鈮鐵主成分為鈮和鐵的鐵合金。它還含有鋁、硅、碳、硫、磷等雜質(zhì)。根據(jù)合金含鈮量分為FeNb50,F(xiàn)eNb60,F(xiàn)eNb70。用鈮鉭礦生產(chǎn)的鐵合金含有鉭,稱鈮鉭鐵。真空冶煉鐵基合金與鎳基合金等用鈮鐵和鈮鎳合金做鈮添加劑。要求氣體含量低,有害雜質(zhì)低,如Pb、Sb、Bi、Sn、As等均<2×10,故冠以“VQ”(真空質(zhì)量),如VQFeNb,VQNiNb等。中國生產(chǎn)的鈮錳鐵合金(Nb10%~15%)用作低合金鋼的合金劑與碳素鋼的鈮處理劑。
鈮是高熔點金屬,鋼灰色,原子量為92.9064,外層電子結(jié)構(gòu)4d5s,熔點2467℃,沸點4740℃,密度(20℃)為8.6g/cm3。圖1為鐵鈮二元系平衡相圖。有兩個共晶點和一個MgZn2型的拉氏相εNbFe2。二個共晶點分別位于Nb11.6%、1360℃和Nb約55%、1560℃處。工業(yè)生產(chǎn)的鈮鐵(FeNb60)的熔化溫度范圍為1520~1600℃,密度約8.0g/cm3。
鈮鐵主要用于冶煉高溫(耐熱)合金,不銹鋼和高強度低合金鋼。鈮在不銹鋼和耐熱鋼中,與鋼中的碳生成穩(wěn)定的碳化鈮。均勻地分布在鋼的晶粒邊界,防止高溫下鋼的晶粒長大,對鋼的組織起細化作用,可提高鋼的強度、韌性和蠕變性能。鈮與碳的化學親和力遠遠大于鉻與碳,因此,當不銹鋼中有鈮存在時,可防止在鋼的晶界析出碳化鉻,因而提高鋼的抗腐蝕能力。鋼中的鈮與氮生成穩(wěn)定的氮化鈮,提高了鋼的表層抗腐蝕能力。鋼中的鈮與氧生成穩(wěn)定的氧化鈮,使鋼的表面形成氧化鈮薄膜,可阻止氧向內(nèi)部擴散而起抗氧化作用。碳素鋼添加Nb0.015%~0.05%,可起細化組織作用,使鋼具有良好的成型性和焊接性能。鈮對鋼的奧氏體再結(jié)晶有強烈的阻止作用,使鋼在較高的溫度下,有效地控制軋制,而且控制軋制的強韌化效果十分顯著。所以鈮作為微合金元素在碳素鋼中的用量大大增加。美國在微合金中的用鈮量,在1959年僅占鈮總消耗量的1.9%,而1988年上升為68%。
鈮在高溫合金中起固溶強化和碳化物沉淀強化作用,提高高溫合金的屈服強度和表面穩(wěn)定性。鈮的重量是難熔金屬中較輕的一種,也是高溫合金大量使用的因素之一。鈮鎳合金作為鎳基高溫合金的添加劑,主要是生產(chǎn)718合金。永磁合金中加入鈮,可提高合金的矯頑力性能。
鑄鐵中加入鈮,有助于球化和珠光體組織的形成。起孕育和細化鑄件組織的作用。鈮可提高鑄件在高溫下的強度、韌性、硬度和使用壽命。電焊條用鈮鐵作為焊料組分,來提高焊接質(zhì)量。
鈮、鉭稀有貴金屬的用途及價值
鈮是銀白色高熔點稀有金屬,鉭是深灰色高熔點稀有金屬,鈮、鉭具有熔點高(Nb2468℃,Ta2996℃),比重大(Nb8.66 g/cm3,Ta17.10 g/cm3),強度高,抗疲勞,抗變形,抗腐蝕,易導熱,超導,單極導電及吸收氣體等優(yōu)良特性。
鈮、鉭廣泛應用在電子、宇航、機械工業(yè)及原子反應堆中。
電子工業(yè):用于制造無線電、雷達、X射線設備的零件;微型電容器 (用在火箭、宇宙飛船、人造衛(wèi)星)、真空設備材料、受熱元件(電子管陽極、柵極)、強力發(fā)射管、整流器、電子計算機記憶裝置;超導合金制造大功率磁鐵;鈮酸鹽、鉭酸鹽可作壓電、光電材料。
鈮、鉭常做為添加劑,可生產(chǎn)多種合金,如熱強合金、耐熱合金、超硬合金、結(jié)構(gòu)合金、磁性合金等;是制造原子反應堆結(jié)構(gòu)材料和防護材料;制造火箭和導彈的噴嘴及切削工具和鉆頭等;各種合金鋼在鐵路、橋梁、管道、造船、汽車、飛機、機械制造等方面廣泛應用,特別是在化工耐腐機械方面鈮、鉭合金可代替鉑。
利用鈮鉭吸附性,可排除真空管的微量氣體。鈮、鉭還可做有機合成的催化劑、人造絲拉絲模、光學玻璃等。另外,鉭在外科醫(yī)學上有特殊的用途,鉭片、鉭條,可代替骨骼、鉭絲可作醫(yī)用縫合線。