Komputerowa symulacja sekwencji procesu walcowania na gorąco oraz kontrolowanego chłodzenia szyn uwzględniająca własności termomechaniczne oraz rozwój mikrostruktury

• Autorzy: Smyk G. , Pernach M. , Pietrzyk M.

Identyfikatory

DOI

10.15199/24.2016.6.2

Warianty tytułu

EN

Numerical simulation of hot rolling-cooling sequence of rails taking into account thermo-mechanical properties and microstructure development

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł zawiera wyniki symulacji numerycznych procesu walcowania na gorąco oraz kontrolowanego chłodzenia szyn, z uwzględnieniem rozwoju mikrostruktury. Do symulacji procesów wykorzystano metodę elementów skończonych (MES). Proces walcowania modelowano za pomocą komercyjnego programu Larstran. Pole temperatury w procesie kontrolowanego chłodzenia modelowano autorskim programem MES. Model rozwoju mikrostruktury podczas walcowania został zaimplementowany w programie Larstran, przy wykorzystaniu własnych procedur. Dane uzyskane z symulacji ostatniego przepustu, w tym wielkość ziarna, rozkład naprężeń, odkształceń oraz pola temperatury, stanowiły dane wejściowe do modelu przemian fazowych zachodzących podczas kontrolowanego chłodzenia szyn. Model przemian fazowych oparto na rozwiązaniu równania dyfuzji z ruchomą granicą. Uzyskane wyniki porównano z wynikami modelu bazującego na równaniu Avramiego. Na podstawie przedstawionych symulacji wyznaczono korelacje pomiędzy parametrami procesu walcowania i kontrolowanego chłodzenia oraz parametrami struktury gotowego wyrobu.

EN

The paper contains the results of the numerical simulation of hot rolling and controlled cooling of the rails with taking account a microstructure development during the sequence of processes. The finite element (FE) method was used in numerical simulations. The hot rolling process was simulated by the commercial FE software Larstran and the temperature field during controlled cooling process was calculated using authors FE software. Microstructure development model was implemented into Larstran software by user subroutines developed in the project. The results from the last pass of hot rolling of rails including the grain size, strain and stress distribution and temperature field were the input data to the phase-transformation model based on the solution of the carbon diffusion equation with moving boundary. Calculated gain size was compared with the results obtained by models based on the Avrami’ equation. Results of all simulations allow to point out the correlation between parameters of hot rolling, controlled cooling process and the microstructure of finite product.

Słowa kluczowe

PL

walcowanie szyn; kontrolowane chłodzenie; rozwój mikrostruktury; przemiany fazowe

EN

rail rolling; controlled cooling; microstructure; phase transformation

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Hutnik, Wiadomości Hutnicze
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 83, nr 6
• Strony: 270--274
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys.

Twórcy

autor

Smyk G.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Informatyki Stosowanej i Modelowania al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Pernach M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Informatyki Stosowanej i Modelowania al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Pietrzyk M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Informatyki Stosowanej i Modelowania al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] Ackert Robert J., Murray A. Nott 1988. „Accelerated water cooling of railway rails in-line with the hot rolling mill”. Proceedings of the Metallurgical Society of the Canadian Institute of Mining and Metallurgy: 359−372.
• [2] Kuziak Roman, Yi-Wen Cheng, Mirosław Głowacki, Maciej Pietrzyk. 1997. „Modelling of the microstructure and mechanical properties of steels during thermomechanical processing”. NIST Technical Note 1393. Boulder.
• [3] Kuziak Roman, Tomasz Zygmunt. 2013. „A new method of rail head hardening of standard-gauge rails formimproved wear and damage resistance”. Steel Research International 84 (1): 13−19.
• [4] Kuziak Roman, Ryszard Molenda, Andrzej Wrożyna, Jan Kusiak, Maciej Pietrzyk. 2014. „Experimental verification and validation of the phase transformation model used for optimization of heat treatment of rails”. Computer Methods in Materials Science 14 (1): 53−63.
• [5] Perez-Unzueta Alberto J., John H. Beyon. 1993. „Microstructure and wear resistance of pearlitic rail steels”. Wear 162−164: 173−182.
• [6] Pietrzyk Maciej, Roman Kuziak. 2000. „Modeling of controlled cooling of rails after hot rolling”. Materiały konferencyjne Roll¬ing 2000. Vasteros, Sweden.
• [7] Pietrzyk Maciej, Roman Kuziak. 2012. “Numerical simulation of controlled cooling of rails as a tool for optimal design of this process”. Computer Methods in Material Science 12 (4): 233−243.
• [8] Sahay Satyam, GoutamMohapatra, George Totten. 2009. „Overview of pearlitic rail steels: accelerated cooling, quenching, microstructure and mechanical properties”. Journal of ASTM International 6(7): 1−26.
• [9] Smyk Grzegorz, Martin Franzke, Roman Kuziak, Maciej Pietrzyk. 2013. „Numerical simulation of rolling-cooling sequence for rails”. Hutnik-Wiadomości Hutnicze 80: 593−597.
• [10] Szeliga Danuta, Jerzy Gawąd, Maciej Pietrzyk. 2006. „Inverse analysis for identification of rheological and friction models in metal forming”. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 195: 6778−6798.
• [11] Szeliga Danuta, Roman Kuziak, Tadeusz Zygmunt, Jan Kusiak, Maciej Pietrzyk. 2014. „Selection of parameters of the heat treatment thermal cycle for rails with respect to the wear resistance”. Steel Research International 85 (6): 1070−1082.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.