Thermomechanische Behandlung beim Ringwalzen : Modelle zur schnellen Simulation der Gefügeevolution

Das thermomechanische Behandlungsverfahren (TMB), welches durch Vereinigung der Prozessschritte "Warmumformung" und "Wärmebehandlung" hohe Potenziale zur Energie- und Prozesskosteneinsparung sowie zur Verbesserung der Produkteigenschaften bietet und in vielen Walzstahlsegmenten seit Jahren erfolgreich angewandt wird, hat sich im Bereich der Herstellung großer, nahtloser Ringe bislang kaum etablieren können. Die Ursache für den geringen Entwicklungsstand lässt sich auf das für das Ringwalzen typische, stark instationäre Prozessverhalten zurückführen. Ergebnisse einer tiefergehenden Prozessanalyse zeigen, dass aus diesem Prozessverhalten äußerst komplexe Prozesszusammenhänge resultieren, die den Aufbau eines umfassenden und für einen industriellen Einstieg in die TMB-Technologie notwendigen Verständnisses der lokal im Werkstoff ablaufenden Gefügebildungsmechanismen erheblich erschweren. Im Allgemeinen lässt sich dieses Verständnis mit Hilfe einer numerischen Gefügesimulation auf Basis der Finite-Elemente-Methode (FEM) aufbauen. Eine Gegenüberstellung derzeit verfügbarer Simulatoren zeigt jedoch, dass die bei der Prozesssimulation des Ringwalzens auftretenden Geschwindigkeits- und Anwendungsdefizite eine Gefügesimulation nahezu unmöglich machen.Diese Problematik erforderte einen vollständig neuen Ansatz zur Realisierung des benötigten, schnellen und hinreichend genau rechnenden Modells für eine anwendungsorientierte Simulation der lokalen Gefügeevolution beim Ringwalzen. Zur globalen Simulationssteuerung wurde ein weit verbreiteter, kommerzieller Prozesssimulator in die Modellarchitektur eingebunden und zur Berechnung der Temperaturverteilung im Ringquerschnitt ein bereits vorhandenes, auf Grundlage der Finite-Differenzen-Methode arbeitendes thermisches Modell. Zusätzlich war die Entwicklung von analytisch rechnenden Teilmodellen, wie dem mechanischen Modell sowie dem Material- und Gefügemodell, notwendig.