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钼在不锈钢中的作用


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钼提高耐腐蚀性和高温强度


钼提高了不锈钢的耐腐蚀能力(参考常用不锈钢牌号及耐蚀性)。与不含钼的不锈钢相比,含钼不锈钢通常耐腐蚀性能更好,常应用于腐蚀性更强的环境如化工设备或海洋用途。不锈钢有许多牌号,钼(和铬、镍、氮等)含量各不相同。应当根据具体应用环境的腐蚀性,选择最佳的不锈钢牌号。


钼作为一个较大的原子,通过固溶强化可提高不锈钢的高温强度。热交换器和其它高温设备如汽车排气系统正是利用了钼的这一作用。




2


钼是铁素体形成元素

为了讨论钼对不锈钢冶金学的影响,先看看不锈钢的金相组织。不锈钢按照金相组织可分为以下几类:

奥氏体不锈钢

铁素体不锈钢

马氏体不锈钢

双相不锈钢

沉淀硬化不锈钢

这种基于显微组织的划分是有用的,因为同一类不锈钢中的各牌号往往有类似的物理性能和力学性能,而不同类不锈钢之间的性能差异可能很大,例如奥氏体不锈钢是没有磁性的,而铁素体和双相不锈钢是有磁性的。

不同类不锈钢的根本区别在于其原子晶体结构的不同,铁素体晶体中的原子排布不同于奥氏体晶体的原子排布:

在铁素体不锈钢中,铁原子和铬原子分布在晶体立方体的各个角和立方体的中心,而在奥氏体不锈钢中,铁、铬和镍原子分布在立方体的各个角和立方体每个面的中心。


左边的铁素体不锈钢具有体心立方晶体结构,添加镍之后,晶体结构从体心立方变为面心立方,这种结构叫做奥氏体。


这个表面看似不大的差别深刻地影响了这两类不锈钢的性能。

奥氏体不锈钢具有良好的力学性能,容易加工,因此比铁素体不锈钢的应用广泛得多。全球所使用的全部不锈钢中大约75%是奥氏体不锈钢,铁素体不锈钢约占25%。其它三类不锈钢--马氏体不锈钢、双相不锈钢和沉淀硬化不锈钢各约占总量的1%以下。

合金元素中除了镍,还有其它元素倾向于形成奥氏体结构,这些元素叫做奥氏体形成元素。而促使铁素体结构形成的合金元素叫做铁素体形成元素。



钼是铁素体形成元素。这意味着当向奥氏体不锈钢中添加钼来改善耐腐蚀性时,必须也添加镍或氮等奥氏体形成元素以便保持奥氏体的结构。


双相不锈钢的金相组织是奥氏体和铁素体的混合晶体结构,因此它们是“双相”结构。这是通过添加较少的镍(比形成全奥氏体不锈钢所需的镍量少)实现的。


如下图所示,在铁素体铬不锈钢中加8%镍,可形成奥氏体铬-镍不锈钢,如304不锈钢。如果加入的镍较少,比如4%-5%,则形成铁素体和奥氏体的混合结构--双相不锈钢,如2205双相不锈钢。



奥氏体不锈钢和双相不锈钢中添加钼改善了耐腐蚀性,奥氏体不锈钢中钼的添加量一般为2%-7%,双相不锈钢中钼含量为3%-5%。

在铁素体不锈钢中加入1%-2%的钼也大大增加了铁素体不锈钢的耐腐蚀性和高温强度。


国际钼协会 是一个以科学为宗旨的非赢利性行业协会,成立于1989年。目前,其会员代表着全球85%以上的钼矿山产量和几乎全部的冶炼能力。

国际钼协会具有前瞻性的市场开发项目,旨在提高人们对钼的认知,促进钼及含钼材料的应用。通过举办专题讲座和培训,提供技术咨询、出版技术手册、案例研究、行业简报和统计数据以及网站和微信公众号等途径,向制造商、工程师、设计师、材料决策者和广大公众介绍含钼材料的特性及适用性,宣传钼对于可持续发展的积极作用。我们资助科研项目,发现和开发新的应用领域或扩大现有的终端应用。我们还协调业内各方应对法规并利用严谨的科学依据促进法规的合理化。





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