TRIP-Stähle (TRansformation Induced Plasticity)

TRIP-Stähle zeichnen sich aufgrund ihres Mikrogefüges durch eine sehr vorteilhafte Kombination von Festigkeit und Dehnfähigkeit aus. Sie eignen sich daher besonders gut für die Fertigung von Strukturbauteilen und Verstärkungen komplexer Form. Das Mikrogefüge besteht aus einer duktilen ferritischen Matrix  mit inselförmig eingelagerten harten Bainitphasen und Restaustenit. Die während der plastischen Verformung stattfindende Umwandlung des Austenit in Martensit (TRIP-Effekt oder Transformation Induced Plasticity) gewährleistet eine sehr hohe Dehnfähigkeit des Werkstoffs. Dieser TRIP-Effekt verleiht dem Stahl ein ausgezeichnetes Verhältnis von Festigkeit und Duktilität.

Das erhebliche Verfestigungspotenzial dieser Stähle gewährleistet eine gleichmäßige Verteilung der Verformungen, also eine gute Tiefziehfähigkeit. 

Die Streckgrenze von TRIP-Stahl steigt im Vergleich zu seinem Referenzwert auf Flachmetall während der Herstellung der Teile deutlich an, sowohl durch lokale Tiefziehverformungen als auch durch den BH-Effekt (Bake Hardening) beim Lackieren. Diese Effekte können genutzt werden, um das Design des Bauteils, insbesondere sein Crashverhalten, zu optimieren. Siehe weiter unten.

TRIP-Stähle werden aufgrund ihres hohen Energieaufnahmevermögens und aufgrund ihrer guten Ermüdungsfestigkeit hauptsächlich für die Fertigung von Struktur- und sicherheitsrelevanten Bauteilen, wie z.B. Quer- und Längsträger, B-Säulenverstärkungen, Schweller und Stoßfängerverstärkungen eingesetzt.

ArcelorMittal verfügt bezüglich der Umform- und Gebrauchseigenschaften seiner TRIP-Stähle über umfassendes Datenmaterial. Zwecks frühzeitiger Berücksichtigung dieser Stähle bei neuen Konzeptentwicklungen können von einem Spezialistenteam projektspezifische Untersuchungen aufbauend auf Modellierungen oder Versuchen durchgeführt werden.

A_80mm %: Bruchdehnung bei einer Probe mit Messlänge L₀ = 80 mm (ISO 6892-1 Probenform 2 (EN20x80))
A_50mm %: Bruchdehnung bei einer Probe mit Messlänge L₀ = 50 mm (ISO 6892-1 Typ 1 (ASTM12.5x50) oder Typ 3 (JIS25x50)).
A%: Bruchdehnung bei einer Proportionalprobe mit L₀ = 5,65 (So)^1/2
Ag %: Plastische Extensometer-Dehnung bei Höchstkraft
BH₂: Streckgrenzenerhöhung nach einer plastischen Vordehnung von 2 %, hervorgerufen durch eine Wärmebehandlung (170°C-20 min)

Im Verhältnis zu ihrer Zugfestigkeit weisen TRIP-Stähle eine hohe Duktilität auf. Ein CR450Y780T-TR verfügt z. B. über eine gleichmäßig verteilte Dehnfähigkeit, die mit der eines ArcelorMittal 04 vergleichbar ist.

Zur Veranschaulichung zeigt das nachstehende Schaubild die Grenzformänderungskurven der kaltgewalzten Qualitäten CR400Y690T-TR und CR450Y780T-TR für eine Blechdicke von 1,5 mm. Sie ergeben eine bessere Umformbarkeit als die eines CR330Y590T-DP mit niedrigeren Festigkeitswerten.

Weitere Informationen bezüglich der Umformung von TRIP-Stählen sind auf Anfrage erhältlich.

Bei geeigneter Einstellung der Schweißparameter können TRIP-Stähle mit den herkömmlichen Verfahren geschweißt werden.

Als Beispiel zeigt die nachstehende Tabelle die auf Grundlage der ISO-Norm 18278-2 für homogene Punktschweißverbindungen der Stahlqualitäten CR400Y690T-TR-GI und CR450Y780T-TR, elektrolytisch beschichtet, ermittelten Richtwerte:

Beim MAG (Metal Active Gas) - Lichtbogenschweißen wird Schmelzschweißdraht unter Aktivgasschutzbedingungen eingesetzt. Das Verfahren eignet sich für Blechdicken über 0,8 mm. Die MAG-Schweißeignung von CR450Y780T-TR wurde auf Grundlage der Schweißverfahrensprüfungen der Normen EN 288 und EN 25817 an einer Stumpfnahtschweißverbindung mit einer Blechdicke von 1,5 mm ermittelt. Dabei betrug die aufgebrachte Schweißenergie ca. 2 kJ/cm.

Aufgrund der chemischen Zusammensetzung der Qualität CR450Y780T-TR ist das Kohlenstoffäquivalent von ca. 0,50 relativ hoch. Trotzdem sind keine besonderen Vorsichtsmaßnahmen zur Vermeidung einer eventuellen Kaltrissgefahr erforderlich, da das Auftreten von Schweißspannungen im Flanschbereich durch die geringen Blechdicken (< 2 mm) auf ein Mindestmaß beschränkt wird.

Für das MAG-Schweißen der Qualität CR450Y780T-TR bei Blechdicken von ca. 1,5 mm haben sich folgende Parameter bewährt:

• Schweißdraht des Typs G3Si1 gemäß EN 440;
• Schutzgas: Argon + 8% CO2.
• (M21 gemäß EN 439).

In den durchgeführten Schweißverfahrensprüfungen wurde ein zufriedenstellendes globales Schweißnahtverhalten gegenüber den vorgeschriebenen mechanischen Festigkeitswerten der einschlägigen Normen mit folgenden Ergebnissen nachgewiesen:

• Einwandfreie Biegung bei 120° und Rissbildung auf der Unterseite bei 180°;
• Im Zugversuch, dank der Schweißgut/Schmelzgut - Benetzung, eine ausnahmslose Konzentration der Brüche im Grundwerkstoff, und das selbst bei Einsatz von Schweißdraht des Typs G3Si1.

Bei den durchgeführten Laserschweißversuchen wurden keine besonderen Schwierigkeiten festgestellt, wobei die oeberlappungstechnik sich für TRIP/TRIP- Schweißverbindungen als besonders geeignet erwiesen hat.

ArcelorMittal verfügt über eine umfangreiche Erfahrung mit dem Schweißen seiner TRIP-Stähle und bietet für jede Qualität eine technische Beratung zur optimalen Schweißparametereinstellung an.