1. Terminis{0}}mechaninis apdorojimas: pagrindinis mikrostruktūros veiksnys
a. Valdomas riedėjimas ir aušinimas (termo{1}}mechaninis valdymo procesas, TMCP)
Mechanizmas: TMCP apima plieno valcavimą tam tikrame temperatūros diapazone (paprastai 800–950 laipsnių, austenito perkristalizavimo zona) ir valcavimo aušinimo greičio valdymą. Šis procesas išgrynina austenito grūdelius, kurie vėliau vėsdami virsta smulkesniais ferito-perlito grūdeliais.
Smulkesni grūdeliai=geresnis atsparumas žemoje{1}}temperatūroje: mažesni ferito grūdeliai padidina grūdelių ribų skaičių, o tai trukdo įtrūkimams plisti esant žemai{0}}temperatūrai. Pavyzdžiui, sumažinus ferito grūdelių dydį nuo 50 μm iki 10 μm, S355J0WP 0 laipsnių smūgio energija gali padvigubėti (nuo minimalios 27 J iki daugiau nei 50 J).
Aušinimo greičio valdymas: Lėtas aušinimas (aušinimas oru) leidžia išvengti kietų, trapių fazių, tokių kaip martensitas ar bainitas, susidarymo, kurios, esant žemai temperatūrai, gali lūžti. Ir atvirkščiai, per greitas aušinimas (pvz., gesinimas vandeniu) gali sukelti martensito susidarymą, padidindamas plastiškumo -trapumo temperatūrą (DBTT) 30–50 laipsnių.
b. Normalizuojantis terminis apdorojimas
Taikymo scenarijus: For thick S355J0WP plates (e.g., >20 mm), vien valcavimas gali sukelti netolygų grūdų augimą šerdyje. Normalizavimas (kaitinimas iki 900–950 laipsnių, laikymas, kad austenitas homogenizuotų, tada aušinimas oru) pašalina segregaciją, išgrynina grūdelius ir užtikrina tolygų ferito -perlito pasiskirstymą.
Poveikis savybėms: Normalizuotas S355J0WP atsparumas smūgiams žemoje-temperatūrose yra 15–20 % didesnis nei ne-normalizuotos medžiagos, nes sumažina „juostos struktūras“ (kintamus ferito ir perlito sluoksnius), kurios veikia kaip įtrūkimų takai žemoje temperatūroje.
2. Vidiniai defektai: paslėpta žemos{0}}temperatūros trapumo rizika
a. Ne{1}}metaliniai intarpai
Tipai ir poveikis:
Sulfido intarpai (pvz., MnS): Net ir esant mažam sieros kiekiui (Mažiau nei 0,015 %), liekamieji MnS intarpai (pailgi riedėjimo kryptimi) sukuria įtempių koncentraciją. Esant žemai temperatūrai, šie inkliuzai atsiskiria nuo matricos, sukeldami įtrūkimus, kurie greitai plinta.
Oksido intarpai (pvz., Al2O3): Kieti, kampiniai Al₂O₃ intarpai (dėl deoksidacijos) veikia kaip „mikro{0}} įpjovos ir sumažina plieno gebėjimą sugerti smūgio energiją.
Sušvelninimas: Naudojantgydymas kalciulydymo metu pakeičia MnS inkliuzus į sferinius CaS-CaO kompleksus, kurie mažiau sukelia įtrūkimus. Tai gali 25–30 % pagerinti atsparumą žemai -temperatūrai.
b. Akytumo ir susitraukimo ertmės
Formavimas: Liejimo metu susidaro poringumas (maži dujų burbuliukai) arba susitraukimo ertmės (dėl nepilno kietėjimo). Šie defektai sumažina veiksmingą apkrovą-atlaikomąjį plotą ir sutelkia įtampą-, esant žemai temperatūrai, jie gali išaugti į makroskopinius įtrūkimus esant net vidutiniam įtempimui.
Poveikis: A porosity volume fraction of >0,5 % gali sumažinti S355J0WP 0 laipsnių smūgio energiją 40 %, jei nesilaikoma J0 klasės reikalavimo.
c. Liekamieji įtempiai
Ištakos: Residual stresses form during rolling (uneven cooling) or welding (thermal expansion/contraction). Tensile residual stresses (e.g., >200 MPa) paviršiuje arba šalia -suvirinimo siūlės susilieja su žemos-temperatūros trapumu, kuris pagreitina įtrūkimų atsiradimą.
Pavyzdys: S355J0WP plokštės, turinčios didelį liekamąjį tempimo įtempį, gali turėti trapus lūžių esant -10 laipsnių, net jei jų DBTT teoriškai yra 0 laipsnių. Įtempių mažinimo atkaitinimas (kaitinimas iki 550–600 laipsnių, laikymas, tada lėtas aušinimas) gali sumažinti liekamuosius įtempius 60–80%, atkuriant kietumą žemoje temperatūroje.
3. Medžiagos storis: kritinis veiksnys, užtikrinantis našumą žemoje{0}}temperatūroje
a. Mikrostruktūrinis heterogeniškumas
Thick plates (e.g., >30 mm) valcavimo metu šerdyje atvėsta lėčiau nei paviršius, todėl šerdyje susidaro stambesni grūdeliai. Stambių grūdelių atsparumas mažesnis: 40 mm-storio S355J0WP plokštės 0 laipsnių smūgio energija gali būti 30–40 % mažesnė nei 10 mm{10}}storio tos pačios sudėties plokštės.
b. Triašio streso būsena
Esant smūginei apkrovai, storos medžiagos patiria atriašio streso būsena(tempiamasis įtempis trimis kryptimis) netoli smūgio vietos, o plonos medžiagos patiria vienodesnį plokštuminį įtempį. Triašis įtempis riboja plastinę deformaciją (pagrindinį smūgio energijos absorbavimo būdą) ir skatina trapumą{1}}net jei mikrostruktūra yra patobulinta.
Standartinis reikalavimas: EN 10025-5 leidžia mažesnę smūgio energiją storesnėms S355J0WP plokštėms (pvz., 27 J 16–40 mm, palyginti su . 34 J<16 mm) to account for this effect.
4. Paslaugos aplinka: spartinamas žemos{0}}temperatūros savybių blogėjimas
a. Atmosferos korozija
Mechanizmas: S355J0WP atsparumas korozijai remiasi tankiu, prilipusiu rūdžių sluoksniu (kurio sudėtyje yra Cu, Cr oksidų). Tačiau šaltoje, drėgnoje aplinkoje (pvz., šaltuose pakrančių regionuose) dėl pasikartojančių užšalimo{5}}atšilimo ciklų rūdžių sluoksnis įtrūksta. Drėgmė prasiskverbia į įtrūkimus, todėltaškinė korozija(lokalizuotas metalo praradimas).
Poveikis savybėms: Duobės veikia kaip aštrios įpjovos, sutelkiančios įtampą. Esant žemai temperatūrai, šios įpjovos sumažina plieno atsparumą lūžiams (KIC) 20–30 %, todėl veikiant statinėms ar dinaminėms apkrovoms jis gali sugesti.
b. Vandenilio absorbcija (vandenilio trapumas)
Šaltiniai: Vandenilis gali patekti į S355J0WP suvirinimo metu (drėgmė elektroduose), ėsdinant (rūgštiniai tirpalai) arba eksploatuojant (drėgnas oras su H₂S). Esant žemai temperatūrai, vandenilio atomai difunduoja iki grūdelių ribų ir sudaro vandenilio molekules (H₂), sukurdami didelį vidinį slėgį.
Pasekmė: Vandenilio trapumas sumažina atsparumą smūgiams žemoje -temperatūroje 50–70 % ir gali sukelti „uždelstą trapų lūžį“-staigų gedimą esant nuolatiniam įtempimui (pvz., struktūrinėms apkrovoms) net esant aukštesnei nei DBTT temperatūrai.
