硼鐵

在鋼中添加0.07%B可顯著提高鋼的淬透性。硼加入18%Cr、8%Ni的不鏽鋼中經過處理可使沉澱硬化，改善高溫強度和硬度。在鑄鐵中硼會影響石墨化，因而增加白口的深度使其冷硬耐磨。在可鍛鑄鐵中加入0.001%～0.005%的硼，有利形成球墨和改善其分布狀況。目前低鋁、低碳硼鐵是非晶態合金的主要原材料。根據GB5682-87標準，我國硼鐵分為低碳和中碳兩類8個牌號。

基本介紹

• 中文名：硼鐵
• 外文名：Ferroboron
• 定義：硼和鐵的合金
• 相關人物：戴維(H.Davy)
• 分類：低碳和中碳
• 領域：冶金

基本知識

ferroboron

硼和鐵的合金。

根據含碳量，硼鐵(硼含量：5-25%)可分為低碳（C≤0.05%～0.1%,9%～25%B）和中碳（C≤2.5%,4%～19%B）兩種。硼鐵是煉鋼生產中的強脫氧劑及硼元素加入劑。硼在鋼中的最大作用是只需極微量即可顯著提高淬透性而取代大量合金元素，另外還可改善力學性能、冷變形性能、焊接性能及高溫性能等。

主要用於鋼和鑄鐵中。用於合金結構鋼、彈簧鋼、低合金高強度鋼、耐熱鋼、不鏽鋼等。硼在鑄鐵中可提高韌性、耐磨性，在汽車、拖拉機、工具機等製造中有廣泛套用。

歷史

英國戴維(H.Davy)用電解法首次製得硼。穆瓦桑(H. Moissan)於1893年在電弧爐中製得了高碳硼鐵。20世紀20年代出現了許多製造硼鐵的專利。70年代非晶態合金和永磁體材料的發展，使硼鐵的需要量增加。50年代末，中國北京鋼鐵研究總院用鋁熱法研製硼鐵成功。其後吉林、錦州、遼陽等鐵合金廠相繼批量生產，1966年以後，主要由遼陽鐵合金廠生產。1973年遼陽鐵合金廠用電爐法生產硼鐵。1989年又用電爐法研製低鋁硼鐵。

性質及用途

硼的原子量為10.81。電子結構為1s2s2p。結晶形硼的密度為2.31g/cm(20℃)，而無定形硼的密度為2.30g/cm(20℃)。熔點2079℃，沸點3660℃。硼鐵二元系平衡相圖見圖1。硼鐵系中，在硼含量約為3.8%處，有一共晶點，其共晶溫度為1149℃。鐵和硼生成兩種，在高溫時也極穩定的中間化合物，Fe₂B和FeB。其中FeB有高溫和低溫兩種晶型。工業生產的硼鐵(10%～20%B)的熔化溫度範圍為1400～1550℃，密度為5.8～6.5g/cm³。

微量的硼(0.001%)可以使鋼的淬透性成倍增加。不鏽鋼添加約0.003%B，可以改善其加工性。硼具有吸收中子的性質，可以阻礙或停止鈾——石墨核反應的連鎖反應。所以含硼較高(>1%B)的鋼用於原子能工業。硼在鑄鐵中能影響石墨化，因而增加白口的深度。硼添加量超過0.01%時，有明顯的穩定碳化物的作用，因而提高鑄鐵的耐磨強度。鑄鐵軋輥含硼0.02%～0.1%，可以提高表面硬度和改善白口凝固。可鍛鑄鐵中添加硼達0.001%～0.005%時有利於形成球墨。同時還能增加石墨的顆粒和改善其分布狀況。這一作用有利於退火處理。

噴塗(焊)用的鐵基、鈷基、鎳基金屬粉末、含硼0.5%～4.0%。含硼非晶態鐵矽硼合金，如Fe₉₂Si₅B₃，可以代替取向矽鋼製造鐵損低、體積小的節能變壓器等器件。Nd₂Fe₁₄B、Nd₁₅Fe₇₇B₈等釹鐵硼永磁體，具有高剩磁、高矯頑力及高磁能積的優點，是製造永磁機件的理想材料。

生產工藝

B₂O₃是比較難還原的氧化物。碳還原生成B₄C的反應，同生成B的很接近，可以得到含碳較低的硼鐵。矽和鋁還原B₂O₃是可能的，但反應熱量均不能使反應自動進行，需要添加發熱劑，補充熱量。產出硼鐵含矽與鋁均較高。為了得到低鋁硼鐵，常用鎂代替部分鋁。硼鐵生產主要有金屬熱法和電碳熱法兩種。

金屬熱法

將硼酸加熱至800℃脫水，得到含>95%B₂O₃的硼酐作硼原料。可以得到雜質少、含硼高的硼鐵。用鎂代替部分鋁作還原劑，不僅能提高單位爐料的反應熱量，而且也能提高硼的還原率，降低合金中的鋁含量。

硼酸(99%H₃BO₃)在燒油(或天然氣)的反射爐(或迴轉窯)內加熱至800～1000℃脫水，得到硼酐(B₂O₃)。破碎成粒度<3mm。鋁鎂合金(Mg>48%，Al>48%)是在中頻感應爐內，先將鋁錠熔化並加溫至800℃左右，逐漸加入鎂錠，不斷攪拌使均勻混合。然後將合金液澆注成條塊狀。冷卻後破碎成粒度<5mm，其他原料有：鐵礦(Fe>65.0%，Si<2.5%，P<0.02%，S<0.05%，粒度<3mm);鐵鱗(Fe>65%，Si<1.0%，P<0.015%，S<0.15%。粒度<5mm);鋁粉(Al>99.0%，Si<0.5%，P<0.01%，粒度0.1～1mm>60%);硝酸鈉(NaNO₃>98.5%，粒度<1mm)。爐料按計算稱量，混合均勻後裝入熔煉爐。熔煉爐由爐底、爐筒和爐罩三部分組成。爐底放在可移動的小車上。其上鋪一層鎂砂和鎂磚。爐筒是用鋼板焊制的無底圓筒，內襯鎂磚。筒底下部有出渣口。冶煉前用木棒、黃泥或耐火泥堵好。爐料裝好後，用硝酸鈉和鋁鎂合金粉混合物做點火劑。用上部點火法冶煉。冶煉反應迅速激烈，時間為2～3min。反應完畢後，立即打開渣口，放渣。兩小時後將爐筒吊走。加快合金冷卻。硼鐵錠冷卻後，破碎、精整、包裝。硼鐵的化學成分為：B20%～24%，Al1.2%～2%，Si1.5%～2%，C<0.1%，P<0.1%，S<0.02%。爐渣的主要成分為：MgO10%～15%，Al₂O₃60%～65%，B₂O₃8%～10%，CaO3%～5%，SiO₂0.5%～1.0%，Fe₂O₃0.2%～0.3%。生產1t硼鐵(B22%)消耗硼酸1850～2100kg，硝酸鈉230～300kg，鋁錠900～1100kg，鎂錠240～380kg，鐵鱗600～750kg，鐵礦300～350kg。硼回收率為65%～72%。

電碳熱法

冶煉是在小於2000kVA的電爐中進行。採用鎂質或碳質爐襯。使用原料有硼酐、硼精礦、鋼屑、木炭等。將混合好的一爐所需爐料緩慢加入爐內。爐料全熔後，升溫至1700℃以上，保持一段時間，打開出鐵口，使渣鐵流入錠模。冷卻後，將渣鐵分離。硼鐵的化學成分為：B17%～21%，Al<0.1%，Si2%～3%，C<0.35%，P<0.2%，S<0.01%，Mn<1%。生產1t硼鐵(B18%)消耗硼酸1780～1850kg，鐵屑 950～1050kg，碳質材料1000～1150kg。電耗6500～7500kW·h。硼回收率68%～78%。

國家標準

基本信息

標準號StandardNo： GB/T5682-1995

中文標準名稱StandardTitle in Chinese： 硼鐵

英文標準名稱： Ferroboron

發布日期IssuanceDate： 1995-10-10

實施日期ExecuteDate： 1996-3-1

首次發布日期FirstIssuance Date： 1985-12-4

標準狀態StandardState： 現行

複審確認日期ReviewAffirmance Date： 2010-7-28

計畫編號Plan No：

代替國標號ReplacedStandard： GB 5682-1987

被代替國標號ReplacedStandard:

廢止時間RevocatoryDate：

採用國際標準號AdoptedInternational Standard No： JIS G318:1986

采標名稱AdoptedInternational Standard Name：

採用程度ApplicationDegree： NEQ

採用國際標準AdoptedInternational Standard： 其他

國際標準分類號(ICS)： 77.100

中國標準分類號(CCS)： H42

標準類別StandardSort： 產品

標準頁碼NumberofPages:

標準價格(元) Price(￥)：

主管部門Governor： 中國鋼鐵工業協會

歸口單位TechnicalCommittees： 全國鋼標準化技術委員會

起草單位DraftingCommittee： 遼陽鐵合金廠

範圍

本標準規定了硼鐵交貨的技術要求、試驗方法、驗收規則、包裝、儲運、標誌和質量證明書。

本標準適用於煉鋼、鑄造和供非晶、超微晶母合金、釹鐵硼合金及其他用途作硼元素加入劑的硼鐵。

引用檔案

下列檔案中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注日期的引用檔案，其隨後所有的修改單（不包括勘誤的內容）或修訂版均不適用於本標準，然而，鼓勵根據本標準達成協定的各方研究是否可適用這些檔案的最新版本。凡是不注日期的引用檔案，其最新版本適用於本標準。

GB/T 4010-1994 鐵合金化學分析用試樣的採取和製備

GB/T 13247-91 鐵合金產品粒度的取樣和檢測方法（GB/T 13247-1991,neq ISO 4551:1987）

GB/T 3653-83 硼鐵化學和分析方法

GB/T 3650 -1995 鐵合金驗收、包裝、儲運、標誌和質量證明書的一般規定

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