1. Legeringselementen die de slagvastheid verbeteren
(1) Nikkel (Ni): de meest effectieve taaiheidsversterker bij lage- temperaturen
Mechanisme: Ni verlaagt deductiele-brosse overgangstemperatuur (DBTT)van Q355GNH. Het stabiliseert de austenietfase bij lage temperaturen, vertraagt de transformatie van austeniet naar brosse martensiet en bevordert de vorming van fijne, uniforme ferriet-perlietmicrostructuren.
Invloed: Q355GNH bevat doorgaans 0,20–0,50% Ni. Een Ni-gehalte van 0,30% kan de DBTT verschuiven van -20 graden (zonder Ni) naar -40 graden, waardoor de impactenergie bij -40 graden aanzienlijk wordt verbeterd (bijv.<27J to ≥34J, meeting GB/T 4171 requirements).
Opmerking: Excessive Ni (>0,60%) is niet nodig, omdat het de taaiheid marginaal verbetert, maar de materiaalkosten verhoogt.
(2) Mangaan (Mn): brengt kracht en taaiheid in evenwicht
Mechanisme: Mn lost op in ferriet om de korrelgrootte te verfijnen (via remming van de korrelgroei tijdens verwarming) en verbetert de uniformiteit van de ferriet-perlietstructuur. Het compenseert ook het brosse effect van zwavel (S) door de vorming van MnS-insluitsels (die minder schadelijk zijn dan FeS).
Invloed: Q355GNH vereist 0,45–1,60% Mn. Een gematigd Mn-gehalte (1,0–1,4%) zorgt voor een vloeigrens groter dan of gelijk aan 355 MPa, terwijl de goede taaiheid behouden blijft; te laag Mn (<0.60%) leads to coarse grains and reduced toughness, while too high Mn (>1,60%) kan harde baniet vormen, waardoor de brosheid toeneemt.
(3) Koper (Cu) en chroom (Cr): synergetische bescherming met gecontroleerde taaiheid
Mechanisme: Cu (0,20–0,60%) en Cr (0,30–0,80%) zijn primaire verweringselementen voor Q355GNH, maar ondersteunen ook indirect de taaiheid. Ze bevorderen de vorming van een dichte, hechtende roestlaag (-FeOOH) die door corrosie-geïnduceerde microscheurtjes (die de taaiheid aantasten) voorkomt.
Invloed: When kept within standard ranges, Cu and Cr do not harm toughness. However, excessive Cr (>0.80%) may form hard Cr-rich carbides (e.g., Cr₇C₃) at grain boundaries, increasing brittleness; excessive Cu (>0,60%) kan "warmtetekort" (scheuren tijdens verwerking) veroorzaken en de ductiliteit verminderen.
2. Onzuiverheden die de slagsterkte aantasten
(1) Fosfor (P): een belangrijke broosheidsbevorderaar
Mechanisme: P segregeert sterk bij ferrietkorrelgrenzen, waardoor de intergranulaire binding wordt verzwakt. Het verhoogt de DBTT aanzienlijk en vermindert de impactenergie bij lage temperaturen (0,03% P kan bijvoorbeeld de impactenergie van -40 graden verlagen van 40 J naar 20 J).
Controlevereiste: GB/T 4171 mandaten P Minder dan of gelijk aan 0,035% voor Q355GNH. Voor toepassingen in extreem koude klimaten (bijv. -40 graden gebruik) wordt P vaak ingesteld op minder dan of gelijk aan 0,025% om de taaiheid te garanderen.
(2) Zwavel (S): Vormt schadelijke insluitsels
Mechanisme: S reageert met Fe en vormt FeS, een insluitsel met een laag-smeltpunt- dat zich ophoopt aan korrelgrenzen. FeS veroorzaakt "koude brosheid"-het scheurt gemakkelijk onder schokbelastingen, vooral bij lage temperaturen.
Controlevereiste: S moet kleiner dan of gelijk zijn aan 0,035% (GB/T 4171). In de praktijk wordt S vaak beperkt tot minder dan of gelijk aan 0,020% door Mn toe te voegen (om MnS te vormen, dat taaier is en minder schadelijk voor de taaiheid).
(3) Koolstof (C): strikt uitgebalanceerd om broosheid te voorkomen
Mechanisme: C versterkt staal door carbiden te vormen, maar vermindert de taaiheid door het perlietgehalte te verhogen (perliet is harder en minder taai dan ferriet). Een teveel aan C bevordert de vorming van brosse martensiet tijdens het afkoelen.
Controlevereiste: C ≤0.19% for Q355GNH. A low C content (0.12–0.16%) ensures a ferrite-rich microstructure (≥60% ferrite), maintaining high impact toughness; C >0,19% verhoogt het perlietgehalte en verlaagt de taaiheid.
3. Traceer elementen die de stevigheid verfijnen-
Aluminium (Al): Toegevoegd als deoxidatiemiddel (totaal Al Groter dan of gelijk aan 0,020%), vormt Al AlN-deeltjes die korrelgrenzen vastzetten, waardoor vergroving van korrels tijdens warmtebehandeling wordt voorkomen. Fijne korrels verbeteren de taaiheid bij lage- temperaturen aanzienlijk.
Niobium (Nb) of titanium (Ti): Optional additions (Nb: 0.015–0.060%; Ti: 0.02–0.10%), they form carbides/nitrides that refine grains and strengthen the matrix without reducing toughness-ideal for thick Q355GNH plates (e.g., >50 mm) waar korrelvergroving een risico is.
