微合金化--钢铁强国的开门匙（上）
2002-01-10 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel
从1975年第一届国际微合金化会议至1995年的第二届会议，国际冶金界对钢的微合金化的理论价值取得了共识，对在传统的低合金高强度钢基础上研发微合金化钢有了广泛的兴趣。
近1／4世纪以来的冶金工艺技术突飞猛进的进展，如高质量铁源、铁水预处理、转炉顶底复吹强化冶炼、炉外二次冶金及真空处理、高效连铸、薄板坯连铸连轧、热机械处理等一系列技术开发，使微合金化钢的发展如虎添翼，尤其是钢的微合金化等控制轧制技术相结合，成为20世纪世界钢铁业的重大技术进展之一，对产业技术革命和社会发展产生了不可估量的助推作用。 在世界范围内，乃至在我国，钢铁业的结构调整和资产重组进程中，几乎所有的普钢企业都把以发展微合金化钢生产为主要内容的钢材品种结构调整放在第一位，在全国大中型企业的科技发展或新品种开发方案中，为最大限度地适应各行各业技术进步对钢材质量上不断提出的新需求，为增强市场竞争力，不失时机地把微合金化钢品种列入企业的产品大纲，并为此规划了相关技术的改造。这一调整步骤的影响力极其巨大，以致于业内人士已认识到钢的微合金化是打开钢铁强国之门的一把钥匙。微合金化的生产为企业带来了新生、市场竞争力和更多的经济实惠。 西方各工业发达国家，如美、德、日、英、意、澳、加等国，大约在1990年至1996年间，铌铁的消费量已超过钒铁和钛铁的消费量，Nb微合金化钢产量在微合金化钢总产量中上升为第一位。我国的情况也显示了这一趋势，近10余年来，含Nb微合金化钢（包括Nb－V、Nb－Ti微合金化钢）和Nb处理钢的发展非常突出，X52－X70级油气输送管线钢、大型公路或公－铁路两用桥梁钢、32－40k g级高强度造船钢、高层建筑钢结构用钢板和H型材、矿山、挖掘、装载、起吊、自卸类工程机械用钢、铁道重轨和辅助用材、汽车用大梁、滚型车轮及内外板用钢、抗震和耐火钢材、耐大气和海洋腐蚀用钢、集装箱用钢等等，无一不是含Nb钢为第一选择。
1998～2000年的三年，据统计我国微合金化钢产量分别为346万、379万和405万吨，以铌微合金化钢产量增长最快，为120万、135万和160万吨。我们可以清楚地看到，在未来的5～10年内，以西部大开发为契机的西气东输、西电东送、青藏铁路、三峡建设以及南水北调等特大工程将继续拉动以N b钢为主体的微合金化钢的开发生产和应用。各行业提出钢材新品种需求如下： 高层建筑（Ⅳ级以上）具有可焊性建筑材（σs≥500M Pa） 大跨度重载桥梁（日本σs≥980M Pa） 轻型节能车（车重每降100k g，省油0．7升／百公里）电力工业（高抗水（沙）蚀钢，超临界机组） 石油开采（5500m以上钻井） 长距离油气输送线（X70级以上级别，耐酸气和土壤腐蚀） 地下和海洋设施：耐蚀低合金、微合金结构钢 高强工程及机械用钢：抗延迟断裂，108次使用寿命 高速铁路：200km／h、300km／h 其它：高强工程机械、民用船舶和军用舰艇、轻质航空航天 金属基复合材料、能源设施、储存容器、精密仪器新世纪前10年对主要高强钢材品种的数量需求预测见下表，其中基本上是微合金化钢。
今后十年我国待开发的高强钢材由此预测，今后5年我国微合金化钢总产量从2001年的420万～520万吨将增长到2005年的830万～960万吨，大约占我国同期粗钢总产量的3．8％和5．2％。“十五”期内N b、V、Ti微合金化钢的产量平均年增长率分别为20％、13％和8％。
品种预计年需求量（万吨）
高强钢筋 270
高强建筑结构用钢 80
高强优质重轨 20
高强大桥用钢 10
电力工业 49.7
石油开采及提炼 116
油气输送和油管 100
高强船板 50
汽车用高强热轧板 57
汽车用高强冷轧板 15.4
总计 769 铌：
助人类翱翔太空 20世纪50年代后期，冷战处于高峰，美苏两国的太空竞赛正酣，此时，苏联第一颗人造卫星上了天，这使得美国总统艾森豪威尔紧张不已。为了赢得竞赛，体现美国的实力，他决定集中美国的财力，物力，人力，不惜代价要超过苏联。要赢得竞赛，最基础，也是最关键的因素是用于制造火箭的材料，这种材料无疑是耐高温的高温合金（超级合金）。负责材料开发的是NASA位于Ceveland的Lewis中心，其中主要的材料学家之一是Dr．Stephens。 正是Dr．Stephens把铌引入了太空，使其成为组成航天航空材料的主要元素之一。后来，他被科学界誉为美国的英雄，因为如果没有他的研究成果，美国就不可能赢得太空竞赛的最终胜利，更不可能实现人类登上月球的壮举。 也正是在太空竞赛最激烈的时候，铌及其铌基合金的研究达到了高潮。Nb－1％Z r合金和C－103合金（N b－10％H f－1％Ti）是当时研究的重要结果。
1959年由Inco．公司开发的Inconel718合金（5％Nb），成为后来飞机发动机的关键材料。 铌之所以成为高温合金的主要组成元素，其原因是多方面的，其中最主要的原因有以下两点：
1．铌是一种密度最小的难熔金属。 这一特点使铌及其铌基合金具有高强度，低密度。与此同时，铌及其铌基合金具有抗液态碱金属侵蚀和低的中子吸收截面的独特性能。正是铌的这些特点，使得20世纪50年代和60年代快速发展的空间探索项目得以实现。这些合金的最终用途有固体推进剂火箭推力燃烧室核辐射裙，重返飞船的提升和制导结构，紧凑和高动力密度的核能系统和飞机燃气轮机部件。在这些合金中，最典型的铌基合金是C103。
2．以铌为强化元素的镍基超级合金中，铌的作用非常明显且独特。 铌在超级合金中的主要作用是固溶强化和析出强化。铌形成MC和M 6C形式的碳化物进而形成Ni3Nb的强化相。 镍基超基合金的典型代表是含铌5％的In－cone l718合金，加入铌是为了增加高温强度。其强化机理是热处理过程中在镍马氏体基体中析出金属化合物（Ni3Nb）。虽然作为强化元素也可以用其它金属代替，但实验和实践都发现，铌是惟一能避免在最终产品制造过程中形成应变时效裂纹的元素，特别在焊接过程中，这一特点更加明显。由于铌有延缓时效的作用，部件可以进行消除应力处理而不发生裂纹。
自Inco．公司开发出718合金至今已有40余年，该合金一直是镍基合金中最重要的全能合金，是最重要的航天航空材料，这与铌的作用当然密不可分。 然而，随着科技的发展和人类对空中交通工具要求的进一步提高以及对宇宙的进一步探索，航天航空用发动机材料需要抗更高的温度和具有更高的强度，这时，718合金以及其他的镍基合金已经不能满足要求，这是因为镍的熔点确定了其使用温度的自然上限。 由美国空军支持的综合性能涡轮发动机确定了先进发动机的目标性能为其推理／重量比为现有发动机的两倍。在这种情况下，近年来启动了几种先进材料的研究开发工作。目的在于确定一种材料或一个系统既具有耐高温的能力又具有重量轻的特点。由于铌的综合性能，铌再次成为这些启动项目的主要选择金属元素。
（曹铁柱） 神通广大的铌，是坚硬的灰白色金属。可以被拉成细丝，也可以压成极薄的片。然而，含有极少量的杂质时，铌却变得很脆。铌极难熔化，熔点高达2415℃。 铌的化学性质非常稳定。常温下，在空气里，它不会与氧气作用，在工业区大气中放了15年，铌的表面仅稍稍发暗。当温度升高到200℃时，它的表面被缓解地氧化，生成一层薄薄的氧化膜，这层氧化膜非常致密，它能防止里面的铌被进一步氧化。铌也不怕酸的腐蚀，除氢氟酸外，其它强酸，甚至是王水都不能腐蚀它。曾有人把铌放在浓热的硝酸中，达两个月之久，它也不损丝毫；后来又把它放在强烈的王水中，继续浸了6昼夜，铌仍旧安然无恙！ 铌有着吸收氧、氢、氮等气体的特殊本领，其中尤其是对氢的吸收更加突出。据试验，1公斤铌就能吸收104公斤的氢气！当温度升高时，铌吸收的本领便逐渐下降，在1000℃的高温下，1公斤铌只能吸收4升以下的氢气。铌吸收了氢气后便变得很脆。不过，如果当它吸足氢气后，把它放在真空中加热到600℃以上，铌又会把氢气重新放出来，恢复它原来的面目。 由于铌的性能优异，在工业上便得到重要的应用。在冶金工业上，用铌制成耐高温、高强度的特种合金和钢，常用来焊接机器上的重要部件，因为铌能大大提高焊接口的坚牢度。 在电子管制造工业上，人们利用铌吸收气体的特性，用它做电子管中的永久除气剂；由于铌耐热性能好，也常用来做电子管中的热附件。 世界上生产的铌精矿80％以上用于制作铌铁。将铌精矿用金属铝等还原，可以制成含铌60％以上的“铌铁”。这种铌铁在炼钢时加进去，可以改进、提高钢的强度、耐热性和焊接加工性能。开始人们是在不锈钢中加入铌（加铌量为含碳量的10倍），由于铌与钢中的碳化合成碳化铌，可以减少晶界腐蚀，提高强度。后来发现在耐热钢中加入千分之一以至万分之几的铌，也可以大大提高钢的高温强度。但用得最广的还是这些年发展起来的添加铌的低合金高强度钢。有人说钢中每加入万分之一的铌，可使其抗张强度增加1．5～3公斤／毫米2。这种钢大量用于制造输送石油和天然气的大口径钢管以及汽车、卡车、船舶、桥梁等方面。从1970年以来，美国钢铁工业用铌量一直以年增长率15％以上的速度在增加。预计今后钢铁工业仍将是铌应用的主要领域。
（百木牛） 阿拉沙 太阳升起的地方 铌与巴西矿冶公司（CBMM）素描 王伟哲 巴西，以其足球的王国和桑巴舞的故乡而享誉世界。而铌，这个战略性的资源，也与这个国家的名字紧密地联系在一起。 在巴西圣保罗以北大约400公里，有个四季如春、鲜花盛开、树木茂盛的丘陵地区，这里曾经是印第安人居住的地方，阿拉沙，在当地印第安土著语中的含义是“太阳升起的地方”。正是这个“太阳升起的地方”，蕴藏着世界上最丰富的铌矿资源，占世界总储量的70％，按照现在铌的消耗水平，可以满足全世界使用400年，巴西矿冶公司（CBMM）的矿区就坐落在这里。 走进这座矿区，没有因爆破而产生的硝烟，也没有星罗棋布的矿井，只有一大片红褐色的土地???露天铌矿床展现在你的眼前，D8L蝎形挖斗车、966蝎形装载车紧张地工作着，挖掘着可能比金砂还要昂贵的烧绿石矿，含铌高达5％，比我国铌矿含铌量高出两个数量级。这种烧绿石原矿，经过浮选和电冶金处理，含五氧化二铌达60％，再经过过滤，去除杂质后，在电弧炉中生产成铌铁。整个生产过程，都是用世界上最先进设备完成的。 铌一直是一种鲜为人知且价格昂贵的稀有金属，1964年，巴西矿冶公司生产出铌，使铌的价格大幅度下降，铌才真正在大工业中得到应用。所以，在我们纪念铌元素发现200周年之际，也不应该忘记，在巴西有一个“太阳升起的地方”，这里有一家巴西矿冶公司，他们每年为世界生产30000多吨铌制品，满足了世界对铌的70％的需求。
为中国钢铁腾飞架金桥 记中信公司与中国钢铁界及CBMM的科技合作 傅俊岩 巴西矿冶公司（CBMM）总裁、中国国际科技合作外国专家友谊奖获得者卡马戈博士是中国人民的老朋友。1978年11月，他来到中国与钢铁研究总院进行了第一次接触。开创了巴西矿冶公司和中国钢铁工业长达22年之久的友好和技术合作的历史。
中国国际信托投资公司（以下简称中信公司）与巴西矿冶公司（CBMM）的合作始于1989年。这一年，中信美国钢铁公司（北京）与巴西CBMM在美国的子公司（NPC）公司副总裁斯图尔特博士签订第一个合同，为宝钢，武钢和上钢一厂进口CBMM铌铁15吨，1990～2001年期间中信公司为中国钢铁工业共累计进口巴西CBMM的铌铁4562吨。宝钢，武钢，鞍钢等大型钢铁企业用CBMM铌铁累计共生产900多万吨高强度低合金钢材（管线钢，汽车用钢，造船板，工程机械用钢，建筑用钢等），为中国社会主义经济建设作出巨大贡献。 在这12年期间，中信公司为开发中国钢铁工业的市场，做了大量的铌微合金化技术的推广工作：如自1994年底建立中信铌钢发展奖励基金以来，1995～2000年间共对宝钢、武钢、鞍钢、钢研院等16家单位和个人颁奖；主持，资助和参加全国性H SLA钢工作和学术会议（30余次）；资助钢铁企业专家并组团出国赴美国和巴西技术考察和访问（共10个团组，60人次，）；编译出版“神奇的铌在钢铁中的应用”等技术丛书（17册），铌钢快讯14期；在《中国冶金报》等媒体宣传铌微合金化技术文章（29余篇）；与钢铁企业、钢铁研究院、北科大等单位签订技术合作协议（20余个）；无偿赞助试验用铌铁1．5吨；2000年赞助马钢技术开发中心10万元，进行含铌大型H型钢的研究开发工作；多次到钢厂进行技术服务和访问（包括陪同CBMM专家到钢厂的访问）；协助CBMM公司选拔四名博士后到美国，加拿大等大学进修铌微合金化技术等。2001年中信公司又和CBMM、重点钢铁企业、院所合作在中信－CBMM铌钢发展奖励基金的基础上建立了中信微合金化技术中心，成立专家委员会，增设铌微合金化技术优秀论文奖，在北科大和东北大学设立优秀研究生奖学金计划，开通微合金化技术电子网站www．citicmetal.com．cn，出版“微合金化技术”期刊，加大铌微合金化技术的推广和资助力度。
中信公司作为CBMM和中国钢铁工业的桥梁，共同为开发中国铌铁市场，和中国钢铁界进行了大量的科技合作和技术交流。在过去的12年中，CBMM公司专家代表团多次访问中国，组织国际上著名冶金专家、教授（98人次）到中国与钢铁界科研单位和钢铁企业（29个）进行含铌微合金钢技术讲座和交流，多次邀请由中国冶金专家组成的代表团（92人次）赴巴西进行技术访问，先后资助中国10余名冶金专家赴美国匹兹堡大学，德国图加特大学，加拿大麦克马斯特大学做含铌钢的研究工作，9次参与资助由中国金属学会等单位主办的国际高强度低合金钢学术会议。在卡马戈博士的亲自组织下，巴西矿冶公司坚持不懈地将自20世纪70年代发展起来的国际上最新微合金化冶金学理论和生产实践技术，源源不断地介绍到中国，为中国钢铁工业品种结构调整，推动中国高强度低合金钢的发展作出了不可磨灭的贡献。 伟大的发现光照人间 铌发现200周年回顾杨雄飞 铌于1801年11月26日被英国化学家查理斯.哈契特（CharlesHa tchett）（1765－1847）发现，至今已有200年了。“雄兔脚扑朔，雌兔眼迷离 双兔傍地走，安能辨我是雄雌” 宇宙冶金师制造的铌，在地球中沉睡着绕太阳巡天“游弋”了47亿年之久，历尽沧桑，终于被地球人所发现。由于钽、铌两个元素的性质极为相似，使化学家长期处于扑朔迷离之中，发现和认清它历经了相当曲折的道路。
1801年夏日的某一天，正在研究西伯利亚铬矿的哈契特在不列颠博物馆欣赏来自世界各地的矿石样本。突然，一块像宝石一样美丽的矿石吸引了他的注意，它有点透明、黑褐色，带有金色的纹理，与西伯利亚铬矿很相像。这块石头是康涅狄格州第一任总督的孙子John Win throp送给不列颠博物馆的创始人Hans Sloane爵士的。好奇心与研究者的兴趣促使哈契特向院长要了一块小矿石。起初，哈契特认为这是铬矿，并试图从中分离出铬酸。但事与愿违，他所分离出来
的化合物不是铬酸而是未知金属氧化物。由于这块石头是来自于哥伦布发现的美国，为了纪念它的产地，哈契特把这种矿石命名为Colum bite（钶矿），并于1801年11月26日在伦敦皇家学会正式宣布了新金属钶的发现，把这个元素命名为Colum bium。（2001年对这块矿石进行分析，发现其组成为（Fe0．8Mn0．2）（Nb1．54Ta0．44）Σ1．98O6，含54．7％N b2O5和26．3％Ta 2O5） 在钶发现后一年，1802年发生了一件事情，给钶的平淡的发现增添了一些风趣。
1802年12月，瑞典化学家爱克伯格（A．Ekeberg）分析了伊特波尔（Itte rbul）村庄附近找到的一些矿物，宣称发现了一种新的金属氧化物。溶解这种氧化物的一切努力都失败了，这促使爱克伯格把这种新金属命名为Tantalum（钽），寓意“旦塔勒斯（Tan talus）的苦恼”，意为徒劳无效的工作（旦塔勒斯是希腊神宙斯的儿子，因曳露天机而受惩罚，让他站在水中而无法喝水，处于果树底下而吃不到果子，永世遭受饥渴之苦）。这种矿物称为Tantalite（钽矿），爱克伯格坚信他发现了一种新的元素。 由于铌和钽的性质相似的程度达到难以辨认，又经常伴生于一体，使化学家们扑朔迷离，疑为是两种元素，又好像是同一个元素。当时许多著名的化学家都卷入了一场争论，有些学者认为爱克伯格只是重新发现了钶，而连当时著名的化学家贝齐里乌斯在内的另外一些人则认为哈契特的钶酸是氧化钽和钨酸的混合物。这场争论持续了35年，直到1844年著名化学家贝齐里乌斯的学生罗斯（Hein rich.Rose）（1795－1864）彻底解决了这场争端的迷。他分析了不同的钽矿和钶矿，每次都发现除钽以外还有另一种元素，这元素和钽很接近，罗斯认为他发现了一种新的元素，并把这陌生者称为Niobium（铌）（取自于希腊神话人物Niobe，Niobe是旦塔勒斯的女儿，以示钽铌亲密无间）。1864年Bloms trand第一次用H2气还原氯化物而得到铌金属。继1801年哈契特发现铌之后的64年间，经过许多化学家的努力，才科学的验证了铌、钽确实是两种不同的元素。1865年瑞士化学家马利纳克（J．G．Galissardde Marignac）首先正确地测定出铌和钽的原子量。 铌和钶这同一元素的两个名称共存了107年。
到1951年，国际理论与应用化学协会命名委员会才正式决定统一采用铌（Niobium）作为元素的名称。但钶这个名字在北美仍被广泛地使用着。而如今，为了纪念这位伟大的发现者，巴西矿冶公司－CBMM与其他组织一道，设立查理斯?哈契特（Charles Hatchett）优秀论文奖。查尔斯?哈契特奖是一块用纯铌专门制作的金属纪念币（见左图）。除了纪念币，CBMM还为获奖者提供资金去巴西参观巴西铌公司的工业设备、巴西的工业以及他们感兴趣的领域的研究中心。巴西的获奖者可以去其它洲访问与铌技术有关的研究中心。该奖于1979年第一次颁奖，每年一次。 铌元素一般存在于铌矿，铌－钽矿，烧绿石和黑稀金矿中。由于资源和制得方面的问题，在铌发现后的100多年间，它仍然仅是被摆放在实验室中，当作“天外飞石”进行研究。直到1925年才开始用于高温耐热合金。受其有限资源的影响，应用范围比较窄。
自挪威1961年首次从烧绿石中提取铌获得成功以来，烧绿石则成为铌的重要资源。 如今，已探明世界铌资源丰富，储量巨大。巴西是目前储量和储量基础最多的国家，占世界储量的94％，特点是储量集中，平均品位高（＞2％）。其中A raxa的露天矿，矿藏中的沉积矿共有4．56亿吨，Nb 2O5平均储量高达2．5％。我国铌矿主要集中在白云鄂博和都拉哈拉。截至1992年，全国已探明的工业储量以Nb2O5计为11．65万吨。
近1／4世纪以来的冶金工艺技术突飞猛进的进展，如高质量铁源、铁水预处理、转炉顶底复吹强化冶炼、炉外二次冶金及真空处理、高效连铸、薄板坯连铸连轧、热机械处理等一系列技术开发，使微合金化钢的发展如虎添翼，尤其是钢的微合金化等控制轧制技术相结合，成为20世纪世界钢铁业的重大技术进展之一，对产业技术革命和社会发展产生了不可估量的助推作用。 在世界范围内，乃至在我国，钢铁业的结构调整和资产重组进程中，几乎所有的普钢企业都把以发展微合金化钢生产为主要内容的钢材品种结构调整放在第一位，在全国大中型企业的科技发展或新品种开发方案中，为最大限度地适应各行各业技术进步对钢材质量上不断提出的新需求，为增强市场竞争力，不失时机地把微合金化钢品种列入企业的产品大纲，并为此规划了相关技术的改造。这一调整步骤的影响力极其巨大，以致于业内人士已认识到钢的微合金化是打开钢铁强国之门的一把钥匙。微合金化的生产为企业带来了新生、市场竞争力和更多的经济实惠。 西方各工业发达国家，如美、德、日、英、意、澳、加等国，大约在1990年至1996年间，铌铁的消费量已超过钒铁和钛铁的消费量，Nb微合金化钢产量在微合金化钢总产量中上升为第一位。我国的情况也显示了这一趋势，近10余年来，含Nb微合金化钢（包括Nb－V、Nb－Ti微合金化钢）和Nb处理钢的发展非常突出，X52－X70级油气输送管线钢、大型公路或公－铁路两用桥梁钢、32－40k g级高强度造船钢、高层建筑钢结构用钢板和H型材、矿山、挖掘、装载、起吊、自卸类工程机械用钢、铁道重轨和辅助用材、汽车用大梁、滚型车轮及内外板用钢、抗震和耐火钢材、耐大气和海洋腐蚀用钢、集装箱用钢等等，无一不是含Nb钢为第一选择。
1998～2000年的三年，据统计我国微合金化钢产量分别为346万、379万和405万吨，以铌微合金化钢产量增长最快，为120万、135万和160万吨。我们可以清楚地看到，在未来的5～10年内，以西部大开发为契机的西气东输、西电东送、青藏铁路、三峡建设以及南水北调等特大工程将继续拉动以N b钢为主体的微合金化钢的开发生产和应用。各行业提出钢材新品种需求如下： 高层建筑（Ⅳ级以上）具有可焊性建筑材（σs≥500M Pa） 大跨度重载桥梁（日本σs≥980M Pa） 轻型节能车（车重每降100k g，省油0．7升／百公里）电力工业（高抗水（沙）蚀钢，超临界机组） 石油开采（5500m以上钻井） 长距离油气输送线（X70级以上级别，耐酸气和土壤腐蚀） 地下和海洋设施：耐蚀低合金、微合金结构钢 高强工程及机械用钢：抗延迟断裂，108次使用寿命 高速铁路：200km／h、300km／h 其它：高强工程机械、民用船舶和军用舰艇、轻质航空航天 金属基复合材料、能源设施、储存容器、精密仪器新世纪前10年对主要高强钢材品种的数量需求预测见下表，其中基本上是微合金化钢。
今后十年我国待开发的高强钢材由此预测，今后5年我国微合金化钢总产量从2001年的420万～520万吨将增长到2005年的830万～960万吨，大约占我国同期粗钢总产量的3．8％和5．2％。“十五”期内N b、V、Ti微合金化钢的产量平均年增长率分别为20％、13％和8％。
品种预计年需求量（万吨）
高强钢筋 270
高强建筑结构用钢 80
高强优质重轨 20
高强大桥用钢 10
电力工业 49.7
石油开采及提炼 116
油气输送和油管 100
高强船板 50
汽车用高强热轧板 57
汽车用高强冷轧板 15.4
总计 769 铌：
助人类翱翔太空 20世纪50年代后期，冷战处于高峰，美苏两国的太空竞赛正酣，此时，苏联第一颗人造卫星上了天，这使得美国总统艾森豪威尔紧张不已。为了赢得竞赛，体现美国的实力，他决定集中美国的财力，物力，人力，不惜代价要超过苏联。要赢得竞赛，最基础，也是最关键的因素是用于制造火箭的材料，这种材料无疑是耐高温的高温合金（超级合金）。负责材料开发的是NASA位于Ceveland的Lewis中心，其中主要的材料学家之一是Dr．Stephens。 正是Dr．Stephens把铌引入了太空，使其成为组成航天航空材料的主要元素之一。后来，他被科学界誉为美国的英雄，因为如果没有他的研究成果，美国就不可能赢得太空竞赛的最终胜利，更不可能实现人类登上月球的壮举。 也正是在太空竞赛最激烈的时候，铌及其铌基合金的研究达到了高潮。Nb－1％Z r合金和C－103合金（N b－10％H f－1％Ti）是当时研究的重要结果。
1959年由Inco．公司开发的Inconel718合金（5％Nb），成为后来飞机发动机的关键材料。 铌之所以成为高温合金的主要组成元素，其原因是多方面的，其中最主要的原因有以下两点：
1．铌是一种密度最小的难熔金属。 这一特点使铌及其铌基合金具有高强度，低密度。与此同时，铌及其铌基合金具有抗液态碱金属侵蚀和低的中子吸收截面的独特性能。正是铌的这些特点，使得20世纪50年代和60年代快速发展的空间探索项目得以实现。这些合金的最终用途有固体推进剂火箭推力燃烧室核辐射裙，重返飞船的提升和制导结构，紧凑和高动力密度的核能系统和飞机燃气轮机部件。在这些合金中，最典型的铌基合金是C103。
2．以铌为强化元素的镍基超级合金中，铌的作用非常明显且独特。 铌在超级合金中的主要作用是固溶强化和析出强化。铌形成MC和M 6C形式的碳化物进而形成Ni3Nb的强化相。 镍基超基合金的典型代表是含铌5％的In－cone l718合金，加入铌是为了增加高温强度。其强化机理是热处理过程中在镍马氏体基体中析出金属化合物（Ni3Nb）。虽然作为强化元素也可以用其它金属代替，但实验和实践都发现，铌是惟一能避免在最终产品制造过程中形成应变时效裂纹的元素，特别在焊接过程中，这一特点更加明显。由于铌有延缓时效的作用，部件可以进行消除应力处理而不发生裂纹。
自Inco．公司开发出718合金至今已有40余年，该合金一直是镍基合金中最重要的全能合金，是最重要的航天航空材料，这与铌的作用当然密不可分。 然而，随着科技的发展和人类对空中交通工具要求的进一步提高以及对宇宙的进一步探索，航天航空用发动机材料需要抗更高的温度和具有更高的强度，这时，718合金以及其他的镍基合金已经不能满足要求，这是因为镍的熔点确定了其使用温度的自然上限。 由美国空军支持的综合性能涡轮发动机确定了先进发动机的目标性能为其推理／重量比为现有发动机的两倍。在这种情况下，近年来启动了几种先进材料的研究开发工作。目的在于确定一种材料或一个系统既具有耐高温的能力又具有重量轻的特点。由于铌的综合性能，铌再次成为这些启动项目的主要选择金属元素。
（曹铁柱） 神通广大的铌，是坚硬的灰白色金属。可以被拉成细丝，也可以压成极薄的片。然而，含有极少量的杂质时，铌却变得很脆。铌极难熔化，熔点高达2415℃。 铌的化学性质非常稳定。常温下，在空气里，它不会与氧气作用，在工业区大气中放了15年，铌的表面仅稍稍发暗。当温度升高到200℃时，它的表面被缓解地氧化，生成一层薄薄的氧化膜，这层氧化膜非常致密，它能防止里面的铌被进一步氧化。铌也不怕酸的腐蚀，除氢氟酸外，其它强酸，甚至是王水都不能腐蚀它。曾有人把铌放在浓热的硝酸中，达两个月之久，它也不损丝毫；后来又把它放在强烈的王水中，继续浸了6昼夜，铌仍旧安然无恙！ 铌有着吸收氧、氢、氮等气体的特殊本领，其中尤其是对氢的吸收更加突出。据试验，1公斤铌就能吸收104公斤的氢气！当温度升高时，铌吸收的本领便逐渐下降，在1000℃的高温下，1公斤铌只能吸收4升以下的氢气。铌吸收了氢气后便变得很脆。不过，如果当它吸足氢气后，把它放在真空中加热到600℃以上，铌又会把氢气重新放出来，恢复它原来的面目。 由于铌的性能优异，在工业上便得到重要的应用。在冶金工业上，用铌制成耐高温、高强度的特种合金和钢，常用来焊接机器上的重要部件，因为铌能大大提高焊接口的坚牢度。 在电子管制造工业上，人们利用铌吸收气体的特性，用它做电子管中的永久除气剂；由于铌耐热性能好，也常用来做电子管中的热附件。 世界上生产的铌精矿80％以上用于制作铌铁。将铌精矿用金属铝等还原，可以制成含铌60％以上的“铌铁”。这种铌铁在炼钢时加进去，可以改进、提高钢的强度、耐热性和焊接加工性能。开始人们是在不锈钢中加入铌（加铌量为含碳量的10倍），由于铌与钢中的碳化合成碳化铌，可以减少晶界腐蚀，提高强度。后来发现在耐热钢中加入千分之一以至万分之几的铌，也可以大大提高钢的高温强度。但用得最广的还是这些年发展起来的添加铌的低合金高强度钢。有人说钢中每加入万分之一的铌，可使其抗张强度增加1．5～3公斤／毫米2。这种钢大量用于制造输送石油和天然气的大口径钢管以及汽车、卡车、船舶、桥梁等方面。从1970年以来，美国钢铁工业用铌量一直以年增长率15％以上的速度在增加。预计今后钢铁工业仍将是铌应用的主要领域。
（百木牛） 阿拉沙 太阳升起的地方 铌与巴西矿冶公司（CBMM）素描 王伟哲 巴西，以其足球的王国和桑巴舞的故乡而享誉世界。而铌，这个战略性的资源，也与这个国家的名字紧密地联系在一起。 在巴西圣保罗以北大约400公里，有个四季如春、鲜花盛开、树木茂盛的丘陵地区，这里曾经是印第安人居住的地方，阿拉沙，在当地印第安土著语中的含义是“太阳升起的地方”。正是这个“太阳升起的地方”，蕴藏着世界上最丰富的铌矿资源，占世界总储量的70％，按照现在铌的消耗水平，可以满足全世界使用400年，巴西矿冶公司（CBMM）的矿区就坐落在这里。 走进这座矿区，没有因爆破而产生的硝烟，也没有星罗棋布的矿井，只有一大片红褐色的土地???露天铌矿床展现在你的眼前，D8L蝎形挖斗车、966蝎形装载车紧张地工作着，挖掘着可能比金砂还要昂贵的烧绿石矿，含铌高达5％，比我国铌矿含铌量高出两个数量级。这种烧绿石原矿，经过浮选和电冶金处理，含五氧化二铌达60％，再经过过滤，去除杂质后，在电弧炉中生产成铌铁。整个生产过程，都是用世界上最先进设备完成的。 铌一直是一种鲜为人知且价格昂贵的稀有金属，1964年，巴西矿冶公司生产出铌，使铌的价格大幅度下降，铌才真正在大工业中得到应用。所以，在我们纪念铌元素发现200周年之际，也不应该忘记，在巴西有一个“太阳升起的地方”，这里有一家巴西矿冶公司，他们每年为世界生产30000多吨铌制品，满足了世界对铌的70％的需求。
为中国钢铁腾飞架金桥 记中信公司与中国钢铁界及CBMM的科技合作 傅俊岩 巴西矿冶公司（CBMM）总裁、中国国际科技合作外国专家友谊奖获得者卡马戈博士是中国人民的老朋友。1978年11月，他来到中国与钢铁研究总院进行了第一次接触。开创了巴西矿冶公司和中国钢铁工业长达22年之久的友好和技术合作的历史。
中国国际信托投资公司（以下简称中信公司）与巴西矿冶公司（CBMM）的合作始于1989年。这一年，中信美国钢铁公司（北京）与巴西CBMM在美国的子公司（NPC）公司副总裁斯图尔特博士签订第一个合同，为宝钢，武钢和上钢一厂进口CBMM铌铁15吨，1990～2001年期间中信公司为中国钢铁工业共累计进口巴西CBMM的铌铁4562吨。宝钢，武钢，鞍钢等大型钢铁企业用CBMM铌铁累计共生产900多万吨高强度低合金钢材（管线钢，汽车用钢，造船板，工程机械用钢，建筑用钢等），为中国社会主义经济建设作出巨大贡献。 在这12年期间，中信公司为开发中国钢铁工业的市场，做了大量的铌微合金化技术的推广工作：如自1994年底建立中信铌钢发展奖励基金以来，1995～2000年间共对宝钢、武钢、鞍钢、钢研院等16家单位和个人颁奖；主持，资助和参加全国性H SLA钢工作和学术会议（30余次）；资助钢铁企业专家并组团出国赴美国和巴西技术考察和访问（共10个团组，60人次，）；编译出版“神奇的铌在钢铁中的应用”等技术丛书（17册），铌钢快讯14期；在《中国冶金报》等媒体宣传铌微合金化技术文章（29余篇）；与钢铁企业、钢铁研究院、北科大等单位签订技术合作协议（20余个）；无偿赞助试验用铌铁1．5吨；2000年赞助马钢技术开发中心10万元，进行含铌大型H型钢的研究开发工作；多次到钢厂进行技术服务和访问（包括陪同CBMM专家到钢厂的访问）；协助CBMM公司选拔四名博士后到美国，加拿大等大学进修铌微合金化技术等。2001年中信公司又和CBMM、重点钢铁企业、院所合作在中信－CBMM铌钢发展奖励基金的基础上建立了中信微合金化技术中心，成立专家委员会，增设铌微合金化技术优秀论文奖，在北科大和东北大学设立优秀研究生奖学金计划，开通微合金化技术电子网站www．citicmetal.com．cn，出版“微合金化技术”期刊，加大铌微合金化技术的推广和资助力度。
中信公司作为CBMM和中国钢铁工业的桥梁，共同为开发中国铌铁市场，和中国钢铁界进行了大量的科技合作和技术交流。在过去的12年中，CBMM公司专家代表团多次访问中国，组织国际上著名冶金专家、教授（98人次）到中国与钢铁界科研单位和钢铁企业（29个）进行含铌微合金钢技术讲座和交流，多次邀请由中国冶金专家组成的代表团（92人次）赴巴西进行技术访问，先后资助中国10余名冶金专家赴美国匹兹堡大学，德国图加特大学，加拿大麦克马斯特大学做含铌钢的研究工作，9次参与资助由中国金属学会等单位主办的国际高强度低合金钢学术会议。在卡马戈博士的亲自组织下，巴西矿冶公司坚持不懈地将自20世纪70年代发展起来的国际上最新微合金化冶金学理论和生产实践技术，源源不断地介绍到中国，为中国钢铁工业品种结构调整，推动中国高强度低合金钢的发展作出了不可磨灭的贡献。 伟大的发现光照人间 铌发现200周年回顾杨雄飞 铌于1801年11月26日被英国化学家查理斯.哈契特（CharlesHa tchett）（1765－1847）发现，至今已有200年了。“雄兔脚扑朔，雌兔眼迷离 双兔傍地走，安能辨我是雄雌” 宇宙冶金师制造的铌，在地球中沉睡着绕太阳巡天“游弋”了47亿年之久，历尽沧桑，终于被地球人所发现。由于钽、铌两个元素的性质极为相似，使化学家长期处于扑朔迷离之中，发现和认清它历经了相当曲折的道路。
1801年夏日的某一天，正在研究西伯利亚铬矿的哈契特在不列颠博物馆欣赏来自世界各地的矿石样本。突然，一块像宝石一样美丽的矿石吸引了他的注意，它有点透明、黑褐色，带有金色的纹理，与西伯利亚铬矿很相像。这块石头是康涅狄格州第一任总督的孙子John Win throp送给不列颠博物馆的创始人Hans Sloane爵士的。好奇心与研究者的兴趣促使哈契特向院长要了一块小矿石。起初，哈契特认为这是铬矿，并试图从中分离出铬酸。但事与愿违，他所分离出来
的化合物不是铬酸而是未知金属氧化物。由于这块石头是来自于哥伦布发现的美国，为了纪念它的产地，哈契特把这种矿石命名为Colum bite（钶矿），并于1801年11月26日在伦敦皇家学会正式宣布了新金属钶的发现，把这个元素命名为Colum bium。（2001年对这块矿石进行分析，发现其组成为（Fe0．8Mn0．2）（Nb1．54Ta0．44）Σ1．98O6，含54．7％N b2O5和26．3％Ta 2O5） 在钶发现后一年，1802年发生了一件事情，给钶的平淡的发现增添了一些风趣。
1802年12月，瑞典化学家爱克伯格（A．Ekeberg）分析了伊特波尔（Itte rbul）村庄附近找到的一些矿物，宣称发现了一种新的金属氧化物。溶解这种氧化物的一切努力都失败了，这促使爱克伯格把这种新金属命名为Tantalum（钽），寓意“旦塔勒斯（Tan talus）的苦恼”，意为徒劳无效的工作（旦塔勒斯是希腊神宙斯的儿子，因曳露天机而受惩罚，让他站在水中而无法喝水，处于果树底下而吃不到果子，永世遭受饥渴之苦）。这种矿物称为Tantalite（钽矿），爱克伯格坚信他发现了一种新的元素。 由于铌和钽的性质相似的程度达到难以辨认，又经常伴生于一体，使化学家们扑朔迷离，疑为是两种元素，又好像是同一个元素。当时许多著名的化学家都卷入了一场争论，有些学者认为爱克伯格只是重新发现了钶，而连当时著名的化学家贝齐里乌斯在内的另外一些人则认为哈契特的钶酸是氧化钽和钨酸的混合物。这场争论持续了35年，直到1844年著名化学家贝齐里乌斯的学生罗斯（Hein rich.Rose）（1795－1864）彻底解决了这场争端的迷。他分析了不同的钽矿和钶矿，每次都发现除钽以外还有另一种元素，这元素和钽很接近，罗斯认为他发现了一种新的元素，并把这陌生者称为Niobium（铌）（取自于希腊神话人物Niobe，Niobe是旦塔勒斯的女儿，以示钽铌亲密无间）。1864年Bloms trand第一次用H2气还原氯化物而得到铌金属。继1801年哈契特发现铌之后的64年间，经过许多化学家的努力，才科学的验证了铌、钽确实是两种不同的元素。1865年瑞士化学家马利纳克（J．G．Galissardde Marignac）首先正确地测定出铌和钽的原子量。 铌和钶这同一元素的两个名称共存了107年。
到1951年，国际理论与应用化学协会命名委员会才正式决定统一采用铌（Niobium）作为元素的名称。但钶这个名字在北美仍被广泛地使用着。而如今，为了纪念这位伟大的发现者，巴西矿冶公司－CBMM与其他组织一道，设立查理斯?哈契特（Charles Hatchett）优秀论文奖。查尔斯?哈契特奖是一块用纯铌专门制作的金属纪念币（见左图）。除了纪念币，CBMM还为获奖者提供资金去巴西参观巴西铌公司的工业设备、巴西的工业以及他们感兴趣的领域的研究中心。巴西的获奖者可以去其它洲访问与铌技术有关的研究中心。该奖于1979年第一次颁奖，每年一次。 铌元素一般存在于铌矿，铌－钽矿，烧绿石和黑稀金矿中。由于资源和制得方面的问题，在铌发现后的100多年间，它仍然仅是被摆放在实验室中，当作“天外飞石”进行研究。直到1925年才开始用于高温耐热合金。受其有限资源的影响，应用范围比较窄。
自挪威1961年首次从烧绿石中提取铌获得成功以来，烧绿石则成为铌的重要资源。 如今，已探明世界铌资源丰富，储量巨大。巴西是目前储量和储量基础最多的国家，占世界储量的94％，特点是储量集中，平均品位高（＞2％）。其中A raxa的露天矿，矿藏中的沉积矿共有4．56亿吨，Nb 2O5平均储量高达2．5％。我国铌矿主要集中在白云鄂博和都拉哈拉。截至1992年，全国已探明的工业储量以Nb2O5计为11．65万吨。
