文档介绍：第3章微合金元素在钢中的作用
铌的理化特性与资源
铌是元素周期表第五周期VB族元素,元素符号Nb,原子序数41,,为难熔稀有色金属。
金属为钢灰色,体心立方结构, g/cm3,熔点2468℃,沸点47420℃。
%,海水中铌含量为1×10-9%。,已发现铌矿物约130种,获工业应用的矿物7种。
世界铌探明储量以氧化铌计约为3800万t,巴西为世界最大铌资源,查明储量2300万t。包头白云鄂博铁稀土铌综合金属矿,是中计,上述铌储量可供世界使用500年甚至1000年。
我国的铌资源有两个不利特点:一是铌矿石品位偏低;二是共生矿物复杂。我国Nb-Fe年生产能力仅40~60t。其它铌制品合计也只在50t左右。
2010年我国Nb-Fe消费量约为10,000t,消费强度将增长到每吨粗钢用Nb-Fe 30g。
钒的理化特性与资源
钒是元素周期表第四周期VB族元素,元素符号V,原子序数23,,熔点1887℃,沸点3377℃,。
致密钒为钢灰色,具有良好的可塑性和可锻性。钒原子的外电子层构型为;3d24s2,有-3、-2、-1和+1~+5共8种价态,其中+5价的化合物最稳定。
钒和钒化合物具有一定毒性,其中尤以+5价化合物毒性最大。
%,已发现钒矿物约70种。
,主要产地为南非、俄罗斯、芬兰、美国、中国。钒广泛存在于铁矿、石油、页岩和铀、磷、铅矿物中。钒钛磁铁矿是生产钒的主要资源。
我国是世界第三大产钒国,攀枝花V-Ti磁铁矿中,已探明V-Ti磁铁矿有近100万t,约占全国各类铁矿总储量1/5,占世界V-Ti磁铁矿储量的l/4。含V2O5 2000万t,占世界钒储量的58%。
钛的理化特性与资源
钛是元素周期表第四周期ⅣB族元素,元素符号Ti,原子序数22,。
钛熔点1660℃,沸点3287℃, g/cm3,为银白色金属。高温下钛容易与氧、氮、氢、水汽、氨、CO、CO2等气体反应。
%,海水含钛1×10-7%,已知钛矿物约140种,但工业应用的主要是钛铁矿(FeTiO3)、金红石(Ti02)、白钛矿(CaTiSiO2)、锐钛矿等少数几种矿。
,,占93%;,占7%。世界钛铁矿集中在加拿大、挪威、南非和美国。我国的钛矿主要分布在四川攀枝花地区,该地区的V-Ti磁铁矿含Ti02 78000万t,%,%。
稀土的特性与资源
稀土元素因其独特的电子壳结构而具有极强的化学活性,4f壳层结构的能价态可变和大原子尺寸,是钢极强的净化剂和洁净钢夹杂物的有效变质剂,是有效控制钢中弱化源、降低局域区能态和钢局域弱化的强抑制剂。
我国稀土的储量占世界的80%,稀土金属、稀土氧化物等原材料的产量居世界首位。
V、Nb、Ti的化合物
V、Nb、Ti均属于过渡族金属。
过渡族金属原子与C原子交互作用时,C原子将其价电子输送到金属原子未填满电子的次d亚电子层的轨道,与金属原子中的价电子结合成金属键,与此同时,部分C原子可与金属原子产生共价键。
因而,所形成的碳化物同时具有金属键和共价键的性质。d亚电子层的电子越欠缺,碳化物键的结合力越强,所构成的碳化物越稳定。V、Nb、Ti元素与C相结合的化学亲和力都比较强,均属于强碳化物形成元素。
V、Nb、Ti化合物的晶体结构
由于V、Nb、Ti碳化物中,,因此,其碳化物均属于简单点阵碳化物(即间隙相)。一般为面心立方结构,但也存在密集六方结构的碳化物。
在面心立方点阵结构中,正八面体的间隙中并不都存有C原子。由于C原子的缺位,其碳化物相就不存在严格的化学式,点阵常数,以及它的硬度也是在一定的范围变化。
V、Nb、Ti化合物的化学式
V的碳化物中,C原子是在43~50%(原子数)的浓度范围内波动,其化学式可在VC~。但是,钢中V的碳化物组成倾向于这个范围的最低值,故常用V4C3来表示。含V中碳钢与含V低碳钢中沉淀相的晶体结构是相同的。
Nb、Ti碳化物中,C原子浓度范围分别是20~50%和25~50%。这些碳化物的化学式,~~。
V、Nb、Ti元素均可与N元素产生化学交互作用生成氮化物,故V、Nb、Ti也可叫做氮化物生成元素。它们的氮化物具有与碳化物相同的生成规律