1. 衝撃靱性を高める合金元素
(1) ニッケル (Ni): 最も効果的な低温靭性向上剤-
機構: Ni は、延性-脆性転移温度（DBTT）Q355GNHの。低温でオーステナイト相を安定化し、オーステナイトの脆性マルテンサイトへの変態を遅らせ、微細で均一なフェライト-パーライト微細構造の形成を促進します。
インパクト: Q355GNH には通常 0.20 ～ 0.50% の Ni が含まれます。 0.30% の Ni 含有量により、DBTT が -20 度 (Ni なし) から -40 度にシフトし、-40 度での衝撃エネルギーが大幅に向上します (例:<27J to ≥34J, meeting GB/T 4171 requirements).
注記: Excessive Ni (>0.60%) は靭性をわずかに向上させますが、材料コストが増加するため不要です。
(2) マンガン(Mn)：強度と靱性のバランスをとる
機構: Mn はフェライトに溶解して粒径を微細化し（加熱中の粒成長の抑制により）、フェライト-パーライト構造の均一性を高めます。また、MnS 介在物 (FeS より害が少ない) を形成することで、硫黄 (S) の脆化効果を相殺します。
インパクト: Q355GNHには0.45～1.60%のMnが必要です。適度な Mn 含有量 (1.0 ～ 1.4%) により、良好な靭性を維持しながら 355MPa 以上の降伏強度が確保されます。 Mn が低すぎる (<0.60%) leads to coarse grains and reduced toughness, while too high Mn (>1.60%) は硬いベイナイトを形成し、脆性を増大させる可能性があります。
(3) 銅 (Cu) とクロム (Cr): 靭性への影響を制御した相乗的な保護
機構: Cu (0.20 ～ 0.60%) と Cr (0.30 ～ 0.80%) は Q355GNH の主な耐候性元素ですが、間接的に靭性もサポートします。これらは、緻密で付着性のある錆層（-FeOOH）の形成を促進し、腐食-によって引き起こされる微小亀裂（靭性を低下させる）を防ぎます。
インパクト: 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%) は「熱間ショート」(加工中の亀裂) を引き起こし、延性を低下させる可能性があります。
2. 衝撃靱性を劣化させる不純物
(1) リン (P): 主要な脆化促進剤
機構：Pはフェライト粒界に強く偏析し、粒界結合を弱めます。 DBTT を急激に増加させ、低温での衝撃エネルギーを減少させます (たとえば、0.03% の P は、-40 度の衝撃エネルギーを 40J から 20J に下げることができます)。
制御要件: GB/T 4171 は、Q355GNH に対して 0.035% 以下の P を義務付けています。極寒の気候での用途 (例: -40 度の使用) では、靱性を確保するために P は 0.025% 以下に制御されることがよくあります。
(2) 硫黄(S): 有害な介在物を形成します。
機構: S は Fe と反応して、粒界に蓄積する低融点介在物である FeS を形成します。{0} FeS は「冷間脆性」を引き起こします-特に低温で衝撃荷重がかかると簡単に亀裂が入ります。
制御要件: S は 0.035% 以下でなければなりません (GB/T 4171)。実際には、S は、Mn を添加することによって 0.020% 以下に制御されることがよくあります (MnS を形成します。MnS は延性が高く、靱性への悪影響が少なくなります)。
(3) カーボン (C) : 脆さを避けるために厳密にバランスがとれています
機構：Cは炭化物を形成することで鋼を強化しますが、パーライト含有量を増加させることで靭性を低下させます（パーライトはフェライトよりも硬く、延性が低いです）。過剰な C は、冷却中に脆いマルテンサイトの形成を促進します。
制御要件: 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% はパーライト含有量を増加させ、靭性を低下させます。
3. 靭性を微調整する微量元素-
アルミニウム(Al): 脱酸剤として添加された Al (総 Al 0.020% 以上) は、結晶粒界を固定する AlN 粒子を形成し、熱処理中の結晶粒の粗大化を防ぎます。細粒により低温靱性が大幅に向上します。-
ニオブ(Nb)またはチタン(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., >50mm）、粒子が粗大化する危険がある場合。
