9Cr18Mo vs 9Cr18MoV – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

9Cr18Mo und 9Cr18MoV sind martensitische rostfreie Stähle, die häufig in Komponenten vorkommen, bei denen ein Gleichgewicht zwischen Härte, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist – Beispiele sind Schneidwerkzeuge, Verschleißteile, Ventilkomponenten und bestimmte Befestigungselemente. Ingenieure, Einkaufsleiter und Fertigungsplaner wägen häufig die Kompromisse zwischen Kosten, Bearbeitbarkeit, Schweißbarkeit, Zähigkeit und Verschleißleistung bei der Auswahl zwischen diesen beiden Werkstoffen ab.

Der primäre technische Unterschied ist die gezielte Zugabe von Vanadium in 9Cr18MoV, um harte, stabile Vanadiumkarbide zu erzeugen, die die abrasive und adhäsive Verschleißfestigkeit sowie die Anlasstabilität verbessern. Beide Werkstoffe teilen sich eine ähnliche hochkohlenstoffhaltige, hochchromhaltige Matrix, die nach Abschrecken und Anlassen martensitische Mikrostrukturen erzeugt, aber die vanadiummodifizierte Chemie verändert den Karbidtyp, die Härtbarkeit und die praktischen Grenzen der Wärmebehandlung und Verarbeitung.

1. Normen und Bezeichnungen

• Gemeinsame Normensysteme, in denen ähnliche martensitische rostfreie Legierungen vorkommen: GB (chinesische nationale Standards), JIS (japanisch), EN (europäisch), ASTM/ASME (Vereinigte Staaten). Viele kommerzielle Produktbezeichnungen (z. B. 9Cr18-abgeleitete Namen) sind in GB oder proprietären Spezifikationen von Anbietern zu finden, anstatt unter einem einzelnen ASTM-Typnamen.
• Klassifizierung:
• Sowohl 9Cr18Mo als auch 9Cr18MoV sind martensitische rostfreie Stähle (rostfreie Werkzeug-/Messerstähle).
• Sie sind keine HSLA- oder herkömmlichen Kohlenstoffstähle; sie gehören zu den rostfreien Werkzeug-/Messer-Kategorien mit hohem Kohlenstoff- und moderatem bis hohem Chromgehalt.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Tabelle: qualitative Anwesenheit von Schlüsselelementen (Hoch / Mittel / Niedrig / Spur / Zusatz)

Element	9Cr18Mo	9Cr18MoV
C (Kohlenstoff)	Hoch (primäres Härtungselement)	Hoch (primäres Härtungselement)
Mn (Mangan)	Niedrig–Mittel (Entgasungsmittel, beeinflusst leicht die Härtbarkeit)	Niedrig–Mittel
Si (Silizium)	Niedrig (Entgasungsmittel)	Niedrig
P (Phosphor)	Spur (Verunreinigungssteuerung)	Spur
S (Schwefel)	Spur (oft reduziert für Leistungsgrade)	Spur
Cr (Chrom)	Hoch (rostfreie Passivität, Karbidbildner)	Hoch
Ni (Nickel)	Niedrig–Spur (in der Regel minimal)	Niedrig–Spur
Mo (Molybdän)	Mittel (verbessert die Korrosionsbeständigkeit und sekundäre Härtung)	Mittel
V (Vanadium)	Spur/Keine (nicht absichtlich hinzugefügt)	Hinzugefügt (wichtiger Unterscheidungsfaktor)
Nb (Niob)	Spur/Keine	Spur/Keine
Ti (Titan)	Spur/Keine	Spur/Keine
B (Bor)	Spur (falls vorhanden zur Härtbarkeitskontrolle)	Spur
N (Stickstoff)	Spur (begrenzt; beeinflusst die rostfreie Leistung)	Spur

Hinweise: - Die typische kommerzielle "9Cr18"-Nomenklatur impliziert hochkohlenstoffhaltige (~0,8–1,0 Gew.%-Bereich) und hochchromhaltige (~13–18 Gew.%-Bereich) Stähle; das numerische Präfix steht konventionell im Zusammenhang mit dem Kohlenstoff- und Chromgehalt in einigen nationalen Systemen. Exakte nominale Bereiche sollten vom Lieferanten oder der geltenden Norm bezogen werden. - Legierungsstrategie: Kohlenstoff bestimmt die Härte im abgeschreckten Zustand; Chrom bietet Korrosionsbeständigkeit und bildet chromreiche Karbide; Molybdän erhöht die Korrosionsbeständigkeit und trägt zur sekundären Härtung bei; Vanadium bildet sehr harte, feine V-Karbide, die die Abriebfestigkeit und Anlasstabilität erhöhen.

3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung

• Basis-Mikrostruktur (nach geeigneter Austenitisierung und Abschrecken): überwiegend Martensit plus eine Dispersion von Karbiden (Cr-reiche Karbide und in vanadiumhaltigen Varianten V-reiche Karbide). Die Matrix ist nach den Anlaszyklen angelassener Martensit.
• 9Cr18Mo: Karbide tendieren dazu, chromreich zu sein (z. B. M23C6 oder ähnliche komplexe Chromkarbide) zusammen mit einigen Mo-haltigen Phasen. Das Anlassen führt bei höheren Temperaturen zu einer Karbidvergröberung, die die Härte verringert, aber die Zähigkeit erhöhen kann.
• 9Cr18MoV: Vanadium fördert die Bildung feiner Vanadiumkarbide (VC), die thermisch stabil sind und eine Vergröberung widerstehen; dies verfeinert die Karbidverteilung, verbessert die Verschleißfestigkeit und erhöht die Anlasstabilität – d. h. die Legierung behält die Härte während des Anlassens bei höheren Temperaturen besser (sekundäres Härtungsverhalten von Mo und V).
• Typische Wärmebehandlungsrouten:
• Austenitisieren (löslich machen) bei legierungsspezifischer Temperatur, um Karbide nach Bedarf aufzulösen und eine homogene Austenitstruktur zu bilden.
• Abschrecken (Öl oder Luft, abhängig von der Querschnittsgröße und Härtbarkeit), um Martensit zu bilden.
• Anlassen bei kontrollierten Temperaturen: niedriges Anlassen für maximale Härte; höheres Anlassen für verbesserte Zähigkeit. 9Cr18MoV kann höheres Anlassen tolerieren, ohne so viel Härte zu verlieren, aufgrund der feinen VC- und Mo-Effekte.
• Thermomechanische Verarbeitung: kontrolliertes Walzen und beschleunigtes Abkühlen können die vorherige Austenitkornstruktur verfeinern und die Zähigkeit verbessern; Vanadium-Mikrolegerung kann die Kornkontrolle durch Karbo-Nitrid-Pinning weiter beeinflussen, falls vorhanden.

4. Mechanische Eigenschaften

Tabelle: qualitative Vergleich der mechanischen Eigenschaften (relative Leistung)

Eigenschaft	9Cr18Mo	9Cr18MoV
Zugfestigkeit	Hoch	Etwas höher (aufgrund feinerer Karbide und erhöhter Härtbarkeit)
Streckgrenze	Hoch	Etwas höher
Dehnung (Zähigkeit)	Mittel–Niedrig	Etwas niedriger (aufgrund mehr Karbidniederschlag)
Schlagzähigkeit	Besser (relativ)	Niedriger (Kompromiss für Verschleiß)
Härte (gehärtet & angelassen)	Hoch	Höher (verschleißoptimiert; behält Härte beim Anlassen)

Erklärung: - Beide Legierungen erreichen hohe Härte im abgeschreckten Zustand aufgrund des erhöhten Kohlenstoffgehalts. Die vanadiumhaltige Legierung erreicht typischerweise gleich hohe oder höhere Zug- und Härtewerte für einen gegebenen Wärmebehandlungszyklus, da VC-Partikel die Mikrostruktur verfeinern und das Weichwerden während des Anlassens widerstehen. - Erhöhte Härte und Karbidvolumenanteil reduzieren im Allgemeinen die Zähigkeit und Schlagzähigkeit; daher neigt 9Cr18MoV dazu, etwas Zähigkeit für die Verschleißfestigkeit zu opfern.

5. Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit von hochkohlenstoffhaltigen martensitischen rostfreien Stählen ist herausfordernd und muss mit angemessener Vorwärmung, Interpass-Temperatur und Nachschweißwärmebehandlung (PWHT) gesteuert werden. Zwei häufig verwendete Kohlenstoffäquivalente zur qualitativen Bewertung:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

und

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretation: - Hoher Kohlenstoff plus signifikantes Cr, Mo oder V erhöht sowohl die Werte von $CE_{IIW}$ als auch $P_{cm}$, die mit erhöhter Härtbarkeit und höherem Risiko von Kaltverzug in der schweißbetroffenen Zone korrelieren. - 9Cr18MoV, das Vanadium enthält, wird im Allgemeinen ein etwas höheres effektives Kohlenstoffäquivalent für eine gegebene Zusammensetzung aufweisen als 9Cr18Mo, was die Anforderungen an Vorwärmung und PWHT erhöht. - Praktische Maßnahmen: Verwenden Sie wasserstoffarme Elektroden oder Füllmetall, das einer martensitischen rostfreien Zusammensetzung entspricht, wenden Sie Vorwärmung an, um die Abkühlung zu verlangsamen, kontrollieren Sie die Interpass-Temperatur und führen Sie PWHT (Anlassen) durch, um Restspannungen zu reduzieren und die Härte in der HAZ zu verringern. Für Reparaturschweißungen, bei denen vollständige PWHT unpraktisch ist, ziehen Sie alternative Verbindungsmethoden (mechanische Befestigung, Löten oder Verwendung von zäheren Fülllegierungen mit Vorsicht) in Betracht.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

• Korrosionsbeständigkeit: Beide Legierungen sind rostfreie Stähle mit moderater bis guter Beständigkeit in Luft und milden Umgebungen aufgrund des Chromgehalts. Sie erreichen nicht die Korrosionsbeständigkeit von austenitischen rostfreien Stählen (z. B. 304/316) in aggressiven Medien.
• PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) wird häufig für austenitische/duplex rostfreie Stähle mit signifikantem Stickstoff verwendet; die Formel lautet:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

• Für 9Cr18Mo und 9Cr18MoV ist PREN von begrenztem Nutzen, da die Stickstoffgehalte niedrig sind und die Mikrostruktur martensitisch ist; die Korrosionsleistung wird vom Chromgehalt und der Karbidverteilung dominiert (Karbidniederschlag kann lokal Chrom erschöpfen und die Passivität verringern).
• Oberflächenschutz- und Verarbeitungsratschläge:
• Vermeiden Sie Sensibilisierung (Niederschlag von Chromkarbiden an Korngrenzen) durch ordnungsgemäße Lösungsglühung und schnelles Abkühlen, wenn Korrosionsbeständigkeit kritisch ist.
• Für aggressive Anwendungen oder wenn die rostfreie Integrität unzureichend ist, ziehen Sie Beschichtungen (Galvanisierung, PVD, Hartchrom), Passivierungsbehandlungen oder die Verwendung korrosionsbeständigerer Legierungen in Betracht.
• Für nicht-rostfreie Stähle, die in ähnlichen Rollen verwendet werden, sind Verzinkung, Lackierung oder Polymerbeschichtungen üblich; für diese martensitischen rostfreien Legierungen sind Oberflächenbearbeitung (Polieren) und Passivierung typisch.

7. Verarbeitung, Bearbeitbarkeit und Formbarkeit

• Bearbeitung: Beide Legierungen lassen sich leichter bearbeiten, wenn sie geglüht (weich) sind, als im gehärteten Zustand. Im gehärteten Zustand beschleunigt die Anwesenheit harter Karbide – insbesondere in 9Cr18MoV – den Werkzeugverschleiß und erfordert Hartmetallwerkzeuge, niedrigere Schnittgeschwindigkeiten und kontrollierte Vorschübe.
• Schleifen und Finishing: Der abrasive Verschleiß von Werkzeugen und Schleifscheiben ist bei vanadiumhaltigen Stählen höher; eine sorgfältige Auswahl des Schleifmediums und der Schleifscheibenbearbeitung ist erforderlich.
• Umformen/Biegen: im gehärteten Zustand eingeschränkt. Kaltumformung ist nur im geglühten Zustand möglich; Biegen und Stanzen sollten vor der endgültigen Härtung und dem Anlassen durchgeführt werden.
• Wärmebehandlungen: Glühen zum Umformen, dann vollständiger Wärmebehandlungszyklus für die endgültigen Eigenschaften. Oberflächenschleifen und abschließendes Polieren erfolgen normalerweise nach der Wärmebehandlung zur Verzerrungskontrolle.

8. Typische Anwendungen

9Cr18Mo (Häufige Anwendungen)	9Cr18MoV (Häufige Anwendungen)
Messerklingen und Besteck, wo ein Gleichgewicht zwischen Korrosionsbeständigkeit und Zähigkeit erforderlich ist	Schneidkanten, industrielle Messer und Verschleißteile, wo abrasive Haltbarkeit priorisiert wird
Ventilkomponenten und Wellen in moderaten Umgebungen	Wälzlager und Verschleißhülsen, wo Abriebfestigkeit entscheidend ist
Federn und Befestigungselemente, die hohe Festigkeit und moderate Korrosionsschutz erfordern	Hochverschleiß Werkzeugeinsätze, Scherblätter und Komponenten, die gleitendem Verschleiß ausgesetzt sind

Auswahlbegründung: - Wählen Sie 9Cr18Mo, wenn ein etwas besseres Gleichgewicht zwischen Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist und wenn Bearbeitbarkeit/Schweißbarkeit oder Kosten wichtige Einschränkungen darstellen. - Wählen Sie 9Cr18MoV, wenn abrasive Verschleißfestigkeit und Erhalt der Härte beim Anlassen primäre Designfaktoren sind und wenn etwas niedrigere Zähigkeit und höhere Werkzeug-/Schweißkosten gerechtfertigt werden können.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Relativer Preis: 9Cr18MoV ist typischerweise teurer aufgrund der Zugabe von Vanadium und der damit verbundenen Verarbeitung zur Aufrechterhaltung feiner Karbidverteilungen; auch die Werkzeug- und Fertigungskosten sind höher.
• Verfügbarkeit: Beide sind häufig von spezialisierten Anbietern für rostfreie und Werkzeugstähle in Stab-, Blech-, Streifen- und Rohform erhältlich. 9Cr18Mo (mit einer einfacheren Chemie) wird tendenziell breiter in den Märkten für allgemeine Messer und Hardware gelagert; die Vanadium-Variante ist möglicherweise hauptsächlich über spezialisierte Anbieter oder auf Anfrage in bestimmten Produktformen erhältlich.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Tabelle, die die wichtigsten Kompromisse zusammenfasst (Qualitativ)

Attribut	9Cr18Mo	9Cr18MoV
Schweißbarkeit	Besser (aber immer noch eingeschränkt)	Herausfordernder
Festigkeits-Zähigkeits-Verhältnis	Bessere Zähigkeit bei ähnlicher Härte	Höhere Festigkeit und Härte, niedrigere Zähigkeit
Verschleißfestigkeit	Gut	Überlegen (abrasiver/adhäsiver Verschleiß)
Kosten	Niedriger	Höher

Empfehlungen: - Wählen Sie 9Cr18Mo, wenn Sie einen kosteneffektiven martensitischen Roststahl mit angemessener Zähigkeit, einfacher Bearbeitbarkeit im geglühten Zustand und moderater Korrosionsbeständigkeit benötigen – geeignet für Allzweckmesser, Ventile und Komponenten, bei denen eine gewisse Duktilität erforderlich ist. - Wählen Sie 9Cr18MoV, wenn die Lebensdauer von abrasivem oder adhäsivem Verschleiß dominiert wird und eine höhere erhaltene Härte nach dem Anlassen entscheidend ist – geeignet für industrielle Messer, Verschleißeinsätze und Komponenten, bei denen der Erhalt der Härte unter Nutzung die Strafe in Zähigkeit und Fertigungskosten überwiegt.

Abschließende praktische Hinweise: - Fordern Sie immer Materialzertifikate und Empfehlungen zur Wärmebehandlung vom Lieferanten für die beabsichtigte Produktform an. - Für das Schweißen spezifische Vorwärm-, Interpass- und PWHT-Verfahren von Schweißingenieuren einholen und bei sicherheitskritischen Anwendungen die Verfahrenqualifizierungstests durchführen. - Prototypen und validieren Sie Wärmebehandlungspläne und Bearbeitungsparameter an repräsentativen Teilen, da die Karbidverteilung und die endgültigen Eigenschaften stark von kleinen Änderungen in der Chemie und Verarbeitung abhängen.