钒及钒产品情况介绍.doc

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钒及钒产品情况介绍

1.钒的应用

1.1冶金行业

（1）钒钛铸铁钢锭模。

钒钛元素在铸铁中具有强化作用，钒钛铸铁具有良好的高温强度、抗氧化性和耐热疲劳性。

钒钛铸铁钢锭模比不含钒钛铸铁钢锭模的使用寿命提高24倍，钒钛铸铁是制造钢锭模的理想材料。

（2）铸铁轧辊。

钒在铸铁轧辊中的作用在于增加激冷层的厚度和轧辊表面的硬度，提高轧辊的表面质量。

含有碳化钒粒子的硬表面，使轧辊在热轧热循环时，不易产生表面裂纹。

此外，钒能细化铸铁中的石墨，从而增加铸铁的强韧性，使铸铁轧辊在轧钢时耐冲击能力提高。

（3）铸钢轧辊。

钒能细化铸钢轧辊的晶粒，从而提高轧辊的韧性，使铸钢轧辊在轧钢时耐冲击能力提高。

（4）耐磨件。

耐磨件的耐磨性很大程度上有赖于钢中碳化物的类型、颗粒度、数量及分布。

在碳化物形成元素中，含Cr．W．Mo．V钢的抗磨损能力之比为2：

5：

10：

40。

所以添加钒的耐磨件使用寿命明显提高。

1.2工、模具行业

高碳钢中的钒与其它合金元素如Cr、W、Mo等,在铸造过程中形成硬质初始碳化物，这些碳化物在高温下较稳定，在随后的锻造和热处理时，大部分保持不溶，它们是冷成形模和工具耐磨性和切割性的基础。

除了初始碳化物之外，一些钒还处于固溶状态，有助于提高工、模具的淬透性和强韧性；钒以细小的二次碳化物析出，可以进一步提高耐磨性。

通过调整化学成分和热处理工艺，可以得到性能广泛的产品。

（1）高速钢。

作为切削工具的高速钢需要红硬性，即刀刃在600℃以上还能保持锋利。

高速钢铸造时形成的碳化钒以及热处理时析出的二次碳化物颗粒满足这种需要。

（2）热作模具钢。

热作模具在使用过程中要受到高温、高压、高冲击载荷的作用，要求热作模具钢具有高的强韧性、高的热稳定性、比较高的高温强度、耐热疲劳性以及高的耐磨性。

为了满足这些要求，要求模具表面具有高硬度而心部高韧性的特点，热作模具钢中的钒可以提高钢的淬透性，从而改善钢的韧性，而表面的碳化物可以保证其耐磨性。

（3）冷作模具钢。

冷作模具在工作时，由于被加工材料的变形抗力比较大，模具的工作部分受到强烈的磨擦和挤压，所以冷作模具钢应有高的硬度、强度和耐磨性。

高钒钢能满足这种要求，但在铸造条件下，得到粗大的碳化物，锻造时容易开裂，所以高钒钢常用粉末冶金方法生产。

（4）一般工具钢。

碳素工具钢中添加钒时，热处理时析出的细小碳化钒能增加工具的硬度，提高切削效率，延长工具使用寿命。

钒还可以细化晶粒，改善韧性，减少过热倾向。

1.3热成形压力容器等

化工厂的一些压力容器是用钢板热成形加工而成的。

其成形的过程类似于正火处理，钒钢在正火时会发生细化晶粒作用和沉淀强化作用，使得热成形后，钢板的性能基本保持不变。

1.4建筑行业

钒是建筑用钢中使用最广泛的强化元素，它不仅可以在轧态产生强化作用，热处理态（正火或调质）强化作用仍然存在。

它是钢筋中最有效的强化元素。

它还用于强化结构用型钢和无缝钢管，桥梁用钢板，防火和抗震钢及耐候钢。

（1）钢筋。

钒、氮微合金化是生产低碳高强度．高焊接性能钢筋的最有效方法。

当钢中用钒．氮微合金化时，可使钢中碳含量明显降低，而钢筋的屈服强度可达500MPa，并具有良好的焊接性能。

国内开发的钒微合金化Ⅲ级钢筋综合性能优良，具有五大优点：

①强度高，屈服强度大于400MPa，抗拉强度大于570MPa。

②碳当量小于0.50%，焊接性能好，适应各种焊接方法。

③强屈比（抗拉强度与屈服强度之比）大于1.25。

④极好的强、塑性配合，弯曲性能好。

⑤具有较高的高应变低周疲劳性能、较低的应变时效敏感性和脆性转变温度，抗震性能好。

含钒钢筋已广泛应用于高层建筑．大坝．隧道和桥梁等大型工程。

利用含钒钢筋不仅使工程质量提高，而且可节约钢材15％左右。

（2）桥梁用钢板。

桥梁用钢板属高强度焊接用钢，除要求较高强度、较高韧性和良好焊接性外，还要求良好的断口、时效冲击及较高疲劳性能。

含钒桥梁用钢板可以满足这些要求，且不仅可以轧态使用（薄规格），还可以正火甚至调质态使用（厚规格）。

（3）一般结构用钢。

用于厂房、建筑、输电线塔等一般用途的焊接金属结构，常用V－N微合金化，取代低碳结构钢使用，可以节约金属．减轻设备自重。

这类钢除生产板材外，还生产型、棒、线、管等各类钢材。

（4）抗震用低屈强比钢板。

这类钢板适合于高层建筑使用，除要求高的强韧性外，还要求较低的屈强比和良好焊接性能，要做到焊前不需预热，焊后不需回火，以便现场施焊。

低屈强比可使钢材具有高的塑性变形功，利于抗震。

这类钢是通过热处理得到铁素体和回火索氏体组织来保证低屈强比，因钒在热处理状态仍能发挥强韧化作用，这类钢中常添加钒。

（5）防火钢。

这类钢除了具有其它焊接高强度钢的优点外，还具有较好耐火性能，适于抗火灾使用。

钒作为提高回火稳定性的元素，常用于些类钢。

（6）耐候钢。

耐侯钢一般以Cu-P系为基础。

高强度焊接耐侯钢因焊接性的要求，钢中磷含量要限制在0.04%以下，这类钢常用钒来强化。

1.5能源行业

（1）油气输送管线用钢。

管线用钢除了要求高强度外，还要求高的塑韧性、低的韧脆转变温度及良好的焊接性能，并特别要求具有优良的抗氢致开裂和硫化物应力腐蚀开裂性能。

最早的高强管线用钢为V－N钢，正火状态使用，V（CN）的析出细化晶粒并产生析出强化，赋予钢板高的强韧性。

随着控轧控冷等工艺的广泛采用，管线钢向低碳、超纯净方向发展，铌被广泛采用，但对于X60以下的管线钢，V－Ti－（N）仍不失为一种极好的微合金化方法，优点表现为：

①轧制负荷低，轧制容易；

②不需要低温控轧，生产率高；

③生产工艺波动对性能影响小；

④足够的强韧性；

⑤连铸时不易产生表面裂纹。

即使对于铌控轧钢来说，当强度要求高时或管线壁厚大时，仍需采用钒来保证高强度。

特别对于输气管线，为了防止硫化氢腐蚀，需要较低的碳、锰含量，此时需要钒来弥补降碳、锰引起的强度损失。

（2）海上采油平台用钢

许多海上采油平台用钢是用钒作为强化元素的。

深海石油平台则采用超高强度含钒热处理钢板。

（3）管线的阀门和弯头

钒钢还适合于高强管线的阀门、弯头和连通管，因为它们是用含钒高强正火钢板锻造和焊接而成的，成形加热过程对它们的强度和性能影响很小。

（4）储油罐

储油罐是用正火或调质钢板制成的，大部分添加钒来产生析出强化。

1.6汽车行业

汽车工业所要求的材料必须可靠、工艺性好、耐疲劳且经济。

此外应具有高强度，以降低自重、降低油耗。

（1）汽车用大梁板

大梁板需要良好的成形性能，强、塑性需要很好的匹配。

含钒大梁板具有各向异性小，性能波动小，屈强比低的特点。

因此冲压后零件回弹小，冲压合格率高。

（2）非调质钢

钒是非调质钢的常用元素。

含钒非调质钢在锻态就具有高强度，不需要昂贵的热处理。

广泛应用于曲轴、连杆、转向节等汽车零件。

还可以通过氮化和感应加热等表面淬火方法来硬化表面。

（3）弹簧钢

中碳硅锰弹簧钢中添加钒能明显改善弹簧的性能，从而可以缩小弹簧的尺寸，有助于降低自重，降低能耗。

1.7铁路行业

（1）重轨

在共析钢中，钒可以使热轧后奥氏体向珠光体的转变推迟，从而细化珠光体片间距，并在珠光体、铁素体中析出，进一步强化。

在过共析钢中，钒能抑制晶界网状渗碳体的形成，从而改善韧性，得到过共析珠光体钢。

钢轨钢中添加钒可以使抗拉强度从700Mpa左右提高到1200Mpa以上，从而提高耐磨性。

经轧后在线或离线表面热处理，耐磨性能进一步提高。

（2）铁路车辆主梁

利用钒的细晶强化和沉淀强化作用，可以降低碳含量，从而提高焊接性和韧性。

1.8有色金属业

自八十年代末以来，钒在非钢铁合金中的消耗逐渐减少。

并不像钢铁工业那样随经济状况的好转而有很强的复苏迹象。

随着新技术的不断进步，通常要求开发新的合金材料来满足对性能不断提高的要求。

钒合金在应用中表现出许多重要的特性，仍然是一种很好的金属材料。

含钒合金的主要使用部门是宇航和核工业。

有色合金中钒的消耗不到世界钒消耗的10%。

钛合金

据美国USBM报道，非钢铁合金中90%以上的钒是用来生产有色合金和磁性合金，其中钛合金占绝大多数。

钛合金中的钒（添加量为1%V）可作为强化剂和稳定剂，钛合金添加4%V时，合金具有好的延性和成形性。

在宇航工业中，目前还没有其它可替代钛合金的材料。

在钛合金中，最重要的两种合金是Ti-6Al-4V（含4%V）和Ti-8Al-1Mo-1V。

这两种合金总共占钛合金市场的50%。

这些合金用于生产喷气发动机、高速飞行器骨架和火箭发动机机壳。

钒通常以钒铝基合金形式加入钛合金中。

超级合金

含钒高性能合金的主要非宇航潜在用途是在核聚变反应器生产中用作反应器的覆盖墙和屏蔽墙。

目前一直在研究用于该领域的钒合金，与其它合金相比，在700℃时，这些合金仍保持较好的延性和强度，中子辐射衰变最小，可阻止放射；对液态锂和钠（用作冷却剂）具有良好的耐腐蚀性。

虽然六十年代早就研究了钒合金在核工业中的应用，但直到八十年代对聚变反应器进行重点研究之后才引起对钒合金的重视。

开发的主要钒合金是LiV-Cr-TiSi（含0.15%Cr，0.20%Ti和<1%的Si）系列，其中最有意义的含钒合金是V-5Ti-5Cr。

钒能加入许多其它合金中，目的是增加强度和延展性。

例如加入铜基合金中，用于控制气体成份和显微组织，加入铝合金中可用于生产内燃发动机活塞以及加入一些镍基超级合金中生产汽轮机和叶片。

1.9化学工业

钒的一个重要用途是作催化剂，钒化合物在化学工业中的应用（如表）。

钒作在化工领域主要作催化剂的用途目前仍在大力开发中。

德国贝尔公司在Dormagen新的工业化学废料煅烧装置上安装了由BASF开发的含五氧化二钒的催化系统。

BASF的催化剂可破坏由废料煅烧装置产生的dioxins,而不用活性碳过滤剂去吸收dioxins。

钒化合物类型

生产工艺

最终用途

五氧化二钒（V2O5）

在H2SO4生产过程中，用作把SO2氧化为SO3的催化剂

生产磷肥

用作把环已烷氧化为已二酸的催化剂

生产尼龙

偏钒酸铵（NH4VO3）

在H2SO4生产过程中，用作把SO2氧化为SO3的催化剂

生产磷肥

用作把苯氧化为顺丁烯二酸酐的催化剂

生产不饱和聚酯（涤纶等）

用作把萘氧化为苯二酸酐的催化剂

生产聚氯乙烯

三氯氧钒（VOCL3）

用作乙烯和丙烯的交联

生产乙烯，丙烯和汽车工业用的橡胶

四氯化钒（VCL4）

钒在陶瓷工业上用作颜料（称作陶瓷颜料）。

在玻璃中添加五氧化二钒（0.02%V2O5）可以消除对眼睛有伤害和造成织物褪色的高能超紫外线。

钒也可用于调黄绿色玻璃，而氧化钒和氧化铯混合物可制得绿玻璃，该绿玻璃用于测量UV辐射强度。

预计该应用将逐步增加。

加利福尼亚Pasadena的喷气推进试验室开发出一种称作干凝胶的新型玻璃，这种玻璃在一定的污染物质条件下能改变颜色。

这种玻璃含有氧化钒，在通常条件下为粉红色，但与硫化氢接触后，干凝胶变为琥珀色，在氨水中转变为浅黄色。

在甲酸中为褐绿色，在醋酸中为绿色，在氢气中为紫色。

这种玻璃做成凝胶形式，然后进行干燥，在材料表面留下细孔，当不同物质的分子进入细孔时，与氧化钒反应，缓慢改变材料结构，从而可改变玻璃反射光和颜色。

目前在进行干凝胶的工业应用研究。

钒在颜料中可作为添加剂。

一些特殊的元素在不同的晶格中可产生各种颜色。

钒能产生蓝、黄和绿色，尤其是美丽的蓝色着色剂，称作钒蓝。

它是在钒化合物存在下，加热氧化锆和硅石生产含钒锆晶体得到的。

钒的氧化物和偏钒酸盐可用于生产印刷油墨，他们可促使反应，形成树脂黑涂料。

根据添加偏钒酸铵的性能，可生产一些局快干油墨。

少量的五氧化二钒也用于纺织物印花业。

钒有助于氧化苯胺，得到较浓而不褪色的黑色染料。

钒的用途之一是生产可充电氢蓄电池或钒氧化还原蓄电池。

该用途是澳大利亚新南威尔逊大学研究开发的。

这种电池采用充电高浓度溶液来代替传统的铅/酸电池充电板，通过溶液之间的电子交换产生电能。

目前开发的技术可生产10KW电池，使用时间为5小时。

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