Effect of Boron on the Microstructure and Strength-Toughness of Fe-Cr-B-C Alloy after Heat Treatment

Li Yang; Zhao Guangdi; Zang Ximin; Jiang Haoyuan; Wang Zhaoyu

doi:10.20057/j.1003-8620.2023-00242

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Effect of Boron on the Microstructure and Strength-Toughness of Fe-Cr-B-C Alloy after Heat Treatment

Product Research and Development | 更新时间：2025-05-09

- Effect of Boron on the Microstructure and Strength-Toughness of Fe-Cr-B-C Alloy after Heat Treatment
- Special Steel Vol. 45, Issue 5, Pages: 25-33(2024)
- 作者机构：
  
  1.辽宁科技大学材料与冶金学院，鞍山 114051
  2.沈阳工业大学材料科学与工程学院，沈阳 110870
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.20057/j.1003-8620.2023-00242
  CLC： TG113.1
- Received：03 December 2023，
  
  Published：30 September 2024
- 稿件说明：
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李阳,赵广迪,臧喜民等.B对Fe-Cr-B-C合金热处理后显微组织和强韧性的影响[J].特殊钢,2024,45(05):25-33.

Li Yang,Zhao Guangdi,Zang Ximin,et al.Effect of Boron on the Microstructure and Strength-Toughness of Fe-Cr-B-C Alloy after Heat Treatment[J].Special Steel,2024,45(05):25-33.
李阳,赵广迪,臧喜民等.B对Fe-Cr-B-C合金热处理后显微组织和强韧性的影响[J].特殊钢,2024,45(05):25-33. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2023-00242.

Li Yang,Zhao Guangdi,Zang Ximin,et al.Effect of Boron on the Microstructure and Strength-Toughness of Fe-Cr-B-C Alloy after Heat Treatment[J].Special Steel,2024,45(05):25-33. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2023-00242.

摘要

为了探索调控Fe-Cr-B-C合金强韧性匹配的新方法，研究了B对其热处理后显微组织、硬度及冲击韧性的影响。经1 050 ℃空淬处理后，在低

［B］（0.000 6%）合金的枝晶间析出大量极细二次碳硼化物，在中

［B］（0.51%）和高

［B］（2.89%）合金基体中析出弥散的二次碳硼化物。随B含量增加，二次碳硼化物的颗粒度增大，颗粒密度降低。经1 050 ℃空淬+500 ℃回火处理后，三种B含量合金中的二次碳硼化物均增多，且析出区域扩大。低B合金的枝晶干为粗大板条马氏体，枝晶间由针状马氏体、高密度二次碳硼化物及少量凝固析出相构成，其冲击韧性最佳，洛氏硬度居中；中B合金主要由弥散分布着二次碳硼化物的针状马氏体基体以及网状硼碳化物构成，其洛氏硬度最高，冲击韧度居中；高B合金由弥散分布着少量二次碳硼化物的γ基体及更致密的网状硼碳化物构成，其洛氏硬度和冲击韧度均最低。另外，中B和高B合金的网状硼碳化物发生了局部断网，导致其冲击韧性较铸态下明显提高。

Abstract

In order to explore new methods for improving the strength-toughness matching of Fe-Cr-B-C alloy， the effect of B content on its microstructure， hardness， and impact toughness after heat treatment were investigated. The results showed that after air-cooling quenching at 1 050 ℃， a large amount of extremely fine secondary carbon-borides precipitated in the interdendritic region of low-B （0.000 6%） alloy， and fine dispersed secondary carbon-borides precipitated in the matrix of intermediate-B （0.51%） and high-B （2.89%） alloys. As the B content increased， the size of secondary carbon-borides increased but the particle density decreased. After air-cooling quenching at 1 050 ℃ plus tempering at 500 ℃， the number of secondary carbon-borides increased and the precipitation region expanded. For the low-B alloy， the dendrite arm was composed of coarse lath-like martensite， and the interdendritic region was composed of acicular martensite， high-density secondary carbon-borides and a small amount of solidification precipitates. For the intermediate-B alloy， the microstructure was composed of acicular martensite matrix with dispersed secondary carbon-borides， and network boron-carbides. For the high-B alloy， the microstructure was composed of γ matrix with a small amount of dispersed secondary carbon-borides， and denser network boron-carbides. The low-B alloy possesses the highest impact toughness and moderate Rockwell hardness. The intermediate-B alloy possesses the highest Rockwell hardness and moderate impact toughness. The high-B alloy possesses the lowest Rockwell hardness and impact toughness. Compared with the as-cast state， the solidification precipitates dissolved slightly after the quenching and tempering treatment， which resulted in the local rupture of netlike boron-carbides in intermediate-B and high-B alloys. Thus， after air-cooling quenching at 1 050 ℃ plus tempering at 500 ℃， the impact toughness of intermediate-B and high-B alloys improved obviously.

关键词

Keywords

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王永林，李迎吉 . TiN涂层在一般零件表面的摩擦磨损性能［J］. 装备制造技术， 2017 （ 12 ）： 143 - 145 .

魏世忠，徐流杰 . 钢铁耐磨材料研究进展［J］. 金属学报， 2020 ， 56 （ 4 ）： 523 - 538 .

赵广迪，李　阳，秦墨周，等 . 高硼铁基耐磨合金组织性能的研究进展［J］. 辽宁科技大学学报， 2023 ， 46 （ 3 ）： 176 - 180+186 .

张卫攀，刘红艳，徐桂喜，等 . 高品质自卸车厢体用NM450耐磨钢板的开发［J］. 特殊钢， 2022 ， 43 （ 3 ）： 39 - 42 .

金　波，王天瑶，郭长庆，等 . 中锰Fe-Cr-B/42CrMo复合轧辊包覆层显微组织特征的研究［J］. 铸造， 2018 ， 67 （ 3 ）： 231 - 236 .

张建军，魏晓伟，王　剑，等 . 抗磨Fe-B合金研究进展［J］. 铸造， 2014 ， 63 （ 7 ）： 669 - 674 .

赵尚丽，张月霞，王守忠 . 铸造高强韧性Fe-Cr-B-C合金的试验研究［J］. 铸造， 2019 ， 68 （ 9 ）： 977 - 981 .

宋绪丁 . 高硼铁基系列铸造耐磨合金研制及其应用研究［D］. 西安：长安大学， 2008 .

张艳玲 . 耐磨高硼低碳铸造合金的研究［J］. 铸造， 2014 ， 63 （ 12 ）： 1273 - 1276 .

师晓莉，蒋业华，岑启宏，等 . 稀土镁变质处理对高硼铁基合金组织和性能的影响［J］. 铸造， 2013 ， 62 （ 7 ）： 641 - 645 .

牟　楠，卢　静，王　冠，等 . 过共晶Fe-Cr-B-C合金的快冷组织与性能［J］. 热加工工艺， 2018 ， 47 （ 18 ）： 63 - 66 .

Ren X Y ， Fu H G ， Xing J D ， et al . Effect of boron concentration on microstructures and properties of Fe–B–C alloy steel ［J］. Journal of Materials Research ， 2017 ， 32 （ 16 ）： 3078 - 3088 .

Lv Z ， Fu H G ， Xing J D ， et al . Microstructure and crystallography of borides and mechanical properties of Fe–B–C–Cr–Al alloys ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2016 ， 662 ： 54 - 62 .

Astini V ， Prasetyo Y ， Baek E R . Effect of boron addition on the microstructure and mechanical properties of 6.5% V-5% W high speed steel ［J］. Metals and Materials International ， 2012 ， 18 （ 6 ）： 923 - 931 .

刘仲礼，李言祥，陈　祥，等 . 硼、碳含量对高硼铁基合金组织和性能的影响［J］. 钢铁， 2007 ， 42 （ 6 ）： 78 - 82 .

Zhang H ， Fu H ， Jiang Y ， et al . Effect of boron concentration on the solidification microstructure and properties of Fe-Cr-B alloy ［J］. Materialwissenschaft Und Werkstofftechnik ， 2011 ， 42 （ 8 ）： 765 - 770 .

赵广迪，李阳，姚晓雨，等 . B对Fe-Cr-B-C合金凝固行为、强韧性及耐磨性的影响［J］. 金属学报， DOI： 10.11900/0412.1961.2023.00289 http://dx.doi.org/10.11900/0412.1961.2023.00289 .

冯锡兰，蒋志强，符寒光 . 热处理对Fe-B-C合金组织和力学性能影响［J］. 航空材料学报， 2007 ， 27 （ 5 ）： 26 - 29 .

符寒光，宋绪丁，刘海明，等 . 热处理对Fe-B-C合金显微组织和性能的影响［J］. 稀有金属材料与工程， 2010 ， 39 （ 6 ）： 1125 - 1128 .

顾　建，符寒光，雷永平 . 热处理对Fe-5Cr-1 .4B合金组织和性能的影响［J］. 现代铸铁， 2013 ， 33 （ 4 ）： 78 - 84 .

包蕴斌，叶旭初，陈川辉，等 . 硼含量及热处理对铁基耐磨合金摩擦磨损性能的影响［J］. 热加工工艺， 2015 ， 44 （ 20 ）： 200 - 203 .

吴宪吉，宋元元，杨志荣，等 . 淬火温度对Fe-Cr-B-C合金涂层组织及硬度的影响［J］. 金属热处理， 2022 ， 47 （ 10 ）： 224 - 227 .

Tian Y ， Ju J ， Fu H G ， et al . Effect of chromium content on microstructure， hardness， and wear resistance of As-cast Fe-Cr-B alloy ［J］. Journal of Materials Engineering and Performance ， 2019 ， 28 （ 10 ）： 6428 - 6437 .

Shankar V ， Gill T P S ， Mannan S L ， et al . Solidification cracking in austenitic stainless steel welds ［J］. Sadhana ， 2003 ， 28 （ 3 ）： 359 - 382 .

Huang X ， Chaturvedi M C ， Richards N L ， et al . The effect of grain boundary segregation of boron in cast alloy 718 on HAZ microfissuring-a SIMS analysis ［J］. Acta Materialia ， 1997 ， 45 （ 8 ）： 3095 - 3107 .

Mao J ， Chang K M ， Yang W H ， et al . Cooling precipitation and strengthening study in powder metallurgy superalloy U720LI ［J］. Metallurgical and Materials Transactions A ， 2001 ， 32 （ 10 ）： 2441 - 2452 .

Asahi H . Effects of Mo addition and austenitizing temperature on hardenability of low alloy B-added steels ［J］. ISIJ International ， 2002 ， 42 （ 10 ）： 1150 - 1155 .

Titova T I ， Shulgan N A ， Malykhina I Y . Effect of boron microalloying on the structure and hardenability of building steel ［J］. Metal Science and Heat Treatment ， 2007 ， 49 （ 1 ）： 39 - 44 .

Guo C Q ， Kelly P M . Boron solubility in Fe–Cr–B cast irons ［J］. Materials Science and Engineering： A ， 2003 ， 352 （ 1-2 ）： 40 - 45 .

林文政，田荣斌，贾　礼，等 . 回火温度对20SiMnMo高强度钢微观组织与力学性能的影响［J］. 特殊钢， 2022 ， 43 （ 3 ）： 74 - 78 .

付晓虎，罗丰华，高　翔，等 . 稀土变质处理对耐磨高铬铸铁组织性能的影响［J］. 中国材料科技与设备， 2012 ， 8 （ 2 ）： 56 - 59 .

付瑞东，任一宾，郑炀曾 . 32Mn-7Cr-0 .6Mo-0.3N奥氏体低温钢的组织和拉伸性能［J］. 特殊钢， 2001 ， 22 （ 2 ）： 19 - 21 .

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