Автосталь

Если обратиться к сталям для автомобильной промышленности, то окажется, что в значительной степени металловедческие идеи используются при их создании. Это можно объяснить, во-первых, мощной конкуренцией с другими металлами и неметаллическими материалами; во-вторых, высокими и разнообразными требованиями, часто противоречивыми (например, прочность и штампуемость и др.).
Импульсом к интенсивному развитию высокопрочных листовых сталей была принятая в 1969 г. программа создания экспериментального безопасного автомобиля (ESV). В 70-х годах XX в. этот процесс ускорился, и в этот период были разработаны низколегированные марганцовистые стали, стали с добавкой фосфора, дис-персионно-твердеющие и двухфазные стали. В последующие годы были разработаны TRIP-стали, высокопрочные двухфазные стали прочностью 980 Н/мм2 и выше.
В настоящее время повышение уровня требований по экономии топлива и безопасности эксплуатации автомобиля требует повышения прочности листа; вместе с тем для обеспечения уровня технологичности производства металлопродукции сложной формы необходимо использовать лист из сверхвысокоштампуемых сталей. Большинство традиционно используемых путей повышения прочности автолиста приводит к уменьшению характеристик штампуемости, снижению величины коэффициента нормальной пластической анизотропии (коэффициента Ланкфорда r), а также увеличению упрочняемости при деформации, характеризуемой показателем n.
Рассмотрим сталь без фаз внедрения (Interstitial Free (IF) steels — IF-стали). Необходимость получения комплексных изделий сложной формы обусловливает существенное увеличение доли штампованной продукции вследствие уменьшения количества операций при штамповке и сварке, что, в свою очередь, позволяет высвободить оборудование. Например, при изготовлении дверной панели, из листовой особо высокоштампуемой стали появилась возможность ее штамповки только из одной заготовки, в то время как при традиционном способе производства требуется шесть компонентов. Таким образом сокращаются производственные издержки на 20% (стоимость пяти комплектов оснастки). Достижение требуемого уровня штампуемости листа такого типа изделий возможно лишь благодаря использованию IF-сталей. Значения коэффициента Ланкфорда экспоненциально увеличиваются по мере снижения содержания углерода в стали.
Высокопластичные IF-стали, структура которых стабилизирована микродобавками титана или/и ниобия, содержат сверхнизкое количество углерода (≤ 0,005%), который вместе с азотом полностью связан в карбиды, нитриды и карбонитриды. Прочность обусловлена упрочнением твердого раствора кремнием, марганцем и фосфором. Низкие величины отношения σт/σв и высокий коэффициент деформационного упрочнения n (более 0,18-0,19) обеспечивают превосходную глубокую вытяжку и хорошее перераспределение напряжений, что гарантирует высокие прочностные свойства и однородность толщины штампованных деталей кузова. Высокий коэффициент r (более 1,7) обеспечивает хорошее деформационное поведение, делая их пригодными для глубокой вытяжки. Использование IF-сталей вместо рядовых низкоуглеродистых (типа 08Ю) обеспечивает при сохранении прочности снижение массы, пропорциональное глубине вытяжки.
Типичный химический состав IF-стали следующий, маc. %: 0,002 С; 0,01 Si; 0,15 Mn; 0,01 Р; 0,01 S; 0,0025 N; 0,04 Al; 0,016 Nb; 0,025 Ti. Добавочное легирование фосфором, кремнием, марганцем и бором повышает прочностные характеристики IF-сталей. Сталь IF 260 содержит: 0,003% С, 0,01% Si, 1,2% Mn, 0,05% Р, 0,01% S, 0,0025% N, 0,04% Al, 0,0015% В, 0,05% Ti. Микроструктура стали — феррит (рис. 4.73). Сталь IF 180, например, имеет способность к вытяжке, аналогичную стали для глубокой вытяжки 160, в то же время обеспечивает временное сопротивление на уровне стали 220. Эти стали применяются для изготовления различных деталей, в том числе лицевых: дверей, арок колес, капотов, а более прочные стали — для элементов жесткости, деталей шасси и др.

IF-стали могут проявлять относительно низкую ударную вязкость после формования или глубокой вытяжки. Тем не менее концерн JFE недавно сообщил о применении уникальных технологий, позволяющих сочетать повышение прочностных характеристик за счет зернограничного рафинирования с дополнительным твердодисперсным упрочнением. Это предопределило создание высокопрочных (σв = 450 Н/мм2) мелкозернистых (7-8 мкм) IF-сталей, в которых содержание углерода приблизительно в два раза выше, чем в обычных IF-сталях.
Стали, упрочняемые в процессе сушки лакокрасочного покрытия (ВН-стали). Преимуществом ВН-сталей является упрочнение, достигаемое в едином технологическом потоке в процессе сушки лакокрасочного покрытия кузова. Упрочнение происходит в два этапа. Высокопрочный прокат, обладая исходной высокой пластичностью и низким значением предела текучести (сравнимыми с аналогичными показателями для низкоуглеродистых мягких сталей), приобретает высокую прочность при холодной штамповке с последующим дополнительным упрочнением (повышение пределов текучести и прочности) после сушки лакокрасочного покрытия при температуре более 150 °С. При размножении дислокаций в процессе деформации происходит перераспределение межузельных атомов растворенного углерода в матричной фазе с последующим их закреплением вследствие сушки на этих дефектах кристаллического строения. Мелкозернистая структура, обеспечиваемая добавками алюминия и других микролегирующих элементов, а также пониженное содержание вредных примесей увеличивают количество углерода на границах зерен и тем самым существенно повышают верхний предел упрочняемости ВН-сталей. Упрочняемость металла зависит от количества растворенного углерода, колебания содержания которого влияют на стабильность прочностных свойств. Прецизионное легирование ниобием и/или титаном с последующим высокотемпературным отжигом (после прокатки) обеспечивает необходимое выделение углерода из карбидов этих металлов, а также стабильную упрочняемость ВН-сталей. На упрочняемость ВН-сталей, содержащих титан, значительное влияние оказывает уровень содержания серы. Если ее содержание высокое, то наряду с TiC будет преимущественно выделяться фаза Ti4C2S2, растворить которую при температурах растворения карбида титана не удастся. Отсюда следует, что с уменьшением содержания серы в ВН-стали возрастают количество растворенного углерода в ней и, соответственно, упрочняемость. Марганец, в свою очередь, может нивелировать эффект повышенного содержания серы вследствие образования MnS.
Состав и технология производства ВН-сталей разработаны с целью увеличения предела текучести в процессе низкотемпературной термообработки, в особенности при сушке лакокрасочного покрытия. ВН-стали могут таким образом обеспечивать повышенную прочность металла детали, при этом сохраняя хорошую формуемость. В сравнении с другими штампуемыми сталями рассматриваемые стали обеспечивают следующие преимущества:
— повышенное сопротивление к вмятинам готовых деталей с небольшой деформацией при формовке (капот, крыша, двери, крылья);
— существенный потенциал сокращения массы при эквивалентном сопротивлении вмятинам (уменьшение толщины компенсируется увеличенным пределом текучести вследствие процесса термообработки).
ВН-стали применимы для изготовления наружных и конструктивных элементов кузова автомобиля. Гарантированный предел текучести этих сталей: 180, 195, 220, 260, 300 Н/мм2, эффект BH обычно превышает 35-40 Н/мм2.
Легирование фосфором повышает прочность и стойкость низколегированных низкоуглеродистых конструкционных сталей к атмосферной коррозии. Стали с твердорастворным упрочнением созданы для обеспечения повышенной прочности при сохранении хорошей способности к вытяжке. Упрочнение достигается за счет присутствия фосфора в твердом растворе феррита. Их применение особенно рекомендуется для конструктивных и крепежных деталей, к которым предъявляются требования по уровню усталостных свойств и ударной прочности. Стали раскислены алюминием, имеют меньшую способность к вытяжке в сравнении с IF-сталями. Стандартные уровни их предела текучести — 220, 260, 300 Н/мм2.
Двухфазные стали (Dual Phase (DP) steels — DP-стали) с ферритно-мартенситной (или ферритно-бейнитной) структурой имеют высокие прочностные свойства. «Мягкий» феррит (до 80%) придает высокие пластические свойства DP-сталям в исходном состоянии. В процессе штамповки деформационные напряжения концентрируются в ферритной фазе, при этом достигается высокая степень деформационного упрочнения (в сочетании с высоким относительным удлинением), что гарантирует очень высокий предел прочности DP-сталей. По сравнению с конструкционными низколегированными высокопрочными сталями (HSLA), имеющими аналогичное значение предела текучести, DP-стали демонстрируют более высокую скорость начального деформационного упрочнения, более высокое относительное удлинение и предел прочности, а также меньшее отношение σт/σв. Величина временного сопротивления DP-сталей достигает 1000 Н/мм2 (DP 700/1000). В DP-сталях углерод обеспечивает формирование мартенситной фазы и в комплексе со сбалансированными добавками Mn, Cr, Mo, V и Ni — их прочностные свойства. Состав двухфазных сталей очень разнообразен, например, состав горячекатаной стали напрямую связан с технологическими возможностями оборудования: чем больше возможности охлаждения на отводящем рольганге стана и ниже возможная температура смотки, тем ниже может быть содержание легирующих элементов. Принципиальная схема получения двухфазной структуры — выделение необходимого количества феррита и последующее интенсивное охлаждение для получения мартенсита — приведена на рис. 4.74.

Высокая способность к деформационному упрочнению обусловливает хорошее перераспределение напряжений и, следовательно, штампуемость. Предел текучести готовой детали существенно выше, чем исходной заготовки. Высокие конечные механические свойства обеспечивают высокую усталостную прочность и высокую способность к поглощению энергии, давая возможность использовать их в конструктивных элементах и элементах крепления. Однако для изготовления многих деталей автомобиля требуется очень высокопрочный металл (например, крепление дверей и др.), хотя они имеют простую форму. Вследствие этого их деформация в процессе производства недостаточна для получения преимуществ двухфазной стали. Для этого разработаны двухфазные стали широкого диапазона прочности: DP 450, 500, 600, 780, 980, 1180 при повышенной деформируемости. Здесь основная идея — повышение прочности с увеличением объемной доли мартенсита (рис. 4.75). Стали производятся в холоднокатаном и горячекатаном (DP 600) состояниях.

TRIP-стали (Transformation Induced Plasticity (TRIP) steels), микроструктура которых представляет собой ферритную матрицу с дисперсно-распределенными включениями прочной мартенситной и/или бейнитной составляющей. Временное сопротивление находится в интервале 590-980 Н/мм2. Обязательным условием реализации феномена высокой пластичности является наличие в структуре остаточного аустенита (≥ 5%), который постепенно претерпевает мартенситное превращение при деформации металла, все более увеличивая степень деформационного упрочнения в процессе формовки (рис. 4.76). Параллельно, аналогично DP-сталям, происходят другие процессы упрочнения. Прокат из TRIP-стали демонстрирует очень высокую прочность, пластичность и высокое равномерное удлинение. Содержание углерода, кремния и/или алюминия в TRIP-сталях повышено по сравнению с DP-сталями, однако для обеспечения свариваемости содержание углерода в них не должно превышать 0,2%. При минимально допустимых концентрациях углерода остаточный аустенит превращается в мартенсит уже на начальных стадиях деформирования. При повышенном содержании углерода остаточный аустенит более стабилен и мартенситное превращение происходит только при штамповке вследствие высокой степени деформации. Более того, остаточный аустенит в этом случае содержится в структуре уже готового изделия, и дополнительное мартенситное превращение (упрочнение) происходит даже в результате возможного столкновения автомобиля с каким-либо объектом.

Типичный химический состав TRIP-сталей включает: 0,2% С, 1,5% Mn и 1,5% Si (легированные кремнием TRIP-стали 700/800) или 0,2% С, 1,5% Mn и 2,0% Al (легированные алюминием TRIP-стали 600). Степень упрочнения DP- и TRIP-сталей гораздо выше, чем низколегированных HSLA-сталей, что обеспечивает их несомненные преимущества применительно к процессам штамповки и формования.
Для получения стабильного остаточного аустенита после непрерывного отжига необходима повышенная концентрация углерода в нем. Обогащение углеродом происходит при превращении в феррит и бейнит. Чтобы усилить обогащение углеродом, следует предотвратить выделение цементита, и для этого в состав стали добавляют кремний и алюминий. TRIP-стали отличаются высоким значением n и низким значением r и пригодны к глубокой вытяжке. TRIP-стали, как и двухфазные, обладают высокой способностью к энергопоглощению, стали обоих классов упрочняются при сушке лакокрасочного покрытия, а в TRIP-стали, кроме того, с повышением скорости деформирования активируется мартенситное превращение. TRIP-стали, как и двухфазные, с успехом применяют для изготовления деталей конструкции автомобиля.

TRIP-стали производятся в холоднокатаном и горячекатаном состоянии. Стандартный продукт, производимый ведущими металлургическими компаниями: TRIP 590, TRIP 690, TRIP 780 (цифры означают минимальный гарантированный уровень временного сопротивления в Н/мм2), для наиболее прочной стали относительное удлинение составляет не менее 23% для холоднокатаной и 20% для горячекатаной стали. Применение TRIP-сталей предпочтительно для изготовления элементов безопасности и креплений бампера.
Многофазные стали (Complex Phase (CP) steels — CP-стали) имеют высокодисперсную ферритную структуру с большой объемной долей твердых фаз (структурных составляющих). Обычно композиция легирования отличается от применяемой для DP- и TRIP-сталей дополнительным микролегированием ниобием, титаном и/или ванадием с целью формирования мелкодисперсных упрочняющих фаз. CP-стали обладают высоким значением предела текучести (обычно более 800 Н/мм2), а также способностью демпфировать ударные воздействия в упругой области и при малых деформациях. Семейство многофазных сталей расширяет интервал горячекатаных сверхвысокопрочных сталей. Основные преимущества сталей этого типа — комбинация высокой прочности и пластичности вследствие исключительно дисперсной структуры, состоящей из феррита и бейнита (800), дисперсионно-упрочненного бейнита (1000) и мартенсита (1200) (рис. 4.77), а также большая толщина (горячекатаное состояние). Разработаны многофазные холоднокатаные листовые стали класса прочности 980 Н/мм2, обладающие способностью к отбортовке, хорошими динамическими характеристиками и свариваемостью: их используют для изготовления деталей сидений и элементов конструкции кузова. Сохранение гарантированной способности к отбортовке обеспечивается однородной структурой относительно прочного феррита и продуктов низкотемпературного превращения.
Листовые стали, содержащие 0,07% С, 0,6% Si, 2,4% Mn, имеют следующие типичные показатели свойств: σт = 710 Н/мм2, σв = 1010 Н/мм2, δ5 = 14%, δр = 8%.

Современные многофазные стали разрабатывались не только с целью понижения массы, но и для повышения безопасности эксплуатации автомобилей. Использование традиционных механизмов упрочнения, таких как твердорастворное или дисперсионное упрочнение, ухудшают штампуемость. В отличие от традиционных материалов двухфазные, CP- и TRIP-стали демонстрируют большую прочность при достаточно хорошей штампуемости (причем в некоторых случаях очень высокой) (рис. 4.78). Механические свойства многофазных сталей превосходят механические свойства холоднокатаных высокопрочных сталей (HSLA). Эти стали характеризуются более высокой прочностью по сравнению с высокопрочными сталями типа IF. Однако производство таких сталей весьма сложно и требует точного соблюдения технологических параметров.
Мартенситные стали (Martensitic (Mart) steels) обеспечивают величину временного сопротивления до 1500 Н/мм2. Эти стали подвергают закалке с последующим отпуском для повышения пластичности и обеспечения высокой формуемости при очень высоких величинах деформации. Сверхвысокопрочные листовые стали используются, главным образом, для элементов жесткости. Детали из таких сталей изготавливают гибкой в штампах или на роликовых машинах, однако такие стали склонны к растрескиванию и упругому возврату. В последние годы переходят на более высокотехнологичные процессы — горячей листовой штамповки с закалкой в штампе. Листовую заготовку помещают в нагревательную печь, выдерживают до достижения температуры аустенитной области, передают на пресс, где выполняется штамповка в аустенитной области, после чего быстро охлаждают в штампе для получения мартенситной структуры. Для стали, содержащей 0,2% С, 1,2% Mn и 0,002% В, требуется скорость охлаждения не менее 30 °С/с. Технология используется для изготовления изделий сложной формы, таких как элемент жесткости стойки кузова автомобиля.
Для дальнейшего повышения прочности требуется решить много задач: способность к гибке и сохранение формы после штамповки, свариваемость, большой разброс механических свойств, склонность к водородному охрупчиванию.
Свариваемость особенно важна для высокопрочных листовых сталей с покрытием. При

и выше свариваемость точечной сваркой ухудшается, разрушению подвергается сварное соединение. У сверхвысокопрочных сталей (класса 1180 Н/мм2 и выше) может проявиться склонность к водородному охрупчиванию из-за поступления водорода из окружающей среды и превышения предельного содержания диффузионноподвижного водорода в стали. Водород может проникать в металл в процессе производства, окрашивания, эксплуатации.
Существует много технологий, позволяющих производить полосовую и листовую сталь, обладающую высокой прочностью, содержащую ниобий, ниобий в комбинации с титаном или ванадием. В качестве примера можно привести производство горячекатаной полосы с бейнитной микроструктурой, упрочненной по различным механизмам, предел текучести которой превышает 750 Н/мм2. Использование такой полосовой стали в автомобилестроении основывается на следующих критериях: снижение массы автомобиля, легкость обработки и оптимизация технологических процессов. Горячекатаные полосовые микролегированные стали, используемые для изготовления элементов рамы грузовиков, колес легковых автомобилей, а также для изготовления различных мелких деталей автомобиля, удовлетворяют перечисленным требованиям. Из этих сталей может также производиться заготовка в виде труб и профилей. Микролегированная высокопрочная холоднокатаная полоса используется при производстве сталей для автомобильных кузовов, несущих деталей и элементов безопасности.
С каждым годом увеличивается объем применения высокопрочных сталей нового поколения типов AHSS (advanced high-strength steels) и UHSS (ultra high-strength steels) с пределом текучести от 400 до 1200 Н/мм2. Необходимо учитывать, что их применение требует не только значительных изменений методов проектирования конструкции деталей, но и технологии штамповки, освоения новых технологий изготовления деталей и узлов (гидроформовка, профилирование, лазерная сварка кузова и т.д.). Зарубежный опыт показывает, что стали этих типов целесообразно использовать на предприятиях-изготовителях автокомпонентов, влияющих на пассивную безопасность автомобиля (брусья безопасности, лонжероны, элементы системы бампера и т.д.). Увеличение использования высокопрочных сталей приводит к необходимости увеличения объема использования современных компьютерных методов не только конструирования деталей, но и моделирования условий их работы, для выбора стали оптимального типа с точки зрения ее механических и технологических свойств (штампуемости) в каждом конкретном случае.
Активно разрабатываются высокопрочные (σт ≥ 600 Н/мм2) аустенитные стали (Twinning Induced Plasticity — TWIP steels — TWIP-стали), которые обладают очень высокими пластическими свойствами (полное удлинение более 80%). Уникальные свойства этих высокомарганцовистых (до 30% Mn) сталей, содержащих до 9% алюминия, обеспечиваются двойникованием кристаллической решетки. Низкая энергия дефектов упаковки в сочетании с упрочняющим деформационным мартенситным превращением позволяет эффективно упрочнять эти стали при гидропрессовании.
Легированные высокомарганцовистые (15-30% Mn) стали проявляют два основных деформационных механизма: 1) пластичность, наведенная двойникованием (TWIP), и 2) превращением (TRIP).
Вид реализуемого механизма пластической деформации определяется энергией дефекта упаковки. TRIP-стали вследствие образования твердой мартенситной фазы характеризуются ярковыражен-ным деформационным упрочнением и повышенной вязкостью, но по сравнению с TWIP-сталями менее пластичны. Для достижения максимальной способности к глубокой вытяжке необходимо использовать стали с содержанием марганца около 25% — для оптимального уровня дефекта упаковки. До настоящего времени использовали TWIP/TRIP-стали с содержанием углерода менее 0,05%, ведутся разработки по созданию Mn-Al-Si-C-сталей для облегченных конструкций с более высоким содержанием углерода и пониженным содержанием марганца. Эта замена представляет не только оптимальную с точки зрения затрат и технологического процесса альтернативу, но и позволяет повысить предел текучести и способность к глубокой вытяжке.
Высокопрочные и сверхпластичные стали нового поколения для облегченных конструкций (TRIPLEX-стали) на основе четырехкомпонентной системы Fe-Mn-Al-C с содержанием алюминия до 12% характеризуются более низкой удельной массой (до 14%), высоким пределом текучести (800-1000 Н/мм2) и повышенным относительным удлинением (до 70%), а также превосходной способностью к глубокой вытяжке. Структура стали состоит из аустенитной матрицы Fe(Mn, Al, С), объемных частиц феррита и нанодисперсных частиц k-карбидов. Достигаемое посредством термической обработки управляемое и равномерное распределение k-карбидов приводит к прецизионному равномерному сдвигу кристаллической решетки. Это обусловливает чрезвычайно высокую формуемость. Этот механизм обозначается как SIP-effect (shear band induced plasticity).
В работе рассмотрены стали, содержащие 18-28% марганца, 9-12% алюминия, 0,7-1,2% углерода. Такие стали также имеют пониженную плотность — до 6,6 г/м3 (снижение примерно на 17%) при содержании алюминия 12%, это связано как собственно с добавкой алюминия, так и с изменением соотношения α- и γ-фаз. В структуре рекристаллизованной TRIPLEX-стали наблюдается аустенитная матрица, характеризующаяся наличием двойников отжига, 6-8% феррита и дисперсных k-карбидов.
Расчет термодинамической стабильности аустенита по отношению к мартенситному превращению показывает, что свободная энергия Гиббса положительна и составляет примерно 1755 Дж/моль, что говорит о высокой стабильности аустенитной фазы по отношению к формированию гексагонального плотно упакованного ε-мартенсита. Величина энергии дефектов упаковки составляет (по оценке) 110 Дж/м2, что свидетельствует о том, что аустенитная матрица с высоким содержанием алюминия, вероятно, не склонна к сильному формированию двойников, как это наблюдается у сталей с пластичностью, обусловленной двойникованием и для которых характерны более низкие энергии дефектов упаковки (25-30 Дж/м2). При комнатной температуре предел текучести такой стали составляет 730 Н/мм2, временное сопротивление 1000 Н/мм2, показатель деформационного упрочнения при деформации 0,1 составляет 0,58, что выше, чем для обычных высокопрочных сталей и аустенитной коррозионностойкой стали. Сталь характеризуется высокой удельной поглощенной энергией при динамическом нагружении (например, при имитации столкновения), что примерно в два раза превышает показатель, характерный для обычных сталей при глубокой вытяжке.
Важным деформационным механизмом, обеспечивающим повышенную пластичность, является гомогенное формирование полос сдвига (SIP-пластичность) благодаря скольжению дислокаций, которому способствует равномерное расположение наноразмерных k-карбидов, когерентных по отношению к аустенитной матрице.
Благодаря значительному понижению плотности, высокой прочности, отличной формуемости, ударостойкости TRIPLEX-стали можно применять при производстве ударостойких компонентов и конструкций рамы автомобиля.
Двухфазные стали (DP) и низколегированные стали с остаточным аустенитом (TRIP), как известно, имеют высокое относительное удлинение. Однако так как эти стали характеризуются большим различием твердости основной фазы, которая состоит из мягкого полигонального феррита и твердой второй фазы — мартенсита, у них могут быть проблемы при раздаче отверстия из-за формирования пор на границе этих фаз во время прошивки. Чтобы исключить эту проблему, была предложена идея однофазной стали с бейнитным ферритом. Наноструктурированная горячекатаная сталь NANOHITEN (разработка компании JFE Steel) с высоким пределом текучести (780 Н/мм2) создана на основе ферритной структуры, упрочненной дисперсными частицами.
Основные металловедческие идеи этой стали:
— однофазная микроструктура с использованием феррита как матрицы;
— упрочнение выделениями карбидов размером несколько нанометров;
— чрезвычайно высокая термическая стабильность выделений;
— из-за большого упрочнения, достигнутого дисперсионным твердением, возможность избежать использования кремния как элемента, упрочняющего твердый раствор.
Подобная микроструктура обеспечивает высокую величину относительного удлинения (до 25%). Поскольку сталь «NANOHITEN» не содержит кремния, она хорошо поддается горячему цинкованию и уже используется в конструкциях кузова и элементах безопасности, а также для рычагов, кронштейнов и деталей шасси.
С использованием теории Орована-Эшби можно подсчитать, например, что при количестве карбидов, таких, как TiC 0,08 мас. %, возможно достигнуть дисперсионного упрочнения порядка 700 Н/мм2, если размер частиц составляет 1 нм. Основываясь на этом результате, цель при разработке стали NANOHITEN состояла в том, чтобы увеличить степень дисперсионного твердения путем измельчения частиц. Однако если частицы мелкие, но термически нестабильны, может произойти их огрубление вследствие отклонений параметров технологии, вызывая снижение прочности и ее разброс. Было установлено, что дисперсные частицы выделяются в системе, в которой к базовому составу (0,04% С; 1,3% Mn) добавлено соответствующее количество Ti и Mo. На рис. 4.79 приведены структура стали NANOHITEN (SEM) и выделения (ТЕМ). Матрица представляет собой однофазную структуру феррита и большое количество ультрадисперсных частиц размером порядка 3 нм. Частицы когерентны матрице и представляют собой фазу (Ti, Мо)С, имеют период решетки 0,431 нм, который практически идентичен периоду решетки TiC.

Выделения в стали NANOHITEN имеют чрезвычайно высокую термическую стабильность (рис. 4.80) при температурах 650 °C и выше (слабую склонность к коагуляции). Авторы предполагают, что это связано с торможением диффузии титаном, но нельзя исключать влияние молибдена. Процесс горячей прокатки, используемый в производстве стали NANOHITEN, фактически аналогичен обычному процессу производства стали стандартных категорий, и дисперсионно-упрочненная однофазная ферритная структура получена при температуре смотки, используемой для стандартных сталей. Если обычная дисперсионно-упрочненная сталь смотана при таких высоких температурах, в структуре обычно формируется перлит, в данном случае была стабильно получена ферритная однофазная структура, так как в стали снижено содержание углерода и присутствует добавка молибдена, который подавляет образование перлита. Кроме того, в отличие от многофазных сталей и обычных дисперсионно-упрочненных сталей, которые склонны к изменению прочности в зависимости от условий смотки, отклонения предела прочности стали NANOHITEN незначительны из-за комбинации однофазной ферритной структуры и стабильности выделений. Кроме того, так как большое упрочнение, связанное с выделениями, происходит в процессе смотки в рулон, сталь NANOHITEN класса 780 в процессе прокатки имеет сопротивление деформации, эквивалентное сталям классов 540-590 Н/мм2.

Сталь NANOHITEN обеспечивает чрезвычайно хороший баланс удлинения и раздачи отверстия по сравнению с обычной высокопрочной сталью. Она может быть произведена в виде тонких горячекатаных листов и использоваться для горячего глубокого гальванизирования, ее потенциальное использование не ограничено деталями шасси, но включает и конструктивные элементы кузова автомобиля. Для данной стали наблюдали увеличение предела усталости, соответствующее повышению прочности (в отличие от стали с добавкой кремния). В связи с низким содержанием углерода сталь имеет хорошую свариваемость.
Одна из основных металловедческих идей — «структура определяет свойства». Один из вариантов практического ее применения — получение гаммы структур путем применения оборудования с широким интервалом технологических возможностей: например схем охлаждения. Из низколегированной стали одного химического состава можно получить, например, следующий набор структур: полигональный феррит + перлит (здесь может быть несколько классов прочности в зависимости от размера зерна феррита, определяемого режимом прокатки и последующего охлаждения); феррит + бейнит; бейнит различных типов; бейнит + мартенсит (5%); феррит + мартенсит (≤ 50%); мартенсит (≥ 60%) + феррит и др.
Временное сопротивление при этом может меняться от 550-600 до 1000-1200 Н/мм2, соотношение σт/σв от 0,60-0,65 до 0,85-0,90 и др. При этом выплавляется и разливается одна марка стали, упрощается технология выплавки и разливки. Путем изменения технологии прокатки получаются различные продукты. В этом подходе есть свои минусы и плюсы; основной минус состоит в том, что для стали ряда классов прочности (менее прочных) могут быть использованы и более дешевые варианты легирования.