[发明专利]材料组织预测装置、产品制造方法及材料组织预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及能预测因温度变化而引起相变的材料的组织的材料组织预测装置、产品制造方法及材料组织预测方法。

背景技术

近年来，基于环境问题及节能的观点，希望提高用于工业制品的材料的材质。已知材料的由拉伸强度、屈服应力、或延伸等所代表的材质特性与显微镜级别的材料组织密切相关。因此，通过操作高温加工后条件、或之后的冷却条件，使成为施加到材料的温度变化的指标的温度变化曲线发生变化，从而改善产品的材质特性。

另外，若在冷却材料后对其进行研磨，再用应用了操作性电子显微镜的EBSD(electron back scattering diffraction：电子背散射衍射)装置进行观察，则能获得析出相(新相)的各晶粒的结晶方位。母相的结晶方位和析出相的结晶方位之间存在一定的关系。已知利用上述关系来重新构建母相的结晶方位和晶界的技术(参照非专利文献1)。另外，开展了针对冷却中扩散型相变的推进的公式化中所使用的核生成速度及成长速度的研究(参照非专利文献2)。

对于温度控制装置，揭示了以下内容：即，使用相变发热模型来预测因轧制材料发生相变而产生的相变发热量，并进行控制，以对该相变发热量进行补偿的同时使卷取温度与规定的温度目标值相一致(参照专利文献1)。

为了确定用于获得所希望的材质特性的适当的制造条件，需要重复试作。但是，重复上述试作的操作会耗费较高的费用及时间。因此，对于钢铁材料，开发出以热轧工序为对象来预测作为产品的材料的材料组织及材质的组织材质预测技术。组织材质预测技术用于优化温度变化曲线等制造条件以获得所希望的材质特性。

但是，在现有的组织材质预测模型中，按照材料组织内均匀的情况进行处理。因而，并未考虑材料组织内的晶粒大小及形状的差异或偏差。但是，实际上根据制造条件的不同，有时会在材料组织内每一晶粒的大小及形状不同，且它们的偏差较大。这些都会成为材质变动的一个原因。

另一方面，在材料从加热状态到冷却过程中发生的固态相变包括以下两个现象：(i)生成晶核，(ii)所生成的晶粒生长。对于后者(晶粒生长)，已知有利用多相场((MPF,multi-phase-field)法进行解析的方法。例如揭示了在单晶生长中根据多相场法来计算晶粒生长所得到的晶粒形状变化的模拟方法(参照对比文献2)。但是，对于前者(晶核生成)，尽管实际的晶核生成的位置和定时取决于母相组织和温度变化，但在现有的多相场法中，仍停留在手动设置计算开始时的初始核配置等极为简单的考虑。专利文献2中，尽管考虑了在单晶中由错位引起的应变能所导致的晶核生成，但是在以钢铁为代表的多晶金属中，正如众所周知那样在母相组织的晶界附近容易生成晶核等，因而在将专利文献2的方法应用到多晶金属的晶核生成时存在局限性。

因而，在现有的多相场法中，对于材料组织内的晶粒大小及形状差异以及其偏差，尽管能把握晶粒生成的定性的变化趋势，但是由于未充分考虑晶核生成行为，因而定量的预测精度不够。因此难以将该解析方式应用到预测冷却后的材质等需要定量评价的用途。

由此，为了应用于材质等定量评价，难以利用现有的多相场法来预测会因温度变化而引起相变的材料组织。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2005－297015号公报

专利文献2：日本专利特开2007－091543号公报

非专利文献

非专利文献1：森本敬治等4人，“EBSDデータによるバリアント解析プログラムの開発(EBSD数据的多样分析程序的开发)”，“鉄と鋼(铁和钢)”，社团法人日本钢铁协会，2007年，Vol.93，No.9，第27－35页

非专利文献2：末广正芳等4名，“低炭素普通鋼の冷却中の変態進行の定式化(低碳普通钢的冷却中的相变进行的定式化)”，“鉄と鋼(铁和钢)”，社团法人日本钢铁协会，1987年，第73年第8号第110-117页

发明内容

本发明所要解决的问题在于提供一种能定量地预测因温度变化而引起相变的材料组织的材料组织预测装置、产品制造方法及材料组织预测方法。