Effect of deformation heat in the laboratory hot rolling quantified by temperature scanners and modelling based on FEM

• Autorzy: Schindler I. , Kubina T. , Bílovský P. , Legerski M. , Heger M.

Warianty tytułu

PL

Wpływ ciepła odkształcenia w laboratoryjnej walcarce na gorąco wyznaczony przez pomiar temperatury oraz modelowanie MES

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The capability to measure and record the surface temperature of relatively small samples plays the key role in conditions of the laboratory hot rolling. The situation during the experiment is complicated by a small homogeneity of the temperature field, the speed of its change, as well as a relatively high speed of movement of the rolling stocks, in combination with their limited length. All these unfavourable factors accompany the laboratory rolling in the two-stand computer controlled reversible rolling mill TANDEM (Institute of Modelling and Control of Forming Processes, VŠB-TU Ostrava). The installation of two temperature scanners LANDSCAN, working with the scanning speed 100 Hz in a parallel way, on the brackets above all three roller tables of the rolling mill made it possible to register effectively surface temperatures of the samples, moving in an arbitrary place, i.e. at the entry side between both mill stands as well as on the run-out roller table. Only the values of maximum temperatures of particular lines are sent from the temperature scanners to the control computer of the mill TANDEM. Another computer records and processes the whole surface-temperature maps. By means of the original software method a large volume of transferred data was minimized and the control computer records only the time course of maximum temperatures and detects passing the rolling stock beneath both scanning heads. This experimental method was used in monitoring of temperature changes during the high-reduction hot rolling of the plain-carbon steel with different speed, when two factors act against each other ? heating of a body by the deformation heat and the heat removal from its surface layers into the work rolls. The measured data served for a set up of the dependence between a change of the surface temperature of the rolling stock during its high reduction and the corresponding strain rate. The pertinent diagram proves a good accuracy and repeatability of the chosen experimental method. The samples quenched just after the deformation into the water underwent the metallographic analyses. The etching to the initial austenitic grain brought the valuable information about the influence of the deformation heat on the kinetics of the metadynamic recrystallization and the structural characteristics. The measure specific results are on the whole compatible with the data calculated by means of the exacting mathematical modelling on the basis of FEM; nevertheless, the physical method appears to be essentially more effective. One experiment of this type, including the preparation and heating of the sample and evaluation of data, takes the time an order of magnitude lower than the calculation on the basis of FEM, which demands normally more than ten hours. Of course, the mathematical modelling is principally a more universal method. The comparison of the results of the mathematical simulations and the measured temperature values confirmed that for the achievement of more accurate results it is suitable ? when a program based on FEM is used ? to substitute into the program the more precise constants gained by physical measurements.

PL

Zdolność pomiaru temperatury powierzchni przy relatywnie małych próbkach odgrywa kluczową rolę podczas analizy pro­cesu walcowania na gorąco w warunkach laboratoryjnych. Sytuację komplikuje mała jednorodność pól temperatury, jak również stosunkowa duża prędkość walcowanego materiału w połączeniu z jego ograniczoną długością. Instalacja dwóch czujników temperatury LANDSCAN, pracujących równolegle z częstotliwością 100 Hz, umieszczonych na wspornikach nad wszystkimi trzema samotokami walcarki TANDEM, umożliwia efektywny pomiar temperatury powierzchni małych, ruchomych próbek. Tylko maksymalne wartości zmierzonych temperatur są przesyłane z czujników do komputera sterującego walcarką. Inny komputer rejestruje i przetwarza całe mapy pól temperatu­ry. Za pomocą oryginalnego oprogramowania zminimalizowano liczbę przesyłanych danych i komputer sterujący rejestruje tylko czas pojawienia się najwyższej temperatury oraz wykrywa materiał poruszający się pod obydwoma głowicami. Ta metoda doświadczalna została zastosowana do monito­rowania zmian temperatury podczas walcowania na gorąco stali węglowej z dużym odkształceniem i różnymi prędkościami. Zmierzone dane posłużyły do ustalenia zależności pomiędzy zmianami temperatury powierzchni walcowanego materiału podczas jego odkształcenia i odpowiadającą im prędkością odkształcenia. Próbki ochłodzone w wodzie tuż po walcowaniu poddano analizie metalograficznej. Pojawienie się zalążków ziaren austenitu dostarczyło cennych informacji na temat wpły­wu ciepła odkształcenia na kinetykę rekrystalizacji metadyna-micznej i na temat struktury materiału. Otrzymane wyniki są zgodne z wynikami otrzymanymi za pomocą dokładnego modelowania matematycznego opartego na MES. Porównanie wyników symulacji i mierzonych wartości temperatur potwierdziło, że w celu osiągnięcia dokładniejszych wyników, konieczne jest wstawienie do oprogramowania opar­tego na MES dokładniejszych stałych otrzymanych drogą po­miarów fizycznych.

Słowa kluczowe

EN

hot rolling; surface temperature; deformation heating; FEM based simulation

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 9, No. 2
• Strony: 189--194
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys.

Twórcy

autor

Schindler I.

autor

Kubina T.

autor

Bílovský P.

autor

Legerski M.

autor

Heger M.

• VSB-Technical University of Ostrava, Faculty of Metallurgy and Materials Engineering, Institute of Modelling and Control of Forming Processes 17.listopadu 15, 708 33 Ostrava, czech Republic,

Bibliografia

• 1.  Goetz, R. L., Semiatin, S. L., The adiabatic correction factor for deformation heating during the uniaxial compression test, J. of Materials Engineering and Performance, 10, 2001,710-717.
• 2.  htpp://fmmi 10. vsb.cz/model/english/tandem.htm/,      2007, Rolling mill TANDEM.
• 3.  Krejndlin, N. N., Rascot obzatij pri prokatke cvetnych metallov, Metallurgizdat, Moskva, 1963 (in Russian).
• 4.  Semiatin, S. L., Berbon, P. B., Langdon, T. G., Deformation heating and its effect on grain size evolution during equal channel angular extrusion, Scripta Materialia, 44, 2001,135-140.
• 5.  Sims, R. B., The Calculation of Roli Force and Torque in Hot Rolling. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, 168,1954, 191.
• 6.  Schindler, L, Boruta, J., Utilization Potentialities of the Torsion Plastometer, ed. Grosman, F., Silesian Technical University, Katowice, 1998, 34.
• 7.  Tamura, L, Ouchi, Ch., Tanaka, T., Sekine, H., Thermomechanical Processing of High Strength Low Alloy Steels,Butterworths, London, 1988, 62-65.
• 8. Yokota, T., Reverse Transformation Caused by Temperature Increase due to Deformation Heating, ISIJ International, 44, 2004, 1963-1965.