В БелГУ создали цифровой двойник жаропрочной стали
Ученые Белгородского государственного национального исследовательского университета (БелГУ) разработали новую высокохромистую сталь и ее цифровую модель, которая помогает предсказать поведение нового материала в процессе эксплуатации на тепловых электростанциях.
Ключевой особенностью этой стали стало низкое содержание азота и повышенное содержание бора, что обеспечивает высокую термическую стабильность в условиях эксплуатации при повышенных температурах.
Изучив, как эволюционирует микроструктура стали в процессе термического старения при температурах 620 °C, 650 °C и 675 °C, ученые проанализировали ключевые факторы, определяющие термическую стабильность сталей с содержанием хрома от 9 до 12 % и определили оптимальный химический состав материала, включающий 12 % хрома и 3 % кобальта.
«Нашей главной исследовательской задачей было определить пределы возможностей для созданного нами материала. Хотя сегодня в России нет ТЭЦ, работающих при столь высоких температурах, это знание открывает путь для применения стали в других перспективных отраслях», — рассказали авторы исследования, старший научный сотрудник лаборатории механических свойств жаропрочных и наноструктурных материалов НИИ материаловедения и инновационных технологий БелГУ, доктор технических наук Александра Федосеева и научный сотрудник лаборатории, кандидат технических наук Евгений Ткачев.
Тщательно изучив эволюцию микроструктуры новой стали при различных режимах старения, исследователи создали комплексную прогностическую модель, действующую как цифровой двойник материала. Динамическая виртуальная копия новой стали количественно оценивает вклады механизмов упрочнения при разных температурных выдержках.
Модель позволяет не только описать текущее состояние, но и сделать долгосрочный прогноз изменений характеристик новой стали на срок до 100 тысяч часов или 10 лет эксплуатации, а также оценить влияние различных микроструктурных аспектов на ее прочностные свойства. Она демонстрирует высокую (85-90 %) точность совпадения с экспериментальными данными.
Работа выполнена при поддержке РНФ.