Mathematical modeling of phenomena of dynamic recrystallization during hot plastic deformation in high-carbon bainitic steel

Based on the research results, coefficients were determined in constitutive equations, describing the kinetics of dynamic recrystallization in high-carbon bainitic steel during hot deformation. The developed mathematical model takes into account the dependence of changing kinetics in the size evolution of the initial austenite grains, the value of strain, strain rate, temperature and time. Physical simulations were carried out on rectangular specimens measuring 10 × 15 × 20 mm. Compression tests with a plane state of deformation were carried out using a Gleeble 3800

Učinak parametara asimetričnog valjanja platine na promjene ukupnog pritiska valjka

This work shows the results of theoretical analysis of asymmetric rolling process of plates in the finishing mill of plate rolling. Its aim was to determine the influence of asymmetry velocity of working rolls on decrease of unit pressure of metal on the rolls. The lower value of the unit pressure will reduce the elastic deflection of the finishing stand and improve the cross-section shape of plate. Three-dimensional simulation of asymmetric hot rolling of S355J2G3 steel plates was done with the aid of FORGE 2008® software. The tensor polynomial interpolation was used for comparing the values of the unit pressure obtaining from symmetric and asymmetric rolling.Rad daje rezultate teorijske analize asimetričnog valjanja platine u završnom stanu. Cilj je odrediti utjecaj asimetrične brzine radnih valjaka na umanjenje jediničnog pritiska metala na valjke. Niža vrijednost jediničnog pritiska smanjiti će elastičnu deformaciju završnog stana. i poboljšati oblik presjeka platine. Trodimenzionalna simulacija asimetričnog vrućeg valjanja S355J2G3 čeličnih platina izvedena je pomoću FORGE 2008® softvera. Polinomni tenzor interpolacije rabljen je za usporedbu vrijednosti jediničnog pritiska dobijenog sa simetričnim I nesimetričnim valjanjem

Analysis of the microstructure evolution during thermo-mechanical treatment of the steel plates in grade X80-X100

In the work the results of the physical modeling of plate rolling process of HSLA steel were presented. The simulations were carried out using the Gleeble 3800 device and the anvils set for plane strain compression study. The aim of the simulation were a determination of a influence of changes in chemical composition of steel on obtained final structure and tensile strength of specimens after controlled deformation and accelerated cooling to room temperature. During investigation three grades of steels with a little different chemical composition were examined

The influence of chemical composition on structure of plate X100 after physical simulations of finishing rolling process with accelerated cooling

The research presented in the current paper was carried out for the experimental steel designed for plate which meets the requirements for grade X100 according to API5L. The tested steel is fine-grained constructional steel for making tubes for gas pipelines with minimal yield point of 690 MPa and tensile strength over 760 MPa. The laboratory tests were obtained that in the structure the polygonal ferrite were observed. That may have a disadvantageous influence on the limit of plasticity value X100 steel. The corrections of the chemical composition were carried out. The temperature and deformation schemes in the thermo-plastic treatment phase were determined

Effect of plate asymmetric rolling parameters on the change of the total unit pressure of roll

This work shows the results of theoretical analysis of asymmetric rolling process of plates in the finishing mill of plate rolling. Its aim was to determine the influence of asymmetry velocity of working rolls on decrease of unit pressure of metal on the rolls. The lower value of the unit pressure will reduce the elastic deflection of the finishing stand and improve the cross-section shape of plate. Three-dimensional simulation of asymmetric hot rolling of S355J2G3 steel plates was done with the aid of FORGE 2008® software. The tensor polynomial interpolation was used for comparing the values of the unit pressure obtaining from symmetric and asymmetric rolling

Mathematical modeling of phenomena of dynamic recrystallization during hot plastic deformation in high-carbon bainitic steel

Based on the research results, coefficients were determined in constitutive equations, describing the kinetics of dynamic recrystallization in high-carbon bainitic steel during hot deformation. The developed mathematical model takes into account the dependence of changing kinetics in the size evolution of the initial austenite grains, the value of strain, strain rate, temperature and time. Physical simulations were carried out on rectangular specimens measuring 10 × 15 × 20 mm. Compression tests with a plane state of deformation were carried out using a Gleeble 3800

ESTIMATION OF IRREVERSIBLE DAMAGEABILITY AT FATIGUE OF CARBON STEEL

Purpose. Damageability estimation of carbon steel in the conditions of cyclic loading. Methodology. The steel fragments of railway wheel rim and rail head served as material for research with chemical composition 0.65 % С, 0.67 % Mn, 0.3 % Si, 0.027 % P, 0.028 % S и 0.7 % C, 0.82 % Mn, 0.56 % Si, 0.025 % P, 0.029 % S accordingly. The microstructure of tested steels corresponded to the state of metal after a hot plastic deformation. The fatigue research was conducted in the conditions of symmetric bend using the proof-of-concept machine of type «Saturn-10». Full Wohler diagrams and the lines corresponding to forming of sub-and micro cracks were constructed. The distribution analysis of internal stresses in the metal under cyclic loading was carried out using the microhardness tester of PMT-3 type.Findings. On the basis of fatigue curves for high-carbon steels analysis the positions of borders dividing the areas of convertible and irreversible damages were determined. The article shows that with the growth of carbon concentration in the steel at invariability of the structural state an increase of fatigue limit is observed. At the same time the acceleration of processes, which determine transition terms from the stage of forming of submicrocracks to the microcracks occurs. The research of microhardness distribution in the metal after destruction confirmed the nature of carbon amount influence on the carbon steel characteristics. Originality. Regardless on the stages of breakdown site forming the carbon steels behavior at a fatigue is determined by the ration between the processes of strengthening and softening. At a cyclic loading the heterogeneity of internal stresses distribution decreases with the increase of distance from the destruction surface. Analysis of metal internal restructuring processes at fatigue loading made it possible to determine that at the stages prior to incubation period in the metal microvolumes the cells are already exist with inhomogeneous position of crystalline structure defects and, primarily, dislocations. Practical value. Increase of carbon content from 0.65 to 0.7%, in the conditions of cyclic loading of steel with the structure of lamellar pearlite is accompanied by the fatigue durability increase approximately on 40%. The increase of carbon content in steel accelerates transition from the stage of forming the convertible damages of internal structure to irreversible ones that is confirmed by the increase of angular coefficient of French curves

Оцінка необерненої ушкоджуваності при втомі вуглецевої сталі

Purpose. Damageability estimation of carbon steel in the conditions of cyclic loading. Methodology. The steel fragments of railway wheel rim and rail head served as material for research with chemical composition 0.65 % С, 0.67 % Mn, 0.3 % Si, 0.027 % P, 0.028 % S и 0.7 % C, 0.82 % Mn, 0.56 % Si, 0.025 % P, 0.029 % S accordingly. The microstructure of tested steels corresponded to the state of metal after a hot plastic deformation. The fatigue research was conducted in the conditions of symmetric bend using the proof-of-concept machine of type «Saturn-10». Full Wohler diagrams and the lines corresponding to forming of sub-and micro cracks were constructed. The distribution analysis of internal stresses in the metal under cyclic loading was carried out using the microhardness tester of PMT-3 type.Findings. On the basis of fatigue curves for high-carbon steels analysis the positions of borders dividing the areas of convertible and irreversible damages were determined. The article shows that with the growth of carbon concentration in the steel at invariability of the structural state an increase of fatigue limit is observed. At the same time the acceleration of processes, which determine transition terms from the stage of forming of submicrocracks to the microcracks occurs. The research of microhardness distribution in the metal after destruction confirmed the nature of carbon amount influence on the carbon steel characteristics. Originality. Regardless on the stages of breakdown site forming the carbon steels behavior at a fatigue is determined by the ration between the processes of strengthening and softening. At a cyclic loading the heterogeneity of internal stresses distribution decreases with the increase of distance from the destruction surface. Analysis of metal internal restructuring processes at fatigue loading made it possible to determine that at the stages prior to incubation period in the metal microvolumes the cells are already exist with inhomogeneous position of crystalline structure defects and, primarily, dislocations. Practical value. Increase of carbon content from 0.65 to 0.7%, in the conditions of cyclic loading of steel with the structure of lamellar pearlite is accompanied by the fatigue durability increase approximately on 40%. The increase of carbon content in steel accelerates transition from the stage of forming the convertible damages of internal structure to irreversible ones that is confirmed by the increase of angular coefficient of French curves.Цель. В исследовании необходимо осуществить оценку уровня повреждаемости углеродной стали в условиях циклического нагружения. Методика. Материалом для исследования служили фрагменты обода железнодорожного колеса и головки рельса с химическим составом 0,65 % С, 0,67 % Mn, 0,3 % Si, 0,027 % P, 0,028 % S и 0,7 % C, 0,82 % Mn, 0,56 % Si, 0,025 % P, 0,029 % S соответственно. Микроструктура исследуемых сталей соответствовала состоянию металла после горячей пластической деформации. Исследования на усталость проводили в условиях симметричного изгиба на испытательной машине типа «Сатурн-10». Строили полные диаграммы Велера и линии, которые отвечают формированию суб- и микротрещин. Анализ распределения внутренних напряжений в металле при циклическом нагружении осуществляли с использованием микротвердомера типа ПМТ-3. Результаты. На основе анализа кривых усталости высокоуглеродистых сталей были определены положения границ, которые разделяют области обратимой и необратимой повреждаемости. В работе показано, что с ростом концентрации углерода в стали, при неизменности структурного состояния, наблюдается повышение предела усталости. Вместе с этим происходит ускорение процессов, которые определяют условия перехода от этапа формирования субмикротрещин к микротрещинам. Исследованиями распределения микротвердости в металле после разрушения подтвержден характер влияния количества углерода на характеристики усталости стали. Научная новизна. Независимо от этапов формирования очага разрушения характер поведения углеродных сталей при усталости определяется соотношением между процессами упрочнения и разупрочнения. При циклическом нагружении возникающая неоднородность распределения внутренних напряжений уменьшается с ростом расстояния от поверхности разрушения. Анализ процессов внутренней перестройки металла при усталостном нагружении позволил определить, что на этапах до начала инкубационного периода в микрообъемах металла уже присутствуют ячейки с неоднородным расположением дефектов кристаллического строения и, в первую очередь, дислокаций. Практическая значимость. Увеличение содержания углерода от 0,65 до 0,70 %, в условиях циклического нагружения стали со структурой пластинчатого перлита, сопровождается увеличением усталостной прочно-сти приблизительно на 40 %. Прирост содержания углерода в стали ускоряет переход от этапа формирова-ния обратимых повреждений внутреннего строения к необратимым, что подтверждается увеличением углового коэффициента кривых Френча.Мета. У дослідженні необхідно здійснити оцінку рівня ушкоджуваності вуглецевої сталі в умовах циклічного навантаження. Методика. Матеріалом для дослідження були сталі фрагментів ободу залізничного колеса й голівки рейки з хімічним складом 0,65 % С, 0,67 % Mn, 0,3 % Si, 0,027 % P, 0,028 % S та 0,7 % C, 0,82 % Mn, 0,56 % Si, 0,025 % P, 0,029 % S відповідно. Мікроструктура досліджуваних сталей відповідала стану металу після гарячої пластичної деформації. Дослідження на втому проводили в умовах симетричного згину на випробувальній машині типу «Сатурн-10». Будували повні діаграми Велера та лінії, що відповідають формуванню суб- та мікротріщин. Аналіз розподілу внутрішніх напружень у металі при циклічному навантаженні проводили з використанням мікротвердоміра типу ПМТ-3. Результати. На основі аналізу кривих втоми високовуглецевих сталей були визначені положення меж, що розділяють області оберненої та необерненої ушкоджуваності при циклічному навантаженні. У роботі показано, що з ростом концентрації вуглецю в сталі, за умов незмінності її структурного стану, спостерігається підвищення межі втоми. Разом із цим спостерігається прискорення процесів, що визначають умови переходу від етапу формування субмікротріщин до мікротріщин. Дослідженнями розподілу мікротвердості в металі після руйнування при втомі підтверджено характер впливу кількості вуглецю в сталі. Наукова новизна. Незалежно від етапів формування осередку руйнування характер поведінки вуглецевих сталей при втомі визначається співвідношенням між процесами зміцнення й пом’якшення. При циклічному навантаженні виникаюча неоднорідність розподілу внутрішніх напружень зменшується зі збільшенням відстані поверхні руйнування. Аналіз процесів внутрішньої перебудови при втомі дозволив визначити, що на етапах до початку інкубаційного періоду в мікрооб’ємах металу вже присутні осередки з неоднорідним розташуванням дефектів кристалічної будови та, у першу чергу, дислокацій. Практична значимість. Збільшення вмісту вуглецю від 0,65 до 0,70 %, за умов циклічного навантаження вуглецевої сталі зі структурою пластинкового перліту, супроводжується збільшенням межі міцності при втомі приблизно на 40 %. Збільшення вмісту вуглецю в сталі прискорює перехід від етапу формування обернених ушкоджень внутрішньої будови до необернених, що підтверджується зростанням кутового коефіцієнту кривих Френча

Analysis of the microstructure evolution during thermo-mechanical treatment of the steel plates in grade X80-X100

In the work the results of the physical modeling of plate rolling process of HSLA steel were presented. The simulations were carried out using the Gleeble 3800 device and the anvils set for plane strain compression study. The aim of the simulation were a determination of a influence of changes in chemical composition of steel on obtained final structure and tensile strength of specimens after controlled deformation and accelerated cooling to room temperature. During investigation three grades of steels with a little different chemical composition were examined