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钒渣溶液中的一个重要成分是钒酸钠。钒酸钠有多种,按钒酸钠中氧化钠和五氧化二钒的比例不同而不同:4Na2O V2O5(4∶1),3Na2O V2O5(32O V2O5(摩尔比为2∶1 25(3∶2),5Na2O 4V2O5),2V2O5(摩尔比为1∶1)等。,3∶1的钒酸盐为正钒酸盐Na3VO4;摩尔比为2∶1的钒酸盐为焦钒酸盐Na4V2O7;摩尔比为1∶1的钒酸盐为偏钒酸盐NaVO3。正钒酸盐溶于水中电离成Na和正钒酸根VO4,水溶液的pH值大约为12。随着电解的进行,水溶液pH值下降。各种钒酸根有如下平衡:
-+4-(1)2VO3+2H[V2O7]+H2O,4pH值=10.6～12.0;(2)2[V2O7]4-+4H+[H2V4O13]pH值=8.9～9.0;
5[H2V4O13]4-+8H+4[H4V5O16]pH值=6.8～7.0。
2[H4V5O16]3-+6H+pH值=2.2;(5)V2O5+2H+2[VO2]+3-4-+下,阳极室溶液中的Na透过阳离子交换膜到达阴极室;而阳极液中的所有阴离子却因阳离子膜对它们的静电排斥作用不能进入膜中。阳离子交换膜的这种选择透过性造成电解反应的结果是:在阳极室发生氧气,阳极溶液的pH值变小;在阴极室放出氢气,同时产生氢氧化呐溶液。阳极溶液的pH值下降,其效果就如在阳极液中加酸而不带入对应的酸根阴离子。用离子交换膜电解的方法代替普通加酸中和法的优点是不带入杂质阴离子,通过电解还能生产有用的氢氧化呐、氧气和氢气。
钒促进了共析钢中晶界铁素体的形成
含钒共析钢中的碳化钒质点可以在珠光体的铁素体相内以/相间沉淀0方式析出,在渗碳体附近存在无碳化钒沉淀区。然而,珠光体是由大量均匀分布的渗碳体强化相与铁素体基体相间而成,没有大块的先析铁素体存在。在这种情况下,微量钒还能否起到沉淀强化作用?碳化钒的析出规律有何变化?这些方面的研究报告还很少。笔者的目的在于通过电化学萃取分析和透射电子显微镜分析,弄清钒含量对PD3钢碳化钒析出的影响,找出其析出规律。
用线切割机切下10mm@10mm@0.3mm薄片试样,金相研磨至0.05mm,然后冲成<3mm的小圆片。用双喷电解减薄,制成供TEM观察的薄膜试样,在H-600型透射电镜下作电镜观察,并对析出的碳化钒质点进行选区电子衍射斑点标定,予以确认,其加速电压为100kV。
相当一部分APF相界面被APFe3C相界面所取代,钒在APF相界面聚集到碳化钒析出的浓度就相对比较困难。部分靠近渗碳体界面的钒可以置换部分铁原子形成(Fe,V)3C的合金渗碳体,相应在渗碳体附近构成无碳化钒析出区。根据电镜观察的结果,PD3钢在钒含量低于0.21%时,仅有粗大的珠光体片内偶见碳化钒质点析出,从前面的分析可知,这些碳化钒质点是从奥氏体中析出的,说明此时还没有/相间沉淀0产生。显然,若冷却速度加快,珠光体片间距变细,相应的APF界面变得更加细小,钒容易被渗碳体吸纳,碳化钒的/相间沉淀0析出将受到抑制。随钒含量增加,铁素体和渗碳体中溶解的钒很快达到饱和,/相间沉淀0的驱动力进一步加大,但同时钒的增加又会促使珠光体片间距变小,反过来抑制了/相间沉淀0。
钒在低碳钢中的应用
钒在钢中以V 4C 3、VN 形式存在，通常是细小颗粒，足以抑制钢中晶界的移动和晶粒长大。氮化钒、碳化钒的析出对钢起到了强化作用。钒在低碳钢中的作用主要是细化晶粒、提高强度、降低脆性转变温度、显著改善钢的焊接性能。钒微合金化低合金高强度钢已广泛用于铁路车辆的制造、高强度汽车结构件、油气输送管线、含钒建筑用钢等。
铁路车辆用钢我国铁路车辆制造中，也已广泛应用含钒微合金钢。制造铁路车辆主梁，均采用攀钢生产中国钒工业的发展钢，其机械性能：σs ≥294Mpa ，σb ≥441Mpa ，ak(常温) ≥58.8J/cm 2，ak(-40℃) ≥35J/cm 2，并具有良好的焊接性能。从1992年至1998年共生产09V 钢43万吨。
含钒汽车用高强度热轧钢板高强度热轧钢板在中型和轻型载重汽车上应用较多，主要用于制作汽车底盘和车厢的各种梁类部件、保险杠、发动机的悬置梁、车轮的轮辐和轮辋等。要求具有良好的强韧性、成型性及焊接性能。