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铌在耐磨钢板中的作用及其它应用

2019-11-25

        铌是化学周期表的第41位元素,相对原子量为92.90638,为闪亮的银白色金属,纯净时较软,易形成氧化物,熔点为2741K,沸点为5015K。铌与钽属于同族元素,具有相近的物理和化学性质,而且又共同生长在同一个矿体内,因而被人们称为金属中的"孪生兄弟"。

  铌的化学性质极其稳定,不仅不怕硝酸、盐酸,也不怕王水。铌具有抗压、耐磨损的特性,是卓越的超导材料。在自然状态中,铌元素一般存在于铌矿,铌-钽矿,烧绿石和黑稀金矿中。在现代工业中,铌被广泛应用于钢铁、高温合金、非晶、磁性材料、铸造、光学等行业中。

  下游应用十分广泛

  铌的应用始于上世纪二十年代,当时人们在工具钢中加铌以替代部分钨。1933年,铌作为稳定剂第次被应用于固定奥氏体不锈钢中的组织间隙原子。1940年,铌被加入高温合金以生产汽轮机。之后,随着科技、经济的迅猛发展,铌开始在越来越多的领域中被应用。

  目前,铌主要应用于钢铁行业,其重要的用途是作为微合金化元素用来生产低合金高强调钢。此外,铌条厂家生产的铌在高温合金、铸造、非晶及磁性材料、超导材料、精细陶瓷、光学玻璃等行业也得到广泛应用。

  铌在钢铁行业的应用

  钢铁行业每年需要大量的铌。在钢铁产品中加入铌,可大大提高产品的强度、韧性并改善焊接性能。钢铁产品主要可分为“扁平材”和“长条材”。在扁 平材产品中,铌被广泛应用于高强度钢板、热轧带钢或冷轧带钢等;在长条材产品中,建筑用型材、铁路钢轨、混凝土钢筋及工程用棒线材等加入铌后,产品性能均 有大幅提高。

  铌在高温耐磨钢板的应用

  铌是密度小的难熔金属。铌与其他元素(如镍、钛、铪、锆、钽、锡等)合金化可生产具有非常理想工程性能的材料。大量的高温合金被应用于各类高 温或腐蚀环境中,其中重要的成员是Inconel 718,这是一种含5.3~5.5wt% 铌的镍基合金。这种含铌的镍基合金是民用和军用喷气发动机生产的主要材料。其他重要的含铌镍基合金有Inconel 706(3%wt)和Inconel 625(3.5%wt)。

  铌基合金作为难熔材料大量用于航天工业。在此领域中,重要的合金叫C-103(铌-铪-钛合金),主要用于火箭推进器和火箭喷嘴。现在由于发射卫星活动的增多,对此种合金的需求大幅增加。

  铌与1%锆的合金可用于制做高效高强钠蒸气街灯的精密支架,使这些小部件具有高的热强性、优良的成形性和耐钠蒸气腐蚀的性能。铌与锆 (2.5%)的合金主要用在CANDU型重水核反应器中。这种合金的高形变能力可以使反应器的壁厚减少,从而获得更好的中子效率。美国核潜艇的核反应器上 就使用这种合金。

  铌与其它金属结合的其它应用的例子还有:镀铂的铌阳极线,用于大型近海平台和钢筋混凝土结构的阴极保护;纯铌箔,用于生产人工合成金刚石;铌钛无火花部件,用于矿山机械;铌金属作为溅射靶,用于建筑玻璃、刀片以及电子产品;铌钛合金,用于外科移植。

  铌在铸造行业的应用

  在铸铁中用铌是较新的技术,产品主要应用于汽车的汽缸盖,活塞环和刹车片。在铸造应用中,铌的主要作用为形成坚硬的碳化物(对耐磨有益)和改变石墨片的形貌和尺寸。

  铌作为微合金添加元素,可使钢铸件同时提高强度和韧性,已经开发的用途有:钢锭模、熔渣罐、轧机的支持辊、采油平台的节点及机械部件等。

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