1. Mechanismus der Wirkung von Mangan auf die Streckgrenze
Festlösungsverstärkung: Manganatome haben einen ähnlichen Atomradius wie Eisenatome und können sich gleichmäßig in der Ferritmatrix des Stahls auflösen. Diese gelösten Mn-Atome stören die regelmäßige Anordnung der Eisenatome und erhöhen den Widerstand gegen Versetzungsbewegungen innerhalb der Kristallstruktur.-Dies erhöht direkt die Streckgrenze, da ein höherer Versetzungswiderstand bedeutet, dass mehr äußere Kraft erforderlich ist, um eine plastische Verformung des Stahls einzuleiten.
Verfeinerung der Mikrostruktur: Mangan fördert die Bildung einer fein-körnigen Ferrit--Perlit-Mikrostruktur während des Walz- und Abkühlprozesses von Q355NH. Gemäß der Hall-Petch-Beziehung führt eine feinere Korngröße zu einer höheren Streckgrenze, da Korngrenzen als Barrieren für die Versetzungsbewegung wirken; Mehr Korngrenzen bedeuten einen größeren Widerstand gegen Verformung.
2. Auswirkungen von Mangangehalten außerhalb des Standardbereichs
Unter 1,20 % Mn: Der Grad der Festigung der festen Lösung und der Kornverfeinerung ist unzureichend. Die Ferritkörner des Stahls werden gröber, was zu einer Streckgrenze führt, die nicht den Q355NH-Standardanforderungen entspricht (größer oder gleich 355 MPa), was die strukturelle Belastbarkeit des Materials beeinträchtigt.
Über 1,60 % Mn: Überschüssiges Mangan führt zu einer Entmischung in der Stahlmatrix, was zur Bildung von sprödem Zementit (Fe₃C) an den Korngrenzen führt. Während die Streckgrenze kurzfristig leicht ansteigen kann, nehmen die Zähigkeit und Schweißbarkeit des Stahls erheblich ab, wodurch er während der Verarbeitung (z. B. Biegen, Schweißen) oder unter Betriebsbedingungen bei niedrigen Temperaturen anfällig für Risse wird.
3. Synergie mit anderen Legierungselementen
Silizium verbessert in Kombination mit Mangan die Festigung der festen Lösung und verstärkt so den Widerstand gegen Versetzungsbewegungen.
Vanadium bildet feine Vanadiumkarbide, die Korngrenzen fixieren und das Kornwachstum beim Erhitzen verhindern. Dadurch wird der Kornverfeinerungseffekt von Mangan ergänzt, um ein ausgeglicheneres Festigkeits-{0}}Zähigkeitsverhältnis zu erzielen.
