Ниобий

Ниобий (Nb, Z=41) — тугоплавкий металл (Тпл = 2477°C) из группы VB, применяемый прежде всего как микролегирующий элемент в конструкционных сталях и как материал сверхпроводящих ускорительных резонаторов. Около 85% мирового ниобия идёт в сталь; Бразилия контролирует ~90% мирового производства.

Микролегирование ниобием стали (0,02–0,10% Nb): ниобий измельчает зерно (нитриды NbN и карбонитриды Nb(C,N) тормозят рост аустенитных зёрен при нагреве) и упрочняет сталь дисперсионным твердением (выделение Nb(C,N) нанопреципитатов в феррите). Для HSLA-сталей добавка 0,05% Nb повышает предел текучести на 60–90 МПа при сохранении свариваемости (CEV не изменяется); по экономике это наиболее выгодное упрочнение. Трубный прокат категорий X70–X100 для магистральных трубопроводов содержит Nb обязательно.

Сверхпроводящий ниобий: Nb является тип-II сверхпроводником с Tc = 9,25 K — самым высоким среди элементарных металлов. Ускорительные резонаторы SRF (superconducting radio-frequency) для коллайдеров (LHC, CESR) изготавливают из листов Nb 3N-чистоты методом глубокой вытяжки и электронно-лучевой сварки. При рабочей температуре 1,8–2,0 K (жидкий гелий под давлением) добротность резонатора Q > 10¹⁰ — в 1000 раз выше, чем у медных резонаторов, что снижает потери ВЧ-мощности на ускорение одного пучка примерно в 1000 раз. Сплав Nb₃Sn (Tc = 18 K, критическое поле 30 Тл) применяется для обмоток магнитов HL-LHC.