Efectos de la composición y la tasa de calentamiento en la expansión térmica del acero dulce

El volumen de cualquier material, especialmente el acero, cambiará con la temperatura, lo que provocará cambios en las dimensiones geométricas del material, lo que dará como resultado desviaciones en el ancho y el espesor. Por lo tanto, el efecto térmico (es decir, la expansión térmica) del volumen de los materiales de acero afectará directamente la precisión, la tasa de calificación del producto y el rendimiento de los productos laminados en caliente, y la medición precisa del coeficiente de expansión térmica del material de la tira es la premisa para corregir los errores dimensionales causados por efectos térmicos. La curva de expansión térmica de cada grado de acero se determina de acuerdo con la curva de expansión térmica dibujada para determinar el coeficiente de expansión del grado de acero a una temperatura determinada, y luego se puede obtener el cambio de ancho correspondiente según el modelo para lograr un control preciso de la ancho de tira Con el cambio de temperatura, el volumen del material se expandirá o se contraerá. El parámetro de propiedad física utilizado para representar la cantidad de tensión del material causada por el cambio de temperatura de la unidad es la tasa de expansión térmica, que es uno de los parámetros termofísicos básicos del material. La medición precisa de la tasa de expansión térmica del material juega un papel clave en la determinación de la escala geométrica del bloque patrón de longitud y la corrección precisa del valor de la escala geométrica del bloque patrón de longitud debido a los cambios de temperatura. También es muy importante en los campos de la industria, la defensa nacional, la investigación científica básica y el desarrollo de nuevos materiales. significado.

Factores que influyen en la dilatación térmica
Además de cambiar con la temperatura, el coeficiente de expansión también se ve afectado por muchos otros factores. La composición de la aleación, la transformación de fase, los defectos del cristal, la anisotropía del cristal, las transiciones ferromagnéticas y las velocidades de calentamiento y enfriamiento afectarán el coeficiente de expansión térmica.

El efecto de la composición de la aleación.
Los elementos solutos y sus contenidos que forman la aleación tienen una influencia muy obvia en la expansión térmica de la aleación. Por lo general, el coeficiente de expansión térmica de la solución sólida monofásica se encuentra entre los coeficientes de expansión de cada componente, lo que se ajusta a la ley de la adición; pero si el elemento soluto es un elemento del grupo de transición, el coeficiente de expansión de la aleación es más complicado. La influencia de diferentes átomos y contenidos de soluto en el coeficiente de expansión térmica del hierro puro (0~400oC), Mn, Sn, Si y otros elementos de aleación aumentan significativamente el coeficiente de expansión térmica del hierro puro, mientras que V, Cr, Ni y otras aleaciones Los elementos aumentan el coeficiente de expansión térmica del hierro puro. El coeficiente de expansión térmica se reduce significativamente.

Además, hay varias estructuras como martensita, ferrita, cementita y austenita en el acero. Durante el proceso de calentamiento y enfriamiento, hay una serie de transformaciones de estado sólido. Cierta cantidad de C, Si, Mn, etc. Estos elementos de aleación tienen una serie de efectos sobre la temperatura de transformación del acero. Por lo tanto, el cambio del coeficiente de expansión térmica del material de acero real con la temperatura es muy complicado.

transición ferromagnética
El coeficiente de expansión térmica de la mayoría de los metales y aleaciones varía con la temperatura y primero se expande, luego se contrae y luego se expande, lo que se denomina expansión normal. Sin embargo, para metales ferromagnéticos y aleaciones como hierro, cobalto, níquel y algunas aleaciones, el cambio del coeficiente de expansión con la temperatura no se ajusta a la ley anterior y aparecen picos de expansión adicionales en la curva de expansión normal. Estos cambios se denominan expansión térmica anormal. Entre ellos, los picos de expansión térmica del níquel y el cobalto son positivos hacia arriba, lo que se denomina anomalía normal; mientras que el pico de expansión térmica del hierro es negativo hacia abajo, lo que se denomina anomalía negativa. Las aleaciones de hierro-níquel también tienen características negativas de expansión anómala.

Las aleaciones con características de expansión anómalas negativas pueden obtener aleaciones de Invar con coeficientes de expansión cero o negativos, o aleaciones de Kovar con coeficientes de expansión básicamente sin cambios dentro de un cierto rango de temperatura, por lo que tienen una gran importancia. trascendencia industrial.

Influencia del proceso de laminado
De acuerdo con la teoría de transición de fase y el diagrama de fase de hierro-carbono, durante el proceso de calentamiento y enfriamiento, el material de acero experimentará una serie de transiciones de fase de estado sólido. Por debajo de la temperatura de transición de fase de equilibrio, esta desviación aumenta con el aumento de la velocidad de calentamiento y enfriamiento. Por lo tanto, el proceso de producción de laminación real también tendrá un impacto significativo en el coeficiente de expansión térmica, y la curva de expansión térmica debe ajustarse en combinación con el proceso de laminación real de cada grado de acero específico.

La composición química es el principal factor que determina el coeficiente de expansión del material. Cuando la composición es constante, los factores del proceso, como el procesamiento y el tratamiento térmico, también afectan la expansión térmica, pero esta influencia es inestable y puede eliminarse después de usar un determinado sistema de proceso.

Expansión térmica de materiales policristalinos y compuestos.
La densidad del acero está relacionada con la microestructura obtenida por tratamiento térmico. Martensita, ferrita + Fe3C (consiste en perlita, sorbita, bainita), austenita, y su densidad aumenta gradualmente a la vez. Es decir, la austenita tiene la densidad más grande y la martensita tiene la densidad más pequeña. Cuando se apaga para obtener martensita, el volumen del acero aumentará. Esto se debe a que el volumen específico es el inverso de la densidad. De esta forma, el orden de volumen específico de menor a mayor debe ser martensita (varía con el contenido de carbono), cementita, ferrita, perlita y austenita.

Cuando se templa acero templado, se produce una transformación de volumen con la transformación estructural que tiene lugar en el acero. Cuando se templa la martensita, el volumen del acero se contraerá y la transformación de la austenita sobreenfriada en martensita acompañará la expansión del volumen del acero, y cuando la martensita se descomponga en troostita, el volumen del acero se contraerá significativamente.

A partir de las características de expansión térmica del acero se puede ver que cuando ocurre una transformación de fase de primer orden en el proceso de calentamiento o enfriamiento del acero al carbono, el volumen del acero cambiará abruptamente, y cuando la austenita sobreenfriada se transforma en ferrita, perlita o martensita, el acero El volumen de acero se expandirá; por el contrario, el volumen de acero se reducirá. Esta propiedad de expansión del acero se usa efectivamente en el estudio de la transformación de fase del acero. Se ha descrito como ejemplo la curva de dilatación por calentamiento de un acero hipoeutectoide general. La estructura de equilibrio del acero hipoeutectoide a temperatura ambiente es ferrita y perlita. Con el aumento de la temperatura, el acero se expande. Cuando se calienta lentamente a 727oC (A c1), se produce la transformación eutectoide y la perlita del acero se transforma en austriaca. En el caso de la intenita, el volumen se contrae (la curva de expansión comienza a doblarse hacia abajo, formando el punto de inflexión A c1), la temperatura continúa aumentando, la cantidad de austenita aumenta gradualmente y el volumen continúa contrayéndose hasta que se alcanza la transformación austenita. terminado. Una vez completada la transformación austenita, el acero se expande con el aumento de la temperatura. Este punto de inflexión es A c3, y el proceso de enfriamiento es todo lo contrario.

La última investigación sobre la curva de expansión del acero al carbono encontró que la transformación de perlita y ferrita en austenita no es continua cuando la tasa de calentamiento del acero con bajo contenido de carbono con un contenido de carbono de 0,025 %~0,35 % es de 7,5~200 °C/min. , aparece un intervalo sin transición en el medio, es decir, el punto final de la transición A c1 y el punto inicial de la transición A c3 están separados, y el intervalo de temperatura puede alcanzar los 80oC.

Debido al evidente efecto de volumen del acero durante la transformación de fase, actualmente se utiliza el método de expansión para determinar el punto de transformación del acero.