孤傲高冷，和那些妖艷賤貨完全不一樣的

——TWIP鋼

在世界鋼協的《汽車先進高強度鋼應用手冊》中，將汽車用先進高強鋼分為三代，并用一張經典的香蕉圖描述了出來。

這張圖從延伸率和抗拉強度兩個維度描述了主流的汽車用鋼特征（雖然并不是太嚴謹）：

位于最左邊的IF鋼（無間隙原子鋼），是強度最低延伸率最高的，常用于制造深沖造型件；位于圖最右邊的MS鋼（馬氏體鋼），是強度最高延伸率最低的，常用于簡單成形的結構件。

整張香蕉圖基本反映出了汽車用鋼強度和延伸率之間的關系：他們就像一副蹺蹺板，一頭高了，另一頭就低了。

我們常說魚與熊掌不可兼得，想得到高強度+高延伸率的材料是非常不容易的，能做到這一點的鋼種一定不簡單。

這個鋼種也就是今天我們要討論的主角【TWIP鋼】，它孤傲高冷地占據著香蕉圖右上角，展示出高強度+高延伸的“雙高”屬性。

什么是TWIP鋼？

TWIP是孿晶誘導塑性的英文縮寫，顧名思義，這是一種具備TWIP效應的鋼種。

（TWIP=Twinning Induced Plasticity）

注：類似的命名方式還有TRIP鋼（具備TRIP效應的鋼），詳見歷史文章【TRIP鋼解析】。

TWIP鋼因其具有高的能量吸收能力（是傳統高強鋼的2倍），高的剛度，可用于改善汽車的碰撞安全性能。

而且TWIP鋼不僅具有極高的強度和延伸率，同時還具有極高的翻邊成形性能，更容易制造出復雜形狀的零件。由于綜合性能非常優秀，因此吸引了汽車行業的廣泛關注。

都說TWIP鋼“雙高”（高強度+高延伸）但到底有多高？

目前工業化生產的TWIP鋼如菲亞特標準MS.50002中的牌號TWC450Y950T，抗拉強度達到950MPa，延伸率達到47%。

這是個什么概念呢？我們用熟悉的材料對比下就一目了然了。

注：強塑積是個數學指標，通俗地說，他被創造出來用于評價先進高強鋼“強度”和“延伸率”這副蹺蹺板。強塑積的數值越高，說明材料的“雙高”屬性越明顯。

僅就力學性能而言，TWIP鋼是我們材料人心中理想的鋼鐵材料，是工程師的“夢中情人”。

TWIP鋼本質上是什么？

在汽車用鋼的變形過程中，會出現各種效應，如TRIP效應、TWIP效應等，TWIP鋼是一種優先產生TWIP效應，抑制TRIP效應的鋼種。

TRIP（相變誘導塑性）效應是通過冷變形加工，將部分殘余奧氏體轉變成馬氏體達到強化材料的機理。（較低層錯能）

TWIP（孿晶誘導塑性）效應是通過冷變形加工，不斷生成新的形變孿晶，并切割晶粒，使晶粒越來越細小，同時孿晶晶界具有類似普通晶界的作用，阻礙位錯的滑移達到強化材料的機理。（較高且合適范圍的層錯能）

簡單粗暴地表述，TWIP效應在提高強度和延伸率的方面效果要強于TRIP效應。

TWIP鋼的變形機理

TWIP鋼的變形主要以孿生方式進行，這是因為對于低層錯能的奧氏體晶粒，微小的變形就能使其內部產生大量的位錯與層錯缺陷，在切應力作用下位錯源所產生的大量位錯沿滑移面運動時遇到了障礙，位錯被釘扎造成位錯的塞積和纏結。隨著應力的增大位錯不斷堆集，應力集中愈來愈大，滑移系很難再滑移運動，不能再通過滑移方式來繼續塑性變形，當應力集中在孿生方向達到臨界應力值時，晶體就開始進行孿晶變形。

隨著應變量的增加，材料的顯微組織中出現大量的高密度形變孿晶，并產生二次孿晶。初生孿晶與次生孿晶交互穿越、切割基體，增加運動的障礙，起到了細化晶粒的作用，極大提高了TWIP鋼的強度。

高應變區首先形成的孿晶界阻礙了該區滑移的進行，促使其它應變較低區域通過滑移進行形變直至孿晶的形成，這使試樣發生均勻變形，顯著推遲了縮頸的產生。同時對位錯運動的阻礙也在一定程度上減少了加工硬化現象的發生，也使塑性變形能夠持續進行，獲得更大的延伸效果。

TWIP鋼的典型成分體系

通常而言，TWIP鋼的Mn含量很高（12~30%），并含有少量C (<1 %), Si (<3%)或 Al (<3 %)。它在室溫下的組織為單一的奧氏體組織和少量退火孿晶組織。

TWIP鋼含有大量Mn，是因為Mn對于保持Fe-Mn-Al 三元合金系的奧氏體組織結構至關重要，同時有利于控制鐵基合金的層錯能(SFE)。

TWIP鋼通常添加鋁，是因為鋁能顯著增加SFE，因此，穩定奧氏體，防止Fe-Mn合金在變形的時候發生相變，同時，鋁可以通過固溶強化對奧氏體晶粒進行強化。

TWIP鋼的優缺點

盡管TWIP鋼在有著非常優異的力學性能和加工性能，如高強度、高延伸率、具備復雜成型能力、高疲勞性能等特點。

盡管歐洲，韓國及中國的鋼廠和科研院所對TWIP鋼進行了大量的研究和試制，無數科研人員日以繼夜地攻關。

但TWIP鋼仍存在一些暫時沒有完美克服的問題，所以業界人士普遍認為，TWIP鋼要實現商業化大批量生產依然任重道遠。

缺點：

1、高合金導致的高成本

2、高合金導致的焊接性問題

3、延遲斷裂（氫誘斷裂）的隱患

4、機理仍然不是非常清晰

5、奧氏體的無磁特性和現有鋼廠的現有設備存在不匹配的現象，及對鋼廠的工藝控制要求非常高。

國內TWIP鋼生產現狀

國內目前寶鋼股份（又是寶鋼，不得不說寶鋼在汽車板領域是國際頂尖水平的）已具備TWIP鋼的工業化生產能力，并供應部分車廠使用。寶鋼的TWIP鋼牌號“HC450/950TW”將來或許也會成為業內的標桿。

當前的TWIP鋼的鋼級和汽車應用示例如下：

TWIP 500/900：A-柱，駕駛艙，前側梁

TWIP 500/980：車輪，下部控制桿，前防撞梁和后防撞梁，B柱，車輪輪輞

TWIP 600/900：地板橫梁，駕駛艙

TWIP 750/1000：車門防撞梁

TWIP 950/1200：車門防撞梁

后記

TWIP鋼目前并未大面積使用，而且TWIP鋼的機理有太多基礎的、專業性的內容，很難轉化成淺顯易懂的文字，我們的專家團隊一度非常猶豫是否需要進行解析。但考慮到作為一種先進的產品，不去了解他，或許在今后的業務中就會錯失商機，所以我們做了最大程度簡化的解析。

有道是“大學之大在大師，企業之強在強人”，企業是否成功重點就在于是否有“大師”和“強人”。然而大師不是一朝練成的，隨著時代的進步，我們需要學習的知識和技能越來越多。

希望我們提供的知識共享平臺，能為鋼鐵人提供學習交流的渠道，提升業內知識水平。

愿技術使合作更簡單~

“孿生誘發塑性鋼力學性能的研究進展.pdf” 請到本頁 資源下載 處 輸入 驗證碼 下載。