Symulacja uszkodzenia zgorzeliny podczas wieloprzepustowego walcowania stali na gorąco oraz związanych z tym defektów wyrobu

• Autorzy: Krzyżanowski M. , Beynon J.

Warianty tytułu

EN

Simulation of oxide scale failure during multipass hot rolling and related product defects

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Badano mechanizm powstawania stref ścinania w taśmie ze stali niskostopowej związanych z uszkodzeniem zgorzeliny wtórnej podczas wielo-przepustowego walcowania na gorąco. Do analizy numerycznej, opierającej się na metodzie elementów skończonych, zastosowano opracowany wcześniej model matematyczny zgorzeliny, który został zweryfikowany zarówno w warunkah modelowania prób pomiarów własności zgorzeliny jak i walcowania na gorąco. Obliczenia numeryczne obejmowali symulacje próby na ściskanie z następującym rozciąganiem w kierunku prostopadłym do kierunku ściskania połączonych z modelowaniem walcowania taśmy na gorąco przez dwa przepusty. Badania przeprowadzono zarówno dla pojednczych fragmentów zgorzeliwny jak i dla spójnej warstwy zgorzelinowej umieszczonej odpowiednio na górnej i dolnej powierzchni taśmy. Wykonana analiza wskazuje na możliwości powstawania stref ścinania w warstwach powierzchniowych taśmy związanych z uszkodzeniem spójności zgorzeliny podczas odkształcenia. Identyfikowano strefy ścinania jako obszary odpowiednio zniekształconych elementów skończonych. Zaobserwowany efekt jest bardziej widoczny przy modelowaniu walcowania taśmy o małej grubości, około l mm i mniejszej. Powstawane strefy zniekszłconych elementów w obszarach materiału przylegających do fragmentów popękanej zgorzeliny mogą łączyć się przy odpowiednim usytuowaniu fragmentów na górnej i dolnej poweirzchni taśmy kształtując strefy przechodzące na wskroś przez przekrój poprzeczny taśmy. Uzyskane wyniki wskazująna to, że strefy zniekształconych elementów tworzą się w materiale taśmy przeważnie podczas odkształcenia w przepuście drugim. Obserwowano również, że nawet pojedynczy fragment zgorzelinowy umieszczony na powierzchni taśmy może doprowadzić do powstawania efektu zniekształcenia elementów, który pozostaje w materiale taśmy w przypadku odłupywania się zgorzeliny podczas przechodzenia przepustu.

EN

The advanced physically based finite element model of the roll-stock interface developed at earlier stages of the research for a single rolling pass has been extended to provide the basis for detailed numerical investigations of the roll/stock interface behaviour during multi-pass hot rolling operations. The research encompassed the following consecutive stages: modelling of the combined hot compression-tension test followed by multi-pass hot rolling modelling of the steel strip having the same thickness. Longitudinal tension was added as a technological parameter. The possibility of a co-operative relationship between the formation of oxide scale related defects at the upper and lower faces and formation of shear zones within the steel strip has been demonstrated numerically. The observed effect is more pronounced for thin or ultra-thin hot rolled strips, such as 0.8 - 1.0 mm in thickness. It has been shown that the through-thickness shear zones within the material can link the scale related defects on both the upper and lower strip surfaces. Formation of the scale related shear zones within the strip volume takes place mainly during the second rolling pass. These zones remain within the strip volume after spallation of the scale fragments. A single scale fragment remaining on the strip surface after the first rolling pass can influence formation of the shear zones during consecutive rolling passes.

Słowa kluczowe

PL

symulacja; uszkodzenie zgorzeliny; walcowanie stali na gorąco; defekty wyrobu; model matematyczny zgorzeliny; analiza numeryczna; strefy ścinania; strefa zniekształconych elementów

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe AKAPIT
• Czasopismo: Informatyka w Technologii Materiałów
• Rocznik: 2005
• Tom: T. 5, Nr 3
• Strony: 74--82
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys.

Twórcy

autor

Krzyżanowski M.

• Institute for Microstructural and Mechanicla Process Engineering : The University of Sheffield, UK

autor

Beynon J.

Bibliografia

• Bakker, A., 1983, An analysis of the numerical path dependence of the J-integral, Int. J. Pres. Ves. & Piping, Cl4, 153- 179.
• Beynon, J.H., Krzyżanowski, M., Taranets, N., 2005, Surface Scale Evolution in the Hot Rolling of Steel, Invited Keynote at "HSLA Steels 2005 and 1SUGS 2005,8-10 November, Sanya, Hainan, China, 2005.
• Chen, W.C., Samarasekera, I.V., Kumar, A., Hawbolt, E.B., 1993, Mathematical modelling of heat flow and deformation during rough rolling, Ironmaking and Steelmaking, 20, No. 2,113-125.
• Harren, S.V., Deve, H.E., Asaro, R.J., 1988, Shear band formation in plane strain compresssion, Acta metali, Vol. 36, No. 9. 2435-2480.
• Krzyżanowski, M., Beynon, J.H., 1999a, The tensile failure of mild steel oxides under hot rolling conditions, Steel Research, 70, No. 1,22-27.
• Krzyżanowski, M., Beynon, J.H., 1999b, Finite element model of steel oxide failure during tensile testing under hot rolling conditions, Mat. ScL Techn., 15,1191-1198.
• Krzyżanowski, M., Beynon, J.H., 2000, Modelling the boundary conditions for thermo-mechnical processing - oxide scale behaviour and composition effects, Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering, 8,927-945,
• Krzyżanowski, M., Beynon, J.H., Sellars, C.M., 2000, Analysis of secondary oxide scale failure at entry into the roll gap, Metali Mater. Trans., 31B, 1483-1490.
• Krzyżanowski, M., Beynon, J.H., Sellars, C.M., 2001, Numeiyczna symulacja zachowania się zgorzeliny wtórnej w warunkach przeróbki stali na gorąco oraz w procesach usuwania zgorzeliny, Informatyka w Technologii Materiałów, 1, No. 3-4,153-165.
• Krzyżanowski, M., Beynon, J.H., 2002, Measurement of oxide properties for numerical evaluation of their failure under hot rolling conditions, J. Mat. Proc. Techn., 125-126,398- 404.
• Krzyżanowski, M., Sellars, C.M., Beynon, J.H., 2003,a Characterisation of oxide scale in thermomechanical processing of steel, Proc. Int. Conf. On Thermomechnical Processing: Mechanics, Microstructure & Control, 23-26 June 2002, ed., Palmiere, E.J., Mahfouf, M., Pinna, C., The University of Sheffield, 94-102.
• Krzyżanowski, M., Yang, W., Sellars, C.M., Beynon, J.H., 2003b, Analysis of Mechanical Descaling: Experimental and Modelling Approach, Mat. Sci. Techn., 19, 109-116.
• Krzyżanowski, M., Trull, M., Beynon, J.H., 2005, Roll pick-up investigations - experimental and modeling, Mat. II. Symp. Plasticity and its Current Applications: PLASTICITY ’05, Kauai, Hawaii, USA, ed., Khan, A.S., Khoei, A.R., Neat Press, Fulton, Maryland, USA, 2005, 106-108.
• Li, Y.H., Sellars, C.M., 1996, Modelling deformation behaviour of oxide scales and their effects on interfacial heat transfer and friction during hot steel rolling, Mat. 2. Konf Modelling of Metal Rolling Processes, ed., Beynon, J.H., In¬gham, P., Teichert, H., Waterson, K., The Institute of Materials, London, 192-206.
• Nikaido, H., Isoyama, S., Nomura, N., Hayashi, K., Morimoto, K., Sakamoto, H., 1997, Endless Hot Strip Rolling in the No. 3 Hot Strip Mill at the Chiba Works, Kawasaki Steel Technical Report, No. 37,65-72.
• Pietrzyk, M., Lenard, J.G., 1991, Thermal-Mechanical Modelling of the Flat Rolling Process, Heidelberg: Springer-Verlag, Berlin, Germany