KR102226653B1 - Isothermal Transformation Diagram Adjustment Method of Metal - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속재의 등온 변태 다이어그램의 조정방법에 관한 것이다.
본 발명은 조미니 테스트를 실행하는 제1 단계; 샘플 포인트를 결정하는 제2 단계; 상분율을 측정하는 제3 단계; 초기 IT 다이어그램을 이용하는 제4 단계; 유한요소 해석을 실행하는 제5 단계; 상기 상분율을 예측하는 제6 단계; 목적 함수를 연산하여 산출하는 제7 단계; 상기 제7 단계에서 산출된 값인 오차가 최소화인지 판단하여 최소값이면 종료하는 제8 단계를 포함하는 것이다.
The present invention relates to a method for adjusting an isothermal transformation diagram of a metallic material.
The present invention is a first step of executing the Jomini test; A second step of determining a sample point; A third step of measuring the phase fraction; A fourth step of using the initial IT diagram; A fifth step of performing finite element analysis; A sixth step of predicting the phase fraction; A seventh step of calculating and calculating an objective function; And an eighth step of determining whether the error, which is the value calculated in the seventh step, is minimized, and ending if the error is the minimum value.

Description

금속재의 등온 변태 다이어그램의 조정방법{Isothermal Transformation Diagram Adjustment Method of Metal}Isothermal Transformation Diagram Adjustment Method of Metal}

본 발명은 금속재의 등온 변태 다이어그램의 조정방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for adjusting an isothermal transformation diagram of a metallic material.

자동차 중량을 줄이기 위한 노력은 엔지니어와 연구자가 부품의 강도를 향상시키고, 수명을 연장하도록 꾸준히 추진된다. Efforts to reduce vehicle weight are steadily driven by engineers and researchers to improve the strength of parts and extend their lifespan.

또한, 완전히 결합된 기계 및 야금 문제를 처리할 수 있는 시뮬레이션 기술이 개발되었다. 그러나, 재료의 야금학적 특성은 여전히 충분히 고려되지 않았기 때문에 금속 형성 및 열처리 공정에 대한 실질적인 오차와 부정확한 야금학적 예측을 초래할 수 있다.In addition, simulation techniques have been developed that can handle fully combined mechanical and metallurgical problems. However, since the metallurgical properties of the material are still not sufficiently considered, it can lead to substantial errors and inaccurate metallurgical predictions for metal formation and heat treatment processes.

본 발명은 금속 형성 및 열처리 공정에 대한 실질적인 오차와 부정확한 야금학적 예측을 개선하기 위한 것이다.The present invention is intended to improve substantial errors and inaccurate metallurgical predictions for metal forming and heat treatment processes.

본 발명의 해결 수단은, 조미니 테스트를 실행하는 제1 단계; 샘플 포인트를 결정하는 제2 단계; 상분율을 측정하는 제3 단계; 초기 IT 다이어그램을 이용하는 제4 단계; 유한요소 해석을 실행하는 제5 단계; 상기 상분율을 예측하는 제6 단계; 목적 함수를 연산하여 산출하는 제7 단계; 상기 제7 단계에서 산출된 값인 오차가 최소화인지 판단하여 최소값이면 종료하는 제8 단계를 포함하는 금속재의 등온 변태 다이어그램의 조정방법이 제공될 수 있다. The solution means of the present invention comprises: a first step of executing a Jomini test; A second step of determining a sample point; A third step of measuring the phase fraction; A fourth step of using the initial IT diagram; A fifth step of performing finite element analysis; A sixth step of predicting the phase fraction; A seventh step of calculating and calculating an objective function; A method of adjusting an isothermal transformation diagram of a metal material including an eighth step of determining whether an error, which is a value calculated in the seventh step, is minimized, and ending if it is the minimum value may be provided.

본 발명은 조미니 테스트를 이용하여 금속재의 IT 다이어그램을 조정하고, 최적화할 수 있다.The present invention can adjust and optimize the IT diagram of metallic materials using the Jomini test.

본 발명은 유한 요소 최적화 과정을 기반으로 하며, 최적화 툴(tool)을 이용하여 샘플 포인트에서 목표 상분율과 해당 유한 요소 솔루션간의 오차(차이)를 반복하여 최소화할 수 있다.The present invention is based on a finite element optimization process, and an error (difference) between a target phase fraction and a corresponding finite element solution at a sample point can be repeatedly minimized using an optimization tool.

일례로 AISI 52100 베어링 스틸의 표준 조미니 테스트를 이용하여 본 발명의 조정 방법의 실현 가능성과 신뢰성을 확인할 수 있다. For example, a standard jomini test of AISI 52100 bearing steel can be used to confirm the feasibility and reliability of the adjustment method of the present invention.

각 IT 다이어그램 곡선에 대한 세 가지 최적화 매개 변수는 수정된 키리달디 모델에 수학적으로 적용될 수 있다.The three optimization parameters for each IT diagram curve can be mathematically applied to the modified Kiridaldi model.

이 최적화 매개 변수는 최적화 설계 변수로서, 수정된 키리달디 모델에서 얻은 곡선을 최적화 과정에서 초기 추측으로 이용하고, 오차를 최소화하여 실험 IT 다이어그램에 근접되게 할 수 있다. This optimization parameter is an optimization design variable, and the curve obtained from the modified Kiridaldi model can be used as an initial guess in the optimization process, and the error can be minimized to approximate the experimental IT diagram.

최적화된 다이어그램과 문헌에서 보고된 실험 다이어그램 간에는 양호한 일치가 확인될 수 있다.Good agreement can be found between the optimized diagram and the experimental diagram reported in the literature.

실험 IT 다이어그램, 수정된 키리달디 모델에서 얻은 IT 다이어그램 및 최적화된 모델에서 얻은 IT 다이어그램을 이용한 예측 상분율을 비교하고, 조정 또는 최적화 절차가 모델의 예측된 상분율의 정확도를 크게 향상 시킬 수 있다. By comparing the predicted phase fraction using the experimental IT diagram, the IT diagram obtained from the modified Kiridaldi model, and the IT diagram obtained from the optimized model, the adjustment or optimization procedure can greatly improve the accuracy of the predicted phase fraction of the model.

도 1은 본 발명에 따른 IT 다이어그램을 조정하기 위해 제시된 방법의 개념적 절차도이다.
도 2는 AISI 52100 강의 실험 IT 다이어그램과 수정된 키리달디 모델의 다이어그램이다.
도 3은 T-t 시스템에서 T'-t' 시스템으로 변태된 다이어그램이다.
도 4는 시편의 온도 측정을 위한 샘플 포인트를 나타낸 도면이다.
도 5는 샘플 포인트에서 측정 및 예측된 냉각 곡선을 나타낸 다이어그램이다.
도 6은 유한 요소 모델과 샘플 포인트를 나타낸 도면이다.
도 7은 반복 횟수의 함수로서 목적 함수의 변화를 나타낸 다이어그램이다.
도 8은 실험 IT 다이어그램과 수정된 키리달디 모델을 이용하여 최적화된 키리달디 모델의 다이어 그램이다.
도 9a 내지 도 9d는 세 모델에 의해 예측 된 상분율의 비교도이다.
도 10a 내지 도 10d는 수정된 키리달디 모델을 이용하여 예측된 상분율 다이어그램이다.
도 11은 실험 및 조정된 키리달디 모델을 이용하여 예측된 상분율 다이어 그램이다.
1 is a conceptual flow diagram of a proposed method for coordinating an IT diagram according to the present invention.
2 is a diagram of an AISI 52100 lecture experiment IT diagram and a modified Kiridaldi model.
3 is a diagram illustrating a transformation from a Tt system to a T'-t' system.
4 is a diagram showing a sample point for measuring the temperature of a specimen.
5 is a diagram showing measured and predicted cooling curves at sample points.
6 is a diagram showing a finite element model and sample points.
7 is a diagram showing the change of the objective function as a function of the number of repetitions.
8 is a diagram of an optimized Kiridaldi model using an experimental IT diagram and a modified Kiridaldi model.
9A to 9D are comparison diagrams of phase fractions predicted by the three models.
10A to 10D are phase fraction diagrams predicted using the modified Kiridaldi model.
11 is a diagram of a phase fraction predicted using an experimental and adjusted Kiridaldi model.

금속재의 등온 변태(Isothermal Transformation; 이하 'IT'라 약칭함) 및 연속 냉각 변태(Continuous Cooling Transformation; CCT) 다이어그램은 금속재의 열처리 가공에 중요하다. 이러한 다이어그램을 결정하기 위해 많은 실험 작업을 수행하였다. Isothermal Transformation (hereinafter abbreviated as'IT') and Continuous Cooling Transformation (CCT) diagrams are important for heat treatment processing of metal materials. A lot of experimental work was done to determine this diagram.

IT 다이어그램은 급냉에 의해 생긴 과냉 오스테나이트의 변태를 시간과 온도로 나타내는 곡선으로서, 일정 온도로 떨어뜨린 후 시간을 길게 가지면서 상(phase)의 변화를 확인하는 것이다.The IT diagram is a curve representing the transformation of subcooled austenite caused by rapid cooling in terms of time and temperature. After dropping to a certain temperature, the phase change is confirmed while taking a long time.

또한, IT 다이어그램은 금속재, 예를 들어 강재(steel)를 A1 변태점 이하의 항온에서 변태 개시 및 종료 시간을 구하고, 각 온도에서 변태 개시선과 종료선을 로그(log) 눈금으로 도시한 것이다. In addition, in the IT diagram, the transformation start and end times of a metal material, for example, steel are obtained at a constant temperature below the A1 transformation point, and the transformation start and end lines at each temperature are shown on a log scale.

평형 상태(equilibrium phase)의 경우, 온도를 떨어뜨리고 일정 시간이 지나면서 상(phase)이 형성되고, 따라서 실제 그 온도에서 나타날 수 있는 상이 시간의 변화에 따라 얼마의 양이 생기는지 가늠할 수 있는 척도중 하나가 IT 다이어그램이다. In the case of the equilibrium phase, a phase is formed after a certain period of time after the temperature drops, so the actual phase that can appear at that temperature is one of the measures that can be used to determine how much of the phase changes with time. One is the IT diagram.

이러한 IT 다이어그램은 다른 표현으로 TTT 선도(Time Temperature transformation diagram)라고 할 수 있다. This IT diagram can be referred to as a Time Temperature transformation diagram in another expression.

반대로 CCT 다이어그램은 냉각 속도(Temperature/sec)를 결정하고, 그 냉각 속도로 온도를 떨어뜨려갈 때 어떤 상이 형성되는지를 확인할 수 있다. 즉, CCT 다이어그램은 냉각 속도에 따른 비평형 상태(non-equilibrium phase)를 확인할 수 있다. Conversely, the CCT diagram determines the cooling rate (Temperature/sec), and you can see what phases are formed when the temperature drops at that cooling rate. That is, the CCT diagram can confirm the non-equilibrium phase according to the cooling rate.

그러나, 광범위한 합금 규격 또는 조합은, 조성 변화의 민감성과 결정립 크기(grain size)에 대한 의존성이 결합되어 일반적으로 사용하기 위한 충분한 다이어그램을 만드는 것이 불가능하게 한다. However, the wide range of alloy specifications or combinations, combined with the sensitivity of compositional change and dependence on grain size, makes it impossible to create sufficient diagrams for general use.

이 문제를 극복하기 위해 다양한 화학 성분을 갖는 다양한 철강에 대한 IT 다이어그램을 제공할 수 있는 모델을 개발하기 위한 많은 연구를 수행하였다. To overcome this problem, a lot of research has been conducted to develop a model that can provide IT diagrams for various steels with various chemical components.

조미니 엔드 담금질 테스트(Jominy end quench test)는 강재의 담금질성을 측정하는데 이용되는 가장 신뢰성 있는 방법 중 하나이다. The Jominy end quench test is one of the most reliable methods used to measure the hardenability of steel.

이러한 조미니 엔드 담금질 테스트는 오스테나이트화 온도까지 원통형 강재 시편을 가열한 다음, 한쪽 끝을 급냉시켜 마르텐사이트, 베이나이트, 페라이트, 펄라이트 및 오스테나이트를 포함하는 다양한 상으로 구성된 다양한 미세 조직을 형성하는 것으로 이루어질 수 있다. Such a rough end quenching test involves heating a cylindrical steel specimen to an austenitizing temperature and then quenching one end to form a variety of microstructures consisting of various phases including martensite, bainite, ferrite, perlite and austenite. Can be made of.

조미니 테스트는 적절한 모델을 이용하여 IT 또는 CCT 곡선을 개발하는 데 매우 적합하다. The Jomini test is well suited for developing IT or CCT curves using appropriate models.

본 발명에서는 표준 조미니 테스트를 이용하여 유한 요소법과 최적화 방법을 결합하여 모델의 IT 다이어그램에 기초한 실험용 조미니 테스트 결과와 유한 요소 예측 간의 오차를 최소화하여 금속재(특히 강재)의 IT 다이어그램을 개선시키거나 최적화하는 것이다. In the present invention, by combining the finite element method and the optimization method using the standard jomini test, the error between the experimental jomini test result and the finite element prediction based on the model's IT diagram is minimized to improve the IT diagram of a metal material (especially steel). Is to optimize.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 예시 도면에 의거 상세하게 설명한다.Hereinafter, specific details for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying exemplary drawings.

[IT 다이어그램 조정 방법][How to adjust IT diagram]

본 발명은 강재의 IT 다이어그램을 조정하는 새로운 방법으로서, 도 1 내지 도 11을 통해 설명하면 다음과 같다.The present invention is a new method of adjusting the IT diagram of a steel material, and will be described with reference to FIGS. 1 to 11 as follows.

도 1은 본 발명의 IT 다이어그램을 조정하기 위해 제시된 방법의 개념적 절차도이다.1 is a conceptual flow diagram of a proposed method for adjusting the IT diagram of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 IT 다이어그램 조정 방법은 대상물의 조미니 테스트를 실행하는 제1 단계(S1); 대상물의 샘플 포인트를 결정하는 제2 단계(S2); 상분율을 측정하는 제3 단계(S3); 초기 IT 다이어그램을 이용하는 제4 단계(S4); 유한요소 해석을 실행하는 제5 단계(S5); 유한 요소 해석에 의해 상분율을 예측하는 제6 단계(S6); 목적 함수를 연산하여 산출하는 제7 단계(S7); 상기 제7 단계에서 산출된 값인 오차가 최소화인지 판단하여 최소값이면 종료하는 제8 단계를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the method for adjusting an IT diagram of the present invention includes a first step (S1) of performing a jomini test of an object; A second step (S2) of determining a sample point of the object; A third step (S3) of measuring the phase fraction; A fourth step (S4) using the initial IT diagram; A fifth step (S5) of performing finite element analysis; A sixth step (S6) of predicting the phase fraction by finite element analysis; A seventh step (S7) of calculating and calculating an objective function; It may include an eighth step of determining whether the error, which is the value calculated in the seventh step, is minimized, and ending if it is the minimum value.

대상물은 강재(steel)가 될 수 있고, 제8 단계에서 최소화는 실험 및 산출된 IT 다이어그램을 이용하여 얻은 목표 상분율과 예측 상분율간의 오차를 최소화하는 것이다. The object can be steel, and the minimization in step 8 is to minimize the error between the target phase fraction and the predicted phase fraction obtained using the experimental and calculated IT diagram.

제8 단계에서 오차의 최소화가 이루어지지 않으면 다시 유한 요소 해석을 실행하여 상분율을 예측하고, 목적 함수를 산출하여 오차의 최소화를 진행하는 제9 단계(S9)를 포함할 수 있다. If the error is not minimized in the eighth step, a finite element analysis is performed again to predict the phase fraction, and a ninth step (S9) of minimizing the error by calculating an objective function may be included.

제8 단계(S8)에서 제9 단계(S9)로 넘어가는 과정에서 매개 변수(parameter)를 개선(변경)하는 단계를 거치도록 할 수 있다. In the process of moving from the eighth step (S8) to the ninth step (S9), a step of improving (changing) a parameter may be performed.

유한 요소 최적화 방법은 각각 실험 및 연산된 IT 다이어그램을 이용하여 얻은 목표 상분율과 예측 상분율간의 오차를 최소화할 수 있다. The finite element optimization method can minimize the error between the target phase fraction and the predicted phase fraction obtained by using the experimental and calculated IT diagrams, respectively.

모델에 적용된 조정 매개 변수는 결정할 설계 변수(design variable)이다. The adjustment parameters applied to the model are the design variables to be determined.

대상물로서, 예를 들어 AISI 52100 강재의 조미니 테스트는 본 발명에 따른 조정 방법의 실현 가능성과 신뢰성을 확인하는데 이용될 수 있다.As an object, for example, a jomini test of AISI 52100 steel can be used to confirm the feasibility and reliability of the adjustment method according to the present invention.

목표 상분율(target phase fraction)이라는 일부 샘플 포인트에서의 상분율에 대한 정보가 조미니 테스트 샘플의 평단면에서 얻어질 수 있다.Information about the phase fraction at some sample points, called a target phase fraction, can be obtained from a plane cross section of the Jomini test sample.

목표 포인트는 유한 요소 예측 및 IT 다이어그램 최적화를 위한 제어 포인트와 공유될 수 있다. i번째 샘플 포인트에서 측정된 j번째 상분율은 다음 수학식 1의 목적 함수에서 최소화 될 관련 목표 값 Xj,tar(i)으로 적용될 수 있다.The target points can be shared with control points for finite element prediction and IT diagram optimization. The j-th phase fraction measured at the i-th sample point may be applied as a related target value X j,tar(i) to be minimized in the objective function of Equation 1 below.

Figure 112019054689219-pat00001
Figure 112019054689219-pat00001

여기서, Xj,pre(i)와 Wj는 각각 i번째 샘플 포인트에서의 유한 요소 해석에 의해 예측되는 j번째 상분율과, j번째 상(phase)의 중량 인자에 의해 예측되는 j번째 상분율이다. n과 m은 각각 샘플 포인트와 상의 갯수이다. Where X j,pre(i) and W j are the j-th phase fraction predicted by finite element analysis at the i-th sample point and the j-th phase fraction predicted by the weight factor of the j-th phase, respectively to be. n and m are the number of sample points and phases, respectively.

따라서, 목적 함수 Ψ0는 샘플 포인트에서 오차로 정의될 수 있다. 목표 상분율은 실험적 또는 이론적인 방식으로 결정될 수 있다.Therefore, the objective function Ψ 0 can be defined as an error at the sample point. The target phase fraction can be determined in an experimental or theoretical way.

도 1에 도시된 본 발명의 최적화 절차를 검증하기 위해, 실시 예로서, AISI 52100 강재의 수정된 키리달디(Kiridaldy) 모델의 최적화된 IT 다이어그램을 얻을 수 있다. In order to verify the optimization procedure of the present invention shown in FIG. 1, as an embodiment, an optimized IT diagram of a modified Kiridaldy model of AISI 52100 steel can be obtained.

실시 예에서의 목표 상분율은 실험적 IT 다이어그램을 이용한 유한 요소 예측으로부터 얻어질 수 있다. 주어진 화학 조성과 입자 크기에 대한 수정된 키리달디 모델과 IT 다이어그램의 수학식은 이미 문헌으로부터 제공될 수 있다. The target phase fraction in an embodiment can be obtained from finite element prediction using an experimental IT diagram. Modified Kyridaldi models and equations of IT diagrams for a given chemical composition and particle size can already be provided from the literature.

도 2는 AISI 52100 강재의 실험 IT 다이어그램과 수정된 키리달디 모델의 이론 IT 다이어그램을 비교하는 도면으로서, 도 2를 참조하면, 실험 IT 다이어그램과 수정된 키리달디 모델의 이론 IT 다이어그램을 비교하고, 각각 목표 IT 다이어그램과 초기 IT 다이어그램에 이용될 수 있다. 2 is a diagram for comparing the experimental IT diagram of the AISI 52100 steel and the theoretical IT diagram of the modified Kiridaldi model. Referring to FIG. 2, the experimental IT diagram and the theoretical IT diagram of the modified Kiridaldi model are compared, respectively. It can be used for target IT diagrams and initial IT diagrams.

특히, 실험적 다이어그램과 이론적 다이어그램 사이에는 큰 차이가 있다. 최적으로 결정되는 일부 매개 변수를 이용하여 IT 다이어그램의 선도를 조정하려면, 다음과 같이 두 개의 변태 수학식이 정의될 수 있다.In particular, there is a big difference between experimental and theoretical diagrams. In order to adjust the diagram of the IT diagram using some parameters that are optimally determined, two transformation equations can be defined as follows.

Figure 112019054689219-pat00002
Figure 112019054689219-pat00002

Figure 112019054689219-pat00003
Figure 112019054689219-pat00003

여기서, T 및 t는 변태되지 않은 시스템에서의 온도 및 시간이고, 매개 변수 T' 및 t'는 각각 변태후 온도 및 시간이며, 도 3에 도시된 조정된 곡선으로 나타낼 수 있다. Here, T and t are the temperature and time in the untransformed system, and the parameters T'and t'are the temperature and time after transformation, respectively, and can be represented by the adjusted curve shown in FIG. 3.

상수 a, b 및 c는 조정 매개 변수, 즉 최적화 문제의 소위 설계 매개 변수이고, 이론적인 IT 다이어그램을 최적으로 조정하는데 이용될 수 있다. IT 다이어그램의 각 곡선에 대해 조정 매개 변수가 얻어질 수 있다. The constants a, b and c are the adjustment parameters, i.e. the so-called design parameters of the optimization problem, and can be used to optimally adjust the theoretical IT diagram. Adjustment parameters can be obtained for each curve in the IT diagram.

예를 들어, 도 3을 참조하면, 펄라이트 개시 곡선의 매개 변수는 aPs,bPs 및 cPs이다. 따라서, 각 상에 대한 최적화 설계 매개 변수의 총 갯수는 개시 및 종료 곡선의 조정 매개 변수를 포함하여 여섯 개이다.For example, referring to FIG. 3, parameters of the pearlite initiation curve are a Ps , b Ps, and c Ps . Thus, the total number of optimization design parameters for each phase is six, including the adjustment parameters of the initiation and termination curves.

코이스티넨-마르버거(Koistinen-Marburger)의 비확산 변태 모델은 마르텐사이트와 오스테나이트 상분율을 계산하는데 이용될 수 있다. Koisinen-Marburger's non-diffusion transformation model can be used to calculate the martensite and austenite phase fractions.

제이매트프로(JMatPro) 시뮬레이션 소프트웨어를 이용하여 얻은 마르텐사이트 개시 온도(Ms)는 참고 IT 다이어그램의 실험값과 잘 일치할 수 있다. The martensite onset temperature (M s ) obtained using JMatPro simulation software can agree well with the experimental values in the reference IT diagram.

따라서, 최적화 문제는 다음과 같이 정의될 수 있다. Therefore, the optimization problem can be defined as follows.

일부 부등식 또는 동등한 제약 조건에 따라 목적 함수 Ψ0를 최소화하는 설계 매개 변수를 결정할 수 있다. The design parameters that minimize the objective function Ψ 0 can be determined according to some inequality or equivalent constraints.

초기 IT 다이어그램(수정된 키리달디 모델)을 최적화하기 위해 a, b 및 c의 초기 추측은 각각 1.0, 0.0 및 0.0으로 가정할 수 있다. To optimize the initial IT diagram (modified Kyridaldi model), the initial guesses of a, b and c can be assumed to be 1.0, 0.0 and 0.0, respectively.

최적화 과정 동안, 핵심 아이디어는 각 상의 조정 매개 변수 즉, 설계 매개 변수를 수학식 1에서 설명된 목적 함수로 목표 상분율에 가장 가까운 상분율을 예측하는 반복적인 방법으로 확인하는 것이다. During the optimization process, the key idea is to check each phase adjustment parameter, i.e., the design parameter, as an iterative method of predicting the phase fraction closest to the target phase fraction with the objective function described in Equation 1.

최적화 기법으로 GRSM (Global Response Surface Model)이 이용될 수 있다.GRSM (Global Response Surface Model) can be used as an optimization technique.

[최적화된 열적 조건의 획득][Acquisition of optimized thermal conditions]

AISI 52100 강재의 조미니 엔드-담금질 테스트는 열전달 해석에 큰 영향을 주는 열 조건을 최적으로 확인하기 위해 표준 ASTM A255에 따라 먼저 분석될 수 있다. The roughness end-quench test of AISI 52100 steel can be analyzed first according to standard ASTM A255 to optimally determine the thermal conditions that have a significant impact on the heat transfer analysis.

열점소성(thermoviscoplasticity)을 이론적 기반으로 하는 2,000 사변형 유한 요소를 가지는 축 대칭 유한 요소 모델이 이용될 수 있다.An axisymmetric finite element model with 2,000 quadrilateral finite elements based on thermoviscoplasticity can be used.

표 1은 강재의 화학적 조성비를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 조미니 테스트에서 시편은 850℃의 오스테나이트화 온도로 가열된 다음, 물 분사에 의해 한쪽 끝에서 냉각될 수 있다. Table 1 shows the chemical composition ratio of steel materials. Referring to FIG. 4, in the Jomini test, the specimen may be heated to an austenitizing temperature of 850° C. and then cooled at one end by spraying water.

재료의 밀도는 7860 kg/m3에서 일정하다고 가정되었다. 본 발명에 이용된 강재의 열 용량 및 열 전도도는 제이매트프로(JMatPro) 소프트웨어를 이용하여 다른 온도에서 얻었으며, 표 2에 요약되어 있다.The density of the material was assumed to be constant at 7860 kg/m 3. The heat capacity and thermal conductivity of the steel materials used in the present invention were obtained at different temperatures using JMatPro software, and are summarized in Table 2.

시편의 실린더형 표면 및 상부 표면, 즉 자유 표면은 자연 대류 및 복사에 노출될 수 있다. 이러한 자유 표면을 통한 열 손실은 대류 및 복사를 고려하여 분석될 수 있다.The cylindrical and upper surfaces of the specimen, i.e., the free surface, can be exposed to natural convection and radiation. Heat loss through these free surfaces can be analyzed taking into account convection and radiation.

이러한 자유 표면으로부터의 복사열 전달은 스테판-볼츠만(Stefan-Boltzmann) 법칙을 이용하여 복사율이 0.7로 계산될 수 있다. 표면에서의 대류 열전달은 뉴턴의 냉각 법칙에 의해 설명될 수 있다 Radiant heat transfer from this free surface can be calculated as an emissivity of 0.7 using the Stefan-Boltzmann law. Convective heat transfer at the surface can be explained by Newton's law of cooling

Figure 112019054689219-pat00004
Figure 112019054689219-pat00004

여기서 A, h, Ts, Ta는 각각 표면적, 대류 열전달 계수, 표면 온도 및 주변 온도이다. 자유 표면의 매개 변수 h는 자연 대류에 대한 공식을 이용하여 계산될 수 있다. Where A, h, T s and T a are the surface area, convective heat transfer coefficient, surface temperature and ambient temperature, respectively. The free surface parameter h can be calculated using the formula for natural convection.

담금질된 바닥면의 대류 열전달 계수 hq는 간단히 계산할 수 없다. 특히, hq는 온도와 관련된 모든 예측에 결정적인 영향을 미치며, 표면 온도에 크게 좌우될 수 있다. The convective heat transfer coefficient h q of the quenched floor cannot be calculated simply. In particular, h q has a decisive influence on all predictions related to temperature and can be highly dependent on the surface temperature.

따라서, 담금질된 바닥면의 최적화된 대류 열전달 계수는 실험에서 얻은 냉각 곡선과 특정 샘플 포인트에서의 예측 사이의 차이를 최소화, 즉, 최적화 문제를 해결함으로써 결정될 수 있다. Thus, the optimized convective heat transfer coefficient of the annealed bottom surface can be determined by minimizing the difference between the cooling curve obtained in the experiment and the prediction at a specific sample point, i.e. solving the optimization problem.

hq는 온도에 좌우되고 최적으로 결정되는 샘플 온도에서 일련의 hq값에 의해 선형적으로 보간된다고 가정할 수 있다.It can be assumed that h q is temperature dependent and interpolated linearly by a series of h q values at the optimally determined sample temperature.

목적 함수는 다음 수학식 5와 같다.The objective function is shown in Equation 5 below.

Figure 112019054689219-pat00005
Figure 112019054689219-pat00005

여기서, Tj,pre(i)와 Tj,exp(i)는 각각 i번째 샘플 포인트와 냉각중 j번째 샘플링 시간의 예측 및 실험 온도이다. Here, T j,pre(i) and T j,exp(i) are the predicted and experimental temperatures of the i-th sample point and the j-th sampling time during cooling, respectively.

매개 변수 n 및 m은 각각 샘플 포인트의 갯수(도 4의 1 내지 5) 및 샘플링된 횟수이다. The parameters n and m are the number of sample points (1-5 in Fig. 4) and the number of times sampled, respectively.

도 5를 참조하면, 최적화된 hq값(표 3)을 이용하여 얻은 실험 온도 및 해당 예측치는 잘 일치한다. 측정된 온도와 예측된 온도의 최대 차이는 샘플 포인트 1과 2에서 약 50℃이다. 이 오차는 확산 상변태가 종료되는 300℃ 미만의 온도에서 산출될 수 있다.Referring to FIG. 5, the experimental temperature obtained using the optimized h q value (Table 3) and the corresponding predicted value agree well. The maximum difference between the measured and predicted temperature is about 50°C at sample points 1 and 2. This error can be calculated at a temperature of less than 300°C at which the diffusion phase transformation ends.

AISI 52100 강재의 조성비(wt%)Composition ratio of AISI 52100 steel (wt%) CC MnMn SiSi NiNi CrCr MoMo 1.081.08 0.530.53 0.250.25 0.330.33 1.461.46 0.080.08 ASTM 그레인 사이즈(grain size) : 7.0ASTM grain size: 7.0

AISI 52100 강재의 열 특성Thermal properties of AISI 52100 steel T(℃)T(℃) 900900 700700 500500 300300 100100 비열(J/gK)Specific heat (J/gK) 0.600.60 0.930.93 0.680.68 0.560.56 0.470.47 열 전도도
(W/mK)
Thermal conductivity
(W/mK)
27.627.6 31.431.4 35.135.1 37.437.4 35.235.2

담금질된 끝단부에서의 최적 대류막 계수Optimal convective membrane coefficient at the quenched end T(℃)T(℃) 2020 400400 580580 650650 850850 hf(W/m2K)h f (W/m 2 K) 43.843.8 32.432.4 31.531.5 10.610.6 2.02.0

[IT 다이어그램의 최적화][IT diagram optimization]

조미니 테스트는 강재의 기준(reference) IT 다이어그램을 이용하여 시뮬레이션하고, 상기 최적화된 열 조건을 이용하여 수학식 2 및 수학식 3에서 정의된 조정 매개 변수의 최적화를 위한 목표 상분율 값을 획득할 수 있다.The Jomini test is simulated using a reference IT diagram of steel, and a target phase fraction value for optimization of the adjustment parameters defined in Equations 2 and 3 is obtained using the optimized thermal condition. I can.

표 4는 도 6에 도시된 시편의 평단면에 있는 17개의 샘플 포인트에서 산출된 예측 상분율값을 나열한 것이다.Table 4 lists the predicted phase fraction values calculated from 17 sample points on the flat cross section of the specimen shown in FIG. 6.

샘플 포인트의 좌표와 해당 위치의 예측 상분율
The coordinates of the sample point and the predicted phase fraction of the location
샘플 포인트Sample point x(mm)x(mm) y(mm)y(mm) 오스테나이트(%)Austenite (%) 펄라이트(%)Pearlite (%) 베이나이트
(%)
Bainite
(%)
마르텐사이트(%)Martensite (%)
1One
11.4

11.4

1.5

1.5

5.5

5.5

0.0

0.0

0.0

0.0

94.5

94.5
22
11.6

11.6

3.1

3.1

5.5

5.5

0.0

0.0

0.0

0.0

94.5

94.5
33
11.5

11.5

5.0

5.0

5.5

5.5

0.0

0.0

0.0

0.0

94.5

94.5
44
11.6

11.6

7.2

7.2

5.5

5.5

0.0

0.0

0.0

0.0

94.5

94.5
55
11.5

11.5

9.0

9.0

5.5

5.5

0.0

0.0

0.0

0.0

94.5

94.5
66
11.4

11.4

11.1

11.1

5.5

5.5

0.0

0.0

0.1

0.1

94.4

94.4
77
11.3

11.3

12.9

12.9

5.5

5.5

0.0

0.0

0.3

0.3

94.2

94.2
88
11.3

11.3

13.4

13.4

5.5

5.5

0.0

0.0

0.4

0.4

94.2

94.2
99
11.7

11.7

15.4

15.4

5.5

5.5

0.0

0.0

0.7

0.7

93.8

93.8
1010
11.7

11.7

20.1

20.1

5.4

5.4

0.3

0.3

1.4

1.4

92.9

92.9
1111
11.7

11.7

25.3

25.3

5.3

5.3

1.0

1.0

1.8

1.8

91.9

91.9
1212
11.7

11.7

30.0

30.0

5.3

5.3

2.7

2.7

1.4

1.4

90.7

90.7
1313
11.3

11.3

35.7

35.7

5.1

5.1

7.3

7.3

0.8

0.8

86.9

86.9
1414
11.3

11.3

45.2

45.2

3.7

3.7

33.0

33.0

0.1

0.1

63.2

63.2
1515
11.3

11.3

50.4

50.4

2.1

2.1

61.3

61.3

0.1

0.1

36.5

36.5
1616
11.3

11.3

55.1

55.1

0.6

0.6

89.2

89.2

0.0

0.0

10.2

10.2
1717
11.3

11.3

60.3

60.3

0.0

0.0

99.5

99.5

0.0

0.0

0.4

0.4

평균

Average

-

-

-

-

4.5

4.5

17.3

17.3

0.41

0.41

77.7

77.7

IT 곡선의 최적화, 즉 수학식 2 및 수학식 3에서 정의된 조정 매개 변수의 최적화 산출은 하이퍼스터디(HyperSTUDY) 최적화 툴(tool)을 이용하여 17개 샘플 포인트에서 실험과 예측 사이의 상분율 오차를 반복적으로 감소시킴으로써 실현될 수 있다. The optimization of the IT curve, that is, the optimization calculation of the adjustment parameters defined in Equation 2 and Equation 3, is performed using the HyperSTUDY optimization tool to determine the difference between the experiment and the prediction at 17 sample points. It can be realized by repeatedly decreasing.

도 2를 참조하면, AISI 52100 강재의 경우, 펄라이트 및 베이나이트 개시 및 종료를 포함한 IT 다이어그램의 4개의 곡선을 최적으로 조정해야 한다. Referring to Fig. 2, for AISI 52100 steel, four curves in the IT diagram including pearlite and bainite initiation and termination should be optimally adjusted.

그러므로, 최적화 변수는 펄라이트 개시용 aPs, bPs, cPs, 펄라이트 종료용 aPf, bPf, cPf, 베이나이트 개시용 aBs, bBs, cBs 및 베이나이트 종료용 aBf, bBf, cBf이다. Therefore, optimization variables are a Ps , b Ps , c Ps for pearlite initiation, a Pf , b Pf , c Pf for pearlite initiation, a Bs , b Bs , c Bs for bainite initiation and a Bf , b for bainite termination Bf and c Bf .

조정 매개 변수의 제약 조건은 다음과 같이 지정될 수 있다.The constraints of the adjustment parameters can be specified as follows.

Figure 112019054689219-pat00006
Figure 112019054689219-pat00006

Figure 112019054689219-pat00007
Figure 112019054689219-pat00007

Figure 112019054689219-pat00008
Figure 112019054689219-pat00008

여기서 a 는 aPs,aPf,aBs 및 aBf를 포함하고, b는 bPs,bPf,bBs 및 bBf를 포함하며, 그리고, cPs, cPf, cBs 및 cBf를 포함한다. Where a includes a Ps ,a Pf ,a Bs and a Bf , b includes b Ps ,b Pf ,b Bs and b Bf , and c Ps , c Pf , c Bs and c Bf do.

초기 추측은 모든 상에 대해 a0=1.0, b0=0.0, c0=0.0이 사용될 수 있다. 이러한 초기 추측은 수정된 키리달디 모델로 동일한 IT 다이어그램을 제공하고, 다이어그램은 최적화, 즉 수학식 1에서 정의된 목적 함수의 최소화를 통해 실험 다이어그램에 근접한다. For the initial guess, a 0 =1.0, b 0 =0.0, c 0 =0.0 can be used for all phases. This initial guess provides the same IT diagram with the modified Kiridaldi model, and the diagram approaches the experimental diagram through optimization, that is, minimization of the objective function defined in Equation 1.

서로 다른 가중 인자를 갖는 최적화의 두 가지 케이스가 표 5에 주어진 바와 같이 수행될 수 있다. Two cases of optimization with different weighting factors can be performed as given in Table 5.

케이스 1에서 수학식 1의 모든 상(phase)에 동일한 가중 인자가 적용될 수 있다. 케이스 2에서, 베이나이트 및 오스테나이트와 같은 더 작은 분율을 갖는 상들에 대해 보다 중요한 중요성을 부여하기 위해, 표 4에 주어진 평균 상분율에 대해 가중 인자가 불균등하게 할당될 수 있다. In Case 1, the same weighting factor may be applied to all phases of Equation 1. In case 2, a weighting factor can be unevenly assigned for the average phase fraction given in Table 4 in order to give more importance to the phases with smaller fractions such as bainite and austenite.

2가지 케이스(케이스1,2)에 있어서, 최적화는 모두 펄라이트와 베이나이트에 대해 독립적으로 수행될 수 있다. In both cases (cases 1 and 2), optimization can be performed independently for both perlite and bainite.

도 7에서 수평축은 반복 횟수, 수직축은 목적 함수를 나타낸 것으로서, 약 350회 반복한 결과, 케이스 1과 케이스 2의 목적 함수 값은 각각 0.15와 0.21로 수렴한다. In FIG. 7, the horizontal axis represents the number of repetitions and the vertical axis represents the objective function. As a result of repetition of about 350 times, the objective function values of Case 1 and Case 2 converge to 0.15 and 0.21, respectively.

표 6에는 두 가지 케이스에 대해 최적화된 조정 매개 변수가 나열되어 있다. Table 6 lists the tuning parameters optimized for both cases.

도 7은 케이스 1에서 베이나이트 곡선에 대한 목적 함수 값의 감소가 펄라이트와 비교하여 상당히 작아서 최적화가 베이나이트 곡선을 적절하게 조정할 수 없음을 나타낸다. Fig. 7 shows that the reduction of the objective function value for the bainite curve in Case 1 is considerably smaller than that of perlite, so that the optimization cannot properly adjust the bainite curve.

반대로, 목적 함수 값은, 가중 인자가 적용되는 케이스 2에서 펄라이트 및 베이나이트를 최적화하는 동안 감소될 수 있다.Conversely, the objective function value can be reduced during the optimization of perlite and bainite in case 2 where a weighting factor is applied.

최적화 케이스에서의 중량 분율Weight fraction in the optimization case 최적화 케이스Optimization case W오스테나이트 W austenite W펄라이트 W pearlite W베이나이트 W bainite W마르텐사이트 W martensite 케이스 1Case 1 1.01.0 1.01.0 1.01.0 1.01.0 케이스 2Case 2 10.010.0 2.02.0 100.0100.0 1.01.0

최적화 조정 매개 변수Optimization tuning parameters 최적 케이스Optimal case 펄라이트 개시
Pearlite initiation
펄라이트 종료Perlite termination 베이나이트 개시Bainite initiation 베이나이트 종료Bainite finish
aPs a Ps bPs b Ps cPs c Ps aPf a Pf bPf b Pf cPf c Pf aBs a Bs bBs b Bs cBs c Bs aBf a Bf bBf b Bf cBf c Bf 케이스1Case 1
2.10

2.10

-2.84

-2.84

3.1

3.1

2.58

2.58

-4.80

-4.80

3.7

3.7

0.14

0.14

1.21

1.21

-5.1

-5.1

0.81

0.81

0.48

0.48

-8.3

-8.3
케이스2Case 2
2.08

2.08

-2.85

-2.85

-1.3

-1.3

2.58

2.58

-4.78

-4.78

2.6

2.6

0.71

0.71

0.05

0.05

25.1

25.1

0.95

0.95

-0.17

-0.17

-6.3

-6.3

[결과 및 검토][Results and Review]

도 8은 실험, 수정 키리달디 모델 및 최적화 모델(케이스 1 과 2)을 이용하여 얻은 IT 다이어그램을 보여준다. 8 shows an IT diagram obtained using an experimental, modified Kiridaldi model and an optimization model (cases 1 and 2).

실험적 IT 다이어그램과 키리달디 모델에서 얻은 초기 IT 다이어그램에는 상당한 차이가 있다. There are significant differences between the experimental IT diagram and the initial IT diagram from the Kiridaldi model.

최적화된 두가지 케이스에서 얻은 최적의 조정 매개 변수를 적용하면, 수정된 키리달디 모델이 개선되고, 실험과 모델 간의 차이가 상당히 감소될 수 있다. By applying the optimal adjustment parameters obtained in the two optimized cases, the modified Kiridaldi model can be improved, and the difference between the experiment and the model can be significantly reduced.

펄라이트 상변태의 개시 및 종료 곡선은 모두 케이스 1 및 2에서 얻은 최적화된 조정 매개 변수가 적용될 때, 실험적 IT 다이어그램의 관련 곡선과 잘 일치한다.The initiation and termination curves of the perlite phase transformation are in good agreement with the relevant curves in the experimental IT diagram when the optimized tuning parameters obtained in Cases 1 and 2 are applied.

2가지 케이스(케이스 1,2) 모두에서 베이나이트 곡선에 대한 실험과 모델의 차이점 또한 감소한다. In both cases (cases 1 and 2), the difference between the model and the experiment on the bainite curve also decreases.

그러나, 베이나이트의 실험 개시 및 종료 곡선과 케이스 1에서 얻어진 것과는 여전히 상당한 불일치가 존재한다. However, there are still significant discrepancies between the bainite's experimental initiation and termination curves and those obtained in Case 1.

이러한 불일치는 다른 상, 특히 마르텐사이트와 비교하여 샘플 포인트에서 베이나이트의 작은 분율 때문이다. 샘플 포인트의 평균 베이나이트 분율은 0.41%로 다른 모든 상의 평균 분율보다 작다(표 4 참조). This discrepancy is due to the small fraction of bainite at the sample point compared to other phases, especially martensite. The average bainite fraction of the sample points is 0.41%, which is less than the average fraction of all other phases (see Table 4).

따라서, 최적화중 목적 함수는 펄라이트 개시 및 종료 곡선에 크게 영향을 받아 펄라이트 곡선을 보다 효율적으로 최적화할 수 있다. Therefore, the objective function during optimization is greatly influenced by the pearlite initiation and termination curves, so that the pearlite curve can be more efficiently optimized.

도 8을 참조하면, 케이스 2에서 얻은 최적화 모델은 목적 함수에 적용된 가중 인자로 인해 베이나이트와 펄라이트 변태에 대한 허용 가능한 곡선을 제공한다.Referring to Fig. 8, the optimization model obtained in Case 2 provides an acceptable curve for bainite and pearlite transformations due to the weighting factor applied to the objective function.

도 9a 내지 도 9d는 실험 IT 다이어그램, 수정된 키리달디 모델 및 두 최적화 케이스를 이용하여 최적화된 IT 다이어그램을 이용하여 예측된 오스테나이트, 펄라이트, 베이나이트 및 마르텐사이트 분율의 분포를 보여준다. 9A to 9D show distributions of predicted austenite, pearlite, bainite and martensite fractions using an experimental IT diagram, a modified Kyridaldi model, and an IT diagram optimized using two optimization cases.

앞서 설명한 동일 유한 요소 모델이 모든 시뮬레이션에 적용되며, 시뮬레이션에 이용된 IT 다이어그램만 다르다. The same finite element model described above applies to all simulations, only the IT diagram used in the simulation is different.

최적화된 조정 매개 변수를 이용한 예측을 개선하는 것은 도 9의 질적인 방법으로 명확하게 나타날 수 있다. Improving the prediction using the optimized adjustment parameters can be clearly indicated by the qualitative method of FIG. 9.

모든 상의 예측된 상분율의 분포는 실험적 IT 다이어그램을 이용하여 예측한 것과 유사하다. 그러나, 도 9c를 참조하면, 실험 IT 다이어그램, 최적화 케이스 1과 케이스 2가 각각 이용될 때, 예측된 베이나이트 분율의 최대 값은 각각 2.0%, 1.1% 및 1.8% 이다. The distribution of the predicted phase fractions of all phases is similar to that predicted using the experimental IT diagram. However, referring to FIG. 9C, when the experimental IT diagram, optimization case 1 and case 2 are used, respectively, the maximum values of the predicted bainite fraction are 2.0%, 1.1%, and 1.8%, respectively.

케이스 1의 베이나이트 분율의 분포는 실험적 IT 다이어그램과 정확하게 일치한다. 수정된 키리달디 모델을 이용한 예측은 실험적인 IT 다이어그램을 이용한 예측과 전혀 일치하지 않는다.The distribution of the bainite fraction in Case 1 exactly matches the experimental IT diagram. The prediction using the modified Kiridaldi model does not match the prediction using the experimental IT diagram at all.

도 10a 내지 도 10d는 실험적 IT 다이어그램을 이용하여 예측된 상분율이, 수정되고 최적화된 키리달디 모델의 분수와 정량적으로 비교한 것을 나타낸 도면이다. 10A to 10D are diagrams showing a quantitative comparison between a predicted phase fraction using an experimental IT diagram with a fraction of a modified and optimized Kiridaldi model.

최적화된 키리달디 모델의 케이스 1에 의해 예측된 오스테나이트, 펄라이트 및 마르텐사이트 상의 R 제곱 값은 각각 0.93, 0.96 및 0.92로서, 실험 데이터와 최적화된 키리달디 모델(케이스 1)간의 오차는 무시할 만한 수준이다. The R squared values for austenite, pearlite and martensite predicted by Case 1 of the optimized Kyridaldi model were 0.93, 0.96 and 0.92, respectively, and the error between the experimental data and the optimized Kyridaldi model (case 1) was negligible. to be.

베이나이트 상에 대한 R 제곱 값은 0.41이며, 이는 1.0으로부터 매우 멀리 떨어져 있다. 그러나, 케이스 1에 의해 예측된 베이나이트 분율에 대한 데이터 포인트는 수정된 키리달디 모델과 비교하여 도 10c에서 덜 산재해 있다. The R squared value for the bainite phase is 0.41, which is very far from 1.0. However, the data points for the bainite fraction predicted by case 1 are less scattered in Fig. 10c compared to the modified Kiridaldi model.

케이스 2에서 얻은 최적화된 키리달디 모델을 적용하여 오스테나이트, 펄라이트 및 마르텐사이트의 R 제곱 값을 각각 0.93, 0.96, 0.96 및 0.92로 향상시켰다.By applying the optimized Kyridaldi model obtained in case 2, the R squared values of austenite, perlite and martensite were improved to 0.93, 0.96, 0.96 and 0.92, respectively.

도 11을 참조하면, 최적화된 모델을 확실하게 평가하기 위해, 조미니 시험편의 평단면에 분포된 40개 샘플 포인트에서 상분율을 예측한다. Referring to FIG. 11, in order to reliably evaluate the optimized model, the phase fraction is predicted at 40 sample points distributed on the flat cross section of the Jomini test piece.

이 샘플 포인트는 모델 학습용 최적화에 이용된 샘플 포인트와 동일하지 않다(표 4). 따라서, 이 모델을 이용하여 모델의 신뢰성을 평가할 수 있다. These sample points are not the same as the sample points used in the optimization for training the model (Table 4). Therefore, this model can be used to evaluate the reliability of the model.

도 11은 케이스 1과 케이스 2에서 평균 R 제곱 값이 각각 0.9982와 0.9994임을 보여준다. 11 shows that the mean R squared values in Case 1 and Case 2 are 0.9982 and 0.9994, respectively.

두 값 모두 1.0에 매우 가깝기 때문에, 최적화된 모델이 모든 상의 상분율을 큰 확신을 가지고 예측할 수 있음을 보여준다. 그러나, 케이스 2에서 얻은 IT 다이어그램은 케이스 1에 비해 실험 IT 다이어그램에 더 가깝다. Since both values are very close to 1.0, it shows that the optimized model can predict the phase fraction of all phases with great confidence. However, the IT diagram obtained in Case 2 is closer to the experimental IT diagram than in Case 1.

케이스 2의 최적화된 모델은 베이나이트와 같은 작은 분율을 가지는 상에 대해서도 모든 상의 상분율을 올바르게 예측할 수 있음을 나타낸다. The optimized model of Case 2 indicates that all phase fractions can be correctly predicted even for phases with small fractions such as bainite.

베이나이트, 즉, 가중 인자와 균형을 이루는 목적 함수를 이용하여 최적화하면, 베이나이트 및 오스테나이트 분율이 작은 조미니 테스트 뿐만 아니라, 다른 열처리 공정에서도 신뢰할 수 있는 상분율을 예측할 수 있다.If bainite, ie, an objective function balanced with a weighting factor, is used to optimize, it is possible to predict a reliable phase fraction not only in the Jomini test with small bainite and austenite fractions, but also in other heat treatment processes.

[결론][conclusion]

본 발명의 IT 다이어그램 조정 방법은 유한 요소 솔루션을 이용하고, 지정된 샘플 포인트에서 측정된 상분율 및 최적화 기술을 포함한 실제 실험을 이용할 수 있다. The IT diagram adjustment method of the present invention uses a finite element solution, and can use actual experiments including phase fractions and optimization techniques measured at designated sample points.

수정된 키리달디 모델에 정의된 조정 매개 변수는, 최적화 과정에서 설계 변수로 이용되고, 이것으로 샘플 포인트에서 목표 상분율과 예측된 상분율 사이의 목적 오차 함수를 최소화할 수 있다. The adjustment parameters defined in the modified Kiridaldi model are used as design variables in the optimization process, and this can minimize the objective error function between the target phase fraction and the predicted phase fraction at the sample points.

본 발명의 조정 방법으로 IT 다이어그램의 각 곡선에 대한 세 가지 조정 매개 변수를 얻을 수 있다. With the adjustment method of the present invention, it is possible to obtain three adjustment parameters for each curve in the IT diagram.

본 발명의 조정 방법은 표준 조미니 테스트를 이용하여, 일반 강재에 대한 수정된 키리달디 모델을 조정할 수 있기 때문에, 실용적이며 실현 가능하다. The adjustment method of the present invention is practical and feasible, since it is possible to adjust the modified Kiridaldi model for the general steel using the standard Jomini test.

그 결과, 키리달디 모델은 최적화된 조정 매개 변수를 적용한 후, 상분율을 신뢰성있게 예측할 수 있음을 보여줄 수 있다. As a result, it can be shown that the Kiridaldi model can reliably predict the phase fraction after applying the optimized adjustment parameters.

그러나, 수정된 키리달디 모델에서 얻은 IT 다이어그램은 최적화에 대한 초기 추측을 제공한다. However, the IT diagram obtained from the modified Kiridaldi model provides an initial guess for optimization.

조정 매개 변수를 최적화하면, 초기 추측을 실험 IT 다이어그램에 근접시킬수 있다. By optimizing the tuning parameters, you can bring your initial guesses closer to the experimental IT diagram.

본 발명에 따르면, 조정된 모델 IT 다이어그램 및 실험적 IT 다이어그램을 이용하여 예측된 상분율 사이의 오차는 실제 이용시 충분히 작아질 수 있다.According to the present invention, the error between the phase fraction predicted using the adjusted model IT diagram and the experimental IT diagram can be sufficiently small in actual use.

S1 : 제1 단계 S2 : 제2 단계
S3 : 제3 단계 S4 : 제4 단계
S5 : 제5 단계 S6 : 제6 단계
S7 : 제7 단계 S8 : 제8 단계
S9 : 제9 단계
S1: first step S2: second step
S3: third step S4: fourth step
S5: fifth step S6: sixth step
S7: the seventh step S8: the eighth step
S9: the ninth step

Claims (4)

조미니 테스트를 실행하는 제1 단계;
샘플 포인트를 결정하는 제2 단계;
상분율을 측정하는 제3 단계;
초기 IT 다이어그램을 이용하는 제4 단계;
유한요소 해석을 실행하는 제5 단계;
상기 상분율을 예측하는 제6 단계;
목적 함수를 연산하여 산출하는 제7 단계;
상기 제7 단계에서 산출된 값인 오차가 최소화인지 판단하여 최소값이면 종료하는 제8 단계;
를 포함하고,
상기 제8 단계에서 최소화는,
실험 IT 다이어그램에 의해 얻은 목표 상분율과 이론 IT 다이어그램을 이용하여 얻은 예측 상분율간의 오차를 최소화하는 것이고, 상기 오차는 다음 수학식 1의 목적 함수에 의해 산출되는 금속재의 등온 변태 다이어그램의 조정방법.
[수학식 1]
Figure 112020112186522-pat00029

여기서, , Xj,pre(i)와 Wj는 각각 i번째 샘플 포인트에서 유한 요소 해석에 의해 예측되는 j번째 상분율 및 j번째 상(phase)의 중량 인자이고, n과 m은 각각 샘플 포인트와 상의 갯수이다.
A first step of executing the Jomini test;
A second step of determining a sample point;
A third step of measuring the phase fraction;
A fourth step of using the initial IT diagram;
A fifth step of performing finite element analysis;
A sixth step of predicting the phase fraction;
A seventh step of calculating and calculating an objective function;
An eighth step of determining whether the error, which is the value calculated in the seventh step, is minimized, and ending if the error is the minimum value;
Including,
Minimization in the eighth step,
To minimize the error between the target phase fraction obtained by the experimental IT diagram and the predicted phase fraction obtained using the theoretical IT diagram, the error is a method of adjusting the isothermal transformation diagram of a metal material calculated by the objective function of the following equation (1).
[Equation 1]
Figure 112020112186522-pat00029

Where, X j,pre(i) and W j are the j-th phase fraction and j-th phase weight factors predicted by finite element analysis at the i-th sample point, respectively, and n and m are each sample point It is the number of awards and awards.
제1 항에 있어서,
상기 제8 단계에서 오차의 최소화가 이루어지지 않으면, 매개 변수를 변경하고 유한 요소 해석을 다시 실행하는 제9 단계를 포함하는 금속재의 등온 변태 다이어그램의 조정방법.
The method of claim 1,
If the error is not minimized in the eighth step, the method of adjusting an isothermal transformation diagram of a metallic material comprising a ninth step of changing a parameter and performing a finite element analysis again.
삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 초기 IT 다이어그램을 이용하는 제4 단계는,
다음 수학식 2,3에 의해 이론 IT 다이어그램을 최적으로 조정하는 단계인 금속재의 등온 변태 다이어그램의 조정방법.
[수학식 2]
Figure 112019054689219-pat00010

[수학식 3]
Figure 112019054689219-pat00011

여기서, a,b,c는 최적화시 설계 매개 변수, T 및 t는 변태되지 않은 시스템에서의 온도 및 시간, 매개 변수 T' 및 t'는 각각 변태후 온도 및 시간이다.
The method of claim 1,
The fourth step of using the initial IT diagram,
A method of adjusting an isothermal transformation diagram of a metal material, which is a step of optimally adjusting the theoretical IT diagram by the following equations 2 and 3.
[Equation 2]
Figure 112019054689219-pat00010

[Equation 3]
Figure 112019054689219-pat00011

Where a, b, c are design parameters during optimization, T and t are temperature and time in an untransformed system, and parameters T'and t'are temperature and time after transformation, respectively.
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