Kakvu ulogu niobij igra u proizvodnji čelika?

Niobijum je element petog perioda VB grupe periodnog sistema, sa simbolom elementa "Nb", atomskim brojem 41, relativnom atomskom masom od 92.91, gustinom od 8.57 g/cm3 i tačkom topljenja od 2468 ℃ . Elektronska struktura niobija određuje da je najstabilnije valentno stanje niobija 5. Niobij ima 3, 4 i 2 ekvivalentna stanja.

Niobijum je stabilan na sobnoj temperaturi i većina gasova ispod 100℃ ne može ga korodirati. Glavni nedostatak metalnog niobijuma je da njegova stabilnost nestaje s povećanjem temperature, a prisustvo nečistoća će u potpunosti promijeniti svojstva metala. Kada temperatura pređe 200℃, niobijum može lako oksidirati u vazduhu. Iznad 350℃, na površini će se formirati oksidni film koji će se vremenom postepeno zgušnjavati. Iznad 400℃, brzina oksidacije niobija se ubrzava i počinje apsorbirati kisik. Na 900 ℃, stopa oksidacije niobija je 0.05 mm godišnje.

Niobijum počinje da reaguje sa vodonikom iznad 250°C. U početku, vodik ulazi u rešetkasti procjep metalnog niobija kako bi formirao čvrstu otopinu, što smanjuje plastičnost niobija i čini ga krhkim. Konačno, prelazi granicu čvrstog rastvora i formira tvrdi i krhki hidrid.

Niobij i dušik uopće ne reagiraju ispod 350°C. Na 600°C, počinje da apsorbuje dušik i formira čvrstu otopinu.

Iznad 300°C, niobijum brzo reaguje sa vodenom parom i oslobađa vodonik. Reakciona formula je sljedeća

Nb+H2O=Nb2O5+H2

U uslovima visoke temperature, niobijum može da reaguje sa većinom drugih gasova, kao što su CO, CO2, SO2, NH3, itd.

Niobijum je hemijski inertan u većini vodenih rastvora na sobnoj temperaturi. Uglavnom formira tanak i gust pasivacijski oksidni film na površini metalnog niobija, koji ima dobru otpornost na koroziju. Kada temperatura prijeđe 150°C, porozni oksidni film nastao reakcijom povremeno će padati, što rezultira ubrzanom korozijom.

Osim fluorovodične kiseline, niobij neće korodirati drugim neorganskim kiselinama ispod 100°C, ili je brzina erozije vrlo spora.

Niobijum ima slabu stabilnost u alkalnim rastvorima. Budući da niobij stvara hidratiziranu sol u alkalnoj otopini, niobij se rastvara.

Niobij ima dobru čvrstoću na visokim temperaturama, odličnu duktilnost pri niskim temperaturama i performanse obrade. Niobij se uglavnom koristi u industriji čelika, nuklearnoj industriji, legurama, spojevima i drugim poljima. Gotovo 90% niobija se koristi u mikrolegiranim čelicima, nehrđajućem čeliku i čeliku otpornom na toplinu. Niobij je jedan od važnih legirajućih elemenata u čeliku. Dodavanje male količine niobija u čelik može značajno poboljšati čvrstoću čelika, poboljšati mehanička svojstva i svojstva zavarivanja i poboljšati otpornost na koroziju. Niobij se dodaje u obliku feroniobijuma, uglavnom kao rafiner zrna i disperzioni učvršćivač za čelik. Dodavanje male količine niobija u liveno gvožđe može potaknuti grafitizaciju, smanjiti pukotine od livenja, poboljšati otpornost odlivaka na habanje i značajno poboljšati čvrstoću i žilavost livenog gvožđa.

Niobij se dugo vremena koristio kao legirajući element u čeliku. Istraživanja pokazuju da odlični efekti niobija dolaze iz dva aspekta: prvo, niobij može učiniti metalna zrna finijim i strukturu ujednačenom; drugo, niobij može formirati fine i stabilne čestice tvrde faze, koje su ravnomjerno raspoređene u matrici legure kako bi imale ulogu u jačanju disperzije i otpornosti na deformacije. Do sada, neke od najvažnijih primjena niobija u livenom željezu uglavnom uključuju dva aspekta, jedan je automobilska industrija, kao što su glave cilindra, klipni prstenovi i kočnice, itd.; drugi je metalurška industrija, kao što su materijali otporni na visoke temperature kao što su valjci.

Niobijum čelik se generalno deli u tri kategorije: ① Niskolegirani čelik visoke čvrstoće (HSLA), generalno sadrži 0.02%-0.05% niobija. Ova vrsta niobijskog čelika ima najveću proizvodnju, koja čini više od 80% niobija koji se koristi u industriji čelika ② Niskolegirani čelik, koji općenito sadrži 0.02%-1.0% niobija. ③ Visokolegirani čelik, obično sadrži 0.4%-3.0% niobijuma. Najveća upotreba niobijskog čelika su cjevovodi za transport prirodnog plina i nafte.

Niobijum gvožđe je najveći međuproizvod niobija. Kao glavna legura, široko se koristi u proizvodnji legiranog čelika i superlegura. Glavna metoda koja se koristi u industrijskoj proizvodnji je metoda aluminotermne redukcije. Aluminotermna redukcija je reakcijski proces samozagrijavanja koji ne zahtijeva vanjsko grijanje, ima kratak proizvodni proces, jednostavnu opremu i jednostavan rad. Reakcija aluminotermne redukcije se izvodi na temperaturi na kojoj se i metalni aluminij i reakcijska troska tope. Da bi se povećao prinos niobija, redukciono sredstvo mora biti pretjerano. Da bi se smanjila tačka topljenja šljake, potrebno je dodati vapno 30% masenog udjela niobijum oksida kako bi se formirao kalcijum aluminat. Općenito se vjeruje da je toplina koju oslobađa aluminotermna reakcija dovoljna da reakcija dostigne 2200-2400℃ tako da se niobij u koncentratu niobijuma potpuno reducira.