9Cr18Mo vs 9Cr18MoV – Komposisi, Perlakuan Panas, Properti, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
9Cr18Mo dan 9Cr18MoV adalah baja tahan karat martensitik yang umum ditemui dalam komponen di mana keseimbangan antara kekerasan, ketahanan aus, dan ketahanan korosi diperlukan—contohnya termasuk alat pemotong, bagian yang aus, komponen katup, dan beberapa pengikat. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering mempertimbangkan trade-off antara biaya, kemampuan mesin, kemampuan pengelasan, ketangguhan, dan kinerja aus layanan saat memilih antara dua jenis ini.
Perbedaan teknis utama adalah penambahan vanadium secara sengaja dalam 9Cr18MoV untuk menghasilkan karbida vanadium yang keras dan stabil untuk meningkatkan ketahanan aus abrasif dan adhesif serta meningkatkan ketahanan tempering. Kedua jenis memiliki matriks karbon tinggi dan kromium tinggi yang menghasilkan mikrostruktur martensitik setelah pendinginan dan tempering, tetapi kimia yang dimodifikasi vanadium mengubah jenis karbida, kemampuan pengerasan, dan batas praktis perlakuan panas dan fabrikasi.
1. Standar dan Penunjukan
- Sistem standar umum di mana paduan stainless martensitik serupa muncul: GB (standar nasional Tiongkok), JIS (Jepang), EN (Eropa), ASTM/ASME (Amerika Serikat). Banyak penunjukan produk komersial (misalnya, nama yang diturunkan dari 9Cr18) ditemukan dalam spesifikasi vendor GB atau proprietary daripada nama tipe ASTM tunggal.
- Klasifikasi:
- Kedua 9Cr18Mo dan 9Cr18MoV adalah baja tahan karat martensitik (baja alat/pisau tahan karat).
- Mereka bukan baja HSLA atau baja karbon konvensional; mereka termasuk dalam kategori alat/pisau tahan karat dengan karbon tinggi dan kromium sedang hingga tinggi.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel: keberadaan kualitatif elemen kunci (Tinggi / Sedang / Rendah / Jejak / Tambahan)
| Elemen | 9Cr18Mo | 9Cr18MoV |
|---|---|---|
| C (Karbon) | Tinggi (elemen pengerasan utama) | Tinggi (elemen pengerasan utama) |
| Mn (Mangan) | Rendah–Sedang (deoksidator, sedikit mempengaruhi kemampuan pengerasan) | Rendah–Sedang |
| Si (Silikon) | Rendah (deoksidator) | Rendah |
| P (Fosfor) | Jejak (pengendalian kotoran) | Jejak |
| S (Belerang) | Jejak (sering dikurangi untuk kelas kinerja) | Jejak |
| Cr (Kromium) | Tinggi (pasivitas tahan karat, pembentuk karbida) | Tinggi |
| Ni (Nikel) | Rendah–Jejak (biasanya minimal) | Rendah–Jejak |
| Mo (Molybdenum) | Sedang (meningkatkan ketahanan korosi dan pengerasan sekunder) | Sedang |
| V (Vanadium) | Jejak/Tidak ada (tidak ditambahkan secara sengaja) | Ditambahkan (pembeda kunci) |
| Nb (Niobium) | Jejak/Tidak ada | Jejak/Tidak ada |
| Ti (Titanium) | Jejak/Tidak ada | Jejak/Tidak ada |
| B (Boron) | Jejak (jika ada untuk pengendalian pengerasan) | Jejak |
| N (Nitrogen) | Jejak (terbatas; mempengaruhi kinerja tahan karat) | Jejak |
Catatan: - Nomenklatur komersial "9Cr18" yang khas menunjukkan baja karbon tinggi (~0.8–1.0 wt.% rentang) dan baja kromium tinggi (~13–18 wt.% rentang); awalan numerik secara konvensional terkait dengan kandungan karbon dan kromium dalam beberapa sistem nasional. Rentang nominal yang tepat harus diperoleh dari pemasok atau standar yang berlaku. - Strategi paduan: karbon menetapkan kekerasan setelah pendinginan; kromium memberikan ketahanan korosi dan membentuk karbida kaya kromium; molybdenum meningkatkan ketahanan korosi dan berkontribusi pada pengerasan sekunder; vanadium membentuk karbida V yang sangat keras dan halus yang meningkatkan ketahanan abrasi dan stabilitas tempering.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
- Mikrostruktur dasar (setelah austenitisasi dan pendinginan yang tepat): terutama martensit ditambah dispersi karbida (karbida kaya Cr, dan dalam varian yang mengandung vanadium, karbida kaya V). Matriks adalah martensit yang telah ditemper setelah siklus tempering.
- 9Cr18Mo: karbida cenderung kaya kromium (misalnya, M23C6 atau karbida kromium kompleks serupa) bersama dengan beberapa fase yang mengandung Mo. Tempering menghasilkan pengasahan karbida pada suhu yang lebih tinggi, yang mengurangi kekerasan tetapi dapat meningkatkan ketangguhan.
- 9Cr18MoV: vanadium mendorong pembentukan karbida vanadium halus (VC) yang stabil secara termal dan tahan terhadap pengasahan; ini memperhalus distribusi karbida, meningkatkan ketahanan aus dan meningkatkan ketahanan tempering—yaitu, kelas ini mempertahankan kekerasan lebih baik selama tempering suhu tinggi (perilaku pengerasan sekunder dari Mo dan V).
- Rute perlakuan panas yang khas:
- Austenitisasi (larut) pada suhu spesifik kelas untuk melarutkan karbida sesuai kebutuhan dan membentuk austenit yang homogen.
- Pendinginan (minyak atau udara tergantung pada ukuran bagian dan kemampuan pengerasan) untuk membentuk martensit.
- Tempering pada suhu yang terkontrol: temper rendah untuk kekerasan maksimum; temper lebih tinggi untuk meningkatkan ketangguhan. 9Cr18MoV dapat mentolerir tempering yang lebih tinggi tanpa kehilangan banyak kekerasan karena efek VC dan Mo yang halus.
- Proses termo-mekanis: penggulungan yang terkontrol dan pendinginan yang dipercepat dapat memperhalus ukuran butir austenit sebelumnya dan meningkatkan ketangguhan; mikro-paduan vanadium dapat lebih mempengaruhi pengendalian ukuran butir melalui penahanan carbo-nitride jika ada.
4. Sifat Mekanis
Tabel: perbandingan kualitatif sifat mekanis (kinerja relatif)
| Sifat | 9Cr18Mo | 9Cr18MoV |
|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | Tinggi | Sedikit lebih tinggi (karena karbida yang lebih halus dan peningkatan kemampuan pengerasan) |
| Kekuatan Luluh | Tinggi | Sedikit lebih tinggi |
| Peregangan (duktilitas) | Sedang–Rendah | Sedikit lebih rendah (karena lebih banyak presipitasi karbida) |
| Ketangguhan Impak | Lebih baik (relatif) | Lebih rendah (trade-off untuk aus) |
| Kekerasan (dikeraskan & ditemper) | Tinggi | Lebih tinggi (dioptimalkan untuk aus; mempertahankan kekerasan saat tempering) |
Penjelasan: - Kedua jenis mencapai kekerasan tinggi setelah pendinginan karena kandungan karbon yang tinggi. Kelas yang mengandung vanadium biasanya mencapai nilai tarik dan kekerasan yang sama atau lebih tinggi untuk jadwal perlakuan panas tertentu karena partikel VC memperhalus mikrostruktur dan tahan terhadap pelunakan selama tempering. - Peningkatan kekerasan dan fraksi volume karbida umumnya mengurangi duktilitas dan ketangguhan impak; oleh karena itu 9Cr18MoV cenderung mengorbankan beberapa ketangguhan untuk ketahanan aus.
5. Kemampuan Pengelasan
Kemampuan pengelasan baja tahan karat martensitik karbon tinggi adalah tantangan dan harus dikelola dengan pemanasan awal yang tepat, suhu antar proses, dan perlakuan panas pasca pengelasan (PWHT). Dua metrik setara karbon yang umum digunakan untuk penilaian kualitatif:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
dan
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi: - Karbon tinggi ditambah Cr, Mo, atau V yang signifikan meningkatkan nilai $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$, yang berkorelasi dengan peningkatan kemampuan pengerasan dan risiko retak dingin yang lebih tinggi di zona terpengaruh panas pengelasan. - 9Cr18MoV, yang mengandung vanadium, umumnya akan menunjukkan nilai setara karbon efektif yang sedikit lebih tinggi untuk komposisi tertentu dibandingkan 9Cr18Mo, meningkatkan kebutuhan pemanasan awal dan PWHT. - Tindakan praktis: gunakan elektroda atau logam pengisi rendah hidrogen yang sesuai dengan komposisi stainless martensitik, terapkan pemanasan awal untuk memperlambat pendinginan, kontrol suhu antar proses, dan lakukan PWHT (tempering) untuk mengurangi stres sisa dan mengurangi kekerasan di HAZ. Untuk pengelasan perbaikan di mana PWHT penuh tidak praktis, pertimbangkan metode penyambungan alternatif (pengikatan mekanis, brazing, atau menggunakan paduan pengisi yang lebih duktil dengan hati-hati).
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Ketahanan korosi: kedua jenis adalah baja tahan karat dengan ketahanan sedang hingga baik di udara dan lingkungan ringan karena kandungan kromium. Mereka tidak mendekati ketahanan korosi baja tahan karat austenitik (misalnya, 304/316) di media agresif.
- PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) umumnya digunakan untuk stainless austenitik/dupleks dengan nitrogen signifikan; rumusnya adalah:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Untuk 9Cr18Mo dan 9Cr18MoV, PREN memiliki utilitas terbatas karena kandungan nitrogen rendah dan mikrostruktur martensitik; kinerja korosi didominasi oleh kandungan kromium dan distribusi karbida (presipitasi karbida dapat secara lokal mengurangi kromium dan mengurangi pasivitas).
- Perlindungan dan saran pemrosesan permukaan:
- Hindari sensitisasi (presipitasi karbida kromium di batas butir) melalui perlakuan larutan yang tepat dan pendinginan cepat ketika ketahanan korosi sangat penting.
- Untuk layanan agresif atau di mana integritas stainless tidak mencukupi, pertimbangkan pelapisan (elektroplating, PVD, krom keras), perlakuan pasivasi, atau penggunaan paduan yang lebih tahan korosi.
- Untuk baja non-tahan karat yang digunakan dalam peran serupa, galvanisasi, pengecatan, atau pelapisan polimer adalah umum; untuk kelas stainless martensitik ini, penyelesaian permukaan (polishing) dan pasivasi adalah hal yang biasa.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Pembentukan
- Pengolahan: kedua jenis lebih mudah diproses saat dikeraskan (lunak) daripada dalam kondisi dikeraskan. Dalam kondisi dikeraskan, keberadaan karbida keras—terutama di 9Cr18MoV—mempercepat keausan alat dan memerlukan alat karbida, kecepatan pemotongan yang lebih rendah, dan umpan yang terkontrol.
- Penggilingan dan penyelesaian: keausan abrasif alat dan roda lebih tinggi untuk baja yang mengandung vanadium; pemilihan media abrasif dan dressing roda yang hati-hati diperlukan.
- Pembentukan/membengkok: terbatas dalam kondisi dikeraskan. Pembentukan dingin hanya dapat dilakukan saat dikeraskan; pembengkokan dan penempaan harus dilakukan sebelum pengerasan dan tempering akhir.
- Perlakuan panas: annealing untuk pembentukan, kemudian siklus perlakuan panas penuh untuk sifat akhir. Penggilingan permukaan dan polishing akhir biasanya dilakukan setelah perlakuan panas karena pengendalian distorsi.
8. Aplikasi Umum
| 9Cr18Mo (Penggunaan Umum) | 9Cr18MoV (Penggunaan Umum) |
|---|---|
| Bilah pisau dan peralatan makan di mana keseimbangan antara ketahanan korosi dan ketangguhan diperlukan | Ujung pemotong, pisau industri, dan bagian aus di mana ketahanan abrasi diprioritaskan |
| Komponen katup dan poros di lingkungan sedang | Ruang bantalan dan selongsong aus di mana ketahanan abrasi sangat penting |
| Pegas dan pengikat yang memerlukan kekuatan tinggi dan perlindungan korosi sedang | Inserts alat yang aus tinggi, bilah pemotong, dan komponen yang terkena aus geser |
Rasional pemilihan: - Pilih 9Cr18Mo ketika keseimbangan yang sedikit lebih baik antara ketangguhan dan ketahanan korosi diperlukan dan ketika kemampuan mesin/pengelasan atau biaya adalah batasan penting. - Pilih 9Cr18MoV ketika ketahanan aus abrasif dan retensi kekerasan saat tempering adalah pendorong desain utama, dan ketika ketangguhan yang sedikit lebih rendah dan biaya alat/pengelasan yang lebih tinggi dapat dibenarkan.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya relatif: 9Cr18MoV biasanya lebih mahal karena penambahan vanadium dan pemrosesan terkait untuk mempertahankan distribusi karbida yang halus; biaya alat dan penyelesaian juga lebih tinggi.
- Ketersediaan: keduanya umumnya tersedia dari pemasok baja tahan karat dan baja alat khusus dalam bentuk batang, lembaran, strip, dan blanko. 9Cr18Mo (yang memiliki kimia yang lebih sederhana) cenderung lebih banyak tersedia di pasar pisau dan perangkat keras komoditas; varian vanadium mungkin tersedia terutama melalui pemasok khusus atau berdasarkan permintaan dalam bentuk produk tertentu.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel yang merangkum trade-off kunci (Kualitatif)
| Atribut | 9Cr18Mo | 9Cr18MoV |
|---|---|---|
| Kemampuan Pengelasan | Lebih baik (tetapi masih terbatas) | Lebih menantang |
| Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Ketangguhan yang lebih baik untuk kekerasan yang sama | Kekuatan dan kekerasan lebih tinggi, ketangguhan lebih rendah |
| Ketahanan Aus | Baik | Superior (aus abrasif/adhesif) |
| Biaya | Lebih rendah | Lebih tinggi |
Rekomendasi: - Pilih 9Cr18Mo jika Anda memerlukan stainless martensitik yang hemat biaya dengan ketangguhan yang wajar, kemampuan mesin yang lebih mudah dalam keadaan dikeraskan, dan ketahanan korosi sedang—cocok untuk pisau umum, katup, dan komponen di mana beberapa duktilitas diperlukan. - Pilih 9Cr18MoV jika masa pakai didominasi oleh aus abrasif atau adhesif dan retensi kekerasan yang lebih tinggi setelah tempering sangat penting—cocok untuk pisau industri, inserts aus, dan komponen di mana retensi kekerasan saat digunakan lebih penting daripada penalti dalam ketangguhan dan biaya fabrikasi.
Catatan praktis akhir: - Selalu minta sertifikat material dan rekomendasi perlakuan panas dari pemasok untuk bentuk produk yang dimaksudkan. - Untuk pengelasan, dapatkan prosedur pemanasan awal, antar proses, dan PWHT yang spesifik dari insinyur pengelasan dan ikuti pengujian kualifikasi prosedur ketika kritis untuk keselamatan. - Prototipe dan validasi jadwal perlakuan panas dan parameter pemesinan pada bagian yang representatif, karena distribusi karbida dan sifat akhir sangat bergantung pada perubahan kecil dalam kimia dan pemrosesan.