Металлопрокат на Металл Торг.Ру
  РЕГИСТРАЦИЯ
  НОВОСТИ
Рынка металлов
Новости компаний
Торговой системы
  АНАЛИТИКА
Черные металлы
Цветные металлы
Драгоценные металлы
Металлолом
Сырье
Статистика
МеталлСТАТ
Индекс цен России
Мировые цены
Цены на биржах
Вопрос месяца
Публикации
  МЕТАЛЛОТОРГОВЛЯ
Металлоторговля
Каталог
Прайс-листы
Товары и услуги
Доска объявлений  <<
Classified
Подшипники
ГОСТы и стандарты
Список должников
  ПОЛЬЗОВАТЕЛЯМ
Регистрация               <<
Подписка
Вопросы FAQ
Форумы
Биржа труда
Металлургический чат
Разделы
Информеры
Выставки
Реклама
Контакты
  РЕГИСТРАЦИЯ
  ПОИСК ПО САЙТУ


Цветные металлы
Новости Аналитика и цены Металлоторговля Доска объявлений Подписка Реклама


09.02.2016    Невидимый бор



Применяемые в металлургии ферросплавы условно можно разделить на два класса: первый – сплавы железа с привычными металлами, а второй – соединения с элементами, проявляющими как металлические, так и неметаллические свойства. Из наиболее распространенных ко второй группе относятся ферросилиций, ферросиликомарганец, ферросиликокальций и ферробор. Вот последним мы и займемся. Тем более китайские сталепроизводители на несколько лет крайне увлеклись этим видом легирования.

Что такое бор

Сам по себе бор – весьма любопытный элемент. Формально, вместе с кремнием, мышьяком, сурьмой, теллуром и германием, бор относится к металлоидам или полуметаллам. По химическим свойствам это неметаллы, которые при этом являются проводниками.

Механические свойства у него тоже отменные: модуль упругости в направлении оси у волокон бора – около 480 ГПа, плотность – 2,3–2,6 г/см3, прочность – до 4 ГПа. Выше характеристики, особенно по соотношению «прочность/масса», только у ряда вариаций структур углерода (алмаз, графен), а также у лучших образцов углеродных волокон и модных «нанотрубок».

Сообщается о применениях волокон бора в качестве армирующих наполнителей в полимерных и алюминиевых матрицах, включая конструкции космических аппаратов. Однако массовым (в отличие от углерода и углепластиков) как производство волокон, так и борсодержащих композитов почему-то не стало.

Вместе с тем по бору и его применениям защищено огромное количество диссертаций, опубликовано множество патентов, выпущено несчетное количество пресс-релизов. Конца этим исследованиям не видно, но с практическим использованием бора в конструкционных материалах – явные проблемы. Попробуем разобраться, где же бор действительно применяется, почему и каковы перспективы,

Металлургия

Множество видов китайской металлопродукции в последние годы выпускалось как изделия из стали «с содержанием бора». Причем речь идет о продукции с суммарным объемом производства в десятки и сотни миллионов тонн. Но присутствие в этой стали бора измеряется в тысячных долях процента – часто меньше, чем иных примесей. Тем не менее эффект этого микроприсутствия очень заметен.

Нередко сообщается, что ферробор и другие борсодержащие лигатуры используются для легирования и модифицирования стали, чугуна и сплавов цветных металлов.

При легировании стали содержание бора обычно не превышает 0,005%. Бор положительно влияет на прокаливаемость стали, задерживая распад аустенита в аустенитных сталях. Есть и отрицательные моменты – введение бора в состав снижает стойкость стали к перегреву, вызывая резкий рост зерна в этих условиях, и нужно дополнительное легирование титаном или молибденом. Иначе после сварки прилегающие к шву области станут слабым звеном всей детали.

Применяется насыщение бором поверхности стальных деталей, работающих в условиях повышенного износа. Борирование повышает износо-, жаро- и коррозионную стойкость поверхностных слоев металла.

Бор также повышает прочность чугуна, способствуя выделению измельченных карбидов. При чрезвычайно малых добавках бор, видимо, оказывает на чугун графитизирующее влияние и несколько повышает стрелу прогиба и ударную вязкость, растет износостойкость; при больших содержаниях бора повышается прочность, но снижается пластичность и вязкость чугуна, увеличивается риск образования трещин. Но надо понимать, что здесь речь идет о содержании бора менее 0,4%.

Борсодержащие стали находят свое применение в качестве силовых элементов, например в автомобилестроении. Но количество таких деталей относительно общего веса автомобиля все же относительно мало. Да и отношение к движению автопроизводителей в эту сторону неоднозначно – такие элементы очень не любят ремонта, делая автомобиль фактически «одноразовым». Но практически во всех вышеуказанных применениях у бора как лигатуры есть более доступные заменители и аналоги. Поэтому применение бора в черной металлургии весьма ограниченно.

Любовь же китайцев к бору имеет несколько другую природу – добавляя мизерные количества этого полуметалла, они получают возможность пройти таможню уже не как экспортеры рядовой стали (с пошлиной в 25%), а как поставщики полуфабрикатов из легированной стали (с пошлиной не выше 15%).

Как неоднократно отмечала аналитическая группа MEPS, сталь традиционно считается легированной, если содержит хотя бы 0,5% легирующего элемента, оказывающего влияние на ее свойства. По китайским же правилам, если товар идет на экспорт, для получения налоговых льгот достаточно значительно меньшего содержания легирующего компонента, который на свойствах может и не сказываться.

Неудивительно, что единственные действительно «живые» ценовые сводки по ферробору – родом из Китая (рис. 1).


По оценкам Custeel, экспорт стали с содержанием бора составлял 31% всего китайского экспорта металлопродукции за 11 месяцев 2014 года. При этом под китайское определение легированных сталей подпадает до 80% всего экспорта стали из страны, который в 2014 году составил 93,7 млн т. То есть потребление бора для целей этого псевдолегирования достигало примерно 5 тыс. т в год.

С 1 января 2015 года Китай отменил возмещение налога на экспорт металлопродукции с добавлением бора, и цены на ферробор вскоре пошли вниз. А общее падение цен на стальной прокат только усилило эту тенденцию.

Оценки стоимости ферробора на российском рынке эпизодичны, но говорят о том, что у нас за него просят примерно вдвое больше, чем на приведенном графике.

Как влияет и влияет ли вообще повсеместно добавляемый бор на свойства стали, китайцев не беспокоит. При поставках, например, арматуры это и не страшно – снижение свариваемости и жаростойкости никто и никогда не выявит. В строительстве сваркой арматуры пользуются нечасто и почти никогда – там, где используют китайскую продукцию. А вот к поставкам плоского проката с содержанием бора у зарубежных потребителей есть вопросы, т.к. иногда количества бора превышают допустимые для примесей нормы. И после термообработки можно получить совсем не те характеристики, на которые рассчитывали.

Второе широкое металлургическое применение бора (и его соединений) – в качестве флюса. Например, ферробор может применяться для изготовления покрытий сварочных электродов и наплавочных смесей. Но также весьма ограниченно, поэтому оценить объемы этого рынка малореально.

Другое соединение бора, уже не с железом, а с натрием, известно тем, кто работает с металлом, не меньше. Речь про тетраборат натрия, который имеет более привычное название – бура. Этот белый порошок многие годы используется при плавке и пайке драгоценных металлов и изделий из них. Кроме того, во многих видах пайки, сварки и плавки цветных металлов и сплавов.

Этот ходовой товар – бура – активно импортируется в Россию. До 2014 года ее поставки составляли 30–35 тыс. т в год и практически полностью шли из Турции. В 2015 году импорт буры сократился до 23 тыс. т, и, возможно, пора подумать об импортозамещении…

Прочие применения

Впрочем, утверждать, что столько буры расходуется одними только ювелирами и металлургами, несколько самонадеянно. Переработанная в борную кислоту, она широко применяется как антисептик в медицине, используется в стекольной, бумажной и текстильной промышленности, а также как сырье для производства распространенного компонента бесхлорных моющих средств – пербората натрия.

Касаясь работы соединений бора в химической отрасли, нельзя не упомянуть пентаборан – соединение бора с водородом, одно из эффективнейших и токсичнейших ракетных топлив. Он нашел свое применение на американском сверхзвуковом бомбардировщике XB-70 «Валькирия», а также планировался к использованию при создании сверхтяжелой советской «лунной» ракеты УР-700. Оба проекта «не пошли», и немалую долю их проблем составило как раз чрезвычайно опасное топливо.

Но вернемся к более «приземленной» технике.

Отдельной строкой стоят попытки поставить на службу человечеству сверхвысокую твердость сплавов бор-углерод-кремний и кубического нитрида бора. Твердость их в разы выше традиционных абразивов, термическая стойкость выше, чем у алмаза, имеется хорошая химическая стойкость, за что их не раз называли «материалом будущего».

С тех пор прошло около 40 лет, то «будущее» давно наступило, абразивы на основе бора существуют, но доля их рынка весьма невелика. Причина тривиальна – стоимость такого инструмента в разы выше аналогичного, но с более привычными твердыми сплавами. А уникальные свойства реально нужны не так часто. Он хорош при массовом непрерывном стандартном производстве, которого нигде, кроме Китая, уже и не осталось. Во всем остальном мире все выше ценится гибкость технологии, что делает дорогой узкоспециализированный инструмент малопривлекательным.

В некоторой степени бор поглощается производителями магнитов. Неодим-железо-бор – один из самых распространенных магнитных сплавов. Хотя химическая формула выглядит Nd2Fe14B, иначе говоря, 2 атома неодима, 14 атомов железа и атом бора, по массе там содержится всего 1% бора. По оценкам, объемы выпуска магнитов этого типа в КНР составляют 20 тыс. т ежегодно, т.е. на долю бора приходится около 200 т.

Есть у бора и такое экзотическое применение, как поглощение нейтронов в ядерных реакторах. В органах управления, как правило, используется карбид бора B4C, спрессованный в таблетки или брикеты, помещенные в оболочку из стали. Хотя в отдельно взятом реакторе бора может быть довольно много, меняют их не так часто, да и самих реакторов в мире не так много, чтобы это создавало ощутимый спрос.

Выводы

Перспективный и многообещающий бор по факту основное свое применение нашел в тривиальной бытовой химии. Китайские металлурги заинтересовались и создали ощутимый спрос только по причине необходимости найти «зонтичную» марку стали, которая бы позволяла обойти таможенные пошлины. Как только исчезнет искусственная преграда – исчезнет и искусственный спрос.

Применение в качестве флюса для пайки и сварки никуда не делось – но и резкого роста потребления от этого направления ждать не стоит.

Прочие применения то становились модными, то интерес к ним пропадал. Сейчас «на волне» – моноволокна, нанотрубки, графен и сверхпрочные композиты на их основе.

Судя по массовым сообщениям, бор и нитрид бора «во всем лучше углерода» и явно должны были заменить или потеснить его в композитах. Но увы – этого не произошло за многие десятилетия «инновационных» исследований. Бор по-прежнему пребывает в стадии перспективного материала, нуждающегося в дальнейшем изучении.

В Россию, например, для развития этого направления даже выписали из Японии руководителя международного центра наноархитектоники в Национальном институте материаловедения в Цукубе Дмитрия Гольдберга, давно специализирующегося на изучении бора. Лаборатории при МИСиСе выделили мегагрант в 150 млн рублей. Появилась информация об изготовлении композита с нанотрубками на основе нитрида бора в матрице алюминия. Пока – в форме аморфной тонкой ленты, которая прочнее обычного алюминия в 3 раза и легче на 10%. Хотя сообщалось, что разработан материал в 25 раз прочнее исходной матрицы. Да и заявленная прочность реально полученных образцов (более 300 МПа) – даже меньше, чем у обычного дюраля Д16 (450 МПа). Лаборатория, добившаяся (по ее данным) огромного успеха, в середине 2014 года запросила дополнительные 60 млн рублей на продолжение исследований. Но, похоже, не получила их.

И изучение перспективнейшего борсодержащего материала вновь перешло в «невидимое состояние». Естественно, бесконечно далекое от промышленного производства и промышленного применения.

Впрочем, бору к такому не привыкать…

Пожалуйста, оцените этот материал


        Отлично (5)
        Хорошо (4)
        Удовлетворительно (3)
        Плохо (2)
        Очень плохо (1)


Результаты голосования здесь

Внимание!!! Копирование, перепечатка или распространение иным образом материалов, размещенных в разделах "Аналитика" сайта MetalTorg.Ru, возможна только с письменного разрешения редакции ©



Выставки и конференции по рынку металлов и металлопродукции