Бористая сталь
Бористая сталь — это сталь, легированная небольшим количеством бора , обычно менее 1%. Добавление бора в сталь значительно повышает прокаливаемость полученного сплава.
Описание
[ редактировать ]Бор добавляется в сталь в виде ферробора (~12-24% B). Поскольку в добавке ферробора отсутствуют защитные элементы, ее обычно добавляют после добавления поглотителей кислорода. Также существуют запатентованные добавки с поглотителями кислорода/азота – одна из них содержит 2% B плюс Al, Ti, Si. [1] Кислород, углерод и азот реагируют с бором в стали с образованием B 2 O 3 ( триоксид бора ); Fe 3 (CB) ( борцементит железа ) и Fe 23 (CB) 6 ( боркарбид железа ); и BN ( нитрид бора ) соответственно. [2]
Прокаливаемость
[ редактировать ]Растворимый бор располагается в сталях по границам зерен. Это ингибирует γ-α-превращения (преобразование аустенита в феррит) за счет диффузии и, следовательно, увеличивает прокаливаемость с оптимальным диапазоном от ~ 0,0003 до 0,003% B. [1] Fe 2 B выпадает в осадок на границах зерен, что также может замедлять превращения γ-α. Кроме того, было обнаружено, что [1] при более высоких значениях B образуется Fe 23 (CB) 6 , который способствует зародышеобразованию феррита и, таким образом, отрицательно влияет на прокаливаемость. Считается, что [1]
Бор эффективен при очень низких концентрациях: 30 частей на миллион B могут заменить эквивалентные 0,4% Cr, 0,5% C или 0,12% V. [2] Также было показано, что 30 ppm B увеличивает глубину закалки (~ +50%) в низколегированной стали , что, как полагают, происходит из-за замедления разложения аустенита до более мягких бейнитных , ферритных или перлитных структур при охлаждении после аустенитизационной обработки. . [2]
Присутствие углерода в стали снижает относительную эффективность бора в повышении прокаливаемости. [2]
При концентрации выше 30 ppm бор начинает снижать прокаливаемость, увеличивает хрупкость и может вызвать ломкость стали . [2]
Фазовая диаграмма
[ редактировать ]Фазовая диаграмма Fe-B имеет две эвтектические точки – при 17% (моль) т.пл. 1149 °C; и 63,5% бора, т. пл. ~1500 °С. Имеется пик т.пл. при соотношении 1:1 Fe:B и перегиб при 33% B, что соответствует FeB и Fe 2 B соответственно. [1]
Считается, что растворимость бора в стали составляет 0,021% при 1149 °C и снижается до 0,0021% при 906 °C. [1] При 710 °C только 0,00004% бора растворяется в γ-Fe ( аустените ). [1]
Использование
[ редактировать ]К сталям, легированным бором, относятся углеродистые, низколегированные, включая HSLA , углеродисто-марганцевые и инструментальные стали. [2] Из-за высокого поглощения нейтронов бор добавляется в нержавеющие стали, используемые в атомной промышленности – до 4%, но чаще от 0,5 до 1%. [2]
Борсодержащие стали находят применение в автомобильной промышленности, как правило, в качестве усиливающих элементов, например, вокруг дверных рам и в откидных сиденьях. По состоянию на середину 2000-х годов он широко использовался европейскими автопроизводителями. [3] Внедрение элементов из бористой стали создало проблемы для спасателей на месте аварий, поскольку ее высокая прочность и твердость противостояли многим обычным режущим инструментам ( гидравлическим спасательным инструментам ), использовавшимся в то время. [3] [4]
Плоскую боросодержащую сталь автомобильного назначения подвергают горячей штамповке в охлажденных формах из аустентического состояния (получаемого нагревом до 900-950 °С). Типичная сталь 22MnB5 после этого процесса демонстрирует увеличение прочности на разрыв в 2,5 раза по сравнению с базовым значением 600 МПа. Штамповку можно производить в инертной атмосфере, в противном случае образуется абразивная окалина – в качестве альтернативы можно использовать защитное покрытие Al-Si. [5] (см. алюминизированную сталь ). Внедрение высокопрочной на разрыв горячештампованной маломарганцево-бористой стали (22MnB5) ( прочность до 1200 МПа, предел прочности на разрыв 1500 МПа) позволило снизить вес за счет уменьшения толщины в европейском автомобилестроении. [6]
Бористая сталь используется в дужках некоторых навесных замков для защиты от порезов. [7] Навесные замки из бористой стали с дужкой достаточной толщины (15 мм и более) обладают высокой устойчивостью к ножовке, болторезам и ударам, хотя их можно снять с помощью угловой шлифовальной машины.
Полосы из бористой стали, обычно 30MnB5, модифицированные добавкой 0,5% хрома , используются при производстве вилочных рычагов для вилочных погрузчиков.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г «Бор в стали: Часть первая» , www.totalmateria.com , ноябрь 2007 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г «Бор в стали: Часть вторая» , www.totalmateria.com , декабрь 2007 г.
- ^ Перейти обратно: а б Уотсон, Лен, «Боровая сталь в транспортных средствах» (PDF) , www.resqmed.com , заархивировано из оригинала (PDF) 22 декабря 2018 г. , получено 17 мая 2019 г.
- ^ «Бористая сталь в транспортных средствах» (PDF) , Технический документ 01/14 «Бористая сталь» , вып. 1, Спасательная организация Ирландии
- ^ Алтан, Тайлан (январь 2007 г.), «Обновление исследований и разработок: горячая штамповка легированных бором сталей для автомобильных деталей - Часть II» , Stamoing Journal
- ^ Тейлор, Т.; Фурларис, Г.; Эванс, П.; Брайт, Г. (2014), «Сверхвысокопрочная бористая сталь нового поколения для технологий горячей штамповки автомобилей», Materials Science and Technology , 30 (7): 818–826, Bibcode : 2014MatST..30..818T , doi : 10.1179/ 1743284713Y.0000000409 , S2CID 136765938
- ^ «Выберите лучший замок» , www.masterlock.com , Master Lock
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Тейлор, Т.; Фурларис, Г.; Эванс, П.; Брайт, Г. (2014), «Сверхвысокопрочная бористая сталь нового поколения для технологий горячей штамповки автомобилей», Materials Science and Technology , 30 (7): 818–826, Bibcode : 2014MatST..30..818T , doi : 10.1179/ 1743284713Y.0000000409 , S2CID 136765938