Simulation and Modelling of Hot Ductility for Different Steel Grades

Abstract

In this paper an outline is given of a work carried out within a publicly supported project between the RWTH Aachen University and ThyssenKrupp Steel AG. The objective of the collaboration is to determine the hot temperature properties of different steel grades during solidification. These data will later be implemented into a FEM Simulation for continuous caster operated by the industrial partner. The calculated stress field of the slab provides an informative basis for the cracking susceptibility of the strand shell. Based on mathematical models on prediction of the solidification and microstructure parameters, the prediction of hot ductility is intended. In a first step the temperature distribution during solidification in a continuous casting mould is calculated and transferred to a microstructure simulation working on the basis of multiphase field modelling. The results are used to apply existing hot tearing criteria and determine the mechanical properties as ductility, critical strain or maximum strain rate. Additionally, combined solidification and hot tensile tests as well as microprobe analysis are carried out for evaluation of modelling results. Simulation und Modellierung der Heißduktilität unterschiedlicher Stahlsorten. Es wird ein Überblick gegeben über die Arbeit in einem von der DFG öffentlich geförderten Projekt zwischen der RWTH Aachen, ACCESS e.V. und der ThyssenKrupp Steel AG (TKS). Das Ziel der Zusammenarbeit ist die Berechnung mechanischer Kennwerte, insbesondere der Heißduktilität unterschiedlicher Stahlsorten während der Erstarrung. Die Kennwerte gehen in ein thermomechanisches FE-Modell der TKS ein und liefern somit wichtige Anhaltspunkte für die Rissempfindlichkeit der Strangschale während des Stranggießprozesses. Basierend auf mathematischen Modellen zur Berechung der Erstarrungs-und Mikrostrukturparameter, wird die Vorhersage der kritischen Parameter, die zu Rissbildung führen können, angestrebt. In einem ersten Schritt wird die Temperaturverteilung in der Kokille berechnet und an eine Mikrostruktursimulation, basierend auf einem Phasenfeld-Modell, gekoppelt. Es ist möglich, die Ergebnisse von Heißrisskriterien anzuwenden und somit mechanische Kennwerte wie Duktilität, kritische Dehnung und maximale Dehnrate zu bestimmen. Begleitend werden Erstarrungs-und Heißzugexperimente, metallographische Untersuchungen und Mikrosonden-Analysen zur Bewertung der Modellierungsergebnisse durchgeführt.

Statistical analysis of EPMA results for numerical modelling of micro-segregation in steel

“…10,11 Statistical approximation methods for the description of segregation have been applied by some authors. 8,[12][13][14][15] Concentration distributions can be approximated by Gaussian curves. This approach permits quantitative information in form of mathematical expressions .…”