1Cr13 vs 2Cr13 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur secara rutin menghadapi pilihan antara baja tahan karat dan baja paduan yang sangat terkait di mana perbedaan komposisi kecil memiliki dampak besar pada kinerja dan biaya. Dua kelas yang umum ditemui untuk aplikasi tahan aus, baja tahan karat martensitik adalah 1Cr13 dan 2Cr13. Dilema pemilihan praktis biasanya berpusat pada trade-off antara kekuatan dan ketahanan aus versus ketangguhan, kemampuan pengelasan, dan biaya.

Perbedaan utama antara dua kelas komersial ini terletak pada keseimbangan paduan mereka—terutama tingkat kromium dan karbon—yang mengarah pada perbedaan dalam kemampuan pengerasan, kekerasan yang dapat dicapai, dan kinerja korosi. Karena kedua kelas digunakan dalam keluarga produk yang serupa (katup, poros, bagian pompa, bilah, dan alat), insinyur membandingkannya untuk memutuskan apakah akan memprioritaskan kekuatan dan ketahanan aus yang lebih tinggi atau ketangguhan dan kemudahan fabrikasi yang lebih baik.

1. Standar dan Penunjukan

• Standar umum dan referensi silang di mana kelas dengan kimia serupa dapat muncul:
• GB (Cina): 1Cr13, 2Cr13 (penunjukan Cina umum)
• JIS (Jepang): ekuivalen dekat yang sering dibandingkan dengan seri SUS420 (untuk baja tahan karat martensitik)
• EN / EN ISO: dapat dibandingkan dengan bagian dari seri X12Cr (keluarga baja tahan karat martensitik)

• ASTM/ASME: bukan ekuivalen langsung 1:1, tetapi spesifikasi baja tahan karat martensitik AISI 420 dan lainnya adalah perbandingan fungsional

• Klasifikasi:

• Kedua 1Cr13 dan 2Cr13 adalah baja tahan karat martensitik (tahan karat, dapat dipanaskan). Mereka bukan baja HSLA paduan rendah atau baja alat dalam arti tradisional, meskipun mereka digunakan untuk aplikasi aus dan pemotongan karena kemampuan pengerasannya.

Catatan: rentang numerik yang tepat dan penamaan bervariasi menurut negara dan pabrik; selalu verifikasi dengan sertifikat material pemasok.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tabel berikut menunjukkan rentang komposisi representatif yang digunakan dalam industri untuk kedua kelas. Ini adalah rentang tipikal—spesifikasi dan standar pabrik tertentu harus dikonsultasikan untuk pengadaan atau perhitungan desain.

Elemen	Tipikal 1Cr13 (wt%)	Tipikal 2Cr13 (wt%)
C	0.08 – 0.20	0.15 – 0.30
Mn	≤ 1.0 (tip. 0.3 – 0.8)	≤ 1.0 (tip. 0.3 – 0.8)
Si	≤ 1.0 (tip. 0.2 – 0.8)	≤ 1.0 (tip. 0.2 – 0.8)
P	≤ 0.04	≤ 0.04
S	≤ 0.03	≤ 0.03
Cr	~12.0 – 13.5	~13.0 – 14.5
Ni	≤ 0.3	≤ 0.3
Mo	≤ 0.1	≤ 0.1
V	≤ 0.10	≤ 0.10
Nb / Ti / B	jejak / sering <0.03	jejak / sering <0.03
N	jejak	jejak

Penjelasan tentang bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Karbon meningkatkan kekuatan, kekerasan, ketahanan aus, dan kemampuan pengerasan tetapi mengurangi duktilitas dan kemampuan pengelasan ketika ditingkatkan. - Kromium memberikan ketahanan korosi dan berkontribusi pada kemampuan pengerasan dan respons tempering pada baja tahan karat martensitik; peningkatan bertahap meningkatkan stabilitas film pasif dan retensi kekerasan pada suhu tinggi. - Mangan dan silikon adalah deoksidator dan mempengaruhi kemampuan pengerasan; mangan dalam jumlah berlebih dapat mengurangi ketangguhan. - Paduan mikro minor (V, Nb) dapat memperhalus karbida dan struktur butir, sedikit meningkatkan ketangguhan dan ketahanan creep.

Konsekuensi praktis: 2Cr13 cenderung ditentukan untuk memberikan kekerasan dan ketahanan aus yang lebih tinggi setelah pengerasan, sementara 1Cr13 dipilih di mana ketangguhan yang sedikit lebih baik dan kemudahan fabrikasi diperlukan.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur tipikal: - Dalam kondisi yang dinormalisasi, kedua kelas mengandung ferit ditambah karbida; setelah pendinginan, mereka membentuk martensit dengan karbida kromium yang terdistribusi (M23C6, M7C3, dan semenit tergantung pada kandungan C dan elemen lainnya). - 1Cr13 (C lebih rendah dan Cr sedikit lebih rendah) menghasilkan matriks martensitik dengan karbida yang lebih sedikit dan lebih kecil pada perlakuan panas tertentu, cenderung memberikan ketangguhan yang lebih baik setelah tempering. - 2Cr13 (C lebih tinggi dan sering Cr lebih tinggi) membentuk fraksi volume fase martensitik yang lebih tinggi dan lebih banyak presipitat karbida, memberikan kekerasan dan ketahanan aus yang lebih besar setelah pendinginan tetapi ketangguhan yang lebih rendah.

Respons perlakuan panas: - Rute umum: austenitisasi (biasanya 950–1050 °C tergantung pada ukuran bagian dan komposisi), pendinginan (minyak atau udara untuk bagian tipis), kemudian temper untuk kekerasan/ketangguhan yang ditargetkan. - Normalisasi memperhalus ukuran butir dan dapat meningkatkan kemampuan mesin dan ketangguhan sebelum pendinginan akhir & temper. - Pendinginan dan temper: suhu dan waktu temper mengontrol trade-off antara kekuatan dan ketangguhan. Tempering yang lebih tinggi mengurangi kekerasan tetapi meningkatkan duktilitas dan ketahanan benturan. - Pemrosesan termo-mekanis (penggulungan terkontrol + pendinginan) kurang umum untuk kelas martensitik tahan karat ini tetapi dapat memperhalus mikrostruktur dan meningkatkan ketangguhan.

Catatan praktis: Karena 2Cr13 memiliki karbon/kemampuan pengerasan yang lebih tinggi, ia lebih rentan terhadap martensit keras dan rapuh di bagian tebal dan memerlukan siklus austenitisasi dan tempering yang hati-hati untuk menghindari retak.

4. Sifat Mekanik

Tabel di bawah ini menunjukkan sifat yang dapat dicapai setelah perlakuan pendinginan & temper yang tipikal. Nilai sangat tergantung pada ukuran bagian, parameter perlakuan panas, dan kimia yang tepat; anggap rentang ini sebagai panduan daripada minimum yang dijamin.

Sifat (tipikal setelah Q&T)	1Cr13	2Cr13
Kekuatan tarik (MPa)	600 – 900	700 – 1100
Kekuatan luluh (0.2% offset, MPa)	300 – 700	500 – 950
Peregangan (%)	8 – 18	6 – 14
Dampak Charpy (J, suhu ruang)	sedang (lebih tinggi)	lebih rendah (ketangguhan berkurang)
Kekerasan (HRC)	35 – 54 (tergantung proses)	40 – 58 (dapat mencapai HRC lebih tinggi)

Interpretasi: - 2Cr13 umumnya mencapai kekuatan tarik dan kekerasan yang lebih tinggi karena karbon yang lebih tinggi dan martensit yang lebih keras, dengan mengorbankan duktilitas dan ketangguhan benturan. - 1Cr13 sering dipilih ketika kekuatan sedang dengan ketangguhan dan kemampuan fabrikasi yang lebih baik diperlukan.

5. Kemampuan Pengelasan

Kemampuan pengelasan dipengaruhi terutama oleh ekuivalen karbon dan kemampuan pengerasan. C yang lebih tinggi dan Cr yang lebih tinggi meningkatkan kecenderungan untuk membentuk martensit keras di zona yang terpengaruh panas (HAZ), meningkatkan risiko retak dingin.

Indeks empiris yang berguna termasuk ekuivalen karbon IIW dan rumus Pcm: - $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi kualitatif: - 2Cr13, dengan karbon yang lebih tinggi dan kromium yang sedikit lebih tinggi, memiliki ekuivalen karbon yang lebih tinggi dan kemampuan pengerasan yang lebih besar, sehingga lebih mungkin mengembangkan martensit keras di HAZ dan oleh karena itu memerlukan pemanasan awal, suhu antar proses yang terkontrol, dan perlakuan panas pasca pengelasan untuk menghindari retak. - 1Cr13 (C lebih rendah) lebih mudah dilas tetapi masih membutuhkan prosedur pengelasan yang sesuai untuk baja tahan karat martensitik (pemanasan awal, praktik hidrogen rendah, dan tempering pasca pengelasan jika perlu). - Penggunaan logam pengisi: kawat pengisi dengan kemampuan pengerasan yang cocok atau lebih rendah, dan pemanasan/tempering pasca pengelasan, adalah praktik umum.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Kedua kelas adalah baja tahan karat martensitik dengan ketahanan korosi yang moderat dibandingkan dengan kelas austenitik. Kromium menyediakan pembentukan film pasif, tetapi kromium yang lebih rendah secara keseluruhan dan presipitasi karbida yang diperkaya karbon di batas butir dapat mengurangi Cr secara lokal dan mengurangi ketahanan korosi.
• Untuk lingkungan tipikal:
• 1Cr13: memadai untuk lingkungan yang sedikit korosif (atmosfer, air ringan) ketika dipoles dan dipasivasi.
• 2Cr13: ketahanan pitting sedikit lebih baik jika kromium sedikit lebih tinggi, tetapi peningkatan pembentukan karbida dapat mengurangi ketahanan korosi praktis kecuali diperlakukan panas dan dipasivasi dengan benar.
• PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) tidak terlalu berguna untuk kelas martensitik rendah-Mo, rendah-N ini, tetapi rumusnya adalah:
• $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Untuk 1Cr13 dan 2Cr13, PREN akan rendah dibandingkan dengan kelas duplex atau superaustenitik, karena Mo dan N dapat diabaikan.
• Perlindungan permukaan: galvanisasi, pelapisan pelindung, pengecatan, dan pasivasi adalah strategi umum ketika ketahanan korosi yang lebih tinggi diperlukan. Untuk bagian aus, pelapisan krom keras atau semprotan termal sering diterapkan.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Pembentukan

• Pemotongan dan pemesinan:
• 2Cr13 (potensi kekerasan lebih tinggi) umumnya lebih abrasif pada alat dan lebih sulit untuk diproses dalam keadaan keras. Pemesinan dalam kondisi yang dinormalisasi mengurangi keausan alat.
• 1Cr13 dalam kondisi dinormalisasi lebih mudah diproses; setelah pengerasan, keduanya memerlukan alat karbida dan pengaturan yang kaku.
• Pembentukan dan pembengkokan:
• Pembentukan dingin terbatas setelah material mengeras. Annealing sebelum pembentukan adalah praktik standar.
• Penyelesaian:
• Kedua kelas dapat digiling dan dipoles; 2Cr13 cenderung memerlukan penggilingan yang lebih agresif karena kekerasan dan kandungan karbida yang lebih tinggi.
• Risiko distorsi dan retak akibat perlakuan panas lebih tinggi untuk 2Cr13 selama pendinginan; fixture dan pendinginan yang terkontrol membantu mengelola distorsi.

8. Aplikasi Tipikal

Penggunaan tipikal 1Cr13	Penggunaan tipikal 2Cr13
Poros, komponen katup, bagian pompa, bilah dengan keausan sedang, perangkat keras umum di mana ketangguhan dan ketahanan korosi yang wajar diperlukan	Bagian aus, pegas daun, poros beban lebih tinggi, elemen pemotong, komponen yang memerlukan kekerasan dan ketahanan aus yang lebih tinggi setelah pengerasan
Pengikat, baut, dan komponen yang dimuat sedang di mana kemudahan fabrikasi dihargai	Alat dan cetakan untuk tugas ringan, komponen yang terkena stres kontak lebih tinggi di mana ketahanan abrasi diprioritaskan

Alasan pemilihan: - Pilih 1Cr13 ketika desain menekankan ketangguhan, kemudahan fabrikasi/pengelasan, dan ketahanan korosi moderat dengan biaya lebih rendah. - Pilih 2Cr13 di mana kekerasan dan ketahanan aus yang lebih tinggi di bawah beban adalah persyaratan dominan dan di mana perlakuan panas spesifik aplikasi dan prosedur pasca pengelasan dapat diterapkan.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: Secara umum, biaya material dasar untuk keduanya serupa karena perbedaan kandungan kromium yang moderat; 2Cr13 dapat sedikit lebih mahal karena kontrol yang lebih ketat terhadap rentang karbon/cr dan potensi untuk pemrosesan tambahan (misalnya, tempering untuk kekerasan tinggi).
• Ketersediaan: Keduanya umum di daerah di mana baja tahan karat martensitik diproduksi; bentuk produk tertentu (batang, tempa, pelat, stok yang digiling presisi) bervariasi menurut pabrik. Waktu tunggu mungkin lebih lama untuk kimia khusus, ukuran khusus, atau lot bersertifikat.
• Biaya proses: Fabrikasi dan pengelasan untuk 2Cr13 dapat meningkatkan total biaya bagian karena perlakuan panas pemanasan awal/pasca pengelasan dan waktu pemesinan tambahan.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel ringkasan (kualitatif)

Atribut	1Cr13	2Cr13
Kemampuan pengelasan	Lebih baik (C lebih rendah, CE lebih rendah)	Lebih menuntut (C lebih tinggi, CE lebih tinggi)
Seimbang Kekuatan–Ketangguhan	Seimbang menuju ketangguhan dan duktilitas	Kekuatan dan kekerasan lebih tinggi, ketangguhan berkurang
Biaya (material + pemrosesan)	Lebih rendah hingga moderat	Moderat hingga lebih tinggi (karena pemrosesan)

Rekomendasi: - Pilih 1Cr13 jika Anda memerlukan baja tahan karat martensitik yang seimbang antara kekuatan dengan ketangguhan yang lebih baik, pengelasan dan fabrikasi yang lebih mudah, serta pemrosesan yang hemat biaya—misalnya, poros, katup, dan komponen umum yang memerlukan ketahanan korosi di lingkungan ringan dan ketahanan benturan yang layak. - Pilih 2Cr13 jika prioritasnya adalah kekerasan yang lebih tinggi setelah pengerasan, ketahanan aus, dan kekuatan tarik yang lebih tinggi untuk komponen yang terkena abrasi atau kelelahan kontak—dengan syarat Anda dapat mengakomodasi kontrol perlakuan panas yang lebih ketat, prosedur pengelasan yang lebih menuntut, dan potensi biaya pemrosesan yang lebih tinggi.

Nasihat praktis akhir: selalu tentukan kimia sertifikat pabrik/uji yang tepat dan perlakuan panas yang diperlukan, dan lakukan pengujian spesifik aplikasi (kekerasan, dampak, korosi) pada lot produksi di mana kondisi layanan sangat penting.