Baja Stainless Martensitik: Properti dan Aplikasi Utama
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Baja tahan karat martensitik adalah kategori unik dari baja tahan karat yang ditandai oleh kekuatan dan kekerasannya yang tinggi, dicapai melalui proses perlakuan panas tertentu. Diklasifikasikan terutama sebagai baja karbon tinggi, baja tahan karat martensitik umumnya mengandung 12-18% kromium dan jumlah karbon yang bervariasi, yang bisa berkisar dari 0.1% hingga lebih dari 1.0%. Unsur paduan utama, kromium dan karbon, secara signifikan mempengaruhi mikrostruktur dan sifat baja, yang menghasilkan karakteristik khasnya.
Gambaran Umum
Baja tahan karat martensitik terutama dikenal karena sifat mekaniknya yang luar biasa, termasuk kekuatan tarik dan kekerasan yang tinggi, menjadikannya cocok untuk aplikasi yang memerlukan daya tahan dan ketahanan aus. Struktur martensitik, yang terbentuk melalui pendinginan cepat (quenching) dari fase austenitik, menghasilkan baja yang dapat diperkeras secara signifikan. Kelas baja ini sering digunakan dalam aplikasi di mana kekuatan dan ketahanan korosi sangat penting, seperti dalam pembuatan alat potong, instrumen bedah, dan berbagai komponen di industri aerospace dan otomotif.
Kelebihan:
- Kekuatan dan Kekerasan Tinggi: Baja tahan karat martensitik dapat mencapai tingkat kekerasan tinggi, menjadikannya ideal untuk aplikasi pemotongan dan tahan aus.
- Ketahanan Korosi yang Baik: Meskipun tidak sekuat kelas austenitik dalam ketahanan korosi, baja tahan karat martensitik tetap menawarkan ketahanan yang wajar terhadap oksidasi dan korosi dalam kondisi tertentu.
- Dapat Diperlakukan Panas: Kemampuan untuk diperlakukan panas memungkinkan untuk sifat mekanik yang disesuaikan sesuai dengan aplikasi tertentu.
Terbatas:
- Kekakuan yang Lebih Rendah: Dibandingkan dengan baja tahan karat austenitik, kelas martensitik bisa lebih rapuh, terutama dalam keadaan yang diperkeras.
- Masalah Las: Baja tahan karat martensitik bisa sulit untuk dilas karena kerentanannya terhadap retak dan distorsi selama proses pengelasan.
- Ketahanan Korosi: Meskipun mereka memiliki beberapa ketahanan korosi, mereka tidak cocok untuk lingkungan yang sangat korosif, terutama yang melibatkan klorida.
Secara historis, baja tahan karat martensitik telah memainkan peran penting dalam pengembangan bahan berkinerja tinggi, dengan aplikasi yang berasal dari awal abad ke-20 dalam produksi alat makan dan instrumen bedah.
Nama Alternatif, Standard, dan Ekivalen
| Organisasi Standar | Penunjukan/Kelas | Negara/Wilayah Asal | Catatan/Keterangan |
|---|---|---|---|
| UNS | S41000 | USA | Setara terdekat dengan AISI 410 |
| AISI/SAE | 410 | USA | Umumnya digunakan untuk alat makan dan instrumen bedah |
| ASTM | A240 | USA | Spesifikasi standar untuk pelat, lembaran, dan strip baja tahan karat kromium dan kromium-nikel |
| EN | 1.4006 | Eropa | Setara dengan AISI 410, perbedaan komposisi minor |
| JIS | SUS 410 | Jepang | Sifat mirip dengan AISI 410 |
| ISO | 410S | Internasional | Penunjukan untuk baja tahan karat martensitik dengan kandungan karbon lebih rendah |
Perbedaan halus antara kelas setara, seperti variasi dalam kandungan karbon atau unsur paduan tambahan, dapat secara signifikan mempengaruhi karakteristik kinerja baja, terutama dalam hal kekerasan, ketahanan korosi, dan kemampuan pengelasan.
Sifat Utama
Komposisi Kimia
| Unsur (Simbol dan Nama) | Rentang Persentase (%) |
|---|---|
| C (Karbon) | 0.08 - 1.00 |
| Cr (Kromium) | 12.0 - 18.0 |
| Ni (Nikel) | 0.0 - 2.0 |
| Mo (Molybdenum) | 0.0 - 1.0 |
| Mn (Mangan) | 0.0 - 1.0 |
| Si (Silikon) | 0.0 - 1.0 |
| P (Fosfor) | ≤ 0.04 |
| S (Belerang) | ≤ 0.03 |
Peran utama unsur paduan kunci dalam baja tahan karat martensitik mencakup:
- Karbon (C): Meningkatkan kekerasan dan kekuatan melalui pembentukan martensit selama perlakuan panas.
- Kromium (Cr): Meningkatkan ketahanan korosi dan berkontribusi pada pembentukan lapisan oksida pasif.
- Nikel (Ni): Meningkatkan ketangguhan dan keuletan, meskipun hadir dalam jumlah yang lebih rendah dibandingkan kelas austenitik.
- Molybdenum (Mo): Meningkatkan ketahanan terhadap korosi pitting dan celah, terutama di lingkungan klorida.
Sifat Mekanik
| Sifat | Kondisi/Temper | Suhu Uji | Nilai/Rentang Tipikal (Metrik) | Nilai/Rentang Tipikal (Imperial) | Standar Referensi untuk Metode Uji |
|---|---|---|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | Quenched & Tempered | Suhu Ruang | 600 - 900 MPa | 87 - 130 ksi | ASTM E8 |
| Kekuatan Lebur (offset 0.2%) | Quenched & Tempered | Suhu Ruang | 400 - 700 MPa | 58 - 102 ksi | ASTM E8 |
| Peregangan | Quenched & Tempered | Suhu Ruang | 10 - 20% | 10 - 20% | ASTM E8 |
| Kekerasan (HRC) | Quenched & Tempered | Suhu Ruang | 40 - 55 HRC | 40 - 55 HRC | ASTM E18 |
| Kekuatan Impak (Charpy) | Quenched & Tempered | -20°C (-4°F) | 30 - 50 J | 22 - 37 ft-lbf | ASTM E23 |
Kombinasi kekuatan tarik dan kekerasan yang tinggi membuat baja tahan karat martensitik cocok untuk aplikasi yang memerlukan ketahanan terhadap beban mekanik dan integritas struktural. Kemampuannya untuk mempertahankan kekuatan pada suhu tinggi juga berkontribusi pada fleksibilitasnya dalam berbagai aplikasi rekayasa.
Sifat Fisik
| Sifat | Kondisi/Suhu | Nilai (Metrik) | Nilai (Imperial) |
|---|---|---|---|
| Kepadatan | - | 7.7 g/cm³ | 0.278 lb/in³ |
| Titik Leleh | - | 1400 - 1450 °C | 2552 - 2642 °F |
| Kondusivitas Termal | 20°C | 25 W/m·K | 17.3 BTU·in/h·ft²·°F |
| Kapasitas Kalor Spesifik | 20°C | 500 J/kg·K | 0.12 BTU/lb·°F |
| Resistivitas Listrik | 20°C | 0.7 µΩ·m | 0.0000007 Ω·ft |
| Koefisien Perluasan Termal | 20-100°C | 16.5 µm/m·K | 9.2 µin/in·°F |
Sifat fisik kunci seperti kepadatan dan titik leleh sangat penting untuk aplikasi yang memerlukan berat dan manajemen termal tertentu. Kondusivitas termal menunjukkan seberapa baik material dapat menghilangkan panas, yang sangat penting dalam aplikasi suhu tinggi.
Ketahanan Korosi
| Agen Korosif | Konsentrasi (%) | Suhu (°C/°F) | Peringkat Ketahanan | Catatan |
|---|---|---|---|---|
| Klorida | 3-10 | 20-60 (68-140) | Cukup | Rentan terhadap pitting |
| Asam Sulfat | 10-30 | 20-60 (68-140) | Buruk | Tidak direkomendasikan |
| Asam Asetat | 5-20 | 20-60 (68-140) | Baik | Ketahanan moderat |
| Air Laut | - | 20-60 (68-140) | Cukup | Risiko korosi celah |
Baja tahan karat martensitik menunjukkan ketahanan korosi moderat, terutama di lingkungan dengan klorida, di mana ia rentan terhadap pitting dan retak korosi stres (SCC). Dibandingkan dengan kelas austenitik, kuten baja tahan karat 304 atau 316, kelas martensitik lebih sedikit tahan terhadap lingkungan korosif, sehingga membuatnya kurang cocok untuk aplikasi marin atau lingkungan pemrosesan kimia.
Ketahanan Panas
| Sifat/Batas | Suhu (°C) | Suhu (°F) | Keterangan |
|---|---|---|---|
| Suhu Layanan Kontinu Maks | 300 | 572 | Di atas suhu ini, oksidasi meningkat |
| Suhu Layanan Intermiten Maks | 400 | 752 | Paparan jangka pendek saja |
| Suhu Skala | 600 | 1112 | Risiko pembentukan skala di atas suhu ini |
| Penguatan Creeping dimulai | 500 | 932 | Creep bisa menjadi masalah |
Pada suhu tinggi, baja tahan karat martensitik dapat mengalami oksidasi dan kehilangan sifat mekaniknya. Suhu layanan kontinu maksimum sangat penting untuk aplikasi yang melibatkan panas, karena paparan yang berkepanjangan dapat menyebabkan penurunan integritas material.
Sifat Fabrikasi
Kemampuan Pengelasan
| Proses Pengelasan | Logam Pengisi yang Direkomendasikan (Klasifikasi AWS) | Gas/Fluks Pelindung Tipikal | Catatan |
|---|---|---|---|
| TIG | ER410 | Argon | Pemanasan awal disarankan |
| MIG | ER410 | Campuran Argon + CO2 | Perlakuan panas pasca las disarankan |
| Stick (SMAW) | E410 | - | Membutuhkan kontrol yang hati-hati |
Baja tahan karat martensitik bisa sulit untuk dilas karena kerentanannya terhadap retakan. Pemanasan sebelum pengelasan dan perlakuan panas setelah pengelasan seringkali diperlukan untuk meredakan stres dan mencegah cacat. Pemilihan logam pengisi sangat penting untuk memastikan kompatibilitas dan menjaga sifat yang diinginkan.
Kemampuan Mesin
| Parameter Pemesinan | Baja Tahan Karat Martensitik | Baja Referensi (AISI 1212) | Catatan/Tip |
|---|---|---|---|
| Indeks Kemampuan Pemesinan Relatif | 60 | 100 | Membutuhkan alat yang tajam |
| Kecepatan Pemotongan Tipikal | 20-30 m/menit | 40-50 m/menit | Penggunaan pendingin sangat penting |
Kemampuan pemesinan baja tahan karat martensitik adalah sedang; ia membutuhkan pemilihan alat pemotong dan parameter yang hati-hati untuk menghindari keausan yang berlebihan. Penggunaan alat baja kecepatan tinggi atau karbida disarankan untuk kinerja optimal.
Formabilitas
Baja tahan karat martensitik tidak seformable seperti kelas austenitik karena kekuatan dan kekerasan yang tingginya. Pembentukan dingin dapat dilakukan, tetapi perlu diperhatikan untuk menghindari retak. Pembentukan panas mungkin dilakukan tetapi membutuhkan kontrol suhu yang tepat untuk mempertahankan sifat yang diinginkan.
Perlakuan Panas
| Proses Perlakuan | Rentang Suhu (°C/°F) | Waktu Perendaman Tipikal | Metode Pendinginan | Tujuan Utama / Hasil yang Diharapkan |
|---|---|---|---|---|
| Annealing | 800-1000 / 1472-1832 | 1-2 jam | Udara atau air | Mengurangi kekerasan, meningkatkan keuletan |
| Quenching | 1000-1100 / 1832-2012 | - | Air atau minyak | Penguatan |
| Tempering | 300-700 / 572-1292 | 1 jam | Udara | Mengurangi rapuh, meningkatkan ketangguhan |
Proses perlakuan panas secara signifikan mengubah mikrostruktur baja tahan karat martensitik, meningkatkan kekerasan dan kekuatannya sambil memungkinkan penyesuaian dalam ketangguhan. Transformasi dari austenit menjadi martensit selama quenching sangat penting untuk mencapai sifat mekanik yang diinginkan.
Aplikasi dan Penggunaan Akhir yang Umum
| Industri/Sektor | Contoh Aplikasi Spesifik | Sifat Baja Kunci yang Digunakan dalam Aplikasi Ini | Alasan Pemilihan |
|---|---|---|---|
| Aerospace | Komponen pesawat | Kekuatan tinggi, ketahanan terhadap kelelahan | Penting untuk keselamatan dan kinerja |
| Kedokteran | Instrumen bedah | Ketahanan korosi, kekerasan | Sterilisasi dan daya tahan diperlukan |
| Otomotif | Komponen mesin | Ketahanan aus, kinerja suhu tinggi | Keandalan di bawah stres |
| Minyak & Gas | Komponen katup | Ketahanan korosi, kekuatan | Lingkungan keras membutuhkan material yang tahan lama |
Aplikasi lain termasuk:
- Alat makan: Kekerasan tinggi untuk mempertahankan tepi.
- Koneksi: Kekuatan dan ketahanan korosi di berbagai lingkungan.
- Pompa dan katup: Daya tahan dalam fluida korosif.
Baja tahan karat martensitik dipilih untuk aplikasi ini karena kombinasi unik dari kekuatan, kekerasan, dan ketahanan korosi moderat, menjadikannya cocok untuk lingkungan yang menuntut.
Pertimbangan Penting, Kriteria Pemilihan, dan Wawasan Lanjutan
| Fitur/Sifat | Baja Tahan Karat Martensitik | Baja Tahan Karat AISI 304 | Baja Tahan Karat AISI 316 | Catatan Singkat Pro/Kon atau Trade-off |
|---|---|---|---|---|
| Sifat Mekanik Utama | Kekuatan tinggi | Keuletan baik | Ketahanan korosi yang sangat baik | Martensitik lebih kuat tetapi kurang ulet |
| Aspek Korosi Utama | Ketahanan moderat | Ketahanan yang sangat baik | Ketahanan yang superior | Martensitik kurang cocok untuk lingkungan korosif |
| Kemampuan Las | Menantang | Baik | Baik | Martensitik memerlukan lebih banyak perhatian dalam pengelasan |
| Kemampuan Mesin | Sedang | Baik | Sedang | Martensitik membutuhkan alat yang lebih tajam |
| Formabilitas | Terbatas | Sangat baik | Baik | Martensitik kurang formable |
| Biaya Relatif Aproksimasi | Sedang | Sedang | Lebih tinggi | Biaya bervariasi dengan unsur paduan |
| Ketersediaan Tipikal | Umum | Sangat umum | Umum | Ketersediaan dapat mempengaruhi waktu proyek |
Ketika memilih baja tahan karat martensitik, pertimbangan meliputi kebutuhan mekanik dan ketahanan korosi spesifik aplikasi, kebutuhan untuk pengelasan atau pemesinan, dan efektivitas biaya. Sifat uniknya membuatnya cocok untuk aplikasi khusus, tetapi perhatian yang cermat harus diberikan pada batasannya, terutama dalam lingkungan korosif dan selama proses fabrikasi.