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CN120700411A - 一种汽车大梁用钢及其制造方法 - Google Patents

一种汽车大梁用钢及其制造方法

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CN120700411A
CN120700411A CN202410343005.8A CN202410343005A CN120700411A CN 120700411 A CN120700411 A CN 120700411A CN 202410343005 A CN202410343005 A CN 202410343005A CN 120700411 A CN120700411 A CN 120700411A
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temperature
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CN202410343005.8A
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刘海亭
柏明卓
胡晓萍
刘生
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Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Original Assignee
Baoshan Iron and Steel Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种汽车大梁用钢，汽车大梁用钢的抗拉强度≥850MPa，包含以下质量百分比的化学元素：C：0.05～0.18％，Si：0.02～0.30％，Mn：0.8～2.5％，Cr：0.05～0.8％，Ti：0.08～0.20％，Al：0.01～0.10％。本发明合理设计合金含量配比，不添加或仅添加少量贵重金，在此基础上基于控制精轧终轧温度和层流冷却冷速，再配合高温回火制备汽车大梁用钢，得到回火马氏体+铁素体的微观组织，内部弥散分布TiC纳米析出相，能够在降低的合金成本条件下，实现达到要求的强度，同时具有较高塑性和冷弯性能。

Description

一种汽车大梁用钢及其制造方法
技术领域
本发明属于钢材生产领域，尤其涉及一种汽车大梁用钢的制造方法。
背景技术
在绿色低碳和节能减重的大背景下，商用车对高强钢的需求愈发旺盛；提升钢材的强度级别能够减少用钢量，从而降低整车自重，既可以降低商用车主机生产企业的原料成本，也可以降低车辆运行过程中的能源消耗。近年来，商用车主机大梁用钢的强度级别不断攀升，从抗拉强度510-610MPa级逐渐提升至700-750MPa级，并有进一步上升至850MPa级的需求。商用车主机大梁作为整车主要的承载部件，在要求高强度级别的基础上还要求大梁用钢具有良好的冷成形性能，且还需要满足后续的服役安全要求。因此，汽车大梁用钢应具有优异的冷弯性能、止裂性能和疲劳性能，并兼具良好的板形。
目前，国内生产抗拉强度≥850MPa级热轧汽车大梁用钢主要基于常规热连轧或调质热处理工艺，有时还会采用罩式炉进行退火处理。中国专利CN105543666A公开了一种屈服强度960MPa汽车大梁钢及其生产方法。该申请采用了较低的碳、锰含量，充分利用V、Nb、Ti的析出强化效果，同时添加一定量的Mo、Cr、B控制热处理组织状态，得到细小、均匀的回火组织，从而使得材料具有良好的强韧性、良好的焊接性能和良好的低温冲击韧性，提高了车辆的安全性能。然而，该专利钢板的合金成本较高，且调质热处理工艺进一步提高了制造成本。
中国专利CN106119702A公开了一种980MPa级热轧高强度高扩孔钢及其制造方法。该专利基于常规热连轧工艺进行生产，其微观组织为粒状贝氏体+马氏体，屈服强度≥900MPa，抗拉强度≥980MPa，延伸率≥15％，扩孔率≥50％，表现良好的强韧性匹配，可应用于汽车底盘、大梁、车轮等需要高强减薄和复杂成形的部件。然而，该专利需添加较多合金元素，具有较高的合金成本。
上述公开专利中所陈述的超高强汽车大梁用钢具有合金与制造成本较高的问题，通常需要添加大量贵重合金元素，导致合金成本显著上升；部分采用离线调质工艺进行生产，推高了其生产成本，因而难以满足用户的低成本需求。且采用调质热处理工艺生产的超高强大梁用钢，其冷弯性能通常偏低，难以满足商用车主机大梁的冷成形需求。
发明内容
为了解决现有技术的抗拉强度≥850MPa级别汽车大梁用钢合金成本高，且冷弯性能通常偏低的问题。
本发明提供了一种汽车大梁用钢，汽车大梁用钢的抗拉强度≥850MPa，汽车大梁用钢包含以下质量百分比的化学元素：C：0.05～0.18％，Si：0.02～0.30％，Mn：0.8～2.5％，Cr：0.05～0.8％，Ti：0.08～0.20％，Al：0.01～0.10％。
根据本发明的另一具体实施方式，本发明提供的汽车大梁用钢，汽车大梁用钢由以下质量百分比的化学元素组成：C：0.05～0.18％，Si：0.02～0.30％，Mn：0.8～2.5％，Cr：0.05～0.8％，Ti：0.08～0.20％，Al：0.01～0.10％，Nb≤0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质。
采用上述方案，基于合理设计合金含量配比，不添加或仅添加少量贵重金，降低了合金成本。
根据本发明的另一具体实施方式，本发明提供的汽车大梁用钢，其中不可避免的杂质中，P、S、O、N控制在以下质量百分比：P≤0.025％，S≤0.008％，O≤0.008％，N≤0.005％。
采用上述方案，控制杂质元素含量以减小杂质对钢的塑性和韧性的影响。
根据本发明的另一具体实施方式，本发明提供的汽车大梁用钢，化学元素的组成还满足：2.5％≤10C+Mn+2.5Cr≤4.0％，Ti-3.5N≥0.10％。
采用上述方案，通过对C、Mn、Cr的含量限制，用于保证高强钢具有合适的淬透性，能够在冷却条件下使大部分奥氏体转变为马氏体，同时避免回火后马氏体强度过高导致的冲击韧性与冷弯性能恶化。通过控制Ti-3.5N≥0.10％，保证钢中存在足够的有效Ti元素。在热轧轧制过程中能够钉扎奥氏体晶界，细化奥氏体组织；在控制冷却过程中能够在发生铁素体相变时形成TiC相间析出，弥补铁素体强度的不足；在后续的回火过程中与保证足量纳米级TiC析出相的生成，弥补马氏体回火软化引起的强度下降。
根据本发明的另一具体实施方式，本发明提供的汽车大梁用钢的微观组织包括回火马氏体和铁素体，且其中弥散分布着TiC纳米析出相；铁素体的体积百分比≤20％；TiC纳米析出相的晶粒尺寸≤10nm。
采用上述方案，铁素体的引入有效提升塑性和冷弯性能，铁素体内部弥散分布TiC纳米析出相，有效地提升了铁素体的强度，确保带钢能够达到≥850MPa强度级别。
根据本发明的另一具体实施方式，本发明提供的汽车大梁用钢，回火马氏体与铁素体的显微维氏硬度之差≤100HV。
采用上述方案，回火马氏体和铁素体之间的强度差较小，有利于提升冷弯性能。
本发明还提供汽车大梁用钢的制造方法，方法包括如下步骤：
S1：将板坯加热至1240-1300℃，并进行30-90min保温处理；
S2：对所述板坯进行粗轧和精轧，粗轧出口温度为1020-1080℃，精轧终轧温度为830-890℃，获得带钢；
S3：对带钢进行控制冷却，即规定其冷却模式和冷却速度，终冷温度小于200℃；
S4：带钢进入卷取机进行卷取；
S5：对带钢进行回火热处理，温度为560-700℃。
采用上述方案，基于热轧轧制-控制冷却-高温回火工艺，特别是控制精轧终轧温度和层流冷却冷速，再配合高温回火，得到回火马氏体+铁素体的微观组织，其内部弥散分布10nm以下的TiC纳米析出相，回火马氏体组织强化叠加TiC析出强化使得带钢具有较高强度；采用较高的温度进行回火热处理，在回火过程中保证足量纳米级TiC析出相的生成，确保带钢具有足够的强度；并且较高的回火温度可以降低内应力，从而提高带钢的板形。
根据本发明的另一具体实施方式，本发明提供的汽车大梁用钢的制造方法，步骤S3中，对带钢进行分段式冷却，第一阶段冷速≥50℃/s、空冷温度为600-700℃、时间为3-10s；第二阶段冷速≥exp(5.8-2.53C-0.16Si-0.82Mn-0.95Cr)℃/s。
采用上述方案，控制冷却的目的在于控制生成一定量的铁素体，提升带钢的延伸率并控制强度，同时还有利于铁素体相变过程中TiC相间析出，能够有效提升铁素体强度，降低回火马氏体和铁素体之间的强度差，有利于提升冷弯性能。
根据本发明的另一具体实施方式，本发明提供的汽车大梁用钢的制造方法，步骤S5中，可采用热卷连续热处理工艺进行回火热处理，升温速度≥10℃/s，保温时间为60～300s。
采用上述方案，通过热卷连续热处理装置进行感应加热回火，利用感应加热升温速度快的优势，进行短时间高温回火，在TiC充分析出的同时避免TiC析出相长大，调控TiC析出相的密度和尺寸，从而得到更好的强韧性匹配。
根据本发明的另一具体实施方式，本发明提供的汽车大梁用钢的制造方法，步骤S5中，可采用单板热处理工艺进行回火热处理，保温时间为5-25min。
本发明的有益效果：
本发明合理设计合金含量配比，不添加或仅添加少量贵重金，在此基础上基于热轧轧制-控制冷却-高温回火工艺制备汽车大梁用钢，特别是控制精轧终轧温度和层流冷却冷速，再配合高温回火，得到回火马氏体+铁素体的微观组织，内部弥散分布10nm以下的TiC纳米析出相；经过高温回火的马氏体具有相对较高的塑性，再叠加铁素体带来的塑性提升，并且，在回火热处理中采用较高温度，充分提高带钢的延伸率，并发挥固溶Ti元素的析出强化作用。本发明在降低抗拉强度≥850MPa级汽车大梁用钢的合金成本的条件下，还能够保证带钢实现较高塑性和冷弯性能。
本发明提供的汽车大梁用钢屈服强度≥780MPa，抗拉强度≥850MPa，断裂延伸率≥14％，在d＝2a、90°和d＝3a、180°的冷弯条件下，样品表面不发生起皱和开裂。
附图说明
图1为本发明实施例1获得的汽车大梁用钢的微观组织图；
图2为本发明实施例2获得的汽车大梁用钢的微观组织图；
图3为本发明实施例9获得的汽车大梁用钢的微观组织图；
图4为本发明实施例10获得的汽车大梁用钢的微观组织图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
本发明提供一种汽车大梁用钢，钢的抗拉强度≥850MPa，汽车大梁用钢包含以下质量百分比的化学元素：C：0.05～0.18％，Si：0.02～0.30％，Mn：0.8～2.5％，Cr：0.05～0.8％，Ti：0.08～0.20％，Al：0.01～0.10％。
根据本发明的其中一种具体实施方式，汽车大梁用钢由以下质量百分比的化学元素组成：C：0.05～0.18％，Si：0.02～0.30％，Mn：0.8～2.5％，Cr：0.05～0.8％，Ti：0.08～0.20％，Al：0.01～0.10％，Nb≤0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明汽车大梁用钢化学元素含量的设计原理如下：
碳(C)：C元素对钢的相变过程及产物具有重要影响。C含量的提高能够降低生成马氏体的临界冷速，在相同的冷却条件下更容易生成马氏体。C元素在马氏体中以固溶形式存在，能够显著提高马氏体的强度，但较高C含量会生成较脆的孪晶型马氏体组织，不利于钢的低温冲击韧性。在后续的回火过程中，C含量较高容易导致粗大碳化物的生成，并导致塑性和冲击韧性的下降。但另一方面，C含量过低容易生成大量铁素体等低强度组织，无法满足本发明的强度需求。因此，本发明的C元素含量范围为0.05～0.18％。
硅(Si)：Si元素是钢中的固溶元素，具有良好的脱氧效果。Si元素在含量较高时容易导致钢热轧过程中生成表面红铁皮，并恶化马氏体的韧性和焊接性能。因此，本发明的Si含量范围为0.02-0.30％。
锰(Mn)：Mn元素是本发明中重要的合金元素，Mn元素的加入能够抑制先共析铁素体的生成，提高钢的淬透性。此外，Mn元素的加入能够细化钢的微观组织，使其具有良好的强韧性匹配。但过多的Mn元素添加容易产生显著的中心偏析，并在相应位置生成高碳孪晶型马氏体组织，不利于马氏体高强钢的韧性。因此，本发明的Mn含量范围为0.8-2.5％。
铬(Cr)：Cr元素是本发明中重要的合金元素，Cr元素的加入能够显著提高钢的淬透性，有利于在淬火过程中生成全马氏体组织，提高材料整体强度。此外，Cr元素在回火过程中会生成碳化物析出相，具有一定的抗回火软化效应。Cr元素含量过高容易导致带钢强度韧性下降。因此，本发明的Cr含量范围为0.05-0.8％。
钛(Ti)：Ti元素是本发明中的重要微合金元素，Ti元素能够与C和N生成细小的弥散相颗粒，在钢热轧轧制过程中能够钉扎奥氏体晶界，细化奥氏体组织。在后续的回火过程中，Ti元素可以生成纳米级TiC析出相，提升回火马氏体的屈服强度和抗拉强度，具有显著的抗回火软化效应。为了达到规定强度，本发明的Ti含量相对较高，其范围是0.08-0.20％。
铝(Al)：Al元素为钢的脱氧剂，少量Al元素的添加可以细化晶粒，提高冲击韧性。Al元素含量过高容易生成氧化铝夹杂物，并促进先共析铁素体的生成，导致强度降低。因此，本发明的Al含量范围为0.01-0.10％。
铌(Nb)：Nb元素是本发明中选择性添加的合金元素，微量的Nb元素即可大幅提高钢中奥氏体的再结晶温度，显著细化奥氏体晶粒，提升材料的强度和韧性。Nb元素属于贵重元素，为了控制生产成本，需控制其添加量。因此，本发明的Nb含量不超过0.02％。
本发明提供的抗拉强度≥850MPa的热轧汽车大梁用钢，基于合理设计合金含量配比，不添加贵重金属或仅添加少量贵重金Nb，降低了合金成本。
根据本发明的其中一种具体实施方式，其中不可避免的杂质中，P、S、O、N控制在以下质量百分比：P≤0.025％、S≤0.008％、O≤0.008％、N≤0.005％。
磷(P)、硫(S)、氧(O)、氮(N)：P、S、O、N是钢中的杂质元素，含量过高时将显著影响钢的塑性和韧性，因此本发明控制其范围分别为P≤0.025％、S≤0.008％、O≤0.008％、N≤0.005％。
根据本发明的其中一种具体实施方式，化学元素的组成还满足：2.5％≤10C+Mn+2.5Cr≤4.0％，Ti-3.5N≥0.1％。
通过控制C、Mn、Cr的含量满足2.5％≤10C+Mn+2.5Cr≤4.0％，对C、Mn、Cr的含量限制，用于保证高强钢具有合适的淬透性，能够在常规层流冷却工艺所能提供的冷却条件下，使大部分奥氏体转变为马氏体，同时避免马氏体强度过高导致的冲击韧性与冷弯性能恶化。10C+Mn+2.5Cr低于2.5％则淬透性过低，在冷却过程中生成过多铁素体，导致强度相对偏低；高于4.0％则生成铁素体少，且马氏体强度偏高，易发生冷弯开裂。
通过控制Ti的含量满足Ti-3.5N≥0.10％，保证钢中存在足够的有效Ti元素，在热轧轧制过程中能够钉扎奥氏体晶界，细化奥氏体组织；在控制冷却过程中能够在发生铁素体相变时形成TiC相间析出，弥补铁素体强度的不足；在后续的回火过程中与保证足量纳米级TiC析出相的生成，弥补马氏体回火软化引起的强度下降；最终使抗拉强度达到850MPa以上。Ti-3.5N低于0.10％则TiC的析出强化效果不足，导致回火后强度相对偏低，无法满足强度要求。
根据本发明的其中一种具体实施方式，汽车大梁用钢的微观组织包括回火马氏体和铁素体，且其中弥散分布着TiC纳米析出相；铁素体的体积百分比≤20％；TiC纳米析出相的晶粒尺寸≤10nm。
本发明提供的汽车大梁用钢，微观组织为回火马氏体+铁素体，其中弥散分布着尺寸在10nm以下的TiC纳米析出相，与单一的回火马氏体组织相比，铁素体的引入能够有效提升塑性和冷弯性能。进一步，铁素体的晶粒尺寸较为细小，内部弥散分布10nm以下的TiC纳米析出相，包括相间析出和回火析出，有效地提升了铁素体的强度，确保带钢能够达到本发明提供的钢需要达到的强度级别。
根据本发明的其中一种具体实施方式，回火马氏体与铁素体的显微维氏硬度之差≤100HV，这代表回火马氏体和铁素体之间的强度差较小，有利于提升冷弯性能。进一步地，回火马氏体与铁素体的显微维氏硬度之差≤70HV。
本发明还提供上述汽车大梁用钢的制造方法，工艺路径是通过炼钢连铸工序获得板坯，经过加热炉加热后，经粗轧、精轧、层流冷却后卷取获得热轧带钢，再进行回火处理，具体包括下述步骤S1-S5。
S1：采用转炉或电炉进行炼钢和精炼，并通过连铸工艺得到板坯；再将板坯加热至规定温度，并进行保温处理。
炼钢时合金包含以下质量百分比的化学元素：C：0.05～0.18％，Si：0.02～0.30％，Mn：0.8～2.5％，Cr：0.05～0.8％，Ti：0.08～0.20％，Al：0.01～0.10％。优选地，合金由以下质量百分比的化学元素组成：C：0.05～0.18％，Si：0.02～0.30％，Mn：0.8～2.5％，Cr：0.05～0.8％，Ti：0.08～0.20％，Al：0.01～0.10％，Nb≤0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质。优选地，P、S、O、N控制在以下质量百分比：P≤0.025％，S≤0.008％，O≤0.008％，N≤0.005％。更优选地，化学元素的组成还满足：2.5％≤10C+Mn+2.5Cr≤4.0％，Ti-3.5N≥0.10％。
根据本发明的其中一种具体实施方式，为了保证Ti元素的充分固溶，将板坯加热至温度为1240-1300℃，均热时间为30-90min，其中均热时间以板坯心部到温后开始计算。
S2：将加热后板坯进行粗轧和精轧，获得带钢。
粗轧阶段应该保证足够高的除鳞压力以获得好的除鳞效果；粗轧出口温度是一个重要指标，粗轧出口温度过高不利于奥氏体晶粒的细化，导致带钢的冲击韧性恶化；粗轧出口温度过低则导致奥氏体中产生大量应变诱发析出的TiC颗粒，由于析出温度偏高，此类TiC析出相的尺寸偏大，析出强化效果很弱，降低了后续回火过程中的有效Ti含量，导致带钢的强度降低；考虑到上述两方面因素，粗轧出口温度可以控制在1020-1080℃。
粗轧后带钢进入精轧机组，对带钢进行精轧；采用多机架连轧工艺，根据轧制带钢的厚度规格不同选择合适的终轧温度。相对一般轧钢工艺，本发明钢需要采用更低的终轧温度，其目的是为了增加轧制形变能，促进带钢在层冷辊道进行分段冷却时发生少量铁素体转变，并促进铁素体相变过程中TiC的相间析出，显著提高其析出强化效果，弥补因少量铁素体生成导致的屈服强度降低。另一方面，为了抑制奥氏体中TiC第二相的应变诱发析出，终轧温度也不宜过低。考虑到上述两方面因素，终轧温度控制在830-890℃。
S3：对带钢进行控制冷却。
精轧后带钢进入层流冷却机组，对带钢进行控制冷却，即规定其冷却模式并控制稳定的冷却速度，且终冷温度小于200℃。控制冷却的目的在于生成一定量的铁素体，提升带钢的延伸率并控制强度；同时还有利于铁素体相变过程中TiC相间析出，能够有效提升铁素体强度，降低铁素体和马氏体之间的强度差，有利于提升冷弯性能。终冷温度偏高则容易生成贝氏体和残余奥氏体，导致带钢强度的降低，回火后无法达到指定的强度级别；本发明控制终冷温度在200℃以下，有利于形成马氏体组织，确保带钢强度处于较高水平。
根据本发明的其中一种具体实施方式，控制冷却采用分段式冷却模式，第一阶段冷速≥50℃/s、空冷温度为600-700℃、时间为3-10s；第二阶段冷速大于等于exp(5.8-2.53C-0.16Si-0.82Mn-0.95Cr)℃/s。需要说明的是，上述计算公式中C、Si、Mn、Cr分别代表了对应的化学成分的质量百分比；exp(x)函数表示以自然常数e为底的指数函数，exp(x)表示的是e的x次方。
S4：层流冷却工艺结束后，带钢进入卷取机进行卷取。成卷后避免和其他热卷集中堆放，以免受到烘烤回火，导致强度降低。
S5：对带钢进行回火热处理。将带钢进行回火热处理，根据回火产线的不同，可选择热卷连续热处理或单板热处理等工艺。
现有汽车大梁用钢制备方法中为了提升带钢的韧性、降低冷成形开裂风险，采用热连轧低温卷取工艺，将卷取温度控制在200-400℃，但该温度区间范围的层流冷却控制难度大，卷取温度波动较为剧烈，成材率普遍偏低，限制了其在工业大生产中的普遍应用。本发明为了提高带钢的延伸率，并充分发挥固溶Ti元素的析出强化作用，采用较高的温度进行回火热处理，控制回火热处理的温度为560-700℃。带钢心部达到回火温度后开始保温，保温时间基于回火工艺确定。在回火过程中保证足量纳米级TiC析出相的生成，确保带钢具有足够的强度；并且较高的回火温度可以降低内应力，从而提高带钢的板形；进一步地，回火温度优选600～700℃。
根据本发明的其中一种具体实施方式，采用热卷连续热处理工艺进行回火热处理，升温速度≥10℃/s，保温时间为60-300s。通过热卷连续热处理装置进行感应加热回火，利用感应加热升温速度快的优势，进行短时间高温回火，在TiC充分析出的同时避免TiC析出相长大，调控TiC析出相的密度和尺寸，从而得到更好的强韧性匹配。此外，较短的回火时间可以显著降低碳排放并加快生产节奏。
根据本发明的另一种具体实施方式，采用单板热处理工艺进行回火热处理，保温时间为5-25min。
本发明提供的生产工艺，基于上述热轧轧制-控制冷却-高温回火工艺，特别是控制精轧出口温度和层流冷却冷速，再配合高温回火，得到回火马氏体+铁素体的微观组织，回火马氏体仍保留较为细小的板条马氏体结构，其内部弥散分布10nm以下的TiC纳米析出相，回火马氏体组织强化叠加TiC析出强化使得带钢具有较高强度；在铁素体的生成过程中发生TiC相间析出，铁素体晶粒尺寸较为细小，呈现准多边形或长轴多边形形貌，其内部弥散分布10nm以下的TiC纳米析出相；经过高温回火的马氏体具有相对较高的塑性，再叠加铁素体带来的塑性提升，从而能够保证在较低的合金成本和要求的强度条件下，实现较高塑性和冷弯性能。并且，在后续的回火热处理中采用较高温度，充分提高带钢的延伸率，并发挥固溶Ti元素的析出强化作用。
经过上述工艺，汽车大梁用钢屈服强度≥780MPa，抗拉强度≥850MPa，断裂延伸率≥14％，在d＝2a、90°和d＝3a、180°的冷弯条件下，样品表面不发生起皱和开裂。
下面将结合具体的实施例和说明书附图对本发明汽车大梁用钢的制造方法做进一步的说明。
实施例1-18
实施例1-18基于上述的设计要求和制备工艺生产汽车大梁用钢的制造方法，其中各化学元素质量百分比具体如表1，余量为Fe和不可避免的杂质。
表1实施例1-18化学成分含量(单位为wt％)
实施例 C Si Mn Cr Ti Nb Al N 10C+Mn+2.5Cr Ti-3.5N
1 0.082 0.07 1.78 0.32 0.123 / 0.031 0.0035 3.4 0.111
2 0.082 0.07 1.78 0.32 0.123 / 0.031 0.0035 3.4 0.111
3 0.101 0.22 1.33 0.40 0.151 / 0.044 0.004 3.34 0.136
4 0.101 0.22 1.33 0.40 0.151 / 0.044 0.004 3.34 0.136
5 0.071 0.05 1.68 0.08 0.167 0.013 0.035 0.004 2.59 0.153
6 0.071 0.05 1.68 0.08 0.167 0.013 0.035 0.004 2.59 0.153
7 0.088 0.17 1.78 0.12 0.143 0.012 0.026 0.003 2.96 0.1325
8 0.088 0.17 1.78 0.12 0.143 0.012 0.026 0.003 2.96 0.1325
9 0.097 0.22 1.93 0.20 0.132 0.011 0.034 0.002 3.4 0.125
10 0.097 0.22 1.93 0.20 0.132 0.011 0.034 0.002 3.4 0.125
11 0.080 0.15 1.90 0.50 0.120 0.018 0.032 0.004 3.95 0.106
12 0.080 0.15 1.90 0.50 0.120 0.018 0.032 0.004 3.95 0.106
13 0.065 0.02 1.05 0.8 0.12 0.014 0.1 0.003 3.7 0.1095
14 0.151 0.3 1.85 0.1 0.14 0.006 0.06 0.002 3.61 0.133
15 0.05 0.28 2.21 0.5 0.2 0.01 0.01 0.004 3.96 0.186
16 0.143 0.19 0.8 0.07 0.18 0.008 0.02 0.002 2.575 0.173
17 0.129 0.04 2.5 0.05 0.13 0.02 0.08 0.004 3.915 0.116
18 0.18 0.25 1.2 0.35 0.18 / 0.05 0.004 3.875 0.166
进一步，采用转炉冶炼、精炼和连铸工序获得板坯，经过加热炉加热后，经粗轧、精轧、控制冷却后卷取获得热轧带钢，再进行回火热处理，其中控制冷却采用分段冷却模式，实施例1-6以及实施例13-18采用热卷连续热处理，实施例7-12采用单板热处理工艺进行回火热处理，相应生产工艺参数见表2-表4。
表2实施例1-6的生产工艺参数
表3实施例7-12的生产工艺参数
表4实施例13-18的生产工艺参数
对比例1-5
对比例1-5各化学元素质量百分比具体如表5，余量为Fe和不可避免的杂质。其中，对比例1-3的成分在本申请范围之内，且对比例1的成分与实施例1-2相同，对比例2-3的成分与实施例3-4相同；对比例4的成分中Ti含量较低，不在本申请范围内，对比例5的成分中没有添加Cr，不在本申请范围内。
表5对比例1-5化学成分含量(单位为wt％)
对比例 C Si Mn Cr Ti Nb Al N 10C+Mn+2.5Cr Ti-3.5N
1 0.082 0.07 1.78 0.32 0.123 / 0.031 0.0035 3.4 0.111
2 0.101 0.22 1.33 0.40 0.151 / 0.044 0.004 3.34 0.136
3 0.101 0.22 1.33 0.40 0.151 / 0.044 0.004 3.34 0.136
4 0.077 0.08 1.77 0.5 0.02 0.01 0.025 0.003 3.79 0.01
5 0.067 0.12 1.0 / 0.12 / 0.033 0.0033 1.67 0.108
进一步，采用转炉冶炼、精炼和连铸工序获得板坯，经过加热炉加热后，经粗轧、精轧、冷却后卷取获得热轧带钢，其中对比例1和对比例3-5采用分段冷却并控制冷速；对比例1不进行回火热处理，不在本申请范围内；对比例3的冷却速率较低；对比例4-5控制第二阶段冷速较高，进行快速冷却。相应生产工艺参数见表6。
表6对比例1-5的生产工艺参数
性能检测：
(1)室温拉伸性能
在室温下，采用取自带钢的板状拉伸试样，根据国家标准GB/T 228.1-2010《金属材料室温拉伸试验方法》对各实施例的带钢样本进行测试，测得各实施例和对比例带钢的屈服强度、抗拉强度及断裂延伸率。
(2)冷弯性能
按照国家标准GB/T 2010《金属材料弯曲试验方法》对各实施例和对比例的带钢样本进行测试，测得实施例1-6和13-18带钢在冷弯冲头直径d＝2a、弯曲角度为90°的条件下的冷弯性能；测得实施例7-12带钢在冷弯冲头直径d＝3a、弯曲角度为180°的条件下的冷弯性能；测得对比例1-4带钢在冷弯冲头直径d＝2a、弯曲角度为90°的条件下的冷弯性能。
(3)不平度
按照国家标准GB/T 709-2019《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》对各实施例和对比例的带钢样本进行测试，测得各实施例和对比例的不平度，作为代表性的板形指标。
(4)微观组织
参考国家标准GB/T15749-2008《定量金相测定方法》对各实施例和对比例的带钢样本的微观组织中各相的体积百分比进行检测；参考国家标准GB/T 4340.1-2009《金属材料维氏硬度试验第1部分:试验方法》对样品微观组织中的铁素体和马氏体进行显微维氏硬度测试，载荷为0.01KgF。
实施例1-18的性能检测结果见表7-表9；对比例1-4的性能检测结果见表10
表7本发明实施例1-6生产的带钢的性能
表8本发明实施例7-12生产的带钢的性能
表9本发明实施例13-18生产的带钢的性能
表10对比例1-5生产的带钢的性能
从表4-表9可以看出实施例1-18基于合理设计合金含量配比，热轧轧制-控制冷却-高温回火工艺生产高冷弯性能热轧带钢，控制粗轧出口温度为1020-1080℃，精轧出口温度830-890℃，并进行分段式冷却，再配合560-700℃高温回火，得到回火马氏体+铁素体的微观组织；实现利用低成本合金设计生产屈服强度≥780MPa、抗拉强度≥850MPa级别的超高强汽车大梁用钢，且断裂延伸率≥14％，在d＝2a、90°或d＝3a、180°的冷弯条件下，样品表面不发生起皱和开裂，保证了较高塑性和冷弯性能；且实施例1-18切板后不平度≤10mm，表明本发明提供的超高强汽车大梁用钢具有良好的板形特征。
其中在实施例1-6中，实施例1和2的工艺区别在于回火工艺不同，其中实施例2回火温度更高，为688℃；同样的，实施例3和4以及实施例5和6的工艺区别也在于回火工艺不同，其中实施例4以及实施例6的回火温度更高，分别为694℃、674℃；从表4可以看出实施例2、4、6分别比实施例1、3、5的不平度更低，表明实施例2、4、6的板形更好。在实施例7-12中，同样的，实施例7和8、实施例9和10、以及实施例11和12的工艺区别在于回火工艺不同，其中实施例7、9、11的回火温度更高，分别为615℃、618℃、608℃；从表5可以看出实施例7、9、11分别比实施例8、10、12的不平度更低，表明实施例7、9、11的板形更好。上述结果表明，在本发明的回火热处理温度范围内，相对较高的回火温度有利于板形的提升。
进一步，实施例1-18中铁素体比例小于20％，马氏体的显微维氏硬度与铁素体的显微维氏硬度差为50-70HV；并且铁素体显微维氏硬度为245±10HV，回火马氏体的显微维氏硬度为302±19HV，这说明上述实施例中两相的平均显微维氏硬度之差在100HV以内。本申请中铁素体维氏硬度达到245±10HV，表明本发明分段控制冷却速度以及回火温度控制工艺有利于铁素体相变过程中TiC相间析出，有效提升铁素体强度，控制回火马氏体和铁素体之间的强度差保持在合理范围，有利于提升冷弯性能。
其中实施例1、2、9、10获得的微观组织图分别见图1-图4。从图可以看出，微观组织为回火马氏体+铁素体，其中弥散分布着尺寸在10nm以下的TiC纳米析出相，且回火马氏体为细小的板条马氏体结构；铁素体晶粒尺寸较为细小，呈现准多边形或长轴多边形形貌。
对比例1-5由于不满足成分或工艺要求，无法实现规定的性能指标。其中，对比例1未进行回火热处理，导致断裂延伸率偏低，冷弯性能不合格，且切板后不平度较高，表明切板后板形较差。对比例2未对冷速和冷却模式进行控制，导致断裂延伸率偏低，冷弯性能不合格，且切板后不平度较高，切板后板形较差。对比例3的冷却速度偏低，其中第一阶段冷速低于50℃/s、第二阶段冷速小于exp(5.8-2.53C-0.16Si-0.82Mn-0.95Cr)℃/s；结果发现生成铁素体量偏多，且马氏体硬度不足，导致其强度偏低。对比例4的Ti元素含量较低，不满足成分要求，且使Ti-3.5N<0.10％，导致屈服和抗拉强度偏低。对比例4没有添加Cr，使10C+Mn+2.5Cr较低，小于2.5％，使淬透性过低，马氏体强度不足，且生成较多铁素体，导致屈服和抗拉强度偏低。
以上由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。本领域技术人员可以在形式上和细节上对其作各种改变，包括做出若干简单推演或替换，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种汽车大梁用钢，其特征在于，所述汽车大梁用钢的抗拉强度≥850MPa，所述汽车大梁用钢包含以下质量百分比的化学元素：
C：0.05～0.18％，Si：0.02～0.30％，Mn：0.8～2.5％，Cr：0.05～0.8％，Ti：0.08～0.20％，Al：0.01～0.10％。
2.如权利要求1所述的汽车大梁用钢，其特征在于，所述汽车大梁用钢由以下质量百分比的化学元素组成：
C：0.05～0.18％，Si：0.02～0.30％，Mn：0.8～2.5％，Cr：0.05～0.8％，Ti：0.08～0.20％，Al：0.01～0.10％，Nb≤0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质。
3.如权利要求2所述的汽车大梁用钢，其特征在于，其中所述不可避免的杂质中，P、S、O、N控制在以下质量百分比：P≤0.025％，S≤0.008％，O≤0.008％，N≤0.005％。
4.如权利要求2所述的汽车大梁用钢，其特征在于，所述化学元素的组成还满足：2.5％≤10C+Mn+2.5Cr≤4.0％，Ti-3.5N≥0.10％。
5.如权利要求1-4任一项所述的汽车大梁用钢，其特征在于，所述汽车大梁用钢的微观组织包括回火马氏体和铁素体，且其中弥散分布着TiC纳米析出相；所述铁素体的体积百分比≤20％；所述TiC纳米析出相的晶粒尺寸≤10nm。
6.如权利要求5所述的汽车大梁用钢，其特征在于，所述回火马氏体与所述铁素体的显微维氏硬度之差≤100HV。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的汽车大梁用钢的制造方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1：将板坯加热至1240-1300℃，并进行30-90min保温处理；
S2：对所述板坯进行粗轧和精轧，粗轧出口温度为1020-1080℃，精轧终轧温度为830-890℃，获得带钢；
S3：对所述带钢进行控制冷却，终冷温度小于200℃；
S4：所述带钢进入卷取机进行卷取；
S5：对所述带钢进行回火热处理，温度为560-700℃。
8.如权利要求7所述的汽车大梁用钢的制造方法，其特征在于，
所述步骤S3中，对所述带钢进行分段式冷却，第一阶段冷速≥50℃/s、空冷温度为600-700℃、时间为3-10s；第二阶段冷速≥exp(5.8-2.53C-0.16Si-0.82Mn-0.95Cr)℃/s。
9.如权利要求6或7所述的汽车大梁用钢的制造方法，其特征在于，
所述步骤S5中，采用热卷连续热处理工艺进行回火热处理，升温速度≥10℃/s，保温时间为60～300s。
10.如权利要求6或7所述的汽车大梁用钢的制造方法，其特征在于，所述步骤S5中，采用单板热处理工艺进行回火热处理，保温时间为5-25min。
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