20Cr2Ni3钢顶头表面氧化膜断裂行为的数值研究

基于试验数据,利用扩展有限元方法(extended finite element method,XFEM)和内聚力模型(cohesive zone model,CZM),对20Cr2Ni3钢顶头表面氧化膜的断裂行为进行了数值分析,研究了氧化膜受力方向和孔洞对裂纹生长行为的影响。结果表明:氧化膜受力方向影响裂纹扩展路径,外层氧化膜裂纹尖端的J积分和应力强度因子K_I随着θ角(受力方向与氧化膜的夹角)的增大而减小,当θ角增大到90°时裂纹停止生长;外层氧化膜上孔洞使得裂纹尖端的J积分和应力强度因子K_I减小。同时,孔洞的存在使得外力传递到内层氧化膜时产生应力集中和偏移,导致内层裂纹受力不均,减小了受力方向对内层裂纹生长的影响。

Mg含量对21-4N气阀钢凝固组织细化作用的研究

为了探究Mg对5Cr21Mn9Ni4N(21-4N)气阀钢组织细化的影响规律,在实验室开展了镁改质气阀钢的高温熔炼试验,冶炼了不同镁含量的钢锭。结果表明:镁含量为0、12、16、34、58和60μg/g的试样的一次枝晶臂平均长度分别为1324.1、941.9、836.0、849.6、1439.1和1294.7μm;二次枝晶臂平均间距分别为145.5、114.6、105.1、130.2、148.7和180.7μm,枝晶间距呈先减小后增大的趋势,当镁含量为16μg/g时,21-4N气阀钢的枝晶间距最小,细化效果最显著;钢中Al_(2)O_(3)、MgAl_(2)O_(4)、MgO夹杂与γ-Fe相之间的晶格错配度分别为7.36%、4.00%、16.98%,MgAl_(2)O_(4)相比Al_(2)O_(3)和MgO更利于γ-Fe相形核;当镁含量为16μg/g时,钢液中出现细小弥散的MgAl_(2)O_(4),与γ-Fe相之间具有更低的晶格错配度,可作为γ-Fe相稳定的形核质点,使组织细化;当镁含量大于16μg/g时,钢液中出现MgO,与γ-Fe相之间的晶格错配度增大,导致非均匀形核能力下降,组织粗化。

稀土对HRB400E热轧钢筋连铸坯夹杂物的影响

为了探究稀土对HRB400E钢中非金属夹杂物的影响,采用扫描电镜(SEM)、夹杂物自动分析系统(OTS)对不加稀土连铸坯(S质量分数0.023%,O质量分数0.006%)和加稀土连铸坯(S质量分数0.027%,O质量分数0.011%,La+Ce质量分数0.0206%)中的夹杂物进行了对比分析。结果表明,加入稀土后硫化锰类(MnS)夹杂物数量所占比例约70%,变化不大,主要改性了二氧化硅-硫化锰类(SiO_(2)-MnS)、硅酸盐类(Silicate)和硅酸盐-硫化锰类(Silicate-MnS)夹杂物,使其比例分别从18.46%下降到2.86%,5.54%下降到0.40%和4.00%下降到1.15%,并生成了稀土复合氧化物-硫化锰类(REO-Oxide-MnS)、稀土复合氧化物类(REO-Oxide)等稀土夹杂物,所占比例分别为15.78%和5.88%。加入稀土后粒径为[1,10]μm夹杂物密度上升,粒径大于10μm的夹杂物密度下降,夹杂物总体密度从154个/mm^(2)上升到170个/mm^(2),平均尺寸从2.52μm略微上升到2.63μm,变化不明显。稀土的添加将最大尺寸夹杂物出现的位置从距内弧1/4处转移到中心,连铸坯上MnS和Silicate-MnS密度从边部到中心减少的趋势没有改变,而SiO_(2)-MnS、Silicate类夹杂物密度的变化趋势由从边部到中心减少变为增加,生成的稀土夹杂物密度从边部到中心先增加后减少。研究结果为利用稀土调控钢中夹杂物提供了依据。