبیل
• دو شاسی عقب و جلو خودروها

انواع فولاد تریپ

بهتر است بدانید خاصیت تغییر شکل و فرم دهی بالا سبب بهینه شدن ارگونومی خودروها خواهد شد در فولادهای تریپ وجود دارد. ارگونومی سبب بهبود سازگاری قطعات و ابزارآلات با بدن انسان و در نتیجه راحت تر بودن او خواهد شد. از سوی دیگر قابلیت خمکاری این فلزات سبب شده تا این فولاد وزن بسیار کمتری در مقایسه با سایر آلیاژهای فولادی داشته باشد و از این رو سبب کاهش وزن خودرو نهایی شود. این موضوع بر کاهش مصرف سوخت نیز اثرگذار است. با این وجود فولاد تریپ انواع مختلفی دارد، اما از پرکاربرد ترین آن ها می توان به آلیاژهای زیر اشاره کرد:

• Steel TRIP 450/800: این فولاد مطابق با استاندارد EN که مربوط به کشور اروپا می باشد، تولید می شود و درصد شکستگی آن پس از شکل پذیری و کشش به وسیله نمونه ای از طول اولیه 80 میلی متر است.
• Steel TRIP 400/700: این فولاد تریپ مطابق با استاندارد ASTM که مربوط به کشور آمریکا است، تولید شده و درصد شکستگی آن پس از شکل پذیری به وسیله نمونه ای از طول اولیه 50 میلی متر است.

معرفی ورق های فولاد تریپ

همان طور که اشاره شد، فولادهای تریپ تحت عملیات های حرارتی مختلفی می تواند تولید شود. به طور مثال فرآیند اثر تریپ بر روی این فولاد تأثیر به سزایی در قابلیت سخت شوندگی دارد. این فولادها دارای سختی زیادی مانند ورق سیاه و همچنین قابلیت چقرمگی عالی نظیر ورق روغنی هستند و انجام فرآیندهای مختلف سبب شده تا ورق های تریپ مختلفی وجود داشته باشند. در ادامه به شرح هر کدام و کاربری های آن ها پرداخته ایم:

• TRIP 350/600 : این فولاد برای ساخت چهارچوب ریل ها به کار برده می شود که استحکام بالایی نیز دارد. همچنین از آن برای ساخت اجزای مختلف خودرو نیز استفاده می کنند.
• TRIP 400/700 : از این فولاد در بخش عقب و جلو خودروها به خصوص برای دو شاسی استفاده می کنند که سبب جلوگیری از آسیب رسیدن به سرنشینان خودرو در زمان تصادف شود.
• TRIP 450/800 : ساخت ریل های پنل داشبورد و سقف اتومبیل در خودروسازی از موارد مصرف این فولاد می باشد.
• TRIP 600/980 : ساخت ریل سقف، ریل جلو و عقب، قاب صندلی اتومبیل و محفظه نگهداری موتور از کاربردهای این فولاد تریپ به شمار می آید.

برای اطلاع از قیمت فروش ورق سیاه کاویان به دسته بندی مربوطه مراجعه نمائید.

جمع بندی

در نهایت باید گفت امروزه نیاز به استفاده از فولادهای مستحکم با کیفیت بالا، سبب ایجاد تغییر در نحوه فرآیند و ساخت آن ها شده است. از این رو فولاد تریپ به عنوان یک فولاد کم آلیاژ و در فاز استحاله مارتنزیتی دارای خواص متنوعی است و از این رو در صنعت خودروسازی و همچنین صنایع مهم دیگر کاربردهای به سزایی دارد. این فولاد انواع مختلفی داشته و ورق های فولاد تریپ هر کدام بر اساس درصد عناصری مانند کربن و سیلیسیوم، خواص و ویژگی های منحصر به فردی دارند.

به طور کلی گزارشات و آمارهای مختلف حاصل از شرکت نیپون استیل در ژاپن منتشر شده است که به دهه 80 باز می گردد. بر اساس این تحقیقات، شرکت های خودروسازی زمانی مجاب به استفاده از فولاد تریپ در ساخت اتومبیل های خود شدند که میزان سرعت و شتاب خودروها را بدون ایجاد هیچ تغییری در سوخت افزایش داد. از این رو فولاد تریپ از اهمیت بسیاری در صنایع مختلف به خصوص خودروسازی برخوردار است.