钼在合金钢冶炼中的应用现状和发展前景

孙 铭

（江苏沙钢淮钢特钢股份有限公司，江苏 淮安 223002）

1778年，瑞典化学家发现了钼这一化学元素，钼是一种过渡性化学元素，金属表面呈银白色，它的硬度非常大，晶体结构为体心立方，它的熔点是2622摄氏度，属于难以融化的金属。在地球上，钼的分布量比较少，集中分布于中国、美国、俄罗斯等国家，其中中国的钼资源含量位于世界第二名。在炼钢的过程中加入钼，能够有效提高钢的强度和硬度，同时能够满足机械设备生产所用的材料需求。在国内外学者不断对材料进行研究的背景下，钼合金在抗腐蚀、导电、导热、耐磨等方面突出特点被人们所熟知，因此钼被广泛应用于冶金、机械制造等领域。据调查结果显示，40%的钼资源运用冶金生产，在铁水中加入适量的钼金属，起到的作用未细化铁晶粒，起到提升钢铁的耐酸性和耐高温性能。因此研究钼在合金钢冶炼中的应用是非常有必要的。

1 钼在合金钢冶炼中的应用现状

1.1 含钼不锈钢

不管是钼铁还是工业氧化钼，其作为炼钢添加剂生产的下游产品主要是合金钢，合金钢中又以不锈钢为主。含钼不锈钢主要运用于石油化工、航空航天、海洋工业等腐蚀性比较强的环境。钼是不锈钢中主要的合金元素之一，经过大量的实验研究表明，钼元素能够提高不锈钢的硬度和耐腐蚀性。国外专家研究了钼在不锈钢中耐腐蚀性能的作用，还有专家在同一侵蚀性溶液中，分析不同类型的不锈钢的腐蚀程度。他们都分析了钼在不锈钢中的作用，并且提出了钼元素在合金冶炼过程的配比。由于在合金钢冶炼的过程中加入了钼元素，使得合金稳定凹坑的增长变得更加困难，能够明显的改善合金钢的耐腐蚀性能。在实验的过程中，有专家发现双向不锈钢表现出极强的抗腐蚀性，在合金钢冶炼的过程中加入百分之三的钼能够有效提高所有类型不锈钢的抗腐蚀性，包括对于奥氏体系列不锈钢也是一样的。

一些学者针对加入一定量钼合金元素的304和316两种奥氏体系列不锈钢进行抗腐蚀测试，所得的结果表明，钼合金元素能够分解部分腐蚀物质，同时扩大了试验溶液中钝化范围，钼元素含量较低的不锈钢与钼元素含量较高的不锈钢在腐蚀电流密度方面要低一个级别，而在试验温度降低的情况下，腐蚀溶液对不锈钢的腐蚀作用有所降低，实验证明，不锈钢中的钼含量越高，不锈钢的耐腐蚀性更强的结论。

钼对不锈钢的耐腐蚀性能主要包括耐点腐蚀性和抗缝隙腐蚀性。还有钼合金元素可以提升不锈钢的耐腐蚀性，316、317为两种具有代表性的含钼奥氏体系列不锈钢。

1.2 含钼低合金钢

钼元素的添加可以使不锈钢产生稳定碳化物，累积形成的MC型碳化物，起到增强不锈钢韧性的效果，钼元素是一种可以激发铁素体相变的物质。添加钼元素的低合金钢因其良好的抗腐蚀特性和高力学性能，在地下管道施工、大型工程项目施工中得到了广泛应用。

国内专家对于钼在管线钢中的作用机制进行研究，得出随着钼含量的增加，钢中针状铁素的数量也在不断的增加，并且钢的强度和硬度也在不断的增加。这主要是因为钼能够有效增加钢中碳化物的形核位置，能够有效降低碳化物的尺寸，使得含钼低合金钢有比较高的强度和硬度。含Nb管线钢在大线能量焊接的过程中，由于焊接线的工程量比较大，管线钢的强度韧性下降比较严重，因此在合金钢冶炼的过程中，需要加入一定的钼合金元素，在焊接线工程的过程中，能够生成有效抑制先共析铁素体，在一定程度下，促进了贝氏体的转变，有效提高合金钢的硬度和韧性，有效改善管线焊接组织。除此之外，钼合金元素还能够增加Nb在奥氏体中的溶度积，使得Nb能够稳定于固溶体中，能够有效抑制碳化物的形成。

国内外专家对钼对HSLA钢组织和力学性能的影响规律展开了研究，也获得了一样的实验结果，随着钼含量的不断增加，能够有效降低贝氏体转变温度自己粗晶热影响区和临界热影响区裂纹尖端张开位移减少。当合金钢中钼含量达到百分之三十的时候，合金钢的强度和韧性都能够得到有效的提高。专家通过对比不同合金钢元素的强化效果，得出Nb-Mo合金元素的钢沉淀强化效果最好。

1.3 含钼工模具钢

制作工磨具钢的过程中，所添加的元素中钼占比较大。经过加工的磨具，可应用在动力设备、农业机械设备等行业，例如常见的热作模具钢有H11、H21等。其中H13是主要生产应用的钢种。在使用热作模具的过程中，承载着比较大的压力，模具温度可能会超出了其回火温度，在冷却的过程中，钼合金元素能够有效提升合金钢的抗压、抗热性能。

国外专家研究了含钼工模具钢的高温抗氧化性能，得出在高温空气中，含钼工模具钢的安全使用温度可以达到750℃，而在二氧化碳高温环境中，含钼工模具钢的安全使用温度也低于500℃。部分学者通过研究得出添加钼元素的磨具钢在冶炼过程中可以析出一部分碳化物，所得到的磨具钢与H13钢相比其耐热性能更加优良。另外有一部分人提出了Ti对铬钼钒模具的性能及内部组织有一定的影响作用，未添加Ti模具钢马氏体组织要比添加Ti模具钢马氏体组织更加粗糙，晶粒尺寸超过了22μm。现阶段，我们使用量较大的模具钢为H13，应该我国合金钢冶炼企业应该不断优化各合金元素的配置比，提高国家H13热作模具钢的质量和水平，才能够更好的应用于我国社会生产的各个行业和领域。

1.4 其他含钼合金钢

在抗氢钢和热强钢中，Cr-Mo类、Cr-Mo-V类钢具有良好的抗热性能和抗氢性能，有比较高耐热性和韧性。该类含钼合金钢主要应用于火电行业的锅炉和高温高压管道等领域。随着煤液化等新工艺的出现，对合金钢的质量提出了更高的要求。在合金结构钢中，钼合金元素能够有效增加钢的回火稳定性，在生产大截面钢材的过程中，钼可以有效增加钢的淬透性。42CrMo钢是合金结构刚中运用比较广泛的钢种，有比较好的热稳定性和强度，可以用于制造轴承和齿轮。还有在高速钢和耐热钢中，钼也是常见的合金元素，在合金冶炼的过程中，添加钼合金元素，能够提高合金钢的硬度和韧性，比如M2钢中钼的含量是百分之六，是最具有代表性的高速钢，应用于生产车刀、钻头等高速切削工具。由于钼能够有效改善合金钢的耐热性，因此几乎所有的耐热刚中都包含了一定含量的钼合金元素，比如1.25Cr-0.5Mo钢就具有比较好的耐高温性能和抗腐蚀性能，因此其广泛应用于化石燃料发电、石油化工行业等。

2 钼在合金钢冶炼中的发展前景

据调查结果显示，在2018中国的钢铁产量已经达到9.28亿吨，占世界钢铁产量的比例超出百分之五十，中国钢铁的产量还在逐年增加，这表明我国钢铁工业在未来还有着很大的发展前景。另一项调查数据显示，超出百分之八十的钼资源都被应用做钢铁工业的合金冶炼中，中国钼消耗量占世界钼总消耗量的百分之四十，与钢铁产出量比例相比，这一比例偏低。除此之外，中国碳钢产量占全球产量比例百分之五十二、中国不锈钢产量占全球产量的百分之五十三，但是我国在合金钢和不锈钢领域，钼的消耗量仅仅占了全球的百分之三十，目前我国不锈钢的钼单位平均消耗量为每吨1.1kg，国外不锈钢的钼单位平均消耗量为每吨2.9kg，很明显，我国的钼合金元素利用率远高于国外平均值，但是与工业化发达的国家相比，还是有一定的差距，比如德国、日本、美国。

在未来，随着石油化工、汽车行业、航天航空、化石燃料等行业的飞速发展，国内外对于合金钢的需求量会持续增加，而在合金钢冶炼的过程中加入钼合金元素，能够有效提高合金钢的硬度、刚度、耐热性、耐腐蚀性以及耐磨性等。以上优良特性决定了钼在合金冶炼中所起到的重要作用。与此同时，我国是钢铁产能和拥有钼资源的第二大国，因此我国应该加强对钼在合金钢中作用机制研究的力度，为钼在合金钢中作用机制研究提供资金、技术以及人才的支持，不断提高钼在合金钢中的技术水平、同时还要提高钼资源的保护力度、利用一切可以利用资源来推广氧化钼直接合金化工艺，解决钼生产过程中所产生的高污染和高耗能的问题，发展高品质的钼合金钢是未来发展的重要趋势。

3 结语

综上所述，钼资源主要运用于钢铁行业，钼铁是主要的炼钢产品，但是钼铁的价格比较高昂，在一定程度上增加了合金钢冶炼的成本，而且由于传统钼铁生产工艺的原因，在合金钢冶炼的过程中，能源消耗比较高，而且还产生了大量的硫气体，给冶炼厂周围的空气和环境造成了严重的污染。在国内外专家的不断研究下，有人提出了工业氧化钼合金化工艺，这省去了钼铁生产的过程，能够有效降低合金钢冶炼的成本，工艺比较简单，在合金钢冶炼的过程中，加入一些碱金属，能够有效解决氧化钼挥发的问题，降低环境污染。最后钼能够有效改善合金钢的硬度、刚度、耐热性、耐腐蚀性等，广泛应用于不锈钢、低合金钢、工模据钢、抗氢钢、热强钢、高速钢、耐热钢中，这就决定钼在合金钢冶炼过程中有非常广阔的前景。