金属元素铌，在钢中会对物理冶金造成什么影响

文/万物知识局

编辑/万物知识局

一、铌在钢中的物理冶金学基础概述

机械性能：铌具有较高的

改善耐腐蚀性能：铌可以增加钢材的耐腐蚀性能，使其在恶劣的环境中更具抗腐蚀能力。提高高温性能：铌可以提高钢材的高温强度和耐热性能，使其在高温环境下保持良好的稳定性和力学性能。调节晶粒尺寸：铌的添加可以细化钢材的晶粒尺寸 ，改善钢材的组织结构和性能。控制相变和相平衡：铌的存在可以调节钢材的相变温度和相平衡，对于优化钢材的热处理工艺具有重要意义。

铌与钢之间的相互作用机制主要包括以下几个方面：固溶强化作用：铌可以通过固溶在钢的晶格中，形成固溶体强化作用，提高钢材的强度和硬度。相变和析出反应：铌的添加可以改变钢材的相变温度和相平衡，对于控制钢材的相变过程和组织形态具有重要影响。

稀土元素相互作用：稀土元素 与铌之间存在相互作用，可以形成稀土化合物或夹杂物，进一步改善钢材的性能。耐蚀性能提升：铌的添加可以改善钢材的耐腐蚀性能，减少钢材表面的氧化和腐蚀。

我们对铌在钢中的物理冶金学基础进行了概述。铌作为一种重要的合金元素 ，具有丰富的应用和影响。通过控制铌的添加方式和比例，可以有效提高钢材的强度、硬度、耐腐蚀性能和高温性能等。

此外，铌与钢之间的相互作用机制也是研究的重点，深入了解这些相互作用机制对于优化钢材的性能和开发新型钢材具有重要意义。随着科学技术的不断进步，我们对铌在钢中的理解将进一步深化，并为钢材的发展和应用提供更多的可能性。

二、实验方法和材料

实验目的和问题陈述：明确实验的目的和所要解决的问题，确定实验方法的方向和重点。

实验设计：根据实验目的和问题，设计合理的实验方案，包括实验样品的制备、实验条件的设定以及实验参数的选择。实验方法选择：根据实验目的和研究内容，选择适当的实验方法，如化学分析、物理测试、显微分析 等。

实验步骤和流程：详细规划实验的步骤和流程，确保实验的顺利进行和数据的准确获取。实验数据采集和处理：确定实验数据的采集方法和数据处理 的方式，确保实验结果的可靠性和准确性。

材料选择：根据实验目的和要求，选择适当的材料进行研究。钢材的选择可以根据不同的钢种、成分和特性进行，确保实验结果的可靠性和可重复性。材料制备：根据实验要求，制备符合要求的实验样品。制备过程包括材料的选取、样品的切割和加工，以及清洗和预处理等步骤。

样品标识和编号：为了方便实验管理和数据分析，对每个样品进行标识和编号，确保实验数据的追溯性和准确性。材料性能测试：对实验材料的基本性能进行测试和表征，如化学成分分析、硬度测试、力学性能测试等。

实验装置：根据实验方法的要求，准备相应的实验装置，包括反应釜、加热设备、冷却设备 等。确保实验装置的稳定性和可靠性。仪器设备选择：根据实验的需要，选择合适的仪器设备进行测试和分析，如光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪等。

仪器校准和检验：在进行实验前，对使用的仪器设备进行校准和检验，确保其准确度和可靠性。实验条件控制：根据实验方法的要求，控制实验的温度、湿度、压力 等条件，确保实验结果的可比性和可重复性。

详细介绍了铌在钢中的物理冶金学基础数据研究中的实验方法和材料。通过合理设计实验方法，选择适当的实验材料，使用合适的实验装置和仪器设备，可以获得准确可靠的实验结果，进一步探索铌在钢中的特性和相互作用机制。

在实验过程中，确保实验的可重复性和数据的可靠性是非常重要的。随着科学技术的不断发展，我们对铌在钢中的物理冶金学基础数据的研究将得到进一步深化和拓展。

三、物理冶金学基础数据的测量与分析

物理冶金学 基础数据的测量与分析是研究材料的物理性质和冶金学行为的重要环节。通过准确测量和分析材料的物理冶金学参数，可以深入了解材料的结构、性能和相互作用机制，为材料设计、工艺优化和性能改进提供科学依据。

X射线衍射（XRD）：XRD是一种常用的材料结构表征技术，通过测量材料的衍射图案，可以确定晶体结构、晶格参数和晶体取向等信息。扫描电子显微镜 （SEM）：SEM可以观察材料的表面形貌和微观结构，获取高分辨率的显微图像，并进行元素分析和成分定量。

透射电子显微镜（TEM）：TEM可以观察材料的微观结构和晶体缺陷，获得原子尺度的分辨率，对材料的晶体学和相变行为进行详细研究。压缩试验和拉伸试验：通过对材料进行压缩和拉伸实验，测量其力学性能参数，如屈服强度、延伸率和弹性模量等。

硬度测试：通过测量材料的硬度，可以评估其抗压能力和耐磨性能，常用的方法包括洛氏硬度测试和维氏硬度测试等。数据处理：对实验测量得到的原始数据进行处理和整理，包括数据清洗、去噪、插值和平滑处理 等，确保数据的准确性和可靠性。

数据解读：对处理后的数据进行分析和解读，比较不同样品之间的差异和趋势，确定材料的物理性质和冶金学行为。统计分析：采用统计学方法对大量数据进行分析，如平均值、方差、相关性等，得出结论并验证其显著性。相图分析：根据实验测量结果，构建相图，并利用相图解析相变行为和相互作用机制，进一步理解材料的相变规律和相图演化。

模型建立：基于测量数据，建立理论模型和数学模型，模拟材料的物理性质和冶金学行为，预测材料性能和行为的变化趋势。物理冶金学基础数据的测量与分析是研究材料的物理性质和冶金学行为的重要手段。通过选择合适的测量方法和分析技术，可以获取准确可靠的实验数据，并从中深入了解材料的结构、性能和相互作用机制。

数据的处理、解读和统计分析可以揭示材料的特性和规律，为材料设计和工艺优化提供科学依据。此外，相图分析和模型建立 可以进一步预测材料的性能和行为，为材料研究和应用提供指导。随着测量技术和分析方法的不断发展，我们对物理冶金学基础数据的研究将更加深入和精确。

四、应用和展望

耐高温合金：铌在高温合金中的应用非常广泛。铌能够提高钢材的耐高温性能，使其能够在高温环境下保持较高的强度和抗氧化能力 ，适用于航空航天、能源等领域的高温应用。

不锈钢：铌可以显著提高不锈钢的耐腐蚀性能和抗晶间腐蚀能力，使其适用于化工、海洋工程等腐蚀性环境下的使用。

结构钢：通过添加适量的铌元素 ，可以提高结构钢的强度和塑性，改善焊接性能，使其在建筑、桥梁和汽车等领域得到广泛应用。超强钢：铌在超强钢中的应用可以显著提高其强度和韧性，使其在船舶、航空航天和汽车制造等领域具备更高的性能要求。

材料设计和优化：随着对钢材性能要求的不断提高，铌在钢材中的应用将更加注重材料设计和优化。通过合理调控铌的含量和其他合金元素的配比，可以实现钢材性能的多方面提升，满足不同工业领域对材料性能的需求。

高温合金的发展：随着航空航天、能源和化工等领域对高温合金需求的增加，铌在高温合金中的应用前景广阔。未来的研究将集中在铌合金的微观结构和相变行为的深入理解，以及新型高温合金的设计和合成。

新材料的探索：除了传统钢材，铌 在其他材料中的应用也值得关注。例如，通过将铌引入到非金属材料或复合材料中，可以改善其性能和稳定性，拓宽铌在材料工程中的应用领域。

环保与可持续发展：随着环保和可持续发展的重要性日益凸显，铌在钢材中的应用也将趋向环保和可持续发展。研究将着重于减少对稀有金属资源的依赖，开发替代性铌合金和新型工艺，实现钢材制造过程的绿色化和循环利用。

铌在钢材中的应用具有广泛的领域和潜力。通过合理调控铌的含量和配比 ，可以改善钢材的高温性能、耐腐蚀性和机械性能。铌在高温合金、不锈钢、结构钢和超强钢等领域的应用已经取得了显著的成果。未来的研究将聚焦于材料设计和优化、高温合金的发展、新材料的探索以及环保与可持续发展。随着科学技术的不断进步，铌在钢材中的应用前景将更加广阔，为工业发展和材料创新提供重要支持。

结论：

铌在钢中的物理冶金学基础数据的研究对于深入理解铌在钢中的行为和性能，以及为钢材设计和工艺优化提供科学指导具有重要意义。进一步的研究将集中在深入理解铌与钢中其他元素的相互作用机制、相变行为和微观结构特征 ，以及钢材在不同应用领域中的具体应用和性能优化。这将为材料科学和工程领域的发展提供重要的参考和指导。

新型研制出的超导电材料“铌”，利好哪些A股上市公司？

来源：东方钽业公司官网

日前，据相关媒体报道，材料领域国际顶级期刊《自然•材料》中发表了复旦大学修发贤团队的最新研究论文《外尔半金属砷化铌纳米带中的超高电导率》，文章显示制备出二维体系中具有目前已知最高导电率的外尔半金属材料-砷化铌纳米带，电导率是铜薄膜的一百倍，石墨烯的一千倍。

资料显示，铌（Nb）被发现于19世纪初，属难容稀有金属，钢灰色，具有比重大(8.6)、熔点高(2467℃)、沸点高(铌4740℃)、强度高、抗疲劳、抗变形、抗腐蚀、导热、超导、单极导电及吸收气体等优良特性；具有耐腐蚀、冷加工性能好和氧化膜电性能好等特点；具有细化钢中晶粒的能力，广泛用于钢铁工业、电子工业、航天航空、原子能、海洋开发等领域。

铌行业全球市场集中度非常高，目前全球最大的铌矿企业是巴西矿冶公司（CBMN），占据全球市场80%-85%的产量，主要从事铌产品的开发、工业化和商业化运营，是世界上唯一一家可以生产全系列铌产品（包括标准铌铁、特殊牌号铌铁、真空铌铁、真空镍铌、铌金属和五氧化二铌）的企业，对铌价格的走势具有较强的影响力，控制着全球铌产品的扩产季度。

此次制备出的材料砷化铌纳米带的电导率是铜薄膜的一百倍，石墨烯的一千倍。业内表示，导电材料是电子工业的基础，现在最主要的材料是铜，已经大规模运用于晶体管的互连导线。

在技术革命与信息互联时代，手机、电脑等智能设备的体积已经从上世纪的风头“大哥大”发展成如今的追求越小越薄越好。但在体积变小的同时设备还要面临着信息传输量爆炸式增长的局面，这就给芯片上晶体管的互连导线造成日益增大的压力。

同时，当铜变得很薄很薄，进入二维尺度时，其电阻变大，导电性迅速变差，功耗也将大幅度增加，这就是制约芯片等集成电路技术进一步发展的重要瓶颈。而新材料砷化铌在具有极高的电导率之外，还能区别于超导材料只能在超低温下应用，它的高电导机制即使在室温下仍然有效。

值得注意的是，铌是高品质钢材必不可缺的原材料之一、其替代品极少。由于用量较小的原因使得其在钢铁生产中成本占比较低，价格也相对稳定。

根据世界钢铁协会预测，2019年中国钢铁需求将增长6%至7.81亿吨。随着钢铁行业的持续回暖，特别是中国对钢产能的逐步增长，铌的需求也将持续增加，对铌价格将构成强有力支撑，我国研制出铌产品，相关公司或将有所受益：

洛阳钼业（603993.SH）主要从事铜、钼、钨、钴、铌、磷等矿业的采选、冶炼、深加工等业务，拥有较为完整的一体化产业链条，是全球前五大钼生产商及最大钨生产商、全球第二大钴、铌生产商和全球领先的铜生产商，同时也是巴西境内第二大磷肥生产商。

公司间接持有巴西NML铌矿100%权益，该矿业务范围覆盖铌矿石开采、加工，主要产品为铌铁。通过对铌矿石进行破碎、格筛、浓缩、浸出及冶炼等工序进行加工。公司建立了与终端客户直接销售的营销策略，面向来自欧洲、亚洲及北美洲的不同客户群体直接销售。同时，已由中国国内销售团队向公司国内钼铁客户推广铌铁销售。

2018年半年报显示，公司实现营收人民币（下同）1405.98万元，同比增长20.63%；实现归母净利润312.35万元，同比增长273.89%。其中，报告期内国际市场铌铁价格为每千克36.24美元，同比增长8.37%。铌磷相关产品实现营收230.40万元，毛利率为20.65%。实现铌金属产量4501吨。铌的需求强劲，出口量（自巴西出口）较去年同期增加 19%。全球钢铁生产亦因中国 5.4%的升幅而出现强劲增长。

东方钽业（000962.SZ）成立于1999年，于2000年在深交所挂牌上市，是国内最大的钽、铌稀有金属产品生产厂家，是国内同行业最早被“国际钽、铌研究中心（TIC）”接纳为成员的单位。公司主要从事稀有金属钽、铌、钛及其合金等高技术产品的研发、生产、销售和进出口业务，产品广泛应用于电子、通讯、航空、航天、冶金、石油、化工、体育、医疗、原子能、太阳能等领域。

据公开信息显示，公司具备的产能包括钽粉550吨/年，钽丝80吨/年，铌160吨/年。公司为了获取钽铌原料供应的数量、价格和交期在行业内的竞争优势，建立了刚果金、卢旺达的钽铌原料供应渠道，在赞比亚成立了全资子公司中色东方非洲有限公司。为了稳固钽铌原料的供应，还与巴西等其他地域钽铌原料供应商保持了联系。

据公司2018年半年报显示，公司实现营收5.18亿元，同比增长11.57%。按产品情况划分来看，钽铌及其合金制品实现营收3.54亿元，同比增长16.11%，占公司总营收的68.38%；毛利率为19.08%，同比增长7.57%。

中钨高新（000657.SZ）是目前国内最大的硬质合金生产企业之一，公司所从事的主要业务包括硬质合金和钨、钼、钽、铌等有色金属及其深加工产品和装备的研制、开发、生产、销售及贸易业务等，其中以钨为主要原料的硬质合金产品国内市场占有率为50%左右。

公司2018年上半年实现营收38.15亿元，同比增长24.36%；实现归母净利润为0.74亿元，同比增长25.53%。报告期内公司与相关钽铌及其化合物和产品公司，包括南昌硬质合金有限责任公司和福建省长汀金龙稀土有限公司有过1836万元的关联交易。

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