镍、钼、铬、钛以及铁合金等原料的基本知识(doc10).doc

镍、钼、铬、钛以及铁合金等原料的基本知识· 铜基本知识介绍· 镍基本知识介绍 · 钛基本知识介绍· 锰基本知识介绍 · 钼基本知识介绍· 铬基本知识介绍· 铁合金基本知识硅铬合金· 铁合金基本知识金属铬· 铁合金基本知识硅铁· 铁合金基本知识钛铁· 铁合金基本知识微碳铬铁及氧化铬 · 铁合金基本知识定义及分类铬基本知识介绍 铬在地壳中的丰度为0018。含铬的矿物以铬铁矿 (FeCr2O4或FeO·Cr2O3)最为重要。铬铁矿呈铁黑色或棕黑色，与磁铁矿相似，但磁性很弱，一般呈块状，点状，豆状，条带状等。这种矿在阳光下观察，显得特别亮，有时表面有黄色斑点，小刀可以刻动，常产在绿色火成岩(橄榄石、蛇纹石)中。 铬的化合物色彩缤纷，五光十色。金属铬是银白雪亮的，硫酸铬是绿色的，铬酸镁是黄色的，重铬酸钾是桔红色的，铬酸是猩红色的，氧化铬是绿色的，铬矾是蓝紫色的，铬酸铅是黄色的 铬铁矿的熔点高达1900-2050 ，在高温下能保持体积不变，而且跟任何矿渣不起反应。因此它可作为耐火材料，炼钢炉及有色金属冶炼炉的炉衬。 在所有的金属中，铬是最硬的一个。人们常常把铬掺进钢里，制成又硬又耐腐蚀的合金。世界上大部分的铬，都是被用来制造各种合金。铬钢是制造机械、枪炮筒、坦克和装甲车的好材料。在大自然中，铬常和铁一起存在铬铁矿里，直接用铬铁矿来冶炼，炼出来的钢便是铬钢。 在炼钢的时候加入12以上的铬，或18的铬和8%的镍，炼出来的钢就是不锈钢。不锈钢在遇到具有腐蚀性的物质时，就会在它的表面形成一种细致而坚实的氧化铬薄膜，保护内部的金属不继续受腐蚀，有些不锈钢甚至在800的高温中，还能保持其优良的性能。 1974年，在陕西临潼发现了秦始皇的从葬陶俑坑，出土了三把宝剑，剑身乌亮，寒光逼人。这几把剑在五六米深的潮湿土壤中埋了两千多年，出土时不但毫无锈迹，还锋利得能一下子划破十几张报纸。经过有关方面专家检测分析，原来三把宝剑的表面处理用的是铬盐氧化法。铬酸盐是一种非常强的氧化剂，它可以使剑的表层金属生成一层致密而稳定的氧化膜，因而保护了内部的金属。要知道，这种铬盐钝化处理技术，在国外直到20世纪30年代才开始应用于金属的抗蚀。 金属铬主要用于电镀。镀铬的时候，铬层愈薄，愈是紧贴在金属的表面。一些炮筒，枪管的内壁，所镀的铬层仅有千分之五毫米厚，但是发射了千百发炮弹、子弹以后，铬层依然存在。 重铬酸钾是重要的铬化合物。在制革工业上，重铬酸钾常被用来代替鞣酸鞣制皮革。在化学实验室里，常把它溶解在浓硫酸或浓硝酸中，配制成“洗液”，可以洗去玻璃仪器上的油迹和污斑。在分析化学上，重铬酸钾常用来做氧化剂，来测定铁矿中的含铁量，这种方法叫做“重铬酸钾法”。  锰基本知识介绍地壳中锰的含量占第十五位，为0.09。按地质学家的意见，几乎所有的锰矿床差不多都是“同年代的”。这就给科学家假定锰的聚集起源于宇宙提供了根据。他们的理论是：大约在二十亿年以前，含锰丰富的流星尘埃曾降落到地球表面，形成了现在陆地和海底发现的锰矿床。 纯净的锰比铁的熔点低，强度也不好，它非常容易生锈，无法在实际中应用，这可能是锰长期不被重视的原因之。 含12锰的铜合金，它的电阻恒定，不受周围环境冷热变化的影响，在电器材料里是少有的好材料。 若在钢中掺入3.5的锰，锰钢如同玻璃一样脆；若在钢中掺入13的锰，这样的锰钢既坚硬、又强韧，成为性能优异的合金钢。锰钢不会被磁化，可用在船舰需要防磁的部位。 高锰酸钾是我们熟悉的一种锰的化合物。用它可以作冲洗伤口的消毒溶液，可以清洗疼痛的咽喉，还可以治疗烧伤。 将二氧化锰掺在油漆里，能催化油漆表面在空气中氧化成膜。因此，二氧化锰普遍披采用做为油漆的催干剂。 锰矿开采、粉碎，生产各种锰合金，制造干电池、颜料，焊条等以及电焊时均可产生锰尘或锰烟，长期吸入可引起锰中毒。钼的基本知识介绍 钼是银灰色的难熔金属，主要用于钢铁工业，其中大部分以工业氧化钼形式压块后直接用于炼钢或铸铁，少部分熔炼成钼铁后再用于炼钢。低合金钢中钼含量不大于1，但这方面的消费却占钼消费量的50左右。不锈钢中加入钼，能改善钢的耐腐蚀性。铸铁中加入钼，能提高铁的强度和耐磨性能。含钼18的镍基超合金具有熔点高、密度低和热胀系数小的特性，用于制造航空和航天的各种高温部件。  金属钼在电子管、晶体管及整流器等电子器件方面应用广泛。氧化钼和钼酸盐是化学和石油工业中的优良催化剂。二硫化钼是一种重要的润滑剂，用于航天和机械工业部门。钼还是人体必须的微量元素之一，缺少钼会引起肾结石和龋齿。根据中国科技百科全书第544页保健篇记载：“钼对防治心血管病和癌症方面有着特殊的功能。” 美国、中国和智利是世界三大产钼国，合计产量占世界总产量近80。主要进口国有日本、德国、法国、英国、意大利和比利时。镍基本知识介绍在自然界，最主要的镍矿是红镍矿(砷化镍)与辉砷镍矿(硫砷化镍)。古巴是世界上最著名的蕴藏镍矿的国家，在多米尼加也有大量的镍矿。  金属镍主要用于电镀工业，镀镍的物品美观、干净、又不易锈蚀。极细的镍粉，在化学工业上常用作催化剂。  镍大量用于制造合金。在钢中加入镍，可以提高机械强度。如钢中含镍量从294%增加到了7.04%时，抗拉强度便由522公斤/毫米2增加到728公斤/毫米3。镍钢用来制造机器承受较大压力、承受冲击和往复负荷部分的零件，如涡轮叶片、曲轴、连杆等。含镍36%、含碳0.3-05%的镍钢，它的膨胀系数非常小，几乎不热胀冷缩，用来制造多种精密机械，精确量规等。含镍46%、含碳015%的高镍钢，叫“类铂”，因为它的膨胀系数与铂、玻璃相似，这种高镍钢可熔焊到玻璃中。在灯泡生产上很重要，可作铂丝的代用品。一些精密的透镜框，也用这种类铂钢做，透镜不会因热胀冷缩而从框中掉下来。由675%镍、16%铁、15%铬、15%锰组成的合金，具有很大的电阻，用来制造各种变阻器与电热器。  钛镍合金具有“记忆”的本领，而且记忆力很强，经过相当长的时间，重复上千万次都准确无误。它的“记忆”本领就是记住它原来的形状，所以人们称它为“形状记忆合金”。原来这种合金有一个特性转变温度，在转变温度之上，它具有一种组织结构，而在转变温度之下，它又有另一种组织结构。结构不同，性能也就不同。例如：一种钛镍记忆合金，当它在转变温度之上时，很坚硬，强度大，而在这个温度以下，它却很软，容易冷加工。这样，当我们需要它记忆什么形状时，就把它做成那种形状，这就是它的“永久记忆“形状，在转变温度以下，由于它很软，我们便可以在相当大的程度内使其任意变形。而当需要它恢复到原来形状时，只要把它加热到转变温度以上就行了。  镍具有磁性，能被磁铁吸引。而用铝、钴与镍制成的合金，磁性更强了。这种合金受到电磁铁吸引时，不仅自己会被吸过去，而且在它下面吊了比它重六十倍的东西，也不会掉下来。这样，可以用它来制造电磁起重机。  镍的盐类大都是绿色的。氢氧化镍是棕黑色的，氧化镍则是灰黑色的。氧化镍常用来制造铁镍碱性蓄电池。 钛基本知识介绍 从发现钛元素到制得纯品，历时一百多年。而钛真正得到利用，认识其本来的真面目，则是本世纪40年代以后的事情了。 地理表面十公里厚的地层中，含钛达千分之六，比铜多6l倍。随便从地下抓起一把泥土，其中都含有千分之几的钛，世界上储量超过一千万吨的钛矿并不希罕。 海滩上有成亿吨的砂石，钛和锆这两种比砂石重的矿物，就混杂在砂石中，经过海水千百万年昼夜不停地淘洗，把比较重的钛铁矿和锆英砂矿冲在一起，在漫长的海岸边，形成了一片一片的钛矿层和锆矿层。这种矿层是一种黑色的砂子，通常有几厘米到几十厘米厚。  钛没有磁性，用钛建造的核潜艇不必担心磁性水雷的攻击。 1947年，人们才开始在工厂里冶炼钛。当年，产量只有2吨。1955年产量激增到2万吨。1972年，年产量达到了 20万吨。钛的硬度与钢铁差不多，而它的重量几乎只有同体积的钢铁的一半，钛虽然稍稍比铝重一点，它的硬度却比铝大2倍。现在，在宇宙火箭和导弹中，就大量用钛代替钢铁。据统计，目前世界上每年用于宇宙航行的钛，已达一千吨以上极细的钛粉，还是火箭的好燃料，所以钛被誉为宇宙金属，空间金属。 钛的耐热性很好，熔点高达1725。在常温下，钛可以安然无恙地躺在各种强酸强碱的溶液中。就连最凶猛的酸王水，也不能腐蚀它。钛不怕海水，有人曾把一块钛沉到海底，五年以后取上来一看，上面粘了许多小动物与海底植物，却一点也没有生锈，依旧亮闪闪的。 现在，人们开始用钛来制造潜艇一钛潜艇。由于钛非常结实，能承受很高的压力，这种潜艇可以在深达4500米的深海中航行。 钛耐腐蚀，所以在化学工业上常常要用到它。过去，化学反应器中装热硝酸的部件都用不锈钢。不锈钢也怕那强烈的腐蚀剂热硝酸，每隔半年，这种部件就要统统换掉。现在，用钛来制造这些部件，虽然成本比不锈钢部件贵一些，但是它可以连续不断地使用五年，计算起来反而合算得多。 钛的最大缺点是难于提炼。主要是因为钛在高温下化合能力极强，可以与氧、碳、氮以及其他许多元素化合。因此，不论在冶炼或者铸造的时候，人们都小心地防止这些元素“侵袭”钛。在冶炼钛的时候，空气与水当然是严格禁止接近的，甚至连冶金上常用的氧化铝坩埚也禁止使用，因为钛会从氧化铝里夺取氧。现在，人们利用镁与四氯化钛在惰性气体氦气或氩气中相作用，来提炼钛。 人们利用钛在高温下化合能力极强的特点，在炼钢的时候，氮很容易溶解在钢水里，当钢锭冷却的时候，钢锭中就形成气泡，影响钢的质量。所以炼钢工人往钢水里加进金属钛，使它与氮化合，变成炉渣一氮化钛，浮在钢水表面，这样钢锭就比较纯净了。 当超音速飞机飞行时，它的机翼的温度可以达到500。如用比较耐热的铝合金制造机翼，一到二三百度也会吃不消，必须有一种又轻、又韧、又耐高温的材料来代替铝合金乙钛恰好能够满足这些要求。钛还能经得住零下一百多度的考验，在这种低温下，钛仍旧有很好的韧性而不发脆。 利用钛和锆对空气的强大吸收力，可以除去空气，造成真空。比方，利用钛制成的真空泵，可以把空气抽到只剩下十万万万分之一。  钛的氧化物二氧化钛，是雪白的粉末，是最好的白色颜料，俗称钛白。以前，人们开采钛矿，主要目的便是为了获得二氧化钛。钛白的粘附力强，不易起化学变化，永远是雪白的。特别可贵的是钛白无毒。它的熔点很高，被用来制造耐火玻璃，釉料，珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。 二氧化钛是世界上最白的东西， l克二氧化钛可以把 450多平方厘米的面积涂得雪白。它比常用的白颜料一锌钡白还要白5倍，因此是调制白油漆的最好颜料。世界上用作颜料的二氧化钛，一年多到几十万吨。二氧化钛可以加在纸里，使纸变白并且不透明，效果比其他物质大10倍，因此，钞票纸和美术品用纸就要加二氧化钛。此外，为了使塑料的颜色变浅，使人造丝光泽柔和，有时也要添加二氧化钛。在橡胶工业上，二氧化钛还被用作为白色橡胶的填料。 四氯化钛是种有趣的液体，它有股刺鼻的气味，在湿空气中便会大冒白烟它水解了，变成白色的二氧化钛的水凝胶。在军事上，人们便利用四氯化钛的这股怪脾气，作为人造烟雾剂。特别是在海洋上，水气多，一放四氯化钛，浓烟就象一道白色的长城，挡住了敌人的视线。在农业上，人们利用四氟化钛来防霜。 钛酸钡晶体有这样的特性：当它受压力而改变形状的时候，会产生电流，一通电又会改变形状。于是，人们把钛酸钡放在超声波中，它受压便产生电流，由它所产生的电流的大小可以测知超声波的强弱。相反，用高频电流通过它，则可以产生超声波。现在，几乎所有的超声波仪器中，都要用到钛酸钡。除此之外，钛酸钡还有许多用途。例如：铁路工人把它放在铁轨下面，来测量火车通过时候的压力；医生用它制成脉搏记录器。用钛酸钡做的水底探测器，是锐利的水下眼睛，它不只能够看到鱼群，而且还可以看到水底下的暗礁、冰山和敌人的潜水艇等。 冶炼钛时，要经过复杂的步骤。把钛铁矿变成四氯化钛，再放到密封的不锈钢罐中，充以氩气，使它们与金属镁反应，就得到“海绵钛”。这种多孔的“海绵钛”是不能直接使用的，还必须把它们在电炉中熔化成液体，才能铸成钛锭。但制造这种电炉又谈何容易！除了电炉的空气必须抽干净外，更伤脑筋的是，简直找不到盛装液态钛的坩埚，因为一般耐火材料部含有氧化物，而其中的氧就会被液态钛夺走。后来，人们终于发明了一种“水冷铜坩埚”的电炉。这种电炉只有中央一部分区域很热，其余部分都是冷的，钛在电炉中熔化后，流到用水冷却的铜坩埚壁上，马上凝成钛锭。用这种方法已经能够生产几吨重的钛块，但它的成本就可想而知了。 铁合金基本知识定义及分类1铁合金的定义和用途。 铁合金是铁与一种或几种金属或非金属元素组成的合金。铁合金是炼钢和机械铸造业的主要原料之一，在炼钢和铸造时用作脱氧剂、脱硫剂和合金添加剂。  2铁合金的分类。 铁合金的品种很多，一般按照其所含元素分类，例如：   (1)硅铁：工业硅铁含硅95%、75%、45%等硅铁  贫硅铁（含硅12%）  硅铝合金  硅钙合金  (2)锰铁：高碳锰铁（含碳为7%）  中碳锰铁（含碳1.01.5%）  低碳锰铁（含碳0.5%）  金属锰  硅锰合金  (3)铬铁：高碳铬铁（含碳为48%）  中碳铬铁（含碳为0.54%）  低碳铬铁（含碳0.150.50%）  微碳铬铁（含碳为0.06%）  超微碳铬铁（含碳小于0.03%）  金属铬  硅铬合金  (4) 其它铁合金。除了以上几类铁合金外，还有钨铁、钼铁、钛铁、钒铁、磷铁、硼铁、镍铁、铌铁、锆铁、稀土合金等。 铁合金基本知识硅铬合金硅铬合金（根据GB/T 40091989） 硅铬合金用于炼钢及铸造时作还原剂和合金剂、精炼铬铁时作还原剂。硅铬合金的牌号和化学成分应符合下表的规定。牌号化学成分，%SiCrCPS不小于不大于FeCr30Si40-A40.030.00.020.020.040.01FeCr30Si40-B40.030.00.040.020.040.01FeCr30Si40-C40.030.00.060.020.040.01FeCr30Si40-D40.030.00.100.020.040.01FeCr32Si3535.032.01.00.020.040.01 铁合金基本知识硅铁硅铁（根据GB/T2272-1987） 1硅铁在炼钢和铸造时作脱氧剂或合金元素的加入剂。2硅铁的牌号和化学成分。牌号化学成分，%SiAlCaMnCrPSC范围不大于FeSi90Al1.587.095.01.51.50.40.20.040.020.2FeSi90Al1387.095.03.01.50.40.20.040.020.2FeSi75Al0.5-A74.080.00.51.00.40.30.0350.020.1FeSi75Al0.5-B72.080.00.51.00.50.50.040.020.2FeSi75Al1.0-A74.080.01.01.00.40.30.0350.020.1FeSi75Al1.0-B72.080.01.01.00.50.50.040.020.2FeSi75Al1.5-A74.080.01.51.00.40.30.0350.020.1FeSi75Al1.5-B72.080.01.51.00.50.50.040.020.2FeSi75Al2.0-A74.080.02.01.00.40.30.0350.020.1FeSi75Al2.0-B74.080.02.01.00.40.30.040.020.1FeSi75Al2.0-C72.080.02.0-0.50.50.040.020.2FeSi75A74.080.0-0.40.30.0350.020.1FeSi75-B74.080.0-0.40.30.040.020.1FeSi75-C72.080.0-0.50.50.040.020.2FeSi6565.0<72.0-0.60.50.040.02-FeSi4540.047.0-0.70.50.040.02-3  硅铁的物理状态：硅铁的厚度（mm）FeSi75系列硅铁100，FeSi65系列80。  铁合金基本知识金属铬金属铬（根据GB/T 32111987） 金属铬用于炼制高温合金、电阻合金、精密合金作铬元素添加剂用。金属铬按铬及杂质含量的不同，分为五个牌号，其化学成分应符合下表的规定。牌号化学成分，%CrFeSiAlCuCSPPbSnSbBiAsNHO不小于 不大于JCr99-A99.00.350.250.300.020.020.020.010.00050.0010.0010.0010.0010.050.010.50JCr99-B99.00.400.300.300.040.020.020.010.00050.0010.0010.0010.0010.050.010.50JCr98.5-A98.50.450.350.500.040.030.020.010.00050.0010.0010.0010.0010.050.010.50JCr98.5-B98.50.500.400.500.060.030.020.010.00050.0010.0010.0010.0010.050.010.50JCr9898.00.800.40.800.060.050.030.010.0010.0010.0010.0010.001      铁合金基本知识钛铁钛铁（根据GB/T 32821987） 钛铁作为炼钢、铸造添加剂或电焊条涂料。钛铁的牌号和化学成分应符合下表的规定。牌号 化学成分，% Ti Al Si P S C Cu Mn 不大于 FeTi30-A 25.035.0 8.0 4.5 0.05 0.03 0.10 0.40 2.5 FeTi30-B 25.035.0 8.5 5.0 0.06 0.04 0.15 0.40 2.5 FeTi40-A 35.045.0 9.0 3.0 0.03 0.03 0.10 0.40 2.5 FeTi40-B 35.045.0 9.5 4.0 0.04 0.04 0.15 0.40 2.5  铁合金基本知识微碳铬铁及氧化铬一、真空法微碳铬铁（根据GB/T 56841987） 真空法微碳铬铁在炼钢中作为合金元素加入剂。真空法微碳铬铁按铬、碳及杂质含量的不同分为六个牌号，其化学成分应符合下表的规定。牌号化学成分，%CrCSiPS  不小于不大于ZKFeCr67C0.01067.00.0101.02.00.0250.030.03ZKFeCr67C0.02067.00.0201.02.00.0250.030.03ZKFeCr65C0.01065.00.0101.02.00.0250.0350.04ZKFeCr65C0.03065.00.0301.02.00.0250.0350.04ZKFeCr65C0.05065.00.0501.02.00.0250.0350.04ZKFeCr65C0.10065.00.1001.02.00.0250.0350.04二、氮化铬铁（根据GB/T 56851985）氮化铬铁在炼钢中作为氮（铬）加入剂使用。氮化铬铁按冶炼方法和碳含量的不同，分为六个牌号，其化学成分应符合下表的规定。牌号化学成分，%CrNCSiPS不小于不大于FeNCr3-A60.03.00.031.50.030.04FeNCr3-B5.00.032.5FeNCr6-A3.00.061.5FeNCr6-B5.00.062.5FeNCr10-A3.00.101.5FeNCr10-B5.00.102.5注：A类适用于渗氮后的重熔产品，其含氮量，不包括吸附氮量。B类适用于固态渗氮合金。每炉必须测定铬、硅、氮、碳、磷、硫含量。铜基本知识介绍  铜是一种被广泛使用的金属，在导电性、导势性、抗拉强度、可延伸性、耐腐蚀性、耐疲劳性等方面有其独特的优点，主要用于工业设备制造业、电业、通信业、建筑业、运输业等。而众多的用途也使铜的价格对供需变化的反应也非常敏感，波动幅度也很大。铜与社会生活的密切相关性，使得铜的需求量与经济状况的变化直接相关联。  铜的供给来源除了矿山开采以外，还可以通过二次回收获得。世界主要产铜国为智利、美国、加拿大、赞比亚、扎伊尔和秘鲁等。我国也是产铜大国，1991年产量居世界第七位。我国铜产量主要集中在江西、湘北、甘肃、天津、上海、安徽、辽宁、山西、湖南、和云南等省市。但由于我国铜矿品位较低、资源条件不够理想，而对铜的需求量又很大，因此每年都要进口铜及铜合金来满足供给不足。 2001年全球消费铜约1488.5万吨，铜的消费集中在发达工业国。美国是最大的铜消费国，2000年消费292.3万吨，约占世界消费总量的1/5，其次是中国175万吨，日本132.7万吨，欧洲438.5万吨。从行业看，消费铜最多的是电气工业部门和建筑业。 2002年世界精铜的产量为1502万吨，消费为1490万吨，供需缺口为12万吨，2001年的供求平衡是供过于求94.8万吨，供需矛盾有了很大的改善。