Prediction of residual stresses by FE simulations on compound work rolls during cooling

• Autorzy: Neira T. , Gilles G. , Tchoufang Tchuindjang T. , Lecomte-Beckers J. , Sinnaeve M. , Habraken A. M.

Warianty tytułu

PL

Przewidywanie metodą elementów skończonych powstawania naprężeń własnych w bimetalowych walcach roboczych podczas chłodzenia

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Bimetallic rolls used in the roughing stands of the Hot Strip Mill require mixed properties as a high wear resistance for the shell material and an enhanced toughness for the core material. The bimetallic roll studied in this paper is obtained from a vertical spin casting process followed by cooling and subsequent heat treatments. Failure of the compound roll sometimes occurs during the cooling stage of the casting route or later during the thermal treatments. It requires to deeply investigate the thermo mechanical metallurgical interactions generated during cooling and heat treatment in order to find the origin of cracks. For this purpose, a thermo metallurgic mechanical finite element model is used. However these numerical simulations require a high amount of mechanical, thermal and metallurgical parameters. In order to determinate these parameters, a study of available data for estimation of mechanical parameters was performed. Thermo physical parameters were obtained by DTA and DSC methods. Metallurgical characterization by inverse numerical method based on available CCT diagrams was performed to determine the TTT diagrams. First cooling numerical simulations are presented, allowing a rough estimate of residual stresses values and the identification of key parameters for predicting accurate residual stresses by sensitivity analysis.

PL

Bimetalowe walce używane w grupie wstępnej walcowni taśm na gorąco powinny charakteryzować się zarówno wysoką odpornością na zużycie powierzchni jak i zwiększoną wytrzymałością materiału podstawowego. Omawiany w artykule bimetalowy walec można otrzymać poprzez pionowe odlewanie, następnie chłodzenie i obróbkę cieplną. W tego typu walcu wady powstają na etapie chłodzenia w trakcie odlewania lub nieco później, podczas obróbek cieplnych. Należy zatem szczegółowo przeanalizować zależności cieplno mechaniczno metalurgiczne zachodzące podczas chłodzenia i obróbki cieplnej, tak, aby możliwe było zdiagnozowanie pochodzenia pęknięć. W tym celu wykonuje się obliczenia numeryczne z wykorzystaniem cieplno mechaniczno metalurgicznego modelu elementów skończonych. Prawidłowe przeprowadzenie takich symulacji wymaga znajomości licznych parametrów materiału: mechanicznych, cieplnych i metalurgicznych. W analizowanym w pracy walcu parametry mechaniczne wyznaczono na podstawie analizy danych dostępnych w literaturze. Parametry termo-fizyczne otrzymano przy użyciu metod DTA i DSC. Wykresy TTT wyznaczono na podstawie obliczeń odwrotnych w oparciu o dostępne wykresy CCT. W artykule przedstawiono wstępne numeryczne symulacje chłodzenia, które pozwalają na przybliżone oszacowanie wartości naprężeń oraz na identyfikację, przy użyciu analizy wrażliwości, kluczowych parametrów dla dokładnego przewidywania naprężeń własnych.

Słowa kluczowe

EN

phase transformation; residual stresses; FE simulations; bimetallic rolls; cooling

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 13, No. 1
• Strony: 84--91
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Neira T.

• Department ArGEnCo, Division MS2F, Université de Liège
• Department of Materials Engineering, Universidad de Concepción

autor

Gilles G.

• Department ArGEnCo, Division MS2F, Université de Liège

autor

Tchoufang Tchuindjang T.

• Departement M&S, Division LTAS MMS, Université de Liège

autor

Lecomte-Beckers J.

• Departement M&S, Division LTAS MMS, Université de Liège

autor

Sinnaeve M.

• Marichal Ketin, Verte Voie 39B- 4000 Liège

autor

Habraken A. M.

• Department ArGEnCo, Division MS2F, Université de Liège

Bibliografia

• Carton, M., Lecomte-Beckers, J., 2009, Rapport d’essais réalisés sur de matériaux de coeur, Wallon region Project SOUBIRO, (in French).
• Contrepois, Q., Lecomte-Beckers, J., 2011, Analyses thermo physiques de l’acier haut chrome, Wallon region Project SOUBIRO, (in French).
• Casotto, S., Pascon, F., Habraken, A.M., Bruschi, S., 2005, Thermo-mechanical-metallurgical model to predict geometrical distortions of rings during cooling phase after ring rolling operations, International Journal of Machine Tools & Manufacture, 45, 657-664.
• Coret, M., 2002, Experimental study of the phase transformation plasticity of 16MND5 steel low carbon steel under multiaxial loading, International Journal of plasticity, 18, 1707-1727.
• Denis, S., Archambault, P., Aubry, C., Mey, A., Louin, J.C., Simon, A., 1999, Modeling of phase transformations kinetics and coupling with heat treatment residual stress predictions, Journal de Physique IV, France, 09, 323-332
• El Bartali, A., Zhang, L., Studer, L., Habraken, A.M., 2009, Validation d'un calcul thermique métallurgique in Mécanique et mécanismes des changements de phases, Proc. Conf. MECAMAT 2009, eds, Appolaire, B., Arbab Chirani, S., Calloch, S., Denis, S., Leal, M., Tailleur, M., Aussois , France, 254-258, (in French).
• Habraken, A.M., Bourdouxhe, M.,1992, Coupled thermomechanical-metallurgical analysis during the cooling of steel pieces, European journal of mechanics - A/Solids, 11, 381-402.
• Herman, M., 2006, Etude métallurgique et thermomécanique du phénomène de bris lors de traitements thermiques de cylindres de laminoir en acier moyen chrome, PhD thesis, Université de Liège, (in French).
• Geijselaers, H.J.M., 2003, Numerical simulation of stresses due to solid state transformations: The simulations of laser hardening, PhD thesis, University of Twente.
• Neira, I., 2011, Identificación de diagramas TTT a partir de diagramas CCT para modelación de transformaciones de fase, Final work, Universidad de Concepción, (in Spanish).
• Röhrig, K., Fairhurst, W., 1979, ZTU-Schaubilder Giesserei, Verlag, Düsseldorf, (in German).
• Studer, L., 2008, Modelling vertical spincasting of large bimetallic rolling mills, DEA thesis, Université de Liège.