1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физика металлов и металловедение
  4. T. 124, № 12, 2023

Физика металлов и металловедение, 2023, T. 124, № 12, стр. 1244-1252

Модель для прогнозирования размера аустенитного зерна при горячей деформации низколегированных сталей с учетом эволюции дислокационной структуры

И. И. Горбачев a, *, Е. И. Корзунова a, В. В. Попов a, Д. М. Хабибулин b, Н. В. Урцев b

a Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН
620108 Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18, Россия

b Исследовательско-технологический центр “Аусферр”
455000 Магнитогорск, ул. Ломоносова, д. 11/1, Россия

* E-mail: gorbachev@imp.uran.ru

Поступила в редакцию 19.07.2023
После доработки 28.08.2023
Принята к публикации 29.08.2023

Аннотация

Предложена модель для описания поведения среднего размера аустенитного зерна и дислокационной структуры низколегированных сталей в процессе и после горячей деформации. В модели учитывается протекание процессов возврата, динамической, первичной и собирательной рекристаллизации зерен, а также индуцированное деформацией выделение карбонитридных фаз и их эволюция. Проведено сравнение результатов расчетов с имеющимися в литературе экспериментальными данными и показано их удовлетворительное согласие.

Ключевые слова: моделирование, деформация, структура, размер зерна, рекристаллизация

Список литературы

  1. Roberts W., Ahlblom B. A nucleation criterion for dynamic recrystallization during hot working // Acta Metal. 1978. V. 26. № 5. P. 801–813. https://doi.org/10.1016/0001-6160(78)90030-5

  2. Madej L., Sitko M., Pietrzyk M. Perceptive comparison of mean and full field dynamic recrystallization models // Archives of Civil and Mechanical Engineering. 2016. V. 16. № 4. P. 801–813. https://doi.org/10.1016/j.acme.2016.03.010

  3. Roucoules C., Pietrzyk M., Hodgson P.D. Analysis of work hardening and recrystallization during the hot working of steel using a statistically based internal variable model // Mater. Sci. Eng.: A. 2003. V. 339. № 1–2. P. 1–9. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(02)00120-X

  4. Sarkar S., Moreau A., Militzer M., Poole W.J. Evolution of austenite recrystallization and grain growth using laser ultrasonics // Metall and Mat Trans. A. 2008. V. 39. P. 897–907. https://doi.org/10.1007/s11661-007-9461-6

  5. Liang Sh., Levesque D., Legrand N., Zurob H.S. Use of in-situ laser-ultrasonics measurements to develop robust models combining deformation, recovery, recrystallization and grain growth // Materialia. 2020. V. 12. 100812. https://doi.org/10.1016/j.mtla.2020.100812

  6. Рудской А.И., Колбасников Н.Г. Цифровые двойники технологий термомеханической обработки стали // Металловедение и термич. обр. металлов. 2020. № 1. С. 4–11. https://doi.org/10.1007/s11041-020-00505-4

  7. Sandström R., Lagneborg R. A model for hot working occurring by recrystallization // Acta Metall. 1975. V. 23. P. 387–398. https://doi.org/10.1016/0001-6160(75)90132-7

  8. Lenart J.G., Pietyrzyk M. Cserrr L. Mathematical and physical simulation of the properties of hot rolled products. Amsterdam-Lausanne-New York-Oxford-Shannon-Singapore-Tokyo: Elsevie, 1999. 264 p. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-042701-0.X5000-1

  9. Timoshenkov A., Warczok P., Albu M., Klarner J., Kozeschnik E., Bureau R., Sommitsch C. Modelling the dynamic recrystallization in C–Mn micro-alloyed steel during thermo-mechanical treatment using cellular automata // Comput. Mater. Sci. 2014. V. 24. P. 85–94. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2014.02.017

  10. Buken H., Kozeschnik E. A model for static recrystallization with simultaneous precipitation and solute drag // Metall. Mater. Trans. A. 2017. V. 48. P. 2812–2818. https://doi.org/10.1007/s11661-016-3524-5

  11. Горбачев И.И., Пасынков А.Ю., Попов В.В. Моделирование влияния горячей деформации на размер аустенитного зерна низколегированных сталей с карбонитридным упрочнением // ФММ. 2018. Т. 119. № 6. С. 582–589. https://doi.org/10.1134/S0031918X18060078

  12. Горбачев И.И., Пасынков А.Ю., Попов В.В. Моделирование эволюции карбонитридных частиц сложного состава при горячей деформации низколегированной стали // ФММ. 2018. Т. 119. № 8. С. 817–826. https://doi.org/10.1134/S0031918X18080021

  13. Popov V.V. Simulation of dissolution and coarsening of MnS precipitates in Fe-Si // Philosophical Magazine A. 2002. V. 82. № 1. P. 17–27. https://doi.org/10.1080/01418610208239993

  14. Popov V.V., Gorbachev I.I., Alyabieva J.A. Simulation of precipitates evolution in multiphase multicomponent systems with consideration of nucleation // Philosoph. Magazine. 2005. V. 85. № 22. P. 2449–2467. https://doi.org/10.1080/14786430500070750

  15. Popov V.V., Gorbachev I.I., Pasynkov A.Yu. Simulation of precipitates evolution in multiphase multicomponent systems with consideration of nucleation // Philosoph. Magazine. 2016. V. 96. № 35. P. 3632–3653. https://doi.org/10.1080/14786435.2016.1232867

  16. Горбачев И.И., Попов В.В., Пасынков А.Ю. Моделирование эволюции выделений двух карбонитридных фаз в сталях с Nb и Ti при изотермическом отжиге // ФММ. 2013. Т. 114. № 9. С. 807–817.

  17. Ding R., Guo Z.X. Coupled quantitative simulation of microstructural evolution and plastic flow during dynamic recrystallization // Acta Mater. 2001. V. 49. № 10. P. 3163–3175. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(01)00233-6

  18. Hellman P., Hillert M. On the effect of second-phase particles on grain growth // Scand. J. Metall. 1975. V. 4. P. 211–219.

  19. Humphreys F.J., Hatherly M. Recrystallization and related annealing phenomena / 2nd ed. Oxford, Elsevier, 2004. 574 p. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-044164-1.X5000-2

  20. Горбачёв И.И., Пасынков А.Ю., Попов В.В. Прогнозирование размера аустенитного зерна микролегированных сталей на основе моделирования эволюции карбонитридных выделений // ФММ. 2015. Т. 116. № 11. С. 1184–1191. https://doi.org/10.1134/S0031918X1511006X

  21. Горбачев И.И., Корзунова Е.И., Попов В.В., Хабибулин Д.М., Урцев Н.В. Моделирование роста аустенитного зерна в низколегированных сталях при аустенитизации // ФММ. 2023. Т. 124. № 3. С. 303–309. https://doi.org/10.1134/S0031918X23600100

  22. Zener C. цитиpyeтcя пo Gladman T. On the theory of the effect of precipitate particles on grain growth in metals // Proc. R. Soc. Lond. A. 1966. V. 294. P. 298–309. https://doi.org/10.1098/rspa.1966.0208

  23. Estrin Y., Mecking H. A unified phenomenological description of work hardening and creep based on one-parameter models // Acta metall. 1984. V. 32. № 1. P. 57–70. https://doi.org/10.1016/0001-6160(84)90202-5

  24. Sandström R. Subgrain growth occurring by boundary migration // Acta Metallurgica. 1977. V. 25. № 8. P. 905–911. https://doi.org/10.1016/0001-6160(77)90177-8

  25. Zener C., Hollomon J. H. Effect of strain rate upon plastic flow of steel // Journal of Applied Physics. 1944. V. 15. № 12. P. 22–32. https://doi.org/10.1063/1.1707363

  26. Zurob H.S., Bréchet Y., Dunlop J. Quantitative criterion for recrystallization nucleation in single-phase alloys: Prediction of critical strains and incubation times // Acta Mater. 2006. V. 54. № 15. P. 3983–3990. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2006.04.028

  27. Горбачев И.И., Попов В.В., Пасынков А.Ю. Термодинамическое моделирование карбонитридообразования в сталях с Nb и Ti // ФММ. 2012. Т. 113. № 7. С. 727–735. https://doi.org/10.1134/S0031918X1207006X

  28. Diffusion in Solid Metals and Alloys // In Defect and Diffusion Forum. 1970. V. 4. P. 296–340. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ddf.4.296

  29. Liu W.J., Jonas J. Characterisation of critical nucleus/matrix interface: Application to Cu–Co alloys and microalloyed austenite // Mater. Sci. Technol. 1989. V. 5. P. 8–12. https://doi.org/10.1179/mst.1989.5.1.8

  30. Pietrzyk M. Through-process modelling of microstructure evolution in hot forming of steels // J. Mater. Proces. Techn. 2002. V. 125–126. P. 53–62. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(02)00285-6

  31. Banerjee K., Militzer M., Perez M., Wang X. Nonisothermal austenite grain growth kinetics in a microalloyed X80 linepipe steel // Metal. Mater. Trans. A. 2010. V. 41A. № 12. P. 3161–3172. https://doi.org/10.1007/s11661-010-0376-2

  32. Uhm S., Moon J., Lee Ch., Yoon J., Lee B. Prediction model for the austenite grain size in the coarse grained heat affected zone of Fe–C–Mn steels: Considering the effect of initial grain size on isothermal growth behavior // ISIJ International. 2004. V. 44. № 7. P. 1230–1237. https://doi.org/10.2355/isijinternational.44.1230

  33. Hillert M. On the theory of normal and abnormal grain growth // Acta Met. 1965. V. 13. P. 227–238. https://doi.org/10.1016/0001-6160(65)90200-2

  34. Rios P.R. Overview no. 62: A theory for grain boundary pinning by particles // Acta Metallurgica. 1987. V. 35. № 12. P. 2805–2814. https://doi.org/10.1016/0001-6160(87)90280-X

  35. Liu W.J., Jonas J. Nucleation kinetics of Ti carbonitride in microalloyed austenite // Metall. Trans. 1989. V. A 20. P. 689–697. https://doi.org/10.1007/BF02667586

  36. Serajzadeh S. A mathematical model for evolution of flow stress during hot deformation // Mater. Letters. 2005. V. 59. P. 3319–3324. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2005.05.065

  37. Serajzadeh S. Modelling dynamic softening processes during hot working // Mater. Sci. Eng. 2005. A. 404. P. 130–137. https://doi.org/10.1016/j.msea.2005.05.040

  38. Bäcke L. Modeling the Microstructural Evolution during Hot Deformation of Microalloyed Steels // Doctoral thesis. 2009. https://www.diva-portal.org/ smash/get/diva2:216454/FULLTEXT01.pdf.

  39. Штремель М.А. Прочность сплавов. Часть II. Деформация. М.: МИСиС, 1997. 527 с.

  40. Горелик С.С., Добаткин С.В., Капуткина Л.М. Рекристаллизация металлов и сплавов. 3-е изд. М.: МИСиС, 2005. 432 с.

Дополнительные материалы

скачать ESM.docx
Приложение 1.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физика металлов и металловедение

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал