奥氏体晶界的硼偏聚对合金钢淬透性的影响

合集下载

含硼铸钢的研究和应用

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]。

硼对调质型低碳低合金钢淬火_回火的影响

文章编号:10071385(2003)03003403硼对调质型低碳低合金钢淬火、回火的影响赵铭弟1　李秀光2　李春生3(11沈阳广播电视大学,辽宁沈阳;110014　21沈阳大学,辽宁沈阳　110041;31东北大学,辽宁沈阳　110004)摘　要:通过对加硼的低碳钢淬透性及回火稳定性的实验,硼的加入能使调质型低碳钢的淬透性及回火稳定性提高。

关键词:硼;调质;奥氏体;淬透性;回火脆性;回火稳定性;Cr-M o低碳合金钢中图分类号:TG156.8+7文献标识码:A0　引　言钢中加入硼与其它合金元素相比,具有不同的作用,这是由于硼在钢中熔解度很低,与钢中晶体缺陷有强烈的相互作用,极易产生晶界内吸附,即硼原子偏聚在晶界上,对钢的相变过程及工艺性能、力学性能产生重要影响。

如只要以百万分之几至十万分之几的硼加入结构钢中就可显著提高钢的淬透性,对节约低中碳合金钢贵重的合金元素,具有极大的经济意义。

1　试验方法试验用钢在150kg中频感应炉中冶炼,下注成68kg钢锭,于400轧机上高温轧成20～55mm厚钢板,终轧温度为950℃,空冷。

其成分见表1。

表1　钢的成分(wt%)编号C S i Mn P S N Al V Nb T i B Cr Ni M o 130.1560.577 1.3740.0140.0170.00960.06560.0580.03050.0242----140.1780.582 1.3630.0140.01360.00880.01930.05980.03190.01880.0018---50.120.357 1.420.0180.0110.00490.010.040.170.130.16 注:表中13号、5号钢为与加硼的14号钢对比钢种将3种成分钢分别加工成标准淬透性试样并按G B225-88测定淬透性.对13、14号钢加工成Ⅴ型缺口试样于920℃淬火,不同温度回火后在-10℃做冲击试验,同时测定不同温度回火试样的洛氏硬度。

硼对超级奥氏体不锈钢S31254析出相影响规律研究

太原理工大学博士研究生学位论文硼对超级奥氏体不锈钢S31254析出相影响规律研究摘要超级奥氏体不锈钢S31254高铬、镍、钼，同时含有铜、氮元素，使其在含氯溶液和其他卤化物溶液中具有优异的耐蚀能力，被广泛应用于海水淡化、烟气脱硫、石油化工和纸浆、造纸漂白等高腐蚀性环境中。

然而，由于S31254合金元素种类多、含量较高，导致凝固过程中元素（Mo）偏析严重，热加工过程中σ相析出敏感、变形抗力大、热塑性差，极易产生边裂和开裂现象，成为S31254生产和应用过程中的技术瓶颈问题。

因此如何有效抑制S31254钢中Mo元素晶界偏析、σ相析出，是解决S31254的热加工性能差的关键。

本文使用Thermo-Calc热力学软件，分析了不同合金元素成分对S31254组织结构的影响，以及第二相析出规律。

依据S31254现有工业化生产工艺，结合相图，优化设计出了含硼量不同的超级奥氏体不锈钢S31254。

研究了固溶温度对含硼超级奥氏体不锈钢S31254中σ相回溶规律的影响，确定了最优固溶处理工艺规范。

对固溶处理后的试样进行了时效处理，研究了时效温度对σ相析出行为的影响。

结合生产分析了硼对S31254压缩性能、冲击性能的影响。

得到以下结论：（1）以S31254为基础，理论计算了B、Cr、Ni、N等主要元素对奥氏体组织稳定性及析出相的影响。

提出了加硼、调氮，优化铬钼合金优化设计思路，并设计、制备出来不同硼含量的超级奥氏体不锈钢，进行了析出相溶解、析出机制的研究。

I太原理工大学博士研究生学位论文（2）通过对比分析硼含量（0、20、40ppm）超级奥氏体不锈钢S31254在1180℃、1200℃、1220℃固溶处理后试样微观组织结构。

可以看出硼含量对析出相的回溶有明显的影响；含硼试样析出相的回溶速度明显快于无硼试样，含硼40ppm超级奥氏体不锈钢，1180℃固溶4h第二相可完全溶解；1220℃固溶1h第二相全部溶解；析出相的回溶，从孪晶界开始，其次是晶界。

奥氏体晶界的硼偏聚对合金钢淬透性的影响

维普资讯
ｌ第】７社期
长
沙
ｌ乜学
舨
）
Ｖｌ７ｏｌ
Ｎ．ｏＩ
２００２虾２Ｊ１
ＪＲＬＯＵＮＡＯＦＣＨＡＮＳＵＮＶＲＩＹＯＦＬＣＲＣＰＣＨＡＩＥＳＴＥＥＴＩＯＷＥＮＴＡＣＥＮＥ）Ｒ（ＡＵＲＬＳＩＣ
理论能很好地解释微量硼提高合金钢淬透性的机理．
关键词：透性：淬偏聚：奥氏体晶界
中图分类号：ＧｌｌＴＩ
文献标识码：Ａ
文章编号：０— ４（０２０－７—３１６１２０）１０１０７０＠０
ＩｌｕｎｅｏｒｎＳｇｒｇｔｄｉｓｅｉｅＧｒｉｕｄｒｓｏｎｆｅｃｆＢｏｏｅｅｅａｅｎＡｕｔｎｔａｎＢｏｎａｙｎＨａｄｎｂｌｙｏｌｙＳｅｌｒｅａｉｔｆＡｌｔｅｉｏ
ｆｏｆｒｎｎａｓｅｉｚｎｌｃｓｆｂｒｄｌｙｓｅｌＴｈｓｔｅｒｃｌｒｐｒｘｌｉｈｃａｉｍｈｔｒｍｏｍｉｇｉｕｔｎｔｉｇｐ￣ｅｓｏｏｉｅａｌｔｅｉ３ｏｉｈｏｙ￣ｔｏｅｌｅｐａｎｔｅｍｅｈｎｓｔａＦｐｙ
在合金钢中加人扳微量的硼（ｔｗ一％：Ｂ≤００３就能显著地提高钢的淬性，０）以往的研究已取得了很好的结果，理论模型能被大多数的实验结果所证实．贺信莱教授等在这一方面做了出色的研究工作＿Ｉ关于硼提高钢淬透性的作用机理，为普遍ｌ７．Ｊ较的为同行所接受的观点是：聚于奥氏体晶界的硼偏的作用与体材料的成分和杂质（氧、含量密切如氮）相关；在给定成分的钢中．淬火温度对淬透性有显著的影响；其次，材料在淬火前的热处理史对淬透性也

《硼对超级奥氏体不锈钢S31254析出相影响规律研究》

《硼对超级奥氏体不锈钢S31254析出相影响规律研究》篇一一、引言超级奥氏体不锈钢S31254因其出色的耐腐蚀性、高强度和良好的加工性能，被广泛应用于化工、海洋工程和石油天然气等高要求领域。

然而，其微观组织结构对其性能有着重要影响，特别是析出相的分布和类型。

硼作为一种重要的合金元素，在钢铁材料中起着不可或缺的作用。

本研究旨在探讨硼对超级奥氏体不锈钢S31254析出相的影响规律，为优化其性能提供理论依据。

二、实验材料与方法1. 材料制备本实验采用S31254超级奥氏体不锈钢作为基础材料，通过调整硼的含量，制备了不同硼含量的试样。

2. 实验方法通过光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等手段，观察不同硼含量下S31254的微观组织结构及析出相的分布和类型。

同时，采用X射线衍射和能谱分析等方法，对析出相进行定性和定量分析。

三、硼对S31254析出相的影响规律1. 硼含量与析出相类型的关系实验结果表明，随着硼含量的增加，S31254的析出相类型发生了明显变化。

低硼含量时，析出相主要为MC型碳化物；随着硼含量的增加，析出相逐渐转变为M2B型硼化物。

这表明硼元素在S31254中具有促进M2B型硼化物生成的作用。

2. 硼含量与析出相分布的关系在相同热处理条件下，高硼含量的S31254试样中，M2B型硼化物的分布更加均匀。

这些硼化物能够有效钉扎晶界，阻碍晶粒长大，从而提高材料的力学性能。

此外，均匀分布的M2B型硼化物还能提高材料的耐腐蚀性能。

四、讨论硼在S31254超级奥氏体不锈钢中起着重要作用。

适量的硼能够促进M2B型硼化物的生成，这些硼化物具有优良的耐腐蚀性和力学性能。

然而，过高的硼含量可能导致材料的其他性能下降，如降低材料的塑性和韧性等。

因此，在优化S31254的性能时，需要综合考虑硼的含量和作用。

五、结论本研究通过实验研究得出以下结论：随着硼含量的增加，S31254的析出相类型逐渐由MC型碳化物转变为M2B型硼化物；高硼含量的S31254试样中，M2B型硼化物的分布更加均匀，能够提高材料的力学性能和耐腐蚀性能；在优化S31254的性能时，需要综合考虑硼的含量和作用。

硼在钢中的作用机理及含硼钢裂纹控制

创新-开放-共享-协同
-4-
含硼材料
(1) 硼氢化合物——硼烷系列双氢化物，如硼氢化钠等。 (2) 非金属硼化物，其中有硼氮化合物，如氮化硼、硼磷、硼硫、硼硅化物、硼碳化物等。 (3) 金属硼化物，其中有含硼非晶形全属合金简称AM、稀土元素硼化物，以及其他金属硼化物如硼化镁、硼化钙等。 (4) 含硼基本产品，其中有硼酸、钠金属及铵硼酸盐如十水四硼酸钠等系列硼酸盐、偏硼酸盐、过硼酸盐等。 (5) 单质硼，其中应包括晶体元素硼，非定形元素硼以及硼-10同位素。 (6) 硼的氧化物，即氧化硼(硼酐) 。 (7) 硼卤素化合物及氟硼酸盐。 (8) 特种形貌的硼衍生化合物——硼酸盐晶须。 (9) 硼化物金属陶瓷。 (10) 有机硼化合物。
HV 2700 － 2420 3700 2500 2500 1350 1250 1500 1900 T熔, ℃ 2920 2230 2770 2400 2140 2350 1890 1550 1389 1650
创新-开放-共享-协同
-20-
创新-开放-共享-协同
-21-
由于微量硼的加入，使 FeFe3C 二元系的奥氏体区缩小， Acm线（ ES线，碳在奥氏体中的溶解限度线，称 Acm 温度）显著向低碳区移动。并使共析温度提高，共析点的含碳量明显降低。
比较钢中脱氧元素脱氧反应在1600℃下的自由焓变可以得知钢中各元素的脱氧能力由大到小的顺序为 Al＞Ti＞Si＞B＞Mn＞C＞Fe，其中Al的脱氧能力要远大于其余几种元素，优先同 O反应。一般钢水采用 Al脱氧都会在钢水中保留一定的残余铝，避免硼的损失。
比较钢中强氮化物形成元素 B、Ti、Al同氮反应1600℃时的自由焓变可以得出脱氮能力由大到小为 Ti＞B＞Al。钢中TiN 的理想化学配比为3.4，一般认为，只要加入的 w(Ti)/w（N）超过3.4就能保证 B 与N反应的可能性降至最低，保护钢中加入的硼。

硼在钢中的作用

硼在钢中的作用；（1）提高钢的淬透性,一般加入量很少
(0.0003%~0.005%)。

（2）提高钢的高温强度。

强化晶界的作用。

硼是一个非金属元素，质子数为5，原子量为12，在钢中的溶解度很小，但对钢的硬度形成有很大的影响。

这是因为硼能推迟铁素体和珠光体的形成，这样在快速淬火时能帮助马氏体的形成。

与吸收中子没有关系。

最低限度加入硼0.0007%已经可以增加钢的硬度，如果硼加入超过0.005%则硬度增加量并不大。

在碳钢中加入0.002-0.003%的硼等效于0.7% Cr，0.5% Mo 或1.0% Ni对钢的硬度的影响.相对于C,Mn,Si,Al等元素在钢中含量只是这几种元素的百分之几的含量，也就是说含量极低，因此硼不能增加光泽。

(1)提高淬透性的能力极强。

0.0010％～0.0030％硼的作用可分别相当于0．6％锰、0．7％铬、0．5％钼和1．5％镍，因此其提高淬透性的能力为上述合金元素的几百倍乃至上千倍，故此只需极少量硼即可节约大量的贵重合金元素。

(2)具有最佳含量而且此含量极小。

一般合金元素提高淬透性的效果随其在钢中含量增加而增长，但硼却有一个最佳含量(范围)，过多或过少均对提高淬透性不利，而且此量很小，约为0.0010％，一般控制在0.0005％～0.0030％。

(3)硼的淬透性效果与钢的成分有关。

普遍认为钢中的碳和合金元素含量提高，硼提高淬透性的作用则下降。

所以低碳、低合金钢中硼的淬透性效果最显著。

硼淬透性系数fB与钢中碳含量关系的经验公式之一为fB=1+1.5(0．9-C)。

(4)硼的淬透性作用与奥氏体化条件有关。

材料中合金元素对钢的性质的影响

材料中合金元素对钢的性质的影响：1.硼（B）硼（B）：是强有力的提高淬透性元素，其对钢材淬透性的影响较为复杂，受到钢材本身含碳量的影响。

硼（B）在钢中以固溶态和结合态存在。

硼即能形成硼相，又能与钢中的氧和氮结合变成硼的氧化物和氮化物，使相当一部分硼含量处于结合态，失去提高淬透性的能力，只有当硼溶解于奥氏体时，才能延缓先共析铁素体在奥氏体晶界上形核，推迟上贝氏体转变，从而起到提高亚共析钢淬透性的效果。

含硼钢10B21 淬火、回火态硬度比无硼钢均匀，淬火态硬度大于44HRC ，淬火组织为板条状马氏体，只有固溶态的硼，特别是偏聚在原始奥氏体晶界上的硼才能提高淬透性，SIMS 质谱分析技术和SEM 电镜及高倍光学显微镜可以清晰地显示自由硼在奥氏体晶界的偏聚。

硼在奥氏体晶界的偏聚是硼平衡偏聚和非平衡偏聚共同作用的结果。

当奥氏体化温度为900-950℃，晶界上的硼逐渐减少，此时的硼为结合态的形式存在，这些硼化物如果在晶界偏聚，不仅降低钢的塑性和韧性，同时提高奥氏体晶界的自由能，限制硼提高淬透性的作用。

2.钼（Mo）钼（Mo）：高淬透性元素，降低钢对回火脆性的敏感性，钼的添加在高温下会较好地阻碍奥氏体晶粒长大，钼钛系钢可以在较低的奥氏体均匀化温度下，一般在900℃左右淬火，钼以固溶的形式存在，从而为在较低温度更多地碳化物的析出创造条件，充分地发挥析出强化作用。

在SEM 扫描电镜下观察，固溶的Mo 在高温下抑制位错的湮没，并大量偏聚在奥氏体晶界。

晶界处显微硬度值更高，这是大量固溶的钼偏聚在奥氏体晶界处所导致的。

因此，这些高温下存在的位错以及Mo 本身产生的拖曳（y e）奥氏体晶界迁移的作用，都会阻碍奥氏体晶粒的长大，细化奥氏体晶粒，使钼钛系钢硬度更高。

Mo 对提高高温下的抗拉强度有很大影响。

3.锰（Mn）锰（Mn）：作为钢中主要添加元素，具有细化组织，提高钢材强度的作用，其和铁形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的强度，同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子，另外，Mn 稳定奥氏体组织的能力非常强，能显著增加钢的淬透性。

硼及其它合金元素对钢组织性能的影响

2021/6/6
19
2-10 钼硼共同作用机理
• Mo-B(s)共同作用有利于提高实验管线钢的淬透性，提高钢的强度，其联合作用大于两者单独作用之和
• 微量B(s)可以明显抑制钢中铁素体在奥氏体晶界上的形核，同时还使贝氏体转变曲线变得扁平，从而即使在低碳的情况下在一定的冷却速度范围之内也能获得贝氏体组织或者贝氏体＋马氏体组织
cg c0exp（RET）
2021/6/6
10
2-6 硼的非平衡偏聚
但是，很多实验证实，在淬火冷却过程中，硼向晶界的偏聚是一个非平衡的热力学过程。
在实际淬火试样中观察到硼在奥氏体晶界上的偏聚，不像平衡偏聚那样局限在几个原子范围内，而在晶界上形成具有一定宽度的富集带。
这种偏聚是在冷却过程中形成的，对冷却速度很敏感。随淬火温度的升高、冷却速度的降低，晶界富集带宽度有所增加，晶界富集的硼增多。
2021/6/6
26
2-11 硼对钢相变的影响
贝氏体转变
上贝氏体下贝氏体块状相
•形成温度较高 •呈羽毛状 •性能较差
• 形成温度低 • 其中铁素体片较细，且是位错亚结构，
碳化物的弥散度也大，呈针状 • 性能优良
• 形成温度较高 • 由块状铁素体和岛状的富碳奥氏体组成 • 性能优良
2021/6/6
4
1-2 硼的主要用途
耐温玻璃、实验玻璃器皿、光学玻璃
焊接金属时的熔剂
硼
硼肥
硼钢在反应堆中用作控制棒
2021/6/6
钢铁中的重要合金元素
5
2-1 硼对铁多型性转变的影响
铁在加热和冷却过程中发生如下的多型性转变：
910℃
1390℃
α-Fe

《硼对超级奥氏体不锈钢S31254析出相影响规律研究》

《硼对超级奥氏体不锈钢S31254析出相影响规律研究》篇一一、引言超级奥氏体不锈钢S31254以其卓越的耐腐蚀性、高强度和良好的加工性能，在化工、海洋工程和核电等领域得到了广泛应用。

然而，其微观结构和相析出行为对其性能有着重要影响。

硼作为一种常见的合金元素，对钢材的相稳定性、耐腐蚀性和力学性能有着显著影响。

因此，研究硼对超级奥氏体不锈钢S31254析出相的影响规律，对于优化材料性能、提高材料使用寿命具有重要意义。

二、文献综述在过去的研究中，硼在不锈钢中的作用得到了广泛关注。

硼元素的添加可以细化晶粒，提高材料的耐腐蚀性和力学性能。

同时，硼还能影响不锈钢中的相析出行为，改变析出相的种类、数量和分布。

然而，关于硼对超级奥氏体不锈钢S31254析出相影响的研究尚不够充分，需要进一步探讨。

三、实验方法本实验采用真空感应熔炼法制备了含不同硼含量（0.01%、0.05%、0.1%、0.2%）的超级奥氏体不锈钢S31254合金。

通过金相显微镜、X射线衍射仪和透射电子显微镜等手段，观察了不同硼含量下材料的微观组织和析出相的种类、数量和分布。

同时，进行了力学性能和耐腐蚀性测试，以评估硼对材料性能的影响。

四、实验结果与分析1. 微观组织观察随着硼含量的增加，S31254合金的晶粒尺寸逐渐减小，晶界更加清晰。

当硼含量达到0.1%时，晶粒细化效果最为显著。

此外，硼的添加还导致析出相的数量和种类发生变化。

在低硼含量时，析出相主要为M23C6型碳化物；随着硼含量的增加，出现了一种新的硼化物析出相。

2. 力学性能与耐腐蚀性分析随着硼含量的增加，S31254合金的硬度逐渐提高，抗拉强度和屈服强度也呈现上升趋势。

当硼含量达到一定值时，材料的耐腐蚀性得到显著提高。

这主要归因于硼的添加细化了晶粒，改善了材料的组织结构；同时，硼化物的析出也有助于提高材料的耐腐蚀性。

五、结论本研究表明，硼对超级奥氏体不锈钢S31254的析出相具有显著影响。

硼钢

奥氏体晶界能降低机理
。。。
。。。
。。。
硼对低碳合金钢淬透性的影响机理
影响淬透性的各种因素
晶粒尺寸
奥氏体化温度
硼含量
碳含量
硼的淬透性机理研究
摘要
硼钢—以提高淬透性为主要目的而加入微量硼的碳钢及低合金钢，具有许多明显的优点。在钢中加入硼可以节约大量贵重的合金元素，明显改善钢的淬透性、机械性能以及冷变形等性能并降低钢的成本等，因此硼钢受到各国广泛的注意，几十年来发展很快。本文对硼的各种淬透性机理做了评述，分析了各种激励所描述的淬透性随合金成分和热处理制度而发生的变化。所考虑的影响淬透性的各种因素包括总硼量、碳含量、晶粒尺寸、奥氏体温度和铁素体的形成温度等。本评述的主要内容是：首先从原子的角度对提出的各种硼淬透性机理做定性的描述；其次根据铁素体生核模型，对这些机理加以分析；第三，根据这些机理讨论晶粒尺寸、奥氏体化温度、转变温度、硼和碳含量等对淬透性将产生什么样的影响。根据本评述所得到的结论是：在没有硼—杂质相互作用的条件下，在硼碳化物溶解温度附近奥氏体化，合金可获得最高的淬透性。
概述
硼
硼在化学元素周期表中位于第二周期，是第三A族的第一个元素。它和N、O都有很强的亲和力，并能与S、碳化合。硼与某些金属（如钛等）化合生成机硬的化合物。为了进一步了解硼元素的性质，下面我们列出它的基本物理性能和化学性能。
原子量10.82
原子半径（Å）0.97
比重（g/cm ）2.34
熔点（℃）2600
几种硼淬透机理
在已提出的各种硼淬透机理中，有四种一直保留至今。这些机理都认为，硼对淬透性的有利作用是由于推迟了铁素体的成核过程，但并不影响奥氏体或铁素体基体的热力学性能。由于铁素体一般是在奥氏体晶界上生核，因此所有的机理都把注意力集中在奥氏体化和奥氏体分解过程中，晶界上可能发生的变化上。因为钢中的硼含量很低，所以这种想法是非常恰当的。对于10ppm的典型酸溶硼含量来说，平均每20000个铁原子才大约有一个硼原子，这样看来似乎硼的作用不可能很大。但是对于大于30微米的晶粒尺寸来说，晶界上每个铁原子所具有的硼原子数却大于1，而且每个形成铁素体晶粒的晶核大约有40亿个硼原子。既然硼原子浓度能达到这样高的数值，关于硼推迟铁素体生核的一些机理就可以加以考虑了。下面介绍四种最有可能成立的机理。

铌对微合金化奥氏体钢淬透性的影响

铌对微合金化奥氏体钢淬透性的影响C. Fossaert, G.Rees, T.Maurickx, H.K.D.H.Bhadeshia摘要采用膨胀仪测量形成大于95%马氏体的显微结构所需的临界冷却速率，表明改变碳化铌溶解度的范围对微合金化奥氏体钢的淬透性有很强的影响。

这一结论使以下假设合理化：固溶体中的铌，可能由于在奥氏体晶界的偏析，使奥氏体的淬透性提高，但碳化铌粒子的析出，使奥氏体的淬透性降低。

这个效应与硼在钢中的效应相似，而且与奥氏体晶粒尺寸的变化无关。

一、引言钢的焊缝热影响区中微观组织的计算已有若干模型(1,2,3), 也已有研究使得诸如铌等微合金元素的溶解动力学得以估算（4,5）。

以前，这些结果一直用于提高热影响区奥氏体晶粒尺寸的计算精确度，这基于析出物钉扎晶界进而影响晶粒尺寸。

然而，很显然微合金钢中碳化物的析出和溶解不仅仅限于只是钉扎作用（6-10）。

尽管铌的聚集的确非常小，但铁素体形成的动力学显然受到了抑制。

本项工作的目的是验证：通过热处理改变铌在奥氏体和碳化物中的分布，含铌微合金钢的硬化能力发生了明显的变化。

二、材料大部分的试验用钢是正火低碳含铌钢。

为便于比较，同时对类似化学成分但不含铌的合金进行了研究，两种钢的化学成分（钢1和钢2）如表1所示。

预期钢1中铌会形成碳化物，且假定析出物主要是碳化物，并且，本项研究中通篇使用了碳化铌这个名词。

表1 试验用钢化学成分C Mn Si Nb N钢1 0.152 1.545 0.467 0.035 0.0053钢2 0.178 1.527 0.023 —— 0.0037A、膨胀测量法模拟试验在装备计算机控制和数据收集的GLEEBLE 1500或THERMECHMASTOR 热机模拟器上完成。

这两种装置，使用激光（THERMECHMASTOR）或机械焊接热循环模拟转换器，能够通过测量伴随转变产生的尺寸变化来监测所发生的转变。

两种模拟装置均使用圆柱体型试样，GLEEBLE试样尺寸为5×70mm，THERMECHMASTER试样尺寸为8×12 mm。

硼钢的淬透性和硼淬透性因子及硼平衡集聚的研究

第10卷第1期1998年2月钢铁研究学报JO U RN A L OF IRO N A ND ST EEL RESEA RCHV ol.10,N o.1　F eb.1998硼钢的淬透性和硼淬透性因子及硼平衡集聚的研究石崇哲Hardenability of Boron Steel ,Boron Hardenability Factorand Boron Equilibrium SegregationShi Chongz he　作者单位:西安工业学院(Xi ′an Ins titu te of Techn ology )　联系人:石崇哲,高级工程师,西安(710032),西安工业学院材料工程系摘　要　研究了硼淬透性因子与硼的晶界平衡集聚规律、钢的成分、奥氏体化温度及晶粒尺寸的关系。

建立了硼的晶界平衡集聚方程。

导出了由钢的成分(碳和合金元素)定量计算硼淬透性因子的二元回归方程。

考察了硼淬透性因子随奥氏体化温度变化的单峰曲线规律;研究结果表明,硼钢的淬透性与奥氏体化温度无关。

本文还对传统的计算淬透性用各种图表进行了回归分析,建立了硼淬透性因子等一系列淬透性计算的关系式。

关键词　硼钢,淬透性,硼淬透性因子,奥氏体化温度ABSTRACT T he r elatio nship bet ween the bor on hardenability facto r and the e-quilibrium seg reg atio n o f bo ro n to g r ain bo undary ,the composit ion of steel,the aust enitizing t emper atur e ,gr ain size w as st udied .T he equation of equilibr ium seg -reg atio n of bor on to g ra in boundar y w as obtained .T he dualitiv e r egr ession equa-tio n w as est ablished,by w hich the bo ro n har denabilit y factor can be quantitatively calcula ted in accor dance with steel co mpo sitions (car bon,allo y element ).T he rela-tio nship betw een t he bor on har denability fa ct or and the austenitizing tempera ture single peak cur ve was inv estig ated ,but the har denability o f bor on steel had no th-ing to do w it h the austenit izing temperat ur e.In this paper,v arious diag ra ms for tr aditio nal har denability calculation wer e analy sed by reg ressio n analysis,and a se-ries of for mulas of ha rdenability ca lculat ion in connectio n w ith the bo ro n harden-ability facto r wer e established.KEY WORDS bor o n st eel,hardenability ,bor o n ha rdenabilit y fa ct or ,austenitizing temperat ur e 钢中硼淬透性效应的判据为硼淬透性因子F B 。

硼含量对10B21冷镦合金钢产品淬透性的影响

硼含量对10B21冷镦合金钢产品淬透性的影响发布时间：2021-11-10T06:26:20.771Z 来源：《科技新时代》2021年9期作者：王斯华罗安武郝小龙[导读] 还可以添加微量的硼、矾、钛合金元素，经热处理后其溶解到基体中提高淬透性[1]。

东莞科力线材技术有限公司广东东莞 523200摘要：硼是10B21低碳合金钢材料中的最重要的合金元素，通过添加极少量的硼，就可以使其材料的淬透性明显增强，通过研究10B21低碳合金钢中硼含量与其淬透性的关系，确定最佳的硼含量范围，使10B21低碳合金钢材料获得优良的淬透性，遴选出适合于生产高强度、大规格尺寸、形变复杂的紧固件用10B21低碳合金钢冷镦材料。

关键词：10B21冷镦合金钢；硼合金；淬透性；紧固件目前，大规格、大截面高强度的紧固件进行淬火处理时，对其钢材的淬透性要求十分严格，以使最终产品具有较好的机械性能。

研究表明，通常在钢中添加合金元素使其在淬火过程中的过冷奥氏体稳定化，从而增加钢的淬透性，常见的添加合金元素有铬、硅、钼、镍等，还可以添加微量的硼、矾、钛合金元素，经热处理后其溶解到基体中提高淬透性[1]。

硼是10B21低碳合金钢材料中的最重要的合金元素，通过添加极少量的硼，就可以使其材料的淬透性明显增强[2]。

在实际生产中，由于每个批次的10B21低碳合金钢中的硼含量有不同，不能同时满足淬透性要求，为了保证产品的合格率，通常只能生产较低一级别的紧固件，特别是对于大规格尺寸、形变复杂的紧固件，由于其淬透性的原因，不能稳定地生产高强度的紧固件[3]。

1、试验材料一般认为在钢中添加0.0005～0.0040%的硼，就可以明显增加其淬透性，当硼的添加量过大时，由于硼相的析出会致使其材料的淬透能力大幅度的降低[4]。

为进一步研究10B21低碳合金钢中硼含量对淬透性的影响，试验选择材料直径规格为30.0mm，硼含量在0.0005～0.0040%的10B21低碳合金钢的六组不同的材料放入马弗网带淬火炉中进行末端淬火试验，这六组材料的具体化学成分见表1。

材料表面与界面——晶界偏析的作用

也发现有些元素在晶界上的偏聚会给材料的力学性能带来有益的影响如微量硼在晶界的偏聚可以提高钢的淬透性提高耐热钢与合金高温强度和蠕变性能等因此研究元素在晶界上的偏聚有着重要的实际意义首先淬火等温保持时晶界会出现非平衡偏聚偏聚量随时间增加而从小到大直至某个峰值峰值出现的早晚与等温温度有关达到峰值后随时间延长偏聚可能消失也可能转变成析出态
首先, 淬火等温保持时, 晶界会出现非平衡偏聚偏聚量随时间增加而从小到大, 直至某个峰值峰值出现的早晚与等温温度有关达到峰值后, 随时间延长偏聚可能消失,也可能转变成析出态。淬火等温时晶界上溶质反常偏聚量比连续冷却时少, 两侧贫化区也不明显其次, 随等温保持温度的升高, 淬火与等温温差减少, 晶界偏聚量峰值下降等温时预变形也会引起相似的偏聚。
晶界非平衡偏聚
平衡偏聚：平衡偏聚现象是一种热力学平衡现象，当溶质原子与晶界之间有相互作用时，就会在晶界上产生溶质富集或贫化现象其主要特点是富集程度只取决于系统平衡参数，与材料经历的历史过程无关，因此随系统参数的变化可以完全重复或可逆(即消失与产生)。非平衡偏聚：非平衡偏聚是一种动力学过程也有人称为动态偏聚，是指由于各种外界因素如温度、应力、辐照等的变化引起某种溶质原子在晶界或相界的化学位不同，从而造成元素再分布的现象。硫在铁中生成低熔点的硫化物，并与基体形成熔点更低的共晶体，因为熔点低，这种共晶体常常汇集在晶界处，形成富集。由于低熔点共晶体的存在，使钢材的高温性能和热加工工艺性能恶化。产生 “热脆”。所以要尽量减少硫的含量。磷在钢中会引起冷脆性。也需要严格控制。
非平衡偏聚的影响因素：空位、杂质原子、空位和杂质原子复合体
元素特别是微量元素在晶界上的偏聚对工程材料的力学行为有着深刻的影响, 多年来这一直是冶金工作者和材料科学工作者感兴趣的问题例如, 引起沿晶脆断的原因有回火脆、蠕变空洞降、应力释放开裂和晶间应力腐蚀开裂例等, 已经证实微量元素As,P,Sn和Sb在晶界上的偏聚对这些问题起作用,少量Se,Te,Ge和等元素对材料的力学性能有害。也发现有些元素在晶界上的偏聚会给材料的力学性能带来有益的影响, 如微量硼在晶界的偏聚可以提高钢的淬透性, 提高耐热钢与合金高温强度和蠕变性能等因此研究元素在晶界上的偏聚有着重要的实际意义

淬透性的名词解释有哪些影响因素

淬透性的名词解释|有哪些影响因素淬透性的名词解释：淬透性(hardenability)，表示钢在一定条件下淬火时获得淬硬层(马氏体层)深度。

它是衡量各个不同钢种接受淬火能力的重要指标之一。

淬透性的影响因素：淬透性主要取决于其临界冷却速度的大小，而临界冷却速度则主要取决于过冷奥氏体的稳定性，影响奥氏体的稳定性主要是：1.化学成分的影响主要是碳元素的影响，当C%小于1.2%时，随着奥氏体中碳浓度的提高，显著降低临界冷却速度，C曲线右移，钢的淬透性增大;当C%大于1.2%时，钢的冷却速度反而升高，C曲线左移，淬透性下降。

其次是合金元素的影响，除钴外，绝大多数合金元素溶入奥氏体后，均使C曲线右移，降低临界冷却速度，从而提高钢的淬透性。

2.奥氏体晶粒大小的影响奥氏体的实际晶粒度对钢的淬透性有较大的影响，粗大的奥氏体晶粒能使C曲线右移，降低了钢的临界冷却速度。

但晶粒粗大将增大钢的变形、开裂倾向和降低韧性。

3.奥氏体均匀程度的影响在相同冷度条件下，奥氏体成分越均匀，珠光体的形核率就越低，转变的孕育期增长，C曲线右移，临界冷却速度减慢，钢的淬透性越高。

4.钢的原始组织的影响钢的原始组织的粗细和分布对奥氏体的成分将有重大影响。

5.部分元素，例如Mn，Si等元素对提高淬透性能起到一定作用，但同时也会对钢材带来其他不利的影响。

淬透性的预测模型：(1) 理想临界直径计算法40年代初格罗斯曼，最先提出描述淬透性的理想临界直径计算公式计算方法是，先根据图表提供的碳和晶粒度因子，确定理想临界直径基数Dic，再由图表查得有关合金元素的硬化因子的乘数(效果系数)a，第i个元素的硬化因子Fi等于该元素的效果系数ai乘以含量Mi再加1;理想临界直径DI等于基数DIC乘以该元素硬化因子的连乘积。

(2) 回归方程计算法60年代末发展起来的以Just为代表的采用回归方程计算端淬曲线的方法，在此领域开拓了一条新途径。

这种方法的特点是以钢的化学成分作为自变量，采用计算机多元回归分析技术直接建众端淬曲线硬度分布多项式。

《硼对超级奥氏体不锈钢S31254析出相影响规律研究》范文

《硼对超级奥氏体不锈钢S31254析出相影响规律研究》篇一一、引言超级奥氏体不锈钢S31254以其卓越的耐腐蚀性、高强度及良好的加工性能在多种工业应用中获得了广泛的关注和应用。

硼作为合金元素在钢材中起到了不可或缺的作用。

本研究致力于探索硼元素对超级奥氏体不锈钢S31254析出相的影响规律，以期为优化材料性能提供理论支持。

二、材料与方法本研究所用材料为超级奥氏体不锈钢S31254，通过调整硼的含量来观察其对析出相的影响。

通过先进的X射线衍射技术、透射电子显微镜（TEM）以及能谱分析（EDS）等手段，对不同硼含量下的S31254钢材进行微观结构和析出相的观察与分析。

三、硼对S31254析出相的影响1. 硼的添加对析出相类型的影响随着硼含量的增加，S31254钢材的析出相类型发生了明显的变化。

适量的硼添加有助于形成更细小、更均匀的析出相，这些析出相多为金属间化合物，如M2B型（M为其他合金元素）化合物。

当硼含量过高时，会形成较大且密集的析出相，这些析出相可能对钢材的性能产生不利影响。

2. 硼的添加对析出相分布的影响硼的添加显著影响了S31254钢材中析出相的分布。

适量的硼元素使得析出相分布更加均匀，增强了基体与析出相之间的相互作用，有利于提高材料的整体性能。

然而，当硼含量过高时，可能会导致析出相在晶界附近聚集，这对材料的性能可能会产生负面影响。

四、机理探讨硼元素在S31254钢材中主要起到两个作用：一是作为合金元素，提高材料的耐腐蚀性和强度；二是通过影响材料的相变过程和析出行为，进一步优化材料的微观结构。

适量的硼可以与S31254中的其他合金元素形成稳定的金属间化合物，这些化合物可以作为有效的强化相，提高材料的力学性能。

然而，过量的硼可能导致这些金属间化合物的形成过多，从而对材料的性能产生不利影响。

五、结论本研究表明，适量的硼添加对超级奥氏体不锈钢S31254的析出相具有显著的优化作用。

适量的硼元素可以形成更细小、更均匀的析出相，这些析出相多为金属间化合物，有利于提高材料的耐腐蚀性和强度。

奥氏体化温度对P20B钢淬透性的影响行为

１０ｍｍ× ０ｍｉ，８ｌ电解液采用１０ａ１２５～ｌ．％ＮＣ＋．％５０ＥＴ水溶液，Ｈ值为６～７电流密度为．％ＤＡｐ，
５０ｍＡ／ｃｍ。采用全玻璃换膜过滤器对电解产物进行
．
硼Ｐ０２Ｂ钢的连续冷却转变．他们发现，Ｐ０钢中加在２入适量硼（２×１）能够延长铁素体相变的孕育２０，
２８９
上海大学学报（自然科学版）
第１７卷
本高昂．陈卓等 ¨ 为了提高Ｐ０钢的淬透性而不增２
加成本，在钢中加入适量的硼，对比了Ｐ０钢与含并２
尺寸并转换成晶粒度．
电解萃取各个温度下的第二相，电解试样尺寸为
ｔｍｐｒｔｒｓｉｃｅｓｄ，ｔｅｇａｎｒｗｓｉｈｌｅｅａｕｅｉｎｒａｅｈｒｉｓｇｏｌｔｇｙ，ｔｅｃｎｅｔｏｎｒａｅｉｎｆａｔｏｍａｅｔｅＣｈｏｔｎｆＢｉｃｅｓｄｓｇｉｃｎｌｔｋｈｉｙ
ｃｒｅｓｒｎｌｈｆｉｈ．Ａｔ９０～１００Ｃｎｔｅｔｍｐｒｔｒａｇｅｈｕｔｎｔｚｎｅｕｖｔｏｇｙｓｉｒｇｔｔ２０ｏｉｈｅｅａｕｅｒｎｅｗｈｎｔｅａｓｅｉｉｉｇｔｍｐｅａｕｅｒｔｒｉｎｒａｅｓｉｃｅｓｄ，ｔｅｇａｎｓｇｏｈｒｉｒｗｓｇｉｉａｔｉｎｆｃｎｌｙ，ａｄｔｅｃｎｅｔｏｎｏｇｒｉｃｅｓｓＳａｄｎｂｌｔｆｎｈｏｔｎｆＢｏｌｎｅｎｒａｅＯｈｒｅａｉｉｙｏＰ２０Ｂｔｅｏｓｎｔｉｒａｅｓｅ】ｄｅｏｎｃｅｓｄ．Ｋｅｒｓ：ｂｒｎａｌｙｎｇ；ｈｒｅａｉｉｙｗｏｄｏｏｌｉｏａｄｎｂｌｙ；ｍｏｌｔｅ；ａｔｎｔｉｇｔｍｐｅａｕｅｔｕｄｓｅｌｕｓｅｉｉｎｅｚｒｔｒ

硼对P20钢淬透性能的影响

第４２卷第７期２ＯＯ７年７月钢铁ＩｒｏｎａｎｄｓｔｅｅｌＶ０１．４２．Ｎｏ．７Ｊｕｌｙ２００７硼对Ｐ２０钢淬透性能的影响陈卓１，吴晓春１，汪宏斌１，闵永安１，张洪奎２（１．上海大学材料科学与工程学院，上海２０００７２；２．宝山钢铁股份有限公司特殊钢分公司，上海２００９４０）摘要：研究了硼对塑料模具钢Ｐ２０的淬透性能的影响，结果表明：微量硼使Ｐ２０钢的铁素体形成区域Ｃ形鼻尖发生右移，加硼后先共析铁素体的形成得到明显抑制；在油淬的条件下，Ｐ２０钢的临界淬透直径由３８０ｍｍ增加到近５００ｍｍ。

关键词：Ｐ２０钢；硼；ＣＣＴ曲线；临界淬透直径中图分类号：ＴＧｌ４２．４文献标识码：Ａ文章编号：０４４９—７４９Ｘ（２００７）０７—００７６一０３ＥｆｆｅｃｔｏｆＢｏｒｏｎｏｎＨａｒｄｅｎａｂｉｌｉｔｖｏｆＰ２０ＳｔｅｅｌＣＨＥＮＺｈｕ０１，ＷＵＸｉａｏ—ｃｈｕｎｌ，ＷＡＮＧＨｏｎｇ－ｂｉｎｌ，ＭＩＮＹｏｎｇ＿ａｎｌ，ＺＨＡＮＧＨｏｎｇ－ｋｕｉ２（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｌｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｌｔｙ，Ｓｈａｎ曲ａｉ２０００７２，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｐｅｃｈｌＳｔｅｅｌＢｒａｎｃｈ，ＢａｏｓｈａｎＩｒｏｎ＆ＳｔｅｅｌＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００９４０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＥｆｆｅｃｔｏｆＢｏｒｏｎｏｎｔｈｅｈａｒｄｅｎａｂｉｌｉｔｙｏｆｐＩａｓｔｉｃｍｏｕｌｄｓｔｅｅｌＰ２０ｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｉｎｌａｂｏｒａｔｏｒｙ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅＣ—ｃｕｒｖｅｏｆｔｈｅｍｉｃｒｏｂｏｒｏｎａｎｏｇｅｄＰ２０ｉｓｓｏｍｅｗｈａｔｓｈｉｆｔｅｄｔｏｔｈｅｒｉｇｈｔａｎｄｆｏｍａｔｉｏｎｏｆｐｒｏｅｕｔｅｃｔｏｉｄｆｅｒｒｉｔｅｉｓｒｅｓｔｒａｉｎｅｄ，ｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｈａｒｄｅｎａｂｌｅｄｉａｍｅｔｅｒ（ｆｏｒｏｉｌｑｕｅｎｃｈｌｎｇ）ｉｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｆｒｏｍ３８０ｍｍｔｏ５００ｍｍ．Ｋｅｙｗｏｒ凼：Ｐ２０ｓｔｅｅｌ．ｂｏｒｏｎ；ＣＣＴｃｕｒｖｅｓ；ｃｒｉｔｉｃａｌｈａｒｄｅｎａｂｌｅｄｉａｍｅｔｅｒ台ｂ津罢鼍絮譬登。

如何提高钢铁的屈服强度和较好的韧性

洪晟提醒您：高温加热后的冷却速度对硼的分布状态有比较明显的影响。

加热温度高于900℃时，钢中的硼基本溶于固熔体。

当快速冷却时，受扩散速度的影响，硼只在晶界偏聚，极少形成析出物。

硼在晶界与晶内的分布相对均匀。

当以较慢速度冷却时，随温度降低，晶界的吸附作用由弱变强，固溶体中硼的溶解度减少，引起硼化物沿晶界析出。

因此，只要适当控制钢的热轧工艺和热处理工艺，保证大部分硼溶入固溶体中，含硼钢就能获得良好的淬透性。

需要注意的是，冶炼时应适当控制钢中N和Ti的含量，防止BN 析出。

至于硼提高淬透性的机理，一般有两种观点：一是硼降低奥氏体晶界能。

由于硼易被吸附在奥氏体晶界，使奥氏体晶界能降低，减少了铁素体通常在奥氏体晶界形核的有利位置，增加了奥氏体稳定性，铁素体和上贝氏体转变的孕育期增加，使转变曲线右移。

二是硼降低碳在奥氏体晶界的自扩散能力，铁素体形核时，不仅需要有利的形核位置，而且需要碳原子的扩散，硼原子在晶界上的存在阻止碳原子的扩散，因此推迟了铁素体的形成，也使珠光体转变受阻。

由于硼的含量过高（0.004%），损害了SPV490钢板的韧性，并且降低了钢的淬透能力。

当板厚减少到20mm以下时，不加入硼，而靠Cr、Ni来提高淬透性，并适当调整调质工艺，钢板亦可获得大于690MPa的屈服强度和较好的韧性。

这一点在Q690D钢板的试验中得到了证实。

结论加硼的SPV490钢板通过控制热处理工艺可以有效地提高淬透性，同时获得良好的韧性。

SPV490钢板在外机炉水槽淬火，结合合理的回火处理，可获得良好性能。

通过控制轧后冷却水量和调整调质工艺，可淬透的钢板厚度将达到60mm以上。

以Cr、Ni等元素提高淬透性，12mm厚钢板可在空冷高温回火处理后获得690MPa 以上屈服强度和较好的韧性。

钢中的硼含量应控制在20×10-6以下。

否则，将会严重损害钢的韧性，并降低其增加淬透性的效果。

天津洪晟钢筋桁架楼承板，用料实在，铺筋均匀，荷载大，不阻隔信号。