9Cr18Mo vs 9Cr18MoV – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

9Cr18Mo e 9Cr18MoV são aços inoxidáveis martensíticos comumente encontrados em componentes onde um equilíbrio entre dureza, resistência ao desgaste e resistência à corrosão é necessário—exemplos incluem ferramentas de corte, peças de desgaste, componentes de válvulas e certos fixadores. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura frequentemente ponderam as compensações entre custo, usinabilidade, soldabilidade, tenacidade e desempenho de desgaste em serviço ao selecionar entre essas duas classes.

A principal distinção técnica é a adição deliberada de vanádio em 9Cr18MoV para gerar carbonetos de vanádio duros e estáveis, melhorando a resistência ao desgaste abrasivo e adesivo e aumentando a resistência ao revenido. Ambas as classes compartilham uma matriz de alto carbono e alto cromo que produz microestruturas martensíticas após têmpera e revenido, mas a química modificada por vanádio altera o tipo de carboneto, a endurecibilidade e os limites práticos de tratamento térmico e fabricação.

1. Normas e Designações

• Sistemas de normas comuns onde ligas inoxidáveis martensíticas semelhantes aparecem: GB (normas nacionais chinesas), JIS (japonesa), EN (europeia), ASTM/ASME (Estados Unidos). Muitas designações de produtos comerciais (por exemplo, nomes derivados de 9Cr18) são encontradas em especificações GB ou de fornecedores proprietários, em vez de um único nome de tipo ASTM.
• Classificação:
• Tanto 9Cr18Mo quanto 9Cr18MoV são aços inoxidáveis martensíticos (aços inoxidáveis para ferramentas/facas).
• Não são aços HSLA ou aços carbono convencionais; pertencem às categorias de ferramentas/facas inoxidáveis com alto carbono e cromo moderado a alto.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

Tabela: presença qualitativa de elementos-chave (Alto / Médio / Baixo / Traço / Adicional)

Elemento	9Cr18Mo	9Cr18MoV
C (Carbono)	Alto (elemento de endurecimento primário)	Alto (elemento de endurecimento primário)
Mn (Manganês)	Baixo–Médio (desoxidante, afeta levemente a endurecibilidade)	Baixo–Médio
Si (Silício)	Baixo (desoxidante)	Baixo
P (Fósforo)	Traço (controle de impurezas)	Traço
S (Enxofre)	Traço (geralmente reduzido para graus de desempenho)	Traço
Cr (Cromo)	Alto (passividade inoxidável, formador de carbonetos)	Alto
Ni (Níquel)	Baixo–Traço (geralmente mínimo)	Baixo–Traço
Mo (Molibdênio)	Médio (melhora a resistência à corrosão e o endurecimento secundário)	Médio
V (Vanádio)	Traço/Nenhum (não adicionado deliberadamente)	Adicionado (diferenciador chave)
Nb (Nióbio)	Traço/Nenhum	Traço/Nenhum
Ti (Titânio)	Traço/Nenhum	Traço/Nenhum
B (Boro)	Traço (se presente para controle de endurecibilidade)	Traço
N (Nitrogênio)	Traço (limitado; afeta o desempenho inoxidável)	Traço

Notas: - A nomenclatura comercial típica "9Cr18" implica aços de alto carbono (~0,8–1,0% em peso) e alto cromo (~13–18% em peso); o prefixo numérico está convencionalmente relacionado ao conteúdo de carbono e cromo em alguns sistemas nacionais. As faixas nominais exatas devem ser obtidas do fornecedor ou da norma aplicável. - Estratégia de liga: o carbono define a dureza como-temperada; o cromo fornece resistência à corrosão e forma carbonetos ricos em cromo; o molibdênio aumenta a resistência à corrosão e contribui para o endurecimento secundário; o vanádio forma carbonetos de V muito duros e finos que aumentam a resistência à abrasão e a estabilidade do revenido.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

• Microestrutura base (após austenitização e têmpera apropriadas): predominantemente martensita mais uma dispersão de carbonetos (carbonetos ricos em Cr, e nas variantes contendo vanádio, carbonetos ricos em V). A matriz é martensita revenida após ciclos de revenido.
• 9Cr18Mo: os carbonetos tendem a ser ricos em cromo (por exemplo, M23C6 ou carbonetos complexos de cromo semelhantes) juntamente com algumas fases contendo Mo. O revenido produz um crescimento de carbonetos em temperaturas mais altas, o que reduz a dureza, mas pode aumentar a tenacidade.
• 9Cr18MoV: o vanádio promove a formação de carbonetos finos de vanádio (VC) que são termicamente estáveis e resistem ao crescimento; isso refina a distribuição de carbonetos, melhorando a resistência ao desgaste e aumentando a resistência ao revenido—ou seja, a classe retém melhor a dureza durante o revenido a temperaturas mais altas (comportamento de endurecimento secundário devido ao Mo e V).
• Caminhos típicos de tratamento térmico:
• Austenitizar (solubilizar) a uma temperatura específica da classe para dissolver carbonetos conforme necessário e formar uma austenita homogênea.
• Têmpera (óleo ou ar, dependendo do tamanho da seção e da endurecibilidade) para formar martensita.
• Revenido a temperaturas controladas: revenido baixo para máxima dureza; revenido mais alto para melhorar a tenacidade. 9Cr18MoV pode tolerar um revenido mais alto sem perder tanta dureza devido aos efeitos finos de VC e Mo.
• Processamento termo-mecânico: laminação controlada e resfriamento acelerado podem refinar o tamanho do grão da austenita anterior e melhorar a tenacidade; a micro-ligação de vanádio pode influenciar ainda mais o controle do tamanho do grão através da fixação de carbo-nitrureto, se presente.

4. Propriedades Mecânicas

Tabela: comparação qualitativa das propriedades mecânicas (desempenho relativo)

Propriedade	9Cr18Mo	9Cr18MoV
Resistência à Tração	Alta	Um pouco mais alta (devido a carbonetos mais finos e maior endurecibilidade)
Resistência ao Esforço	Alta	Um pouco mais alta
Alongamento (ductilidade)	Moderada–Baixa	Um pouco mais baixa (devido a mais precipitação de carbonetos)
Tenacidade ao Impacto	Melhor (relativa)	Menor (compensação para desgaste)
Dureza (endurecido e revenido)	Alta	Mais alta (otimizada para desgaste; retém dureza no revenido)

Explicação: - Ambas as classes alcançam alta dureza como-temperada devido ao elevado teor de carbono. A classe contendo vanádio geralmente atinge valores de tração e dureza iguais ou superiores para um determinado cronograma de tratamento térmico, pois as partículas de VC refinam a microestrutura e resistem ao amolecimento durante o revenido. - O aumento da dureza e a fração de volume de carbonetos geralmente reduzem a ductilidade e a tenacidade ao impacto; portanto, 9Cr18MoV tende a sacrificar alguma tenacidade em favor da resistência ao desgaste.

5. Soldabilidade

A soldabilidade de aços inoxidáveis martensíticos de alto carbono é desafiadora e deve ser gerenciada com pré-aquecimento apropriado, temperatura entre passes e tratamento térmico pós-solda (PWHT). Duas métricas de equivalente de carbono comumente usadas para avaliação qualitativa:

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

e

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

Interpretação: - Alto carbono mais Cr, Mo ou V significativos aumentam tanto os valores de $CE_{IIW}$ quanto de $P_{cm}$, que se correlacionam com maior endurecibilidade e maior risco de trincas a frio na zona afetada pelo calor da solda. - 9Cr18MoV, contendo vanádio, geralmente apresentará um equivalente de carbono efetivo ligeiramente mais alto para uma dada composição do que 9Cr18Mo, aumentando os requisitos de pré-aquecimento e PWHT. - Medidas práticas: use eletrodos de baixo hidrogênio ou metal de adição que corresponda a uma composição inoxidável martensítica, aplique pré-aquecimento para desacelerar o resfriamento, controle a temperatura entre passes e realize PWHT (revenido) para reduzir tensões residuais e diminuir a dureza na HAZ. Para soldagem de reparo onde o PWHT completo é impraticável, considere métodos de união alternativos (fixação mecânica, brasagem ou uso de ligas de enchimento mais dúcteis com cautela).

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Resistência à corrosão: ambas as classes são aços inoxidáveis com resistência moderada a boa em ar e ambientes brandos devido ao teor de cromo. Elas não se aproximam da resistência à corrosão de aços inoxidáveis austeníticos (por exemplo, 304/316) em meios agressivos.
• PREN (Número Equivalente de Resistência à Fissuração) é comumente usado para inoxidáveis austeníticos/duplex com nitrogênio significativo; a fórmula é:

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

• Para 9Cr18Mo e 9Cr18MoV, o PREN tem utilidade limitada porque os teores de nitrogênio são baixos e a microestrutura é martensítica; o desempenho à corrosão é dominado pelo teor de cromo e pela distribuição de carbonetos (a precipitação de carbonetos pode esgotar localmente o cromo e reduzir a passividade).
• Conselhos sobre proteção e processamento de superfície:
• Evite sensibilização (precipitação de carbonetos de cromo nas fronteiras dos grãos) através de tratamento de solução adequado e resfriamento rápido quando a resistência à corrosão é crítica.
• Para serviço agressivo ou onde a integridade inoxidável é insuficiente, considere revestimentos (eletrodeposição, PVD, cromo duro), tratamentos de passivação ou uso de ligas mais resistentes à corrosão.
• Para aços não inoxidáveis usados em funções semelhantes, galvanização, pintura ou revestimentos poliméricos são comuns; para essas classes inoxidáveis martensíticas, o acabamento de superfície (polimento) e a passivação são típicos.

7. Fabricação, Usinabilidade e Formabilidade

• Usinagem: ambas as classes são mais fáceis de usinar quando recozidas (macias) em vez de na condição endurecida. Na condição endurecida, a presença de carbonetos duros—especialmente em 9Cr18MoV—acelera o desgaste das ferramentas e requer ferramentas de carboneto, velocidades de corte mais baixas e alimentações controladas.
• Desbaste e acabamento: o desgaste abrasivo de ferramentas e rodas é maior para aços contendo vanádio; a seleção cuidadosa de mídias abrasivas e o dressagem de rodas são necessários.
• Formação/dobra: limitada na condição endurecida. A formação a frio é viável apenas quando recozida; a dobra e a estampagem devem ser realizadas antes do endurecimento e revenido finais.
• Tratamentos térmicos: recozimento para formação, seguido de ciclo completo de tratamento térmico para propriedades finais. O desbaste de superfície e o polimento final normalmente ocorrem após o tratamento térmico devido ao controle de distorção.

8. Aplicações Típicas

9Cr18Mo (Usos Comuns)	9Cr18MoV (Usos Comuns)
Lâminas de faca e talheres onde um equilíbrio entre resistência à corrosão e tenacidade é necessário	Bordas de corte, facas industriais e peças de desgaste onde a durabilidade abrasiva é priorizada
Componentes de válvula e eixos em ambientes moderados	Raios de rolamento e mangas de desgaste onde a resistência à abrasão é crítica
Molhas e fixadores que requerem alta resistência e proteção moderada contra corrosão	Inserções de ferramentas de alto desgaste, lâminas de cisalhamento e componentes sujeitos a desgaste por deslizamento

Racional de seleção: - Escolha 9Cr18Mo quando um equilíbrio um pouco melhor entre tenacidade e resistência à corrosão for necessário e quando usinabilidade/soldabilidade ou custo forem restrições importantes. - Escolha 9Cr18MoV quando a resistência ao desgaste abrasivo e a retenção de dureza durante o revenido forem os principais impulsionadores de design, e quando uma tenacidade ligeiramente mais baixa e custos de ferramentas/soldagem mais altos puderem ser justificados.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo relativo: 9Cr18MoV é tipicamente mais caro devido à adição de vanádio e ao processamento associado para manter distribuições finas de carbonetos; os custos de ferramentas e acabamento também são mais altos.
• Disponibilidade: ambos estão comumente disponíveis de fornecedores especializados em inoxidáveis e aços para ferramentas em barras, chapas, tiras e blanks. 9Cr18Mo (sendo uma química mais simples) tende a ser mais amplamente estocado em mercados de facas e hardware; a variante de vanádio pode estar disponível principalmente através de fornecedores especializados ou sob solicitação em formas de produtos específicas.

10. Resumo e Recomendação

Tabela resumindo as principais compensações (Qualitativa)

Atributo	9Cr18Mo	9Cr18MoV
Soldabilidade	Melhor (mas ainda restrita)	Mais desafiadora
Equilíbrio Força–Tenacidade	Melhor tenacidade para dureza semelhante	Maior resistência e dureza, menor tenacidade
Resistência ao Desgaste	Boa	Superior (desgaste abrasivo/adesivo)
Custo	Mais baixo	Mais alto

Recomendações: - Escolha 9Cr18Mo se você precisar de um inoxidável martensítico custo-efetivo com tenacidade razoável, usinagem mais fácil no estado recozido e resistência moderada à corrosão—adequado para facas de uso geral, válvulas e componentes onde alguma ductilidade é necessária. - Escolha 9Cr18MoV se a vida útil for dominada por desgaste abrasivo ou adesivo e a retenção de dureza após o revenido for crítica—adequado para facas industriais, inserções de desgaste e componentes onde a retenção de dureza sob uso supera a penalidade em tenacidade e custo de fabricação.

Notas práticas finais: - Sempre solicite certificados de material e recomendações de tratamento térmico do fornecedor para a forma de produto pretendida. - Para soldagem, obtenha procedimentos específicos de pré-aquecimento, entre passes e PWHT de engenheiros de soldagem e siga os testes de qualificação de procedimentos quando críticos para a segurança. - Prototipe e valide cronogramas de tratamento térmico e parâmetros de usinagem em peças representativas, uma vez que a distribuição de carbonetos e as propriedades finais dependem fortemente de pequenas mudanças na química e no processamento.