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Leitfaden zu Borstahl: Definition, Eigenschaften und Anwendungen
- John

Borstahl ist eine hochfeste Legierung mit Spuren von Bor. Dadurch eignet er sich ideal für Branchen, die sowohl geringes Gewicht als auch hohe Leistung erfordern. Die SteelPro Group bietet präzisionsgefertigte Borstahlplatten und -stäbe für Branchen wie die Automobilindustrie, die Luft- und Raumfahrt und sicherheitskritische Anwendungen.
In diesem Leitfaden werden die wissenschaftlichen Erkenntnisse, Eigenschaften und praktischen Anwendungen von Borstahl erläutert, um Ingenieuren und Käufern eine fundierte Materialauswahl zu ermöglichen.
Bereit, sein volles Potenzial auszuschöpfen? Dann legen wir los.
Was ist Borstahl?
Borstahl ist eine Legierung, der geringe Mengen Bor (0,0015–0,003%) zugesetzt werden, um ihre Festigkeit und Härtbarkeit zu verbessern. Bei der Wärmebehandlung tragen Boratome zur Bildung harter martensitischer Strukturen bei und verhindern die Bildung weicherer Phasen wie Ferrit. Dieser Stahl wird in Sicherheitsteilen für Kraftfahrzeuge und in industriellen Anwendungen eingesetzt und bietet sowohl Festigkeit als auch Leichtbauweise.
Diese Legierung erreicht durch Verfahren wie Warmumformen eine hohe Zugfestigkeit von über 1500 MPa. Der Stahl wird beim Warmumformen erhitzt, in gekühlten Matrizen geformt und schnell abgeschreckt, um seine Härte zu erhalten. Seine Leistungsfähigkeit beruht auf präzisen Borgehalten und der Verwendung von Elementen wie Titan oder Aluminium zur Verhinderung von Oxidation.
Bor in Stahl
Bor wird Stahl durch Ferroborlegierungen mit 12–24% Bor zugesetzt. Ferrobor enthält jedoch keine Schutzelemente und ist drei Hauptgefahren ausgesetzt:
- Sauerstoff wandelt Bor in sprödes Bortrioxid (B₂O₃) um.
- Kohlenstoff bildet Eisen-Bor-Karbide (Fe₃(CB)), wodurch die Duktilität verringert wird.
- Durch Stickstoff entsteht Bornitrid (BN), das die härtende Wirkung von Bor schwächt.
Um diese Probleme zu vermeiden, wird Bor nach Sauerstoff- und Stickstofffängern wie Aluminium oder Titan hinzugefügt. Diese Fänger reagieren mit Verunreinigungen und bilden stabile Oxide oder Nitride (z. B. Al₂O₃, TiN), die Bor vor schädlichen Reaktionen schützen.
Härtbarkeit von Borstahl
Warum steigert Bor die Härtbarkeit?
Bor verbessert Stahl durch seine einzigartige Wechselwirkung mit seiner Atomstruktur:
Korngrenzensperre: Beim Abkühlen bewegen sich Boratome zu den Korngrenzen und bilden dort eine Barriere, die die Bildung von Ferrit und Perlit verlangsamt. Dadurch hat Martensit mehr Zeit, sich zu bilden.
Verzögerung der Phasenumwandlung: Durch die Verlangsamung der γ→α-Umwandlung sorgt Bor dafür, dass dickere Abschnitte, wie beispielsweise Autotürträger, auch bei mäßigen Abschreckgeschwindigkeiten gleichmäßig aushärten können.
Borgehalt & Härtbarkeit
Diese Tabelle zeigt den genauen Zusammenhang zwischen Borgehalt und Härtbarkeit.
Bor-Level | Wirkung | Industrielle Auswirkungen |
< 0,0003% (3 ppm) | Zu niedrig: Unvollständige Kornbedeckung | Fleckige Verhärtung |
0,0003–0,003% (3–30 ppm) | Ideal: Vollständige martensitische Umwandlung | Erreicht eine Festigkeit von 1.500 MPa in heißgeprägten Teilen |
> 0,003% (30 ppm) | Überschuss: Es bilden sich Fe₂₃(CB)₆-Niederschläge | Spröde Zonen, 15% geringere Schlagzähigkeit |
> 0,007% (70 ppm) | Gefährlich: Heißrisse beim Walzen | Verschrottete Knüppel |
Borstahl – Weitere Eigenschaften
Unübertroffenes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht
Borstahl erreicht nach dem Warmumformen Zugfestigkeiten von über 1.500 MPa. Dies ermöglicht dünnere und leichtere Bauteile ohne Beeinträchtigung der strukturellen Integrität.
Thermische Stabilität unter Belastung
Behält 90% seine Streckgrenze bei Temperaturen bis zu 400 °C und ist daher ideal für Motorlager, Abgassysteme und Industrieanlagen, die zyklischer Erwärmung ausgesetzt sind.
Kontrollierte Sprödigkeit
Der präzise Borgehalt (optimiert auf 0,0015–0,003%) minimiert die Korngrenzenversprödung.
Die SteelPro Group führt strenge metallurgische Kontrollen durch, um Fe₂B-Ausfällungen zu vermeiden und so eine ausgewogene Duktilität für das Stanzen und die Absorption von Crashenergie zu gewährleisten.
Kostengünstiges Legieren
Bor ersetzt teure Elemente wie Chrom oder Vanadium. Beispielsweise ist 0,003% B ≈ 0,4% Cr härtbar, was die Materialkosten drastisch senkt und gleichzeitig strenge Leistungsstandards erfüllt.
Borstahlanwendungen
- Fahrzeugsicherheit: Aufprallsichere Türträger, B-Säulen und Batterieabdeckungen für Elektrofahrzeuge.
- Industrielle Verschleißteile: Bohrer für den Bergbau, Gabelstaplerarme.
- Luft- und Raumfahrt & Verteidigung: Fahrwerkskomponenten, gepanzerte Platten.
- Energieinfrastruktur: Steuerstäbe von Kernreaktoren (Neutronenabsorption), Wellen von Windturbinen.
- Verbrauchertechnologie: Luxus-Uhrengehäuse, Smartphone-Rahmen.
Borstahl vs. borierter Stahl: Hauptunterschiede
Borstahl ist mit Spuren von Bor legiert (0,001–0,003%), während borierter Stahl einer Oberflächenbehandlung unterzogen wird, um eine borreiche Außenschicht zu bilden. Der Hauptunterschied liegt in der Rolle von Bor: innere Legierung oder Oberflächenmodifizierung.
Aspekt | Borstahl | Borierter Stahl |
Borgehalt | 0,001–0,003% | 1–15% |
Bor-Präsenz | Homogen in der Hauptlegierung gelöst. | Konzentriert in einer Oberflächenschicht. |
Primäre Funktion | Verbessert die Härtbarkeit und die Festigkeit. | Verbessert die Oberflächenhärte (bis zu 2000 HV) und die Verschleißfestigkeit. |
Verarbeitung | Wird während des Schmelzens hinzugefügt; keine Nachbehandlung erforderlich. | Erfordert Borieren (Packdiffusions-, Plasma- oder Pastenverfahren). |
Anwendungen | Strukturkomponenten (Autos, Maschinen). | Verschleißanfällige Teile (Zahnräder, Ventile, Schneidwerkzeuge). |
Kosteneffizienz | Niedrige Legierungskosten; Massenproduktion. | Höhere Verarbeitungskosten; ideal für Nischenanwendungen. |
Einschränkungen | Sprödigkeit, wenn der Borgehalt 0,003% übersteigt. | Die dünne Boridschicht begrenzt die Tragfähigkeit. |
Was ist borierter Stahl?
Borierter Stahl wird durch ein Verfahren namens Borieren hergestellt. Dabei werden der Stahloberfläche bei Temperaturen zwischen 800 und 1050 °C Boratome zugesetzt. Dadurch entsteht eine harte, verschleißfeste Eisenboridschicht (Fe₂B/FeB) mit einer Dicke von bis zu 200 μm, während die Innenseite unbehandelt bleibt.
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