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金属钒是具有战略意义的稀有金属,应用领域十分广泛。含钒钢具有强度高,韧性大,耐磨性好等优良特性,广泛应用于机械、汽车、造船、铁路、航空、桥梁、电子技术、国防工业等行业,其期量约占钒消耗量的85%。大约有10%的钒用于生产航天工业所需的钛合金,钒在钛合金中可以作为稳定剂和强化剂,使钛合金具有很好的延展性和可塑性。金属钒具有高熔点、易加工、耐腐蚀性强、快中子吸收截面小等特点,主要用于原子能工业、超导合金材料、特种合金的添加剂以及电子工业等方面。此外,钒在化学工业中主要作为催化剂和着色剂。钒还被用于生产可充电氢蓄电池或钒氧化还原蓄电池等。
1.1钒在微合金钢中的应用
微合金结构钢起源于20世纪50年代后期,由于碳含量对材料的焊接结构韧性有不利影响,单一通过增加碳含量增加钢强度的手段受到很大.的限制。人们认识到在钢中添加微合金元素钒,具有细化晶粒提高材料的强度和韧性的作用,微合金元素的析出强化作用代替了碳的强化作用,还可以改善材料的焊接性能。由于微合金技术的发展,钒广泛用于工具钢、高速钢、合金钢和高温低合金钢等。世界各国由于生产工艺的不同,生产每吨钢消耗的钒也不相同。在北美生产每吨钢大约消耗0.08kg的钒,在日本和欧洲,生产每吨钢大约消耗0.06kg的钒,在国内生产每吨钢大约消耗0.kg的钒”。
1.2钒在航天航空领域的应用
每年大约有8%~10%的金属钒用于生产钛合金,主要是先生产出钒铝合金,再将钒铝合金作为添加剂用于Ti-6Al--4V的生产。Ti-6Al-4V具有密度低、比强度高、抗腐蚀性能好、工艺性能好等优异的综合性能,又可以长时间在℃以上服役并且保持高的强度。由于Ti-6Al-4V良好的高温性能,可用于制造“飞机发动机的风扇、叶片、压力机盘和承压件等。Ti-6Al-6V-2Sn是另一种用于航空航天领域的重要钛合金,其在常温下有较高的强度,有较好的加工性能和焊接性能,易于锻造,可用于飞行器较低温度的零部件,如飞机起落架支架、飞机结构件、武器结构件核导弹外壳等。
1.3钒在核反应堆中的应用
20世纪60年代起,钒基合金就被考虑用于核反应堆材料。他的优点是对快中子的俘获面积小,抗液体金属钠的腐蚀以及具有良好的高温蠕变强度,当时在美、德等国的研究机构里进行了研究,但尚未达到使用的阶段。用于热核反应堆的包套材料,要求具有高温机械强度,可抵抗辐射引起的膨胀、易脆问题以及与氢、锂各种冷却剂的兼容性良好。最近美、德等国开发的V15Cr5Ti和V3Cr1Si有较高的热导性和较低的膨胀系数,可产生较低的热应力,这一性质可延长核反应堆壁的负荷与寿命,与碳钢壁相比,可取得较高的反应温度。
1.4钒在贮氢材料中的应用
钒基固溶体作为贮氢材料有许多优点,贮氢量大,贮氢密度高,吸放氢速度快,贮存和运输安全等,近年来受到越来越多的学者
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