Niob hat diese Wirkung in Stahl

Niob ist das Element der fünften Periode der Gruppe VB im Periodensystem, Elementsymbol „Nb“, Ordnungszahl 41, relative Atommasse 92,91, Dichte 8,57 g/cm3, Schmelzpunkt 2468 Grad. Die Elektronenstruktur von Niob bestimmt, dass der stabilste Valenzzustand von Niob die 5-Valenz ist. In einigen Niobverbindungen weist Niob auch die äquivalenten Zustände 3, 4 und 2 auf.

Niob ist bei Raumtemperatur stabil, und die meisten Gase können es bei Temperaturen unter 100 °C nicht erodieren. Der Hauptnachteil von Niobmetall besteht darin, dass seine Stabilität mit zunehmender Temperatur verschwindet und sich das Vorhandensein von Verunreinigungen vollständig ändert die Eigenschaften des Metalls. Bei Temperaturen über 200 Grad wird Niob an der Luft leicht oxidiert. Oberhalb von 350 Grad bildet sich auf der Oberfläche ein Oxidfilm, der mit zunehmender Zeit allmählich dicker wird. Oberhalb von 400 Grad beschleunigt sich die Oxidationsrate von Niob und es beginnt, Sauerstoff zu absorbieren. Die Oxidationsrate von Niob bei 900 Grad beträgt 0,05 mm pro Jahr.

Niob beginnt oberhalb von 250 Grad mit Wasserstoff zu reagieren, und Wasserstoff dringt zunächst in die Gitterlücke des Niobmetalls in einen festen Lösungszustand ein, wodurch die Plastizität von Niob verringert und spröde wird und schließlich die Grenze der festen Lösung überschritten wird, um ein hartes und sprödes Hydrid zu bilden.

Niob reagiert nicht mit Stickstoff unter 350 Grad. Bei 600 Grad C beginnt es Stickstoff zu absorbieren und eine feste Lösung zu bilden.

Oberhalb von 300 °C reagiert Niob schnell mit Wasserdampf unter Freisetzung von Wasserstoff. Die Reaktionsformel lautet wie folgt

Nb+H2O=Nb2O5+H2

Bei hohen Temperaturen kann Niob mit den meisten anderen Gasen wie CO, CO2, SO2, NH3 usw. reagieren.

Niob ist in den meisten wässrigen Lösungen bei Raumtemperatur chemisch inert. Es bildet hauptsächlich einen dünnen und dichten Passivierungsoxidfilm auf der Oberfläche von Niobmetall, der eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweist. Wenn die Temperatur 150 °C übersteigt, fällt der durch die Reaktion erzeugte poröse Oxidfilm regelmäßig ab, was zu einer beschleunigten Korrosion führt.

Neben Flusssäure wird Niob auch durch andere anorganische Säuren unter 100 Grad C nicht korrodiert, oder die Erosionsrate ist sehr langsam.

Die Stabilität von Niob in alkalischer Lösung ist schlecht, da Niob in alkalischer Lösung hydratisierte Salze bildet, was zur Auflösung von Niob führt.

Niob hat eine gute Hochtemperaturfestigkeit, ausgezeichnete Tieftemperaturduktilität und Verarbeitungseigenschaften. Niob wird hauptsächlich in der Stahlindustrie, der Nuklearindustrie, Legierungen, Verbindungen und anderen Bereichen verwendet. Fast 90 % des Niobs werden in mikrolegiertem Stahl, Edelstahl und hitzebeständigem Stahl verwendet. Niob ist eines der wichtigen Legierungselemente in Stahl. Die Zugabe einer kleinen Menge Niob zum Stahl kann die Festigkeit des Stahls erheblich verbessern, die mechanischen Eigenschaften und Schweißeigenschaften verbessern und die Korrosionsbeständigkeit verbessern. Niob wird in Form von Eisenniob zugesetzt, hauptsächlich als Kornverfeinerer und Dispersionshärter für Stahl. Die Zugabe einer kleinen Menge Niob zu Gusseisen kann die Graphitisierung fördern, Gussrisse reduzieren, die Verschleißfestigkeit von Gussstücken verbessern und die Festigkeit und Zähigkeit von Gusseisen deutlich verbessern.

Niob wird seit langem als Legierungselement in Stahl verwendet. Die Ergebnisse zeigen, dass Niob in zweierlei Hinsicht hervorragende Wirkungen hat: Erstens kann Niob dem Metallkorn eine feine und gleichmäßige Struktur verleihen; Zweitens kann Niob feine und stabile Hartphasenpartikel bilden, die gleichmäßig in der Matrix der Legierung verteilt sind und die Rolle der Dispersionsverstärkung und des Widerstands gegen Verformung spielen. Bisher umfassen einige der wichtigsten Anwendungen von Niob in Gusseisen hauptsächlich zwei Aspekte: Zum einen die Automobilindustrie, beispielsweise Zylinderköpfe, Kolbenringe und Bremsen; Die zweite ist die metallurgische Industrie, beispielsweise Walzen und andere verschleißfeste Hochtemperaturmaterialien.

Niobstahl wird im Allgemeinen in drei Kategorien unterteilt: ① hochfester niedriglegierter Stahl (HSLA), der im Allgemeinen 0.02 %-0.{{10 enthält. }}5 % Niob. Diese Niobstahlproduktion ist die größte und macht etwa 80 % der in der Stahlindustrie verwendeten Niobmenge aus. ② niedriglegierter Stahl, der im Allgemeinen einen Niobgehalt von 0,02 %-1,0 % enthält. ③ Hochlegierter Stahl, der im Allgemeinen 0,4 %-3,0 % Niob enthält. Die größte Verwendung von Niobstahl ist die Übertragung von Erdgas- und Ölpipelines.

Eisenniob ist das größte Zwischenprodukt von Niob. Als Vorlegierung wird es häufig bei der Herstellung von legiertem Stahl und Superlegierungen verwendet. Die Thermit-Reduktionsmethode wird hauptsächlich in der industriellen Produktion eingesetzt. Die Thermitreduktion ist ein selbsterhitzender Reaktionsprozess, erfordert keine externe Erwärmung, einen kurzen Produktionsprozess, eine einfache Ausrüstung und eine einfache Bedienung. Die Thermit-Reduktionsreaktion wird bei einer Temperatur durchgeführt, bei der sowohl das metallische Aluminium als auch die Reaktionsschlacke geschmolzen werden. Um die Niobausbeute zu erhöhen, muss das Reduktionsmittel im Übermaß vorhanden sein. Um den Schmelzpunkt der Schlacke zu senken, ist es notwendig, 30 Gew.-% Nioboxid Kalk zuzusetzen, um Calciumaluminat zu erzeugen. Es wird allgemein angenommen, dass die durch die Thermitreaktion freigesetzte Wärme ausreicht, um die Reaktion auf einen Grad von 2200-2400 zu bringen, sodass Niob im Niobkonzentrat eine vollständige Reduktion erreichen kann.