Molybdän ist eines der am häufigsten verwendeten Elemente bei der Herstellung von Edelstahl und Nickelbasislegierungen zur Verbesserung ihrer Korrosionsbeständigkeit.
Molybdän spielt eine Schlüsselrolle bei der Verbesserung der Beständigkeit von Edelstahl gegen Lochfraßkorrosion.
Molybdän verbessert die Duktilität, Zähigkeit und Verschleißfestigkeit von Stahl.
Darüber hinaus erhöht Molybdän auch die Hochtemperaturfestigkeit von Edelstahl.
Das bedeutet, dass mit steigendem Molybdängehalt auch die Festigkeit des Stahls zunimmt, und neben der Festigkeit verbessern sich auch andere Eigenschaften wie Haltbarkeit, Stabilität und Kriechfestigkeit.
Die Hauptrolle von Molybdän in Edelstahl besteht darin, die Korrosionsbeständigkeit des Stahls gegenüber reduzierenden Medien sowie die Beständigkeit gegen Spalt- und Lochkorrosion zu verbessern.
In diesem Artikel erfahren wir mehr über Molybdänlegierungen wie austenitischen Edelstahl, Nickelbasis-Superlegierungen , Duplex- und Superduplex-Edelstahl.
Edelstahl ist die allgemeine Bezeichnung für eine Gruppe korrosionsbeständiger Stähle, die mindestens 10.5 % Chrom enthalten.
Diese Mindestmenge bewirkt die Bildung einer Chromoxidschicht auf der Oberfläche, die als selbstheilende Sauerstoffbarriere wirkt und eine weitere Oxidation verhindert.
Die Oxidschicht ist nicht selbstheilend, wenn sie weniger als 10.5 % Chrom enthält.
Diese sehr dünne, selbstheilende Beschichtung schützt vor einer Vielzahl widriger Bedingungen, von Meerwasser bis hin zu Säuren, bei unterschiedlichen Temperaturen.
Edelstahl wird häufig in verschiedenen Branchen eingesetzt, darunter Bauwesen, Automobilindustrie, Schiffbau, Luft- und Raumfahrt sowie Konsumgüterindustrie.
Das Material zeichnet sich durch außergewöhnliche Festigkeit, Haltbarkeit und Korrosionsbeständigkeit aus und eignet sich daher perfekt für verschiedene attraktive und im Freien montierbare Bauteile.
Edelstahl wird nach seiner Legierungszusammensetzung klassifiziert.
Die PREN-Berechnung
Molybdän spielt eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Lochkorrosion von Edelstahl.
Daher ist sie die Hauptkomponente bei der Berechnung des PREN-Wertes (pitting resistance equivalent number).
Die verschiedenen Güteklassen können mithilfe dieser PREN-Zahl verglichen werden, die Leistungsfähigkeit einer Legierung wird jedoch nicht anhand dieser Zahl für die jeweilige Anwendung berechnet.
Es handelt sich um eine nützliche theoretische Methode zur Beurteilung der Lochkorrosionsbeständigkeit verschiedener Metalle auf der Grundlage ihrer chemischen Zusammensetzung.
Die am häufigsten verwendete Version der PREN-Formel verwendet den Chrom-, Molybdän- und Stickstoffgehalt als PREN =%Cr + 3.3x%Mo + 16x%N.
Beispielsweise enthält Edelstahl der Güteklasse 316 20 % Chrom, 4 % Molybdän und 0.1 % Stickstoff. Die PREN-Berechnung lautet: 20 + 3.3 × 4 + 16 × 0.1. Daraus ergibt sich ein PREN-Wert von 34.8 für Edelstahl der Güteklasse 316.
Ergebnisse der PREN-Berechnung
Folglich führt eine Erhöhung des Molybdänanteils in der Legierung zu einer stärkeren Steigerung der Lochkorrosionsbeständigkeit als eine Erhöhung des Chromanteils.
Nun stellt sich die Frage, ob eine Erhöhung des Molybdängehalts in der Legierung deren Leistungsfähigkeit schnell verbessern würde. Warum wird diese grundlegende Logik nicht häufiger angewendet?
Eine Erhöhung der Molybdänkonzentration hat einen direkten Einfluss auf die Kosten einer Legierung.
Molybdän ist derzeit etwa viermal so teuer wie Chrom.
Allerdings müssen jegliche Erhöhungen des Chrom- oder Molybdängehalts zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit durch Nickel und andere Legierungselemente, die als „Austenitproduzenten“ wirken, kompensiert werden, um die günstigen mechanischen und physikalischen Eigenschaften des austenitischen Edelstahls zu erhalten.
Die Zugabe von Molybdän ist kostengünstiger als die von Chrom zur Verbesserung der Beständigkeit gegen Lochfraßkorrosion.
Es wurde nachgewiesen, dass die Zugabe von Molybdän zu Edelstahl die Beständigkeit gegen Lochfraßkorrosion erhöht und auch die Beständigkeit der Passivschicht verbessert, indem die Gesamtmenge an Punktdefekten in der Schicht reduziert wird.
Molybdän minimiert den oxidierenden Effekt und verringert zudem das Potenzial bereits vorhandener Passivierungsschichten.
Austenitische rostfreie Stähle
Nachfolgend sind einige austenitische Edelstahlsorten mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit aufgeführt:
Der grundlegende Unterschied zwischen der Legierung 316L (UNS S31603) und der Legierung 304L besteht darin, dass sie etwa 2 % Molybdän enthält. Durch die Zugabe von Molybdän wird die Beständigkeit gegen Lochfraßkorrosion verbessert, wodurch sie sich für anspruchsvollere Anwendungen wie beispielsweise in der pharmazeutischen Industrie, im Stadtmobiliar sowie im Schiffbau und bei Armaturen eignet.
UNS S20910 ist ein austenitischer Edelstahl mit einem deutlich höheren Legierungsanteil.
Im Vergleich zu Alloy 316L mit einem PREN-Wert von etwa 25 weist dieser Edelstahl einen PREN-Wert von 34 auf. Um ein vollständig austenitisches Gefüge zu erhalten, wird er mit 1.5–3.0 % Molybdän versetzt, was durch einen erhöhten Nickelgehalt (11.5–13.5 %) kompensiert wird. Dadurch bietet er eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit sowie alle Vorteile von austenitischem Edelstahl. Er wird hauptsächlich zur Herstellung von Schiffskomponenten und Ventilschäften verwendet.
Mit einem Molybdängehalt von 6 % zählt die Legierung UNS S31254 (1.4547) zu den anspruchsvollsten Anwendungen von Molybdänlegierungen. Ihr PREN-Wert von 43 entspricht dem der meisten gängigen Legierungen oder ist sogar höher. Aufgrund der Verwendung teurer Legierungszusätze ist sie jedoch sehr kostspielig. Sie wird in extremen Anwendungsbereichen eingesetzt, in denen Duplex- und Superduplex-Edelstähle ungeeignet sind.
Duplex-Edelstähle
Der Duplex-Edelstahl 2205 (Legierung 2205, S31803/S32205) ist als Industriestandard bekannt und enthält 3.0-3.5% Molybdän.
Der PREN-Wert dieser Güteklasse beträgt 34.
Es handelt sich um die gleiche Legierung 50, jedoch zu einem deutlich niedrigeren Preis. Dieser niedrige Preis erklärt, warum sie häufig in Bereichen eingesetzt wird, in denen herkömmliche Edelstähle der 3xx-Serie nicht ausreichend korrosionsbeständig sind.
Super-Duplex-Edelstähle
UNS S32750 (F53, 1.4410) und S32760 (F55, 1.4501) sind die am weitesten verbreiteten Superduplex-Edelstahlsorten; diese Sorten enthalten etwa 3.0 % Molybdän, was zu einem PREN-Wert >40 beiträgt.
Dank ihres höheren Chrom-Stickstoff-Verhältnisses bieten Superduplex-Edelstähle eine außerordentlich kosteneffiziente Kombination aus hoher Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit.
Superlegierungen auf Nickelbasis
Viele Nickelbasis-Superlegierungen enthalten etwa 3.0 % Molybdän, was das optimale Verhältnis zur Verbesserung der Beständigkeit gegen Lochfraßkorrosion darstellt.
Zu den Legierungen mit einer Molybdänkonzentration von etwa 3.0 % gehören die Legierung 718 , die Legierung 825 und die Legierung 925.
Die Legierungen 625 und 725 enthalten mehr als 10% Molybdän, was zu ihrem PREN-Wert von 45 beiträgt.
Aus diesem Grund werden diese Sorten bei extremen Wetterbedingungen eingesetzt, wo ihre geringere Festigkeit weniger wichtig ist.
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Fazit
Molybdän ist das beste Element zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von Edelstahllegierungen.
Diese Legierungen sind zwar etwas teurer, weisen aber eine hervorragende Beständigkeit gegen Spalt- und Lochkorrosion sowie eine hohe Festigkeit bei hohen Temperaturen auf.
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