Metallurgie von Mo aus Edelstahl.

- Oct 01, 2020-

Metallurgie von Mo aus Edelstahl

Molybdän sorgt für Korrosionsbeständigkeit und hohe Temperaturfestigkeit

Molybdän erhöht in erster Linie die Korrosionsbeständigkeit von rostfreien Stählen (sieheGrade und Eigenschaften). Molybdän, das Rostmittel enthält, ist in der Regel korrosionsbeständiger als molybdänfreie Sorten. Sie werden in Anwendungen eingesetzt, die korrosiver sind, wie chemische Verarbeitungsanlagen oder in Marineanwendungen. Es gibt viele Sorten von rostfreien Stählen mit unterschiedlichen Molybdän (und Chrom, Nickel, Stickstoff, etc.) Inhalt. Die beste Note für eine bestimmte Anwendung wird basierend auf der Korrosionsfähigkeit der Serviceumgebung ausgewählt.
Als großes Atom erhöht Molybdän die erhöhte Temperaturfestigkeit von rostfreien Stählen durch feste Lösungshärtung. Dieser Effekt wird in Wärmetauschern und anderen Hochtemperaturgeräten wie z.B. in Fahrzeugabgasanlagen eingesetzt.

Molybdän ist ein Ferrit

Um den Einfluss von Molybdän auf die Metallurgie von rostfreien Stählen zu diskutieren, ist es sinnvoll, die Metallurgie von rostfreien Stählen im Allgemeinen zu betrachten. Aufgrund ihrer Mikrostruktur werden rostfreie Stähle in folgende Familien eingeteilt:

  • Austenitischen

  • Ferritische

  • Martensitische

  • Duplex

  • Niederschlag härtebar

Die Auf der Grundlage der Mikrostruktur ist nützlich, da die Mitglieder innerhalb einer Familie in der Regel ähnliche physikalische und mechanische Eigenschaften aufweisen. Die Eigenschaften für eine Familie können sich jedoch sehr von den Eigenschaften für eine andere Familie unterscheiden. Zum Beispiel sind austenitische rostfreie Stähle nicht magnetisch, während ferritische und Duplex-Roststoffe magnetisch sind.

Der Unterschied zwischen den Familien ist auf atomarer Ebene von grundlegender Bedeutung. Die Anordnung der Atome im Ferritkristall unterscheidet sich von der im Austenitkristall:

Im ferritischen Edelstahl sind die Eisen- und Chromatome an den Ecken eines Würfels und in der Mitte dieses Würfels angeordnet. In den austenitischen Roststähle sind die Atome, hier Eisen, Chrom und Nickel, an den Ecken des Würfels und in der Mitte jeder der Gesichter des Würfels angeordnet.

Dieser scheinbar kleine Unterschied wirkt sich tief in die Eigenschaften dieser Stähle aus.

Ferrite / Austenite figure

Abb. 1: Der ferritische Edelstahl auf der linken Seite hat eine körperzentrierte kubische (bcc) Kristallstruktur. Durch Zugabe von Nickel zu diesem Edelstahl ändert sich die Struktur von bcc zu facezentrierten kubischen (fcc), die austenitisch genannt wird.

Ausgewählte Eigenschaften von austenitischen und ferritischen Roststähle
EigenschaftenAustenitischenFerritische
ZähigkeitSehr hochModerate
DuktilitätSehr hochModerate
SchweißbarkeitgutBegrenzte
WärmeausdehnungHochModerate
SpannungskorrosionsrissfestigkeitNiedrigSehr hoch
Magnetische EigenschaftenNichtmagnetischFerro magnetisch

Aufgrund ihrer guten mechanischen Eigenschaften und der einfachen Herstellung sind austenitische Roststähle viel häufiger als ferritische Roststähle. Etwa 75 % des weltweit verwendeten Edelstahls sind austenitisch und etwa 25 % ferritisch. Die anderen Familien, martensitische, Duplex- und Niederschlagshärtende rostfreie Stähle machen jeweils weniger als 1% des Gesamtmarktes aus.

Neben Nickel gibt es noch andere Elemente, die dazu neigen, die Struktur austenitisch zu machen. Diese Elemente werden austenite formers genannt. Legierungselemente, die dazu neigen, die Struktur ferritisch zu machen, werden Ferritformer genannt.

Ferrit und Austenit-Former
Ferrit-FormerAustenite formers
EisenNickel
ChromStickstoff
MolybdänCarbon
SiliconMangan

Kupfer

Molybdän ist ein Ferrit-Former. Das bedeutet, dass bei der Zulage von Molybdän zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit eines austenitischen Edelstahls ein Austenit-Former wie Nickel oder Stickstoff zugesetzt werden muss, um die Struktur austenitisch zu halten.

Duplex-Roststoffe haben eine Mischung aus austenitischen und ferritischen Körnern in ihrer Mikrostruktur; daher haben sie eine "Duplex"-Struktur. Dieser Effekt wird dadurch erreicht, dass weniger Nickel hinzugefügt wird, als für die Herstellung eines vollständig austenitischen Edelstahls erforderlich wäre.

Molybdän wird hauptsächlich für zusätzliche Korrosionsbeständigkeit in austenitischen und Duplex-Edelstahlen verwendet. In austenitischen Roststähle n.A. kommen zwischen zwei und sieben Prozent hinzu, in Duplex-Edelstahlen zwischen drei und fünf Prozent. Die Zugabe von ein bis zwei Prozent Molybdän zu ferritischen Roststähle erhöht auch die Korrosionsbeständigkeit und die erhöhte Temperaturfestigkeit dieser rostfreien Stähle deutlich.

Abb. 2: Das Hinzufügen von 8% Nickel zu einem ferritischen Chrom-Edelstahl macht einen austenitischen Chrom-Nickel-Edelstahl, z. B. Edelstahl Typ 304. Wenn einem Chromstahl weniger Nickel zugesetzt wird, etwa vier oder fünf Prozent, entsteht eine Duplexstruktur, eine Mischung aus Austenit und Ferrit, wie in 2205 Duplex-Edelstahl.