Как молибден используется в легировании

Молибден - один из самых стратегически важных легирующих элементов в современной металлургии. Хотя его доля в общем содержании сплава по весу относительно невелика, его влияние на механическую прочность, коррозионную стойкость, высокотемпературную стабильность и микроструктурный контроль непропорционально велико.Более 80 % мирового производства молибдена используется для легирования металлов, что делает его краеугольным элементом для сталей, чугунов и сплавов на основе никеля в важнейших отраслях промышленности.

[1]

1. Углеродистые стали - основа мировой промышленности

Углеродистая сталь - самый распространенный металл в мире, ее годовой объем производства превышает 1,8 миллиарда метрических тонн. Она лежит в основе строительства, автомобилестроения, трубопроводов, энергетики, судостроения и тяжелого оборудования.

Хотя простые углеродистые стали экономичны и универсальны, их характеристики часто ограничены прочностью, прокаливаемостью, хрупкостью и устойчивостью к водородному разрушению. Добавление молибдена - обычнов количестве 0,15-0,60 масс.% - даетнесколько ключевых преимуществ:

• Контроль микроструктуры: Молибден замедляет диффузионные процессы во время термообработки, способствуя формированию более тонкой и однородной микроструктуры.
• Улучшенная прокаливаемость: Молибден позволяет более толстым секциям закаливаться равномерно, что очень важно для тяжелых поковок и сосудов под давлением.
• Снижение охрупчивания при отпуске: Молибден противодействует сегрегации по границам зерен, вызванной примесями, которая ослабляет сталь при длительной эксплуатации.
• Устойчивость к воздействию водорода и сульфидному растрескиванию под напряжением (SSC): Необходима для нефте- и газопроводов и оборудования нефтеперерабатывающих заводов.
• Повышенная прочность при повышенных температурах: Важна для котлов, паропроводов и компонентов турбин.
• Улучшенная свариваемость: Уменьшение мягких зон в области термического влияния.

2. Инструментальные стали - для резки, формовки и литья

Инструментальные стали предназначены для работы в сложных условиях металлообработки, связанных с абразивным износом, циклическими нагрузками, тепловым ударом и высоким контактным давлением. Они используются в штампах, пуансонах, пресс-формах, режущих инструментах и экструзионной оснастке.

Добавки молибдена - обычно 0,5-5,0 масс.% в зависимости от марки - играют ключевую роль:

• Повышение твердости и износостойкости: Мо образует стабильные карбиды (Mo₂C), которые противостоят абразивному износу.
• Повышенная твердость в горячем состоянии: Инструменты сохраняют режущие свойства при температурах выше 500-600°C.
• Повышенная вязкость: Молибден улучшает размер зерна и стабилизирует мартенситную структуру.
• Увеличение срока службы инструмента: Особенно важно для крупносерийных операций ковки и штамповки.

Похожие статьи: Как молибден используется в современной промышленности

3. Литые чугуны - прочность и жаростойкость для получения близких к сетке форм

Чугуны, содержание углерода в которых превышает 2 мас.%, широко используются в автомобильных компонентах, горнодобывающем оборудовании, корпусах насосов, энергетическом оборудовании и приспособлениях для высокотемпературных печей. Их способность отливаться в сложные формы, близкие к сетке, делает их экономически эффективными для изготовления крупных и сложных деталей.

Молибден обычно добавляется в количестве 0,3-1,5 масс.%, что обеспечивает:

• Повышенная прочность и твердость: Особенно в перлитных и бейнитных чугунах.
• Улучшенная жаропрочность: Критически важно для выпускных коллекторов, корпусов турбокомпрессоров и компонентов, подвергающихся термоциклированию.
• Контроль микроструктуры во время аустемперирования: Молибден стабилизирует фазу аустенита и улучшает бейнитные структуры.
• Повышенное сопротивление ползучести: Ценно для тепловых систем, работающих в непрерывном режиме.

4. Нержавеющие стали - коррозионная стойкость помимо хрома

Все нержавеющие стали содержат не менее 10,5 весовых % хрома, который образует пассивный оксидный слой, защищающий от коррозии. Однако в богатой хлоридами или кислой среде одного хрома недостаточно.

Молибден - обычно 2-6 масс.% в высокоэффективных нержавеющих сортах - значительно улучшает коррозионные характеристики:

• Стабилизация пассивного слоя: Уменьшение разрушения в агрессивных условиях.
• Улучшенная устойчивость к точечной и щелевой коррозии: Особенно в морской воде и соленых технологических средах.
• Улучшенные характеристики в восстановительных кислотах: в том числе серной и фосфорной.

5. Сплавы на основе никеля - для экстремальных условий

Сплавы на основе никеля доминируют в высокотемпературных и высококоррозионных условиях эксплуатации. Эти материалы необходимы для аэрокосмических турбин, систем контроля загрязнения окружающей среды, морских платформ, химических реакторов и компонентов атомной энергетики.

В коррозионно-стойких никелевых сплавах содержание молибдена обычно составляет от 5 до 16 масс.%, где этот элемент играет решающую роль в улучшении характеристик в агрессивных химических средах. При таком содержании молибден значительно повышает устойчивость к восстановительным кислотам, таким как соляная кислота, усиливает защиту от точечной и щелевой коррозии и повышает общую стабильность в средах, богатых хлоридами и галогенидами. Такие известные сплавы, как Hastelloy® C-276, в значительной степени зависят от молибдена для поддержания структурной целостности и коррозионной стойкости в смешанных кислотных и хлоридных системах, обычно встречающихся в химической промышленности и системах контроля загрязнения окружающей среды.

В высокотемпературных никелевых сплавах, используемых в турбинных двигателях и теплообменниках, молибден в основном выступает в качестве упрочнителя в твердом растворе, укрепляя матрицу сплава и повышая его эксплуатационные характеристики при повышенных температурах. Его присутствие улучшает сопротивление высокотемпературной ползучести, повышает структурную стабильность в диапазоне 700-1000°C и увеличивает усталостную прочность при циклических термических нагрузках. Совокупность этих эффектов делает молибден незаменимым в таких ответственных областях применения, как реактивные двигатели, газовые турбины и промышленные системы рекуперации тепла, где важна долговременная надежность при экстремальных тепловых и механических нагрузках.

Таблица 1: Молибден в основных системах сплавов

В таблице 1 приведены характерные роли молибдена в основных семействах сплавов, используемых в современной промышленности. Для получения более подробной информации и сравнения, пожалуйста, обратитесь к Stanford Advanced Materials (SAM).

Заключение

Молибден - это не просто еще одна легирующая добавка, он способствует улучшению характеристик практически всех основных систем сплавов на основе черных металлов и никеля.

Поскольку промышленность стремится к более высоким рабочим температурам, более агрессивным химическим средам и более длительному сроку службы, стратегическая роль молибдена в разработке сплавов будет только расти.

Ссылки:

[1] Международная молибденовая ассоциация (2026, 19 января). Молибден в железе, стали и других металлических сплавах. Получено 19 января 2026 года.