Conductividad térmica de ferrita, austenita, cementita y perlita
Cuando la estructura de acero pasa de alta temperatura a baja temperatura, la austenita genera perlita y crece cuando se enfría rápidamente de 950 ℃ a 550 ℃, se convierte en perlita uniforme, que cambia de dura a quebradiza; La fase de cementita está compuesta en la misma dirección que la ferrita blanda y dura. Sin embargo, para materiales con buena maquinabilidad, como láminas de automóviles, se produce una monofásica de ferrita blanda.
Si se puede omitir el atemperado, el procesamiento simplificado aportará grandes beneficios a los usuarios. El equipo "DLP" mencionado anteriormente puede desempeñar esta función, que consiste en ajustar uniformemente el enfriamiento en un baño de sal a 550 °C para que pueda convertirse en perlita cuando sea un producto semiacabado. Para la producción de alambres de acero de alta resistencia para la compactación de hormigón, Nippon Steel también utiliza equipos "DLP" para crear condiciones que permitan a los usuarios ahorrar tratamientos de endurecimiento. En la producción de alambre de acero para puentes, después del tratamiento de endurecimiento, primero se "lubrica" con decapado y tratamiento con película de fosfato de zinc para su trefilado, y luego se trefila en múltiples secciones a temperatura ambiente. Es decir, el alambrón semiacabado laminado en caliente de φ13 mm se adelgaza a φ7 mm mediante estirado en frío y finalmente se galvaniza para mejorar la resistencia a la corrosión. Sin embargo, existen muchos pasos de procesamiento para el alambre de acero radial para refuerzo de neumáticos, es decir, usar alambrón con un diámetro de 5,5 mm, estirarlo hasta obtener alambre de acero con un diámetro de 3 mm y luego someterse a un tratamiento de endurecimiento intermedio para estirarlo. alambres de acero con un diámetro de φ1,5 mm, y finalmente endurecidos químicamente, latonados (puede mejorar la adherencia con caucho) y finalmente estirados en un diámetro de 0,3 mm, compuestos por cinco varillas. El motivo del tratamiento de endurecimiento intermedio es evitar la rotura del alambre debido a una mala tenacidad al trefilar de 5,5 mm a φ1,5 mm al mismo tiempo. En resumen, cuando todos los aceros son de alta resistencia, la ductilidad disminuirá a medida que aumenta la resistencia, por lo que la clave para los límites prácticos de alta resistencia radica en la ductilidad, y la tecnología clave para los alambres de acero con alto contenido de carbono de alta resistencia es cómo mantener la ductilidad.
(6) Cuanto menor sea el diámetro del alambre de acero, mayor será la resistencia del alambre de acero con alto contenido de carbono.
La resistencia del alambre de acero está obviamente relacionada con el diámetro del alambre de acero. Por ejemplo, el diámetro del alambre de acero para puentes es de φ 5 ~ 7 mm y la resistencia es inferior a 2000 MPa, mientras que la resistencia del alambre de acero radial para neumáticos con φ 0,2 ~ 0,4 mm es tan alta como 4000 MPa. La alta resistencia del alambre de acero ayuda a reducir los costos de construcción y el peso de los neumáticos.
Cuando el diámetro del alambre de acero disminuye, debido a la presión ejercida durante el trefilado, la resistencia aumenta con el aumento de su grado de adelgazamiento (cantidad de deformación). Este es su principio fundamental. Aunque existen ciertas diferencias entre los diferentes tipos de acero, la resistencia del alambre de acero con una resistencia de 1200 ~ 1500 MPa continúa aumentando después del tratamiento de endurecimiento. La deformación del alambre de acero para puentes es de aproximadamente 65438 ± 0,5, mientras que la deformación del alambre de acero radial es de hasta 3,5 ~ 4. La relación entre la deformación del procesamiento y la resistencia se muestra en la Tabla 3.
Tabla 3 Relación entre la deformación por procesamiento y la resistencia del acero 0,82 C
Deformación por procesamiento ()
1
2
Tres
Cuatro
Cinco
Resistencia a la tracción (MPa)
1200
1700
p>2000
2800
3500
4300
Este principio puede explicarse por los cambios estructurales del acero. Cuanto menor sea el ancho del intervalo corporal (es decir, el grosor del corte), mayor será la intensidad.
Debido a que las direcciones de cristalización de la ferrita y la cementita en el alambre de acero recién endurecido son aleatorias e irregulares, mientras que la cristalización de la cementita de alta resistencia y la ferrita de buena ductilidad cambian según la dirección del trefilado mediante el trefilado uniforme, cuanto más delgado es el alambre de acero, cuanto menor sea el espesor de la lámina y mayor será la resistencia. Por ejemplo, el tamaño de partícula de ferrita en el acero es φ 10 ~ 30um, el "súper metal (acero de alta resistencia)" que se está desarrollando como proyecto nacional es sólo 0,5 ~ 0,8um, y el espesor de la placa de alambre de acero templado es sólo aproximadamente 0,1 um (1200 ~ 1500 mpa), el alambre de acero radial más avanzado se vuelve 0,01 um después de aproximadamente 20 trefilados, y la resistencia correspondiente también aumenta a 4500 MPa.
La propiedad de que las direcciones de cristalización consistentes pueden mejorar la resistencia después del laminado es el mismo fenómeno que el acero. Sin embargo, cuando se laminan productos como placas delgadas, la cristalización solo se extiende en la dirección de laminado y no en la dirección transversal. por lo que el tamaño del grano varía con el cambio de dirección de rodadura. El troquel de trefilado en frío utilizado en el proceso de trefilado utiliza una fuerte presión diferente al método de laminación para exprimir uniformemente el alambre desde todos los lados, por lo que la cristalización solo puede desarrollarse en la dirección de trefilado. Como resultado, las capas de la lámina se adelgazan uniformemente y la resistencia. aumenta rápidamente. Para ejercer una fuerte presión sobre alambre de acero de ultra alta resistencia, a menudo se utilizan matrices de diamante de dureza ultra alta durante el trefilado.
(7) La clave para una alta resistencia es la transformación de la perlita.
Como se mencionó anteriormente, la perlita del acero con alto contenido de carbono es mucho más fuerte que la ferrita monofásica del acero ordinario con bajo contenido de carbono. Se puede ver que la perlita puede obtener fácilmente una alta resistencia con una pequeña deformación por estirado, por lo que se ha convertido en un factor importante en la industrialización. Por el contrario, no importa cuán fuerte sea la presión, es difícil lograr una alta resistencia mediante el estirado en frío del hierro puro.
Actualmente, el mecanismo por el cual la perlita puede aumentar rápidamente su resistencia mediante trefilado no está del todo claro. Una de las razones importantes es que el "fortalecimiento de grano fino" que adelgaza la lámina después de refinar el cristal mediante trefilado y el "fortalecimiento de dislocaciones" que aumenta el número de dislocaciones y las endurece mediante el procesamiento juegan un papel importante, que está relacionado con el continuo Doblado del alambre de acero. El fenómeno de endurecimiento es el mismo.
Para otras estructuras, como el "fortalecimiento de grano fino de cementita", la resistencia de la cementita sin límites de grano antes del estirado también se puede mejorar después de ser refinada al nivel nanométrico mediante estirado. También existe el "fortalecimiento de solución sólida; " en el que el trefilado descompone la cementita (Fe3C) que estabiliza las flores metálicas. El carbono descompuesto se adhiere a las dislocaciones, lo que dificulta su movimiento, mejorando así la resistencia. Hasta ahora sólo se sabía que los compuestos metálicos se descomponían bajo la acción de grandes fuerzas externas. El reciente descubrimiento de la descomposición completa de la cementita ha despertado preocupación por parte de todas las partes. Como pionero en el desarrollo de alambres de acero con alto contenido de carbono, Nippon Steel considera los cambios en la resistencia y la ductilidad causados por la descomposición de la cementita como un tema de investigación importante y desarrolla alambres de acero de alta resistencia mediante el estudio de sus mecanismos.
La razón por la que el mecanismo de descomposición de la cementita aún no se ha aclarado es porque el hierro tiene una estructura ultrafina, y la cementita después de un procesamiento fuerte también tiene una estructura ultrafina de varios nanómetros, lo cual es difícil. observar con instrumentos ordinarios, por lo que es difícil explicar su mecanismo. Pero ahora, a través de un "microscopio de transmisión de energía de alta resolución" y un observador atómico que puede aumentar 6,5438 millones de veces, se puede observar claramente la estructura de los átomos individuales de hierro, ferrita y cementita. Se ha producido un gran progreso y se espera que así sea. resuelto en un futuro próximo.
(8) El desafío del conflicto entre resistencia y ductilidad
Para que el alambre de acero con alto contenido de carbono sea práctico, no solo se debe resolver el problema de la resistencia, sino también el problema de Se debe solucionar la ductilidad insuficiente causada por la fractura. A juzgar por la relación entre los dos, cuando la resistencia del alambre de acero para puentes excede los 2000 MPa, su ductilidad disminuye rápidamente, es decir, la resistencia máxima real debe equilibrarse con la ductilidad. Desde un punto de vista técnico, si se busca puramente la resistencia, se puede mejorar aún más, pero considerando la obvia disminución de la ductilidad, la resistencia última del alambre de acero radial es solo inferior a 4000 MPa.
Cuando se aplica una presión uniforme a la sección transversal del alambre de acero para una prueba de rotura térmica, el alambre de acero con alta ductilidad se rompe (normalmente se rompe) en la dirección vertical del trefilado después de docenas de torceduras, mientras que el alambre de acero con baja ductilidad se rompe. En la etapa inicial de deformación torsional del alambre de acero, se produce agrietamiento (torsión) en la dirección vertical del trefilado, lo que se considera un factor importante que afecta la alta resistencia. Además, cuando el diámetro del alambre es grande, aparecerán grietas por torsión a aproximadamente 2000 MPa, mientras que cuando el diámetro del alambre es pequeño, las grietas por torsión no aparecerán a 4000 MPa. Este es el llamado "efecto del diámetro del alambre". Existen diferentes opiniones sobre la causa del agrietamiento por torsión, y la descomposición de la cementita es la razón principal.
(9) Reducir al máximo el proceso de trefilado del acero de alta resistencia.
Cuando el alambre de acero se refuerza con un procedimiento de procesamiento que tiene en cuenta tanto la resistencia como la ductilidad del acero, primero se aumenta la resistencia mediante endurecimiento y luego se aumenta el aumento de la resistencia por unidad de deformación (procesamiento) aumentando Trefilado (tasa de deformación del procesamiento). Por ejemplo, se adoptan medidas como la galvanización (450°C) y el tratamiento azul para suprimir la disminución de la resistencia provocada por el calentamiento.
Para mantener una alta resistencia utilizando el método anterior, también es necesario evitar la reducción de la ductilidad, es decir, la reducción de la ductilidad se puede evitar a partir de una relación causal. Los resultados experimentales muestran que usar madera de alta resistencia para endurecer y reducir la cantidad de trefilado para aumentar la tasa de endurecimiento por trabajo es más efectivo para mantener la tenacidad que aumentar la cantidad de trefilado. Por ejemplo, cuando el objetivo de resistencia final es 2000 MPa, los materiales con baja tenacidad (nivel de 1000 ~ 1300 MPa) son propensos a sufrir grietas por torsión cuando el objetivo se alcanza aumentando la cantidad de trefilado para materiales con una tenacidad de 1400 MPa; Si la cantidad de trefilado se reduce adecuadamente, esto no sucederá. Se puede observar que este último es más eficaz para mantener la ductilidad necesaria a altas resistencias.
Hay muchas formas de fortalecer y endurecer la madera, y el método representativo es la aleación. Es decir, aumentar el contenido de carbono, vanadio, cromo, silicio y otros elementos en el acero puede mejorar la resistencia. Entre ellos, el método básico general es aumentar el contenido de carbono; el silicio puede desempeñar un papel positivo en el fortalecimiento de la ferrita en solución sólida; el espesor de la laminilla puede adelgazarse durante el tratamiento de endurecimiento, mejorando así significativamente la resistencia. Además, agregar 0,2 ~ 0,5 de cromo al acero con alto contenido de carbono (que contiene C0,82 C) aumentará significativamente la tasa de endurecimiento por trabajo durante el trefilado, por lo que es muy beneficioso para la alta resistencia de los alambrones de acero con alto contenido de carbono. Las aplicaciones de alambres radiales y alambres de puente se han introducido anteriormente.