Okrągła stal 20cr2ni4a (GB/T 3077) ma skład 0,17–0,23% węgla (C), 0,17–0,37% krzem (SI), 0,30–0,60% manganu (Mn), 1,80–2,20% chromu (Cr), 3,60–4,00% niklu (Ni), mniej niż 0,025% fosforu (P), niższy (P), mniej do lub równe 0,025% siarki (s).
Nikiel (3,60–4,00%) jest podstawowym elementem wzmacniającym wytrzymałość kriogeniczną (poniżej - 40 stopni) poprzez dwa mechanizmy na poziomie atomowym:
- kruche temperatura przejściowa (DBTT) Supresja: Większość stali ferrytycznych staje się krucha poniżej ich DBTT, ale nikiel obniża DBTT 20CR2NI4A do - 70 stopni lub niższy. Wynika to z faktu, że atomy Ni zakłócają tworzenie kruchego martenzytu w niskich temperaturach -, stal zachowuje plastyczną mieszaną strukturę austenityczną, która może pochłaniać energię bez pęknięcia.
Wiązanie graniczne ziarna: W temperaturach kriogenicznych zanieczyszczenia takie jak fosfor (P) mają tendencję do segregowania na granicach ziarna i osłabiają je. Nikiel ma wysokie powinowactwo do P, tworząc stabilne związki NI₃P, które zapobiegają grupowaniu P na granicach. To wzmacnia wiązania między granowcami, eliminując „zimną kruchość”, która nęka niską - stali nikiel<1% Ni).
Chrom (1,80–2,20%) zapewnia wytrzymałość podstawową poprzez tworzenie drobnych węglików, podczas gdy ultra - niskie limity P/S (mniejsze lub równe 0,025%) dalsze zmniejszają kruche wtrącenia -, elementy te potwierdzają efekty twardości kriogenicznej niklu.