铌,作为21世纪高新技术发展的战略性新兴稀有金属矿产,被广泛运用于钢铁、航空航天、超导材料等产业领域,是稀有金属中的合金贵族。本文将介绍它在以上产业领域中的具体用途。
钢铁工业是铌消费的最大产业。铌,主要以铌铁的形式生产高强度低合金(HSLA)钢。在HSLA钢中,铌通常小于总合金的0.1%,因此,这些钢也被称为“微合金化”钢。在钢铁中仅添加0.03%~0.05%的铌,可提高30%以上的屈服强度,单位强度成本比普通钢低15%~25%。不仅改善了钢材韧性、耐高温氧化性、耐腐蚀性、力学性能、脆性等,而且提高了焊接性能和成型性能,还能减少钢材使用量,降低成本。微合金化钢被广泛用来制造油气输送管道、汽车部件、钢铁轨道、船体及建筑结构等方面所需要的高强度钢筋等。我国汽车零部件利用微合金化钢减重,从而使汽车轻量化的特点突出,助力碳减排,也极大地增加了对微合金化钢的需求,同时推动了钢铁工业的升级。
航空航天是铌消费的第二大产业,也是高纯铌的主要应用领域。高纯度铌铁和铌镍合金、铌钽的热强合金等铌合金具有优良的抗高温性、热强性和可加工性等,可形成薄而形状复杂的零部件,被广泛用于生产飞机发动机、火箭发动机、喷射引擎、人造卫星、宇宙飞船、燃气涡轮发动机、涡轮增压器和耐热部件等。铌资源在航空航天事业发展中起着重要作用,也为我国从航天大国迈向航天强国贡献着力量。
超导是铌最具发展前途的应用领域之一。铌的一些化合物及合金因为具有较高的超导转变温度,所以铌合金被应用于生产超导磁体,这种超导磁体已经在磁悬浮列车、核磁共振装置系统、核粒子加速器及核聚变反应堆中得到应用。目前在医学诊断领域运用的核磁共振成像(MRI)仪器(图5),其核心是一个磁体系统,通常是由镀铜的铌钛(Nb-Ti)合金制成的电磁铁,与传统的X射线摄影和计算机断层扫描(CT)不同,患者可免于遭受潜在有害的电离辐射。