铌元素对钢的影响.
铌在特殊钢中的应用
铌在特殊钢中的应用中信微合金化技术中心专家委员会孟繁茂摘要本文综述了铌在特殊钢中的应用，重点介绍了铌、钒、钛的冶金特性及其应用原理，提出铌在我国特殊钢品种结构调整、性能优化的应用及其重要性。
关键词铌、微合金化、特殊钢Niobium Application In Special SteelsMENG Fanmao(Expert Committee of CITIC Microalloy Technology Center)Abstract This paper discusses Niobium application in sp ecial steels and introduces the metallurgical characteristics of Nb, V, and Ti and related application theories. It also voices the i mportance of Nb in the aspects of product mix adjustment and proper ty optimization of special steels.Key Words Niobium, Microalloying, Special Steels一、迎接WTO的挑战WTO就要来临了，我国即将加入世贸，这是大好形势。
“山雨欲来，风满楼”，各行各业都在准备迎接世界经济洪流进入我国市场的挑战。
特钢行业也不例外。
近期，关于特殊钢生产现状和特殊钢如何发展的专论文章，连篇累牍。
问题的焦点是我国特殊钢怎样赶上世界先进水平；不外乎引进先进的冶金装备、改造旧设备，实行集约化生产等等。
本文诣在介绍铌在特殊钢中应用和产品性能优化成果，开发新品种趋势，为我国的特殊钢的生产发展，从一个侧面提供知识资源，供钢材生产厂，特钢产品制作厂以及最终用户使用，开发新产品参考应用。
二、现代钢特点现代钢生产的三大技术是材质纯净化，晶粒细化，尺寸精确化。
铌在中高碳钢中的作用
▪ 碳的影响主要集中于温度项，即固溶度积对数-倒数直线 的斜率将发生变化，碳含量的影响在高温区（1050℃以上） 较小而低温区（1050℃以下）较大；即在低温区1%碳含 量可使固溶度积增大一个数量级以上，而高温区则将小于 一个数量级
▪ 高碳钢中铌在高温下仍具有一定的固溶度，1200℃时可固 溶约0.02%，800~900℃可固溶数ppm。
研究进展2：铌在晶体缺陷的偏聚
▪ 室温下铌的原子直径为0.2941nm，铁的原子直径为 0.25537nm，相差15%左右，固溶于铁基体中的铌会造成较 大的晶格畸变；为减小系统自由能，铌原子将会偏聚到晶 体缺陷如晶界、位错处
中共析碳含量降低，故先共析铁素体的量较计算值少。而含铌钢中的先共析铁 素体较无铌钢的多，且随着Nb含量的增加先共析铁素体量增多，表明Nb的加 入使共析碳含量升高，共析点右移。
铌提高共析碳含量的应用
▪ 钢中主要合金元素固溶后均使共析碳含量降低， 铌的特殊作用将使其具有非常重要的应用价值
0.78%C-0.064%Nb steel, annealed state
铌提高共析碳含量
▪ 根据过量的先共析铁素体量可计算出含铌钢中共析 点的碳含量，结果为：0.04% Nb钢 0.8815% ， 0.064% Nb 钢 0.8893% 。扣除NbC占用的碳后可得： 0.04% Nb钢 0.8810% ，0.064% Nb 钢 0.8885%。
研究进展1：碳对碳化铌在奥氏体中的固 溶度积公式的影响
根据我们的热力学研究结果，完全基于二元系相图和 纯物质的热力学数据，可得到不含任何合金元素的铁基 体中NbC的固溶度积公式为：
铌、钽应用领域
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟铌、钽应用领域由于铌和钽性质相近，作为功能材料和结构材料多数情况下有共同的应用领域或可以相互代用。
但实际上，由于资源差别和性质上较小的差异，在主要应用领域、用量等方面则有很大差别。
铌资源丰富、生产量和消费量都很大；钽资源量小、生产量和消费量均较小。
下面是钽和铌的主要应用领域：一、电子工业：金属钽表面生成的致密氧化膜，具有单向导电的阀金属性质，适合生产高可靠、长寿命的电容器，广泛用于军事设备和高技术领域如导弹、雷达、电视机、电子计算机、手机等。
2000 年世界生产了钽电容器240 亿支。
二、钢铁工业：世界85％～90％的铌以铌铁形式用于钢铁生产。
铌是钢的微合金化元素的佼佼者，当加入0.1％合金元素时，提高钢的屈服强度（N/mm2）为：铌118，钒71.5，钼40，锰17.5，钛为0。
实际上钢中只需加入0.03％～0.05％Nb 便可使钢的屈服强度提高30％以上。
作为合金元素，铌主要用于生产不锈钢和高强度低合金钢（HSLA），广泛用于输油、输气管道、汽车工业、船舶制造、铁路运输、建筑工业、重型机械和海港建设等部门。
三、原子能工业：铌的高熔点、耐蚀性和相对小的热中子俘获截面等优点适合制造反应堆的铀放热元件的包套管、过热器等。
四、石油、化学工业：铌和钽具有高度耐蚀性、良好的强度和加工塑性，因而是化工设备的优良结构材料。
多用于无机酸生产（硝酸、硫酸、盐酸）、石油炼制等设备中。
五、航天航空工业：铌和钽的热强合金具有良好热强性能、抗热性能和加工性能，广泛用于制造航空发动机的零部件、燃气轮机的叶片。
在美国几乎所有喷气式战斗机的发动机的热部件都采用铌合金。
各种合金元素对钢性能的影响
各种合金元素对钢性能的影响合金化是通过向钢中添加不同的金属元素来改变钢的性能。
下面将介绍18种常见的合金元素对钢的性能的影响。
1.碳(C)：碳是钢中最主要的合金元素之一，它能提高钢的硬度和强度。
2.硅(Si)：硅的加入可以提高钢的耐高温性能和氧化抵抗能力。
3.锰(Mn)：锰的加入可以提高钢的硬度、韧性和耐磨性。
4.磷(P)：磷的加入可以增加钢的冷脆性，但适量的磷可以提高钢的强度和硬度。
5.硫(S)：硫的加入可以提高切削性能和加工性能，但会降低钢的韧性。
6.铬(Cr)：铬的加入可以提高钢的抗热腐蚀性能和抗氧化能力。
7.镍(Ni)：镍的加入可以提高钢的强度、韧性和耐腐蚀性能。
8.钼(Mo)：钼的加入可以提高钢的硬度、强度和耐磨性。
9.钒(V)：钒的加入可以提高钢的强度、耐磨性和抗冲击性。
10.钛(Ti)：钛的加入可以提高钢的强度、韧性和耐腐蚀性能。
11.铝(Al)：铝的加入可以提高钢的强度、硬度和抗腐蚀性能。
12.铜(Cu)：铜的加入可以提高钢的强度、硬度和导热性能。
13.铌(Nb)：铌的加入可以提高钢的强度、耐磨性和抗腐蚀性能。
14.稀土元素(RE)：稀土元素的加入可以改善钢的热处理性能和强度。
15.钒(V)：铌的加入可以增加钢的硬度、强度和韧性。
16.硼(B)：硼的加入可以提高钢的韧性、强度和耐磨性。
17.锡(Sn)：锡的加入可以提高钢的耐腐蚀性和强度。
18.磷(P)：磷的加入可以增加钢的脆性和韧性。
这些合金元素的加入可以根据特定的要求来调整钢的性能，例如提高强度、硬度、韧性、耐腐蚀性能、磨损性能和抗冲击性等。
然而，合金化也会引入一些问题，例如增加成本、降低可焊性和提高加工难度等。
因此，在设计和选择合金钢时需要综合考虑各种因素。
铌
铌铌是一种银灰色的、稀有的、质地较软且具有延展性的过渡金属，它的氧化物——五氧化二铌的作用和氧化铝及氧化锌相似，可以保护金属内部不再被腐蚀。
铌可以加入不锈钢中，使不锈钢在高温下不易碎裂。
因为铌的物理性质及化学性质与钽相似，且这两种元素往往共生，以致于很难分离出不含杂质钽的纯铌。
1955年，开始工业规模生产，到1980年铌年产量达14，000吨(80%产自巴西)。
元素简介铌[1]在地壳中的含量为0.002%，主要矿物有铌铁矿〔（Fe，Mn）（Nb，Ta）2Ob〕、烧绿石〔（Ca，Na）2（Nb，Ta，Ti）2O6（OH，F）〕和黑稀金矿、褐钇铌矿、钽铁矿、钛铌钙铈矿。
铌的化学性质铌的化学性质在很多方面跟同族（第5族，即VB族）的前面的元素相似。
高温下，铌会跟绝大多数非金属单质反应：室温即与氟单质反应，200 °C即与氯气和氢气反应，400 °C与氮气反应，产物通常是填隙式且不是整比化合物。
铌置于空气中200 °C开始被氧化，却能够抵抗熔融碱金属和酸（包括王水、盐酸、硫酸、硝酸和磷酸等）的腐蚀。
铌能被热的，浓的无机酸腐蚀，包括氢氟酸或氢氟酸/硝酸混合酸。
尽管铌能显示出所有正常的氧化态（从+5到−1），其最稳定的价态为+5价。
铌能够形成+5价氧化物五氧化二铌（Nb2O5），+4价的二氧化铌（NbO2）还有+3价的三氧化二铌（Nb2O3）和较为罕见的氧化态+2价的一氧化铌（NbO）。
最稳定的氧化态为+5，五氧化物跟非整比的二氧化物是最常见的铌氧化物。
铌的五氧化物主要用于生产电容器，光学玻璃，或作为制备铌的其他化合物的起始材料。
制备这些化合物，我们可以将其五氧化二物溶解在碱性氢氧化物溶液中，或是将之与其他金属的氧化物共同熔融。
例如制备铌酸锂（LiNbO3）、铌酸镧（LaNbO4）。
对于铌酸锂的结构，铌酸根离子（NbO3−）不是作为单体存在，而是三角形扭曲的钙钛矿结构的一部分，而对于铌酸镧的结构则包含孤立的NbO4−离子。
铌在铸铁中应用
铌作为钢和铁的合金元素被使用由来已久。
铌被加入到奥氏体不锈钢中，以改善奥氏体不锈钢的抗晶界腐蚀能力。
这种含铌奥氏体不锈钢被用于制造化工和石油工业的大型设备。
铌加入到镍铬基和钴基高温合金中，可提高其高温稳定性和高温强度。
近二十年铌在材料中的应用得到了进一步的发展，〔1〕由于铌可以推迟先共析铁素体的析出，并大大延迟奥氏体开始转变为珠光体的时间，在低合金钢中加入0.05%~0.10%的铌，在铸态下得到贝氏体钢，免去了贝氏体化热处理过程；〔2〕由于铌可以显著提高铸钢的高温组织稳定性，而被用于铸钢轧辊的生产中。
含1.5%Nb的轧辊的使用寿命是高铬铸铁轧辊寿命的3倍；〔3〕铌在高温合金中的应用也引人注目，含35%Ni、25%Cr的Fe-Ni-Cr-Nb合金有极好的组织稳定性、蠕变断裂强度和抗碳化及还原性，可在1130℃下的空气中使用；〔4〕铌对组织稳定性的贡献还受到生物合金工作者的重视，铌加入到钛合金中，以提高其抗腐蚀性，这种钛合金被用作牙齿材料；〔5〕在AL203纤维增强金属间化合物基复合材料中，Nb2Al+NbAl 被认为是比较好的基体组织；〔6〕在航天工业中，C103(Nb 1.0% Hf1% Ti0.5% Zr)铌合金由于在1500℃的高温下仍然具有大于50MPa的强度，被用来制造高性能火箭发动机辐射冷却推力室和喷管延伸段以及连接法兰环等；〔7〕铌在微合金化钢中的应用发展也很快，特别是在冷轧汽车薄板生产中取得了长足进步。
本文详细介绍铌在铸铁中应用的研究结果，并对铌在铸铁中的应用前景进行探讨。
一、铌对灰铸铁组织及力学性能的影响采用高频感应电炉熔炼和湿型浇注研究了铌对3.0%～3.4%C、1.8%～2.0%Si、0.7%～0.9%Mn灰铸铁力学性能及耐磨性的影响，结果如图1至图4所示。
研究结果表明，灰铸铁的抗拉强度、抗弯强度和冲击韧性都随着铌含量的增加而提高，当灰铸铁中含铌量高于0.25%时，其各项性能明显提高。
铌元素的功能主治是什么
铌元素的功能主治是什么
1. 引言
铌元素是一种重要的化学元素，在医学、工业和科学研究领域有着广泛的应用。
它具有多种功能和主治，本文将讨论铌元素的功能主治并提供详细解释。
2. 铌元素的功能主治
以下是铌元素的主要功能和主治：
2.1 电子元件制造
•铌元素在电子元件制造中扮演着重要的角色。
它具有优异的导电性能，可用于制造电容器、液晶显示器和电视屏幕等电子产品。
•铌元素的导电性能稳定可靠，适用于高频率电路和高温环境下的电子元件制造。
2.2 钢铁生产
•铌元素是一种重要的钢铁添加剂。
它可以提高钢铁的强度和硬度，提高耐磨性能和抗腐蚀性能。
•铌元素还可以改善钢铁的冷加工性能和焊接性能，提高钢铁产品的质量和可加工性。
2.3 医学应用
•铌元素在医学领域有着重要的应用。
它可以用于制造人工关节和植入物，改善植入物与人体组织的相容性。
•铌元素还可以用于制造牙齿种植体和牙齿修复材料，提高牙科治疗的效果和耐久性。
2.4 光学材料
•铌元素在光学材料领域具有广泛的应用。
它可以用于制造光学玻璃、光学纤维和光学涂层，提高光学设备的性能和效果。
•铌元素的光学性能稳定，能够提供优异的折射率、透光性和色彩表现。
3. 结论
铌元素具有多种功能和主治，在电子元件制造、钢铁生产、医学应用和光学材
料等领域都发挥着重要的作用。
通过了解铌元素的功能和主治，我们可以更好地理解其在不同领域中的应用和重要性。
总之，铌元素在现代社会的科技发展和医学进步中起着重要的作用，对于推动社会发展和提高人们的生活质量具有积极意义。
铌、氮、铈对耐热钢性能的影响
用情 况 ． 行 了裂 纹扩展 和 氧化增重 试验 ， 进 并对 几 种 材料 的试验结果 和性 能进 行 了 比较和分 析 。
１ 耐热钢 的化学成 分 和试验 方法
气氛的腐蚀和 垃圾 的重力冲撞 ， 又因金属基体与 氧化皮 之 间 的膨胀 系数及 收 缩特 性 不 同 ， 加快 了
材料 裂纹 的生成 和扩 展 ，所 以要 求炉 板 材料 具有 抗 高温氧 化 、 高温 变形和 热疲 劳性 能好 等特性 。 抗
（ 徽省 冶金科学研究所 ， 安 台肥 ２０ １） ３０ １
摘
要 研究 了铌 、 、 氮 铈对耐热钢 的力学性能 、 热疲劳性能和抗氧化性 能的影 响 ， 并对裂 纹的扩展进行 了
系统分 析。结果表 明 ： 含有步量铌 、 、 氮 铈的 Ｚ ２ ｒ Ｎ２ 耐 热钢在 加 ℃￣ ９０℃循 环条件下 ， Ｇ Ｃ２ ｉ ５ ０ －０ 裂纹扩展速 率明 显降低 。
５ｍ ２０ｍ ｍ× ５ ｍ圆棒 ， 化学成 分见 表 １ 其 。
表 １ 试 验耐热钢的化学成分和机械性 能
Ｔａ ｌ ａｌ Ｉ ａ ｏ ｍ ｉ － ｎ ｄ ａ ｉａ ｒ ｐ ｒ ｅ ｆｈ ａ 茁味 Ｉ ｓｅ ｌ ｓｅ ｂ ｅ１ 蚰 ｉ Ｉ ｍｔ Ｍｆ ｔ ａ ｄ ｍｅ ａ ｎｅ ｌ ｏ ｅ ｔ ｓ ｏ ｅ ｔ ｃ ｃ ￣ｓ ｐ ｉ ａＩ ｔｅ ｔ ｔ ∞ ｓｅ ｄ
关键词 耐热 钢 热疲劳 裂 纹扩展 抗 氧化
Hale Waihona Puke Ｅｆｅ ｔｏ ｏ ｉ ｍ ，Ｎｉｒ ｇ ｎ ａ ｄ Ｃｅ ｉ ｎ Ｐｒ ｐ ｒ ｉｓ ｆ ｃ ｆＮｉｂ ｕ ｔ ｏ ｅ ｎ ｒｕ ｏ ｏ ｅ ｔｅ ｍ
ｏ ａ ｓｓａ ｃ ｔ ｅ ｓ ｆ Ｈｅ ｔ Ｒｅ ｉｔ ｎ ｅ Ｓ ｅ ｌ
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(1查下稀土(铌Nb对低碳钢的组织影响。
如,Nb的加入,会减小母相的层错能,增大新相的应变能,使板条宽度减小,还有Nb是强碳化元素,使C原子偏聚在晶界,起钉扎
作用,等等一些影响。
查好了发word给我,带上参考文献
文献搜索工具:1、万方、维普、知网
2、goole-学术搜索-
(2查下低碳钢准解理断裂及解理断裂中裂纹传播路径及影响因素。
附上文献
(一
Nb在钢中阻止再结晶的进行和阻碍再结晶晶粒长大的作用
显著,原因是Nb的碳氮化物在轧钢时可以“钉扎”晶界,“钉扎力”大于该温度下的再结晶驱动力。
含Nb钢中有板状粗大析出物(富N的Nb(C,N和细小的球状析出物(富C的Nb(c, N,其中富c的Nb(C,N可有效地钉扎晶界,Nb还可以与碳、氮结合形成NbC—NbCo.孙NbN等相,在再结晶过程中,因NbC、NbN、Nb(CN对位错的钉扎和阻止亚晶界的迁移使再结晶时间大大延长,且随析出量的增加而增大。
Nb的碳化物和氮化物在800~900℃都有一定的溶解,从而在随后的空冷过程中能析出更多细小弥散分布的Nb的碳氮化物,对晶粒长大具有强烈的阻碍作用∞J。
另外,由于Nb的原子半径比铁大得多,固溶态Nb在晶界富集浓度高达1.O%以上(原子比,而晶内较低,所以Nb具有强烈的拖曳晶界移动能力,这种作用远高于固溶Ti。
Nb的双重作用表现出提高了再结晶的温度、阻止晶粒长大的最终效果。
(二
1、铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性,提高强度,但塑性和韧性有所下降。
在普通低合金钢中加铌,可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。
铌可改善焊接性能。
在奥氏体不锈钢中加铌,可防止晶间腐蚀现象。
2、固溶强化作用很明显,提高钢的淬透性(溶于奥氏体时,增加回火稳定性,有二次硬化作用,提高钢的强度、冲击韧性,当含量高时(大于碳含量的8倍,使钢具有良
好的抗氢性能,并提高热强钢的高温性能(蠕变强度等。
3、铌的有益作用是:
1能生成高度分散的强固的碳化物NbC(熔点3500℃,所以可细化晶粒,直加热至于1100~ 1200℃,仍可阻止晶粒长大。
2同Ti能防止产生晶间腐蚀,实践知,以含Ni=8*C%为佳。
3能与Fe生成金属间化合物Fe2Nb2,这种化合物在α铁中听溶解度随温度↑而↓,所以含Nb低碳钢能促进时效硬化。
4加铌可提高低碳钢的抗强度和屈服点(25%,可提高不锈钢的高温抗蚀性和强度,可提高抗酸能力。
(三
在相同温度、保温时间条件下,与不含Nb 元素的DT300 钢相比,Nb 微合金
DT300 钢的晶粒尺寸明显小于不含Nb 元素DT300钢,这主要是由于碳化物NbC 在奥氏体晶界的弥散析出,对奥氏体晶界起到了钉扎作用,抑制了奥氏体晶粒的长大.
(四
在超低碳IF 钢中,Nb 元素的加入显著提高了再结晶温度,由于其细化晶粒的作用,使IF 钢的强度得到提高,且对产品的后续焊接性能起着重要作用,另外, Nb 元素可以大大减小IF 钢的平面各向异性,保证优异深冲性能的同时降低Δr 值。