Bor ist ein leichtes Element, das enorme Auswirkungen hat. Dieses essentielle Spurenelement wird auch zahlreichen Werkstoffen zugesetzt, um deren Eigenschaften zu verändern. In diesem Beitrag betrachten wir die positiven und negativen Auswirkungen von Bor in Kohlenstoffstählen (C-Stähle).
Der wesentliche Vorteil bei der Zugabe von Bor zum Stahl ist die Härtbarkeit. Schon kleinste Mengen Bor verbessern die Härte deutlich. Abhängig von der Art des Stahls und dem Kohlenstoffgehalt kann schon eine Menge von 3 ppm Bor einen Unterschied ausmachen. Stahl können auch andere Substanzen zugesetzt werden, um seine Eigenschaften zu verändern. Die Verwendung von Bor bietet im Vergleich zu anderen Elementen den Vorteil. dass die Eigenschaften des Stahls schon bei relativ niedrigen Anlasstemperaturen verbessert werden können. Dies trägt zur Senkung der Energiekosten bei. Ein weiterer Vorteil von Bor ist die bessere Zerspanbarkeit, verglichen mit Stählen ähnlicher Härte.
Diese Eigenschaften bedeuten, dass borhaltige C-Stähle dort eingesetzt werden, wo der Grundstahl die meisten Eigenschaften wie Verschleißfestigkeit erfüllt, die Härtbarkeit aber zu gering ist. In diesen Fällen ist Bor die kostengünstigere Option gegenüber der Verwendung einer anderen Legierung. Einer der wichtigsten Anwendungsbereiche für borhaltigen Stahl ist die Automobilindustrie, insbesondere auf dem europäischen Markt. Versteifungselemente, Innensäulen und Armaturenbretter werden aus borhaltigem Stahl gefertigt.
Wie bereits erwähnt, haben schon kleinste Mengen an Bor einen erheblichen Einfluss. Probleme entstehen, wenn der Anteil an Bor steigt oder der Stahl für tragende Konstruktionen verwendet werden soll. Wenn der Borgehalt zu hoch ist, trennt sich das Bor vom Stahl und setzt sich in den Korngrenzen ab. Dadurch verringert sich die Härtbarkeit, die Zähigkeit wird reduziert und die Versprödung nimmt zu. Dies kann auch zu Problemen beim Schweißen führen. Hier sammelt sich das Bor aufgrund seines niedrigen Schmelzpunktes beim Abkühlen in der Mitte der Schweißnaht und verursacht einen Erstarrungsriss.
Schweißprobleme, verminderte Elastizität und potentielle Verformung großer Strukturen können im schlimmsten Fall zum Einsturz von Brücken, Gebäuden oder dem Untergang von Bohrinseln führen. Aus diesem Grund gibt es Vorschriften über den Anteil an Bor in bestimmten Stahlsorten. So darf in der EU ein niedrig legierter Baustahl beispielsweise nicht mehr als 8 ppm Bor enthalten – und für einige Anwendungen reduziert sich dieser Wert auf 5 ppm.
Bor kann also in bestimmten Fällen erforderlich und in anderen unerwünscht sein. Das Problem ist, dass Bor nicht immer auf dem Konformitätszertifikat des Rohstahls angegeben ist. Eine Materialverwechslung könnte fatale Folgen haben, wenn borhaltiger Stahl in der falschen Anwendung eingesetzt wird. Bei den komplexen Lieferketten von heute ist es durchaus möglich, dass Bor im falschen Werkstoff landet.
Die sicherste Lösung ist daher eine Eigenkontrolle des eingehenden C-Stahls.
In der Vergangenheit war es relativ schwierig, den Borgehalt in Stählen zu analysieren. Bor hat nur eine geringe Masse, wodurch es schwer zu erkennen ist. Häufig mussten Methoden eingesetzt werden, bei denen Proben gemahlen und aufgelöst wurden. Die Optische Emissionsspektroskopie (OES) ist eine relativ einfache Technik, die es Ihnen ermöglicht, den Borgehalt im Stahl direkt zu messen – ohne aufwändige Vorbereitungen oder den Einsatz von aggressiven Chemikalien. Vor der Messung muss nur sichergestellt werden, dass die Probenoberfläche vollkommen eben ist.
Der OE750 von Hitachi High-Tech ist ein OES-Analysegerät, das sich ideal zur Messung des Borgehalts in C-Stahl eignet. Die neue Detektortechnologie ermöglicht eine Nachweisgrenze von nur 1 ppm für Bor und stellt damit sicher, dass Ihr eingehender Stahl die für Ihre Anwendung erforderliche Qualität aufweist. Darüber hinaus können Sie mit diesem Gerät auch Stickstoff und andere Spurenelemente in niedrig legierten und extrem kohlenstoffarmen Stählen messen – das bietet Ihnen die Vielseitigkeit, die Sie in einem einzigen Gerät benötigen.
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Referenzen:
‘Influence of Boron Additions on Mechanical Properties of Carbon Steel’ Saedd N. Ghali et al, Journal of Minerals and Materials Characterisation and Engineering, 2012, 11, 995 - 999
https://www.totalmateria.com/page.aspx?ID=CheckArticle&site=kts&NM=214
Fallstudie: Werkstoffanalyse von Wälzlagerprodukten mit dem X-MET8000 RFA Handgerät bei Kugellager-Express
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