含硼钢试验开发

收稿日期:2005205220; 修订日期:2005206227基金项目:中国博士后科学基金(2004036058)资助作者简介:符寒光(19642　),湖南桃江人,博士后,高级工程师.从事材料和铸造技术研究.Em ail :f hg64@Vol.27No.1J an.2006铸造技术FOUNDR Y TECHNOLO GY含硼铸钢的研究和应用符寒光(清华大学机械工程系,北京100084)摘要:介绍了硼元素的特点及其在钢中的作用,微量硼可以明显改善钢的淬透性和韧性。

硼在铸钢中主要以硼化物形式偏聚于晶界,损害钢的韧性。

采用淬火预处理,并适当提高奥氏体化温度,有利于消除硼脆,改善硼钢韧性。

另外,提高铸钢硼含量,可以获得硬度高、热稳定性好的Fe 2B 化合物,有利于改善钢的耐磨性。

关键词:硼钢;硼化物;硼脆;淬透性;耐磨性中图分类号:T G269 文献标识码:A 文章编号:100028365(2006)0120087203S t u d y a n d Ap p lic a ti o n of Ca s t S t e el Co nt ai ni n g B o r o nFU H an 2guang(Department of Mechanical E ngineering ,Tsinghua U niversity ,B eijing 100084,China)Abs t rac t :The characteristics of boron element and its effect in cast steel are introduced.Microamount boron can improve the hardenability and toughne ss of carbon steel.Boron mainly aggregate s at the grain boundary ,which damage s the toughne ss of cast steel.The measure s making use of pre 2quenching treatment and increasing the austenitizing temperature can eliminate boron brittlene ss and improve the toughne ss of cast steel.Moreover ,when boron content in cast steel is increased ,Fe2B compound that has high hardne ss and excellent heat stability can be obtained.Fe2B can improve the wear re sistance of cast steel.Ke y w ords :Boron steel ;Boride ;Boron brittlene ss ;Hardenability ;Abra sion re sistance 钢中加入微量硼能够显著提高淬透性并改善韧性[1],微量硼对耐热钢有提高高温强度和蠕变性能的作用[2]。

含硼钢优缺点分析报告
硼钢是一种特殊的合金钢，其中添加了硼元素。

这种钢具有一些独特的优点和缺点。

首先，硼钢具有出色的强度和硬度。

添加硼元素可以显著提高钢材的强度，并且硬度也会得到增强。

这使得硼钢在各种工程应用中具有出色的耐久性和抗冲击能力。

同时，硼钢具有优异的自耗性能，能够在长时间的使用过程中减少磨损和塑性变形。

其次，硼钢的加工性较差。

由于硼的存在，硼钢具有较高的硬度和脆性，这使得加工变得更加困难。

相关工艺需要更高的温度和更大的力度。

特别是在冷加工过程中，容易导致硼钢出现裂纹和失效。

这也意味着硼钢的加工成本较高，需要更复杂和精细的工序。

此外，硼钢具有良好的耐腐蚀性。

硼能够与氧和硫形成化合物，使得硼钢在酸性和碱性环境下具有很好的抗腐蚀性能。

这使得硼钢在一些特殊的工作条件下具有更长的使用寿命和更好的性能。

然而，硼钢的成本较高。

添加硼元素会增加钢材的成本，这在一定程度上限制了硼钢的广泛应用。

尽管硼钢的强度和硬度优越，但并不是所有的应用场景都需要这样高的性能。

因此，硼钢的使用范围受到了一定的限制。

综上所述，硼钢具有出色的强度和硬度，良好的耐腐蚀性，以及一定的自耗性能。

然而，硼钢的加工性较差，成本较高。

因
此，在选择硼钢时，需要考虑优缺点并根据具体需求进行综合评估。

第34卷 第6期2009年6月HEAT TREAT M ENT OF METALSV o l 34N o 6June 2009900MPa 含Ti 低碳贝氏体钢的研究郑 华,刘昌明,邓照军,韩荣东,郑 琳(武汉钢铁(集团)公司研究院,湖北武汉 430080)摘要:采用高T i 成分设计,通过高温轧制方法制备了3种含硼和不含硼7mm 厚的高强度贝氏体钢板,对钢中合金元素的作用以及加热、轧制工艺对钢板性能的影响进行了研究。

结果表明,含硼钢板经600 回火后,屈服强度达920M Pa ,伸长率14 0%;回火后的含硼和不含硼钢板在-60 ~-20 条件下5mm 厚试样的冲击韧度值均大于50J ,冲击断口具有韧窝形貌,并有大量平行于轧制方向的分层。

含硼钢板具有细小板条贝氏体组织,原奥氏体晶粒宽度在10 m 左右,内部贝氏体板条宽度150~300nm 。

这种细小的贝氏体组织以及冲击试验中出现的断口分层现象,使钢板在达到极高屈服强度的同时,仍具有极佳的低温韧性。

关键词:含T i 低碳贝氏体钢;高温轧制;回火;微观组织;力学性能中图分类号:TG142 2 文献标识码:A 文章编号:0254 6051(2009)06 0015 04Study on T i beari ng l ow carbon bai nitic steel w ith 900M Pa yiel d strengthZHENG H ua ,L I U Chang m i ng ,DE NG Zhao j un ,HAN Rong dong ,Z HENG L i n(R esearch &D eve lop m ent Center ,W uhan Iron and Stee l(G roup)Co ,W uhan H ube i 430080,Ch i na )Abstrac t :By add iti on o f h i gh concentration of titan i u m,T i bear i ng and T i B bear i ng h i gh streng th bainitic stee l s w it h t h i ckness o f 7mm w ere prepared by h i gh te mperature processi ng(HTP )m e t hod In fluence o f all oy e l em ents ,rehea ti ng and ro lli ng pro cess on m echan ica l properties of the test stee ls w ere investi ga ted T he res u lts show that T i B bea ri ng steel exhi b its h i gher y ield streng t h o f 920M Pa and e l ong ati on o f 14 0%after being te m pe red at 600 T he Charpy i m pact energy of T i bearing and T i B beari ng stee ls at -60 -20exceeds 50J w i th duc til efracture appearance D e la m i nati on cracks para llel to the ro lli ng d irec tion are found i n Charpy test speci m ens o f all t he test stee ls T i B bear i ng stee l has a m ean austen ite g ra i n size o f about 10 m and t he i nterna l ba i n iti c l a t h w i dth is abou t 150 300n m T he fi ne l ath ba i n i te m i crostructure as we ll as t he de la m i nati on pheno m enon i n i m pac t spec i m ens contr i bu tes to t he ex tra high streng t h and exce llen t l ow te m pera t ure toughness o f the T i B bearing stee lK ey word s :titan i u m bea ri ng l ow carbon ba i nitic stee;l h i gh te m perat ure processi ng (HT P);te mper i ng;m icrostructure ;m echanical properties收稿日期:2009 02 04作者简介:郑 华(1979 ),男,河南周口人,工学博士,现从事高强度结构钢研究。

Series No.361 July　2006 金 属 矿 山MET AL M I N E总第361期2006年第7期李艳军(1972-),男,东北大学资源与土木工程学院,讲师,博士生,110004辽宁省沈阳市和平区东北大学265信箱。

韩跃新(1961-),男,东北大学资源与土木工程学院,副院长,教授,博士生导师,110004辽宁省沈阳市和平区东北大学265信箱。

辽宁凤城硼铁矿资源的开发与利用李艳军　韩跃新(东北大学)摘　要　结合我国目前矿业市场与资源的状况,阐述了开发辽宁凤城硼铁矿矿床的必要性,分析了该矿床的特点、矿物组成及其特征,对目前的选矿分离和选矿产品的冶金处理工艺进行了评述,指出了各种工艺存在的问题,并指出研究同时获得高品位铁精矿和硼精矿的选矿分离工艺是硼铁矿资源开发的主要研究方向。

关键词　硼镁铁　选矿分离　冶金处理Explo it a ti on and Utili za ti on of Boron2I ron O re Resource i n Fengcheng,L i a ngn i n gL i Yanjun　Han Yuexin(N ortheastern U niversity)Abstract　I n combinati on with China’s p resent m ining market and res ource conditi ons,the necessity of exp l oiting the bor on2ir on deposit in Fengcheng,L iangning is expounded and the features,m ineral compositi on and characters of the de2 posit are analyzed.The existing technol ogies f or the concentrati on and the metallurgical p r ocessing of the concentrate are re2 vie wed and the p r oble m s in the vari ous p r ocesses are pointed out.It is concluded that the concentrati on method that can ob2 tain both high grade ir on concentrate and bor on concentrate is the main orientati on of the research f or exp l oiting bor on2ir on res ource.Keywords　Lud wigite,M ineral separati on,M etallurgical p r ocessing 我国现有生产硼砂、硼酸的化工厂约30家,生产能力分别为20万t和3万t左右,现有的硼矿保有储量不足200万t,硼镁石资源已近枯竭。

一种修正的 Norton-Hoff 本构模型及实验验证王巧玲;唐炳涛;郑伟【摘要】针对 B1500 HS 硼钢，采用 Gleeble-1500D 热模拟试验机，通过单轴拉伸试验对其在温度为550~850℃、应变速率为0.1~10 s-1范围内的本构关系进行了研究。

根据硼钢流动应力曲线的特点，对 Norton-Hoff 模型进行了修正，将修正后的模型与 Brosius 提出的 Norton-Hoff 模型和 Tong-Wahlen模型进行比较，并通过预测值偏离实验值的程度进行评估。

与实验结果对比后发现：修正的Norton-Hoff 模型能更好地预测 B1500 HS 硼钢的流动应力。

%In order to establish constitutive descriptions for B1500 HS boron steel,it was subjected to isothermal uniaxial tensile testing on a Gleeble 1500 thermomechanical s imulator at temperatures ranging from 550 ℃ to 850 ℃ and strain rates ranging from 0.1 s-1 to 10 s-1 .According to the charac-teristics of the flow stress curve of boron steel,Norton-Hoff model was modified.The predicted flow stresses using the modified model were compared with Tong-Wahlen model,Norton-Hoff model pro-posed by Brosius,and evaluated by the degree of the predicted value deviation from the experimental values.By comparison with the experimental results,it shows that the modified Norton-Hoff model is better to predict the flow stress of B1500 HS boron steel.【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2015(000)014【总页数】5页(P1978-1982)【关键词】本构模型;硼钢;流动应力;Norton-Hoff 模型;Tong-Wahlen 模型【作者】王巧玲;唐炳涛;郑伟【作者单位】山东建筑大学，济南，250101;山东建筑大学，济南，250101;山东建筑大学，济南，250101【正文语种】中文【中图分类】TG115.5随着汽车行业的快速发展,汽车轻量化和防撞性能的提升成为行业发展的趋势之一。

硼B元素对钢材性能的影响硼B元素对钢材性能的影响1、当钢中含有微量的（0.001 －0.005 ％）硼时，钢的淬透性可以成倍的提高．2、钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。

3、微量硼能提高钢的淬透性，但随钢中碳含量增加，淬透性的提高逐渐减弱以至完全消失；4、硼的有益作用：1）钢中加入微量的硼（0.0005～0.005%）即可显著提高钢的淬透性，此时对其它性能等无影响或影响甚小。

——这在一定程度上可代替Ni（Cr、Mo）2）硼对钢的淬裂敏感性影响很小。

3）结构钢中的硼会降低钢材在正火后的冲击值，但在淬火+低温回火后，却能得到良好的冲击值。

4）低碳硼钢渗碳性能良好，表面碳浓度不易过度增大。

所以可得到高强度和疲劳强度，渗碳后可直接淬火，对缺口敏感性也很小。

渗碳硼钢以含C≯1%为宜。

5）中碳硼钢在调质后有良好的综合机械性能。

（其回火稳定性，回火脆性、疲劳极限与强度、硬度的关系等基本上同无硼钢）。

6）硼钢的热加工性能良好，同一般合金结构钢。

7）硼溶于固溶体，晶格变大，使强度提高，晶界中硼有阻止再结晶扩散作用，所以可增加钢的热强性。

5、硼的不良影响：1）含B量超过0.007%时，容易引起脆性（有说珠光体为此值，其它类钢可多些）。

2）会降低A体晶粒粗化的温度，易粗晶，但加铝可改善。

3）在尺寸硼钢热处理时心部易生针状铁素体而影响机械性能。

4）硼与O、N亲和力很强，易生非金属夹杂，且因此应多加硼量。

为克服此缺陷可于冶炼时加0.1～0.12%Al和0.06～0.04%Ti以脱氧，去氮（Al、Ti未考虑烧损值）。

一般合金钢中含B量：0.001～0.005%（目前仅合金结构钢中有硼钢含值如前，而其它含硼钢还少见到，国外硼钢品种较多，但其含量均不超过0.005%，否则淬透性反而变劣）。

含硼生铁冶炼硼钢新工艺及其硼钢性能研究杨中东;刘奇;刘素兰【摘要】含硼生铁是高炉火法分离硼铁矿提取硼时(富硼渣, w ( B2 O3 )≥12% )产生的另一种重要产品.研究了以此为原料直接冶炼硼钢的新工艺及硼钢试样的力学性能,结果表明:采用预脱硫、脱硅处理得到含硼半钢再冶炼硼钢的新工艺,其S、 P 等杂质含量均能满足硼钢标准要求,而最关键的B含量(质量分数)也可控制在0. 0005% ~0. 0035% ,即硼钢要求的标准范围; 其硼钢试样材料的拉伸、冲击韧性等力学性能指标优于20Mn2、 15MnVB,而与40MnB、 45MnB结构合金硼钢相当; 通过冶炼后期控制其它合金化成分,能达到国标GB/T 3077-1999中相近成分的硼钢性能.【期刊名称】《材料与冶金学报》【年(卷),期】2019(018)001【总页数】6页(P25-30)【关键词】含硼生铁;预脱硫和预脱硅;含硼半钢;硼钢;力学性能【作者】杨中东;刘奇;刘素兰【作者单位】东北大学冶金学院,沈阳 110819;东北大学冶金学院,沈阳 110819;东北大学冶金学院,沈阳 110819【正文语种】中文【中图分类】TF76含硼生铁是利用高炉火法分离硼铁矿提取硼时产生的另一种重要产品[1]，其含硼量(质量分数)约为 0.1%～0.5%，根据其含硼的特点，开展了以其为原料直接冶炼硼钢的研究[2].众所周知，微量硼能提高钢的淬透性，因此，硼钢一直为人们所开发研究和利用[3-6].传统制备硼钢的方法主要是以普通生铁和废钢为原料，在钢水冶炼末期，经严格的脱氧去氮后，加入硼铁合金化为基本特征；而采用含硼生铁为原料直接冶炼硼钢还是一个新的尝试.参照硼钢标准，对新工艺制备的硼钢试样进行了拉伸、冲击韧性等性能测试，结果表明，用这种方法冶炼的硼钢，其材料的力学性能接近或超过国标GB/T3077-1999中相近成分的硼钢性能，研究结果为进一步综合开发利用硼铁矿资源提供了新思路.1 实验材料和方法实验采用的含硼生铁为硼铁矿在100 m3级高炉冶炼分离的产品，化学成分(质量分数%)为：B 0.1～0.5，Si 2.0～2.5，C 3.3～3.8，S 0.06～ 0.1，Mn ～0.12，P ～0.065，其中w(Si)，w(S)均很高，约为一般铁水的3倍，因此，先采取对含硼铁水进行预脱硫、脱硅处理以得到含硼半钢，然后再进一步冶炼为硼钢[7].含硼铁水预脱硫、脱硅处理及硼钢冶炼实验均采用50 kW中频感应炉，熔化铁水采用黏土石墨坩埚，内壁为镁砂捣打内衬，容量为20 kg；脱硫采用喷吹脱硫剂法，脱硅分别采用固体氧化剂和吹氧脱硅方法[8]，吹氧时采用内径为Φ2 mm双孔刚玉管.硼钢性能测试及分析：采用标准CMT5105型电子式材料万能试验机测试硼钢试样的拉伸性能；冲击韧性则采用美国Instron仪器化冲击试验机(9250HV drop tower instrument)和标准摆锤式冲击试验机；应用扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜、XRD等手段，对测试结果进行表征分析.2 实验结果及讨论2.1 冶炼制备硼钢新工艺2.1.1 含硼铁水脱硫和脱硅预处理表1为喷吹法脱硫实验结果，载气为工业氮气，铁水温度范围为1 350～1 400 ℃.可见，由于硼是对脱硫有益的成分，所以，即使采用普通活性氧化钙脱硫剂也可使硫含量降至小于0.01%，脱硫后硫含量均能满足硼钢标准要求.表1 含硼铁水预脱硫实验结果Table 1 Results of pre-desulfurization for the boron containing pig iron脱硫剂种类脱硫剂用量kg·t -1 HMw (S)O / %w (S)F / %脱硫时间min(k/s-1)×1030.1%Al-活性石灰100.0980.010182.20电石(CaC2)80.0960.005152.7940%电石+60%石灰80.100.010182.2660%镁粉+40%石灰40.100.005 83.65脱硫后再脱硅实验结果如表2所示，可见，脱硅时硼也同步氧化，二者氧化率几乎相同[2,9]；脱硅处理后得到的含硼半钢成分(质量分数/%)大约为：C 3.2～3.4、Si 0.2～0.5、B 0.02～0.06、Mn 0.07～0.09、P 0.06～0.065、S < 0.01，是直接冶炼硼钢的原料.表2 含硼铁水脱硫后再脱硅处理实验结果(质量分数)Table 2 Results of desilication treatment for the boron containing pig iron after desulfurization (mass fraction) %炉号CSiBMnPS13.260.170.0160.0780.0620.00823.380.420.0620.080.060.0133.32 0.230.0380.0820.0650.00843.420.460.1020.0880.0650.00753.250.220.0320.0 760.060.00963.20.120.0140.0720.0640.00873.350.380.0410.080.0620.00683. 180.260.0280.0840.060.00793.300.400.030.0820.0650.0072.1.2 含硼半钢冶炼硼钢模拟转炉冶炼硼钢工艺，将上述脱硫、脱硅预处理后的含硼半钢倒入坩埚中，加入造渣剂吹炼.造渣剂为预先混配的由活性石灰、Fe2O3粉和CaF2等组成的混合物，其中，石灰与Fe2O3质量比为4:1～3:1，加入CaF2时，其用量为3%～5%，石灰加入量按终渣碱度(CaO%/SiO2%)R=3计量加入[7].图1为冶炼过程中钢水成分的变化，可见，在吹炼前期主要是硅、硼、锰迅速氧化；随着硅、硼的降低碳也大量氧化，磷也在吹氧的同时随硅、硼氧化，而硫几乎没有变化；吹炼结束时钢水温度约为1 580 ℃，硼含量(质量分数)约为0.002%，基本在硼钢要求的0.0005%～0.0035%标准范围内；磷降低到0.019%，满足硼钢标准要求.由冶炼实验结果可知，在碱性渣的条件下硼很容易氧化，钢水中残留量很低，炉渣的XRD分析结果表明硼在渣中的状态是B2O3.由氧势图[10]可知，B2O3的氧势线位于V2O3与和SiO2之间，接近SiO2的氧势线，表明硼与氧有较强的亲和力，在吹炼过程中很容易氧化为B2O3.图1 吹炼实验过程中含硼钢水成分的变化Fig.1 Variation of composition in molten steel containing B during smelting2.2 硼钢试样材料的力学性能对冶炼得到的含硼钢水加铝及硅铁合金脱氧，然后按照GB/T3077-1999中的锰硼合金钢成分加锰铁、硅铁合金化.表3为选择测试的两种不同硼含量的硼钢试样的化学组成，其中6-27A的硼含量超出硼钢标准范围.表3 硼钢试样的化学组成(质量分数)Table 3 Composition of boron steel specimens (mass fraction) %硼钢BSiCMnPS7-2A0.00330.7050.191.700.020 0.0106-27A0.00510.3510.271.860.023 0.008注：A代表热处理制度：900 ℃，30 min正火→880 ℃，30 min油淬→200 ℃,120 min回火2.2.1 拉伸性能图2和表4为硼钢试样拉伸性能测试结果，平均进行了3～4支次拉伸试验.和大多数金属材料一样，硼钢试样的拉伸应力-应变曲线表现出连续塑性变形，没有明显的屈服点.由表4可见，当硼含量超出硼钢的标准范围时，塑性严重变坏，这与一般硼钢文献[11]介绍的规律一致.图2 硼钢试样拉伸应力-应变曲线Fig.2 Tensile stress-strain curve of boron steel specimen表4 硼钢试样拉伸性能测试结果Table 4 Test tensile properties of boron steel specimens硼钢试样抗拉强度σb/MPa屈服强度σ0.2/MPa延伸率δ5/%断面收缩率Ψk/%7-2A104077014.8263.366-27A11508158.4537.092.2.2 冲击性能图3和表5为硼钢试样冲击性能测试结果，由冲击曲线分析，硼含量超标的试样，裂纹很快形成，并发生断裂；而硼含量在正常范围的试样裂纹形成时间则相对延长了1.5倍，并且经历了较长一段的裂纹扩展后才断裂，反映出对冲击能有一定的吸收.可见，硼含量超出标准范围，虽然抗拉强度能满足要求，但材料的塑、韧性严重变差.表5 硼钢试样冲击功测试结果Table 5 Test results of absorbed-in-fracture energy of boron steel specimens硼钢试样落锤式冲击功Akv2/J摆锤式冲击功Akv2/J7-2A88.078.86-27A22.211.6由硼钢标准，7-2硼钢试验材料的综合机械力学性能指标优于20Mn2、15MnVB，而与40MnB、45MnB结构合金硼钢相当.可见，在利用含硼生铁冶炼的钢水中加锰铁合金化后，即可经济的获得性能超越20Mn2结构合金钢的材料；通过后期调整其它合金化成分，也完全能达到40MnB、45MnB以及20MnVB、20MnMoB 硼钢的性能标准，关键在于控制硼含量在硼钢标准范围.图3 9250HV冲击试验机硼钢试样冲击测试结果Fig.3 Impact test results ofboron steel specimen with 9250HV drop tower3 分析和讨论如上测试结果，利用含硼生铁为原料冶炼得到的硼钢，当硼含量在标准范围时，其拉伸、冲击性能均能达到硼钢标准要求；而当硼含量超出标准范围则冲击韧性严重变坏，对此进行了深入研究和分析.图4 硼钢试样拉伸断口SEM形貌Fig.4 SEM micrographs of tensile fracture of boron steel specimens图5 硼钢试样冲击断口SEM形貌(标尺：左10μm，右5μm)Fig.5 SEM micrographs of impact fracture of boron steel specimens图4、图5分别为硼钢试样的拉伸和冲击断口形貌.可见，7-2A硼钢试样拉伸和冲击断口处分布着大量沿深度方向呈阶梯状的韧窝，韧窝较深且大小不规则，说明在拉伸和冲击变形过程中发生了延性断裂；而硼含量较高的6-27A硼钢试样的断口，微坑少且浅，大部分为解理断裂面形貌.表明硼含量超出标准范围时塑性变差，受到拉伸或冲击时塑性变形量小，将发生脆性断裂.造成硼钢发生脆性断裂的原因主要是在晶界处析出了硼化物相Fe23(C,B)6[12].图6为6-27A硼钢试样的XRD图谱，可见有Fe23(C,B)6峰；图7 为硼钢试样经硝酸酒精溶液浸蚀后的金相照片，可见6-27A中分布较多的白色明亮的条片或小点状物，此即为硼化物相Fe23(C,B)6[12].钢中含有微量的硼能提高钢的冲击韧性，但超过一定含量(w(B)>0.0035%)时，就会生成硼化物相，随着硼化物相在晶界的析出量增大，冲击韧性将会大幅度降低[13] .由于6-27A硼钢试样的硼含量已超出标准范围，所以，冲击韧性变差.■—Fe；▲—Fe23(C,B)6 图6 硼含量(质量分数)为0.0051%的硼钢试样(6-27A)XRD图谱 Fig.6 XRD pattern of boron steel specimen of 0.005% boron content图7 光学显微镜下硼钢试样中的硼化物相特征Fig.7 Characteristic of boride phase in boron steel specimens under optical microscope4 结论(1)以含硼生铁为原料经脱硫、脱硅预处理后冶炼硼钢的新工艺，硼含量能达到硼钢的标准.(2)当硼含量(质量分数)接近0.0005%～0.0035%标准范围时，其硼钢试样拉伸性能、冲击韧性均能达到硼钢的标准.(3)硼含量高于标准范围时，冲击韧性显著降低；晶界上明显析出了硼化物，这是硼钢冲击韧性降低、变坏的主要原因.参考文献:【相关文献】[1]Zhang X P, Liu S L, Cui C M. 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