合金钢是主要的高性能钢材，其生产消耗了大部分钼。随着中国经济的发展，中国的钢产量不断增加。2009年，中国粗钢产量达到56784万吨，占世界粗钢产量的46.6%。目前，大部分钢材消耗在以普通钢材为主要应用的建筑领域；随着中国制造业的发展，特别是重大装备的国产化，对合金钢的数量和品种的需求将会增加。

合金钢的发展代表了一个国家的工业化水平。与工业化国家相比，我国合金钢产量的比例、品种和质量都远远落后于工业化国家，生产和应用水平亟待提高。钼是生产合金钢的主要合金元素之一，对提高我国合金钢的质量起着重要作用。

钼钢的发展是合金钢的一个缩影。除了有记载的14世纪日本刀(已失传)含有钼，钼自18世纪晚期被发现后，已经有很多年没有在工业上使用了。1 894年，法国施耐德电气公司首次生产出含钼装甲钢板。直到第一次世界大战，大部分装甲钢生产厂都是以钼钢为主。第一次世界大战中，英国坦克使用75mm厚的含锰钢板，但由于其防弹效果不佳，后来又使用25mm厚的含钼钢板，获得了良好的防护性能和机动性。第一次世界大战和第二次世界大战中坦克制造业的繁荣促进了钼需求的急剧增加。第一次世界大战结束后，人们还开发了用于汽车工业的低钼合金钢。20世纪30年代，含钼高速钢的锻造和热处理研究加深了人们对钼在钢中作用的认识，钼作为一种合金元素被广泛应用于钢中。第二次世界大战后，钼在钢中的应用进一步扩大，特别是含钼工具钢的应用。因为钼的密度只有钨的一半，而且价格相对稳定，所以在很多钢材中，钼有效地替代了钨。一个典型的例子是含钼的M系列高速钢(M2、M4和M42)代替含钨的T系列高速钢。1960年后，随着形变热处理技术的发展，生产高强度低合金钢对钼的需求增加，并持续至今。高等级油气管道、高层建筑、大型船舶、压力容器、桥梁、工程机械等都需要高强度高韧性钢板。钼作为促进针状铁素体转变最有效的合金元素，被广泛应用于高强度低合金钢中，产生了许多含钼的高强度低合金钢，如X70-X120管线钢、590-980MPa级低屈强比建筑钢、耐火建筑钢、780-1180MPa级工程机械钢等。

钼是一种重要的合金元素，用于各种合金钢。目前，低合金钢、结构钢、不锈钢、模具钢和耐热钢的生产和需求仍影响着钼的消费市场。钼是一种广泛用于钢中的合金元素。由于钼的特性，它在钢中起着独特的、不可替代的作用。

一、钼在钢中的作用特点

钢中加入钼后，铁、碳、合金元素等异质原子之间的相互作用改变了钢中各相的稳定性，并可能产生一些相对稳定的新相，从而改变原有结构或形成新的结构。钼、铁、碳及合金元素在原子结构、原子大小、晶格等方面的差异是上述变化的基础。

像铁(室温)一样，钼具有体心立方晶体结构(A = 3.1468)，并且是铁素体形成元素。钼钢具有一定的固溶度(室温下，固溶度在α-Fe中可达4%，在γ-Fe中可达3%)，能与钢中的C、N、B等元素形成化合物，与其他合金元素形成金属间化合物。

它可以在钼钢中以各种形式析出。钢与钼的原子半径比RC ∕ RMO为0.56 (< 0.59)，形成六方晶格的MC和M2C碳化物，起到弥散强化作用。在钨钼钢中，可以形成复合的M6C碳化物Fe3(W，Mo)3C。钢中可以形成原子半径比RC ∕ RMO = 0.52 (< 0.59)、面心立方晶格的Mo2N和六方晶格的MoN。与钼钢中的硼结合，形成CuAl2晶格结构的复杂间隙化合物Mo2B。钼、铁等合金元素相互作用可形成各种金属间化合物，如Mo-Mn、Mo-Fe、Mo-Co等体系中的δ相，出现在低碳高铬不锈钢、铬镍奥氏体不锈钢和耐热钢中，导致钢脆化。在多元合金耐热钢中，出现了具有复杂六方晶格AB2的Lavas MoFe2，它可以强化奥氏体耐热钢、12%Cr型马氏体耐热钢和Cr-Mo-Co型马氏体沉淀硬化不锈钢。钼可以代替AB3有序相Ni3Al中的铝，在多元合金化耐热钢和耐热合金中形成Ni3Mo。钼是各种化合物的中级形成元素，所以在不同的合金钢中加入钼可以形成所需的化合物，起到弥散强化的作用。

溶解的钼可以影响铁碳相图，改变钢的临界点，包括温度和碳含量。钼的A3点温度升高，A4点温度降低，奥氏体相区变窄。钼对钢的显微组织演变有影响，如加热过程中的奥氏体形成、过冷奥氏体转变和回火过程中的马氏体分解。钼强烈延迟珠光体转变，但轻微延迟贝氏体转变。同时提高了珠光体最大转变速度的温度，降低了贝氏体最大转变速度的温度，明显出现了珠光体转变和贝氏体转变两条C曲线。因此，人们很容易控制和获得钢中的贝氏体。因此，钼是贝氏体钢中最重要的合金元素。

在淬火马氏体的回火过程中，当回火温度高于500℃时，固溶钼富集成渗碳体，同时析出钼的特殊碳化物，并伴有渗碳体的溶解。在含钼4% ~ 6%的钢中，特殊碳化物的析出顺序为Fe3C→M2C→M6C。在低钼钢中，渗碳体和特殊碳化物共存。钢中特殊碳化物的析出增加了硬度和强度，导致二次硬化。二次硬化是合金钢中广泛使用的强化机制。

二、钼在钢中的应用

由于钢中钼的上述特性，钼成为钢中重要的合金元素:提高钢的强度和韧性(特别是耐高温)，提高钢在酸碱溶液和海洋环境中的耐腐蚀性，提高钢的硬度和耐磨性，提高钢的淬透性和硬化能力，净化晶界以提高抗延迟断裂能力。结合钼、铬、镍、锰、硅、钨、钴、铌、钒、钛等元素，可生产不同类型的低合金钢、合金结构钢、工具钢、不锈钢、耐热钢和超高强度钢。

(1)合金结构钢

合金结构钢是合金钢中产量大、用途广的一种钢材，广泛应用于各种工业领域。在合金结构钢中，钼的主要作用是:

1.提高钢的淬透性，使截面较大的钢可以淬硬，增加淬硬层深度；

2.在含有引起回火脆性的元素(如Mn、Cr)的钢中，可以防止或降低钢的回火脆性倾向；

3.提高钢的回火稳定性，使钢可以在较高的温度下回火，保持较高的硬度，从而有效消除或降低钢中的残余应力，延长零件的使用寿命；

4.在渗碳钢中，钼还能降低渗碳层中碳化物在晶界形成连续网络的倾向；

5.在渗氮钢中，钼可以避免渗氮时的回火脆性。如常用的渗氮钢38CrMoAl，在渗氮温度下长时间保温缓冷的环境下，不发生回火脆化，耐热性好(可达500℃)，耐磨性好。

在国家标准GB∕T 3077-1999的77个合金结构钢牌号中，含钼钢有23个。按合金系列分，含钼钢有CrMo、CrNiMo、CrMoV、CrMoAl、SiMnMoV、MnMoB、CrMnMo、CrNiMoV等九种。根据钢种不同，钢中钼的含量也不同。合金结构钢中钼的含量一般在0.15%-1.10%之间。

在合金结构钢中，铬钼钢被广泛使用和生产。国家标准中有12CrMo、15CrMo、20CrMo、30CrMoA、35CrMo、42CrMo等7种铬钼钢。这些钢的钼含量在0.15%-0.55%之间，强度高，热稳定性好，抗应力腐蚀性能好，一般用于受力复杂或截面较大的零件。35CrMo钢和42CrMo钢具有较高的强度、韧性、淬透性，淬火变形小，高温蠕变强度和持久强度高，可在500℃下长期工作，因此可用于制造在高负荷下工作的重要结构件。42CrMo钢是一种广泛使用和生产的钢。

在铬锰钼钢的合金结构钢中，常用的有20CrMnMo和40CrMnMo钢，这些钢的钼含量在0.20% ~ 0.30%之间。20CrMnMo渗碳钢具有良好的加工性能，无回火脆性，可替代高镍含量的渗碳钢，用于要求高表面强度和耐磨性的重要渗碳零件。40CrMnMo钢淬透性好，回火稳定性高，直径小于l00mm的零件可在850℃左右完全淬火。该钢经550 ~ 600℃回火后，具有良好的综合力学性能，主要用于制造轴承和齿轮。

铬钒合金结构钢包括12CrMoV、35CrMoV、12Cr1MoV、25Cr2Mo1VA和25Cr2Mo1VA。一般这些钢的钼含量在0.20% ~ 0.35%之间，但25Cr2Mo1VA钢的钼含量高达0.90% ~ 1.10%。在铬钼钢中加入少量钒可以细化晶粒，提高强度，尤其是屈服强度。钒能抑制高温长期使用过程中钼在碳化物中的扩散，从而提高钢的结构稳定性和热强度。这种钢经过正火和回火后使用，具有良好的综合性能。主要用于涡轮、鼓风机等机器的结构件。

(2)不锈钢

不锈钢的生产消耗约25%的钼，这是钼的一个重要应用领域。钼用于奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、双相不锈钢和耐腐蚀合金。近年来，我国不锈钢的产量和消费量逐年增加。2009年，中国生产粗不锈钢880万吨，消费粗不锈钢822万吨，约占世界不锈钢产量的1∕3。不锈钢中钼的主要作用是:

1.提高钢的耐腐蚀性能，尤其是耐点蚀性能(耐点蚀指数pn = % Cr+3.3á% mo+16á% n)；

2.提高马氏体不锈钢的强度和二次硬化效果；

3.改善钢的低温力学性能。

钼和铬是形成和稳定铁素体并扩大铁素体相区的元素。钼作为奥氏体不锈钢中的一种重要合金元素，被添加到钢中以进一步扩大其应用范围。主要作用是提高钢在还原性介质(如H2SO4、H3PO4及部分有机酸和尿素环境)中的耐腐蚀性能，提高钢的耐点蚀性能和耐缝隙腐蚀性能。常用的含钼奥氏体不锈钢有316、317、904等。，主要用于高腐蚀性环境。钼含量一般在2% ~ 7%的范围内。

近年来，由于镍资源的短缺，铁素体不锈钢发展迅速。除了常用的409和430铁素体不锈钢外，为了扩大铁素体不锈钢的应用领域，人们需要提高其耐腐蚀性能，所以采用添加钼的铁素体不锈钢。含钼的铁素体不锈钢主要有:434、444、445、446等。钼含量一般在1% ~ 4%的范围内。

在马氏体铬不锈钢中，钼不仅能提高钢的耐蚀性，还能提高钢的强度和硬度，增加二次硬化作用。特别是在低温淬火的情况下，这种效果广泛应用于不锈钢工具。在马氏体铬镍不锈钢中，添加钼是为了增加回火稳定性，加强二次硬化效果，同时不降低韧性。在这种钢中，钼的含量一般在0.5% ~ 4.0%的范围内。在沉淀硬化不锈钢中，钼的主要作用是提高钢的耐腐蚀性、低温力学性能、高温强度和回火稳定性。含2%钼的钢在不同固溶条件下冷处理后仍能保持高硬度。含钼马氏体不锈钢主要有1Cr13Mo、9Cr18Mo、00Cr13Ni5Mo、0Cr15Ni7Mo2Al、0Cr16Ni6MoCuAl等。

钼作为一种强烈形成铁素体并减少γ区的元素，有利于(α+γ)双相不锈钢中α相的形成。除氧化介质外，钼对降低(α+γ)双相不锈钢的耐介质腐蚀性能、耐点蚀性能和耐缝隙腐蚀性能有显著作用。因此，(α+γ)双相不锈钢含钼1% ~ 3%。常用的钢种有2205、2507、2101等。

(3)模具钢

钼是合金工具钢中的主要合金元素。钼的主要功能是:

1.碳化物的形成是为了提高硬度和强度，增加钢的耐磨性，尤其是在大断面钢中；

2.在淬火硬化过程中，减少了淬火弯曲变形；

3.提高钢的强度和韧性；

4.钼被添加到热锻模具钢中以提高淬透性和回火稳定性。

锻造模块用低合金热作模具钢为中碳低合金钢。常用的钢种有5CrNiMo、5CrMnMov、5Cr2NiMoV等四种。碳含量一般在0.4% ~ 0.6%左右。主要合金元素有锰、铬、镍、钼等。，而钼含量一般为0.15% ~ 0.55%(但5Cr2NiMoV钢由于各种元素比例适当，过冷奥氏体稳定，可获得良好的淬透性和力学性能。钼能有效提高钢的热强度，抑制钢的回火脆性。钼和钒形成的碳化物也能提高钢的强度和耐磨性。一般这种钢主要用作小型锻造模块。为了满足大模块的需要，近年来开发了合金含量更高的模块钢，如40CrNiMoV4、30Cr2NiMoV、2Cr3Mo2NiVSi等。

中合金铬热作模具钢是中碳合金钢的一种，常用的有4Cr5MoWVSi、SCr5MoWSiV等五个钢种。典型钢种为4Cr5MoSiV1(相当于ASTM标准中的H13钢，国内年消耗量约为5万吨)。一般来说，钢含有5%的铬、1%的钼和一定量的钒。该钢的过冷奥氏体稳定且具有高淬透性。用这种钢制作的大模具，在空淬火后可以获得较高的硬度。经2 ~ 3次调质处理后，有明显的二次硬化现象，具有良好的耐热性、抗热疲劳性和耐腐蚀性。中合金铬热作模具钢广泛应用于铝合金压铸、精锻模具、热锻冲头、热挤压模具、热剪切模具、热轧辊以及各种在冲击和淬火条件下工作的热作模具。

钼基热作模具钢是历史上较早的热作模具钢。第二次世界大战期间，钨资源紧缺，开发了钼系和钨钼系系列热作模具钢。常用的有4Cr3Mo3VSi、3Cr3Mo3W2V、SCr4W5Mo2V、SCr4Mo2W2SiV、SCr4Mo3 SiMnVAl等六个钢种。这种钢一般含3%左右的钼和8% ~ 18%的钨，此外还添加了钒、钴等一些元素。由于W、Mo、V等强碳化物形成元素含量高，在500℃ ~ 550℃回火时，大量合金碳化物析出，产生强烈的二次硬化现象。这种钢可以获得较高的回火硬度，其硬度值可以与淬火相当。因此，与铬基模具钢相比，这种钢具有更高的高温强度、高温硬度和回火稳定性。它们适用于型腔工作温度在600℃以上、高静载荷、低冲击载荷的热作模具，如机械锻模、热挤压模等，特别适用于制造抗变形能力高的材料，如不锈钢、高温合金、耐热钢等。

高强韧性冷作模具钢一般含高碳12%铬和1%左右钼，属于莱氏体钢，通用性强。用作冷作模具钢的典型钢种是Cr12Mo1V1(相当于ASTM标准中的D2钢)，由于钢中含有大量碳化物，耐磨性高，变形小。冷作模具钢广泛应用于冲裁和冷成形模具和冲头，包括冲裁模、冲头、冲压模、拉丝模等冷成形模具。

空淬火微变形冷作模具钢一般为高碳中铬钢，钼含量在1% ~ 3%范围内。常用的钢种有Cr5Mo1V、Cr4W2MoV等五种。这种钢具有良好的空冷淬能力和淬硬深度，以及良好的形状稳定性和综合性能，广泛应用于落料模、冲头、压模、拉丝模等冷成型模具。

基体钢的碳含量为0.55% ~ 0.70%，铬含量为4%左右，钼含量在2% ~ 5%范围内，同时加入合金元素W、V、Nb、Ti。典型的钢种有6W6Mo5Cr4V、6Cr4W3Mo2VNb等。其化学成分与高速钢淬火后的基体组织成分相当，所以基体钢中的共晶碳化物细小、细小、均匀，韧性相对较高。主要用于冷挤压模、冷镦模、成型模、切边模、冷冲压模、冲头等。

在塑料模具钢中，钼主要用于预硬化塑料模具钢，其典型钢种为3Cr2Mo(相当于ASTM标准中的P20钢)。3Cr2NiMnMo钢的钼含量一般为0.30% ~ 0.50%。这种钢一般在特种钢厂淬硬，硬度控制在28 ~ 34hrc左右，具有良好的切削性能和抛光性能。预成型塑料模具钢广泛应用于塑料、家电、橡胶等行业。

(4)高速钢

中国高速钢产量居世界第一。钨和钼是高速钢中最重要的合金元素，高速钢的生产消耗大量的钼。钼在其中的主要作用是:

1、形成一定量的不易溶解的初生碳化物，使钢可以在熔点附近的高温下淬火，提高钢的耐磨性；

2.形成足够量的二次碳化物，并通过高温固溶淬火获得具有高Mo(W)的马氏体。回火过程中M2C和MC的析出是产生二次硬化和红硬性的主要因素。

3.提高高速钢的强度和韧性；

4.钼的加入改善了纯含钨高速钢中初生碳化物的结构，从而提高了钢的热塑性。

通用高速钢是高速钢中的基础钢种，也是高速钢刀具使用品种、规格、数量最多的品牌，占高速钢总用量的80%以上。主要有M2、T1、W9、M7、M10等钢种。除了T1(W18Cr4V钢，现在使用量很少，逐渐被M2取代)，其余都是W-Mo高速钢，钼含量一般在3% ~ 9%的范围内。用量最大的M2钢的钼含量约为6%。适用于一般钢材25 ~ 40m ∕ min的切削速度，在刀尖温度550℃ ~ 600℃时仍能保持55 ~ 60 HRC的硬度。用于制造车刀、铣刀、滚刀、刨刀、拉刀、钻头等。，也用于制造要求高耐磨性的冷、热作模具、轧辊和高温轴承。

超硬高速钢的碳含量约为1.10%，钼含量一般约为3.25% ~ 10%，并含有一定量的W、V、Co等合金元素(5% ~ 13%)。代表钢种为M41和M42。这种钢经2 ~ 3次高温淬火回火后，硬度高达68 ~ 69 HRC，可用作普通车刀、铣刀和钴刀具。当工件为中硬调质钢和普通奥氏体不锈钢时，M42钢刀具的切削寿命是M2的两倍。

低合金高速钢是钨当量小于12%的高速钢，可以节约贵重合金元素，降低钢材成本。代表钢种有M50、D950(瑞典)、W4Mo3Cr4VSi、W3Mo2Cr4VSi等。这种钢一般含2% ~ 5%的钼，还含有Cr、W、V、Si等合金元素。通过优化化学成分，可以提高高速钢的性能。近年来，我国低合金高速钢发展迅速，主要是轧制钻头、机用锯片、木工刨床，还有一部分用于立铣刀、丝锥等。中国每年生产近1万吨低合金高速钢，主要生产麻花钻和其他工具产品，出口国外。

(5)耐热钢

人们早就知道添加钼可以提高钢的高温强度。早在1909年，Robin就指出加入0.5% ~ 2%的Mo可以提高钢的高温硬度。在铁素体-珠光体耐热钢、马氏体耐热钢和奥氏体耐热钢中，固溶钼起到强化基体的作用。化合物形式的钼起到弥散强化的作用。在铁素体-珠光体耐热钢中，钼可能形成稳定性差的M2C和M6C碳化物，降低了基体α相中钼的含量，削弱了钼在基体中的固溶强化作用。钼溶液是提高α相高温强度最有效的元素。典型的铁素体-珠光体耐热钢12Cr1MoV、2.25Cr1Mo、15CrMo、12Cr2MoWVSiTiB等都含有钼。可以说，钼是耐热钢的基本合金元素。

9% ~ 12% Cr马氏体耐热钢中的主要强化相是MC、M23C6和M6C碳化物。由于钢中钒和铌的存在，部分钼和钨形成M23C6和M6C，大部分钼和钨溶解在基体中进行固溶强化。然而，钢中钼和钨的比例影响钢的持久强度。结果表明，添加钼可以提高合金的蠕变断裂强度。典型的马氏体耐热钢有2Cr12MoV、1Cr10Mo2VNb、1 Cr 10 mo 2 vnb(1cr9w2movnbnb(t∕p91、T∕P92)等。

对于Cr18Ni9奥氏体耐热钢，钼和钨的加入主要起到固溶强化的作用。一般添加2% ~ 3%的钼能明显提高650℃持久强度，如1Cr18Ni12Mo2Ti钢。在碳化物沉淀强化奥氏体耐热钢GH36和金属间化合物沉淀强化奥氏体耐热钢GH132 (A-286)中，钼主要溶解在基体中，起到固溶强化作用，提高钢的持久强度，提高缺口敏感性。

钼作为固溶强化元素，广泛应用于高温合金(90%以上品种)，如钢种GH4169(钼含量约3.25%的镍基合金)、GH4141(钼含量约10%)和GH4049(钼含量约5%)。高温合金广泛应用于航空空发动机叶片、涡轮盘和航天火箭发动机零件。

三。结论。

由于钼在钢中的独特作用，它已成为钢中一种重要的合金元素。钼广泛应用于低合金钢、合金结构钢、不锈钢、工具钢、耐热钢等合金钢中。中国具有钼资源的战略优势，但吨钢钼消费量落后于工业化国家。应加强钼在合金钢领域的应用技术研究，提高钼在钢铁领域的应用技术水平，生产出更高质量的合金钢，以满足我国装备制造业发展的需要。同时，我们需要在了解钼的作用特点的基础上，加强基础研究，开发新的高性能含钼合金钢。钼钢主要以固溶和析出的形式起作用，要获得相变组织的有效控制能力，提高钢的性能，必须更加重视固溶的作用。

我们还需要找出更多钼在钢中固溶(或偏析)的优点，如晶界净化，从而进一步提高钢的各项使用性能。利用钼的特性，可以改善钢的与应力、温度、介质、时间等因素相关的性能，获得更高性能的钢。我们认为含钼钢的R&D可以提高钢铁生产和应用的创新能力，促进中国钢铁产品的不断升级。