9Cr18 مقابل 9Cr18Mo – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

اختيار بين 9Cr18 و 9Cr18Mo هو قرار شائع للمهندسين ومديري المشتريات ومخططي التصنيع الذين يحددون الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتية للمكونات التي تتطلب مزيجًا من مقاومة التآكل، والصلابة العالية، وبعض مستوى من الأداء ضد التآكل. تشمل سياقات القرار النموذجية موازنة مقاومة التآكل مقابل التكلفة، وقابلية التصلب والصلابة النهائية مقابل قابلية اللحام، وعمر التآكل مقابل سهولة التصنيع.

التمييز المعدني الأساسي هو الإضافة المتعمدة للموليبدينوم في 9Cr18Mo. تزيد هذه التغييرات في السبيكة من مقاومة التآكل المحلي وتحسن من قابلية التصلب دون تغيير سلوك عائلة الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتية بشكل جذري. نظرًا لأن كلا الدرجتين من الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتية عالية الكربون وعالية الكروم، يتم مقارنتهما بشكل متكرر لشفرات السكاكين والصمامات والمحامل وأجزاء التآكل حيث تكون الصلابة ومقاومة التآكل السطحي كلاهما مهمين.

1. المعايير والتسميات

• المعايير والتسميات الإقليمية الشائعة التي يجب البحث عنها:
• GB (الصين): تظهر الدرجات المسمى 9Cr18 و 9Cr18Mo في الكتالوجات الوطنية والصناعية الصينية.
• EN / ISO: لا يوجد تطابق دقيق 1:1؛ عادةً ما يتم التعامل مع هذه الدرجات كمتغيرات مارتنسيتية خاصة أو وطنية (توجد نظائر ضمن سلسلة AISI 440).
• JIS (اليابان) / ASTM / ASME: قد توجد كيمياء مشابهة في عائلات الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتية AISI/ASTM (على سبيل المثال، AISI 440A/B/C)، ولكن الاختلافات الدقيقة في التسمية والتسامح تتطلب مرجعًا متقاطعًا.
• نوع المادة: كلا من 9Cr18 و 9Cr18Mo هما فولاذان مقاومان للصدأ المارتنسيتية (عالية الكربون، عالية الكروم). هما ليسا HSLA ولا فولاذ كربوني نموذجي؛ هما مقاومان للصدأ بمحتوى الكروم ولكنهما ليسا أوستنيتيين.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

يوفر الجدول التالي نطاقات التركيب النموذجية (wt%) المستخدمة كإرشادات هندسية لهذه الدرجات. يجب استشارة شهادات المصنع الفعلية والمعيار المعمول به لقرارات الشراء؛ تختلف التركيبات حسب المنتج والدرجة الفرعية المحددة.

عنصر	9Cr18 (نطاق نموذجي، wt%)	9Cr18Mo (نطاق نموذجي، wt%)
C	0.80 – 1.05	0.80 – 1.05
Mn	≤ 1.00	≤ 1.00
Si	≤ 1.00	≤ 1.00
P	≤ 0.04	≤ 0.04
S	≤ 0.03	≤ 0.03
Cr	16.0 – 19.0	16.0 – 19.0
Ni	≤ 0.6	≤ 0.6
Mo	≤ 0.25 (غالبًا ≈0)	0.2 – 1.0 (نموذجي ≈0.3–0.8)
V	≤ 0.2	≤ 0.2
Nb/Ti/B	أثر/مراقب	أثر/مراقب
N	أثر	أثر

ملاحظات: - هذه النطاقات إرشادية؛ قد يقدم الموردون تسامحات أكثر دقة. - الفرق المحدد هو Mo؛ يحتوي 9Cr18Mo على Mo متعمد لتعزيز مقاومة التآكل والتصلب. - الكربون العالي (~0.8–1.0%) والكروم العالي (~16–19%) يدفعان قابلية التصلب المارتنسيتية ومقاومة التآكل السطحي، على التوالي.

كيف تؤثر السبائك على الخصائص: - يتحكم الكربون في الصلابة والقوة القابلة للتحقيق بعد التبريد/التسخين؛ يؤدي ارتفاع C إلى زيادة الصلابة ومقاومة التآكل ولكنه يقلل من قابلية اللحام والصلابة. - يوفر الكروم مقاومة للتآكل (التمرير) ويساهم في قابلية التصلب. - يزيد الموليبدينوم من مقاومة التآكل والتآكل في الشقوق ويحسن من قابلية التصلب والتصلب الثانوي أثناء التسخين. يمكنه أيضًا تحسين كيمياء الكربيد لمقاومة التآكل. - قد تكون العناصر الثانوية (V، Nb، Ti) موجودة للتحكم في سلوك الشوائب واستقرار الكربيد وبالتالي تؤثر على الصلابة وخصائص الطحن.

3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية

الميكروهيكل النموذجي: - تم تصميم كلا الدرجتين لتشكيل المارتنسيت بعد التبريد المناسب من درجة حرارة الأوستنيتي، مع انتشار كربيدات غنية بالكروم (مثل M23C6، M7C3 اعتمادًا على الكيمياء الدقيقة والمعالجة الحرارية). - في 9Cr18Mo، يمكن أن تحتوي الكربيدات على Mo، مما يعدل الحجم والتوزيع والاستقرار مقارنةً بـ 9Cr18.

طرق المعالجة الحرارية والاستجابات: - التلدين / التطبيع: ينتج المارتنسيت المقسى أو الكربيدات الكروية؛ مفيد للتشغيل قبل التصلب النهائي. يعمل التطبيع على تحسين حجم حبيبات الأوستنيت السابقة ويذوب بعض الكربيدات اعتمادًا على درجة الحرارة. - التبريد والتسخين: المسار القياسي لتحقيق صلابة عالية ومقاومة للتآكل. يتم الأوستنيتي (تعتمد درجات الحرارة النموذجية على بيانات المورد)، ثم يتم التبريد لتشكيل المارتنسيت، ثم يتم التسخين عند درجة الحرارة المختارة لتبادل الصلابة مقابل الصلابة. - عادةً ما يحقق 9Cr18Mo قابلية تصلب أعلى قليلاً، مما ينتج هيكل مارتنسيت أكثر تجانسًا في الأقسام الأكثر سمكًا. - المعالجة الحرارية الميكانيكية: يمكن أن يؤدي الدرفلة المتحكم فيها والتبريد المعجل إلى تحسين الميكروهيكل وزيادة الصلابة؛ يساعد الموليبدينوم في الاحتفاظ بقابلية التصلب تحت مثل هذه المعالجة.

الآثار: - 9Cr18Mo أقل عرضة للتحول غير الكامل (الأوستنيت المحتفظ به) في مقاطع العرض الأكبر بسبب تحسين قابلية التصلب. - كيمياء الكربيد في 9Cr18Mo غالبًا ما تكون أكثر استقرارًا في البيئات التآكلية.

4. الخصائص الميكانيكية

تعتمد الخصائص الميكانيكية بشكل كبير على المعالجة الحرارية. يقدم الجدول أدناه نطاقات نموذجية بعد التبريد والتسخين المستخدمة لمقارنات المواصفات (استشر شهادات اختبار المصنع للشراء).

خاصية	9Cr18 (نطاق نموذجي)	9Cr18Mo (نطاق نموذجي)
قوة الشد (ميغاباسكال)	900 – 1600	900 – 1650
قوة العائد (ميغاباسكال)	600 – 1400	600 – 1450
التمدد (%)	6 – 18	6 – 18
صلابة التأثير (جول، شاربى)	منخفضة–متوسطة؛ تعتمد على التسخين	مقارنة أو محسنة قليلاً (أفضل صلابة عبر السماكة في الأقسام الأكثر سمكًا)
الصلابة (HRC)	48 – 63 (تعتمد على التسخين)	48 – 63 (يمكن أن تحقق صلابة مماثلة أو أعلى قليلاً عند نفس التسخين بسبب Mo)

تفسير: - يمكن أن تصل كلا الدرجتين إلى صلابة عالية جدًا وقوى شد عندما تكون مشددة بالكامل؛ تساعد الزيادات الصغيرة في قابلية التصلب من Mo في الحفاظ على القوة في الأقسام الأكثر سمكًا. - تعتمد الصلابة على ممارسة التسخين وتوزيع الكربيد؛ غالبًا ما يحسن الموليبدينوم الصلابة قليلاً ويقلل من خطر هشاشة التسخين في بعض الأنظمة. - يتم تحديد التمدد بواسطة الكربون العالي؛ كلاهما أقل مرونة من الفولاذ المقاوم للصدأ منخفض الكربون.

5. قابلية اللحام

تعتبر قابلية اللحام للفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتية عالية الكربون تحديًا بسبب محتوى الكربون وقابلية التصلب.

الصيغ التنبؤية ذات الصلة: - المعادل الكربوني (IIW):
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (لتوقع قابلية التشقق البارد):
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير (نوعي): - كلا الدرجتين لهما $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ مرتفعة مقارنة بالفولاذ منخفض الكربون، مما يشير إلى ميل مرتفع لتشكيل المارتنسيت في HAZ وخطر التشقق البارد دون التسخين المسبق والتبريد المتحكم فيه. - سيكون لدى 9Cr18Mo، بسبب إضافة Mo، مساهمة أعلى قليلاً من المعادل الكربوني من مصطلح $(Cr+Mo+V)/5$؛ ومع ذلك، يحسن Mo أيضًا قابلية التصلب مما قد يزيد من خطر HAZ الصلب والهش. عمليًا، تتطلب إجراءات اللحام لكلاهما التسخين المسبق، والتحكم في درجة حرارة التداخل، ومواد استهلاكية منخفضة الهيدروجين، والتسخين بعد اللحام حيث تتطلب الخدمة الصلابة. - في العديد من التطبيقات، يتم استخدام التشغيل والتثبيت الميكانيكي أو اللحام لتجنب اللحام. إذا كان اللحام ضروريًا، يجب تحديد إعداد الحواف، والتسخين المسبق، وPWHT.

6. التآكل وحماية السطح

ملاحظة حول الفولاذ غير المقاوم للصدأ مقابل المقاوم للصدأ: - كلا الدرجتين مقاومتان للصدأ بمحتوى الكروم ولكنهما ليستا مقاومتين للتآكل بنفس الدرجة مثل الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي أو الثنائي في البيئات المحتوية على الكلوريد.

توقع مقاومة التآكل (PREN): - بالنسبة للسبيكات حيث يكون PREN مفيدًا:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - التطبيق: يُستخدم PREN بشكل رئيسي للفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي والثنائي. بالنسبة للفولاذ المارتنسيتية مثل 9Cr18 و 9Cr18Mo، يمكن أن يعطي PREN مؤشرًا على مقاومة التآكل النسبية؛ يزيد مصطلح Mo من PREN بشكل كبير، لذا سيظهر 9Cr18Mo مقاومة أفضل للتآكل المحلي (خاصة التآكل والشقوق) مقارنةً بـ 9Cr18 عند محتوى الكروم المتساوي.

إرشادات عملية: - يوفر 9Cr18 مقاومة جيدة للتآكل العام في الأجواء القليلة التآكل ويستخدم عادة كما هو لشفرات وأجزاء التآكل. - يوفر 9Cr18Mo مقاومة محسنة للتآكل، وهجوم الشقوق، والتشقق الناتج عن الإجهاد في البيئات المحتوية على الكلوريد - وهو أمر يستحق الاهتمام حيث من المتوقع تعرض السطح للأملاح أو الوسائط الحمضية. - بالنسبة للبيئات العدوانية، ضع في اعتبارك علاجات التمرير، أو الطلاءات السطحية (مثل التلميع الكهربائي، أو الطلاءات التحويلية)، أو تحديد عائلات الفولاذ المقاوم للصدأ ذات مقاومة تآكل عامة أعلى. - عند اختيار حماية التآكل من خلال الطلاءات: لا يُستخدم عادةً الجلفنة للأجزاء المارتنسيتية المقواة المخصصة للتآكل؛ الطلاءات، أو الطلاءات التحويلية، أو الطبقات المطلية الرقيقة هي الأكثر شيوعًا للحماية العامة.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• قابلية التشغيل: الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتية عالية الكربون أصعب في التشغيل في الحالة المقواة. يتم عادةً إجراء التشغيل في الحالة الملدنة. يؤثر حجم الكربيد وتوزيعه على الطحن وعمر الأداة؛ قد تتطلب الكربيدات المحتوية على Mo في 9Cr18Mo اعتبارات أدوات مختلفة قليلاً.
• قابلية التشكيل: محدودة في الحالة المقواة. يجب أن يتم الانحناء والتشكيل في الحالة الملدنة أو المطبوعة لتجنب التشقق. تعتبر المعالجة الحرارية بعد التشكيل ودورات التبريد/التسخين شائعة.
• تشطيب السطح: يمكن تلميع كلاهما لإنهاء لامع؛ قد يحتفظ 9Cr18Mo بحافة أكثر دقة وتلميع بسبب توزيع الكربيد وزيادة قابليته للتصلب قليلاً.
• اعتبارات المعالجة الحرارية للتصنيع: التلدين للتشكيل، ثم التصلب/التسخين. تجنب التبريد السريع بعد اللحام؛ يُوصى بالتبريد المتحكم فيه وPWHT.

8. التطبيقات النموذجية

9Cr18 (الاستخدامات الشائعة)	9Cr18Mo (الاستخدامات الشائعة)
فولاذ السكاكين والشفرات (أدوات المائدة)	شفرات السكاكين وأدوات المائدة حيث تكون مقاومة التآكل في الخدمة الرطبة أو المالحة مهمة
محامل كروية، حلقات تآكل للمضخات (في سوائل أقل عدوانية)	صمامات، مكونات مضخات معرضة للسوائل المحتوية على الكلوريد
مقاعد الصمامات، أجزاء التقطيع	مكونات تتطلب صلابة أعلى عبر السماكة (أقسام أكثر سمكًا)
أدوات جراحية (حيث يكون تآكل التعقيم محدودًا)	أجزاء من الصناعة الكيميائية تتعرض بشكل متقطع للكلوريدات
نوابض وأجزاء تآكل صغيرة (حيث تكون الصلابة العالية مطلوبة)	مكونات عالية التآكل تتطلب أيضًا مقاومة محسنة للتآكل المحلي

مبررات الاختيار: - اختر 9Cr18 عندما تكون حساسية التكلفة ومقاومة التآكل العامة مقبولة، وعندما تكون التطبيقات مدفوعة أساسًا بالتآكل أو الصلابة في بيئات غير عدوانية. - اختر 9Cr18Mo عندما تكون نفس خصائص الصلابة/التآكل مطلوبة ولكن البيئة تحتوي على الكلوريدات أو ظروف حمضية، أو عندما تتطلب الأقسام الأكثر سمكًا تحسينًا في قابلية التصلب لتحقيق خصائص متجانسة.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة النسبية: عادةً ما يكون 9Cr18 أقل تكلفة من 9Cr18Mo بسبب العنصر السبائكي الإضافي (Mo) والميتالورجيا الأكثر تعقيدًا قليلاً. تعتمد الفروق في التكلفة على محتوى Mo، وسعر السوق لـ Mo، ومعالجة المصنع.
• التوافر: كلا الدرجتين متاحة عادةً في أشكال القضبان، والألواح، والشريط من مصانع الفولاذ المقاوم للصدأ المتخصصة والموزعين. يتم تخزين 9Cr18 بشكل أوسع كدرجة مارتنسيتية سلع؛ قد يتم إنتاج 9Cr18Mo حسب الطلب في بعض الأسواق أو تخزينه حيث يوجد طلب على الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتية المحتوية على Mo.
• أشكال المنتجات: القضبان، والمسبوكات، والقطع، والشريط/الصفائح الدقيقة هي شائعة. ستؤثر الظروف النهائية الصلبة أو الملدنة على أوقات التسليم.

10. الملخص والتوصية

جدول الملخص (تقييم نوعي: جيد / معتدل / ضعيف)

المقياس	9Cr18	9Cr18Mo
قابلية اللحام	معتدلة–ضعيفة	معتدلة–ضعيفة (تتطلب التسخين المسبق/PWHT)
القوة–الصلابة (بعد المعالجة الحرارية)	قوة عالية، صلابة معتدلة	قوة عالية، صلابة محسنة قليلاً في الأقسام الأكثر سمكًا
مقاومة التآكل المحلية	معتدلة	أفضل (مقاومة محسنة للتآكل والشقوق)
التكلفة	أقل	أعلى
التوافر	متاح على نطاق واسع	متاح على نطاق واسع ولكن أحيانًا أكثر تخصصًا

التوصية: - اختر 9Cr18 إذا كنت بحاجة إلى فولاذ مقاوم للصدأ المارتنسيتية فعال من حيث التكلفة مع صلابة عالية ومقاومة للتآكل للتطبيقات في بيئات غير عدوانية نسبيًا، أو حيث تكون هندسة الجزء رقيقة ومتجانسة بحيث تنتج عملية التصلب القياسية خصائص مقبولة. - اختر 9Cr18Mo إذا كان من المقرر أن يعمل المكون في بيئات تحتوي على تعرض للكلوريد أو خطر تآكل محلي، أو إذا كانت الأقسام الأكثر سمكًا تتطلب تحسينًا في قابلية التصلب لتحقيق تحول مارتنسيت متجانس وخصائص ميكانيكية عبر المقطع.

ملاحظة نهائية للشراء: حدد دائمًا نطاق التركيب الدقيق، وشكل المنتج، وحالة المعالجة الحرارية في أوامر الشراء. اطلب شهادات المصنع، وعند الضرورة، مواصفات إجراءات اللحام (بما في ذلك التسخين المسبق وPWHT) وسجلات اختبار التآكل أو التمرير للتطبيقات الحرجة.