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MICRESSの計算事例１

｢ステンレス鋼凝固組織とシグマ相析出｣

ITOCHU Techno-Solutions Corporation

１．ステンレス鋼凝固組織とシグマ相析出*1,*2

(1) S.Fukumoto and S.Nomoto: J. Japan Inst. Metals, 73(2009) 502-508.

(2) S.Fukumoto, Y.Oikawa, S.Tsuge and S.Nomoto: ISIJ Inter., 50(2010) 445-449.


18ｗｔ％Cr一定断面

A – A断面

δγ

L

AA

FAモード：δ（フェライト）初晶→γ（オーステナイト）析出

AFモード：γ（オーステナイト）初晶→δ（フェライト）析出

Fe-Cr-Ni系の状態図と凝固モードの特徴

FAモードモードモードモードののののバーミキュラーバーミキュラーバーミキュラーバーミキュラー状残留残留状残留残留状残留残留状残留残留δδδδ組織組織組織組織井上裕滋，小関敏彦 : 溶接プロセスを用いたオース

テナイト系ステンレス鋼の凝固形態および組織形成機構の解明, 新日鉄技報, No.385, pp.56-63, 2006


◆ 組成 Fe – 18wt%Cr – 10wt%Ni

◆ Thermo-calcデータベース

TCFE5、MOB2

◆ 計算格子（二次元）

格子幅 :Δx=Δy =0.25μm,

格子数 : (λ/0.25, 1500),

計算領域 : (λ,375)μm

◆ 温度勾配 G=250 K/cm

◆ ﾌｪｰｽﾞﾌｨｰﾙﾄﾞ界面厚み 4格子

◆ 初晶δ粒間隔λと冷却速度Q

計算条件

G=250 K/cm

λ

375μm

Q

対象条件

対象条件

(１１１１次次次次アームアームアームアーム間隔間隔間隔間隔)

初晶粒設定位置初晶粒設定位置初晶粒設定位置初晶粒設定位置

6590125Dendrite arm space, λ /μm

-50-25-12.5Cooling rate, Q / Ks-1


◆ 界面エネルギー

σL-γ= 0.3 J/m2, σL-δ=0.2 J/m

2 , ε4=0.01

σγ-δ=0.7 J/m2, ε4=0

σγ-γ=0.4 J/m2, ε4=0.013

◆ 界面モビリティ

ML-γ= ML-δ=5×10-10

m4/J/s, ε4=0.013

Mγ-δ=1×10-12

m4/J/s , ε4=0.0

Mγ-γ=3×10-11

m4/J/s, ε4=0.013

( ) ( )41 cos 4σ θ σ ε θ = +

( ) ( )41 cos 4K Kθ ε θ = +

計算条件


◆ γ核生成パラメータ

計算条件

0.005 s

0.01 s

0.01 s

Q=-50 Ks-1

Q=-25 Ks-1

1721.5 K

1724 K

1725.5 K

Q=-50 Ks-1

Q=-25 Ks-1

1.0 KMinimum under cooling

Q=-12.5 Ks-1

Maximum temperature

Q=-12.5 Ks-1

Interval of nucleation

3.0μm Minimum distance between

nucleation positions

-5～+5 Deg.Crystalline orientation angle

distribution

Liquid – δδδδ interfaceNucleation position


1444.5℃ (0.7s) , λ=125μm

Phase Cr wt% Ni wt%

Liquid δδδδ γγγγ

90μm


Phase Cr wt% Ni wt%


1387℃ (3.0s) , λ=125μm

90μm


Phase Cr wt% Ni wt%


850℃ (24.48s) , λ=125μm

90μm


Q=-12.5 K/s, λ=125μm

Phase Cr wt% Ni wt%


125μm


Q=-50 K/s, λ=65μm

Phase Cr wt% Ni wt%


65μm


アニメーション(Ni-wt%分布表示)

Q=-12.5 K/s, λ=125μm Q=-50 K/s, λ=65μmQ=-25 K/s, λ=90μm


残留δ量の温度変化

冷却速度が速いほど残留δ量が少無くなる。

6mol%一致一致一致一致


シグマ相析出

◆ 組成成分数：５元系: Fe–25.3%Cr–16.4%Ni–2.5%Mo–0.24%N

◆ データベース： FE-DATA Vr.６、MOB2

◆ Thermo-Calc 平衡Step図

1.初晶FCC

2.液相-FCC界面にBCC析出3.凝固完了、BCC消滅後4.シグマ相析出

実際

1.初晶FCC

2.液相-FCC界面にBCC析出3.凝固完了4.BCC相中にシグマ相析出


計算条件

◆ 格子幅: 0.25μm、格子数： 200×200 (50μm, 50μm)

◆ 冷却速度： 2 K/s

◆ 界面エネルギーと界面モビリティ ◆ 核生成パラメータ


成分濃度分布の温度変化

◆ Mo質量分率(%)

◆ N質量分率(%)


相分布の温度変化と実験画像

◆ 相分布

of γ

δ(BCC)中でのσ相の析出

実験画像


相分率の温度変化

◆ 本計算 ◆ 平衡計算


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