钒在钢中的物理冶金学基础数据
钒在钢中的应用
铁素体晶粒
粗大奥氏 体晶粒
奥氏体 再结晶
奥氏体中 析出VN
VN析出 峰值
较高V、N含量
低加热温度：细小、 均匀原始奥氏体
第一阶段：再结晶 控制轧制，细化奥 氏体晶粒
第二阶段：VN析出 范围内变形诱导VN 在奥氏体析出，提 供铁素体相变形核 核心
细小铁素体晶粒
世界钒资源分布
世界钒资源量
全球已探明6300万吨金属钒 以目前61000吨V/年消耗速度，可保证供
应1000年
世界钒储量
已知储量1300(1400)万吨金属钒 以当前消耗速度，可保证供应200年
含钒石煤储量618.8亿吨 品位0.1 %～0.5 %之间 总V2O5量达1.18 亿吨 品位0.8 %以上达800万吨
含钒铸铁表现出良好的高温性能，具有一定的高温 强度和良好的高温耐热性
含钒铸铁的应用
机床导轨。提高耐磨性和抗摩伤能力。 曲轴。用含钒球墨铸铁代替40Cr钢生产汽车曲轴。 轧辊。冷硬和无限冷铸铁硬轧辊，提高耐磨性能。 齿轮。以稀土镁钒钛球墨铸铁为原料节约优质合金
钢材。 重型汽车制动毂。稳定摩擦系数，良好导热率，较
V(C,N) 对TWIP钢延迟断裂影响
纳米 V(C,N)析出
无V析出物，产生延迟断裂
200nm
V析出物，无延迟断裂
抗回火软化 /二次硬化
元素
C Cr Co Mn Ni W Mo Si V
1%加入量对 抗回火的贡献
-40 0 8 8 8 10 17 20 30
钒在其它钢铁产品中作用
铸铁
细化石墨，提高强 度，不降低热传导 性、抗热疲劳性和 抗热裂纹能力
钒研究新型材料的重要元素
钒研究新型材料的重要元素钒是一种重要的过渡金属元素，具有广泛的应用领域。
在材料科学中，钒的研究对于发现和制备新型材料具有重要意义。
本文将探讨钒在研究新型材料中的重要性，并介绍一些钒在材料领域的应用。
一、钒的物理性质钒是一种具有金属光泽的银白色金属元素，化学符号为V，原子序数为23，原子量为50.9415。
它具有较高的熔点和热导率，且具有良好的韧性和抗腐蚀性能。
此外，钒还表现出较高的硬度和耐磨性，使其成为制备高强度、高耐磨材料的理想选项。
二、钒在新型材料研究中的应用1. 钒合金钒与其他金属元素合金化可以改变金属的性能和结构。
例如，钛合金中添加适量的钒可以提高其强度和耐腐蚀性能。
此外，钒还可以用于制备高熔点合金，如钒铌合金和钒钛铁矿合金等。
这些合金在航空航天、汽车制造和核工业等领域有着重要应用。
2. 钒氧化物钒氧化物是一类重要的材料，具有宽电子带隙和良好的导电性能。
它们在电池、电子器件和光电器件等领域被广泛应用。
例如，钒氧化物可用于制备高性能锂离子电池的正极材料，其高容量和优异的循环稳定性使之成为一种具有潜力的动力电池材料。
3. 钒基超导材料钒在超导材料领域也具有重要的应用价值。
一些钒基超导体，如钒钛矿结构的钒硫化物和钒氧化物等，显示出较高的临界温度和较好的输运性能。
这些材料对于研究超导机制和应用于超导电器件具有重要意义。
4. 钒基催化剂钒及其化合物在催化领域也表现出良好的性能。
例如，钒基催化剂可用于氧化反应、还原反应以及有机合成中的氧化脱氢等反应。
钒基催化剂具有高催化活性、良好的选择性和较好的耐久性，对于实现清洁能源和高效催化过程具有重要意义。
三、结语钒作为一种重要的元素，在新型材料研究中扮演着重要角色。
它的物理性质和化学特性使得钒在合金、氧化物、超导材料和催化剂等各个领域都具备广泛应用的潜力。
通过深入研究钒的性质和应用，我们可以进一步推动新型材料的发展，推动科技进步和社会发展。
钒在钢中的物理冶金学基础数据
钒在钢中的物理冶金学基础数据（实用版）目录1.钒在钢中的作用2.钒的物理性质3.钒在钢中的冶金反应4.钒对钢的性能影响5.钒在钢中的应用正文一、钒在钢中的作用钒是一种重要的合金元素，被广泛应用于钢铁行业。
在钢中添加钒，可以显著改善钢的性能，提高钢的强度、韧性和耐磨性。
钒在钢中的作用主要表现在以下几个方面：1.细化钢的晶粒：钒可以作为一种晶粒细化剂，使钢的晶粒细化，从而提高钢的强度和韧性。
2.增加钢的强度：钒可以作为合金元素，提高钢的强度，使钢具有更高的抗拉强度和抗压强度。
3.提高钢的韧性：钒可以显著提高钢的韧性，使钢在受到外力作用时，具有更好的塑性和韧性，不易断裂。
4.增强钢的耐磨性：钒可以提高钢的耐磨性，使钢在受到摩擦时，具有更好的耐磨性能。
二、钒的物理性质钒是一种银白色的金属，熔点高，硬度大，密度约为 5.9g/cm。
钒具有良好的延展性和导热性，但导电性较差。
钒在常温下呈固态，不与水反应，但在高温下能与水发生反应，生成氢气和钒酸盐。
三、钒在钢中的冶金反应钒在钢中的冶金反应主要包括以下几个方面：1.钒与氧的反应：钒在钢中可以与氧发生反应，生成钒酸盐。
钒酸盐在钢中呈固态，可以作为钢中的强化相，提高钢的强度。
2.钒与氮的反应：钒在钢中可以与氮发生反应，生成钒氮化物。
钒氮化物在钢中呈固态，可以作为钢中的强化相，提高钢的强度。
3.钒与碳的反应：钒在钢中可以与碳发生反应，生成钒碳化物。
钒碳化物在钢中呈固态，可以作为钢中的强化相，提高钢的强度。
四、钒对钢的性能影响钒对钢的性能影响主要表现在以下几个方面：1.钒可以细化钢的晶粒，使钢的晶粒细化，从而提高钢的强度和韧性。
2.钒可以作为合金元素，提高钢的强度，使钢具有更高的抗拉强度和抗压强度。
3.钒可以显著提高钢的韧性，使钢在受到外力作用时，具有更好的塑性和韧性，不易断裂。
4.钒可以提高钢的耐磨性，使钢在受到摩擦时，具有更好的耐磨性能。
五、钒在钢中的应用钒在钢中的应用广泛，主要应用于以下几个方面：1.高速钢：钒可以作为高速钢中的合金元素，提高高速钢的强度、韧性和耐磨性，使高速钢在高速切削时，具有更好的性能。
(完整)钒化合物性质资料
1．钒A.物理性质钒是一种单晶金属，呈银灰色,具有体心立方晶格,曾发现在1550℃以及－28~－38℃时有多晶转变。
钒的力学性质与其纯度及生产方法密切相关。
O、H、N、C等杂质会使其性质变脆，少量则可提高其硬度及剪切力,但会降低其延展性。
钒的主要物理性质见表2－1钒的力学性质如表2－2所示。
表2－1金属钒的物理性质②c p=a + b T+c T 2,式中，T为温度，K。
表2-2 金属钒的力学性质B.锐的化学性质由图2 — 1可见，锐在周期表中位于第4周期、VB 族，属于过渡金属元素中的高熔点元素，包括Ti 、Zr 、 Hf 、V 、Nb 、Ta 、Cr 、Mo 、W 、Re 等10个元素。
它们的特点是：具有很高的熔点，例如鸨的熔点是3180℃, 弱的熔点是2610℃,它们主要是用作合金的添加剂，有些也可以单独使用，其中某些金属在高温下具有抗氧 化性、高硬度、高耐磨性。
但这些金属的力学性质与其纯度和制备方法密切相关，少量的晶间杂质，会使其 硬度和强度明显提高，但却使其延展性下降。
在原子结构方面，这些元素的外电子层具有相同的电子数，一般 有两个电子（少数是一个电子），而在次外电子层的电子数目则依次递增，其化学性质介于典型金属与弱典 型金属之间，处于过渡状态，具有彼此相互接近的性质，其共同的特点是：图2 — 1高熔点元素在周期表中的位置（1）这些元素外电子层的电子比较稳定，但较易失去次外电子层的电子，而形成不同价态的离子，例如 筑可以形成一1、+2、+3、+4、+5的价态，而Ti 则可以形成+ 2、+3、+4的价态。
图2 —2所示为锐 原子核的结构图；图2 — 2钒原子核的结构图（质子数P=23,中子数N = 28）（2）这些元素按其顺序，次外电子层的电子数目依次增加，由于电子的静电引力作用，遂使原子的半径 也渐趋缩小；（3）这些元素的水溶液，由于电子的转移作用形成的光谱，都会使其离子呈现颜色，只有少数例外； （4）这些元素会形成硼化物、碳化物、氮化物、氢化物，它们多数都具有金属性质，只有少数例外。
钒合金研究报告
钒合金研究报告摘要：钒合金是一种重要的合金材料，具有很高的耐腐蚀性和机械性能。
本文对钒合金的研究进行了概述，包括钒合金的种类、制备方法、物理和化学性质、应用领域等方面的内容。
钒合金的研究具有重要的实际意义和科学价值，可以为相关行业的发展提供技术支持和理论指导。
关键词：钒合金；制备方法；物理性质；化学性质；应用领域一、引言钒合金是一种重要的合金材料，具有很高的耐腐蚀性和机械性能，广泛应用于钢铁、航空、航天、电子、化工等领域。
近年来，随着科技的不断进步和工业的不断发展，钒合金的研究也得到了越来越多的关注。
本文对钒合金的研究进行了概述，旨在为相关行业的发展提供技术支持和理论指导。
二、钒合金的种类钒合金主要分为硅钒合金、铝钒合金、钒铁合金和钒钛铁合金等几种。
其中，硅钒合金是一种钒、硅、铁等元素组成的合金，硅钒比例一般在10%~40%之间。
硅钒合金具有很高的抗氧化性能和耐腐蚀性能，广泛应用于不锈钢、合金钢、铸铁等领域。
铝钒合金是一种钒、铝、铁等元素组成的合金，铝钒比例一般在10%~30%之间。
铝钒合金具有很高的硬度和强度，广泛应用于航空、航天、电子等领域。
钒铁合金是一种钒和铁组成的合金，钒铁比例一般在30%~80%之间。
钒铁合金具有很高的磁性和导电性能，广泛应用于电子、电力等领域。
钒钛铁合金是一种钒、钛、铁等元素组成的合金，钒钛比例一般在10%~40%之间。
钒钛铁合金具有很高的耐腐蚀性能和机械性能，广泛应用于化工、冶金等领域。
三、钒合金的制备方法钒合金的制备方法主要有炼钢法、还原法、氧化法、电解法等几种。
其中，炼钢法是最常用的一种方法，主要是通过向钢水中添加钒铁合金或钒钛铁合金等来制备钒合金。
还原法是一种将钒矿物还原为钒合金的方法，主要有碳还原法、铝还原法、钙还原法等几种。
氧化法是一种将钢中的钒氧化为钒酸盐，然后还原为钒合金的方法。
电解法是一种通过电解将钒离子还原为钒合金的方法。
四、钒合金的物理性质钒合金的物理性质主要包括密度、热膨胀系数、热导率、电导率等方面。
钒在中高强钢中的应用
钒在中高强钢中的应用罗伯特·J·格罗多夫斯基（战略矿物公司)1 前言中高碳钢广泛用于许多普通用途。
增加碳作为基本合金以提高钢的强度和硬度，这是提高性能的最经济的途径。
但是，碳含量的增加也引起了其它效应，包括降低了焊接性能、延性和冲击韧性。
这些降低了的性能如果能被接受，则高碳材料增加后的强度和硬度优势可以得到充分利用。
高碳钢的通常用途包括锻钢、钢轨钢、弹簧钢（扁钢和圆钢）、预应力混凝土、钢丝、轮胎加固筋、耐磨钢（板及锻钢）、以及高强钢筋。
为了提高钢在这些用途中的性能，通常的做法是，通过最大增加碳的适用量，以使强度和硬度达到最高。
根据各种不同的用途碳添加量的限制因素也不同。
对于锻钢和棒材，可能是韧性或焊接性能。
对于高强钢丝，碳添加量的限制因素通常是共析碳量，在此之上形成的晶界碳将巨大地降低可延性能。
即使不考虑用途，对于增加碳含量也将有一个实际限制。
如需要继续提高钢的强度或硬度性能，就必须考虑其它强度机制。
在各种可采用的选择中，添加微合金达到析出强化是一个比较常用的做法。
除了增加轧态或锻态强度，添加微合金也能产生其它优势。
微合金用于生产细晶粒钢。
微合金析出在热处理过程中，通过锁定晶界，防止对于晶粒增长所必须的这些晶界移动，可以阻止奥氏体晶粒增长。
微合金析出，特别是与钒析出, 可以为回火调质钢提供调质阻力。
利用调质阻力特性，通过一定的调质周期，可以获得更高硬度和强度的调质马氏体。
利用较高的调质温度，在保持硬度的同时，可以提高马氏体的韧性。
2钒的优势可供选择微合金有铌、钛及钒。
其中，由于几方面的原因，钒是一种更受欢迎的添加物。
首先，可能也是最重要的，与其它微合金相比，钒碳氮化物《V（C、N）》的高溶解性，使其能在无论是轧制或是锻制的正常加热温度下溶解。
氮钛化物（TiN）的溶解能力最低，无论是作为氮化物亦或是碳化物，在高碳钢中作为析出强化剂，通常都无效。
铌碳氮化物《Nb（C、N）》与钒相比，其溶解能力也较低。
第一章 钒的基础知识
钒的生产方法。
一、世界钒的发展历史
钒(V)，呈银灰色，原子序数为23，原子量为50.942，在元素周 期表中属VB族，具有体心立方晶格。
1801年，墨西哥矿物学家德尔·里奥在研究铅矿时，发现一种化 学性质与铬、铀相似的新元素，其盐类在酸中加热时呈红色，故名 为红色素。实际上是钒。
到目前为止,世界上生产钒的矿石主要以钒钛磁铁矿为主,在俄罗斯、南 非、中国、澳大利亚及美国等国家都有丰富的钒钛磁铁矿资源,此外，在 钒铀矿、铝土矿、磷岩矿、碳质页岩、石油燃烧灰渣、废催化剂等均可 作为回收钒的资源。
二、中国钒的发展
在20世纪30年代才发现攀枝花地区蕴藏有大量钒钛磁铁矿。钒储 量占全国的87%，占世界的47%；钛储量占全国的93%,占世界的 45%；铁占全国的11%。
1867年，英国化学家娄斯科用氢还原氯化钒(VCl3)，首次制得金 属钒。同时他在研究英国西部的铜矿时，制备了V2O5、V2O3、VO、 VOCl3、VOCl2和VOCl等钒化合物。
1882年，英国列•克鲁佐特钢铁公司用含钒1.1%的炼钢炉渣制得 钒的磷酸盐，年产量约60t。用户是生产苯胺黑的染料厂。
在800~1000℃时钒与碳生成碳化钒(VC)。
V + 2Cl2 = VCl 4 2V+N2=2VN V +C=VC
此外，钒亦具有一定的耐液态金属(铀、钠)和合金(铅-铋 等)的腐蚀能力，因此，钒适合作钠冷却快中子反应堆的燃料 包套和反应堆材料。
金属钒的制备: 用金属钙还原五氧化二钒 V2O5 或用金属镁还原三氯化钒
VO 等轴 浅灰 5.76
1790
不溶水,溶于酸
V2O3 菱形 黑 4.87 1970～2070
钒在冶金中的应用及研究进展
粒 ，提高 晶粒 粗 化温 度 ， 而 降低 钢 的过 热敏 感性 ， 从 并 提 高钢 的强度 和 韧性 。加 入钒 还 可增 加 钢 的淬 透
性 和 淬火 钢 的 回火 稳定 性 ， 产生 二 次硬 化效 应 ， 并 尤
作者简 介 邓杰博
收 稿 日期 ２ １ —２ １ ０ １０ —３
普 通铸 铁 加入 适量 钒 ， 基 体组 织会 发 生变 化 ， 其 能 够 细化 晶粒 ， 改善 碳 化物 的形 态 和分 布 ， 高力 学 提 性 能 ，明显改 善 其硬 度 、 冲击 韧度 和 耐磨 性 。 实验 表 明适 量 钒 、钛 可 使 高 铬铸 铁 组织 细化 ， 碳 化 物 形 态 和 分 布改 善 。硬 度 、 性 和 耐磨 性 都 有 韧 所 提 高 １ 相 关 人 员 研 究 了 添加 钒 对 低 铬 白 口铸 铁 。
ｎ ｔ ｎ ｌ ｒｄ ｃ ｎ ａｉｎ ｌ ｅｅ ｃ ． ａｉ ａ ｏ ｕ ｔａ ｄ ｎ ｔ ａ ｆ ｎ ｅ ｏ ｐ ｏ ｄ
Ｋｅ ｗ ｏ ｄ Ｖａ ａ ｕ ， ｃ ｒ ｎ ｐ ｉ ａｉｎ ｓａｕｓ ｒ ｓ ａｃ ｒ ｇ ｅ ｓ ｙ ｒｓ ｎ ｄｉｍ ｕｒｅ ｔａ ｐｌｃ ｔｏ ｔ ｔ ， ｅ ｅ ｒ ｈ ｐ ｏ ｒ ｓ
组 织 及 性 能 影 响 。 果 与 对 高铬 铸 铁 的影 响基 本 相 结 同 。
冶 金 中可用 于 生产 钒钛 合 金 ， 可应 用 于磁 性材 料 、 还 硬 质合 金 、 超导 材料 及 核反 应 堆材 料 等领域 。 随着世 界 冶金 行业 的迅速 发展 ，钒作 为 “ 业 味精 ”的重要 工 性 将更 加 显现 出来 。 我 国钒 储 量大 ， 有 发展 钒 合 具
有研 究 钒 以及 热处 理 工艺 对 高铬 锰 白 口铸铁 组
钒在钢中的物理冶金学基础数据
钒在钢中的物理冶金学基础数据钒是一种重要的合金元素，广泛用于钢铁制造中。
下面是钒在钢中的物理冶金学基础数据，以便更好地了解和应用钒在钢铁工业中的作用。
1.钒的化学性质：钒是一种过渡金属元素，原子序数为23，位于周期表中第5族。
它的原子量为50.94，具有良好的耐热性和抗腐蚀性。
钒可以形成多种化合价，最常见的是+2、+3、+4、+5。
2.钒在钢中的作用：钒可以改善钢的硬度、强度和耐磨性。
它可以与碳一起形成碳化钒，增加钢的硬度。
此外，钒还可以细化钢的晶粒，提高钢的强度和韧性。
钒还可以提高钢的耐磨性，使其在高温和高压条件下具有优异的性能。
3.钒的添加量：钒的添加量通常为0.1%至0.5%。
在钢中添加适量的钒能够获得理想的性能提升效果。
过高或过低的钒含量都会对钢的性能产生负面影响。
4.钒的溶解度：钒在钢中的溶解度随着温度的升高而增加。
在高温下，钒可以与其他元素形成化合物，改变钢的结构和性能。
5.钒的热处理：钒合金钢在热处理过程中需要注意控制温度和时间，以确保钒的溶解和析出过程得以完善。
过高的温度或过长的时间会导致钒的析出不完全，从而影响钢的性能。
6.钒的影响因素：钒的影响因素包括钒含量、钢的化学成分、热处理条件等。
这些因素都会对钒在钢中的溶解度和分布状态产生影响，从而影响钢的性能。
综上所述，钒在钢中具有重要的物理冶金学基础数据。
了解钒的化学性质、作用、添加量、溶解度、热处理以及影响因素，有助于合理应用钒在钢铁制造中，提高钢的性能和质量。
当我们在实践中充分考虑这些数据时，将能够更好地利用钒的优势，满足不同工业领域的需求。
钒在钢中的析出强化作用
钒在钢中的析出强化作用析出强化是微合金化元素最重要的作用之一。
根据Ashby-Orowan模型，第二相析出强化作用取决于第二相颗粒的体积分数和尺寸大小。
第二相颗粒尺寸越小，其析出强化效果越强。
第二相体积分数增加，其析出强化作用也加强。
Gladman基于Ashby-Orowan模型对比了钒、铌钢中析出强化作用的实验观察结果与理论计算结果，如图1所示。
实验测量得到的析出强化作用与理论计算得到的析出强化作用结果有较好的一致性。
虽然微合金钢中析出相的体积分数较低，但析出相细小弥散，通常其颗粒尺寸小于10nm，因此，第二相的析出强化对屈服强度的贡献是明显的。
由于钒有更高的溶解度，含钒钢中可以得到更高体积分数的析出相，因此也具有产生更大析出强化的能力。
从图1可以看出，含钒钢第二相体积分数为0.10%~0.15%，当第二相颗粒尺寸达到3~5nm时，最大析出强化效果可达到150MPa。
铌也能产生明显的析出强化，铌钢在第二相体积分数为0.03%~0.04%、对应第二相颗粒平均尺寸约3~5nm时，能够产生的最大析出强化约100MPa。
需要指出的是，如果Nb(C,N)析出发生在高温奥氏体热变形过程中，即通常所说的应变诱导析出，其析出强化作用将显著降低。
TiC的析出也能产生强烈的析出强化，在高强度带钢的生产中经常应用。
图1 基于Ashby-Orowan模型的析出强化与析出相尺寸和体积分数的关系图1中Gladman示意图的应用需特别小心。
正如DeArdo所指出的那样，Gladman示意图推算析出强化作用代表了所能达到的最大强化效果，它是在一种理想的析出条件下才能实现，即微合金化元素能够完全析出。
实际情况下，各种因素，如轧制温度、变形量、冷却途径和冷却速度等，对析出反应、析出相尺寸和数量有很大影响。
因此，实际的析出强化效果不一定像Gladman示意图中所显示的那样强烈。
在所有微合金化元素的析出相中，钒的析出相具有最高的溶解度，能在相对低的温度下就能完全固溶于奥氏体中，从而当钢冷却至铁素体区域时，能全部地参与析出强化。
钒的物化性质
蒸汽压
V2O5（液）= V2O5（气）
△H298/kJ·mol-1
-1550.6
-713.37
-1218.8
-431.8
S298/J·K·mol-1
130.5
51.46
98.07
38.91
△G298/kJ·mol-1
-1420.0
-659.4
-1139.5
-404.4
3、2、钒酸
VO2是两性氧化物，能与碱形成四价钒的钒酸盐。五价钒的氧化物是酸性较强的两性氧化物，它与碱形成的钒酸盐的趋势更为明显。钒在溶液中的聚合状态不仅与溶液的酸度有关，而且也与其浓度关系密切。
对钒冶金而言，最重要的钒酸盐是钒酸钠和偏钒酸铵。
3、3、1、钒酸钠
偏钒酸钠（NaVO3）、焦钒酸钠（Na4V2O7）和正钒酸钠（Na3VO4）比较常见，它们在水中易溶解，生成水合物。以偏钒酸钠为例，在35℃以上时它能从其溶液中结晶出无水结晶，而在35℃以下则析出NaVO3·２Ｈ２Ｏ。偏钒酸钠的溶解度随温度升高而增加。
不同价态的钒离子在酸性溶液中具有不同的颜色。因此，可以根据离子的颜色和颜色的深浅初步鉴别酸性溶液中钒离子的价态和离子浓度。
室温下金属钒较稳定，不与空气、水和碱作用，也能耐稀酸。高温下，金属钒很容易与氧化氮作用。当金属钒在空气中加热时，钒氧化成棕黑色的三氧化二钒、铁红色的四氧化二钒，并最终成为桔黄色的五氧化二钒。钒在氮气中加热至900~1300℃会生成氮化钒。钒与碳在高温下可生成碳化钒，但碳化反应必须在真空中进行。当钒在真空下或惰性气氛中与硅、硼、磷、砷一同加热时，可形成相应的硅化物、硼化物、磷化物和砷化物。
一、钒的物理性质
钒属于元素周期表第VB族。它与其他VB族金属一样，具有体心立方结构，没有任何晶型变化，致密钒的外观呈浅灰色，熔点较高，在冶金分类上与同一副族的铌和钽同属于稀有高熔点金属。琪硬度和抗拉强度极限与加工和热处理状况及杂质含量有密切关系。纯钒具有良好的可塑性，在常温下可轧成片、箔和拉成丝。少量的杂质，特别是碳、氧、氮和氢等间隙元素，可使钒的可塑性降低，硬度和脆性增加。
金属冶炼中的钒冶炼与钒生产
钒的用途
01
钢铁工业
作为合金元素，提
高钢铁的强度、韧
02
性、耐腐蚀性等
有色金属工业
用于生产钛、锆、 铪等合金
04
航空航天工业
用于制造高温合金
03
、火箭发动机等
化学工业
用于生产各种含钒 化合物，如偏钒酸 铵、五氧化二钒等
钒的分布与储量
01
主要产地：南非、俄罗斯、中国、美国等
02
全球储量：约2200万吨
03
全球年产量：约15万吨
02
钒的冶炼工艺
矿石的采选
1 2
3
矿石来源
钒通常与其他金属伴生于一些矿物中，如石煤、钾长石、钠 长石等。
采矿方法
根据矿床类型和地形条件，选择露天开采或地下开采。
选矿流程
通过破碎、磨矿、浮选等工艺流程，将含钒矿物与其他杂质 分离。
冶炼过程
氧化焙烧
将含钒矿物与氧化剂（如空气或纯氧）混合加热，使钒氧化成可溶性的钒酸盐。
THANKS
低生产成本。
节能减排技术
02
采用新型的冶炼炉和余热回收技术，降低能耗和减少污染物排
放。
自动化与智能化控制
03
通过自动化和智能化技术，实现钒冶炼过程的精准控制和优化
管理。
发展趋势
绿色化
加强环保监管，推动钒冶炼行业绿色化发展，降 低对环境的影响。
规模化
通过兼并重组等方式，实现钒冶炼企业的规模化 发展，提高产业集中度。
废气处理
燃烧法
将含硫氧化物、氮氧化物的废气通入燃烧室中，在高温下进行燃 烧反应，生成无害的二氧化硫、氮气和水蒸气。
吸附法
利用活性炭等吸附剂吸附废气中的粉尘和有害气体，达到净化空气 的目的。
钒在钢铁生产中的作用
钒在钢铁生产中的作用钒是一种重要的合金添加剂，广泛应用于钢铁生产过程中。
钒对于改善钢铁的性能，提高其力学性能以及耐热性能方面具有显著的作用。
本文将详细介绍钒在钢铁生产中的作用以及其具体应用。
一、钒的化学性质特点钒（V）是一种微量元素，其化学性质相对不活泼。
钒元素主要以化合物的形式存在，常见的化合物有钒酸盐和氧化钒等。
在钢铁生产中，一般使用钒铁或钒钢渣来添加钒。
二、钒在钢铁中的作用1. 提高钢铁的强度和硬度：钒元素能够与碳元素形成强化相，通过固溶强化和晶间强化机制，有效提高钢铁的强度和硬度。
此外，钒的存在还可以加强晶界的结合力，提高钢铁的成形性能。
2. 提高钢铁的耐热性能：钒元素具有良好的抗高温氧化性能，能够有效防止钢铁在高温下的氧化腐蚀。
此外，钒还能够减少钢铁中的晶界ρ相的形成，改善钢铁的耐热性能。
3. 改善钢铁的耐蚀性：钒元素能够与碳元素形成碳化钒，提高钢铁的耐蚀性能。
钒的添加还可以改善钢铁的冷脆性，降低钢铁的裂纹敏感性。
三、钒在不同类型钢铁中的应用1. 钒在低合金钢中的应用：低合金钢是一种常见的结构材料，钒在其中起到了增加强度的作用，提高了钢铁的塑性和韧性。
另外，钒还能够提高钢铁的焊接性能和耐磨性能。
2. 钒在不锈钢中的应用：不锈钢是一种抗腐蚀性能较好的钢铁材料，钒元素的添加可以提高不锈钢的耐蚀性、耐高温性和增强力学性能。
同时，钒还能够改善在高温下的抗氧化性能。
3. 钒在工具钢中的应用：工具钢是一种用于制造切削工具和模具的钢铁材料，钒元素在其中主要起到了提高硬度和耐磨性能的作用。
钒元素可以与碳元素形成高硬度的碳化钒，提高工具钢的切削能力和抗磨耗性能。
四、钒的添加方法和注意事项在钢铁生产中，钒的添加主要通过加入钒铁或钒钢渣的方式进行。
添加钒的量一般根据钢铁的具体要求来确定，通常在0.05%至0.20%之间。
在添加钒的过程中，需要注意控制好温度和反应时间，以确保钒的均匀分布和充分溶解。
总结：在钢铁生产中，钒元素起到了不可忽视的作用。
钒的冶炼与利用
提高钒的冶炼效率
研发新型冶炼技术
通过研发新的冶炼技术，提高钒 的提取率和回收率，降低能耗和
减少环境污染。
优化现有冶炼工艺
对现有冶炼工艺进行改进和优化， 提高生产效率和产品质量，降低生 产成本。
强化资源综合利用
充分利用冶炼过程中的副产物和废 弃物，实现资源的高效利用和循环 利用。
开发新的钒应用领域
03
钒的应用
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
钒在钢铁工业中的应用
01
02
03
04
钒在钢铁工业中主要用于提高 钢材的强度、韧性、耐腐蚀性
和高温性能。
钒元素可以细化钢铁的晶粒， 提高钢材的强度和韧性，使其 在承受高负荷时不易变形或断
裂。
钒还可以与碳、氮等元素形成 碳化物或氮化物，提高钢材的
钒的冶炼与利用
汇报人：可编辑 2024-01-06
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ERA
• 钒的简介 • 钒的冶炼 • 钒的应用 • 钒的未来发展 • 结论
目录
CONTENTS
01
钒的简介
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ERA
钒的性质
用途
钒主要用于钢铁工业，作为添加剂加 入钢中，可以提高钢的强度、韧性、 延展性和耐腐蚀性。此外，钒还用于 制造钛合金、催化剂和颜料等。
02
钒的冶炼
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ERA
钒矿的开采
01
ห้องสมุดไป่ตู้
02
03
钒钛的基本性质冶金钢铁
钒钛材料课前复习??前言??第一章绪论钒钛材料概况??第一节钒矿物种类??第二节钒材料的分类??第三节钒材料的用途??第四节钒材料的发展史??第五节钛矿物种类??第六节钛材料分类??第七节钛材料的用途??第八节钛的发展史??第九节钒钛材料今后的发展趋势第二章钒钛基本性质第一节金属钒的性质第二节V-O系相图第三节V2O3的性质第四节VO2的性质第五节V2O5的性质第六节偏钒酸铵的性质第七节钒的某些二元非金属化合物第八节钒铁性质第九节钒铝性质第十节钒的毒性第十一节金属钛的性质第十二节TiO2钛白的性质第十三节低价钛Ti2O3、Ti3O5性质第十四节偏钛酸的性质第十五节四氯化钛TiCl4的性质第十六节碳化钛TiC的性质第十七节正硫酸钛TiSO42和硫酸氧钛TiOSO4的性质第十八节钛的毒性第二章钒钛基本性质第一节金属钒的性质??钒是一种高熔点难熔金属常温下为固态呈银灰色具有体心立方晶格原子序数23。
??纯钒具有良好的延展性和可锻性在常温下可制成片、丝和箔。
??钒呈弱顺磁性是电的不良导体。
??钒的力学性能取决于它的纯度。
??常温下钒的化学性质较稳定但在高温下能与碳、硅、氮、氧、硫、氯、溴等大部分非金属元素生成化合物。
??钒具有较好的耐腐蚀性能能耐淡水和海水的侵蚀亦能耐氢氟酸以外的非氧化性酸如盐酸、稀硫酸和碱溶液的侵蚀但能被氧化性酸浓硫酸、浓氯酸、硝酸和王水溶解。
??金属钒的物理性质如下表所示表金属钒的物理性质性质数据原子量50.9451熔点/℃1890±10沸点/℃3380密度/g/cm36.11比热容20℃/J·kg·K-1533.72热导率20℃/w·m·K-130.98超导转变温度/K5.13线膨胀系数0100℃℃-18.3×10-6电阻率20℃/μΩ·cm24.826.0电阻温度系数/Ω·cm·℃-12.182.76×10-8热焓0100℃/J·mol-124.62再结晶温度/℃8001000晶型立方第二节V-O系相图O原子分数★由氧-钒二元相图可知钒有多种氧化物。
钒冶炼的原理与应用
航空航天工业
钒在航空航天工业中主要用于制造高性能的航空发动机和 火箭发动机。
钒可以提高发动机材料的耐高温和耐腐蚀性能，从而提高 发动机的可靠性和寿命。
04 钒冶炼的环境影响与可持 续发展
钒冶炼的环境影响
空气污染
01
密度大
钒的密度较大，约为5.96克/立方厘米，属于高 密度金属元素。
良好的导电性和导热性
钒在金属中导电性和导热性能较好，可用于制造电阻合金和高温合金。
钒的化学性质
反应活性较低
在常温下，钒不易与空气中的氧气、氮气和 水蒸气发生反应。
在酸中稳定
在稀酸中，钒不易溶解，但在浓酸中可与浓 硫酸、浓硝酸等发生反应。
率。
绿色能源
利用可再生能源和清洁能源，如太阳 能、风能等，替代传统能源，减少对
环境的负担。
循环经济
实现资源的循环利用，将废渣、废水 等废弃物进行资源化利用，降低对环 境的影响。
环保监管
加强环保监管力度，建立完善的环保 法规和标准，对钒冶炼企业进行严格 的环境评价和监测。
05 未来钒冶炼技术的研究方 向
在钢中添加钒可以细化钢的组织结构，提高钢的 强度、韧性和耐磨性。
钒钢广泛用于汽车、建筑、石油、电力和航空航 天等领域。
钛工业
钒是生产钛合金的重要原料之一，用 于制造航空航天、医疗和体育器材等 领域所需的钛合金。
钒可以提高钛合金的强度、耐腐蚀性 和高温性能，使其成为重要的航空材 料。
化学工业
钒在化学工业中主要用于生产颜料、染料、油漆和涂料等产 品。
铝热还原法是在高温下，将五氧化二钒与铝反应，通过铝的 还原作用将五氧化二钒还原成金属钒。该方法可以获得高纯 度的金属钒，同时铝还可以作为合金元素添加到金属钒中。
高考钒元素知识点
高考钒元素知识点钒（Vanadium）是一种化学元素，原子序数为23，化学符号为V。
它在自然界中以多种矿石的形式存在。
钒元素具有广泛的应用价值，尤其在冶金、化工、材料科学等领域具有重要作用。
下面就是高考钒元素知识点的详细介绍。
1. 钒元素的基本性质钒是一种过渡金属元素，在元素周期表中位于第五族，具有金属的典型性质。
它的原子序数为23，原子量为50.94。
钒的化学符号V源自其英文名Vanadium。
2. 钒元素的发现历史钒元素最早由瑞典科学家Nils Gabriel Sefström于1830年发现。
他从矿石中提取出了一种新的金属氧化物，并将其命名为Vanadium，以纪念斯堪的纳维亚神话中的女神Vanadis。
3. 钒元素的物理性质钒是一种银白色的金属，具有良好的延展性和导电性。
它的熔点为1910℃，沸点为3407℃。
钒的密度为6.11克/立方厘米，属于中等密度的金属。
4. 钒元素的化学性质钒是一种活泼的金属，容易与氧、硫等非金属元素形成化合物。
钒的氧化态多样，常见的氧化态有+2、+3、+4和+5。
此外，钒还能形成多种配合物，并参与到许多有机化合物的合成过程中。
5. 钒元素在生物体内的作用钒在生物体内以微量元素的形式存在，并参与到机体的多种生理过程中。
例如，钒对人体的葡萄糖代谢、骨骼发育和免疫调节等方面发挥着重要的作用。
6. 钒元素的应用领域钒具有广泛的应用价值，主要体现在以下几个领域：(1) 冶金工业：钒在钢铁生产中具有重要作用，能够显著提高钢材的强度和韧性。
(2) 化工工业：钒催化剂在有机化工合成反应中广泛应用，用于制备各种有机化合物。
(3) 电池工业：钒氧化物是一种重要的正极材料，常用于制造锂离子电池和钛酸锂电池。
(4) 材料科学：钒合金具有良好的耐热性和耐腐蚀性，用于制造高温工具和高强度材料。
(5) 医学领域：钒化合物被应用于放射性同位素治疗和成像检查。
7. 钒元素的环境影响钒元素在自然界中广泛存在，但过量的钒元素对环境和生物体可能造成一定的危害。
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第10卷第5期1998年10月 钢铁研究学报JOU RNAL O F I RON AND ST EEL R ESEA RCHV o l .10,N o.5 O ct .1998钒在钢中的物理冶金学基础数据3雍岐龙 阎生贡 裴和中 田建国 杨文勇Physical M etallurg ical Data of Vanad iu m i n SteelY ong Q ilong Y an S heng g ong P ei H ez hong T ian J iang uo Y ang W eny ong 3国家自然科学基金资助项目 作者单位:云南工业大学(Yunnan Po lytechnical U niversity ) 联系人:雍岐龙,教授,昆明(650051),云南工业大学机械工程学院摘 要 根据近年来的试验及理论研究结果,同时参阅了大量国外文献资料,全面地搜集总结了钒在钢中的物理冶金学基础数据,可供有关研究工作者及生产技术人员参考选用。
关键词 钒,物理冶金学,数据,钢ABSTRACT F rom the experi m en tal and theo retical research resu lts and the au 2tho ritative w o rk s ,the fundam en tal physicalm etallu rgical data of vanadium in steel have been co llected and co llated comp rehen sively.T he info rm ati on and data are u sefu l to the concerned researchers and techn ician s fo r reference .KEY WOR D S vanadium ,physical m etallu rgy ,data ,steel 钒在钢中具有阻止晶粒长大、提高淬透性、阻止形变奥氏体再结晶及沉淀强化等作用,它是低合金高强度钢中十分重要的微合金元素,在工具钢、不锈钢及结构钢中也广泛用钒合金化。
目前,全世界每年生产的含钒钢钢材接近5000万t ,约占钢材总产量的7%[1]。
为了充分发挥钒在钢中的有益作用,必须进行深入的理论和试验研究工作,而这些研究均需要确切掌握和应用钒在钢中有关的物理冶金学基础数据。
但很多研究工作常由于缺乏这些基础数据不能深入进行,或由于所选用的基础数据不准确而导致得到不可靠的结论。
近年来,作者在有关的研究工作中搜集整理了大量资料,由此遴选出较为可靠的基础数据。
同时,采用各种试验研究和理论推导方法获得了很多重要的基础数据。
作者总结归纳了这些工作,旨在较全面地提供完整、准确、可靠的有关钒在钢中的物理冶金学基础数据,以促进含钒钢的研究、研制开发和生产应用。
钒在钢中的存在形态主要为:微量固溶于铁基体中或形成碳氮化钒第二相,为便于讨论,将分别论述固溶钒及碳氮化钒的有关物理冶金学基础数据。
1 固溶钒的基础数据 钒是位于元素周期表第四周期(第一长周期)第˝副族的过渡族金属元素,原子序数为23,其外层电子结构为3d 34s 2,原子量50.9414。
固态钒是体心立方结构的晶体,室温(20℃)下的点阵常数为0.30301nm [2],最近邻原子间距为0.26241nm ,摩尔体积为0.8377×10-5m 3m o l ,密度为6.081g c m 3,配位数为12时的原子半径为0.136nm ,比铁的原子半径大5.7%。
钒在整个固态存在温度范围内无固态多型性相变。
钒是原子结合力相当强的过渡族金属元素,其升华热为5.102×105J m o l (25℃),低于钨、锇、钽、铼、铌、碳、铱、钼、锆、铪、钌、钍、硼、铑和铂,而高于其他所有元素;其熔点为1902℃,低于钨、铼、锇、钽、钼、铌、铱、钌、铪和铑,而高于其他所有金属元素;其沸点为3410℃,远低于铼、钨、钽、锇、铌、钼、铪、锆、铀、铱、钍、钌、铂和铑,略高于钛及其他常见金属元素[3];线膨胀系数(0～100℃)为8.3×10-6℃[4],在过渡族金属元素中是较低的,略低于钛,远低于铁(12.1×10-6℃);其平均比热(0～100℃)为498J(kg・K)[4],小于钛[528J(kg・K)],大于铁[456J(kg・K)],远大于铌[268J(kg・K)]。
钒在室温(20℃)下的正弹性模量E=1.276×105M Pa,切变弹性模量G=4.67×104M Pa,体积压缩模量K=1.58×105M Pa,泊松比T=0.365[5]。
其弹性模量值与钛、锆接近,低于铪、钽,明显低于铬、锰和铁,显著低于钼、钨和铼;另一方面,其泊松比值在过渡族金属元素中是相对较高的,仅低于金、铌、铂、镤和锆。
钒单晶在室温下的各弹性刚度分别为: C11=2.30×105M Pa,C44=4.32×104M Pa,C12= 1.20×105M Pa;其各弹性柔度分别为:S11=6.76×10-12Pa-1,S44=23.2×10-12Pa-1,S12=-2.32×10-12Pa-1[6]。
钒与铁的平衡相图属于B型,C区缩小形成C 相圈型。
钒的加入使铁的A4点下降,A3点先略下降(钒含量至0.2at.%时,达最低点896℃)然后迅速上升,在钒含量为1.35at.%和温度约为1115℃处与A4点汇合而形成封闭的C相圈;钒与A铁形成连续的固溶体,并在温度低于1234℃和钒含量为35 %～55%内形成金属间化合物R(FeV)相[7]。
用放射性元素示踪法测得V48在C铁中的扩散系数为[8]在1102～1356℃时 D=0.25exp-63100R T (c m2s)(1)式中 R——气体常数; T——绝对温度。
用薄层残留放射性方法得到钒在奥氏体中的扩散系数为[9]在0.53at.%V、1100～1300℃时 D=1.46exp-68900R T (c m2s)(2)在1.09at.%V、1100～1300℃时 D=0.53exp-66200R T (c m2s)(3)用放射性元素示踪法测得V48在A铁中的扩散系数为[8] D=3.92exp-57600R T (c m2s)(4)用薄层残留放射性方法得到钒在铁素体中的扩散系数为[9]在2.11at.%V、1100～1300℃时 D=0.10exp-61500R T (c m2s)(5)最后,钒的自扩散系数的放射性元素示踪法测定结果为[10]在880～1356℃时 D=(0.36±0.02)exp-73650R T (c m2s)(6)2 碳氮化钒的基础数据 钒是相当强烈的碳氮化物形成元素。
在含钒钢中,钒也以碳氮化物的形态存在而发挥重要作用。
碳、氮原子半径与钒原子半径的比值分别为约0.57和0.52(均小于0.59),因此钒的碳化物和氮化物均为简单点阵结构的间隙相。
钢中通常存在的碳化钒和氮化钒为N aC l(B1)型面心立方结构的间隙相,其中的间隙原子(特别是碳原子)常会发生一定程度的缺位,使其化学组成式中碳或氮的系数成为小于1的小数,如碳化钒的化学组成式可从V C0.5变化到V C。
长期以来,国内很多文献均将钢中存在的碳化钒写作V4C3,但根据有关的实验结果,钢中存在的碳化钒极少为V4C3,而主要为V8C7(V C0.875)和V6C5(V C0.833),且会由于碳原子的有序缺位而形成有序化合物[11～14],而氮化钒则因氮原子缺位甚少,故通常仍将其认为是完整的VN。
室温下,V C的点阵常数为0.4182nm[15],摩尔体积为1.101×10-5m3m o l,密度为5.717g c m3。
出现碳缺位时,点阵常数将减小,V C0.875的点阵常数为0.4167nm[16],而V C0.833的点阵常数为0.4160nm[17],由此可看出其点阵常数基本随碳缺位程度而线性变化。
V C0.875的摩尔体积为1.089×10-5m3m o l,密度为5.641g c m3;V C0.833的摩尔体积为1.084×10-5m3m o l,密度为5.624g c m3。
碳化钒的线膨胀系数(17～190℃)为7.2×10-6K[18],而按有关数据[19]计算而得的线膨胀系数(20～1100℃)为8.29×10-6K,熔点为(2730±85)℃[20],室温正弹性模量E=4.300×105M Pa[20],显微硬度为HV2600[20]。
V C0.88的定压比热容c p=36.38+13.31×10-3T-7.12×105T-2J(K・m o l)(298～2000K)[21]。
碳化钒在298K时的形成热$H=-100.946钢 铁 研 究 学 报 第10卷kJ m o l[22]。
室温下VN的点阵常数为0.4126nm[19],摩尔体积为1.058×10-5m3m o l,密度为6.142g c m3,线膨胀系数(20～1100℃)为8.1×10-6K[18],其熔点为2050℃[19],室温显微硬度为HV1520[19],定压比热容c p=45.80+8.79×10-3T-9.25×105T-2 J(K・m o l)(298～1611K)[21],298K时的形成热$H=-217.3kJ m o l[22]。
钢中存在的碳化钒和氮化钒在整个固态范围内均可完全互溶而形成碳氮化钒,其点阵常数和密度可用线性内插法计算得到。
很多研究者测定得到碳化钒和氮化钒在C铁中的固溶度积公式,其中常用的为 lg([V]・[C])C=6.72-9500T[23](7) lg([V]・[N])C=3.63-8700T[23](8) 碳化钒和氮化钒在A铁中的固溶度积非常小,实验难以测定。
目前仅有由热力学数据推导而得到的平衡固溶度积公式 lg([V]・[C]0.875)A=5.65-9340T[24](9) lg([V]・[N])A=2.45-7830T[24](10) 由上述固溶度积公式和碳化钒及氮化钒的理想化学配比值可计算出含钒钢中任一温度下的溶钒量[V]、溶碳量[C]或溶氮量[N],通过稍微复杂的计算还可得出任一温度下碳氮化钒的化学组成式(即V C x N1-x或V C0.875x N1-x中的x)及溶钒量、溶碳量和溶氮量[25]。