Experimental verification and validation of the phase transformation model used for optimization of heat treatment of rails

• Autorzy: Kuziak R. , Molenda M. , Wrożyna A. , Kusiak J. , Pietrzyk M.

Warianty tytułu

PL

Doświadczalna weryfikacja i walidacja modelu przemian fazowych stosowanego do optymalizacji kontrolowanego chłodzenia szyn

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Dilatometric tests for the eutectoid steel were performed and the results were used for identification of the phase transformation model for this steel. Physical simulations of controlled heat treatment of rail head were performed. Microstructure and properties after various thermal cycles were determined and these data were used to validate the model of controlled cooling of rails. As a consequence, a reliable model which predicts temperature field during cooling, kinetics of phase transformations, microstructural parameters and mechanical properties of the product was developed. This model can be applied to solve the optimization task formulated with the objective of searching for the cooling process parameters, which give as low as possible interlamellar spacing in pearlite, microstructure free of bainite and uniform hardness distribution in the rail head.

PL

Identyfikację modelu przemian falowych dla stali eutektoidalnej przeprowadzono na podstawie prób dylatometrycznych i analizy odwrotnej. W pracy przeprowadzono fizyczne symulacje kontrolowanego chłodzenia główki szyny po walcowaniu. Wyznaczono parametry mikrostruktury oraz własności mechaniczne po różnych cyklach cieplnych i te dane wykorzystano do weryfikacji i walidacji modelu. W konsekwencji opracowany został wiarygodny model kontrolowanego chłodzenia główki szyny. Ten model może zostać zastosowany do w rozwiązaniu zadania optymalizacyjnego z funkcją celu sformułowaną jak osiągnięcie minimalnych odległości międzypłytkowych w perlicie, zminimalizowanie udziału bainitu w stali i osiągnięcie możliwie równomiernego rozkładu twardości na przekroju szyny.

Słowa kluczowe

EN

pearlitic steels; rails; controlled cooling; modelling; validation

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 14, No. 1
• Strony: 53--63
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys.

Twórcy

autor

Kuziak R.

• Institute for Ferrous Metallurgy, ul. K. Miarki 12, 44-100 Gliwice, Poland

autor

Molenda M.

• Institute for Ferrous Metallurgy, ul. K. Miarki 12, 44-100 Gliwice, Poland

autor

Wrożyna A.

• Institute for Ferrous Metallurgy, ul. K. Miarki 12, 44-100 Gliwice, Poland

autor

Kusiak J.

• AGH University of Science and Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Pietrzyk M.

• AGH University of Science and Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

Bibliografia

• Ackert, R.J., Nott, M.A., 1987, Accelerated water cooling of railway rails in-line with the hot rolling mill, Proc. Symp. Accelerated Cooling of Roled Steels, eds, Ruddle, G.E., Crawley, A.F., Pergamon Press, Winnipeg, 359-372.
• Boyadiev, I.I., Thomson, P.F., Lam, Y.C., 1996, Computation of the diffusional transformation of continuously cooled aus-tenite for predicting the coefficient of thermal expansion in the numerical analysis of thermal stress, JSIJ International, 36, 1413-1419.
• Garbarz, B., Pickering, F.B., 1988, Effect of pearlite morphology on impact toughness of eutectoid steel containing vanadium, Materials Science and Technology, 4, 328-334.
• Koistinen, D.P., Marburger, R.E., 1959, A general equation prescribing the extent of the austenite-martensite transformation in pure iron-carbon alloys and plain carbon steels, Acta Metallurgica, 1, 59-69.
• Kuziak, R., Cheng, Y.-W., Głowacki, M., Pietrzyk, M., 1997, Modelling of the microstructure and mechanical properties of steels during thermomechanical processing, NIST Technical Note 1393, Boulder.
• Kuziak, R., Zygmunt, T., 2012, A new method of rail head hardening of standard-gauge rails for improved wear and dam¬age resistance, Steel Research International, 84, 13-19.
• Lenard, J.G., Pietrzyk, M., Cser, L., 1999, Mathematical and physical simulation of the properties of hot rolled products, Elsevier, Amsterdam.
• Morales, R.D., Lopez, A.G, Olivares, I.M., 1990, Heat transfer analysis during water spray cooling of steel rods, ISIJ In-ternational, 30,48-57.
• Perez-Unzueta, A.J., Beynon, J.H., 1993, Microstructure and wear resistance of pearlitic rail steels, Wear, 162-164, 173-182,
• Pietrzyk, M., Kuziak, R., 2000, Modeling of controlled cooling of rails after hot rolling, Proc. Conf. Rolling 2000, Vasteros, CD ROM.
• Pietrzyk, M., Kondek, T., Majta, J., Żurek, A.K., Method of identification of the phase transformation model for steels, Proc. COM2000, Ottawa, 2000, CD ROM.
• Pietrzyk, M., Kuziak, R., Kondek, T., 2003, Physical and numerical modelling of plastic deformation of steels in two-phase region, Proc. 45th MWSP Conf, Chicago, 209-220.
• Pietrzyk, M., Kuziak, R., 2012, Numerical simulation of controlled cooling of rails as a tool for optimal design of this process, Computer Methods in Materials Science, 12, 233-243.
• Sahay, S.S., Mohapatra, G., Totten, G.E., 2009, Overview of pearlitic rail steels: accelerated cooling, quenching, micro-structure and mechanical properties, Journal of ASTM International, 6, 1-26.
• Scheil, E., 1935, Anlaufzeit der Austenitumwandlung, Archiv. Fur Eissenhiittenwesen, 12, 565-567.
• Szeliga, D., Gawąd, J., Pietrzyk, M., 2006, Inverse analysis for identification of rheological and friction models in metal forming, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 195, 6778-6798.
• Umemoto, M., Hiramatsu, A., Moriya, A., Watanabe, T., Nanba, S., Nakajima, N., Anan, G., Higo, Y., 1992, Computer modelling of phase transformation from work-hardened austenite, ISIJ International, 32, 306-315.