Математическое моделирование кинетики распада аустенита при охлаждении низкоуглеродистой стали с учётом влияния деформации

Abstract

RU: Цель. Исследование влияния высокотемпературной деформации низкоуглеродистой стали на кинетику распада аустенита и формирование структуры при различных скоростях охлаждения при помощи компьютерного моделирования. Методика. Основным инструментом исследования является физически обоснованная компьютерная модель, описывающая кинетику распада аустенита в сталях в процессе охлаждения. В качестве материала исследования выбрана низкоуглеродистая сталь 15. Результаты. Смоделирован процесс, описывающий кинетику распада аустенита в сталях произвольного состава, что позволяет также качественно и количественно предсказать формирование структуры металла. На примере низкоуглеродистой низколегированной стали продемонстрирована возможность модели прогнозировать влияние предварительной высокотемпературной деформации на структурообразование стали в ходе фазовых превращений. Показано, что увеличение скорости ферритного превращения в деформированной стали приводит к измельчению зерна феррита и предотвращению образования низкоуглеродистого мартенсита в конечной структуре. Научная новизна. С использованием компьютерной модели установлены качественные и количественные характеристики влияния предварительной деформации аустенита при 930 °С в стали 15. Установлено, что предварительная деформация со степенью 50 % в 1,5 – 2,0 (в зависимости от интенсивности охлаждения) раза измельчает размер зерна феррита и предотвращает образование низкоуглеродистого мартенсита. Степень выраженности влияния предварительной деформации на кинетику распада аустенита уменьшается при снижении скорости охлаждения. Практическая значимость. Компьютерное моделирование процессов распада переохлажденного аустенита позволяет быстро и с минимальными затратами получить информацию, необходимую для разработки и усовершенствования технологий термической и термомеханической обработки. В частности, показано, что, если образование мартенситных и бейнитных структур в условиях ускоренного охлаждения нежелательно, предварительная деформация низкоуглеродистой низколегированной стали при температуре несколько выше A3 позволяет существенно снизить их количество при одновременном значительном (в 1,5 – 2,0 раза) измельчении зерна феррита.

UK: Мета. Дослідження впливу високотемпературної деформації низьковуглецевої сталі на кінетику розпаду аустеніту і формування структури при різних швидкостях охолодження за допомогою комп'ютерного моделювання. Методика. Основним інструментом дослідження є фізично обґрунтована комп'ютерна модель, що описує кінетику розпаду аустеніту в сталях в процесі охолодження. Як матеріал дослідження обрано низьковуглецеву сталь 15. Результати. Змодельовано процес, що описує кінетику розпаду аустеніту в сталях довільного складу, що дозволяє також якісно і кількісно передбачити формування структури металу. На прикладі низьковуглецевої низьколегованої сталі продемонстрована можливість моделі прогнозувати вплив попередньої високотемпературної деформації на структуроутворення сталі в ході фазових перетворень. Показано, що збільшення швидкості феритного перетворення в деформованій сталі призводить до подрібнення зерна фериту і запобігання утворенню низьковуглецевого мартенситу в кінцевій структурі. Наукова новизна. З використанням комп'ютерної моделі встановлені якісні та кількісні характеристики впливу попередньої деформації аустеніту при 930 °С у сталі 15. Встановлено, що попередня деформація зі ступенем 50% у 1,5 – 2,0 (в залежності від інтенсивності охолодження) рази подрібнює розмір зерна фериту і запобігає утворенню низьковуглецевого мартенситу. Ступінь вираженості впливу попередньої деформації на кінетику розпаду аустеніту зменшується при зниженні швидкості охолодження. Практична значимість. Комп'ютерне моделювання процесів розпаду переохолодженого аустеніту дозволяє швидко і з мінімальними витратами отримати інформацію, необхідну для розробки та вдосконалення технологій термічної і термомеханічної обробки. Зокрема показано, що, коли утворення мартенситних і бейнітних структур в умовах прискореного охолодження є небажаним, попередня деформація низьковуглецевої низьколегованої сталі при температурі трохи вище A3 дозволяє істотно знизити їх кількість при одночасному значному (в 1,5 – 2,0 рази) подрібненні зерна фериту.

EN: Purpose. A study of high-temperature deformation of low-carbon steel impact on the kinetics of austenite transformations and a structure formation at different cooling rates using computer simulation. Methods. The main research tool is a physically based computer model describing the kinetics of austenite transformation in steel during cooling. As research material selected low-carbon steel 15. Findings. Here was modeled a process, describing the transformation kinetics of austenite in arbitrary composition steels, allowing also qualitatively and quantitatively predict the metal structure formation. Using as an example a lowcarbon low-alloyed steel the feasibility of the model to predict the impact of pre-high-temperature deformation on the steel structure during the phase transformation was demonstrated. It was shown an increasing of ferrite transformation rate in the deformed steel which causes ferrite grain refinement and prevent a formation of low-carbon martensite in the final structure. Originality. Using a computer model quality and quantity effects austenite of pre-strain at 930 °C in the steel 15 were studied. It is found that predeformation with a degree of 50% can in the 1.5 - 2.0 (depending on the cooling rate) times refines ferrite grain size and prevents the formation of low-carbon martensite. The degree of pre-deformation effect on the kinetics of austenite transformation decreases with a decrease in the cooling rate. Practical value. Computer simulation of supercooled austenite transformation processes allows you to quickly and cost-effectively get the information necessary for thermal and thermo-mechanical processing technologies development and improvement. In particular it is shown that when the formation of martensite and bainite structures in the conditions of accelerated cooling is not desirable, preliminary deformation of a low carbon low alloyed steel at a temperature slightly higher than A3 can significantly reduce their quantity while significantly (up to 1.5 – 2.0 times) ferrite grains refinement.