Identification of phase transformation model for the simulation of controlled cooling of bainitic steel tubes

• Autorzy: Kuziak R. , Radwański K. , Molenda R. , Mazur A. , Broll J. , Pietrzyk M.

Identyfikatory

DOI

10.32730/imz.0137-9941.18.4.2

Warianty tytułu

PL

Identyfikacja modelu przemian fazowych dla potrzeb symulacji kontrolowanego chłodzenia rur ze stali bainitycznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

JMAK (Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov) equation was adapted to simulation of phase transformations during cooling of bainitic steel tubes. The model was identified on the basis of the results obtained from the JMatPro software. Numerical tests for various cooling schedules showed model’s capability to predict a volume fraction of microstructure constituents of the tubes. The model was implemented into FE code for the simulation of tubes cooling. For the sake of the model capabilities, three cooling methods were considered: (i) free cooling in the air, (ii) cooling with the pressurised air, (iii) cooling with the water mist. Both symmetrical and asymmetrical cooling conditions were considered. The volume fractions of the tube’s microstructure constituents were calculated for each cooling conditions.

PL

W artykule adaptowano model JMAK (Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov) do symulacji numerycznej przemian fazowych w procesie chłodzenia rur ze stali bainitycznych. Identyfikację modelu przemian fazowych przeprowadzono na podstawie wyników obliczeń wykonanych za pomocą programu komputerowego JMatPro. Badania numeryczne, przeprowadzone dla różnych metod chłodzenia rur, pokazały możliwości obliczeniowe opracowanego modelu, które obejmują przewidywania udziałów objętościowych składników mikrostruktury stali podczas chłodzenia po austenityzacji. Opracowany model numeryczny przemian fazowych implementowano w kodzie opartym na metodzie elementów skończonych (MES), symulującym proces chłodzenia rur. Obliczenia przeprowadzono dla następujących warunków chłodzenia: (i) chłodzenie w spokojnym powietrzu, (ii) chłodzenie sprężonym powietrzem, (iii) chłodzenie mgłą wodno-powietrzną. Dla każdego sposobu chłodzenia, obliczono udziały objętościowe składników mikrostruktury rur.

Słowa kluczowe

EN

phase transformations; JMAK model; tubes of bainitic steels; numerical simulations of tubes cooling

PL

przemiany fazowe; model JMAK; rury ze stali bainitycznych; modelowanie numeryczne chłodzenia rur

• Wydawca: Instytut Metalurgii Żelaza im. Stanisława Staszica
• Czasopismo: Prace Instytutu Metalurgii Żelaza
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 70, nr 4
• Strony: 24--33
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kuziak R.

• Instytut Metalurgii Żelaza im. Stanisława Staszica

autor

Radwański K.

• Instytut Metalurgii Żelaza im. Stanisława Staszica

autor

Molenda R.

• Instytut Metalurgii Żelaza im. Stanisława Staszica

autor

Mazur A.

• Instytut Metalurgii Żelaza im. Stanisława Staszica

autor

Broll J.

• Walcownia Rur Andrzej Sp. z o.o.

autor

Pietrzyk M.

• AGH University of Science and Technology

Bibliografia

• [1] H.K.D.H. Bhadeshia. Bainite in steels, 2nd ed., Cambridge: The University Press, 2001.
• [2] H.K.D.H Bhadeshia. The lower bainite transformation and the significance of carbide precipitation. Acta Metallurgica, 1980, 28, p. 1103-1114.
• [3] N.V. Luzginova, L. Zhao, J. Sietsma. Bainite formation kinetics in high carbon alloyed steel. Materials Science and Engineering A, 2008, 481-482 (1), p. 766-769.
• [4] W. Song, U. Prahl, W. Bleck, K. Mukherjee. Phase-field simulations of bainitic phase transformation in 100Cr6. In: TMS - 140th Annual Meeting and Exhibition. San Diego, CA, USA, 2011, p. 417-425.
• [5] A. Sakamoto, K. Yamamoto, K. Okamura, Y. Arai, Y. Serizawa. Water cooling technologies for steel pipe production processes. Nippon Steel & Sumitomo Metal Technical Report No. 111. 2016. p. 107-112.
• [6] R. Kuziak, K. Radwański, K. Perzyński, Ł. Madej, M. Pietrzyk. Validation of material models for bainitic steels used in optimization of manufacturing chain for fasteners. Computer Methods in Materials Science, 2014, 14 (1), p. 37-52.
• [7] M. Pietrzyk, Z. Kania, R. Kuziak, Ł. Rauch, J. Kusiak. A simple model for prediction of retained austenite in steel rods after hot rolling and controlled cooling. In: B. Buchmayr (ed.), Proc. XXXV Verformungskundliches Kolloquium. Zauchensee, 2016, p. 56-66.
• [8] M. Pietrzyk. Finite element based model of structure development in the hot rolling process. Steel Research International, 1990, 61 (12), p. 603-607.
• [9] O.C. Zienkiewicz. Finite element method in thermal problems. In: R.W. Lewis, K. Morgan, O.C. Zienkiewicz (ed.), Heat Transfer. John Wiley & Sons, 1981, p. 1-25.
• [10] J.G. Lenard, M. Pietrzyk, L. Cser. Mathematical and Physical Simulation of the Properties of Hot Rolled Products. Amsterdam: Elsevier Science, 1999.
• [11] Z. Malinowski, J.G. Lenard, M.E. Davies. A study of the heattransfer coefficient as a function of temperature and pressure. Journal of Materials Processing Technology, 1994, 41 (2), p. 125-142.
• [12] M. Pietrzyk, R. Kuziak. Modelling phase transformations in steel. In: J. Lin, D. Balint, M. Pietrzyk (ed.), Microstructure evolution in metal forming processes. Oxford: Woodhead Publishing, 2012, p. 145-179.
• [13] M. Pietrzyk, Ł. Madej, Ł. Rauch, D. Szeliga. Computational Materials Engineering: Achieving high accuracy and efficiency in metals processing simulations. Butterworth-Heinemann, 2015.
• [14] B. Donnay, J.C. Herman, V. Leroy, U. Lotter, R. Grossterlinden. Microstructure evolution of C-Mn Steels in the hot deformation process: The STRIPCAM model. In: J.H. Beynon, P. Ingham, H. Teichert, Waterson K. (ed.), Proceedings of 2nd International Conference Modelling of Metal Rolling Processes. London, 1996, p. 23-35.
• [15] E. Scheil. Anlaufzeit der Austenitumwandlung, Archiv für das Eisenhüttenwesen, 1935, 12, p. 565-567.
• [16] A.I. Katsamas, G.N. Haidemenopoulos. A semi-empirical model for the evolution of retained austenite via bainitic transformation in multiphase TRIP steels. Steel Research International, 2008, 79, p. 875-884.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).