فولاد تریپ چیست؟ و خواص آن

نیاز صنعت به فولاد‌های با کیفیت و مقاوم‌تر باعث تغییر در روش‌های تولید و ساخت شده است. این چیزی است که ممکن است ما آن را نبینیم، اما وجود دارد. فولاد تریپ (TRIP) یک نوع فولاد کم آلیاژ است که به دلیل خواص مکانیکی برتر و تغییر شکل قابل توجه، در صنایع خودروسازی استفاده می‌شود. در این مقاله به شما خواص فیزیکی و مکانیکی، ساختار و کاربرد‌های فولاد تریپ را مورد بررسی قرار می‌دهیم.

فولاد تریپ (TRIP) که مخفف Transformation-induced plasticity می‌باشد، نوعی فولاد با استحکام بالا است که به دلیل قابلیت تغییر شکل‌پذیری منحصر به فرد خود، در صنایع مختلف کاربرد‌های فراوانی دارد. این فولاد، در دسته‌ی فولاد‌های آلیاژی قرار می‌گیرد و با افزودن عناصری مانند منگنز، سیلیکون، کروم و نیکل به فولاد معمولی، خواص آن را به طور قابل توجهی ارتقا می‌دهد. این نوع فولاد به دلیل استحکام و چقرمگی بالا، در کاربرد‌های مختلفی مانند ساخت خودرو و سازه‌های فولادی استفاده می‌شود.

خواص فولاد تریپ

در این بخش به بررسی خواص شیمیایی و فیزیکی این فولاد می پردازیم.

1) خواص شیمیایی

ترکیب شیمیایی فولاد تریپ به نوع و کاربرد آن بستگی دارد. به طور کلی، شامل عناصر زیر است:

عناصر اصلی

• آهن: عنصر اصلی تشکیل دهنده فولاد با محتوای وزنی بین ۶۵ تا ۸۰ درصد.
• کربن: عنصری که به فولاد استحکام و سختی می‌بخشد. محتوای وزنی کربن در فولاد تریپ معمولاً بین ۰. ۱ تا ۰. ۴ درصد است.
• منگنز: عنصری که به افزایش استحکام و چقرمگی فولاد کمک می‌کند. محتوای وزنی منگنز در فولاد تریپ معمولاً بین ۱ تا ۳ درصد است.

عناصر آلیاژی

• سیلیکون: عنصری که به افزایش استحکام و چقرمگی فولاد کمک می‌کند و همچنین از تشکیل کاربید‌ها(carbide) جلوگیری می‌کند. محتوای وزنی سیلیکون در فولاد تریپ معمولاً بین ۰. ۵ تا ۱. ۵ درصد است.
• کروم: عنصری که به افزایش مقاومت فولاد در برابر خوردگی و زنگ زدگی کمک می‌کند. محتوای وزنی کروم در فولاد تریپ معمولاً بین ۰. ۵ تا ۱ درصد است.
• نیکل: عنصری که به افزایش استحکام و چقرمگی فولاد کمک می‌کند و همچنین از تشکیل کاربید‌ها جلوگیری می‌کند. محتوای وزنی نیکل در فولاد تریپ معمولاً بین ۰. ۵ تا ۱ درصد است.
• عناصر دیگر: علاوه بر عناصر ذکر شده در بالا، ممکن است از مقادیر کمی از عناصر دیگر مانند مولیبدن، وانادیوم، تیتانیوم و مس نیز در فولاد تریپ استفاده شود. هر یک از این عناصر می‌توانند خواص خاصی را به فولاد اضافه کنند.

2) خواص مکانیکی

فولاد تریپ به دلیل ترکیب منحصر به فرد عناصر و ساختار اتمی خود، از خواص مکانیکی قابل توجهی برخوردار است که آن را به گزینه‌ای‌ایده‌آل برای کاربرد‌های مختلف در صنایع مختلف تبدیل می‌کند. برخی از مهم‌ترین خواص مکانیکی فولاد تریپ عبارتند از:

•  استحکام بالا

دارای استحکام کششی و استحکام تسلیمی بالایی است که به آن اجازه می‌دهد تنش‌های زیادی را تحمل کند. این ویژگی، آن را به گزینه‌ای مناسب برای استفاده در ساخت قطعاتی مانند شاسی خودرو، سازه‌های فولادی و تجهیزات نظامی تبدیل می‌کند.
به عنوان مثال، استحکام کششی فولاد TRIP ۴۵۰/۸۰۰ می‌تواند تا ۱۲۰۰ مگا پاسکال و استحکام تسلیمی آن تا ۸۰۰ مگا پاسکال باشد.

•  چقرمگی بالا

این نوع فولاد چقرمگی بالایی دارد، به این معنی که می‌تواند قبل از شکستن، مقدار قابل توجهی انرژی را جذب کند. این ویژگی، آن را برای استفاده در کاربرد‌هایی که ایمنی و قابلیت اطمینان از اهمیت بالایی برخوردار است، مانند پل‌ها، ریل‌های قطار و لوله‌های فشار بالا مناسب می‌کند. برای مثال، چقرمگی ضربه فولاد TRIP ۴۰۰/۷۰۰ می‌تواند تا ۴۰ ژول بر سانتی‌متر مربع باشد.

•  قابلیت شکل‌پذیری

در مقایسه با سایر فولاد‌های با استحکام بالا، از قابلیت شکل‌پذیری بالایی برخوردار است. این ویژگی، فرآیند ساخت قطعات پیچیده از این نوع فولاد را آسان‌تر می‌کند و به طراحان اجازه می‌دهد تا از اشکال هندسی خلاقانه‌تر در طراحی خود استفاده کنند. به عنوان مثال، درصد ناهنجاری پلاستیکی فولاد TRIP ۴۵۰/۸۰۰ می‌تواند تا ۲۵ درصد باشد.

• مقاومت به خوردگی

به طور طبیعی در برابر خوردگی مقاوم است و نیازی به پوشش‌های اضافی برای محافظت از آن در برابر زنگ زدگی و فرسایش نیست. این ویژگی، آن را برای استفاده در محیط‌های مرطوب و خورنده مانند سواحل، سازه‌های دریایی و تجهیزات شیمیایی مناسب می‌کند.
برای مثال، مقاومت به خوردگی فولاد TRIP ۴۰۰/۷۰۰ در برابر نمک طعام، ۴ برابر فولاد معمولی است.

• استحاله تحت تنش

فولاد تریپ به دلیل فرآیندی به نام استحاله تحت تنش از خواص مکانیکی منحصر به فردی برخوردار است. در این فرآیند، هنگامی که فولاد تحت تنش قرار می‌گیرد، ساختار اتمی آن از آستنیت به مارتنزیت تبدیل می‌شود. این تغییر ساختار، به طور قابل توجهی استحکام و چقرمگی فولاد را افزایش می‌دهد.

عوامل مؤثر بر خواص مکانیکی

• ترکیب شیمیایی: عناصر آلیاژی مانند منگنز، سیلیکون، کروم و نیکل بر خواص مکانیکی فولاد تریپ مانند استحکام، چقرمگی و قابلیت شکل‌پذیری تأثیر می‌گذارند.
•  ریزساختار: مانند اندازه دانه و وجود ناخالصی‌ها، می‌تواند بر خواص مکانیکی آن تأثیر بگذارد.
• فرآیند‌های حرارتی: فرآیند‌های حرارتی مانند آنیل، نرم‌بخشی و آبکاری بر خواص مکانیکی فولاد تریپ تأثیر می‌گذارند.

استحاله در فولاد تریپ

استحاله به فرآیندی گفته می‌شود که در آن ساختار اتمی فولاد از آستنیت به مارتنزیت تبدیل می‌شود. این تغییر ساختار، به طور قابل توجهی استحکام و چقرمگی فولاد را افزایش می‌دهد و دلیل اصلی خواص منحصر به فرد فولاد تریپ است.

مراحل استحاله در فولاد تریپ

استحاله در فولاد تریپ دارای ۳مرحله است.
۱. اعمال تنش: در اولین مرحله، فولاد تحت تنش قرار می‌گیرد. این تنش می‌تواند ناشی از بارگذاری خارجی، تغییر شکل پلاستیکی یا تغییر دما باشد.
۲. شروع جوانه‌زنی: هنگامی که تنش به حد کافی بالا باشد، نواحی کوچکی در ساختار آستنیت شروع به جوانه‌زنی می‌کنند و به ساختار مارتنزیت تبدیل می‌شوند.
۳. رشد مارتنزیت: جوانه‌های مارتنزیت به سرعت در سراسر ساختار آستنیت پخش می‌شوند و آن را به طور کامل به مارتنزیت تبدیل می‌کنند.

عوامل مؤثر بر استحاله

۳عوامل به فرایند استحاله فولاد تأثیر می‌گذارد
•  میزان تنش: هر چه تنش اعمال شده بیشتر باشد، احتمال شروع و تکمیل استحاله بیشتر می‌شود.
•  ترکیب شیمیایی: عناصر آلیاژی مانند منگنز، سیلیکون، کروم و نیکل بر دمای استحاله و میزان مارتنزیت تشکیل شده تأثیر می‌گذارند.
•  ریزساختار: ریزساختار فولاد، مانند اندازه دانه و وجود ناخالصی‌ها، می‌تواند بر فرآیند استحاله تأثیر بگذارد.

کاربرد‌های فولاد تریپ

•  خودروسازی: شاسی خودرو، بدنه خودرو، قطعات موتور، سیستم‌های تعلیق
•  صنعت هوافضا: بدنه هواپیما، موتور هواپیما، قطعات سازه‌ای
•  ساختمان: سازه‌های فولادی، پل‌ها، ریل‌های قطار
•  نفت و گاز: لوله‌های فشار بالا، شیرآلات، مخازن ذخیره‌سازی
•  صنعت انرژی: توربین‌های بادی، توربین‌های بخار، مبدل‌های حرارتی
•  صنعت نظامی: زره تانک، سپر ضدموشک، تجهیزات حفاظتی

جمع‌بندی

فولاد تریپ به دلیل ترکیب منحصر به فرد عناصر، ساختار اتمی و فرآیند استحاله تحت تنش، از خواص مکانیکی منحصر به فردی برخوردار است که آن را به گزینه‌ای‌ایده‌آل برای کاربرد‌های مختلف در صنایع تبدیل می‌کند. با توجه به مزایای منحصر به فرد، انتظار می‌رود تقاضا برای این نوع فولاد در سال‌های آینده به طور قابل توجهی افزایش یابد. تحقیقات و توسعه در زمینه فولاد تریپ ادامه دارد و انتظار می‌رود در آینده شاهد معرفی انواع جدیدی از این نوع فولاد با خواص مکانیکی و کاربرد‌های جدید باشیم.