Молибден — один из наиболее универсальных легирующих элементов, доступных сталеварам. Даже небольшие добавки, часто менее одного процента, меняют способ закалки стали, ее поведение при высоких температурах и устойчивость к определенным агрессивным средам. Его характеристики столь же различны, как хром-молибденовая котельная труба ASTM A335, закаленный и отпущенный пруток AISI 4140 и аустенитная нержавеющая сталь типа 316, поэтому понимание того, что делает молибден, является первым шагом при выборе марки.
Что делает молибден внутри стальной матрицы
Молибден растворяется в феррите и, поскольку он является сильным карбидообразователем, также соединяется с углеродом, образуя стабильные карбиды сплава. В твердом растворе он повышает температуру, при которой сталь начинает размягчаться, поэтому прочность сохраняется дольше во время отпуска и в горячей эксплуатации. В качестве карбидообразователя он способствует вторичной закалке, улучшает распределение карбидов и помогает стабилизировать микроструктуру от огрубления. Вместе эти эффекты объясняют три свойства, за которые покупают молибден: прокаливаемость, жаропрочность-высокотемпературная стойкость и устойчивость к коррозии.
Прокаливаемость: более низкая скорость закалки при той же прочности
Прокаливаемость характеризует, насколько глубоко сталь может быть закалена. Молибден является одним из наиболее эффективных стимуляторов прокаливаемости: он замедляет превращение аустенита в перлит и бейнит, поэтому критическая скорость охлаждения, необходимая для образования мартенсита, падает. С точки зрения производства это означает, что тяжелую секцию можно подвергнуть сквозной закалке закалкой в масле или даже охлаждением на воздухе вместо жесткой закалки в воде. Более щадящая закалка снижает деформацию, остаточное напряжение и риск закалочного растрескивания, что имеет решающее значение для валов, шестерен, штампов и крупных поковок, которые невозможно отшлифовать до нужного размера после термообработки.
Высокая-температурная прочность, сопротивление ползучести и отпуску
При повышенной температуре молибден упрочняет матрицу и предотвращает слипание карбидов, повышая ползучесть и прочность на разрыв. Именно поэтому существуют хром-молибденовые марки для котлов и сосудов под давлением: сталь 0,5Mo, такая как ASTM A335 P1 и A213 T1, 1,25Cr-0,5Mo, как A335 P11 и A213 T11, 2,25Cr-1Mo, как A335 P22 и A213 T22, и 9Cr-1Mo, как A335 P22 и A213 T22, и 9Cr-1Mo, как A335 P11 и A213 T11. А335 Р9. В закаленных и отпущенных сталях молибден задерживает размягчение во время отпуска, поэтому деталь сохраняет твердость и износостойкость при рабочей температуре. Небольшие добавки молибдена также используются для снижения склонности хромсодержащих сталей к отпускной хрупкости.
Коррозионная стойкость и роль молибдена в нержавеющей стали
Как и хром, молибден влияет на коррозионную стойкость стали. В аустенитной нержавеющей стали он повышает устойчивость к точечной и щелевой коррозии в средах, содержащих хлориды, поэтому тип 316 и его низкоуглеродистый вариант 316L содержат от 2,00 до 3,00% Mo и выбраны вместо 304 для использования на морских, химических и перерабатывающих предприятиях. Молибден также улучшает характеристики по снижению кислотного воздействия, что делает его стандартной добавкой в сталях для оборудования по производству серной и фосфорной кислоты. Совместное воздействие хрома, молибдена и азота обычно сравнивается с использованием эквивалентного числа сопротивления точечной коррозии, выраженного как Cr + 3.3 Mo + 16 N, простой рейтинг, который покупатели используют при сравнении марок нержавеющей стали.
Типичные марки молибдена-подшипников и практика добавления
| Оценка | Тип | Молибденовый диапазон |
|---|---|---|
| АСТМ А335 П1/А213 Т1 | 0,5Mo бойлер и трубка теплообменника | 0.44 - 0.65 % |
| АСТМ А335 П11/А213 Т11 | Трубка 1,25Cr-0,5Mo | 0.44 - 0.65 % |
| АСТМ А335 П22/А213 Т22 | Трубка 2,25Cr-1Mo | 0.87 - 1.13 % |
| АСТМ А335 П9/А213 Т9 | Трубка 9Cr-1Mo | 0.90 - 1.10 % |
| АСТМ А335 П91/А213 Т91 | Трубка 9Cr-1Mo-V | 0.85 - 1.05 % |
| АИСИ 4140 | Пруток из закаленной и отпущенной легированной стали | 0.15 - 0.25 % |
| АИСИ 4340 | Высокопрочная легированная сталь | 0.20 - 0.30 % |
| Тип 316/316Л | Аустенитная нержавеющая сталь | 2.00 - 3.00 % |
| Ферромолибден FeMo60 | Легирующая добавка для расплава | 55 - 65 % |
Молибден поступает в расплав в виде ферромолибдена, чаще всего марки FeMo60, содержащего от 55 до 65% Мо, добавляемого в печи или ковше после кислородной продувки. Извлечение является высоким и предсказуемым, поэтому добавление рассчитывается на основе целевого анализа, а затем подтверждается на отлитом образце с помощью оптической эмиссионной спектроскопии. Для критических нагревов последующие-испытания проводятся одинаково напрямую: твердость и прокаливаемость по методу торцевой закалки Джомини, свойства на растяжение по отдельно отлитому образцу, а для марок нержавеющей стали - испытания на межкристаллитную коррозию, если этого требуют спецификации.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Почему молибден добавляют в сталь?
О: Его добавляют для повышения прокаливаемости, повышения-прочности при высоких температурах и сопротивления ползучести, а также для улучшения устойчивости к точечной и щелевой коррозии. Он также замедляет размягчение во время отпуска, поэтому твердость сохраняется при рабочей температуре.
Вопрос: Как молибден улучшает прокаливаемость?
Ответ: Он замедляет превращение аустенита в перлит и бейнит, что снижает скорость охлаждения, необходимую для образования мартенсита. Затем толстые секции можно закалить в масле или воздухе, а не в воде, что снижает риск деформации и растрескивания.
Вопрос: Какие стали содержат молибден?
A: Хром-стали для котлов и сосудов под давлением, такие как A335 P1, P11, P22 и P9, закаленные и отпущенные прутки, такие как 4140 и 4340, многие инструментальные стали и нержавеющие стали с содержанием молибдена, такие как Type 316 и 316L.
Вопрос: Сколько молибдена содержится в нержавеющей стали 316?
Ответ: Для типа 316 и его низкоуглеродистого варианта 316L указано содержание молибдена от 2,00 до 3,00%. Именно это дополнение отличает их от Типа 304 и придает им лучшую устойчивость к хлоридам.
Вопрос: Влияет ли молибден на прочность?
Ответ: При правильной термообработке улучшается баланс прочности и ударной вязкости за счет очистки карбидов и повышения стойкости к отпуску. Без контроля температуры отпуска и уровня примесей преимущество может быть потеряно из-за охрупчивания, поэтому термообработку определяют вместе с химическими обработками.
Вопрос: В каком виде молибден загружают в печь?
Ответ: Ферромолибден, обычно марки FeMo60 с содержанием молибдена от 55 до 65%, является стандартной добавкой, загружаемой так, чтобы он полностью растворялся и что подтверждается анализом отлитого образца.