9Cr18 vs 9Cr18Mo – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

Memilih antara 9Cr18 dan 9Cr18Mo adalah keputusan umum bagi insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur yang menentukan baja tahan karat martensitik untuk komponen yang memerlukan kombinasi ketahanan aus, kekerasan tinggi, dan beberapa tingkat kinerja korosi. Konteks keputusan yang umum termasuk menyeimbangkan ketahanan korosi versus biaya, kemampuan pengerasan dan kekerasan akhir versus kemampuan pengelasan, dan umur pakai versus kemudahan fabrikasi.

Perbedaan metalurgi utama adalah penambahan molibdenum yang disengaja pada 9Cr18Mo. Perubahan paduan tersebut meningkatkan ketahanan terhadap korosi lokal dan meningkatkan kemampuan pengerasan tanpa mengubah perilaku keseluruhan keluarga baja tahan karat martensitik secara drastis. Karena kedua jenis ini adalah baja tahan karat martensitik dengan karbon tinggi dan krom tinggi, mereka sering dibandingkan untuk bilah pisau, katup, bantalan, dan bagian yang mengalami aus di mana kekerasan dan ketahanan korosi permukaan keduanya penting.

1. Standar dan Penunjukan

• Standar dan penunjukan regional umum yang perlu dicari:
• GB (Cina): kelas yang diberi label sebagai 9Cr18 dan 9Cr18Mo muncul dalam katalog nasional dan industri Cina.
• EN / ISO: tidak ada pemetaan 1:1 yang tepat; kelas ini biasanya diperlakukan sebagai varian martensitik tahan karat yang bersifat kepemilikan atau nasional (analogi ada di antara seri AISI 440).
• JIS (Jepang) / ASTM / ASME: kimia yang serupa dapat ditemukan dalam keluarga baja tahan karat martensitik AISI/ASTM (misalnya, AISI 440A/B/C), tetapi perbedaan penunjukan dan toleransi yang tepat memerlukan referensi silang.
• Jenis material: Baik 9Cr18 maupun 9Cr18Mo adalah baja tahan karat martensitik (karbon tinggi, krom tinggi). Mereka bukan HSLA maupun baja karbon tipikal; mereka tahan karat karena kandungan krom tetapi bukan austenitik.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tabel berikut memberikan rentang komposisi tipikal (wt%) yang digunakan sebagai panduan teknik untuk kelas ini. Sertifikat pabrik yang sebenarnya dan standar yang berlaku harus dikonsultasikan untuk keputusan pengadaan; komposisi bervariasi menurut produsen dan subkelas tertentu.

Elemen	9Cr18 (rentang tipikal, wt%)	9Cr18Mo (rentang tipikal, 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 (sering ≈0)	0.2 – 1.0 (tipikal ≈0.3–0.8)
V	≤ 0.2	≤ 0.2
Nb/Ti/B	jejak/kontrol	jejak/kontrol
N	jejak	jejak

Catatan: - Rentang ini bersifat indikatif; pemasok dapat mengutip toleransi yang lebih ketat. - Perbedaan yang mendefinisikan adalah Mo; 9Cr18Mo mengandung Mo yang disengaja untuk meningkatkan ketahanan terhadap pitting dan kemampuan pengerasan. - Karbon tinggi (~0.8–1.0%) dan krom tinggi (~16–19%) mendorong kemampuan pengerasan martensitik dan ketahanan korosi permukaan, masing-masing.

Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Karbon mengontrol kekerasan dan kekuatan yang dapat dicapai setelah pendinginan/pemanasan; karbon yang lebih tinggi menghasilkan kekerasan dan ketahanan aus yang lebih tinggi tetapi mengurangi kemampuan pengelasan dan ketangguhan. - Krom memberikan ketahanan korosi (pasivasi) dan berkontribusi pada kemampuan pengerasan. - Molybdenum meningkatkan ketahanan terhadap pitting dan korosi celah serta meningkatkan kemampuan pengerasan dan pengerasan sekunder saat pemanasan. Ini juga dapat memperhalus kimia karbida untuk ketahanan aus. - Unsur minor (V, Nb, Ti) mungkin ada untuk mengontrol perilaku inklusi dan stabilitas karbida dan dengan demikian mempengaruhi ketangguhan dan karakteristik penggilingan.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur tipikal: - Kedua kelas dirancang untuk membentuk martensit setelah pendinginan yang tepat dari suhu austenitisasi, dengan dispersi karbida kaya krom (misalnya, M23C6, M7C3 tergantung pada kimia dan perlakuan panas yang tepat). - Pada 9Cr18Mo, karbida dapat mengandung Mo, memodifikasi ukuran, distribusi, dan stabilitas dibandingkan dengan 9Cr18.

Rute perlakuan panas dan respons: - Anneal / normalisasi: Menghasilkan martensit yang dipanaskan atau karbida spheroid; berguna untuk pemesinan sebelum pengerasan akhir. Normalisasi memperhalus ukuran butir austenit sebelumnya dan melarutkan beberapa karbida tergantung pada suhu. - Quench & temper: Rute standar untuk mencapai kekerasan tinggi dan ketahanan aus. Austenitisasi (suhu tipikal tergantung pada data pemasok), pendinginan untuk membentuk martensit, kemudian pemanasan pada suhu yang dipilih untuk menukar kekerasan dengan ketangguhan. - 9Cr18Mo umumnya mencapai kemampuan pengerasan yang sedikit lebih tinggi, menghasilkan struktur martensitik yang lebih seragam di bagian yang lebih tebal. - Pemrosesan termo-mekanis: Penggulungan terkontrol dan pendinginan yang dipercepat dapat memperhalus mikrostruktur dan meningkatkan ketangguhan; molibdenum membantu mempertahankan kemampuan pengerasan di bawah pemrosesan tersebut.

Implikasi: - 9Cr18Mo kurang rentan terhadap transformasi yang tidak lengkap (austenit yang tersisa) di penampang yang lebih besar karena kemampuan pengerasan yang lebih baik. - Kimia karbida di 9Cr18Mo seringkali lebih stabil di lingkungan korosif.

4. Sifat Mekanik

Sifat mekanik sangat bergantung pada perlakuan panas. Tabel di bawah ini memberikan rentang tipikal setelah pendinginan & pemanasan yang digunakan untuk perbandingan spesifikasi (konsultasikan sertifikat uji pabrik untuk pengadaan).

Sifat	9Cr18 (rentang tipikal)	9Cr18Mo (rentang tipikal)
Kekuatan tarik (MPa)	900 – 1600	900 – 1650
Kekuatan luluh (MPa)	600 – 1400	600 – 1450
Peregangan (%)	6 – 18	6 – 18
Ketangguhan impak (J, Charpy)	rendah–sedang; tergantung pada pemanasan	sebanding atau sedikit lebih baik (ketangguhan melalui ketebalan yang lebih baik di bagian yang lebih tebal)
Kekerasan (HRC)	48 – 63 (tergantung pada pemanasan)	48 – 63 (dapat mencapai serupa atau sedikit lebih tinggi pada pemanasan yang sama karena Mo)

Penjelasan: - Kedua kelas dapat mencapai kekerasan dan kekuatan tarik yang sangat tinggi ketika sepenuhnya dikeraskan; peningkatan kecil dalam kemampuan pengerasan dari Mo membantu mempertahankan kekuatan di bagian yang lebih tebal. - Ketangguhan dipengaruhi oleh praktik pemanasan dan distribusi karbida; molibdenum seringkali sedikit meningkatkan ketangguhan dan mengurangi risiko embrittlement pemanasan dalam beberapa rezim. - Peregangan dibatasi oleh karbon tinggi; keduanya kurang ulet dibandingkan baja tahan karat karbon rendah.

5. Kemampuan Pengelasan

Kemampuan pengelasan baja tahan karat martensitik karbon tinggi adalah tantangan karena kandungan karbon dan kemampuan pengerasannya.

Rumus prediktif yang relevan: - Setara karbon (IIW):
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (untuk memprediksi kerentanan retak dingin):
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi (kualitatif): - Kedua kelas memiliki $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang tinggi relatif terhadap baja karbon rendah, menunjukkan kecenderungan tinggi untuk pembentukan martensit di HAZ dan risiko retak dingin tanpa pemanasan awal dan pendinginan yang terkontrol. - 9Cr18Mo, karena tambahan Mo, akan memiliki kontribusi setara karbon yang sedikit lebih tinggi dari istilah $(Cr+Mo+V)/5$; namun, Mo juga meningkatkan kemampuan pengerasan yang dapat meningkatkan risiko HAZ yang keras dan rapuh. Secara praktis, prosedur pengelasan untuk keduanya memerlukan pemanasan awal, kontrol suhu antar lapisan, bahan konsumsi hidrogen rendah, dan pemanasan pasca pengelasan di mana permintaan layanan memerlukan ketangguhan. - Untuk banyak aplikasi, pemesinan dan pengencangan mekanis atau brazing digunakan untuk menghindari pengelasan. Jika pengelasan diperlukan, persiapan tepi, pemanasan awal, dan PWHT harus ditentukan.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

Catatan tahan karat vs tidak tahan karat: - Kedua kelas adalah tahan karat berdasarkan kandungan Cr tetapi tidak tahan korosi pada tingkat yang sama seperti baja tahan karat austenitik atau duplex di lingkungan klorida.

Prediksi ketahanan pitting (PREN): - Untuk paduan di mana PREN informatif:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - Aplikasi: PREN terutama digunakan untuk baja tahan karat austenitik dan duplex. Untuk baja martensitik seperti 9Cr18 dan 9Cr18Mo, PREN dapat memberikan indikasi ketahanan pitting relatif; istilah Mo secara signifikan meningkatkan PREN, sehingga 9Cr18Mo akan menunjukkan ketahanan yang lebih baik terhadap korosi lokal (terutama pitting dan celah) dibandingkan 9Cr18 pada kandungan Cr yang sama.

Panduan praktis: - 9Cr18 menawarkan ketahanan korosi umum yang baik di atmosfer yang sedikit korosif dan biasanya digunakan apa adanya untuk bilah dan bagian yang mengalami aus. - 9Cr18Mo memberikan ketahanan yang lebih baik terhadap pitting, serangan celah, dan retak korosi stres di lingkungan yang mengandung klorida — berharga di mana paparan permukaan terhadap garam atau media asam diharapkan. - Untuk lingkungan yang agresif, pertimbangkan perlakuan pasivasi, pelapisan permukaan (misalnya, elektropolishing, pelapisan konversi), atau menentukan keluarga tahan karat dengan ketahanan korosi umum yang lebih tinggi. - Ketika perlindungan korosi melalui pelapisan dipilih: galvanisasi biasanya tidak digunakan untuk bagian baja tahan karat martensitik yang dikeraskan yang dimaksudkan untuk aus; cat, pelapisan konversi, atau lapisan tipis yang dilapisi lebih umum untuk perlindungan umum.

7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan

• Kemudahan pemesinan: Baja tahan karat martensitik karbon tinggi lebih sulit untuk diproses dalam kondisi dikeraskan. Pemesinan biasanya dilakukan dalam kondisi yang dinormalisasi. Ukuran dan distribusi karbida mempengaruhi penggilingan dan umur alat; karbida yang mengandung Mo dalam 9Cr18Mo mungkin memerlukan pertimbangan alat yang sedikit berbeda.
• Kemudahan pembentukan: Terbatas dalam kondisi dikeraskan. Pembengkokan dan pembentukan harus dilakukan dalam kondisi yang dinormalisasi atau dinormalisasi untuk menghindari retak. Perlakuan panas setelah pembentukan dan siklus pendinginan/pemanasan umum.
• Penyelesaian permukaan: Keduanya dapat dipoles hingga hasil akhir yang cerah; 9Cr18Mo mungkin mempertahankan tepi yang lebih halus dan polesan karena distribusi karbida dan kemampuan pengerasan yang sedikit lebih tinggi.
• Pertimbangan perlakuan panas untuk fabrikasi: anneal untuk pembentukan, kemudian pengerasan/pemanasan. Hindari pendinginan cepat setelah pengelasan; pendinginan yang terkontrol dan PWHT disarankan.

8. Aplikasi Tipikal

9Cr18 (penggunaan umum)	9Cr18Mo (penggunaan umum)
Baja pisau dan bilah (peralatan makan)	Bilah pisau dan peralatan makan di mana ketahanan pitting dalam layanan basah atau asin penting
Bantalan bola, cincin aus untuk pompa (dalam fluida yang kurang agresif)	Katup, komponen pompa yang terpapar fluida yang mengandung klorida
Tempat duduk katup, bagian pemangkasan	Komponen yang memerlukan kekerasan melalui ketebalan yang lebih tinggi (bagian yang lebih tebal)
Instrumen bedah (di mana korosi sterilisasi terbatas)	Bagian industri kimia dengan paparan klorida yang tidak teratur
Spring dan bagian kecil yang aus (di mana kekerasan tinggi diperlukan)	Komponen yang mengalami aus tinggi yang juga memerlukan ketahanan korosi lokal yang lebih baik

Rasional pemilihan: - Pilih 9Cr18 ketika sensitivitas biaya dan ketahanan korosi umum dapat diterima, dan ketika aplikasi terutama didorong oleh aus atau kekerasan di lingkungan yang bersahabat. - Pilih 9Cr18Mo ketika karakteristik kekerasan/aus yang sama diperlukan tetapi lingkungan mencakup klorida atau kondisi asam, atau ketika bagian yang lebih tebal memerlukan kemampuan pengerasan yang lebih baik untuk mencapai sifat yang seragam.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya relatif: 9Cr18 biasanya lebih murah daripada 9Cr18Mo karena elemen paduan tambahan (Mo) dan metalurgi yang sedikit lebih kompleks. Perbedaan biaya tergantung pada kandungan Mo, harga pasar Mo, dan pemrosesan pabrik.
• Ketersediaan: Kedua kelas biasanya tersedia dalam bentuk batang, pelat, dan strip dari pabrik dan distributor stainless khusus. 9Cr18 lebih banyak tersedia sebagai kelas martensitik komoditas; 9Cr18Mo mungkin diproduksi berdasarkan pesanan di beberapa pasar atau disimpan di tempat di mana permintaan untuk baja tahan karat martensitik yang mengandung Mo ada.
• Bentuk produk: batang, tempa, blanko, dan stok strip/datar presisi adalah umum. Kondisi keras atau dinormalisasi yang selesai akan mempengaruhi waktu pengiriman.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel ringkasan (penilaian kualitatif: Baik / Sedang / Buruk)

Metrik	9Cr18	9Cr18Mo
Kemampuan pengelasan	Sedang–Buruk	Sedang–Buruk (memerlukan pemanasan awal/PWHT)
Kekuatan–Ketangguhan (setelah-HT)	Kekuatan tinggi, ketangguhan sedang	Kekuatan tinggi, ketangguhan sedikit lebih baik di bagian yang lebih tebal
Ketahanan korosi lokal	Sedang	Lebih baik (ketahanan pitting/celah yang lebih baik)
Biaya	Lebih rendah	Lebih tinggi
Ketersediaan	Tersedia luas	Tersedia luas tetapi kadang lebih khusus

Rekomendasi: - Pilih 9Cr18 jika Anda memerlukan baja tahan karat martensitik yang hemat biaya dengan kekerasan tinggi dan ketahanan aus untuk aplikasi di lingkungan yang relatif bersahabat, atau di mana geometri bagian tipis dan seragam sehingga pengerasan standar menghasilkan sifat yang dapat diterima. - Pilih 9Cr18Mo jika komponen akan beroperasi di lingkungan dengan paparan klorida atau risiko korosi lokal, atau jika bagian yang lebih tebal memerlukan kemampuan pengerasan yang lebih baik untuk mencapai transformasi martensitik yang seragam dan sifat mekanik di seluruh penampang.

Catatan pengadaan akhir: Selalu tentukan rentang komposisi yang tepat, bentuk produk, dan keadaan perlakuan panas pada pesanan pembelian. Minta sertifikat pabrik dan, jika perlu, spesifikasi prosedur pengelasan (termasuk pemanasan awal dan PWHT) serta catatan pengujian korosi atau pasivasi untuk aplikasi kritis.