Борсодержащая сталь что это
Что же это за сталь? Многие люди, при виде этой марки стали, задаются вопросом. А что же это такое. Сразу говорить категорическое нет, в тот момент когда вам предлагают в качестве замены вместо стали 65г, не стоит. А почему, сейчас узнаем.
30MnB5 это, борсодержащая сталь для закалки и отпуска, предназначенная для изготовления деталей и изделий, которые после термической обработки обладают высокой износостойкостью, прочностью, вязкостью и сопротивлением механическим нагрузкам. Стоит сделать акцент именно на боре. Изначально хотелось включить в текст, некоторые научные работы известного металлофизика В.И. Архарова, о том что …поверхностная активность (горофильность) бора относительно железа, будучи раствореного в малом количестве, бор распределяется неравномерно, сосредоточиваясь по границам зерен. Так как атомы бора меньше атомов железа, то бор, занимая свободные вакансии по границам зерен, не увеличивает, а уменьшает искаженность кристаллической решетки и тем самым повышает работу зародышеобразования новой фазы….
Стоп, кому это надо? Будем писать проще. Бор это больше примесь, чем легирующий элемент, так как его содержание в сталях находится на уровне (0,001-0,02%). Применение борсодержащих сталей положило начало учению о микролегировании сплавов. Добавка бора к легированным сталям позволяет значительно снизить степень их легированности такими элементами, как хром, никель, марганец и молибден, при одновременном сохранении необходимого уровня прокаливаемости и других механических свойств. Введение бора в сталь увеличивает прокаливаемость стали, но при этом не оказывает влияния на образование трещин при закалке. Борсодержащие углеродистые стали с успехом заменяют марганцовистые, имеющие повышенную склонность к образованию трещин при термообработке. Замена марганцовистых сталей борсодержащими позволяет получить до 10% экономии.
В горячекатаном состоянии сталь 30MnB5 хорошо поддается формованию, гибке, сварке и резке, что позволяет изготавливать сложные конструкции, компоненты и детали.
Продукция из стали 30MnB5 выпускается в соответствии с требованиями стандарта ДСТУ EN 10083-3. В нашей стране, выпуском этой продукции занимается группа компаний Метинвест.
Листовой прокат из стали 30MnB5 широко используется в сельскохозяйственном машиностроении для изготовления износостойких накладок, ножей грейдера, гусеничных цепей, футеровочных и сортировочных плит, дробильных установок, ножей и режущих полотен, лопастей, ручных инструментов, плугов, дисков для бороны и др. Применение стали 30MnB5 является более эффективным решением, чем 65Г и ее аналогов, поскольку в горячекатаном состоянии сталь 30MnB5 обладает большей пластичностью и лучше подвергается холодному формоизменению и резке.
После закалки и отпуска сталь приобретает высокую прочность и твердость, которые обеспечивают повышенную эксплуатационную стойкость готовых изделий – их ресурс в 2-3 раза выше по сравнению с продукцией из стали 65Г. Листовой прокат 30MnB5 поставляется в горячекатаном состоянии, без определения механических характеристик.
При сварке стали 30MnB5, необходимо использовать стандартные технологии (только в горячекатаном или закаленном состоянии). Обязательное условие к сварочным материалам — низкое содержание водорода.
Для сварки в горячекатаном состоянии можно использовать стандартные методы сварки как для высокопрочной стали.
Борсодержащая сталь что это
Содержание бора во многих современных конструкционных сталях незначительно (0,001-0,02%), что скорее соответствует понятию примеси, а не легирующей добавки. Применение борсодержащих сталей положило начало учению о микролегировании сплавов. Небольшие добавки бора вызывают значительное измельчение зерен, резкое улучшение прокаливаемости, повышение жаропрочности в результате упрочнения границ зерен боридами. Возрастает твердость и износостойкость, горячая пластичность слитков, улучшается свариваемость жаростойких аустенитных сталей. Кроме того, бор повышает критическую точку Ac3, и чем ниже содержание углерода, тем сильнее влияние бора (рис. 3). На положение нижней критической точки Ac1 бор влияния не оказывает.
Интересно влияние бора на кристаллизацию стали.
Модифицирование бором увеличивает скорость зарождение центров кристаллизации, уменьшает степень переохлаждения стали и повышает скорость ее затвердевания, что особенно важно при повышении производительности непрерывной разливки стали. Согласно, введение бора до 0,1% резко снижает поверхностное натяжение стали. Этот эффект приводит к адсорбции бора на границах растущих зерен и замедлению линейной скорости роста кристаллов и, в соответствии с этим, к измельчению структуры. Зона столбчатой кристаллизации сокращается, структура становится однородной и мелкозернистой, улучшаются пластические свойства. Дальнейшее увеличение концентрации бора вызывает образование бористой составляющей эвтектического характера и охрупчивание.
Специфическое влияние бора на прокаливаемость связано с изменением в границах зерен. В.И. Архаров установил поверхностную активность (горофильность) бора относительно железа, Будучи растворен в малом количестве, бор распределяется неравномерно, сосредоточиваясь по границам зерен. Так как атомы бора меньше атомов железа, то бор, занимая свободные вакансии по границам зерен, не увеличивает, а уменьшает искаженность кристаллической решетки и тем самым повышает работу зародышеобразования новой фазы (в данном случае это феррит, который легче всего возникает в местах с наиболее искаженной кристаллической решеткой, обладающих наибольшим числом вакансий, т.е. по границам зерен и их стыках).
Известное влияние на торможение образований феррита по границам зерен в бористых сталях оказывает также прочность связей атомов B-C, которые замедляют обеднение границ зерен аустенита углеродом. Повышение содержания углерода в бористой стали оказывает нейтрализирующее влияние на ее прокаливаемость, что обусловлено образованием карбидов бора и карбоборидов. Переход бора по границам зерен из твердого раствора в химическое соединение снижает его влияние на прокаливаемость стали. Выпадение по границам зерен мелкодисперсной боридной фазы также способствует понижению прокаливаемости в результате искажения решетки и зародышевого действа мелких частиц этой фазы. Кроме того, увеличение содержания в стали углерода снижает возможное количество феррита, уменьшает зону влияния бора и тем самым эффективность его воздействия на прокаливаемость. Согласно рис. 4, наибольшее усиление прокаливаемости под влиянием бора наблюдается для низкоуглеродистой доэвтектоидной стали. Максимальная прокаливаемость наблюдается у стали, содержащей 0,8% С. Для заэвтектоидных сталей эффект влияния бора отрицательный. Для сталей с 0,4-0,75% С действие бора снижается пропорционально содержанию углерода в стали. Коэффициент усиления прокаливаемости углеродистых и низколегированных сталей (Fв) под влиянием бора может быть выражен уравнением
Из этого выражения следует, что бор не влияет на прокаливаемость стали с содержанием углерода 0,9% и выше, но обладает значительной эффективностью в малоуглеродистой стали. Следует заметить, что несмотря на увеличение прокаливаемости, бор не оказывает влияния на образование трещин при закалке.
Эффективность влияния бopa снижается и с возрастанием температуры нагрева под закалку. При повышенной температуре увеличивается растворимость бора и в результате поверхностной активности концентрация в граничных зонах увеличивается вплоть до значений, превосходящих максимально возможную растворимость бора в аустените с выделением избыточной фазы Fе2B . По этим же причинам наблюдается экстремальное влияние возрастающего содержания бора в стали на ее прокаливаемость. Увеличение содержания бора свыше 0,004% уже не сказывается на прокаливаемости и даже несколько уменьшает ее.
Интервал оптимальных концентраций бора весьма узок и в основном находится в пределах 0,001-0,0025%. В этих количествах действие бора эквивалентно действию присадки 1,33% Ni + 0,31%Сr + 0;04% Mo. Как указывается, действие 0,002% В на прокаливаемость равнозначно влиянию 1,5% Ni . Эквивалентное содержание бора различно для разных сталей и зависит от состава и соотношения элементов (табл. 2).
Добавка бора к легированным сталям позволяет значительно снизить степень их легированности такими элементами, как хром, никель, марганец и молибден, при одновременном сохранении необходимого уровня прокаливаемости и других механических свойств. Добавка бора до 0,003% увеличивает предел упругости и позволяет создать новые борсодержащие рессорнопружинные стали 55ХГР и 55СГ2Р. Повышение содержания бора приводит к выделению боридной фазы и обеднению бором скоплений вокруг дислокаций, что снижает предел упругости.
Борсодержащие углеродистые стали с успехом заменяют марганцовистые, имеющие повышенную склонность к образованию трещин при термообработке. Замена марганцовистых сталей борсодержащими позволяет получить 10% экономии. По опыту Горьковского автомобильного завода добавка 0,002-0,005% В позволяет освободиться от дефицитных легирующих элементов - молибдена и никеля - и заменить дорогостоящую цементируемую сталь 20ХНМ, идущую на изготовление тяжелонагруженных деталей, более дешевой 20ХГР. Бористая сталь обладает более высокой прочностью и после цементации приобретает более высокую твердость. Цементированная поверхность содержит меньшее количество остаточного аустенита, что значительно повышает износоустойчивость и долговечность деталей из стали 20ХГР.
Кроме увеличения прокаливаемости адсорбционные слои бора затрудняют процесс растворения избыточных карбидов, например Сr23C6 в стали Х15Н25, при закалке и их выделение при старении. Образование адсорбционного слоя на границе раздела зерен сопровождается тем, что активные участки поверхностей раздела оказываются уже занятыми и процессы растворения карбидов при закалке, а также обратное выделение в результате миграции на внутренние поверхности при старении оказываются невозможными.
Легирование бором в пределах 0,4-0,7% аустенитных сталей с карбидным (Х18Н12Б) и интерметаллидным (10Х16Н25В5Ю2Т) упрочнением повышает прочностные свойства. Характеристики длительной прочности аустенитноборидных сталей при 650-700°С значительно превосходят таковые для аналогичных сталей без бора. Кроме того, для сталей с боридным упрочнением характерна высокая длительная пластичность, не уменьшающаяся с увеличением продолжительности испытаний. Высокая длительная пластичность аустенитно-боридных сталей (Х18Н12БР, Х15Н24В4Т2Р, 10Х16Н25В51 -02ТР) обусловлена высокой стабильностью структуры и свойств в процессе длительных выдержек при температурах 800-700 С.
Аустенитноборидные стали, в отличие от аналогичных сталей без бора, в результате более мелкого зерна и коагуляции упрочняющей фазы обладают высокой горячей пластичностью вблизи температуры солидуса. Эти стали благодаря наличию двухфазной аустенитно-боридной структуры не склонны к образованию горячих трещин в шве и околошовной зоне при сварке плавлением, борьба с которыми затруднительна при сварке жаропрочных аустенитных сталей. Так, легирование бором стали Х25Н2С8 в количестве 0,2-0,5% улучшает свариваемость, позволяет избавиться от околошовных горячих трещин, не снижая прочности при сохранении длительной пластичности.
Эффективность влияния бора на жаропрочные свойства сплавов объясняется упрочнением границ зерен боридами, образующимися в пограничных зонах. Растворимость бора в твердом растворе сплавов на основе железа незначительна. Вследствие горафильности бор скапливается у границ зерен, вызывает местное пересыщение твердого раствора и тем самым способствует образованию боридов на границах зерен даже при очень малой общей концентрации его в сплаве. При электронномикроскопическом исследовании тонкой фольги стали в ферритной оторочке по границам аустенитного зерна обнаружены бориды железа (Fe2B и FeB) уже при содержании в стали 0,0026% В. В легированных сталях по границам зерен бор образует сложные бориды типа (Mo, W, Cr, Ni)‘ х Bу и карбоборидные фазы (Cr, Fe)2 BC; (Cr, Fe)22 (В, С)6 и (Cr, Fe)23 (ВС)6. Таким образом, адсорбированная по границам зерен крипоустойчивая боридная фаза для малой толщины межзеренного вещества обеспечивает малые скорости ползучести.
Следует отметить, что влияние бора на изменение фазового состава легированных сталей заключается в основном в уменьшении растворимости легирующих элементов (например, хрома и вольфрама). Следовательно, легирование стали бором полезно только при малых его содержаниях, когда торможение пластической деформации, вызываемое выделением карбоборидных фаз, преобладает в упрочнении стали. При больших содержаниях бора значительная часть легирующих элементов, упрочняющих твердый раствор, связывается в карбоборидных фазах и поэтому не участвует в упрочнении твердого раствора. Наличие бора способствует некоторому перераспределению элементов. Так, присутствие бора в белом чугуне уменьшает растворимость хрома и марганца в цементите. В процессе отжига концентрация указанных элементов в цементите возрастает, бор при этом оказывает тормозящее влияние.
Существенный интерес представляет возможность улучшения деформируемости некоторых марок бористых сталей. Так, получение деформируемых нержавеющих сталей аустенитного класса ОХ18Н10РЗ и ОХ18Н6Г9РЗ, содержащих более 1,8% В, затруднено резким снижением пластичности, что исключает возможность горячей деформации в литом состоянии. Структуру этих сталей образуют хрупкие крупные бориды, напоминающие первичный цементит в заэвтектоидных белых чугунах.
Обработка такой стали в процессе кристаллизации ультразвуковыми колебаниями вызывает значительное измельчение боридной фазы во всех зонах слитка. Структура становится более однородной, что способствует повышению механических свойств и улучшению технологической пластичности. Появляется возможность ковки заготовок из стали, содержащей 3,5% В.
Недостаточно изучено в настоящее время распределение бора между фазами, особенно в сложнолегированных сталях. В системе Fe-B-Cr обнаружены фазы Fe2В и Сr2B, находящиеся в равновесии с чистым железом. Предел растворимости хрома в Fe2B составляет около 10%, а железа в Cr2B - около 60%. В системе Fе-B-Ni обнаружена фаза (Fе, Ni)2B. Соединения Fe2B и Ni2B образуют непрерывный ряд твердых растворов. Карбоборидная фаза найдена в системах Fe-B-Cr-C и Fe-B-Ni-С при 700°С, наиболее вероятный ее состав (Fe, Cr)23 (B,C)6. Соотношение атомных концентраций бора и углерода меняется от 0 до 2,5 в зависимости от содержания в сплаве бора, хрома и углерода. При повышении температуры карбоборидные фазы растворяются в аустените, остаются только бориды Fe2B И Cr2B.
В хромсодержаших сталях и сплавах в зависимости от содержания хрома и элементов, влияющих на изменении растворимости хрома, могут быть обнаружены бориды Сr2В и Cr5B3. Последний чаше находится в сплавах, содержащих алюминий, который уменьшает растворимость хрома. Борид Cr5B3 не содержит титана и алюминия. Высокой боридобразующей способностью обладает титан. Согласно, в стали ЭИ896 (10% Cr, 20%Ni 2-3% Ti и до 0,02% В) образуется борид титана Ti B2, а не борид хрома. По данным, большей, чем титан, боридобразующей способностью обладают вольфрам и молибден. При добавлении к стали ЭИ696 3% молибдена образуется борид на основе молибдена Me3B2. По данным химического анализа, металлическую основу составляют молибден, хром и примесь никеля. В стали ЭИ787, содержащей 3,0%W и не содержащей молибдена, также обнаружен борид (W,Cr который является фазой с широкой областью гомогенности с дефектом металлических атомов и практически не содержащей титана.
Снижение пластичности и ударной вязкости, укрупнение аустенитного зерна и способность его к росту при нагревании, а также возможность образования камчевидного излома представляют технические недостатки бористых марок сталей. Некоторые технологические мероприятия позволяют избежать указанных недостатков. Так, обработка бористых сталей ультразвуком и введение элементов, увеличивающих в структуре количество аустенита, повышают пластичность и ударную вязкость. Введение в сталь наряду с бором 0,02-0,03% Ti оказывает тормозящее воздействие на рост зерна при нагреве до 370°С. Увеличение содержания титана до 0,1-0,15% препятствует росту зерна во всем интервале температур нагрева (870-1200°С) при 1,5-часовой выдержке. Такое влияние титана можно объяснить барьерным действием различных его соединений, нерастворимых в аустените даже при очень высоких температурах.
Бор — Влияние на свойства стали – Энциклопедия по машиностроению XXL
Для повышения эксплуатационных свойств стали применяют различные способы обработки поверхности материала, в том числе технологию борирования.
Преимущества сталей с бором
- Высокая прочность в закаленном состоянии
- Формуемость: простота изготовления сложных конструкций и деталей в горячекатаном состоянии
- Пластичность и хорошая обрабатываемость резанием в горячекатаном состоянии
- Износостойкость: закаленная деталь прослужит дольше
- Вязкость и устойчивость к трещинам
- Хорошее сопротивление механическим нагрузкам
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 ).
Борсодержащая сталь
Powerbase применяется для изготовления и ремонта элементов сельскохозяйственной техники.
Powerbase — высокопрочная марка стали, предназначенная для изготовления широкого спектра продукции и сложных конструкционных элементов, применяемых в сельскохозяйственном машиностроении и других отраслях промышленности.
Специальная термическая обработка, включающая закалку с последующим отпуском, позволяет производителю значительно улучшить комплекс свойств, в частности износостойкость, прочность и вязкость. В результате изделия, изготовленные из данной стали, могут подвергаться более высоким механическим нагрузкам при сохранении необходимого срока службы.
Оптимальная композиция химического состава в совокупности со специальной термической обработкой для стали марки Powerbase гарантирует получение необходимого уровня механических свойств, обеспечивающего эффективную работу вашего готового изделия.
Технология борирования
Основное назначение борирования поверхности – повышение износостойкости поверхности изделий при работе в агрессивных и абразивных средах при температурах до 800°С. Насыщение поверхностного слоя стали бором применяется для быстрорежущего и штамповочного инструмента, деталей дробильных и просеивающих машин, буровых установок и центробежных насосов.
Образование соединений бора приводит к некоторому изменению геометрических размеров детали, поэтому технологический процесс включает в себя механическую обработку поверхностей после образования упрочненного слоя. Ввиду высокой твердости и устойчивости к абразивам для обработки поверхностей используют шлифование и полирование поверхностей.
Технология борирования производится по различным методикам, применение которых диктуется особенностями производства и видами обрабатываемых изделий. Режим проведения процесса зависит от желаемой толщины покрытия и марки стали. Обычно борируемые стали содержат значительное содержание углерода и легирующих присадок. В перечень материалов, к которым применяется рассматриваемая технология, входят также изделия из нержавеющей стали.
Влияние легирующих элементов на глубину борированного слоя
Борированиерабочих органов сельскохозяйственного оборудования – современное решение дляэкономии времени и средств!
Борированнаясталь обладает высокой теплостойкостью (+900-950 °С) и жаростойкостью (+800°С), что выводит ее потребительские характеристики на принципиально новыйуровень. Материал активно применяется для изготовления сельскохозяйственных ипромышленных агрегатов. По уровню стойкости к износу борированная сталь несколькоуступает одинаковому по твердости металлу с термодиффузионным покрытием хрома,но это не умаляет ее других характеристик и не препятствует доминированию насовременном рынке сельхозтехники.
Среди ключевыхположительных качеств борсодержащей стали стоит отметить следующие:
· Высокаяпрочность поверхностного слоя
Сталь, которая подвергается закалке сприменением технологии борирования, – стойкий к механическим воздействиям,влаге, воздействию химических веществ, но при этом достаточно хрупкий материал.Борирование позволяет упрочить комплектующие механизмов и рабочие органысельскохозяйственных агрегатов, которые подвергаются интенсивным нагрузкам,предотвращает их абразивный износ.
· Стойкостьк коррозийным процессам
Борированная сталь проявляет достойнуюустойчивость к образованию коррозии под воздействием водных растворов кислот(кроме азотной). Стоит отметить, что наилучшим образом противостоять агрессивнойсреде при одной толщине слоя металла способны именно однофазные боридные слои,обладающие большей кислотостойкостью, чем те, что состоят из двух фаз. Квоздействию азотной кислоты боридные слои не устойчивы, но разрушение материалапроисходит менее интенсивно, чем при столкновении с агрессивной средой изделийиз неборированного металла.
Борированная сталь – теплостойкий и жаростойкийматериал, что, несомненно, является положительным моментом, который говорит впользу применения инновационной технологии.
Газовое борирование
Газовое борирование схоже с процессами цементации и азотирования сталей. Процесс проводят в печах в среде диборана (В2Н6), треххлористого бора (ВСl3), триметила – (СН3)3В или других борсодержащих веществ. Чаще применяют диборан и треххлористый бор, который разбавляют водородом, аргоном, азотом или аммиаком. Применение азота в качестве разбавителя сильно снижает взрывоопасность среды. Насыщение прoводят при температурах 800-900°С. Время выдержки составляет от 2 до 6 часов. Существенное влияние на результаты борирования оказывает избыточное давление насыщающей среды. При газовом борировании на углеродистых сталях формируется боридный слой толщиной 0,1-0,2 мм и твердостью 1800-200HV.
Бор: три самые популярные марки
Первопроходцем среди легированных бором марок стали для Метинвеста стала 30MnB5. Мариупольский металлургический комбинат имени Ильича начал выпускать эту марку в 2015 году. На украинском рынке она заменила «универсальную» советскую рессорно-пружинную марку 65Г, которую определенными способами обработки можно было приспособить и для сельхозтехники. В то же время в Европе аграрные машиностроители вовсю использовали низколегированные борсодержащие стали. И чтобы заменить вышедшую из строя деталь импортной техники, нужна была именно такая сталь. К тому же, после закалки и отпуска детали приобретают повышенную эксплуатационную стойкость – их ресурс в два-три раза выше по сравнению с продукцией из стали 65Г. Неудивительно, что украинские компании, которые тогда перешли на 30MnB5, сегодня выросли во флагманов отрасли.
Для предприятий, у которых технология закалки предполагает использование масла вместо воды, Метинвест в 2017-2018 годах освоил выпуск листа и рулонов из марки 38MnB5. Это более прочная и износостойкая сталь, которую можно калить в масле, как и 65Г. Таким образом, компании могут перейти на высокопрочный металл без больших затрат, минимально изменив технологию.
Тройку самых популярных борсодержащих марок сталей от Метинвеста замыкает 27MnCrB5. Этот сплав дополнительно микролегирован хромом и марганцем, что обеспечивает еще лучшую прокаливаемость и более высокую прочность при низком содержании углерода. Прокат из такой стали особенно удобен для изготовления деталей, которые нужно сваривать.
В 2015-2018 годах Метинвест выпустил 23,5 тыс. тонн проката из борсодержащих марок стали.
Сегодня прокат из борсодержащей стали в Украине производят ММК имени Ильича и «Азовсталь», в Италии – Trametal и Ferriera Valsider. Метинвест реализует эту продукцию производителям сельскохозяйственного и промышленного машиностроения Украины и СНГ, а также стран Западной и Центральной Европы.
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
Связаться
с нами
Ответим на ваши вопросы
о производстве и переработке
металлопроката, его свойствах
и особенностях применения.
Борсодержащая сталь - Boron steel
Борсодержащая сталь относится к стали, легированной небольшим количеством бора, обычно менее 1 процента. Добавление бора в сталь значительно увеличивает прокаливаемость полученного сплава.
Содержание
- 1 Описание
- 1.1 Прокаливаемость
- 1.2 Фазовая диаграмма
- 4.1 Дополнительная литература
Бор добавляется в сталь в виде ферробора (~ 12-24% B). Поскольку в добавке ферробора отсутствуют защитные элементы, его обычно добавляют после добавления поглотителей кислорода. Существуют также 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 2O3(триоксида бора ); Fe 3 (CB) () и Fe 23 (CB) 6 (); и BN (нитрид бора ) соответственно.
Прокаливаемость
Растворимый бор располагается в сталях вдоль границ 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, Fe 2 B имеет Было обнаружено, что осадок осаждается на границах зерен, что также может замедлять γ-α превращения. 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 концентрации - 30 ppm B могут заменить эквивалент 0,4% Cr, 0,5% C или 0,12% V. Также было показано, что 30 ppm B увеличивают глубину закалки (~ + 50%) в низколегированной стали - считается, что это связано с к замедлению превращения мартенсита в более мягкий бейнит, феррит или перлит.
. Присутствие углерода в стали снижает относительную эффективность бора для повышения прокаливаемости.
При более чем 30 ppm бор начинает снижать прокаливаемость, увеличивает хрупкость и может вызвать жаростойкость.
Фазовая диаграмма Fe-B имеет две точки эвтектики - при 17% (моль) т.пл. 1149C; и 63,5% бора, т.пл. ~ 1500С. Есть пик m.p. при соотношении Fe: B 1: 1 и перегибе при 33% B, что соответствует FeB и Fe 2 B соответственно.
Растворимость бора в стали считается 0,021% при 1149C, падение до 0,0021% при 906C. При температуре 710C только 0,00004% бора растворяется в γ-Fe (Аустенит ).
Стали, легированные бором, включают углеродистые, низколегированные, включая HSLA, углеродисто-марганцевые и инструментальные стали. Из-за высокого поглощения нейтронов бором бор добавляется к нержавеющим сталям, используемым в ядерной промышленности, - до 4%, но чаще от 0,5 до 1%.
Бористые стали находят применение в автомобильной промышленности, как правило, в качестве усиливающих элементов, таких как дверные рамы и откидные сиденья. С середины 2000-х годов он широко использовался европейскими производителями автомобилей. Введение элементов из борсодержащей стали создало проблемы для спасателей на месте происшествий. поскольку ее высокая прочность и твердость противостояли многим обычным режущим инструментам (гидравлическим ножницам), которые использовались в то время.
Плоская борсодержащая сталь для использования в автомобилях подвергается горячей штамповке в охлаждаемых формах из аустентного состояния ( полученная путем нагрева до 900-950 ° C). Типичная сталь 22MnB5 показывает увеличение прочности на разрыв в 2,5 раза после этого процесса по сравнению с базовой 600 МПа. Штамповка может производиться в инертной атмосфере, в противном случае образуется абразивная накипь - в качестве альтернативы можно использовать защитное покрытие Al-Si. (см. алюминированная сталь ). Внедрение высокопрочной штампованной мягкой марганцево-борсодержащей стали с высокой прочностью на разрыв (22MnB5) (до предел прочности 1200 МПа, предел прочности при растяжении 1500 МПа) позволило снизить вес за счет уменьшения толщины в европейской автомобильной промышленности.
В скобах некоторых навесных замков используется борсодержащая сталь для обеспечения устойчивости к порезам Навесные замки из борсодержащей стали достаточной толщины скобы (15 мм и более) обладают высокой устойчивостью к ножовке, болторезам и ударопрочностью, хотя их можно победить с помощью угловой шлифовальной машины.
Низколегированная борсодержащая сталь повышенной обрабатываемости
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству борсодержащих сталей, применяемых для изготовления деталей в автомобильной промышленности, в том числе для изготовления деталей типа шестерен коробок передач, деталей несущей системы тракторов и автомобилей большой грузоподъемности. Сталь выплавлена с использованием металлизованных окатышей и содержит углерод, марганец, кремний, серу, хром, бор, никель, молибден, алюминий, азот, кальций, кислород, олово, титан, железо и неизбежные примеси при следующем соотношении, мас.%: углерод 0,14-0,23, марганец 0,90-1,40, кремний 0,15-0,40, сера 0,020-0,035, хром 0,90-1,40, никель 0,15-0,35, молибден 0,05-0,12, алюминий 0,02-0,05, азот 0,005-0,015, кальций 0,0004-0,0050, бор 0,001-0,003, кислород ≤0,0025, олово ≤0,025, титан ≤0,005, железо и примеси - остальное. Суммарное содержание марганца, хрома, никеля и молибдена составляет 2,50-3,05. В качестве неизбежных примесей сталь содержит фосфор не более 0,025 мас.% и медь не более 0,15 мас.%. Повышаются характеристики прокаливаемости стали, улучшается обрабатываемость и снижается коробление при термической обработке, что обеспечивает гарантированный уровень потребительских свойств изделий. 1 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству сталей повышенной прокаливаемости и обрабатываемости, используемых для производства ответственных деталей автомобилей.
Известна сталь, содержащая, мас.%:
предназначенная для изготовления тяжелонагруженных шестерен автомобилей («Прокат сортовой из стали марки 20ХГНМТА, предназначенный для изготовления тяжелонагруженных шестерен автомобилей», ТУ 14-1-5509-2005).
Недостатком данной стали является низкий уровень сопротивления ударным нагрузкам.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является сталь 16MnCrB5 повышенной обрабатываемости, содержащая, мас.%:
(Науглероживаемые стали. Европейский стандарт EN 10084:1998).
В следствие того что не учтено влияние никеля, молибдена, азота, не достигается требуемый уровень прочностных характеристик и прокаливаемости. В стали марки 16MnCrB5 не регламентировано содержание алюминия, что может привести к короблению готовых изделий при химико-термической обработке, что в промышленных условиях является критичным.
Техническим результатом изобретения является повышение характеристик прокаливаемости стали, улучшение обрабатываемости, снижение коробления при термической обработке, увеличение сопротивления ударным нагрузкам, что позволит обеспечить гарантированный уровень потребительских свойств изделий.
Для достижения поставленного результата предложена сталь, содержащая, мас.%:
Железо и неизбежные примеси - остальное,
причем суммарное содержание марганца, хрома, никеля и молибдена находится в пределах 2,50-3,05%. В качестве примесей сталь регламентировано содержит фосфор ≤0,025% и медь ≤0,15%.
Выбранное соотношение компонентов определяется следующими факторами.
Углерод - основной элемент в стали, определяющий ее прочностные и эксплуатационные характеристики. Нижний предел 0,14% определен необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности данной стали после термической обработки, верхний предел 0,23% обусловлен необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали.
Марганец вводят в композицию с целью обеспечения прокаливаемости, прочностных характеристик, необходимой глубины цементованного слоя и ударной вязкости. При этом верхний уровень содержания марганца 1,40% определяется необходимостью обеспечения необходимого уровня пластичности, глубины цементованного слоя и ударной вязкости, а нижний - (соответственно 0,90%), необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности готовых изделий и прокаливаемости стали. Марганец в пределах 0,90-1,40% обеспечивает необходимую раскисленность борсодержащей стали, а также усиливает воздействие бора на устойчивость переохлажденного аустенита.
Кремний относится к ферритообразующим элементам. Нижний предел по кремнию 0,15% обусловлен технологией раскисления стали. Содержание кремния выше 0,40% неблагоприятно скажется на характеристиках пластичности стали.
Сера и кальций определяют уровень обрабатываемости стали. Нижний предел по кальцию и сере (0,020% и 0,0004% соответственно) обусловлен необходимостью получения оптимальной обрабатываемости стали, а верхний предел (0,035% и 0,0050% соответственно) - вопросами технологичности производства и для исключения повышенной загрязненности металла неметаллическими включениями.
Хром, никель и молибден используются, с одной стороны, как упрочнители твердого раствора, с другой стороны, как элементы, существенно повышающие устойчивость переохлажденного аустенита и увеличивающие прокаливаемость стали. При этом верхний уровень содержания указанных элементов (соответственно 1,40% Сr, 0,12% Мо, 0,35% Ni) определяется необходимостью обеспечения требуемого уровня пластичности стали и ударной вязкости, а нижний (соответственно 0,90% Сr, 0,05% Мо. 0,15% Ni) - необходимостью обеспечить требуемый уровень прочности готовых изделий и прокаливаемости стали. Для уменьшения карбидов в цементованном слое в предложенную сталь добавляют никель в количестве 0,15-0,35%.
Хром в пределах 0,90-1,40% в сочетании с бором в пределах 0,001-0,003% обеспечивает глубокую прокаливаемость и высокую пластичность стали при термообработке.
Хром в пределах 0,90-1,40% в сочетании с марганцем в пределах 0,90-1,40% обеспечивает существенное повышение предела текучести и предела прочности.
Композиция хрома с молибденом (хром 0,90-1,40%; молибден 0,05-0,12%) резко снижает уровень отпускной хрупкости.
Бор вводят в сталь для увеличения ее прокаливаемости, обеспечения оптимальных свойств по всему сечению деталей и существенного увеличения пластических и вязких характеристик стали в высокопрочном состоянии. Регламентированный верхний предел содержания бора (0,003%) определен из соображений получения минимального коробления изделий - при содержании бора более 0,003% выделяется избыточная бористая фаза, охрупчивающая сталь. Нижний предел (0,001%) оптимален для обеспечения требуемого уровня прокаливаемости.
Алюминий используется в качестве раскислителя и обеспечивает защиту от роста зерна при термической обработке. Нижний уровень содержания (0,02%) определяется требованием обеспечения мелкозернистой стали, а верхний уровень (0,05%) вопросами технологичности производства.
Азот - элемент, участвующий в образовании карбонитридов, при этом нижний уровень его содержания 0,005% определяется требованием обеспечения заданного уровня прочности, а верхний уровень - 0,015% - требованием обеспечения заданного уровня пластичности и прокаливаемости. Алюминий в сочетании с азотом в регламентируемых пределах за счет образования высокодисперсных нитридов позволяют получить природно-мелкозернистую сталь.
Титан является сильным карбонитридообразующим элементом. Регламентированный верхний предел по содержанию титана 0,005% позволяет увеличить срок эксплуатации изделий за счет получения оптимального сопротивления ударным нагрузкам.
Максимально регламентированное содержание кислорода (≤0,0025) в представленной композиции обеспечивает получение чистой стали по загрязненности неметаллическими включениями - K4(O)
Содержание олова ≤0,025% позволяет обеспечить в предлагаемой стали пониженную чувствительность к образованию усталостных трещин. Более высокое содержание олова приводит к образованию термических трещин при прокатке.
Нормирование суммы марганца, хрома, никеля и молибдена в диапазоне 2,50-3,05% позволяет увеличить уровень прокаливаемости стали и обеспечить наиболее оптимальные эксплуатационные характеристики изделия.
Предлагаемое соотношение элементов в стали найдено экспериментальным путем и является оптимальным, поскольку позволяет получить комплексный технический эффект. При нарушении соотношения элементов ухудшаются свойства стали, наблюдается их нестабильность и эффект не достигается.
Для получения предложенной стали по остаточным элементам и примесям применен высокотехнологичный метод использования при выплавке стали металлизованных окатышей, получаемых прямым восстановлением железа из руды, тем самым обеспечивается максимальное снижение влияния остаточных элементов и примесей на эксплуатационные свойства стали.
Дан пример осуществления предлагаемого изобретения.
Выплавку стали, содержащей углерод 0,17%, кремний 0,25%, марганец 1,25%, хром 1,20%, никель 0,25%, молибден 0,07%, сера 0,028%, алюминий 0,032%, азот 0,011%, кальций 0,0015%, бор 0,002, кислород 0,0015, олово 0,015, титан 0,003 производят в 150-тонных дуговых сталеплавильных печах (ДСП) с использованием в шихте металлизованных окатышей, что обеспечивает получение низкого содержания цветных примесей. Предварительное легирование металла марганцем, кремнием, хромом, молибденом и никелем производят в ковше при выпуске из ДСП. После выпуска производят продувку аргоном через донный продувочный блок, во время которой сталь раскисляют алюминием. Далее сталь вакуумируют на вакууматоре циркуляционного типа. Металл поступает на агрегат комплексной обработки стали (АКОС), на котором металл нагревают до необходимой температуры, продувают аргоном через донный продувочный блок, делают дозированные присадки необходимых ферросплавов и обработку стали порошковой проволокой с различными наполнителями. На АКОСе производится наведение рафинировочного шлака присадкой извести и плавикового шпата, раскисление шлака гранулированным алюминием в количестве 30 килограмм на каждые 100 миллиметров шлака. Перед передачей плавки на разливку, после доводки по всем элементам, содержание алюминия в металле корректируют по расчету на 0,020%, после чего производят обработку плавки силикокальцием и окончательное легирование алюминием и серой. Разливку производят на четырехручьевых МНЛЗ радиального типа в слиток размером 300×360 со скоростью вытягивания 0,5-0,6 м/мин. Защиту металла от вторичного окисления осуществляют путем использования покровных шлаковых смесей в промежуточном ковше и кристаллизаторе, защитных труб и погружных стаканов. После разливки и пореза на мерную длину полученные непрерывнолитые заготовки охлаждают в печах регулируемого охлаждения.
Таким образом, предлагаемый состав стали обеспечивает стабильность свойств при термической обработке и позволяет получить изделия с заданным уровнем эксплуатационных характеристик.
1. Низколегированная борсодержащая сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, серу, хром, бор, железо и неизбежные примеси, отличающаяся тем, что она выплавлена с использованием металлизованных окатышей и дополнительно содержит никель, молибден, алюминий, азот, кальций, кислород, олово и титан при следующем регламентированном соотношении элементов, мас.%:
углерод 0,14-0,23 марганец 0,9-1,40 кремний 0,15-0,40 сера 0,020-0,035 хром 0,90-1,40 никель 0,15-0,35 молибден 0,05-0,12 алюминий 0,02-0,05 азот 0,005-0,015 кальций 0,0004-0,0050 бор 0,001-0,003 кислород ≤0,0025 олово ≤0,025 титан ≤0,005 железо и неизбежные примеси остальное
при этом суммарное содержание марганца, хрома, никеля и молибдена находится в пределах 2,50-3,05 мас.%.2. Сталь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве неизбежных примесей она содержит фосфор не более 0,025% и медь не более 0,15%.
Читайте также: