钢铁钒钛期刊论文两栏宽度

金属钒的电子结构和物理性质 依据纯金属单原子理论(OA)确定了体心立方结构(bcc)V,Nb,Ta的电子结构依次为[Ar](3dn)1.68(3dn)2.94(4sc)0.18(4sf)0.20,[Kr](4dn)0.25(4dc)4.15(5sc)0.21(5sf)0.39,[Xe](5dn)0(5dc)3.92(6sc)0.59(6sf)0.50;并对V,Nb,Ta的面心立方结构(fcc)和密排六方结构(hcp)初态特征晶体的电子结构进行了研究.在此基础上定性地解释了V,Nb,Ta的电子结构和晶体结构之间的关系;定性解释了bcc结构V,Nb,Ta之间力学性质和输运性质的差异与电子结构的关系;定量计算了其晶格常数、结合能、势能曲线、弹性和热膨胀系数随温度的变化. 钒，原子序数23，原子量50.9415,元素名来源于斯堪的纳维亚女神之名，表示钒的化合物在溶液中所呈现的美丽颜色。1801年西班牙矿物学家里奥在钒铅矿中首次发现，但他错认为是已发现的铬；1830年瑞典化学家塞夫斯特穆在冶炼泰贝格铁矿时再次发现，并命名；1927年，美国化学家马登和里奇制得纯度为99.7%的金属钒。钒在地壳中的含量在0.02%～0.03%之间，居第22位。钒广泛分布于许多矿藏中，主要的有绿硫钒矿、钒云母等，在恒星也已发现钒。自然界存在两种钒的稳定同位素：钒50和钒51，其中钒51的含量为99.76%。 金属钒有淡灰色光泽，有韧性；熔点1890°C，沸点3380°C，密度5.96克/厘米³；金属钒为体心立方晶格；能与多种金属形成合金。 金属钒在常温下有较好的抗蚀性；易溶于浓硫酸、浓硝酸和氢氟酸中；高温下能与多种非金属直接化合；钒的水溶液比较复杂。 金属钒主要用于制造合金钢；五氧化二钒和钒酸盐广泛用作催化剂；还用于制造彩色玻璃和陶瓷，以及油漆和墨水的催干. 钒以钒铁（及其它钒合金）、钒化合物和金属钒的形式广泛应用于冶金、宇航、化工等工业部门。 钒铁是钢铁工业重要的合金添加剂。钒可提高钢的强度、韧性、延展性和耐热性。自六十年代以来，钒在钢铁工业中的应用急剧增加，到1988年已占钒消耗量的85%。钒在钢铁方面的消耗比例为碳素钢占20%，高强度低合金钢占25%，合金钢占20%，工具钢占15%。含钒高强度低合金钢（HSLA）以其强度大而广泛用于输油/气管道、建筑、桥梁、钢轨、压力容器、车厢架等生产建设中。目前各种含钒钢的应用范围越来越广。 金属钒在有色合金中主要用于生产钒钛合金，如Ti-6Al-4V，Ti-6Al-6V-2Sn和Ti-8Al-1V-Mo等。Ti-6Al-4V合金是用于制造飞机和火箭的优良高温结构材料，在美国极受重视，产量占钛基钒合金的一半以上。金属钒还可用于磁性材料、铸铁、硬质合金、超导材料及核反应堆材料等领域。 五氧化二钒和钒化合物主要用于玻璃与陶瓷工业的着色剂、硫酸和石油化工生产用的催化剂。在美国，35%的五氧化二钒用于生产硫酸，35%用于石油精炼。钒催化剂具有特殊的活性，其它元素难以代替。随着化学工业的迅速发展，钒作为催化剂的重要性将更加显现出来。 钒的应用范围 应用领域 占总量比例（%） 主要用途 使用产品 碳素钢 25 钢筋 FeV HSLA钢 25 建筑，石油管道 FeV 高合金钢 20 铸件，石油管配件 FeV 工具钢 15 高速工具钢，耐磨件 FeV(80%V) 钛合金 10 喷气式发动机零件，飞行器机体 V-Al基合金 化学制品 5 硫酸和顺丁烯二酸酐生产 V2O5和其它钒化合物 材料是一切工程建设的基础。人类文明进步的重要标志之一，就是使用材料的不断更新、增加。材料、能源和信息是现代科学技术发展的三大支柱。 在众多的金属材料中，一种新的金属材料钛已成为耀眼的"新星"。钛是轻金属之一，纯净的钛具有许多优良性能。钛的比重虽然仅是钢的50%，但其强度却超过钢约18%，其延展性更远远优于钢，能象铜一样经得起锤击和拉延。钛的熔点达1600℃，大大高于钢，如把钛和钢同时放在炼钢炉中，钢熔化了，而钛却依然如故。在超低温环境中钢会变脆，掉在地上会被摔碎，而钛在-100℃时也不会变脆，仍具有良好的机械性能。钛还具有良好的耐酸碱、耐腐蚀性能，在强酸碱溶液中，钢铁会被腐蚀得千疮百孔，而钛却安然无恙；钢铁在海水中会迅速锈蚀变质，而钛至少5年内不会锈蚀。用钛锅炒菜，不会产生粘锅现象。用钛合金做的不粘锅已进入家庭。钛与铝相比也有许多优点，钛的硬度高于铝，因此比铝坚固，不易变形；钛的熔点更远远高于铝（600℃）。 以钛为基质，掺入铝、钒、钼、锆等金属，可以得到含钛90%的优质材料--钛合金。钛合金具有重量轻、耐冲击、抗拉压等许多优良性能，是机械、航空、宇航等工业中的高级用材。以钛合金为主体制成的飞机，强度高、重量小，可提高航速约1/3，能大大增加载客量（大型客机能增加100多人），还能节省燃料。用钛合金制造的深海探测器，可深潜至6500米深度，而不会被压坏，而用钢铁制造的潜艇，只能潜至300米。在航天和宇航工业中，钛合金以其优良性能被广泛采用，运载火箭、人造卫星、航天飞机、空间站、行星探测器等，大都采用钛合金制造外壳。这种金属壳体能在太空条件下保持坚韧，能在高速飞行中抵御剧烈的摩擦而产生的高温。 在化学工业中，需要耐腐蚀的泵、阀门、反应器等设备，这些设备也多用钛合金制作。钛与镍结合，还能制成具有记忆功能的"记忆合金"。用这种材料制造汽车外壳，当撞车发生变形时，只要用80℃以上的热风一吹，就能恢复原来形状。 钛也是优秀的装饰材料，表面镀钛的材料，不仅外表光亮美观，而且具有很强的耐磨损和抗腐蚀特性；在真空条件下，将等离子体状态的钛镀在工作或建筑物的表现上，其外观酷似黄金，称为钛金。北京亚运村的火炬、天安门广场的国旗杆球顶、大观园的宝顶等都是用钛金装饰的。用钛金做建筑装饰，不仅能节约大量黄金，而且光彩夺目、雍容华贵，可达到"以假乱真"的效果。钛金还可用于家具、灯饰、卫生洁具、健身器材、自行车、摩托车等的装饰。 钛在地壳中蕴藏丰富，在各种金属储量中占第9位，约为铜、镍、铝、锌总量的17倍。含钛的矿物有70多种，主要是分布于火成岩中的金红石钛铁矿。过去，由于开采困难，成本高，钛的应用受到限制，现在冶炼技术已大大提高，成本正逐渐降低，钛的应用

钒钛的用途：钒被称为“现代工业的味精”，在钢铁、化工、航空航天等领域应用广泛。其中85%应用于钢铁工业，在钢中加入钒，可以改善钢的耐磨性、强度、硬度、延展性等性能。

特点：钛被称为“战略金属”，钛及其合金具有抗腐蚀、高强度、高温及低温强度性能好、无磁性、人体适应性好、形状记忆和超导等优异性能。

由于其轻型高强度的特点，在航空航天等领域得到广泛应用，近年来，应用逐步扩展到造船、石油化设备、海上平台、电力设备、医疗、高档消费品等民用工业领域。

分布范围

钒和钛在我国主要以伴生矿的形式存在于钒钛磁铁矿中，主要分布在四川攀西与河北承德地区，其中又以攀西钒钛磁铁矿资源最为丰富。

我国是钒、钛资源大国，国内的钒钛资源主要集中在四川攀枝花—西昌地区、河北承德地区、陕西汉中地区、湖北郧阳、襄阳地区、广东兴宁及山西代县等地区。

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。钛没有磁性，用钛建造的核潜艇不必担心磁性水雷的攻击。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。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。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。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。钒如果说钢是虎，那么钒就是翼，钢含钒犹如虎添翼。只需在钢中加入百分之几的钒，就能使钢的弹性、强度大增，抗磨损和抗爆裂性极好，既耐高温又抗奇寒，难怪在汽车、航空、铁路、电子技术、国防工业等部门，到处可见到钒的踪迹。此外，钒的氧化物已成为化学工业中最佳催化剂之一，有“化学面包”之称。看来，凡娜迪丝的“儿子”在人间正大受宠爱。主要用于制造高速切削钢及其他合金钢和催化剂。把钒掺进钢里，可以制成钒钢。钒钢比普通钢结构更紧密，韧性、弹性与机械强度更高。钒钢制的穿甲弹，能够射穿40厘米厚的钢板。但是，在钢铁工业上，并不是把纯的金属钒加到钢铁中制成钒钢，而是直接采用含钒的铁矿炼成钒钢。钒的盐类的颜色真是五光十色，有绿的、红的、黑的、黄的，绿的碧如翡翠，黑的犹如浓墨。如二价钒盐常呈紫色；三价钒盐呈绿色，四价钒盐呈浅蓝色，四价钒的碱性衍生物常是棕色或黑色，而五氧化二钒则是红色的。这些色彩缤纷的钒的化合物，被制成鲜艳的颜料：把它们加到玻璃中，制成彩色玻璃，也可以用来制造各种墨水。钒的化合物不但有丰富的色彩，还有极强的毒性。如果人体内的钒盐过多，就会得病。但让人意外的是，如果在牛和猪的饲料中加入微量的钒盐，却能使它们的食量增加，脂肪层加厚。高等动物的血液中含有铁离子，铁离呈规出的是红色，所以高等动物的血液就是红色的。低等动物的血液中含的是铜离子，铜离子的溶液是蓝色的，比如硫酸铜溶液是天蓝色的，因而低等动物的血液是蓝色的。居于它们之间的那些动物的血液中含有三价钒离子，细心的小朋友会记得三价钒离子显绿色，所以这些动物的血液就是绿色的。