Πώς χρησιμοποιείται το μολυβδαίνιο στον χάλυβα: Σκληρυνσιμότητα, αντοχή και αντοχή στη διάβρωση

Το μολυβδαίνιο είναι ένα από τα πιο ευέλικτα στοιχεία κράματος που διαθέτει η χαλυβουργία. Ακόμη και μικρές προσθήκες, συχνά κάτω από το ένα τοις εκατό, αλλάζουν τον τρόπο με τον οποίο σκληραίνει ένας χάλυβας, πώς συμπεριφέρεται σε υψηλή θερμοκρασία και πώς αντέχει σε ορισμένα διαβρωτικά μέσα. Εμφανίζεται στις προδιαγραφές τόσο διαφορετικές όσο ο σωλήνας λέβητα χρωμίου{{3} μολυβδαινίου ASTM A335, η σβησμένη και σκληρυμένη ράβδος AISI 4140 και ο ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας Type 316, γι' αυτό η κατανόηση του τι κάνει το μολυβδαίνιο είναι το πρώτο βήμα για την επιλογή μιας ποιότητας.

Τι κάνει το μολυβδαίνιο μέσα στη μήτρα χάλυβα

Το μολυβδαίνιο διαλύεται σε φερρίτη και, επειδή είναι ένας ισχυρός σχηματιστής καρβιδίου, συνδυάζεται επίσης με άνθρακα για να σχηματίσει καρβίδια σταθερού κράματος. Σε στερεό διάλυμα αυξάνει τη θερμοκρασία στην οποία ο χάλυβας αρχίζει να μαλακώνει, έτσι η αντοχή διατηρείται περισσότερο κατά τη διάρκεια της σκλήρυνσης και στο ζεστό σέρβις. Ως διαμορφωτής καρβιδίου συμβάλλει στη δευτερογενή σκλήρυνση, βελτιώνει την κατανομή του καρβιδίου και βοηθά στη σταθεροποίηση της μικροδομής έναντι της τραχύνσεως. Μαζί αυτά τα αποτελέσματα εξηγούν τις τρεις ιδιότητες για τις οποίες αγοράζεται το μολυβδαίνιο: σκληρότητα, υψηλή-αντοχή σε θερμοκρασία και αντοχή στη διάβρωση.

Σκληρυνσιμότητα: Χαμηλότερος ρυθμός σβέσης για την ίδια ισχύ

Η σκληρυνσιμότητα περιγράφει πόσο βαθιά μέσα σε ένα τμήμα μπορεί να σκληρυνθεί ένας χάλυβας. Το μολυβδαίνιο είναι ένας από τους πιο αποτελεσματικούς προαγωγείς της σκληρυνσιμότητας: καθυστερεί τη μετατροπή του ωστενίτη σε περλίτη και μπαινίτη, έτσι ο κρίσιμος ρυθμός ψύξης που απαιτείται για την παραγωγή μαρτενσίτη πέφτει. Από όρους παραγωγής, αυτό σημαίνει ότι ένα βαρύ τμήμα μπορεί να σκληρυνθεί με σβήσιμο λαδιού ή ακόμα και με ψύξη με αέρα, αντί για έντονη απόσβεση νερού. Ένα πιο ήπιο σβήσιμο μειώνει την παραμόρφωση, την υπολειπόμενη καταπόνηση και τον κίνδυνο ρωγμών απόσβεσης, κάτι που είναι καθοριστικό για άξονες, γρανάζια, μήτρες και μεγάλα σφυρήλατα που δεν μπορούν να αλεσθούν στο μέγεθος μετά τη θερμική επεξεργασία.

Υψηλή-Αντοχή σε θερμοκρασία, ερπυσμός και αντίσταση στη σκλήρυνση

Σε υψηλές θερμοκρασίες, το μολυβδαίνιο ενισχύει τη μήτρα και προστατεύει τα καρβίδια από τη συνένωση, αυξάνοντας την αντοχή ερπυσμού και θραύσης. Αυτός είναι ακριβώς ο λόγος για τον οποίο υπάρχουν οι ποιότητες λέβητα χρωμίου-μολυβδαινίου και δοχείων πίεσης: χάλυβας 0,5Mo όπως ASTM A335 P1 και A213 T1, 1,25Cr-0,5Mo ως A335 P11 και A213 T11, 2,25Cr-13 και P12, T12 και A3 9Cr-1Mo ως A335 P9. Στους σβησμένους και μετριασμένους χάλυβες, το μολυβδαίνιο καθυστερεί να μαλακώσει κατά τη διάρκεια της σκλήρυνσης, έτσι το εξάρτημα διατηρεί τη σκληρότητα και την αντοχή στη φθορά στη θερμοκρασία εργασίας. Μικρές προσθήκες μολυβδαινίου χρησιμοποιούνται επίσης για τη μείωση της ευαισθησίας στην ευθραυστότητα των χαλύβων που φέρουν χρώμιο.

Αντοχή στη διάβρωση και ο ρόλος του μολυβδαινίου στον ανοξείδωτο χάλυβα

Όπως το χρώμιο, το μολυβδαίνιο επηρεάζει την αντίσταση στη διάβρωση του χάλυβα. Στον ωστενιτικό ανοξείδωτο χάλυβα βελτιώνει την αντοχή στη διάβρωση με αυλάκια και ρωγμές σε περιβάλλοντα που φέρουν χλωριούχα, γι' αυτό το Type 316 και η παραλλαγή χαμηλών εκπομπών άνθρακα 316L φέρουν 2,00 έως 3,00% Mo και επιλέγονται πάνω από 304 για θαλάσσια, χημικά και εργοστάσια επεξεργασίας. Το μολυβδαίνιο βελτιώνει επίσης την απόδοση στη μείωση του οξέος, καθιστώντας το μια τυπική προσθήκη σε χάλυβες για εξοπλισμό θειικού και φωσφορικού οξέος. Η συνδυασμένη επίδραση του χρωμίου, του μολυβδαινίου και του αζώτου συγκρίνεται συνήθως χρησιμοποιώντας έναν ισοδύναμο αριθμό αντίστασης διάτρησης που εκφράζεται ως Cr + 3.3 Mo + 16 N, μια απλή κατάταξη που χρησιμοποιούν οι αγοραστές όταν συγκρίνουν ποιότητες ανοξείδωτου.

Τυπικό μολυβδαίνιο-Βαθμολογία ρουλεμάν και πρακτική προσθήκης

Το μολυβδαίνιο εισέρχεται στο τήγμα ως σιδηρομολυβδαίνιο, συνηθέστερα του βαθμού FeMo60 που περιέχει 55 έως 65% Mo, που προστίθεται στον κλίβανο ή στην κουτάλα μετά το χτύπημα οξυγόνου. Η ανάκτηση είναι υψηλή και προβλέψιμη, επομένως η προσθήκη υπολογίζεται από την ανάλυση στόχου και στη συνέχεια επιβεβαιώνεται σε δείγμα χυτεύσεως με φασματοσκοπία οπτικής εκπομπής. Για κρίσιμες θερμοκρασίες, η παρακολούθηση-δοκιμών είναι εξίσου άμεση: σκληρότητα και σκληρότητα με δοκιμή τέρματος Jominy, ιδιότητες εφελκυσμού από χωριστά χυτό κουπόνι και, για ανοξείδωτους βαθμούς, δοκιμή διακοκκώδους διάβρωσης όπου το απαιτεί η προδιαγραφή.

Συχνές Ερωτήσεις

Ε: Γιατί προστίθεται μολυβδαίνιο στον χάλυβα;
Α: Προστίθεται για αύξηση της σκληρυνσιμότητας, για αύξηση της αντοχής σε υψηλές-θερμοκρασίες και της αντίστασης ερπυσμού και για τη βελτίωση της αντοχής στη διάβρωση των οπών και των ρωγμών. Καθυστερεί επίσης το μαλάκωμα κατά τη διάρκεια της σκλήρυνσης, επομένως η σκληρότητα διατηρείται στη θερμοκρασία εργασίας.

Ε: Πώς το μολυβδαίνιο βελτιώνει τη σκληρότητα;
Α: Επιβραδύνει τη μετατροπή του ωστενίτη σε περλίτη και μπαινίτη, γεγονός που μειώνει τον ρυθμό ψύξης που απαιτείται για το σχηματισμό μαρτενσίτη. Τα παχιά τμήματα μπορούν στη συνέχεια να σκληρυνθούν σε λάδι ή αέρα αντί για νερό, μειώνοντας την παραμόρφωση και τον κίνδυνο ρωγμών.

Ε: Ποιοι χάλυβες περιέχουν μολυβδαίνιο;
Α: Χάλυβες λέβητα και δοχείων πίεσης από χρώμιο-μολυβδαίνιο, όπως A335 P1, P11, P22 και P9, ραβδώσεις σβησμένες και σκληρυμένες, όπως 4140 και 4340, πολλοί χάλυβες εργαλείων και ανοξείδωτοι χάλυβες που φέρουν μολυβδαίνιο όπως Type 316L και 3.

Ε: Πόσο μολυβδαίνιο υπάρχει στον ανοξείδωτο χάλυβα 316;
Α: Ο τύπος 316 και η παραλλαγή χαμηλών εκπομπών άνθρακα 316L καθορίζουν 2,00 έως 3,00% μολυβδαίνιο. Αυτή η προσθήκη είναι που τα χωρίζει από τον Τύπο 304 και τους δίνει καλύτερη αντοχή στα χλωρίδια.

Ε: Το μολυβδαίνιο επηρεάζει τη σκληρότητα;
Α: Με τη σωστή θερμική επεξεργασία βελτιώνει την ισορροπία αντοχής και σκληρότητας διυλίζοντας τα καρβίδια και αυξάνοντας την αντίσταση στη σκλήρυνση. Χωρίς έλεγχο της θερμοκρασίας σκλήρυνσης και των επιπέδων ακαθαρσιών, το όφελος μπορεί να χαθεί λόγω της ευθραυστότητας, επομένως η θερμική επεξεργασία καθορίζεται μαζί με τη χημεία.

Ε: Με ποια μορφή φορτώνεται το μολυβδαίνιο στον κλίβανο;
Α: Το σιδηρομολυβδαίνιο, συνήθως ο βαθμός FeMo60 σε 55 έως 65% Mo, είναι η τυπική προσθήκη, που φορτίζεται έτσι ώστε να διαλύεται πλήρως και επιβεβαιώνεται με ανάλυση ενός δείγματος χυτεύσεως.