Борсодержащая сталь - Boron steel
Бористая сталь относится к стали, легированной небольшим количеством бора , обычно менее 1 процента. Добавление бора в сталь значительно увеличивает закаливаемость получаемого сплава.
Описание
Бор добавляется в сталь в виде ферробора (~ 12-24% B). Поскольку в добавке ферробора отсутствуют защитные элементы, его обычно добавляют после добавления поглотителей кислорода. Также существуют патентованные добавки с поглотителями кислорода / азота - одна из них содержит 2% B плюс Al, Ti, Si. Кислород, углерод и азот реагируют с бором в стали с образованием B 2 O 3 ( триоксида бора ); Fe 3 (CB) ( боронцементит железа ) и Fe 23 (CB) 6 ( карбид бора железа ); и BN ( нитрид бора ) соответственно.
Закаливаемость
Растворимый бор располагается в сталях по границам зерен. Это замедляет превращения γ-α (превращение аустенита в феррит) за счет диффузии и, следовательно, увеличивает прокаливаемость с оптимальным диапазоном от ~ 0,0003 до 0,003% B. Кроме того , было обнаружено, что Fe 2 B выделяется на границах зерен, что также может замедлять γ-α преобразования. Считается, что при более высоких значениях B образуется Fe 23 (CB) 6 , который способствует зародышеобразованию феррита и, таким образом, отрицательно влияет на прокаливаемость.
Бор эффективен при очень низких концентрациях - 30 ppm B может заменить эквивалент 0,4% Cr, 0,5% C или 0,12% V. Также было показано, что 30 ppm B увеличивают глубину затвердевания (~ + 50%) в низколегированных сплавах. сталь - считается, что это связано с замедлением разложения аустенита до более мягких структур бейнита , феррита или перлита при охлаждении после аустенизации.
Присутствие углерода в стали снижает относительную эффективность бора в улучшении прокаливаемости.
При концентрации выше 30 ч / млн бор начинает снижать прокаливаемость, увеличивает хрупкость и может вызвать жаростойкость .
Фазовая диаграмма
Фазовая диаграмма Fe-B имеет две эвтектические точки - при 17% (моль) т.пл. 1149 ° C; и 63,5% бора, т.пл. ~ 1500 ° C. Имеется пик с температурой плавления при 1: 1 Fe: B и изгиб при 33% B, соответствующие FeB и Fe 2 B соответственно.
Считается, что растворимость бора в стали составляет 0,021% при 1149 ° C, снижаясь до 0,0021% при 906 ° C. При температуре 710 ° C только 0,00004% бора растворяется в γ-Fe ( аустенит ).
Использует
Стали, легированные бором, включают углеродистые, низколегированные, включая HSLA , углеродисто-марганцевые и инструментальные стали. Из-за высокого поглощения бором нейтронов бор добавляется в нержавеющую сталь, используемую в ядерной промышленности, - до 4%, но чаще от 0,5 до 1%.
Борсодержащие стали находят применение в автомобильной промышленности, как правило, в качестве укрепляющих элементов, таких как дверные коробки и регулируемые сиденья. С середины 2000-х годов он широко использовался европейскими производителями автомобилей. Внедрение элементов из борсодержащей стали создало проблемы для спасателей на месте происшествий, поскольку их высокая прочность и твердость противостояли многим обычным режущим инструментам (гидравлическим ножницам), которые использовались в то время.
Плоская борсодержащая сталь для автомобильной промышленности подвергается горячей штамповке в охлаждаемых формах из аустентного состояния (полученного нагревом до 900-950 ° С). Типичная сталь 22MnB5 показывает увеличение прочности на разрыв в 2,5 раза после этого процесса по сравнению с базовым значением 600 МПа. Штамповка может производиться в инертной атмосфере, в противном случае образуется абразивная накипь - в качестве альтернативы можно использовать защитное покрытие Al-Si. (см. алюминированную сталь ). Введение высокой прочности на разрыв горячей штамповке мягкого марганца бора стали (22MnB5) (до доказательства прочности 1200MPa, предел прочности на разрыв 1500MPa) позволило экономии веса через вниз замер в европейской автомобильной промышленности.
Борсодержащая сталь используется в скобах некоторых замков для обеспечения устойчивости к порезам. Навесные замки из борсодержащей стали с достаточной толщиной скобы (15 мм и более) обладают высокой устойчивостью к ножовке, болторезам и ударам, хотя их можно сломать угловой шлифовальной машиной.
Смотрите также
использованная литература
дальнейшее чтение
- Тейлор, Т .; Fourlaris, G .; Evans, P .; Яркий, Г. (2014), «Новое поколение сверхвысокой прочности бора стали для горячего тиснения автомобильных технологий», материалы Наука и техника , 30 (7): 818-826, DOI : 10,1179 / 1743284713Y.0000000409