1. مکانیسم هسته: نقش کربن در ریزساختار و شکنندگی
محتوای کربن کنترل شده (کمتر یا مساوی 0.18٪) از بارش بیش از حد کاربید و تشکیل فازهای سخت و شکننده (مانند مارتنزیت یا پرلیت درشت) جلوگیری می کند.
فراتر رفتن از این حد (حتی اندکی، تا 0.20٪ یا بیشتر) ریزساختار متوازن فریت-پرلیت فولاد را مختل می کند و آن را به سمت فازهای شکننده تر می برد. این به طور مستقیم توانایی فولاد را برای جذب انرژی ضربه (با محدود کردن تغییر شکل پلاستیک) کاهش میدهد و "دماهای شکل پذیر-دمای انتقال شکننده" (DBTT)- دمایی که در زیر آن فولاد ناگهان شکننده میشود را افزایش میدهد.
2. ضربه در دماهای پایین (40- درجه تا 20- درجه): کربن خطر انتقال شکننده را کنترل می کند
در -40 درجه (درجه دمای پایین اختیاری):
S355K2W کمتر یا برابر با 0.18٪ C تضمین می کند که DBTT آن زیر -40 درجه باقی می ماند. محتوای کربن محدود کاربیدها را کوچک و به طور یکنواخت توزیع می کند و به ماتریس فریت اجازه می دهد شکل پذیری خود را حفظ کند. انرژی ضربه معمولی در این دما 45-65 ژول است (بسیار بالاتر از استاندارد اختیاری 30 ژول).
اگر کربن بیش از 0.18٪ باشد، DBTT به -35 درجه یا بالاتر می رسد. در دمای 40- درجه، فولاد وارد منطقه شکننده می شود و انرژی ضربه به آن کاهش می یابد<20 J-too low to resist sudden loads (e.g., wind or snow) without fracturing.در -20 درجه (نیاز پایه اجباری):
محتوای کمتر یا مساوی 0.18٪ C، کلید برآورده شدن EN 10025-5 فرمان بزرگتر یا مساوی 40 ژول است. ریزساختار فریت-پرلیت با کربن ریز-به فولاد اجازه میدهد که در حین ضربه تغییر شکل پلاستیکی داده و انرژی را جذب کند.
حتی افزایش 0.02 درصدی کربن (به 0.20 درصد) انرژی ضربه را تا 15-20 درصد (به 32-34 ژول) کاهش می دهد که حداقل 40 ژول را کاهش می دهد. این به این دلیل است که کربن اضافی کلنی های پرلیت درشت تری را تشکیل می دهد که به عنوان نقطه شروع ترک عمل می کنند-ترک ها سریعتر منتشر می شوند و برای ایجاد شکستگی به انرژی کمتری نیاز دارند.
3. ضربه در دماهای متوسط (0 درجه تا 20 درجه): کربن استحکام و چقرمگی را متعادل می کند
در 0 درجه:
S355K2W کمتر یا مساوی 0.18% C از انرژی ضربه 80-120 J پشتیبانی می کند. محتوای کربن کم، شکل پذیری ماتریس فریت را به حداکثر می رساند، بنابراین فولاد می تواند مقادیر زیادی انرژی را در طول بارهای دینامیکی (به عنوان مثال، فعالیت لرزه ای) جذب کند.
کربن بالاتر (0.20٪ +) انرژی را به 60-80 ژول کاهش می دهد. در حالی که این مقدار هنوز از نیازهای ایمنی اولیه فراتر می رود، بافر در برابر استرس غیرمنتظره (به عنوان مثال، ضربه های تصادفی در طول ساخت و ساز) را کاهش می دهد.در 20 درجه (دمای اتاق):
اثر شکنندگی کربن در اینجا حداقل است، اما حد کمتر یا برابر با 0.18٪ همچنان حداکثر چقرمگی (100-150 J) را تضمین می کند. ریزساختار متعادل اجازه می دهد تا تغییر شکل کامل پلاستیک قبل از شکست{4}}برای کاربردهایی که فولاد ممکن است با نیروهای ضربه ناگهانی- (مثلاً برخورد تجهیزات سنگین بر روی پل ها) مواجه شود، حیاتی است.
4. مفهوم عملی: چرا EN 10025-5 به شدت کربن را در کمتر یا مساوی 0.18٪ درپوش میدهد؟
For thick plates (>100 میلی متر)، خنک شدن آهسته تر در طول تولید می تواند دانه ها را کمی درشت کند. محتوای کربن کم با محدود کردن رشد کاربید، این امر را جبران میکند و تضمین میکند که صفحات 150 میلیمتری{3}}همچنان بیشتر از یا مساوی 35 ژول در 20- درجه باشند.
برای صفحات نازک (<25mm), low carbon prevents "over-strengthening"-the steel retains enough ductility to avoid brittle failure during fabrication (e.g., bending or welding) and service.
