鈮在耐磨鋼板中的作用及其它應用
鈮是化學周期表的第41位元素,相對原子量為92.90638,為閃亮的銀白色金屬,純凈時較軟,易形成氧化物,熔點為2741K,沸點為5015K。鈮與鉭屬于同族元素,具有相近的物理和化學性質,而且又共同生長在同一個礦體內,因而被人們稱為金屬中的"孿生兄弟"。
鈮的化學性質極其穩定,不僅不怕硝酸、鹽酸,也不怕王水。鈮具有抗壓、耐磨損的特性,是卓越的超導材料。在自然狀態中,鈮元素一般存在于鈮礦,鈮-鉭礦,燒綠石和黑稀金礦中。在現代工業中,鈮被廣泛應用于鋼鐵、高溫合金、非晶、磁性材料、鑄造、光學等行業中。
下游應用十分廣泛
鈮的應用始于上世紀二十年代,當時人們在工具鋼中加鈮以替代部分鎢。1933年,鈮作為穩定劑第一次被應用于固定奧氏體不銹鋼中的組織間隙原子。1940年,鈮被加入高溫合金以生產汽輪機。之后,隨著科技、經濟的迅猛發展,鈮開始在越來越多的領域中被應用。
目前,鈮主要應用于鋼鐵行業,其最重要的用途是作為微合金化元素用來生產低合金高強調鋼。此外,鈮在高溫合金、鑄造、非晶及磁性材料、超導材料、精細陶瓷、光學玻璃等行業也得到廣泛應用。
鈮在鋼鐵行業的應用
鋼鐵行業每年需要大量的鈮。在鋼鐵產品中加入鈮,可大大提高產品的強度、韌性并改善焊接性能。鋼鐵產品主要可分為“扁平材”和“長條材”。在扁平材產品中,鈮被廣泛應用于高強度鋼板、熱軋帶鋼或冷軋帶鋼等;在長條材產品中,建筑用型材、鐵路鋼軌、混凝土鋼筋及工程用棒線材等加入鈮后,產品性能均有大幅提高。
鈮在高溫耐磨鋼板的應用
鈮是密度最小的難熔金屬。鈮與其他元素(如鎳、鈦、鉿、鋯、鉭、錫等)合金化可生產具有非常理想工程性能的材料。大量的高溫合金被應用于各類高溫或腐蝕環境中,其中最重要的成員是Inconel 718,這是一種含5.3~5.5wt% 鈮的鎳基合金。這種含鈮的鎳基合金是民用和軍用噴氣發動機生產的主要材料。其他重要的含鈮鎳基合金有Inconel 706(3%wt)和Inconel 625(3.5%wt)。
鈮基合金作為難熔材料大量用于航天工業。在此領域中,最重要的合金叫C-103(鈮-鉿-鈦合金),主要用于火箭推進器和火箭噴嘴。現在由于發射衛星活動的增多,對此種合金的需求大幅增加。
鈮與1%鋯的合金可用于制做高效高強鈉蒸氣街燈的精密支架,使這些小部件具有高的熱強性、優良的成形性和耐鈉蒸氣腐蝕的性能。鈮與鋯(2.5%)的合金主要用在CANDU型重水核反應器中。這種合金的高形變能力可以使反應器的壁厚減少,從而獲得更好的中子效率。美國核潛艇的核反應器上就使用這種合金。
鈮與其它金屬結合的其它應用的例子還有:鍍鉑的鈮陽極線,用于大型近海平臺和鋼筋混凝土結構的陰極保護;純鈮箔,用于生產人工合成金剛石;鈮鈦無火花部件,用于礦山機械;鈮金屬作為濺射靶,用于建筑玻璃、刀片以及電子產品;鈮鈦合金,用于外科移植。
鈮在鑄造行業的應用
在鑄鐵中用鈮是較新的技術,產品主要應用于汽車的汽缸蓋,活塞環和剎車片。在鑄造應用中,鈮的主要作用為形成堅硬的碳化物(對耐磨有益)和改變石墨片的形貌和尺寸。
鈮作為微合金添加元素,可使鋼鑄件同時提高強度和韌性,已經開發的用途有:鋼錠模、熔渣罐、軋機的支持輥、采油平臺的節點及機械部件等。