Алгоритмы проектирования структуры низкоуглеродистых сталей для управления технологическими процессами и получения материалов с заданными механическими и функциональными свойствами.

Производство любых конструкционных и функциональных металлических материалов, и изделий, как правило, реализующееся в виде направленных деформационных и термических воздействий, приводит к формированию в них кристаллографической текстуры. Наличие текстуры придает изделиям определенный уровень ориентационно-зависимых физико-механических свойств, а учет ее возникновения и развития позволяет оптимизировать известные и разрабатывать новые технологии производства данных материалов. Целью работы является разработка и апробация методик численного моделирования эволюции структуры листовых низкоуглеродистых сталей в процессах промышленного производства изделий с заданными физико-механическими свойствами. В основе моделирования лежат установленные авторами закономерности структурно-текстурной наследственности металлических материалов, «генами» которой являются специальные разориентации – специальные (кристаллографически обусловленные, упорядоченные) границы (межзеренные или межфазные). Используемый при моделировании подход предполагает следующую последовательность формирования структуры материалов: создание напряженного состояния – деформация – текстура материала в виде совокупности стабильных ориентаций – термическое воздействие – структурные превращения с учетом специальных разориентаций и/или фазовое превращение с учетом ориентационных соотношений. Количество и качество специальных разориентаций – специальных границ определяет места зарождения новых зерен или фаз, и, соответственно размеры и формы их кристаллитов. Описание трансформации кристаллической решетки при структурных или фазовых превращениях дополняются термодинамическими уравнениями фазовых равновесий и кинетическими уравнениями, определяющими скорости роста новых зерен или фаз в определенных температурных интервалах соответствующих промышленной обработке материала. В качестве термодинамических уравнений предполагается использование аппроксимированных зависимостей объемных долей и химических составов фаз от температуры, полученных при расчетах фазовых равновесий в программном обеспечении ThermoCalc. В качестве кинетического уравнения для описания фазовых превращений контролируемых диффузией (выделение-растворение-коагуляция дисперсных фаз) предполагается использовать параболический закон, как уравнение диффузии, описывающее предельные процессы. Результатом моделирования будут являться алгоритмы прогнозирования структурно-текстурных состояний материалов для каждого технологического передала, включающие объемные доли как основных, так и вторичных фаз; размеры зерен основных фаз и их ориентации; плотности распределения и размеры дисперсных частиц вторичных фаз. В качестве основных материалов для которых будет проводиться моделирование, и, соответственно, верифицироваться его результаты, выбраны промышленные материалы: 1) тонколистовая электротехническая анизотропная (трансформаторная) сталь, в которой совершенная кристаллографическая текстура {110}<001>, обеспечивающая необходимые магнитные свойства, формируется в результате деформаций (прокаток) и всех типов рекристаллизаций, практически без протекания фазовых превращений; 2) листовые IF-стали – основной материал для изделий, производимых за счет глубокой вытяжки, требующей определенной анизотропии механических свойств, причем в данных материалах при горячей прокатке полностью реализуется гамма-альфа-превращение, которое рассматривается в настоящее время как чисто диффузионное (не сдвиговое). В качестве основных методов исследования структуры материалов после различных технологических переделов будут использованы: рентгеноструктурный анализ для интегральной оценки структурно-текстурных состояний; сканирующая электронная микроскопия, включающая микрорентгеноспектральный анализ, ориентационный анализ (EBSD) для установления локальных текстурных состояний, и, соответственно, разориентаций между фазовыми и структурными составляющими.