鈮的簡(jiǎn)要介紹

1、第一節(jié) 鈮的基本知識(shí)1.1元素簡(jiǎn)介鈮是一種化學(xué)元素?；瘜W(xué)符號(hào)Nb，原子序數(shù)41，原子量92.90638，屬第5周期第5B族。1801年英國(guó)C.哈切特從鈮鐵礦中分離出一種新元素的氧化物，并命名該元素為niobium（中譯名鈳）。鈮是一種銀灰色、具有順磁性，質(zhì)地較軟且具有延展性的稀有高熔點(diǎn)金屬。高純度鈮金屬的延展性較高，但會(huì)隨雜質(zhì)含量的增加而變硬。常溫下，鈮在地殼中的含量為20 ppm，鈮資源分布也相對(duì)集中。由于鈮具有良好的超導(dǎo)性、熔點(diǎn)高、耐腐蝕、耐磨等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到鋼鐵、超導(dǎo)材料、航空航天、原子能等領(lǐng)域。元素符號(hào)：Nb元素英文名稱(chēng)：niobium元素類(lèi)型：金屬元素原子體積：10.87 (立方

2、厘米/摩爾)元素在太陽(yáng)中的含0.004(ppm)元素在海水中的含量：0.0000009 (ppm)地殼中含量：20（ppm）相對(duì)原子質(zhì)量：92.90638原子序數(shù)：41所屬周期：5所屬族數(shù)：VB電子層排布：2-8-18-11-2晶體結(jié)構(gòu)：晶胞為體心立方晶胞，每個(gè)晶胞含有2個(gè)金屬原子。晶胞參數(shù)：a = 330.04 pm，b =330.04 pm，c=330.04 pm，=90，=90，=90氧化態(tài)：Nb（+5,-3,-1,+1,+2,+3+4）莫氏硬度：6聲音在鈮中的傳播速率：3480（m/S）電離能 (kJ /mol)M - M+ 664，M+ - M2+ 1382，M2+ - M3+ 24

3、16，M3+ - M4+ 3695，M4+ - M5+ 4877 M5+ - M6+ 9899，M6+ - M7+ 121001.2物理性質(zhì)鈮是灰白色金屬，熔點(diǎn)2468，沸點(diǎn)4742，密度8.57克/立方厘米。鈮是一種帶光澤的灰色金屬，具有順磁性，屬于元素周期表上的5族。高純度鈮金屬的延展性較高，但會(huì)隨雜質(zhì)含量的增加而變硬。它的最外電子層排布和其他的5族元素非常不同。同樣的現(xiàn)象也出現(xiàn)在前后的釕（44）、銠（45）和鈀（46）元素上。鈮在低溫狀態(tài)下會(huì)呈現(xiàn)超導(dǎo)體性質(zhì)。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下，它的臨界溫度為9.2K，是所有單質(zhì)超導(dǎo)體中最高的。其磁穿透深度也是所有元素中最高的。鈮是三種單質(zhì)第II類(lèi)超導(dǎo)體之一

4、，其他兩種分別為釩和锝。鈮金屬的純度會(huì)大大影響其超導(dǎo)性質(zhì)。鈮對(duì)于熱中子的捕獲截面很低，因此在核工業(yè)上有相當(dāng)?shù)挠锰帯?.3化學(xué)性質(zhì)鈮金屬室溫下在空氣中是極其穩(wěn)定的，不與空氣作用。雖然它在單質(zhì)狀態(tài)下的熔點(diǎn)較高（2468C），但其密度卻比其他難熔金屬低。鈮還能抵御各種侵蝕，并能形成介電氧化層。室溫下鈮在空氣中穩(wěn)定，在氧氣中紅熱時(shí)也不被完全氧化，高溫下與硫、氮、碳直接化合，能與鈦、鋯、鉿、鎢形成合金。不與無(wú)機(jī)酸或堿作用，也不溶于王水，但可溶于氫氟酸。鈮的氧化態(tài)為-1、+ 2、+3、+4和+5，其中以+5價(jià)化合物最穩(wěn)定。鈮的電正性比位于其左邊的鋯元素低。其原子大小和位于其下方的鉭元素原子幾乎相同，這是鑭

5、系收縮效應(yīng)所造成的。這使得鈮的化學(xué)性質(zhì)與鉭非常相近。雖然它的抗腐蝕性沒(méi)有鉭這么高，但是它價(jià)格更低，也更為常見(jiàn)，所以在要求較低的情況下常用以代替鉭，例如作化工廠化學(xué)物槽內(nèi)涂層物料。1.4鈮的制取金屬鈮可用電解熔融的七氟鈮酸鉀制取，也可用金屬鈉還原七氟鈮酸鉀或金屬鋁還原五氧化二鈮制取。純鈮在電子管中用于除去殘留氣體，鋼中摻鈮能提高鋼在高溫時(shí)的抗氧化性，改善鋼的焊接性能。鈮還用于制造高溫金屬陶瓷。1.5化合物鈮在很多方面都與鉭及鋯十分相似。它會(huì)在室溫下與氟反應(yīng)，在200C下與氯和氫反應(yīng)，以及在400C下與氮反應(yīng)，產(chǎn)物一般都是間隙非整比化合物。鈮金屬在200C下會(huì)在空氣中氧化，且能抵御熔融堿和各種酸的

6、侵蝕，包括王水、氫氯酸、硫酸、硝酸和磷酸等。不過(guò)氫氟酸以及氫氟酸和硝酸的混合物則可以侵蝕鈮。鹵化物鈮可以形成擁有+5和+4氧化態(tài)的鹵化物，以及各種亞化學(xué)計(jì)量化合物。五鹵化鈮（NbX5）含有八面體型鈮中心原子。五氟化鈮（NbF5）是一種白色固體，熔點(diǎn)為79.0C，而五氯化鈮（NbCl5則呈黃色），熔點(diǎn)為203.4C。兩者均可經(jīng)水解形成氧化物和鹵氧化物，例如NbOCl3。五氯化鈮也是一種具揮發(fā)性的試劑，可用于合成包括二氯二茂鈮（(C5H5)2NbCl2）在內(nèi)的各種有機(jī)金屬化合物。鈮的四鹵化物（NbX4）都是深色的聚合物，內(nèi)含鈮鈮鍵，如呈黑色、具吸濕性的四氟化鈮（NbF4）和棕色的四氯化鈮（NbCl

7、4）。鈮的鹵化物負(fù)離子也存在，這是因?yàn)殁壍奈妍u化物都是路易斯酸。最重要的一種為NbF7，它是鈮和鉭的礦物分離過(guò)程中的一個(gè)中間化合物。它比對(duì)應(yīng)的鉭化合物更易轉(zhuǎn)換為氧五氟化物。氮化物及碳化物氮化鈮（NbN）在低溫下會(huì)變成超導(dǎo)體，被用在紅外線探測(cè)器中。最主要的碳化鈮是NbC，其硬度極高，是一種耐火的陶瓷材料，可用作切割工具刀頭材料。1.6分布根據(jù)估算，鈮在地球地殼中的豐度為百萬(wàn)分之20，在所有元素中排列第33位。部分科學(xué)家認(rèn)為，鈮在整個(gè)地球中的含量更高，但因密度高而主要聚集在地核中。鈮在自然界中不以純態(tài)出現(xiàn)，而是和其他元素結(jié)合形成礦物。這些礦物一般也含有鉭元素，例如鈳鐵礦（即鈮鐵礦，(Fe,Mn)(

8、Nb,Ta)2O6）和鈳鉭鐵礦（(Fe,Mn)(Ta,Nb)2O6）。含鈮、鉭的礦物通常是偉晶巖和堿性侵入巖中的副礦物。其他礦物還有鈣、鈾和釷以及稀土元素的鈮酸鹽，例如燒綠石和黑稀金礦等。這些大型鈮礦藏出現(xiàn)在碳酸鹽巖（一種碳酸鹽、硅酸鹽火成巖）附近，亦是燒綠石的組成成份。巴西和加拿大擁有最大的燒綠石礦藏。兩國(guó)在1950年代發(fā)現(xiàn)這些礦藏，至今仍是鈮精礦的最大產(chǎn)國(guó)。世界最大礦藏位于巴西米納斯吉拉斯州阿拉沙的一處碳酸鹽侵入巖地帶，屬于CBMM（巴西礦物冶金公司）；另一礦藏位于戈亞斯，屬于英美資源，同樣是碳酸鹽侵入巖。以上兩個(gè)礦場(chǎng)的產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的75%。第三大礦場(chǎng)位于加拿大魁北克省薩格奈附近，產(chǎn)量

9、占世界7%。第二節(jié) 課題涉及名詞解釋2.1微合金化微合金化技術(shù)是近20年來(lái)出現(xiàn)的一種新型冶金技術(shù)，它是在鋼中加人極少量微合金元素，利用這些微合金化元素的強(qiáng)化作用，加之之以高純潔度冶煉工藝、無(wú)缺陷連鑄坯生產(chǎn)技術(shù)、控冷控軋手段，在盡可能少加或不加貴重合金元素(主要指Cr, Ni, Mo)的條件下，使鋼在熱軋狀態(tài)即可獲得高強(qiáng)度、高韌性、高可焊接性和良好的成型性能，該技術(shù)具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和推廣價(jià)值。常用的微合金化元素主要有Nb, V, Ti,B，它們?cè)阡撝械募尤肆恳话阍?.1%左右(B為0.001%左右)。這些元素可以固溶于鋼中，造成晶格的點(diǎn)陣畸變，從而起到固溶強(qiáng)化作用。但由于這些元素的加人量極少，

10、因而鋼材性能的提高主要不是依靠合金元素的固溶強(qiáng)化作用，而主要是由于Nb,V,Ti可以和C,N形成碳化物和氮化物從而引起晶粒細(xì)化和析出強(qiáng)化，這是這些微合金化元素強(qiáng)烈影響性能的原因所在。2.2鈮微合金化的作用Nb的作用：在超低碳貝氏體鋼（ULCB）的整個(gè)發(fā)展過(guò)程中，微量Nb起著獨(dú)特的作用。這類(lèi)鋼中C含量已經(jīng)降到0.05%，又不加入較多合金元素，因此強(qiáng)化主要靠位錯(cuò)強(qiáng)化，析出強(qiáng)化特別是組織強(qiáng)化。近年來(lái)的研究表明，微量Nb在超低碳貝氏體鋼（ULCB）中的作用，主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。1）微量Nb抑制變形再結(jié)晶行為，加劇變形奧氏體中的應(yīng)變積累，大幅度提高相變前組織中的位錯(cuò)密度。超低碳貝氏體鋼（ULCB）的

11、優(yōu)良綜合性能主要來(lái)自鋼的組織細(xì)化以及貝氏體中的高位錯(cuò)密度，再實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，首先需要在控軋過(guò)程中，在非再結(jié)晶區(qū)軋制時(shí)引入大量高密度畸變區(qū)，這些高密度畸變區(qū)在隨后的冷卻過(guò)程中成為相變核心，大幅度促進(jìn)相變組織細(xì)化。同時(shí)，要在發(fā)生切變形型貝氏體相變過(guò)程中，能把相當(dāng)一部分變形位錯(cuò)保留在貝氏體基體中，從而大幅度提高貝氏體基體強(qiáng)度。為了達(dá)到這一點(diǎn)，要求鋼種有相當(dāng)高的熱軋?jiān)俳Y(jié)晶終止溫度以及抑制冷卻時(shí)擴(kuò)散型鐵素體轉(zhuǎn)變的能力，合金成分設(shè)計(jì)充分考慮了Nb及NbB這方面的作用。2）微量Nb與B、Cu的復(fù)合作用加快了誘導(dǎo)析出，穩(wěn)定變形位錯(cuò)結(jié)構(gòu)。微量Nb加入貝氏體鋼中的第二個(gè)作用是，這類(lèi)鋼高溫非再結(jié)晶軋制階段會(huì)應(yīng)變誘導(dǎo)形

12、成極細(xì)的Nb（C、N）析出物。這些析出物主要析出在變形晶界及變形位錯(cuò)網(wǎng)上，它們阻礙了位錯(cuò)的恢復(fù)以及消失的過(guò)程，穩(wěn)定了位錯(cuò)結(jié)構(gòu)，為隨后冷卻過(guò)程相變形核提供更多機(jī)會(huì)，同時(shí)組織新相的長(zhǎng)大，最終細(xì)化組織。實(shí)驗(yàn)研究表明當(dāng)Nb和B、Cu綜合加入時(shí)，它們的綜合作用會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)析出過(guò)程加速，并且進(jìn)一步降低冷卻時(shí)的相變溫度，使最終組織進(jìn)一步細(xì)化。2.3高碳鋼高碳鋼（High Carbon Steel）常稱(chēng)工具鋼，含碳量從0.60%至1.70%，它的特點(diǎn)是硬而較脆，可以淬硬和回火。錘、撬棍等由含碳量0.75%的鋼制造；切削工具如鉆頭，絲攻，鉸刀等由含碳量0.90% 至1.00% 的鋼制造。高碳鋼在經(jīng)適當(dāng)熱處理或冷

13、拔硬化后，具有高的強(qiáng)度和硬度、高的彈性極限和疲勞極限(尤其是缺口疲勞極限)，切削性能尚可，但焊接性能和冷塑性變形能力差。由于含碳量高，水淬時(shí)容易產(chǎn)生裂紋，所以多采用雙液淬火(水淬+油冷)，小截面零件多采用油淬。這類(lèi)鋼一般在淬火后經(jīng)中溫回火或正火或在表面淬火狀態(tài)下使用。主要用于制造彈簧和耐磨零件。碳素工具鋼是基本上不加入合金化元素的高碳鋼，也是工具鋼中成本較低、冷熱加工性良好、使用范圍較廣的鋼種。2.4高碳鋼的性能特點(diǎn)高碳鋼的硬度、強(qiáng)度主要取決于鋼中固溶的碳量，并隨固溶碳量的增加而提高。固溶碳量超過(guò)0.6%時(shí)，淬火后硬度不再增加，只是過(guò)剩的碳化物數(shù)量增多，鋼的耐磨性略有增加，而塑性、韌性和彈性有

14、所降低。為此，常根據(jù)使用條件和對(duì)鋼的強(qiáng)度、韌性匹配來(lái)選用不同的鋼號(hào)。例如，制造受力不大的彈簧或簧式零件，可選擇較低碳量的65鋼。一般高碳鋼可用電爐、平爐、氧氣轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)。要求質(zhì)量較高或特殊質(zhì)量時(shí)可采用電爐冶煉加真空自耗或電渣重熔。冶熔時(shí)，嚴(yán)格控制化學(xué)成分，特別是硫和磷的含量。為減少偏析，提高等向性能，鋼錠可進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散退火(對(duì)工具鋼尤為重要)。熱加工時(shí)，過(guò)共析鋼的停鍛(軋)溫度要求低(約800)，鍛軋成材后應(yīng)避免粗大網(wǎng)狀碳化物的析出，在700以下應(yīng)注意緩冷，以防熱應(yīng)力造成裂紋。熱處理或熱加工過(guò)程中要防止表面脫碳(對(duì)彈簧鋼尤為重要)。熱加工時(shí)要有足夠的壓縮比，以保證鋼的質(zhì)量和使用性能。優(yōu)點(diǎn)：熱處理

15、后可以得到高的硬度(HRC60一65)和較好的耐磨性。退火狀態(tài)下硬度適中，具有較好的可切削性。原材料易得，生產(chǎn)成本低。缺點(diǎn)：熱硬性差，當(dāng)?shù)毒吖ぷ鳒囟却笥?00時(shí)，其硬度和耐磨性急劇下降。淬透性低。水淬時(shí)完全淬透的直徑一般僅為15一18mm;油淬時(shí)完全淬透的最大直徑或厚度(95%馬氏體)僅為6mm左右，并易變形開(kāi)裂。2.5珠光體珠光體是由奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變同時(shí)析出的，鐵素體與滲碳體片層相間的組織，是鐵碳合金中最基本的五種組織之一。19世紀(jì)中葉利用光學(xué)顯微鏡在碳素鋼中觀察到珠光體，后命名為珠光體。20世紀(jì)上半葉對(duì)珠光體轉(zhuǎn)變進(jìn)行了較多的研究，由于受觀察設(shè)備的限制，理論上研究不深人。20世紀(jì)下半葉，材

16、料學(xué)術(shù)界主要在馬氏體和貝氏體相變中的研究較為集中，由于珠光體轉(zhuǎn)變理論的研究缺乏迫切性，所以應(yīng)用有限。組成珠光體的相有鐵素體、滲碳體、合金滲碳體和各類(lèi)合金碳化物等。由于各相的形態(tài)不同，珠光體組織形貌十分復(fù)雜。珠光體組織有片狀、細(xì)片狀、極細(xì)片狀等;有點(diǎn)狀、粒狀、球狀、柱狀、纖維狀等;還有碳化物不規(guī)則形態(tài)的類(lèi)珠光體以及所謂“相間沉淀”等多種組織形態(tài)。2.6珠光體性能珠光體的性能介于鐵素體和滲碳體之間，強(qiáng)韌性較好。其抗拉強(qiáng)度為750900MPa，180280HBS，伸長(zhǎng)率為2025%，沖擊功為2432J。力學(xué)性能介于鐵素體與滲碳體之間，強(qiáng)度較高，硬度適中，塑性和韌性較好b=770MPa，180HBS，

17、=20%35%，AKU=2432J)。珠光體的綜合力學(xué)性能比單獨(dú)的鐵素體或滲碳體都好。珠光體的機(jī)械性能介于鐵素體和滲碳體之間，強(qiáng)度、硬度適中，并不脆，這是因?yàn)橹楣怏w中的滲碳體量比鐵素體量少得多的緣故。第三節(jié) 應(yīng)用舉例3.1應(yīng)用總述隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鈮的應(yīng)用在不斷增加，現(xiàn)在舉例如下。超導(dǎo)材料具有超導(dǎo)性能的元素不少，鈮是其中臨界溫度最高的一種。而用鈮制造的合金，臨界溫度高達(dá)絕對(duì)溫度十八點(diǎn)五到二十一度，是目前最重要的超導(dǎo)材料。人們?cè)?jīng)做過(guò)這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：把一個(gè)冷到超導(dǎo)狀態(tài)的金屬鈮環(huán)，通上電流然后再斷開(kāi)電流，然后，把整套儀器封閉起來(lái)，保持低溫。過(guò)了兩年半后，人們把儀器打開(kāi)，發(fā)現(xiàn)鈮環(huán)里的電流仍在流動(dòng)，而

18、且電流強(qiáng)弱跟剛通電時(shí)幾乎完全相同。從這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以看出，超導(dǎo)材料幾乎不會(huì)損失電流。如果使用超導(dǎo)電纜輸電，因?yàn)樗鼪](méi)有電阻，電流通過(guò)時(shí)不會(huì)有能量損耗，所以輸電效率將大大提高。高溫合金世界上很大一部份鈮以純金屬態(tài)或以高純度鈮鐵和鈮鎳合金的形態(tài)，用于生產(chǎn)鎳、鉻和鐵基高溫合金。這些合金可用于噴射引擎、燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭組件、渦輪增壓器和耐熱燃燒器材。鈮在高溫合金的晶粒結(jié)構(gòu)中會(huì)形成相態(tài)。這類(lèi)合金一般含有最高6.5%的鈮。Inconel 718合金是其中一種含鈮鎳基合金，各元素含量分別為：鎳50%、鉻18.6%、鐵18.5%、鈮5%、鉬3.1%、鈦0.9%以及鋁0.4%。應(yīng)用包括作為高端機(jī)體材料，如曾用于雙

19、子座計(jì)劃。鈮基合金C-103合金是1960年代初由華昌公司和波音公司共同研發(fā)的鈮合金。由于冷戰(zhàn)和太空競(jìng)賽的緣故，杜邦、美國(guó)聯(lián)合碳化物、通用電氣等多個(gè)美國(guó)公司都在同時(shí)研發(fā)鈮基合金。鈮和氧容易反應(yīng)，所以生產(chǎn)過(guò)程需在真空或惰性氣體環(huán)境下進(jìn)行，這大大增加了成本和難度。真空電弧重熔（VAR）和電子束熔煉（EBM）是當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的生產(chǎn)過(guò)程，促使了各種鈮合金的發(fā)展。1959年起，研究項(xiàng)目在測(cè)試了“C系”（可能取了舊名鈳“Columbium”的首字母）中共256種鈮合金后，終于制得了C-103。這些合金都可熔化成顆粒狀或片狀。醫(yī)療應(yīng)用鈮在外科醫(yī)療上也占有重要地位，它不僅可以用來(lái)制造醫(yī)療器械，而且是很好的“生物適

20、應(yīng)性材料”。比如說(shuō)吧，用鈮片可以彌補(bǔ)頭蓋骨的損傷，鈮絲可以用來(lái)縫合神經(jīng)和肌腱，鈮條可以代替折斷了的骨頭和關(guān)節(jié)，鈮絲制成的鈮紗或鈮網(wǎng)，可以用來(lái)補(bǔ)償肌肉組織在醫(yī)院里，還會(huì)有這樣的情況：用鉭條代替人體里折斷了的骨頭之后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，肌肉居然會(huì)在鈮條上生長(zhǎng)起來(lái)，就像在真正的骨頭上生長(zhǎng)一樣。鋼鐵應(yīng)用在鋼的各種微合金化元素中，廢鈮是最有效的微合金化元素，鈮的作用如此之大，以至于鐵原子中含有豐富的鈮原子，就能達(dá)到改善鋼性能的目的。實(shí)際上鋼中加入0.001%0.1%的鈮，就足以改變鋼的力學(xué)性能。例如：當(dāng)加入0.1%的合金化元素時(shí)，提高鋼的屈服強(qiáng)度依次為：鈮118MPa;釩71.5MPa;鉬40MPa;錳17

21、.6MPa;鈦為零。實(shí)際上鋼中只需加入0.03%0.05%Nb，鋼的屈服強(qiáng)度便可提高30%以上。而鋼的成本每噸僅增1美元。電瓷鈮酸鋰是一種電鐵性物質(zhì)，在手提電話和光調(diào)變器中以及表面聲波設(shè)備的制造上有廣泛的應(yīng)用。它的晶體結(jié)構(gòu)屬于ABO3型，與鉭酸鋰和鈦酸鋇相同。鈮可以代替鉭電容器中的鉭，降低成本，但鉭電容器仍較為優(yōu)勝。3錢(qián)幣在錢(qián)幣上，鈮有時(shí)會(huì)與金和銀一起用在紀(jì)念幣上作貴重金屬。例如，奧地利自2003年起，生產(chǎn)了一系列銀鈮歐羅幣，其顏色是陽(yáng)極化過(guò)程形成的氧化物表層衍射所產(chǎn)生的。2012年，共有十種中心顏色不同的錢(qián)幣，共包括藍(lán)、綠、棕、紫和黃。另外含有鈮的錢(qián)幣還有2004年的奧地利賽梅林鐵路150周

22、年紀(jì)念幣，以及2006年歐洲衛(wèi)星導(dǎo)航紀(jì)念幣。2011年，加拿大皇家造幣廠開(kāi)始鑄造稱(chēng)為“狩獵月”（Hunters Moon）的5加元純銀和鈮幣。其中的鈮經(jīng)過(guò)特殊的氧化過(guò)程，所以沒(méi)有兩件成品是完全一樣的。3其他鈮（或摻有1%鋯）是高壓鈉燈電弧管的密封材料，因?yàn)殁壍臒崤蛎浵禂?shù)與經(jīng)燒結(jié)的礬土弧光燈陶瓷材料非常相近。這種用于鈉燈的陶瓷可以抵御化學(xué)侵蝕，也不會(huì)與燈內(nèi)的高溫鈉液體和氣體產(chǎn)生還原反應(yīng)。鈮也被用在電弧焊條上，用來(lái)焊接某些穩(wěn)定化不銹鋼。3.1鈮微合金化高碳鋼研究1）微合金化在中高碳鋼中的應(yīng)用高碳鋼一般指碳含量在含碳量從0.60%至1.70%的鋼，主要用于高強(qiáng)度、抗疲勞、耐磨損以及非焊接鋼結(jié)構(gòu)。以及

23、非焊接鋼結(jié)構(gòu)。生產(chǎn)高質(zhì)量、高附加值鋼材，TMCP(或TSC+AN)與微合金化元素Nb, V, Ti聯(lián)合應(yīng)用是必不可少的。中高碳鋼幾乎專(zhuān)門(mén)用于軌鋼生產(chǎn)，鈮的加入鋼軌鋼可細(xì)化鋼軌鋼中的珠光體團(tuán)，使得珠光體的片層間距減小，從而提高鋼軌鋼的耐磨性，且Nb, V的沉淀同時(shí)還能提高鐵素體片的強(qiáng)度。在硬線材的生產(chǎn)中，含V鋼較不含V鋼在細(xì)化珠光體團(tuán)和鐵素體多變化細(xì)化晶粒以及強(qiáng)化鐵素體和珠光體的鐵素體片上更為優(yōu)越。而Nb在高速先線材生產(chǎn)中的應(yīng)用較V廣泛，包括中碳螺紋鋼筋，而固溶Nb能有效的阻止再結(jié)晶后而阻止晶粒的長(zhǎng)大，這對(duì)高速鋼大變形量生產(chǎn)中保證晶粒不被長(zhǎng)大的前提下提高變形溫度大有益處。2）合金元素對(duì)珠光體相變

24、的作用共析碳鋼的微觀組織為珠光體，珠光體相變是過(guò)冷奧氏體在A1-500的高溫發(fā)生的分解為鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物的典型的擴(kuò)散型相變。隨著微合金化的普遍應(yīng)用，人們將合金元素對(duì)珠光體相變的影響也進(jìn)行了研究。而合金元素對(duì)珠光體在動(dòng)力學(xué)上的影響主要表現(xiàn)在形核率和晶體的長(zhǎng)大速度。大部分合金元素都有推遲珠光體相變的作用，其中Ni, Mn, Mo因?yàn)樵诤艽蟪潭壬显龃罅诉^(guò)冷奧氏體在珠光體相變區(qū)域的熱力徐穩(wěn)定性，即增大了相變的孕育期，故其作用尤為顯著，而Si卻稍有增大過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性的作用，對(duì)珠光體轉(zhuǎn)變速度的影響較小，AI對(duì)珠光體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)的影響很小，強(qiáng)碳化物形成元素如V, Ti, Zr,Nb , Ta等在鋼

25、中會(huì)形成難容的碳氮化物，在低于此類(lèi)碳氮化物的全固溶溫度加熱時(shí)，由于未能完全溶解，故反而會(huì)降低過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性。2）Nb含量對(duì)高碳鋼組織和性能的影響Nb在低碳鋼中的作用已研究的相當(dāng)廣泛和深入，加入適量Nb可細(xì)化晶粒，提高晶粒粗化溫度，即可提高其在高溫區(qū)的奧氏體晶粒穩(wěn)定性。普通低合金鋼加入微量Nb，可提高屈服強(qiáng)度和沖擊韌性，降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度，改善其可焊性。在高碳鋼中加入微量Nb也能起到良好的效果。近年來(lái)，我國(guó)微合金化技術(shù)和含妮鋼生產(chǎn)取得了快速發(fā)展，Cr-Nb軌的開(kāi)發(fā)也取得了良好的效果。研究結(jié)果如下: Nb有利于高碳鋼中鐵素體析出，隨著Nb含量的增加其影響越明顯;Nb的加入可使珠光體的片層變的短小、不規(guī)則。Nb的加入使得鋼的強(qiáng)度降低，韌性變好，微量的Nb就能起到明顯的作用，繼續(xù)加入效果增長(zhǎng)不明顯。高碳鋼中加入Nb，可使其CCT曲線向右下方移動(dòng)，但是Nb含量的增加對(duì)珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)的影響不大;在相同冷速條件下，含鈮鋼珠光體片層細(xì)化。3）鈮微合金化高碳鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變高碳鋼線材是生產(chǎn)制繩用高強(qiáng)度鋼絲的重要原材料。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的高碳鋼線材普遍存在抗拉強(qiáng)度低、塑韌性差、拉拔過(guò)程