钼对提高不锈钢耐蚀性的作用

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抗点蚀能力，因此是其成分中的关键合金元素。
对于被视为不锈钢的钢，它必须至少含有 10.5% 的铬。高于此阈值，它会促进高度稳定的钝化膜的形成，该膜在暴露于含氧环境后立即形成。这种非常薄的自我修复层为各种恶劣环境提供保护，从海水到酸，在各种温度范围内。增加铬含量通常会增加耐腐蚀性，这与更厚的钝化膜相关。
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。点腐蚀更有可能发生，其中钝化膜可能存在缺陷或弱点。
PREN 计算
经验表明，钼可以提高耐点蚀性。因此，它是计算抗点蚀等效值（即所谓的 PREN 值）的主要组成部分。这是根据化学成分比较各种金属的耐点蚀性的一种有用的理论方法。PREN 数字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。*为接受的 PREN 公式使用铬、钼和氮的含量作为 PREN = %Cr + 3.3x %Mo + 16x %N。由于大多数产品规格允许使用一系列成分，因此某些最终用户还会定最小 PREN 值以确保足够的耐腐蚀性能。
因此可以看出，增加钼含量导致比铬更大的耐点蚀性提升。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？
提高钼含量对合金成本有直接影响。与铬相比，目前成本高出约 4 倍，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性能，任何为提高耐腐蚀性而增加的铬或钼都必须被镍和一系列其他作为“奥氏体形成物”的元素所抵消。这个概念在下面的舍弗勒图表中得到了好的展示，也在我们的“双相和超级双相不锈钢指南”中进行了解释. 与铬相比，钼在形成奥氏体方面的系数为 1.5。因此，只要耐点蚀性的改进（与铬相比）大于保持奥氏体所需的额外镍含量，添加钼代替铬就更具成本效益。
在不锈钢中添加钼已被证明可以增加点蚀和再钝化电位，从而通过减少膜中点缺陷的数量来提高钝化膜的抵抗力。钼降低了确保钝化所需的氧化作用强度，并降低了先前形成的钝化膜分解的趋势。此外，钼降低了合金在酸化氯化物溶液中的临界溶解速率，钼含量较高的合金在较强的酸中可以保持钝化状态。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增强耐点蚀性。
奥氏体不锈钢：
合金 316L (UNS S31603, 1.4404, 17-12-2) 含有约2% 的钼，这是它与合金304L 的主要区别。通过添加钼，抗点蚀性能有了显着提高，这意味着它可以用于更具腐蚀性的环境，包括制药设备、街道设施和扶手，以及船用固定装置和配件。
Nitronic 50（Fermonic 50、XM-19、UNS S20910、1.3964）是一种合金化程度更高的奥氏体不锈钢。与 PREN 约为 25 的合金 316L 相比，该牌号的 PREN 为 34。它的配方中含有1.5 – 3.0% 的钼，并通过更高的镍含量 (11.5 – 13.5%) 来平衡，以保持*奥氏体微观结构。这意味着它具有很强的耐腐蚀性，同时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*泛用于生产阀杆，但由于其非磁性性质，也用于井下工具以及合金 316L 不够用的船用部件。
合金 254（F44、UNS S31254、1.4547、254 SMO、6Mo）可能是钼添加物的应用之一，其含量为6%。因此，PREN 值为 43，它等于或大于大多数标准合金，尽管由于更昂贵的合金添加物的含量而付出了代价。它将用于双相和超级双相不锈钢可能不适用的非常激进的应用中——例如，在运行温度可能超过超级双相不锈钢最高工作温度的海上烟气脱硫装置中。
双相不锈钢：
行业标准的2205 双相合金（Alloy 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值推高至相当于 atronic 的 34。 50 / XM19 等级，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 系列不锈钢耐腐蚀性不够的应用中。
合金 2304（SAF2304、1.4362、UNS S32304）等精益双相钢的钼含量可以忽略不计，以帮助降低成本。然而，添加锰以提高强度。它更广泛地用于板材和管材形式，在这种情况下，大型项目的成本节约可能更重要。为避免库存重复，精益双相钢通常不作为实心棒材或空心棒材进行库存。
超级双工等级：
受欢迎的超级双相不锈钢牌号，包括Ferralium 255、SAF2507（S32750、F53、1.4410）和S32760（F55、1.4501），均含有约3.0% 的钼，有助于实现 PREN >40。
超级双相不锈钢提供了令人难以置信的高强度和耐腐蚀性的成本效益组合，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，其原因与奥氏体、双相和超级双相不锈钢*相同，以增强抗点蚀性。在这个级别上，以*成本效益的方式实现强大的性能。钼含量约为3.0% 的合金包括合金718（Inconel 718、UNS N07718、2.4668）、合金 825（Incoloy 825、UNS N08825、2.4858）和合金925（Incoloy 5S N2995）。
合金 625（Inconel 625、UNS N06625、2.4856）和合金725（Inconel 725、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仅为 31。因此，合金625将倾向于在恶劣的条件下使用，在环境和温度方面，其较低的强度不太重要。