鉬對提高不銹鋼耐蝕性的作用

更新時(shí)間：2021-06-30

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鉬最常見的應(yīng)用是生產(chǎn)不銹鋼和鎳基合金。鉬被廣泛認(rèn)為可以提高不銹鋼的抗點(diǎn)蝕能力，因此是其成分中的關(guān)鍵合金元素。
對于被視為不銹鋼的鋼，它必須至少含有 10.5% 的鉻。高于此閾值，它會(huì)促進(jìn)高度穩(wěn)定的鈍化膜的形成，該膜在暴露于含氧環(huán)境后立即形成。這種非常薄的自我修復(fù)層為各種惡劣環(huán)境提供保護(hù)，從海水到酸，在各種溫度范圍內(nèi)。增加鉻含量通常會(huì)增加耐腐蝕性，這與更厚的鈍化膜相關(guān)。
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。點(diǎn)腐蝕更有可能發(fā)生，其中鈍化膜可能存在缺陷或弱點(diǎn)。
PREN 計(jì)算
經(jīng)驗(yàn)表明，鉬可以提高耐點(diǎn)蝕性。因此，它是計(jì)算抗點(diǎn)蝕等效值（即所謂的 PREN 值）的主要組成部分。這是根據(jù)化學(xué)成分比較各種金屬的耐點(diǎn)蝕性的一種有用的理論方法。PREN 數(shù)字可用于比較不同等級(jí)，但不能安全地用于預(yù)測特定應(yīng)用中等級(jí)的絕對性能。*為接受的 PREN 公式使用鉻、鉬和氮的含量作為 PREN = %Cr + 3.3x %Mo + 16x %N。由于大多數(shù)產(chǎn)品規(guī)格允許使用一系列成分，因此某些最終用戶還會(huì)定最小 PREN 值以確保足夠的耐腐蝕性能。
因此可以看出，增加鉬含量導(dǎo)致比鉻更大的耐點(diǎn)蝕性提升。原則上，添加越來越多的鉬會(huì)迅速提高合金的性能。那么，為什么這個(gè)簡單的邏輯沒有得到更廣泛的遵循呢？
提高鉬含量對合金成本有直接影響。與鉻相比，目前成本高出約 4 倍，抵消了 PREN 計(jì)算中的正因子（3.3）。然而，為了保持奧氏體不銹鋼良好的機(jī)械和物理性能，任何為提高耐腐蝕性而增加的鉻或鉬都必須被鎳和一系列其他作為“奧氏體形成物”的元素所抵消。這個(gè)概念在下面的舍弗勒圖表中得到了好的展示，也在我們的“雙相和超級(jí)雙相不銹鋼指南”中進(jìn)行了解釋. 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(diǎn)蝕性的改進(jìn)（與鉻相比）大于保持奧氏體所需的額外鎳含量，添加鉬代替鉻就更具成本效益。
在不銹鋼中添加鉬已被證明可以增加點(diǎn)蝕和再鈍化電位，從而通過減少膜中點(diǎn)缺陷的數(shù)量來提高鈍化膜的抵抗力。鉬降低了確保鈍化所需的氧化作用強(qiáng)度，并降低了先前形成的鈍化膜分解的趨勢。此外，鉬降低了合金在酸化氯化物溶液中的臨界溶解速率，鉬含量較高的合金在較強(qiáng)的酸中可以保持鈍化狀態(tài)。因此，已經(jīng)證明增加鉬通過增加鈍化膜的保護(hù)性和降低點(diǎn)蝕生長速率來增強(qiáng)耐點(diǎn)蝕性。
奧氏體不銹鋼：
合金 316L (UNS S31603, 1.4404, 17-12-2) 含有約2% 的鉬，這是它與合金304L 的主要區(qū)別。通過添加鉬，抗點(diǎn)蝕性能有了顯著提高，這意味著它可以用于更具腐蝕性的環(huán)境，包括制藥設(shè)備、街道設(shè)施和扶手，以及船用固定裝置和配件。
Nitronic 50（Fermonic 50、XM-19、UNS S20910、1.3964）是一種合金化程度更高的奧氏體不銹鋼。與 PREN 約為 25 的合金 316L 相比，該牌號(hào)的 PREN 為 34。它的配方中含有1.5 – 3.0% 的鉬，并通過更高的鎳含量 (11.5 – 13.5%) 來平衡，以保持*奧氏體微觀結(jié)構(gòu)。這意味著它具有很強(qiáng)的耐腐蝕性，同時(shí)具有奧氏體不銹鋼的所有優(yōu)點(diǎn)，即優(yōu)異的沖擊強(qiáng)度韌性和易于制造。它*泛用于生產(chǎn)閥桿，但由于其非磁性性質(zhì)，也用于井下工具以及合金 316L 不夠用的船用部件。
合金 254（F44、UNS S31254、1.4547、254 SMO、6Mo）可能是鉬添加物的應(yīng)用之一，其含量為6%。因此，PREN 值為 43，它等于或大于大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)合金，盡管由于更昂貴的合金添加物的含量而付出了代價(jià)。它將用于雙相和超級(jí)雙相不銹鋼可能不適用的非常激進(jìn)的應(yīng)用中——例如，在運(yùn)行溫度可能超過超級(jí)雙相不銹鋼最高工作溫度的海上煙氣脫硫裝置中。
雙相不銹鋼：
行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的2205 雙相合金（Alloy 2205、Sanmac 2205、SAF 2205、1.4462、F51/F60、S31803/S32205）使用3.0-3.5% 的鉬，這有助于將其PREN值推高至相當(dāng)于 atronic 的 34。 50 / XM19 等級(jí)，但價(jià)格要低得多。這種成本效益解釋了為什么它被廣泛用于標(biāo)準(zhǔn) 3xx 系列不銹鋼耐腐蝕性不夠的應(yīng)用中。
合金 2304（SAF2304、1.4362、UNS S32304）等精益雙相鋼的鉬含量可以忽略不計(jì)，以幫助降低成本。然而，添加錳以提高強(qiáng)度。它更廣泛地用于板材和管材形式，在這種情況下，大型項(xiàng)目的成本節(jié)約可能更重要。為避免庫存重復(fù)，精益雙相鋼通常不作為實(shí)心棒材或空心棒材進(jìn)行庫存。
超級(jí)雙工等級(jí)：
受歡迎的超級(jí)雙相不銹鋼牌號(hào)，包括Ferralium 255、SAF2507（S32750、F53、1.4410）和S32760（F55、1.4501），均含有約3.0% 的鉬，有助于實(shí)現(xiàn) PREN >40。
超級(jí)雙相不銹鋼提供了令人難以置信的高強(qiáng)度和耐腐蝕性的成本效益組合，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(diǎn)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，其原因與奧氏體、雙相和超級(jí)雙相不銹鋼*相同，以增強(qiáng)抗點(diǎn)蝕性。在這個(gè)級(jí)別上，以*成本效益的方式實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的性能。鉬含量約為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% 的鉬，這有助于將其PREN值提高到45，而之前提到的鎳合金僅為 31。因此，合金625將傾向于在惡劣的條件下使用，在環(huán)境和溫度方面，其較低的強(qiáng)度不太重要。

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