鉬元素在提高不銹鋼耐腐蝕性中的作用

鉬元素在提高不銹鋼耐腐蝕性中的作用鉬最常見的應用是生產(chǎn)不銹鋼和鎳基合金。鉬被廣泛認為可以提高不銹鋼的耐點蝕性能，因此是不銹鋼成分中的關鍵合金元素。雙相、超雙相和奧氏體不銹鋼都在制造過程中使用鉬。什么是不銹鋼？對于一種被視為不銹鋼的鋼，它必須含有至少10.5%的鉻。在該閾值以上，它促進形成高度穩(wěn)定的鈍化膜，該鈍化膜在暴露于含氧環(huán)境時立即形成。這種非常薄的自修復層可以在各種溫度下提供保護，免受從海水到酸的各種惡劣環(huán)境的影響。增加鉻含量通常會增加耐腐蝕性，這與較厚的鈍化膜有關。由于不銹鋼固有的耐腐蝕性，一般的表面腐蝕很少成為問題。在鈍化膜中可能存在缺陷或弱點的情況下，更容易發(fā)生點蝕。PREN計算根據(jù)經(jīng)驗，鉬可以提高耐點蝕性能。因此，它是計算耐點蝕當量數(shù)（PREN值）的主要組成部分。此PREN值可用于比較不同等級，但不能安全地用于預測特定應用中等級的絕對性能。這是一種根據(jù)不同類型金屬的化學成分比較其耐點蝕性能的有用理論方法。最廣泛接受的PREN配方利用鉻、鉬和氮的含量，即PREN=%Cr+3.3x%Mo+16x%N。由于大多數(shù)產(chǎn)品規(guī)格允許一系列成分，某些最終用戶也會指定最小PREN值，以確保足夠的耐腐蝕性。PREN計算結果因此，可以看出，鉬含量的增加比鉻的耐點蝕性提高得更大。原則上，添加越來越多的鉬會迅速提高合金的性能。那么，為什么這個簡單的邏輯沒有得到更廣泛的遵循呢？提高鉬含量對合金的成本有直接影響。與鉻相比，它目前的成本高出約4倍，這抵消了PREN計算中的正因子（3.3）。然而，為了保持奧氏體不銹鋼良好的機械和物理財產(chǎn)，為了提高耐腐蝕性而增加的鉻或鉬必須通過鎳和作為“奧氏體形成劑”的一系列其他元素來抵消。與鉻相比，鉬在形成奧氏體方面的系數(shù)為1.5。因此，只要耐點蝕性的提高（與鉻相比）大于保持奧氏體所需的額外鎳含量，添加鉬而不是鉻就更具成本效益。向不銹鋼中添加鉬已被證明可以增加點蝕和再鈍化電位，從而通過減少鈍化膜中的點缺陷數(shù)量來提高鈍化膜的電阻。鉬降低了確保鈍化所需的氧化作用的強度，并降低了先前形成的鈍化膜破裂的趨勢。此外，鉬降低了合金在酸化氯化物溶液中的臨界溶解速率，鉬含量較高的合金可以在強酸中保持被動狀態(tài)。因此，已經(jīng)證明，增加鉬通過增加鈍化膜的保護性和降低點蝕生長速率來提高耐點蝕性。奧氏體不銹鋼316L合金（UNSS31603、1.4404、17-12-2）含有約2%的鉬，這是其與304L合金的主要區(qū)別。通過添加鉬，可以顯著提高耐點蝕性能，這意味著它可以用于更具腐蝕性的環(huán)境，包括制藥設備、街道家具和扶手，以及船用固定裝置和配件。Nitronic50（Fermonic50、XM-19、UNSS20910、1.3964）是一種合金化程度高得多的奧氏體不銹鋼。與PREN約為25的316L合金相比，該等級的PREN為34。它含有1.5-3.0%的鉬，通過較高的鎳含量（11.5-13.5%）來平衡鉬，以保持完全的奧氏體微觀結構。這意味著它具有很強的耐腐蝕性，具有奧氏體不銹鋼的所有優(yōu)點，即優(yōu)異的沖擊強度、韌性和易于制造。它最廣泛地用于閥桿的生產(chǎn)，但也因其非磁性而用于井下工具，以及316L合金不夠的船用部件。合金alloy254（F44，UNSS31254，1.4547，254SMO，6Mo）可能是鉬添加劑最極端的應用之一，含量為6%。結果，PREN值為43，其等于或大于大多數(shù)標準合金，盡管由于含有更昂貴的合金添加劑而付出了代價。它將用于雙相和超雙相不銹鋼可能不合適的非常激進的應用中，例如在海上煙氣脫硫裝置中，操作溫度可能超過超雙相等級的最高工作溫度。雙相不銹鋼行業(yè)標準2205雙工（合金2205、Sanmac2205、SAF2205、1.4462、F51/F60、S31803/S32205）使用3.0-3.5%的鉬，這有助于將其PREN值提高到34。這相當于Nitronic50/XM19不銹鋼，但價格要低得多。這種成本效益解釋了為什么它被廣泛用于標準3xx系列不銹鋼不夠耐腐蝕的應用中。超級雙工不銹鋼最受歡迎的超級雙相不銹鋼等級，包括Ferralium255、SAF2507（S32750、F53、1.4410）和S32760（F55、1.4501），都含有約3.0%的鉬，這有助于實現(xiàn)PREN>40。超級雙相不銹鋼具有令人難以置信的高強度和耐腐蝕性，這主要是由于其鉻和氮含量的提高，以及更少量的昂貴的鎳和鉬合金添加劑。然而，一定量的鉬有助于提高耐點蝕性，與其他合金添加劑協(xié)同作用。鎳基合金大量鎳基合金都含有約3.0%的鉬，這與奧氏體、雙相和超雙相不銹鋼的原因完全相同，以提高耐點蝕性能。在這個級別上，實現(xiàn)強勁性能的成本效益最高。鉬含量約為3.0%的合金包括718合金（inconel718、UNSN07718、2.4668）、825合金（Incoloy825、UNSNO8825、2.4858）和925合金（Incoloy925、UNSN09925）。625合金（inconel625、UNSN06625、2.4856）和7