12. CCT図_硬さ_予測_機械学習版ワークフロー

12.1. 概要

本ワークフローはSIP2期で作成されたCCT図予測ワークフローのver.2.0である。 本ワークフローは組成と熱処理条件から、CCT図、相の有無 1 、各相の体積率、硬さ、Ac3温度の予測を行う。 CCT図、Ac3、相の有無の予測モデルは、NIMS MatNaviの実験データを基にランダムフォレストで機械学習を行い構築されている。 また、マルテンサイト、フェライトパーライト、ベイナイト各相の体積率、硬さの予測には糟谷式が使用される。

1

現状、Ce交点(変態終了線)の有無のみ実装済み

12.2. ワークフロー説明

本ワークフローは 図 123 に示す5つのモジュールから構成され、 各モジュールの結果を統合してCCT図を予測、描画する。 CCT図予測の流れを簡潔に説明すると次のとおりである。

1. AC3予測モジュールで組成からAc3の温度を予測

2. Ce交点有無の予測モジュールで相の有無を予測

3. シフト量予測モジュールで各相のシフト量を予測

4. 体積率硬さ予測モジュールで各相の硬さと平均硬さを予測

5. CCT図予測モジュールで、あらかじめ決められた冷却速度に対する各相の変態温度を予測する。

   AC3の温度、Ce交点有無、シフト量予測の結果を統合し、CCT図を描画する。

図 123 CCT図_硬さ_予測_機械学習版ワークフロー

12.3. ツール説明

ワークフローで使用されるツールの説明を行う。

12.3.1. 共通の入力

このワークフローではいくつかのワークフローで共通して鋼の元素含有量を利用している。 「<元素名>_質量百分率」となっているポートが各元素の含有量[wt%]に相当する。 例えば炭素Cを0.15%含有する鋼材のCCT図を予測したい場合、 リスト 1 に示すように設定する。 このワークフローでは元素、C,Cr,Cu,Mn,Mo,N,Nb,Ni,Si,Vをそれぞれ設定すること。

ポート名: <元素名>_質量百分率

鋼を組成する炭素の質量百分率(wt%)

リスト 1 元素含有量のファイル設定例

0.15

12.3.2. 各ツールの説明

1. Ce交点有無の予測

鋼の組成からCe交点(変態終了線)の有無を予測する。 ( 図 124 )

図 124 Ce交点有無の予測

入力ファイル:

ポート名: <元素名>_質量百分率

鋼を組成する元素の質量百分率(wt%)

共通の入力 参照のこと

出力ファイル :

ポート名 : Ce交点有無

Ce交点(変態終了線)有無の予測結果のbool値。

TRUE :Ce交点あり

FALSE :Ce交点なし

リスト 2 出力ファイル「Ce交点有無」

"TRUE"

2. AC3予測

AC3の温度[K]を予測する。 ( 図 125 )

図 125 AC3予測

入力ファイル:

ポート名: <元素名>_質量百分率

鋼を組成する元素の質量百分率(wt%)

共通の入力 参照のこと

出力ファイル :

ポート名 : AC3

AC3の温度[K]の予測結果

リスト 3 出力ファイル「ac3」

1092

3. 体積率硬さの予測

糟谷式によってマルテンサイト、フェライトパーライト、オーステナイト各相の体積率と、 それぞれの硬さ、鋼全体の平均硬さを予測する。 ( 図 126 ) このツールでは3段階で硬さを予測する。まず糟谷式によって各相の炭素当量を計算し、 次にその結果を引数として各相の臨界冷却時間を求め、最後に臨界冷却時間と任意の冷却速度から体積率を予測する。

図 126 体積率硬さの予測

入力ファイル:

ポート名: <元素名>_質量百分率

鋼を組成する元素の質量百分率(wt%)

共通の入力 参照のこと

ポート名: 冷却速度

鋼を冷却する平均速度[K]/[sec]

現状、等速での冷却のみ対応している。

リスト 4 入力ファイル「cooling_rate」

10

ポート名: 熱処理保持時間

鋼を熱処理する保持温度を保持する時間[sec]

リスト 5 入力ファイル「hold_time」

0.3

ポート名: 熱処理保持温度

鋼を熱処理する保持温度[K]

リスト 6 入力ファイル「hold_temp」

1350

出力ファイル :

ポート名 : 炭素当量

炭素当量[%]の計算結果

リスト 7 出力ファイル「Ceq_II」

0.55

ポート名 : マルテンサイト相の炭素当量

マルテンサイト相の炭素当量[%]の計算結果

リスト 8 出力ファイル「Ceq_Martainsite」

0.46

ポート名 : ベイナイト相の炭素当量

ベイナイト相の炭素当量[%]の計算結果

リスト 9 出力ファイル「Ceq_Bainite」

0.36

ポート名 : フェライトパーライト相の炭素当量

フェライトパーライト相の炭素当量[%]の計算結果

リスト 10 出力ファイル「Ceq_Ferrite_Pearlite」

0.36

ポート名 : オーステナイト相の炭素当量

オーステナイト相の炭素当量[%]の計算結果

リスト 11 出力ファイル「Ceq_Austainite」

0.85

ポート名 : マルテンサイト相の臨界冷却時間

マルテンサイト相のみの変態を生じるのに必要な最小の冷却速度で、

1073[K]から773[K]（800[℃]から500[℃]）まで冷却するのにかかる時間[sec]。

糟谷式による予測結果。

リスト 12 出力ファイル「Critical_Cooling_Time_Martainsite」

1.12

ポート名 : フェライトパーライト相の臨界冷却時間

フェライトパーライト相の変態を生じるのに必要な最小の冷却速度で、

1073[K]から773[K]（800[℃]から500[℃]）まで冷却するのにかかる時間[sec]。

糟谷式による予測結果。

リスト 13 出力ファイル「Critical_Cooling_Time_Ferrite_Pearlite」

5.35

ポート名 : ベイナイト相の臨界冷却時間

ベイナイト相の変態を生じるのに必要な最小の冷却速度で、

1073[K]から773[K]（800[℃]から500[℃]）まで冷却するのにかかる時間[sec]。

糟谷式による予測結果。

リスト 14 出力ファイル「Critical_Cooling_Time_Bainite」

70.56

ポート名 : オーステナイト相の臨界冷却時間

オーステナイト相の変態を生じるのに必要な最小の冷却速度で、

1073[K]から773[K]（800[℃]から500[℃]）まで冷却するのにかかる時間[sec]。

糟谷式による予測結果。

リスト 15 出力ファイル「Critical_Cooling_Time_Austainite」

208.23

ポート名 : Hm硬さ

糟谷式により予測したマルテンサイト相の硬さ【単位 :Hv】

リスト 16 出力ファイル「Vickers_Hardness_Martainsite」

468.68

ポート名 : Hb硬さ

糟谷式により予測したベイナイト相の硬さ【単位 :Hv】

リスト 17 出力ファイル「Vickers_Hardness_Bainite」

229.49

ポート名 : Hfp硬さ

糟谷式により予測したフェライトパーライト相の硬さ【単位 :Hv】

リスト 18 出力ファイル「Vickers_Hardness_Ferrite_Pealite」

164.26

ポート名 : Hv平均硬さ

糟谷式により予測した平均の硬さ【単位 :Hv】

リスト 19 出力ファイル「Vickers_Hardness_Mean」

306

4. シフト量予測

MatNavi標準の熱処理条件と、入力ポート(熱処理保持時間、熱処理保持温度、冷却速度)に設定した熱処理条件の違いによるCCT図のシフト量[sec]を予測する。 このワークフローではMatNavi標準の熱処理条件(保持温度1350[℃], 保持時間0.3[sec])を前提としたCCT図を予測するため、 入力ポートに設定した熱処理条件でのCCT図とは差が生じる場合がある(同条件の場合はシフト量=0)。これを補正するシフト量を、 MatNavi標準の熱処理条件、入力ポートに設定した熱処理条件それぞれで計算した各相の臨界冷却時間の差によって求める。( 図 127 )

図 127 シフト量予測

入力ファイル:

ポート名: <元素名>_質量百分率

鋼を組成する元素の質量百分率(wt%)

共通の入力 参照のこと

ポート名:

出力ファイル :

ポート名 : パーライト相のシフト量

糟谷式により予測したパーライト相のシフト量[sec]

リスト 20 出力ファイル「shift_amount」

5.47

出力ファイル :

ポート名 : フェライト相のシフト量

糟谷式により予測したフェライト相のシフト量[sec]

リスト 21 出力ファイル「フェライト相のシフト量」

5.48

出力ファイル :

ポート名 : ベイナイト相のシフト量

糟谷式により予測したベイナイト相のシフト量[sec]

リスト 22 出力ファイル「ベイナイト相のシフト量」

0.12

出力ファイル :

ポート名 : マルテンサイト相のシフト量

糟谷式により予測したマルテンサイト相のシフト量[sec]

リスト 23 出力ファイル「マルテンサイト相のシフト量」

81.46

出力ファイル :

ポート名 : 変態終了線のシフト量

糟谷式により予測した変態終了線のシフト量[sec]

リスト 24 出力ファイル「変態終了線のシフト量」

45.00

5. CCT図予測

MatNaviを基に構築された機械学習モデルを使用し、各相の臨界冷却速度、変態温度を予測し、CCT図を描画する。 変態温度は1～1000[sec]までのCCT図(対数時間)で、均等に並ぶよう設定された0.1~2000[K/sec]、 44種類の冷却速度に対して予測される。( 図 128 )

図 128 CCT図予測

入力ファイル:

ポート名: AC3

AC3の温度[K]

リスト 3 参照のこと。

ポート名 : Ce交点有無

Ce交点(変態終了線)の有無。

TRUE :Ce交点あり

FALSE :Ce交点なし

リスト 2 参照のこと。

ポート名 : CCTシフト量

CCT図のシフト量[sec]

リスト 22 ~ リスト 24 参照のこと。

ポート名: <元素名>_質量百分率

鋼を組成する元素の質量百分率(wt%)

共通の入力 参照のこと

出力ファイル :

ポート名 : CCTB、CCTF、CCTM、CCTP、CCTE

機械学習モデルにより予測された各相の変態温度[K]。

ヘッダーはCR(冷却速度)、Temp（温度）,Time（時間）であり、リスト 25 最初の行を例にとると、

「AC3から2000[K/sec]で冷却して0.17秒経過後の温度は760.246[K]」となる。

B: ベイナイト

F: フェライト

M: マルテンサイト

P: パーライト

E: 変態終了線

リスト 25 出力ファイル「CCTB」の例

"CR","Temp","Time"
2000.0,760.246,0.1658
1580.0,760.246,0.2099
...,...,...,

ポート名 : CCTB_近似、CCTF_近似、CCTM_近似、CCTP_近似、CCTE_近似

機械学習モデルにより予測された各相の変態温度[K]を、近似したもの。

ヘッダーはTime（時間）、Temp（温度）。

B: ベイナイト

F: フェライト

M: マルテンサイト

P: パーライト

E: 変態終了線

リスト 26 出力ファイル「CCTB_Approx」の例

"Time","Temp"
3.81,641.38
3.82,766.00
..., ...

ポート名 : CCRB、CCRF、CCRP、CCRE

機械学習モデルにより予測された各相の臨界冷却速度[K/sec]

B: ベイナイト

F: フェライト

P: パーライト

E: 変態終了線

リスト 27 出力ファイル「CCRB」の例

118.26

ポート名 : CCT線図_画像

CCT線図の画像

図 129 CCT線図の画像

ポート名 : CCRE_有無

リスト 2 参照のこと。

12.4. 入力ファイル

ワークフローの入力ファイルは以下の通りである。入力ファイル名は半角スペースを入れなければ任意のファイル名でよい。

サンプル入出力ファイル ダウンロードはこちら （html版のみダウンロード可能）

ポート名: <元素名>_質量百分率

鋼を組成する元素の質量百分率(wt%)

共通の入力 参照のこと

ポート名: 冷却速度

鋼を冷却する平均速度[K]/[sec]

現状、等速での冷却のみ対応している。

リスト 28 入力ファイル「cooling_rate」

10

ポート名: 熱処理保持時間

鋼を熱処理する保持温度を保持する時間[sec]

リスト 29 入力ファイル「hold_time」

0.3

ポート名: 熱処理保持温度

鋼を熱処理する保持温度[K]

リスト 30 入力ファイル「hold_temp」

1350

12.5. 出力ファイル

このワークフローの出力ファイルは「5. CCT図予測」に示す全出力と、 リスト 2 、リスト 19 、リスト 3 である。

12.6. ワークフロー実行

12.6.1. 実行方法

1. ワークフロー一覧画面( 図 130 )で ワークフロー名 [CCT図_硬さ_予測_機械学習版] リンクをクリックして、ワークフローメタ情報画面に遷移する。

図 130 ワークフロー一覧画面

2. ワークフローメタ情報画面で、画面の右上にある [ワークフローを実行] ボタンをクリックするとワークフロー実行画面に遷移する( 図 131 )。

実行パラメータ(入力ファイル)を設定後、[実行] ボタンをクリックすることでワークフローが実行される。( 図 132 )

図 131 ワークフローメタ情報画面

図 132 ワークフロー実行画面

3. ワークフローが実行されるとラン一覧に実行したワークフローが表示される。( 図 133 )

「ラン一覧」画面から計算が終了したワークフローに移動し、「ダウンロード」ボタンを押下すると( 図 162 )計算結果ファイルダウンロード画面に遷移する。 計算結果ファイルダウンロード画面のダウンロード手順は、マニュアルページの「材料設計ワークフローシステム 利用者マニュアル」、「6.2.3. 計算結果ファイルをダウンロードする」を参照する。

図 133 計算結果のダウンロード