钼在提高不锈钢耐腐蚀性中的作用

钼在提高不锈钢耐腐蚀性中的作用

钼最常见的应用是生产不锈钢和镍基合金。钼被广泛认为可以提高不锈钢的耐点蚀性能，因此是不锈钢成分中的关键合金元素。双相、超双相和奥氏体不锈钢都在制造过程中使用钼。

什么是不锈钢？

对于一种被视为不锈钢的钢，它必须含有至少10.5%的铬。在该阈值以上，它促进形成高度稳定的钝化膜，该钝化膜在暴露于含氧环境时立即形成。这种非常薄的自修复层可以在各种温度下提供保护，免受从海水到酸的各种恶劣环境的影响。增加铬含量通常会增加耐腐蚀性，这与较厚的钝化膜有关。

由于不锈钢固有的耐腐蚀性，一般的表面腐蚀很少成为问题。在钝化膜中可能存在缺陷或弱点的情况下，更容易发生点蚀。

PREN计算

根据经验，钼可以提高耐点蚀性能。因此，它是计算耐点蚀当量数（PREN值）的主要组成部分。此PREN值可用于比较不同等级，但不能安全地用于预测特定应用中等级的绝对性能。

这是一种根据不同类型金属的化学成分比较其耐点蚀性能的有用理论方法。最广泛接受的PREN配方利用铬、钼和氮的含量，即PREN=%Cr+3.3x%Mo+16x%N。由于大多数产品规格允许一系列成分，某些最终用户也会指定最小PREN值，以确保足够的耐腐蚀性。

PREN计算结果

因此，可以看出，钼含量的增加比铬的耐点蚀性提高得更大。原则上，添加越来越多的钼会迅速提高合金的性能。那么，为什么这个简单的逻辑没有得到更广泛的遵循呢？

提高钼含量对合金的成本有直接影响。与铬相比，它目前的成本高出约4倍，这抵消了PREN计算中的正因子（3.3）。

然而，为了保持奥氏体不锈钢良好的机械和物理财产，为了提高耐腐蚀性而增加的铬或钼必须通过镍和作为“奥氏体形成剂”的一系列其他元素来抵消。与铬相比，钼在形成奥氏体方面的系数为1.5。因此，只要耐点蚀性的提高（与铬相比）大于保持奥氏体所需的额外镍含量，添加钼而不是铬就更具成本效益。

向不锈钢中添加钼已被证明可以增加点蚀和再钝化电位，从而通过减少钝化膜中的点缺陷数量来提高钝化膜的电阻。钼降低了确保钝化所需的氧化作用的强度，并降低了先前形成的钝化膜破裂的趋势。

此外，钼降低了合金在酸化氯化物溶液中的临界溶解速率，钼含量较高的合金可以在强酸中保持被动状态。因此，已经证明，增加钼通过增加钝化膜的保护性和降低点蚀生长速率来提高耐点蚀性。

奥氏体不锈钢

316L合金（UNS S31603、1.4404、17-12-2）含有约2%的钼，这是其与304L合金的主要区别。通过添加钼，可以显著提高耐点蚀性能，这意味着它可以用于更具腐蚀性的环境，包括制药设备、街道家具和扶手，以及船用固定装置和配件。

Nitronic 50（Fermonic 50、XM-19、UNS S20910、1.3964）是一种合金化程度高得多的奥氏体不锈钢。与PREN约为25的316L合金相比，该等级的PREN为34。它含有1.5-3.0%的钼，通过较高的镍含量（11.5-13.5%）来平衡钼，以保持完全的奥氏体微观结构。这意味着它具有很强的耐腐蚀性，具有奥氏体不锈钢的所有优点，即优异的冲击强度、韧性和易于制造。它最广泛地用于阀杆的生产，但也因其非磁性而用于井下工具，以及316L合金不够的船用部件。

合金alloy254（F44，UNS S31254，1.4547，254 SMO，6Mo）可能是钼添加剂最极端的应用之一，含量为6%。结果，PREN值为43，其等于或大于大多数标准合金，尽管由于含有更昂贵的合金添加剂而付出了代价。它将用于双相和超双相不锈钢可能不合适的非常激进的应用中，例如在海上烟气脱硫装置中，操作温度可能超过超双相等级的最高工作温度。

双相不锈钢

行业标准2205双工（合金2205、Sanmac 2205、SAF 2205、1.4462、F51/F60、S31803/S32205）使用3.0-3.5%的钼，这有助于将其PREN值提高到34。这相当于Nitronic 50/XM19不锈钢，但价格要低得多。这种成本效益解释了为什么它被广泛用于标准3xx系列不锈钢不够耐腐蚀的应用中。

超级双工不锈钢

最受欢迎的超级双相不锈钢等级，包括Ferralium 255、SAF2507（S32750、F53、1.4410）和S32760（F55、1.4501），都含有约3.0%的钼，这有助于实现PREN>40。

超级双相不锈钢具有令人难以置信的高强度和耐腐蚀性，这主要是由于其铬和氮含量的提高，以及更少量的昂贵的镍和钼合金添加剂。然而，一定量的钼有助于提高耐点蚀性，与其他合金添加剂协同作用。

镍基合金

大量镍基合金都含有约3.0%的钼，这与奥氏体、双相和超双相不锈钢的原因完全相同，以提高耐点蚀性能。在这个级别上，实现强劲性能的成本效益最高。钼含量约为3.0%的合金包括718合金（inconel718、UNS N07718、2.4668）、825合金（Incoloy 825、UNS NO8825、2.4858）和925合金（Incoloy 925、UNS N09925）。

625合金（inconel625、UNS N06625、2.4856）和725合金（inconel725、N07725）含有接近10.0%的钼，这有助于将其PREN值提高到45，而之前提到的镍合金只有31。因此，就环境和温度而言，合金625将倾向于在最具侵蚀性的条件下使用，其中其较低的强度不那么重要。

钼在不锈钢制造中起到了提高耐点蚀性、降低临界溶解速率、增加钝化膜保护性以及减少钝化膜中点缺陷数量等作用。由于钼的成本较高，一般只在需要更高耐腐蚀性的应用中使用，如双相、超双相和奥氏体不锈钢，以及镍基合金等制品中。
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