硼含量对Mn13Cr2高锰钢铸态组织和性能的影响

钢中的硼元素（Boron）作为一种合金元素，对钢的性能具有显著的改善作用。

硼在钢中的主要作用如下：
1. 提高钢的淬透性：硼元素可以显著提高钢的淬透性，使钢在淬火过程中形成的淬硬层深度增加。

这有利于提高钢的强度和硬度，同时保持良好的塑性和韧性。

2. 提高耐热钢的高温强度和蠕变强度：硼元素可以提高钢在高温环境下的强度和蠕变性能，使其在高温下具有更好的稳定性和耐磨性。

3. 改善高速钢的红硬性和刀具的切削能力：硼元素可以提高高速钢的红硬性，使其在高温下保持较高的硬度和强度。

此外，硼还能增强刀具的切削能力，提高钢的加工效率。

4. 中子吸收能力：硼元素具有很强的中子吸收能力，因此在原子能领域，硼钢被广泛应用于核反应堆等设备中，以提高安全性。

5. 经济效应：硼钢中的微量硼可以取代大量的合金元素，如锰、铬、钼等，从而降低钢的成本。

同时，硼钢具有优良的力学性能，使其在工程机械、汽车、机床等领域得到广泛应用。

钢中硼元素的含量对其性能具有重要作用。

一般来说，最佳含硼量约为0.0010%。

含硼量过低或过高都无法达到最佳效果。

此外，含碳量、奥氏体化温度等因素也会影响硼在钢中的作用。

在适宜的条件下，硼钢具有良好的综合性能，可以满足不同领域的应用需求。

硼钢主要分类包括合金结构硼钢、低合金高强度硼钢、弹簧硼钢等。

其中，合金结构硼钢包括调质硼钢、表面处理硼钢和冷变形硼钢。

调质硼钢经过淬火和高温回火处理，具有高强度、高韧性、高耐磨性等优点，广泛应用于汽车、拖拉机、机床等领域。

第7卷第3期材　料　与　冶　金　学　报Vol 17No 13　收稿日期:2008201206.　基金项目:国家高技术发展计划(863计划)(2006AA03Z529)　作者简介:李书琴(1981—),女,山西长治人,东北大学硕士研究生,E 2mail:lishuqin1234@sina 1com;何奖爱(1947—)男,湖南岳阳人,东北大学教授.2008年9月Journal ofMaterials and MetallurgySep t 12008含硼超高锰钢的铸造性能李书琴,辛启斌,杨中东,何奖爱(东北大学　材料与冶金学院,沈阳110004)摘　要:利用螺旋试样和Z QS -2000型双试棒合金热裂线收缩仪分别测定了不同硼含量超高锰钢的流动性和线收缩率.结果显示:随着硼的质量分数由0增加到01006%,钢液的流动性由573mm 降低到347mm,降低了3914%;线收缩率先升高后降低,在2110%～2136%之间变化;一次结晶组织晶粒变得粗大.关键词:含硼超高锰钢;流动性;线收缩率;一次结晶组织中图分类号:TG 142172 文献标识码:A 文章编号:167126620(2008)0320215205Ca st ab ility property of super 2h i gh manganese steel w ith trace boronL I Shu 2qin,X I N Q i 2bin,Y ANG Zhong 2dong,HE J iang 2ai(School of Materials &Metallurgy,Northeastern University,Shenyang 110004,China )Abstract:The fluidity and linear contracti on rate of super 2high manganese steels with trace bor on have been measuredwith s p iral sa mp les and Z QS 22000double sa mp les instru ment of the all oy heat check and line contracts .The result shows that the fluidity gradually decreases fr om 573mm t o 347mm with the bor on content adding fr om 0t o 01006%,decre ment being 3914%;the linear contracti on firstly increases then decreases,varying bet w een 2110%～2136%;the first crystal structure become coarse .Key words:super 2high manganese with bor on;fluidity;linear contracti on;first crystal structure 传统高锰钢中锰的质量分数w (Mn )为11%～14%,在高应力、高冲击条件下有较好的耐磨性能.但传统高锰钢在低应力条件下不能获得充分加工硬化而耐磨性不足,在-20～-40℃工况下易出现低温脆断等问题.为了改善传统高锰钢的性能,近年来在其原有成分基础上提高w (Mn )到16%～19%,出现了超高锰钢.在其中加入B ,Cr,稀土等合金元素后,超高锰钢的组织和性能得到改善、耐磨性能有较大的提高[1],韧-脆转变温度降低,使超高锰钢在低应力、低冲击、严寒条件下都有较好的使用性能,扩大了超高锰钢的使用范围.合金元素对超高锰钢铸造性能的影响还未见报道.而铸造性能不仅影响铸件的外观和尺寸,也影响铸件的内在质量.研究铸造性能特别是收缩性能的测试对于采取正确的工艺措施和获得合格的铸件是很必要的.本文主要研究含硼超高锰钢的铸造性能以及硼含量的变化对铸造性能的影响.1　试验材料本研究是在普通超高锰钢中加入B ,Cr,稀土等合金元素以改善超高锰钢的组织和性能.试样的含硼量(质量分数)分5档:A0:0,A1:010015%,A2:01003%,A3:010045%,A4:01006%,铬和稀土的加入量基本相同.试验用材料在中频感应电炉内熔炼,材料化学成分(质量分数)为,C:114%,Si:0134%,Mn:1719%,P:01064%,S:010042%,Cr:1100%,RE:01047%.试样的浇注温度为1450～1460℃.在相同浇注温度下,测量了不同含硼量超高锰钢的流动性试样长度值和线收缩率.用OLYP US GX51倒置式金相显微镜观察流动性试样的一次结晶组织.2　测试方法211　流动性的测定钢的流动性普遍采用螺旋试样测定.外界条件不变(如铸型性质、试样结构),在相同的浇注温度下浇注不同成分钢的流动性试样(或同一合金在不同温度下浇注金属的流动性试样),以试样凝固后的长度来表示金属的流动性.它由两个基本部分组成:标准的浇注系统;梯形截面,1～115m长的型腔.为了造型方便,卷曲呈阿基米德螺旋线状.为了得到三个数据的平均值,可采用浇注系统同时充填三个螺旋试样铸型.根据试样的长度即钢液在型中流动的距离评定其流动性.螺旋试样的铸型为砂型.212　自由线收缩的测定自由线收缩率的测量是按照标准JB/ T412211-1999,利用Z QS-2000型双试棒合金热裂线收缩仪测定.采用<20,L=400mm长试棒,两端呈自由收缩状态.液体金属从试棒中部注入.通过刚性U字形的传动杆,将两端自由线收缩量的复合运动叠加在一起,所以百分表所示值是两端自由线收缩量的叠加,而位移传感器和百分表是同步动作的.自由线收缩工位图如图1所示.图1　自由线收缩工位图F i g11　D i a g ram o f free li ne a r sh ri nka ge1—石墨套;2—热电偶;3—铸型;4—试样;5—石英棒;6—百分表;7—位移传感器;8—基座 百分表和位移传感器的量程都是10mm.待试棒冷却至室温后通过百分表读出最终的线收缩量ΔL,测量试棒长度L.自由线收缩率的计算公式为:εL %=ΔLL+ΔL×100%3　试验结果及分析311　含硼超高锰钢的流动性在相同的试验条件下,通过测试和计算得到的含硼超高锰钢试样的螺旋线长度平均值和线收缩率见表1.图2是不同硼含量超高锰钢的流动性试样图. 由图2可见,随着硼含量的增加,流动性试样长度明显减小,不含硼的试样A0长度最大,为573mm,最小值出现在w(B)为01006%的A4试样,为347mm.长度减少了48%.本试验中含硼超高锰钢在w(B)为010015%时,流动性试样最长,为423mm.表1　不同硼含量试样的流动性长度和线收缩率Tab l e1　The fl u i d ity a nd li ne a r sh ri nka geo f sam p l e s a t d i ffe re n t bo r o n co n ten t试样编号A0A1A2A3A4流动性长度值/mm573423398373347线收缩率/%21102118213621232120 流动性和液态金属的黏度、表面张力、氧化程度及氧化物的性质等有关.影响黏度的主要因素是金属的化学成分、金属的熔点和金属液的过热度[2].金属的比容愈大,金属的运动黏度愈小,成反比关系.表面张力与体现原子之间作用力大小的金属熔点有关[3].金属的熔点愈高,表明原子之间的作用力愈强,黏度愈高.硼的熔点2300℃,铬的熔点1903℃,硼、铬元素的加入使含硼超高锰钢液的黏度升高,从而降低其流动性.而且金属的熔点越高,表面张力越大,流动性也降低.碳、锰含量的增加都有利于高锰钢流动性的改善.碳、锰对流动性的影响主要是当它的含量增612材料与冶金学报 第7卷图2　不同硼含量试样的流动性F i g12　F l u i d ity o f sam p l e s a t d i ffe re n t bo r o n co n ten t(a)—A0;(b)—A2;(c)—A4加时,液相线温度降低,相应地零流动性温度降低[4].在浇注温度一定时,钢水停止流动之前保持流动的时间长,可以达到更高的充型程度.超高锰钢中碳、锰含量增加时,熔点降低,黏度值有所下降,也有利于提高其流动性.稀土为表面活性物质,加入超高锰钢后使其表面张力降低,并且在金属液表面和固-液相界面上表面活性物质的浓度较平均浓度高,有利于提高超高锰钢的流动性.铬含量的增加使流动性降低[5].但试验中碳、锰、稀土、铬等元素的含量差别不大,所以硼含量的变化是影响流动性的主要因素.312　含硼超高锰钢的线收缩率常规高锰钢Mn13的线收缩率为214%～310%,由表1可见含硼超高锰钢的线收缩率较Mn13有所降低.超高锰钢中碳含量较Mn13有较大幅度的提高.按照铁-碳相图,合金的含碳量愈高,凝固区间愈宽,枝晶就愈发达,枝晶间液体的收缩得不到补缩从而形成大量缩松.大量缩松的存在使线收缩率减小.碳在奥氏体中固溶,碳含量增加,奥氏体晶格常数有所增加,收缩率相应有所减少.碳含量增加导致大量碳化物的析出,碳化物比容比奥氏体大,线收缩率也会减少.碳的另一个作用是,随着碳含量的增加,液相线温度和相应的开始线收缩的温度降低,线收缩的温度范围变小,线收缩也稍有减少.锰含量增加,线收缩率增加.锰对线收缩率的影响主要和锰增加钢中氢含量有关,即锰促进钢水吸收和溶解氢.当钢中w(Mn)为12%时,每100g氢含量可以达到65c m3.在凝固阶段温度降低,氢因其溶解度下降而大量析出,导致线收缩率有较大变化.普通超高锰钢中加入硼,使w(B)= 010015%～01003%后,线收缩率有所增加,比不含硼超高锰钢提高了317%和1112%.w(B)为01003%时线收缩率最大为2136%.这主要是由于硼能和钢中的氧氮结合形成化学性质较稳定的非金属夹杂物,从而降低钢中的气体含量[6].但是随着w(B)由01003%增加到01006%时,钢的线收缩率相应地又有减少.这是因为B在奥氏体中固溶,B含量增加时,奥氏体的晶格常数有所增加,收缩率相应有所减少.B含量增加导致大量硼碳化物的析出,硼碳化物的比容比奥氏体大,线收缩率也会减少[7].313　含硼超高锰钢的一次结晶组织钢的宏观组织、高锰钢铸件的组织与其一次结晶组织密切相关.一次结晶组织的特征和钢的强度、塑性、冲击韧性以及耐磨性有密切关系.高锰钢的铸态宏观组织往往是由三种结晶形态,即细等轴晶、粗大的等轴晶和粗大的有方向的树枝晶(即柱状晶)所构成.一次结晶组织的粗细必然影响铸态组织中碳化物形貌和分布特征,同时也影响夹杂物的形貌和分布.初晶组织愈细则碳化物和夹杂物也愈细小[2].碳化物虽然在热处理时是可以溶解的,但是粗大的碳化物往往使热处理后奥氏体晶界的致密度降低,而且奥氏体基体内化学成分不均匀,使机械性能降低.图3a,b,c,d是不同硼含量试样的一次结晶组织.712第3期 李书琴等:含硼超高锰钢的铸造性能图3　不同硼含量流动性试样的一次结晶组织F i g13　The first c rys ta l s truc tu re o f fl u i d ity o f sam p l e s a t d i ffe ren t bo r o n co n te n t(a)—A0;(b)—A1;(c)—A3;(d)—A4 在超高锰钢凝固过程中,因溶质含量较多,成分过冷较大,晶粒一般呈树枝状长大.由图3可见,A0试样一次结晶组织的枝晶方向性明显,组织致密.随着硼含量的增加,一次结晶组织枝晶越来越发达,分枝增多,分枝间距也增大,晶粒尺寸变大,组织变得疏松.合金的柱状树枝晶,由于存在着正的温度梯度,其长大过程主要由溶质扩散控制.结晶前沿向内推进和钢液中晶核的形成都取决于结晶前沿金属温度分布曲线和液相线温度曲线的位置.这两条曲线的相互位置及其斜率受很多因素影响,但液相线温度分布曲线的斜率和曲线形状主要取决于金属内成分扩散的速度.在温度分布曲线较陡、斜率较大而液相线温度分布曲线较平缓、斜率较小时,有利于树枝晶生长.由于超高锰钢的含碳量高,钢的导热性差,钢液浇入型腔中,导热缓慢,温度不易均匀,因而钢液内温差大,有利于树枝晶向内生长[8].另外,超高锰钢结晶生长速度较快,加之树枝晶在液体中生长速度也比较快,容易产生粗大的结晶组织,即有利于柱状晶的形成[2].柱状晶在生长过程中凝固区域较窄,其横向生长受到相邻晶体的阻碍,树枝晶得不到充分发展,致使分枝较少.因此结晶后显微缩松少,组织致密,位向几乎一致.含硼超高锰钢中硼对钢的结晶组织有明显的影响.超高锰钢在一次结晶时容易形成柱状晶组织.但在钢中加入硼,使w(B)=01005%～01006%就可以消除柱状晶.即使在浇铸温度较高时也可以得到细等轴晶组织.与柱状晶区相比,等轴晶区的各个晶粒在长大时彼此交叉,枝叉间的搭接牢固,裂纹不易扩展,不存在明显的脆弱界面,各晶粒的取向不相同,其性能也没有方向性,这是等轴晶区的优点.其缺点是等轴晶的树枝状晶体比较发达,分枝较多,因此显微缩孔较多,组织不够致密[8].硼在钢中有明显树枝状偏析和沿初生晶界偏析的倾向[7],其偏析程度随含硼量的增加而加深,致使在晶界处有大量的硼富集,使结晶末期的晶界处产生更明显的过冷倾向,使分枝倾向进一步增大,阻碍了液体的流动.这也说明了随着硼含量的增加引起流动性试样长度变短的原因.这与文献[8]中描述的“凝固过程中具有宽的成分间隔和温度间隔时,固-液界面前沿的液体中很容易产生宽的成分过冷区,使整个液体都可以成核,并呈树枝晶向四周均匀生长,形成较宽的液-固两相区,这些多枝的晶体阻碍了液体的流动.结晶812材料与冶金学报 第7卷的温度间隔越大,则给树枝晶的长大提供了更多的时间,使枝晶彼此错综交叉,更加降低了液体的流动性”相符合.4　结　论(1)随着硼含量的增加,含硼超高锰钢的流动性下降.w(B)为010015%～01006%时,流动性为423～347mm;线收缩率先升高后降低,在2118%～2136%范围变化.(2)微量合金元素硼的加入,使超高锰钢的一次结晶组织的枝晶变得更加发达,间距增加,晶粒变大,这也是造成流动性降低的原因.参考文献:[1]何奖爱,李书琴,辛启斌,等.硼含量对超高锰钢组织和性能的影响[J].铸造,2008,57(2):134-136.(HE J iang-ai,L I Shu-qin,X I N Q i-bin,et al.Effect of bor on content on structure and p r operties of super-high manganese steel[J].Foundry,2008,57(2):134-136.) 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含硼超高锰钢的韧脆转变温度的研究含硼超高锰钢是一种新型材料，具有优异的机械性能和耐磨性能，近年来引起了广泛的研究和开发。

然而，由于其具有较高的含硼量和大量的析出相，导致其韧性问题较为突出，因此，研究其韧脆转变温度具有重大意义。

本文对含硼超高锰钢的韧脆转变温度进行了研究分析，并探讨影响其韧脆转变温度的因素。

含硼超高锰钢由于具有较高的含硼量和大量的析出相，其韧性问题是目前研究的热点和难点之一。

研究表明，在含硼超高锰钢中，硼和析出相分别是造成其韧性降低的两大因素。

较高的硼含量会引起晶界和晶内的碳化物析出，从而导致晶界和晶内的强化作用加强，晶界韧性降低，易引起脆性断裂。

同时，析出相过多也会导致材料的韧性降低。

二、韧脆转变温度的测试方法韧脆转变温度是评价材料韧性的重要参数之一，在含硼超高锰钢中同样具有重要的应用价值。

在测试韧脆转变温度时，通常采用冲击试验方法。

具体步骤如下：首先将样品制为标准的U型槽样品，然后在标准冲击试验机上进行冲击试验，测试样品的钝端和尖端温度分别记录，据此绘制出温度-能量曲线。

韧脆转变温度是在温度-能量曲线上能量值相等的两个温度点之间的中间温度点，即为韧脆转变温度。

含硼超高锰钢的韧脆性能与其组织结构密切相关，因此其韧脆转变温度的高低受多种因素的影响。

1、碳含量：碳含量越高，晶界和晶内的析出相也就越多，从而韧脆转变温度越低。

3、析出相量和尺寸：含硼超高锰钢中析出相量和尺寸的大小直接影响韧脆转变温度。

析出相量和尺寸越大，晶界强化作用越强，晶界韧性越低，因此韧脆转变温度越低。

4、加热温度和保温时间：加热温度和保温时间直接影响晶界和晶内的碳化物析出相的数量和尺寸。

在一定范围内，加热温度和保温时间越高，析出相量和尺寸也越大，晶界韧性降低，从而韧脆转变温度降低。

四、结论。

【材料课堂】添加硼（B）对钢的影响高强度低合金钢既可以用于摩天大楼和大跨度桥梁，也可以用于管线管、超大型船只、近海岸压力容器等。

然而，为了制造这些设备，要求所使用的低合金钢需同时满足高的强度和冲击韧性以及良好的焊接性能。

运用TMCP，硼元素可以用来代替碳和其他合金元素来增强强度，即使加入少量的硼（100ppm以下）也能够影响钢的微观结构和机械性能。

由于微量硼的控制和检测技术的发展，在钢中加入硼元素开始受到重视。

硼可以通过晶界偏聚增强钢的淬透性，还可以在晶界析出或者影响碳化物和其他析出物的析出速率。

实验证明，硼的偏析最初是增加的，然后随着热输入的增加而减小。

众所周知，即使作为合金元素的硼的少量添加也可以通过偏析增加钢的淬透性。

尽管硼含量非常低，但在非常缓慢的冷却速率条件下，如2℃/s和1℃/s，马氏体可以形成。

焊接热输入是各种焊接参数中非常重要的因素，因为热循环，如焊接过程中的加热和冷却速度，都由热输入决定。

因此，焊接的微观结构和机械性能可以受到热输入的极大影响。

此外，热输入可以影响硼偏析，因为硼偏析行为由热循环决定。

不管外部应力如何，晶界处的硼偏析水平最初增加，然后随着热输入的增加而减小。

这意味着最高水平的硼偏析可能发生在中间热输入处，即存在临界热输入。

研究认为，这样的结果是由于硼在非平衡晶界偏析之后随着在高温下暴露时间的增加而反向扩散导致的。

换句话说，非平衡偏析最初可能发生在低热输入处。

然后随着冷却速率的降低和高温下暴露时间的增加，空位硼络合物的扩散时间增加可以提高硼偏析的水平。

最后，由于临界热输入后硼浓度的差异，偏析的硼原子可以从晶界扩散到晶粒内部。

根据以往的研究，硼可以有效地抑制铁素体相的形成。

淬透性只能受到硼晶界偏析的影响。

随着硼的添加，淬透性增加，并且基于铁素体结构的粒状贝氏体相被有效地抑制。

因此，尽管在缓慢的冷却速率，如5℃/s和2℃/s条件下冷却，但在较低温度下仍主要观察到马氏体和贝氏体铁素体之类硬度更高的相。

高锰钢的化学成分对组织和性能的影响研究本文作者：刘华多刘喆对高锰钢的性能产生了一定的影响。

若经水韧处理，高锰钢奥氏体中的残存碳化物将较多，这些碳化物可能会沿晶界分布而使高锰钢的韧性大为下降。

1.2锰锰是高锰钢的主要成份，它对合金γ目区的扩大、奥氏体组织的稳定及Ms点的降低都有很大的影响，锰可使高锰钢的奥氏体组织保持到室温。

在钢中锰除了固溶在奥氏体外。

还有一部分会存在于（Mn、Fe）C型的碳化物中。

若锰的含量增加，则高锰钢的强度及####韧性都将提高，这是因为锰具有增加晶间结合力的作用。

锰若含量很高会使钢的导热性下降，进而很容易出现穿晶组织，严重影响了高锰钢的机械及力学性能等。

为获得理想的机械性能，当碳含量在O.9％－1.5％范围内时，我们通常将锰的含量控制在11％－14％范围内。

锰的含量确定多由铸件结构及工况条件等方面来决定。

大断面及结构复杂的铸件其含锰量应相对较高，另外若铸件用于强烈####使用，则含锰量也应高些。

1.3硅硅通常是作为一种脱氧剂带入，它具有强化固溶体、提高屈服强度的作用。

但是它封闭Y相区且会促进石墨化。

当其含量大于0.6％时，一方面会导致高锰钢产生粗晶，另一方面也会使碳在奥氏体中溶解度降低，进而促使碳化物在晶界的析出，不但降低了钢的耐磨性及韧性，也增加了钢的热裂倾向。

因此，通常我们将硅控制在0.3％－0.6％范围内，但在某些特殊情况下，如需钢水具有良好的流动性时，我们应增加硅量，使晶界的状况得到改善。

1.4硫高锰钢中因硫与锰的存在，便生成了硫化锰，硫化锰可进入溶渣。

在生产中若硫小于0.02％，则完全可达到标准要求。

1.5磷磷在奥氏体中的溶解度很小，通常是和铁、锰等产生共晶磷化物，且在晶界析出。

磷和容易引起铸件的热裂，降低铸件的机械性能并对耐磨性有一定的损害，严重时甚至会在工作中断裂。

如0.12％磷含量的高锰钢若用来制造某些圆锥式破碎机的衬板，其寿命往往只有0.038％磷含量的高锰钢其寿命的一半。

改性高锰钢ZGMn13Cr2组织及性能研究摘要：在传统高锰钢成分基础上添加铬钼等合金元素得到改性高锰钢zgmn13cr2，水韧处理后测定试验材料的力学性能和耐磨性能，分析磨损时间和冲击功对其加工硬化效果和耐磨性的影响。

结果表明，与zgmn13材料相比，改性高锰钢组织晶粒细小，硬度、韧性和耐磨性能明显提高。

静载荷固定磨料磨损条件下，随着磨损时间增加，合金化高锰钢的耐磨性是传统mn13的1.25倍以上；在2.0j的冲击功下，合金化高锰钢表现出较高的加工硬化效果，其抗冲击磨料磨损性能是传统高锰钢的1.4。

关键词：改性高锰钢组织力学性能冲击磨性中图分类号：tg142.72 文献标识码：a 文章编号：1007-3973（2013）007-009-031 前言高锰钢具有较高的耐磨性能和冲击韧性，因而被广泛应用于球磨机衬板等易损件。

高锰钢作为耐磨材料，在抵抗强冲击、大压力作用下的磨料磨损或凿削磨损方面，其优异的耐磨性是其他材料所无法比拟的。

高锰钢在较大的冲击载荷或接触应力作用下，其表层迅速产生加工硬化，并有高密度位错和形变孪晶相继生成，从而产生高耐磨的表面层，而此时内层奥氏体仍保持着良好的韧性。

然而，随着现代工业的发展，普通高锰钢已经不能适应某些特殊工况条件的要求，需要进一步提高机械性能和耐磨性能，延长耐磨件的使用寿命。

试验表明，用合金化高锰钢制作的破碎机板锤、锤头、衬板和颚板等耐磨产品的使用寿命和抗磨损能力较普通高锰钢产品有很大的提高。

本文通过加入合金元素对奥氏体高锰钢进行合金化，研究了合金化高锰钢的显微组织、力学性能和耐磨性。

2 实验方法2.1 试样的制备熔炼采用500kg中频感应电炉，原料是废钢、生铁、高碳锰铁、铬铁、硅铁、钼铁、钛铁，用碳粉和硅钙粉作为还原剂，用铝终脱氧。

按照合金成分严格配料，以保证钢液质量，造型工艺为砂型铸造，浇注成标准铸钢楔形试块，高锰钢浇注温度不低于1500℃，改性高锰钢浇注温度1480-1500℃。

硼元素对钢性能的影响及其的测定方法前言：硼作为一种合金元素在钢中应用的时间并不长最早把硼作为合金元素的工业化应用是在1934年，目的是为了增加钢的淬透性。

人民研究发现微量的硼就可以极大的提高钢的淬透性，而其他贵重元素如铬、镍、锰等要达到同样的效果则其含量必须是硼的含量的几十倍甚至上百倍。

硼作为提高淬透性合金元素，在钢中的含量较低，一般低于30X10-6（质量分数）。

当硼的质量分数超过0.01%时，组织中出现硬脆的硼化物，此时的钢的韧性较低。

因为硼是地壳中含量相对丰富的一种元素，将其作为合金元素来应用，可以大量节省贵重元素，对工业生产和国防建设都有积极的意义。

摘要：硼铁基合金，淬透性，硼耐热钢，溶解度，硼钢淬透性，热稳定性1.硼铁基合金是一种新型的耐磨材料。

目前对含碳化物耐磨相的耐磨材料的研究较多，但是对含硼化物耐磨相的耐磨材料的研究相对较少。

对此种材料的基础研究，也是期望能够在耐磨性能不下降的情况下，减少贵重元素的假如，降低材料成本。

此种材料的设计思路是将钢中硼的质量分钟控制在0.5%~3.8%之间，由于硼在铁中的溶解度极低（硼在α-Fe中的溶解度小于0.0004%，在γ-Fe中的溶解度也只有0.02%）所以加入的硼大多行程硼化物，硼化物具有非常高的硬度（如硼与铁生成的Fe2B硬度为HV1400~1500）和热稳定性，因此是良好的耐磨相。

同事通过调节碳含量来控制集体的组织和性能，从而获得一种综合性能良好的耐磨材料。

以微量硼作为合金元素、借助其提高淬透性的作用而改善钢的性能和节省合金元素的一种合金结构钢。

故此，一般说它不包括利用硼的其他一些性能的含硼耐热钢、不锈钢、原子能用钢等。

简史大约在1921年第一次发现硼在钢中的淬透性效果；到1935年左右在实际生产中验证了硼的这种作用，并找到加硼的正确方法；1937年硼钢正式进入工业生产和实际应用阶段。

2硼钢的生产和研究至今已经有60余年的历史，大致可分为三个阶段。

21-329硼在铸铁中的作用及含硼铸铁铸造微课堂 2021-12-08 07:40铸铁中加入硼，基体组织有微小的变化，斯氏体中出现了一部分碳化物。

由于硼碳化物的硬度很高（HV1100左右），因此提高了耐磨性，而同时硼碳化物在基体中均匀分布，并没有给机加工带来很大的困难。

根据铁-硼相图可知。

硼和铁可以生成碳化物：硼化碳（Fe3B）为斜方晶格，硼化二碳（Fe2B）为四方晶格；硼化铁为斜方晶格。

目前硼-碳相图尚未得到全面解释，对B13C2的存在还有争论，也没有弄清楚B4C是六方晶格还是假斜单晶。

还需要继续研究。

图片在硼-硅体系中生成两种化合物：SiB4为菱形晶，SiB6为斜方晶。

硼在γ铁中的溶解度，906℃时为0.002%，1140℃时为0.021%。

硼在α铁中，710℃时溶解度为0.004%，906℃时为0.0082%。

硼可以同γ铁形成间隙式固溶体，硼在γ铁中扩散速度同碳相当。

硼能与铁形成碳化硼，也可以和碳、铁形成三元化合物Fe23（C,B）6和Fe3（C,B）等。

根据研究，硼具有激冷倾向。

在普通灰铸铁中加入数万分之几的硼后，组织有部分的铁-碳化合物共晶组织出现。

这种组织与快速冷却或加入铬等白口化元素出现的麻口组织相比较，石墨和碳化物非常细小，并且均匀分布，截面敏感性小，其碳化物呈白亮块状，数量和硬度随硼加入量的增加而提高。

硼铸铁的碳化物是溶入了硼原子的渗碳体Fe3（C,B）以及三元化合物Fe23（C,B）6。

Fe3（C,B）为斜方晶格。

在Fe3（C,B）中硼可以置换碳原子，最高达80%，此复合碳化物的组成是Fe3（C0.2,B0.8）。

由于硼原子比碳原子半径大，因此硼原子在Fe3C中固溶置换，必将导致碳化物产生更大的晶格歪斜，使Fe3C的a、c轴缩短而b轴伸长。

所以Fe3（C,B）的显微硬度高于普通的Fe3C。

随着硼的固溶量增加，晶格畸变增加，Fe3（C,B）的硬度也增加。

Fe23（C,B）6与奥氏体具有相同的晶体结构，Fe23（C,B）6型碳化物的显微硬度大于HV1150，而高磷铸铁中的斯氏体的硬度仅为HV700-800。

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）。

・・硼是我国富有的元素，价格低而且稳定。

随着铬、钼、镍、钨、钒等合金元素在钢铁材料中使用量的不断增加，价格飞速上涨，供应日趋紧张，导致普通钢铁耐磨材料生产成本不断攀升。

笔者设想在普通钢铁材料中，加入适量硼，通过调节合金中硼含量和碳含量可以实现对硼化物体积百分数及基体含碳量的控制，使材料具有优异的耐磨性和强韧性。

在此背景下，开发成功了以硼为主要合金元素的高硼铁基合金；该合金具有良好的淬硬性和淬透性，贵重合金元素加入量少，生产成本低廉，熔炼工艺简单，并在工业生产中获得了推广应用［１－４］。

本研究中，通过硼合金元素的变化，获得了不同硼碳化合物体积分数的高硼铁基合金，研究了硼含量与硼碳化合物体积分数的关系，并研究了硼碳化合物体积分数对其抗磨粒磨损性能的影响。

１试验材料及方法铸造高硼铁基合金材料在５０ｋｇ中频感应电炉内熔炼，炉料为生铁、废钢、硼铁、钛铁、高碳铬铁和微碳铬铁等，其中硼铁含Ｂ为２０％（质量分数，下同）。

待钢液过热至１５５０￣１６００℃时，经造渣、扒渣、插铝脱氧处理和加入钛铁定氮处理后，再加入硼铁合金。

在蜡模中浇注成基尔试块，经取样进行化学成分分析，所得到的试样的化学成分如表１所示。

铸态试样经１０００℃×２ｈ水淬和２００℃回火４ｈ后，采用Ｌｅｉｃａ图像分基金项目：国家高技术研究发展计划（２００７ＡＡ０３Ｚ５１０）资助。

收稿日期：２００７－１２－２４收到初稿，２００８－０２－２７收到修订稿。

作者简介：宋绪丁（１９６３－），男，陕西合阳人，教授，在职博士研究生，从事材料工程和表面工程技术的教学和研究。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｏｎｇｘｕｄｉｎｇ＠１２６．ｃｏｍ宋绪丁１，刘海明１，符寒光２，３，邢建东３（１．长安大学工程机械学院，陕西西安７１００６４；２．北京工业大学材料学院，北京１０００２２；３．西安交通大学材料科学与工程学院，陕西西安７１００４９）摘要：借助Ｌｅｉｃａ图像分析仪，对硼含量０．５％￣３．０％和碳含量约０．４％的高硼铁基合金经１０００℃×２ｈ水淬，２００℃回火４ｈ处理后，进行了硼碳化合物数量分析；并在ＭＬ－１０销盘式磨损试验机和ＭＬＤ－１０动载冲击磨损试验机上进行了二体磨损和三体磨损试验。

第42卷第6期2019年12月V ol.42No.6Dec.2019辽宁科技大学学报Journal of University of Science and Technology Liaoning 硼在炼钢过程中的冶金行为及对钢板力学性能的影响郑伟1，刘晓青2，宋欣1（1.五矿营口中板有限责任公司，中国营口115005；2.鞍钢集团工程技术有限公司，中国鞍山114051）摘要：通过理论分析与生产实验的结合，明确了硼在炼钢和精炼过程的变化规律。

结果表明，铁水中硼质量分数在0.0005%~0.0150%范围内时，转炉吹炼终点硼质量分数保持在0.0004%以下，转炉冶炼过程中大部分硼被氧化进入到炉渣中，且部分炉渣随转炉下渣进入精炼炉中，导致钢中出现回硼现象。

对Q345E 的性能进行检测时，没有发现硼对钢材产生不利影响。

关键词：硼；转炉；精炼；力学性能中图分类号：TF703文献标识码：A 文章编号：1674-1048（2019）06-0406-04DOI ：10.13988/tl.2019.06.002中国硼矿储量位居世界第五位，硼矿分为硼镁矿和硼镁铁矿［1］。

其中，硼镁铁矿中铁、硼品位较低，平均品位为：TFe 占30.65%，B 2O 3占37.23%，MgO 占24.59%。

在烧结和球团生产过程中添加硼镁铁矿，可降低焙烧温度和能耗，提高产品强度及成品率，改善产品质量和冶金性能［2-5］。

高炉炼铁过程中一部分硼元素进入铁水中，再经转炉冶炼、精炼和连铸等工序进入钢坯中。

适量的硼会改善钢的组织和性能，但钢中硼的含量控制不当将会对钢的淬透性、强度以及硬度等性能带来不利影响［6-10］。

因此，明确炼钢过程中钢水中硼元素的冶金行为，对钢水中硼含量的稳定控制以及改善钢坯的组织和性能具有重要意义。

本文通过理论计算结合现场工业实验以及相关性能检测，对硼元素在炼钢过程的冶金行为进行分析，利用统计分析方法研究了不同含量硼元素对Q345E 钢板力学性能的影响，为现场生产提供指导。

含硼超高锰钢的韧脆转变温度的研究随着科技的发展，超高锰钢成为重要的工程材料之一。

但是，由于其复杂的结构及其转变温度范围，它在应用过程中也存在一定的挑战。

因此，研究含硼超高锰钢的韧脆转变温度（BCT）及其影响因素，对于其应用具有重要的参考价值。

首先，针对超高锰钢，需要考虑硼元素的添加，其目的是在冶炼过程中增加其耐腐蚀性。

增加硼元素可以促进结晶粒细小化，改变晶粒组织和形成均匀的复合环境，从而改变材料特性。

超高锰钢的组织是一种复合组织，因此在硼的添加和热处理的过程中，组织的组成和构型影响着韧脆转变温度的变化。

其次，力学性能也会影响含硼超高锰钢的BCT。

当材料的机械性能改变时，BCT也会受到影响，其主要原因是强度影响了BCT，机械性能可以控制组织结构，从而影响BCT。

此外，因为超高锰钢具有很强的耐腐蚀性，所以还需要研究硼元素的影响，即腐蚀环境对BCT的影响。

而在实际应用中，还要考虑材料的焊接性能。

因为焊接时，BCT的变化会影响焊接过程的质量。

焊接工艺有利于改变材料的微观结构，从而影响BCT。

因此，在应用中，也需要考虑焊接条件对BCT的影响。

在硼元素添加、机械性能、腐蚀环境及焊接工艺等参数设定后，研究者还需要采用恰当的热处理方式。

热处理也可以改变材料组织，从而改变BCT。

在实际应用中，热处理是一个实际的处理过程，也是影响着BCT的一个重要因素，因此需要有认真的研究论证。

最后，BCT的测定也是研究的重要环节。

因为BCT是介于韧性和脆性之间的温度，因此只有准确地测定出BCT，才能够反映出材料的实际性能。

目前，实验室常用的BCT测定方法有蠕变法、动态冲击试验、低周疲劳测定等。

综上所述，研究含硼超高锰钢的BCT及其影响因素，必须考虑硼添加、机械性能、腐蚀环境、焊接工艺和热处理等参数，以便得到准确的BCT数据。

只有准确地测定出BCT，才能够反映出材料的实际性能，在实际应用中才能正确地使用超高锰钢，发挥其最大的性能。

硼铁中硼的含量
首先，硼铁中硼含量的增加可以提高其力学性能。

硼元素可以通过形成硼化物改善硬度、强度和韧性等力学性能。

硼铁中硼含量达到一定程度时，硼化物的颗粒尺寸、分布和数量会明显改变，这些因素会直接影响到材料的力学性能。

当硼的含量小于0.5%时，硼添加对硬度和强度的提高效果较弱；当硼含量为0.5%-2%时，硬度和强度增加幅度较大；当硼含量大于2%时，强度开始降低，但硬度仍然维持在相对较高水平。

其次，硼铁中硼含量的变化还会对材料的热稳定性产生影响。

硼铁可以通过控制硼含量改善其在高温下的稳定性。

硼化物的形成能提高硼铁材料的抗热疲劳性能、防氧化能力和耐高温龟裂性能。

研究表明，硼元素在硼铁中的含量为0.5-1%时，硼化物的形成最为有利，能够提高材料的热稳定性。

但当硼含量过高时，硼铁的抗高温性能会下降。

最后，硼铁中硼含量的调节还能影响到其腐蚀性能。

硼铁可以通过调节硼含量来改善其耐腐蚀性能，提高其耐蚀性和抗氧化性能。

硼元素在硼铁中的含量一定时，硼铁的腐蚀性能不良，但硼的加入能够引入硼化物，从而增强其耐腐蚀性。

当硼含量过高时，硼、铁之间会形成过多的硼化物，硬度加大、脆性增加，难以形成连续的相互过渡层，导致腐蚀加快。

综上所述，硼铁中硼的含量对其性能具有重要影响。

硼含量的变化可以直接影响到硼铁材料的力学性能、热稳定性和腐蚀性能，尤其是硼
含量的控制需要根据具体需求进行。

本文介绍的硼铁中硼的含量排列也仅为经验范围，随着研究的深入，认知将会发生更深的变化。

硼铁中硼的含量导言硼铁是一种常用的合金材料，它由铁和硼组成。

硼在硼铁中的含量是决定其性能的重要因素。

本文将深入探讨硼铁中硼的含量对其性能的影响。

硼铁的基本介绍硼铁是一种具有特殊性能的合金材料，它具有高硬度、高熔点和良好的耐腐蚀性。

硼铁广泛应用于制造磁性材料、磁芯、切削工具和结构部件等领域。

其性能的好坏主要取决于硼和铁的含量以及其他合金元素的添加。

硼在硼铁中的作用硼在硼铁中起着重要的作用。

首先，硼可以提高硬度和熔点，使硼铁具有较好的耐磨和耐高温性能。

此外，硼还能改善硼铁的磁性能，使其成为一种优良的磁性材料。

此外，硼还能增加硼铁的热电性能和电阻率，从而提高其在电子器件中的应用潜力。

硼含量对硼铁性能的影响硼铁的硼含量对其性能有着显著的影响。

下面将从硬度、熔点、磁性能和热电性能等方面讨论硼含量的影响。

1. 硬度硼铁的硬度随着硼含量的增加而增加。

硼与铁的化学键能够在晶格中形成较为牢固的固溶体，从而使硼铁具有更高的硬度。

适度提高硼含量可以提高硼铁的切削性能和抗磨性。

2. 熔点硼铁的熔点随着硼含量的增加而升高。

硼铁的熔点主要取决于其晶格结构和相变特性。

硼含量的增加会导致晶格结构的变化，使其熔点升高。

这对于提高硼铁的高温稳定性和耐热性非常重要。

硼铁的磁性能取决于硼的含量。

适量的硼可以增加硼铁的剩余磁性和饱和磁感应强度，从而提高其磁导率和磁饱和感应强度。

随着硼含量的增加，硼铁的磁性能逐渐增强，但过多的硼含量会导致磁性能下降。

4. 热电性能硼铁的热电性能也受硼含量的影响。

适量的硼可以提高硼铁的热电势差和电导率，提高其在热电器件中的应用性能。

但过高的硼含量可能会导致热电性能的下降。

硼铁中硼含量的控制控制硼铁中硼的含量是获得优质硼铁的关键。

硼含量的控制可以通过合金设计和制备工艺来实现。

1. 合金设计合金设计是调控硼铁中硼含量的有效方法。

通过控制原料中硼的含量和添加其他合金元素，可以实现硼含量的精确调控。

此外，通过合金设计还可以优化硼铁的其他性能，实现多种要求的应用场景。