JP2004344934A

JP2004344934A - 圧延加工の金属組織予測方法

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Publication number: JP2004344934A
Application number: JP2003145043A
Authority: JP
Inventors: Masanao Fujiwara; 正尚藤原; Masamichi Kono; 正道河野
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2003-05-22
Filing date: 2003-05-22
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2023-05-22
Also published as: JP4269778B2

Abstract

【目的】圧延加工される被加工材料の金属組織を正確に予測可能な金属組織予測方法を提供する。
【解決手段】圧延シミュレータ４０からの圧延加工前の節点情報Ｆ_Ｆと圧延加工後の節点情報Ｆ_Ａとから、その圧延加工前の値から加工後の値へ逐次変化する温度Ｔ、歪みε、歪み速度εの経過時間毎に経過時間情報ｔを有する節点情報Ｆ_ｎが生成され、増分形組織予測モデル４４から流線に沿った経過時間単位毎の増分に基づいて圧延加工後における被加工材料２８の再結晶率Ｘおよび平均粒径ｄの少なくとも一方が算出されることから、圧延による塑性変形途中において逐次変化する温度Ｔ、歪みε、歪み速度εから被加工材料２８の再結晶率Ｘおよび平均粒径ｄの少なくとも一方が算出される。動的再結晶加味されて予測されるので、被加工材料２８内の粒成長が正確に見積もられ、正確に金属組織を予測することが可能となる。
【選択図】図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属材料に対する圧延加工時の金属組織を数値解析によって予測するための金属組織予測方法に関し、特に金属組織予測精度を高める技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧延加工、たとえば熱間圧延加工を金属材料に対して施す場合、その金属材料の機械的性質に密接に関連する金属組織を最適なものとすることが望まれる。たとえば金属材料がニッケル基耐蝕耐熱合金またはオーステナイト系耐熱鋼である場合、γ鉄固溶体であるオーステナイトの結晶が金属材料の全断面において均一な微細粒となることが望まれる。従来、オーステナイトの結晶粒は圧延加工条件によってその結晶粒の大きさが変化させられることから、実験や試作を繰り返して、経験的にその圧延加工条件が設定されて来た。しかし、このような方法では、新しい製品を得るための新しい材料や加工工程を適用しようとする際には、製造工程で実施しようとするまでに長時間の実験や試作を必要とするとともに、費用も大きなものとなっていた。特に、設定条件が複雑な多段の圧延加工工程を導入しようとする場合には、各段における条件の組み合わせが無限に存在するので、上記の不都合が顕著となっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これに対し、特許文献１に示すように、有限要素法変形解析を用いて、圧延加工の被加工材料内の各要素毎の変形解析を行うとともに、その要素毎の変形解析結果と全ひずみ形組織予測解析とを連成させる技術が提案されている。このような解析は、全要素毎に、そのひずみに基づいて金属組織を予測するので、多段圧延工程を経た被加工材料における圧延加工の金属組織が予測可能とされる。しかしながら、このような解析技術では、被加工材料の加工前の状態と加工終了後の状態との全変形量（全ひずみ）から各要素毎の歪みを求めてそれから組織予測を行う全ひずみ形組織予測法と称されるものであるため、加工中の温度やひずみ速度の変動に対応できないので、金属組織の解析精度が十分に得られないという欠点があった。すなわち、金属材料ではその変形中の条件に応じて再結晶挙動が変化するのであるが、上記全ひずみ形組織予測法では、加工中の動的な組織変化を正確に予測できないため、金属組織の解析精度が十分に得られないのである。
【０００４】
また、上記に対し、特許文献２に示すように、数値解析による熱間加工時の金属組織の予測方法が提案されている。これによれば、各要素に対応する節点の歪み速度が予め設定された判定値を超える場合は予め記憶された変形中の再結晶挙動に関するデータベースたとえば変形中の再結晶モデルを用いて再結晶挙動すなわち動的な組織変化を計算単位（インクリメント）毎に逐次算出し、上記節点の歪み速度が予め設定された判定値以下である場合は変形後の無負荷状態において進行する再結晶挙動、静的再結晶完了後の粒成長挙動、または未再結晶領域における転位や歪みの残留挙動に関するデータベースたとえば非変形中の再結晶モデルを用いて再結晶挙動を計算単位毎に算出する技術が提案されている。このような解析技術では、計算単位毎の温度、歪み、歪み速度から得られる温度増分、歪み増分、歪み速度増分に基づいて、変形中であれば変形抵抗挙動および変形中の再結晶挙動を示す予め記憶された関係（データベース）から変形抵抗および再結晶の増分を逐次算出し、非変形中（インターバル）であれば、変形後の無負荷状態において進行する再結晶挙動、静的再結晶完了後の粒成長挙動、または未再結晶領域における転位や歪みの残留挙動に関する予め記憶された関係（データベース）から、再結晶、粒成長、或いは転位や歪みの増分を逐次算出するものであるので温度や歪みの変化に対応でき、被加工材料の異なる部分を逐次変形する工程が繰り返される鍛造加工のような場合でも粒度の不均一な分布を見過ごすことがなくなり、組織予測が正確となる。しかしながら、このような解析技術は、インクリメントを持たない定常解析には適用できないという問題があった。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２２５４０５号公報
【特許文献２】特開２００３−０６４４５７号公報
【０００６】
本発明は以上の事情を背景として為されたものであって、その目的とするところは、圧延加工される被加工材料の金属組織を正確に予測可能な金属組織予測方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、所定の圧延加工を受けた被加工材料内の金属組織を予測する方法であって、（ａ）前記被加工材料内を有限の要素に分割し、要素上の節点毎に温度、歪み、歪み速度を含む節点情報を代表させるとともに、予め記憶された圧延シミュレータから、前記圧延加工後の定常的変形状態を表す節点情報を該節点毎に算出する定常解析工程と、（ｂ）予め記憶された過渡変化モデルから、その定常解析工程において算出された圧延加工後の節点情報と圧延加工前の節点情報に基づいてそれらの間の過渡的な温度、歪み、歪み速度を順次示すために経過時間情報を有する節点情報を生成する節点情報生成工程と、（ｃ）その節点情報生成工程において算出された経過時間情報を有する節点情報に基づいて、前記圧延加工に関連して流線に沿ってその圧延加工前の値から加工後の値へ逐次変化する前記温度、歪み、経過時間の増分を前記節点毎に逐次算出する増分算出工程と、（ｄ）予め記憶された増分形組織予測モデルから、該増分算出工程により逐次算出された流線上の節点毎の温度、歪み、経過時間の増分に基づいて、圧延加工後における前記被加工材料の再結晶率および平均粒径の少なくとも一方を算出する組織予測算出工程とを、含むことにある。
【０００８】
【発明の効果】
このようにすれば、圧延シミュレータからの圧延加工前の節点情報と圧延加工後の節点情報とから、流線に沿ってその圧延加工前の値から加工後の値へ逐次変化する前記温度、歪み、歪み速度の経過時間毎に節点情報が生成され、増分形組織予測モデルから経過時間の増分に基づいて圧延加工後における前記被加工材料の再結晶率および平均粒径の少なくとも一方が算出されることから、圧延による塑性変形途中において逐次変化する温度、歪み、歪み速度から被加工材料の再結晶率および平均粒径の少なくとも一方が算出されて、その分の動的再結晶も加味されるので、金属材料内の粒成長が正確に見積もられる傾向となって、金属組織の解析精度が十分に得られ、正確に金属組織を予測することが可能となる。
【０００９】
【発明の他の態様】
ここで、好適には、前記組織予測算出工程は、前記流線上の節点の歪み速度が予め設定された判定値を超える場合は変形中の再結晶挙動に関する動的再結晶予測モデルを用いて再結晶率および平均粒径の少なくとも一方を逐次算出し、その流線上の節点の歪み速度が予め設定された判定値以下である場合は変形後の無負荷状態において進行する再結晶挙動、静的再結晶完了後の粒成長挙動、または未再結晶領域における転位や歪みの残留挙動に関する静的再結晶予測モデルを用いて再結晶率および平均粒径の少なくとも一方を逐次算出するものである。このようにすれば、歪み速度すなわち変形速度の大きい節点部分では変形中の再結晶挙動に関する動的再結晶予測モデルから動的再結晶の計算が行われ、歪み速度すなわち変形速度の小さい節点部分では変形後の無負荷状態において進行する再結晶挙動、静的再結晶完了後の粒成長挙動、または未再結晶領域における転位や歪みの残留挙動に関する静的再結晶予測モデルから静的再結晶の計算が行われるので、被加工材料の断面内において変形域と未変形域とが混在しても計算が可能となる利点がある。
【００１０】
また、好適には、前記所定の圧延加工は多段階の圧延加工を行うための複数組の圧延ロールを用いた熱間多段圧延加工である。このようにすれば、熱間多段圧延加工において、数値解析によって金属組織の解析が行われ、正確に金属組織を予測することが可能となる。
【００１１】
また、好適には、前記被加工材料はニッケル基耐蝕耐熱合金またはオーステナイト系耐熱鋼であり、前記組織予測算出工程は、そのニッケル基耐蝕耐熱合金またはオーステナイト系耐熱鋼のオーステナイト組織の最適化のためにその再結晶率および平均粒径の少なくとも一方を算出するものである。このようにすれば、ニッケル基耐蝕性耐熱性合金またはオーステナイト系耐熱鋼オーステナイト組織の再結晶率および平均粒径の少なくとも一方に基づいてその金属組織が予測される。
【００１２】
【発明の好適な実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において、図は簡略化されており、それら各部の寸法等は必ずしも正確に描かれていない。
【００１３】
図１は、本発明の一例が実行される装置例である金属組織予測装置１０の構成を概略示す図である。この金属組織予測装置１０は、ＣＰＵ（演算制御装置）１２，ＲＡＭ（一時記憶装置）１４、ＲＯＭ（読出専用記憶装置）１６、モニタ装置（画像表示装置）１８、圧延条件値などが入力されるキーボード（キー入力装置）２０、たとえば外部に接続された大容量記憶装置２２などが、互いにデータバスライン２４を介して相互に接続されている所謂ストアードプログラム式のコンピュータ（電子制御装置）であり、ＣＰＵ１２は、ＲＡＭ１４の一時記憶機能を利用しつつ、予めＲＯＭ１６などに記憶されたプログラムに従って演算処理を実行し、予測した金属組織をモニタ装置１８上に表示させたり、或いは他のコンピュータへ出力させる。
【００１４】
上記大容量記憶装置２２には、たとえば図２に示す熱間多段圧延装置２６による熱間圧延加工が施される被加工材料２８の金属組織を予測するための、圧延シミュレータ４０、過渡変化モデル４２、増分形組織予測モデル４４がそれぞれ予め記憶されている。上記熱間多段圧延装置２６は、たとえば図３に示すような孔型の圧延ロール３０が直列配置された６ステップの圧延場所毎に６組備え、一対の圧延ロール３０の環状溝３２により形成された孔を通して被加工材料２８を送ることにより、図４の左から右へ向かう断面形状に示すように順次オーバル形状ー丸形状を繰り返し且つ径が順次小さくなるように圧延する。
【００１５】
上記圧延シミュレータ４０は、理論式に基づく計算プログラムであって、被加工材料２８内を有限の要素に分割し、要素上の節点毎に温度Ｔ、歪みε、歪み速度ε（＝ｄε／ｄｔ）を含む節点情報Ｆを代表させるとともに、上記圧延加工前後の変形（寸法差）から圧延加工後の定常的変形状態を表す節点情報Ｆ_Ａ（Ｔ_Ａ，ε_Ａ，ε _Ａ）をその節点毎に算出するために用いられる変形解析プログラムである。この圧延シミュレータ４０から得られる節点情報Ｆには、温度Ｔ_Ａ、歪みε_Ａ、歪み速度ε _Ａが含まれるが、圧延加工開始からの経過時間ｔは含まれない。
【００１６】
上記過渡変化モデル４２は、上記圧延加工前の定常的変形状態を表す節点情報Ｆ_Ｆ（Ｔ_Ｆ，ε_Ｆ，ε _Ｆ）および圧延加工後の定常的変形状態を表す節点情報Ｆ_Ａ（Ｔ_Ａ，ε_Ａ，ε _Ａ）から、それら節点情報Ｆ_ＦとＦ_Ａとの間の過渡的な温度、歪み、歪み速度を順次示すために経過時間情報ｔを有する節点情報Ｆ_ｎ（Ｔ_ｎ，ε_ｎ，ε _ｎ，ｔ_ｎ）を逐次生成するために用いられる。ここで、ｔ_ｎ（＝Ｌ／Ｖｍ）は節点の平均速度Ｖｍと要素の稜線長さＬとから算出される。たとえば図５の節点情報Ｆ_２（Ｔ_２，ε_２，ε _２，ｔ_２）および節点情報Ｆ_１（Ｔ_１，ε_１，ε _１，ｔ_１）はその一例であり、節点情報Ｆ_２（Ｔ_２，ε_２，ε _２，ｔ_２）は節点情報Ｆ_１（Ｔ_１，ε_１，ε _１，ｔ_１）の所定の時間増分（ｔ_２−ｔ_１）後すなわち計算時間単位Δｔ後の情報を示している。
【００１７】
上記増分形組織予測モデル４４は、過渡期間内を逐次表すように生成された上記経過時間情報ｔを有する節点情報Ｆ_ｎ（Ｔ_ｎ，ε_ｎ，ε _ｎ，ｔ_ｎ）の各流線に沿った増分から節点毎に組織予測をするために用いられる予め実験的に求められた関係である。この増分形組織予測モデル４４には、節点Ｆ_ｎの歪み速度ε _ｎがたとえば０．０５／ｓ程度の所定の判定値ε_ｊを超える場合に用いられる動的再結晶予測モデル４６と節点Ｆ_ｎの歪み速度ε _ｎが所定の判定値ε_ｊ以下の場合に用いられる静的再結晶予測モデル４８とが含まれている。
【００１８】
上記被加工材料２８は、たとえばニッケル基耐蝕耐熱合金またはオーステナイト系耐熱鋼であり、前記金属組織予測装置１０は、そのニッケル基耐蝕耐熱合金またはオーステナイト系耐熱鋼のオーステナイト組織の最適化のために，すなわち熱間多段圧延装置２６の最適な圧延条件を見いだすために、その圧延条件に応じて、被加工材料２８の再結晶率Ｘおよび平均粒径ｄ（μｍ）の少なくとも一方を算出する。すなわち、前記金属組織予測装置１０は、たとえば図５に例示するように、（ａ）被加工材料２８内を有限の要素に分割し、要素上の節点毎に温度Ｔ、歪みε、歪み速度εを含む節点情報Ｆを代表させるとともに、予め記憶された圧延解析シミュレータ４０から、圧延加工後の定常的変形状態を表す節点情報Ｆ_ＦおよびＦ_Ａを節点毎に算出する定常解析工程と、（ｂ）予め記憶された過渡変化モデル４２から上記定常解析工程において算出された圧延加工後の節点情報Ｆ_Ａと圧延加工前の節点情報Ｆ_Ｆに基づいてそれらの間の過渡的な温度Ｔ、歪みε、歪み速度εを順次示すために経過時間情報ｔを有する節点情報Ｆ_ｎ（Ｔ_ｎ，ε_ｎ，ε _ｎ，ｔ_ｎ）を生成する節点情報生成工程と、（ｃ）その節点情報生成工程において算出された経過時間情報ｔを有する節点情報Ｆ_ｎ（Ｔ_ｎ，ε_ｎ，ε _ｎ，ｔ_ｎ）に基づいて、金属組織予測装置１０の圧延加工に関連して流線に沿って圧延加工前の値Ｆ_Ｆから加工後の値Ｆ_Ａへ逐次変化する温度の増分ｄＴ、歪みの増分ｄε、経過時間の増分ｄｔを節点毎に逐次算出する増分算出工程と、（ｄ）予め記憶された増分形組織予測モデル４４から、その増分算出工程により逐次算出された流線上の節連毎の温度の増分ｄＴ、歪みの増分ｄε、経過時間の増分ｄｔに基づいて、圧延加工後における被加工材料２８の再結晶率Ｘおよび平均粒径ｄ（μｍ）の少なくとも一方を算出する組織予測算出工程とを順次実行する。
【００１９】
図５は、有限の要素に分割された被加工材料２８の軸線Ｃを含む断面であり、その断面において径方向において要素を分割しつつ軸方向に延びる曲線ＦＬ_１、ＦＬ_２、ＦＬ_３、ＦＬ_４が流線に対応している。上記定常解析工程では、すべての流線ＦＬ_１、ＦＬ_２、ＦＬ_３、ＦＬ_４にそれぞれ沿って位置する全節点について、節点情報Ｆ_ＦおよびＦ_Ａが得られる。また、上記節点情報生成工程、増分算出工程、および組織予測算出工程は、上記流線ＦＬ_１、ＦＬ_２、ＦＬ_３、ＦＬ_４毎に繰り返し実行されることにより、全流線ＦＬ_１、ＦＬ_２、ＦＬ_３、ＦＬ_４に沿ってそれぞれ位置する全節点について、圧延加工後における被加工材料２８の再結晶率Ｘおよび平均粒径ｄ（μｍ）などの金属組織情報［Ｘ_ｌｍｎ，ｄ_ｌｍｎ］が生成される。
【００２０】
（１）式は上記静的再結晶モデル４８で用いられる増分形モデルの関数式すなわち粒成長式の一例である。（１）式において、ｄは平均粒径、ｔは経過時間、Ｔは温度、Ｃ_１乃至Ｃ_３は係数、Ｑは活性エネルギ、Ｔｍは（Ｔ_１＋Ｔ_２）／２である。係数Ｃ_１乃至Ｃ_３および活性エネルギＱは、予め実験から求められる。
【００２１】

【００２２】
図６（ａ）乃至（ｃ）に示すように、オーステナイト組織などにおいては、塑性加工によって高密度の転位が生じた金属の融点の１／２程度の温度の焼きなまし過程では、再結晶により転位のほとんどない小結晶が順次発生して増加する。上記再結晶率Ｘとは、その小結晶の発生率を示す値であり、図６（ａ）に示すような未だ小結晶が生じない状態は再結晶率Ｘが零で示され、図６（ｃ）に示すような全面に小結晶が生じた状態は再結晶率Ｘが１で示される。この小結晶の発生率が高くなる程小さな結晶が増加して結晶の平均粒径ｄが小さくなるので、再結晶率Ｘが大きくなるほど平均粒径ｄが小さくなる関係にある。
【００２３】
図７は、前記金属組織予測装置１０の制御機能および作動を説明するフローチャートである。図６において、定常解析手段或いは前記定常解析工程に対応するステップ（以下、ステップを省略する）Ｓ１では、図５の上段に示すように被加工材料２８内が有限の要素に分割され、分割された要素上の節点Ｆ毎に温度Ｔ、歪みε、歪み速度ε（＝ｄε／ｄｔ）を含む節点情報Ｆを代表させるとともに、一連の圧延パス毎に、予め記憶された圧延シミュレータ４０から前記熱間多段圧延装置２６の圧延条件および被加工材料２８の物性などに基づいてその圧延加工前の定常的変形状態を表す節点情報Ｆ_Ｆおよび圧延加工後の定常的変形状態を表す節点情報Ｆ_Ａが節点毎にそれぞれ算出される。後述の図８は、上記圧延条件として、たとえば、被加工材料２８の５７ｍｍφから２８ｍｍφへ全６パスの圧延、圧延ロール径３６０ｍｍ、初期温度１３７３Ｋ、最終圧延速度２ｍ／ｓが設定された結果を示している。次いで、Ｓ２では、上記節点の平均速度Ｖｍと稜線長さＬが算出されるとともに、それらに基づいて経過時間ｔ_ｎ（＝Ｌ／Ｖｍ）が算出される。
【００２４】
次に、節点情報生成手段或いは前記節点情報生成工程に対応するＳ３では、予め記憶された過渡変化モデル４２から上記Ｓ１において算出された圧延加工後の節点情報Ｆ_Ａと圧延加工前の節点情報Ｆ_Ｆに基づいてそれらの間の過渡的な温度Ｔ、歪みε、歪み速度εを順次示すために経過時間情報ｔを有する節点情報Ｆ_ｎ（Ｔ_ｎ，ε_ｎ，ε _ｎ，ｔ_ｎ）が節点毎に生成される。次に、増分算出手段或いは前記増分算出工程に対応するＳ４では、上記Ｓ３において算出された経過時間情報ｔを有する節点情報Ｆ_ｎ（Ｔ_ｎ，ε_ｎ，ε _ｎ，ｔ_ｎ）に基づいて、流線上の節点毎に、金属組織予測装置１０の圧延加工に関連して圧延加工前の値Ｆ_Ｆから加工後の値Ｆ_Ａへ逐次変化する温度の増分ｄＴ、歪みの増分ｄε、経過時間の増分ｄｔが節点毎に逐次算出される。たとえば図５に示すように、所定の計算時間単位前後の所定の節点情報をＦ_１（Ｔ_１，ε_１，ε _１，ｔ_１）およびＦ_２（Ｔ_２，ε_２，ε _２，ｔ_２）とすると、上記温度の増分ｄＴは（Ｔ_２−Ｔ_１）から求められ、上記歪みの増分ｄεは（ε_２−ε_１）から求められ、上記経過時間の増分ｄｔは（ｔ_２−ｔ_１）から求められる。なお、歪み速度ε _２はｄε／ｄｔである。
【００２５】
続いて、組織予測算出手段或いは前記組織予測算出工程に対応するＳ５乃至Ｓ７では、予め記憶された増分形組織予測モデル４４から、上記Ｓ４により逐次算出された計算時間単位毎の温度の増分ｄＴ、歪みの増分ｄε、歪み速度の増分ｄεに基づいて、圧延加工後における被加工材料２８の再結晶率Ｘおよび平均粒径ｄ（μｍ）が節点毎に逐次算出される。すなわち、Ｓ５では、所定の節点Ｆ_ｎの計算時間単位Δｔ毎の歪み速度ε _ｎが所定の判定値ε_ｊを超えるか否かに基づいて、その所定の節点Ｆ_ｎが変形状態であるか未変形状態であるかが判定される。Ｓ５において変形状態であると判定された場合すなわち計算時間単位Δｔ毎の節点の歪み速度ε _ｎが予め設定された判定値ε_ｊを超える場合は、Ｓ６において、変形中の再結晶挙動に関する動的再結晶予測モデル４６を用いて再結晶率Ｘおよび平均粒径ｄが逐次算出される。しかし、上記Ｓ５において未変形状態であると判定された場合すなわち上記計算時間単位Δｔ毎の歪み速度ε _ｎが予め設定された判定値ε_ｊ以下である場合は、Ｓ７において、変形後の無負荷状態において進行する再結晶挙動、静的再結晶完了後の粒成長挙動、または未再結晶領域における転位や歪みの残留挙動に関する静的再結晶予測モデル４８を用いて再結晶率Ｘおよび平均粒径ｄが逐次算出される。前記所定の節点Ｆ_２における再結晶率をＸ_２、平均粒径をｄ_２とすると、それら再結晶率Ｘ_２および平均粒径ｄ_２は、前記温度の増分ｄＴ、歪みの増分ｄε、経過時間の増分ｄｔ、およびｄ_０の関数［Ｘ_２，ｄ_２］＝ｆ［ｄＴ，ｄε，ｄｔ，ｄ_０］である。ここで、ｄ_０は流線に沿った１つ前の組織情報［Ｘ_１，ｄ_１］である。このような組織情報が、全流線毎に沿ってそれぞれ位置する全節点毎に算出される。
【００２６】
そして、表示手段或いは表示工程に対応するＳ８では、節点毎に算出（予測）された再結晶率Ｘおよび平均粒径ｄが表示される。図８の実線は所定の節点における表示例である。図８の実線は再結晶率Ｘおよび平均粒径ｄの予測値を示し、過渡区間における節点情報を用いない従来の全ひずみ形組織予測モデルによる予測値を示す破線と対比して表示されている。図８において、Ｐ_１乃至Ｐ_６は、前記熱間多段圧延装置２６における圧下（挟圧）パス区間を示し、その区間では塑性加工によって高密度の転位が生じるために再結晶率Ｘがその度に０に低下させられている。図８のＡ_１乃至Ａ_６区間は熱間多段圧延装置２６における圧下パスから次の圧下パスまでの再結晶区間を示し、再結晶率Ｘはこの再結晶区間毎に対数曲線的に上昇させられている。ここで、第４圧下パスＰ_４以後の再結晶区間において、実線に示す再結晶率Ｘが破線に示す再結晶率Ｘに対して上まわる結果、平均粒径ｄについて大きな差異が発生している。破線に示す全ひずみ形組織予測モデルによる予測値は、過渡区間における節点情報により動的再結晶が予測されない分だけ再結晶の完了時期が遅れて予測されるので、粒成長が小さく見積もられるのに対し、実線に示す本実施例の予測値では、過渡区間における節点情報により動的再結晶が予測されるので、図９の実線に示すように、実際の金属組織内の実測値に近似させられる。図９は、被加工材料２８の中心から距離を横軸とし且つ平均粒径ｄを縦軸とした二次元座標であって、破線は上記全ひずみ形組織予測モデルによる予測値を示し、○点は実測値を示している。
【００２７】
上述のように、本実施例によれば、圧延シミュレータ４０からの圧延加工前の節点情報Ｆ_Ｆと圧延加工後の節点情報Ｆ_Ａとから、その圧延加工前の値から加工後の値へ逐次変化する温度Ｔ、歪みε、歪み速度εの経過時間毎に経過時間情報ｔを有する節点情報Ｆ_ｎが生成され、増分形組織予測モデル４４から流線に沿った経過時間単位毎の増分に基づいて圧延加工後における被加工材料２８の再結晶率Ｘおよび平均粒径ｄの少なくとも一方が算出されることから、圧延による塑性変形途中において逐次変化する温度Ｔ、歪みε、歪み速度εから被加工材料２８の再結晶率Ｘおよび平均粒径ｄの少なくとも一方が算出されて、そのような動的再結晶加味されて予測されるので、被加工材料２８内の粒成長が正確に見積もられる傾向となって、被加工材料２８内の金属組織の解析精度が十分に得られ、正確に金属組織を予測することが可能となる。
【００２８】
また、本実施例によれば、組織予測算出工程は、計算時間単位毎の節点の歪み速度εが予め設定された判定値ε_ｊを超える場合は変形中の再結晶挙動に関する動的再結晶予測モデル４６を用いて再結晶率Ｘおよび平均粒径ｄの少なくとも一方を逐次算出し、その計算時間単位毎の節点の歪み速度εが予め設定された判定値ε_ｊ以下である場合は変形後の無負荷状態において進行する再結晶挙動、静的再結晶完了後の粒成長挙動、または未再結晶領域における転位や歪みの残留挙動に関する静的再結晶予測モデル４８を用いて再結晶率Ｘおよび平均粒径ｄの少なくとも一方を逐次算出するものであることから、歪み速度εすなわち変形速度の大きい節点部分では変形中の再結晶挙動に関する動的再結晶予測モデル４６から動的再結晶の計算が行われ、歪み速度εすなわち変形速度の小さい節点部分では変形後の無負荷状態において進行する再結晶挙動、静的再結晶完了後の粒成長挙動、または未再結晶領域における転位や歪みの残留挙動に関する静的再結晶予測モデル４８から静的再結晶の計算が行われるので、被加工材料２８の断面内において変形域と未変形域とが混在しても計算が可能となる利点がある。
【００２９】
また、本実施例によれば、熱間多段圧延装置２６による熱間多段圧延加工についての被加工材料２８の金属組織の解析を、容易に且つ正確に予測することができる利点がある。
【００３０】
また、本実施例の被加工材料２８はニッケル基耐蝕耐熱合金またはオーステナイト系耐熱鋼から構成されているので、そのニッケル基耐蝕耐熱合金またはオーステナイト系耐熱鋼のオーステナイト組織の最適化のためにその再結晶率Ｘおよび平均粒径ｄの少なくとも一方が算出され、その金属組織が予測される利点がある。
【００３１】
以上、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施される。
【００３２】
例えば、前述の実施例において、増分形組織予測モデル４４は、実験的に予め求められたものであり、予測を適用しようとする被加工材料２８の構成などに応じて種々変形が加えられるものである。
【００３３】
また、前述の実施例では、６パスの熱間多段圧延装置２６について説明されていたが、圧延シミュレータ４０、過渡変化モデル４２、増分形組織予測モデル４４とパス数や圧延形状などの異なる他の圧延加工形態の装置にも適用可能である。
【００３４】
その他、一々例示はしないが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例が実行される装置例である金属組織予測装置の構成を概略示す図である。
【図２】図１の金属組織予測装置によって金属組織が予測される加工を行う熱間多段圧延装置を概略示す図である。
【図３】図２の熱間多段圧延装置に用いられる孔型の圧延ロールの一例を示す図である。
【図４】図２の熱間多段圧延装置において、各圧延パスにおいて加工される被加工材料の断面形状を説明する図である。
【図５】図１の金属組織予測装置における予測方法を説明する図である。
【図６】図１の金属組織予測装置によって予測される再結晶率の定義を説明する図である。
【図７】図１の金属組織予測装置による金属組織予測作動の要部を説明するフローチャートである。
【図８】図１の金属組織予測装置の金属組織予測出力の一例を示す図である。
【図９】図１の金属組織予測装置の金属組織予測の精度を説明する図である。
【符号の説明】
１０：金属組織予測装置
２６：熱間多段圧延装置
２８：被加工材料
４０：圧延シミュレータ
４２：過渡変化モデル
４４：増分形組織予測モデル
４６：動的再結晶モデル
４８：静的再結晶モデル

Claims

所定の圧延加工を受けた被加工材料内の金属組織を予測する方法であって、
前記被加工材料内を有限の要素に分割し、要素上の節点毎に温度、歪み、歪み速度を含む節点情報を代表させるとともに、予め記憶された圧延シミュレータから、前記圧延加工後の定常的変形状態を表す節点情報を該節点毎に算出する定常解析工程と、
予め記憶された過渡変化モデルから該定常解析工程において算出された圧延加工後の節点情報と圧延加工前の節点情報に基づいてそれらの間の過渡的な温度、歪み、歪み速度を順次示すために経過時間情報を有する節点情報を生成する節点情報生成工程と、
該節点情報生成工程において算出された経過時間情報を有する節点情報に基づいて、前記圧延加工に関連して流線に沿って該圧延加工前の値から加工後の値へ逐次変化する前記温度、歪み、経過時間の増分を前記節点毎に逐次算出する増分算出工程と、
予め記憶された増分形組織予測モデルから、該増分算出工程により逐次算出された流線上の節点毎の温度、歪み、経過時間の増分に基づいて、圧延加工後における前記被加工材料の再結晶率および平均粒径の少なくとも一方を算出する組織予測算出工程と
を、含むことを特徴とする圧延加工の金属組織予測方法。
前記組織予測算出工程は、前記流線上の節点の歪み速度が予め設定された判定値を超える場合は変形中の再結晶挙動に関する動的再結晶予測モデルを用いて再結晶率および平均粒径の少なくとも一方を逐次算出し、該流線上の節点の歪み速度が予め設定された判定値以下である場合は変形後の無負荷状態において進行する再結晶挙動、静的再結晶完了後の粒成長挙動、または未再結晶領域における転位や歪みの残留挙動に関する静的再結晶予測モデルを用いて再結晶率および平均粒径の少なくとも一方を逐次算出するものである請求項１の圧延加工の金属組織予測方法。
前記所定の圧延加工は、多段階の圧延加工を行うための複数組の圧延ロールを用いた熱間多段圧延加工である請求項１または２のいずれかの圧延加工の金属組織予測方法。
前記被加工材料はニッケル基耐蝕耐熱合金またはオーステナイト系耐熱鋼であり、前記組織予測算出工程は、該ニッケル基耐蝕耐熱合金またはオーステナイト系耐熱鋼のオーステナイト組織の最適化のためにその再結晶率および平均粒径の少なくとも一方を算出するものである請求項１乃至３のいずれかの圧延加工の金属組織予測方法。