Борсодержащая сталь относится к стали, легированной небольшим количеством бора , обычно менее 1%. Добавление бора в сталь значительно повышает прокаливаемость получаемого сплава.
Бор добавляется в сталь в виде ферробора (~12-24% B). Поскольку добавка ферробора не содержит защитных элементов, ее обычно добавляют после добавления поглотителей кислорода. Существуют также фирменные 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, образуя B2O3 ( триоксид бора ) ; Fe3 ( CB) (бороцементит железа) и Fe23 ( CB) 6 (борокарбид железа); и BN ( нитрид бора ) соответственно. [2]
Растворимый бор располагается в сталях вдоль границ зерен. Это подавляет γ-α превращения (превращение аустенита в феррит) путем диффузии и, следовательно, увеличивает прокаливаемость , с оптимальным диапазоном ~ 0,0003–0,003% B. [1] Кроме того, было обнаружено, что Fe 2 B выделяется на границах зерен, что также может замедлять γ-α превращения. [1] При более высоких значениях B , как полагают, образуется Fe 23 (CB) 6 , что способствует зарождению феррита и, таким образом, отрицательно влияет на прокаливаемость. [1]
Бор эффективен при очень низких концентрациях – 30 ppm B могут заменить эквивалентные 0,4% Cr, 0,5% C или 0,12% V. [2] Также было показано, что 30 ppm B увеличивают глубину закалки (~ +50%) в низколегированной стали – предположительно из-за его замедления распада аустенита на более мягкие структуры бейнита , феррита или перлита при охлаждении после аустенитизации. [2]
Присутствие углерода в стали снижает относительную эффективность бора в повышении закаливаемости. [2]
При содержании бора выше 30 ppm снижается прокаливаемость, увеличивается хрупкость и может возникнуть красноломкость . [2]
Фазовая диаграмма Fe-B имеет две эвтектические точки – при 17% (моль) т.пл. 1149 °C; и 63,5% бора т.пл. ~1500 °C. Есть пик т.пл. при 1:1 Fe:B и перегиб при 33% B, что соответствует FeB и Fe 2 B соответственно. [1]
Растворимость бора в стали, как полагают, 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]
Борсодержащие легированные стали включают углеродистые, низколегированные, включая HSLA , углеродисто-марганцевые и инструментальные стали. [2] Из-за высокой способности бора поглощать нейтроны бор добавляют в нержавеющие стали, используемые в ядерной промышленности – до 4%, но чаще всего от 0,5 до 1%. [2]
Борсодержащие стали нашли применение в автомобильной промышленности, как правило, в качестве элементов усиления, например, вокруг дверных рам и в откидывающихся сиденьях. С середины 2000-х годов они широко использовались европейскими автопроизводителями. [3] Внедрение элементов из борсодержащей стали создало проблемы для спасателей на месте аварии, поскольку их высокая прочность и твердость не позволяли использовать многие обычные режущие инструменты ( гидравлические спасательные инструменты ), которые использовались в то время. [3] [4]
Плоская бористая сталь для автомобильного применения штампуется в охлажденных формах горячей штамповкой из аустенитного состояния (полученного путем нагрева до 900-950 °C). Типичная сталь 22MnB5 показывает увеличение прочности на разрыв в 2,5 раза после этого процесса, от базового значения 600 МПа. Штамповка может производиться в инертной атмосфере, в противном случае образуется абразивная окалина – в качестве альтернативы можно использовать защитное покрытие Al-Si. [5] (см. алюминированная сталь ). Внедрение высокопрочной горячештампованной мягкой марганцево-бористой стали (22MnB5) (до предела текучести 1200 МПа, предела прочности на разрыв 1500 МПа) позволило снизить вес за счет уменьшения толщины в европейской автомобильной промышленности. [6]
Бористая сталь используется в дужках некоторых навесных замков для обеспечения устойчивости к порезам [7] Навесные замки из бористой стали с достаточной толщиной дужки (15 мм и более) весьма устойчивы к ножовке, болторезу и молотку, хотя их можно взломать с помощью угловой шлифовальной машины.
Плоский прокат из борсодержащей стали, как правило, 30MnB5, модифицированный добавлением 0,5% хрома , используется при изготовлении вилочных захватов для вилочных погрузчиков.