Vanadi là một kim loại hiếm phổ biến được sử dụng để tinh chỉnh kích thước hạt, cải thiện độ bền, độ dẻo và độ dẻo của thép và cải thiện hiệu suất dịch vụ của các sản phẩm thép vanadi. Thép chứa một lượng carbon và nitơ nhất định, có thể được kết tủa bằng vanadi dưới dạng cacbua, nitride hoặc carbonitride trong thép, ảnh hưởng đến sự phát triển của cấu trúc vi mô. Hàm lượng Vanadi trong thép thường không quá 0.5% [ngoại trừ thép công cụ tốc độ cao], được sử dụng rộng rãi trong thép kết cấu hợp kim, thép lò xo, thép chịu lực, thép công cụ hợp kim, thép công cụ tốc độ cao, thép chịu nhiệt, thép chống hydro và thép nhiệt độ thấp.
Các tính năng của Vanadi trong thép
[1] Tinh chỉnh cấu trúc và kích thước hạt của thép, cải thiện nhiệt độ thô của hạt, do đó làm giảm độ nhạy của quá nhiệt và cải thiện độ bền và độ bền của thép.
[2] Khi hòa tan vào austenite ở nhiệt độ cao, độ cứng của thép có thể tăng lên; Ngược lại, sự hiện diện của cacbua sẽ làm giảm độ cứng của thép.
[3] Tăng độ cứng và ổn định ủ của thép cứng, tinh luyện hạt và tạo hiệu ứng làm cứng thứ cấp.
[4] Độ hòa tan rắn của vanadi cacbua và vanadi nitride trong austenite là cao, do đó không dễ để tạo ra vết nứt do kết tủa. Ở nhiệt độ cao, xu hướng vết nứt của phôi thép trong quá trình hóa rắn là nhỏ.
[5] Nhiệt độ kết tủa thấp của carbon / vanadi nitride, dẫn đến lực kéo thấp của sự di chuyển dung dịch rắn trong ranh giới hạt trong austenite, thuận lợi cho quá trình tái kết tinh và điều khiển kết tinh austenite. Các hạt kết tinh đồng nhất có thể thu được trong một phạm vi nhiệt độ rộng. So với thép microalloy và thép hợp kim khác, thép vanadi có lực cản lăn ít hơn, tương đương với thép mangan carbon.
[6] Vanadi được kết tủa và tăng cường trong Ferrite hoặc Martensite, thường là ở 50MPa ~ 100MPa. Sự kết tủa của vanadi có thể được thúc đẩy bằng cách tăng hàm lượng nitơ trong thép, và có thể thu được hiệu quả tăng cường kết tủa. Việc sử dụng vanadi có thể được lưu lại trong quá trình sản xuất thanh thép cán nóng cường độ cao.
[7] Lực liên kết mạnh giữa vanadi và nitơ có thể tạo thành vanadi nitride, có lợi cho việc giảm lão hóa biến dạng của thép, điều này rất quan trọng trong quá trình phục vụ của thanh thép đã bị biến dạng lạnh.
[8] Bổ sung Vanadi trong thép Martensitic có thể làm tăng tính ủ và làm mềm của thép, do đó thép có thể duy trì hình dạng của tấm Martensitic trong quá trình ủ, hoặc giải phóng vanadi cacbua trong quá trình ủ, dẫn đến hiệu quả làm cứng thứ cấp.
Vanadi [V] đã được sử dụng rộng rãi trong luyện kim, hóa học, công nghiệp hàng không vũ trụ, nông nghiệp, y học và các lĩnh vực khác do đặc tính của vanadi được thêm vào thép có thể cải thiện độ bền, độ dai và độ dẻo của thép, cải thiện độ cứng, khả năng chống mài mòn của thép sản phẩm, trong đó ngành luyện kim chiếm gần một phần ba sản lượng tiêu thụ. Hiện tại, V đã được bổ sung trong thép gân cán nóng cường độ cao, thép hợp kim thấp cacbon cao, thép lò xo, thép chịu lực, thép khuôn, thép tốc độ cao, thép chịu nhiệt Martensite và các loại thép khác như một yếu tố hợp kim để cải thiện hiệu suất của thép. Bài trước chúng tôi đã giới thiệu về tác dụng của V trong thép, sau đây chúng tôi sẽ tiếp tục công dụng của vanadi trong thép, nếu quan tâm mời các bạn đón đọc!
Đối với carbon cao và hợp kim thấp, V chủ yếu được sử dụng để tinh luyện hạt, cải thiện cường độ, tỷ lệ năng suất và độ bền nhiệt độ thấp sau khi bình thường hóa, và cải thiện hiệu suất hàn của thép. V sẽ làm giảm độ cứng của thép trong điều kiện xử lý nhiệt nói chung, thường được thêm vào một hoặc hai loại nguyên tố hợp kim như mangan, crom, molypden và vonfram. Thép hợp kim thấp cường độ cao chứa 0.04% ~ 0.12% V, và thép đặc biệt có thể lên tới 0.16% ~ 0.25%.
Vanadi là một nguyên tố hợp kim không thể thiếu trong thép công cụ tốc độ cao[HSS]. Nó có thể ngăn chặn sự phát triển của hạt, cải thiện độ cứng màu đỏ và khả năng cắt của thép, tăng khả năng chống mài mòn và kéo dài tuổi thọ của thép công cụ tốc độ cao có chứa vonfram. Hầu hết các loại thép khuôn hợp kim như thép công cụ gia công nguội, thép công cụ gia công nóng, thép khuôn nhựa đều chứa 1% ~ 3% vanadi, một vài yêu cầu đặc biệt có thể lên tới 5%. Vanadi là yếu tố làm cứng thứ cấp chính thường được sử dụng thép khuôn nóng [H13] và thép khuôn lạnh [D2]. Hàm lượng V trong thép khuôn thường là 0.1% ~ 5%, Hoa Kỳ đã phát triển thép công cụ lạnh A11 trong đó hàm lượng vanadi lên tới 9.75%. Ở Đức, mức tiêu thụ V trong thép công cụ và thép tốc độ cao chiếm khoảng 1 / 3 trong tổng mức tiêu thụ V. Các sản phẩm thép này được sản xuất bởi HSS có thể đạt đến độ cứng 60HRC, đã được sử dụng rộng rãi các dụng cụ và dụng cụ phẫu thuật và các công cụ cắt khác nhau: máy khoan, vòi, dao phay, bit dụng cụ, dao cắt bánh răng, lưỡi cưa, máy bào và lưỡi dao, bộ định tuyến; dụng cụ sắc bén như dũa, đục, lưỡi máy bay cầm tay, dao
Ngoài ra, V có một vị trí trong thép chịu nhiệt, thép không gỉ, thép chịu lực và thép lò xo, hợp kim dựa trên Niken. Việc bổ sung Vanadi của 0.15% ~ 0.40% có thể tạo thành các hạt cacbua và nitrit phân tán cao trong thép chịu nhiệt, chúng trùng hợp và phát triển rất chậm ở nhiệt độ cao, có thể cải thiện độ bền nhiệt và khả năng chống rão của thép chịu nhiệt và được ứng dụng trong các hệ thống trạm điện như thép T91 và P92.
Đối với thép lò xo và thép chịu lực, V có thể cải thiện giới hạn đàn hồi, cường độ và tỷ lệ năng suất, giảm độ nhạy khử của thép trong quá trình xử lý nhiệt, từ đó cải thiện chất lượng luyện kim và bề mặt của thép. Vanadi cũng đã được sử dụng trong hợp kim chống ăn mòn của HYUNDAI
Vanadi [số nguyên tử 23 với ký hiệu V] là một trong những kim loại chuyển tiếp. Có thể bạn chưa bao giờ gặp nó ở dạng nguyên chất, nhưng nó được tìm thấy trong một số loại thép. Dưới đây là những thông tin cơ bản về vanadi và dữ liệu nguyên tử của nó.
- Tên nguyên tố : Vanadium
- Ký hiệu phần tử : V
- Số nguyên tử : 23
- Nhóm : Nhóm 5 [Kim loại chuyển tiếp]
- Tiết : Tiết 4
- Xuất hiện : Kim loại xám xanh
- Khám phá : Andrés Manuel del Río [1801]
Số nguyên tử: 23
Ký hiệu: V
Trọng lượng nguyên tử : 50,9415
Khám phá: Tùy thuộc vào người bạn hỏi: del Río 1801 hoặc Nils Gabriel Sefstrom 1830 [Thụy Điển]
Cấu hình electron : [Ar] 4s 2 3d 3
Nguồn gốc từ: Vanadis , một nữ thần Scandinavia. Được đặt theo tên của nữ thần vì các hợp chất nhiều màu tuyệt đẹp của vanadi.
Đồng vị: Có 20 đồng vị đã biết của vanadi nằm trong khoảng từ V-23 đến V-43. Vanadi chỉ có một đồng vị bền: V-51. V-50 gần như ổn định với chu kỳ bán rã 1,4 x 10 17 năm. Vanadi tự nhiên chủ yếu là hỗn hợp của hai đồng vị, vanadi-50 [0,24%] và vanadi-51 [99,76%].
Tính chất: Vanadi có điểm nóng chảy 1890 +/- 10 ° C, điểm sôi 3380 ° C, trọng lượng riêng 6,11 [18,7 ° C], với hóa trị 2 , 3, 4, hoặc 5. Vanadi nguyên chất là một kim loại trắng sáng mềm, dễ uốn. Vanadi có khả năng chống ăn mòn tốt đối với kiềm, axit sulfuric , axit clohydric và nước mặn, nhưng nó dễ bị oxy hóa ở nhiệt độ trên 660 ° C. Kim loại có độ bền cấu trúc tốt và tiết diện nơtron phân hạch thấp. Vanadi và tất cả các hợp chất của nó đều độc hại và cần được xử lý cẩn thận.
Công dụng: Vanadi được sử dụng trong các ứng dụng hạt nhân, để sản xuất thép lò xo chống gỉ và thép công cụ tốc độ cao, và làm chất ổn định cacbua trong sản xuất thép. Khoảng 80% vanadi được sản xuất được sử dụng làm phụ gia thép hoặc ferrovanadi. Lá Vanadi được sử dụng như một chất liên kết để phủ thép với titan. Vanadi pentoxit được sử dụng làm chất xúc tác, làm chất kết dính để nhuộm và in vải, sản xuất anilin đen, và trong công nghiệp gốm sứ. Băng Vanadi-gali được sử dụng để sản xuất nam châm siêu dẫn.
Nguồn: Vanadi xuất hiện trong khoảng 65 khoáng chất, bao gồm vanadinite, carnotit, patronit và roscoelite. Nó cũng được tìm thấy trong một số quặng sắt và đá photphat và trong một số loại dầu thô dưới dạng phức chất hữu cơ. Vanadi được tìm thấy với tỷ lệ phần trăm nhỏ trong các thiên thạch. Có thể thu được vanadi mềm có độ tinh khiết cao bằng cách khử vanadi triclorua với magiê hoặc hỗn hợp magiê-natri. Vanadi kim loại cũng có thể được tạo ra bằng cách khử canxi V 2 O 5 trong bình áp suất.
- Phân loại nguyên tố: Kim loại chuyển tiếp
- Mật độ [g / cc]: 6,11
- Độ âm điện: 1,63
- Ái lực điện tử : 50,6 kJ / mol
- Điểm nóng chảy [K]: 2160
- Điểm sôi [K]: 3650
- Xuất hiện: kim loại mềm, dẻo, màu trắng bạc
- Bán kính nguyên tử [chiều]: 134
- Khối lượng nguyên tử [cc / mol]: 8,35
- Bán kính cộng hóa trị [chiều]: 122
- Bán kính ion : 59 [+ 5e] 74 [+ 3e]
- Nhiệt riêng [@ 20 ° CJ / g mol]: 0,485
- Nhiệt nhiệt hạch [kJ / mol]: 17,5
- Nhiệt bay hơi [kJ / mol]: 460
- Nhiệt độ tạm biệt [K]: 390,00
- Số phủ định của Pauling: 1,63
- Năng lượng ion hóa đầu tiên [kJ / mol]: 650,1
- Các trạng thái oxy hóa: 5, 4, 3, 2, 0
- Cấu trúc mạng: Khối trung tâm thân
- Hằng số mạng [Å]: 3.020
- Số đăng ký CAS : 7440-62-2
- Vanadium ban đầu được phát hiện vào năm 1801 bởi nhà khoáng vật học người Tây Ban Nha-Mexico Andres Manuel del Río. Ông đã chiết xuất nguyên tố mới từ một mẫu quặng chì và nhận thấy các muối tạo thành vô số màu sắc. Tên ban đầu của ông cho nguyên tố đầy màu sắc này là panchromium, có nghĩa là tất cả các màu.
- del Rio đã đổi tên nguyên tố của mình là 'erythronium' [tiếng Hy Lạp có nghĩa là 'đỏ'] vì các tinh thể của vanadi sẽ chuyển sang màu đỏ khi đun nóng.
- Nhà hóa học người Pháp Hippolyte Victor Collet-Descotils khẳng định nguyên tố của del Río thực chất là crom. del Río đã rút lại yêu cầu khám phá của mình.
- Nhà hóa học Thụy Điển Nils Sefström đã khám phá lại nguyên tố này vào năm 1831 và đặt tên nguyên tố là vanadi theo tên nữ thần sắc đẹp Vanadis của vùng Scandinavia.
- Các hợp chất Vanadi đều độc. Độc tính có xu hướng tăng theo trạng thái oxy hóa .
- Việc sử dụng thương mại thép vanadi đầu tiên là khung gầm của Ford Model T.
- Vanadi là chất thuận từ.
- Sự phong phú của vanadi trong vỏ Trái đất là 50 phần triệu.
- Sự phong phú của vanadi trong nước biển là 0,18 phần tỷ.
- Vanadi [V] oxit [V 2 O 5 ] được sử dụng làm chất xúc tác trong Quy trình tiếp xúc để sản xuất axit sulfuric.
- Vanadi được tìm thấy trong các protein được gọi là vanabins. Một số loài hải sâm và mực biển có máu vàng do có các vanabins trong máu của chúng.
- Featherstonhaugh, George William [1831]. "Kim loại mới, tạm gọi là Vanadium". Tạp chí Địa chất và Khoa học Tự nhiên Hoa Kỳ hàng tháng : 69.
- Marden, JW; Rich, MN [1927]. "Vanadium". Hóa Công nghiệp và Kỹ thuật. 19 [7]: 786–788. doi: 10.1021 / ie50211a012
- Sigel, Astrid; Sigel, Helmut, chỉnh sửa. [1995]. Vanadium và vai trò của nó trong cuộc sống. Các ion kim loại trong hệ thống sinh học . 31. CRC. ISBN 978-0-8247-9383-8.
- Weast, Robert [1984]. CRC, Sổ tay Hóa học và Vật lý . Boca Raton, Florida: Nhà xuất bản Công ty Cao su Hóa chất. trang E110. ISBN 0-8493-0464-4.