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 como ferroboro (~12-24% B). Como la adición de ferroboro carece de elementos protectores, normalmente se añade después de añadir eliminadores de oxígeno. También existen aditivos patentados con eliminadores de oxígeno/nitrógeno; uno de ellos contiene 2 % de B más Al, Ti y Si. [1] El oxígeno, el carbono y el nitrógeno reaccionan con el boro en el acero para formar B 2 O 3 ( trióxido de boro ); Fe 3 (CB) (boroncementita de hierro) y Fe 23 (CB) 6 (carburo de boro de hierro); y BN ( nitruro de boro ) respectivamente. [2]
El boro soluble se dispone en los aceros a lo largo de los límites de los granos. 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 Fe 2 B precipita en los límites de grano, lo que También puede retrasar las transformaciones γ-α. [1] A valores B más altos se cree que se forma Fe 23 (CB) 6 , lo que promueve la nucleación de ferrita y, por lo tanto, afecta negativamente la templabilidad. [1]
El boro es eficaz en concentraciones muy bajas: 30 ppm de B pueden reemplazar un equivalente de 0,4 % Cr, 0,5 % C o 0,12 % V. [2] También se ha demostrado que 30 ppm de B aumentan la profundidad de endurecimiento (~ +50 %) en un acero de baja aleación , que se cree que se debe a su retardo de la descomposición de la austenita en estructuras más blandas de bainita , ferrita o perlita al enfriarse tras un tratamiento de austenitización. [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 causar falta de calor . [2]
El diagrama de fases Fe-B tiene dos puntos eutécticos: al 17% (mol), pf 1149 °C; y 63,5% de boro, pf ~1500 °C. Hay un pico de pf en 1:1 Fe:B, y una inflexión en 33% B, correspondiente 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 del 0,0021% a 906 °C. [1] A 710 °C, solo el 0,00004 % de boro se disuelve en γ-Fe ( austenita ). [1]
Los aceros aleados al boro incluyen aceros al carbono, de baja aleación, incluido HSLA , carbono-manganeso y aceros para herramientas. [2] Debido a la alta absorción de neutrones del boro, se añade boro a los aceros inoxidables utilizados en la industria nuclear (hasta un 4%, pero más normalmente entre un 0,5 y un 1%). [2]
Los aceros al boro se utilizan en la industria del automóvil, normalmente como elementos de refuerzo, como alrededor de los marcos de las puertas y en los asientos reclinables. A mediados de la década de 2000, los fabricantes de automóviles europeos lo utilizaban habitualmente. [3] La introducción de elementos de acero al boro introdujo problemas para los rescatistas en la escena del accidente, ya que su alta resistencia y dureza resistieron muchas herramientas de corte convencionales ( herramientas de rescate hidráulicas ) en uso en ese momento. [3] [4]
El acero plano al boro para uso en automóviles se estampa en caliente en moldes enfriados desde el estado austentico (obtenido calentando 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, desde una base de 600MPa. El estampado se puede realizar en atmósfera inerte, de lo contrario se forman incrustaciones abrasivas; alternativamente se puede utilizar una capa protectora de Al-Si. [5] (ver acero aluminizado ). La introducción de acero suave al manganeso y boro estampado en caliente de alta resistencia a la tracción (22MnB5) (hasta una resistencia a la tracción de 1200 MPa, resistencia máxima a la tracción de 1500 MPa) permitió ahorrar peso mediante el calibrado inferior en la industria automovilística europea. [6]
El acero al boro se utiliza en los grilletes de algunos candados para resistir los cortes [7] Los candados de acero al boro con un grosor de grillete suficiente (15 mm o más) son muy resistentes a sierras para metales, cortapernos y martillos, aunque se pueden vencer con una amoladora angular.
En la fabricación de brazos de horquilla para carretillas elevadoras se utilizan planos de acero al boro, normalmente 30MnB5 modificado con una adición de 0,5% de cromo.