스테인레스 스틸은 탁월한 부식 저항, 고강도 및 미적 매력으로 인해 다양한 산업에서 널리 사용되는 재료입니다. 스테인레스 스틸 공급 업체로서 제품의 품질과 성능을 보장하는 데 다른 온도에서 스테인레스 스틸의 열 팽창 거동을 이해하는 것이 중요합니다. 이 블로그 게시물에서는 스테인레스 스틸의 열 확장 특성을 탐구하고 영향을 미치는 요인을 설명하며 실제 세계 응용 프로그램에서 그 영향을 논의 할 것입니다.
열 팽창 이해
열 팽창은 온도 변화에 반응하여 부피 또는 모양의 물질이 변화하는 경향입니다. 재료가 가열되면 원자는 운동 에너지를 얻고 더 격렬하게 진동하기 시작합니다. 이 증가 된 진동은 원자가 더 멀리 떨어져 움직여 재료의 확장을 초래합니다. 반대로, 재료가 냉각되면 원자는 운동 에너지를 잃고 재료 수축.
재료의 열 팽창은 전형적으로 열 팽창 계수 (CTE)에 의해 정량화된다. CTE는 온도의 단위 변화 당 길이 또는 부피의 분수 변화로 정의됩니다. CTE에는 두 가지 유형의 열 팽창 계수 (α)가 있는데, 이는 길이의 변화를 측정하고 볼륨의 열 팽창 계수 (β)를 측정하여 부피의 변화를 측정합니다. 대부분의 물질에서 β는 약 3 배 α입니다.
스테인레스 스틸의 열 팽창 거동
스테인레스 스틸은 주로 철, 크롬 및 니켈로 구성된 합금이며, 탄소, 망간 및 실리콘과 같은 소량의 다른 요소가 있습니다. 스테인레스 스틸의 열 팽창 거동은 조성, 미세 구조 및 열처리에 따라 달라질 수 있습니다.
오스테 나이트 스테인리스 강
304 및 316과 같은 오스테 나이트 스테인리스 강은 가장 일반적으로 사용되는 스테인레스 스틸 유형입니다. 그들은 얼굴 - 중심 입방 (FCC) 결정 구조를 가지고 있으며, 이는 우수한 연성, 형성성 및 부식성을 제공합니다. 오스테 나이트 스테인리스 강은 일반적으로 다른 유형의 스테인레스 스틸과 비교하여 비교적 높은 열 팽창 계수를 갖는다.
오스테 나이트 스테인레스 강의 열 팽창의 선형 계수는 일반적으로 20-100 ° C의 온도 범위에서 약 16 내지 18 × 10 /° C입니다. 온도가 증가함에 따라 CTE도 약간 증가합니다. 예를 들어, 20-500 ° C의 온도에서 304 스테인레스 스틸의 CTE는 약 17.3 × 10 /° C까지 도달 할 수 있습니다.
페라이트 스테인리스 강
430과 같은 페라이트 스테인레스 강은 신체 - 중심 입방 (BCC) 결정 구조를 가지고 있습니다. 그들은 스트레스에 대한 저항성 - 부식 크래킹에 대한 좋은 저항으로 유명하며 종종 자동차 배기 시스템과 주방 기기에 사용됩니다. 페라이트 스테인리스 강은 오스테 나이트 스테인리스 강과 비교하여 열 팽창 계수가 낮습니다.
페라이트 스테인리스 강의 열 팽창의 선형 계수는 전형적으로 20-100 ° C의 온도 범위에서 10-12 × 10 /° C 범위입니다. 더 높은 온도에서는 CTE도 증가하지만 오스테 나이트 스테인레스 강보다 느린 속도로 증가합니다.
Martensitic Stainless Steels
410 및 420과 같은 Martensitic Stainless 강은 단단하고 강하지만 오스테 나이트 및 페라이트 스테인레스 강과 비교하여 부식성이 상대적으로 열악합니다. 그들은 신체 - 중심 테트 래곤 (BCT) 결정 구조를 가지고 있으며, 이는 강철의 빠른 냉각 (담금질)에 의해 형성됩니다.
Martensitic Stainless 강의 열 팽창 거동은 오스테 나이트 및 페라이트 스테인리스 강의 열 팽창 거동보다 더 복잡합니다. 그들의 CTE는 미세 구조에서 열처리 및 유지 된 오스테 나이트의 양에 따라 달라질 수있다. 일반적으로, Martensitic Stainless Steel은 일반적으로 20-100 ° C의 온도 범위에서 11-13 × 10 /° C의 범위에있는 오스테 나이트 및 페라이트 스테인리스 강 사이의 중간체 인 CTE를 갖는다.
이중 스테인리스 강
이중 스테인리스 강과 같은2205 이중 스테인리스 스틸 시트, 오스테 나이트와 페라이트의 혼합물로 구성된 미세 구조를 갖는다. 그들은 오스테 나이트 및 페라이트 스테인레스 강의 장점을 결합하여 고강도, 부식성이 우수하며 응력에 대한 탁월한 저항을 제공합니다.
이중 스테인리스 강의 열 팽창 계수는 또한 오스테 나이트와 페라이트 스테인리스 강 사이의 중간체이다. 2205 이중 스테인레스 스틸의 선형 CTE는 20-100 ° C의 온도 범위에서 약 13-14 × 10 /° C입니다.
스테인레스 스틸의 열 팽창에 영향을 미치는 요인
구성
스테인레스 스틸의 조성은 열 팽창 거동에 중요한 역할을합니다. 니켈 및 망간과 같은 요소는 CTE를 증가시키는 경향이있는 반면 크롬 및 실리콘과 같은 요소는이를 감소시키는 경향이 있습니다. 예를 들어, 오스테 나이트 스테인리스 스틸로 니켈 함량을 증가 시키면 CTE가 증가 할 수 있지만 실리콘을 추가하면이를 줄일 수 있습니다.
미세 구조
입자 크기, 위상 분포 및 침전물의 존재를 포함한 스테인레스 스틸의 미세 구조는 또한 열 팽창에 영향을 줄 수 있습니다. 미세한 곡물 미세 구조는 일반적으로 거친 소량의 미세 구조보다 CTE가 낮습니다. 또한, 제 2 상 입자 또는 침전물의 존재는 원자의 움직임을 제한하고 열 팽창을 감소시킬 수있다.
열처리
열처리는 스테인레스 스틸의 미세 구조 및 조성을 변경시켜 열 팽창 거동에 영향을 줄 수 있습니다. 예를 들어, 어닐링은 내부 응력을 완화하고 입자 크기를 변경하여 CTE에 영향을 줄 수 있습니다. 담금질 및 템퍼링은 또한 강철의 위상 조성 및 경도를 변화시켜 열 팽창의 변화를 초래할 수 있습니다.
실제 세계 응용 프로그램의 시사점
구조 응용
건물, 교량 및 산업 장비와 같은 구조적 응용 분야에서 스테인레스 스틸의 열 팽창을 고려해야합니다. 열 팽창이 제대로 수용되지 않으면 내부 응력의 발달로 이어질 수 있으며, 이는 구조의 변형, 균열 또는 심지어 실패를 일으킬 수 있습니다.
예를 들어, 스테인레스 스틸로 만들어진 대형 스케일 빌딩에서 확장 조인트는 종종 구조의 열 팽창 및 수축을 허용하는 데 사용됩니다. 이 관절은 손상을 일으키지 않고 구조물의 움직임을 흡수하도록 설계되었습니다.
제조 공정
용접 및 가공과 같은 제조 공정에서 스테인레스 스틸의 열 팽창도 큰 영향을 줄 수 있습니다. 용접 중에 강의 빠른 가열 및 냉각은 열 응력을 유발하여 왜곡과 균열을 일으킬 수 있습니다. 이러한 문제를 최소화하기 위해 적절한 용접 기술과 가열 및 사후 가열 처리가 종종 사용됩니다.
가공시 공작물의 열 팽창은 완성 된 부품의 치수 정확도에 영향을 줄 수 있습니다. 이를 보상하기 위해, 가공 공정을 조정해야 할 수도 있거나, 최종 측정을 수행하기 전에 공작물을 실온으로 냉각시켜야 할 수도 있습니다.
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참조
- ASM 핸드북, 1 권 : 속성 및 선택 : 아이언, 강 및 고성능 성능 합금. ASM International, 1990.
- 금속 핸드북 데스크 에디션, 2 판. ASM International, 1998.
- RW Powell의 "금속의 열 팽창". CRC 화학 및 물리학 핸드북, 97 판. CRC Press, 2016.