El acero al boro se refiere al acero aleado con una pequeña cantidad de boro , generalmente menos del 1%. La adición de boro al acero aumenta en gran medida la templabilidad de la aleación resultante.
El boro se añade al acero en forma de ferroboro (~12-24 % B). Como la adición de ferroboro carece de elementos protectores, normalmente se añade después de haber añadido depuradores de oxígeno. También existen aditivos patentados con depuradores de oxígeno/nitrógeno; uno de ellos contiene un 2 % de B más Al, Ti, Si. [ 1] El oxígeno, el carbono y el nitrógeno reaccionan con el boro en el acero para formar B2O3 ( trióxido de boro ); Fe3 ( CB) (boroncementita de hierro) y Fe23 ( CB) 6 (borocarburo de hierro); y BN ( nitruro de boro ), respectivamente. [2]
El boro soluble se distribuye en los aceros a lo largo de los límites de grano. Esto inhibe las transformaciones γ-α (transformación de austenita a ferrita) por difusión y, por lo tanto, aumenta la templabilidad , con un rango óptimo de ~ 0,0003 a 0,003 % B. [1] Además, se ha descubierto que el Fe 2 B precipita en los límites de grano, lo que también puede retardar las transformaciones γ-α. [1] Se cree que con valores de B más altos se forma Fe 23 (CB) 6 , que promueve la nucleación de ferrita y, por lo tanto, afecta negativamente a la templabilidad. [1]
El boro es eficaz en concentraciones muy bajas: 30 ppm de B pueden reemplazar un 0,4 % de Cr, un 0,5 % de C o un 0,12 % de V equivalentes. [2] También se ha demostrado que 30 ppm de B aumentan la profundidad de endurecimiento (~ +50 %) en un acero de baja aleación , lo que se cree que se debe a su retraso en la descomposición de la austenita en estructuras más blandas de bainita , ferrita o perlita al enfriarse después de un tratamiento de austenización. [2]
La presencia de carbono en el acero reduce la eficacia relativa del boro para promover la templabilidad. [2]
Por encima de 30 ppm, el boro comienza a reducir la templabilidad, aumenta la fragilidad y puede provocar fragilidad en caliente . [2]
El diagrama de fases Fe-B tiene dos puntos eutécticos: a 17 % (mol) pf 1149 °C; y a 63,5 % boro pf ~1500 °C. Hay un pf pico a 1:1 Fe:B y una inflexión a 33 % B, correspondientes a FeB y Fe 2 B respectivamente. [1]
Se cree que la solubilidad del boro en el acero es del 0,021 % a 1149 °C, y desciende al 0,0021 % a 906 °C. [1] A 710 °C, solo el 0,00004 % del boro se disuelve en γ-Fe ( austenita ). [1]
Los aceros aleados con boro incluyen aceros al carbono, de baja aleación (incluido HSLA) , aceros al carbono-manganeso y aceros para herramientas. [2] Debido a la alta absorción de neutrones del boro, se agrega boro a los aceros inoxidables utilizados en la industria nuclear (hasta un 4 %), pero lo más habitual es que sea entre un 0,5 y un 1 %. [2]
Los aceros al boro se utilizan en la industria automotriz, generalmente como elementos de refuerzo, como en los marcos de las puertas y en los asientos reclinables. A mediados de la década de 2000, los fabricantes de automóviles europeos lo usaban habitualmente. [3] La introducción de elementos de acero al boro generó problemas para los rescatistas en la escena del accidente, ya que su alta resistencia y dureza resistían muchas herramientas de corte convencionales ( herramientas de rescate hidráulicas ) que se usaban en ese momento. [3] [4]
El acero al boro plano para uso automotriz se estampa en caliente en moldes enfriados desde el estado austenítico (obtenido por calentamiento a 900-950 °C). Un acero típico 22MnB5 muestra un aumento de 2,5 veces en la resistencia a la tracción después de este proceso, a partir de una base de 600 MPa. La estampación se puede realizar en una atmósfera inerte, de lo contrario se forma una cascarilla abrasiva; alternativamente, se puede utilizar un revestimiento protector de Al-Si. [5] (ver acero aluminizado ). La introducción del acero al boro al manganeso dulce estampado en caliente de alta resistencia a la tracción (22MnB5) (hasta una resistencia de prueba de 1200 MPa, resistencia a la tracción máxima de 1500 MPa) permitió ahorrar peso mediante la reducción de espesores en la industria automotriz europea. [6]
El acero al boro se utiliza en los grilletes de algunos candados para brindar resistencia al corte [7] Los candados de acero al boro con un grosor de grillete suficiente (15 mm o más) son muy resistentes a las sierras para metales, a los cortadores de pernos y a los martillos, aunque se pueden romper con una amoladora angular.
En la fabricación de brazos de horquilla para carretillas elevadoras se utilizan piezas planas de acero al boro, normalmente 30MnB5 modificado con una adición de 0,5 % de cromo .