鉬對提高不銹鋼耐蝕性的作用

鉬最常見的應用是生產不銹鋼和鎳基合金。鉬被廣泛認為可以提高不銹鋼的抗點蝕能力，因此是其成分中的關鍵合金元素。
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，它會促進高度穩定的鈍化膜的形成，該膜在暴露于含氧環境后立即形成。這種非常薄的自我修復層為各種惡劣環境提供保護，從海水到酸，在各種溫度范圍內。增加鉻含量通常會增加耐腐蝕性，這與更厚的鈍化膜相關。
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。點腐蝕更有可能發生，其中鈍化膜可能存在缺陷或弱點。
PREN 計算
經驗表明，鉬可以提高耐點蝕性。因此，它是計算抗點蝕等效值（即所謂的 PREN 值）的主要組成部分。這是根據化學成分比較各種金屬的耐點蝕性的一種有用的理論方法。PREN 數字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。*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。由于大多數產品規格允許使用一系列成分，因此某些最終用戶還會定最小 PREN 值以確保足夠的耐腐蝕性能。
因此可以看出，增加鉬含量導致比鉻更大的耐點蝕性提升。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“雙相和超級雙相不銹鋼指南”中進行了解釋. 與鉻相比，鉬在形成奧氏體方面的系數為 1.5。因此，只要耐點蝕性的改進（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蝕和再鈍化電位，從而通過減少膜中點缺陷的數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的酸中可以保持鈍化狀態。因此，已經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增強耐點蝕性。
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 的主要區別。通過添加鉬，抗點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境，包括制藥設備、街道設施和扶手，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*奧氏體微觀結構。這意味著它具有很強的耐腐蝕性，同時具有奧氏體不銹鋼的所有優點，即優異的沖擊強度韌性和易于制造。它*泛用于生產閥桿，但由于其非磁性性質，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用之一，其含量為6%。因此，PREN 值為 43，它等于或大于大多數標準合金，盡管由于更昂貴的合金添加物的含量而付出了代價。它將用于雙相和超級雙相不銹鋼可能不適用的非常激進的應用中——例如，在運行溫度可能超過超級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：
行業標準的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值推高至相當于 atronic 的 34。 50 / XM19 等級，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 系列不銹鋼耐腐蝕性不夠的應用中。
合金 2304（SAF2304、1.4362、UNS S32304）等精益雙相鋼的鉬含量可以忽略不計，以幫助降低成本。然而，添加錳以提高強度。它更廣泛地用于板材和管材形式，在這種情況下，大型項目的成本節約可能更重要。為避免庫存重復，精益雙相鋼通常不作為實心棒材或空心棒材進行庫存。
超級雙工等級：
受歡迎的超級雙相不銹鋼牌號，包括Ferralium 255、SAF2507（S32750、F53、1.4410）和S32760（F55、1.4501），均含有約3.0% 的鉬，有助于實現 PREN >40。
超級雙相不銹鋼提供了令人難以置信的高強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蝕性，與其他合金添加劑協同作用。
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、雙相和超級雙相不銹鋼*相同，以增強抗點蝕性。在這個級別上，以*成本效益的方式實現強大的性能。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，在環境和溫度方面，其較低的強度不太重要。